JP2021148307A - boiler - Google Patents

boiler Download PDF

Info

Publication number
JP2021148307A
JP2021148307A JP2020045127A JP2020045127A JP2021148307A JP 2021148307 A JP2021148307 A JP 2021148307A JP 2020045127 A JP2020045127 A JP 2020045127A JP 2020045127 A JP2020045127 A JP 2020045127A JP 2021148307 A JP2021148307 A JP 2021148307A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
heat
gas
boiler
water
container
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2020045127A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP7390224B2 (en
Inventor
和之 大谷
Kazuyuki Otani
和之 大谷
信行 石崎
Nobuyuki Ishizaki
信行 石崎
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Miura Co Ltd
Original Assignee
Miura Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Miura Co Ltd filed Critical Miura Co Ltd
Priority to JP2020045127A priority Critical patent/JP7390224B2/en
Publication of JP2021148307A publication Critical patent/JP2021148307A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP7390224B2 publication Critical patent/JP7390224B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Abstract

To provide a boiler that can supply power using a heat exchange element without the need of cooling water and the like additionally.SOLUTION: A boiler includes: a heat transfer pipe; a heat generator; and a container in which the heat transfer pipe and the heat generator are installed and gas having a specific heat which is higher than air can be filled. The boiler heats the heat transfer pipe using heat emitted by the heat generator. The boiler includes a thermoelectric transducer which generates power with a temperature difference between a low-temperature side where water is supplied to the boiler and a high-temperature side which is heated using the heat emitted by the heat generator in a condition where the container is filled with the gas.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、ボイラに関する。 The present invention relates to a boiler.

従来、工業用や商業用を含め様々な用途にボイラが広く利用されている。ボイラにおいては加熱を行うための発熱手段が設けられるが、この発熱手段の一形態として、容器内部に発熱体を設けたものが挙げられる。 Conventionally, boilers have been widely used for various purposes including industrial and commercial use. The boiler is provided with a heat generating means for heating, and one form of the heat generating means is a boiler in which a heating element is provided inside the container.

また、このような発熱手段の具体的形態は種々挙げられるが、その一例として、水素吸蔵金属または水素吸蔵合金からなる複数の金属ナノ粒子が表面に形成された反応体(発熱体)を容器内部に設けたものが、発熱システムとして特許文献1に開示されている。特許文献1によれば、この発熱システムにおいて、発熱に寄与する水素系ガスが容器内に供給されることで金属ナノ粒子内に水素原子が吸蔵され、過剰熱を発することが記載されている。 In addition, various specific forms of such heat generating means can be mentioned, and as an example, a reactant (heating body) in which a plurality of metal nanoparticles made of a hydrogen storage metal or a hydrogen storage alloy are formed on the surface is placed inside the container. Is disclosed in Patent Document 1 as a heat generating system. According to Patent Document 1, in this heat generation system, hydrogen atoms are occluded in metal nanoparticles by supplying a hydrogen-based gas that contributes to heat generation into a container, and excessive heat is generated.

なお特許文献1においても説明されているとおり、パラジウムで作製した発熱体を容器内部に設け、この容器内部に重水素ガスを供給しつつ、容器内部を加熱することによって発熱反応が生じた旨の発表がなされている。また、水素吸蔵金属または水素吸蔵合金を利用して過剰熱(入力エンタルピーより高い出力エンタルピー)を発生させる発熱現象に関し、過剰熱を発するメカニズムの詳細については各国の研究者の間で議論されており、発熱現象が発生したことが報告されている。 As explained in Patent Document 1, an exothermic reaction occurred by heating the inside of the container while supplying deuterium gas to the inside of the container by providing a heating element made of palladium inside the container. An announcement has been made. In addition, regarding the exothermic phenomenon that generates excess heat (output enthalpy higher than input enthalpy) using hydrogen storage metal or hydrogen storage alloy, the details of the mechanism of generating excess heat are being discussed among researchers in each country. , It has been reported that a heat generation phenomenon has occurred.

特許第6448074号公報Japanese Patent No. 6448074 米国特許第9,182,365号明細書U.S. Pat. No. 9,182,365

容器内部に発熱体を設けた発熱手段で加熱を行うボイラにおいては、発熱体の温度を上げる必要がある。例えば、発熱体として上記の反応体を採用したボイラにおいては、過剰熱を発する反応を適切に生じさせるため、反応体へ水素系ガスを供給するとともに反応体を適度に加熱する必要がある。 In a boiler that heats by a heating means provided with a heating element inside the container, it is necessary to raise the temperature of the heating element. For example, in a boiler that employs the above-mentioned reactant as a heating element, it is necessary to supply hydrogen-based gas to the reactant and appropriately heat the reactant in order to appropriately generate a reaction that generates excess heat.

そのため当該ボイラにおいては、反応体の温度を上げるためにこれを加熱するヒータ(例えばセラミックヒータ)が用いられ、このヒータを駆動するための電力供給が行われることになる。一方、発熱体として一般的な発熱素子(例えばハロゲンヒータ)が採用される場合には、当該発熱素子の温度を上げるための電力供給が行われることになる。 Therefore, in the boiler, a heater (for example, a ceramic heater) for heating the reactant is used to raise the temperature of the reactant, and electric power is supplied to drive the heater. On the other hand, when a general heating element (for example, a halogen heater) is adopted as the heating element, electric power is supplied to raise the temperature of the heating element.

このような電力供給について、ボイラ内での自給あるいは外部電力(例えば商用電源)への依存度の低減を実現させるため、低温側と高温側の温度差により発電する熱電交換素子の利用が考えられる。しかしこの場合には、熱電交換素子の低温側対応部を冷却するための冷却水等が別途必要となり、その分の運転コスト増大等が問題となり得る。 For such power supply, in order to realize self-sufficiency in the boiler or reduction of dependence on external power (for example, commercial power supply), it is conceivable to use a thermoelectric exchange element that generates electricity by the temperature difference between the low temperature side and the high temperature side. .. However, in this case, cooling water or the like for cooling the low temperature side corresponding portion of the thermoelectric exchange element is required separately, which may cause a problem such as an increase in operating cost.

本発明は上記課題に鑑み、冷却水等を別途要することなく、熱電交換素子を利用した電力供給が可能となるボイラの提供を目的とする。 In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a boiler capable of supplying electric power using a thermoelectric exchange element without separately requiring cooling water or the like.

本発明に係るボイラは、伝熱管と、発熱体と、内部に前記伝熱管および前記発熱体が設けられ、空気よりも比熱の高いガスを内部に充満できる容器と、を備え、前記発熱体が発する熱を用いて前記伝熱管を加熱するボイラであって、前記ボイラへの給水が行われる低温側と、前記ガスが前記容器の内部に充満した状況において前記発熱体が発する熱を用いて温められる高温側と、の温度差により発電する熱電変換素子を備える構成とする。本構成によれば、冷却水等を別途要することなく、熱電交換素子を利用した電力供給が可能となる。 The boiler according to the present invention includes a heat transfer tube, a heating element, and a container in which the heat transfer tube and the heating element are provided and can be filled with a gas having a specific heat higher than that of air. A boiler that heats the heat transfer tube using the heat generated, and warms using the heat generated by the heating element on the low temperature side where water is supplied to the boiler and in a situation where the gas fills the inside of the container. The configuration is provided with a thermoelectric conversion element that generates electricity due to the temperature difference between the high temperature side and the hot side. According to this configuration, it is possible to supply electric power using a thermoelectric exchange element without separately requiring cooling water or the like.

また上記構成としてより具体的には、前記ガスが循環する経路として、前記容器内を一部として含む循環経路を備え、前記熱電変換素子は、前記ボイラへの給水が行われる低温側と前記循環経路である高温側との温度差により発電する構成としても良い。本構成によれば、給水が行われる箇所と循環経路の温度差を利用して、発熱体の温度を上げることが可能となる。 More specifically, as the above configuration, the gas circulates with a circulation path including the inside of the container as a part, and the thermoelectric conversion element is provided on the low temperature side where water is supplied to the boiler and the circulation. It may be configured to generate electricity by the temperature difference from the high temperature side which is the path. According to this configuration, it is possible to raise the temperature of the heating element by utilizing the temperature difference between the place where water is supplied and the circulation path.

また上記構成としてより具体的には、前記ガスは水素系ガスであり、前記発熱体は、水素吸蔵金属類からなる金属ナノ粒子が表面に設けられており、前記水素系ガスが前記容器内に供給された状況において、前記金属ナノ粒子内に水素原子が吸蔵され過剰熱を発生させる反応体であって、前記熱電変換素子が発生させる電力を、前記反応体を加熱するヒータに供給する構成としても良い。なお本願における水素系ガスは、重水素ガス、軽水素ガス、或いはこれらの混合ガスのことである。また本願での「水素吸蔵金属類」は、Pd,Ni,Pt,Ti等の水素吸蔵金属、或いはこれらを1種以上含む水素吸蔵合金を意味する。 More specifically, the gas is a hydrogen-based gas, and the heating element is provided with metal nanoparticles made of hydrogen storage metals on the surface of the heating element, and the hydrogen-based gas is placed in the container. In the supplied situation, it is a reactant that hydrogen atoms are stored in the metal nanoparticles to generate excess heat, and the power generated by the thermoelectric conversion element is supplied to the heater that heats the reactant. Is also good. The hydrogen-based gas in the present application is a deuterium gas, a light hydrogen gas, or a mixed gas thereof. Further, the "hydrogen storage metal" in the present application means a hydrogen storage metal such as Pd, Ni, Pt, Ti, or a hydrogen storage alloy containing one or more of these.

また上記構成としてより具体的には、前記熱電変換素子が発生させる電力を用いて前記発熱体の温度を上げる構成としても良い。本構成によれば、冷却水等を別途要することなく、熱電交換素子を利用して発熱体の温度を上げることが可能となる。 Further, more specifically, the above configuration may be configured to raise the temperature of the heating element by using the electric power generated by the thermoelectric conversion element. According to this configuration, it is possible to raise the temperature of the heating element by using the thermoelectric exchange element without separately requiring cooling water or the like.

本発明に係るボイラによれば、冷却水等を別途要することなく、熱電交換素子を利用した電力供給が可能となる。 According to the boiler according to the present invention, it is possible to supply electric power using a thermoelectric exchange element without separately requiring cooling water or the like.

第1実施形態に係るボイラ1の概略的な構成図である。It is a schematic block diagram of the boiler 1 which concerns on 1st Embodiment. ボイラ1の伝熱管を通る水の進路に関する説明図である。It is explanatory drawing about the path of water passing through a heat transfer tube of a boiler 1. 第2実施形態に係るボイラ2の概略的な構成図である。It is a schematic block diagram of the boiler 2 which concerns on 2nd Embodiment. 第3実施形態に係るボイラ3の概略的な構成図である。It is a schematic block diagram of the boiler 3 which concerns on 3rd Embodiment. 水経路に熱媒体を流すボイラ1aの模式的な構成図である。It is a schematic block diagram of the boiler 1a which flows a heat medium through a water path.

本発明の各実施形態に係るボイラについて、各図面を参照しながら以下に説明する。 The boiler according to each embodiment of the present invention will be described below with reference to each drawing.

1.第1実施形態
まず本発明の第1実施形態について説明する。図1は、第1実施形態に係るボイラ1の概略的な構成図である。本図に示すようにボイラ1は、容器11、反応体12、ヒータ13、ガス経路14、ガス受入部15、ガスポンプ16、ガスフィルタ17、セパレータ21、水経路22、水受入部23、水ポンプ24、および熱電変換素子31を備えている。
1. 1. First Embodiment First, the first embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 is a schematic configuration diagram of the boiler 1 according to the first embodiment. As shown in this figure, the boiler 1 includes a container 11, a reactant 12, a heater 13, a gas path 14, a gas receiving section 15, a gas pump 16, a gas filter 17, a separator 21, a water path 22, a water receiving section 23, and a water pump. 24 and a thermoelectric conversion element 31 are provided.

なお、図1(後述する図3〜図5も同様)における容器11およびその内部の様子は、容器11を概ね二分する平面で切断した場合の概略的な断面図として表されており、上下左右の方向(上下方向は鉛直方向に一致する)は本図に示すとおりである。また、図1(図3〜図5も同様)の容器11内の点線は、伝熱管22aの配置を概略的に示している。 The state of the container 11 and its inside in FIG. 1 (the same applies to FIGS. 3 to 5 described later) is shown as a schematic cross-sectional view when the container 11 is cut by a plane that roughly divides the container 11, and is shown vertically and horizontally. The direction of (the vertical direction corresponds to the vertical direction) is as shown in this figure. Further, the dotted line in the container 11 of FIG. 1 (the same applies to FIGS. 3 to 5) schematically shows the arrangement of the heat transfer tube 22a.

容器11は、全体的に見て上下を軸方向とする上下両端に底を有する円筒状に形成されており、内部に気体を密閉させ得るように形成されている。より具体的に説明すると、容器11は、後述する伝熱管22aにより形成された円筒状の側壁11aを有するとともに、側壁11aの上側は上底部11bにより閉じられており、側壁11aの下側は下底部11cにより閉じられている。なお本実施形態では一例として、容器11の側壁11aを円筒状としているが、その他の筒状に形成されても構わない。また、側壁11aの外周に缶体カバーを設置してもよく、側壁11aと当該缶体カバーの間には断熱材を設けるようにしてもよい。 The container 11 is formed in a cylindrical shape having bottoms at both upper and lower ends with the upper and lower sides as the axial direction as a whole, and is formed so as to be able to seal the gas inside. More specifically, the container 11 has a cylindrical side wall 11a formed by a heat transfer tube 22a described later, the upper side of the side wall 11a is closed by an upper bottom portion 11b, and the lower side of the side wall 11a is lower. It is closed by the bottom 11c. In the present embodiment, as an example, the side wall 11a of the container 11 has a cylindrical shape, but it may be formed in another cylindrical shape. Further, the can body cover may be installed on the outer periphery of the side wall 11a, or a heat insulating material may be provided between the side wall 11a and the can body cover.

反応体12は、全体が細かい網目状に形成されている担持体の表面に、多数の金属ナノ粒子を設けて構成されている。この担持体は、素材として水素吸蔵合金類(水素吸蔵金属、或いは水素吸蔵合金)が適用されており、上下を軸方向とする上下両端に底を有する円筒状に形成されている。反応体12の上面はガス経路14に連接しており、反応体12の網目状の隙間を介してその内部に流入したガスを、ガス経路14内に送出することが可能となっている。本実施形態の例では容器11の内部において、3個の反応体12が左右方向へ並ぶように設けられている。 The reactant 12 is configured by providing a large number of metal nanoparticles on the surface of a carrier which is formed in a fine mesh shape as a whole. A hydrogen storage alloy (hydrogen storage metal or hydrogen storage alloy) is applied to this carrier as a material, and it is formed in a cylindrical shape having bottoms at both upper and lower ends in the vertical direction. The upper surface of the reaction body 12 is connected to the gas path 14, and the gas that has flowed into the reaction body 12 through the mesh-like gap of the reaction body 12 can be sent out into the gas path 14. In the example of this embodiment, three reactants 12 are provided so as to be arranged in the left-right direction inside the container 11.

ヒータ13は、有底円筒形状に形成された反応体12の側面に螺旋状に巻かれており、熱電変換素子31からの供給電力を用いて発熱するように形成されている。なお、熱電変換素子31の発電量が不足する際には、ヒータ13への電力供給に不図示の外部電力(例えば商用電源)も併用可能である。 The heater 13 is spirally wound around the side surface of the reactant 12 formed in a bottomed cylindrical shape, and is formed so as to generate heat by using the power supplied from the thermoelectric conversion element 31. When the amount of power generated by the thermoelectric conversion element 31 is insufficient, external power (for example, a commercial power source) (not shown) can be used in combination with the power supply to the heater 13.

ヒータ13としては、例えばセラミックヒータが採用され得る。ヒータ13が発熱することにより反応体12を加熱し、後述する過剰熱を発生させるための反応が生じ易い所定の反応温度まで、反応体12の温度を上昇させることができる。なおヒータ13の温度は、ヒータ13への供給電力を制御することにより調節可能である。 As the heater 13, for example, a ceramic heater can be adopted. The heat generated by the heater 13 heats the reactant 12, and the temperature of the reactant 12 can be raised to a predetermined reaction temperature at which a reaction for generating excess heat, which will be described later, is likely to occur. The temperature of the heater 13 can be adjusted by controlling the power supplied to the heater 13.

ガス経路14は、容器11の外部に設けられ、容器11の内部を一部として含むガスの循環経路を形成するものであり、一方の端部は各反応体12の上面に連接し、他方の端部は容器11の内部に連接している。より詳細に説明すると、各反応体12の上面に連接したガス経路14の部分それぞれは容器11内で合流し、一本の経路となって上底部11bを貫通した上で、ガス受入部15、ガスポンプ16、およびガスフィルタ17を順に介して下底部11cを更に貫通し、容器11の内部に繋がっている。 The gas path 14 is provided outside the container 11 and forms a gas circulation path including the inside of the container 11 as a part, and one end is connected to the upper surface of each reactant 12 and the other. The end is connected to the inside of the container 11. More specifically, the portions of the gas path 14 connected to the upper surface of each reactant 12 merge in the container 11, form a single path, penetrate the upper bottom portion 11b, and then the gas receiving portion 15, The lower bottom portion 11c is further penetrated through the gas pump 16 and the gas filter 17 in order, and is connected to the inside of the container 11.

ガス受入部15は、外部の供給元から水素系ガス(重水素ガス、軽水素ガス、或いはこれらの混合ガス)の供給を受けるようになっており、供給された水素系ガスをガス経路14内へ流入させる。例えば、水素系ガスを予め貯留したタンクからガス受入部15へ水素系ガスが供給される場合、このタンクが水素系ガスの供給元となる。 The gas receiving unit 15 receives a hydrogen-based gas (deuterium gas, a light hydrogen gas, or a mixed gas thereof) from an external supply source, and supplies the supplied hydrogen-based gas into the gas path 14. Inflow to. For example, when hydrogen-based gas is supplied from a tank in which hydrogen-based gas is stored in advance to the gas receiving unit 15, this tank serves as a supply source of hydrogen-based gas.

ガスポンプ16は、例えばインバータ制御により回転数が制御され、この回転数に応じた流量で、ガス経路14内のガスが上流側から下流側へ(すなわち、図1に点線矢印で示す方向へ)流れるようにする。なお、ガス経路14を含む循環経路でのガスの循環量は、ガスポンプ16の回転数を制御することにより調節可能である。 The rotation speed of the gas pump 16 is controlled by, for example, inverter control, and the gas in the gas path 14 flows from the upstream side to the downstream side (that is, in the direction indicated by the dotted arrow in FIG. 1) at a flow rate corresponding to the rotation speed. To do so. The amount of gas circulated in the circulation path including the gas path 14 can be adjusted by controlling the rotation speed of the gas pump 16.

ガスフィルタ17は、ガス経路14内のガスに含まれる不純物(特に、反応体12における過剰熱を発生させる反応の阻害要因となるもの)を除去する。セパレータ21は、伝熱管22aを通る際に水が加熱されて生じた蒸気を受け入れ、この蒸気に対して気水分離(当該蒸気に含まれるドレンの分離)がなされるようにする。セパレータ21において気水分離された蒸気は、ボイラ1の外部へ供給することが可能である。 The gas filter 17 removes impurities contained in the gas in the gas path 14 (particularly those that hinder the reaction that generates excess heat in the reactant 12). The separator 21 receives steam generated by heating water when passing through the heat transfer tube 22a, and causes brackish water separation (separation of drain contained in the steam) from the steam. The steam separated by steam in the separator 21 can be supplied to the outside of the boiler 1.

水経路22は、水受入部23からセパレータ21まで繋がる水の経路である。水経路22の一部は、先述した側壁11aを形成する伝熱管22aとなっている。また水経路22の途中には、水受入部23の下流側直近の位置において水ポンプ24が配置されている。なお水経路22のうち、伝熱管22aよりも上流側の経路では、水受入部23から供給された液体の水が流れ、伝熱管22aよりも下流側の経路(容器11とセパレータ21の間)では、伝熱管22aで加熱されて気化した水(蒸気)が流れることになる。 The water path 22 is a water path connecting the water receiving portion 23 to the separator 21. A part of the water path 22 is a heat transfer tube 22a forming the side wall 11a described above. Further, in the middle of the water path 22, a water pump 24 is arranged at a position closest to the downstream side of the water receiving portion 23. Of the water paths 22, in the path upstream of the heat transfer tube 22a, the liquid water supplied from the water receiving portion 23 flows, and the path downstream of the heat transfer tube 22a (between the container 11 and the separator 21). Then, the water (steam) heated and vaporized by the heat transfer tube 22a flows.

水受入部23は、外部から蒸気の元となる水の供給を適宜受けるようになっており、供給された水を水経路22内へ流入させる。水ポンプ24は、水経路22内の水を上流側から下流側へ向けて(すなわち、図1に実線矢印で示す方向へ)流すようにする。 The water receiving unit 23 is adapted to appropriately receive water that is a source of steam from the outside, and causes the supplied water to flow into the water path 22. The water pump 24 causes the water in the water path 22 to flow from the upstream side to the downstream side (that is, in the direction indicated by the solid arrow in FIG. 1).

伝熱管22aは、容器11の筒状の側壁11aを形成するように、下底部11cから上底部11bに向けて螺旋状に延びている。すなわち伝熱管22aは、上下に隣合う伝熱管22aの部分同士の間に隙間が無いように、筒状の側壁11aの軸方向(上下方向)へ進むように螺旋状に延びている。なお本実施形態の例では、伝熱管22aの内壁の断面形状を四角形としているが、円形或いはその他の形状としても構わない。 The heat transfer tube 22a spirally extends from the lower bottom portion 11c toward the upper bottom portion 11b so as to form the cylindrical side wall 11a of the container 11. That is, the heat transfer tube 22a spirally extends so as to proceed in the axial direction (vertical direction) of the tubular side wall 11a so that there is no gap between the portions of the heat transfer tubes 22a adjacent to each other on the upper and lower sides. In the example of this embodiment, the cross-sectional shape of the inner wall of the heat transfer tube 22a is quadrangular, but it may be circular or other shape.

熱電変換素子31は、低温側に配置される低温側対応部と、低温側よりも高温となる高温側に配置される高温側対応部を有し、ゼーベック効果を利用して低温側と高温側との温度差により発電して、その発電電力を駆動電力としてヒータ13へ供給する。より具体的に説明すると、熱電変換素子31は、水経路22における伝熱管22aよりも上流側の所定位置(図1に白丸で示す位置)である低温側と、水経路22における伝熱管22aよりも下流側の所定位置(図1に黒丸で示す位置)である高温側との温度差により発電する。 The thermoelectric conversion element 31 has a low temperature side corresponding portion arranged on the low temperature side and a high temperature side corresponding portion arranged on the high temperature side which is higher than the low temperature side, and utilizes the Seebeck effect to provide the low temperature side and the high temperature side. Power is generated by the temperature difference between the above and the generated power, and the generated power is supplied to the heater 13 as driving power. More specifically, the thermoelectric conversion element 31 is located on the low temperature side, which is a predetermined position (the position indicated by a white circle in FIG. 1) on the upstream side of the heat transfer tube 22a in the water path 22, and from the heat transfer tube 22a in the water path 22. Power is generated by the temperature difference from the high temperature side, which is the predetermined position on the downstream side (the position indicated by the black circle in FIG. 1).

これにより熱電変換素子31は、反応体12の熱による加熱前の水と加熱後の水の温度差を利用して、ヒータ13の駆動電力を賄うことが可能である。なお熱電変換素子31の動作原理や具体的形態などは、本発明の趣旨を逸脱しない限り、特に限定されるものではない。 As a result, the thermoelectric conversion element 31 can supply the driving power of the heater 13 by utilizing the temperature difference between the water before heating and the water after heating due to the heat of the reactant 12. The operating principle and specific form of the thermoelectric conversion element 31 are not particularly limited as long as they do not deviate from the gist of the present invention.

次に、ボイラ1の動作について説明する。ボイラ1では、外部の供給元からガス受入部15へ水素系ガスが供給され、容器11の内部とガス経路14を含むガスの循環経路に水素系ガスが充満される。充満された水素系ガスはガスポンプ16の作用により、この循環経路において図1に点線矢印で示す方向へ循環する。 Next, the operation of the boiler 1 will be described. In the boiler 1, hydrogen-based gas is supplied from an external supply source to the gas receiving unit 15, and the inside of the container 11 and the gas circulation path including the gas path 14 are filled with hydrogen-based gas. The filled hydrogen gas is circulated in this circulation path in the direction indicated by the dotted arrow in FIG. 1 by the action of the gas pump 16.

このとき容器11の内部においては、水素系ガスが反応体12の網目状の隙間を介してその内部に流入した後、反応体12の上部に連接しているガス経路14内に送出される。またこれと同時に、主に熱電変換素子31の発電電力が駆動電力としてヒータ13へ供給される。これによりヒータ13が発熱し、反応体12が加熱されるようになっている。 At this time, inside the container 11, the hydrogen-based gas flows into the inside of the reactant 12 through the mesh-like gap, and then is sent out into the gas path 14 connected to the upper part of the reactant 12. At the same time, the generated power of the thermoelectric conversion element 31 is mainly supplied to the heater 13 as driving power. As a result, the heater 13 generates heat and the reactant 12 is heated.

このように、水素系ガスを容器11の内部に供給された状態でヒータ13により反応体12を加熱すると、反応体12に設けた金属ナノ粒子に水素原子が吸蔵され、反応体12はヒータ13による加熱温度以上の過剰熱を発生させる。このように反応体12は、過剰熱を発生させる反応が行われることにより、発熱体として機能する。この過剰熱を発生させる反応の原理は、例えば特許文献1に開示された過剰熱を発生させる反応の原理と同様である。 In this way, when the reactant 12 is heated by the heater 13 while the hydrogen-based gas is supplied to the inside of the container 11, hydrogen atoms are occluded in the metal nanoparticles provided in the reactant 12, and the reactant 12 is the heater 13. Generates excess heat above the heating temperature of. In this way, the reaction element 12 functions as a heating element by performing a reaction that generates excess heat. The principle of the reaction for generating excess heat is the same as the principle of the reaction for generating excess heat disclosed in Patent Document 1, for example.

容器11内部を含む循環経路内の水素系ガスは、ガスフィルタ17を通る際に不純物が除去される。そのため、不純物が除去された純度の高い水素系ガスが、容器11内部へ継続的に供給される。これにより、純度の高い水素系ガスを反応体12へ安定的に与え、過剰熱の出力を誘発し易い状態を維持して、反応体12を効果的に発熱させることが可能となっている。 Impurities are removed from the hydrogen-based gas in the circulation path including the inside of the container 11 when passing through the gas filter 17. Therefore, a high-purity hydrogen-based gas from which impurities have been removed is continuously supplied to the inside of the container 11. As a result, it is possible to stably apply a high-purity hydrogen-based gas to the reactant 12 and maintain a state in which it is easy to induce an output of excess heat, thereby effectively causing the reactant 12 to generate heat.

また、上記の反応体12を発熱させる動作と並行して、外部から水受入部23へ水が供給される。この供給された水は、水ポンプ24の作用により、水経路22内を図1に実線矢印で示す方向へ流される。 Further, in parallel with the operation of generating heat of the reactant 12, water is supplied from the outside to the water receiving unit 23. The supplied water is flowed in the water path 22 in the direction indicated by the solid arrow in FIG. 1 by the action of the water pump 24.

水経路22内を流れる水は、容器11の側壁11aを形成する伝熱管22aを通る際に、反応体12が発する熱によって加熱される。すなわち反応体12の発する熱は、容器11内の水素系ガスによる対流(熱伝達)、熱伝導および輻射によって伝熱管22aへ伝わり、これにより高温となった伝熱管22aによってその内部を流れる水が加熱される。 The water flowing in the water path 22 is heated by the heat generated by the reactant 12 when passing through the heat transfer tube 22a forming the side wall 11a of the container 11. That is, the heat generated by the reactant 12 is transferred to the heat transfer tube 22a by convection (heat transfer), heat conduction and radiation by the hydrogen-based gas in the container 11, and the water flowing inside the heat transfer tube 22a becomes hot due to this. It is heated.

図2は、伝熱管22aを通る水の進路を実線矢印で概略的に示している。本図に示すように、伝熱管22aの入口α(伝熱管22aの最下部)から伝熱管22a内に進入した水は、螺旋状に延びた伝熱管22a内の通路に沿って進み、伝熱管22aの出口β(伝熱管22aの最上部)から蒸気としてセパレータ21に向けて排出される。この際に伝熱管22aを通る水は、反応体12の発する熱により加熱された伝熱管22a(容器の側壁11a)からの熱が伝わり、温度が上昇する。 FIG. 2 schematically shows the path of water passing through the heat transfer tube 22a with a solid arrow. As shown in this figure, the water that has entered the heat transfer tube 22a from the inlet α of the heat transfer tube 22a (the lowermost part of the heat transfer tube 22a) travels along the passage in the heat transfer tube 22a extending spirally, and travels along the passage in the heat transfer tube 22a. It is discharged as steam from the outlet β of 22a (the uppermost part of the heat transfer tube 22a) toward the separator 21. At this time, the water passing through the heat transfer tube 22a is transferred from the heat transfer tube 22a (side wall 11a of the container) heated by the heat generated by the reactant 12, and the temperature rises.

このようにして、水経路22を流れる水は伝熱管22aを通る際に加熱されて温度が上昇し、最終的には蒸気となる。この蒸気はセパレータ21に送り込まれ、気水分離により乾き度が高められた後、ボイラ1の外部へ供給されることになる。なお、水経路22内の水はこのように加熱されるため、先述した高温側(伝熱管22aよりも下流側)の温度は低温側(伝熱管22aよりも上流側)の温度に比べて高くなる。そのため熱電変換素子31は、この温度差により発生させた電力を駆動電力としてヒータ13へ供給することができる。 In this way, the water flowing through the water path 22 is heated as it passes through the heat transfer tube 22a, the temperature rises, and finally it becomes steam. This steam is sent to the separator 21, and after the dryness is increased by the separation of air and water, it is supplied to the outside of the boiler 1. Since the water in the water path 22 is heated in this way, the temperature on the high temperature side (downstream from the heat transfer tube 22a) described above is higher than the temperature on the low temperature side (upstream from the heat transfer tube 22a). Become. Therefore, the thermoelectric conversion element 31 can supply the electric power generated by this temperature difference to the heater 13 as a driving electric power.

セパレータ21から外部へ供給する蒸気の量は、外部からの蒸気の要求量(蒸気負荷)等に応じて調整可能としても良い。このような調整は、外部へ供給する蒸気の量が適正量より少ないときは、反応体12の発熱量を増大させて蒸気の発生量を増やし、適正量より多いときは、反応体12の発熱量を減少させて蒸気の発生量を減らすことで実現可能である。 The amount of steam supplied from the separator 21 to the outside may be adjustable according to the required amount of steam from the outside (steam load) and the like. In such an adjustment, when the amount of steam supplied to the outside is less than the appropriate amount, the calorific value of the reactant 12 is increased to increase the amount of steam generated, and when the amount is larger than the appropriate amount, the calorific value of the reactant 12 is generated. This can be achieved by reducing the amount and reducing the amount of steam generated.

なお反応体12の発熱量は、ヒータ13の温度または先述したガスの循環量の調節により制御可能であり、ヒータ13の温度を上げるほど、或いは当該循環量を増やすほど、反応体12の発熱量を増大させることができる。またボイラ1においては、外部へ蒸気を供給した分だけ、つまり水が減少した分だけ水受入部23へ逐次水が供給されるようになっており、継続的に蒸気を発生させて外部へ供給することが可能である。 The calorific value of the reactant 12 can be controlled by adjusting the temperature of the heater 13 or the gas circulation amount described above, and the calorific value of the reactant 12 increases as the temperature of the heater 13 increases or the circulation amount increases. Can be increased. Further, in the boiler 1, water is sequentially supplied to the water receiving unit 23 by the amount of steam supplied to the outside, that is, by the amount of water decreased, and steam is continuously generated and supplied to the outside. It is possible to do.

以上に説明したとおりボイラ1は、反応体12(発熱体)が発する熱を用いて供給される水を加熱するものであって、加熱前の当該水の経路である低温側と当該経路よりも温度の高い高温側(本実施形態の場合は、加熱後の当該水の経路)との温度差により発電する熱電変換素子31を備え、熱電変換素子31が発生させる電力をヒータ13に供給し、反応体12の温度を上げるようになっている。そのため冷却水等を別途要することなく、熱電交換素子31を利用して発熱体の温度を上げることが可能となっている。なお、当該低温側は、ボイラ1への給水が行われる箇所と見ることができ、当該高温側は、水素系ガスが容器11の内部に充満した状況において発熱体12が発する熱を用いて温められる箇所と見ることができる。 As described above, the boiler 1 heats the water supplied by using the heat generated by the reactant 12 (heat generator), and is located on the low temperature side, which is the path of the water before heating, and the path. A thermoelectric conversion element 31 that generates electricity due to a temperature difference from the high temperature side (in the case of this embodiment, the path of the water after heating) is provided, and the electric power generated by the thermoelectric conversion element 31 is supplied to the heater 13. The temperature of the reactant 12 is increased. Therefore, it is possible to raise the temperature of the heating element by using the thermoelectric exchange element 31 without separately requiring cooling water or the like. The low temperature side can be seen as a place where water is supplied to the boiler 1, and the high temperature side is warmed by using the heat generated by the heating element 12 when the inside of the container 11 is filled with hydrogen gas. It can be seen as a place where it is.

熱電交換素子31を利用することにより、ヒータ13への電力供給について、ボイラ1内での自給あるいは外部電力への依存度の低減を実現させることが可能である。なお、低温側と高温側の温度差が小さいとき(例えばボイラ1の運転開始時)など、熱電交換素子31の発電量が不足する状況では、この不足分を補うように外部電力等を利用すれば良い。 By using the thermoelectric exchange element 31, it is possible to realize self-sufficiency in the boiler 1 or reduction of dependence on external power for power supply to the heater 13. In a situation where the amount of power generated by the thermoelectric exchange element 31 is insufficient, such as when the temperature difference between the low temperature side and the high temperature side is small (for example, when the operation of the boiler 1 is started), external power or the like should be used to make up for this shortage. Just do it.

更に本実施形態では、水受入部23へ供給された水(加熱対象の水)が、熱電変換素子31の低温側対応部の冷却に用いられることになる。そのため、当該水の温度を上げるために、熱電変換素子31の熱を有効利用することも可能となっている。 Further, in the present embodiment, the water supplied to the water receiving portion 23 (water to be heated) is used for cooling the low temperature side corresponding portion of the thermoelectric conversion element 31. Therefore, it is possible to effectively utilize the heat of the thermoelectric conversion element 31 in order to raise the temperature of the water.

2.第2実施形態
次に本発明の第2実施形態について説明する。なお第2実施形態は、発熱体の形態およびこれに関する点を除き、基本的に第1実施形態と同様である。以下の説明では第1実施形態と異なる事項の説明に重点をおき、第1実施形態と共通する事項については説明を省略することがある。
2. Second Embodiment Next, the second embodiment of the present invention will be described. The second embodiment is basically the same as the first embodiment except for the form of the heating element and the points related thereto. In the following description, emphasis will be placed on the explanation of matters different from those of the first embodiment, and explanations of matters common to the first embodiment may be omitted.

図3は、第2実施形態におけるボイラ2の概略的な構成図である。第1実施形態のボイラ1では発熱体として反応体12が採用されていたが、第2実施形態ではその代わりに、一般的な発熱素子12aが採用されている。なおここでの発熱素子12aは、一例として、電力が供給されることにより発熱するハロゲンヒータであるとする。また、発熱素子12aの形状および寸法は便宜上、反応体12と同様であるとする。 FIG. 3 is a schematic configuration diagram of the boiler 2 according to the second embodiment. In the boiler 1 of the first embodiment, the reactant 12 is adopted as a heating element, but in the second embodiment, a general heating element 12a is adopted instead. As an example, the heat generating element 12a here is assumed to be a halogen heater that generates heat when electric power is supplied. Further, the shape and dimensions of the heat generating element 12a are assumed to be the same as those of the reactant 12 for convenience.

発熱体として発熱素子12aを適用する場合は、第1実施形態のように過剰熱を発生させる必要は無く、ヒータ13に相当するものは不要であるため設置が省略されている。また第2実施形態の熱電交換素子31は、発生させた電力を発熱素子12aへ供給するようになっている。第2実施形態におけるガス経路14の上流側の端部は、発熱素子12aの代わりに上底部11bに連接しており、容器11内の空間と繋がっている。 When the heating element 12a is applied as the heating element, it is not necessary to generate excess heat as in the first embodiment, and the heater 13 is not required, so the installation is omitted. Further, the thermoelectric exchange element 31 of the second embodiment supplies the generated electric power to the heat generating element 12a. The upstream end of the gas path 14 in the second embodiment is connected to the upper bottom portion 11b instead of the heat generating element 12a, and is connected to the space inside the container 11.

ボイラ2では、反応体12の代わりに発熱素子12aから発せられる熱により伝熱管22aが加熱され、伝熱管22aを通る水は、伝熱管22a(容器の側壁11a)からの熱が伝わり温度が上昇することになる。またこの形態では、先述した過剰熱を発生させるための反応は不要であり、電力制御によって発熱素子12aの温度を直接的に制御することにより、適度に水を加熱して蒸気を発生させることができる。 In the boiler 2, the heat transfer tube 22a is heated by the heat generated from the heat generating element 12a instead of the reactant 12, and the heat from the heat transfer tube 22a (side wall 11a of the container) is transferred to the water passing through the heat transfer tube 22a to raise the temperature. Will be done. Further, in this embodiment, the reaction for generating excess heat described above is not required, and by directly controlling the temperature of the heat generating element 12a by electric power control, water can be appropriately heated to generate steam. can.

またボイラ2においては、発熱素子12aへの供給電力を調節することにより、発熱素子12a(発熱体)の発熱量を制御することが可能である。発熱素子12aの発熱量を増大させるほど、伝熱管22aを通る水が強く加熱され、ボイラ2における蒸気の発生量を増やすことが可能である。 Further, in the boiler 2, it is possible to control the amount of heat generated by the heat generating element 12a (heating body) by adjusting the power supplied to the heat generating element 12a. As the amount of heat generated by the heat generating element 12a is increased, the water passing through the heat transfer tube 22a is heated more strongly, and the amount of steam generated in the boiler 2 can be increased.

3.第3実施形態
次に本発明の第3実施形態について説明する。なお第3実施形態は、熱電変換素子の配置およびこれに関する点を除き、基本的に第1実施形態と同様である。以下の説明では第1実施形態と異なる事項の説明に重点をおき、第1実施形態と共通する事項については説明を省略することがある。
3. 3. Third Embodiment Next, a third embodiment of the present invention will be described. The third embodiment is basically the same as the first embodiment except for the arrangement of the thermoelectric conversion element and the points related thereto. In the following description, emphasis will be placed on the explanation of matters different from those of the first embodiment, and explanations of matters common to the first embodiment may be omitted.

図4は、第3実施形態におけるボイラ3の概略的な構成図である。第3実施形態における熱電変換素子31は、水経路22における伝熱管22aよりも上流側の所定位置(図4に白丸で示す位置)である低温側と、ガス経路14におけるガス受入部15よりも上流側の所定位置(図4に黒丸で示す位置)である高温側との温度差により発電する。なお、この高温側は、容器11内を一部として含む水素系ガスの循環経路に位置する。 FIG. 4 is a schematic configuration diagram of the boiler 3 according to the third embodiment. The thermoelectric conversion element 31 in the third embodiment is located on the low temperature side at a predetermined position (the position indicated by a white circle in FIG. 4) on the upstream side of the heat transfer tube 22a in the water path 22 and on the gas receiving portion 15 in the gas path 14. Power is generated by the temperature difference from the high temperature side, which is the predetermined position on the upstream side (the position indicated by the black circle in FIG. 4). The high temperature side is located in the circulation path of the hydrogen-based gas including the inside of the container 11 as a part.

ボイラ3では、水素系ガスが容器11の内部に充満した状況において、容器11内で反応体12が発する熱により水素系ガスが温められる。そしてこの水素系ガスが循環することにより、循環経路が温められることになる。そのため上記の高温側は、水素系ガスが容器11の内部に充満した状況において反応体12が発する熱を用いて温められ、上記の低温側よりも高温となる。これにより熱電変換素子31は、低温側と高温側の温度差を利用して、ヒータ13の駆動電力を賄うことが可能である。 In the boiler 3, when the inside of the container 11 is filled with the hydrogen-based gas, the hydrogen-based gas is warmed by the heat generated by the reactant 12 in the container 11. The circulation of this hydrogen-based gas warms the circulation path. Therefore, the high temperature side is heated by using the heat generated by the reactant 12 when the inside of the container 11 is filled with the hydrogen gas, and the temperature is higher than that of the low temperature side. As a result, the thermoelectric conversion element 31 can supply the driving power of the heater 13 by utilizing the temperature difference between the low temperature side and the high temperature side.

また更に本実施形態では、熱電変換素子31の低温側対応部は、ガス経路14におけるガスポンプ16やガスフィルタ17よりも上流側に配置されている。そのため熱電変換素子31の作用により、この位置においてガス経路14内のガスの温度を下げることができるため、その分、ガスポンプ16やガスフィルタ17に要求される耐熱温度(要求耐熱温度)を下げることが可能である。 Further, in the present embodiment, the low temperature side corresponding portion of the thermoelectric conversion element 31 is arranged on the upstream side of the gas pump 16 and the gas filter 17 in the gas path 14. Therefore, the temperature of the gas in the gas path 14 can be lowered at this position by the action of the thermoelectric conversion element 31, and the heat resistant temperature (required heat resistant temperature) required for the gas pump 16 and the gas filter 17 can be lowered accordingly. Is possible.

3.その他
以上に説明した各実施形態のボイラ1〜3は、発熱体と、内部にこの発熱体が設けられた容器11とを備え、供給された水(流体の一例)を加熱して蒸気を発生させるものである。更に各ボイラ1〜3では、空気よりも比熱の高いガス(本実施形態の例では水素系ガス)が容器11の内部に充満した環境下において、前記発熱体が発する熱により加熱される伝熱管22a、を備えており、伝熱管22aを通る水(蒸気の元となる水)が加熱されるようになっている。なお、例えば200℃で1atmの条件下において、空気の比熱が約1,026J/Kg℃であるのに対し、水素の比熱は約14,528J/Kg℃となっており、空気の比熱よりも非常に高くなっている。また発熱体として、ボイラ1,3では反応体12が採用され、ボイラ2では発熱素子12aが採用されている。
3. 3. Others The boilers 1 to 3 of each of the above-described embodiments include a heating element and a container 11 provided with the heating element inside, and heat the supplied water (an example of a fluid) to generate steam. It is something that makes you. Further, in each of the boilers 1 to 3, a heat transfer tube heated by the heat generated by the heating element in an environment in which the inside of the container 11 is filled with a gas having a specific heat higher than that of air (hydrogen-based gas in the example of the present embodiment). 22a, and the water passing through the heat transfer tube 22a (water that is the source of steam) is heated. For example, under the condition of 1 atm at 200 ° C, the specific heat of air is about 1,026 J / Kg ° C, while the specific heat of hydrogen is about 14,528 J / Kg ° C, which is much higher than the specific heat of air. It's getting higher. Further, as the heating element, the reactant 12 is adopted in the boilers 1 and 3, and the heating element 12a is adopted in the boiler 2.

各ボイラ1〜3によれば、容器11内部に発熱体を設けた発熱手段により水を加熱して蒸気を発生させるものでありながら、当該発熱体が発する熱を効率良く当該水に伝えることが可能である。各ボイラ1〜3では、伝熱管自体を発熱体を囲むように配置することで、発熱体が発する熱を更に効率良く伝熱管へ伝えることが可能である。 According to each of the boilers 1 to 3, it is possible to efficiently transfer the heat generated by the heating element to the water while heating the water by a heating means provided with a heating element inside the container 11 to generate steam. It is possible. In each of the boilers 1 to 3, by arranging the heat transfer tube itself so as to surround the heating element, it is possible to more efficiently transfer the heat generated by the heating element to the heat transfer tube.

更に、容器11の内部に空気より比熱の高いガスが充満されるため、一般的な空気が充満される場合と比較して熱伝達が良好になされ、発熱体が発する熱を蒸気の元となる水へ効率良く伝えることができる。また、比熱が高いためガスの温度が変動し難く、当該水へより安定的に熱を伝えることが可能である。 Further, since the inside of the container 11 is filled with a gas having a specific heat higher than that of air, heat transfer is improved as compared with the case where general air is filled, and the heat generated by the heating element becomes a source of steam. It can be efficiently transmitted to water. Further, since the specific heat is high, the temperature of the gas is less likely to fluctuate, and it is possible to transfer heat to the water more stably.

また伝熱管22aは、筒状に形成された側壁11aの全周を形成しているため、発熱体が発する熱を蒸気の元となる水へ効率良く伝えることが可能である。特に本実施形態での伝熱管22aは、発熱体を囲んで配置されていることから、側壁11aの全周のほぼ全ての領域を網羅し、発熱体が発する熱を極力無駄なく蒸気の元となる水へ伝えることが可能である。なお上記の各実施形態では、伝熱管は螺旋状に伸びて発熱体を囲んで配置されているが、発熱体を囲む形態はこれに限られず、例えば、鉛直方向に伸びる複数本の伝熱管が発熱体を囲んで配置する形態等が採用されても良い。 Further, since the heat transfer tube 22a forms the entire circumference of the side wall 11a formed in a cylindrical shape, it is possible to efficiently transfer the heat generated by the heating element to the water that is the source of steam. In particular, since the heat transfer tube 22a in the present embodiment is arranged so as to surround the heating element, it covers almost the entire circumference of the side wall 11a, and the heat generated by the heating element is used as the source of steam as much as possible. It is possible to convey to the water. In each of the above embodiments, the heat transfer tubes are arranged spirally to surround the heating element, but the form surrounding the heating element is not limited to this, and for example, a plurality of heat transfer tubes extending in the vertical direction are provided. A form or the like in which the heating element is arranged so as to surround the heating element may be adopted.

また上記の各実施形態では、容器11内にガスを密閉するための側壁11aが伝熱管22aにより形成されているが、その代わりに側壁11aを伝熱管22aとは別に設けておき、側壁11aの内側に(すなわち、容器11の内部に)伝熱管22aを設けるようにしても良い。この場合においても、空気よりも比熱の高いガスが容器11の内部に充満した環境下において、発熱体が発する熱により伝熱管22aを加熱することが可能である。またこの場合には、伝熱管22aは側壁11aとしての役割を果たす必要は無いが、上下に隣合う伝熱管22aの部分同士の間に隙間があると発熱体からの熱を更に受けやすく好ましい。 Further, in each of the above embodiments, the side wall 11a for sealing the gas in the container 11 is formed by the heat transfer tube 22a, but instead, the side wall 11a is provided separately from the heat transfer tube 22a, and the side wall 11a is provided. The heat transfer tube 22a may be provided inside (that is, inside the container 11). Even in this case, the heat transfer tube 22a can be heated by the heat generated by the heating element in an environment in which the inside of the container 11 is filled with a gas having a specific heat higher than that of air. Further, in this case, the heat transfer tube 22a does not need to serve as the side wall 11a, but it is preferable that there is a gap between the vertically adjacent heat transfer tubes 22a so that the heat from the heating element can be further received.

また各ボイラ1〜3では、容器11内を一部として含む循環経路において、前記ガスを循環させるようになっている。これにより、容器11内のガスの動きを活発化させて、当該ガスから側壁11aへの熱伝達がより効果的になされる効果が期待される。特に第1および第3実施形態のボイラでは、反応体12における過剰熱を発生させる反応を促進させるためにも、当該ガスを循環させることが重要である。なお、第2実施形態のボイラにおいては過剰熱を発生させる反応を要しないため、上述した空気よりも比熱の高いガスとして、水素系ガス以外のガスを採用しても良い。 Further, in each of the boilers 1 to 3, the gas is circulated in a circulation path including the inside of the container 11 as a part. This is expected to have the effect of activating the movement of the gas in the container 11 and more effectively transferring heat from the gas to the side wall 11a. In particular, in the boilers of the first and third embodiments, it is important to circulate the gas in order to promote the reaction that generates excess heat in the reactant 12. Since the boiler of the second embodiment does not require a reaction that generates excess heat, a gas other than the hydrogen-based gas may be used as the gas having a higher specific heat than the above-mentioned air.

なお、上記の各実施形態では、伝熱管22aを含む水経路22に蒸気の元となる水を流すようにしているが、その代わりに、伝熱管を含む熱媒経路に熱媒体Yを流すようにし、この熱媒体Yを用いて蒸気の元となる水を加熱することも可能である。このように構成したボイラの模式的な構成図を図5に例示する。 In each of the above embodiments, the water that is the source of steam is flowed through the water path 22 including the heat transfer tube 22a, but instead, the heat medium Y is flown through the heat medium path including the heat transfer tube. It is also possible to heat water, which is a source of steam, using this heat medium Y. A schematic configuration diagram of the boiler configured in this way is illustrated in FIG.

図5に示すボイラ1aでは、水経路22の代わりに熱媒経路40が設けられるとともに、セパレータ21の代わりに熱交換器50が設けられている。熱交換器50は、熱媒体Yが流れる熱媒経路40の一部が配置されるとともに、外部からの給水(蒸気の元となる水の供給)を受ける。なお熱媒体Yは、図5に実線矢印で示すように、伝熱管40aを含む熱媒経路40を循環するようになっている。伝熱管40aの構成や配置形態は、第1実施形態の伝熱管22aと同様である。これにより、反応体12(発熱体)により加熱された熱媒体Yを熱交換器50へ送り込み、供給された水を当該熱媒体Yにより加熱して蒸気を発生させ、外部へ供給することが可能である。なお熱交換器50は、水を加熱して蒸気を生成する構成の他、温水を生成する構成としても良い。 In the boiler 1a shown in FIG. 5, a heat medium path 40 is provided instead of the water path 22, and a heat exchanger 50 is provided instead of the separator 21. The heat exchanger 50 is arranged with a part of the heat medium path 40 through which the heat medium Y flows, and receives water supply (supply of water as a source of steam) from the outside. The heat medium Y circulates in the heat medium path 40 including the heat transfer tube 40a, as shown by the solid arrow in FIG. The configuration and arrangement of the heat transfer tube 40a are the same as those of the heat transfer tube 22a of the first embodiment. As a result, the heat medium Y heated by the reaction element 12 (heating element) can be sent to the heat exchanger 50, and the supplied water can be heated by the heat medium Y to generate steam and be supplied to the outside. Is. The heat exchanger 50 may be configured to generate hot water in addition to the configuration of heating water to generate steam.

そしてボイラ1aにおいては、熱電変換素子31は、外部から熱交換器50への給水経路の所定位置(図5に白丸で示す位置)である低温側と、熱媒経路40における伝熱管40aよりも下流側の所定位置(図5に黒丸で示す位置)である高温側との温度差により発電する。これにより熱電変換素子31は、熱媒体Yを介して反応体12の熱により加熱される前の水と反応体12の熱で加熱された熱媒体Yとの温度差を利用して、ヒータ13の駆動電力を賄うことが可能である。 In the boiler 1a, the thermoelectric conversion element 31 is located on the low temperature side, which is a predetermined position (the position indicated by a white circle in FIG. 5) of the water supply path from the outside to the heat exchanger 50, and the heat transfer tube 40a in the heat medium path 40. Power is generated by the temperature difference from the high temperature side, which is the predetermined position on the downstream side (the position indicated by the black circle in FIG. 5). As a result, the thermoelectric conversion element 31 utilizes the temperature difference between the water before being heated by the heat of the reactant 12 and the heat medium Y heated by the heat of the reactant 12 via the heat medium Y, and the heater 13 is used. It is possible to cover the driving power of.

熱交換器50としては、例えば、プレート式やシェルアンドチューブ式の熱交換器を採用しても良く、各種形態のスチームジェネレータを採用しても良い。このスチームジェネレータの一例としては、供給された水を貯留する貯留スペースと、当該貯留スペース内に配置された熱媒体Yを通す管状体を有し、熱媒体Yの熱が当該管状体を介して貯留した水に伝わる構成のものが挙げられる。 As the heat exchanger 50, for example, a plate type or shell-and-tube type heat exchanger may be adopted, or various types of steam generators may be adopted. As an example of this steam generator, it has a storage space for storing the supplied water and a tubular body through which the heat medium Y arranged in the storage space is passed, and the heat of the heat medium Y passes through the tubular body. Examples include those that are transmitted to the stored water.

また、図1或いは図3に示すボイラにおいて、熱電変換素子31の高温側対応部が配置される高温側の位置は、先述した黒丸で示す位置の代わりに、点線の丸で示す位置Xとしても良い。この場合、セパレータ21に送り込まれる蒸気の温度を極力下げないようにすることが可能となる。 Further, in the boiler shown in FIG. 1 or 3, the position on the high temperature side where the high temperature side corresponding portion of the thermoelectric conversion element 31 is arranged may be the position X indicated by the dotted circle instead of the position indicated by the black circle described above. good. In this case, it is possible to prevent the temperature of the steam sent to the separator 21 from being lowered as much as possible.

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の構成は上記実施形態に限られず、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能である。すなわち上記実施形態は、全ての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。例えば、本発明に係るボイラは、上記実施形態のような蒸気を発生させるボイラの他、温水ボイラや熱媒ボイラ等にも適用可能である。本発明の技術的範囲は、上記実施形態の説明ではなく、特許請求の範囲によって示されるものであり、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内に属する全ての変更が含まれると理解されるべきである。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the configuration of the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made without departing from the gist of the invention. That is, the above embodiment should be considered to be exemplary in all respects and not restrictive. For example, the boiler according to the present invention can be applied to a hot water boiler, a heat medium boiler, and the like, in addition to the boiler that generates steam as in the above embodiment. The technical scope of the present invention is shown not by the description of the above embodiment but by the scope of claims, and is understood to include all modifications belonging to the meaning and scope equivalent to the scope of claims. Should be.

本発明は、各種用途のボイラに利用可能である。 The present invention can be used in boilers for various purposes.

1〜3、1a ボイラ
11 容器
11a 側壁
11b 上底部
11c 下底部
12 反応体
12a 発熱素子
13 ヒータ
14 ガス経路
15 ガス受入部
16 ガスポンプ
17 ガスフィルタ
21 セパレータ
22 水経路
22a 伝熱管
23 水受入部
24 水ポンプ
31 熱電変換素子
40 熱媒経路
40a 伝熱管
50 熱交換器
1-3, 1a Boiler 11 Container 11a Side wall 11b Upper bottom 11c Lower bottom 12 Reactor 12a Heat generating element 13 Heater 14 Gas path 15 Gas receiving part 16 Gas pump 17 Gas filter 21 Separator 22 Water path 22a Heat transfer tube 23 Water receiving part 24 Water Pump 31 Thermoelectric conversion element 40 Heat medium path 40a Heat transfer tube 50 Heat exchanger

Claims (4)

伝熱管と、
発熱体と、
内部に前記伝熱管および前記発熱体が設けられ、空気よりも比熱の高いガスを内部に充満できる容器と、を備え、
前記発熱体が発する熱を用いて前記伝熱管を加熱するボイラであって、
前記ボイラへの給水が行われる低温側と、前記ガスが前記容器の内部に充満した状況において前記発熱体が発する熱を用いて温められる高温側と、の温度差により発電する熱電変換素子を備えることを特徴とするボイラ。
Heat transfer tube and
With a heating element
A container provided with the heat transfer tube and the heating element inside and capable of filling the inside with a gas having a specific heat higher than that of air.
A boiler that heats the heat transfer tube using the heat generated by the heating element.
A thermoelectric conversion element that generates electricity by a temperature difference between a low temperature side where water is supplied to the boiler and a high temperature side which is heated by using the heat generated by the heating element when the inside of the container is filled with the gas is provided. A boiler characterized by that.
前記ガスが循環する経路として、前記容器内を一部として含む循環経路を備え、
前記熱電変換素子は、前記ボイラへの給水が行われる低温側と前記循環経路である高温側との温度差により発電することを特徴とする請求項1に記載のボイラ。
As a path for circulating the gas, a circulation path including the inside of the container as a part is provided.
The boiler according to claim 1, wherein the thermoelectric conversion element generates electricity due to a temperature difference between a low temperature side where water is supplied to the boiler and a high temperature side which is a circulation path.
前記ガスは水素系ガスであり、
前記発熱体は、
水素吸蔵金属類からなる金属ナノ粒子が表面に設けられており、前記水素系ガスが前記容器内に供給された状況において、前記金属ナノ粒子内に水素原子が吸蔵され過剰熱を発生させる反応体であって、
前記熱電変換素子が発生させる電力を、前記反応体を加熱するヒータに供給することを特徴とする請求項1または請求項2に記載のボイラ。
The gas is a hydrogen-based gas and
The heating element is
A reactant in which metal nanoparticles made of hydrogen storage metals are provided on the surface, and hydrogen atoms are occluded in the metal nanoparticles to generate excess heat in a situation where the hydrogen-based gas is supplied into the container. And
The boiler according to claim 1 or 2, wherein the electric power generated by the thermoelectric conversion element is supplied to a heater for heating the reactant.
前記熱電変換素子が発生させる電力を用いて前記発熱体の温度を上げることを特徴とする請求項1から請求項3の何れかに記載のボイラ。 The boiler according to any one of claims 1 to 3, wherein the temperature of the heating element is raised by using the electric power generated by the thermoelectric conversion element.
JP2020045127A 2020-03-16 2020-03-16 boiler Active JP7390224B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020045127A JP7390224B2 (en) 2020-03-16 2020-03-16 boiler

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020045127A JP7390224B2 (en) 2020-03-16 2020-03-16 boiler

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2021148307A true JP2021148307A (en) 2021-09-27
JP7390224B2 JP7390224B2 (en) 2023-12-01

Family

ID=77848161

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2020045127A Active JP7390224B2 (en) 2020-03-16 2020-03-16 boiler

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP7390224B2 (en)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62131101A (en) * 1985-12-02 1987-06-13 工業技術院長 Steam generator
JPH06257864A (en) * 1993-03-01 1994-09-16 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Heat generating device
WO1999058820A1 (en) * 1998-05-14 1999-11-18 Yyl Corporation Power generator
JP2013002661A (en) * 2011-06-13 2013-01-07 Panasonic Environmental Systems & Engineering Co Ltd Boiler waste heat utilization system
JP2017110835A (en) * 2015-12-15 2017-06-22 株式会社クリーンプラネット Heat generation system
JP6448074B2 (en) * 2016-09-28 2019-01-09 株式会社クリーンプラネット Fever system

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62131101A (en) * 1985-12-02 1987-06-13 工業技術院長 Steam generator
JPH06257864A (en) * 1993-03-01 1994-09-16 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Heat generating device
WO1999058820A1 (en) * 1998-05-14 1999-11-18 Yyl Corporation Power generator
JP2013002661A (en) * 2011-06-13 2013-01-07 Panasonic Environmental Systems & Engineering Co Ltd Boiler waste heat utilization system
JP2017110835A (en) * 2015-12-15 2017-06-22 株式会社クリーンプラネット Heat generation system
JP6448074B2 (en) * 2016-09-28 2019-01-09 株式会社クリーンプラネット Fever system

Also Published As

Publication number Publication date
JP7390224B2 (en) 2023-12-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8057559B2 (en) Hydrogen generator and hydrogenation apparatus
JP6795129B1 (en) boiler
US9115913B1 (en) Fluid heater
PT1425244E (en) Compact reformer unit in the low performance range, for producing hydrogen from gaseous hydrocarbons
CN105688775A (en) Reactor with temperature control device
WO2021187284A1 (en) Boiler
JP2021148307A (en) boiler
JP7423359B2 (en) boiler
JP7390223B2 (en) boiler
JP7337437B2 (en) boiler
JP7423360B2 (en) boiler
WO2021187286A1 (en) Boiler
JP7441083B2 (en) boiler
JP7441084B2 (en) boiler
CA2834946C (en) Heat exchange system
WO2021095430A1 (en) Boiler
WO2021187285A1 (en) Boiler
CN112709976A (en) Boiler
JPS62131101A (en) Steam generator
JP2019196878A (en) Fluid heating device
JP6667161B2 (en) Cogeneration system
JP2017198436A (en) Water heater and fuel battery device
JP2012056805A (en) Hydrogen-generating apparatus
JP2009135023A (en) Co-generation hot-water supply system and its operation method

Legal Events

Date Code Title Description
A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711

Effective date: 20220119

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20221220

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20230726

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20230802

RD02 Notification of acceptance of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422

Effective date: 20230811

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20230925

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20231101

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20231120

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7390224

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150