JP2001241772A - 蓄熱装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】短時間に大量の熱を含んだ熱媒体を導出するこ
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を充填した容器本体１
２と、蓄熱材１６を加熱するヒータ２０と、容器本体１
２内に配設し、内部に水が流れると共に、蓄熱材１６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、伝熱管１７は伝熱螺旋部１７ｂを有し、
伝熱管１７の伝熱導入部１７ａをその伝熱螺旋部１７ｂ
の内方へ通して配置する。こうすると、内部ケース１３
内の蓄熱材１６に蓄えられた熱を伝熱管１７の水を介し
て導出する場合に、蓄熱材１６全体の熱が一様に素早く
伝熱管１７へ伝達できる。

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】従来の蓄熱装置を図を参照して説明する
と、図８に示すように、蓄熱装置７１の内部ケース７２
は、その全面を断熱材７６にて覆われた状態で外部ケー
ス７７内に収容されている。前記内部ケース７２内には
伝熱管７３及びヒータ７４が配設されると共に、蓄熱材
７５が充填されている。前記伝熱管７３は、その導入部
７３ａが内部ケース７２の内側壁を沿うように上方から
下方へ向けて配設されている。そして、前記導入部７３
ａの先端部には伝熱管本体部７３ｂが螺旋を描きながら
上昇するように一体形成され、蓄熱材７５における上面
付近まで来ると、上方に向け略垂直に延びる導出部７３
ｃが一体形成されている。前記伝熱管本体部７３ｂの内
方にはＵ字状の前記ヒータ７４が配置されている。前記
導入部７３ａ、導出部７３ｃ及びヒータ７４の両端は、
内部ケース７２、断熱材７６及び外部ケース７７を貫通
して外部に導出されている。

【０００３】前記ヒータ７４を通電発熱させると、蓄熱
材７５は加熱されて蓄熱する。この状態で伝熱管７３の
導入部７３ａから水を供給すると、この水は蓄熱材７５
の熱により加熱され、蒸気となって伝熱管７３の導出部
７３ｃから噴出する。このようにして、蓄熱材７５に蓄
えられた熱は外部に取り出される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、前記蓄熱装
置７１においては、中央部付近の蓄熱材７５と伝熱管７
３とは互いに遠い位置にあって離間している。このよう
に構成されていると、例えば、前記蓄熱装置７１は、床
暖房等のように少量の熱量を時間をかけて蓄熱材７５か
ら伝熱管７３へ移行する場合に使用されるのならば問題
ない。

【０００５】しかし、瞬間湯沸器等のように大量の熱量
を短時間で取り出そうとする場合には、蓄熱材７５内に
まだ熱が蓄えられているにもかかわらず、導出部７３ｃ
から噴出する蒸気の温度は低下する。なぜならば、伝熱
管７３とそれに隣接する蓄熱材７５とは近い位置にある
ため、蓄熱材７５から伝熱管７３に早く熱が伝わる。し
かし、伝熱管７３から遠い位置にあり、且つ熱を持って
いる蓄熱材７５（特に中央部付近の蓄熱材７５）から伝
熱管７３付近の低温化した蓄熱材７５へは早く熱が伝わ
らないためである。

【０００６】このように、大量の熱量を短時間で取り出
そうとした場合、伝熱管７３から遠い位置にある蓄熱材
７５には熱が多く残り、近い位置にある蓄熱材７５には
熱がほとんど残らないといった不均一な状態となる。こ
のため、従来は短時間で大量の熱量を取り出すことがで
きない問題があった。

【０００７】従って、本発明はこのような事情に鑑みて
なされたものであって、その目的は、短時間に大量の熱
を含んだ熱媒体を導出す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】上記目的を達成するため
に、請求項１に記載の発明は、内部に蓄熱材を充填した
容器本体と、蓄熱材を加熱する加熱手段と、容器本体内
に配設し、内部に熱媒体が流れると共に、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、前記熱交換手段には少なくとも螺旋状の熱交
換螺旋部と、熱交換螺旋部に熱媒体を導入する熱交換導
入部と、熱交換螺旋部からの熱媒体を導出する熱交換導
出部を有するように形成し、前記熱交換手段の熱交換導
入部又は熱交換導出部を前記熱交換螺旋部の内方に配置
したことを要旨とする。

【０００９】請求項２に記載の発明は、請求項１におい
て、前記加熱手段には少なくとも螺旋状の加熱螺旋部を
有するように形成したことを要旨とする。請求項３に記
載の発明は、請求項１又は請求項２において、前記熱交
換導入部又は熱交換導出部は、前記熱交換螺旋部の略旋
回中心軸上に配置したことを要旨とする。

【００１０】請求項４に記載の発明は、請求項１乃至請
求項３のうちいずれか１項において、前記加熱手段は前
記熱交換手段に対して近接して配置したことを要旨とす
る。請求項５に記載の発明は、請求項１乃至請求項４の
うちいずれか１項において、前記熱交換導入部又は前記
熱交換導出部を熱交換螺旋部より小径の螺旋状に形成し
たことを要旨とする。

【００１１】請求項６に記載の発明は、請求項１乃至請
求項５のうちいずれか１項において、前記熱交換導入部
又は前記熱交換導出部を熱交換螺旋部の略旋回中心軸に
沿って配置し、前記熱交換螺旋部よりも内方に位置する
とともに、熱交換螺旋部の略旋回中心軸から所定半径を
有する円筒状の第１空間の容積をＶ１とし、前記第１空
間の外周から、周壁が前記熱交換螺旋部におけるそれぞ
れの管の軸心をとおるように想定した仮想筒体までの第
２空間の容積をＶ２とし、前記仮想筒体の外周から容器
本体内側壁までの第３空間の容積をＶ３とし、且つ蓄熱
材内に位置する前記熱交換導入部又は前記熱交換導出部
の表面積をＳ１とし、前記仮想筒体から求心方向側にお
ける熱交換螺旋部の表面積をＳ２とし、前記仮想筒体か
ら放射方向側における熱交換螺旋部の表面積をＳ３とし
たとき、下記の条件式を満足することを要旨とする。

【００１２】Ｖ１／Ｓ１＝Ｖ２／Ｓ２＝Ｖ３／Ｓ３ 請求項７に記載の発明は、内部に蓄熱材を充填した容器
本体と、蓄熱材を加熱する加熱手段と、容器本体内に配
設し、内部に熱媒体が流れると共に、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、前記熱交換手
段には、少なくとも螺旋状の熱交換螺旋部を形成し、周
壁が前記熱交換螺旋部におけるそれぞれの管の軸心をと
おる仮想筒体を想定し、その仮想筒体より求心方向の第
４空間の容積をＹ１とし、前記仮想筒体の外周から容器
本体内側壁までの第５空間の容積をＹ２とし、且つ前記
仮想筒体から求心方向側における熱交換螺旋部の表面積
をＡ１とし、前記仮想筒体から放射方向側における熱交
換螺旋部の表面積をＡ２としたとき、下記の条件式を満
足することを要旨とする。

【００１３】Ｙ１／Ａ１＝Ｙ２／Ａ２ （作用）従って、請求項１〜６に記載の発明において
は、蓄熱材が蓄熱状態の時、熱交換導入部から熱媒体を
供給すると、その熱媒体は熱交換導入部又は熱交換導出
部を介して熱交換螺旋部の内方に位置する蓄熱材から熱
が供給される。加えて、前記熱媒体が熱交換螺旋部を流
通すると、その熱媒体は熱交換螺旋部の内方及び外方の
蓄熱材から熱が供給される。

【００１４】請求項２に記載の発明においては、加熱螺
旋部にて蓄熱材が加熱される。請求項３に記載の発明に
おいては、熱交換導入部又は熱交換導出部のいずれの面
も相対する熱交換螺旋部までの距離が互いに同じとなる
ため、熱交換螺旋部の内方に位置する蓄熱材から熱交換
導入部又は熱交換導出部、及び熱交換螺旋部へ熱が偏り
なく供給される。

【００１５】請求項４に記載の発明においては、熱交換
手段内の熱媒体は加熱手段から略直接的に熱が供給され
る。請求項５に記載の発明においては、熱交換導入部又
は熱交換導出部の表面積が、螺旋状を有さない熱交換導
入部又は熱交換導出部の表面積と比べて増加し、同熱交
換導入部又は熱交換導出部内の熱媒体に対して多く熱が
供給される。

【００１６】請求項６に記載の発明においては、第１空
間内の蓄熱材の熱は、表面積Ｓ１を有する熱交換導入部
又は熱交換導出部を介して、その内部の熱媒体に伝達さ
れる。第２空間内の蓄熱材の熱は、熱交換螺旋部の表面
積Ｓ２を有する部位を介して、熱交換螺旋部内の熱媒体
に伝熱される。第３空間内の蓄熱材の熱は、熱交換螺旋
部の表面積Ｓ３を有する部位を介して、熱交換螺旋部内
の熱媒体に伝達される。

【００１７】上記条件式は、第１空間乃至第３空間にそ
れぞれ相対する熱交換導入部又は熱交換導出部、及び熱
交換螺旋部の各部の単位面積当たりの熱容量を互いに等
しくするようにしたことを意味している。このことか
ら、各空間内に配置した蓄熱材に蓄熱した熱を、対応す
る熱交換導入部又は熱交換導出部、及び熱交換螺旋部の
各部において、効率よく熱交換することになる。

【００１８】請求項７に記載の発明においては、第４空
間内の蓄熱材の熱は、熱交換螺旋部の表面積Ａ１を有す
る部位を介して、熱交換螺旋部内の熱媒体に伝熱され
る。第５空間内の蓄熱材の熱は熱交換螺旋部の表面積Ａ
２を有する部位を介して、熱交換螺旋部内の熱媒体に伝
達される。

【００１９】上記条件式は、第４空間乃至第５空間にそ
れぞれ相対する熱交換螺旋部の前記放射方向側及び求心
方向側の各部位の単位面積当たりの熱容量を互いに等し
くするようにしたことを意味している。このことから、
各空間内に配置した蓄熱材に蓄熱した熱を、対応する熱
交換螺旋部の前記各部において、効率よく熱交換するこ
とになる。

【００２０】

【発明の実施の形態】（第１実施形態）以下、本発明を
蓄熱装置に具体化した第１実施形態を図１，２に従って
説明する。

【００２１】図１に示すように、蓄熱装置１１を構成す
る容器本体１２は、ステンレス製の内部ケース１３及び
外部ケース１４からなり、全体が有底有蓋の円筒状をな
す二重壁構造に形成されている。内部ケース１３はその
全面がケイ酸カルシウム等の断熱材１５にて覆われた状
態で、外部ケース１４内に収容されている。

【００２２】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Ｅが設けられてい
る。前記蓄熱材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、亜硫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。

【００２３】前記内部ケース１３内には熱交換手段とし
ての伝熱管１７が螺旋状に配設されている。前記伝熱管
１７は、熱交換導入部としての伝熱導入部１７ａ、熱交
換螺旋部としての伝熱螺旋部１７ｂ及び熱交換導出部と
しての伝熱導出部１７ｃとから構成されている。前記伝
熱導入部１７ａは内部ケース１３の略中心において上下
方向に位置し、ステンレス製のスリーブ１８を介して両
ケース１３，１４の上側壁を貫通するように外部に導出
されている。

【００２４】前記伝熱導入部１７ａの下端部は内部ケー
ス１３の底部付近まで延設されている。前記伝熱導入部
１７ａの下端部から上方に向け螺旋を描く伝熱螺旋部１
７ｂが一体形成され、その伝熱螺旋部１７ｂの上端部か
ら伝熱導出部１７ｃが一体形成されている。前記伝熱導
出部１７ｃはステンレス製のスリーブ１９を介して両ケ
ース１３，１４の上側壁を貫通するように外部に導出さ
れている。即ち、伝熱導入部１７ａは、伝熱螺旋部１７
ｂの略旋回中心軸ｍ上に配置されている。

【００２５】また、内部ケース１３内には加熱手段とし
てのヒータ２０が伝熱管１７に近接するように配置され
ている。前記ヒータ２０は、加熱手段の一端部としての
ヒータ導入部２０ａ、加熱螺旋部としてのヒータ螺旋部
２０ｂ、ヒータ導出部２０ｃとから構成されている。前
記ヒータ導入部２０ａは内部ケース１３内の略中央に位
置し、ステンレス製のスリーブ２１を介して両ケース１
３，１４の上側壁を貫通するように外部に導出されてい
る。前記ヒータ導入部２０ａの下端部は内部ケース１３
の底部付近まで延設されている。前記ヒータ導入部２０
ａの下端部から上方に向け螺旋を描くヒータ螺旋部２０
ｂが一体形成され、そのヒータ螺旋部２０ｂの上端部か
らヒータ導出部２０ｃが一体形成されている。前記ヒー
タ導出部２０ｃはステンレス製のスリーブ２２を介して
両ケース１３，１４の上側壁を貫通するように外部に導
出されている。

【００２６】本実施形態では、前記ヒータ螺旋部２０ｂ
における管の間隔ピッチは、伝熱螺旋部１７ｂにおける
管の間隔ピッチの二倍に形成されている。同ヒータ螺旋
部２０ｂは伝熱螺旋部１７ｂよりやや内方において近接
するように、且つ上部、下部、中央部の一部がそれぞれ
上方になるように配置されている。

【００２７】ここで、伝熱管１７の伝熱導入部１７ａ及
び伝熱螺旋部１７ｂの表面積と、伝熱導入部１７ａ及び
伝熱螺旋部１７ｂの配置空間との関係について説明す
る。蓄熱材１６の上面から内部ケース１３の底面までの
間において、伝熱螺旋部１７ｂの略旋回中心軸ｍを中心
にして所定半径を有する円筒状の仮想小筒体Ｔ１を想定
し、周壁が前記伝熱螺旋部１７ｂにおけるそれぞれの管
の軸心をとおる仮想筒体としての仮想大筒体Ｔ２を想定
する。このとき仮想小筒体Ｔ１は仮想大筒体Ｔ２よりも
内方に位置する。

【００２８】そして、仮想小筒体Ｔ１内の空間（第１空
間）の容積をＶ１、仮想大筒体Ｔ２内の空間から仮想小
筒体Ｔ１内の空間を除いた空間（第２空間）の容積をＶ
２とする。又、蓄熱材１６の上面から内部ケース１３の
底面までにおける内部ケース１３内の空間から仮想大筒
体Ｔ２内の全空間を除いた空間（第３空間）の容積をＶ
３とする。又、蓄熱材１６内に位置する前記伝熱導入部
１７ａの表面積をＳ１、仮想大筒体Ｔ２から求心方向側
における伝熱螺旋部１７ｂの表面積（内側半分の表面
積）をＳ２、仮想大筒体Ｔ２から放射方向側における伝
熱螺旋部１７ｂの表面積（外側半分の表面積）をＳ３と
する。

【００２９】本実施形態では、前記のように想定した第
１空間乃至第３空間にそれぞれ相対する伝熱導入部１７
ａ、及び伝熱螺旋部１７ｂの各部の単位面積当たりの熱
容量を互いに等しくするようにしている。

【００３０】蓄熱材１６の比熱をｃ、蓄熱材１６の密度
をρとすると、第１空間内における蓄熱可能な熱容量は
（ｃ×ρ×Ｖ１）、第２空間内における蓄熱可能な熱容
量は（ｃ×ρ×Ｖ２）、第３空間内における蓄熱可能な
熱容量は（ｃ×ρ×Ｖ３）となる。なお、蓄熱材１６は
多成分であるため、上記比熱ｃ、密度ρはそれぞれ見か
け上の比熱、密度を意味する。

【００３１】そして、蓄熱材１６内に位置する伝熱導入
部１７ａの表面積Ｓ１における単位面積当たりの熱容量
は（ｃ×ρ×Ｖ１）／Ｓ１、仮想大筒体Ｔ２から求心方
向側の伝熱螺旋部１７ｂの表面積Ｓ２における単位面積
当たりの熱容量は（ｃ×ρ×Ｖ２）／Ｓ２、仮想大筒体
Ｔ２から放射方向側の伝熱螺旋部１７ｂの表面積Ｓ３に
おける単位面積当たりの熱容量は（ｃ×ρ×Ｖ３）／Ｓ
３となる。

【００３２】本実施形態では、第１空間、第２空間及び
第３空間にそれぞれ相対する伝熱導入部１７ａ、及び伝
熱螺旋部１７ｂの各部の単位面積当たりの熱容量を互い
に等しくするため、下記の条件式を成立させている。

【００３３】（ｃ×ρ×Ｖ１）／Ｓ１＝（ｃ×ρ×Ｖ
２）／Ｓ２＝（ｃ×ρ×Ｖ３）／Ｓ３ 即ち、 Ｖ１／Ｓ１＝Ｖ２／Ｓ２＝Ｖ３／Ｓ３………（１） といった条件式（１）を満足するように、伝熱導入部１
７ａ、伝熱螺旋部１７ｂの内部ケース１３に対する相対
位置を設定している。

【００３４】次に、上記のように構成された蓄熱装置１
１の作用について説明する。前記ヒータ２０を通電発熱
させると、内部ケース１３内の蓄熱材１６全体がヒータ
導入部２０ａ、ヒータ螺旋部２０ｂ及びヒータ導出部２
０ｃにて均一に加熱蓄熱される。なお、ここで言う均一
とは、従来の蓄熱装置７１のヒータ７４による蓄熱材７
５の加熱蓄熱と比較して全体がより均一になるとの意味
である。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が充填され
る。

【００３５】この状態で、伝熱管１７の伝熱導入部１７
ａから熱媒体（本実施形態においては水）を供給する
と、水には伝熱導入部１７ａの表面積Ｓ１を有する部位
を介して第１空間内の蓄熱材１６から熱が伝達される。
さらに、水が伝熱螺旋部１７ｂを流れると、その水には
伝熱螺旋部１７ｂの表面積Ｓ２及び表面積Ｓ３を有する
部位を介して、第２空間内及び第３空間内の蓄熱材１６
から熱が伝達される。

【００３６】上記の作用は、条件式（１）を満足するも
とで行われ、且つ伝熱導入部１７ａは伝熱螺旋部１７ｂ
の略旋回中心軸ｍに配置されている。この結果、内部ケ
ース１３内のどの位置にある蓄熱材１６でも、従来に比
し、伝熱導入部１７ａ、伝熱螺旋部１７ｂに対して遠い
位置にならないため、蓄熱材１６に蓄熱された熱が一様
に素早く伝熱管１７へ伝達される。また、伝熱管１７と
ヒータ２０とが近接して配置されているため、伝熱管１
７内の水はヒータ２０から略直接的に熱が伝達される。

【００３７】従って、上記第１実施形態の蓄熱装置１１
によれば、以下の効果を得ることができる。 （１）本実施形態では、伝熱螺旋部１７ｂの略旋回中心
軸ｍに伝熱導入部１７ａを配置した。そのため、従来技
術の蓄熱装置７１に比べ内部ケース１３内の蓄熱材１６
に蓄えられた熱を、伝熱管１７を介して導出する場合
に、内部ケース１３内のどの位置ある蓄熱材１６でも、
従来に比し、伝熱導入部１７ａ、伝熱螺旋部１７ｂに対
して遠い位置にならないため、蓄熱材１６に蓄熱された
熱が一様に素早く伝熱管１７へ伝達できる。従って、短
時間に大量の熱を含んだ蒸気を伝熱導出部１７ｃから導
出することができる。

【００３８】（２）本実施形態では、ヒータ２０には螺
旋状のヒータ螺旋部２０ｂを設けて発熱面積を広くして
いる。従って、従来の蓄熱装置７１の単にＵ字状に形成
したヒータ７４に比べて、ヒータ２０に接触して加熱さ
れる蓄熱材１６の対象域を広範囲にすることができ、均
一に加熱することができる。

【００３９】（３）本実施形態では、伝熱管１７とヒー
タ２０とを近接するように配置した。そのため、伝熱管
１７内の水はヒータ２０から略直接的に熱が伝達され
る。従って、たとえ蓄熱材１６に熱が蓄えられていない
場合でも、ヒータ２０を通電発熱するだけで伝熱管１７
内の水にヒータ２０の熱を伝達することができる。

【００４０】（４）本実施形態では、前記条件式（１）
を満足するようにして、伝熱導入部１７ａ、伝熱螺旋部
１７ｂを配置した。即ち、伝熱導入部１７ａの表面積Ｓ
１、及び伝熱螺旋部１７ｂの表面積Ｓ２，Ｓ３に対する
単位面積当たりの熱容量をそれぞれ等しくした。この結
果、内部ケース１３内の蓄熱材１６に蓄えられた熱を伝
熱管１７内の水を介して導出する場合に、蓄熱している
部分が偏在することが少なくなる。従って、内部ケース
１３内の蓄熱材１６に蓄えられた熱を効率よく、伝熱管
１７内の水に伝達することができる。

【００４１】（５）本実施形態では、前記ヒータ螺旋部
２０ｂにおける管の間隔ピッチを、伝熱螺旋部１７ｂの
管の間隔ピッチの二倍に形成した。従って、ヒータ２０
の全長を伝熱管１７の全長に比べて短くつつ、伝熱管１
７と近接配置することができる。又、ヒータ２０の全長
を伝熱管１７の全長に比べて短くすることにより、その
分だけ内部ケース１３内に蓄熱材１６を多く充填するこ
とができる。 （第２実施形態）第２実施形態を図３，４に従って説明
する。なお、第２実施形態を含む、以下の各実施形態の
蓄熱装置は、前記第１実施形態の蓄熱装置１１を変更し
たものであり、前記第１実施形態と同様の構成について
は、同一符号を付すと共に、その詳細な説明を省略し、
異なるところのみを説明する。

【００４２】図３，４に示すように、本実施形態の蓄熱
装置２５では、ヒータ２０のヒータ導入部２０ａが伝熱
螺旋部１７ｂの図示しない略旋回中心軸ｍ上に配置され
ている。本実施形態では伝熱管１７は、熱交換導入部と
しての伝熱導入部１７ｄ、伝熱螺旋部１７ｂ及び伝熱導
出部１７ｃとから構成されている。前記伝熱導入部１７
ｄは、前記ヒータ導入部２０ａに近接するように螺旋を
描きながら配置されている。

【００４３】本実施形態では伝熱導入部１７ｄが螺旋状
に形成され、前記第１実施形態の伝熱導入部１７ａに比
べ、蓄熱材１６内に位置する伝熱導入部１７ａの表面積
Ｓ１の表面積が増加している。

【００４４】そして、本実施形態においては、前記第１
実施形態と同様に条件式（１）を満足するべく、伝熱螺
旋部１７ｂ及びヒータ螺旋部２０ｂの螺旋直径を若干長
く形成することにより、表面積Ｓ２，Ｓ３の表面積を調
整している。

【００４５】そして、本実施形態の蓄熱装置２５におい
ては、前記第１実施形態の（１）〜（５）と同様の作用
効果を奏すると共に、以下の効果を奏する。 （１）本実施形態では、伝熱螺旋部１７ｂの略旋回中心
軸ｍにヒータ導入部２０ａを配置し、そのヒータ導入部
２０ａの周りを近接するように螺旋状の伝熱導入部１７
ｄを配置した。そのため、前記第１実施形態の伝熱導入
部１７ａと比べ、本実施形態の伝熱導入部１７ｄは蓄熱
材１６内に位置する表面積が増加し、その分だけ蓄熱材
１６と伝熱導入部１７ｄ内の水との熱交換をより多く行
うことができる。従って、短時間により一層、大量の熱
を含んだ蒸気を伝熱導出部１７ｃから導出することがで
きる。 （第３実施形態）第３実施形態を図５，６に従って説明
する。

【００４６】本実施形態の蓄熱装置３１は、伝熱管１７
及びヒータ２０の構成が異なっている。即ち、伝熱管１
７は、第１実施形態の伝熱導入部１７ａの代わりに、伝
熱螺旋部１７ｂの下部に対して、伝熱導入部１７ｅが連
結されている。同伝熱導入部１７ｅはステンレス製のス
リーブ３３を介して両ケース１３，１４の下部側壁に貫
通配置され、外部に導出されている。従って、本実施形
態では、熱交換手段を構成している伝熱管１７におい
て、伝熱導入部１７ｅが熱交換導入部に相当している。

【００４７】又、ヒータ２０は、第１実施形態のヒータ
導入部２０ａの代わりに、ヒータ螺旋部２０ｂの下部に
対して、ヒータ導入部２０ｄが連結されている。同ヒー
タ導入部２０ｄはステンレス製のスリーブ３６を介して
両ケース１３，１４の下部側壁に貫通配置され、外部に
導出されている。

【００４８】次に、本実施形態における伝熱管１７の伝
熱螺旋部１７ｂの表面積と、伝熱螺旋部１７ｂの配置空
間との関係を説明する。蓄熱材１６の上面から内部ケー
ス１３の底面までの間において、周壁が前記伝熱螺旋部
１７ｂにおけるそれぞれの管の軸心をとおる仮想筒体Ｋ
を想定する。

【００４９】そして、仮想筒体Ｋより求心方向の空間
（第４空間）の容積をＹ１、仮想筒体Ｋの外周から内部
ケース１３内側壁までの空間（第５空間）の容積をＹ
２、仮想筒体Ｋから求心方向側における伝熱螺旋部１７
ｂの表面積（内側半分の表面積）をＡ１、仮想筒体Ｋか
ら放射方向側における伝熱螺旋部１７ｂの表面積（外側
半分の表面積）をＡ２とする。

【００５０】本実施形態では、前記のように想定した第
４空間及び第５空間にそれぞれ相対する伝熱螺旋部１７
ｂの求心方向側及び放射方向側の各部の単位面積当たり
の熱容量を互いに等しくするようにしている。

【００５１】ここで、第４空間内における蓄熱可能な熱
容量は（ｃ×ρ×Ｙ１）、第５空間内における蓄熱可能
な熱容量は（ｃ×ρ×Ｙ２）となる。

【００５２】そして、仮想筒体Ｋから求心方向側におけ
る伝熱螺旋部１７ｂの表面積Ａ１における単位面積当た
りの熱容量は（ｃ×ρ×Ｙ１）／Ａ１、仮想筒体Ｋから
放射方向側における伝熱螺旋部１７ｂの表面積Ａ２にお
ける単位面積当たりの熱容量は（ｃ×ρ×Ｙ２）／Ａ２
となる。

【００５３】本実施形態では、第４空間及び第５空間に
それぞれ相対する伝熱螺旋部１７ｂの各部の単位面積当
たりの熱容量を互いに等しくするため、下記の式を成立
させている。

【００５４】 （ｃ×ρ×Ｙ１）／Ａ１＝（ｃ×ρ×Ｙ２）／Ａ２ 即ち、 Ｙ１／Ａ１＝Ｙ２／Ａ２………（２） といった条件式（２）を満足するように、伝熱螺旋部１
７ｂの内部ケース１３に対する相対位置を設定してい
る。

【００５５】次に、前記第３実施形態のように構成され
た蓄熱装置３１の作用について説明する。蓄熱装置３１
内が均一に蓄熱された状態で、伝熱管１７の伝熱導入部
１７ａから水を供給すると、伝熱螺旋部１７ｂにおい
て、その水には伝熱螺旋部１７ｂの表面積Ａ１及び表面
積Ａ２を有する部位を介して第４空間内及び第５空間内
の蓄熱材１６から熱が伝達される。

【００５６】上記の作用は、条件式（２）を満足するも
とで行われ、内部ケース１３内のどの位置ある蓄熱材１
６でも、従来に比し、伝熱螺旋部１７ｂに対して遠い位
置にならないため、蓄熱材１６に蓄熱された熱が一様に
素早く伝熱管１７へ伝達される。

【００５７】従って、上記第３実施形態の蓄熱装置３１
によれば、前記第１実施形態の（２）、（３）、（５）
と同様の効果を奏すると共に、以下の効果を得ることが
できる。

【００５８】（１）本実施形態では、条件式（２）を満
足するようにして、伝熱螺旋部１７ｂを配置した。即
ち、伝熱螺旋部１７ｂの表面積Ａ１及び表面積Ａ２に対
する単位面積当たりの熱容量をそれぞれ等しくした。そ
のため、内部ケース１３内の蓄熱材１６に蓄えられた熱
を伝熱管１７内の水を介して導出する場合に、蓄熱して
いる部分が偏在することが少なくなる。従って、内部ケ
ース１３内の蓄熱材１６に蓄えられた熱を効率よく、伝
熱管１７内の水に伝達することができる。

【００５９】なお、上記各実施形態は以下のような他の
実施形態に変更して具体化してもよい。 ・前記第１，２実施形態の構成中、ヒータ導入部２０ａ
を伝熱螺旋部１７ｂより小径の螺旋状に形成してもよ
い。又、ヒータ導入部２０ａの代わりに、ヒータ導出部
２０ｃを加熱手段の一端部とし、ヒータ導入部２０ａを
伝熱螺旋部１７ｂより小径の螺旋状に形成してもよい。

【００６０】・前記第１，２実施形態の構成中、伝熱導
入部１７ａ及び伝熱導入部１７ｄを熱交換導出部とし、
伝熱導出部１７ｃを熱交換導入部としてもよい。 ・前記各実施形態では、ヒータ２０を伝熱管１７に対し
て近接して配置していたが、これに限らず接触させて配
置してもよい。このように構成すると、伝熱管１７内の
水はヒータ２０から直接的に熱が伝達される。従って、
たとえ蓄熱材１６に熱が蓄えられていない状態の場合で
も、ヒータ２０を通電発熱するだけで伝熱管１７内の水
に熱をより一層効率よく伝達することができる。

【００６１】・前記各実施形態では、ヒータ螺旋部２０
ｂにおける管の間隔ピッチは、伝熱螺旋部１７ｂにおけ
る管の間隔ピッチの二倍に形成していたが、伝熱螺旋部
１７ｂの前記間隔ピッチを二倍に限らず三倍及び四倍な
ど他の間隔ピッチに変更してもよい。

【００６２】・前記各実施形態の構成中、ヒータ螺旋部
２０ｂを伝熱螺旋部１７ｂの外方に配置してもよい。 ・前記第１実施形態の構成中、図７に示すように、ヒー
タ２０を従来技術と同様にＵ字状のヒータ７４に変更す
るのみで、他は同じ構成としてもよい。なお、このよう
に変更した構成を同様に前記第２，３実施形態に具体化
してもよい。

【００６３】次に、上記各実施形態及び他の実施形態か
ら把握できる請求項に記載した発明以外の技術的思想に
ついて、それらの効果と共に以下に記載する。 （イ） 熱交換螺旋部及び加熱螺旋部の内方を通る加熱
手段の一端部を前記熱交換螺旋部より小径の螺旋状に形
成したことを特徴とする請求項１乃至請求項７のうちい
ずれか１項に記載の蓄熱装置。このように構成すると、
熱交換螺旋部の内方の蓄熱材に対する加熱手段の加熱を
より一層効率よく行うことができる。

【００６４】（ロ） 前記加熱手段の加熱螺旋部におけ
る管の間隔ピッチは、前記熱交換手段の熱交換螺旋部に
おける管の間隔ピッチの二倍に形成されていることを特
徴とする請求項１乃至請求項７、（イ）のうちいずれか
１項に記載の蓄熱装置。このように構成すると、加熱手
段の全長を熱交換手段の全長に比べて短くしつつ、熱交
換手段と近接配置することができる。また、加熱手段の
全長を熱交換手段の全長に比べて減らすことにより、そ
の分だけ容器本体内に蓄熱材を多く充填することができ
る。

【００６５】（ハ） 前記加熱手段は前記熱交換手段に
対して接触して配置したことを特徴とする請求項１乃至
請求項３、請求項５乃至請求項７、（イ）、（ロ）のう
ちいずれか１項に記載の蓄熱装置。このように構成する
と、熱交換手段内の熱媒体は、加熱手段から直接的に熱
の伝達を受けることができる。

【００６６】

【発明の効果】請求項１〜６に記載の発明によれば、熱
交換螺旋部の内方の蓄熱材と熱交換手段内の熱媒体との
熱交換を効率よく行うことができるため、短時間に大量
の熱を含んだ熱媒体を導出することができる。

【００６７】請求項２に記載の発明によれば、加熱手段
にて蓄熱材を効率よく加熱することができ、且つ蓄熱材
に均一に熱を蓄えることができる。請求項３に記載の発
明によれば、熱交換螺旋部の内方の蓄熱材と熱交換手段
内の熱媒体との熱交換をより一層効率よく行うことがで
きる。

【００６８】請求項４に記載の発明によれば、熱交換手
段内の熱媒体は、加熱手段から略直接的に熱の伝達を受
けることができる。請求項５に記載の発明によれば、熱
交換螺旋部の内方の蓄熱材と熱交換手段内の熱媒体との
熱交換をより一層効率よく行うことができる。

【００６９】請求項６に記載の発明によれば、本体容器
内の蓄熱材に蓄えられた熱を偏り無く熱交換手段の熱媒
体へ伝達することができる。請求項７に記載の発明によ
れば、本体容器内の蓄熱材に蓄えられた熱を偏り無く熱
交換手段内の熱媒体へ伝達することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 第１実施形態における蓄熱装置の側断面図。

【図２】 図１におけるＡ−Ａ線断面図。

【図３】 第２実施形態における蓄熱装置の側断面図。

【図４】 図３におけるＢ−Ｂ線断面図。

【図５】 第３実施形態における蓄熱装置の側断面図。

【図６】 図５におけるＣ−Ｃ線断面図。

【図７】 他の実施形態における蓄熱装置の側断面図。

【図８】 従来技術における蓄熱装置の側断面図。

【符号の説明】 １１…蓄熱装置、１２…容器本体、１６…蓄熱材、１７
…熱交換手段としての伝熱管、１７ａ…熱交換導入部と
しての伝熱導入部、１７ｂ…熱交換螺旋部としての伝熱
螺旋部、１７ｃ…熱交換導出部としての伝熱導出部、１
７ｄ…熱交換導入部としての伝熱導入部、１７ｅ…熱交
換導入部としての伝熱導入部、２０…加熱手段としての
ヒータ、２０ｂ…加熱螺旋部としてのヒータ螺旋部、２
５…蓄熱装置、３１…蓄熱装置、Ａ１…表面積、Ａ２…
表面積、Ｋ…仮想筒体、ｍ…旋回中心軸、Ｓ１…表面
積、Ｓ２…表面積、Ｓ３…表面積、Ｔ２…仮想筒体とし
ての仮想大筒体、Ｖ１…容積、Ｖ２…容積、Ｖ３…容
積、Ｙ１…容積、Ｙ２…容積。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 橋本 英夫 愛知県犬山市字上小針１番地 エナジーサ ポート 株式会社内 (72)発明者 篠田 哲也 愛知県犬山市字上小針１番地 エナジーサ ポート 株式会社内 (72)発明者 安藤 高大 愛知県犬山市字上小針１番地 エナジーサ ポート 株式会社内

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内部に蓄熱材を充填した容器本体と、 蓄熱材を加熱する加熱手段と、 容器本体内に配設し、内部に熱媒体が流れると共に、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、 前記熱交換手段には少なくとも螺旋状の熱交換螺旋部
   と、熱交換螺旋部に熱媒体を導入する熱交換導入部と、
   熱交換螺旋部からの熱媒体を導出する熱交換導出部を有
   するように形成し、前記熱交換手段の熱交換導入部又は
   熱交換導出部を前記熱交換螺旋部の内方に配置したこと
   を特徴とする蓄熱装置。
2. 【請求項２】 前記加熱手段には少なくとも螺旋状の加
   熱螺旋部を有するように形成したことを特徴とする請求
   項１に記載の蓄熱装置。
3. 【請求項３】 前記熱交換導入部又は熱交換導出部は、
   前記熱交換螺旋部の略旋回中心軸上に配置したことを特
   徴とする請求項１又は請求項２に記載の蓄熱装置。
4. 【請求項４】 前記加熱手段は前記熱交換手段に対して
   近接して配置したことを特徴とする請求項１乃至請求項
   ３のうちいずれか１項に記載の蓄熱装置。
5. 【請求項５】 前記熱交換導入部又は前記熱交換導出部
   を熱交換螺旋部より小径の螺旋状に形成したことを特徴
   とする請求項１乃至請求項４のうちいずれか１項に記載
   の蓄熱装置。
6. 【請求項６】 前記熱交換導入部又は前記熱交換導出部
   を熱交換螺旋部の略旋回中心軸に沿って配置し、前記熱
   交換螺旋部よりも内方に位置するとともに、熱交換螺旋
   部の略旋回中心軸から所定半径を有する円筒状の第１空
   間の容積をＶ１とし、 前記第１空間の外周から、周壁が前記熱交換螺旋部にお
   けるそれぞれの管の軸心をとおるように想定した仮想筒
   体までの第２空間の容積をＶ２とし、 前記仮想筒体の外周から容器本体内側壁までの第３空間
   の容積をＶ３とし、 且つ蓄熱材内に位置する前記熱交換導入部又は前記熱交
   換導出部の表面積をＳ１とし、 前記仮想筒体から求心方向側における熱交換螺旋部の表
   面積をＳ２とし、 前記仮想筒体から放射方向側における熱交換螺旋部の表
   面積をＳ３としたとき、下記の条件式を満足することを
   特徴とする請求項１乃至請求項５のうちいずれか１項に
   記載の蓄熱装置。 Ｖ１／Ｓ１＝Ｖ２／Ｓ２＝Ｖ３／Ｓ３
7. 【請求項７】 内部に蓄熱材を充填した容器本体と、 蓄熱材を加熱する加熱手段と、 容器本体内に配設し、内部に熱媒体が流れると共に、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、 前記熱交換手段には、少なくとも螺旋状の熱交換螺旋部
   を形成し、周壁が前記熱交換螺旋部におけるそれぞれの
   管の軸心をとおる仮想筒体を想定し、 その仮想筒体より求心方向の第４空間の容積をＹ１と
   し、 前記仮想筒体の外周から容器本体内側壁までの第５空間
   の容積をＹ２とし、 且つ前記仮想筒体から求心方向側における熱交換螺旋部
   の表面積をＡ１とし、 前記仮想筒体から放射方向側における熱交換螺旋部の表
   面積をＡ２としたとき、下記の条件式を満足することを
   特徴とする蓄熱装置。 Ｙ１／Ａ１＝Ｙ２／Ａ２