JPH073123Y2 - 蓄熱式電気ボイラ - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本考案は電気式蒸気ボイラの改良に係り、給水加熱用の
蓄熱装置を備えた蓄熱式電気ボイラに関するものであ
る。

（従来の技術） 一般に、ボイラの蒸気負荷は相当の範囲に亘って変動す
る。そのため、蒸気発生量の大きなボイラ設備では、尖
頭負荷に備えてスチームアキュムレータ等が付設されて
いる。

ところが、蒸気負荷の比較的小さなボイラ、例えば蒸気
発生量が10kg/h〜300kg/h程度の電気式蒸気ボイラ等に
於いては、単に尖頭負荷対策だけの為にアキュムレータ
等を設けたのでは、ボイラコストが著しく割り高とな
り、経済性に欠けることとなる。そのため、通常は、ア
キュムレータ等を設けるかわりにボイラ容量を若干大き
目に選定し、これにより尖頭負荷をカバーする方式が広
く採用されている。

しかし、電気式蒸気ボイラに於いて、前述の如く尖頭負
荷を考慮してボイラ容量を大き目に選定した場合には、
基本料金や受電設備費の高騰を招くという問題がある。

即ち、我が国の電力料金制度は、受電容量の増加と共に
基本料金が上昇する型式の制度になっている。従って、
前面基本料金を抑えるには、受電設備容量を可能な限り
小さくする必要があり、前述の如き尖頭負荷を考慮して
ボイラ容量を若干大き目に選定すると云うことは、経済
性の点で著しい不利を招くことになる。基本料金は、ボ
イラ設備の稼動・停止に関係なく、支払い続けねばなら
ないからである。

（考案が解決しようとする課題） 本考案は従前の電気式蒸気ボイラに於ける上述の如き問
題、即ち、容量の比較的小さな電気式蒸気ボイラで
は、尖頭負荷対策だけの為にアキュムレータ等を設けた
のでは、ボイラが著しく割り高かになり、経済性に欠け
ること、尖頭負荷対策のためにボイラ容量を大き目に
選定した場合には、電気基本料金が大幅に上昇し、運転
費の削減が図れないこと、及びボイラ容量に余裕が無
い場合には、尖頭負荷時に蒸気量不足を生じたり、或い
は蒸気使用設備の運転基数の削減等を余儀なくされるこ
と等の問題を解決せんとするものであり、電気式蒸気ボ
イラに給水加熱用の蓄熱装置を付設し、割安な深夜電力
を利用して少ない受電容量設備で夜間蓄熱しておき、尖
頭負荷時には前記蓄熱装置で予熱した給水を電気式蒸気
ボイラへ供給することにより、少ない受電容量でもって
蒸気尖頭負荷にも充分に対応し得ると共に、極めて優れ
た経済性の達成を可能とした蓄熱式電気ボイラを提供す
るものである。

（課題を解決するための手段） 本考案は、電気ヒータ９と尖頭負荷を検知する尖頭負荷
検出装置12を備えた電気式蒸気ボイラ８と；蓄熱用電気
ヒータ３を備えると共に、内部に蓄熱材６と熱媒体７と
から成る蓄熱混合体５を貯留した蓄熱装置１と；前記蓄
熱装置１の内部に配設され、且つ前記電気式蒸気ボイラ
８のボイラ給水管路14へ並列に連結した熱交換管13と；
前記尖頭負荷検出装置12により作動が制御され、尖頭負
荷時にはボイラ給水16を前記熱交換管13を通して電気式
蒸気ボイラ８へ供給する給水制御弁装置15とを考案の基
本構成とするものである。

（作用） 蓄熱装置１の蓄熱用電気ヒータ３は夜間に作動され、安
価な深夜電力を使って蓄熱混合体５を加熱し、所望の熱
量を蓄熱する。

蒸気負荷が定常範囲にある場合には、ボイラ給水16は管
路14を通して直接電気式蒸気ボイラ８へ送られ、当該ボ
イラ８の運転が行なわれる。

尖頭負荷状態になれば、尖頭負荷検出装置12がこれを検
知し、その信号により給水制御弁装置15が作動される。
給水制御弁装置15の作動により、ボイラ給水16は蓄熱装
置１内の熱交換管13を通して電気式蒸気ボイラ８へ供給
され、蓄熱を用いてボイラ給水16を予熱することによ
り、尖頭負荷への対応が行なわれる。

（実施例） 以下、図面に基づいて本考案の実施例を説明する。

図面は本考案に係る蓄熱式電気ボイラの全体系統図であ
り、図に於いて、１は蓄熱装置であり、蓄熱槽２、蓄熱
用電気ヒータ３、温度検知器４等を備えると共に、その
内部には蓄熱混合体５が貯留されている。尚、前記蓄熱
混合体５は、後述する如く蓄熱材６と熱媒体７とから形
成されている。８は電気式蒸気ボイラであり、ボイラ用
電気ヒータ９、水位検知装置10、ヒータ制御用蒸気圧力
検出装置11、尖頭負荷検出装置12等が備えられている。

13は給水予熱用の熱交換管であり、前記蓄熱槽２内に配
設され且つ前記電気式蒸気ボイラ８のボイラ給水管路14
と並列状に連結されている。

15は給水制御弁装置であり、前記尖頭負荷検出装置12か
らの信号により作動され、尖頭負荷時にはボイラ給水16
を管路17側へ切換え、熱交換管13を通して電気式蒸気ボ
イラ８へ供給する。

尚、第１図に於いて、18は給水ポンプ、19は給水タン
ク、20は制御盤である。

前記蓄熱混合体５を形成する蓄熱材６には、表面架橋高
密度ポリエチレンのペレットが使用されており、所謂潜
熱蓄熱型の蓄熱材である。より具体的には、蓄熱材６と
しては直径1.5〜5mmφ，比重約0.9〜1.0、軟化温度約80
°〜200°Ｃ、潜熱約40〜80Kcal/kg、の表面架橋高密度
ポリエチレン製ペレットが使用され、本実施例では軟化
温度133°Ｃ、直径0.5〜1.5mmφのペレット体が使用さ
れている。

又、当該ペレット状の蓄熱材６は、熱の授受を速やかに
行なわせる為の熱媒体７と共に、所謂固液二相流体の形
態で蓄熱槽２内へ封入されている。

尚、前記ポリエチレンペレットの表面架橋は所謂電子線
照射法等によって行なわれ、当該表面架橋処理を行なう
ことにより、ポリエチレンペレットの表層部のみが若干
硬化する。その結果、ペレット内部が加熱下で溶融状態
にあっても、その表層部は固化状のままであり、ペレッ
ト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。

前記蓄熱混合体５を形成する熱媒体７は、前述の如く蓄
熱材６の熱授受を迅速化するために使用されるものであ
る。従って、当該熱媒体７は表面架橋高密度ポリエチレ
ンのペレットが浮遊し得る比重を有する必要があり、更
に、表面架橋高密度ポリエチレンの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る。水やエチレングリコ
ール、熱媒油は前記各要件をほぼ満足するものであり、
本実施例に於いては熱媒体７としてエチレングリコール
が使用されている。

また、当該熱媒体（エチレングリコール）７と前記蓄熱
材６（表面架橋高密度ポリエチレン粒体）との混合比率
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。

更に、前記蓄熱用電気ヒータ３には所謂シーズヒータが
使用されており、蓄熱槽２の下底から槽内へ挿入されて
いる。当該蓄熱用電気ヒータ３へは、主に電力料金の安
価な深夜に給電が行なわれ、蓄熱材６の加熱が行なわれ
る。

尚、図示されてはいないが、蓄熱槽２内に撹拌装置を配
設し、これを連続若しくは間欠的に運転して槽内部の固
液二相流体を適宜に撹拌流動させることにより、表面架
橋高密度ポリエチレンペレットとエチレングリコールと
をより均等な混合状態にすると共に、各ペレットへの蓄
熱を均等にするのがより望ましい。

又、本実施例では熱媒体７としてエチレングリコールを
使用しているが、熱媒油を熱媒体７として使用すること
も可能である。

更に、本実施例では蓄熱材６として表面架橋高密度ポリ
エチレンのペレットを使用しているが、これに替えて適
宜の粒度を有するマグネシアクリンカー等の鉱砕石を蓄
熱材６とし、これと熱媒油（最高使用温度約370°Ｃ）
との混合体を蓄熱混合体５としてもよい。

次に、本実施例に係る蓄熱式電気ボイラの作動について
説明する。

蓄熱槽２内に貯留された蓄熱混合体５（エチレングリコ
ールと表面架橋高密度ポリエチレンペレットの固液二相
流体）は、夜間の深夜電力を用いてヒータ３により、表
面架橋高密度ポリエチレンの軟化温度（約133°Ｃ）以
上の温度で一定時間加熱される。これにより、表面架橋
高密度ポリエチレンペレットの内部が溶融状態となり
（ペレット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、ペレット及び熱媒体３のエチレングリコールに
所謂顕熱蓄熱が行なわれる。

尚、蓄熱混合体５内のポリエチレンペレットは、前述の
通りその内部は溶融していても外表層は固化状態にあ
り、ペレット形状を保持している。、又、加熱によって
ポリエチレンペレットの外表層は若干軟化するが、蓄熱
槽２内ではペレットの外周面がエチレングリコールで包
まれているため、ペレット相互が固着するようなことは
皆無となる。

蒸気負荷が定常状態にある場合には、給水タンク19から
のボイラ給水16は、給水ポンプ18→給水制御弁装置15→
給水管路14を経て電気式蒸気ボイラ８へ供給され、ヒー
タ９で加熱される。

蒸気圧力の上昇若しくは低下はヒータ制御用蒸気圧力検
出装置（圧力スイッチ）11で検知され、当該検知信号S1
により制御盤20を介してヒータ９の作動が制御される。

また、電気式蒸気ボイラ８の水位は水位検知装置10で検
知され、当該検知信号Wsにより制御盤20を介して給水ポ
ンプ18の作動が制御される。

一方、蒸気負荷の急増等により尖頭負荷状態が発生した
場合には、尖頭負荷検出装置（蒸気圧力スイッチ）12に
より当該尖頭負荷による蒸気圧力の低下が検出され、検
知信号Spにより制御盤20を介して給水制御弁装置（三方
弁）12が作動される。その結果、ボイラ給水16は管路17
を通して蓄熱槽２内の熱交換管13へ送られ、ここで蓄熱
混合体５によって予熱された後、電気式蒸気ボイラ８へ
送られる。これにより、一時的な尖頭負荷に対する対応
が行なわれる。

尚、熱交換管13を介してボイラ給水16と熱交換をするこ
とにより潜熱を放出したポリエチレンペレットは、その
内部が固相に相転移した状態となり、エチレングリコー
ル３内に浮遊状態で残存する。

また、本実施例に於いては、蓄熱用電気ヒータ３を夜間
のみ作動するようにしているが、蒸気負荷が急増した様
な場合に、前記ヒータ３を適宜に作動するようにしても
よいことは勿論である。

更に、本実施例に於いては、ボイラ用電気ヒータ９の制
御用の蒸気圧力スイッチ10と、給水制御弁装置15の切換
制御用の尖頭負荷検出装置12とを夫々別個に設けている
が、一基の装置でもって前記ヒータ９と給水制御弁装置
15の両方を制御する構成としてもよいことは勿論であ
る。

加えて、本実施例では給水制御弁装置15を三方弁により
形成しているが、２個の制御弁を切換え使用する構成と
してもよいことは勿論である。

試算によれば、１m³の蓄熱槽２内へ500lの表面架橋高密
度ポリエチレンペレットと300lのエチレングリコールと
を封入した場合、表面架橋高密度ポリエチレンペレット
の潜熱蓄熱量は約23,000Kcalとなる。

今、深夜電力時間帯の８時間内に前記23,000Kcalの蓄熱
を行なうものとすると、その加熱に要する蓄熱用電気ヒ
ータ３の容量は、約3.4KW（23,000Kcal÷860Kal/h÷8h
≒3.4KW）程度となる。但し熱損失等は零と仮定してい
る。

一方、この23,000Kcalの蓄熱量を利用して尖頭蒸気負荷
を賄なう場合に於いて、熱交換管13の伝熱面積を適当な
値にすると、換算蒸発量100kg/hの電気式蒸気ボイラ８
と前記潜熱蓄熱装置１とを組み合せることにより、換算
蒸発量150kg/hの蒸発量で約50分間、また換算蒸発量130
kg/hの蒸発量で約80分間、夫々尖頭蒸気負荷を賄なうこ
とが出来る。

これに対して、もし換算蒸発量150kg/hの電気式蒸気ボ
イラ８を設置して前記尖頭蒸気負荷に対応するものとす
ると、当該電気式蒸気ボイラ８のヒータ９の所要電力は
約94KWとなる。即ち、換算蒸発量100kg/hの場合のボイ
ラ用電気ヒータ９の所要電力（約63KW）に比較して、必
要とするヒータ容量は約1.5倍となる。その結果、基本
料金は当然約1.5倍の額となり、且つその支払いは毎月
必要であるため、両者の所要電気料金額の差は莫大なも
のとなる。

（考案の効果） 本考案では、電気式蒸気ボイラ８に蓄熱装置１を付設
し、尖頭負荷時には、ボイラ給水16を蓄熱装置１の蓄熱
で予熱して尖頭負荷分を賄なう構成としているため、従
前電気式蒸気ボイラの様にその容量を大き目に選定する
必要がない。その結果、受電設備容量の引下げが可能と
なり、基本料金の大幅な削減を図り得る。

また、小容量の蓄熱用電気ヒータ３により、深夜電力を
利用して尖頭負荷の熱量を蓄熱する構成としているた
め、電力料金等の面でも極めて有利であり、経済性に優
れている。

更に、電気式蒸気ボイラ８に付設する蓄熱装置１の蓄熱
混合体５を、軟化温度が比較的高温（約133°Ｃ）で且
つ蓄熱量の大きな表面架橋高密度ポリエチレンのペレッ
トとエチレングリコール又は熱媒油とから形成するか、
若しくは蓄熱量が比較的大きく且つ安価な鉱砕石と高温
熱媒油とから形成するようにしているため、高い蓄熱密
度と伝熱性が得られる。その結果、蓄熱装置１の大幅な
小形化と製造コストの引下げが図れると共に、尖頭負荷
時の応答性も良好となる。

そのうえ、蓄熱槽２の大きさ及び熱交換管13の伝熱面積
の大小を適宜組み合わすことにより、各種の尖頭負荷の
状態に対応することが出来、例えば、熱交換管13の伝熱
面積を大きくして比較的短時間の大きな尖頭負荷を吸収
するものや、伝熱面積を小さくして比較的長時間小さな
尖頭負荷を吸収するもの等を容易に形成することが出来
る。

本考案は上述の通り優れた実用的効用を有するものであ
る。

【図面の簡単な説明】

図面は、本考案に係る蓄熱式電気ボイラの構成を示す系
統図である。 １……蓄熱装置,2……蓄熱槽、３……蓄熱用電気ヒー
タ、４……温度検知器、５……蓄熱混合体、６……蓄熱
材、７……熱媒体、８……電気式蒸気ボイラ、９……ボ
イラ用電気ヒータ、10……水位検知装置、11……ヒータ
制御用蒸気圧力検出装置、12……尖頭負荷検出装置、13
……熱交換管、14……ボイラ給水管路、15……給水制御
弁装置、16……ボイラ給水、17……管路、18……給水ポ
ンプ、19……給水タンク、20……制御盤。

フロントページの続き (72)考案者 大津 勝 大阪府大阪市西区土佐堀１丁目４番11号 関西電力株式会社内 (72)考案者 吉田 進 大阪府大阪市西区土佐堀１丁目４番11号 関西電力株式会社内

Claims (3)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】ボイラ用電気ヒータ（９）と尖頭負荷を検
   知する尖頭負荷検出装置（12）を備えた電気式蒸気ボイ
   ラ（８）と；蓄熱用電気ヒータ（３）を備えると共に、
   内部に蓄熱材（６）と熱媒体（７）とから成る蓄熱混合
   体（５）を貯留した蓄熱装置（１）と；前記蓄熱装置
   （１）の内部に配設されると共に、前記電気式蒸気ボイ
   ラ（８）のボイラ給水管路（14）へ並列に連結した熱交
   換管（13）と；前記尖頭負荷検出装置（12）により作動
   が制御され、尖頭負荷時にはボイラ給水（16）を前記熱
   交換管（13）を通して電気式蒸気ボイラ（８）へ供給す
   る給水制御弁装置（15）とより構成した蓄熱式電気ボイ
   ラ。
2. 【請求項２】蓄熱材（６）を表面架橋高密度ポリエチレ
   ンのペレットとし且つ熱媒体（７）をエチレングリコー
   ル又は熱媒油とした請求項１に記載の蓄熱式電気ボイ
   ラ。
3. 【請求項３】蓄熱材（６）を鉱砕石とし且つ熱媒体
   （７）を熱媒油とした請求項１に記載の蓄熱式電気ボイ
   ラ。