JPH02267462A - 蓄熱型電気温水・蒸気発生器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、蓄熱型電気温水・蒸気発生器の改良に関する
ものである。

（従来の技術） 従前の潜熱蓄熱型電気温水・蒸気発生器は、通常第５図
に示す如く、ヒータ等の加熱源Ｊを設けた熱媒タンクＨ
内へ溶融塩等の潜熱蓄熱材Ａを貯留すると共に、夜間電
力を用いて蓄熱材Ａを加熱し、これを溶融状態として所
謂潜熱蓄熱を行ない、熱媒タンクＨ内に設けた熱交換器
Ｈ内へ給水を送ってこれを加熱することにより、温水又
は蒸気を得る様に構成されている。

しかし、前記第５図の構成の電気温水・蒸気発生器には
、熱交換管Ｈの伝熱壁部に於ける熱伝達率が低いため、
蓄熱材Ａから給水への放熱速度が極めて遅くなり、！ｉ
ｌ水・蒸気発生器の小形化を図り難という基本的な欠点
がある。

例えば、放熱時に於いては、′：ａ固した蓄熱材Ａが熱
交換管Ｈの外表面上に層状に付着し、時間の経過と共に
その厚さが順次増大する。ところが、蓄熱材そのものは
熱伝導度が相対的に低いため、前記凝固層の厚みが大き
くなるとその熱抵抗が著しく増大する。その結果給水へ
の熱伝達が円滑に行なえず、必然的に温水・蒸気発生装
置の大形化を招くことになる。

一方、前述の如き問題を解決するものとして、Ｍ６＠の
如き蓄熱材循環型の所謂アクティブ熱交換方式を用いた
電気温水・蒸気発生器が開発さ九ている。即ち、熱媒タ
ンクＨ内に貯留した溶融塩等の蓄熱材Ａを熱媒体とし、
これを循環ポンプＦによって熱交換器Ｇ内へ送ることに
より、熱交換管Ｈ内を流通する水を加熱して温水（又は
蒸気）を得るように構成されている。尚、第６図に於い
て工は送水ポンプ、Ｊはヒータ等の熱媒体加熱源である
。

前記蓄熱材循環方式の潜熱蓄熱型電気温水・蒸気発生器
では、蓄熱材Ａが一定の流速で循環流動されるため、熱
交換管Ｈの外表面上には蓄熱材Ａの凝固層が固着し難く
なる。その結果、熱伝達特性も蓄熱材Ａが静止した状態
の場合に比較して相当改善されることになる。

しかし、当該蓄熱材循環方式の熱交換に於いても、熱交
換管Ｈの外表面に於ける蓄熱材の凝固層の固着を皆無に
することは困難であり、特に熱媒体としての蓄熱材Ａの
循環流速が低いと、チューブ外表面への凝固層の固着が
著しく増大する。その結果、高い熱伝達特性を保持する
ためには蓄熱材Ａの循環流速を相当に高める必要があり
、蓄熱材である溶融塩がスラリー状であってその流動性
が相対的に低いこととも相俟って、循環ポンプＦの動力
費が著しく高騰することになる。

まん、前記従前の蓄熱型電気温水・蒸気発生器にあって
は、万一温水・蒸気負荷が一時的に増大して発生器にピ
ーク負荷がかかっても、蓄熱材Ａの放熱速度が低いため
にこわに適格に応答できないうえ、蓄熱材Ａの蓄熱量そ
のものが不足した場合には、全く負荷要求に対応出来な
いという問題がある。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明は、従前の蓄熱型電気温水・蒸気発生器に於ける
上述の如き問題、即ち■熱交換管Ｈの熱伝達率が低いた
め、負荷の変動に対する応答性が悪く且つ装置の小形化
が図れないこと、■蓄熱材循環式とした場合でも、熱伝
達率が相対的に低いうえ、循環ポンプの動力費が増加す
ること、■ピーク負荷が発生器にかかった場合でも、蓄
熱材の放熱速度が低いため迅速に応答することが出来な
いこと、及び■負荷が万一増大して蓄熱量が不足した場
合には、温水・蒸気発生器が全く使いものにならなくな
ること、等の問題を解決せんとするものであり、蓄熱型
温水・蒸気発生器を蓄熱材Ａからの放熱による加熱と電
気ヒータによる加熱とを組合せた構成とすると共に、蓄
熱材に全く新規な構成の固液二相熱媒体を用いることに
より、ベース負荷並びにピーク負荷の何れにも必要且つ
十分に対応し得るようにした蓄熱型温水・蒸気発生器を
提供するものである。

（問題点を解決するための手段） 本件請求項（１）に記載の発明は、給水加熱用ヒータと
：熱媒体加熱用ヒータを備えた蓄熱タンクと；蓄熱タン
クに貯留した表面架橋ポリエチレン粒体と熱媒油若しく
はエチレングリコールとから成る固液二相熱媒体と；固
液二相熱媒体の循環ポンプと；前記循環する固液二相熱
媒体及び前記給水加熱用ヒータにより給水を加熱する熱
交換器とを発明の基本構成とするものである。

又、本件請求項（２）に記載の発明は、水管壁を備えた
槽本体と；槽本体内に貯留した表面架橋ポリエチレン粒
体と熱媒油若しくはエチレングリコールとから成る固液
二相熱媒体と；槽本体内へ配設した熱媒体加熱用ヒータ
と；槽本体内に貯留した熱媒体の撹拌装置とを発明の基
本構成とするものである。

（作用）熱媒体加熱用ヒータで蓄熱タンク又は槽本体内
の固液二相熱媒体を加熱することにより、熱媒体の固相
分を形成する表面架橋ポリエチレン粒体の内部が固相か
ら液相に相転移を起し、潜熱に相当する熱量が粒体内部
に蓄熱される。

潜熱蓄熱が行なわれた固液二相熱媒体は、循環ポンプに
より流動若しくは撹拌装置により撹拌流動され、熱交換
用水管を介して保持する熱を給水に与える。

熱媒体内の粒体は、その表面が架橋されているため蓄熱
状態下に於いても保形性があり、元の形状を保持してい
る。

熱交換により、熱媒体内の粒体はその潜熱を放出して内
部の液相状が同相状に相転移すると共に、順次蓄熱タン
クへ戻される。

表面架橋ポリエチレン粒体は、前述の通り、蓄熱状態下
に於いても元の形状を保持しているため。

熱交換用水管の外表面へ固着するようなことは全く起ら
ず、熱伝達率が著しく改善される。

尚、請求項（１）に記載の温水・蒸気発生器に於いては
、併置した給水加熱用ヒータによる加熱と。

蓄熱した熱媒体による加熱とが温水・蒸気負荷に応じて
適宜に作動され、例えば通常負荷を熱媒体による加熱に
より、またピーク負荷を給水加熱用ヒータの作動によっ
て分担するという様な作動が行なわれる。

また、請求項（２）に記載の温水・蒸気発生器に於いて
も同様であり、熱媒体加熱用ヒータを蓄熱時以外にも適
宜に作動させることにより、ピーク負荷への対応が行な
われる。

（実施例） 以下１図面に基づいて本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明の第１実施例に係る蓄熱型電気温水・蒸
気発生器の系統図であり、第２図は使用する熱交換器の
他の例を示す断面図である。

図に於いて、１は蓄熱タンク、２は熱媒体加熱用ヒータ
、３は熱媒体循環ポンプ、４ａ・４ｂは熱交換器、５ａ
・５ｂはひれ付熱交換用水管、６は給水ポンプ、７はス
チームセパレータ、８は管路、９は制御装置、１０は給
水加熱用のシーズヒータ、１１は圧力調Ｉｌ器、１２は
給水ゲージ、Ｋは蓄熱タンク内に貯留した熱媒体である
。

前記熱媒体には所謂固液二相流体であって、液相Ｋａ内
に固相Ｋｂが混在した状態で管路８及び熱交換器４ａ内
を流通する。

前記熱媒体にの同相分Ｋｂは、ポリエチレンの粒材の表
層部のみを架橋した所謂表面架橋ポリエチレン粒体から
構成されており１本実施例では直径１　、５〜５　ｗφ
、比重約０．９〜１．０．軟化温度約８０℃〜２００℃
、潜熱約５０〜８０ＫｃａＱ／ｋｇの表面架橋ポリエチ
レンを前記熱媒体の固相分Ｋｂとして利用している。よ
り具体的に記述すれば、前記表面架橋ポリエチレン粒体
の粒径は１．５〜３ａｍφ位が伝熱並びに熱媒体にの循
環流動という点から最適であり、又、その軟化温度が約
１３３℃と１８８℃の二種類のものについて実用試験を
行なった。

尚、前記ポリエチレン粒体の表面架橋は化学的方法又は
電子線照射法等によって行なおれ、当該表面架橋処理を
行なうことにより、ポリエチレン粒体の表層部のみが若
干硬化する。その結果、粒体内部が加熱下で溶融状態に
あっても、その表１部は固化状のままであり、粒体形状
を保持することになる。又、前記表面架橋処理を施して
も、ポリエチレンの潜熱が大幅に減少するようなことは
全く無い。

一方、前記固液二相熱媒体にの液相分Ｋａには、熱媒油
若しくはエチレングリコールの何れかを前記表面架橋ポ
リエチレン粒体の軟化温度に応じて使用している。

熱媒体にの液相分Ｋａの材質としては、前記固相分Ｋｂ
が浮遊し得る比重を有する必要があり。

更に、固相分Ｋｂを形成する表面架橋ポリエチレン粒体
の表層部の安定性を阻害しないことが必要である。加え
て、液相分Ｋａは化学的安定性や流動性に優れ、熱容量
の大きな物質が良い。これ等の点を勘案し、本実施例で
は前述の如く、軟化温度が約１３３℃の表面架橋ポリエ
チレン粒体を固相分Ｋｂとした場合にはエチレングリコ
ールを、また軟化温度が約１８８℃の表面架橋ポリエチ
レン粒体を固相分Ｋｂとした場合には、熱媒油を、夫々
液相分Ｋａとするようにしている。

前記固液二相熱媒体Ｋを構成する液相分Ｋａと固相分Ｋ
ｂとの混合比率（Ｋ　ｂ　／　Ｋ　ａ　）は２０〜７０
ＶＯＬ％程度であり、５０％程度が伝熱特性等の点から
最適である。

前記給水加熱用のシーズヒータ１０は熱交換器４ｂのひ
れ付熱交換用水管５ｂを介して給水を直接加熱するもの
であり、本実施例に於いては後述する如く、ヒータ１０
の作動によって常用負荷（ベース負荷）を分担すると共
に、蓄熱タンク１内の熱媒体にの蓄熱量でもってピーク
負荷を分担する構成としている。

尚１本実施例では上述の如くヒータ１０によってベース
負荷を分担する構成としているが、熱媒体Ｋによりベー
ス負荷を分担し、ヒータ１０でピーク負荷を分担するよ
うにしてもよいことは勿論である また、本実施例では、給水加熱用ヒータ１０を備えた熱
交換器４ｂと、固液二相熱媒体Ｋが循環する熱交換器４
ａを夫々別個に設ける構成としているが、第２＠に示す
如く、−本のひれ付熱交換用水管５ａの内部へ給水加熱
用のシーズヒータ１０を挿着し、ヒータ１０と水管５ａ
間の空隙を給水通路とすることにより、熱交換器を１基
にまとめた構成としてもよい。

次に、前記蓄熱型温水・蒸気発生器の作動について説明
する。

蓄熱タンク１内に貯留された熱媒体Ｋ（固相分Ｋｂ・表
面架橋ポリエチレン、液相分Ｋａエチレングリコール等
）は、夜間等の余剰電力を用いてヒータ２により、表面
架橋ポリエチレンの軟化温度約１３３℃又は約１８８℃
以上の温度で一定時間加熱される。これにより、表面架
橋ポリエチレン粒体の内部が溶融状態となり（粒子の外
表層は若干軟化するが、元の形状が保持された状態にあ
る）、潜熱に相当する熱量が蓄熱されると共に、エチレ
ングリコール等の液相分には所謂顕熱蓄熱が行なわれる
。

昼間に於ける温水（又は蒸気）の発生は給水加熱用ヒー
タ１０の作動によって行なわれ、給水ゲージ１２．圧力
調整器１１及び制御装置９を介してヒータ１０並びに給
水ポンプ６等の制御が行なわれる。

一方、蒸気負荷等が急増した場合には、熱媒体循環ポン
プ３が駆動され、固液二相熱媒体Ｋを熱交換器４ａへ送
ることにより、ひれ付熱交換用水管５ａを介して給水ポ
ンプ６からの給水が加熱され加熱水がスチームセパレー
タ７へ送られる。

熱媒体に内のポリエチレン粒体は、その内部が溶融して
いても外表層は固化状態にあり、粒体形状を保持してい
る。従って、熱交換用水管５ａの外表面に固相分が固着
することは全くない。

熱交換により潜熱を放出したポリエチレン粒子は、その
内部が固相に相転移し、液相分Ｋａ内に浮遊した状態で
管路８を通して蓄熱タンク１へ戻される。

第３図及び第４図は、本発明の第２実施例を示す横断面
図及び縦断面図である。

当該実施例に於いては、蓄熱タンクと熱交換器が一体的
に形成され且つ固液二相熱媒体Ｋが槽本体１３内で撹拌
装置１４により、強制撹拌されている。

即ち、槽本体１３は水管壁１５を備えた密封構造に形成
されている。又、水管壁１５を形成する各水管１５ａの
上・下端は、上部ヘッダ１６及び下部ヘッダ１７へ夫々
連結されており、給水ポンプ６から前記下部ヘッダ１７
へ給水が供給される。

更に、前記槽本体１３の内部には複数の熱媒体加熱用の
シーズヒータ２と、撹拌装置１４を形成する撹拌羽根１
４ａが夫々配設されており、夜間電力等によって固液二
相熱媒体Ｋが撹拌されつつヒータ２によって加熱され、
蓄熱が行なわれる。

尚、前記固液二相熱媒体には第１実施例の場合と同様に
表面架橋ポリエチレン粒体と熱媒油又はエチレングリコ
ールとの混合体であり、ポリエチレン粒体に潜熱蓄熱が
行なわれる。又、第３図及び第４図に於いて１４ｂは撹
拌装置の駆動用モータ、１８は給電線、１９は温水・蒸
気取出口、２０は断熱材である。

給水ポンプ６から水管１５ａ内へ供給された給水は、撹
拌により流動する固液二相熱媒体にとの熱交換によって
加熱され、取出口１９から温水（又は蒸気）となって槽
外へ流出する。固液二相熱媒体に内の固相分（ポリエチ
レン粒体）Ｋｂは。

前述の通り蓄熱時に於いてもその外表層部が同化相のま
まであり、その結果、水管１５ａの外表面へ固着積層す
るようなことは全く無く、高い熱伝達率でもって熱交換
が行なわれる。

尚、熱媒体加熱用ヒータ２への給電は、夜間のみの給電
に限定する必要は無く、蒸気負荷等が急増した場合には
ヒータ１０を作動して、撹拌流動する熱媒体Ｋを介して
給水の加熱を促進することも可能である。

（発明の効果） 本発明に於いては、潜熱蓄熱による給水の加熱と、電気
ヒータによる給水の加熱とが併用自在な構成となってい
るため、ピーク負荷に対しても迅速に応答することが出
来ると共に、蓄熱量の不足による様々な不都合を全て回
避することが出来る。

また、熱媒体を表面架橋ポリエチレン粒体を固相分とす
る固液二相流体としているため、固相分に大量の潜熱が
蓄熱でき、熱媒体の蓄熱密度が大幅に向上する。

更に、固液二相熱媒体を流動させると共に、その同相分
を表面架橋ポリエチレン粒体としているため、従前の溶
融塩循環方式のように、熱交換用水管の外表面に溶融塩
の固相分が固着して熱伝達率が悪化するようなことが皆
無となり、前記溶融塩循環方式の場合に比較して熱伝達
率が約３倍径度向上する。その結果、温水・蒸気発生器
の大幅な小形化が可能となる。

加えて、小粒径の潜熱蓄熱材を液相分向へ浮遊せしめた
状態で固液二相熱媒体をポンプにより循環若しくは撹拌
羽根により流動させるようにしているため、従前のスラ
リー状の溶融塩を循環若しくは撹拌流動させる場合に比
較して流体の流動性が向上し、ポンプ動力費の引下げが
可能となる。

そのうえ、熱媒体内の表面架橋ポリエチレン粒体の軟化
温度を８０〜２００℃程度に選定することにより、高温
水又は蒸気が容易に得られると共に、熱媒油等の液相分
は１００℃以上でも常圧であるため、蓄熱タンクや槽本
体には圧力がかからず、安全性や経済性の点でも好都合
である。

本発明は上述の通り、優れた実用的効用を奏するもので
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の第１実施例に係る蓄熱型電気温水・
蒸気発生器の系統図である。 第２図は、第１実施例で使用する熱交換器の他の例を示
す断面図である。 第３図及び第４図は、本発明の第２実施例に係る蓄熱型
電気温水・蒸気発生器の横Ｎ１図及び縦断面図である。 第５図及び第６図は、従前の蓄熱型電気温水・蒸気発生
器の概要説明図である。 Ｉ　　　　　Ｗ熱タンク ２　　　　　熱媒体加熱用ヒータ ３　　　　　熱媒体循環ポンプ ４ａ・４ｂ　熱交換器 ５ａ・Ｓｂ　熱交換用水管 ６　　　　　給水ポンプ ７　　　　　スチームセパレータ １０　　　　　　給水加熱用ヒータ １３　　　　　　槽本体 １４　　　　　　撹拌装置 １５　　　　　　水管壁 Ｋ　　　　　固液二相熱媒体 特許出願人　　　　株式会社　田熊総合研究所代表者　
幅径　鈴 第 図 第４ 図 第３図 第２図 第５ 図 第６図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）給水加熱用ヒータと；熱媒体加熱用ヒータを備え
   た蓄熱タンクと；蓄熱タンクに貯留した表面架橋ポリエ
   チレン粒体と熱媒油若しくはエチレングリコールとから
   成る固液二相熱媒体と；固液二相熱媒体の循環ポンプと
   ；前記循環する固液二相熱媒体及び前記給水加熱用ヒー
   タにより給水を加熱する熱交換器とより構成した蓄熱型
   電気温水・蒸気発生器。
2. （２）水管壁を備えた槽本体と；槽本体内に貯留した表
   面架橋ポリエチレン粒体と熱媒油若しくはエチレングリ
   コールとから成る固液二相熱媒体と；槽本体内へ配設し
   た熱媒体加熱用ヒータと；槽本体内に貯留した熱媒体の
   撹拌装置とより構成した蓄熱型電気温水・蒸気発生器。