(57)【要約】      （修正有）【課題】住居や産業用設備で加熱器として使用でき、又は漁業、農業及び運送業において水を加熱するために使用される流体加熱器が開示される。特に、付加的化石燃料を使用する替わりに、分岐系を通過する多チャンネル構造の流体流を使用して、流体を加熱し、流体の加熱中に、振動や騒音の発生を抑制できる流体加熱器が開示される。【解決手段】ポンプ装置４により流体を発生パイプ５からダンパ６に導入し、発生パイプ５における偶数次高調波を有する共振とダンパ６における減衰が進行し、この結果波動減衰が進行して熱が発生する。加熱した流体は渦パイプ３を経て排出部８ａから排出する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポンプ装置の作動により流体を上方に移動させる発生パイプ；
円筒型ヘッド部材を通して渦室に導入された流体を分散させるための該発生パイプ上部に形成されるダンパ；
該ダンパと渦パイプ間に形成され、そして該ダンパから導入された該流体中に渦を形成する該渦室を備える流体流加速部材；
該導入流体を排出パイプへ移送するため、該流体流加速部材と連通するように該流体流加速部材１に結合される１つ以上の渦パイプ；及び
該渦パイプを外へ通過する該流体を該流体加熱器の外へ排出するための該排出パイプ；
を備える流体加熱器であって、
ポンプ装置の該作動により上方へ移動する該流体が該発生パイプを介して該ダンパへ導入され、次に該ダンパの外側に形成される該流体流加速部材に分散され、そして最後に、該流体流加速部材内の該渦室、該渦パイプ、および該排出パイプを介して該流体加熱器の外へ排出されることを特徴とする流体加熱器。
【請求項２】
該ダンパの外面にある該円筒型ヘッド部材の断面エリアが該渦パイプの断面エリアの０．５倍であることを特徴とする、請求項１に記載の流体加熱器。
【請求項３】
該渦室の断面エリアが該円筒型ヘッド部材の断面エリアの０．８〜０．８５倍であることを特徴とする、請求項１または２に記載の流体加熱器。
【請求項４】
該ダンパの断面エリアが該渦パイプの断面エリアの合計に等しいことを特徴とする、請求項１に記載の流体加熱器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は住居や産業用設備において加熱器として使用でき、そして漁業、農業及び運輸業での水加熱に使用できる流体加熱器に関し、特に、付加的化石燃料を使用する替わりに、分岐系を通過する多チャンネル構造の流体流の原理を使用して、加熱中に振動や騒音の発生を抑制しながら、流体の加熱ができる流体加熱器に関する。
【背景技術】
【０００２】
加熱水を使用する装置の一般例は種々の目的に使用されるボイラである。
【０００３】
ボイラは、石油や石炭などの化石燃料の燃焼により、燃焼熱を水に移動させることにより蒸気を発生させる装置である。
【０００４】
しかし、ボイラは以下の問題を有する。第１に知られるように、化石燃料は世界で限られた地域の地下にあり、このため天然資源は限られた数の国により所有される。従って、化石燃料の需要と供給のバランスは不安定であり、石油を産出しない国はオイルショックを受ける。更に、石油はリサイクルできず、その埋蔵量は限定される。又更に石油は環境汚染の主な原因であり、最近我々は激しい環境汚染を受けている。即ち、工場及び自動車から排出される排気ガスに起因する大都市の汚染、及び石油貯蔵タンクから自然に蒸発するガス及び石油精製設備からのガスに起因する空気汚染は激しくなっている。
【０００５】
第２に、化石燃料は、その低い熱効率に起因する不完全燃料のため、大量の空気汚染物質を発生させることが知られている。
【０００６】
第３に、化石燃料は次第に消耗し、このため代替燃料の開発が望まれる。
【０００７】
第４に、加熱器が設置される場所や建物の寸法に適した熱効率を有する種々の寸法の加熱器が必要とされるが、今日、低熱効率に至る加熱器寸法の種類は殆どない。
【発明の開示】
【０００８】
本発明は上記問題に鑑み行われるもので、本発明の目的は化石燃料を使用せず作動でき、又は空気汚染の減少及び加熱用化石燃料への依存を低減し、化石燃料の熱効率を向上できる流体加熱器を提供することである。
【０００９】
本発明の更なる目的は、分岐系を通過する多チャンネル構造の流体流の原理を使用して、熱効率を最大化でき、そして振動と雑音の発生を制御しながら、物理的真空状態の変動を増加させずに水循環により流体を加熱できる流体加熱器を提供することである。
【００１０】
本発明の又更なる目的は設置場所が限定されず、種々の寸法で製造でき、そして広範囲の熱効率を有する流体加熱器を提供することである。
【００１１】
本発明の利点と目的を達成するため、ポンプ設備の作動により流体を上方へ動かす発生パイプ、円筒ヘッド部材を使用して導入流体を渦室へ分散させるための発生パイプ上部に備えられるダンパ、ダンパと渦パイプ間に備えられ、及びダンパから導入される流体をその中で循環させる対応する渦室を備える流体流加速部材、及び流体を外部へ排出するため対応する流体流加速部材と連通するように、流体流加速部材へ結合される１つ以上の渦パイプを含む流体加熱器が提供される。
【００１２】
ダンパの外面に備えられる円筒型ヘッド部材の断面エリアは渦パイプの断面エリアの０．５倍であることが望ましい。
【００１３】
渦室エリアは円筒型ヘッド部材のエリアの０．８〜０・８５倍であることが望ましい。
【００１４】
ダンパの断面エリアは渦パイプの断面エリアの合計に等しいことが望ましい。
【００１５】
この発明による流体加熱器は以下の有利な効果を有する。
【００１６】
第１に、それは住居や大規模建物で使用され、化石燃料を使用する加熱器の熱効率を最大化でき、そしてボイラと置換するためバッチ型加熱器として使用できる。従って、空気汚染を減少させ、そして化石燃料への依存を抑制することができる。
【００１７】
第２に、それが加熱流体を必要とする場所の近くに設置できるように、それを小型に製作することができる。その結果、熱効率を最大化し、加熱流体の輸送に起因する加熱流体の蒸発を最小化することができる。
【００１８】
第３に、それは高熱効率を必要とする場所で、化石燃料を使用する従来のボイラの代用品として使用される。従って、空気汚染と環境汚染を最小化することが可能である。
【００１９】
第４に、本発明の流体加熱器は簡単な構造を有し、そして種々の寸法がある。従って、加熱器の流体を特注寸法で製造でき、これによりそれを列車や個人用寝室のような種々の設置空間へ設置することができる。
【００２０】
第５に、本発明の流体加熱器はボイラに加えて加熱水を使用する種々の装置へ適用することができる。
【００２１】
第６に、本発明の流体加熱器は加熱器が使用される場所や建物の規模に適した量の熱を発生させることができる。
【００２２】
この発明の上記及び他の特徴と利点は、付属図面と共に以下の詳細記述から明瞭に理解されるだろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
これ以降、本発明の好適実施形態を付属図面を参照して、詳細に記述する。
【００２４】
本発明の実施形態による流体加熱器を付属図面を参照して説明する。
【００２５】
図１は本発明の一実施形態による流体加熱器を示す斜視図であり、図２は本発明の一実施形態による流体加熱器を備えるポンプ装置を示す斜視図であり、図３は本発明の一実施形態による流体加熱器の流体流加速部材を示す展開斜視図であり、図４は流体加熱器のダンパを示す断面図であり、そして図５は本発明の一実施形態による流体加熱器における流体流を示す断面図である。
【００２６】
付属図面に示すように、流体加熱器はポンプ装置４の作動により流体を上方に移動させる発生パイプ５、対応する円筒型ヘッド部材７を通して渦室２へ導入される流体を分布させるための発生パイプ５の上部に備えられるダンパ６、ダンパ６と渦パイプ３の間に設置され、ダンパ６から導入される流体を循環させる対応する渦室２を備える流体流加速部材１、及び排出パイプ８へ流体を移送するため、対応する流体流加速部材１と連通するように、結合される１つ以上の渦パイプ３、及び渦パイプ３を通して流れる流体を外部へ排出する排出パイプ８を含む。
【００２７】
ダンパ６の外周面の円筒型ヘッド部材７の断面エリアは渦パイプ３の断面エリアの０．５倍である。
【００２８】
渦室２のエリアは円筒型ヘッド部材７の断面エリアの０．８〜０．８５倍である。
【００２９】
ダンパ６の断面エリアは渦パイプ３の断面エリアの合計に等しい。
【００３０】
これ以降、本発明の一実施形態による流体加熱器の作動について記述する。
【００３１】
第１に、流体加熱器の発生パイプ５の一端はポンプ装置４の排出部へ結合され、そしてポンプ装置４の流体流入ポート４ａは、流体が循環できるように流体加熱器１００の排出部８ａと接続される。次に流体は流体循環通路へ供給される。
【００３２】
上記設置終了後、ポンプ装置４の電源スイッチをオンにし、発生パイプ５内の流体を圧縮し、こうしてダンパ６へ導入する。
【００３３】
この後、ポンプ装置の作動に起因するブレードの回転により起こる周期的振動により流体表面にループ型波形が形成され長さ方向へ向けて消滅する。
【００３４】
発生パイプ５の他端は、発生パイプ５の他端部がダンパ６へ挿入されるように、ダンパ６の内部と連通するように結合される。発生パイプ５は３〜５の比率でダンパ３側面へ移動し、そしてダンパ６の側面から反射される波動は逆相波動の主エネルギを運ぶループと一致する。従って、発生パイプ５における偶数次高調波を有する共振とダンパ６における減衰が進行する。この結果波動減衰が進行し、そして熱が発生する。
【００３５】
ダンパ６から排出された流体は複数の渦パイプ３へ分散される。
【００３６】
流体の一部は渦室２へ導入され、そして渦パイプ３の周りを回る。
【００３７】
渦パイプ３の軸方向へ排出される流体は渦室２の中央孔１０を通ってダンパ６へ戻り、ダンパ６の流体と混合される。その結果、追加の熱が発生する。
【００３８】
中央孔１０の各々は円筒型取り付け部材の形で形成される。各取り付け部材の断面エリアは各渦パイプ３の断面エリアの約０・５倍である。
【００３９】
上記構造を有する流体加熱器１００は熱搬送媒体損失を最小化でき、空洞を除去でき、そして熱搬送媒体の物理的真空部の変動を起こす音波振動が始まり、そして減衰できる良好条件を確立することができる。物理的真空が変動する場合、分子結合が解ける。その結果、流体エネルギは素粒子レベルへ変化し、そして水分子の磁気モーメントも変化する。従って、熱エネルギは流体加熱器を始め加熱器の内部から放射され、分子結合が形成され、そして、熱搬送媒体中の物理的真空部の変動が発生する。加熱される熱搬送媒体の一部が流体加熱器から加熱器へ導入され、そして熱搬送媒体の残りは、分子結合を破壊するように作動するバイパス（表示なし）を通って流体加熱器へ戻る。流体は加熱器を通過し、流体は次にポンプへ戻る。次に流体は流体加熱器へ導入される。流体加熱器において、流体温度が所定最低レベルに達すると、ポンプ装置の電源をオンにする。反対に、流体温度が所定最高レベルに達すると、電源は自動的にオフになる。即ち、流体加熱器は自動モードで作動する。
【００４０】
本発明の一実施形態により製作される流体加熱器の性能試験を実施する。性能試験は流体加熱器が図６に示すような構造の状態で実施される。
【００４１】
1）効率の定義
η＝Ｑ／Ｗ×１００％
Ｑ：出力エネルギ（ジュール）
Ｗ：入力（供給）電子（ジュール）
２）ＶＨＧからの熱エネルギ出力
Ｑ＝Ｑ１＋Ｑ２＋Ｑ３
Ｑ１：熱水加熱
Ｑ１＝Ｃ１×ｍｌ×ΔＴ
Ｃ１＝４２×１０３（ジュール／Ｋｇ℃）
ｍｌ：水質量（Ｋｇ）
【００４２】
この試験で、加熱系中の水の全質量、ｍｌ＝３５Ｋｇ、及び３個のサーモスタットセンサを、熱水を使用して加熱エネルギを得るため、補助水タンクへ接続されるパイプラインに設置される。
【００４３】
試験の実施中、補助タンクの水レベルを記録する。パイプライン温度は主流の水温度とは異なり、補助水タンクの水レベルは主流温度の上昇に応じて上昇する。
【００４４】
補助パイプライン中の水量及び温度変化をこの想定に基づき計算する。
Ｑ２＝Ｃ２×ｍ２×ΔＴ
Ｃ２＝４８０（ジュール／Ｋｇ℃）
ｍ２：鋼構造質量（Ｋｇ）＝１２１．５Ｋｇ
【００４５】
上記式において、ｍ２はＶＨＣ、ポンプ及び全パイプラインの合計質量である。
【００４６】
例えば、ＶＨＣは５７Ｋｇ、ポンプは４９Ｋｇ、モータは１０９Ｋｇ、そしてパイプラインは１５．５Ｋｇである。
【００４７】
ポンプ質量は、その表面の伝導エリアが非常に狭いので、考慮しない。
【００４８】
Q３は空気中へ放射される熱エネルギである。VHGとパイプラインはガラスウールで絶縁処理を受け、これにより熱放射を制御することが可能となった。
【００４９】
３）電力
W＝Pｘτ
ここで、Ｐはモータへ供給される有効電力（ｋＷ）、そしてτはモータの作動期間である。
【００５０】
有効電力は、モータと電力変換器との間に設置される３相電力分析器により測定される。供給電力は、時間が経過する間の３０秒毎に合計され、そしてそこから効率を計算する。
【００５１】
４）誤差想定
2009058214.tif 000003
５）その他
空気中への熱放射に起因する熱損失は、パイプラインの絶縁体と表面エリアの作用を考慮して想定する。長さ１７ｍで３ｍｍの外径を有する付加パイプラインの熱効率は絶縁状態と非絶縁状態で５％異なる。
【００５２】
６）結果
６‐１）測定データ図
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有効電力と圧力は７５℃以上で著しく減少する。
【００５３】
効率は水温が低下しても低下しない。
６‐２）結果
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測定は４つのＶＨＧ方向で実施される。平均効率は８８〜９２％の範囲である。この試験で、方向による影響は観察されない。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の一実施形態による流体加熱器を示す斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態によるポンプ装置に接続される流体加熱器を示す斜視図である。
【図３】本発明の一実施形態による流体加熱器の流体流加速部材を示す展開斜視図である。
【図４】本発明の一実施形態による流体加熱器のダンパを示す断面図である。
【図５】本発明の一実施形態による流体加熱器内の流体流を示す断面図である。
【図６】本発明の一実施形態による流体加熱器を試験するための試験装置を示す図である。
【符号の説明】
【００５５】
1：流体流加速部材
2：渦室
3：渦パイプ
4：ポンプ装置
4ａ： 流体流入部
5：発生パイプ
6：ダンパ
7：円筒型ヘッド部材
8：排出パイプ
8ａ：排出部
10：中央孔
【図１】
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【図２】
2009058214.tif 000007
【図３】
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【図４】
2009058214.tif 000009
【図５】
2009058214.tif 000010
【図６】
2009058214.tif 000011