JP2000097498A - 高温蓄熱槽 - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 固体蓄熱材と液体蓄熱材を混合した蓄熱槽を
小型化すると共に装置コストを低減させる高温蓄熱槽を
提供する。 【構成】 本発明の高温蓄熱槽は、電気ヒータ１及び液
体が導入される伝熱管２を配設した槽内に、複数種類の
粒径を有している固体蓄熱材３Ａ，３Ｂ又は／及び３Ｃ
と、液体蓄熱材３Ｄとを備えていることを特徴とする。
また、前記固体蓄熱材は粒径が２種類である場合、小粒
径は大粒径に対して０．４以下の粒径であることを特徴
とする。さらに、前記固体蓄熱材は粒径が３種類以上で
ある場合、小粒径になるにしたがって粒径が０．４以下
で且つ等比的に減少することを特徴とする。前記固体蓄
熱材は、マグネシア、マグネタイト、シリカ又は／及び
アルミナであることを特徴とする。また、固体蓄熱材の
うち小粒径の固体蓄熱材は金属であってもよい。
小型化すると共に装置コストを低減させる高温蓄熱槽を
提供する。 【構成】 本発明の高温蓄熱槽は、電気ヒータ１及び液
体が導入される伝熱管２を配設した槽内に、複数種類の
粒径を有している固体蓄熱材３Ａ，３Ｂ又は／及び３Ｃ
と、液体蓄熱材３Ｄとを備えていることを特徴とする。
また、前記固体蓄熱材は粒径が２種類である場合、小粒
径は大粒径に対して０．４以下の粒径であることを特徴
とする。さらに、前記固体蓄熱材は粒径が３種類以上で
ある場合、小粒径になるにしたがって粒径が０．４以下
で且つ等比的に減少することを特徴とする。前記固体蓄
熱材は、マグネシア、マグネタイト、シリカ又は／及び
アルミナであることを特徴とする。また、固体蓄熱材の
うち小粒径の固体蓄熱材は金属であってもよい。
Description
【０００１】
【発明が属する技術分野】本発明は夜間電力を利用した
高温蓄熱槽に関し、さらに詳しくは給湯器や蒸気発生装
置あるいは冷暖房装置の熱源として適用できる高温蓄熱
槽に関する。
高温蓄熱槽に関し、さらに詳しくは給湯器や蒸気発生装
置あるいは冷暖房装置の熱源として適用できる高温蓄熱
槽に関する。
【０００２】
【従来の技術】固体と液体の混合材を蓄熱材とした蓄熱
槽は、特開平３−２８２１０１号で公知になっている。
この公知例では、固体蓄熱材にはマグネシア等が用いら
れ、液体蓄熱材は硝酸ナトリウム、亜硝酸ナトリウム、
硝酸カリウムの混合材の溶融塩等が用いられている。マ
グネシア等の固体蓄熱材は容積当たりの蓄熱量が多いこ
とから、液体蓄熱材は固体蓄熱材と電気ヒータの間の隙
間、固体蓄熱材相互の隙間に充填させるために用いられ
ている。これにより、固体単独の蓄熱材を用いた蓄熱槽
と比較して、入熱・出熱特性において優位な蓄熱槽とな
り、液体単独の蓄熱材を用いた蓄熱槽と比較して蓄熱量
が多い優位な蓄熱槽になる。しかし、この公知例の固体
蓄熱材と液体蓄熱材を混合した蓄熱槽は、改善された蓄
熱槽となっていたが、未だ装置寸法、装置コストにおい
て十分満足できるものになっていなかった。
槽は、特開平３−２８２１０１号で公知になっている。
この公知例では、固体蓄熱材にはマグネシア等が用いら
れ、液体蓄熱材は硝酸ナトリウム、亜硝酸ナトリウム、
硝酸カリウムの混合材の溶融塩等が用いられている。マ
グネシア等の固体蓄熱材は容積当たりの蓄熱量が多いこ
とから、液体蓄熱材は固体蓄熱材と電気ヒータの間の隙
間、固体蓄熱材相互の隙間に充填させるために用いられ
ている。これにより、固体単独の蓄熱材を用いた蓄熱槽
と比較して、入熱・出熱特性において優位な蓄熱槽とな
り、液体単独の蓄熱材を用いた蓄熱槽と比較して蓄熱量
が多い優位な蓄熱槽になる。しかし、この公知例の固体
蓄熱材と液体蓄熱材を混合した蓄熱槽は、改善された蓄
熱槽となっていたが、未だ装置寸法、装置コストにおい
て十分満足できるものになっていなかった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、固体
蓄熱材と液体蓄熱材を混合した蓄熱槽を小型化すると共
に装置コストを低減させる高温蓄熱槽を提供することに
ある。
蓄熱材と液体蓄熱材を混合した蓄熱槽を小型化すると共
に装置コストを低減させる高温蓄熱槽を提供することに
ある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明のうち請求項１記載の発明の高温蓄熱槽は、
電気ヒータ及び液体が導入される伝熱管を配設した槽内
に、複数種類の粒径を有している固体蓄熱材と、液体蓄
熱材とを備えていることを特徴とする。
に、本発明のうち請求項１記載の発明の高温蓄熱槽は、
電気ヒータ及び液体が導入される伝熱管を配設した槽内
に、複数種類の粒径を有している固体蓄熱材と、液体蓄
熱材とを備えていることを特徴とする。
【０００５】このように形成すると、固体蓄熱材と液体
蓄熱材の混合物中において、粒径の異なる２種類以上の
固体蓄熱材を用いることによって、液体蓄熱材に比し容
積当たりの蓄熱量及び熱伝導に優れ且つ低コストの固体
蓄熱材の槽内における充填比率を高めることができるの
で、蓄熱材の蓄熱量の増加と伝熱性能の向上が図られ、
延いては蓄熱槽の小型化及びコスト低減が可能になる。
尚、粒径の異なる固体蓄熱材の隙間には液体蓄熱材が充
填される。
蓄熱材の混合物中において、粒径の異なる２種類以上の
固体蓄熱材を用いることによって、液体蓄熱材に比し容
積当たりの蓄熱量及び熱伝導に優れ且つ低コストの固体
蓄熱材の槽内における充填比率を高めることができるの
で、蓄熱材の蓄熱量の増加と伝熱性能の向上が図られ、
延いては蓄熱槽の小型化及びコスト低減が可能になる。
尚、粒径の異なる固体蓄熱材の隙間には液体蓄熱材が充
填される。
【０００６】固体蓄熱材の粒径は２種類以上の異なる粒
径であれば足りるが、請求項２記載の発明のように、粒
径が２種類の場合、小粒径は大粒径に対して０．４以下
の粒径にすれば、大粒径同士の固体蓄熱材の隙間に、小
粒径の固体蓄熱材が問題なく入り込むので都合がよい。
大粒径同士の隙間に入るための小粒径の固体蓄熱材の粒
径は、計算によって大粒径の固体蓄熱材の粒径に対して
数１以下であることから、約０．４以下である。
径であれば足りるが、請求項２記載の発明のように、粒
径が２種類の場合、小粒径は大粒径に対して０．４以下
の粒径にすれば、大粒径同士の固体蓄熱材の隙間に、小
粒径の固体蓄熱材が問題なく入り込むので都合がよい。
大粒径同士の隙間に入るための小粒径の固体蓄熱材の粒
径は、計算によって大粒径の固体蓄熱材の粒径に対して
数１以下であることから、約０．４以下である。
【数１】
【０００７】ここで、０．４以下とは、大粒径同士の固
体蓄熱材の隙間に入るための条件であるから、粒径は小
さければ小さい程好ましく、前記隙間への充填が可能と
なり、したがって粉末状をなす粒径、例えば０．０４ｍ
ｍ程度の粒径をも含む概念である。また、この際の大粒
径と小粒径の充填する手法は、大粒径の固体蓄熱材が充
填された後に、小粒径の固体蓄熱材を大粒径の固体蓄熱
材の隙間に入り込むようにする。
体蓄熱材の隙間に入るための条件であるから、粒径は小
さければ小さい程好ましく、前記隙間への充填が可能と
なり、したがって粉末状をなす粒径、例えば０．０４ｍ
ｍ程度の粒径をも含む概念である。また、この際の大粒
径と小粒径の充填する手法は、大粒径の固体蓄熱材が充
填された後に、小粒径の固体蓄熱材を大粒径の固体蓄熱
材の隙間に入り込むようにする。
【０００８】また、粒径が３種類以上の場合には、請求
項３記載の発明のように、小粒径になるにしたがって粒
径が０．４以下で且つ等比的に減少するように構成すれ
ば、それぞれの隙間にそれより小粒径の固体蓄熱材がス
ムーズに入り込む。小粒径の固体蓄熱材は中粒径の固体
蓄熱材の隙間に入り、さらに中粒径の固体蓄熱材が大粒
径の固体蓄熱材の隙間に入ることができるためには、計
算によれば、小粒径は中粒径に対して数２以下、すなわ
ち０．４以下であり、中粒径は大粒径に対して数３以
下、すなわち０．４以下である必要があるからである。
０．４以下とは、前述したと同様に粉末状の細かな粒
径、例えば０．０４ｍｍ程度の粒径を含む概念である。
項３記載の発明のように、小粒径になるにしたがって粒
径が０．４以下で且つ等比的に減少するように構成すれ
ば、それぞれの隙間にそれより小粒径の固体蓄熱材がス
ムーズに入り込む。小粒径の固体蓄熱材は中粒径の固体
蓄熱材の隙間に入り、さらに中粒径の固体蓄熱材が大粒
径の固体蓄熱材の隙間に入ることができるためには、計
算によれば、小粒径は中粒径に対して数２以下、すなわ
ち０．４以下であり、中粒径は大粒径に対して数３以
下、すなわち０．４以下である必要があるからである。
０．４以下とは、前述したと同様に粉末状の細かな粒
径、例えば０．０４ｍｍ程度の粒径を含む概念である。
【数２】
【数３】
【０００９】さらに、固体蓄熱材は、請求項４記載の発
明のように、マグネシア、マグネタイト、シリカ、アル
ミナのうち１種類でもよいし、或いは、これらの各固体
蓄熱材を粒径ごとに又は粒径とは関係なくそれぞれ相互
に複数種類を混合したものでもよいが、請求項５記載の
発明のように小粒径の固体蓄熱材に金属を使用すれば、
蓄熱量を大きく減少させずに蓄熱材のコストを抑制する
と共に熱伝導率を高めることができる。尚、液体蓄熱材
としては一般的に硝酸塩が用いられる。
明のように、マグネシア、マグネタイト、シリカ、アル
ミナのうち１種類でもよいし、或いは、これらの各固体
蓄熱材を粒径ごとに又は粒径とは関係なくそれぞれ相互
に複数種類を混合したものでもよいが、請求項５記載の
発明のように小粒径の固体蓄熱材に金属を使用すれば、
蓄熱量を大きく減少させずに蓄熱材のコストを抑制する
と共に熱伝導率を高めることができる。尚、液体蓄熱材
としては一般的に硝酸塩が用いられる。
【００１０】
【発明の実施形態】図１の（イ）は本発明において使用
する蓄熱材のモデルを示す。この蓄熱材は、固体蓄熱材
と液体蓄熱材を混合しており、この固体蓄熱材は大と小
の２種類の粒径である。そして、大粒径の固体蓄熱材３
Ａの隙間に小粒径の固体蓄熱材３Ｃが充填され、これら
固体蓄熱材の隙間に液体の蓄熱材３Ｄが充填される。固
体蓄熱材３Ａ，３Ｃにはマグネシアを用い、液体蓄熱材
３Ｄには硝酸ナリトウムが約７％、亜硝酸ナリトウムが
約４９％、硝酸カリウムが約４４％の混合物である硝酸
塩を用いる。大粒径の固体蓄熱材３Ａの径は１０ｍｍ、
小粒径の固体蓄熱材３Ｃの径は２ｍｍとした。
する蓄熱材のモデルを示す。この蓄熱材は、固体蓄熱材
と液体蓄熱材を混合しており、この固体蓄熱材は大と小
の２種類の粒径である。そして、大粒径の固体蓄熱材３
Ａの隙間に小粒径の固体蓄熱材３Ｃが充填され、これら
固体蓄熱材の隙間に液体の蓄熱材３Ｄが充填される。固
体蓄熱材３Ａ，３Ｃにはマグネシアを用い、液体蓄熱材
３Ｄには硝酸ナリトウムが約７％、亜硝酸ナリトウムが
約４９％、硝酸カリウムが約４４％の混合物である硝酸
塩を用いる。大粒径の固体蓄熱材３Ａの径は１０ｍｍ、
小粒径の固体蓄熱材３Ｃの径は２ｍｍとした。
【００１１】そして、蓄熱材の容積が１ｍ3の蓄熱槽を
構成すると、大粒径のマグネシアは１６５０ｋｇ、小粒
径のマグネシアは７５０ｋｇ、硝酸塩は３７２ｋｇが投
入された。また、比較対象として、公知技術であるマグ
ネシアと硝酸塩を混合した容積が１ｍ3の蓄熱槽を構成
した。このとき、マグネシアは１６５０ｋｇ、硝酸塩は
８５７ｋｇが蓄熱槽内に投入された。
構成すると、大粒径のマグネシアは１６５０ｋｇ、小粒
径のマグネシアは７５０ｋｇ、硝酸塩は３７２ｋｇが投
入された。また、比較対象として、公知技術であるマグ
ネシアと硝酸塩を混合した容積が１ｍ3の蓄熱槽を構成
した。このとき、マグネシアは１６５０ｋｇ、硝酸塩は
８５７ｋｇが蓄熱槽内に投入された。
【００１２】本発明の一実施例の蓄熱槽と公知例の蓄熱
槽の１℃あたりの蓄熱量及び有効熱伝導率並びにコスト
を比較した。その結果、本発明の一実施例の蓄熱槽は、
公知例の蓄熱槽に対して、１℃あたりの蓄熱量が１０７
％に、有効伝導率が１５８％に増加し、コストが５６％
に減少した。表１に、このときの本発明の一実施例にお
ける蓄熱槽と公知例の蓄熱槽の比較を示す。
槽の１℃あたりの蓄熱量及び有効熱伝導率並びにコスト
を比較した。その結果、本発明の一実施例の蓄熱槽は、
公知例の蓄熱槽に対して、１℃あたりの蓄熱量が１０７
％に、有効伝導率が１５８％に増加し、コストが５６％
に減少した。表１に、このときの本発明の一実施例にお
ける蓄熱槽と公知例の蓄熱槽の比較を示す。
【００１３】
【表１】
【００１４】この本発明の一実施例の蓄熱槽は公知例の
蓄熱槽よりも蓄熱量が増加した等の効果が得られるが、
これは、容積当たりの蓄熱量が多く、熱伝導率が高く、
低コストであるマグネシアを多くして、硝酸塩を少なく
したことによる。表２に、マグネシアと硝酸塩の物性を
示す。
蓄熱槽よりも蓄熱量が増加した等の効果が得られるが、
これは、容積当たりの蓄熱量が多く、熱伝導率が高く、
低コストであるマグネシアを多くして、硝酸塩を少なく
したことによる。表２に、マグネシアと硝酸塩の物性を
示す。
【００１５】
【表２】
【００１６】次に、本発明による蓄熱槽を利用した蓄熱
式給湯器の概略説明図を図１の（ロ）に示す。この蓄熱
式給湯器は、電気ヒータ１、伝熱管２、大粒径の固体蓄
熱材３Ａ及び小粒径の固体蓄熱材３Ｃ並びに液体蓄熱材
３Ｄから成る蓄熱材３、外部ケーシング４、内部ケーシ
ング５、断熱材６、温度調節弁７から構成されている。
この内部ケーシング５内には、電気ヒータ１、伝熱管２
が設置され、蓄熱材３が投入されている。この蓄熱式給
湯器に供給される水道水８は、蓄熱槽の入り口において
分岐され、一部は蓄熱槽の伝熱管２内を流れ、加熱され
て蓄熱槽から出ていく。残りの水道水は、蓄熱槽に入ら
ず、蓄熱槽内部で加熱された温水または蒸気と混合し、
所定温度の温水１０となる。
式給湯器の概略説明図を図１の（ロ）に示す。この蓄熱
式給湯器は、電気ヒータ１、伝熱管２、大粒径の固体蓄
熱材３Ａ及び小粒径の固体蓄熱材３Ｃ並びに液体蓄熱材
３Ｄから成る蓄熱材３、外部ケーシング４、内部ケーシ
ング５、断熱材６、温度調節弁７から構成されている。
この内部ケーシング５内には、電気ヒータ１、伝熱管２
が設置され、蓄熱材３が投入されている。この蓄熱式給
湯器に供給される水道水８は、蓄熱槽の入り口において
分岐され、一部は蓄熱槽の伝熱管２内を流れ、加熱され
て蓄熱槽から出ていく。残りの水道水は、蓄熱槽に入ら
ず、蓄熱槽内部で加熱された温水または蒸気と混合し、
所定温度の温水１０となる。
【００１７】この蓄熱式給湯器において、前述した蓄熱
材のモデルを用いた結果、つぎのような効果が得られ
た。 （１）１℃あたりの蓄熱量が公知例の１０７％に増加す
るため、蓄熱材３の容積が減少でき、蓄熱槽が小型化さ
れる。 （２）有効熱伝導率が公知例の１５８％に増加するた
め、伝熱管２の伝熱面積を公知例の約２／３に減少でき
る。 （３）安価なアグネシアの使用量が増加し、高価な硝酸
塩の使用量が減少するため、蓄熱材３のコストが公知例
の５６％に減少する。
材のモデルを用いた結果、つぎのような効果が得られ
た。 （１）１℃あたりの蓄熱量が公知例の１０７％に増加す
るため、蓄熱材３の容積が減少でき、蓄熱槽が小型化さ
れる。 （２）有効熱伝導率が公知例の１５８％に増加するた
め、伝熱管２の伝熱面積を公知例の約２／３に減少でき
る。 （３）安価なアグネシアの使用量が増加し、高価な硝酸
塩の使用量が減少するため、蓄熱材３のコストが公知例
の５６％に減少する。
【００１８】なお、小粒径のマグネシアは大粒径のマグ
ネシアの隙間に入ることが必要な条件であり、したがっ
て小粒径のマグネシアの粒径は、計算によれば、大粒径
のマグネシアの粒径の数４以下である必要がある。この
ときの小粒径と大粒径のマグネシアの充填手法は、大粒
径のマグネシアが充填された後に小粒径のマグネシアが
大粒径の隙間に入り込むようにする。マグネシアに代わ
るものとして、従来より固体蓄熱材として採用されてい
るマグネタイト、シリカ、アルミナを用いることができ
る。
ネシアの隙間に入ることが必要な条件であり、したがっ
て小粒径のマグネシアの粒径は、計算によれば、大粒径
のマグネシアの粒径の数４以下である必要がある。この
ときの小粒径と大粒径のマグネシアの充填手法は、大粒
径のマグネシアが充填された後に小粒径のマグネシアが
大粒径の隙間に入り込むようにする。マグネシアに代わ
るものとして、従来より固体蓄熱材として採用されてい
るマグネタイト、シリカ、アルミナを用いることができ
る。
【数４】
【００１９】図２に示す本発明の一実施例の蓄熱槽を応
用した蓄熱式給湯器において、蓄熱槽を短絡する導管を
なくす、または、温度調節弁７の開度を小さくして短絡
導管内を流れる水道水の流量を少なくすると、温水は蒸
気に代わり、蒸気発生装置を構成することができる。
用した蓄熱式給湯器において、蓄熱槽を短絡する導管を
なくす、または、温度調節弁７の開度を小さくして短絡
導管内を流れる水道水の流量を少なくすると、温水は蒸
気に代わり、蒸気発生装置を構成することができる。
【００２０】この発明による蓄熱槽を用いた蓄熱式蒸気
発生装置、蓄熱式給湯器は、容積当たりの蓄熱量が大き
いことから装置が小型化され、蓄熱材の熱伝導率が高い
ことから入熱・出熱が容易になる。このため、油焚き
（ガス焚き）のボイラまたは給湯器と比較して、装置寸
法が同等になり、熱出力が同等レベルになる。また、電
気ヒータに使用する電力に割安な料金制度が設定されて
いる夜間電力を使用すると、油焚きのボイラまたは給湯
器と同レベルの経済性が得られる。本発明の一実施例の
蓄熱槽から発生される蒸気は、プロセスの加熱、吸収冷
凍機の熱源、洗浄用に使用される。
発生装置、蓄熱式給湯器は、容積当たりの蓄熱量が大き
いことから装置が小型化され、蓄熱材の熱伝導率が高い
ことから入熱・出熱が容易になる。このため、油焚き
（ガス焚き）のボイラまたは給湯器と比較して、装置寸
法が同等になり、熱出力が同等レベルになる。また、電
気ヒータに使用する電力に割安な料金制度が設定されて
いる夜間電力を使用すると、油焚きのボイラまたは給湯
器と同レベルの経済性が得られる。本発明の一実施例の
蓄熱槽から発生される蒸気は、プロセスの加熱、吸収冷
凍機の熱源、洗浄用に使用される。
【００２１】次いで、固体蓄熱材と液体蓄熱材の混合に
おいて、更に容積当たりの蓄熱量が多く、熱伝導率が高
く、低コスト化を図ることを目的に固体蓄熱材の充填率
を更に高めるモデルを説明する。
おいて、更に容積当たりの蓄熱量が多く、熱伝導率が高
く、低コスト化を図ることを目的に固体蓄熱材の充填率
を更に高めるモデルを説明する。
【００２２】固体蓄熱材の充填率の更なる増加は、大、
中、小の３種類の粒径の固体蓄熱材を用い、大粒径の固
体蓄熱材の隙間に中粒径の固体蓄熱材が充填され、中粒
径の固体蓄熱材の隙間に小粒径の固体蓄熱材が充填する
ことにより達成できる。なお、これら大、中、小粒径の
固体蓄熱材の隙間に液体の蓄熱材が充填される。
中、小の３種類の粒径の固体蓄熱材を用い、大粒径の固
体蓄熱材の隙間に中粒径の固体蓄熱材が充填され、中粒
径の固体蓄熱材の隙間に小粒径の固体蓄熱材が充填する
ことにより達成できる。なお、これら大、中、小粒径の
固体蓄熱材の隙間に液体の蓄熱材が充填される。
【００２３】図２はこの場合における蓄熱材のモデルを
示す。この蓄熱材は、固体蓄熱材と液体蓄熱材を混合し
ており、この固体蓄熱材は大、中、小の３種類の粒径が
ある。そして、大粒径の固体蓄熱材３Ａの隙間に中粒径
の固体蓄熱材３Ｂが充填され、中粒径の固体蓄熱材３Ｂ
の隙間に小粒径の固体蓄熱材３Ｃが充填され、これら固
体蓄熱材の隙間に液体の蓄熱材３Ｄが充填される。固体
蓄熱材にはマグネシアを用い、液体蓄熱材には前記硝酸
塩を用いる。大粒径の固体蓄熱材３Ａの径は２５ｍｍ、
中粒径の固体蓄熱材３Ｂの径は５ｍｍ、小粒径の固体蓄
熱材３Ｃの径は１ｍｍとした。そして、蓄熱材の容積が
１ｍ3の蓄熱槽を構成すると、大粒径のマグネシアは１
６５０ｋｇ、中粒径のマグネシアは７５０ｋｇ、小粒径
のマグネシアは３３０ｋｇ、硝酸塩は１６７ｋｇが投入
された。
示す。この蓄熱材は、固体蓄熱材と液体蓄熱材を混合し
ており、この固体蓄熱材は大、中、小の３種類の粒径が
ある。そして、大粒径の固体蓄熱材３Ａの隙間に中粒径
の固体蓄熱材３Ｂが充填され、中粒径の固体蓄熱材３Ｂ
の隙間に小粒径の固体蓄熱材３Ｃが充填され、これら固
体蓄熱材の隙間に液体の蓄熱材３Ｄが充填される。固体
蓄熱材にはマグネシアを用い、液体蓄熱材には前記硝酸
塩を用いる。大粒径の固体蓄熱材３Ａの径は２５ｍｍ、
中粒径の固体蓄熱材３Ｂの径は５ｍｍ、小粒径の固体蓄
熱材３Ｃの径は１ｍｍとした。そして、蓄熱材の容積が
１ｍ3の蓄熱槽を構成すると、大粒径のマグネシアは１
６５０ｋｇ、中粒径のマグネシアは７５０ｋｇ、小粒径
のマグネシアは３３０ｋｇ、硝酸塩は１６７ｋｇが投入
された。
【００２４】本発明の他の一実施例の蓄熱槽と公知例の
蓄熱槽を比較すると、本発明の他の一実施例の蓄熱槽
は、１℃あたりの蓄熱量は公知例の蓄熱槽の１０９％に
増加し、有効熱伝導率は２１９％に増加し、コストは３
６％に減少した。表３に本発明の他の一実施例の蓄熱槽
と公知例の蓄熱槽との比較を示す。
蓄熱槽を比較すると、本発明の他の一実施例の蓄熱槽
は、１℃あたりの蓄熱量は公知例の蓄熱槽の１０９％に
増加し、有効熱伝導率は２１９％に増加し、コストは３
６％に減少した。表３に本発明の他の一実施例の蓄熱槽
と公知例の蓄熱槽との比較を示す。
【００２５】
【表３】
【００２６】本発明の他の一実施例の蓄熱槽を応用した
蓄熱式給湯器は、更に、蓄熱槽が小型化され、伝熱管２
の伝熱面積を公知例の約１／２に減少でき、蓄熱材のコ
ストが３６％に減少できる。
蓄熱式給湯器は、更に、蓄熱槽が小型化され、伝熱管２
の伝熱面積を公知例の約１／２に減少でき、蓄熱材のコ
ストが３６％に減少できる。
【００２７】尚、小粒径のマグネシアは中粒径のマグネ
シアの隙間に入り、中粒径のマグネシアは大粒径のマグ
ネシアの隙間に入ることが必要な条件であり、したがっ
て、計算によれば、小粒径は中粒径数５以下であり、中
粒径は大粒径数６以下である必要がある。また、粒径が
３種類以上の場合、小粒径になるにしたがい粒径が数７
以下で等比的に減少することが条件となる。
シアの隙間に入り、中粒径のマグネシアは大粒径のマグ
ネシアの隙間に入ることが必要な条件であり、したがっ
て、計算によれば、小粒径は中粒径数５以下であり、中
粒径は大粒径数６以下である必要がある。また、粒径が
３種類以上の場合、小粒径になるにしたがい粒径が数７
以下で等比的に減少することが条件となる。
【数５】
【数６】
【数７】
【００２８】さらに次いで、固体蓄熱材と液体蓄熱材の
混合において、熱伝導率を高め、蓄熱槽内の伝熱管の面
積を減少する場合を説明する。
混合において、熱伝導率を高め、蓄熱槽内の伝熱管の面
積を減少する場合を説明する。
【００２９】蓄熱材の熱伝導率の向上は、固体蓄熱材に
金属を用いることにより達成できる。特に、小粒径の固
体蓄熱材をマグネシアから金属に代えると、蓄熱量を大
きく減少させず、蓄熱材コストの上昇を抑制しながら、
熱伝導率を高めることができる。金属には、硝酸塩に侵
されないアルミニウムが適する。図３に、２種類の粒径
の固体蓄熱材を用いたとき、３種類の粒径固体蓄熱材を
用いたときにおいて、小粒子または中粒子にアルミを用
いたときの有効熱伝導率の変化を示す。マグネシアに代
わってアルミを使用すると、有効熱伝導率が１０〜２０
％増加し、蓄熱槽内の伝熱管の面積を縮小できる効果が
得られる。
金属を用いることにより達成できる。特に、小粒径の固
体蓄熱材をマグネシアから金属に代えると、蓄熱量を大
きく減少させず、蓄熱材コストの上昇を抑制しながら、
熱伝導率を高めることができる。金属には、硝酸塩に侵
されないアルミニウムが適する。図３に、２種類の粒径
の固体蓄熱材を用いたとき、３種類の粒径固体蓄熱材を
用いたときにおいて、小粒子または中粒子にアルミを用
いたときの有効熱伝導率の変化を示す。マグネシアに代
わってアルミを使用すると、有効熱伝導率が１０〜２０
％増加し、蓄熱槽内の伝熱管の面積を縮小できる効果が
得られる。
【００３０】
【発明の効果】本発明のうち請求項１乃至４記載の発明
は、固体蓄熱材による槽内の充填比率を高めることによ
って、蓄熱材の蓄熱量の増加と伝熱性能の向上が図ら
れ、延いては蓄熱槽の小型化及び装置コストの低減を可
能にする効果が得られる。
は、固体蓄熱材による槽内の充填比率を高めることによ
って、蓄熱材の蓄熱量の増加と伝熱性能の向上が図ら
れ、延いては蓄熱槽の小型化及び装置コストの低減を可
能にする効果が得られる。
【００３１】さらに、請求項５記載の発明は、熱伝導率
を高めることにより蓄熱槽内の伝熱管の面積を縮小でき
る効果が得られる。
を高めることにより蓄熱槽内の伝熱管の面積を縮小でき
る効果が得られる。
【図１】（イ）（ロ）本発明において使用する蓄熱材の
モデルを示す説明図と、この蓄熱材を用いた高温蓄熱槽
を利用した蓄熱式給湯器の概略説明図である。
モデルを示す説明図と、この蓄熱材を用いた高温蓄熱槽
を利用した蓄熱式給湯器の概略説明図である。
【図２】他の蓄熱材のモデルを示す説明図である。
【図３】金属粒子を含む固体蓄熱材の有効熱伝導率を示
すグラフである。
すグラフである。
１ 電気ヒータ ２ 伝熱管 ３Ａ 大粒径の固体蓄熱材 ３Ｂ 中粒径の固体蓄熱材 ３Ｃ 小粒径の固体蓄熱材 ３Ｄ 液体蓄熱材
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成１１年８月１０日（１９９９．８．１
０）
０）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正内容】
【書類名】 明細書
【発明の名称】 高温蓄熱槽
【特許請求の範囲】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】本発明は夜間電力を利用した
高温蓄熱槽に関し、さらに詳しくは給湯器や蒸気発生装
置あるいは冷暖房装置の熱源として適用できる高温蓄熱
槽に関する。
高温蓄熱槽に関し、さらに詳しくは給湯器や蒸気発生装
置あるいは冷暖房装置の熱源として適用できる高温蓄熱
槽に関する。
【０００２】
【従来の技術】固体と液体の混合材を蓄熱材とした蓄熱
槽は、特開平３−２８２１０１号で公知になっている。
この公知例では、固体蓄熱材にはマグネシア等が用いら
れ、液体蓄熱材は硝酸ナトリウム、亜硝酸ナトリウム、
硝酸カリウムの混合材の溶融塩等が用いられている。マ
グネシア等の固体蓄熱材は容積当たりの蓄熱量が多いこ
とから、液体蓄熱材は固体蓄熱材と電気ヒータの間の隙
間、固体蓄熱材相互の隙間に充填させるために用いられ
ている。これにより、固体単独の蓄熱材を用いた蓄熱槽
と比較して、入熱・出熱特性において優位な蓄熱槽とな
り、液体単独の蓄熱材を用いた蓄熱槽と比較して蓄熱量
が多い優位な蓄熱槽になる。しかし、この公知例の固体
蓄熱材と液体蓄熱材を混合した蓄熱槽は、改善された蓄
熱槽となっていたが、未だ装置寸法、装置コストにおい
て十分満足できるものになっていなかった。
槽は、特開平３−２８２１０１号で公知になっている。
この公知例では、固体蓄熱材にはマグネシア等が用いら
れ、液体蓄熱材は硝酸ナトリウム、亜硝酸ナトリウム、
硝酸カリウムの混合材の溶融塩等が用いられている。マ
グネシア等の固体蓄熱材は容積当たりの蓄熱量が多いこ
とから、液体蓄熱材は固体蓄熱材と電気ヒータの間の隙
間、固体蓄熱材相互の隙間に充填させるために用いられ
ている。これにより、固体単独の蓄熱材を用いた蓄熱槽
と比較して、入熱・出熱特性において優位な蓄熱槽とな
り、液体単独の蓄熱材を用いた蓄熱槽と比較して蓄熱量
が多い優位な蓄熱槽になる。しかし、この公知例の固体
蓄熱材と液体蓄熱材を混合した蓄熱槽は、改善された蓄
熱槽となっていたが、未だ装置寸法、装置コストにおい
て十分満足できるものになっていなかった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、固体
蓄熱材と液体蓄熱材を混合した蓄熱槽を小型化すると共
に装置コストを低減させる高温蓄熱槽を提供することに
ある。
蓄熱材と液体蓄熱材を混合した蓄熱槽を小型化すると共
に装置コストを低減させる高温蓄熱槽を提供することに
ある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の高温蓄熱槽は、電気ヒータ及び液体が導入
される伝熱管を配設した槽内に、複数種類の粒径を有し
ている固体蓄熱材と、液体蓄熱材とを備えていることを
特徴とする。
に、本発明の高温蓄熱槽は、電気ヒータ及び液体が導入
される伝熱管を配設した槽内に、複数種類の粒径を有し
ている固体蓄熱材と、液体蓄熱材とを備えていることを
特徴とする。
【０００５】このように形成すると、固体蓄熱材と液体
蓄熱材の混合物中において、粒径の異なる２種類以上の
固体蓄熱材を用いることによって、液体蓄熱材に比し容
積当たりの蓄熱量及び熱伝導に優れ且つ低コストの固体
蓄熱材の槽内における充填比率を高めることができるの
で、蓄熱材の蓄熱量の増加と伝熱性能の向上が図られ、
延いては蓄熱槽の小型化及びコスト低減が可能になる。
尚、粒径の異なる固体蓄熱材の隙間には液体蓄熱材が充
填される。
蓄熱材の混合物中において、粒径の異なる２種類以上の
固体蓄熱材を用いることによって、液体蓄熱材に比し容
積当たりの蓄熱量及び熱伝導に優れ且つ低コストの固体
蓄熱材の槽内における充填比率を高めることができるの
で、蓄熱材の蓄熱量の増加と伝熱性能の向上が図られ、
延いては蓄熱槽の小型化及びコスト低減が可能になる。
尚、粒径の異なる固体蓄熱材の隙間には液体蓄熱材が充
填される。
【０００６】固体蓄熱材の粒径は２種類以上の異なる粒
径であれば足りるが、粒径が２種類の場合、小粒径は大
粒径に対して０．４以下の粒径にすれば、大粒径同士の
固体蓄熱材の隙間に、小粒径の固体蓄熱材が問題なく入
り込むので都合がよい。大粒径同士の隙間に入るための
小粒径の固体蓄熱材の粒径は、計算によって大粒径の固
体蓄熱材の粒径に対して数１以下であることから、約
０．４以下である。
径であれば足りるが、粒径が２種類の場合、小粒径は大
粒径に対して０．４以下の粒径にすれば、大粒径同士の
固体蓄熱材の隙間に、小粒径の固体蓄熱材が問題なく入
り込むので都合がよい。大粒径同士の隙間に入るための
小粒径の固体蓄熱材の粒径は、計算によって大粒径の固
体蓄熱材の粒径に対して数１以下であることから、約
０．４以下である。
【数１】
【０００７】ここで、０．４以下とは、大粒径同士の固
体蓄熱材の隙間に入るための条件であるから、粒径は小
さければ小さい程好ましく、前記隙間への充填が可能と
なり、したがって粉末状をなす粒径、例えば０．０４ｍ
ｍ程度の粒径をも含む概念である。また、この際の大粒
径と小粒径の充填する手法は、大粒径の固体蓄熱材が充
填された後に、小粒径の固体蓄熱材を大粒径の固体蓄熱
材の隙間に入り込むようにする。
体蓄熱材の隙間に入るための条件であるから、粒径は小
さければ小さい程好ましく、前記隙間への充填が可能と
なり、したがって粉末状をなす粒径、例えば０．０４ｍ
ｍ程度の粒径をも含む概念である。また、この際の大粒
径と小粒径の充填する手法は、大粒径の固体蓄熱材が充
填された後に、小粒径の固体蓄熱材を大粒径の固体蓄熱
材の隙間に入り込むようにする。
【０００８】また、粒径が３種類以上の場合には、小粒
径になるにしたがって粒径が０．４以下で且つ等比的に
減少するように構成すれば、それぞれの隙間にそれより
小粒径の固体蓄熱材がスムーズに入り込む。小粒径の固
体蓄熱材は中粒径の固体蓄熱材の隙間に入り、さらに中
粒径の固体蓄熱材が大粒径の固体蓄熱材の隙間に入るこ
とができるためには、計算によれば、小粒径は中粒径に
対して数２以下、すなわち０．４以下であり、中粒径は
大粒径に対して数３以下、すなわち０．４以下である必
要があるからである。０．４以下とは、前述したと同様
に粉末状の細かな粒径、例えば０．０４ｍｍ程度の粒径
を含む概念である。
径になるにしたがって粒径が０．４以下で且つ等比的に
減少するように構成すれば、それぞれの隙間にそれより
小粒径の固体蓄熱材がスムーズに入り込む。小粒径の固
体蓄熱材は中粒径の固体蓄熱材の隙間に入り、さらに中
粒径の固体蓄熱材が大粒径の固体蓄熱材の隙間に入るこ
とができるためには、計算によれば、小粒径は中粒径に
対して数２以下、すなわち０．４以下であり、中粒径は
大粒径に対して数３以下、すなわち０．４以下である必
要があるからである。０．４以下とは、前述したと同様
に粉末状の細かな粒径、例えば０．０４ｍｍ程度の粒径
を含む概念である。
【数２】
【数３】
【０００９】さらに、固体蓄熱材は、マグネシア、マグ
ネタイト、シリカ、アルミナのうち１種類でもよいし、
或いは、これらの各固体蓄熱材を粒径ごとに又は粒径と
は関係なくそれぞれ相互に複数種類を混合したものでも
よいが、小粒径の固体蓄熱材に金属を使用すれば、蓄熱
量を大きく減少させずに蓄熱材のコストを抑制すると共
に熱伝導率を高めることができる。液体蓄熱材としては
一般的に硝酸塩が用いられる。
ネタイト、シリカ、アルミナのうち１種類でもよいし、
或いは、これらの各固体蓄熱材を粒径ごとに又は粒径と
は関係なくそれぞれ相互に複数種類を混合したものでも
よいが、小粒径の固体蓄熱材に金属を使用すれば、蓄熱
量を大きく減少させずに蓄熱材のコストを抑制すると共
に熱伝導率を高めることができる。液体蓄熱材としては
一般的に硝酸塩が用いられる。
【００１０】
【発明の実施形態】図１の（イ）は本発明において使用
する蓄熱材のモデルを示す。この蓄熱材は、固体蓄熱材
と液体蓄熱材を混合しており、この固体蓄熱材は大と小
の２種類の粒径である。そして、大粒径の固体蓄熱材３
Ａの隙間に小粒径の固体蓄熱材３Ｃが充填され、これら
固体蓄熱材の隙間に液体の蓄熱材３Ｄが充填される。固
体蓄熱材３Ａ，３Ｃにはマグネシアを用い、液体蓄熱材
３Ｄには硝酸ナリトウムが約７％、亜硝酸ナリトウムが
約４９％、硝酸カリウムが約４４％の混合物である硝酸
塩を用いる。大粒径の固体蓄熱材３Ａの径は１０ｍｍ、
小粒径の固体蓄熱材３Ｃの径は２ｍｍとした。
する蓄熱材のモデルを示す。この蓄熱材は、固体蓄熱材
と液体蓄熱材を混合しており、この固体蓄熱材は大と小
の２種類の粒径である。そして、大粒径の固体蓄熱材３
Ａの隙間に小粒径の固体蓄熱材３Ｃが充填され、これら
固体蓄熱材の隙間に液体の蓄熱材３Ｄが充填される。固
体蓄熱材３Ａ，３Ｃにはマグネシアを用い、液体蓄熱材
３Ｄには硝酸ナリトウムが約７％、亜硝酸ナリトウムが
約４９％、硝酸カリウムが約４４％の混合物である硝酸
塩を用いる。大粒径の固体蓄熱材３Ａの径は１０ｍｍ、
小粒径の固体蓄熱材３Ｃの径は２ｍｍとした。
【００１１】そして、蓄熱材の容積が１ｍ3の蓄熱槽を
構成すると、大粒径のマグネシアは１６５０ｋｇ、小粒
径のマグネシアは７５０ｋｇ、硝酸塩は３７２ｋｇが投
入された。また、比較対象として、公知技術であるマグ
ネシアと硝酸塩を混合した容積が１ｍ3の蓄熱槽を構成
した。このとき、マグネシアは１６５０ｋｇ、硝酸塩は
８５７ｋｇが蓄熱槽内に投入された。
構成すると、大粒径のマグネシアは１６５０ｋｇ、小粒
径のマグネシアは７５０ｋｇ、硝酸塩は３７２ｋｇが投
入された。また、比較対象として、公知技術であるマグ
ネシアと硝酸塩を混合した容積が１ｍ3の蓄熱槽を構成
した。このとき、マグネシアは１６５０ｋｇ、硝酸塩は
８５７ｋｇが蓄熱槽内に投入された。
【００１２】本発明の一実施例の蓄熱槽と公知例の蓄熱
槽の１℃あたりの蓄熱量及び有効熱伝導率並びにコスト
を比較した。その結果、本発明の一実施例の蓄熱槽は、
公知例の蓄熱槽に対して、１℃あたりの蓄熱量が１０７
％に、有効伝導率が１５８％に増加し、コストが５６％
に減少した。表１に、このときの本発明の一実施例にお
ける蓄熱槽と公知例の蓄熱槽の比較を示す。
槽の１℃あたりの蓄熱量及び有効熱伝導率並びにコスト
を比較した。その結果、本発明の一実施例の蓄熱槽は、
公知例の蓄熱槽に対して、１℃あたりの蓄熱量が１０７
％に、有効伝導率が１５８％に増加し、コストが５６％
に減少した。表１に、このときの本発明の一実施例にお
ける蓄熱槽と公知例の蓄熱槽の比較を示す。
【００１３】
【表１】
【００１４】この本発明の一実施例の蓄熱槽は公知例の
蓄熱槽よりも蓄熱量が増加した等の効果が得られるが、
これは、容積当たりの蓄熱量が多く、熱伝導率が高く、
低コストであるマグネシアを多くして、硝酸塩を少なく
したことによる。表２に、マグネシアと硝酸塩の物性を
示す。
蓄熱槽よりも蓄熱量が増加した等の効果が得られるが、
これは、容積当たりの蓄熱量が多く、熱伝導率が高く、
低コストであるマグネシアを多くして、硝酸塩を少なく
したことによる。表２に、マグネシアと硝酸塩の物性を
示す。
【００１５】
【表２】
【００１６】次に、本発明による蓄熱槽を利用した蓄熱
式給湯器の概略説明図を図１の（ロ）に示す。この蓄熱
式給湯器は、電気ヒータ１、伝熱管２、大粒径の固体蓄
熱材３Ａ及び小粒径の固体蓄熱材３Ｃ並びに液体蓄熱材
３Ｄから成る蓄熱材３、外部ケーシング４、内部ケーシ
ング５、断熱材６、温度調節弁７から構成されている。
この内部ケーシング５内には、電気ヒータ１、伝熱管２
が設置され、蓄熱材３が投入されている。この蓄熱式給
湯器に供給される水道水８は、蓄熱槽の入り口において
分岐され、一部は蓄熱槽の伝熱管２内を流れ、加熱され
て蓄熱槽から出ていく。残りの水道水は、蓄熱槽に入ら
ず、蓄熱槽内部で加熱された温水または蒸気と混合し、
所定温度の温水１０となる。
式給湯器の概略説明図を図１の（ロ）に示す。この蓄熱
式給湯器は、電気ヒータ１、伝熱管２、大粒径の固体蓄
熱材３Ａ及び小粒径の固体蓄熱材３Ｃ並びに液体蓄熱材
３Ｄから成る蓄熱材３、外部ケーシング４、内部ケーシ
ング５、断熱材６、温度調節弁７から構成されている。
この内部ケーシング５内には、電気ヒータ１、伝熱管２
が設置され、蓄熱材３が投入されている。この蓄熱式給
湯器に供給される水道水８は、蓄熱槽の入り口において
分岐され、一部は蓄熱槽の伝熱管２内を流れ、加熱され
て蓄熱槽から出ていく。残りの水道水は、蓄熱槽に入ら
ず、蓄熱槽内部で加熱された温水または蒸気と混合し、
所定温度の温水１０となる。
【００１７】この蓄熱式給湯器において、前述した蓄熱
材のモデルを用いた結果、つぎのような効果が得られ
た。 （１）１℃あたりの蓄熱量が公知例の１０７％に増加す
るため、蓄熱材３の容積が減少でき、蓄熱槽が小型化さ
れる。 （２）有効熱伝導率が公知例の１５８％に増加するた
め、伝熱管２の伝熱面積を公知例の約２／３に減少でき
る。 （３）安価なアグネシアの使用量が増加し、高価な硝酸
塩の使用量が減少するため、蓄熱材３のコストが公知例
の５６％に減少する。
材のモデルを用いた結果、つぎのような効果が得られ
た。 （１）１℃あたりの蓄熱量が公知例の１０７％に増加す
るため、蓄熱材３の容積が減少でき、蓄熱槽が小型化さ
れる。 （２）有効熱伝導率が公知例の１５８％に増加するた
め、伝熱管２の伝熱面積を公知例の約２／３に減少でき
る。 （３）安価なアグネシアの使用量が増加し、高価な硝酸
塩の使用量が減少するため、蓄熱材３のコストが公知例
の５６％に減少する。
【００１８】なお、小粒径のマグネシアは大粒径のマグ
ネシアの隙間に入ることが必要な条件であり、したがっ
て小粒径のマグネシアの粒径は、計算によれば、大粒径
のマグネシアの粒径の数４以下である必要がある。この
ときの小粒径と大粒径のマグネシアの充填手法は、大粒
径のマグネシアが充填された後に小粒径のマグネシアが
大粒径の隙間に入り込むようにする。マグネシアに代わ
るものとして、従来より固体蓄熱材として採用されてい
るマグネタイト、シリカ、アルミナを用いることができ
る。
ネシアの隙間に入ることが必要な条件であり、したがっ
て小粒径のマグネシアの粒径は、計算によれば、大粒径
のマグネシアの粒径の数４以下である必要がある。この
ときの小粒径と大粒径のマグネシアの充填手法は、大粒
径のマグネシアが充填された後に小粒径のマグネシアが
大粒径の隙間に入り込むようにする。マグネシアに代わ
るものとして、従来より固体蓄熱材として採用されてい
るマグネタイト、シリカ、アルミナを用いることができ
る。
【数４】
【００１９】図２に示す本発明の一実施例の蓄熱槽を応
用した蓄熱式給湯器において、蓄熱槽を短絡する導管を
なくす、または、温度調節弁７の開度を小さくして短絡
導管内を流れる水道水の流量を少なくすると、温水は蒸
気に代わり、蒸気発生装置を構成することができる。
用した蓄熱式給湯器において、蓄熱槽を短絡する導管を
なくす、または、温度調節弁７の開度を小さくして短絡
導管内を流れる水道水の流量を少なくすると、温水は蒸
気に代わり、蒸気発生装置を構成することができる。
【００２０】この発明による蓄熱槽を用いた蓄熱式蒸気
発生装置、蓄熱式給湯器は、容積当たりの蓄熱量が大き
いことから装置が小型化され、蓄熱材の熱伝導率が高い
ことから入熱・出熱が容易になる。このため、油焚き
（ガス焚き）のボイラまたは給湯器と比較して、装置寸
法が同等になり、熱出力が同等レベルになる。また、電
気ヒータに使用する電力に割安な料金制度が設定されて
いる夜間電力を使用すると、油焚きのボイラまたは給湯
器と同レベルの経済性が得られる。本発明の一実施例の
蓄熱槽から発生される蒸気は、プロセスの加熱、吸収冷
凍機の熱源、洗浄用に使用される。
発生装置、蓄熱式給湯器は、容積当たりの蓄熱量が大き
いことから装置が小型化され、蓄熱材の熱伝導率が高い
ことから入熱・出熱が容易になる。このため、油焚き
（ガス焚き）のボイラまたは給湯器と比較して、装置寸
法が同等になり、熱出力が同等レベルになる。また、電
気ヒータに使用する電力に割安な料金制度が設定されて
いる夜間電力を使用すると、油焚きのボイラまたは給湯
器と同レベルの経済性が得られる。本発明の一実施例の
蓄熱槽から発生される蒸気は、プロセスの加熱、吸収冷
凍機の熱源、洗浄用に使用される。
【００２１】次いで、固体蓄熱材と液体蓄熱材の混合に
おいて、更に容積当たりの蓄熱量が多く、熱伝導率が高
く、低コスト化を図ることを目的に固体蓄熱材の充填率
を更に高めるモデルを説明する。
おいて、更に容積当たりの蓄熱量が多く、熱伝導率が高
く、低コスト化を図ることを目的に固体蓄熱材の充填率
を更に高めるモデルを説明する。
【００２２】固体蓄熱材の充填率の更なる増加は、大、
中、小の３種類の粒径の固体蓄熱材を用い、大粒径の固
体蓄熱材の隙間に中粒径の固体蓄熱材が充填され、中粒
径の固体蓄熱材の隙間に小粒径の固体蓄熱材が充填する
ことにより達成できる。なお、これら大、中、小粒径の
固体蓄熱材の隙間に液体の蓄熱材が充填される。
中、小の３種類の粒径の固体蓄熱材を用い、大粒径の固
体蓄熱材の隙間に中粒径の固体蓄熱材が充填され、中粒
径の固体蓄熱材の隙間に小粒径の固体蓄熱材が充填する
ことにより達成できる。なお、これら大、中、小粒径の
固体蓄熱材の隙間に液体の蓄熱材が充填される。
【００２３】図２はこの場合における蓄熱材のモデルを
示す。この蓄熱材は、固体蓄熱材と液体蓄熱材を混合し
ており、この固体蓄熱材は大、中、小の３種類の粒径が
ある。そして、大粒径の固体蓄熱材３Ａの隙間に中粒径
の固体蓄熱材３Ｂが充填され、中粒径の固体蓄熱材３Ｂ
の隙間に小粒径の固体蓄熱材３Ｃが充填され、これら固
体蓄熱材の隙間に液体の蓄熱材３Ｄが充填される。固体
蓄熱材にはマグネシアを用い、液体蓄熱材には前記硝酸
塩を用いる。大粒径の固体蓄熱材３Ａの径は２５ｍｍ、
中粒径の固体蓄熱材３Ｂの径は５ｍｍ、小粒径の固体蓄
熱材３Ｃの径は１ｍｍとした。そして、蓄熱材の容積が
１ｍ3の蓄熱槽を構成すると、大粒径のマグネシアは１
６５０ｋｇ、中粒径のマグネシアは７５０ｋｇ、小粒径
のマグネシアは３３０ｋｇ、硝酸塩は１６７ｋｇが投入
された。
示す。この蓄熱材は、固体蓄熱材と液体蓄熱材を混合し
ており、この固体蓄熱材は大、中、小の３種類の粒径が
ある。そして、大粒径の固体蓄熱材３Ａの隙間に中粒径
の固体蓄熱材３Ｂが充填され、中粒径の固体蓄熱材３Ｂ
の隙間に小粒径の固体蓄熱材３Ｃが充填され、これら固
体蓄熱材の隙間に液体の蓄熱材３Ｄが充填される。固体
蓄熱材にはマグネシアを用い、液体蓄熱材には前記硝酸
塩を用いる。大粒径の固体蓄熱材３Ａの径は２５ｍｍ、
中粒径の固体蓄熱材３Ｂの径は５ｍｍ、小粒径の固体蓄
熱材３Ｃの径は１ｍｍとした。そして、蓄熱材の容積が
１ｍ3の蓄熱槽を構成すると、大粒径のマグネシアは１
６５０ｋｇ、中粒径のマグネシアは７５０ｋｇ、小粒径
のマグネシアは３３０ｋｇ、硝酸塩は１６７ｋｇが投入
された。
【００２４】本発明の他の一実施例の蓄熱槽と公知例の
蓄熱槽を比較すると、本発明の他の一実施例の蓄熱槽
は、１℃あたりの蓄熱量は公知例の蓄熱槽の１０９％に
増加し、有効熱伝導率は２１９％に増加し、コストは３
６％に減少した。表３に本発明の他の一実施例の蓄熱槽
と公知例の蓄熱槽との比較を示す。
蓄熱槽を比較すると、本発明の他の一実施例の蓄熱槽
は、１℃あたりの蓄熱量は公知例の蓄熱槽の１０９％に
増加し、有効熱伝導率は２１９％に増加し、コストは３
６％に減少した。表３に本発明の他の一実施例の蓄熱槽
と公知例の蓄熱槽との比較を示す。
【００２５】
【表３】
【００２６】本発明の他の一実施例の蓄熱槽を応用した
蓄熱式給湯器は、更に、蓄熱槽が小型化され、伝熱管２
の伝熱面積を公知例の約１／２に減少でき、蓄熱材のコ
ストが３６％に減少できる。
蓄熱式給湯器は、更に、蓄熱槽が小型化され、伝熱管２
の伝熱面積を公知例の約１／２に減少でき、蓄熱材のコ
ストが３６％に減少できる。
【００２７】尚、小粒径のマグネシアは中粒径のマグネ
シアの隙間に入り、中粒径のマグネシアは大粒径のマグ
ネシアの隙間に入ることが必要な条件であり、したがっ
て、計算によれば、小粒径は中粒径数５以下であり、中
粒径は大粒径数６以下である必要がある。また、粒径が
３種類以上の場合、小粒径になるにしたがい粒径が数７
以下で等比的に減少することが条件となる。
シアの隙間に入り、中粒径のマグネシアは大粒径のマグ
ネシアの隙間に入ることが必要な条件であり、したがっ
て、計算によれば、小粒径は中粒径数５以下であり、中
粒径は大粒径数６以下である必要がある。また、粒径が
３種類以上の場合、小粒径になるにしたがい粒径が数７
以下で等比的に減少することが条件となる。
【数５】
【数６】
【数７】
【００２８】さらに次いで、固体蓄熱材と液体蓄熱材の
混合において、熱伝導率を高め、蓄熱槽内の伝熱管の面
積を減少する場合を説明する。
混合において、熱伝導率を高め、蓄熱槽内の伝熱管の面
積を減少する場合を説明する。
【００２９】蓄熱材の熱伝導率の向上は、固体蓄熱材に
金属を用いることにより達成できる。特に、小粒径の固
体蓄熱材をマグネシアから金属に代えると、蓄熱量を大
きく減少させず、蓄熱材コストの上昇を抑制しながら、
熱伝導率を高めることができる。金属には、硝酸塩に侵
されないアルミニウムが適する。図３に、２種類の粒径
の固体蓄熱材を用いたとき、３種類の粒径固体蓄熱材を
用いたときにおいて、小粒子または中粒子にアルミを用
いたときの有効熱伝導率の変化を示す。マグネシアに代
わってアルミを使用すると、有効熱伝導率が１０〜２０
％増加し、蓄熱槽内の伝熱管の面積を縮小できる効果が
得られる。
金属を用いることにより達成できる。特に、小粒径の固
体蓄熱材をマグネシアから金属に代えると、蓄熱量を大
きく減少させず、蓄熱材コストの上昇を抑制しながら、
熱伝導率を高めることができる。金属には、硝酸塩に侵
されないアルミニウムが適する。図３に、２種類の粒径
の固体蓄熱材を用いたとき、３種類の粒径固体蓄熱材を
用いたときにおいて、小粒子または中粒子にアルミを用
いたときの有効熱伝導率の変化を示す。マグネシアに代
わってアルミを使用すると、有効熱伝導率が１０〜２０
％増加し、蓄熱槽内の伝熱管の面積を縮小できる効果が
得られる。
【００３０】
【発明の効果】本発明は、固体蓄熱材による槽内の充填
比率を高めることによって、蓄熱材の蓄熱量の増加と伝
熱性能の向上が図られ、延いては蓄熱槽の小型化及び装
置コストの低減を可能にする効果が得られる。
比率を高めることによって、蓄熱材の蓄熱量の増加と伝
熱性能の向上が図られ、延いては蓄熱槽の小型化及び装
置コストの低減を可能にする効果が得られる。
【００３１】さらに、熱伝導率を高めることにより蓄熱
槽内の伝熱管の面積を縮小できる効果が得られる。
槽内の伝熱管の面積を縮小できる効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（イ）（ロ）本発明において使用する蓄熱材の
モデルを示す説明図と、この蓄熱材を用いた高温蓄熱槽
を利用した蓄熱式給湯器の概略説明図である。
モデルを示す説明図と、この蓄熱材を用いた高温蓄熱槽
を利用した蓄熱式給湯器の概略説明図である。
【図２】他の蓄熱材のモデルを示す説明図である。
【図３】金属粒子を含む固体蓄熱材の有効熱伝導率を示
すグラフである。
すグラフである。
【符号の説明】 １ 電気ヒータ ２ 伝熱管 ３Ａ 大粒径の固体蓄熱材 ３Ｂ 中粒径の固体蓄熱材 ３Ｃ 小粒径の固体蓄熱材 ３Ｄ 液体蓄熱材
Claims (5)
- 【請求項１】 電気ヒータ（１）及び液体が導入される
伝熱管（２）を配設した槽内に、複数種類の粒径を有し
ている固体蓄熱材（３Ａ，３Ｂ又は／及び３Ｃ）と、液
体蓄熱材（３Ｄ）とを備えていることを特徴とする高温
蓄熱槽。 - 【請求項２】 前記固体蓄熱材は粒径が２種類である場
合、小粒径は大粒径に対して０．４以下の粒径であるこ
とを特徴とする請求項１記載の高温蓄熱槽。 - 【請求項３】 前記固体蓄熱材は粒径が３種類以上であ
る場合、小粒径になるにしたがって粒径が０．４以下で
且つ等比的に減少することを特徴とする請求項１記載の
高温蓄熱槽。 - 【請求項４】 前記固体蓄熱材は、マグネシア、マグネ
タイト、シリカ又は／及びアルミナであることを特徴と
する請求項１、２又は３記載の高温蓄熱槽。 - 【請求項５】 請求項１乃至４記載の固体蓄熱材のうち
小粒径の固体蓄熱材は金属であることを特徴とする高温
蓄熱槽。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10271061A JP2000097498A (ja) | 1998-09-25 | 1998-09-25 | 高温蓄熱槽 |
| PCT/JP1999/005178 WO2000019154A1 (fr) | 1998-09-25 | 1999-09-22 | Accumulateur thermique haute temperature |
| AU57580/99A AU5758099A (en) | 1998-09-25 | 1999-09-22 | High temperature heat storage tank |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10271061A JP2000097498A (ja) | 1998-09-25 | 1998-09-25 | 高温蓄熱槽 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000097498A true JP2000097498A (ja) | 2000-04-04 |
Family
ID=17494864
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10271061A Pending JP2000097498A (ja) | 1998-09-25 | 1998-09-25 | 高温蓄熱槽 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000097498A (ja) |
| AU (1) | AU5758099A (ja) |
| WO (1) | WO2000019154A1 (ja) |
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| JP2002017825A (ja) * | 2000-07-11 | 2002-01-22 | Chiyoda Manufacturing Co Ltd | 蒸気滅菌装置 |
| JP2002022101A (ja) * | 2000-07-11 | 2002-01-23 | Chiyoda Manufacturing Co Ltd | 飽和水蒸気発生装置 |
| JP2002035090A (ja) * | 2000-07-28 | 2002-02-05 | Chiyoda Manufacturing Co Ltd | 蒸気滅菌方法及び蒸気滅菌装置 |
| JP2002102316A (ja) * | 2000-10-03 | 2002-04-09 | Chiyoda Manufacturing Co Ltd | 高圧蒸気滅菌装置 |
| AT413211B (de) * | 2002-02-27 | 2005-12-15 | Huemer Gmbh F | Wärmespeichermasse mit magnetit und silika |
| US7079759B2 (en) | 2000-07-11 | 2006-07-18 | Sakura Seiki Co., Ltd. | Saturated steam generator, steam sterilizer, and steam sterilization method |
| JP2007032866A (ja) * | 2005-07-22 | 2007-02-08 | Ishikawajima Inspection & Instrumentation Co | 蓄熱槽 |
| WO2008154455A2 (en) * | 2007-06-06 | 2008-12-18 | Ausra, Inc. | Granular thermal energy storage mediums and devices for thermal energy storage systems |
| US8168132B2 (en) | 2006-07-07 | 2012-05-01 | Scican Ltd. | Apparatus and method for drying instruments using superheated steam |
| WO2012136086A2 (zh) * | 2011-04-02 | 2012-10-11 | Liu Yang | 一种固态储热结构及加工方法 |
| WO2013167539A1 (fr) * | 2012-05-09 | 2013-11-14 | Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives | Procede de remplissage d'un reservoir de stockage de chaleur en elements solides |
| US9022020B2 (en) | 2007-08-27 | 2015-05-05 | Areva Solar, Inc. | Linear Fresnel solar arrays and drives therefor |
| CN106766908A (zh) * | 2016-11-16 | 2017-05-31 | 广西大学 | 一种蓄热式烘烤设备 |
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| FR2956193B1 (fr) * | 2010-02-08 | 2014-01-10 | Kevin Stephane Ayassamy | Systeme de chauffage electrique de type vapeurs d'eau ou d'huiles essentielles en tant qu'energie renouvelable |
| KR20210108446A (ko) * | 2018-12-28 | 2021-09-02 | 마갈디 파워 에스.피.에이. | 열 형태 에너지 축적 방법 및 플랜트(plant and method for accumulation of energy in thermal form) |
| IT201800021301A1 (it) * | 2018-12-28 | 2020-06-28 | Magaldi Power Spa | Dispositivo a letto fluidizzato, impianto e relativo metodo per l’accumulo di energia |
| CA3137502A1 (en) * | 2019-04-26 | 2020-10-29 | Energy Systems Management Limited | Caloric store |
| GB2577579B (en) * | 2019-04-26 | 2020-09-02 | Energy Systems Man Limited | A heat store for an energy storage system |
| EP4264157B1 (en) * | 2020-12-21 | 2024-08-07 | Marchetti Pro Srl | Energy storage apparatus |
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| JP2789363B2 (ja) * | 1989-11-17 | 1998-08-20 | 京セラ株式会社 | 蓄熱装置 |
| JP3153867B2 (ja) * | 1990-03-30 | 2001-04-09 | バブコツク日立株式会社 | 蒸気発生装置 |
| JP2736580B2 (ja) * | 1992-03-10 | 1998-04-02 | 中国電力株式会社 | 固液混合蓄熱材を用いた蓄熱槽 |
| US5687706A (en) * | 1995-04-25 | 1997-11-18 | University Of Florida | Phase change material storage heater |
-
1998
- 1998-09-25 JP JP10271061A patent/JP2000097498A/ja active Pending
-
1999
- 1999-09-22 AU AU57580/99A patent/AU5758099A/en not_active Abandoned
- 1999-09-22 WO PCT/JP1999/005178 patent/WO2000019154A1/ja active Application Filing
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| AU2013258176B2 (en) * | 2012-05-09 | 2018-01-18 | Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives | Method for filling a heat storage tank with solid elements |
| CN106766908A (zh) * | 2016-11-16 | 2017-05-31 | 广西大学 | 一种蓄热式烘烤设备 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2000019154A1 (fr) | 2000-04-06 |
| AU5758099A (en) | 2000-04-17 |
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