(57)【要約】【課題】より高い温度での蓄熱を可能とし、蓄熱材当りの蓄熱量を高くすることができる蓄熱装置の提供。【解決手段】蓄熱材１２が充填された蓄熱容器１内に第１、第２伝熱管３、４および第１、第２電熱ヒータ８、９を配置し、第１、第２伝熱管３、４内に熱媒体を流すことにより前述の熱媒体を加熱して高熱の熱媒体および蒸気を生成し、これらを熱負荷に供給する蓄熱装置において、蓄熱材１２が粒状にした高純度電融マグネシアのみから成り、蓄熱容器１の周囲に断熱材を設け、この断熱材が硅酸-アルミニウム-ウール-フェルトから成るとともに、蓄熱容器１が陶器またはセラミックから成る構成にしてある。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
蓄熱材が充填された蓄熱容器内に伝熱管および電熱ヒータを配置し、前記伝熱管内に熱媒体を流すことにより前記熱媒体を加熱して高熱の熱媒体および蒸気を生成し、これらを熱負荷に供給する蓄熱装置において、
前記蓄熱材が粒状（粉状を含む）にした高純度電融マグネシアのみから成ることを特徴とする蓄熱装置。
【請求項２】
前記請求項１に記載の発明において、前記蓄熱容器の外周面に断熱材を設け、この断熱材が硅酸-アルミニウム-ウール-フェルトから成ることを特徴とする蓄熱装置。
【請求項３】
前記請求項１または２に記載の発明において、前記蓄熱容器がインコロイ，陶器またはセラミックから成ることを特徴とする蓄熱装置。
【請求項４】
前記請求項１または２に記載の発明において、前記電熱ヒータのシース材質が、インコロイ、陶器またはセラミックから成ることを特徴とする蓄熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、深夜電力などの余剰電力が活用される蓄熱装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、昼間と深夜の電力負荷の違いを平準化するために深夜電力を動力源として利用する蓄熱装置として、蓄熱材が充填された蓄熱層内に伝熱管および電熱ヒータを配置し、深夜、電熱ヒータに電力を投入して蓄熱材に蓄熱しておき、昼の出熱運転時に、前述の蓄熱装置の伝熱管内に熱媒体を流すことにより熱媒体を加熱して高温の熱媒体および蒸気を生成し、これらを熱負荷に供給するものが知られている（特許文献１参照）。
【０００３】
また、前述の蓄熱材が粒状（粉状を含む）のマグネシアと溶融塩を含むもの（特許文献２参照）、さらには、上述の溶融塩として硝酸塩と亜硫酸塩の少なくとも１つを含んだもの（特許文献３参照）が提案されている。
【特許文献１】特開２０００−２９２０８４公報
【特許文献２】特開２０００−１６１７８６公報
【特許文献３】特開平３−２８２１０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上記の従来技術においては、蓄熱材に溶融塩が含まれていることから、内部に空洞ができやすく、また、溶融塩の蒸発温度よりも高温で蓄熱することが困難であり、これらのことから蓄熱材当りの蓄熱量が制限されがちである。これに伴って所望の蓄熱効果を得るためには、蓄熱装置が大型になりやすい。また、硝酸塩や亜硫酸塩等の溶融塩は高価であり、蓄熱装置の製造コストが高くなる。さらに、前述の粒状（粉状を含む）マグネシアと溶融塩とは、大きさや比重が異なるため、粒状（粉状を含む）マグネシア中に溶融塩が均一に分布した状態で蓄熱容器内に充填することは非常に難しく、精度の良い蓄熱性能を確保するのが困難といった問題点を有している。
【０００５】
なお、従来技術は、蓄熱材に溶融塩を含んでいるので、蓄熱装置から熱を取り出す過程で液体から固体へ、すなわち相変化し、収縮するので、埋設されている伝熱管や電熱ヒータの配置をこれに対応できるような配列にしなければならない。
【０００６】
本発明は、このような従来技術における実状からなされたもので、その目的は、より高い温度での蓄熱を可能とし、蓄熱材当りの蓄熱量を高くすることができる蓄熱装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この目的を達成するために、蓄熱材が充填された蓄熱容器内に伝熱管および電熱ヒータを配置し、前記伝熱管内に熱媒体を流すことにより前記熱媒体を加熱して高熱の熱媒体および蒸気を生成し、これらを熱負荷に供給する蓄熱装置において、前記蓄熱材が粒状（粉状を含む）にした高純度電融マグネシアのみから成ることを特徴としている。
【０００８】
このように構成した本発明は、溶融塩を設けずに蓄熱材を粒状（粉状を含む）にした高純度電融マグネシアのみとしたので、内部に形成される空洞を少なくすることができ、また溶融塩の蒸発温度により制限されることがない。これらにより、より高い温度での蓄熱を可能とし、蓄熱材当りの蓄熱量を高くすることができる。また、溶融塩を設ける場合におけるような伝熱管、電熱ヒータの配置、向きに対する制約を緩和させることができる。
【０００９】
また、本発明は前記発明において、前記蓄熱容器の外周面に断熱材を設け、この断熱材が硅酸-アルミニウム-ウール-フェルトから成ることを特徴としている。このように構成した本発明は、断熱材を硅酸-アルミニウム-ウール-フェルトにしたことで、断熱効果を高めることができる。
【００１０】
また、本発明は前記発明において、前記蓄熱容器がインコロイ，陶器またはセラミックから成ることを特徴としている。このように構成した本発明は、蓄熱容器をインコロイ，陶器またはセラミックで構成したことで、耐熱性と断熱性に優れた蓄熱容器を形成できる。
【００１１】
また、本発明は前記発明において、前記電熱ヒータを、そのシース材質が、インコロイ、陶器またはセラミックから成ることを特徴としている。このように構成した本発明は、装置としての耐熱性と断熱性がさらに優れたものとすることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は、蓄熱材が粒状（粉状を含む）にした高純度電融マグネシアのみからなる構成にしてあるので、より高い温度での蓄熱を可能とし、蓄熱材当りの蓄熱量を高くすることができ、所望の蓄熱効果を得る為の蓄熱装置を従来よりも小型にすることできる。また、溶融塩を設けないので、製造コストを安くすることができる。さらに、蓄熱材が高純度電融マグネシアのみから成るので、蓄熱容器内に均一に分布させることができ、精度の良い蓄熱性能を確保できる。また、伝熱管、電熱ヒータの配置、向きに対する制約を緩和させることができ、伝熱管、電熱ヒータの蓄熱容器内への組み込みが容易になり、従来よりも製作工数を低減でき、これによっても製造コストを安くすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明に係る蓄熱装置を実施するための最良の形態を図に基づいて説明する。
【００１４】
［本実施形態の構成］
図１は、本発明に係る蓄熱装置の一実施形態を示す縦断面図、図２は、本実施形態の平面図、図３は、図１のＢ−Ｂ矢視に相応する断面図、図４は、図３の要部拡大図である。図５は、本実施形態に備えられる伝熱管を示す平面図、図６は、図５に示す伝熱管の正面図、図７は、本実施形態に備えられる結束用針金の装着部の要部拡大図、図８は、図６に示す結束用針金の装着部の要部拡大図、図９は、本実施形態に備えられる上方間隔保持板の取付け部の要部拡大縦断面図である。図１０は、本実施形態に備えられる電熱ヒータの正面図、図１１は、図１０に示す電熱ヒータのターミナル部の要部拡大断面図である。
【００１５】
本実施形態は、図１および図２に示すように、底付きで水平断面の輪郭が正方形の筒状をした蓄熱容器１と、この蓄熱容器１を塞ぐ蓋（図示省略）を備えている。また、蓄熱容器１内に設置し、直径が蓄熱容器１の対向辺の距離より若干小さく、高さが蓄熱容器１の高さより少し低いコイル状に巻いた第１伝熱管３と、直径が第１伝熱管３より小さく、例えば、０．６倍前後で高さが同程度であり、コイル状に巻かれ、図３に示す伝熱管の入口部４Ａが第１伝熱管３の出口部３Ｂに接続された第２伝熱管４とを備えている。
【００１６】
さらに、第１伝熱管３のピッチに対応した間隔で、図７に示す凹部５Ａを一方に形成し、長手方向に所定間隔で孔５Ｂを有し、第１伝熱管３の外側に凹部５Ａが当接されるプレート状の第１管ガイド５と、第２伝熱管４のピッチに対応した間隔で凹部６Ａを一方に形成し、長手方向に所定間隔で孔６Ｂを有し、第２伝熱管４の内側に凹部６Ａが当接されるプレート状の第２管ガイド６と、図７、８に示すように、第１ガイド５の孔５Ｂと第２ガイド６の孔６Ｂの間に装着される結束用針金７を備えている。
【００１７】
また、図１０に示すようにＵ字型をしており、両端の間隔が第１伝熱管３と第２伝熱管４よりも大きい、すなわち図４に示す湾曲部８Ｃの半径が大きい第１電熱ヒータ８と、この第１電熱ヒータ８と同じＵ字型をしており、湾曲部９Ｃの半径が第１電熱ヒータ８の湾曲部８Ｃの半径より小さい第２電熱ヒータ９を備えている。なお、図４に示すように後述する外ヒータサポート板１１Ａの収容孔１１Ｈに挿入される第１電熱ヒータ８の直線部８Ａと、後述する内ヒータサポート板１１Ｃの収容孔１１Ｈに挿入される第１電熱ヒータ８の直線部８Ｂの間隔は、第１伝熱管３と第２伝熱管４との距離よりも大きく設定され、第２電熱ヒータ９の直線部９Ａと直線部９Ｂの間隔は、第１伝熱管３と第２伝熱管４の距離と同程度に設定してある。さらに、図１、２に示すように複数の第１、第２電熱ヒータ８、９の相対角度を一定に保持するための収容孔１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃと、図６に示すように第１伝熱管３の入口部３Ａと第２伝熱管４の出口部４Ｂを挿入する伝熱管収容孔１０Ｄと、中心部に形成される円形開口１０Ｅと、角部に形成される三角形開口１０Ｆとが設けられ、正方形の図９に示す上方間隔保持板１０を備えている。
【００１８】
また、図４に示す等角度間隔に形成された第１、第２電熱ヒータ８、９の収容孔１１Ｈを有し、図３に示すように最外方に位置し、４分割されている外ヒータサポート板１１Ａと、中間に位置する中ヒータサポート板１１Ｂと、最内方に位置する内ヒータサポート１１Ｃの３種類のリング状をした直径の異なるヒータサポート板１１を備えている。さらに、蓄熱容器１および蓋（図示省略）の外周面に貼り付けられた断熱材（図示省略）と、蓄熱容器１内に充填された蓄熱材１２を備えている。
【００１９】
本実施形態は特に、上述の蓄熱容器１を、インコロイ，陶器または、セラミック製で形成してあり、上述の断熱材が密度９６〜１２８ｋｇ／ｍ３の硅酸-アルミニウム-ウール-フェルトから成っている。また、充填されている蓄熱材１２は、高純度電融マグネシア（単結晶、概ね白色または透明、比重：３．４５〜３．５５）の粒子（粉状を含む）から成っている。
【００２０】
また、上述の第１電熱ヒータ８と第２電熱ヒータ９の配列は、上述した上方間隔保持板１０と３種類の外ヒータサポート板１１Ａ、中ヒータサポート板１１Ｂ、内ヒータサポート１１Ｃによって決定される。そして、第１電熱ヒータ８の直線部８Ａを外ヒータサポート板１１Ａの収容孔１１Ｈに挿入し、直線部８Ｂを中ヒータサポート板１１Ｂの収容孔１１Ｈに挿入する。これによって、第１電熱ヒータ８の直線部８Ａが第１伝熱管３の外側に位置し、直線部８Ｂが第２伝熱管４の内側に位置し、また、第２電熱ヒータ９の直線部９Ａが第１伝熱管３の外側に位置し、直線部９Ｂが第１伝熱管３と第２伝熱管４との間、すなわち第１伝熱管３の内側で第２伝熱管４の外側に位置する。これによって、第１電熱ヒータ８と第２電熱ヒータ９とが交互に等間隔で放射状になるように配置される。
【００２１】
上述の第１電熱ヒータ８と第２電熱ヒータ９のターミナル部は、図１１に示すように、Ｕ字型の保護パイプ８Ｄ、絶縁座８Ｅ、平座金８Ｆ、ばね座金８Ｇ、ナット８Ｈ、スリーブ８Ｊ、ヒータ本体８Ｋ等から構成してある。そして、第１電熱ヒータ８と第２電熱ヒータ９は、一般的なシーズヒータのほか、スリーブ８Ｊ、保護パイプ８Ｄ等がインコロイ、陶器またはセラミックで形成されたものを用いることもできる。
【００２２】
［本実施形態の動作］
このように構成した本実施形態においては、深夜または電力余剰電力を第１、第２電熱ヒータ８、９に投入して蓄熱材１２に蓄熱する。この蓄熱した熱を利用する際には、第１伝熱管３内に熱媒体（液体）が供給され、この熱媒体が管内を流通する間に蓄熱材１２により加熱され、その後、第２伝熱管４から取り出され、吸収式冷温水機や給湯器などの熱源として利用される。
【００２３】
［本実施形態の効果］
このように構成した本実施形態によれば、蓄熱材１２が粒状(粉状を含む)にした高純度電融マグネシアのみからなる構成にしてあるので、内部に形成される空洞を少なくすることができ、また溶融塩の蒸発温度により制限されることがない。これらにより、より高い温度での蓄熱を可能とし、蓄熱材１２当りの蓄熱量を高くすることができ、所望の蓄熱効果を得る為の蓄熱装置を従来よりも小型にすることできる。また、溶融塩を設けないので、製造コストを安くすることができる。さらに、蓄熱材１２が高純度電融マグネシアのみから成るので、蓄熱容器１内に均一に分布させることができ、精度の良い蓄熱性能を確保できる。また、第１、第２伝熱管３、４と第１、第２電熱ヒータ８、９の配置、向きに対する制約を緩和させることができ、第１、第２伝熱管３、４と第１、第２電熱ヒータ８、９の蓄熱容器１内への組み込みが容易になる。したがって製作工数を低減でき、これによっても構造コストを安くすることができる。
【００２４】
また、蓄熱容器１がインコロイ、陶器、あるいはセラミックから成るので、溶融塩を備えた場合における溶融塩の蒸発温度（気化する温度）より高温で蓄熱することが可能となり、より一層の小型化に効果がある。さらに、断熱材が硅酸-アルミニウム-ウール-フェルトから成るので、断熱効果を高めることができる。
【００２５】
また、より高温で蓄熱される結果、第１、第２伝熱管３、４内を通る熱媒体との温度差を大きく採れるので、蓄熱材１２から熱媒体への伝熱性能が高くなる。
【００２６】
特に、第１、第２伝熱管３、４と第１、第２電熱ヒータ８、９を規則的に配置することで、蓄熱に有効な空間、すなわち蓄熱容器１内の蓄熱材１２の充填領域に第１、第２電熱ヒータ８、９と第１、第２伝熱管３、４をほぼ均一に分布させることができ、第１、第２電熱ヒータ８、９から蓄熱材１２への蓄熱、蓄熱材１２から第１、第２伝熱管３、４内の熱媒体への熱伝達を効率良く行うことができる。また、Ｕ字型の第１、第２電熱ヒータ８、９は規則的な配置であるので、位置決めも簡単で、組立も容易である。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明に係る蓄熱装置の一実施形態を示す縦断面図である。
【図２】本実施形態の平面図ある。
【図３】図１のＢ−Ｂ矢視に相応する断面図である。
【図４】図３の要部拡大図である。
【図５】本実施形態に備えられる伝熱管を示す平面図である。
【図６】図５に示す伝熱管の正面図である。
【図７】本実施形態に備えられる結束用針金の装着部の要部拡大図である。
【図８】図６に示す結束用針金の装着部の要部拡大図である。
【図９】本実施形態に備えられる上方間隔保持板の取付け部の要部拡大縦断面図である。
【図１０】本実施形態に備えられる電熱ヒータの正面図である。
【図１１】図１０に示す電熱ヒータのターミナル部の要部拡大断面図である。
【符号の説明】
【００２８】
１    蓄熱容器
３    第１伝熱管
４    第２伝熱管
７    結束用針金
８    第１電熱ヒータ
９    第２電熱ヒータ
１０  上方間隔保持板
１１  ヒータサポート板
１２  蓄熱材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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