JP2000337709A

JP2000337709A - 蓄熱装置

Info

Publication number: JP2000337709A
Application number: JP11142041A
Authority: JP
Inventors: Mitsuhiro Kitaori; 光博北折; Ikuhiko Yanase; 育彦柳瀬
Original assignee: Energy Support Corp
Current assignee: Energy Support Corp
Priority date: 1999-05-21
Filing date: 1999-05-21
Publication date: 2000-12-08

Abstract

(57)【要約】【課題】組立作業効率を向上させることができる蓄熱装
置を提供する。【解決手段】内部に蓄熱材１６が充填された容器本体１
２と、蓄熱材１６を加熱するヒータ１８と、内部に水が
流されると共に、容器本体１２内に配設され、蓄熱材１
６と水との間で熱交換を行う伝熱管１７とを備えた蓄熱
装置１１において、前記伝熱管１７の導入管１７ａ及び
導出管１７ｂのうち、一方は容器本体１２の上壁１３
ａ, １４ａを介して、他方は容器本体１２の底壁１３
ｂ, １４ｂを介して外部に導出した。このため、伝熱管
１７の導入管１７ａ及び導出管１７ｂが容器本体１２の
側壁から導出される場合と異なり、伝熱管１７を容器本
体１２の上方から内部に収容可能となる。従って、蓄熱
装置１１の組立作業効率を向上させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、比熱の大きな物質
に熱を蓄えておき、後でこの顕熱を利用する蓄熱装置に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図４及び図５に示すように、蓄熱装置６
１の外部ケース６７内には、内部ケース６２がその全面
を断熱材６６にて覆われた状態で収容されている。内部
ケース６２内には伝熱管６３及びヒータ６４が配設され
ると共に、蓄熱材６５が充填されている。伝熱管６３及
びヒータ６４は内部ケース６２、断熱材６６及び外部ケ
ース６７を貫通して外部に導出されている。そして、ヒ
ータ６４を通電発熱させると、蓄熱材６５は加熱されて
蓄熱する。この状態で伝熱管６３の一方から水を供給す
ると、この水は蓄熱材６５の熱により加熱され、蒸気と
なって伝熱管６３の他方から噴出する。このようにし
て、蓄熱材６５に蓄えられた熱は外部に取り出される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、前記伝熱管
６３はコイル部６３ｃを有した螺旋状に形成されてお
り、同伝熱管６３の導入管６３ａ及び導出管６３ｂは、
内部ケース６２、断熱材６６及び外部ケース６７の側壁
を貫通して外部に導出されていた。このため、コイル部
６３ｃの外径と同コイル部６３ｃ外周からの導入出管６
３ａ, ６３ｂの突出長さとの合計の長さＤが、内部ケー
ス６２の内径ｄよりも大きくなって、製作時に伝熱管６
３を内部ケース６２の上方から収容することは困難であ
った。

【０００４】従って、蓄熱装置６１は次にようにして組
み立てられていた。即ち、まず図６に示すように、前記
内部ケース６２は半円筒状の第１及び第２ケース部材６
２ａ, ６２ｂから構成する。そして、伝熱管６３の導入
出管６３ａ, ６３ｂを第１ケース部材６２ａの側壁に形
成された挿通孔６２ｃに内側から挿通する。

【０００５】次に、ヒータ６４を第２ケース部材６２ｂ
上面の挿通孔６２ｄ, ６２ｄに内側から挿通する。そし
て、ヒータ６４のついた第２ケース部材６２ｂを第１ケ
ース部材６２ａの上方からヒータ６４が伝熱管６３内へ
入るように下方へ導き、両ケース部材６２ａ, ６２ｂを
１つのケース状に組み合わせる。

【０００６】この状態で両ケース６２ａ, ６２ｂ同士を
溶接にて固定し、蓄熱材６５（図６においては図示略）
を充填する。このようにして伝熱管６３は内部ケース６
２内に収容される。そして、前記外部ケース６７も半円
筒状の第１及び第２ケース部材６７ａ, ６７ｂに分割し
て構成し、前記内部ケース６２と同様に組み立てる。
尚、両ケース６７ａ, ６７ｂの内周には予め断熱材６６
を固着しておく。これで蓄熱装置６１の組立は完了す
る。

【０００７】ところが、前記蓄熱装置６１においては、
部品点数が増大すると共に、溶接等による固定箇所が多
いため、組立作業効率が低下するという問題点があっ
た。本発明は前記問題点を解決するためになされたもの
であって、その目的は、組立作業効率を向上させること
ができる蓄熱装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、内部に蓄熱材が充填された容器本体と、蓄熱材を加
熱する加熱手段と、内部に熱媒体が流されると共に、容
器本体内に配設され、蓄熱材と熱媒体との間で熱交換を
行う熱交換手段とを備えた蓄熱装置において、前記熱交
換手段の熱媒体導入部及び熱媒体導出部のうち、一方は
容器本体の上壁を介して、他方は容器本体の底壁を介し
て外部に導出したことをその要旨とする。

【０００９】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の発明において、前記熱交換手段の熱媒体導入部は容器
本体の底壁を介して、熱媒体導出部は容器本体の上壁を
介して外部に導出したことをその要旨とする。

【００１０】請求項３に記載の発明は、請求項１又は請
求項２に記載の発明において、前記熱交換手段の熱媒体
導入部及び熱媒体導出部の少なくとも一方は、容器本体
の上壁又は底壁の中心部を介して外部に導出したことを
その要旨とする。

【００１１】請求項４に記載の発明は、請求項１〜請求
項３のうちいずれか一項に記載の発明において、前記熱
交換手段は、螺旋状に形成したことをその要旨とする。
（作用）従って、請求項１に記載の発明においては、熱
交換手段の熱媒体導入部及び熱媒体導出部は容器本体の
上壁又は底壁を介して外部に導出される。このため、熱
交換手段の熱媒体導入部及び熱媒体導出部が容器本体の
側壁から導出される場合と異なり、熱交換手段を容器本
体の上方から内部に収容可能となる。従って、蓄熱装置
の組立作業効率は向上する。

【００１２】請求項２に記載の発明においては、請求項
１に記載の発明の作用に加えて、容器本体の下部から熱
媒体導入部を介して熱交換手段内に導入された熱媒体
は、蓄熱材に蓄えられた熱により加熱されて気体（蒸
気）となり、この気体は容器本体の上部から熱媒体導出
部を介して外部に導出される。即ち、容器本体の下部か
ら導入した熱媒体を、気体として容器本体の上部から導
出することは自然の理に適っている（蒸気は上方へ昇っ
ていく）。このため、気体の逆流防止用の逆止弁及び熱
媒体を循環させるポンプ等が不要となる。従って、部品
点数は低減され、構成が簡単になる。

【００１３】請求項３に記載の発明においては、請求項
１又は請求項２に記載の発明の作用に加えて、熱交換手
段の熱媒体導入部及び熱媒体導出部の少なくとも一方
は、容器本体の上壁又は底壁の中心部を介して外部に導
出される。容器本体の上壁又は底壁の中心を出すこと
（センター出し）は容易である。このため、熱媒体導入
部及び熱媒体導出部の導出位置の位置決めを簡単に行う
ことができる。従って、蓄熱装置の組立作業効率は向上
する。

【００１４】請求項４に記載の発明においては、請求項
１〜請求項３のうちいずれか一項に記載の発明の作用に
加えて、熱交換手段は螺旋状に形成される。このため、
熱交換手段と蓄熱材との接触面積、即ち熱交換手段の伝
熱面積が増大する。従って、熱交換効率は向上する。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明を蓄熱装置に具体化
した一実施形態を図１〜図３に従って説明する。

【００１６】図１及び図２に示すように、蓄熱装置１１
を構成する容器本体１２は、内部ケース１３及び外部ケ
ース１４を備えている。両ケース１３，１４はプレスに
よる絞り加工にて有底円筒状に形成されており、それぞ
れの上部開口部は蓋体１３ａ, １４ａにより閉鎖されて
いる。蓋体１３ａ, １４ａはボルト（図示略）により両
ケース１３，１４に固定されている。内部ケース１３
は、その外周全面がバルクファイバー等からなるシート
状の熱膨張緩和材Ｐ、及び同じくバルクファイバー等か
らなるブロック状の断熱材１５により覆われた状態で外
部ケース１４内に収容されている。

【００１７】前記内部ケース１３内には熱を蓄えるため
の蓄熱材１６が充填されており、同蓄熱材１６の上面と
内部ケース１３との間には所定の空隙Ｔが設けられてい
る。蓄熱材１６は、固体のマグネシア（酸化マグネシウ
ム）と、蓄熱温度域で液体化する硝酸塩（硝酸ナトリウ
ム、亜硝酸ナトリウム及び硝酸カリウム等の混合物）と
から構成されている。

【００１８】また、前記内部ケース１３内には伝熱管１
７及びヒータ１８が配設されており、同ヒータ１８の両
端はそれぞれスリーブ１９を介して両ケース１３, １４
の蓋体１３ａ, １４ａを貫通し、外部に導出されてい
る。伝熱管１７は一つの螺旋の内側又は外側にもう一つ
の螺旋が連続して形成された内外２重螺旋構造とされて
いる。そして、伝熱管１７の熱媒体導入部としての導入
管１７ａ及び熱媒体導出部としての導出管１７ｂは、そ
れぞれスリーブ１９を介して両ケース１３, １４の底壁
１３ｂ, １４ｂ及び蓋体１３ａ, １４ａの中心部を水密
状に貫通し、外部に導出されている。尚、前記蓋体１３
ａ, １４ａは容器本体１２の上壁を構成すると共に、底
壁１３ｂ, １４ｂは容器本体１２の底壁を構成する。

【００１９】次に、前記蓄熱装置１１の組立について図
３に従って説明する。（１−１）まず、外部ケース１４の底面及び内周に断
熱材１５を予め配設する。

【００２０】（１−２）次に、伝熱管１７及びヒータ
１８（図３においては図示略）を上方から内部ケース１
３内に収容すると共に、蓄熱材１６（図３においては図
示略）を充填する。そして、内部ケース１３の開口部を
蓋体１３ａにて閉鎖する。このとき、内部ケース１３の
蓋体１３ａ及び底壁１３ｂの中心部からは伝熱管１７の
導出管１７ｂ及び導入管１７ａがそれぞれ上下方向に突
出している。

【００２１】（１−３）次に、前記内部ケース１３の
外周全面を、熱膨張緩和材Ｐ（図３においては図示略）
にて何回か巻回することにより覆い、同内部ケース１３
を上方から外部ケース１４内に収容する。そして、内部
ケース１３上面に断熱材１５を配置し、外部ケース１４
の開口部を蓋体１４ａにて閉鎖する。

【００２２】（１−４）以上で蓄熱装置１１の組立は
完了となる。次に、前記蓄熱装置１１の作用について説
明する。前記ヒータ１８を通電発熱させると、蓄熱材１
６は加熱されて熱を蓄える。そして、蓄熱材１６が所定
の蓄熱温度に達すると、硝酸塩は融解し、マグネシア相
互の隙間、マグネシアとヒータ１８との隙間及びマグネ
シアと伝熱管１７との隙間が充填される。硝酸塩の融解
に伴う体積膨張は、蓄熱材１６の上面と内部ケース１３
との間の空隙Ｔにより許容される。

【００２３】蓄熱材１６に蓄えられた熱は内部ケース１
３には伝導するものの、内部ケース１３と外部ケース１
４との間に断熱材１５が介在されていることにより、蓄
熱装置１１外部への放熱は有効に防止される。また、内
部ケース１３の温度上昇に伴って、熱膨張緩和材Ｐが膨
張し、内部ケース１３と熱膨張緩和材Ｐ、及び熱膨張緩
和材Ｐと断熱材１５との間に形成されている若干の隙間
が充填される。このため、内部ケース１３と断熱材１５
とが直接接触している場合と異なり、内部ケース１３の
熱膨張による断熱材１５への負荷は軽減される。熱膨張
緩和材Ｐは加熱されて一旦膨張すると、冷却されて温度
が低くなってもその体積は元へは戻らず、クッションと
して機能する。この機能を得る熱膨張緩和材Ｐとして
は、ニチアス株式会社製商品名「バーモフレックス」
（商標）等が有効である。

【００２４】そして、伝熱管１７下方の導入管１７ａか
ら熱媒体としての水を供給すると、この水は伝熱管１７
を介して蓄熱材１６に蓄えられた熱により加熱され、蒸
気となって伝熱管１７上方の導出管１７ｂから噴出す
る。このようにして、蓄熱材１６に蓄えられた熱は外部
に取り出される。

【００２５】従って、本実施形態によれば、以下の効果
を得ることができる。・前記伝熱管１７の導入管１７ａ及び導出管１７ｂの
うち、一方は容器本体１２の蓋体１３ａ, １４ａを介し
て外部に導出すると共に、他方は容器本体１２の底壁１
３ｂ, １４ｂを介して外部に導出した。このため、伝熱
管１７のコイル部の外径が容器本体１２の内径ぎりぎり
に設定されている場合であっても、導入管１７ａ及び導
出管１７ｂが容器本体１２の開口部周縁に当たることは
ない。即ち、伝熱管１７は上方から挿入することによっ
て容器本体１２（内部ケース１３）内に収容される。従
って、蓄熱装置１１の組立作業効率を向上させることが
できる。

【００２６】・前記伝熱管１７の導入管１７ａは容器
本体１２の底壁１３ｂ, １４ｂを介して、又、導出管１
７ｂは蓋体１３ａ, １４ａを介してそれぞれ外部に導出
した。このため、容器本体１２の下部から導入管１７ａ
を介して伝熱管１７内に導入された水は、蓄熱材１６に
蓄えられた熱により加熱されて蒸気となり、この蒸気は
容器本体１２の上部から導出管１７ｂを介して外部に導
出される。即ち、容器本体１２の下部から導入した水
を、蒸気として容器本体１２の上部から導出することは
理に適っている。このため、蒸気の逆流防止用の逆止弁
（図示略）及び水を循環させるためのポンプ（図示略）
等が不要となる。従って、蓄熱装置１１の部品点数を低
減させることができる。

【００２７】・前記導入管１７ａ及び導出管１７ｂ
は、容器本体１２の蓋体１３ａ, １４ａ及び底壁１３
ｂ, １４ｂの中心部を介して外部に導出した。蓋体１３
ａ, １４ａ及び底壁１３ｂ, １４ｂの中心を出すこと
（センター出し）は容易である。このため、導入管１７
ａ及び導出管１７ｂの導出位置の位置決めを簡単に行う
ことができる。従って、蓄熱装置１１の組立作業効率を
向上させることができる。

【００２８】・前記伝熱管１７は内外２重螺旋構造と
した。このため、伝熱管１７と蓄熱材１６との接触面
積、即ち伝熱管１７の伝熱面積が増大する。従って、蓄
熱装置１１の熱交換効率を向上させることができる。

【００２９】・前記伝熱管１７の導入管１７ａ及び導
出管１７ｂは、内外ケース１３，１４及び断熱材１５の
曲面部分である側壁ではなく、平面部分である蓋体１３
ａ,１４ａ及び底壁１３ｂ, １４ｂを貫通させた。この
ため、図５に示すように、内外ケース１３，１４（図５
においては６２，６７）及び断熱材１５（図５において
は６６）の曲面に対して、斜めに導入管１７ａ及び導出
管１７ｂ（図５においては６３ａ，６３ｂ）用の挿通孔
を形成する必要がない。即ち、平面部分に比べて加工が
困難な曲面部分への加工は不要となる。従って、加工が
簡単となり、蓄熱装置１１の組立作業効率を向上させる
ことができる。

【００３０】・前記内外ケース１３，１４は、プレス
による絞り加工にて形成した。このため、複数のケース
部材（図示略）を溶接することによって内外ケース１
３，１４を形成する場合と異なり、内外ケース１３，１
４の形成が容易となる。従って、蓄熱装置１１の組立作
業効率を向上させることができる。

【００３１】尚、前記実施形態は以下のように変更して
実施してもよい。・本実施形態においては、内外ケース１３, １４を円
筒状に形成したが、円筒状以外に、例えば四角筒状等、
任意の多角筒形状に変更して形成もよい。このようにし
ても、導入管１７ａ及び導出管１７ｂを内外ケース１
３, １４の底壁１３ｂ, １４ｂ及び蓋体１３ａ, １４ａ
を介して導出することにより、伝熱管１７を内部ケース
１３の上方から収容することができる。従って、蓄熱装
置１１の組立作業効率を向上させることができる。

【００３２】・本実施形態においては、伝熱管１７を
内外２重螺旋構造としたが、１重螺旋構造としてもよ
い。このようにしても、導入管１７ａ及び導出管１７ｂ
を内外ケース１３, １４の底壁１３ｂ, １４ｂ及び蓋体
１３ａ, １４ａを介して導出することにより、伝熱管１
７を内部ケース１３の上方から収容することができる。
従って、蓄熱装置１１の組立作業効率を向上させること
ができる。

【００３３】・本実施形態においては、容器本体１
２、即ち内外ケース１３，１４をプレスによる絞り加工
にて形成したが、同内外ケース１３，１４を複数の部材
から構成し、これらを溶接等にて固定することによっ
て、内外ケース１３, １４を形成してもよい。このよう
にしても、有底円筒状の内部ケース１３を組み立てた
後、伝熱管１７を内部ケース１３の上方から収容するこ
とができる。従って、蓄熱装置１１の組立効率を向上さ
せることができる。

【００３４】・本実施形態においては、内部ケース１
３の外周全面を熱膨張緩和材Ｐにて覆ったが、同熱膨張
緩和材Ｐを省略してもよい。このようにしても、伝熱管
１７の内部ケース１３に対する組付手順には変化なく、
蓄熱装置１１の組立作業効率を向上させることができ
る。

【００３５】次に、本実施形態から把握できる請求項記
載発明以外の技術的思想について、以下にそれらの効果
と共に記載する。・前記容器本体（１２）は円筒状に形成した請求項１
〜請求項５のうちいずれか一項に記載の蓄熱装置。この
ようにすれば、容器本体を角筒状に形成した場合と異な
り、同角筒状の容器本体四隅の蓄熱にあまり寄与しない
余分な蓄熱材を節約することができ、蓄熱装置のコスト
ダウンを図ることができる。

【００３６】・前記容器本体（１２）は、複数の部材
を溶接固定することにより形成した請求項１〜請求項５
のうちいずれか一項に記載の蓄熱装置。このようにして
も、容器本体の組立後、熱交換手段を容器本体の内部に
上方から収容することが可能となり、蓄熱装置の組立効
率を向上させることができる。

【００３７】

【発明の効果】請求項１に記載の発明によれば、熱交換
手段を容器本体の上方から内部に収容可能となることに
より、蓄熱装置の組立作業効率を向上させることができ
る。

【００３８】請求項２に記載の発明によれば、請求項１
に記載の発明の効果に加えて、気体の逆流防止用の逆止
弁及び熱媒体を循環させるポンプ等が不要となることに
より、構成を簡単にすることができる。

【００３９】請求項３に記載の発明によれば、請求項１
又は請求項２に記載の発明の効果に加えて、容器本体の
上壁又は底壁の中心を出すことは容易であることによ
り、熱交換手段の位置決めを簡単に行うことができる。

【００４０】請求項４に記載の発明によれば、請求項１
〜請求項３のうちいずれか一項に記載の発明の効果に加
えて、熱交換手段の伝熱面積が増大することにより、蓄
熱装置の熱交換効率を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施形態における蓄熱装置の正断面図。

【図２】図１における１−１線断面図。

【図３】本実施形態における蓄熱装置の概略分解斜視
図。

【図４】従来の蓄熱装置の正断面図。

【図５】図４における２−２線断面図。

【図６】（ａ）, （ｂ）は、従来の蓄熱装置の概略分
解斜視図。

【符号の説明】

１１…蓄熱装置、１２…容器本体、１３…内部ケース、
１３ａ…上壁を構成する蓋体、１３ｂ…底壁、１４…外
部ケース、１４ａ…上壁を構成する蓋体、１４ｂ…底
壁、１５…断熱材、１６…蓄熱材、１７…伝熱管（熱交
換手段）、１７ａ…導入管（熱媒体導入部）、１７ｂ…
導出管（熱媒体導出管）、１８…ヒータ（加熱手段）、
Ｐ…熱膨張緩和材。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内部に蓄熱材（１６）が充填された容器
本体（１２）と、蓄熱材（１６）を加熱する加熱手段
（１８）と、内部に熱媒体が流されると共に、容器本体
（１２）内に配設され、蓄熱材（１６）と熱媒体との間
で熱交換を行う熱交換手段（１７）とを備えた蓄熱装置
（１１）において、前記熱交換手段（１７）の熱媒体導入部（１７ａ）及び
熱媒体導出部（１７ｂ）のうち、一方は容器本体（１
２）の上壁（１３ａ）を介して、他方は容器本体（１
２）の底壁（１３ｂ）を介して外部に導出した蓄熱装
置。
【請求項２】前記熱交換手段（１７）の熱媒体導入部
（１７ａ）は容器本体（１２）の底壁（１３ｂ）を介し
て、熱媒体導出部（１７ｂ）は容器本体（１２）の上壁
（１３ａ）を介して外部に導出した請求項１に記載の蓄
熱装置。
【請求項３】前記熱交換手段（１７）の熱媒体導入部
（１７ａ）及び熱媒体導出部（１７ｂ）の少なくとも一
方は、容器本体（１２）の上壁（１３ａ）又は底壁（１
３ｂ）の中心部を介して外部に導出した請求項１又は請
求項２に記載の蓄熱装置。
【請求項４】前記熱交換手段（１７）は、螺旋状に形
成した請求項１〜請求項３のうちいずれか一項に記載の
蓄熱装置。