JP2001248984A - 蓄熱装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】現地据え付けを容易にすることができる蓄熱装
置を提供する。 【解決手段】蓄熱装置１１を、内部に蓄熱材２３が充填
された蓄熱容器２１と、蓄熱材２３を加熱するヒータ２
５と、内部に水が流されると共に、蓄熱容器２１内に配
設され、蓄熱材２３と水との間で熱交換を行う伝熱管２
４とを有する６個の蓄熱ユニット１３を、２列３段に段
積みして構成した。そして、各蓄熱ユニット１３の伝熱
管２４を、列毎に立て方向に直列接続し、さらに各列の
伝熱管２４を横方向に並列接続した。このため、蓄熱ユ
ニット１３を部品として現地へ運び、現地で組み立てる
ことが可能となる。従って、蓄熱装置１１の全体を一度
に運搬する場合と異なり、運搬が容易になり、現地据え
付けを容易にすることができる。

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】この種の蓄熱装置は、固体のマグネシア
及び所定の蓄熱温度域で液体化する硝酸塩から構成され
た蓄熱材が充填された蓄熱ケースと、同蓄熱材を加熱す
るヒータとを内蔵している。蓄熱材はヒータで加熱され
ることにより熱を蓄え、この状態で蓄熱材内に配設され
た伝熱管の一方から水を供給すると、この水は蓄熱材の
熱によって加熱され、蒸気となって伝熱管の他方から噴
出する。このようにして、蓄熱材に蓄えられた熱が外部
に取り出される。このような蓄熱装置の応用製品として
は蒸気発生装置、温水製造装置及び温風発生装置等様々
な製品が考えられている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、前述の各応
用機器に使用される蓄熱装置は、その蓄熱容量が大きな
もの、即ちヒータ容量で９ｋＷ、１２ｋＷ、１８ｋＷ及
び２７ｋＷ等程度のものが多い。蓄熱材の蓄熱容量はヒ
ータで１０時間程度蓄熱できる程度とされるため、ヒー
タ容量の増加に伴って必然的に多量の蓄熱材が必要とな
る。従って、蓄熱装置が大型且つ大重量となり、次のよ
うな問題点があった。

【０００４】第１に、蓄熱装置の重量は、例えば９ｋＷ
タイプで約１０００kg、２７ｋＷタイプに至っては約３
０００kg程度となる。このため、現地据え付け時には、
大重量の蓄熱装置を吊り下げるクレーン等が必要であっ
た。また、大型の蓄熱装置を既設の電気室のような場所
に据え付ける場合、壁を壊して搬入しなければならなか
った。従って、蓄熱装置の現地への据え付け作業が大変
であった。

【０００５】第２に、万一、何らかの原因で蓄熱ケース
が破損した場合、高温の蓄熱材（硝酸塩）が多量に外部
に漏れだすおそれがあった。第３に、大容量タイプの蓄
熱ケースは設置スペースを節約するために縦長タイプと
なる場合が多い。蓄熱材は蓄熱ケースの上部から詰めら
れるため、蓄熱材の充填作業性が悪く、蓄熱装置の製造
コストが高くなりやすい。

【０００６】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、現地据え付けを容易に
することができる蓄熱装置を提供することにある。

【０００７】

【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蓄熱容器と、蓄熱材を加
熱するヒータと、内部に熱媒体が流されると共に、蓄熱
容器内に配設され、蓄熱材と熱媒体との間で熱交換を行
う伝熱管とを有する複数の蓄熱ユニットを備え、各蓄熱
ユニットの伝熱管を、少なくとも直列又は並列のいずれ
か一方に接続し、必要容量の熱発生装置としたことをそ
の要旨とする。

【０００８】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、蓄熱ユニットの上面及び下面を平板状
とし、積み上げ可能としたことをその要旨とする。請求
項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の発
明において、複数の蓄熱ユニットの伝熱管を、縦方向の
み又は横方向のみに直列接続し、それらをさらに並列接
続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、各
蓄熱ユニットの伝熱管が、少なくとも直列又は並列のい
ずれか一方に接続され、必要容量の熱を発生可能とな
る。

【０００９】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、複数の蓄熱ユニットを
積み上げ可能となる。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、複数の蓄熱ユニットの伝熱管が、縦方向のみ又は横
方向のみに直列接続され、それらがさらに並列接続され
る。

【００１０】

【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９に従って説明する。 （全体構成）図１及び図２に示すように、蓄熱装置１１
は直方体状の本体ケース１２と、同本体ケース１２内に
収容された複数の蓄熱ユニット１３を備えている。各蓄
熱ユニット１３は２列３段に段積みされており、底部断
熱材１４、側部断熱材１５及び上部断熱材１６により外
周を覆われた状態で本体ケース１２内に収容されてい
る。

【００１１】底部断熱材１４は複数の板状マイクロサー
ムの積層構造となっている。側部断熱材１５はブロック
状のケイ酸カルシウムにて構成されている。上部断熱材
１６は軟質シート状のブランケットと複数の板状マイク
ロサームとの積層構造となっている。上部断熱材１６の
上面には天板１７が載置されており、同天板１７の上面
にはスチームヘッダ１８が固定されている。 （蓄熱ユニット）図１〜図３に示すように、蓄熱ユニッ
ト１３は上部が開口した有底円筒状の蓄熱容器２１と、
同蓄熱容器２１の上部に配置された被冠部材としての載
置台２２とを備えている。蓄熱容器２１の下面は平板状
に形成されている。

【００１２】（蓄熱容器）図１及び図２に示すように、
蓄熱容器２１内にはマグネシア及び硝酸塩を主成分とす
る蓄熱材２３が充填されている。蓄熱材２３内には、内
部に水等の熱媒体が流通される伝熱管２４と、蓄熱材２
３を加熱するヒータ２５とが配設されている。伝熱管２
４及びヒータ２５はそれぞれ螺旋状に形成されており、
ヒータ２５は伝熱管２４の内側に配置されている。尚、
図１及び図２においては、説明の便宜上、蓄熱材２３、
伝熱管２４及びヒータ２５を適宜省略する。

【００１３】（載置台）図３及び図４に示すように、前
記載置台２２は蓄熱容器２１の上部開口を覆う第１蓋部
材としての円形板状の蓋体３１と、同蓋体３１の上面に
円環状の連結部材３２を介して固定された第２蓋部材と
しての円形板状の台座３３とを備えている。蓋体３１と
連結部材３２との間、及び連結部材３２と台座３３との
間はそれぞれ溶接にて固定されている。

【００１４】（蓋体）図５及び図６に示すように、前記
蓋体３１の外周部には一対の連結手段としての固定部３
４が蓋体３１の外方に突出した状態で下方に折り曲げ形
成されており、両固定部３４には挿通孔３５が形成され
ている。蓋体３１には伝熱管導出口３６及びヒータ導出
口３７が切り欠き形成されており、両導出口３６, ３７
はそれぞれ伝熱管２４及びヒータ２５が通過可能な程度
の大きさとなっている。また、蓋体３１の外周近傍に
は、４つの貫通孔３８が所定間隔毎に形成されている。

【００１５】（台座）図３及び図４に示すように、前記
台座３３の外周縁には、４つの半円状の切欠部３９が所
定間隔毎に形成されている。台座３３は、各切欠部３９
が前記蓋体３１の貫通孔３８に対応するように配置され
ており、前記連結部材３２を介して蓋体３１の上面に固
定されている。蓋体３１と台座３３との間は伝熱管２４
及びヒータ２５の外径よりも若干大きい距離だけ離間し
ている。前記連結部材３２の伝熱管導出口３６、ヒータ
導出口３７、台座３３の切欠部３９に対応する部分はそ
れぞれ省略されている。

【００１６】このため、蓄熱容器２１内の伝熱管２４及
びヒータ２５はそれぞれ伝熱管導出口３６及びヒータ導
出口３７を介して蓄熱ユニット１３の外部に導出可能と
なっている。載置台２２は、前記各貫通孔３８にボルト
４０が挿通され、このボルト４０が蓄熱容器２１の内周
上部に突設された雌ネジ部４１に締め付けられることよ
り、蓄熱容器２１に対して固定されている。台座３３の
外径は蓄熱容器２１の外径とほぼ同じとされており、同
台座３３の上面には蓄熱容器２１が載置可能となってい
る。

【００１７】前記蓄熱ユニット１３の外径及び高さの採
りうる範囲は、それぞれ６０〜８０cm以下とされてお
り、本実施形態においては６０cm程度とされている。ヒ
ータ２５の容量の採りうる範囲は３〜５ｋＷ以下とされ
ており、本実施形態においては３ｋＷとされている。こ
れらの範囲を越えると、蓄熱ユニット１３が大型化し、
運搬が不便になる。蓄熱装置１１は蓄熱ユニット１３を
６個備えていることから、蓄熱装置１１全体のヒータ容
量は１８ｋＷとなっている。

【００１８】また、前記蓄熱材２３の蓄熱容量は小容
量、即ち３０ｋＷ／ｈ又は２５８００ｋｃａｌ程度とさ
れている。これは、３ｋＷのヒータ２５で１０時間蓄熱
したときの熱量である。１つの蓄熱ユニット１３の重量
は２５０kg度と軽量になっている。これは、１つの蓄熱
容器２１には３ｋＷのヒータ２５で１０時間蓄熱し得る
だけの蓄熱材２３を充填すればよいためである。

【００１９】ちなみに、ヒータの３ｋＷの選定にあたっ
ては、電源として三相２００Ｖを使用することから、前
記汎用蓄熱装置のヒータ容量（９ｋＷ、１２ｋＷ、１８
ｋＷ、２７ｋＷ）に対応した電気的に効率的な３回路分
割構成としてその容量を選定している。

【００２０】尚、本実施形態においては、ヒータ容量が
５ｋＷ以下の蓄熱装置を小容量タイプ、５〜１２ｋＷの
ものを中容量タイプ、１２〜３０ｋＷ程度のものを大容
量タイプという。従って、本実施形態における蓄熱装置
１１はヒータ容量が前述の通り１８ｋＷであることか
ら、大容量タイプとなる。 （蓄熱ユニット組立）図１及び図７に示すように、本体
ケース１２のベース１２ａ上には、各断熱材１４, １
５, １６により覆われると共に、２列３段に段積みされ
た複数の蓄熱ユニット１３が載置されている。尚、図７
においては、説明の便宜上、側部断熱材１５及び上部断
熱材１６は省略されている。

【００２１】図８に示すように、側部断熱材１５は一対
の直線部１５ａ及び一対の円弧部１５ｂから平面トラッ
ク状に構成されている。両直線部１５ａの内側と互いに
隣接する蓄熱ユニット１３の外側面との間には、それぞ
れ平面三角形状の内側スペースＳ１が形成されている。
本体ケース１２の内側面と両円弧部１５ｂの外側との間
には、それぞれ外側スペースＳ２が形成されている。

【００２２】側部断熱材１５の外周には緊縛手段として
のステンレス製の複数のバンド（図示略）が巻回されて
おり、両直線部１５ａ及び両円弧部１５ｂは蓄熱ユニッ
ト１３側に押圧されている。即ち、段積みされた複数の
蓄熱ユニット１３、底部断熱材１４及び側部断熱材１５
はバンドにより締め付けられて一体的に固定されてい
る。 （蓄熱ユニットの固定）図１、図２、図７及び図８に示
すように、互いに隣接する各段の蓄熱ユニット１３は、
蓋体３１の固定部３４が互いに密着するように配置され
ており、両固定部３４の挿通孔３５に挿通されたボルト
４２がナット４３で締め付けられることにより連結され
ている。互いに隣接する蓄熱容器２１の外側面同士は接
触部にて接触している。 （蓄熱ユニットの接続関係）図９に示すように、最下段
の蓄熱ユニット１３における伝熱管２４の入口側端部
は、ベース１２ａ内に配設された連結配管５１を介して
給水タンク（図示略）に接続されている。連結配管５１
上には流量制御弁５２及び給水ポンプ５３が配設されて
いる。最下段の蓄熱ユニット１３における伝熱管２４の
出口側端部は、中段の蓄熱ユニット１３における伝熱管
２４の入口側端部に接続されている。中段の蓄熱ユニッ
ト１３における出口側端部は、最上段の蓄熱ユニット１
３における入口側端部に接続されている。

【００２３】最上段の蓄熱ユニット１３における伝熱管
２４の出口側端部は、前記スチームヘッダ１８に接続さ
れている。スチームヘッダ１８は、同ヘッダ１８へ各列
伝熱管２４から流入した過熱蒸気に対し、給水管５６か
ら供給された水を混合して飽和蒸気化し、接続配管５４
を介して蓄熱装置１１外部の熱負荷（図示略）に接続さ
れている。各蓄熱ユニット１３の接続管２４ａの各端部
同士はスリーブ５５を介して溶接により固定されてい
る。即ち、２つの列において、各段の蓄熱ユニット１３
間を接続する伝熱管２４は接続管２４ａを介して直列に
接続されている。そして、各列の伝熱管２４はスチーム
ヘッダ１８及び連結配管５１間において互いに並列に接
続されている。 （横ずれ防止）図８に示すように、前記ベース１２ａ上
面における４つのコーナー近傍には、それぞれ支柱６１
が立設されている。各支柱６１には各段の蓄熱ユニット
１３の側部に対応して湾曲状の押え部材６２が配置され
ている。 （実施形態の作用）次に、前述のように構成された蓄熱
装置１１の作用について説明する。

【００２４】大容量タイプの蓄熱装置１１は、６個の小
容量タイプの蓄熱ユニット１３が部品として現地へ運び
込まれ、現地で組み立られる。このため、蓄熱装置１１
の全体を一度に運搬する場合と異なり、運搬が容易にな
る。また、各蓄熱ユニット１３の外径及び高さは６０cm
程度であることにより、蓄熱容器２１への蓄熱材２３の
充填作業が容易である。

【００２５】さて、前記蓄熱材２３は、深夜電力等を利
用して１０時間程度蓄熱され、所定の蓄熱温度（４５０
℃程度）に加熱される。１つの蓄熱ユニット１３には３
０ｋＷ／ｈの熱量が蓄えられ、これが６個組み合わせら
れていることにより、蓄熱装置１１全体の蓄熱容量は１
８０ｋＷ／ｈとなる。

【００２６】この状態で流量制御弁５２が開弁され、給
水ポンプ５３が作動されると、前記給水タンク（図示
略）に貯留された水は、連結配管５１を介して３つの蓄
熱ユニット１３の伝熱管２４内に下段から順次上段へと
流れ込む。すると、この水は蓄熱材２３の熱によって加
熱され、過熱蒸気となってスチームヘッダ１８内に噴出
する。このスチームヘッダ１８内へ噴出された過熱蒸気
は飽和蒸気となり、接続配管５４を介して蓄熱装置１１
外部の熱負荷（図示略）に供給される。このようにし
て、蓄熱材２３に蓄えられた熱が外部に取り出される。

【００２７】蓄熱時等、何らかの原因で蓄熱容器２１が
破損しても、蓄熱装置１１は複数の蓄熱ユニット１３か
ら構成され、これらの蓄熱容器２１が同時に破損する可
能性が少ないことから、多量の蓄熱材２３、特に液状に
なった高温の硝酸塩が外部へ流出することが防止され
る。また、各列の伝熱管２４が直列に接続され、さらに
スチームヘッダ１８にて並列に接続されていることによ
り、所定温度の蒸気の出力時間が長くなると共に、蒸気
の出力流量が大きくなる。

【００２８】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。 （１）蓄熱容量３ｋＷの蓄熱ユニット１３を６個組み合
わせることにより全体として１８ｋＷの蓄熱容量の蓄熱
装置１１を構成した。即ち、蓄熱ユニット１３は部品と
して蓄熱装置１１に組み込まれており、組み合わせる蓄
熱ユニット１３の数により如何なる容量にも対応可能と
なっている。また、１つの蓄熱ユニット１３の外径及び
高さは６０cm程度と小型であり、その重量は２５０kg程
度と軽量である。このため、蓄熱装置１１を既設の電気
室のような場所に据え付ける場合、各蓄熱ユニット１３
毎に分解して運搬すればよく、壁を破壊することなく搬
入することができる。また、クレーン等が不要となり、
蓄熱ユニット１３の運搬が簡単になる。従って、蓄熱装
置１１の現地組立を容易にすることができる。

【００２９】（２）蓄熱装置１１を複数の蓄熱ユニット
１３から構成した。複数の蓄熱ユニット１３が同時に破
損する可能性は少なく、蓄熱容器２１が破損した場合、
高温の蓄熱材（硝酸塩）２３の外部への流出を最小限に
抑えることができる。

【００３０】（３）複数の蓄熱ユニット１３の形状は全
て同じであり、それぞれ同一の部品から構成される。こ
のため、蓄熱ユニット１３の関係部品の量産効果による
コストダウンを図ることができる。

【００３１】（４）複数の蓄熱ユニット１３の伝熱管２
４を直列接続したことにより、蒸気の出力時間を長くす
ることができる。また、直列接続された伝熱管２４をス
チームヘッダ１８を介して並列接続したことにより、蒸
気の出力流量を大きくすることができる。そして、これ
らを組み合わせたことにより、必要な蒸気負荷に合わせ
た任意の蒸気を蓄熱装置１１から出力できる。

【００３２】（５）蓄熱装置１１全体の蓄熱に関する制
御が、分割された個々の蓄熱ユニット１３毎のヒータ稼
動及び温度センサＴの情報によって制御できることか
ら、小型化した蓄熱ユニット１３毎の蓄熱制御により蓄
熱時間の短縮及びより緻密な蓄熱が可能となる。

【００３３】（６）蓄熱ユニット１３の開口部を覆う載
置台２２を、蓋体３１と台座３３とが互いに所定距離だ
け離間して配置された二重蓋構造とし、蓋体３１と台座
３３との間から伝熱管２４及びヒータ２５を引き出し
た。このため、伝熱管２４及びヒータ２５に、段積みさ
れた蓄熱ユニット１３の重量が加わることがなく、伝熱
管２４及びヒータ２５の傷つきを防止することができ
る。

【００３４】（７）蓄熱ユニット１３の上面及び底面、
即ち、載置台２２の上面と蓄熱容器２１の底面とを平板
状に形成した。このため、蓄熱ユニット１３を安定して
積み上げることができる。

【００３５】（８）蓄熱ユニット１３の高さを６０cm程
度にしたことにより、蓄熱容器２１への蓄熱材２３の充
填作業を容易に行うことができる。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。

【００３６】・ 蓄熱容器２１を箱体状に形成してもよ
い。このようにしても、複数の蓄熱ユニット１３を組み
合わせ、必要容量の熱を発生させることができる。 ・ 本実施形態では、各列の上段蓄熱ユニット１３の伝
熱管２４をスチームヘッド１８に接続しているが、これ
ら各列の伝熱管２４あるいは前記連結配管５１に流量制
御弁を設け、各列毎の交互運転等を実施してもよい。

【００３７】・ 本実施形態では、蓄熱ユニット１３を
複数列複数段に段積みしたが、図１６に示すように単列
複数段に段積みし、各蓄熱ユニット１３の伝熱管２４間
を直列又は並列の少なくとも一方にて接続してもよい。

【００３８】・ 本実施形態では、給水ポンプ５３とス
チームヘッド１８間において、各蓄熱ユニット１３の伝
熱管２４を列間で並列接続（列内直列接続）している
が、段間で並列接続（段内直列接続）してもよい。

【００３９】

【発明の効果】従って、請求項１〜請求項３のうちいず
れか一項に記載の発明によれば、蓄熱装置を複数の蓄熱
ユニットから構成したことにより、現地据え付けを容易
にすることができる。また、効率的な蓄熱が得られるば
かりか、現地の据え付け場所に促した搬入作業及び設備
配置が容易となる。

【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】 本実施形態における蓄熱装置の要部拡大正断
面図。

【図３】 本実施形態における蓄熱ユニットの斜視図。

【図４】 本実施形態における載置台の平面図。

【図５】 本実施形態における載置台の正面図。

【図６】 図４における１−１線断面図。

【図７】 本実施形態における段積み状態の蓄熱ユニッ
トの斜視図。

【図８】 本実施形態における蓄熱装置の平断面図。

【図９】 本実施形態における蓄熱装置の接続図。

【図１０】別の実施形態における蓄熱装置の斜視図

【符号の説明】

１１…蓄熱装置、１３…蓄熱ユニット、２１…蓄熱容
器、２２…載置台、２３…蓄熱材、２４…伝熱管、２５
…ヒータ。

───────────────────────────────────────────────────── 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 大脇 定信 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 (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内部に蓄熱材（２３）が充填された蓄熱
   容器（２１）と、 蓄熱材（２３）を加熱するヒータ（２５）と、 内部に熱媒体が流されると共に、蓄熱容器（２１）内に
   配設され、蓄熱材（２３）と熱媒体との間で熱交換を行
   う伝熱管（２４）とを有する複数の蓄熱ユニット（１
   ３）を備え、 各蓄熱ユニット（１３）の伝熱管（２４）を、少なくと
   も直列又は並列のいずれか一方に接続し、必要容量の熱
   発生装置とした蓄熱装置。
2. 【請求項２】 蓄熱ユニット（１３）の上面及び下面を
   平板状とし、積み上げ可能とした請求項１に記載の蓄熱
   装置。
3. 【請求項３】 複数の蓄熱ユニット（１３）の伝熱管
   （２４）を、縦方向のみ又は横方向のみに直列接続し、
   それらをさらに並列接続した請求項１又は請求項２に記
   載の蓄熱装置。