JPH0252932A - 温水発生装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、蓄熱槽から熱エネルギーを効率よく取シ出す
ことができる温水発生装置に関するものである。

（従来の技術） 例えば、コストの安い深夜電力を利用して蓄熱槽に熱エ
ネルギーを蓄積しておき、昼間この蓄熱槽内の熱エネル
ギーを適宜に取り出して、温水を発生させるシステムが
実用化されている。この種のシステムにおいて従来から
使用されている蓄熱法は、温水プール蓄熱によるもの又
はマグネシア煉瓦蓄熱によるものが一般的である。

（発明が解決しようとする課題） しかし、温水プールを用いた蓄熱では、７０℃以上の蓄
熱が不可能であり、蓄熱のために必要な単位熱量当りの
容積が大きく、場所をとるという不具合を有している。

一方、マグネシア煉瓦蓄熱の場合には、６５０℃程度の
高温蓄熱が可能であるが、熱の取シ出しは高温（熱風）
の空気域シ出ししかできず、熱交換器が大型となるほか
、その中心部の蓄熱エネルギーの取り出しを効率よく行
なうことができず、蓄熱利用率が低いという問題点を有
している。

本発明の目的は、小型で熱容量が大きく、蓄熱エネルギ
ーの取り出しを効率よく行なりことができる温水発生装
置を提供することにある。

（課題を解決するための手段） 本発明は、液体を密封した容器の内部に液体の温度変化
により生じる体積変化を吸収する気体層を設けた高温蓄
熱体を少なくとも１つ収納した蓄熱槽と、熱交換器と、
伝熱媒体を蓄熱槽と熱交換器との間で循環させる循環装
置を備えている。

本発明の他の特徴によれば、上記と同様の蓄熱槽、油／
水熱交換器、及び加熱源を備え、これらの間には、蓄熱
のための第１循環路と蓄熱エネルギーの取り出しのため
の第２循環路とが選択的に構成される伝熱媒体循環装置
が設けられている。

第１循環路は加熱源から蓄熱槽に蓄熱のための熱エネル
ギーを送るための伝熱媒体の循環を与える。

第２循環路は蓄熱槽の熱エネルギーを油／水熱交換器に
送るための伝熱媒体の循環路を与える。

（作用） 蓄熱時において適宜の加熱手段により高温蓄熱体が加熱
されると、内部の液体の温度変化によって液体の体積が
増減すると同時に、容器内部の空気層が液体の体積の増
減量を吸収し、高温蓄熱体に大容量の熱を蓄えることに
より、蓄熱槽への蓄熱が行なわれる。このようにして蓄
えられた熱エネルギーは、循環装置によって、伝熱媒体
を介して熱交換器に送られ、ここで水を温水に変えるこ
とができる。

本発明の他の特徴によれば、伝熱媒体循環装置が第１循
環路を構成する場合には、伝熱媒体は加熱源の熱エネル
ギーを蓄熱槽に運び、蓄熱サイクルとすることができる
。一方、伝熱媒体循環装置が第２循環路を構成する場合
には、伝熱媒体は蓄熱槽内の蓄熱エネルギーが熱交換器
へ送られ、温水を得ることができる。

（実施例） 以下、図面を参照しながら、本発明の一実施例を詳細に
説明する。

第１図は、本発明による温水発生装置の一実施例を示し
ている。温水発生装置１は、高温蓄熱体２が多数収納さ
れている蓄熱槽３を備えている。

各高温蓄熱体２は、注射アングル状に形成された容器内
に熱源となる水と空気層とが密封されて成る特別な構成
のものである。図示の実施例では、各高温蓄熱体２は蓄
熱槽３内に設けられた網状支持体３＆上べ垂直に密集し
て並べられておシ、これらの高温蓄熱体２への蓄熱のた
めに蓄熱槽３内へ熱エネルギーを運び込み、またこれら
の高温蓄熱体２からの熱を蓄熱槽３の外に取り出すこと
ができるようＫするため、熱媒体循環装置４が設けられ
ている。

熱媒体循環装置４は、高温蓄熱体２の集積空隙を満たす
ように蓄熱槽３内に熱媒体として注入されている耐熱性
合成油Ｂを循環させるためのものであり、耐熱性合成油
としては、サームエス（商品名）又はモービルサーモ（
商品名）などの如き市販の熱媒体を用いることができる
。これらの熱媒体は比熱０．５７６程度であり、このよ
うな熱媒体によって比熱１である水を密封した高温蓄熱
体２の集積空隙を満すことは、蓄熱槽３の蓄熱量を向上
させることにもなる。

温水発生装置ｌは、高温蓄熱体２に熱を蓄えるために必
要な熱エネルギーを供給するためのオイルヒータ５と、
蓄熱槽３から取り出した熱エネルギーによシ温水を得る
ための油／水熱交換器６とを備えている。耐熱性合成油
Ｂを循環させるためのオイルボングアを含んで成る熱媒
体循環装置４は、蓄熱槽３、オイルヒータ５及び油／水
熱交換器６との間に設けられている。

熱媒体循環装置４は、オイルポンｆ７が途中に設けられ
ており蓄熱槽３とオイルヒータ５の入口ポー）５ｍとを
連結する第１／＃イブ８と、オイルヒータ５の出口ポー
）５ｂと油／水熱交換器６の油入口ポート６ａとを連結
する第２ノ臂イブ９と、第２・平イブ９に設けられた切
換三方弁１０と、油／水熱交換器６の油出口ポート６ｂ
を切換三方弁１０の出口ポー）１０ｍに連結するための
第３ノやイブ１１とから成っている。蓄熱槽３内に延び
ている第１ノ母イグ８の端部には、蓄熱槽３内の耐熱性
合成油Ｂを取り込むための孔８ａが適宜の間隔で複数個
形成されており、オイルポングアにより、蓄熱槽３内の
耐熱性合成油Ｂを第１パイプ８を通してオイルヒータ５
に送り込むことができる構成である。第３ノ平イブ１１
はその中間部分が蓄熱槽３内を通るように配設されてお
り、第３ノぐイブ１１の蓄熱槽３内を通る中間部分には
、切換三方弁１０を介してオイルヒータ５側から送られ
てくる耐熱性合成油Ｂ又は油／水熱交換器６からの耐熱
性合成油Ｂを蓄熱槽３内に吐出することができるように
、孔１１ｍが適宜の間隔で複数個形成されている。上記
で説明した各孔ｇａ、ｌ１ｍの径及びその個数は、蓄熱
槽３から取シ出されるべき単位時間当りの熱量その他の
要因に応じて適宜に定められればよいことは容易に理解
されるところである。

切換三方弁１０は、上で説明した出口ポート１０ｍの外
に別の出口ポー）１０ｂ及び入口ポート１０Ｃを備えて
おり、操作部材１０ｄを手動操作することにより、入口
ポート１０ｅが２つの出口ポー）１０ａ、１０ｂのうち
のいずれか一方に選択的に連通するように切シ換えるこ
とができる構成となっている。したがって、入口ポート
１０ｃが出口ポート１０ａに連通するように切換三方弁
１０が切シ換えられると、第１ノ臂イｆ８を通ってオイ
ルボンデ５に供給される蓄熱槽３内の耐熱性合成油Ｂを
切換三方弁１０を通って第３・ぐイブ１１の孔１１ｍか
ら蓄熱槽３内に戻すことができる第１循環路が形成され
る。これに対し、入口ボ）１０ａが出口ポート１０ｂに
連通ずるように切換三方弁１０が切り換えられると、第
１パイプ８、オイルポンプ５及び第２パイプ９を通って
切換三方弁１０に達した蓄熱槽３内の耐熱性合成油Ｂを
油／水熱交換器６を通って第３パイプ１１に送９孔１１
ｍから蓄熱槽３内に戻すことができる第２循環路が形成
される。

この第２循環路は、蓄熱槽３内の熱エネルギーを油／水
熱交換器６に送る熱交換サイクルを形成するものであり
、給水管１２を介して給水装置１３から油／水熱交換器
６に供給された水を、そこに送られてくる耐熱性合成油
Ｂと熱交換することができる。したがって、給水管１２
に設けられたバルブ１５を開くことにより給湯管１４か
ら温水を取り出すことができる。ここで、給水管１２は
水道管に直結してもよい。なお、パルプ１５を閉じると
、油／水熱交換器６内の温水が全て排出されるので、温
水の取り出しを行なわない場合に油／水熱交換器６内で
水が沸騰することがない。

オイルヒータ５は、スイッチ１６を介して電源１７に接
続されている電熱ヒータ５Ｃを備えており、熱媒体循環
装置４が第１循環路を形成している場合にスイッチ１６
を閉じることにより、耐熱性合成油Ｂが加熱されて蓄熱
槽３内に戻され、高温蓄熱体２の蓄熱が行なわれる。

第２図には、第１図に示した高温蓄熱体２が断面して示
されている。高温蓄熱体２は、耐熱性の高い硼硅酸がラ
ス等によって作られた耐熱がラスから成る中空の容器２
１を備え、その外形形状は注射アンプルと同様な形状と
されている。容器２１内には、蓄熱源としての水Ａと、
温度変化によって生じる水Ａの体積変化量を吸収するだ
めの気体層としての気泡（空気層）２２とが密封されて
いる。なお、容器２１の一端部には水Ａの注入孔２３が
設けられており、図示の実施例では、水を注入した後、
注入孔２３は適°宜の手段で封止されている。

この構成によると、オイルヒータ５によって加熱された
耐熱性合成油Ｂによって高温蓄熱体２が加熱されたこと
により水Ａの体積が増大した場合、この体積の変化量は
空気層２２によって吸収され、容器２１の内圧が異常に
高くなるのが防止される。

前記水Ａは、通常では沸０点の１００℃以上に温度が上
昇しないが、容器２１内に密封されているので、加熱し
ても気化せず１００℃以上（この実施例の場合３００℃
程度またはそれ以上）まで温度を上げることができ、煉
瓦と同程度に高温蓄熱が可能となっている。また、水Ａ
の替わりに沸点の高い（８８３℃）ナトリウムを用いれ
ば、よシ以上の高温蓄熱が可能である。

上述の蓄熱体２を容器２１の外部からシーズヒーター等
で加熱すると、水Ａの温度が上昇して容器２１の内部の
圧力が上昇するとともに水Ａの容積も膨張する。例えば
、容器２１の内部の水温が３００℃に上昇した場合、容
器２１の内部の圧力は１００　ａｔｍで水Ａの容積は常
温時の１．４倍に膨張する。そして、膨張した水Ａの容
積増加量は容器２１内に設けた空気層２２が縮小するこ
とによりて吸収される。なお、容器２１内の水温が下が
って、水Ａの体積が縮小すれは゛、その分生気層２２の
体積が増大する。ここで、空気層２２の代りに窒素がス
等の適宜のガスによる気体層を設けてもよいことは勿論
である。

このようにして、水Ａの容積膨張による内部圧力の増加
を抑えながら、容器２１内部の水温を３００℃ないしそ
れ以上に上げることができ、煉瓦と同等ないしそれ以上
の蓄熱能力を持たせることができる。

なお、例えば３００℃における水Ａの容積が常温時の約
１．４倍程度に膨張するが、空気層２２の容積はこの膨
張の度合いを考慮して設定すればよい。また、容器２１
の内圧に対する耐圧能力は、その材質や厚さまたは空気
層２２の容積によって決定される。

この実施例においては、蓄熱源に安価な水を利用してい
るので、イニシャルコストヲ安くできる。

しかも−旦、水Ａを密封してしまえば、後はメンテナン
スフリーであるから保守等のコストがかからない。

ところで、本発明者は、容器２１として市販のハリオー
３２ガラス（商品名）を用いて、上記蓄熱体の最適な蓄
熱温度を求める実験を行った。

その結果、容器２１の内部の水Ａを徐々に加熱すると、
水Ａの温度が３０９℃（つまり圧力が１００　ａｔｍ　
）に達した場合を境として、水Ａの膨張率が大きくなり
、（容器２１に封入可能な水Ａの容積がより少なくなっ
て）蓄熱量が逆に小さくなることがわかった。したがっ
て、水Ａを３０ＣＦ程度に保持するのが最適であると言
えるが、それ以上に蓄熱温度を上げたとしても特に差し
支えない。

なお、上記では、プラス製の容器２１を用いた場合につ
いて説明したが、例えば、板厚０．５■のステンレスを
用いて、または鋼等を用いて筒状その他の適宜の形状に
することができる。

次に、第１図に示した温水発生装置１の動作について説
明する。

先ず、高温蓄熱体２を加熱して蓄熱槽３に熱エネルギー
を蓄積する場合の動作について説明する。

この場合は入口ポート１０ｅが出口ポート１０ａに連結
されるように切換三方弁１０金切り換え、第１循環路を
形成した上で、スイッチ１６を閉じオイルヒータ７を運
転する。これにより、蓄熱槽３内の耐熱性合成油Ｂは、
第１バイア″８を介して取り出され、オイルヒータ５に
おいて加熱され、加熱された耐熱性合成油ＢＩｉ切換三
方弁１ｏの出口ボート１０ａから取シ出され、第３ノ母
イブ１１の孔１１ｍから蓄熱槽３内に戻され、ここで高
温となっている耐熱性合成油Ｂによりて高温蓄熱体２が
加熱され、蓄熱が行なわれる。高温蓄熱体２を加熱する
のに寄与した耐熱性合成油Ｂは再び第１・譬イブ８を通
って取り出され、上述の蓄熱サイクルが繰り返し実行さ
れる。この蓄熱動作によって、６０℃〜２５０℃程度の
温度に高温蓄熱体２を加熱、蓄熱することが可能である
が、このため、耐熱合成油としてはＯ℃〜４００℃にお
いて実用に供しうるものを使用するのが好ましい。

このよう処して所望の蓄熱が行なわれたならば、スイッ
チ１６を開き、入口ポー）１０ｅが出ロポ−）１０ｂに
連通ずるように切換三方弁１０を切シ換えると、第２循
環路が形成され、蓄熱槽３に蓄熱した熱が耐熱性合成油
Ｂを介して油／水熱交換器６に送られる熱交換サイクル
状態となる。ここでは、高温蓄熱体２によって高温とな
った蓄熱槽３内の耐熱性合成油Ｂがその人口ポー）６ａ
から油／水熱交換器６に送シ込まれ、熱交換された耐熱
性合成油Ｂは第３パイｆｌｌを介して蓄熱槽３に戻され
る。したがって、パルプ１５を開くことにより給湯管１
４から温水を取り出すことができる。

すて罠説明したように、高温蓄熱体２は、２５０℃程度
まで加熱することが可能であるから、油／水熱交換器６
によシ蒸気を得るようにする構成も可能である。

上述の構成によると、特別な構成の高温蓄熱体２を用い
たので、単に耐熱性合成油Ｂを蓄熱に利用した場合に比
べ、容積当りの蓄熱量が大きく、熱容量が同じでよい場
合には装置の小型化を図ることができる。また、耐熱性
合成油Ｂは消防法上「危険物第４類第３石油類」に指定
されるものであるが、少量を循環のために使用している
だけであるから、家庭用装置として使用しても問題はな
く、高性能で小型化の可能な温水発生装置を比較的安価
に提供しうるものである。また、利用温度上限値が１８
０℃程度となるので、温水ばかシでなく蒸気の発生が可
能となり、二重効用缶吸収式冷凍機の作動も可能となシ
、？イラー設備が不要になると共にエネルギー利用効率
が向上するという利点をも有している。

さらＫ、上記説明から判るようＫ、耐熱性合成油Ｂを循
環させるための熱媒体循環装置４は可逆的循環システム
であるから、装置が簡単化されるという利点を有してい
る。

（発明の効果） 本発明によれば、上述の如く、液体を密封した容器の内
部に液体の温度変化にともなう体積変化を吸収する気体
層を設は九高温蓄熱体を用いて高温度の蓄熱を行なう構
成であるから、小型で高容量の蓄熱が可能であり、温水
から蒸気までの取シ出しが可能な高性能の温水発生装置
を得ることができる。

また、伝熱媒体を循環させるシステムが簡単となるため
、蓄熱サイクルと熱交換サイクルとの間の切換を行なう
熱媒体循環装置の構成が簡単で済むという利点を有して
いる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による温水発生装置の構成を示す構成図
、第２図は第１図に示した高温蓄熱体の断面図である。 １・・・温水発生装置、２・・・高温蓄熱体、３・・・
蓄熱槽、４・・・熱媒体循環装置、５・・・オイルヒー
タ１．６・・・油／水熱交換器、７・・・オイルポンプ
、１０・・・切換三方弁、２１・・・容器、２２・・・
空気層、Ａ・・・水、Ｂ・・・耐熱性合成油。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、液体を密封した容器の内部に該液体の温度変化にと
   もなう体積変化を吸収する気体層を設けて成る高温蓄熱
   体を少なくとも１つ収納した蓄熱槽と、熱交換器と、前
   記蓄熱槽内の熱エネルギーを前記熱交換器に与えるため
   伝熱媒体を前記蓄熱槽と前記熱交換器との間で循環させ
   る循環装置とを備えて成ることを特徴とする温水発生装
   置。 ２、液体を密封した容器の内部に該液体の濃度変化にと
   もなう体積変化を吸収する気体層を設けて成る高温蓄熱
   体を少なくとも１つ収納した蓄熱槽と、油／水熱交換器
   と、前記高温蓄熱体を加熱するための加熱源と、前記蓄
   熱槽と前記油／水熱交換器と前記加熱源との間に設けら
   れ熱エネルギーを前記加熱源から前記蓄熱槽に送るため
   の伝熱媒体循環を与える第１循環路と前記蓄熱槽の熱エ
   ネルギーを前記油／水熱交換器に送るための伝熱媒体循
   環を与える第２循環路とが選択的に構成される伝熱媒体
   を循環させるための伝熱媒体循環装置とを備えて成るこ
   とを特徴とする温水発生装置。