JPH0252951A - 潜熱蓄熱装置 - 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】 １泉上立秩凪分災 本発明は、シェルチューブ型の潜熱蓄熱装置に関する。

災米挟責 太陽熱や産業廃熱等の非定常的な熱、あるいは供給と需
要との時間的ずれのある深夜電力等の有効利用手段とし
て、物質の固・液相変化の際の潜熱を利用して一定の温
度で蓄熱する潜熱蓄熱器が知られている。

潜熱蓄熱器の一つの型に、シェル内に複数本のチューブ
が設けられ、シェル内に潜熱蓄熱材が充填されるととも
にこれを加熱するヒータがシェル内空間の底部に設けら
れ、チューブ内に上記蓄熱材に蓄熱された熱を取出すた
めの流体が流れるシェルチューブ式の蓄熱装置がある。

第７図はその一例を示す図で、竪形円筒状シェル１内に
はその軸線と平行に２本のＵ字形のチューブ２が設けら
れ、これらのチューブ２はシェル１上部に設けられた隔
壁３を介するチャンネル４により、チャンネルの一方に
設けられた被加熱流体人口５と他方に設けられた被加熱
流体出口６との間に直列に接続されている。

シェル１内には潜熱蓄熱材７が、上部に若干の余裕を残
して充填されどともに、シェル内の底部には例えば深夜
電力等により発熱するヒータ、あるいは産業廃熱エネル
ギーを供給する加熱コイル８が設けられている。被加熱
流体人口５からは、蓄熱材に蓄熱された熱で加熱して利
用する液体又は熱媒体の低温の液体が導入され、Ｕ字形
チューブ２を通過し、その間にヒータ８により加熱され
蓄熱された蓄熱材７から熱を得て昇温し、高温の流体と
なって出口６より出て行く、シェル１には断熱９が施さ
れている。

さて、この構造の潜熱蓄熱装置では、蓄熱モード時には
、蓄熱材７は最初固相となっており、深夜電力等による
熱エネルギーをヒータ８により加えるとヒータ８に接す
る部分の固体蓄熱材が加熱されて溶融し、局部的対流に
より、溶融した液体に接する固相の部分が次第に溶融し
て行く。したがって、上部迄溶融するのに時間が掛るの
みならず、上部迄が固相の蓄熱材に厚く覆われた状態で
は、溶融して膨張した蓄熱材がシェルに圧力を及ぼすの
で、シエ、ルはこれに耐えるような強度を持たせる必要
がある。

目　　　　　的 本発明は、従来のシェルチューブ型潜熱蓄熱装置の上記
の欠点にかんがみ、蓄熱モード時に、上部を固体の蓄熱
材で覆われた状態で溶融した蓄熱材が周辺構造物に圧力
を及ぼすことがなく、又、上方の蓄熱材上表面するのに
時間が掛らない蓄熱装置を提供することを目的とする。

パ　のための 本発明は、上記の目的を達成させるため、シェル内に潜
熱蓄熱材と、その底部に外部エネルギー源により発熱す
るヒータとを有し、チューブ内を蓄熱材に蓄熱された熱
で加熱される流体が流れるシェルチューブ型潜熱蓄熱装
置において、上記のシェル内空間の下部から蓄熱材上表
面近傍に達する蓄熱材加熱手段を設けたことを特徴とす
る。

この加熱手段は、主ヒータと別のサブヒータとしても、
あるいは熱良導性板部材ととしてもよい。

又、この板部材は平板であっても、シェルと同心状の円
筒であってもよい、同様にヒータの場合も円筒面上に例
えば螺旋状に設けてもよい。なお、その場合は、主ヒー
タを省略することも可能である。横置のシェルチューブ
型蓄熱装置の場合はヒータをシェルと同心の円筒面に沿
って配置するの・がよい。

作　　　用 本発明の蓄熱装置では、主ヒータと別にあるいは主ヒー
タに代ってシェルの底部から蓄熱材上表面近傍に達する
蓄熱材加熱手段が設けられているので、蓄熱モード時、
固相を呈する蓄熱材は底部のみならず、底部から蓄熱材
上表面に達する加熱手段に沿う部分も融解し、ヒータの
周囲で溶融し膨張した蓄熱材は上下方向に出来た溶融通
路部分を通って蓄熱材の上面の空間に逃げることができ
るので周辺構造部材に不必要に圧力を及ぼすことはない
。又、底部のヒータ及び上下方向の加熱手段により加熱
されて溶融した蓄熱材は全体対流を促進し、蓄熱材全体
の溶融所安時間が短縮される。

ス〕１鮮 以下に、本発明の実施例を、図面に基づいて詳細に説明
する。

第１図は、第７図に示した従来の深夜電力利用の蓄熱装
置に本発明を適用した実施例を示す図である。したがっ
て、同一の部材には同一の符号を付し、異る点を中心に
説明する。

この実施例では、シェル１内空間のチューブ２の間に、
底部より蓄熱材７の上表面付過速１本又は複数本のサブ
ヒータ１０が設けられており、このサブヒータ１０は、
主ヒータ８への通電に先行するか或は同時に通電される
ように配線されている。サブヒータ１０の上部は蓄熱材
７の上面に若干突出させるようにするのが好ましい。し
たがって、蓄熱モード時、主ヒータ８の発熱時にはサブ
ヒータ１０の発熱により蓄熱材の下から上迄流路が形成
されているので、溶融し膨張した蓄熱材が蓄熱材７の上
表面に押し上げられ圧力が逃げ、又全体対流が促進され
全体の溶融時間を早める。なお、利用すべき熱源によっ
ては、電気ヒータの代わりに内部を熱を有する流体が通
過する熱交換コイルとすることもできる。

第２図に示す他の実施例では、第１図に示した実施例の
サブヒータ１０の代りに熱伝導率の高い材料、例えばア
ルミなどの金属の板１２が、主ヒータ８の直近から蓄熱
材７の上表面の近傍迄あるいは上表面より若干突出して
、チューブ２の間に設けられている。その他の構造は同
じである。

その結果、主ヒータ８に通電して発熱させ、その周りの
蓄熱材７が溶融すると、その熱は金属板１２の下部に伝
わり、これが金属板１２の全体に伝えられてその近傍の
固化している蓄熱材を溶融し、金属板１２に沿った垂直
の流路を形成する。

これにより、溶融して体積が膨張しても、上方に逃げ圧
力が上昇して周囲の構造部材に圧を及ばすことは防止さ
れる。又、全体対流を促進し、蓄熱材７の全体に速やか
に熱が回り蓄熱することができる。

第３図（ａ）（ｂ）に示す更に他の実施例では。

第１図の実施例の１本又は複数本の上下方向に延びるサ
ブヒータ１０が、シェル１と同心の円筒面に沿って螺旋
状に配置されたコイル状となっている。第３図（ａ）は
第３図（ｂ）の平面断面図である。その作用は、第１図
の実施例と同様である。

同じように、第２図に示す実施例の熱良導性板部材１２
を、シェル１と同心の熱良導性の円筒状部材で置き換え
ても同様の作用効果を得ることが出来る。この場合は、
円筒状部材の内外の蓄熱材の流通を計るため円筒状板部
材に適当に孔を設けるのがよい。

第３図（ａ）（ｂ）に示す実施例で、螺旋状のサブヒー
タ１０の容量が充分大きい場合は、主ヒータを省略して
も差支えない。

以上説明した各実施例は、シェル及びチューブが堅方向
に延びる竪形のシェルチューブ蓄熱装置に対するもので
あるが、本発明は竪形蓄熱装置に限られるものではなく
シェル及びチューブが水平方向に延びる横型のシェルチ
ューブ蓄熱装置にも適用することができる。

第４図に示す実施例では、横型円筒状シェル１の内部に
その軸方向に延びる複数本のチューブが設けられており
、シェル１の内部に潜熱蓄熱材７が充填され、シェル１
内空間の底部には、深夜電力等のエネルギー源により発
熱する主ヒータ８が設けられている。この場合、サブヒ
ータ１ｏはチューブの間に上下方向に底から上迄延設さ
れている。

その作用効果は前記各実施例の場合と同様である。第５
図に示す他の実施例では、第４図の実施例における垂直
方向に延びるサブヒータ１０の代りに、チューブの間に
熱伝導率の高い金属等の板部材１２が垂直方向に設けら
れている。

さらに、第６図に示す他の実施例では、横型シェルチュ
ーブ型の潜熱蓄熱装置において、ヒータ８はシェル１と
同心の円筒面に沿って螺旋状に設けられている。この場
合ヒータ８の上部は蓄熱材の上表面近傍に達しているこ
とが必要である。

この装置の作用効果も前記各実施例と同様である。

効　　　果 以上の如く、本発明によれば、シェル内に潜熱蓄熱材が
充填されたシェルチューブ型潜熱蓄熱装置の蓄熱モード
時の蓄熱材の一部が溶融膨張することによる加圧力が構
造部材に及ぶことが防止されるとともに、全体対流を促
進し、伝熱効率を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を堅型シェルチューブ潜熱装置に適用し
た実施例を示す縦断面図、第２図は他の実施例の縦断面
図、第３図（ａ）（ｂ）は夫々本発明の他の実施例の水
平断面図及び縦断面図、第４図及び第５図は本発明を横
型シェルチューブ蓄熱装置に適用した実施例の横断面図
、第６図は他の実施例の横断面図及びヒータの平面図、
第７図は従来の堅型シェルチューブ潜熱蓄熱装置の１例
の構成を示す縦断面図である。 １・・・シェル　　２・・・チューブ ５・・・被加熱流体人口　　８・・・被加熱流体出ロア
・・・潜熱蓄熱材　　　９・・主ヒータ９・・・断熱　
　　　１０・・・サブヒータ１２・・・熱良導性板部材 （ばか１名） 第 図 第 図 第 図 第 図 ヒーター

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）シェル内に複数本のチューブが設けられ、シェル
   内に潜熱蓄熱材が充填されるとともにこれを加熱する主
   ヒータが底部に設けられ、チューブ内に上記蓄熱材に蓄
   熱された熱を取出すための流体が流れるシェルチューブ
   式蓄熱装置において、上記のシェル内空間の下部から蓄
   熱材上表面に達する蓄熱材加熱手段を上下方向に設けた
   ことを特徴とする潜熱蓄熱装置。
2. （２）上記の蓄熱材加熱手段が上記主ヒータと別に設け
   られたサブヒータであることを特徴とする請求項１に記
   載の潜熱蓄熱装置。
3. （３）上記の蓄熱材加熱手段が、上記の主ヒータの直近
   から上下方向に蓄熱材上表面付近に達する迄延びる熱良
   導性板部材であることを特徴とする請求項１に記載の潜
   熱蓄熱装置。
4. （４）上記の蓄熱材加熱手段が、シェル内底部から蓄熱
   材上表面付近迄、チューブの間の空間にシェルと同心の
   上下方向配置されたヒータであることを特徴とする請求
   項の２に記載の潜熱蓄装置。
5. （５）直立円筒状シェル内に複数本の垂直チューブが設
   けられ、シェル内に潜熱蓄熱材が充填されるとともに、
   これを加熱するヒータが設けられ、チューブ内に上記蓄
   熱材に蓄熱された熱を取出すための流体が流れる堅型シ
   ェルチューブ式蓄熱装置において、 上記のヒータがシェル内のチューブ間にシェルの底部付
   近から蓄熱材上表面付近迄上記シェルと同心の円筒面に
   沿って螺旋状に配置されていることを特徴とする潜熱蓄
   熱装置。
6. （６）横置き円筒状シェル内にその軸方向に延びる複数
   のチューブが設けられ、シェル内に潜熱蓄熱材が充填さ
   れるとともに、これを加熱するヒータが設けられ、チュ
   ーブ内に上記蓄熱材に蓄熱された熱を取出すための流体
   が流れる横型シェルチューブ式蓄熱装置において、 上記のヒータがシェル内のチューブ間に蓄熱材上表面近
   傍を通り上記シェルと同心の円筒面に沿って配置されて
   いることを特徴とする潜熱蓄熱装置。