JPH0743082B2 - 蓄熱体を内蔵した熱供給装置 - Google Patents

蓄熱体を内蔵した熱供給装置

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JPH0743082B2
JPH0743082B2 JP4468586A JP4468586A JPH0743082B2 JP H0743082 B2 JPH0743082 B2 JP H0743082B2 JP 4468586 A JP4468586 A JP 4468586A JP 4468586 A JP4468586 A JP 4468586A JP H0743082 B2 JPH0743082 B2 JP H0743082B2
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慎治 沢田
丈夫 小沢
宜之 阿部
邦彦 南
英二 中村
昌弘 足立
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、減圧された密閉容器に封入した熱媒液を加熱
し、発生蒸気と熱交換し温水を取得する場合の蓄熱体を
内蔵した熱供給装置、すなわち減圧式温水ボイラに関す
るものである。
〔従来技術〕 従来、減圧式温水ボイラとしては特公昭57−27366号公
報が知られており、密閉容器中に熱媒液を封入し、外部
よりガス,油などの燃焼装置によって加熱し、器内にお
ける熱交換器によって温水を得て、給湯,暖房などに利
用しており、大気圧未満であるため取扱いが安全である
ばかりでなく、腐食も小さく、クリーニング,病院,小
規模工場等に広く利用されている。
〔発明が解決しよしうする問題点〕
しかしながらこれらは、間欠利用が多く、間欠炊きはエ
ネルギー損失が大である。
一方、省エルギーとして熱エネルギーの貯留は種々の形
式があり、例えば水あるいは煉瓦を用いて、顕熱を利用
する方式では、蓄熱密度が低く、また時間とともに蓄熱
温度が低下する欠点がある。更に溶融塩の融解熱を利用
する方法も提案されているが、凝固によって熱伝導度が
低くなって熱の取出しが困難となったり、急激な晶出の
結果、温度制御が難しくなるなどの欠点があった。
最近これらの欠点を改良し、蓄熱量が大で低価格であっ
てかつ寿命が長く、伝熱特性が良好な部分不融化蓄熱器
が開発され、電総研ニュース402号1983年7月号第1頁
で電子技術総合研究所発行、に発表されており例えば棒
状の高密度ポリエチレンを表面処理して形状を安定化
し、すなわち表面を不融化したもの、または成型後架橋
したもの(商品名:リンクロン三菱油化製)、あるいは
表面のみリンクロンをストロー状に被覆したものなど、
即ち部分的に安定化し、アルミ製ハニカムを用いて束状
に固定し容器内に収客した結晶温度約127℃の潜熱蓄熱
器が開発されている。
この高密度ポリエチレンの放熱時の温度特性は、第1図
に示すように、Pは初期の顕熱の放出で温度は急速に下
るが、その後はQに示す潜熱の放出となり、一定の温度
(高密度ポリエチレンの場合は約127℃)を暫く保ち、
Rはその後の顕熱による放出で、温度は急激に低下する
経過をたどるから、熱交換によってQで示される約127
℃の温度を保つ熱媒液を取出して利用することが可能と
なった。
この使用に関しては、棒状高密度ポリエチレン蓄熱体を
束ねて熱媒液を長手方向に流すことにより圧力損失を少
なくし、均一な流れとする先行技術が、特開昭59−1995
号公報に記載されている。
そしてこのような高密度ポリエチレンによる蓄熱器のボ
イラへの利用が、特開昭59−221501号公報に開示されて
いる。しかしながら、この先行技術に示された高密度ポ
リエチレンの融点は120〜135℃であって、1〜2気圧の
圧力の蒸気が取出されるため安全面からの配慮が必要で
あり、設計製作上、また使用上取扱いが厄介である。
また容器内の液の自然対流の良否が、熱効率に大きな影
響を与えるが、この液の流動についてもこの先行技術に
おいては何の対策もなく、広範囲な実用のさまたげにな
っていた。
〔問題を解決するための手段〕
上記に鑑み本発明は、減圧下の温水ボイラにおいて、部
分不融化蓄熱器を用い容器内の熱媒液の自然対流を円滑
に行わせ、潜熱の放出を効率よく行わせることにより、
長期にわたって安定して放熱を継続させることを目的と
してなされたものであり、内部に一定の高さまで、熱媒
液が封入され、該熱媒液中に加熱管束を備えた加熱部
と、上部空間に管内流体が温水として取出される凝縮管
束を備えた温水ボイラにおいて、前記熱媒液表面と加熱
管束との間に、該熱媒液表層部に蒸発流動ゾーンを保持
するように設けた部分不融化蓄熱器と、該蓄熱器の側方
に位置し上層部では蒸発流動ゾーンと連通し、底層部で
は加熱部と連通するよう構成した対流促進板を備えた液
下降路と、前記凝縮管束下部には蒸気通路を有する凝縮
液受板と、冷凝縮液を前記液下降路に導く通路とを備
え、前記熱媒液は大気圧における沸点が、前記部分不融
化蓄熱器の蓄熱体の融点より十分高温である特性を有す
る液体である蓄熱体を内蔵した熱供給装置をその要旨と
するものであり、部分不融化蓄熱器は表面処理した高密
度ポリエチレンであって、その形状は棒状高密度ポリエ
チレンを束ねた形状あるいは、粒状高密度ポリエチレン
を網状体で挟持した形状である。
〔実施例〕
以下本発明を添付の図面を参照して説明する。第2図に
おいて、容器1は例えば、断面円形に形成されていて、
内部に大気圧における沸点が蓄熱体の融点より十分高い
特性を有する熱媒液(例えばエチレングリコール沸点19
7℃)2が一定の高さLまで封入されており、器内は管
3より吸引され大気圧以下、例えば−740mmHgに保たれ
ている。この真空維持は熱媒液を封入したのち密閉し、
あるいは、真空ポンプの運転を継続してもよい。容器1
の下部には加熱管束4が熱媒液中に浸漬されて加熱部5
が形成されており、外部より高温ガスが加熱源として管
6から導入され、使用済の廃ガスは管7から外部へ排出
される。容器上部には加熱部5と連絡して同一容器内に
凝縮管束8が設けられていて、管9から導入された水が
熱媒液蒸気と熱交換して約90℃の温水が管10から取出さ
れ、各種の用途に供される。
部分不融化蓄熱器11は加熱管束4上方に取付けられてい
て、その上端は熱媒液面Lより間隔12を隔て下方に位置
し、そこに蒸発流動ゾーン13が形成されている。この部
分不融化蓄熱器11は、棒状高密度ポリエチレンを束ね
て、例えば第3図に示すようにアルミ製ハニカム状の仕
切部14に保持させ、棒状体相互の隙間及び仕切部との隙
間が鉛直方向となるように配置する。この配置は熱媒液
の上昇促進に効果がある。
部分不融化蓄熱器11の側方に対流促進板15があって、容
器との間に液下降路16が形成されており、該液下降路16
は前記蒸発流動ゾーン13に連通するとともに、促進板15
の下端は容器1との間に隙間17が形成されて連通してい
る。従って蒸発流動ゾーン13における蒸発後の冷却され
た熱媒液は、両側に分かれて左右の液下降路16,隙間17
を通り、よく自然対流する。
前述の凝縮管束8の下方には、蒸気通路18のある凝縮液
ガイド板19が鎧状に設けられていて、両端のガイド板に
は凝縮液通路20が容器との間に開口していて、冷却され
た凝縮液を液下降路16に導く。この通路20は、例えば第
2図点線で示す専用の下降管21に開口させ、容器下部に
導いて自然対流を促進させてもよい。
上記の構成を有する蓄熱体を内蔵した熱供給装置におい
て、熱媒液および蓄熱器は減圧下で加熱管束4によって
加熱され、約127℃に達すれば、蓄熱器11においては高
密度ポリエチレン内部が溶融状態となって蓄熱する。こ
の該ポリエチレンは約127℃で、40〜50Kcal/kg融解熱を
吸収する。この場合、該ポリエチレンは表面加工されて
いるので軟化するが、崩れることはない。
さらに加熱されると熱媒液は蒸発を開始し、その熱媒得
蒸気は表面Lより蒸発し、蒸気通路18を通って凝縮管束
8到って凝縮し、管内の水は加熱されて出口管10から約
90℃の温水として取出される。凝縮した熱媒液はガイド
板19を流下し通路20を通り、下降路16及び隙間17を経て
加熱部5に戻り自然対流を繰返す。
ここで加熱管束4における加熱源の供給が中断した場合
は、取出し温水の量を減らして該ボイラ内部の熱媒液の
温度を127℃以下とすることにより該蓄熱器11に蓄熱さ
れた潜熱が放出されて、熱媒液の蒸発は引続き行われ、
温水の供給は継続できる。
例えば、直径1,800mmφ,長さ3,000mmの円筒容器にエチ
レングリコール熱媒液を5.7m3装入し、高密度ポリエチ
レンを約3.4m3(3,400kg)充填した場合の蓄熱量は3,40
0×40=136,000Kcalとなり、水温90℃なら約1.5Tの温水
タンクに相当する。
第4図の実施例は、該蓄熱器として代表径の大きい粒状
高密度ポリエチレン22を、加熱管束上方に金網23等で挟
んで設置した例であり、その他の構成は第2図と同じで
ある。この場合、該粒蓄熱体相互間の隙間は方向が曲折
して対流の抵抗は増大するが、充填が容易である、コス
トが安くなるなどの効果がある。
上記の実施例では、凝縮管束8は加熱部5と同一容器に
収容したが、別体として通路で連絡する構成としても差
支えない。また加熱源の管6と管7の間及び温水取出管
10と管9との間にバイパス管を設けて温度制御を行うこ
ともできる。
〔作用・効果〕
本発明は、内部に一定の高さまで熱媒液が封入され、該
熱媒液中に加熱管束を備えた加熱部と、上部空間に管内
流体が温水として取出される凝縮管束を備えた温水ボイ
ラにおいて、前記熱媒液表面と加熱管束との間に該熱媒
液表層部に蒸発流動ゾーンを保持するように設けた部分
不融化蓄熱器と、該蓄熱器の側方に位置し上層部では蒸
発流動ゾーンと連通し底層部では加熱部と連通するよう
構成した対流促進板を備えた液下降路と、前記凝縮管束
下部には蒸気通路を有する凝縮液受板と、冷凝縮液を前
記液下降路に導く通路とを備え、前記熱媒液は大気圧に
おける沸点が、前記部分不融化蓄熱器の蓄熱体の融点よ
り十分高温である特性を有する液体である蓄熱体を内蔵
した熱供給装置であるから、蒸発流動ゾーンにおける蒸
気発生後の冷却熱媒液は側方の凝縮液下降通路を経て加
熱管束に自然対流し、循環はよく促進され、しかも加熱
管束には蓄熱体が無いので熱媒体の上昇を阻害する要因
はなく、高温熱媒液は迅速に蓄熱体に到達すると共に、
蓄熱体は直接熱媒液と接触するから伝熱は良好となり、
かつ部分不融化蓄熱器の融点以上に加熱しておけば、、
通常のボイラに比べて長期にわたって略一定した温度の
温水が多量に得られる。この際棒状の該蓄熱器を束ねて
鉛直方向に設置する場合は、蓄熱体相互の隙間、仕切部
の枠との隙間が直線状となって熱媒液の上昇抵抗は減
じ、蓄熱時間が短縮でき、また代表径の大きい粒状蓄熱
器を使用する場合は、蓄熱器の製作コストが安く充填も
容易になるなどの効果がある。
なお、上記の実施例は蓄熱器を高密度ポリエチレンで説
明したが、その他の部分不融化蓄熱器も使用できること
は勿論である。
【図面の簡単な説明】
図は本発明の実施例を示し、第1図は高密度ポリエチレ
ン温度特性曲線を示し、第2図、第4図は本発明のそれ
ぞれ異なる実施例における一部切欠断面説明図、第3図
は要部の斜視図である。 1……容器、2……熱媒液、L……熱媒液面、3……
管、4……加熱管束、5……加熱部、6……管、7……
管、8……凝縮管束、9……管、10……管、11……部分
不融化蓄熱器、12……間隔、13……蒸発ゾーン、14……
仕切部、15……対流促進板、16……凝縮液下降路、17…
…隙間、18……蒸気通路、19……凝縮液ガイド板、20…
…凝縮液通路、21……下降管、22……粒状高密度ポリエ
チレン、23……金網。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 沢田 慎治 茨城県新治郡桜村梅園1丁目1番4号 工 業技術院電子技術総合研究所内 (72)発明者 小沢 丈夫 茨城県新治郡桜村梅園1丁目1番4号 工 業技術院電子技術総合研究所内 (72)発明者 阿部 宜之 茨城県新治郡桜村梅園1丁目1番4号 工 業技術院電子技術総合研究所内 (72)発明者 南 邦彦 大阪府大阪市西淀川区御幣島6丁目7番5 号 株式会社笹倉機械製作所内 (72)発明者 中村 英二 大阪府大阪市西淀川区御幣島6丁目7番5 号 株式会社笹倉機械製作所内 (72)発明者 足立 昌弘 大阪府大阪市西淀川区御幣島6丁目7番5 号 株式会社笹倉機械製作所内 審査官 清田 栄章

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】内部に一定の高さまで熱媒液が封入され、
    該熱媒液中に加熱管束を備えた加熱部と、上部空間に管
    内流体が温水として取出される、凝縮管束を備えた温水
    ボイラにおいて、前記熱媒液表面と加熱管束との間に、
    該熱媒液表層部に蒸発流動ゾーンを保持するように設け
    た部分不融化蓄熱器と、該蓄熱器の側方に位置し、上層
    部では蒸発流動ゾーンとを連通し、底層部では加熱部と
    連通するよう構成した対流促進板を備えた液下降路と、
    前記凝縮管束下部には蒸気通路を有する凝縮液受板と、
    冷凝縮液を前記液下降路に導く通路とを備え、前記熱媒
    液は大気圧における沸点が、前記部分不融化蓄熱器の蓄
    熱体の融点より、十分高温である特性を有する液体であ
    る蓄熱体を内蔵した熱供給装置。
  2. 【請求項2】部分不融化蓄熱器は、表面処理した高密度
    ポリエチレンである特許請求の範囲第1項記載の蓄熱体
    を内蔵した熱供給装置。
  3. 【請求項3】部分不融化蓄熱器は、棒状高密度ポリエチ
    レンを束ねた形状である特許請求の範囲第1項記載の蓄
    熱体を内蔵した熱供給装置。
  4. 【請求項4】部分的不融化蓄熱器は、粒状高密度ポリエ
    チレンを網状体で挟持した、形状である特許請求の範囲
    第1項記載の蓄熱体を内蔵した熱供給装置。
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JP4722387B2 (ja) * 2003-08-25 2011-07-13 株式会社タクマ 減圧式加熱機
JP4620732B2 (ja) * 2005-06-21 2011-01-26 友田セーリング株式会社 過熱蒸気発生装置、過熱蒸気を用いた食品製造方法および加熱方法

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