JP2003083616A - 蓄熱装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】蓄熱槽内に設けられたヒータの交換作業を簡単
にすることができる蓄熱装置を提供する。 【解決手段】蓄熱材１３に複数のヒータ収容部材１５を
埋設し、各ヒータ収容部材１５内に各ヒータ１６ａ〜１
６ｆを収容するようにした。このため、各ヒータ１６ａ
〜１６ｆと蓄熱材１３との接触が防止される。各ヒータ
１６ａ〜１６ｆと蓄熱材１３との摩擦がないので、各ヒ
ータ１６ａ〜１６ｆの交換作業を容易に行うことができ
る。また、ヒータ収容部材１５のヒータ挿入口１５ａを
ケース１２内に充填された蓄熱材１３の上面よりも上方
に位置させるようにした。このため、ヒータ収容部材１
５内への蓄熱材１３の侵入を防止することができる。さ
らに、ヒータ収容部材１５の内部には硝酸塩を充填する
ようにした。このため、各ヒータ１６ａ〜１６ｆの熱は
効率的に蓄熱材１３に伝導される。

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】従来より、次のような蓄熱装置が知られ
ている。即ち、蓄熱装置のケース内には、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ている。この蓄熱材には同蓄熱
材を加熱するヒータ及び伝熱管がそれぞれ埋設されてい
る。ケース内の蓄熱材をヒータにより加熱しておき、こ
の状態で伝熱管の一方から水を供給し、他方から蒸気と
して取り出す。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、前記従来の
蓄熱装置には、次のような問題があった。即ち、前記ヒ
ータが蓄熱材に直接埋設されているため、蓄熱材の固形
分とヒータとの摩擦により同ヒータを蓄熱材から引き抜
くことが困難であった。従って、何らかの原因により前
記ヒータが故障した場合、この故障したヒータを交換す
ることができなかった。従来は、故障した場合を想定し
て予備のヒータを配設していた。

【０００４】本発明は上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、蓄熱槽内に設けられた
ヒータの交換作業を容易に行うことができる蓄熱装置を
提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、ケースに充填された蓄熱材を加熱するヒータと、前
記ケース内に配設されると共に内部に熱媒体が流され同
熱媒体と前記蓄熱材との間で熱交換を行う伝熱管とを備
えた蓄熱装置において、前記ケース内には、ヒータと蓄
熱材との接触を防止するヒータ隔離構造を設けたことを
その要旨とする。

【０００６】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、前記ヒータ隔離構造は、ヒータの少な
くとも蓄熱材埋設部分の周囲を覆うように設けられた隔
壁であることをその要旨とする。

【０００７】請求項３に記載の発明は、請求項２に記載
の発明において、前記隔壁は、蓄熱材に埋設されると共
に前記ヒータを収容可能としたヒータ収容部材であるこ
とをその要旨とする。

【０００８】請求項４に記載の発明は、請求項３に記載
の発明において、前記ヒータ収容部材は、上部が開口し
た筒状に形成されており、この上部開口部をヒータ挿入
口とすると共にケース内に充填された蓄熱材の上面より
も上方に位置させるようにしたことをその要旨とする。

【０００９】請求項５に記載の発明は、請求項３又は請
求項４に記載の発明において、前記ヒータ収容部材の内
部には、熱媒体を充填するようにしたことをその要旨と
する。 （作用）請求項１に記載の発明によれば、ヒータと蓄熱
材との接触が防止される。ヒータと蓄熱材との摩擦がな
いので、ヒータの着脱が容易になる。

【００１０】請求項２に記載の発明によれば、請求項１
に記載の発明の作用に加えて、隔壁によりヒータの少な
くとも蓄熱材埋設部分の周囲が覆われる。請求項３に記
載の発明によれば、請求項２に記載の発明の作用に加え
て、ヒータは蓄熱材に埋設されたヒータ収容部材内に収
容される。

【００１１】請求項４に記載の発明によれば、請求項３
に記載の発明の作用に加えて、ヒータ挿入口はケース内
に充填された蓄熱材の上面よりも上方に位置する。この
ため、ヒータ収容部材内への蓄熱材の侵入が防止され
る。

【００１２】請求項５に記載の発明によれば、請求項３
又は請求項４に記載の発明の作用に加えて、ヒータとヒ
ータ収容部材の内面との隙間が熱媒体により埋められ
る。このため、ヒータの熱は効率的に蓄熱材に伝導され
る。

【００１３】

【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。

【００１４】図１及び図２に示すように、蓄熱装置１１
のケース１２は、上部が開口したケース本体１２ａと同
ケース本体１２ａの上部開口部を閉鎖する蓋体１２ｂと
を備えている。ケース本体１２ａ内にはマグネシア及び
硝酸塩を主成分とする蓄熱材１３（図１〜図３では一部
のみを図示する）が充填されていると共に、内部に熱媒
体としての水が流通される伝熱管１４が配設されてい
る。

【００１５】伝熱管１４は、蛇行状に形成された複数の
管がそれらの配置間隔が均一となるように並列配置され
ると共に、互いに直列に接続されることによって形成さ
れている。蓄熱材１３の単位容積当たりの伝熱管１４の
表面積はケース本体１２ａ内の各部においてほぼ均等に
なっている。伝熱管１４の両端はそれぞれ蓋体１２ｂを
貫通して外部に導出されている。

【００１６】図１及び図２に示すように、ケース本体１
２ａ内において、前記伝熱管１４の蛇行部間には複数の
ヒータ収容部材１５が埋設されている。ヒータ収容部材
１５はステンレス鋼鋼材等の熱伝導性を有する金属材料
により上部が開口した有底筒状に形成されている。各ヒ
ータ収容部材１５はそれぞれ前記伝熱管１４に直交する
ように並列配置されている。ヒータ収容部材１５の上部
開口部は後述するヒータ１６ａ〜１６ｆが挿入されるヒ
ータ挿入口１５ａとされており、蓄熱材１３の上面から
突出している。このヒータ挿入口１５ａは蓋体１２ｂに
より閉鎖されている。

【００１７】図２及び図３に示すように、各ヒータ収容
部材１５には、それぞれ蛇行状に形成された複数のヒー
タ１６ａ〜１６ｆが収容されている。また、各ヒータ収
容部材１５内にはそれぞれ硝酸塩が充填されており、こ
れにより各ヒータ収容部材１５の内面とヒータ１６ａ〜
１６ｆとの隙間が埋められている。各ヒータ１６ａ〜１
６ｆの両端はそれぞれ蓋体１２ｂを貫通して外部に導出
されている。

【００１８】尚、ヒータ収容部材１５は、ヒータ１６ａ
〜１６ｆと蓄熱材１３との接触を防止するヒータ隔離構
造を構成する。また、ヒータ収容部材１５は、各ヒータ
１６ａ〜１６ｆの少なくとも蓄熱材埋設部分の周囲を覆
う隔壁として機能する。蓄熱材１３を構成する硝酸塩は
ヒータ収容部材１５の内部に充填される熱媒体を構成す
る。

【００１９】（組み立て手順）次に、前記蓄熱装置１１
の組立手順について説明する。蓄熱装置１１を組み立て
る場合、まず伝熱管１４をケース本体１２ａ内に配設し
て、この後、仮止め治具（図示略）により各ヒータ収容
部材１５をケース本体１２ａに対する所定の取付位置に
仮止めする。

【００２０】次に、マグネシア及び硝酸塩をミキサ（図
示略）に投入し、硝酸塩の融点（１４２℃）以上に加熱
しながら混練する。すると、固形状態のマグネシアと流
動状態の硝酸塩とが均一に混合され、前記蓄熱材１３が
得られる。この蓄熱材１３を流動状態を保持しながらケ
ース本体１２ａ内に充填する。

【００２１】次に、テーブルバイブレータ等の振動付与
機構（図示略）を作動させて、ケース本体１２ａに対し
て振動を付与する。この結果、前記ミキサによる混合時
に蓄熱材１３に混入又は溶解した気泡又は空気等の気体
が大気に排出除去され、蓄熱材１３の充填密度が向上す
る。

【００２２】蓄熱材１３のケース本体１２ａ内への充填
が完了すると、前記仮止め治具をケース本体１２ａから
取り外し、各ヒータ収容部材１５内へヒータ１６ａ〜１
６ｆをそれぞれ上方から挿入する。そして、各ヒータ収
容部材１５内へそれぞれ流動状態の硝酸塩を充填する。
この後、ケース本体１２ａに対して蓋体１２ｂを取り付
ければ、蓄熱装置１１の組立が完了となる。

【００２３】（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。蓄熱材
１３に熱を蓄える場合には、各ヒータ１６ａ〜１６ｆを
通電発熱させる。すると、各ヒータ１６ａ〜１６ｆから
発せられた熱は各ヒータ収容部材１５内に充填された硝
酸塩及び各ヒータ収容部材１５を介して蓄熱材１３に効
率的に伝導する。

【００２４】ちなみに、ヒータ収容部材１５内に硝酸塩
を充填しない場合、ヒータ収容部材１５の内面と各ヒー
タ１６ａ〜１６ｆとの間には隙間が形成され、各ヒータ
１６ａ〜１６ｆから発せられた熱がヒータ収容部材１５
外の蓄熱材１３に対して効率的に伝達されない。また、
各ヒータ１６ａ〜１６ｆが空焚き状態となる。

【００２５】各ヒータ１６ａ〜１６ｆのうち例えばヒー
タ１６ａが何らかの原因で故障した場合、このヒータ１
６ａは次のようにして交換する。即ち、他の正常なヒー
タ１６ｂ〜１６ｆを通電発熱させて、蓄熱材１３を硝酸
塩が液化する１４０℃程度まで昇温させる。硝酸塩が液
体化した状態で、故障したヒータ１６ａをヒータ収容部
材１５から引き抜き、正常な別のヒータを挿入する。

【００２６】各ヒータ１６ａ〜１６ｆはそれぞれヒータ
収容部材１５内に収容されているので、各ヒータ１６ａ
〜１６ｆと蓄熱材１３を構成する固形状態のマグネシア
とが直接接触することはない。また、硝酸塩は液体化し
ているので各ヒータ１６ａ〜１６ｆに大きな摩擦抵抗が
作用することもない。このため、各ヒータ１６ａ〜１６
ｆのヒータ収容部材１５内への（厳密には溶融した硝酸
塩内への）抜き差しは容易である。従って、各ヒータ１
６ａ〜１６ｆをそれぞれ蓄熱材１３に直接埋設した場合
と異なり、各ヒータ１６ａ〜１６ｆの交換作業が容易に
なる。

【００２７】（実施形態の効果）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）前記ケース１２内には、各ヒータ１６ａ〜１６ｆ
と蓄熱材１３との接触を防止するヒータ隔離構造を設け
た。即ち、蓄熱材１３に複数のヒータ収容部材１５を埋
設し、各ヒータ収容部材１５内に各ヒータ１６ａ〜１６
ｆを収容するようにした。このため、各ヒータ１６ａ〜
１６ｆと蓄熱材１３を構成する固形分との接触が防止さ
れる。各ヒータ１６ａ〜１６ｆと蓄熱材１３との摩擦が
ないので、各ヒータ１６ａ〜１６ｆの着脱が容易にな
り、各ヒータ１６ａ〜１６ｆの交換作業を容易に行うこ
とができる。また、故障した場合を想定して予備のヒー
タを配設する必要がなく、蓄熱装置１１のコストアップ
を抑えることができる。さらに、各ヒータ１６ａ〜１６
ｆとマグネシアとが直接接触することがないことによ
り、各ヒータ１６ａ〜１６ｆの傷つきを防止することが
できる。

【００２８】（２）ヒータ収容部材１５を上部が開口し
た筒状に形成し、この上部開口部をヒータ挿入口１５ａ
とすると共にケース１２内に充填された蓄熱材１３の上
面よりも上方に位置させるようにした。このため、ヒー
タ収容部材１５内への蓄熱材１３の固形分の侵入を防止
することができる。

【００２９】（３）ヒータ収容部材１５の内部には、硝
酸塩を充填するようにした。このため、各ヒータ１６ａ
〜１６ｆとヒータ収容部材１５の内面との隙間が硝酸塩
により埋められる。従って、各ヒータ１６ａ〜１６ｆと
ヒータ収容部材１５の内面との間に隙間が形成される場
合と異なり、各ヒータ１６ａ〜１６ｆの熱は効率的に蓄
熱材１３に伝導する。また、各ヒータ１６ａ〜１６ｆの
空焚きを防止することができる。

【００３０】（別例）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。 ・本実施形態では各ヒータ１６ａ〜１６ｆをそれぞれ蛇
行状に形成したが、各ヒータ１６ａ〜１６ｆの形状は任
意に変更可能である。例えば図４に示すように、各ヒー
タ１６ａ〜１６ｆをそれぞれＵ字状のヒータ２１と置き
換えてもよい。尚、図４では蓄熱材１３を一部のみ図示
する。

【００３１】・また、図５（ａ），（ｂ）に示すよう
に、各ヒータ１６ａ〜１６ｆをそれぞれ棒状のヒータ２
２と置き換えてもよい。この場合、ヒータ収容部材１５
は上部が開口した有底円筒状とする。尚、図５（ａ），
（ｂ）では蓄熱材１３を一部のみ図示する。

【００３２】・さらに、図６及び図７に示すように、各
ヒータ１６ａ〜１６ｆを螺旋状のヒータ２３としてもよ
い。この場合、伝熱管１４（図６及び図７では図示略）
も例えば螺旋状に形成し、ヒータ２３に沿うように配設
する。また、ヒータ収容部材１５を上部が開口した有底
円環筒状とする。尚、図７では蓄熱材１３を一部のみ図
示する。

【００３３】・本実施形態では、ヒータ収容部材１５内
に硝酸塩を充填するようにしたが、他の熱媒体（例えば
熱媒油）を充填するようにしてもよい。このようにして
も、各ヒータ１６ａ〜１６ｆの熱は、ヒータ収容部材１
５内の熱媒体及びヒータ収容部材１５を介して蓄熱材１
３に効率的に伝導する。また、有機系の熱媒油を使用し
た場合、常温状態においても液状であるためヒータ交換
時において温度を上げる必要がない。

【００３４】・本実施形態ではヒータ収容部材１５を上
部が開口した有底四角筒状に形成したが、有底円筒状又
は有底楕円筒状としてもよい。このようにしても、蓄熱
材１３と各ヒータ１６ａ〜１６ｆとを隔絶することがで
きる。

【００３５】・本実施形態ではヒータ収容部材１５の上
部を開口したが、その両端をそれぞれ開口させるように
してもよい。このようにしても、各ヒータ１６ａ〜１６
ｆの長手方向における全周囲での蓄熱材１３との接触を
防止することができるため、ヒータの交換作業は容易と
なる。

【００３６】・ヒータ収容部材１５の外面に例えば複数
のフィン及び凹凸等を設けるようにしてもよい。このよ
うにすれば、ヒータ収容部材１５の表面積、即ち蓄熱材
１３との接触面積が増大し、各ヒータ１６ａ〜１６ｆの
熱を効率的に蓄熱材１３に伝達することができる。

【００３７】・本実施形態では、蛇行状又はＵ字状のヒ
ータ１６ａ〜１６ｆを採用しているが、図８に示すよう
に、複数の棒状ヒータ２４〜２４を、ケース１２の上部
あるいは側部（図８では側部配置を示す）に対して液密
状に設けた有底筒状のヒータ収容部材２５に外側から挿
入するようにしてもよい。このようにすれば、ヒータ２
４が蓄熱材１３と接触することが防止できることによ
り、ヒータ２４の交換作業が容易となるばかりか、ヒー
タ２４がヒータ収容部材２５の内面と全周に亘って密接
するため、熱媒体の充填が不要となる。また、熱媒体の
漏れを考慮する必要がなく、図８に示すように水平配置
が可能となる。

【００３８】（付記）次に前記実施形態及び別例から把
握できる技術的思想を以下に追記する。 ・前記熱媒体は、蓄熱材を構成する硝酸塩である請求項
５に記載の蓄熱装置。

【００３９】

【発明の効果】本発明によれば、ヒータと蓄熱材との接
触を防止することにより、蓄熱槽内に設けられたヒータ
の交換作業を簡単にすることができる。

【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】 本実施形態における蓄熱装置の平断面図。

【図３】 本実施形態におけるヒータ収容部の正断面
図。

【図４】 別の実施形態におけるヒータ収容部の正断面
図。

【図５】 （ａ）は、別の実施形態におけるヒータ収容
部の正断面図、（ｂ）は、別の実施形態におけるヒータ
収容部の平断面図。

【図６】 別の実施形態におけるヒータとヒータ収容部
材との組み立てを示す分解正面図。

【図７】 別の実施形態におけるヒータ収容部の平断面
図。

【図８】 別の実施形態における蓄熱装置の正断面図。

【符号の説明】

１１…蓄熱装置、１２…ケース、１２ａ…ケース本体、
２１ｂ…蓋体、１３…蓄熱材、１４…伝熱管、１５…ヒ
ータ隔離構造及び隔壁を構成するヒータ収容部材、１５
ａ…ヒータ挿入口、１６ａ〜１６ｆ，２１，２２，２３
…ヒータ。

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１４年８月２６日（２００２．８．２
６）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００９

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００９】請求項５に記載の発明は、請求項３又は請
求項４に記載の発明において、前記ヒータ収容部材の内
部には、熱媒体を充填するようにしたことをその要旨と
する。請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の発明
において、前記熱媒体は所定温度域で液体化する硝酸塩
であり、当該硝酸塩の内部に前記ヒータを配置するよう
にしたことをその要旨とする。 （作用）請求項１に記載の発明によれば、ヒータと蓄熱
材との接触が防止される。ヒータと蓄熱材との摩擦がな
いので、ヒータの着脱が容易になる。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１２

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１２】請求項５に記載の発明によれば、請求項３
又は請求項４に記載の発明の作用に加えて、ヒータとヒ
ータ収容部材の内面との隙間が熱媒体により埋められ
る。このため、ヒータの熱は効率的に蓄熱材に伝導され
る。請求項６に記載の発明によれば、請求項５に記載の
発明の作用に加えて、ヒータとヒータ収容部材の内面と
の隙間は所定温度域で液体化する硝酸塩により埋められ
る。即ち、当該硝酸塩の内部に前記ヒータが配置され
る。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ケースに充填された蓄熱材を加熱するヒ
   ータと、前記ケース内に配設されると共に内部に熱媒体
   が流され同熱媒体と前記蓄熱材との間で熱交換を行う伝
   熱管とを備えた蓄熱装置において、前記ケース内には、
   ヒータと蓄熱材との接触を防止するヒータ隔離構造を設
   けた蓄熱装置。
2. 【請求項２】 前記ヒータ隔離構造は、ヒータの少なく
   とも蓄熱材埋設部分の周囲を覆うように設けられた隔壁
   である請求項１に記載の蓄熱装置。
3. 【請求項３】 前記隔壁は、蓄熱材に埋設されると共に
   前記ヒータを収容可能としたヒータ収容部材である請求
   項２に記載の蓄熱装置。
4. 【請求項４】 前記ヒータ収容部材は、上部が開口した
   筒状に形成されており、この上部開口部をヒータ挿入口
   とすると共にケース内に充填された蓄熱材の上面よりも
   上方に位置させるようにした請求項３に記載の蓄熱装
   置。
5. 【請求項５】 前記ヒータ収容部材の内部には、熱媒体
   を充填するようにした請求項３又は請求項４に記載の蓄
   熱装置。