CN1131252A - 卡式储气瓶及燃气器具 - Google Patents

Abstract

利用由潜热蓄热材料提供的热量，抑制由卡式储气瓶供给燃气时因气化热而引起的液化气温度降低，确保燃气供给的稳定性，同时可以将液化气用尽，扩大了与燃烧热量、环境温度等相应的应用范围。在卡式储气瓶1中的液化气罐2内装入液化气3，并设置多种熔点不同的潜热蓄热材料4，使之与液化气罐2内的液化气3直接或间接地接触。

Description

卡式储气瓶及燃气器具

本发明是关于盛有正丁烷、异丁烷或其它液化气体的卡式储气瓶和可以安装卡式储气瓶的燃气器具。更具体地说，本发明是关于可以稳定地供给燃气并将储气瓶中的液化气用尽的卡式储气瓶及使用该储气瓶的燃气器具。

一般地说，卡式储气瓶是在金属制成的液化气罐中充入液化气。上述液化气罐的筒状罐体的一端中央设有阀门，通过开闭阀门可以控制液化气的流出，该储气瓶放置成水平状态安装在燃气器具中，在这种安装状态下，特定的位置朝上设置，使容器顶端部的切入状的凹部与燃气器具的突起部分相吻合。另外，还连接有从上述阀门的内端部延伸到呈水平状态的罐体的内部的上方空间开口的气管，使得气化的燃气从液化气罐内的气体空间流出。还有一种以直立状态使用的储气瓶，在这种情况下是由上部空间供给气化的燃气。

在由上述卡式储气瓶供给燃气时，液化气在液化气罐内部气化，通过气体压力的作用向外供给气化的燃气，如果储气瓶与周围环境处于热绝缘状态，那么在供给燃气时，伴随着液化气的气化，由于气化热而导致液化气罐中的液化气的温度随着时间的延续而降低。这种温度降低，随着液化气罐中剩下的液化气量和气化量的不同而改变，剩留的液化气越少，热容量越小，即使燃气供给量(即气化量)相同，随着剩留的液化气量减少，温度急剧降低。另外，燃气供给量越多，气化热的量越大，相应地温度下降也越大。

液化气罐中的液化气体的温度降低时，气体压力随之下降。也就是说，液化气罐中的气压是在该温度下的平衡蒸气压，温度降低时平衡蒸气压急速下降，随着气体压力降低，燃气供给量减少。另外，上述液化气罐是用钢制成的，传热性较高，受到与其接触的空气或燃气器具的托架部分的温度的影响，由于两者间的温差而产生热交换。

因此，在使用上述卡式储气瓶的简易炉具等燃气器具中，在储气瓶与燃烧器之间安插调节器(气压调整器)，液化气罐中的气体压力(一次压)经上述调节器调压成二次压后送往燃烧器。这样，即使上述一次压有变动，在该一次压高于二次压的范围内，二次压被调整成一定的压力，送往燃烧器的供给气体量是与旋塞的操作量相对应的一定量，可以得到一定的燃烧热量。如果上述液化气罐中的一次压低于二次压，调节器就不能进行调压动作，这时送往燃烧器的供给气体量降低，燃烧热量减少，最终熄火。

但是，在上述调节器动作时，如果液化气罐中的液化气量减少，如上所述，相对于随着气化燃气的供给而发生的气化热，残留液化气的热容量变小，即使由外界通过液化气罐供给热量，液化气罐中的残留气体的温度仍然快速下降，气体压力也随着降低，达不到调节器正常工作的一次压。这样一来，向燃烧器供给的燃气量减少，火焰长度减小，燃烧热量降低，用来作为家庭中使用的小炉子不能充分发挥作用，用户会认为储气瓶中的燃气已经用尽而更换新的储气瓶，这时被更换下来的液化气罐中可能还残留有少量的液化气。

近来，出于烹饪的需要，对于家用的简易小炉子要求更高热值的燃烧，与此相应，这类小炉子被设计成可以由储气瓶向燃烧器供给更多的燃气。随着燃气供给量的增大，在持续进行高热值燃烧时，液化气罐和残留液化气的温度下降进一步加剧，即使液化气罐中还有一些残留液化气，如上所述，由于温度降低而引起的气压下降，往往不能充分供给燃气。

作为解决这一问题的对策，特开昭55-25757中采用了下述结构，即利用传热板或幅射将燃烧器产生的热量传输给储气瓶，将该储气瓶加热，阻止残留液化气的温度下降，这样：即使残留液化气量减少，仍保持较高的气压，可以继续向燃烧器供给燃气。具体地说，其结构是，传热板的一端固定在燃烧器上，接受该燃烧器的热量，另一端延伸到储气瓶的安装位置，与被安装的储气瓶相接触。

但是，利用燃烧器燃烧产生的热量来加热储气瓶的办法也有问题，即由燃烧器供给热量的程度不能控制，在各种不同的使用条件下难以进行适宜的加热。

也就是说，在上述储气瓶中得到适宜的气体压力所需要的加热量，随着环境温度的改变而有很大的不同，同时，随着燃烧热量的多少和燃烧时间的长短不同，上述加热量也不一样，单纯靠设置传热板还不能得到与上述条件相适应的传热量。

具体地说，外界温度高时，即使在相同的燃烧条件下，残留液化气的温度也比外界温度低时要高，同时，传热板的传热量，由于在传热途中散失热量的差别也比外界温度低时要多，在这种情况下，需要采取措施使残留液化气的温度不要上升过高，也就是说，在设计上述传板的传热量时，必须充分考虑外界温度高时的安全性。结果，在外界温度较低、想要充分加热储气瓶的条件下，传热途中的散热量加大，热量不足，残留液化气的温度上升不充分，在液化气罐中的残留液化气量减少时，气体压力下降，由于上面所述的原因，燃气供给不稳定，同时液化气罐中还有少量液化气残留下来，在使用燃气流量大的燃气器具时这种情况特别显著。

特开昭54-123726中公布了另外一种用于防止在向燃烧器供给燃气时、由于液化气的气化热而引起温度下降的方法，该方法是在储气瓶中或与储气瓶相接触设置由潜热材料构成的气化辅助剂，利用该潜热材料产生的凝固热来抑制因气化热而引起的储气瓶温度下降。

但是，用一种潜热材料供给凝固热的作法，相对于燃气器具的燃烧量等因素的变化来说，其适应范围比较窄。

即，只能在所使用的潜热材料的熔点附近提供凝固热，在高于其熔点的温度下，供给热量很少，另外，在低于其熔点温度下，所供给的热量只是基于其比热的热量，热量的供给急剧降低。

图5示出在燃气器具中安装储气瓶、将燃烧热量设定在高火力(2500kcal/hr)连续燃烧时储气瓶底部的温度与火力的关系，由此可求出继续燃烧的范围。随着开始燃烧时储气瓶中液化气量不同，温度变化也不一样，因此，该图是将开始燃烧时储气瓶中的液化气填充量设定为250g(充满量)、125g、60g而分别测定的。

根据上述测定结果，设定成上述高火力而开始燃烧时，随着燃烧的进行，储气瓶温度降低，火力也减弱，为了维持火力，温度必须保持在最低6℃以上，最好是在8℃以上。改变火力时，上述温度也改变了，火力减低时，即使温度降低仍可以维持火力。由此可知，目前使用的由丁烷组成的储气瓶，要想在设定火力下维持燃烧，必须将潜热材料的供热特性设定成使之适合于与各种燃气器具设计相对应的储气瓶温度的最佳条件。

根据以上所述，一种材质的潜热材料只能在特定的熔点形成最适宜的条件，如果燃气器具的使用条件发生变化，热量的供给就变的不充分，难以在要求的火力下维持燃烧。

本发明是鉴于上述问题而完成的，目的在于提供一种卡式储气瓶和燃气器具，使用潜热蓄热材料抑制由卡式储气瓶供给燃气时由于气化热而引起的液化气温度降低，与燃气器具的燃烧热量的变化等相对应，在宽的温度范围内进行良好的供热，确保燃气流量的稳定性，同时可以将储气瓶中的液化气用尽。

解决上述任务的本发明的卡式储气瓶的特征是，设置多种熔点不同的潜热蓄热材料，使它们直接或间接地与液化气罐中的液化气相接触。

上述潜热蓄热材料可以使用溶解于液化气的材料，也可以使用不溶解于液化气的材料，将该潜热蓄热材料混合在液化气中，填充到液化气罐内，或者将潜热蓄热材料装入金属或塑料制成的容器内，将该容器与液化气一起装入液化气罐中。

另外，本发明的可更换地安装有卡式储气瓶的燃气器具的特征是，在上述储气瓶的安装位置上设置载置台，该载置台内盛有若干种熔点各异的潜热蓄热材料，且载置台可与液化气罐的一部分相接触。

潜热蓄热材料最好是使用熔点为5-20℃的低温用潜热蓄热材料。这是为了维持储气瓶和液化气的温度，维持燃气器具的热量，同时将液化气用尽。为此，必须根据燃气器具的热量来设定构成潜热蓄热材料的多种原材料的熔点的范围。另外，在这类潜热蓄热材料中，考虑到冷却过程中产生过冷现象，应使用熔点在必要温度以上的材料。例如，热量为1800kcal/hr的场合，必要温度是3-6℃，相应地将熔点最低在4℃以上的材料组合起来使用；热量为2200kcal/hr的场合，必要温度是4-7℃，相应地将熔点最低在6℃以上的材料组合起来使用；热量为2500kcal/hr的场合，必要温度是6-8℃，相应地将熔点最低在8℃以上的材料组合起来使用。

适用的材料，有机物有C₁₄-C₁₆的饱和烃(液体石蜡)，C₁₄熔点是2-5℃，C₁₆熔点是14-18℃，C₁₄至C₁₆的混合物的熔点是2-7℃。具体地说，可以使用正十五碳烷C₁₅H₃₂(熔点10℃)、正十六碳烷C₁₆H₃₄(熔点18℃)。

特别优先选用聚乙二醇，分子量不同的聚乙二醇熔点也不同，使用将它们配合在一起而调整熔点的混合液。

另外，无机盐类可以使用硫酸钠·10水盐。可以在其中添加四硼酸钠·10水盐作为过冷防止剂，添加氯化钠作为熔点调节材料。例如，以78％∶20％∶2％的比例将Na₂SO₄·10H₂O/NaCl/Na₂B4O₇·10H₂O混合而成的盐，熔点是13℃。另外，水合物包接形材料SO₂₆H₂O、C₄H₈O·17H₂O、(CH₃)₃N·101/4H₂O、(C₄H₉)₄NCHO₂·32H₂O、(C₄H₉)₄NCH₃CO₂·32H₂O的熔点分别是4·4-15·1℃，它们均可以使用。作为有机酸的乙酸CH₃COOH，熔点是16·6℃，也可以使用。

装有上面所述的多种熔点不同的潜热蓄热材料的卡式储气瓶，在由安装在燃气器具中的卡式储气瓶供给燃气时，在液化气罐内的液化气量较多的状态下，即使取出必要的燃气，液化气的热容量仍然较大，因气化热而产生的液化气温度下降较小，气体压力的降低也较少。

但是，当液化气罐中的液化气量减少时，气化热的影响就显现出来了。这时，如果液化气罐中存在有潜热蓄热材料，气化热就会从直接或间接与液化气接触的该潜热蓄热材料吸收热量。潜热蓄热材料的熔点比周围环境温度要低，因而初始时是液体状态，由于液化气的气化热的缘固，潜热蓄热材料根据其比热和数量而温度下降。当温度达到潜热蓄热材料的熔点范围的高温一端时，部分潜热蓄热材料开始凝固，释放出凝固热，随着液化气温度逐渐降低，熔点较低的蓄热材料依次凝固，一直到蓄热材料全部凝固，释放出的凝固热和与燃气供给量相对应的气化热达到平衡，液化气保持在相应的温度上。

另外，与燃气器具的燃烧热量的变化、环境温度的变化、使用开始时的储气瓶内的液化气量等因素相对应，储气瓶的温度变化特性有很大的不同，由于潜热蓄热材料是由多种熔点不同的的材料组成，因而，可以根据上述变化在宽的温度范围内供给凝固热，使燃烧维持良好状态，储气瓶内不会有液化气残留下来，即使只剩下最后一些液化气，仍然可以以较高的压力供给燃气。

由上述潜热蓄热材料放出的凝固热(熔化热)，C₁₄-C₁₆的石蜡是152J/g，C₁₄石蜡是163J/g，C₁₆石蜡是201J/g，无机水合盐Na₂SO₄·10H₂O/NaCl/NH₄Cl是180J/g，水合物包接形材料是184-255J/g，有机酸乙酸是195J/g，数值都比较大。

另外，在燃气器具中设置盛有潜热蓄热材料的载置台、将卡式储气瓶安装在载置台上而构成的燃气器具，同样地，在液化气罐中的液化气量较多时，液化气的温度下降较小，但如果液化气的剩余量减少，其温度下降就会加快，当液化气的温度达到上述载置台中的多种熔点不同的潜热蓄热材料的熔点(凝固点)范围的高温一端时，其凝固热就从载置部位经过液化气罐传输给液化气，阻止其温度下降，抑制液化气罐内的气体压力的急剧降低，从而维持燃气供给量。

本发明利用潜热蓄热材料的凝固热来抑制温度降低，不必担心采用传热板而造成的加热过度，可以供给与液化气的气化热相对应的热量，维持获得所希望的燃气流量的气体压力，稳定地供给燃气，同时，可以减少更换液化气罐时的残留液化气量。

下面，参照附图说明本发明的各种实施方案的卡式储气瓶和燃气器具以及证实其效果的试验例。

第一实施方案

图1是本实施例的卡式储气瓶的断面示意图。储气瓶1是在液化气罐2内充入液化气3和潜热蓄热材料4而构成。

上述液化气罐2的结构是，将钢板卷曲、对接，然后焊接成圆筒形的罐体5，在该罐体5的两端敛缝接合冲压成半球形的底板6和盖7，在盖7上固定有安装盘9，它上面装有液化气3的流出咀8，在内部装有控制燃气流出的阀门。通到上述阀门的燃气通路是由L型管10构成，该L型管10的一端在罐体5的内壁面附近开口。与该L型管10的弯曲方向相对应，在安装盘9上形成切入凹部9a。

上述卡式储气瓶1放倒成水平状态安装在燃气器具中，使上述切入凹部9a的位置向上方。这种结构可以使气化的燃气从储气瓶1内的气体空间中流出，不会以液化的状态供给燃料。上述液化气3，在作为燃料用时，通常使用70％正丁烷和30％异丁烷的混合物。

在潜热蓄热材料4与上述液化气3直接接触的混合状态下，将两者充入上述液化气罐2中。潜热蓄热材料4使用由十五碳烷C₁₅H₃₂(熔点是10℃)与十六碳烷C₁₆H₃₄(熔点是18℃)的混合液(液体石蜡)构成的有机物，或者混合由乙酸CH₃COOH(熔点16.6℃)构成的有机酸后使用。该液体石蜡和乙酸以溶解在上述液化气3中的状态被混入，其混合比例如可以是5∶1。

另外，上述潜热蓄热材料4也可以使用Na₂SO₄·10H₂O/NaCl/NH₄Cl(熔点13℃)等多种熔点不同的无机水合盐混合物。该硫酸钠无机水合盐不溶解于上述液化气3，是以分离的状态而混合接触的。

图1中所示的潜热蓄热材料4是与液化气3分离的，这种状态表示混合非溶解性的上述无机水合盐的情况，或者表示溶解性的上述液体石蜡或乙酸在比其熔点低的温度下凝固成固相而分离的情况。

在本实施例的情况下，上述卡式储气瓶1被安装在燃气器具中，打开阀门、供给气化的燃气时由燃料气液体中挥发出来的主要是低沸点的异丁烷，其次是正丁烷。随着燃气的供给，以正丁烷为主体的燃料气体减少，潜热蓄热材料4的比例逐渐增大，最后液化气罐2中只剩下潜热蓄热材料4。

随着由储气瓶1供给气化的燃气，液化气罐2中的液化气3不断气化，由于气化热的缘故，罐内的液化气3的温度下降，当温度达到潜热蓄热材料4的凝固点范围高温一端时，其一部分凝固，释放出凝固热，例如液体石蜡的凝固热是152-201J/g，乙酸是195J/g，硫酸钠水合盐是180J/g，由于这些热量的提供，液化气罐2内的液化气的温度下降受到抑制，液化气的气化继续进行时，由于气化热的量增大，温度降低，这时熔点较低的潜热材料依次凝固，温度下降受到抑制。这样一来，液化气罐2的气体压力保持在与该温度相对应的蒸气压，稳定地供给所需量的燃气，防止气压快速下降和燃气供给量的减少。

第二实施方案

如图2所示，本实施例是将盛有潜热蓄热材料4的容器11或12与液化气3一起装入卡式储气瓶1的液化气罐2内，潜热蓄热材料4与液化气3间接接触。与上一实施例同样，潜热蓄热材料4可以使用由Na₂SO₄·10H₂O/NaCl/NH₄Cl构成的无机水合盐(熔点13℃)，或者使用正十五碳烷等液体石蜡或乙酸，或者使用分子量(熔点)不同的聚乙二醇混合物。

例如，上述聚乙二醇可以使用将凝固点范围为4-8℃的聚乙二醇#400和凝固点范围为15-25℃的聚乙二醇#600以一定比例配合、调整熔点分布而得到的潜热蓄热材料4。其配比与凝固点分布的关系示于图4中。图4表示各种配比的聚乙二醇(10g)的冷却时间与聚乙二醇温度的关系，图中温度不随时间而变化的状态是以该温度为熔点的成分比率高的情况，可以得到与低熔点成分和高熔点成分的配比相应的特性。

图2(A)的例子，是在用铝、铜、铁、不锈钢等金属或塑料制成的箱形容器11中装入上述潜热蓄热材料4。将盛有该潜热蓄热材料4的容器11插入上述液化气罐2的罐体5中，然后在罐体5上敛缝接合盖7，再固定安装盘9，然后填充液化气3，在液化气罐2内潜热蓄热材料4与液化气3间接接触。

另外，图2(B)的例子，是将上述潜热蓄热材料4装在用金属箔、塑料膜或它们的叠层材料制成的包装容器12内。与上面所述同样，将装有该潜热蓄热材料4的容器12插入液化气罐2内，填充液化气3，潜热蓄热材料4与液化气3形成间接接触状态。

本实施例的作用与上一实施例相同，与上一实施例相比，只是卡式储气瓶1的制造工艺有所不同，根据潜热蓄热材料4的种类，可以选择按上一实施例那样将其直接混合到液化气3中，或者按照本实施例所述以分离状态装入。

第三实施方案

本实施例由图3表示，是将潜热蓄热材料4用于由简易炉构成的燃气器具15的例子。

本实施例的燃气器具15(家用简易炉)，在炉体16的中央部位设有用于燃烧燃气的燃烧器17，在炉体16的一侧设置了用于安装卡式储气瓶1的储气瓶载置台18。该载置台18在可以开闭的盖16a内侧，该载置台18的上部18a按照液化气罐2的圆筒形的周面形成槽状，其内部是空心的，填入与上述实施例同样的潜热蓄热材料4。载置台18可以用金属或塑料制成，最好是用具有良好传热性的材料制成。采用上述结构，安装在载置台18上的卡式储气瓶1的下部与盛放在该载置台18内部的潜热蓄热材料4间接接触。

另外，在载置台18的一端，与储气瓶1的安装盘9的凹部9a相配合，以确定的姿态固定支持储气瓶1，同时配备有以开状态连接阀门的连接部件，燃气通路由该连接部件通过火焰调整旋塞连接到燃烧器17。(图中未示出)。

在本实施例中，随着由上述储气瓶1供给燃气，因气化热而引起液化气温度下降，此时，由载置台18中的多种熔点不同的材料构成的潜热蓄热材料4依次凝固，释入出凝固热，通过传热抑制液化气温度下降，阻止液化气罐2的气体压力降低，可以得到良好的燃气供给性能，同时还可以减少更换下来的液化气罐2的液化气残留量。

相对于卡式储气瓶和燃气器具来说，潜热蓄热材料的设置量依各种条件的不同而改变，可以根据潜热蓄热材料的种类适当选择设定。

附图的简要说明

图1是表示本发明的第一实施方案的卡式储气瓶的断面图。

图2是表示本发明的第二实施方案的卡式储气瓶的断面图。

图3是表示第三实施方案的燃气器具的断面图。

图4是表示潜热蓄热材料聚乙二醇的种类和配合量的冷却变化的曲线图。

图5是表示液化气罐的底部温度随燃烧时间改变的测定结果的曲线图。

符号说明

1卡式储气瓶

2液化气罐

3液化气

4潜热蓄热材料

11，12容器

15家用简易炉(燃气器具)

18载置台

Claims (4)

1.卡式储气瓶，其特征是，在液化气罐内盛有液化气而构成的卡式储气瓶中，设置多种熔点不同的潜热蓄热材料，使之直接或间接地与上述液化气罐中的液化气体相接触。

2.权利要求1所述的卡式储气瓶，其特征是，所述的潜热蓄热材料采用熔点在5-20℃的范围内且彼此不同的材料。

3.燃气器具，其特征是，在该燃气器具中以可以更换的方式安装有在液化气罐内装有液化气而构成的卡式储气瓶，在上述储气瓶的安装位置上设置有载置台，该载置台可以与液化气罐的一部分相接触，载置台内盛有多种熔点不同的潜热蓄热材料。

4.权利要求3所述的燃气器具，其特征是，所述的潜热蓄热材料采用熔点在5-20℃的范围内且彼此不同的材料。

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