JPS61175416A - 単管式蒸気暖房装置に用いられる蒸気発生器 - 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 本発明は蒸気発生器において発生した蒸気を蒸気導管を
通して放熱器まで導き、この放熱器で周囲空気に凝縮熱
を与えて暖房を行い、凝縮した熱媒液を放熱器内に設け
た凝縮液溜に一旦貯えておき、一定量の凝縮液が貯った
ところで、蒸気発生器の加熱を中断することによって減
圧状態となった蒸気発生器へ、この減圧によって熱媒液
を還流させ、そして再び蒸気発生器を加熱し、蒸気を発
生させることを繰り返すことによって暖房を行う単管式
蒸気暖房装置に関するものである。

・従来技術の問題点 第２図に示す単管式蒸気暖房装置においては、蒸気発生
器１の缶体１０において発生させた熱媒蒸気を蒸気導管
１８を通して放熱器１９に送り、放熱コイル２０におい
て凝縮させる。この際発生する凝縮熱は、室内空気に与
え、凝縮液は凝縮液管２１を経て凝縮液溜２２に入り、
そこに貯えられる。蒸気の発生が継続し、缶体１０内の
熱媒液量が減少し、液面が低液位センサ１２に達すると
、この低液位センサ１２からの信号によってガス調節弁
３が閉じて、ガスバーナ４の燃焼が停止する。蒸気の発
生は止まり、缶体１０が冷却され、缶体ｌＯ内が大気圧
以下に減圧される。その減圧によって、凝縮液溜２２内
に貯えられていた凝縮液（熱媒液）は、蒸気導管１８を
通って、缶体１０に還流させられる。

缶体１０内の熱媒液の液面が高液位センサ１３に達する
と、このセンサからの信号によってガス調節弁３が開き
、再びガスバーナ４でガス燃焼が行われ、蒸気発生が再
開される。このようにして、蒸気発生器における蒸気の
発生と放熱器に内蔵した凝縮液溜から蒸気発生器の缶体
への熱媒液の還流とを繰り返すことによって、放熱器に
おいては、熱媒蒸気の凝縮熱の放出、室内空気の加熱を
間欠的に行うことによって暖房が行われる。

この単管式蒸気暖房装置に使用する蒸気発生器の具備す
べき要件は、 ■　蒸気発生をある時間にわたって継続させるだけの量
の熱媒液を保有できる構造であること。

■　バーナに点火してから熱媒蒸気の発生が開始される
までの時間が短いこと、すなわち蒸気発生の立上り時間
が短いこと。

■　燃焼ガスと熱交換する伝熱部分の内表面が缶体内の
熱媒液量に関係なく常に熱媒液でおおわれていて、缶体
の過熱が起らないこと。

■　バーナの燃焼を停止した時の缶体の冷却が速く、燃
焼停止後すみやかに缶体内が減圧となって、放熱器から
の熱媒液の還流がはじまること。

である。

蒸気発生器として最も構造簡単なものは、第２図に示す
丸型ボイラタイプである。このタイプの蒸気発生器にお
いては、ガスの燃焼で得た熱をすみやかに熱媒液に伝達
するために、缶体１０の外表面に伝熱フィンを設けたり
、燃焼ガスが流れる煙道を缶体１０に貫通して設けたり
するのが通常である。そのいずれの場合においても次の
２つの欠点を持っている。１つは蒸気発生が進行し、缶
体１０内の熱媒液量が減少するに従って、缶体１０内の
熱媒液面が低下し、缶体の有する伝熱面の一部が熱媒液
でおおわれないようになる。

その結果、蒸気発生能力が低下するとともに、缶体が過
熱され、バーナの燃焼停止後の缶体の冷却に従って熱媒
液の還流開始までに長時間を要するようになる。さらに
、もう１つの欠点は、缶体１０内の熱媒液の全量を沸騰
温度まで加熱してやらないと蒸気発生が開始されないこ
と、すなわち、バーナの燃焼を開始してから蒸気発生ま
での立上がり特性が悪いことである。゛これら２つの欠
点は、いずれも暖房装置としては使用上きわめて不都合
なことであり、改善の努力がなされなければならなＣ）
。

次に第３図に示す蒸気発生器について検討してみる。

この例においては、熱媒液の貯液部と熱交換部とを分離
したもので、その基本構造は水管型ボイラと同じである
。加熱管７の中心には伝熱フィン付伝熱管６が貫通して
おり、ガスバーナ４からの燃焼ガスは伝熱管６の内側を
流れ、煙道５から排出される。加熱管７の中で熱媒液は
伝熱管６を介して高温の燃焼ガスによって加熱され、一
部が蒸気となる。発生した蒸気は、未蒸発の熱媒液を伴
って加熱管の中を上昇する。

蒸気と熱媒液とは、気液分離板８で分離され、熱媒液は
連絡管１６を通って貯液槽１１に入る。

蒸気は、蒸気導管１８を経て、放熱器へ送られる。加熱
管７へは、貯液槽１１内の熱媒液が給液管１５を通して
送られる。

この蒸気発生器においては、伝熱管６が常に未蒸発の熱
媒液と接触しているので、伝熱管６が過熱されることが
ない。しかし、貯液槽１１の中の熱媒液の全部が蒸発温
度に達するまでは、加熱管７で発生した蒸気は、貯液槽
１１の中の熱媒液の加熱のために消費されて、放熱器へ
は蒸気が送られない。従って、本構造によっても、立上
り時間の短縮は行われない。

第４図は蒸気導管１８を連絡管１６から分岐したもので
ある。このようにすると気液分離板８のところで未蒸発
熱媒液と分離した蒸気は、直ちに蒸気導管１８に入り、
放熱器１９へ送られ、未蒸発熱媒液のみが貯液槽１１へ
流れることが予想されるが、実際には、貯液槽１１内の
熱媒液の温度が蒸発温度に達するまでの間は、貯液槽１
１内の熱媒液の蒸気圧が加熱管７で発生する蒸気の圧力
より低いために、加熱管７で発生した蒸気は貯液槽１１
へ流れ、その中の熱媒液の温度上昇に費やされ、やはり
熱媒液の温度が沸点に達するまでは放熱器へ蒸気は送ら
れない。

つまり、本構造によっても立上り性能は改善されない。

また、本構造において、初期の熱媒液の装填量を貯液槽
１１の）丸液位センサ１３の位置までにし、放熱器１９
の凝縮液溜２２からの還流が終了したときに、凝縮液管
２１の下端から空気を吸引するか、または、還流の末期
に貯液槽１１の中の熱媒液の液面が高液位センサ１３に
達した時点に空気吸入弁１４を一時的に開にして、高液
位センサ１３より上の貯液槽１１の上部空間を空気で満
たすならば、その空気の分圧の分だけ、その空間内の熱
媒蒸気の分圧が低くなり、その蒸気と平衡する熱媒液の
温度も低くなり、立上り時の加熱時間が短くなるかの如
く考えられるが、蒸気気泡が発生する以前においてもす
でに加熱管７の中の熱媒液は、加熱によって比重が小さ
くなり、貯液槽１１の中の熱媒液との比重差によって、
加熱管の中を上昇して流れることになる。このため、貯
液槽１１の熱媒液が給液管１５を通って加熱管７に入り
、そこで加熱された熱媒液が連絡管１６を通って貯液槽
１１に戻るという循環流が生じ、貯液槽１１内の熱媒液
が加熱される。貯液槽１１の中の熱媒液の温度が沸点に
達するまでは、ガスの燃焼熱は熱媒液の温度上昇に消費
され、蒸気の発生ははじまらない。

・本発明の目的 本発明は、単管式蒸気暖房装置に用いられる蒸気発生器
において、特に立上がり時間の短縮を図ることが目的で
ある。

・本発明の構成 本発明は、上記目的を達成するために、蒸気発生器にお
いて発生した蒸気を蒸気導管を通して放熱器まで導き、
この放熱器で周囲空気に凝縮熱を与えて暖房を行い、凝
縮した熱媒液を放熱器内に設けた凝縮液溜に一旦貯えて
おき、一定量の凝縮液が貯ったところで、蒸気発生器の
加熱を中断することによって減圧状態となった蒸気発生
器へ、この減圧によって熱媒液を還流させ、そして再び
蒸気発生器を加熱し、蒸気を発生させることを繰り返す
ことによって暖房を行う単管式蒸気暖房装置に用いられ
る蒸気発生器において、この蒸気発生器を大容量の貯液
槽と加熱源を有し、かつ、蒸気導管がその上部に連結さ
れた小容量の加熱管に分離すると共に貯液槽の上部と加
熱管の上部とを均圧管で、更に両者の底部を給液管で連
通ずると共に前記均圧管と給液管とを降液管で連通して
成る単管式蒸気暖房装置に用いられる蒸気発生器を提案
する。

蒸気発生器において上記構成を採用すると、加熱管内の
小容量の熱媒液が加熱されて蒸気発生源となるので、蒸
気発生までの時間が短縮され、又、この蒸気発生に伴っ
て加熱管内を上昇した比重の小さい熱媒液は均圧管から
降液管を下降して再び加熱管底部に流入するという循環
を行う。この結果、比重の大きい貯液槽内の熱媒液と比
重の小さい加熱管内の熱媒液が混ることはなく、蒸発に
より減少した熱媒液だけが給液管を通って加熱管に補給
される。

・実施例 本発明による蒸気発生器の実施例の構成を第１図によっ
て、より詳細に説明する。

加熱管７は、伝熱フィンのついた伝熱管６か中心部を貫
通している。伝熱管６の中には、バーナ４で発生した燃
焼ガスが流れ、その燃焼ガスによって加熱管７の中の熱
媒液が熱せられる。

加熱管７と降液管９とは、それぞれの頂部と底部とが連
絡され、頂部の連絡部すなわち連絡管１６の中には気液
分離板８が挿入されている。

底部の連結部はさらに貯液槽１１の底部に給液管１５を
介して連結されている。頂部の連絡管１６からは、蒸気
導管１８と貯液槽上部へ連絡した均圧管１７とが取付け
られている。

貯液槽１１には、低液位センサ１２と高液位センサ１３
が取付けられている。貯液槽１１の頂部からは均圧管１
７が、また底面からは給液管１５が出ている。　次に、
上記実施例の動作について説明する。蒸気発生器１と放
熱器１９とを所定の場所に設置し、その両者の間を蒸気
導管１８によって連結する。次に、蒸気発生器１の貯液
槽１１の中へ注液口１４より熱媒液を充填する。熱媒液
の充填は、その液面が高液位センサ１３の位置をわずか
に越えるところまでとし、残る貯液槽１１の上部空間に
は空気が入っている状態にする。従って、この時には、
蒸気導管１８から凝縮液管２１までの間の管内と凝縮液
溜２２の中は、いずれも空気で満たされている。

このような状態において、ガス調節弁３を開き、ガスバ
ーナ４の燃焼を開始すると、加熱管７の中の熱媒液は伝
熱管６を介して加熱され、一部は蒸気となり、加熱管７
の中は沸騰状態となる。蒸気は気泡となって、加熱管７
の中を上昇し、気液分離板８のところで未莫発の熱媒液
と分離され、蒸気のみが蒸気導管１８に入る。

加熱管７の中のみかけの液比型は、蒸気の気泡が存在す
るために降液管９の中の熱媒液の比重より小さく、その
ため、加熱管７の中の熱媒液は、降液管９の熱媒液柱に
押され、下から上への流れを生ずる。このようにして、
加熱管７の中では、蒸気とともに熱媒液も上方へ流れて
ゆき、気液分離板８のところで蒸気と分離され、熱媒液
だけが降液管９に入る。そして、降液管９を流れ落ち、
再び下部連絡管を通って加熱管７に入る。蒸発によって
失われた熱媒液は、給液管１５を通して、貯液槽１１か
ら自動的に補給される。加熱管７と降液管９との間の熱
媒液の循環によって、加熱管７の中を貫通している伝熱
管６の全表面が常に熱媒液と接触しており、貯液槽１１
の中の熱媒液量が減少し、貯液槽１１および降液管９の
中の熱媒液面が低下しても、伝熱管６の伝熱面積が一定
に保たれ、蒸気発生量が変化しない。また、発生した蒸
気が加熱管７の中で過熱されることがない。

貯液槽１１の上部空間には、大気圧の空気が充満してい
る。この空気によって、この空間の蒸気分圧をおさえる
ことができるので、均圧管１７を通して蒸気を送入し、
貯液槽１１の中の熱媒液を加熱する必要がない。熱媒蒸
気は直ちに蒸気導管に入って放熱コイル２０に流れ、室
内空気の加熱に利用される。

通常は、蒸気導管１８の中を蒸気が流れる際の流れ抵抗
を補うために、加熱管７での蒸気発生圧力は大気圧より
わずかに高くなっている。

このため、ガスバーナ４の燃焼直後の最初の発生蒸気を
均圧管１７を通して貯液槽１１に入れ、貯液槽１１の上
部空間の圧力を蒸気発生圧力より高くすることが必要で
ある。また、これに伴って、この空間の蒸気分圧に等し
い平衡蒸気圧になる温度になるまで貯液槽１１の中の熱
媒液を加熱することが必要であるが、あらかじめ１気圧
の空気が存在していたので、必要な蒸気分圧は低く、従
って、平衡温度も低くてすみ、最初に均圧管１７を通っ
て貯液槽１１に送るべき蒸気量はそれ程多くならない。

かくして、貯液槽の上部に空気溜りを設けることによっ
て、加熱管７及び降液管９の中の熱媒液のみを蒸発温度
に加熱する間の待ち時間で、蒸気発生を開始し、放熱器
へ蒸気を送り出すことができる。

ガスバーナの燃焼を継続し、蒸気発生が進んで貯液槽１
１の中の熱媒液の液面が低液位センサ１２に達すると、
ガスバーナ４の燃焼は停止し、蒸気の発生も止まる。貯
液槽１１の中が冷却され、内部空間の圧力が大気圧以下
に減圧されると、凝縮液溜２２の中に貯っていた熱媒液
が大気圧に押され蒸気導管１８を通って貯液槽１１およ
び加熱管７、降液管９、給液管１５の中に還流する。全
熱媒液が還流すると、貯液槽１１の中の熱媒液の底面が
高液位センサ１３に達して、再びガスｙｌ静弁３が開き
、ガスバーナの燃焼が再開される。

間には熱媒液の還流が終わってから凝縮液管２１の末端
から吸引された空気が蒸気導管１８を通って吸入される
。従って、燃焼が再開されると、最初の起動の時と同様
、貯液槽上部の空気溜りの効果によって、わずかの待ち
時間で蒸気発生が開始され、暖房も再開始される。　　
　゛なお、貯液槽１１の中の高液位センサ１３より上部
の空気溜りの容積は、高液位センサ１３と低液位センサ
１２との間の有効作動熱媒液量に比べ、できるかぎり小
さくすることによって、残留空気によって、還流のため
の減圧形成が阻害されることを実質上避けることができ
る。

次に、同じ第１図を用いて別の実施例を示す。

貯液槽１１の頂部に空気吸入弁１４を付加し、熱媒液が
貯液槽１１に還流し、その液面が、高液位センサ１３に
達した時に、ガス調節弁３を開弁する前に、先ず、短時
間空気吸入弁１４を開弁して、貯液槽１１の上部空間に
空気を導入し、しかる後、空気吸入弁１４を閉じて、そ
れからガス調節弁３を開弁する。この空気吸入弁の付加
によって、貯液槽上部の空気溜りへの空気の導入を放熱
器から蒸気導管を通して行う必要がな（なる。この結果
、放熱器の凝縮液溜に熱媒液が残っている状態において
も空気導入ができ、しかも、高液位センサより上部の空
間は確実に空気で満たされる。従って、本実施例におい
ては、最初に充填する熱媒液量を厳密に規定する必要が
なく、暖房装置を設置したときの試運転作業が簡略され
るとともに、熱媒液補充期間の延長、補充作業の簡略化
をはめぐることができる。

・発明の効果 本発明は上記の構成であり、それによって以下に示す効
果が得られる。

（１１熱媒液の一部だけを蒸発温度まで加熱するだけで
蒸気の送出が開始されるので、装置運転開始時の暖房待
ち時間を大幅に短縮できる。

（２）熱媒液の還流後は直ちに蒸気発注が再開されるの
で、単管式蒸気暖房装置における間欠暖房方式でも実用
上では連続式とほとんど同じ暖房特性が得られる。

（３）貯液槽内の熱媒液量の変化に関係なく常に伝熱面
積が一定で、時間によって蒸気発生量熱効率が変化しな
い。

（４）伝熱面が全面にわたって常に熱媒液でぬらされて
いるので、発生蒸気が過熱されたり、伝熱管が局部過熱
されることがなく、蒸気発生器の耐久性がすぐれる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る蒸気発生装置の説明図、第２〜４
図は従来の蒸気発生装置の説明図である。 １、蒸気発生器 ２、ガス供給管 ３、ガス関節弁 ４、ガスバーナ ５、煙道 ６、伝熱管 ７、加熱管 ８、気液分離板 ９、降液管 １０、缶体 １１、貯液槽 １２、低液位センサ １３．高液位センサ １４、注液口または空気吸入弁 １５、給液管 １６、連絡管 １７、均圧管 １８、蒸気導管 １９、放熱器 ２０、放熱コイル

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、蒸気発生器において発生した蒸気を蒸気導管を通し
   て放熱器まで導き、この放熱器で周囲空気に凝縮熱を与
   えて暖房を行い、凝縮した熱媒液を放熱器内に設けた凝
   縮液溜に一旦貯えておき、一定量の凝縮液が貯ったとこ
   ろで、蒸気発生器の加熱を中断することによって減圧状
   態となった蒸気発生器へ、この減圧によって熱媒液を還
   流させ、そして再び蒸気発生器を加熱し、蒸気を発生さ
   せることを繰り返すことによって暖房を行う単管式蒸気
   暖房装置に用いられる蒸気発生器において、この蒸気発
   生器を、加熱源を有し、かつその上部から蒸気導管が取
   り出されている小容量の加熱管と大容量の貯液槽に分離
   すると共に、貯液槽の上部と加熱管の上部とを均圧管で
   、更に両者の底部を給液管で連通すると共に前記均圧管
   と給液管とを降液管で連通して成る単管式蒸気暖房装置
   に用いられる蒸気発生器。 ２、降液管の上端を加熱管の上部に、この降液管の下端
   を加熱管の底部に連結して成る特許請求の範囲第１項記
   載の単管式蒸気暖房装置に用いられる蒸気発生器。