卡式儲氣瓶及燃氣器具的製作方法
2023-11-05 07:11:47 2
專利名稱：卡式儲氣瓶及燃氣器具的製作方法
技術領域：
本發明是關於盛有正丁烷、異丁烷或其它液化氣體的卡式儲氣瓶和可以安裝卡式儲氣瓶的燃氣器具。更具體地說，本發明是關於可以穩定地供給燃氣並將儲氣瓶中的液化氣用盡的卡式儲氣瓶及使用該儲氣瓶的燃氣器具。
一般地說，卡式儲氣瓶是在金屬製成的液化氣罐中充入液化氣。上述液化氣罐的筒狀罐體的一端中央設有閥門，通過開閉閥門可以控制液化氣的流出，該儲氣瓶放置成水平狀態安裝在燃氣器具中，在這種安裝狀態下，特定的位置朝上設置，使容器頂端部的切入狀的凹部與燃氣器具的突起部分相吻合。另外，還連接有從上述閥門的內端部延伸到呈水平狀態的罐體的內部的上方空間開口的氣管，使得氣化的燃氣從液化氣罐內的氣體空間流出。還有一種以直立狀態使用的儲氣瓶，在這種情況下是由上部空間供給氣化的燃氣。
在由上述卡式儲氣瓶供給燃氣時，液化氣在液化氣罐內部氣化，通過氣體壓力的作用向外供給氣化的燃氣，如果儲氣瓶與周圍環境處於熱絕緣狀態，那麼在供給燃氣時，伴隨著液化氣的氣化，由於氣化熱而導致液化氣罐中的液化氣的溫度隨著時間的延續而降低。這種溫度降低，隨著液化氣罐中剩下的液化氣量和氣化量的不同而改變，剩留的液化氣越少，熱容量越小，即使燃氣供給量(即氣化量)相同，隨著剩留的液化氣量減少，溫度急劇降低。另外，燃氣供給量越多，氣化熱的量越大，相應地溫度下降也越大。
液化氣罐中的液化氣體的溫度降低時，氣體壓力隨之下降。也就是說，液化氣罐中的氣壓是在該溫度下的平衡蒸氣壓，溫度降低時平衡蒸氣壓急速下降，隨著氣體壓力降低，燃氣供給量減少。另外，上述液化氣罐是用鋼製成的，傳熱性較高，受到與其接觸的空氣或燃氣器具的託架部分的溫度的影響，由於兩者間的溫差而產生熱交換。
因此，在使用上述卡式儲氣瓶的簡易爐具等燃氣器具中，在儲氣瓶與燃燒器之間安插調節器(氣壓調整器)，液化氣罐中的氣體壓力(一次壓)經上述調節器調壓成二次壓後送往燃燒器。這樣，即使上述一次壓有變動，在該一次壓高於二次壓的範圍內，二次壓被調整成一定的壓力，送往燃燒器的供給氣體量是與旋塞的操作量相對應的一定量，可以得到一定的燃燒熱量。如果上述液化氣罐中的一次壓低於二次壓，調節器就不能進行調壓動作，這時送往燃燒器的供給氣體量降低，燃燒熱量減少，最終熄火。
但是，在上述調節器動作時，如果液化氣罐中的液化氣量減少，如上所述，相對於隨著氣化燃氣的供給而發生的氣化熱，殘留液化氣的熱容量變小，即使由外界通過液化氣罐供給熱量，液化氣罐中的殘留氣體的溫度仍然快速下降，氣體壓力也隨著降低，達不到調節器正常工作的一次壓。這樣一來，向燃燒器供給的燃氣量減少，火焰長度減小，燃燒熱量降低，用來作為家庭中使用的小爐子不能充分發揮作用，用戶會認為儲氣瓶中的燃氣已經用盡而更換新的儲氣瓶，這時被更換下來的液化氣罐中可能還殘留有少量的液化氣。
近來，出於烹飪的需要，對於家用的簡易小爐子要求更高熱值的燃燒，與此相應，這類小爐子被設計成可以由儲氣瓶向燃燒器供給更多的燃氣。隨著燃氣供給量的增大，在持續進行高熱值燃燒時，液化氣罐和殘留液化氣的溫度下降進一步加劇，即使液化氣罐中還有一些殘留液化氣，如上所述，由於溫度降低而引起的氣壓下降，往往不能充分供給燃氣。
作為解決這一問題的對策，特開昭55-25757中採用了下述結構，即利用傳熱板或幅射將燃燒器產生的熱量傳輸給儲氣瓶，將該儲氣瓶加熱，阻止殘留液化氣的溫度下降，這樣即使殘留液化氣量減少，仍保持較高的氣壓，可以繼續向燃燒器供給燃氣。具體地說，其結構是，傳熱板的一端固定在燃燒器上，接受該燃燒器的熱量，另一端延伸到儲氣瓶的安裝位置，與被安裝的儲氣瓶相接觸。
但是，利用燃燒器燃燒產生的熱量來加熱儲氣瓶的辦法也有問題，即由燃燒器供給熱量的程度不能控制，在各種不同的使用條件下難以進行適宜的加熱。
也就是說，在上述儲氣瓶中得到適宜的氣體壓力所需要的加熱量，隨著環境溫度的改變而有很大的不同，同時，隨著燃燒熱量的多少和燃燒時間的長短不同，上述加熱量也不一樣，單純靠設置傳熱板還不能得到與上述條件相適應的傳熱量。
具體地說，外界溫度高時，即使在相同的燃燒條件下，殘留液化氣的溫度也比外界溫度低時要高，同時，傳熱板的傳熱量，由於在傳熱途中散失熱量的差別也比外界溫度低時要多，在這種情況下，需要採取措施使殘留液化氣的溫度不要上升過高，也就是說，在設計上述傳板的傳熱量時，必須充分考慮外界溫度高時的安全性。結果，在外界溫度較低、想要充分加熱儲氣瓶的條件下，傳熱途中的散熱量加大，熱量不足，殘留液化氣的溫度上升不充分，在液化氣罐中的殘留液化氣量減少時，氣體壓力下降，由於上面所述的原因，燃氣供給不穩定，同時液化氣罐中還有少量液化氣殘留下來，在使用燃氣流量大的燃氣器具時這種情況特別顯著。
特開昭54-123726中公布了另外一種用於防止在向燃燒器供給燃氣時、由於液化氣的氣化熱而引起溫度下降的方法，該方法是在儲氣瓶中或與儲氣瓶相接觸設置由潛熱材料構成的氣化輔助劑，利用該潛熱材料產生的凝固熱來抑制因氣化熱而引起的儲氣瓶溫度下降。
但是，用一種潛熱材料供給凝固熱的作法，相對於燃氣器具的燃燒量等因素的變化來說，其適應範圍比較窄。
即，只能在所使用的潛熱材料的熔點附近提供凝固熱，在高於其熔點的溫度下，供給熱量很少，另外，在低於其熔點溫度下，所供給的熱量只是基於其比熱的熱量，熱量的供給急劇降低。
圖5示出在燃氣器具中安裝儲氣瓶、將燃燒熱量設定在高火力(2500kcal/hr)連續燃燒時儲氣瓶底部的溫度與火力的關係，由此可求出繼續燃燒的範圍。隨著開始燃燒時儲氣瓶中液化氣量不同，溫度變化也不一樣，因此，該圖是將開始燃燒時儲氣瓶中的液化氣填充量設定為250g(充滿量)、125g、60g而分別測定的。
根據上述測定結果，設定成上述高火力而開始燃燒時，隨著燃燒的進行，儲氣瓶溫度降低，火力也減弱，為了維持火力，溫度必須保持在最低6℃以上，最好是在8℃以上。改變火力時，上述溫度也改變了，火力減低時，即使溫度降低仍可以維持火力。由此可知，目前使用的由丁烷組成的儲氣瓶，要想在設定火力下維持燃燒，必須將潛熱材料的供熱特性設定成使之適合於與各種燃氣器具設計相對應的儲氣瓶溫度的最佳條件。
根據以上所述，一種材質的潛熱材料只能在特定的熔點形成最適宜的條件，如果燃氣器具的使用條件發生變化，熱量的供給就變的不充分，難以在要求的火力下維持燃燒。
本發明是鑑於上述問題而完成的，目的在於提供一種卡式儲氣瓶和燃氣器具，使用潛熱蓄熱材料抑制由卡式儲氣瓶供給燃氣時由於氣化熱而引起的液化氣溫度降低，與燃氣器具的燃燒熱量的變化等相對應，在寬的溫度範圍內進行良好的供熱，確保燃氣流量的穩定性，同時可以將儲氣瓶中的液化氣用盡。
解決上述任務的本發明的卡式儲氣瓶的特徵是，設置多種熔點不同的潛熱蓄熱材料，使它們直接或間接地與液化氣罐中的液化氣相接觸。
上述潛熱蓄熱材料可以使用溶解於液化氣的材料，也可以使用不溶解於液化氣的材料，將該潛熱蓄熱材料混合在液化氣中，填充到液化氣罐內，或者將潛熱蓄熱材料裝入金屬或塑料製成的容器內，將該容器與液化氣一起裝入液化氣罐中。
另外，本發明的可更換地安裝有卡式儲氣瓶的燃氣器具的特徵是，在上述儲氣瓶的安裝位置上設置載置臺，該載置臺內盛有若干種熔點各異的潛熱蓄熱材料，且載置臺可與液化氣罐的一部分相接觸。
潛熱蓄熱材料最好是使用熔點為5-20℃的低溫用潛熱蓄熱材料。這是為了維持儲氣瓶和液化氣的溫度，維持燃氣器具的熱量，同時將液化氣用盡。為此，必須根據燃氣器具的熱量來設定構成潛熱蓄熱材料的多種原材料的熔點的範圍。另外，在這類潛熱蓄熱材料中，考慮到冷卻過程中產生過冷現象，應使用熔點在必要溫度以上的材料。例如，熱量為1800kcal/hr的場合，必要溫度是3-6℃，相應地將熔點最低在4℃以上的材料組合起來使用；熱量為2200kcal/hr的場合，必要溫度是4-7℃，相應地將熔點最低在6℃以上的材料組合起來使用；熱量為2500kcal/hr的場合，必要溫度是6-8℃，相應地將熔點最低在8℃以上的材料組合起來使用。
適用的材料，有機物有C14-C16的飽和烴(液體石蠟)，C14熔點是2-5℃，C16熔點是14-18℃，C14至C16的混合物的熔點是2-7℃。具體地說，可以使用正十五碳烷C15H32(熔點10℃)、正十六碳烷C16H34(熔點18℃)。
特別優先選用聚乙二醇，分子量不同的聚乙二醇熔點也不同，使用將它們配合在一起而調整熔點的混合液。
另外，無機鹽類可以使用硫酸鈉·10水鹽。可以在其中添加四硼酸鈉·10水鹽作為過冷防止劑，添加氯化鈉作為熔點調節材料。例如，以78％∶20％∶2％的比例將Na2SO4·10H2O/NaCl/Na2B4O7·10H2O混合而成的鹽，熔點是13℃。另外，水合物包接形材料SO26H2O、C4H8O·17H2O、(CH3)3N·101/4H2O、(C4H9)4NCHO2·32H2O、(C4H9)4NCH3CO2·32H2O的熔點分別是4·4-15·1℃，它們均可以使用。作為有機酸的乙酸CH3COOH，熔點是16·6℃，也可以使用。
裝有上面所述的多種熔點不同的潛熱蓄熱材料的卡式儲氣瓶，在由安裝在燃氣器具中的卡式儲氣瓶供給燃氣時，在液化氣罐內的液化氣量較多的狀態下，即使取出必要的燃氣，液化氣的熱容量仍然較大，因氣化熱而產生的液化氣溫度下降較小，氣體壓力的降低也較少。
但是，當液化氣罐中的液化氣量減少時，氣化熱的影響就顯現出來了。這時，如果液化氣罐中存在有潛熱蓄熱材料，氣化熱就會從直接或間接與液化氣接觸的該潛熱蓄熱材料吸收熱量。潛熱蓄熱材料的熔點比周圍環境溫度要低，因而初始時是液體狀態，由於液化氣的氣化熱的緣固，潛熱蓄熱材料根據其比熱和數量而溫度下降。當溫度達到潛熱蓄熱材料的熔點範圍的高溫一端時，部分潛熱蓄熱材料開始凝固，釋放出凝固熱，隨著液化氣溫度逐漸降低，熔點較低的蓄熱材料依次凝固，一直到蓄熱材料全部凝固，釋放出的凝固熱和與燃氣供給量相對應的氣化熱達到平衡，液化氣保持在相應的溫度上。
另外，與燃氣器具的燃燒熱量的變化、環境溫度的變化、使用開始時的儲氣瓶內的液化氣量等因素相對應，儲氣瓶的溫度變化特性有很大的不同，由於潛熱蓄熱材料是由多種熔點不同的的材料組成，因而，可以根據上述變化在寬的溫度範圍內供給凝固熱，使燃燒維持良好狀態，儲氣瓶內不會有液化氣殘留下來，即使只剩下最後一些液化氣，仍然可以以較高的壓力供給燃氣。
由上述潛熱蓄熱材料放出的凝固熱(熔化熱)，C14-C16的石蠟是152J/g，C14石蠟是163J/g，C16石蠟是201J/g，無機水合鹽Na2SO4·10H2O/NaCl/NH4Cl是180J/g，水合物包接形材料是184-255J/g，有機酸乙酸是195J/g，數值都比較大。
另外，在燃氣器具中設置盛有潛熱蓄熱材料的載置臺、將卡式儲氣瓶安裝在載置臺上而構成的燃氣器具，同樣地，在液化氣罐中的液化氣量較多時，液化氣的溫度下降較小，但如果液化氣的剩餘量減少，其溫度下降就會加快，當液化氣的溫度達到上述載置臺中的多種熔點不同的潛熱蓄熱材料的熔點(凝固點)範圍的高溫一端時，其凝固熱就從載置部位經過液化氣罐傳輸給液化氣，阻止其溫度下降，抑制液化氣罐內的氣體壓力的急劇降低，從而維持燃氣供給量。
本發明利用潛熱蓄熱材料的凝固熱來抑制溫度降低，不必擔心採用傳熱板而造成的加熱過度，可以供給與液化氣的氣化熱相對應的熱量，維持獲得所希望的燃氣流量的氣體壓力，穩定地供給燃氣，同時，可以減少更換液化氣罐時的殘留液化氣量。
下面，參照
本發明的各種實施方案的卡式儲氣瓶和燃氣器具以及證實其效果的試驗例。
第一實施方案圖1是本實施例的卡式儲氣瓶的斷面示意圖。儲氣瓶1是在液化氣罐2內充入液化氣3和潛熱蓄熱材料4而構成。
上述液化氣罐2的結構是，將鋼板捲曲、對接，然後焊接成圓筒形的罐體5，在該罐體5的兩端斂縫接合衝壓成半球形的底板6和蓋7，在蓋7上固定有安裝盤9，它上面裝有液化氣3的流出咀8，在內部裝有控制燃氣流出的閥門。通到上述閥門的燃氣通路是由L型管10構成，該L型管10的一端在罐體5的內壁面附近開口。與該L型管10的彎曲方向相對應，在安裝盤9上形成切入凹部9a。
上述卡式儲氣瓶1放倒成水平狀態安裝在燃氣器具中，使上述切入凹部9a的位置向上方。這種結構可以使氣化的燃氣從儲氣瓶1內的氣體空間中流出，不會以液化的狀態供給燃料。上述液化氣3，在作為燃料用時，通常使用70％正丁烷和30％異丁烷的混合物。
在潛熱蓄熱材料4與上述液化氣3直接接觸的混合狀態下，將兩者充入上述液化氣罐2中。潛熱蓄熱材料4使用由十五碳烷C15H32(熔點是10℃)與十六碳烷C16H34(熔點是18℃)的混合液(液體石蠟)構成的有機物，或者混合由乙酸CH3COOH(熔點16.6℃)構成的有機酸後使用。該液體石蠟和乙酸以溶解在上述液化氣3中的狀態被混入，其混合比例如可以是5∶1。
另外，上述潛熱蓄熱材料4也可以使用Na2SO4·10H2O/NaCl/NH4Cl(熔點13℃)等多種熔點不同的無機水合鹽混合物。該硫酸鈉無機水合鹽不溶解於上述液化氣3，是以分離的狀態而混合接觸的。
圖1中所示的潛熱蓄熱材料4是與液化氣3分離的，這種狀態表示混合非溶解性的上述無機水合鹽的情況，或者表示溶解性的上述液體石蠟或乙酸在比其熔點低的溫度下凝固成固相而分離的情況。
在本實施例的情況下，上述卡式儲氣瓶1被安裝在燃氣器具中，打開閥門、供給氣化的燃氣時由燃料氣液體中揮發出來的主要是低沸點的異丁烷，其次是正丁烷。隨著燃氣的供給，以正丁烷為主體的燃料氣體減少，潛熱蓄熱材料4的比例逐漸增大，最後液化氣罐2中只剩下潛熱蓄熱材料4。
隨著由儲氣瓶1供給氣化的燃氣，液化氣罐2中的液化氣3不斷氣化，由於氣化熱的緣故，罐內的液化氣3的溫度下降，當溫度達到潛熱蓄熱材料4的凝固點範圍高溫一端時，其一部分凝固，釋放出凝固熱，例如液體石蠟的凝固熱是152-201J/g，乙酸是195J/g，硫酸鈉水合鹽是180J/g，由於這些熱量的提供，液化氣罐2內的液化氣的溫度下降受到抑制，液化氣的氣化繼續進行時，由於氣化熱的量增大，溫度降低，這時熔點較低的潛熱材料依次凝固，溫度下降受到抑制。這樣一來，液化氣罐2的氣體壓力保持在與該溫度相對應的蒸氣壓，穩定地供給所需量的燃氣，防止氣壓快速下降和燃氣供給量的減少。
第二實施方案如圖2所示，本實施例是將盛有潛熱蓄熱材料4的容器11或12與液化氣3一起裝入卡式儲氣瓶1的液化氣罐2內，潛熱蓄熱材料4與液化氣3間接接觸。與上一實施例同樣，潛熱蓄熱材料4可以使用由Na2SO4·10H2O/NaCl/NH4Cl構成的無機水合鹽(熔點13℃)，或者使用正十五碳烷等液體石蠟或乙酸，或者使用分子量(熔點)不同的聚乙二醇混合物。
例如，上述聚乙二醇可以使用將凝固點範圍為4-8℃的聚乙二醇#400和凝固點範圍為15-25℃的聚乙二醇#600以一定比例配合、調整熔點分布而得到的潛熱蓄熱材料4。其配比與凝固點分布的關係示於圖4中。圖4表示各種配比的聚乙二醇(10g)的冷卻時間與聚乙二醇溫度的關係，圖中溫度不隨時間而變化的狀態是以該溫度為熔點的成分比率高的情況，可以得到與低熔點成分和高熔點成分的配比相應的特性。
圖2(A)的例子，是在用鋁、銅、鐵、不鏽鋼等金屬或塑料製成的箱形容器11中裝入上述潛熱蓄熱材料4。將盛有該潛熱蓄熱材料4的容器11插入上述液化氣罐2的罐體5中，然後在罐體5上斂縫接合蓋7，再固定安裝盤9，然後填充液化氣3，在液化氣罐2內潛熱蓄熱材料4與液化氣3間接接觸。
另外，圖2(B)的例子，是將上述潛熱蓄熱材料4裝在用金屬箔、塑料膜或它們的疊層材料製成的包裝容器12內。與上面所述同樣，將裝有該潛熱蓄熱材料4的容器12插入液化氣罐2內，填充液化氣3，潛熱蓄熱材料4與液化氣3形成間接接觸狀態。
本實施例的作用與上一實施例相同，與上一實施例相比，只是卡式儲氣瓶1的製造工藝有所不同，根據潛熱蓄熱材料4的種類，可以選擇按上一實施例那樣將其直接混合到液化氣3中，或者按照本實施例所述以分離狀態裝入。
第三實施方案本實施例由圖3表示，是將潛熱蓄熱材料4用於由簡易爐構成的燃氣器具15的例子。
本實施例的燃氣器具15(家用簡易爐)，在爐體16的中央部位設有用於燃燒燃氣的燃燒器17，在爐體16的一側設置了用於安裝卡式儲氣瓶1的儲氣瓶載置臺18。該載置臺18在可以開閉的蓋16a內側，該載置臺18的上部18a按照液化氣罐2的圓筒形的周面形成槽狀，其內部是空心的，填入與上述實施例同樣的潛熱蓄熱材料4。載置臺18可以用金屬或塑料製成，最好是用具有良好傳熱性的材料製成。採用上述結構，安裝在載置臺18上的卡式儲氣瓶1的下部與盛放在該載置臺18內部的潛熱蓄熱材料4間接接觸。
另外，在載置臺18的一端，與儲氣瓶1的安裝盤9的凹部9a相配合，以確定的姿態固定支持儲氣瓶1，同時配備有以開狀態連接閥門的連接部件，燃氣通路由該連接部件通過火焰調整旋塞連接到燃燒器17。(圖中未示出)。
在本實施例中，隨著由上述儲氣瓶1供給燃氣，因氣化熱而引起液化氣溫度下降，此時，由載置臺18中的多種熔點不同的材料構成的潛熱蓄熱材料4依次凝固，釋入出凝固熱，通過傳熱抑制液化氣溫度下降，阻止液化氣罐2的氣體壓力降低，可以得到良好的燃氣供給性能，同時還可以減少更換下來的液化氣罐2的液化氣殘留量。
相對於卡式儲氣瓶和燃氣器具來說，潛熱蓄熱材料的設置量依各種條件的不同而改變，可以根據潛熱蓄熱材料的種類適當選擇設定。
附圖的簡要說明圖1是表示本發明的第一實施方案的卡式儲氣瓶的斷面圖。
圖2是表示本發明的第二實施方案的卡式儲氣瓶的斷面圖。
圖3是表示第三實施方案的燃氣器具的斷面圖。
圖4是表示潛熱蓄熱材料聚乙二醇的種類和配合量的冷卻變化的曲線圖。
圖5是表示液化氣罐的底部溫度隨燃燒時間改變的測定結果的曲線圖。
符號說明1卡式儲氣瓶2液化氣罐3液化氣4潛熱蓄熱材料11，12容器15家用簡易爐(燃氣器具)18載置臺
權利要求
1.卡式儲氣瓶，其特徵是，在液化氣罐內盛有液化氣而構成的卡式儲氣瓶中，設置多種熔點不同的潛熱蓄熱材料，使之直接或間接地與上述液化氣罐中的液化氣體相接觸。
2.權利要求1所述的卡式儲氣瓶，其特徵是，所述的潛熱蓄熱材料採用熔點在5-20℃的範圍內且彼此不同的材料。
3.燃氣器具，其特徵是，在該燃氣器具中以可以更換的方式安裝有在液化氣罐內裝有液化氣而構成的卡式儲氣瓶，在上述儲氣瓶的安裝位置上設置有載置臺，該載置臺可以與液化氣罐的一部分相接觸，載置臺內盛有多種熔點不同的潛熱蓄熱材料。
4.權利要求3所述的燃氣器具，其特徵是，所述的潛熱蓄熱材料採用熔點在5-20℃的範圍內且彼此不同的材料。
全文摘要
利用由潛熱蓄熱材料提供的熱量，抑制由卡式儲氣瓶供給燃氣時因氣化熱而引起的液化氣溫度降低，確保燃氣供給的穩定性，同時可以將液化氣用盡，擴大了與燃燒熱量、環境溫度等相應的應用範圍。在卡式儲氣瓶1中的液化氣罐2內裝入液化氣3，並設置多種熔點不同的潛熱蓄熱材料4，使之與液化氣罐2內的液化氣3直接或間接地接觸。
文檔編號F17C1/00GK1131252SQ95120378
公開日1996年9月18日 申請日期1995年10月31日 優先權日1994年10月31日
發明者三船英雄, 中村保昭 申請人:株式會社東海