JP3968225B2

JP3968225B2 - 蓄熱装置

Info

Publication number: JP3968225B2
Application number: JP2001271406A
Authority: JP
Inventors: 渉長尾; 久則大池
Original assignee: Tohoku Electric Power Co Inc; Tokyo Electric Power Co Inc; Kyushu Electric Power Co Inc; Chugoku Electric Power Co Inc; Hokuriku Electric Power Co; Nihon Itomic Co Ltd
Current assignee: Tohoku Electric Power Co Inc; Tokyo Electric Power Co Inc; Kyushu Electric Power Co Inc; Chugoku Electric Power Co Inc; Hokuriku Electric Power Co; Nihon Itomic Co Ltd
Priority date: 2001-09-07
Filing date: 2001-09-07
Publication date: 2007-08-29
Anticipated expiration: 2021-09-07
Also published as: JP2003083616A

Description

【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としての隔壁を前記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、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り、前記ヒータ収容部材の内部には、熱媒体が充填されると共に前記ヒータ収容部材内の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。
【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】
（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。また、ヒータ収容部材内の硝酸塩は液体化しているのでヒータに大きな摩擦抵抗が作用することがないため、ヒータのヒータ収容部材内への（厳密には溶融した硝酸塩内への）抜き差しは容易であり、ヒータの交換作業が容易になる。
【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、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。
【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１２ａ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〜１６ｆ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〜１６ｆ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１６ａ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〜１６ｆ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１６ａ〜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〜１６ｆ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〜１６ｆ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２２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１５内の熱媒体及びヒータ収容部材１５を介して蓄熱材１３に効率的に伝導する。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〜１６ｆ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２４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。
【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、
１５ａ…ヒータ挿入口、１６ａ〜１６ｆ，２１，２２，２３…ヒータ。

Claims

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としての隔壁を前記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、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り、前記ヒータ収容部材の内部には、熱媒体が充填されると共に前記ヒータ収容部材内の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蓄熱装置。
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１に記載の蓄熱装置。