JP2004003851A - 蓄熱装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】出熱運転時には常に所定温度の蒸気を得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は蓄熱槽と熱交換器１３とを備えている。蓄熱槽内には該蓄熱槽内の蓄熱材を加熱するヒータと、内部を通過する一次側熱媒体を加熱して過熱蒸気とする一次側伝熱管とを備えた。また、蓄熱装置１１には一次側伝熱管へ一次側熱媒体を供給する一次側循環ポンプ２６と、熱交換器１３内の圧力を検出する圧力センサ７２と、圧力センサ７２によって検出された熱交換器１３内の圧力が一定の圧力範囲内に保たれるように一次側循環ポンプ２６を制御する制御装置１５とを備えた。そして、一次側伝熱管及び熱交換器１３へそれぞれ一次側熱媒体を供給するために吐出側で分岐し該分岐先がそれぞれ一次側伝熱管及び熱交換器１３へ接続された接続管２５ａ上に一次側循環ポンプ２６を設けた。
【選択図】 図５
【解決手段】蓄熱装置１１は蓄熱槽と熱交換器１３とを備えている。蓄熱槽内には該蓄熱槽内の蓄熱材を加熱するヒータと、内部を通過する一次側熱媒体を加熱して過熱蒸気とする一次側伝熱管とを備えた。また、蓄熱装置１１には一次側伝熱管へ一次側熱媒体を供給する一次側循環ポンプ２６と、熱交換器１３内の圧力を検出する圧力センサ７２と、圧力センサ７２によって検出された熱交換器１３内の圧力が一定の圧力範囲内に保たれるように一次側循環ポンプ２６を制御する制御装置１５とを備えた。そして、一次側伝熱管及び熱交換器１３へそれぞれ一次側熱媒体を供給するために吐出側で分岐し該分岐先がそれぞれ一次側伝熱管及び熱交換器１３へ接続された接続管２５ａ上に一次側循環ポンプ２６を設けた。
【選択図】 図５
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、蓄熱槽内を循環させて加熱した一次側熱媒体と二次側熱媒体との間で熱交換を行う蓄熱装置及びその運転方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種の蓄熱装置としては、次のようなものが知られている。即ち、図８に示すように、蓄熱装置５１の出熱運転時、一次側循環ポンプ５３の駆動により熱交換器５２内の一次側循環水が蓄熱槽５４内へ供給される。蓄熱槽５４内で発生した蒸気は熱交換器５２内に導かれ、二次側循環水との間で熱交換が行われることにより復水する。加熱された二次側循環水（温水）は浴槽等へ供給される。
【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おいては、一次側循環水の循環経路は閉ループとなっている。このため、出熱運転時、一次側循環ポンプ５３の駆動により熱交換器５２内の圧力が負圧（例えばゲージ圧で−０．５ｋｇｆ／ｃｍ＾２程度）になる。尚、記号＾はべき乗を示す。熱交換器内の蒸気温度は同熱交換器内の圧力により決定されることから、出熱運転時、熱交換器５２内の蒸気温度は８０℃程度となる。そして、二次側循環水は熱損失を考慮すると６０℃程度まで昇温させるのが精一杯であった。従って、負荷側で例えば８０℃以上の温水が必要になった場合、これを負荷側へ供給することができないという問題があった。
【０００４】
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、出熱運転時には常に所定温度の蒸気を得る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、蓄熱槽と熱交換器とを備え、該蓄熱槽内で加熱されて得られた過熱蒸気によって熱交換器内の熱媒体を加熱して飽和蒸気を発生する蓄熱装置であって、前記蓄熱槽内には、当該蓄熱槽内に充填された蓄熱材を加熱するヒータと、内部に熱媒体が流通される伝熱管とを備え、前記伝熱管へ熱媒体を供給する循環ポンプと、前記熱交換器内の圧力を検出する圧力センサと、前記圧力センサによって検出された前記熱交換器内の圧力が一定の圧力範囲内に保たれるように前記循環ポンプを制御する制御装置とを備えたことを要旨とする。
【０００６】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の蓄熱装置において、前記循環ポンプは、前記伝熱管及び前記熱交換器へ熱媒体を供給するために吐出側で分岐し、該分岐先がそれぞれ前記伝熱管及び前記熱交換器へ接続された接続管上に設けられていることを要旨とする。
【０００７】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の蓄熱装置において、前記熱交換器内でのオーバーフロー分の熱媒体を排出する排出経路を備えたことを要旨とする。
【０００８】
（作用）
請求項１に記載の発明によれば、前記圧力センサによって検出された前記熱交換器内の圧力が一定の圧力範囲内に保たれるように前記循環ポンプは制御される。
【０００９】
請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の蓄熱装置の作用に加えて、前記循環ポンプの駆動により、接続管内を流れる熱媒体は循環ポンプの吐出側で分岐し、前記伝熱管及び前記熱交換器へそれぞれ供給される。
【００１０】
請求項３に記載の発明によれば、請求項１又は請求項２に記載の蓄熱装置の作用に加えて、前記熱交換器内でのオーバーフロー分の熱媒体は排出経路を介して排出される。
【００１１】
【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に従って説明する。
【００１２】
図１に示すように、蓄熱装置１１は蓄熱槽１２、熱交換器１３、貯留容器１４及び制御装置１５を備えている。貯留容器１４は上部が開口されていると共に所定量の一次側循環水が貯留されている。
【００１３】
（蓄熱槽）
前記蓄熱槽１２のケース２１内にはマグネシア及び硝酸塩を主成分とする蓄熱材２２が充填されている。蓄熱材２２内には内部に一次側循環水が流通される一次側伝熱管２３及び蓄熱材２２を加熱するヒータ２４が配設されている。一次側伝熱管２３及びヒータ２４の両端はそれぞれケース２１の上壁を貫通して外部に導出されている。
【００１４】
一次側伝熱管２３の両端はそれぞれ接続管２５ａ， ２５ｂを介して後述の熱交換器１３を構成する熱交換容器３１の一次側入口、及び貯留容器１４の一次側出口に接続されている。通常、熱交換容器３１の一次側入口は同熱交換容器３１の上部に、また、貯留容器１４の一次側出口は同貯留容器１４の下部に設けられる。接続管２５ａ上には一次側循環ポンプ２６が配設されている。接続管２５ａの一次側循環ポンプ２６吐出側と接続管２５ｂの途中との間にはバイパス管２７が接続されている。このバイパス管２７上には流量調整弁２８が配設されている。
【００１５】
（熱交換器）
前記熱交換器１３は密閉された熱交換容器３１、及び同熱交換容器３１内に配設された二次側伝熱管３２を備えている。二次側伝熱管３２の両端は熱交換容器３１の上壁を貫通して外部に導出されており、それぞれ接続管３３ａ， ３３ｂを介して二次側熱媒体としての水道水等の水源からの水管路及び浴槽又は貯湯槽に、あるいは共に暖房用エバポレータ等の循環水管路に接続されている。接続管３３ｂ上には二次側熱媒体の出口側温度を検出する温度センサ３４が設けられている。熱交換容器３１下部の一次側出口には導出管３５の一端が接続されており、同導出管３５の他端は貯留容器１４の上部開口部から内部に導入されている。
【００１６】
（制御装置）
ＣＰＵ等からなる制御装置１５の入力側には温度センサ３４が接続されている。制御装置１５の出力側には一次側循環ポンプ２６が接続されている。制御装置１５は温度センサ３４にて検出された二次側熱媒体の出口側温度に基づいて一次側循環ポンプ２６を駆動及び停止制御する。
【００１７】
尚、一次側循環水は一次側熱媒体を構成する。
（実施形態の作用）
次に、前述のように構成した蓄熱装置の作用について説明する。尚、蓄熱槽には予め充分な熱量が蓄熱されている。
【００１８】
出熱運転時、制御装置１５は一次側循環ポンプ２６を駆動させる。すると、貯留容器１４内の一次側循環水は、図１に矢印で示す経路１及び経路２を循環する。経路１において、貯留容器１４内の一次側循環水は、接続管２５ａ→一次側循環ポンプ２６→一次側伝熱管２３→接続管２５ｂ→熱交換容器３１→導出管３５→貯留容器１４の順に流れる。経路２において、貯留容器１４内の一次側循環水は、接続管２５ａ→一次側循環ポンプ２６→バイパス管２７→流量調整弁２８→接続管２５ｂ→熱交換容器３１→導出管３５→貯留容器１４の順に流れる。尚、経路１及び経路２の循環水量は流量調整弁２８により予め一定量に調整されている。
【００１９】
一次側循環水は一次側伝熱管２３内を通過する際、蓄熱材２２の熱が一次側伝熱管２３の管壁を介して伝達されることにより加熱され過熱蒸気となって接続管２５ｂ内に流入する。この過熱蒸気はバイパス管２７からの一次側循環水（経路２を流れる一次側循環水）と混合されて飽和蒸気になった後、熱交換容器３１内にて熱交換により凝縮して水となり、導出管３５を介して貯留容器１４内に流入する。そして、再び経路１及び経路２を循環する。
【００２０】
一方、二次側熱媒体（冷水）は二次側伝熱管３２内を通過する際、熱交換容器３１内に供給された飽和蒸気の熱が二次側伝熱管３２の管壁を介して伝達されることにより加熱される。そして、温度センサ３４にて検出された二次側熱媒体の出口側温度が予め設定された上限温度（例えば６０℃）に達すると、前記制御装置１５は一次側循環ポンプ２６を停止させる。一次側循環水は蓄熱槽１２内に供給されないため加熱されず、熱交換容器３１内に飽和蒸気となって噴出することはない。このため、二次側熱媒体の過加熱が防止される。前記所定温度に加熱された二次側熱媒体（温水）は浴槽、貯湯槽あるいは暖房用エバポレータ等へ供給される。
【００２１】
このように、蓄熱装置１１の出熱運転時、熱交換容器３１内の一次側循環水は大気開放された貯留容器１４内に一旦供給される。即ち、従来と異なり、一次側循環水の循環経路は密閉された閉ループではなく少なくとも循環経路の一箇所において大気開放された開ループとなっている。このため、出熱運転時、一次側循環ポンプ２６の駆動により熱交換容器３１内の圧力が負圧になることはない。そして、熱交換器１３の運転圧力（出熱運転時における熱交換容器３１の内部圧力）は大気圧（ゲージ圧で０ｋｇｆ／ｃｍ＾２）程度に保たれることから、出熱運転時、熱交換容器３１内の飽和蒸気温度は１００℃程度となる。尚、本明細書において、記号＾はべき乗を示す。
【００２２】
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。
・出熱運転時、熱交換器１３内の一次側循環水を一旦大気に開放してから蓄熱槽１２内に供給するようにした。即ち、予め一次側循環水が貯留されると共に大気開放された貯留容器１４へ熱交換器１３内の一次側循環水を供給することにより熱交換器１３の運転圧力を大気圧程度に保つようにした。このため、出熱運転時、熱交換器１３内の飽和蒸気温度は１００℃程度となる。従って、若干の熱損失を考慮すると、１００℃の飽和蒸気との熱交換により２０℃程度の二次側熱媒体を８０℃程度に加熱することができる。
【００２３】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態を図２に従って説明する。本実施形態は前記蓄熱装置１１の二次側の構成について前記第１実施形態と異なる。従って、前記第１実施形態と同一の部材構成については同一の符号を付し、その重複した説明を省略する。
【００２４】
図２に示すように、前記熱交換容器３１内には所定量の一次側循環水が貯留されている。この熱交換容器３１の側壁下部には同熱交換容器３１内の一次側循環水の水位レベルを検出する水位レベルセンサ４１が設けられており、同じく側壁中程には同熱交換容器３１内の圧力を検出する圧力センサ４２が設けられている。前記導出管３５上には電磁弁４３が配設されている。
【００２５】
前記制御装置１５の入力側にはレベルセンサ４１及び圧力センサ４２が接続されている。制御装置１５の出力側には電磁弁４３が接続されている。制御装置１５はレベルセンサ４１にて検出された熱交換器１３内の一次側循環水の水位レベルに基づいて電磁弁４３を開閉制御する。また、制御装置１５は圧力センサ４２にて検出した熱交換器１３内の圧力と温度センサ３４にて検出した二次側熱媒体の温度とに基づいて一次側循環ポンプ２６を駆動又は停止する。
【００２６】
（水位レベル制御）
水位レベルセンサ４１は、熱交換容器３１内の一次側循環水の水位レベルが予め設定された水位レベルを越えたとき、これを検出し、水位レベル超過信号を制御装置１５に出力する。すると、制御装置１５は前記電磁弁４３に対して開弁信号を出力し、電磁弁４３は開弁する。熱交換容器３１内の一次側循環水は貯留容器１４内に供給され、同熱交換容器３１内の一次循環水の水位レベルが低下する。そして、熱交換容器３１内の一次側循環水の水位レベルが予め設定された水位レベルに戻ると、制御装置１５は電磁弁４３を閉弁する。
【００２７】
これが繰り返されることにより、熱交換容器３１内の一次側循環水の水位レベルが一定に保たれる。即ち、制御装置１５は予め設定された一定量の一次側循環水が熱交換器１３内に貯留されるように電磁弁４３を開閉制御する。従って、熱交換容器３１内において、二次側伝熱管３２の水面からの露出面積（伝熱面積）がほぼ一定となり、熱出力が安定する。
【００２８】
蓄熱装置１１の出熱運転停止時、前記制御装置１５は熱交換容器３１内の一次側循環水を一定の水位レベルに保持した状態で、二次側熱媒体を循環させる。これにより、熱交換容器３１内の一次側循環水と二次側熱媒体（冷水）との間で熱交換が行われ、一次側循環水が冷却される。そして、出熱運転時には、出熱運転停止時に冷却された一次側循環水が貯留容器１４内に供給される。この結果、貯留容器１４内の一次側循環水の温度上昇が緩和され、蒸発が抑制される。
【００２９】
（圧力制御）
１００℃以上の温水を負荷側へ供給する場合、制御装置は電磁弁４３を閉じた状態で一次側循環ポンプ２６を駆動させる。すると、熱交換容器３１内には飽和蒸気が供給され、同熱交換容器３１内の圧力が上昇すると共に同熱交換容器３１内の飽和蒸気の温度が上昇する。制御装置１５は温度センサ３４にて検出された二次側熱媒体の出口側温度及び圧力センサ４２にて検出された熱交換容器３１内の圧力に基づいて一次側循環ポンプ２６を駆動及び停止制御する。
【００３０】
即ち、制御装置１５は熱交換器１３内の圧力が少なくとも大気圧以上の一定値になるように、且つ熱交換器１３内の飽和蒸気温度が水の沸点以上になるように前記一次側循環ポンプ２６を駆動又は停止させる。このようにすることで、例えば熱交換容器３１内の圧力をゲージ圧で２ｋｇｆ／ｃｍ＾２（一定）とし、飽和蒸気温度を１３０℃程度とすることができる。従って、若干の熱損失を考慮しても、二次側熱媒体を１００℃程度あるいはそれ以上に加熱することができる。
【００３１】
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。
・予め設定された一定量の一次側循環水が熱交換容器３１内に貯留されるように電磁弁４３が開閉制御され、この一次側循環水と加熱前の二次側熱媒体との間で予め熱交換を行うことにより熱交換容器３１内の一次側循環水の温度を低下させるようにした。このため、出熱運転時、冷却された熱交換容器３１内の一次側循環水が貯留容器１４内に供給されることにより同貯留容器１４内の一次側循環水の温度も低下する。従って、貯留容器１４内の一次側循環水の蒸発を抑制することができる。
【００３２】
・圧力センサ４２を設け、同圧力センサ４２にて検出した熱交換容器３１内の圧力と温度センサ３４にて検出した二次側熱媒体の温度とに基づいて一次側循環ポンプ２６及び電磁弁４３をそれぞれＯＮ／ＯＦＦ制御するようにした。即ち、電磁弁４３を閉じた状態で一次側循環ポンプ２６を駆動して蒸気を熱交換容器３１内に供給すれば、同熱交換容器３１内の圧力が上昇すると共に飽和蒸気温度が上昇する。このため、熱交換容器３１内の圧力を大気圧以上、例えば２ｋｇｆ／ｃｍ＾２に一定に保つことで、飽和蒸気温度を例えば１３０℃程度とすることができる。従って、若干の熱損失を考慮しても、１３０℃の飽和蒸気との熱交換により二次側熱媒体を１００℃程度に加熱することができる。
【００３３】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態を図３に従って説明する。
図３に示すように、二次側伝熱管３２は螺旋状に形成されている。二次側伝熱管３２の両端は熱交換容器３１の側壁下部及び側壁上部を貫通して外部に導出されており、それぞれ接続管３３ａ， ３３ｂを介して二次側熱媒体としての水道水等の水源からの水管路及び浴槽又は貯湯槽に、あるいは共に暖房用エバポレータ等の循環水管路に接続されている。即ち、二次側熱媒体は熱交換容器３１における一次側循環水の貯留部に直接的に導入される。
【００３４】
このため、二次側熱媒体を熱交換容器３１の蒸気層部分から導入する場合に比べて、熱交換容器３１内の一次側循環水は効率よく冷却される。二次側熱媒体は二次側伝熱管３２の熱交換容器３１内における蒸気層部分を流れる間も加熱されるからである。そして、出熱運転時、より冷却された熱交換容器３１内の一次側循環水が貯留容器１４に供給されることによって、同貯留容器１４内の一次側循環水の温度上昇がいっそう抑制される。従って、貯留容器１４内の一次側循環水の蒸発をいっそう抑制することができる。
【００３５】
（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態を図４に従って説明する。本実施形態は二次側伝熱管が一次側循環回路を構成する点で前記第３実施形態と異なる。
【００３６】
図４に示すように、熱交換容器３１内には所定量の二次側熱熱媒体（例えば純水）が貯留されており、同二次側熱媒体には螺旋状の二次側伝熱管３２の全体が浸されている。二次側伝熱管３２の上端部には前記接続管２５ｂが接続されている。同じく下端部には前記導出管３５の一端が接続されており、同導出管３５の他端は貯留容器１４の上部開口部から内部に導入されている。本実施形態では、バイパス管２７、流量調整弁２８及び電磁弁４３はそれぞれ省略されている。
【００３７】
熱交換容器３１の下部には給水管６１の一端が接続されており、同給水管６１の他端は純水等の水源に接続されている。この給水管６１上には電磁弁６２が設けられている。熱交換容器３１上部の二次側熱媒体貯留部には給湯管６３が接続されている。また、熱交換容器３１の上部には、同熱交換容器３１内の二次側熱媒体の水位レベルを検出する水位レベルセンサ６４、及び同熱交換容器３１内の二次側熱媒体の温度を検出する温度センサ６５がそれぞれ設けられている。
【００３８】
制御装置１５の入力側には、水位レベルセンサ６４及び温度センサ６５がそれぞれ接続されている。同じく出力側には、電磁弁６２及び一次側循環ポンプ２６が接続されている。
【００３９】
制御装置１５は水位レベルセンサ６４により検出された熱交換容器３１内の二次側熱媒体の水位レベルに基づいて電磁弁６２を開閉制御する。電磁弁６２が開弁されると、水道圧により水道水（軟水）、即ち二次側熱媒体が熱交換容器３１内に供給される。また、制御装置１５は温度センサ６５により検出された熱交換容器３１内の二次側熱媒体の温度に基づいて一次側循環ポンプ２６を駆動又は停止する。
【００４０】
（実施形態の作用）
次に、前述のように構成した蓄熱装置の作用について説明する。
出熱運転時、制御装置１５は一次側循環ポンプ２６を駆動させる。すると、貯留容器１４内の一次側熱媒体は、接続管２５ａ→一次側循環ポンプ２６→蓄熱槽１２→接続管２５ｂ→二次側伝熱管３２→導出管３５→貯留容器１４の経路で流れる。
【００４１】
一次側熱媒体は蓄熱槽１２内を通過する際に加熱されて過熱蒸気となり、接続管２５ｂを介して二次側伝熱管３２内に流入する。この二次側伝熱管３２内の過熱蒸気は熱交換容器３１内において熱交換が行われることにより凝縮して水となり、導出管３５を介して貯留容器１４内に流入する。そして、再び前記経路を循環する。
【００４２】
一方、熱交換容器３１内の二次側熱媒体は、二次側伝熱管３２内を流れる一次側熱媒体の熱が同二次側伝熱管３２の管壁を介して伝達されることにより加熱される。二次側熱媒体の温度が予め設定された設定温度（例えば６０℃）に達すると、制御装置１５は一次側循環ポンプ２６を停止させる。所定温度に加熱された二次側熱媒体は給湯管６３を介して熱負荷へ供給される。
【００４３】
従って、本実施形態によれば、一次側熱媒体の循環経路の一箇所を大気に開放したことにより、出熱運転時の二次側伝熱管３２内の圧力は少なくとも大気圧程度となる。
【００４４】
（第５実施形態）
次に、本発明の第５実施形態を図５に従って説明する。本実施形態は、蒸気を取り出すようにすると共に、蓄熱槽及び熱交換容器へそれぞれ供給する熱媒体の供給源を同じとした点において前記第４実施形態と異なる。
【００４５】
図５に示すように、熱交換容器３１内の蒸気層の容積は、所定量の蒸気を外部に取出可能となる程度に設定されている。熱交換容器３１の蒸気層部分には蒸気供給管７１が接続されていると共に、同熱交換容器３１内の圧力を検出する圧力センサ７２が設けられている。
【００４６】
貯留容器１４には給水管７３を介して一次側熱媒体（本実施形態では純水）が供給されるようになっている。また、前記接続管２５ａ上において、一次側循環ポンプ２６の吐出側には分岐管７４の一端が接続されており、同分岐管７４の他端は熱交換容器３１の下部に接続されている。分岐管７４上には電磁弁７５が設けられている。
【００４７】
制御装置１５の入力側には水位レベルセンサ６４及び圧力センサ７２が接続されており、同じく出力側には一次側循環ポンプ２６及び電磁弁７５が接続されている。制御装置１５は水位レベルセンサ６４により検出された熱交換容器３１内の二次側熱媒体の水位レベルに基づいて電磁弁７５を開閉制御する。また、制御装置１５は圧力センサ７２により検出された熱交換容器３１内の圧力に基づいて一次側循環ポンプ２６を駆動又は停止する。
【００４８】
（実施形態の作用）
次に前述のように構成した蓄熱装置の作用を説明する。尚、熱交換容器３１内には予め設定された所定量の二次側熱媒体が貯留されていると共に、電磁弁７５は閉弁されている。
【００４９】
熱交換容器３１内の二次側熱媒体は、二次側伝熱管３２内を流れる一次側熱媒体の熱が同二次側伝熱管３２の管壁を介して伝達されることにより加熱される。二次側熱媒体の蒸発に伴って、熱交換容器３１内の圧力が上昇すると共に同熱交換容器３１内の飽和蒸気の温度が上昇する。熱交換容器３１内の圧力が予め設定された上限圧力（本実施形態ではゲージ圧で５ｋｇｆ／ｃｍ＾２）に達すると、制御装置１５は一次側循環ポンプ２６を停止する。このとき、熱交換容器３１内の飽和蒸気温度は１５０℃程度になっており、この飽和蒸気が蒸気供給管７１を介して負荷側へ供給される。
【００５０】
熱交換容器３１内の蒸気が外部に取り出されて同熱交換容器３１内の圧力が予め設定された下限圧力（本実施形態では、ゲージ圧で４ｋｇｆ／ｃｍ＾２）まで下降すると、制御装置１５は再び一次側循環ポンプ２６を駆動させる。すると、熱交換容器３１内の二次側熱媒体が加熱されることにより蒸気が発生し、同熱交換容器３１内の圧力が上昇する。そして、熱交換容器３１内の圧力が再び前記上限圧力に達すると、制御装置１５は一次側循環ポンプ２６を停止させる。
【００５１】
このように、一次側循環ポンプ２６の駆動及び停止が繰り返されることにより、熱交換容器３１内の圧力が一定の圧力範囲内に保たれ、出熱運転時には常に所定温度の蒸気が得られる。
【００５２】
蓄熱装置１１の出熱運転に伴い、熱交換容器３１内の二次側熱媒体は徐々に減少する。前記水位レベルセンサ６４により検出された二次側熱媒体の水位レベルが予め設定された下限水位レベルまで下降すると、制御装置１５は一次側循環ポンプ２６を駆動させた状態で電磁弁７５を開弁する。すると、貯留容器１４内の一次側熱媒体は接続管２５ａ及び分岐管７４を介して熱交換容器３１内へ供給される。二次側熱媒体の水位レベルが再び前記所定水位レベルに達すると、制御装置１５は電磁弁７５を閉弁する。
【００５３】
このように、電磁弁７５の開弁及び閉弁が繰り返されることにより、出熱運転時における熱交換容器３１内の二次側熱媒体の水位レベルが一定に保たれる。出熱運転時、熱交換容器３１内の圧力はゲージ圧で５ｋｇｆ／ｃｍ＾２程度まで上昇するものの、貯留容器１４内の一次側熱媒体は一次側循環ポンプ２６により強制的に熱交換容器３１内へ供給される。このため、円滑な給水が行われる。尚、貯留容器１４内の一次側熱媒体を二次側熱媒体としても使用することにより、同貯留容器１４内の一次側熱媒体は不純物を含まない純水とされている。
【００５４】
従って、本実施形態によれば、熱交換容器３１内に所定容積の蒸気層を設け、同蒸気層に蒸気供給管７１を接続したことにより、同蒸気層に滞留した蒸気を熱負荷へ供給することができる。また、一次側循環ポンプ２６の吐出側と熱交換容器との間を分岐管７４により接続し、貯留容器１４内の一次側熱媒体を二次側熱媒体としても使用するようにした。このため、一次側熱媒体の蓄熱槽１２への供給と二次側熱媒体の熱交換容器３１内への供給とを、それぞれ単一の一次側循環ポンプ２６により行うことができる。
【００５５】
（第６実施形態）
次に、本発明の第６実施形態を図６に従って説明する。本実施形態は、蓄熱槽及び熱交換容器へそれぞれ供給する熱媒体の供給源を別々にした点で前記第５実施形態と異なる。
【００５６】
図６に示すように、熱交換容器３１の下部には給水管８１の一端が接続されており、同給水管８１の他端は水道等の水源に接続されている。この給水管８１上には給水ポンプ８２が設けられており、同給水ポンプ８２の駆動により水道水、即ち二次側熱媒体が熱交換容器３１内に供給される。出熱運転時、熱交換容器３１内の圧力はゲージ圧で５ｋｇｆ／ｃｍ＾２程度まで上昇するものの、前記二次側熱媒体は給水ポンプ８２により強制的熱交換容器３１内へ供給される。このため、円滑な給水が行われる。
【００５７】
従って、本実施形態によれば、一次側熱媒体及び二次側熱媒体の供給源を別々にした。即ち、一次側熱媒体は貯留容器１４から供給し、二次側熱媒体は前記水源から供給するようにした。このため、例えば貯留容器１４内の熱媒体を一次側熱媒体及び二次側熱媒体の両方として使用するようにした場合と異なり、何らかの原因で一次側伝熱管２３が破損して同一次側伝熱管２３内の熱媒体に蓄熱材（特に硝酸塩）が溶出しても、この硝酸塩が溶けた熱媒体が負荷側へ供給されることはない。また、熱媒体の供給源を別々にしたことで、各熱媒体の種類を用途等に応じて容易に使い分けることができる。例えば、消費量の多い二次側熱媒体には純水より生成原価の低い軟水を使用する等、適宜に選定可能となる。
【００５８】
（第７実施形態）
次に、本発明の第７実施形態を図７に従って説明する。本実施形態は、蒸気及び温水の両方を取り出すようにした点で前記第６実施形態と異なる。
【００５９】
図７に示すように、熱交換容器３１の二次側熱媒体貯留部には給湯管９１が接続されていると共に、温度センサ９２が設けられている。この温度センサ９２は熱交換容器３１内の一次側熱媒体の温度を検出する。
【００６０】
温水を使用する場合、熱交換容器３１内の二次側熱媒体は、二次側伝熱管３２内を流れる一次側熱媒体の熱が同二次側伝熱管３２の管壁を介して伝達されることにより加熱される。予め設定された設定温度に達すると、この二次側熱媒体は給湯管９１を介して熱負荷へ供給される。本実施形態では出湯時における熱交換容器３１内の圧力は大気圧程度（ゲージ圧で０ｋｇｆ／ｃｍ＾２程度）に保たれる。
【００６１】
蒸気を使用する場合、熱交換容器３１内の圧力が予め設定された所定の圧力（ゲージ圧で５ｋｇｆ／ｃｍ＾２程度）まで昇圧される。熱交換容器３１内の圧力上昇に伴って、同熱交換容器３１内の飽和蒸気温度が上昇する。そして、所定温度（前記圧力時で１５０℃程度）に達した蒸気は蒸気供給管７１を介して熱負荷へ供給される。このとき、熱交換容器３１内の二次側熱媒体の温度は、前記飽和蒸気と同程度になっている。
【００６２】
蒸気を使用した後、再び温水を使用する場合、まず、熱交換容器３１内の圧力が大気圧程度まで降圧される。即ち、一次側循環ポンプ２６を停止させた状態で、熱交換容器３１の蒸気層に滞留している蒸気が図示しない蒸気排出経路を介して排出される。次に、給水ポンプ８２が駆動され、加熱されていない二次側熱媒体（冷水）が熱交換容器３１内へ供給される。尚、このときも熱交換容器３１内の二次側熱媒体の水位レベルは予め設定された所定の水位レベルに保たれ、オーバーフロー分の二次側熱媒体は図示しない熱媒体排出経路を介して排出される。
【００６３】
熱交換容器３１内の二次側熱媒体の温度が所望の温度（例えば６０℃）まで下降すると給水ポンプ８２が停止され、この二次側熱媒体は給湯管９１を介して熱負荷へ供給される。
【００６４】
従って、本実施形態によれば、単一の熱交換容器３１から温水及び蒸気の両方を取り出すことができる。
（別例）
尚、前記各実施形態は以下のように変更して実施してもよい。
【００６５】
・前記第２及び第３実施形態においては、加熱前の二次側熱媒体と熱交換容器３１内の一次側循環水との間で熱交換させることにより、同熱交換容器３１内の一次側循環水を冷却するようにした。そして、この冷却された熱交換容器３１内の一次側循環水を貯留容器１４に供給することにより同貯留容器１４内の一次側循環水の温度上昇を抑制するようにしたが、貯留容器１４内の一次側循環水を直接的に冷却するようにしてもよい。即ち、貯留容器１４内に冷却用伝熱管（図示略）を別途配設すると共に同冷却用伝熱管内に冷却水を流し、この冷却水と貯留容器１４内の一次側循環水との間で熱交換させるようにしてもよい。このようにすれば、いっそう効率的に貯留容器１４内の一次側循環水を冷却することができる。
【００６６】
・第４〜第７実施形態において、熱負荷側（二次側）で二次側熱媒体の循環回路を構成して二次側熱媒体を循環させるようにしてもよい。逆に、前記循環回路を構成することなく、使用された二次側熱媒体はそのまま排出するようにしてもよい。即ち、二次側熱媒体を循環させず、二次側熱媒体の消費量に応じて適宜新しい二次側熱媒体を補充する。
【００６７】
・第４〜第７実施形態において、接続管２５ａの一次側循環ポンプ２６吐出側と接続管２５ｂの途中との間にバイパス管２７を設け、同バイパス管２７上に流量調整弁２８を設けるようにしてもよい。このようにすれば、二次側伝熱管３２内へ飽和蒸気を供給することができる。
【００６８】
・第５及び第６実施形態においては熱交換器１３から蒸気のみを取り出すようにしたが、次のようにしてもよい。即ち、熱交換器１３とは別の熱交換器（図示略）を設ける。そして、この別の熱交換器内で蒸気供給管７１から取り出した蒸気と、別の熱媒体（例えば水）との間で熱交換を行わせることにより、温水を得る。
【００６９】
また、蒸気供給管７１を途中で分岐させ、この分岐供給された蒸気と前記別の熱媒体とを前記別の熱交換器内で熱交換させることにより温水を得るようにしてもよい。蒸気は蒸気供給管７１から取り出される。このようにすれば、蒸気と温水とを同時に取り出すことができる。
【００７０】
・第１〜第７実施形態において、熱交換器１３から取り出した温水又は蒸気を例えば食器洗浄装置及び医療器具洗浄装置に利用するようにしてもよい。即ち、前記温水又は蒸気をそれぞれ食器及び医療器具等を洗浄、滅菌、殺菌するために使用する。
【００７１】
・第１〜第７実施形態においては、熱媒体として水道水（軟水）又は純水（イオン交換水）を使用したが、これら以外のものを熱媒体として使用してもよい。例えば、難燃性油、エチレングリコールを主成分としたもの、及びプロピレングリコールを主成分としたものが熱媒体として使用可能である。
【００７２】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、熱交換容器内の圧力が一定の圧力範囲内に保たれることにより、出熱運転時には常に所定温度の蒸気を得ることができる。
【００７３】
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、熱媒体の蓄熱槽への供給と熱交換器内への供給とをそれぞれ単一の循環ポンプにより行うことができる。
【００７４】
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、熱交換器内でのオーバーフロー分の熱媒体が排出経路を介して排出されることにより、熱交換器内の熱媒体は所定の水位レベルに保たれる。
【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模式的な構成図。
【図２】第２実施形態における蓄熱装置の要部構成図。
【図３】第３実施形態における蓄熱装置の要部構成図。
【図４】第４実施形態における蓄熱装置の模式的な構成図。
【図５】第５実施形態における蓄熱装置の要部構成図。
【図６】第６実施形態における蓄熱装置の要部構成図。
【図７】第７実施形態における蓄熱装置の要部構成図。
【図８】従来の蓄熱装置の模式的な構成図。
【符号の説明】
１１…蓄熱装置、１２…蓄熱槽、１３…熱交換器、１４…貯留容器、
１５…制御装置、２２…蓄熱材、２３…一次側伝熱管（伝熱管）、２４…ヒータ、２５ａ…接続管、２６…一次側循環ポンプ（循環ポンプ）、７２…圧力センサ、７４…分岐管。
【発明の属する技術分野】
本発明は、蓄熱槽内を循環させて加熱した一次側熱媒体と二次側熱媒体との間で熱交換を行う蓄熱装置及びその運転方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種の蓄熱装置としては、次のようなものが知られている。即ち、図８に示すように、蓄熱装置５１の出熱運転時、一次側循環ポンプ５３の駆動により熱交換器５２内の一次側循環水が蓄熱槽５４内へ供給される。蓄熱槽５４内で発生した蒸気は熱交換器５２内に導かれ、二次側循環水との間で熱交換が行われることにより復水する。加熱された二次側循環水（温水）は浴槽等へ供給される。
【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おいては、一次側循環水の循環経路は閉ループとなっている。このため、出熱運転時、一次側循環ポンプ５３の駆動により熱交換器５２内の圧力が負圧（例えばゲージ圧で−０．５ｋｇｆ／ｃｍ＾２程度）になる。尚、記号＾はべき乗を示す。熱交換器内の蒸気温度は同熱交換器内の圧力により決定されることから、出熱運転時、熱交換器５２内の蒸気温度は８０℃程度となる。そして、二次側循環水は熱損失を考慮すると６０℃程度まで昇温させるのが精一杯であった。従って、負荷側で例えば８０℃以上の温水が必要になった場合、これを負荷側へ供給することができないという問題があった。
【０００４】
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、出熱運転時には常に所定温度の蒸気を得る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、蓄熱槽と熱交換器とを備え、該蓄熱槽内で加熱されて得られた過熱蒸気によって熱交換器内の熱媒体を加熱して飽和蒸気を発生する蓄熱装置であって、前記蓄熱槽内には、当該蓄熱槽内に充填された蓄熱材を加熱するヒータと、内部に熱媒体が流通される伝熱管とを備え、前記伝熱管へ熱媒体を供給する循環ポンプと、前記熱交換器内の圧力を検出する圧力センサと、前記圧力センサによって検出された前記熱交換器内の圧力が一定の圧力範囲内に保たれるように前記循環ポンプを制御する制御装置とを備えたことを要旨とする。
【０００６】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の蓄熱装置において、前記循環ポンプは、前記伝熱管及び前記熱交換器へ熱媒体を供給するために吐出側で分岐し、該分岐先がそれぞれ前記伝熱管及び前記熱交換器へ接続された接続管上に設けられていることを要旨とする。
【０００７】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の蓄熱装置において、前記熱交換器内でのオーバーフロー分の熱媒体を排出する排出経路を備えたことを要旨とする。
【０００８】
（作用）
請求項１に記載の発明によれば、前記圧力センサによって検出された前記熱交換器内の圧力が一定の圧力範囲内に保たれるように前記循環ポンプは制御される。
【０００９】
請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の蓄熱装置の作用に加えて、前記循環ポンプの駆動により、接続管内を流れる熱媒体は循環ポンプの吐出側で分岐し、前記伝熱管及び前記熱交換器へそれぞれ供給される。
【００１０】
請求項３に記載の発明によれば、請求項１又は請求項２に記載の蓄熱装置の作用に加えて、前記熱交換器内でのオーバーフロー分の熱媒体は排出経路を介して排出される。
【００１１】
【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に従って説明する。
【００１２】
図１に示すように、蓄熱装置１１は蓄熱槽１２、熱交換器１３、貯留容器１４及び制御装置１５を備えている。貯留容器１４は上部が開口されていると共に所定量の一次側循環水が貯留されている。
【００１３】
（蓄熱槽）
前記蓄熱槽１２のケース２１内にはマグネシア及び硝酸塩を主成分とする蓄熱材２２が充填されている。蓄熱材２２内には内部に一次側循環水が流通される一次側伝熱管２３及び蓄熱材２２を加熱するヒータ２４が配設されている。一次側伝熱管２３及びヒータ２４の両端はそれぞれケース２１の上壁を貫通して外部に導出されている。
【００１４】
一次側伝熱管２３の両端はそれぞれ接続管２５ａ， ２５ｂを介して後述の熱交換器１３を構成する熱交換容器３１の一次側入口、及び貯留容器１４の一次側出口に接続されている。通常、熱交換容器３１の一次側入口は同熱交換容器３１の上部に、また、貯留容器１４の一次側出口は同貯留容器１４の下部に設けられる。接続管２５ａ上には一次側循環ポンプ２６が配設されている。接続管２５ａの一次側循環ポンプ２６吐出側と接続管２５ｂの途中との間にはバイパス管２７が接続されている。このバイパス管２７上には流量調整弁２８が配設されている。
【００１５】
（熱交換器）
前記熱交換器１３は密閉された熱交換容器３１、及び同熱交換容器３１内に配設された二次側伝熱管３２を備えている。二次側伝熱管３２の両端は熱交換容器３１の上壁を貫通して外部に導出されており、それぞれ接続管３３ａ， ３３ｂを介して二次側熱媒体としての水道水等の水源からの水管路及び浴槽又は貯湯槽に、あるいは共に暖房用エバポレータ等の循環水管路に接続されている。接続管３３ｂ上には二次側熱媒体の出口側温度を検出する温度センサ３４が設けられている。熱交換容器３１下部の一次側出口には導出管３５の一端が接続されており、同導出管３５の他端は貯留容器１４の上部開口部から内部に導入されている。
【００１６】
（制御装置）
ＣＰＵ等からなる制御装置１５の入力側には温度センサ３４が接続されている。制御装置１５の出力側には一次側循環ポンプ２６が接続されている。制御装置１５は温度センサ３４にて検出された二次側熱媒体の出口側温度に基づいて一次側循環ポンプ２６を駆動及び停止制御する。
【００１７】
尚、一次側循環水は一次側熱媒体を構成する。
（実施形態の作用）
次に、前述のように構成した蓄熱装置の作用について説明する。尚、蓄熱槽には予め充分な熱量が蓄熱されている。
【００１８】
出熱運転時、制御装置１５は一次側循環ポンプ２６を駆動させる。すると、貯留容器１４内の一次側循環水は、図１に矢印で示す経路１及び経路２を循環する。経路１において、貯留容器１４内の一次側循環水は、接続管２５ａ→一次側循環ポンプ２６→一次側伝熱管２３→接続管２５ｂ→熱交換容器３１→導出管３５→貯留容器１４の順に流れる。経路２において、貯留容器１４内の一次側循環水は、接続管２５ａ→一次側循環ポンプ２６→バイパス管２７→流量調整弁２８→接続管２５ｂ→熱交換容器３１→導出管３５→貯留容器１４の順に流れる。尚、経路１及び経路２の循環水量は流量調整弁２８により予め一定量に調整されている。
【００１９】
一次側循環水は一次側伝熱管２３内を通過する際、蓄熱材２２の熱が一次側伝熱管２３の管壁を介して伝達されることにより加熱され過熱蒸気となって接続管２５ｂ内に流入する。この過熱蒸気はバイパス管２７からの一次側循環水（経路２を流れる一次側循環水）と混合されて飽和蒸気になった後、熱交換容器３１内にて熱交換により凝縮して水となり、導出管３５を介して貯留容器１４内に流入する。そして、再び経路１及び経路２を循環する。
【００２０】
一方、二次側熱媒体（冷水）は二次側伝熱管３２内を通過する際、熱交換容器３１内に供給された飽和蒸気の熱が二次側伝熱管３２の管壁を介して伝達されることにより加熱される。そして、温度センサ３４にて検出された二次側熱媒体の出口側温度が予め設定された上限温度（例えば６０℃）に達すると、前記制御装置１５は一次側循環ポンプ２６を停止させる。一次側循環水は蓄熱槽１２内に供給されないため加熱されず、熱交換容器３１内に飽和蒸気となって噴出することはない。このため、二次側熱媒体の過加熱が防止される。前記所定温度に加熱された二次側熱媒体（温水）は浴槽、貯湯槽あるいは暖房用エバポレータ等へ供給される。
【００２１】
このように、蓄熱装置１１の出熱運転時、熱交換容器３１内の一次側循環水は大気開放された貯留容器１４内に一旦供給される。即ち、従来と異なり、一次側循環水の循環経路は密閉された閉ループではなく少なくとも循環経路の一箇所において大気開放された開ループとなっている。このため、出熱運転時、一次側循環ポンプ２６の駆動により熱交換容器３１内の圧力が負圧になることはない。そして、熱交換器１３の運転圧力（出熱運転時における熱交換容器３１の内部圧力）は大気圧（ゲージ圧で０ｋｇｆ／ｃｍ＾２）程度に保たれることから、出熱運転時、熱交換容器３１内の飽和蒸気温度は１００℃程度となる。尚、本明細書において、記号＾はべき乗を示す。
【００２２】
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。
・出熱運転時、熱交換器１３内の一次側循環水を一旦大気に開放してから蓄熱槽１２内に供給するようにした。即ち、予め一次側循環水が貯留されると共に大気開放された貯留容器１４へ熱交換器１３内の一次側循環水を供給することにより熱交換器１３の運転圧力を大気圧程度に保つようにした。このため、出熱運転時、熱交換器１３内の飽和蒸気温度は１００℃程度となる。従って、若干の熱損失を考慮すると、１００℃の飽和蒸気との熱交換により２０℃程度の二次側熱媒体を８０℃程度に加熱することができる。
【００２３】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態を図２に従って説明する。本実施形態は前記蓄熱装置１１の二次側の構成について前記第１実施形態と異なる。従って、前記第１実施形態と同一の部材構成については同一の符号を付し、その重複した説明を省略する。
【００２４】
図２に示すように、前記熱交換容器３１内には所定量の一次側循環水が貯留されている。この熱交換容器３１の側壁下部には同熱交換容器３１内の一次側循環水の水位レベルを検出する水位レベルセンサ４１が設けられており、同じく側壁中程には同熱交換容器３１内の圧力を検出する圧力センサ４２が設けられている。前記導出管３５上には電磁弁４３が配設されている。
【００２５】
前記制御装置１５の入力側にはレベルセンサ４１及び圧力センサ４２が接続されている。制御装置１５の出力側には電磁弁４３が接続されている。制御装置１５はレベルセンサ４１にて検出された熱交換器１３内の一次側循環水の水位レベルに基づいて電磁弁４３を開閉制御する。また、制御装置１５は圧力センサ４２にて検出した熱交換器１３内の圧力と温度センサ３４にて検出した二次側熱媒体の温度とに基づいて一次側循環ポンプ２６を駆動又は停止する。
【００２６】
（水位レベル制御）
水位レベルセンサ４１は、熱交換容器３１内の一次側循環水の水位レベルが予め設定された水位レベルを越えたとき、これを検出し、水位レベル超過信号を制御装置１５に出力する。すると、制御装置１５は前記電磁弁４３に対して開弁信号を出力し、電磁弁４３は開弁する。熱交換容器３１内の一次側循環水は貯留容器１４内に供給され、同熱交換容器３１内の一次循環水の水位レベルが低下する。そして、熱交換容器３１内の一次側循環水の水位レベルが予め設定された水位レベルに戻ると、制御装置１５は電磁弁４３を閉弁する。
【００２７】
これが繰り返されることにより、熱交換容器３１内の一次側循環水の水位レベルが一定に保たれる。即ち、制御装置１５は予め設定された一定量の一次側循環水が熱交換器１３内に貯留されるように電磁弁４３を開閉制御する。従って、熱交換容器３１内において、二次側伝熱管３２の水面からの露出面積（伝熱面積）がほぼ一定となり、熱出力が安定する。
【００２８】
蓄熱装置１１の出熱運転停止時、前記制御装置１５は熱交換容器３１内の一次側循環水を一定の水位レベルに保持した状態で、二次側熱媒体を循環させる。これにより、熱交換容器３１内の一次側循環水と二次側熱媒体（冷水）との間で熱交換が行われ、一次側循環水が冷却される。そして、出熱運転時には、出熱運転停止時に冷却された一次側循環水が貯留容器１４内に供給される。この結果、貯留容器１４内の一次側循環水の温度上昇が緩和され、蒸発が抑制される。
【００２９】
（圧力制御）
１００℃以上の温水を負荷側へ供給する場合、制御装置は電磁弁４３を閉じた状態で一次側循環ポンプ２６を駆動させる。すると、熱交換容器３１内には飽和蒸気が供給され、同熱交換容器３１内の圧力が上昇すると共に同熱交換容器３１内の飽和蒸気の温度が上昇する。制御装置１５は温度センサ３４にて検出された二次側熱媒体の出口側温度及び圧力センサ４２にて検出された熱交換容器３１内の圧力に基づいて一次側循環ポンプ２６を駆動及び停止制御する。
【００３０】
即ち、制御装置１５は熱交換器１３内の圧力が少なくとも大気圧以上の一定値になるように、且つ熱交換器１３内の飽和蒸気温度が水の沸点以上になるように前記一次側循環ポンプ２６を駆動又は停止させる。このようにすることで、例えば熱交換容器３１内の圧力をゲージ圧で２ｋｇｆ／ｃｍ＾２（一定）とし、飽和蒸気温度を１３０℃程度とすることができる。従って、若干の熱損失を考慮しても、二次側熱媒体を１００℃程度あるいはそれ以上に加熱することができる。
【００３１】
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。
・予め設定された一定量の一次側循環水が熱交換容器３１内に貯留されるように電磁弁４３が開閉制御され、この一次側循環水と加熱前の二次側熱媒体との間で予め熱交換を行うことにより熱交換容器３１内の一次側循環水の温度を低下させるようにした。このため、出熱運転時、冷却された熱交換容器３１内の一次側循環水が貯留容器１４内に供給されることにより同貯留容器１４内の一次側循環水の温度も低下する。従って、貯留容器１４内の一次側循環水の蒸発を抑制することができる。
【００３２】
・圧力センサ４２を設け、同圧力センサ４２にて検出した熱交換容器３１内の圧力と温度センサ３４にて検出した二次側熱媒体の温度とに基づいて一次側循環ポンプ２６及び電磁弁４３をそれぞれＯＮ／ＯＦＦ制御するようにした。即ち、電磁弁４３を閉じた状態で一次側循環ポンプ２６を駆動して蒸気を熱交換容器３１内に供給すれば、同熱交換容器３１内の圧力が上昇すると共に飽和蒸気温度が上昇する。このため、熱交換容器３１内の圧力を大気圧以上、例えば２ｋｇｆ／ｃｍ＾２に一定に保つことで、飽和蒸気温度を例えば１３０℃程度とすることができる。従って、若干の熱損失を考慮しても、１３０℃の飽和蒸気との熱交換により二次側熱媒体を１００℃程度に加熱することができる。
【００３３】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態を図３に従って説明する。
図３に示すように、二次側伝熱管３２は螺旋状に形成されている。二次側伝熱管３２の両端は熱交換容器３１の側壁下部及び側壁上部を貫通して外部に導出されており、それぞれ接続管３３ａ， ３３ｂを介して二次側熱媒体としての水道水等の水源からの水管路及び浴槽又は貯湯槽に、あるいは共に暖房用エバポレータ等の循環水管路に接続されている。即ち、二次側熱媒体は熱交換容器３１における一次側循環水の貯留部に直接的に導入される。
【００３４】
このため、二次側熱媒体を熱交換容器３１の蒸気層部分から導入する場合に比べて、熱交換容器３１内の一次側循環水は効率よく冷却される。二次側熱媒体は二次側伝熱管３２の熱交換容器３１内における蒸気層部分を流れる間も加熱されるからである。そして、出熱運転時、より冷却された熱交換容器３１内の一次側循環水が貯留容器１４に供給されることによって、同貯留容器１４内の一次側循環水の温度上昇がいっそう抑制される。従って、貯留容器１４内の一次側循環水の蒸発をいっそう抑制することができる。
【００３５】
（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態を図４に従って説明する。本実施形態は二次側伝熱管が一次側循環回路を構成する点で前記第３実施形態と異なる。
【００３６】
図４に示すように、熱交換容器３１内には所定量の二次側熱熱媒体（例えば純水）が貯留されており、同二次側熱媒体には螺旋状の二次側伝熱管３２の全体が浸されている。二次側伝熱管３２の上端部には前記接続管２５ｂが接続されている。同じく下端部には前記導出管３５の一端が接続されており、同導出管３５の他端は貯留容器１４の上部開口部から内部に導入されている。本実施形態では、バイパス管２７、流量調整弁２８及び電磁弁４３はそれぞれ省略されている。
【００３７】
熱交換容器３１の下部には給水管６１の一端が接続されており、同給水管６１の他端は純水等の水源に接続されている。この給水管６１上には電磁弁６２が設けられている。熱交換容器３１上部の二次側熱媒体貯留部には給湯管６３が接続されている。また、熱交換容器３１の上部には、同熱交換容器３１内の二次側熱媒体の水位レベルを検出する水位レベルセンサ６４、及び同熱交換容器３１内の二次側熱媒体の温度を検出する温度センサ６５がそれぞれ設けられている。
【００３８】
制御装置１５の入力側には、水位レベルセンサ６４及び温度センサ６５がそれぞれ接続されている。同じく出力側には、電磁弁６２及び一次側循環ポンプ２６が接続されている。
【００３９】
制御装置１５は水位レベルセンサ６４により検出された熱交換容器３１内の二次側熱媒体の水位レベルに基づいて電磁弁６２を開閉制御する。電磁弁６２が開弁されると、水道圧により水道水（軟水）、即ち二次側熱媒体が熱交換容器３１内に供給される。また、制御装置１５は温度センサ６５により検出された熱交換容器３１内の二次側熱媒体の温度に基づいて一次側循環ポンプ２６を駆動又は停止する。
【００４０】
（実施形態の作用）
次に、前述のように構成した蓄熱装置の作用について説明する。
出熱運転時、制御装置１５は一次側循環ポンプ２６を駆動させる。すると、貯留容器１４内の一次側熱媒体は、接続管２５ａ→一次側循環ポンプ２６→蓄熱槽１２→接続管２５ｂ→二次側伝熱管３２→導出管３５→貯留容器１４の経路で流れる。
【００４１】
一次側熱媒体は蓄熱槽１２内を通過する際に加熱されて過熱蒸気となり、接続管２５ｂを介して二次側伝熱管３２内に流入する。この二次側伝熱管３２内の過熱蒸気は熱交換容器３１内において熱交換が行われることにより凝縮して水となり、導出管３５を介して貯留容器１４内に流入する。そして、再び前記経路を循環する。
【００４２】
一方、熱交換容器３１内の二次側熱媒体は、二次側伝熱管３２内を流れる一次側熱媒体の熱が同二次側伝熱管３２の管壁を介して伝達されることにより加熱される。二次側熱媒体の温度が予め設定された設定温度（例えば６０℃）に達すると、制御装置１５は一次側循環ポンプ２６を停止させる。所定温度に加熱された二次側熱媒体は給湯管６３を介して熱負荷へ供給される。
【００４３】
従って、本実施形態によれば、一次側熱媒体の循環経路の一箇所を大気に開放したことにより、出熱運転時の二次側伝熱管３２内の圧力は少なくとも大気圧程度となる。
【００４４】
（第５実施形態）
次に、本発明の第５実施形態を図５に従って説明する。本実施形態は、蒸気を取り出すようにすると共に、蓄熱槽及び熱交換容器へそれぞれ供給する熱媒体の供給源を同じとした点において前記第４実施形態と異なる。
【００４５】
図５に示すように、熱交換容器３１内の蒸気層の容積は、所定量の蒸気を外部に取出可能となる程度に設定されている。熱交換容器３１の蒸気層部分には蒸気供給管７１が接続されていると共に、同熱交換容器３１内の圧力を検出する圧力センサ７２が設けられている。
【００４６】
貯留容器１４には給水管７３を介して一次側熱媒体（本実施形態では純水）が供給されるようになっている。また、前記接続管２５ａ上において、一次側循環ポンプ２６の吐出側には分岐管７４の一端が接続されており、同分岐管７４の他端は熱交換容器３１の下部に接続されている。分岐管７４上には電磁弁７５が設けられている。
【００４７】
制御装置１５の入力側には水位レベルセンサ６４及び圧力センサ７２が接続されており、同じく出力側には一次側循環ポンプ２６及び電磁弁７５が接続されている。制御装置１５は水位レベルセンサ６４により検出された熱交換容器３１内の二次側熱媒体の水位レベルに基づいて電磁弁７５を開閉制御する。また、制御装置１５は圧力センサ７２により検出された熱交換容器３１内の圧力に基づいて一次側循環ポンプ２６を駆動又は停止する。
【００４８】
（実施形態の作用）
次に前述のように構成した蓄熱装置の作用を説明する。尚、熱交換容器３１内には予め設定された所定量の二次側熱媒体が貯留されていると共に、電磁弁７５は閉弁されている。
【００４９】
熱交換容器３１内の二次側熱媒体は、二次側伝熱管３２内を流れる一次側熱媒体の熱が同二次側伝熱管３２の管壁を介して伝達されることにより加熱される。二次側熱媒体の蒸発に伴って、熱交換容器３１内の圧力が上昇すると共に同熱交換容器３１内の飽和蒸気の温度が上昇する。熱交換容器３１内の圧力が予め設定された上限圧力（本実施形態ではゲージ圧で５ｋｇｆ／ｃｍ＾２）に達すると、制御装置１５は一次側循環ポンプ２６を停止する。このとき、熱交換容器３１内の飽和蒸気温度は１５０℃程度になっており、この飽和蒸気が蒸気供給管７１を介して負荷側へ供給される。
【００５０】
熱交換容器３１内の蒸気が外部に取り出されて同熱交換容器３１内の圧力が予め設定された下限圧力（本実施形態では、ゲージ圧で４ｋｇｆ／ｃｍ＾２）まで下降すると、制御装置１５は再び一次側循環ポンプ２６を駆動させる。すると、熱交換容器３１内の二次側熱媒体が加熱されることにより蒸気が発生し、同熱交換容器３１内の圧力が上昇する。そして、熱交換容器３１内の圧力が再び前記上限圧力に達すると、制御装置１５は一次側循環ポンプ２６を停止させる。
【００５１】
このように、一次側循環ポンプ２６の駆動及び停止が繰り返されることにより、熱交換容器３１内の圧力が一定の圧力範囲内に保たれ、出熱運転時には常に所定温度の蒸気が得られる。
【００５２】
蓄熱装置１１の出熱運転に伴い、熱交換容器３１内の二次側熱媒体は徐々に減少する。前記水位レベルセンサ６４により検出された二次側熱媒体の水位レベルが予め設定された下限水位レベルまで下降すると、制御装置１５は一次側循環ポンプ２６を駆動させた状態で電磁弁７５を開弁する。すると、貯留容器１４内の一次側熱媒体は接続管２５ａ及び分岐管７４を介して熱交換容器３１内へ供給される。二次側熱媒体の水位レベルが再び前記所定水位レベルに達すると、制御装置１５は電磁弁７５を閉弁する。
【００５３】
このように、電磁弁７５の開弁及び閉弁が繰り返されることにより、出熱運転時における熱交換容器３１内の二次側熱媒体の水位レベルが一定に保たれる。出熱運転時、熱交換容器３１内の圧力はゲージ圧で５ｋｇｆ／ｃｍ＾２程度まで上昇するものの、貯留容器１４内の一次側熱媒体は一次側循環ポンプ２６により強制的に熱交換容器３１内へ供給される。このため、円滑な給水が行われる。尚、貯留容器１４内の一次側熱媒体を二次側熱媒体としても使用することにより、同貯留容器１４内の一次側熱媒体は不純物を含まない純水とされている。
【００５４】
従って、本実施形態によれば、熱交換容器３１内に所定容積の蒸気層を設け、同蒸気層に蒸気供給管７１を接続したことにより、同蒸気層に滞留した蒸気を熱負荷へ供給することができる。また、一次側循環ポンプ２６の吐出側と熱交換容器との間を分岐管７４により接続し、貯留容器１４内の一次側熱媒体を二次側熱媒体としても使用するようにした。このため、一次側熱媒体の蓄熱槽１２への供給と二次側熱媒体の熱交換容器３１内への供給とを、それぞれ単一の一次側循環ポンプ２６により行うことができる。
【００５５】
（第６実施形態）
次に、本発明の第６実施形態を図６に従って説明する。本実施形態は、蓄熱槽及び熱交換容器へそれぞれ供給する熱媒体の供給源を別々にした点で前記第５実施形態と異なる。
【００５６】
図６に示すように、熱交換容器３１の下部には給水管８１の一端が接続されており、同給水管８１の他端は水道等の水源に接続されている。この給水管８１上には給水ポンプ８２が設けられており、同給水ポンプ８２の駆動により水道水、即ち二次側熱媒体が熱交換容器３１内に供給される。出熱運転時、熱交換容器３１内の圧力はゲージ圧で５ｋｇｆ／ｃｍ＾２程度まで上昇するものの、前記二次側熱媒体は給水ポンプ８２により強制的熱交換容器３１内へ供給される。このため、円滑な給水が行われる。
【００５７】
従って、本実施形態によれば、一次側熱媒体及び二次側熱媒体の供給源を別々にした。即ち、一次側熱媒体は貯留容器１４から供給し、二次側熱媒体は前記水源から供給するようにした。このため、例えば貯留容器１４内の熱媒体を一次側熱媒体及び二次側熱媒体の両方として使用するようにした場合と異なり、何らかの原因で一次側伝熱管２３が破損して同一次側伝熱管２３内の熱媒体に蓄熱材（特に硝酸塩）が溶出しても、この硝酸塩が溶けた熱媒体が負荷側へ供給されることはない。また、熱媒体の供給源を別々にしたことで、各熱媒体の種類を用途等に応じて容易に使い分けることができる。例えば、消費量の多い二次側熱媒体には純水より生成原価の低い軟水を使用する等、適宜に選定可能となる。
【００５８】
（第７実施形態）
次に、本発明の第７実施形態を図７に従って説明する。本実施形態は、蒸気及び温水の両方を取り出すようにした点で前記第６実施形態と異なる。
【００５９】
図７に示すように、熱交換容器３１の二次側熱媒体貯留部には給湯管９１が接続されていると共に、温度センサ９２が設けられている。この温度センサ９２は熱交換容器３１内の一次側熱媒体の温度を検出する。
【００６０】
温水を使用する場合、熱交換容器３１内の二次側熱媒体は、二次側伝熱管３２内を流れる一次側熱媒体の熱が同二次側伝熱管３２の管壁を介して伝達されることにより加熱される。予め設定された設定温度に達すると、この二次側熱媒体は給湯管９１を介して熱負荷へ供給される。本実施形態では出湯時における熱交換容器３１内の圧力は大気圧程度（ゲージ圧で０ｋｇｆ／ｃｍ＾２程度）に保たれる。
【００６１】
蒸気を使用する場合、熱交換容器３１内の圧力が予め設定された所定の圧力（ゲージ圧で５ｋｇｆ／ｃｍ＾２程度）まで昇圧される。熱交換容器３１内の圧力上昇に伴って、同熱交換容器３１内の飽和蒸気温度が上昇する。そして、所定温度（前記圧力時で１５０℃程度）に達した蒸気は蒸気供給管７１を介して熱負荷へ供給される。このとき、熱交換容器３１内の二次側熱媒体の温度は、前記飽和蒸気と同程度になっている。
【００６２】
蒸気を使用した後、再び温水を使用する場合、まず、熱交換容器３１内の圧力が大気圧程度まで降圧される。即ち、一次側循環ポンプ２６を停止させた状態で、熱交換容器３１の蒸気層に滞留している蒸気が図示しない蒸気排出経路を介して排出される。次に、給水ポンプ８２が駆動され、加熱されていない二次側熱媒体（冷水）が熱交換容器３１内へ供給される。尚、このときも熱交換容器３１内の二次側熱媒体の水位レベルは予め設定された所定の水位レベルに保たれ、オーバーフロー分の二次側熱媒体は図示しない熱媒体排出経路を介して排出される。
【００６３】
熱交換容器３１内の二次側熱媒体の温度が所望の温度（例えば６０℃）まで下降すると給水ポンプ８２が停止され、この二次側熱媒体は給湯管９１を介して熱負荷へ供給される。
【００６４】
従って、本実施形態によれば、単一の熱交換容器３１から温水及び蒸気の両方を取り出すことができる。
（別例）
尚、前記各実施形態は以下のように変更して実施してもよい。
【００６５】
・前記第２及び第３実施形態においては、加熱前の二次側熱媒体と熱交換容器３１内の一次側循環水との間で熱交換させることにより、同熱交換容器３１内の一次側循環水を冷却するようにした。そして、この冷却された熱交換容器３１内の一次側循環水を貯留容器１４に供給することにより同貯留容器１４内の一次側循環水の温度上昇を抑制するようにしたが、貯留容器１４内の一次側循環水を直接的に冷却するようにしてもよい。即ち、貯留容器１４内に冷却用伝熱管（図示略）を別途配設すると共に同冷却用伝熱管内に冷却水を流し、この冷却水と貯留容器１４内の一次側循環水との間で熱交換させるようにしてもよい。このようにすれば、いっそう効率的に貯留容器１４内の一次側循環水を冷却することができる。
【００６６】
・第４〜第７実施形態において、熱負荷側（二次側）で二次側熱媒体の循環回路を構成して二次側熱媒体を循環させるようにしてもよい。逆に、前記循環回路を構成することなく、使用された二次側熱媒体はそのまま排出するようにしてもよい。即ち、二次側熱媒体を循環させず、二次側熱媒体の消費量に応じて適宜新しい二次側熱媒体を補充する。
【００６７】
・第４〜第７実施形態において、接続管２５ａの一次側循環ポンプ２６吐出側と接続管２５ｂの途中との間にバイパス管２７を設け、同バイパス管２７上に流量調整弁２８を設けるようにしてもよい。このようにすれば、二次側伝熱管３２内へ飽和蒸気を供給することができる。
【００６８】
・第５及び第６実施形態においては熱交換器１３から蒸気のみを取り出すようにしたが、次のようにしてもよい。即ち、熱交換器１３とは別の熱交換器（図示略）を設ける。そして、この別の熱交換器内で蒸気供給管７１から取り出した蒸気と、別の熱媒体（例えば水）との間で熱交換を行わせることにより、温水を得る。
【００６９】
また、蒸気供給管７１を途中で分岐させ、この分岐供給された蒸気と前記別の熱媒体とを前記別の熱交換器内で熱交換させることにより温水を得るようにしてもよい。蒸気は蒸気供給管７１から取り出される。このようにすれば、蒸気と温水とを同時に取り出すことができる。
【００７０】
・第１〜第７実施形態において、熱交換器１３から取り出した温水又は蒸気を例えば食器洗浄装置及び医療器具洗浄装置に利用するようにしてもよい。即ち、前記温水又は蒸気をそれぞれ食器及び医療器具等を洗浄、滅菌、殺菌するために使用する。
【００７１】
・第１〜第７実施形態においては、熱媒体として水道水（軟水）又は純水（イオン交換水）を使用したが、これら以外のものを熱媒体として使用してもよい。例えば、難燃性油、エチレングリコールを主成分としたもの、及びプロピレングリコールを主成分としたものが熱媒体として使用可能である。
【００７２】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、熱交換容器内の圧力が一定の圧力範囲内に保たれることにより、出熱運転時には常に所定温度の蒸気を得ることができる。
【００７３】
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、熱媒体の蓄熱槽への供給と熱交換器内への供給とをそれぞれ単一の循環ポンプにより行うことができる。
【００７４】
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、熱交換器内でのオーバーフロー分の熱媒体が排出経路を介して排出されることにより、熱交換器内の熱媒体は所定の水位レベルに保たれる。
【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模式的な構成図。
【図２】第２実施形態における蓄熱装置の要部構成図。
【図３】第３実施形態における蓄熱装置の要部構成図。
【図４】第４実施形態における蓄熱装置の模式的な構成図。
【図５】第５実施形態における蓄熱装置の要部構成図。
【図６】第６実施形態における蓄熱装置の要部構成図。
【図７】第７実施形態における蓄熱装置の要部構成図。
【図８】従来の蓄熱装置の模式的な構成図。
【符号の説明】
１１…蓄熱装置、１２…蓄熱槽、１３…熱交換器、１４…貯留容器、
１５…制御装置、２２…蓄熱材、２３…一次側伝熱管（伝熱管）、２４…ヒータ、２５ａ…接続管、２６…一次側循環ポンプ（循環ポンプ）、７２…圧力センサ、７４…分岐管。
Claims (3)
- 蓄熱槽と熱交換器とを備え、
該蓄熱槽内で加熱されて得られた過熱蒸気によって熱交換器内の熱媒体を加熱して飽和蒸気を発生する蓄熱装置であって、
前記蓄熱槽内には、当該蓄熱槽内に充填された蓄熱材を加熱するヒータと、内部に熱媒体が流通される伝熱管とを備え、
前記伝熱管へ熱媒体を供給する循環ポンプと、
前記熱交換器内の圧力を検出する圧力センサと、
前記圧力センサによって検出された前記熱交換器内の圧力が一定の圧力範囲内に保たれるように前記循環ポンプを制御する制御装置とを備えた蓄熱装置。 - 前記循環ポンプは、前記伝熱管及び前記熱交換器へ熱媒体を供給するために吐出側で分岐し、該分岐先がそれぞれ前記伝熱管及び前記熱交換器へ接続された接続管上に設けられている請求項１に記載の蓄熱装置。
- 前記熱交換器内でのオーバーフロー分の熱媒体を排出する排出経路を備えた請求項１又は請求項２に記載の蓄熱装置。
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|---|---|---|---|
| JP2003191303A JP2004003851A (ja) | 2000-10-19 | 2003-07-03 | 蓄熱装置 |
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|---|---|---|---|
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Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001264904A Division JP2002195656A (ja) | 2000-10-19 | 2001-08-31 | 蓄熱装置及びその運転方法 |
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| Country | Link |
|---|---|
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005351515A (ja) * | 2004-06-09 | 2005-12-22 | Daikin Ind Ltd | 冷凍装置 |
| JP2013204867A (ja) * | 2012-03-27 | 2013-10-07 | Toyota Central R&D Labs Inc | 化学蓄熱システム |
| JP2017502450A (ja) * | 2013-10-30 | 2017-01-19 | シーメンス アクティエンゲゼルシャフト | 高温バッテリーを備えた熱貯蔵システム |
-
2003
- 2003-07-03 JP JP2003191303A patent/JP2004003851A/ja active Pending
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