JP2000356487A

JP2000356487A - 蓄熱システム

Info

Publication number: JP2000356487A
Application number: JP11165448A
Authority: JP
Inventors: Kiyoo Kobayashi; 清男小林
Original assignee: Yuki KK
Current assignee: Yuki KK
Priority date: 1999-06-11
Filing date: 1999-06-11
Publication date: 2000-12-26

Abstract

(57)【要約】【課題】蓄熱材の加熱温度又は蓄熱温度を高温に設定
し、蓄熱材の全体容積を低減し、小型且つ軽量な蓄熱シ
ステムを提供する。【解決手段】蓄熱装置１は、蓄熱ユニット１０と、蓄
熱体と伝熱接触可能な一次熱媒体流体（不活性ガス）
と、一次熱媒体流体が循環可能な循環流路と、蓄熱ユニ
ット、一次熱媒体流体及び循環流路を収容可能なケーシ
ング２とを有する。蓄熱ユニットは、通電時に発熱可能
な導電性発熱体と、発熱体の発熱により加熱される蓄熱
材とを備える。蓄熱装置は、一次熱媒体流体が対流可能
な対流部Ｃを有する。一次熱媒体流体が保有する顕熱を
二次熱媒体流体に伝熱する熱交換装置２０が、対流部に
配設される。一次熱媒体流体は、蓄熱材との伝熱接触に
より高温に加熱され、二次熱媒体流体（不活性ガス）と
熱交換して冷却し、二次熱媒体流体は、ケーシング外に
導出され、空調用又は給湯用の三次熱媒体流体（温水）
と熱交換して冷却する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、蓄熱システムに関
するものであり、より詳細には、比較的小型且つ軽量に
設計可能な建築設備の蓄熱システムに関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】夜間電力又は廃熱回収式発電システム等
の比較的廉価な電力を熱エネルギーとして蓄熱する蓄熱
システムが、電力負荷の平準化、或いは、電力ピークの
軽減等の見地より、近年において殊に注目されている。
例えば、氷蓄熱式空調システムは、比較的安価な深夜電
力を利用して氷蓄熱を行い、冷房熱源の昼間負荷を部分
的に補償し、また、深夜電力利用型の貯湯式給湯器は、
深夜電力を電気ヒータに通電し、昼間の温水需要に備え
て、６０℃〜８０℃程度の温水を夜間に比較的多量に貯
留する。

【０００３】このような蓄熱システムの蓄熱手段とし
て、本願発明者は、１００℃以上の温度で蓄熱可能な蓄
熱材を備えた構成の蓄熱装置を提案している（特開平８
−１１０１８５号公報）。この形式の蓄熱装置は、蓄熱
用熱交換部及び取熱用熱交換部を有し、蓄熱材は、蓄熱
用熱交換部より受熱した熱エネルギーを蓄熱するととも
に、蓄熱した熱エネルギーを取熱用熱交換部の熱媒体に
伝熱する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】この種の蓄熱装置にお
いては、入熱した熱エネルギーを高効率に蓄熱する蓄熱
性能が重視されるとともに、蓄熱した熱エネルギーを高
効率に放熱する放熱性能が重視される。しかしながら、
蓄熱性能及び放熱性能を重視し、蓄熱材の伝熱面積を増
大させる結果として、蓄熱装置のサイズは、一般に大形
化し、これに伴って蓄熱装置の重量は、増大してしま
う。これに対し、一般的な建築空調設備は、建築物の規
模的な制約等のために各種の制限を受けることから、実
際に採用可能な蓄熱装置のサイズ及び重量は、小型且つ
軽量に設計しなければならない。

【０００５】また、蓄熱装置の蓄熱能力を向上するに
は、蓄熱材単体の蓄熱能力を向上させるばかりでなく、
蓄熱材の蓄熱温度を高温に設定する必要が生じる。しか
しながら、空調用又は給湯用の熱媒体流体、例えば、温
水は、４０℃〜８０℃程度の温度範囲に一般に設計され
るので、熱媒体流体と伝熱接触する蓄熱体の温度を所望
の如く高温に設定し難い事情がある。

【０００６】本発明は、かかる事情に鑑みてなされたも
のであり、その目的とするところは、蓄熱材の加熱温度
又は蓄熱温度を高温に設定し、蓄熱材の全体容積を低減
し、小型且つ軽量な蓄熱システムを提供することにあ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段及び作用】本発明は、上記
目的を達成すべく、導電性発熱体を有する蓄熱システム
において、通電時に発熱可能な導電性発熱体と、該発熱
体の発熱により加熱される蓄熱体と、該蓄熱体と伝熱接
触可能な一次熱媒体流体と、該一次熱媒体流体が循環可
能な循環流路と、前記発熱体、蓄熱体、一次熱媒体流体
及び循環流路を収容可能なケーシングとを有し、前記一
次熱媒体流体は、前記蓄熱体との伝熱接触により高温に
加熱され、空調用又は給湯用の二次熱媒体流体と熱交換
して冷却することを特徴とする蓄熱システムを提供す
る。

【０００８】本発明の上記構成によれば、夜間電力等の
比較的廉価な電力を導電性発熱体に通電し、蓄熱体を加
熱することにより、昼間時又は電力消費ピーク時等の熱
需要に備えて比較的多量の熱エネルギーを夜間又は建築
設備停止時に蓄熱することができる。蓄熱体は、一次熱
媒体流体と伝熱接触し、一次熱媒体流体に放熱し、一次
熱媒体流体は、二次熱媒体流体との熱交換作用により、
二次熱媒体流体を加熱する。このような構成によれば、
二次熱媒体流体、即ち、建築設備が要求する比較的低温
（例えば、４０℃〜８０℃）の熱媒体流体は、一次熱媒
体流体を介して蓄熱体の熱エネルギーを受熱する。蓄熱
体の加熱温度は、一次熱媒体流体の適当な流量設定及び
温度設定により、例えば、５００℃以上の高温域に設定
することができ、この結果、蓄熱体の全体容積を低減す
ることが可能となる。

【０００９】本発明は又、導電性発熱体を有する蓄熱シ
ステムにおいて、通電時に発熱可能な導電性発熱体と、
該発熱体の発熱により加熱される蓄熱体と、該蓄熱体と
伝熱接触可能な一次熱媒体流体と、該一次熱媒体流体が
循環可能な循環流路と、前記発熱体、蓄熱体、一次熱媒
体流体及び循環流路を収容可能なケーシングとを有し、
前記一次熱媒体流体は、前記蓄熱体との伝熱接触により
高温に加熱され、二次熱媒体流体と熱交換して冷却し、
前記二次熱媒体流体は、ケーシング外に導出され、空調
用又は給湯用の三次熱媒体流体と熱交換して冷却するこ
とを特徴とする蓄熱システムを提供する。

【００１０】本発明の上記構成によれば、蓄熱体は、一
次熱媒体流体と伝熱接触し、一次熱媒体流体に放熱し、
一次熱媒体流体は、二次熱媒体流体との熱交換作用によ
り、二次熱媒体流体を加熱し、更に、二次熱媒体流体
は、三次熱媒体流体と熱交換して三次熱媒体流体を加熱
する。このような構成によれば、建築設備に供給すべき
比較的低温の三次熱媒体流体と、蓄熱体により加熱され
る高温の一次熱媒体流体との温度差を広範に設定し得る
ので、蓄熱体の加熱温度をかなりの高温域に設定し、蓄
熱体の全体容積を大幅に低減することが可能となる。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明の好適な実施形態によれ
ば、蓄熱システムは、一次熱媒体流体が対流可能な対流
部を有し、一次熱媒体流体が保有する顕熱を二次熱媒体
流体に伝熱する熱交換装置が、対流部に配設される。蓄
熱体の熱エネルギーを受熱した高温の一次熱媒体流体
は、熱交換装置を流通する二次熱媒体流体と熱交換し、
二次熱媒体流体を所望の温度に加熱する。ケーシング内
における一次熱媒体流体の循環は、好ましくは、ケーシ
ング内雰囲気の温度勾配による対流によって生じる。し
かしながら、ケーシング内に強制循環ファンを配設し、
或いは、ケーシング内雰囲気に圧力差を生起する圧力制
御手段を設け、強制循環流をケーシング内に形成しても
良い。二次熱媒体流体の循環回路は、流体ポンプ等の流
体圧送装置を備え、熱交換装置の熱交換量は、好ましく
は、流体圧送装置の流量制御により可変制御される。二
次熱媒体流体として空調・給湯用温水を使用し、或い
は、二次熱媒体流体を更に三次熱媒体流体と熱交換し、
三次熱媒体流体として空調・給湯用温水を使用しても良
い。後者の実施形態では、二次熱媒体流体の循環回路を
ヒートパイプ形式の熱移動装置として構成することも可
能である。

【００１２】本発明の他の好適な実施形態によれば、蓄
熱システムは、一次熱媒体流体をケーシング外に導出可
能な外部循環回路を有し、外部循環回路には、一次熱媒
体流体と二次熱媒体流体との熱交換を行う熱交換装置が
介装される。蓄熱体の熱エネルギーを受熱した高温の一
次熱媒体流体は、ケーシング外に導出され、熱交換装置
を流通する二次熱媒体流体と熱交換し、二次熱媒体流体
を所望の温度に加熱する。熱交換装置を二次熱媒体流体
の貯留槽のヒーター、例えば、温水貯留タンクの内蔵ヒ
ーターとして構成しても良い。外部循環回路は、強制循
環ファン、ブロアー、エアーポンプ等の回転式又はピス
トン式流体圧送装置を備え、熱交換装置の熱交換量は、
好ましくは、流体圧送装置の流量制御により可変制御さ
れる。

【００１３】好適には、蓄熱体は、垂直な筒体と、筒体
を加熱する電気抵抗発熱線と、前記筒体内に充填された
多数の球形、ペレット形、ナゲット形又は小片形蓄熱材
とを有し、蓄熱材同士の間隙は、一次熱媒体流体が流通
可能な狭小流路を形成する。一次熱媒体流体は、温度勾
配による自然対流作用、或いは、強制対流装置の強制循
環圧力の下で筒体内の流路を上昇し、蓄熱材に伝熱接触
する。本発明の好適な実施形態において、筒体は、内筒
及び外筒からなる２重管構造を有し、通電時に発熱する
ニクロム線等の電気抵抗発熱線が、螺旋状に内筒及び外
筒の間に巻回される。好ましくは、電気抵抗発熱線を少
なくとも部分的に収容可能な連続溝が内筒の外周面及び
／又は外筒の内周面に刻設される。他の好適な実施形態
において、外筒は、内筒の外周面に整合可能な半円状断
面の部材に分割され、各部材は、内筒の外面を覆うよう
に内筒外面を実質的に全周に亘って被覆する。

【００１４】更に好ましくは、複数の蓄熱体を収容可能
な内部ケーシングが、ケーシング内に配置され、多数の
球形、ペレット形、ナゲット形又は不定型小片形の蓄熱
材が、筒体の外側に放熱された熱エネルギーを蓄熱する
ように各蓄熱体同士の間の間隙に充填される。筒体とし
て、セラミック焼成体を好適に使用し、蓄熱材として、
アルミナ、ムライト、ジルコニア等のセラミックス材
料、耐火断熱煉瓦の小片、或いは、比較的高い蓄熱性能
を有する金属粉末又は金属片等を好適に使用し得る。外
筒は、キャスタブル耐火・断熱材料、繊維質の耐火・断
熱材料等の被覆材により形成しても良い。また、蓄熱材
の加熱温度に応じて、セラミックス材料、耐火材料及び
／又は金属材料等の各種素材を適当に混合した混合材料
を蓄熱材として使用しても良い。

【００１５】本発明の好ましい実施形態において、一次
及び二次熱媒体流体として、アルゴンガス、窒素ガス等
の不活性ガスが、使用される。二次熱媒体流体として、
空気、水蒸気等の気体、或いは、オイル等の液体を使用
することも可能である。また、二次又は三次熱媒体流体
として、空調用又は給湯用の温水を好適に使用し得る
が、空気を二次熱媒体流体として使用しても良い。

【００１６】好適には、上記ケーシングは、耐火断熱煉
瓦、キャスタブル耐火材、パーライト、セラミックス、
金属パネル等の各種素材を適当に積層又は組合せた多層
構造の壁体により形成される。壁体は、中間層として、
中空層又は真空層を備えても良い。

【００１７】

【実施例】以下、添付図面を参照して、本発明の好適な
実施例について詳細に説明する。図１は、本発明の第１
実施例に係る蓄熱装置の全体構成を概略的に示すブロッ
クフロー図である。

【００１８】蓄熱装置１は、一次熱媒体流体としてアル
ゴンガス等の不活性ガスを封入した外装ケーシング２を
有し、ケーシング２内には、複数の蓄熱ユニット１０を
収容した内部ケーシング５０が配置される。各蓄熱ユニ
ット１０は、電熱線及び蓄熱体を備え、電熱線は、電力
供給ラインＥに接続される。電熱線は、通電時に発熱
し、蓄熱体を約７００℃〜１２００℃の高温域に加熱す
る。各蓄熱ユニット１０は、下面開口部及び上面開口部
を有する垂直流路１５を備え、不活性ガスは、各蓄熱ユ
ニット１０の下端部から垂直流路１５内に流入し、蓄熱
体と伝熱接触しつつ垂直流路１５内を上昇し、各蓄熱ユ
ニット１０の上端部から流出する。不活性ガスは、蓄熱
体との伝熱接触によって約６００℃〜１１００℃の高温
域に加熱される。

【００１９】ケーシング５０の上方域には、不活性ガス
の対流部Ｃが形成され、伝熱コイル型の内部熱交換装置
２０が、対流部Ｃに配置される。内部熱交換装置２０
は、蓄熱ユニット１０から流出した高温の不活性ガスと
伝熱接触し、熱交換装置２０を流通する二次熱媒体流体
を約５００℃〜９００℃の高温域に加熱する。二次熱媒
体流体としてアルゴンガス等の不活性ガスが使用され
る。ケーシング５０内の不活性ガス（一次熱媒体流体）
は、熱交換装置２０の熱交換作用により冷却し、ケーシ
ング５０内の領域を流下し、蓄熱ユニット１０の下端部
から垂直流路１５内に流入し、かくして、不活性ガス
（一次熱媒体流体）の循環回路がケーシング５０内に形
成される。

【００２０】高温の二次熱媒体流体をケーシング５０外
に導出する高温流体管路ＨＬが、内部熱交換装置２０の
流出部に接続され、高温流体管路ＨＬは、ケーシング２
を貫通し、外部熱交換装置４０に接続される。外部熱交
換装置４０は、流体連通管Ｌ１を介して外部熱交換装置
４１に接続され、外部熱交換装置４１は、流体連通管Ｌ
２を介して流体圧送装置４２に接続される。圧送装置４
２の送出口は、低温流体管路ＣＬに接続され、低温流体
管路ＣＬは、ケーシング２を貫通し、内部熱交換装置２
０の流入部に接続される。

【００２１】温水供給管ＨＰ及び温水還流管ＣＰが外部
熱交換装置４０に接続される。温水供給管ＨＰ及び温水
還流管ＣＰは、ファンコイルユニット、床暖房装置又は
熱輻射パネル等の暖房機器の温水循環配管と連通し、建
築物の暖房用温水循環系を構成する。給水管ＣＷが外部
熱交換装置４１に接続され、給湯用温水配管ＨＷが、外
部熱交換装置４１の温水流出部に接続される。温水配管
ＨＷは、建築物の給湯用温水供給系を構成する。温水還
流管ＣＰを介して熱交換装置４０に還流した比較的低温
の温水は、高温の熱媒体流体との熱交換によって６０℃
〜８０℃程度の温度に加熱され、温水供給管ＨＰに送出
される。他方、熱交換装置４１に供給された給水管ＣＷ
の給水は、高温の熱媒体流体との熱交換作用により、６
０℃程度の温度に加熱され、温水配管ＨＷを介して、建
築物の各給湯機器に供給される。各温水流路ＨＰ、Ｃ
Ｐ、ＨＷの温水は、三次熱媒体流体を構成する。

【００２２】圧力調整装置３０が、連通管３１を介して
ケーシング２に接続され、圧力調整装置４５が、分岐管
Ｌ３を介して流体連通管Ｌ２に接続される。圧力調整装
置３０は、ケーシング２の内部雰囲気と連通し、ケーシ
ング２内の不活性ガスの容積変化を補償し、他方、圧力
調整装置４５は、熱媒体循環回路ＨＬ、Ｌ１、Ｌ２、Ｃ
Ｌの熱媒体流路と連通し、二次熱媒体流体の容積変化を
補償する。圧力調整装置３０、４５は、圧力変動を吸収
可能な内部容積を有する中空の膨張タンク、或いは、圧
力調整弁又はダイアフラム等の調圧手段を備えた圧力調
整タンクからなる。

【００２３】図２は、図１に示す蓄熱装置１の縦断面図
であり、図３(A) 及び図４(A) は、図２のIII-III 線及
びIV-IV 線における蓄熱装置１の断面図である。

【００２４】図２に示す如く、外装ケーシング２は、外
壁３、中間壁４、内壁５及び内装壁面パネル６からなる
４層構造の壁体を備え、壁体は、全体的に直方体の外形
輪郭を有する。外壁３は、所望の断熱性能を有する断熱
材、例えば、パーライト板からなり、中間壁４は、セラ
ミック板、耐火断熱煉瓦又は無機質系の耐熱性断熱材か
らなり、また、内壁５は、耐火煉瓦等の耐火材からな
る。内装壁面パネル６の底壁及び天井壁は、内壁５の底
面及び天井面に密着するステンレス板からなり、内装壁
面パネル６の側壁は、内壁５の内壁面から離間したステ
ンレス板からなる。なお、真空層を壁体内の適所に形成
しても良い。

【００２５】ケーシング２の頂壁には、搬送装置のクレ
ーンフック等に係止可能な搬送用吊環７が取付けられ、
ケーシング２の下部には、複数の圧力調整装置３０を収
容可能な付帯設備収容域８が配設される。付帯設備収容
域８は、ステンレスパネル等の金属パネルによって画成
され、複数の脚部９が、金属パネルの下面に取付けられ
る。

【００２６】内部ケーシング５０は、底壁５１、頂壁５
２及び側壁５３からなり、全体的に直方体の外形輪郭を
有する。側壁５３は、耐火断熱煉瓦からなり、所定数
（本例では、２５本）の蓄熱ユニット１０を収容可能な
領域を外装ケーシング２内に画成する。底壁５１及び頂
壁５２は、各蓄熱ユニット１０の下端面及び上端面に係
合可能なセラミック板からなり、蓄熱ユニット１０を所
定位置に垂直に支持する。

【００２７】底壁５１は、内装壁面パネル６の底面から
僅かに離間し、不活性ガスの流動域６０を底壁５１と内
装壁面パネル６（底面）との間に形成する。図３(A) に
示す如く、５行５列に整列配置した円形保持部５４が、
底壁５１の上面に形成される。保持部５４は、図３(B)
に示す如く、蓄熱ユニット１０の下端部を収容可能な円
形凹部からなる。保持部５４には、蓄熱ユニット１０の
回止め手段を構成する一対の凸部５５が形成され、凸部
５５は、図３(C) に示す如く、蓄熱ユニット１０の下端
部に形成された一対の凹部１３と係合する。複数の流体
連通孔５６が、保持部５４の中央領域に所定間隔を隔て
て配置され、一対の電熱線貫通孔５７が、保持部５４の
外周領域に配置される。流体連通孔５６は、蓄熱ユニッ
ト１０の垂直流路１５と流動域６０とを相互連通させ
る。なお、底壁５５の角部には、高温流体管路ＨＬ及び
低温流体管路ＣＬを挿通可能な配管貫通孔７０、７１が
穿設される。

【００２８】図４(A) に示す如く、５行５列に整列配置
した円形保持部５８が、頂壁５２の下面に形成される。
保持部５８は、図４(B) に示す如く、蓄熱ユニット１０
の上端部を収容可能な円形凹部からなる。各保持部５８
は、底壁５１の各保持部５４と相応する位置に位置決め
される。複数の流体連通孔５９が、保持部５８の中央領
域に所定間隔を隔てて配置される。頂壁５２の上方に
は、対流部Ｃが画成され、蓄熱ユニット１０の垂直流路
１５は、流体連通孔５９を介して対流部Ｃと連通する。
なお、頂壁５２の角部には、高温流体管路ＨＬ及び低温
流体管路ＣＬを挿通可能な配管貫通孔７２、７３が穿設
される。

【００２９】図５は、図２のＶ−Ｖ線における蓄熱装置
１の断面図である。内部熱交換装置２０は、低温流体管
路ＣＬに連通する低温ヘッダー管２１と、高温流体管路
ＨＬに連通する高温ヘッダー管２２と、ヘッダー管２
１、２２の間に延在する多数の受熱管２３とから構成さ
れる。受熱管２３は、熱交換装置２０の伝熱面積を増大
する多数の伝熱フィン２４を有する。比較的低温の熱媒
体流体が、低温ヘッダー管２２を介して低温流体管路Ｃ
Ｌから各受熱管２３の流体通路に導入される。頂壁５２
の流体連通孔５９から対流部Ｃに流出した不活性ガス
は、受熱管２３及び伝熱フィン２４と伝熱接触し、不活
性ガスが保有する顕熱は、伝熱フィン２４及び受熱管２
３の管壁に熱伝達し、受熱管２３内を流通する二次熱媒
体流体を高温域（５００℃〜９００℃）に加熱する。高
温の熱媒体流体は、高温ヘッダー管２１において合流
し、高温流体管路ＨＬに送出される。

【００３０】熱交換装置２０を収容した内部ケーシング
５０の上方域（対流部Ｃ）と、内部ケーシング５０の下
側に形成された流動域６０（図２）とを相互連通する多
数の垂直流路８０が、所定間隔を隔てて側壁５３の外面
に配置される。垂直流路８０は、側壁５３の外面に刻設
され且つ内装壁面パネル６によって閉塞した方形断面の
垂直溝からなり、側壁５３の全高に亘って延在する。

【００３１】図６(A) は、蓄熱ユニット１０の部分破断
縦断面図であり、図６ (B)は、蓄熱ユニット１０の横断
面図である。また、図６ (C)は、蓄熱ユニット１０の電
熱線収容溝の構成を示す部分拡大断面図である。

【００３２】各蓄熱ユニット１０は、外筒１１及び内筒
１２からなる二重管構造を有し、内筒１２の内部中空域
は、垂直流路１５を構成する。外筒１１は、内径約１０
０mmの円筒形セラミックス管からなり、内筒１２は、内
径約８０mmの円筒形セラミックス管からなり、外筒１１
の内部中空域に挿入される。内筒１２の外径は、外筒１
１の内径よりも僅かに小さく設定され、内筒１２の挿入
作業に要する所定のクリアランス（間隙）が確保され
る。所望により、キャスタブル耐火材等の耐火・耐熱材
料が、外筒１１及び内筒１２の間の間隙に充填される。

【００３３】多数の球形蓄熱材１４が、垂直流路１５内
に充填される。球形蓄熱材１４は、直径８mm程度のセラ
ミックスボールからなり、球形蓄熱材１４同士の間隙
は、内筒１２の全長に亘って延びる多数の狭小流路を形
成する。所望により、セラミックボールの落下を阻止す
る網体が垂直流路１５の下端部に張設される。

【００３４】図５及び図６に示す如く、比較的小径の球
形蓄熱材１８が、蓄熱ユニット１０の間に充填される。
球形蓄熱材１８は、直径２mm程度の小径のセラミックス
ボールからなり、蓄熱ユニット１０の間に形成される間
隙に比較的密実に充填される。

【００３５】図６(C) に示す如く、電熱線１６を埋設可
能な螺旋状の連続溝１７が内筒１２の外周面に刻設され
る。電熱線１６は、通電時に発熱するニクロム線等の電
気抵抗導線からなり、溝１７内に収容される。電熱線１
６の各端部は、電熱線貫通孔５７を貫通する。

【００３６】図７は、流動域６０に配置された電極６
１、６２の構造を示す平面図である。対をなす第１及び
第２電極６１、６２が、電熱線貫通孔５６の配列に相応
して流動域６０に延在する。各電極６１、６２の端部に
は、電力供給ラインを構成する給電線６３、６４の一端
が接続され、給電線６３、６４の他端は、外装ケーシン
グ２を貫通して遠隔制御ユニット（仮想線で示す）に接
続される。遠隔制御ユニットは、タイマー及び温度制御
装置等を備え、蓄熱装置１の作動を制御する。例えば、
制御ユニットは、予め設定された所望の作動パターンに
従って電極６１、６２に電力を供給し、電熱線１６に作
動電圧を印加する。

【００３７】制御ユニットは、ケーシング２の内部温度
及び内部圧力を検出する温度検出器及び圧力検出器（図
示せず）に接続されるとともに、温水流路ＨＰ、ＣＰ、
ＨＷの温水温度を検出する水温検出器に接続される。制
御ユニットは、各検出器の検出値に基づいて各電極６
１、６２に印加する電圧を可変制御するとともに、流体
圧送装置４２の作動を可変制御する。制御ユニットは
又、ケーシング２の内部温度及び内部圧力が異常上昇し
たとき、蓄熱ユニット１の作動を停止する非常停止手段
を有する。安全装置として、異常高温を検出するサーモ
スタット又は安全温度ヒューズ等を蓄熱装置１に配設し
ても良い。

【００３８】次に、上記蓄熱装置１の作動を説明する。
遠隔制御ユニットは、夜間等の所定の時間帯に電極６
１、６２に電力を供給し、電熱線１６に通電する。電熱
線１６は発熱し、電熱線１６の発熱量は、内筒１２及び
球形蓄熱材１４に伝熱する。この結果、内筒１２の内周
面及び球形蓄熱材１４の外面の温度は、約１０００℃程
度の温度に上昇するとともに、電熱線１６の発熱エネル
ギーは、内筒１２及び球形蓄熱材１４に蓄熱される。電
熱線１６の発熱エネルギーは又、外筒１１及び球形蓄熱
材１８に伝熱し、外筒１１及び球形蓄熱材１８に蓄熱さ
れる。

【００３９】垂直流路１５と流動域６０と間に温度差が
生じ、流動域６０の不活性ガス（一次熱媒体流体）は、
循環圧力として作用する垂直流路１５及び流動域６０の
温度勾配に従って上昇し、流体連通孔５６から垂直流路
１５内に誘引される。不活性ガスは、内筒１２の内周面
及び球形蓄熱材１４の外面に伝熱接触し、内筒１２及び
球形蓄熱材１４と不活性ガスとの熱伝導作用により、内
筒１２及び球形蓄熱材１４が保有する顕熱を受熱し、９
００℃程度の高温域に昇温する。不活性ガスの上昇推進
力として働く垂直流路１５内の温度勾配により、不活性
ガスは、球形蓄熱材１４の間の間隙（狭小流路）を上昇
し、頂壁５２の流体連通孔５９を介して内部ケーシング
５０の上方域（対流部Ｃ）に流出する。

【００４０】高温の不活性ガスは、内部熱交換装置２０
に伝熱接触し、熱交換装置２０を循環する二次熱媒体流
体との熱交換作用により降温する。対流部Ｃの不活性ガ
スは、流動域６０の減圧に相応して垂直流路８０に誘引
され、垂直流路８０を流下して流動域６０に流出する。

【００４１】かくして、不活性ガス（一次熱媒体流体）
の循環回路がケーシング２の内部に形成され、ケーシン
グ２内の不活性ガスが保有する顕熱は、熱交換装置２０
を流通する二次熱媒体流体（不活性ガス）に伝熱する。
熱交換装置２０によって８００℃程度の高温域に加熱さ
れた二次熱媒体流体は、流体圧送装置４２の誘引圧力下
に高温流体管路ＨＬを介して外部熱交換装置４０、４１
を流通し、低温流体管路ＣＬを介して、内部熱交換装置
２０に還流する。二次熱媒体流体は、外部熱交換装置４
０、４１において、温水還流管ＣＰ及び給水管ＣＷの低
温水と熱交換し、低温水を所望の温度域（４０℃〜８０
℃）の温水（三次熱媒体流体）に加熱する。三次熱媒体
流体は、建築物の暖房機器又は給湯機器に供給される。

【００４２】図８は、本発明の第２実施例に係る蓄熱装
置の全体構成を概略的に示すブロックフロー図であり、
図９(A) 及び図９ (B)は、図８に示す蓄熱ユニットの部
分破断縦断面図及び横断面図である。図８及び図９にお
いて、上記第１実施例の各構成要素と実質的に同一の構
成要素については、同一の参照符号が付されている。

【００４３】図８に示す蓄熱装置において、アルゴンガ
ス等の不活性ガスからなる一次熱媒体流体は、流体圧送
装置４２の誘引圧力下にケーシング２から高温流体管路
ＨＬに導出される。一次熱媒体流体は、高温流体管路Ｈ
Ｌを介して外部熱交換装置４０を流通し、低温流体管路
ＣＬを介して、内部熱交換装置２０に還流する。外部熱
交換装置４０は、比較的多量の温水（二次熱媒体流体）
を貯湯可能な貯湯槽４８内に配置され、一次熱媒体流体
は、貯湯槽４８内の温水と熱交換し、温水温度を所望の
温度域（４０℃〜８０℃）に加熱する。圧力調整装置４
９は、連通管Ｌ４を介して貯湯槽４８に接続される。

【００４４】蓄熱装置１の各蓄熱ユニット１０は、図９
に示す如く、外筒１１及び内筒１２からなる二重管構造
を有し、内筒１２の内部中空域には、垂直上昇流路９１
を備えた円盤形の蓄熱材９０が挿入される。蓄熱材９０
は、アルミナ又はムライト等のセラミックス焼成品から
なり、内筒１２の内部に多層に積層され、上昇流路９１
は、内筒１２の全高に亘って延びる垂直な流体通路を形
成する。上昇流路９１は、所定の角度間隔を隔てて放射
状に延びるスリット９２と、スリット９２の先端部に形
成された円形の拡大開口部９３とを有する。上昇流路９
１及び拡大開口部９３の中心軸線は、底壁５１の流体連
通孔５６及び頂壁５２の流体連通孔５９に整合する位置
に位置決めされる。スリット９２及び拡大開口部９３
は、蓄熱材９０と不活性ガス（一次熱媒体流体）との伝
熱接触面積を増大し、蓄熱材９０の放熱能力を向上させ
る。

【００４５】また、電熱線１６の径に相応する間隙９５
が、外筒１１の内周面及び内筒１２の外周面の間に形成
される。電熱線１６は、外筒１１及び内筒１２に伝熱接
触し、外筒１１及び内筒１２を加熱する。所望により、
キャスタブル耐火材等の耐火・耐熱材料が、間隙９５に
充填される。

【００４６】その他の蓄熱装置１の構成は、上述の第１
実施例の蓄熱装置と実質的に同一であるので、更なる詳
細な説明は省略する。以上、本発明の好適な実施例につ
いて詳細に説明したが、本発明は上記実施例に限定され
るものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の
範囲内で種々の変形又は変更が可能であり、該変形例又
は変更例も又、本発明の範囲内に含まれるものであるこ
とは、いうまでもない。

【００４７】例えば、図１０に示す如く、蓄熱ユニット
１０の外筒１１を半円状断面の部材１１ａ、１１ｂによ
り構成しても良い。各半円状部材１１ａ、１１ｂは、内
筒１２の外面に組付けられ、内筒１２を被覆する円筒形
の外筒を実質的に形成する。また、外筒１１を断熱材又
は保温材により構成しても良い。更に、蓄熱ユニット１
０の内部又は蓄熱ユニット１０の間に充填すべき蓄熱材
として、ペレット又はナゲット形の蓄熱材、耐火断熱煉
瓦の不定型小片等を使用しても良い。

【００４８】

【発明の効果】以上説明した如く、本発明の上記構成に
よれば、蓄熱材の加熱温度又は蓄熱温度を高温に設定
し、蓄熱材の全体容積を低減し、小型且つ軽量な蓄熱シ
ステムを提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係る蓄熱装置の全体構成
を概略的に示すブロックフロー図である。

【図２】図１に示す蓄熱装置の縦断面図である。

【図３】図３(A) は、図２のIII-III 線における蓄熱装
置の断面図であり、図３(B) 及び図３(C) は、内部ケー
シングの底壁に設けられた円形保持部の構造を示す部分
縦断面図である。

【図４】図４(A) は、図２のIV-IV 線における蓄熱装置
の断面図であり、図４(B) は、内部ケーシングの頂壁に
設けられた円形保持部の構造を示す部分縦断面図であ
る。

【図５】図２のＶ−Ｖ線における蓄熱装置の断面図であ
る。

【図６】図６(A) は、蓄熱ユニットの部分破断縦断面図
であり、図６ (B)は、蓄熱ユニットの横断面図であり、
また、図６ (C)は、蓄熱ユニットの電熱線収容溝の構成
を示す部分拡大断面図である。

【図７】内部ケーシングの流動域に配置された電極の構
造を示す平面図である。

【図８】本発明の第２実施例に係る蓄熱装置の全体構成
を概略的に示すブロックフロー図である。

【図９】図９(A) は、図８に示す蓄熱ユニットの部分破
断縦断面図であり、図９ (B)は、蓄熱ユニットの横断面
図である。

【図１０】蓄熱ユニットの構造に関する変形例を示す蓄
熱ユニットの横断面図である。

【符号の説明】

１蓄熱装置２外装ケーシング１０蓄熱ユニット１１外筒１２内筒１４、１８球形蓄熱材１５垂直流路１６電熱線２０内部熱交換装置４０、４１外部熱交換装置４２流体圧送装置５０内部ケーシング６０流動域８０垂直流路Ｃ対流部ＨＬ高温流体管路ＣＬ低温流体管路ＨＰ温水供給管ＣＰ温水還流管ＣＷ給水管ＨＷ給湯用温水配管

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】導電性発熱体を有する蓄熱システムにお
いて、通電時に発熱可能な導電性発熱体と、該発熱体の
発熱により加熱される蓄熱体と、該蓄熱体と伝熱接触可
能な一次熱媒体流体と、該一次熱媒体流体が循環可能な
循環流路と、前記発熱体、蓄熱体、一次熱媒体流体及び
循環流路を収容可能なケーシングとを有し、前記一次熱
媒体流体は、前記蓄熱体との伝熱接触により高温に加熱
され、空調用又は給湯用の二次熱媒体流体と熱交換して
冷却することを特徴とする蓄熱システム。
【請求項２】導電性発熱体を有する蓄熱システムにお
いて、通電時に発熱可能な導電性発熱体と、該発熱体の
発熱により加熱される蓄熱体と、該蓄熱体と伝熱接触可
能な一次熱媒体流体と、該一次熱媒体流体が循環可能な
循環流路と、前記発熱体、蓄熱体、一次熱媒体流体及び
循環流路を収容可能なケーシングとを有し、前記一次熱
媒体流体は、前記蓄熱体との伝熱接触により高温に加熱
され、二次熱媒体流体と熱交換して冷却し、前記二次熱
媒体流体は、ケーシング外に導出され、空調用又は給湯
用の三次熱媒体流体と熱交換して冷却することを特徴と
する蓄熱システム。
【請求項３】前記一次熱媒体流体をケーシング外に導
出可能な外部循環回路を有し、外部循環回路には、一次
熱媒体流体と二次熱媒体流体との熱交換を行う熱交換装
置が介装されることを特徴とする請求項１に記載の蓄熱
システム。
【請求項４】前記一次熱媒体流体が対流可能な対流部
を有し、一次熱媒体流体が保有する顕熱を二次熱媒体流
体に伝熱する熱交換装置が、対流部に配設されることを
特徴とする請求項２に記載の蓄熱システム。
【請求項５】前記蓄熱体は、垂直な筒体と、筒体を加
熱する線型の導電性発熱体と、筒体内に充填された蓄熱
材とを有し、蓄熱材同士の間隙は、一次熱媒体流体が流
通可能な狭小流路を形成することを特徴とする請求項１
乃至４のいずれか１項に記載の蓄熱システム。
【請求項６】前記筒体は、内筒及び外筒からなる２重
管構造を有し、前記導電性発熱体が、内筒及び外筒の間
に介挿されることを特徴とする請求項５に記載の蓄熱シ
ステム。
【請求項７】前記一次熱媒体流体は、不活性ガスから
なることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に
記載の蓄熱システム。
【請求項８】前記二次熱媒体流体は、不活性ガスから
なることを特徴とする請求項２又は４に記載の蓄熱シス
テム。
【請求項９】複数の前記蓄熱体を収容可能な内部ケー
シングが、前記ケーシング内に配置されることを特徴と
する請求項１乃至４のいずれか１項に記載の蓄熱システ
ム。
【請求項１０】前記蓄熱体の外側に放熱した熱エネル
ギーを蓄熱する蓄熱材が、各蓄熱体同士の間の間隙に充
填されることを特徴とする請求項９に記載の蓄熱システ
ム。