WO2012176274A1 - 蒸気生成装置 - Google Patents

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WO2012176274A1
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steam
heating
pressure
generating apparatus
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Inventor
佐藤賢治
Original Assignee
一般社団法人太陽エネルギー研究所
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B3/00—Other methods of steam generation; Steam boilers not provided for in other groups of this subclass
    • F22B3/04—Other methods of steam generation; Steam boilers not provided for in other groups of this subclass by drop in pressure of high-pressure hot water within pressure- reducing chambers, e.g. in accumulators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B27/00—Instantaneous or flash steam boilers
    • F22B27/16—Instantaneous or flash steam boilers involving spray nozzles for sprinkling or injecting water particles on to or into hot heat-exchange elements, e.g. into tubes

Definitions

  • the present invention relates to a drying apparatus and a steam generation apparatus. *
  • Steam boilers such as once-through boilers, smoke tube boilers, electric boilers, and vertical boilers, all generate steam by heating liquid water.
  • a steam generator that generates steam by reducing the pressure inside the container.
  • a drying device that depressurizes the inside of a container to evaporate a liquid.
  • a steam generator for achieving this object A substructure consisting of a liquid and a pressure vessel for vaporizing and adiabatically expanding the liquid; An upper structure consisting of a pressure vessel that brings the lower structure to a negative pressure below atmospheric pressure by heating; A heating heat source for heating the superstructure vapor; A heating means for heating the vapor of the superstructure and an external discharge means for releasing the vaporized vapor to the outside are provided.
  • This device is a drying device when an object containing liquid is placed in the substructure. If the liquid is water, it becomes a drying device for food and clothing.
  • the substructure has a volume for vaporizing liquid and adiabatic expansion.
  • the volume required for vaporization is approximately 1240 times, and the pressure to vaporize at 0 degrees Celsius is 500 Pascals, so adiabatic expansion of 200 times the volume is necessary to vaporize at 0 degrees Celsius.
  • a capacity corresponding to the volume change of the liquid to be dried is required.
  • plates and fins are attached to the lower structure as means for improving heat transfer.
  • the apparatus further comprises vaporization heat supply means for supplying vaporization heat necessary for liquid vaporization in the lower structure.
  • vaporization heat supply means for supplying vaporization heat necessary for liquid vaporization in the lower structure.
  • the liquid In order for the liquid to evaporate in the substructure, it is necessary to supply the amount of heat for vaporization. Therefore, it is necessary to supply heat by exchanging heat with outside air, tap water, ground water, used boiler drain, combustion exhaust heat, and low-temperature steam in the lower structure.
  • liquid supply means for supplying the liquid is further provided.
  • the liquid supply means supplies the liquid to the lower structure. If the liquid is water, it is a water supply device for a steam boiler.
  • the apparatus further comprises spraying means for spraying the liquid supplied by the liquid supply means.
  • the spraying means are a high-pressure pump and a steam injection nozzle.
  • the upper structure is sprayed at a high pressure by the spraying means on the lower structure heated to a low pressure.
  • the final heating heat source is a heat source that heats steam to a predetermined temperature and is basically a high-temperature heat source.
  • combustion heat sources electrical resistance heat generation, solar heat collectors and so on.
  • This device is a so-called steam boiler if the liquid is water.
  • Today's boilers heat liquid water to produce hot steam.
  • the heat of vaporization of water is 2267 Joules per gram at 25 degrees Celsius and 1 atmosphere.
  • the spraying means are a high-pressure pump and a steam injection nozzle.
  • the upper structure is sprayed at a high pressure by the spraying means on the lower structure heated to a low pressure.
  • the substructure has a volume for vaporizing liquid and adiabatic expansion. With water vapor, the volume required for vaporization is about 1240 times, and the pressure to vaporize at 0 degrees Celsius is 500 Pascals, so adiabatic expansion of 200 times the volume is necessary.
  • a preheating heating means for heating with a preheating heat source is provided.
  • the preheating heat source is a heat source having a temperature lower than the final heating heat source, and provides heat for vaporizing the liquid in the substructure.
  • a heat insulating means for heat insulating the upper structure and the lower structure is further provided. Since the temperature of the superstructure is high, heat transfer to the low temperature substructure is prevented by heat insulation.
  • the apparatus further comprises lower structure pressure detecting means for detecting the pressure in the lower structure.
  • the upper structure is heated until the pressure and temperature in the lower structure are sufficiently reduced to the saturated vapor pressure of the liquid.
  • the lower structure In the steam boiler, when the temperature and pressure in the lower structure drop, the lower structure is sprayed by the spraying means. This vaporizes the liquid. If it is water, it becomes water vapor. Thereafter, when heating of the upper structure is continued, low-pressure steam rises to the upper structure by the chimney effect and is discharged to the outside by the external discharge means.
  • the apparatus further comprises lower structure temperature detecting means for detecting a temperature in the lower structure.
  • spray means control means for controlling the spray means based on the pressure detected by the lower structure pressure detection means is further provided.
  • the high pressure pump of the spraying means is controlled using a pressure switch as the pressure detecting means and the control means. When the pressure is reduced to a pressure sufficient for vaporization, the high pressure pump is started.
  • spray means control means for controlling the spray means based on the temperature detected by the lower structure temperature detection means is further provided.
  • the high pressure pump of the spraying means is controlled using a temperature switch as the temperature detecting means and the control means. When the temperature is sufficient for vaporization, the high pressure pump is started.
  • the apparatus further comprises an upper structure pressure detecting means for detecting a pressure in the upper structure.
  • the heating is controlled because it is dangerous if the pressure of the superstructure becomes too high.
  • an upper structure temperature detecting means for detecting a temperature in the upper structure. Heating is controlled because it is dangerous if the temperature of the superstructure rises too much.
  • the apparatus further comprises upper structure heating control means for controlling heating of the upper structure based on the pressure detected by the lower structure pressure detecting means. Control heating of the superstructure when the pressure of the substructure rises.
  • the apparatus further comprises upper structure heating control means for controlling heating of the upper structure based on the temperature detected by the lower structure temperature detecting means.
  • the liquid is water. It is a steam boiler.
  • the final heating heat source is an electric resistance heating heat source. It is an electric boiler.
  • the final heating heat source is a combustion heat heat source.
  • the final heating heat source is a solar heat collecting heat source.
  • the preheating heat source is an outside air temperature.
  • the preheating heat source is combustion heat exhaust heat.
  • the preheating heat source is groundwater.
  • the preheating heat source is seawater.
  • the preheating heat source is a steam generator drain.
  • the vaporization heat supply means is a heat exchange means between the preheating heat source and the vapor vaporized in the lower structure.
  • the lower structure further includes heat transfer improving means.
  • heat transfer improvement means such as fins are attached to promote the absorption of the heat of vaporization.
  • the upper structure further includes a heat insulating means.
  • the vaporization heat supply means is a cooling air-conditioning equipment heat exchange means.
  • Evaporative heat supply means is used as a cooling source for air conditioning equipment.
  • vaporization heat supply means is refrigeration equipment heat exchange means. Vaporization heat supply means is used as a cold supply source for refrigeration equipment.
  • the heat exchange means is a double tube heat exchanger, a shell and tube heat exchanger, or a plate heat exchanger.
  • the spray means is a high pressure pump, It consists of an injection nozzle.
  • the spraying means are a high-pressure pump and a steam injection nozzle.
  • the upper structure is sprayed at a high pressure by the spraying means on the lower structure heated to a low pressure.
  • an electromagnetic valve for opening and closing the external discharge means is further provided.
  • the lower structure becomes negative pressure, but if heated each time steam is generated, the upper structure may be damaged by heat. Open up sometimes. Thus, the negative pressure of the lower structure can be maintained even when heating is stopped.
  • the apparatus further comprises a lower structure heating means for heating the lower structure. If the lower structure is directly heated at the start of the steam generator, the negative pressure is accelerated. Thereafter, the spraying means is moved. The substructure is not heated during steam generation.
  • the energy consumed for the heat of vaporization can be reduced as compared with the conventional steam generator in which the liquid is vaporized in advance and the heat of vaporization is supplied by external natural energy to heat from the liquid.
  • the amount of heat is 2620 joules per kg.
  • the heat of vaporization is reduced to 2200 joules and 420 joules, resulting in an energy reduction of about 80%.
  • a heavy oil boiler with an hourly steam volume of 2 tons the consumption of 120 liters of heavy oil is reduced to 25 liters.
  • FIG. 1 This is a drying device.
  • Reference numeral 2 denotes a substructure pressure vessel.
  • Reference numeral 3 denotes a superstructure pressure vessel. The upper structure and the lower structure are connected, and the pressure vessel is filled with air.
  • the steam heating pipe 5 is heated by the combustion chamber 4 and the fuel burner 6, the air in the steam heating pipe is heated and lightened air is discharged from the steam discharge pipe 11.
  • the substructure has a negative pressure due to the chimney effect.
  • Reference numeral 1 denotes clothes wet with water. The inside of the pressure vessel of 2 becomes a negative pressure, and the water contained in 1 evaporates.
  • a heat transfer plate 10 absorbs the heat of vaporization when water is evaporated by 30 outside air.
  • 8 is a heat insulating material installed to increase the heating efficiency.
  • 9 is a heat insulating material which insulates from the upper heating part so that heat can be absorbed from outside air.
  • the internal volume of the pressure vessel 2 is about 1240 times as long as liquid water is vaporized into water vapor, so a sufficient volume is necessary.
  • FIG. 2 shows a steam boiler that uses a solar collector as the final heat source.
  • Reference numerals 2 and 3 are pressure vessels.
  • Reference numeral 19 denotes a solar heat collector.
  • the vacuum tube type heat collector can be used as the final heating heat source of the steam boiler at about 150 degrees because the heat medium is about 200 degrees.
  • Reference numeral 18 denotes a heat medium pipe.
  • the steam and air in the pressure vessel 3 are heated.
  • 17 heat transfer plates are attached.
  • 15 is a groundwater distribution pipe for supplying vaporization heat for vaporization of water vapor.
  • 16 heat transfer plates are installed.
  • the air in the pressure vessel 3 is heated to release air from the vapor discharge pipe 11 and the pressure in the pressure vessel 2 becomes negative.
  • the nozzle diameter is 1 mm.
  • the pressure vessel 2 has a diameter of 600 mm and a length of 1000 mm, and its cross-sectional area is 600,000 times, which is sufficient for vaporizing water vapor and adiabatic expansion.
  • the pressure vessel 2 and the pressure vessel 3 are connected to exhibit a chimney effect.
  • 29 pressure switches in the vessel act, the 12 high pressure pumps start, water is sprayed from the 14 injection nozzles and vaporizes in the pressure vessel.
  • the amount of heat required for vaporization at this time is supplied to water vapor by 15 groundwater distribution pipes and 16 heat transfer plates.
  • the heat insulating material 8 prevents the heat of heat from escaping.
  • the heat insulating material 9 prevents the heat of the final heating part from being transferred.
  • FIG. 3 This is a steam boiler 2 which uses combustion heat as a final heating heat source, and 2 is a substructure pressure vessel.
  • Reference numeral 3 denotes a superstructure pressure vessel. The upper structure and the lower structure are connected, and the pressure vessel is filled with air.
  • the steam heating pipe 5 is heated by the combustion chamber 4 and the fuel burner 6, the air in the steam heating pipe is heated and lightened air is discharged from the steam discharge pipe 11.
  • the substructure has a negative pressure due to the chimney effect.
  • the pressure vessel 2 becomes negative pressure.
  • the saturated vapor pressure when water vaporizes at 20 degrees is about 2000 Pascals.
  • a heat transfer plate 10 absorbs the heat of vaporization when water is evaporated by 30 outside air.
  • 8 is a heat insulating material installed to increase the heating efficiency.
  • 9 is a heat insulating material which insulates from the upper heating part so that heat can be absorbed from outside air.
  • the internal volume of the pressure vessel 2 is about 1240 times as long as liquid water is vaporized into water vapor, so a sufficient volume is necessary.
  • the pressure vessel 2 can be vaporized and adiabatically expanded if the diameter of the pressure vessel is 600 mm and the length is 1000 mm.
  • reference numeral 27 denotes electric wiring for supplying power to 28 sheathed heaters.
  • Reference numeral 20 denotes a heat transfer fin that increases the heat transfer area with the steam.
  • Reference numeral 26 denotes a boiler drain pipe.
  • the boiler drain is about 60-80 degrees, so let's use it as a heat source.
  • 2 is a double-pipe heat exchanger in which the pressure vessel is an inner pipe and the boiler drain water pipe is an outer pipe.
  • 8 is a heat insulating material which insulates during heating.
  • 9 is also a heat insulating material so that the heat of the upper heating is not transmitted to the lower part. This improves the heat absorption of the low temperature heat source.
  • 29 is a pressure switch.
  • the high-pressure pump is started to inject water from the nozzle. 30 is outside air.
  • the chimney effect is constituted by 2 pressure vessels and 3 pressure vessels that absorb the heat of the outside air by 10 heat transfer plates.
  • the steam finally heated by the sheathed heater is discharged through 11 steam discharge pipes.
  • Reference numeral 2 denotes a substructure pressure vessel.
  • Reference numeral 3 denotes a superstructure pressure vessel. The upper structure and the lower structure are connected, and the pressure vessel is filled with air.
  • the steam heating pipe 5 is heated by the combustion chamber 4 and the fuel burner 6, the air in the steam heating pipe is heated and lightened air is discharged from the steam discharge pipe 11.
  • the substructure has a negative pressure due to the chimney effect.
  • Reference numeral 1 denotes clothes wet with water. The inside of the pressure vessel of 2 becomes a negative pressure, and the water contained in 1 evaporates.
  • a heat transfer plate 10 absorbs the heat of vaporization when water is evaporated by 30 outside air.
  • 8 is a heat insulating material installed to increase the heating efficiency.
  • 9 is a heat insulating material which insulates from the upper heating part so that heat can be absorbed from outside air.
  • the internal volume of the pressure vessel 2 is about 1240 times as long as liquid water is vaporized into water vapor, so a sufficient volume is necessary. It is a steam boiler that uses a solar collector as the final heat source.
  • Reference numerals 2 and 3 are pressure vessels.
  • Reference numeral 19 denotes a solar heat collector.
  • the vacuum tube type heat collector can be used as the final heating heat source of the steam boiler at about 150 degrees because the heat medium is about 200 degrees.
  • Reference numeral 18 denotes a heat medium pipe.
  • the steam and air in the pressure vessel 3 are heated.
  • 15 is a groundwater distribution pipe for supplying vaporization heat for vaporization of water vapor.
  • 16 heat transfer plates are installed.
  • the air in the pressure vessel 3 is heated to release air from the vapor discharge pipe 11 and the pressure in the pressure vessel 2 becomes negative.
  • the negative pressure vessel 2 is sprayed with 12 high-pressure pumps and injection nozzles.
  • the nozzle diameter is 1 mm.
  • the pressure vessel 2 has a diameter of 600 mm and a length of 1000 mm, and its cross-sectional area is 600,000 times, which is sufficient for vaporizing water vapor and adiabatic expansion.
  • the pressure vessel 2 and the pressure vessel 3 are connected to exhibit a chimney effect.
  • 29 pressure switches in the vessel act, the 12 high pressure pumps start, water is sprayed from the 14 injection nozzles and vaporizes in the pressure vessel.
  • the amount of heat required for vaporization at this time is supplied to water vapor by 15 groundwater distribution pipes and 16 heat transfer plates.
  • the heat insulating material 8 prevents the heat of heat from escaping.
  • the heat insulating material 9 prevents the heat of the final heating part from being transferred.
  • This is a steam boiler 2 which uses combustion heat as a final heating heat source, and is a pressure vessel with a lower structure.
  • Reference numeral 3 denotes a superstructure pressure vessel. The upper structure and the lower structure are connected, and the pressure vessel is filled with air.
  • the steam heating pipe 5 is heated by the combustion chamber 4 and the fuel burner 6, the air in the steam heating pipe is heated and lightened air is discharged from the steam discharge pipe 11.
  • the substructure has a negative pressure due to the chimney effect.
  • the pressure vessel 2 becomes negative pressure.
  • the saturated vapor pressure when water vaporizes at 20 degrees is about 2000 Pascals.
  • a heat transfer plate 10 absorbs the heat of vaporization when water is evaporated by 30 outside air.
  • 8 is a heat insulating material installed to increase the heating efficiency.
  • 9 is a heat insulating material which insulates from the upper heating part so that heat can be absorbed from outside air.
  • the internal volume of the pressure vessel 2 is about 1240 times as long as liquid water is vaporized into water vapor, so a sufficient volume is necessary. For example, when the nozzle diameter is 3 mm, the pressure vessel 2 can be vaporized and adiabatically expanded if the diameter of the pressure vessel is 600 mm and the length is 1000 mm.
  • 27 is an electric wiring and supplies electric power to 28 sheathed heaters.
  • Reference numeral 20 denotes a heat transfer fin that increases the heat transfer area with the steam.
  • Reference numeral 26 denotes a boiler drain pipe. The boiler drain is about 60-80 degrees, so let's use it as a heat source.
  • 2 is a double-pipe heat exchanger in which the pressure vessel is an inner pipe and the boiler drain pipe is an outer pipe.

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Abstract

【課題】 蒸気ボイラーの消費エネルギーの削減が求められている。 蒸気ボイラーは液体を加熱して蒸気を生成している。 容器内を真空ポンプで減圧して低温低圧の蒸気を生成する装置が知られている。 低圧の気体を圧縮して高温高圧の気体にする装置として圧縮機コンプレッサーがあるが 液体の水は気化すると容積が約１２００倍となりコンプレッサーで圧縮することは非常に困難である。 水を低温で気化し、高温高圧の蒸気にする技術がもとめられている。 【解決手段】 液体を気化し断熱膨張させる容積を有する下部構造と、 加熱による煙突効果により下部構造を負圧にする上部構造により蒸気を高温高圧にし 下部構造で気化に必要な気化熱量を外気、地下水などで供給し、蒸気生成エネルギーを削減する。

Description

蒸気生成装置
本発明は、乾燥装置及び蒸気生成装置に関する。　
産業界で蒸気ボイラーは数多く使用されている。蒸気ボイラーには貫流ボイラー、煙管ボイラー、電気ボイラー、立てボイラー、など全て蒸気を液体の水を加熱して生成させている。
また容器内を減圧して蒸気を生成させる蒸気生成装置がある。
容器内を減圧して液体を蒸発させる乾燥装置がある。
特開平７－２４９６０６
南雲健治著　やさしいボイラーの教科書　出版　オーム社　２０１０
地球環境保護のため二酸化炭素排出量の削減が求められている。
産業界、発電において蒸気ボイラーが数多く使用されている。
このボイラーの蒸気生成効率の向上すなわち燃料消費の削減が求められている。
しかしボイラーの燃焼効率向上は限界に近づいている。
ボイラーで蒸気を製造する時に予め蒸気にしてその後に加熱すれば燃料消費エネルギーが削減される。
水を蒸発させる技術として真空ポンプで容器内を減圧して水を蒸発させる技術が知られている。
低圧の気体を高圧の気体にする装置としてコンプレッサーがあるが、水は気化すると約１２４０倍の容積となりコンプレッサーでは対応できないので水蒸気の圧縮は非常に困難で実現できても高価なものとなる。
安価で高効率で水を気化し高温高圧にする技術が求められている。
本目的を達成するための蒸気成生装置であって、
液体と
液体を気化及び断熱膨張させる圧力容器からなる下部構造と、
加熱により下部構造を大気圧以下の負圧にする圧力容器からなる上部構造と、
上部構造の蒸気を加熱する加熱熱源と、
上部構造の蒸気を加熱する加熱手段と
気化した蒸気を外部に放出する外部放出手段を
を備える事を特徴とするものである。
この装置は下部構造内に液体を含む物体を置くと乾燥装置である。　
液体を水とすれば食品、衣類の乾燥装置となる。
本発明の蒸気生成装置で上部構造を加熱すると煙突効果により装置内の空気は暖められて装置外に放出され下部構造は負圧となり下部で気化された蒸気は吸い上げられる。
下部構造は液体を気化し断熱膨張させる容積を有する。
水蒸気では気化に必要な容積は約１２４０倍でありまた摂氏０度で気化する圧力は５００パスカルであるので摂氏０度で気化させるには容積２００倍の断熱膨張が必要である。
乾燥装置では乾燥させる液体の容積変化分の容量が必要になる。
また気化熱分を補うために伝熱向上手段として下部構造にプレートやフィンなどをとりつける。
また、更に前記下部構造で液体が気化する際に必要な気化熱を供給する気化熱供給手段を備える事を特徴とするものである。
下部構造で液体が気化するためには気化熱分の熱量の供給が必要である。
そこで外気や水道水、地下水、ボイラーの使用済みドレイン、燃焼排熱などと下部構造内の低温蒸気と熱交換して熱を供給する必要がある。
また、更に前記液体を供給する液体供給手段を備える事を特徴とするものである。
下部構造に液体を供給するのが液体供給手段である。
液体を水とすると蒸気ボイラーの給水装置である。
また、更に前記液体供給手段で供給された液体を噴霧する噴霧手段を備える事を特徴とするものである。
噴霧手段とは高圧ポンプと蒸気噴射ノズルの事である。
上部構造を加熱されて低圧になった下部構造に噴霧手段で高圧で噴霧する。
また、更に蒸気を所定の温度まで最終加熱する最終加熱手段と、
蒸気を所定の温度まで最終加熱する最終加熱熱源を備える事を特徴とするものである。
最終加熱熱源とは蒸気を所定の温度まで加熱する熱源で基本的に高温の熱源である。
燃焼熱熱源や電気抵抗発熱、太陽光集熱装置などがある。
この装置は液体が水ならば所謂蒸気ボイラーである。
現在のボイラーは液体の水を加熱して高温の蒸気を生成させている。
液体を蒸気にする為には潜熱の気化熱と温度上昇に必要な顕熱の熱量が必要である。
水の気化熱は摂氏２５度、１気圧で１グラム当たり　２２６７ジュールである。
水の比熱は１グラムを１度あたり４．２ジュールである。
故に摂氏０度の液体の水を１００度の蒸気にする為に必要な熱量は約２２６７＋４２０＝２６８７ジュールである。
そこで予め、水を蒸発させてから蒸気を加熱すると顕熱分の４２０ジュールで済むこととなる。
蒸発に必要な気化熱を外部から供給することでボイラーのエネルギーが約６分の１になる。
外部の熱源とは地下水、外気、河川水、海水などである。
液体を気化させるには圧力を下げる事と、蒸発した気体を収容する空間が必要である。
本発明の蒸気生成装置で上部構造を最終加熱熱源で加熱すると煙突効果により装置内の空気は暖められて装置外に放出され下部構造は負圧となり下部で気化された蒸気は吸い上げられる。
噴霧手段とは高圧ポンプと蒸気噴射ノズルの事である。
上部構造を加熱されて低圧になった下部構造に噴霧手段で高圧で噴霧する。
下部構造は液体を気化し断熱膨張させる容積を有する。
水蒸気では気化に必要な容積は約１２４０倍でありまた摂氏０度で気化する圧力は５００パスカルであるので容積２００倍の断熱膨張が必要である。
また、更に前記最終加熱熱源温度未満の予熱熱源と、
予熱熱源で加熱する予熱加熱手段を備える事を特徴とするものである。
予熱熱源とは最終加熱熱源未満の温度の熱源で下部構造で液体を気化するための熱量を提供する。
水道水、地下水、海水、外気、ボイラードレイン水、燃焼熱排熱などがある。
また、更に前記上部構造と下部構造を断熱する断熱手段を備えることを特徴とするものである。
上部構造の温度は高温なので断熱することで低温の下部構造に伝熱されることを防止する。
また、更に前記下部構造内の圧力を検出する下部構造圧力検出手段を備えることを特徴とするものである。
下部構造内の圧力と温度が液体の飽和蒸気圧まで充分下がるまで上部構造を加熱する。
蒸気ボイラーでは下部構造内の温度圧力が下がった時点で噴霧手段により下部構造に噴霧する。
これで液体が気化される。水であれば水蒸気となる。
この後上部構造の加熱を続けると低圧の蒸気は煙突効果で上部構造まで上昇し外部放出手段で外部に放出される。
また、更に前記下部構造内の温度を検出する下部構造温度検出手段を備えることを特徴とするものである。
また、更に前記下部構造圧力検出手段で検出された圧力に基づき前記噴霧手段を制御する噴霧手段制御手段を備えることを特徴とするものである。
圧力検出手段と制御手段として圧力スウィッチを使用して噴霧手段の高圧ポンプを制御する。
圧力が気化に充分な圧力まで減圧されると高圧ポンプを始動する。
また、更に前記下部構造温度検出手段で検出された温度に基づき前記噴霧手段を制御する噴霧手段制御手段を備えることを特徴とするものである。
温度検出手段と制御手段として温度スウィッチを使用して噴霧手段の高圧ポンプを制御する。
温度が気化に充分な温度になると高圧ポンプを始動する。
また、更に前記上部構造内の圧力を検出する上部構造圧力検出手段を備えることを特徴とするものである。
上部構造の圧力が高くなる過ぎると危険なので加熱を制御する。
また、更に前記上部構造内の温度を検出する上部構造温度検出手段を備えることを特徴とするものある。
上部構造の温度があがり過ぎると危険なので加熱を制御する。
また、更に前記下部構造圧力検出手段で検出された圧力に基づき上部構造の加熱を制御する上部構造加熱制御手段を備えることを特徴とするものである。
下部構造の圧力が上昇した場合に上部構造の加熱を制御する。
また、更に前記下部構造温度検出手段で検出された温度に基づき上部構造の加熱を制御する上部構造加熱制御手段を備えることを特徴とするものである。
また、更に前記液体を水とすることを特徴とするものである。
蒸気ボイラーである。
また、更に前記最終加熱熱源を電気抵抗発熱熱源とすることを特徴とするものである。
電気ボイラーである。
また、更に前記最終加熱熱源を燃焼熱熱源とすることを特徴とするものである。
また、更に前記最終加熱熱源を太陽熱集熱熱源とすることを特徴とするものである。
また、更に前記予熱熱源を外気温とすることを特徴とするものである。
また、更に前記予熱熱源を燃焼熱排熱とすることを特徴とするものである。
また、更に前記予熱熱源を地下水とすることを特徴とするものである。
また、更に前記予熱熱源を海水とすることを特徴とするものである。
また、更に前記予熱熱源を蒸気生成装置ドレインとすることを特徴とするものである。
また、更に前記気化熱供給手段は前記予熱熱源と前記下部構造で気化した蒸気との熱交換手段とすることを特徴とするものである。
最終加熱熱源以外の熱源を利用することで最終加熱熱源のエネルギーが削減される。
また、更に前記下部構造は伝熱向上手段を備える事を特徴とするものである。
下部構造を乾燥室として使用する場合にフィンなどの伝熱向上手段を取り付けて気化熱分のエネルギーの吸収を促進する。
また、更に前記上部構造は断熱手段を備えることを特徴とするものである。
また、更に前記気化熱供給手段を冷房空調設備熱交換手段とすることを特徴とするものである。
空調設備の冷熱源として気化熱供給手段を利用する。
また、更に前記気化熱供給手段を冷蔵設備熱交換手段とすることを特徴とするものである。
冷蔵設備の冷熱供給源として気化熱供給手段を利用する。
また、更に前記熱交換手段を二重管式熱交換器又はシェルアンドチューブ式熱交換器またはプレート式熱交換器とする事を特徴とするものである。
また、更に前記噴霧手段は高圧ポンプと、
噴射ノズルからなる事を特徴とするものである。
噴霧手段とは高圧ポンプと蒸気噴射ノズルの事である。
上部構造を加熱されて低圧になった下部構造に噴霧手段で高圧で噴霧する。
また、更に前記外部放出手段を開閉する電磁弁を備える事を特徴とするものである。
上部構造を加熱することで下部構造が負圧になるが蒸気生成の都度加熱すると上部構造が熱により損傷する恐れがあるので、蒸気生成を停止時に電磁弁で外部放出手段の配管を閉め生成開始時にあける。
これで下部構造の負圧を加熱停止時でも維持できる。
また、更に下部構造を加熱する下部構造加熱手段を備えることを特徴とするものである。
蒸気生成装置開始時に下部構造を直接加熱すると負圧になるのが早くなる。
その後に噴霧手段を動かす。蒸気生成中は下部構造の加熱はしない。
蒸気生成装置において
液体をあらかじめ蒸気にして気化熱を外部自然エネルギーで供給ことにより液体から加熱する従来の蒸気生成装置とくらべて気化熱分の消費エネルギーが節減できる。
0℃の液体の水から100℃の水蒸気を生成する場合の熱量は１ｋｇあたり２６２０ジュールであり、予め気化して加熱する場合は気化熱２２００ジュールが削減され４２０ジュールとなり約８０％のエネルギー削減となる。
時間蒸気量2ｔの重油ボイラーで時間120ｌの重油消費量が25ｌに削減させる。
以下に、この発明における実施の形態を図面を参照して説明する。
図１これは乾燥装置である。
２は下部構造の圧力容器である。３は上部構造の圧力容器である。
上部構造と下部構造はつながっており、圧力容器内は空気で満たされている。
４の燃焼室と６の燃料バーナーで５の蒸気加熱管を加熱すると蒸気加熱管内の空気が加熱されて軽くなった空気が１１の蒸気放出管から放出される。
この上部構造の加熱の結果下部構造内は煙突効果で負圧になる。
１は水で濡れた衣類である。
２の圧力容器内が負圧になり１が含む水が蒸発する。
故に加熱当初は蒸気放出管からは圧力容器内の空気が放出されその後１の衣類が含む水が気化した水蒸気が放出される。
この気化熱を外部のエネルギー源から供給すると乾燥加熱の使用エネルギーが削減される。
１０は伝熱プレートで水の蒸発時の気化熱を３０の外気により吸収する。
８は断熱材で加熱効率を上げるために設置する。
９は断熱材で外気から熱を吸収できるように上部の加熱部と断熱する。
２の圧力容器の内容積は液体の水が水蒸気に気化すると約１２４０倍になるので充分な容積が必要である。
図2は太陽熱集熱器を最終加熱熱源とする蒸気ボイラーである。
２，３は圧力容器である。１９は太陽熱集熱器である。
真空管式の集熱器は熱媒が２００度位になるので１５０度程度の蒸気ボイラーの最終加熱熱源として利用できる。
１８は熱媒配管である。３の圧力容器内の蒸気や空気を加熱する。
蒸気との伝熱面積を増やすために１７の伝熱プレートを取り付ける。
１５は地下水配水管で水蒸気が気化するための気化熱を供給する。伝熱面積を増やすために１６の伝熱プレートをとりつける。
３の圧力容器内の空気が加熱されて１１の蒸気放出管から空気が放出されて２の圧力容器内が負圧になる。
負圧になった圧力容器２に１２の高圧ポンプと１４の噴射ノズルで噴霧する。
ノズルの径は１ｍｍでる。２の圧力容器は径６００ｍｍ長さ１０００ｍｍであり
断面積は６０万倍となり水蒸気を気化し断熱膨張するのに充分である。
圧力容器２と圧力容器３はつながっていて煙突効果を発揮する。
２の圧力容器内が所定の負圧になると容器内の２９の圧力スウィッチが働き１２の高圧ポンプが始動し１４の噴射ノズルから水が噴霧され圧力容器内で気化する。
このとき必要になる気化熱分の熱量を１５の地下水配水管と１６の伝熱プレートで水蒸気に供給する。
８の断熱材は加熱の熱が逃げないようにする。
９の断熱材は最終加熱部の熱が伝熱しないようにする。
図３これは燃焼熱を最終加熱熱源とする蒸気ボイラーである
２は下部構造の圧力容器である。３は上部構造の圧力容器である。
上部構造と下部構造はつながっており、圧力容器内は空気で満たされている。
４の燃焼室と６の燃料バーナーで５の蒸気加熱管を加熱すると蒸気加熱管内の空気が加熱されて軽くなった空気が１１の蒸気放出管から放出される。
この上部構造の加熱の結果下部構造内は煙突効果で負圧になる。
２の圧力容器内が負圧になる。水が２０度で気化するときの飽和蒸気圧は約２０００パスカルである。
２の圧力容器内が所定の負圧になった時に２９の圧力スウィッチが働き１２の高圧ポンプが始動し液体の水が１４の噴射ノズルから噴射され水が気化する。
この気化熱を２１の海水配水管で供給する。３の圧力容器内に２１の海水配水管を通して１６の伝熱プレートで伝熱面積を増やして水蒸気に熱を供給する。
煙突効果の為に蒸気温度の高低と位置エネルギーの高低を一致させる。
１０は伝熱プレートで水の蒸発時の気化熱を３０の外気により吸収する。
８は断熱材で加熱効率を上げるために設置する。
９は断熱材で外気から熱を吸収できるように上部の加熱部と断熱する。
２の圧力容器の内容積は液体の水が水蒸気に気化すると約１２４０倍になるので充分な容積が必要である。
例としてノズルの径３ｍｍの場合　２の圧力容器の径が６００ｍｍ　長さ　１０００ｍｍであれば気化し断熱膨張できる。
図４において２７は電気配線で２８のシーズヒーターに電力を供給する。
２０は伝熱フィンで蒸気との伝熱面積をふやす。
２６はボイラードレイン配管である。ボイラードレインは６０～８０度くらいあるので熱源としてしようする。
２の圧力容器が内管でボイラードレイン水配管が外管の二重管式熱交換器である。
８は断熱材で加熱時の断熱をする。９も断熱材で上部加熱の熱が下部に伝わらないようにする。これにより低温の熱源の熱吸収がよくなる。
２９は圧力スウィッチである。
圧力容器２の圧力が圧力容器３を加熱して充分負圧になると高圧ポンプを始動させノズルから水を噴射させる。
３０は外気である。１０の伝熱プレートで外気の熱を吸収する
２の圧力容器と３の圧力容器で煙突効果を構成している。
シーズヒーターにより最終加熱された蒸気は１１の蒸気放出管で放出される。
これは乾燥装置である。２は下部構造の圧力容器である。３は上部構造の圧力容器である。上部構造と下部構造はつながっており、圧力容器内は空気で満たされている。４の燃焼室と６の燃料バーナーで５の蒸気加熱管を加熱すると蒸気加熱管内の空気が加熱されて軽くなった空気が１１の蒸気放出管から放出される。この上部構造の加熱の結果下部構造内は煙突効果で負圧になる。１は水で濡れた衣類である。２の圧力容器内が負圧になり１が含む水が蒸発する。故に加熱当初は蒸気放出管からは圧力容器内の空気が放出されその後１の衣類が含む水が気化した水蒸気が放出される。この気化熱を外部のエネルギー源から供給すると乾燥加熱の使用エネルギーが削減される。１０は伝熱プレートで水の蒸発時の気化熱を３０の外気により吸収する。８は断熱材で加熱効率を上げるために設置する。９は断熱材で外気から熱を吸収できるように上部の加熱部と断熱する。２の圧力容器の内容積は液体の水が水蒸気に気化すると約１２４０倍になるので充分な容積が必要である。 太陽熱集熱器を最終加熱熱源とする蒸気ボイラーである。２，３は圧力容器である。１９は太陽熱集熱器である。真空管式の集熱器は熱媒が２００度位になるので１５０度程度の蒸気ボイラーの最終加熱熱源として利用できる。１８は熱媒配管である。３の圧力容器内の蒸気や空気を加熱する。蒸気との伝熱面積を増やすために１７の伝熱プレートを取り付ける。１５は地下水配水管で水蒸気が気化するための気化熱を供給する。伝熱面積を増やすために１６の伝熱プレートをとりつける。３の圧力容器内の空気が加熱されて１１の蒸気放出管から空気が放出されて２の圧力容器内が負圧になる。負圧になった圧力容器２に１２の高圧ポンプと噴射ノズルで噴霧する。ノズルの径は１ｍｍである。２の圧力容器は径６００ｍｍ長さ１０００ｍｍであり断面積は６０万倍となり水蒸気を気化し断熱膨張するのに充分である。圧力容器２と圧力容器３はつながっていて煙突効果を発揮する。２の圧力容器内が所定の負圧になると容器内の２９の圧力スウィッチが働き１２の高圧ポンプが始動し１４の噴射ノズルから水が噴霧され圧力容器内で気化する。このとき必要になる気化熱分の熱量を１５の地下水配水管と１６の伝熱プレートで水蒸気に供給する。８の断熱材は加熱の熱が逃げないようにする。９の断熱材は最終加熱部の熱が伝熱しないようにする。 これは燃焼熱を最終加熱熱源とする蒸気ボイラーである２は下部構造の圧力容器である。３は上部構造の圧力容器である。上部構造と下部構造はつながっており、圧力容器内は空気で満たされている。４の燃焼室と６の燃料バーナーで５の蒸気加熱管を加熱すると蒸気加熱管内の空気が加熱されて軽くなった空気が１１の蒸気放出管から放出される。この上部構造の加熱の結果下部構造内は煙突効果で負圧になる。２の圧力容器内が負圧になる。水が２０度で気化するときの飽和蒸気圧は約２０００パスカルである。２の圧力容器内が所定の負圧になった時に２９の圧力スウィッチが働き１２の高圧ポンプが始動し液体の水が１４の噴射ノズルから噴射され水が気化する。この気化熱を２１の海水配水管で供給する。３の圧力容器内に２１の海水配水管を通して１６の伝熱プレートで伝熱面積を増やして水蒸気に熱を供給する。煙突効果の為に蒸気温度の高低と位置エネルギーの高低を一致させる。１０は伝熱プレートで水の蒸発時の気化熱を３０の外気により吸収する。８は断熱材で加熱効率を上げるために設置する。９は断熱材で外気から熱を吸収できるように上部の加熱部と断熱する。２の圧力容器の内容積は液体の水が水蒸気に気化すると約１２４０倍になるので充分な容積が必要である。例としてノズルの径３ｍｍの場合　２の圧力容器の径が６００ｍｍ　長さ　１０００ｍｍであれば気化し断熱膨張できる。 ２７は電気配線で２８のシーズヒーターに電力を供給する。２０は伝熱フィンで蒸気との伝熱面積をふやす。２６はボイラードレイン配管である。ボイラードレインは６０～８０度くらいあるので熱源としてしようする。２の圧力容器が内管でボイラードレイン配管が外管の二重管式熱交換器である。８は断熱材で加熱時の断熱をする。９も断熱材で上部加熱の熱が下部に伝わらないようにする。これにより低温の熱源の熱吸収がよくなる。２９は圧力スウィッチである。圧力容器２の圧力が圧力容器３を加熱して充分負圧になると高圧ポンプを始動させノズルから水を噴射させる。３０は外気である。１０の伝熱プレートで外気の熱を吸収する２の圧力容器と３の圧力容器で煙突効果を構成している。シーズヒーターにより最終加熱された蒸気は１１の蒸気放出管で放出される。
１　　　水を含む衣類
２　　　圧力容器
３　　　圧力容器
４　　　燃料燃焼室
５　　　蒸気加熱管
６　　　燃料バーナー
７　　　燃料供給管
８　　　断熱材
９　　　断熱材
１０　　伝熱プレート
１１　　蒸気放出管
１２　　高圧ポンプ
１３　　給水配管
１４　　噴射ノズル
１５　　地下水配水管
１６　　伝熱プレート
１７　　伝熱プレート
１８　　熱媒配管
１９　　太陽熱集熱器
２０　　伝熱フィン
２１　　海水配水管
２６　　ボイラードレイン水
２７　　電気配線
２８　　シーズヒーター
２９　　圧力スウィッチ
３０　　外気

Claims (33)

  1. 蒸気生成装置であって、
    液体と
    液体を気化及び断熱膨張させる圧力容器からなる下部構造と、
    加熱により下部構造を大気圧以下の負圧にする圧力容器からなる上部構造と、
    上部構造の蒸気を加熱する加熱熱源と、
    上部構造の蒸気を加熱する加熱手段と
    気化した蒸気を外部に放出する外部放出手段を
    を備える事を特徴とする蒸気生成装置
  2. 更に前記下部構造で液体が気化する際に必要な気化熱を供給する気化熱供給手段を備える事を特徴とする請求項１の蒸気生成装置
  3. 更に前記液体を供給する液体供給手段を備える事を特徴とする請求項１又は２の蒸気成生装置
  4. 更に前記液体供給手段で供給された液体を噴霧する噴霧手段を備える事を特徴とする請求項１～３いずれかの蒸気成生装置
  5. 更に蒸気を所定の温度まで最終加熱する最終加熱手段と、
    蒸気を所定の温度まで最終加熱する最終加熱熱源を備える事を特徴とする請求項１～４いずれかの蒸気成生装置
  6. 更に前記最終加熱熱源温度未満の予熱熱源と、
    予熱熱源で加熱する予熱加熱手段を備える事を特徴とする請求項１～５の蒸気成生装置
  7. 更に前記上部構造と下部構造を断熱する断熱手段を備えることを特徴とする請求項１～６の蒸気成生装置。
  8. 更に前記下部構造内の圧力を検出する下部構造圧力検出手段を備えることを特徴とする請求項１～７の蒸気成生装置。
  9. 更に前記下部構造内の温度を検出する下部構造温度検出手段を備えることを特徴とする請求項１～８の蒸気成生装置。
  10. 更に前記下部構造圧力検出手段で検出された圧力に基づき前記噴霧手段を制御する噴霧手段制御手段を備えることを特徴とする請求項１～９の蒸気成生装置。
  11. 更に前記下部構造温度検出手段で検出された温度に基づき前記噴霧手段を制御する噴霧手段制御手段を備えることを特徴とする請求項１～１０の蒸気成生装置。
  12. 更に前記上部構造内の圧力を検出する上部構造圧力検出手段を備えることを特徴とする請求項１～１１の蒸気成生装置。
  13. 更に前記上部構造内の温度を検出する上部構造温度検出手段を備えることを特徴とする請求項１～１２の蒸気成生装置。
  14. 更に前記下部構造圧力検出手段で検出された圧力に基づき上部構造の加熱を制御する上部構造加熱制御手段を備えることを特徴とする請求項１～１３の蒸気成生装置。
  15. 更に前記下部構造温度検出手段で検出された温度に基づき上部構造の加熱を制御する上部構造加熱制御手段を備えることを特徴とする請求項１～１４の蒸気成生装置。
  16. 更に前記液体を水とすることを特徴とする請求項１～１5の蒸気成生装置。
  17. 更に前記最終加熱熱源を電気抵抗発熱熱源とすることを特徴とする請求項１～１6の蒸気成生装置。
  18. 更に前記最終加熱熱源を燃焼熱熱源とすることを特徴とする請求項１～１７の蒸気成生装置。
  19. 更に前記最終加熱熱源を太陽熱集熱熱源とすることを特徴とする請求項１～１８の蒸気成生装置。
  20. 更に前記予熱熱源を外気温とすることを特徴とする請求項１～１９の蒸気成生装置。
  21. 更に前記予熱熱源を燃焼熱排熱とすることを特徴とする請求項１～２０の蒸気成生装置。
  22. 更に前記予熱熱源を地下水とすることを特徴とする請求項１～２１の蒸気成生装置。
  23. 更に前記予熱熱源を海水とすることを特徴とする請求項１～２２の蒸気成生装置。
  24. 更に前記予熱熱源を蒸気生成装置ドレインとすることを特徴とする請求項１～２3の蒸気成生装置。
  25. 更に前記気化熱供給手段は前記予熱熱源と前記下部構造で気化した蒸気との熱交換手段とする請求項１～２４のいずれかの蒸気成生成装置
  26. 更に前記下部構造は伝熱向上手段を備える事を特徴とする請求項１～２５の蒸気成生装置。
  27. 更に前記上部構造は断熱手段を備えることを特徴とする請求項１～２６の蒸気成生装置。
  28. 更に前記気化熱供給手段を冷房空調設備熱交換手段とすることを特徴とする請求項１～２７の蒸気成生装置。
  29. 更に前記気化熱供給手段を冷蔵設備熱交換手段とすることを特徴とする請求項１～２８の蒸気成生装置。
  30. 更に前記熱交換手段を二重管式熱交換器又はシェルアンドチューブ式熱交換器またはプレート式熱交換器とする事を特徴とする請求項１～２９いずれかの蒸気生成装置
  31. 更に前記噴霧手段は高圧ポンプと、
    噴射ノズルからなる事を特徴とする請求項１～３０いずれかの蒸気生成装置
  32. 更に前記外部放出手段を開閉する電磁弁を備える事を特徴とする請求項１～３１いずれかの蒸気生成装置
  33. 更に下部構造を加熱する下部構造加熱手段を備えることを特徴とする請求項１～３２いずれかの蒸気生成装置
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