JPH0120341B2

JPH0120341B2 -

Info

Publication number: JPH0120341B2
Application number: JP5297384A
Authority: JP
Inventors: Tadashi Matsunaga; Shigeo Hijikata
Original assignee: Mitsubishi Corp
Current assignee: Mitsubishi Corp
Priority date: 1984-03-19
Filing date: 1984-03-19
Publication date: 1989-04-17
Also published as: JPS60196547A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は電気温水ボイラに係わり、更に詳しく
は潜熱蓄熱体を有する電気温水ボイラに係わり、
更に詳しくは、電気温水ボイラ内に充填する潜熱
蓄熱体に特徴を有する発明に関する。

［従来の技術］周知の通り、省エネルギー対策の一つとして安
い深夜電力を利用して温水を得、これをボイラド
ラム内の潜熱蓄熱の為の熱媒体を収容せるシエル
に接触せしめその熱量を蓄熱し、この後必要な時
期にこの熱量を水に放熱し、再び温水として使用
することにより省エネルギーを図ることが実用さ
れている。即ち潜熱蓄熱の為の熱媒体を収容せる
シエルをボイラドラム内に配した技術が実用され
ている。これらの例は、特公昭58−24716、実開
昭58−71631、実開昭59−8069に見られる。

これら従来技術に於ける潜熱蓄熱の為の熱媒体
を収容せるシエルを観ると、即ち潜熱蓄熱体を観
ると、次の通りである。

即ち特公昭58−24716に開示されている潜熱蓄
熱体はシエル内に熱媒体を収容したものである。
又実開昭58−71631、実開昭59−8069に開示され
ている潜熱蓄熱体は、シエル内に熱媒体を収容す
るに際して、僅かにシエル内空間が残るようにし
ているが、シエル自体は内部に柱を具備した形状
を有している。

［発明が解決しようとする課題］上記従来技術は、それ自体有用なものである
が、本出願人が幾つかの検討を加えた結果、次の
問題点を見出した。

即ち、この種の潜熱蓄熱体は性能上幾つかの点
が要請されるけれども、従来技術との関連上次の
２つの事が特に要請される。

その１はシエル内に可及的大量の潜熱蓄熱の為
の熱媒体を収容し、蓄熱容量を大きくとれるよう
にすることが望まれるという点である。

もう１つはシエル内の熱媒体は、液相から固相
への変化時体積膨張する。従つてこの体積膨張時
に対応する設計的配慮が成されている事が望まし
い。この点より従来技術を観ると、特公昭58−
24716号の技術は、シエル内に熱媒体をいつぱい
に充填している。従つてシエル内の空間に最大限
熱媒体を収容することとなるから、蓄熱容量を大
きくとれる利点を有するものの、液相から固相へ
の変化時に於ける熱媒体の体積膨張の為の対策に
何等の工夫が施されていない。故に、繰返し使用
に伴なうシエルの破損、耐久性の考慮がなく実用
する上ではシエルの材質検討等幾つかの解決課題
を有している。

他方、実開昭58−71631、実開昭59−8069号公
報の技術は、シエル内に空間を残して潜熱蓄熱の
為の熱媒体を収容しているので、上記体積膨張
時、この膨張量を上記空間が吸収することとなる
為、この体積膨張を原因とするシエルの破損が無
い。加えて、シエルの内部には支柱が構築されて
いることから、シエル自体はがつちりした固定形
態を保ち強度もある。つまり熱媒体の体積膨張量
全部を上記空間で吸収することが可能であり、シ
エルは定形を保つている。が、このように体積膨
張量全部を吸収する為に必要な空間を当初から十
分残す為に、熱媒体の収容量がその十分必要な分
だけ少なくなり、蓄熱容量が小となる。これは、
電気温水ボイラのボイラドラム内に収容される潜
熱蓄熱体の数が多数であることから、無視できな
い点である。

［目的］従つて本発明の目的とする所は、熱媒体の体積
膨脹時には、その膨張量をシエル内に僅かに残し
た空間と、シエルの同心円的な膨張により吸収可
能とする事により、熱媒体の体積膨張を十分吸収
でき実用的に実施可能とすると共にシエルの耐久
性を図り、同時に可及的に多くの潜熱蓄熱の為の
熱媒体をシエル内に収容可能とし、限られたボイ
ラドラム内に多くの蓄熱容量を確保するにある。

［課題を解決する為の手段］上記目的を達成する為に本発明は次の技術的手
段を有する。即ち実施例に示す図面中の符号を用
いてこれを説明すると、本発明は給水管３と、温
水供給管４とを有するボイラドラム１と、ボイラ
ドラム１の内部下方に配した電気発熱体２より成
り、上記ボイラドラム１内に溶融、凝固の相変化
にともなう潜熱を利用して蓄熱し、放熱する熱媒
体を充填したシエルより成る潜熱蓄熱体の多数を
収容すると共に、上記ボイラドラム１の上方と下
方とをポンプ１４を有する循環管１５により接続
した電気温水ボイラであつて上記循環管１５のボ
イラドラム１に対する一方の接続端より下方位置
のボイラドラム１内に複数の通孔７が形成された
温水分散板９を横設すると共に、上記循環管１５
のボイラドラム１に対する他方の接続端より上方
位置であつて電気発熱体２より上方のボイラドラ
ム１内に複数の通孔７が形成された温水分散板８
を横設し、これら上方温水分散板９と下方温水分
散板８の間に収容された上記多数の潜熱蓄熱体の
個々は球状のシエル１１内に充填された球状潜熱
蓄熱体１２である電気温水ボイラに於いて；上記球状潜熱蓄熱体１２は、球状シエル１１内
に液相の熱媒体１０を封入する際に球状シエル１
１内に空間１３が存するように定めて封入し、而
も熱媒体１０の液相から固相への変化による熱媒
体１０の体積膨張時には、その膨張量を上記空間
１３と熱媒体１０の体積膨張に応ずるシエル１１
の同心円的な膨張により吸収されるように上記空
間を定めて上記シエル内に熱媒体を充填すると共
に、上記シエルを上記体積膨張に応じて同心円的
に膨らみ得る材質によつて形成したことを特徴と
する電気温水ボイラである。

［作用］上記構成に基くと、上記潜熱蓄熱体１２を構成
するシエル１１内の熱媒体１０が温水に接するこ
とにより、融解温度で融解する。従つて融解潜熱
を蓄熱する。

次いで、新たな水が補給されると、凝固温度に
於いて、先に融解の潜熱として蓄熱した熱を固化
の潜熱として水に対し放出する。この固相への変
化時、潜熱蓄熱の為の熱媒体は体積膨張する。こ
の時、この発明によれば、この体積膨張量を当初
シエル１１内に残した空間１３で吸収し、且つシ
エル１１の同心円的な膨らみにより吸収する。従
つて体積膨張への十分な配慮があり、実用的な実
施に適い、シエル１１の破損もない。特に、上記
空間１３は、空間１３自体全部で体積膨張を吸収
する大きさに定めてないので、即ち体積膨張の一
部はシエル１１の同心円的な膨らみで吸収するか
ら、その分だけより多くの潜熱蓄熱の為の熱媒体
１０を収容できる。故に蓄熱容量が大きくとれ
る。加えてシエル１１の膨らみは同心円的に実施
されるから、シエルに局部的なストレスがかから
ないと共に、熱交換表面積を減ずるような不具合
もない。

［実施例］次に添付図面に従い本発明の実施例を詳述す
る。

第１図に於いて１はボイラドラム、２は電気発
熱体、３は給水管、４は温水供給管、５はドラム
内温水温度検出器、６は電気制御器を示してい
る。そして、ボイラドラム１の上部及び下部の所
定の位置に、複数の通孔７が形成された温水分散
板８及び９を設ける。そして上下温水分散板８及
び９の間に、第２図に示す如き融解、凝固の相変
化にともなう潜熱を利用して蓄熱し、放熱する潜
熱蓄熱の為の熱媒体１０を、形状のシエル１１内
に充填して成る球状潜熱蓄熱体１２の多数を密に
収容するようにしたものである。

上記潜熱蓄熱の為の熱媒体１０としては固相状
態で顕著として熱を蓄積し、次に、固相から液相
に変わる時に、融解の潜熱として多量の熱を蓄熱
し、完全に液相に変化すると、更に顕熱として熱
を蓄積し、更に高温の液相状態から凝固温度まで
は通常に顕熱を放出し、凝固温度に於いては、先
に融解の潜熱として蓄熱した熱を、固化の潜熱と
して放出するものであり、例えば次のようなもの
がある。望ましくは、融点50〜90℃範囲のものが
よく、例えば、Na₂S₂O₃・5H₂O、
Na₂CH₃COO・3H₂O、Ba（OH）₂・8H₂O、Sr
（OH）₂・8H₂O、Mg（NO₃）₂・6H₂O、KAI
（SO₄）₂・12H₂O、NH₄Al（SO₄）₂・12H₂O等があ
げられる。

これらの熱媒体は、液相時の温度変化による体
積変化は僅かであるが、凝固時に相当体積膨張す
る。その体積膨張は周知の通り熱媒体の種類によ
つて異なるが、通常液相時の体積の５％〜８％程
度膨張する。

そこで先ず潜熱蓄熱熱媒体１０が液相の時にシ
エル１１内に熱媒体１０非占有の空間１３が形成
するようにシエル１１の大きさを定めるものであ
る。

同時に潜熱蓄熱熱媒体の凝固による体積膨張時
の膨張量を上記空間１３とシエル１１の膨張によ
つて吸収するように空間１３の大きさを定めるも
のである。シエル１１の膨張は凝固熱媒体の膨張
時の圧力によつて可能にされ、又熱媒体が固相か
ら液相に変わつた時にはシエル１１も収縮するが
シエル１１は当初設定した大きさの空間１３を残
して収縮を止める。例えば、潜熱蓄熱熱媒体１０
が凝固した時に、液体の時の体積の1.08倍、即ち
８％膨張したとすると、空間１３で5.5％、シエ
ル１１の膨張で2.5％その膨張量を吸収するよう
に空間１３の大きさを定めるものである。換言す
れば、熱媒体１０を中空成形法、真空成形法等で
加工した球状シエル１１内に注入等により充填す
る際は、当然のように熱媒体１０は液体である
が、その液体の熱媒体１０を充填する際に、空間
１３として上記の例では5.5％相当を残して充填
するものである。

球状シエル１１自体は固い球殻であるが、薄肉
に形成されるので、凝固熱媒体の膨張時の内圧に
よつて、熱媒体の膨張に応じて膨張し、熱媒体が
液相に変化した時には当初の空間を残して自然に
原状に復するから、材質的には金属、合成樹脂等
種々選択できるが、上記のシエル膨張をより容易
にする為に膨張、収縮性に富むものがよく、軟化
点90℃以上の合成樹脂、中でも他の耐久性、耐熱
性加工性をも考慮するとポリプロピレン、高密度
ポリエチレンが好適である。更にシエル１１の上
記の膨張に関しては、設計上次の事を考慮する。
即ち、凝固熱媒体３の体積膨張時の内部圧力によ
つてシエル１１を膨張させるものであるが、その
際材料破壊を生じない程度のシエル１１の膨張度
合を定め得るように、用いる熱媒体の体積膨張量
を考慮して空間１３の大きさを定める。この為に
は、シエル１１の膨張、収縮をシエル１１の材
質、半径、薄い肉厚の厚さ等によつて定まる弾性
域の範囲にとどめるとか、シエル１１の材質等に
よつて定まる引つ張り強さ（極限強さ）に安全率
を見込んだ範囲内で膨張を可能ならしめるとかの
種々の工業的手法を用いるものである。

そして、ボイラドラム１の上下をポンプ１４を
有する循環管１５により接続するものである。よ
り具体的には温水分散板９の上方位置のボイラド
ラム１の所から循環管１５を分岐し、温水分散板
８の下方位置のボイラドラム１の所へ循環管１５
の他方の端末を接続したものである。

次にこの実施例の動作を説明する。

蓄熱する場合、通常、安価な深夜電力を用いる
ことができる夜間の時間帯に蓄熱させる。即ち、
ボイラドラム１内に一定量の水を供給しておき、
電気発熱体２を動作させ、ポンプ１４を駆動す
る。

これによりボイラドラム１内の予め供給された
一定量の水がボイラドラム１内を上下に循環流動
するから、水に対し電気発熱体２の熱が伝熱され
る。上記水の循環流動は、極くゆつくりとしたも
ので、例えば１時間当り2.5m³程度の移動が確保
される程度でよい。

そして、水が循環流動する際、温水分散板８に
より分散して流動するから多数の球状蓄熱体１２
へ水が平均して接触する。

さて、このように、電気発生体２の熱が水に伝
熱されると、水から球状蓄熱体１２に熱量が伝熱
される。この為、球状潜熱蓄熱体１２内の熱媒体
１０が融解温度で融解するに至る。例えば、硫酸
マグネシウム６水温（Mg（NO₃）₂・6H₂O）の場
合には89℃程度で融解する。融解すると、熱媒体
１０は融解の潜熱として熱を蓄熱するに至る。例
えば、55.8cal／cm³程の熱量が蓄熱される。この
蓄熱量は、熱媒体１０の蓄熱密度が大なので、水
の場合に蓄熱に比して単位容積当り格段と大きな
熱量が蓄熱されるものである。以後、ボイラドラ
ム１内の水の温度が予め設定した一定温度になつ
た時点で、その温度を温度検出器５が検出するこ
とにより、制御器６の制御動作を介して電気発熱
体２の動作が停止せしめられるものである。

次に蓄熱を終えた後、球状潜熱蓄熱体１２の放
熱及びそれに基く温水の使用動作について説明す
る。即ち負荷の要求に応じて、ボイラドラム１内
の温度が温水供給管４を介して使用機器へ供給さ
れる。これに伴ない、新に水が供給される。供給
された水はボイラドラム１の上下を循環ポンプ１
４の動作により流動する過程で、先に融解の潜熱
を蓄熱した球状潜熱蓄熱体１２に接し、伝熱せし
められる。

即ち球状潜熱蓄熱体１２は始めは、高温の液相
状態から凝固温度までは顕熱を水に対して放熱
し、凝固温度に於いては、先に融解の潜熱として
蓄熱した熱を、固化の潜熱として水に対し放出す
る。この為に、ボイラドラム１内に順次供給され
た水は順次所定の温度の温水となり負荷側に供給
されていくものである。

而して、シエル１１内に液相の熱媒体１０を封
入する際に、シエル１１内に空間１３が存するよ
うに定めて封入するだけでなく、熱媒体１０の液
相から固相への変化による熱媒体１０の体積膨張
時には、その膨張量を上記空間１３と熱媒体１０
の体積膨張に応ずるシエル１１の同心円的な膨張
により吸収するようにしたので、熱媒体の凝固時
の体積膨張に応ずることができると共に、可及的
に熱媒体を多く充填できるので、一つ一つの球状
蓄熱体の蓄熱量を大とすることができ、電気温水
ボイラの全体の蓄熱容量をより大にすることがで
きるものである。

更に、球状潜熱蓄熱体１２なので、これらを密
に収容しても、球状潜熱蓄熱体１２同志の接触は
点接触であるから温水の流動に大きな抵抗を与え
ず、望ましい流動、通過を確保できる。故に、密
に充填可能だから、熱交換量を増大できる。且
つ、これら球状潜熱蓄熱体群をボイラドラム中に
保持し且つ温水の分散流入を可能ならしめる為の
温水分散板が必要最低限でよく、加工がし易い。
更にボイラドラム中への球状蓄熱体の充填も、並
べることなく単に投入すれば自づと規則正しく整
列するので充填も容易である。

［効果］以上詳述した如くこの発明によれば、潜熱蓄熱
の為の熱媒体が液相から固相へ変化する時、体積
膨張するが、この体積膨張量を、当初シエル内に
残した空間で吸収すると共に、空間だけではな
く、シエルの同心円的な膨らみにより吸収するの
で、実用的な実施に十分適う。故にシエル破損も
なく、耐久性に富む。特に上記空間の大きさは、
空間自体全部で上記の熱媒体の体積膨張を吸収す
る大きさに定めていないので、即ち体積膨張の一
部はシエルの同心円的な膨らみで吸収するから、
その分だけより多くの潜熱蓄熱の為の熱媒体を収
容できる。故に１つ１つの潜熱蓄熱体の蓄熱容量
が大となると共に、電気温水ボイラの限られた大
きさのボイラドラム内の蓄熱容量が大きくとれ
る。加えてシエルの膨らみは同心円的に実施され
るから、シエルに局部的なストレスがかからず、
この意味でも耐久性に富む等実用上各種の利点を
呈するものである。

【図面の簡単な説明】

添付図面は本発明の実施例を示し、第１図は電
気温水ボイラの縦断側面図、第２図は球状蓄熱体
の断面図であり、図中１はボイラドラム、２は電
気発熱体、３は給水管、４は温水供給管、８，９
は温水分散板、１０は潜熱蓄熱の為の熱媒体、１
１は球状シエル、１２は球状蓄熱体、１３は空間
である。

Claims

【特許請求の範囲】１給水管３と温水供給管４とを有するボイラド
ラム１と、ボイラドラム１の内部下方に配した電
気発熱体２より成り、上記ボイラドラム１内に融
解、凝固の相変化にともなう潜熱を利用して蓄熱
し、放熱する熱媒体を充填したシエルより成る潜
熱蓄熱体の多数を収容すると共に、上記ボイラド
ラム１の上方と下方とをポンプ１４を有する循環
管１５により接続した電気温水ボイラであつて上
記循環管１５のボイラドラム１に対する一方の接
続端より下方位置のボイラドラム１内に複数の通
孔７が形成された温水分散板９を横設すると共
に、上記循環管１５のボイラドラム１に対する他
方の接続端より上方位置であつて電気発熱体２よ
り上方のボイラドラム１内に複数の通孔７が形成
された温水分散板８を横設し、これら上方温水分
散板９と下方温水分散板８の間に収容された上記
多数の潜熱蓄熱体の個々は球状のシエル１１内に
充填された球状潜熱蓄熱体１２である電気温水ボ
イラに於いて；上記球状潜熱蓄熱体１２は、球状シエル１１内
に液相の熱媒体１０を封入する際に球状シエル１
１内に空間１３が存するように定めて封入し、而
も熱媒体１０の液相から固相への変化による熱媒
体１０の体積膨張時には、その膨張量を上記空間
１３と熱媒体１０の体積膨張に応ずるシエル１１
の同心円的な膨張により吸収されるように上記空
間を定めて上記シエル内に熱媒体を充填すると共
に、上記シエルを上記体積膨張に応じて同心円的
に膨らみ得る材質によつて形成したことを特徴と
する電気温水ボイラ。