JPH02267463A - 蓄熱材直接接触型電気温水・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、蓄熱材直接接触型電気温水・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・蒸気発生は、通常第７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、昼間等に
熱媒タンクＨ内に設けた熱交換管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７図の構成の電気温水・蒸気発生器に於
いては、放熱時に冷却により凝固した蓄熱材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４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・蒸気発生装置が大形化するという欠点がある。

また、前記従前の蓄熱型電気温水・蒸気発生器には、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
荷がかかつても、蓄熱材Ａの放熱速度が低いためにこれ
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。

一方、前述の如き問題を解決するものとして。

第８図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れている。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８
図に於いてＩは送水ポンプ、Ｊはヒータ等の熱媒体加熱
源である。

しかし、前記蓄熱材循環型温水・蒸気発生器に於いても
、蓄熱材の循環流速を相当速めないと蓄熱材の熱交換管
Ｈへの積層固着を防止できず、溶融塩がスラリー状で流
動性が悪いこととも相俟ってポンプ動力費が増えると共
に、温水・蒸気発生器の構造そのものが複雑化し、製造
コストの引き下げが図れないという問題がある。

又、前記蓄熱材と給水管の熱交換の問題を基本的に解決
するものとして、第９図に示す如く溶融塩Ａと水Ｗとを
ボイラＨ内で直接接触させ、飽和蒸気Ｓを得るようにし
た直接接触熱交換方式が開発されている。尚、第９図に
於いて、Ｐは高圧塩ポンプ、Ｍはモータ、Ｗ′は水噴射
ノズルである。

しかし、前記直接接触熱交換方式に於いても、熱交換効
率が極めて悪いうえ、水中への塩のキャリオーバを生じ
て水系配管の閉塞を生じたり、塩の加水分解（例えばＮ
ａＮｏ、＋Ｈ２，，２ＨＮＯ，＋Ｎ　ａ　ＯＨ）が生じ
る等の問題があり、実用化が著しく困難である。

（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く、循環ポンプの動力費が増加する
と共に構造が複雑化すること、■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、■蓄熱材直接接触方式と
した場合には、熱交換の効率が低いうえ、塩のキャリオ
ーバによる水系配管の閉塞や塩の加水分解を生じて安全
性に欠けること、等の問題を解決せんとするものであり
、表面架橋ポリエチレン粒体と水との混合体を蓄熱用熱
媒体とし、これを余剰電力を用いて加熱して蓄熱を行な
うと共に、前記混合体内へ供給して加熱した給水を架橋
ポリエチレン粒体から分離し、温水又は蒸気を取り出す
ようにした蓄熱材直接接触型電気温水・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、蓄熱混合体の加熱用
ヒータを備えると共に、内部上方にスクリーン板を設け
た蓄熱タンクと；蓄熱タンク内に貯留した表面架橋ポリ
エチレン粒体と水とから成る蓄熱混合体とを発明の基本
構成とするものであり、給水を蓄熱混合体内へ供給して
前記表面架橋ポリエチレン粒体に直接接触させ、加熱し
た給水を前記スクリーン板を通して蓄熱タンクの外方へ
取り出すことを特徴とするものである。

また１本件請求項（２）に記載の発明は、蓄熱混合体の
加熱用ヒータを備えると共に、内部上方にスクリーン板
を設けた蓄熱タンクと；蓄熱タンク内に貯留した表面架
橋ポリエチレン粒体と水とから成る蓄熱混合体と；加熱
用ヒータを有する複数の水管を備え、その内部に前記蓄
熱タンクを挿着した水管壁構造の缶体と；前記蓄熱タン
ク内のスクリーン板上方空間と前記水管群の下端部とを
連通ずる連結管とを発明の基本構成とするものであり、
蓄熱混合体との直接接触により加熱した給水を缶体の各
本管へ供給するようにしたことを特徴とするものである
。

更に、本件請求項（３）に記載の発明は、加熱用ヒータ
を有する複数の水管を備えると共に、内部上方にスクリ
ーン板を設けた蓄熱槽と；蓄熱槽内に貯留した表面架橋
ポリエチレン粒体と水とから成る蓄熱混合体と；蓄熱槽
の前記スクリーン板上方空間と前記水管群の下端部とを
連通する連結管とを発明の基本構成とするものであり、
蓄熱混合体との直接接触により加熱した給水を蓄熱槽の
各水管へ供給するようにしたことを特徴とするものであ
る。

（作用） 蓄熱タンク若しくは蓄熱槽内の蓄熱混合体には夜間電力
等によって加熱され、同相分であ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１粒体内に所謂潜熱蓄
熱が行なわれる。

給水が前記蓄熱混合体に内へ混入されることにより、当
該給水は表面架橋ポリエチレン粒体に直接接触し、その
潜熱により加熱される。加熱された給水は、スクリーン
板を通してタンク内部のスクリーン板上方空間へ流出し
、直接外部へ取り出されるか、若しくは連結管を通して
缶体又は蓄熱槽を形成する水管の下部ヘッダへ導かれる
。

下部ヘッダへ導かれた前記給水は、水管を上昇中にヒー
タによって加熱され、上部ヘッダを通して外部へ取り出
される。

一方、前記蓄熱混合体内のポリエチレン粒体は、その表
面が架橋処理によって硬化されているため蓄熱状態下に
於いても保形性があり１元の形状を保持している。従っ
て、スクリーン板３の透孔を抜けて粒体が外部へ漏出し
たり、水中へ溶出することは無い。

また、粒体の表面は水に包まれているため、粒体相互が
固着して伝熱特性が悪化することもない。

給水との熱交換により、ポリエチレン粒体はその潜熱を
放出し、内部の液相が同相に相転移する。

この相転移が進行することにより伝熱抵抗は順次増加す
るか、前述の如く粒体の粒径が小さいうえその外周面が
完全に水に包まれているため、伝熱特性の悪化は殆んど
起らない。

（実施例） 以下、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実施例に係る蓄熱材直接接触型電
気温水・蒸気発生器の縦断面図であり、第２図は第１図
のＡ−Ａ視断面図である。

図に於いて、１は蓄熱タンク、２は蓄熱混合体加熱用の
シーズヒータ、３はスクリーン板、４は撹拌装置、５は
給水ポンプ、６は給水口、７は温水・蒸気取出口、８は
給電装置、９は断熱材、には蓄熱混合体である。

前記蓄熱混合体には所謂固液二相流体であって、液相（
水）内に粒子状の固相（ポリエチレン粒体）が混在した
状態で蓄熱タンク１内に貯留されている。

前記混合体にの同相分は、ポリエチレンの粒体の表層部
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ｔしており、本実施例では直径１．５〜５Ｉφ、比重
約０．９〜１．０軟化温度約８０”　〜２００℃、潜熱
約５０〜８０Ｋｃａ１２／−の表面架橋ポリエチレン粒
体を利用している。

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１．３〜３ｍｍφ位いが伝熱並びに撹拌流動
という点から最適であり、軟化温度が約１３３℃と１８
８℃の二種層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所謂電子線照射
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１粒体内部が加熱下で溶融状態にあっても、
その表１部は同化状のままであり、包体形状を保持する
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、蓄熱混合体にの液相は、表面架橋ポリエチレン粒
体が浮遊し得る比重を有する必要があり。

更に１表面架橋ポリエチレン粒体の表層部の安定性を阻
害せず、しかも化学的安定性や流動性に優れた熱容量の
大きな物質が好都合であり、水は前記各要件をほぼ満足
するものである。

また、蓄熱混合体にの液相分Ｋａ　（水）と固相分Ｋｂ
　（表面架橋ポリエチレン粒体）の混合比率Ｋ　ｂ　／
　Ｋ　ａは２０〜７０ｖｏＬ％程度が望ましく、５０％
程度が蓄熱、伝熱及び撹拌流動性等の点から最適である
。

前記蓄熱混合体の加熱用ヒータ２は所謂シーズヒータで
あり、菩、応タンク１の下底から槽内へ挿入されている
。

前記スクリーン板３は蓄熱タンク１の上方部に設けら九
でおり、蓄熱混合体に内のポリエチレン流体Ｋｂがタン
ク内のスクリーン板上方空間へ流出するのを阻止するも
のであり１例えば多数の小透孔を設けたステンレス鋼製
のスクリーン板が使用されている。

前期撹拌装置４は、タンク内部の蓄熱混合体Ｋを適宜に
撹拌流動させることにより、表面架橋ポリエチレン粒体
Ｋｂと水とをより均等な混合状態にすると共に、各包体
への潜熱蓄熱を均等にするものである。尚、当該撹拌装
置４は間欠的にｉｂをしてもよく、また、小型の蓄熱タ
ンクにあってはこれを省くことも可能である。

次に、本実施例に係る電気温水・蒸気発生器の作動につ
いて説明する。

蓄熱タンク１内に貯溜された蓄熱混合体Ｋ（固相分Ｋｂ
・表面架橋ポリエチレン、液相分Ｋａ・水）は、夜間等
の余剰電力を用いてヒータ２によす１表面架橋ポリエチ
レン軟化温度（約１３３℃）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１粒体及び水に所謂顕然蓄熱が行な
われる。

尚、蓄熱混合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。又、加熱によってポリエチレン粒体の外表
層は若干軟化するが、タンク１内では粒体の外周面が水
に包まれているため、粒体相互が固着するようなことは
皆無となる。

温水又は蒸気の取出しは、タンク１の取出ロアを開放し
、給水ポンプ５を作動することにより行なわれる。即ち
、給水ポンプ５によって蓄熱タンク１内へ送られた水は
１表面架橋ポリエチレン粒体と、直接接触することによ
りその潜熱蓄熱によって加熱され、スクリーン板３を通
して出ロアから高温水（又は気液混合体）となって流出
する。

又、ポリエチレン粒体はスクリーン板３によって外部へ
の流出が阻止される。

尚１本実施例に於ける表面架橋ポリエチレン粒体は、そ
の軟化温度が約１３３℃であるため、蓄熱タンク１内の
水は１００℃以上に加熱されることになり、取出ロアか
らは水・蒸気の混合体が流出する。従ってスチームセパ
レータ（図示）を設ける方が望ましく、又、蓄熱タンク
１の内圧は１気圧以上となる。

一方、水との直接接触熱交換により潜熱を放出したポリ
エチレン粒子は、その内部が同相に相転移した粒体とな
り、液相分（水）内に浮遊状態で残存する。

前記実施例に於いては、蓄熱材加熱用ヒータ２を夜間の
み作動するようにしているが、温水・蒸気負荷が急増し
た様な場合に、前記ヒータ２を適宜に作動するようにし
てもよいことは勿論である。

第３図及び第４図は、本件発明の第２実施例を示すもの
であり、第１実施例の蓄熱タンク１を水管壁構造の缶体
１０内へ挿入すると共に、蓄熱りンク１内からの加熱水
を加熱用ヒータ１２を備えた水管１１内へ流通させる構
造としたものである。

即ち、前記缶体１０は水管１１から成る水管壁構造に形
成されており、水管１１の下部ヘッダー１１ａは蓄熱タ
ンク１の温水・蒸気取出ロアへ連結管１３を介して連通
されている。

また、前記水管壁を構成する各水管には、加熱用ヒータ
１２が設けられており、水管１１内を流通する流体を再
加熱する。

給水ポンプ５の作動により蓄熱タンク１内へ供給された
水は、タンク１内の蓄熱混合体にのポリエチレン粒体と
直接接触することによってその潜熱を吸収し、加熱され
る。

加熱された水は、スクリーン板３、販出ロア及び連結管
１３を通して下部ヘッダｌｌａ内へ入り、水管１１内を
上昇する間に加熱用ヒータ１２によって更に加熱され、
上部ヘッダｌｌｂを通して温水・蒸気混合体が外部へ取
り出される。

尚、本実施例では蓄熱材加熱用ヒータ２を夜間等のみに
作動するようにしているが、温水・蒸気負荷の状態に応
じて当該ヒータ２を昼間時に作動させたり、或いは水管
１１の加熱用ヒータ１２の作動を停止してもよいことは
勿論である。

第５図及び第６図は本件発明の第３実施例を示すもので
あり、第１実施例に於ける蓄熱タンク１を水管壁構造の
蓄熱槽とすると共に、水管壁を構成する水管１１に加熱
用ヒータ１２を設けたものである。

即ち１本実施例では蓄熱混合体Ｋを貯留する蓄熱槽１４
が水管壁構造の槽に形成されており、その内部上方にス
クリーン板３が設けられている。

また、槽１４の中央には撹拌装置４が配設されており、
更に、前記スクリーン板３の上方空間は、連結管１３に
よって水管１１の下部へラダｌｌａへ連通されている。

蓄熱槽１４内の蓄熱混合体（水と表面架橋ポリエチレン
粒体との混合体）は、夜間電力を利用して加熱用ヒータ
１２を作動させることにより、ポリエチレン粒体の軟化
温度以上の温度に一定時間加熱され、ポリエチレン粒体
に所謂潜熱蓄熱が行なわれる。

給水ポンプからの水は、蓄熱槽１４内でポリエチレン粒
体と直接接触し、潜熱蓄熱を吸収して加熱されたあと、
スクリーン板３及び連結管１３を通して下部ヘッダｌｌ
ａへ導かれる。その後、水管１１内を上昇する間に加熱
用ヒータ１２によって適宜の温度に再加熱され、上部ヘ
ッダｌｌｂから水〜蒸気の混合流体が外部へ取り出され
ていく。

尚、固液二相型の蓄熱混合体に内のポリエチレン粒体は
、前述の通り蓄熱時に於いてもその外表層部が固化相の
ままであり、しかも粒体の外周面が水によって完全に包
まれているため、水管壁やヒータ２に固着したり、或い
は粒体相互が固着したりすることは皆無となり、蓄熱並
びに放熱がより速く行なわれる。

（発明の効果） 本発明に於いては、蓄熱混合体を表面架橋ポリエチレン
粒体と水との混合体とし、給水を表面架橋ポリエチレン
粒体へ直接接触させて粒体の潜熱蓄熱により、給水を加
熱する構成としている。その結果、従前の間接熱交換方
式の温水・蒸気発生器の場合に比較して熱伝特性が著し
く向上し、装置の大幅な小形化が可能となる。

また、蓄熱混合体を表面架橋ポリエチレン粒体と水との
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、蓄熱密度が大幅に向上すると共に、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、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。

更に、本発明に於いては、給水のみがスクリーン板を通
して流通し、表面架橋ポリエチレン粒体そのものは外部
へ流動しないため、従前の蓄熱材循環型温水・蒸気発生
器に比較してポンプ動力費が大幅に減少する。

加えて１本発明で使用する表面架橋ポリエチレン粒体は
水に対する安定性に優れ、加熱時でも表層部が固化相の
ままであり、溶融ポリエチレンが水中へ溶出するような
ことは全く無い。

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１本発明の第１実施例に係る蓄熱材直接接触型
電気温水・蒸気発生器の縦断面図であり、第２図は第１
図のＡ−Ａ視断面図である。 第３図は、本発明の第２実施例を示す縦断面図であり、
第４図は第３図のＡ−Ａ視断面図である。 第５図は１本発明の第３実施例を示す縦断面図であり、
第６図は第５図のＡ−Ａ視断面である。 第７図、第８図及び第９図は従前の蓄熱型電気温水・蒸
気発生器の説明図である。 １　蓄熱タンク　　　２　混合体加熱用ヒータ３　スク
リーン板　　４　撹拌装置 ５　給水ポンプ　　　８　給電線 １０　　缶体　　　　　　１１　　水管１２　　加熱用
ヒータ　　１３　　連結管１４　　蓄熱槽 特許出原人　　　　株式会社　田熊総合研究所代表者　
幅径　鈴 第 図 第２図 に（Ｋａ−Ｋｂ） 第３ 第４図 第９図 Ｗ 第７図 第８図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）蓄熱混合体の加熱用ヒータを備えると共に、内部
   上方にスクリーン板を設けた蓄熱タンクと；蓄熱タンク
   内に貯留した表面架橋ポリエチレン粒体と水とから成る
   蓄熱混合体とから構成され、給水を蓄熱混合体内へ供給
   して前記表面架橋ポリエチレン粒体に直接接触させ、加
   熱した給水を前記スクリーン板を通して蓄熱タンクの外
   方へ取り出すことを特徴とする蓄熱材直接接触型温水・
   蒸気発生器。
2. （２）蓄熱混合体の加熱用ヒータを備えると共に、内部
   上方にスクリーン板を設けた蓄熱タンクと；蓄熱タンク
   内に貯留した表面架橋ポリエチレン粒体と水とから成る
   蓄熱混合体と；加熱用ヒータを有する複数の水管を備え
   、その内部に前記蓄熱タンクを挿着した水管壁構造缶体
   と；前記蓄熱タンク内のスクリーン板上方空間と前記水
   管群の下端部とを連通する連結管とより構成され、蓄熱
   混合体との直接接触により加熱した給水を缶体の各水管
   へ供給するようにしたことを特徴とする蓄熱材直接接触
   型温水・蒸気発生器。
3. （３）加熱ヒータを有する複数の水管を備えると共に、
   内部上方にスクリーン板を設けた蓄熱槽と、蓄熱槽内に
   貯留した表面架橋ポリエチレン粒体と、水とから成る蓄
   熱混合体と；蓄熱槽の前記スクリーン板上方空間と前記
   水管群の下端部とを連通する連結管とより構成され、蓄
   熱混合体との直接接触により加熱した給水を蓄熱槽の各
   水管へ供給するようにしたことを特徴とする蓄熱材直接
   接触型温水・蒸気発生器。