(57)【要約】【課題】蓄熱槽内の伝熱管と、その外部配管との接続構造を簡素化して、部品点数を低減し、製造及び組み付け作業を容易に行い、コストの低減を図ることができる蓄熱装置を提供する。【解決手段】蓄熱槽２２内に蓄熱材を収容し、蓄熱材に伝熱管２４及び電気ヒータ２６を埋設する。前記伝熱管２４を一本の管材により側面からみてメアンダ型に形成するとともに、平面から見てメアンダ型に形成する。伝熱管２４の入口及び出口に対する外部配管の接続構造が簡素化され、部品点数を低減し、製造及び組み付け作業を容易に行うことができる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
蓄熱槽内に蓄熱材を収容し、蓄熱材に伝熱管及び加熱手段を埋設した蓄熱装置において、
前記伝熱管を側面からみてメアンダ型に形成するとともに、平面から見てメアンダ型に形成した蓄熱装置。
【請求項２】
請求項１において、前記伝熱管の入口と出口は、蓄熱槽の対向する一対の側壁付近に配設されている蓄熱装置。
【発明の詳細な説明】
【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、蓄熱装置の蓄熱槽内には、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。蓄熱槽内の蓄熱材は深夜電力等を利用してヒータにより加熱され、蓄熱される。この状態で伝熱管の一方から水を供給することにより、この水は蓄熱材との間で熱交換され、伝熱管の他方から高温の蒸気が取り出され、例えば給湯装置へ供給されるようになっている。
【０００３】
前記伝熱管の形状として、図４に示すようなメアンダ型のものと、図５に示すようなコイル型のものがある。
図４に示すメアンダ型の伝熱管４１は、山部４１ａと谷部４１ｂを垂直面内で水平方向に交互に繰り返して蛇行するように形成されている。この伝熱管４１は例えば６本が並列に蓄熱槽４２内に収容されるようになっている。これらの伝熱管４１〜４１の入口側には熱媒体としての水を分流するためのヘッダ４３が接続され、伝熱管４１の出口側には飽和蒸気を合流させて給湯装置へ供給するためのヘッダ４４が接続されている。（特許文献１、特許文献２参照）
参照）
図５の平面に示すコイル型の伝熱管４１は蓄熱槽４２の内部に縦方向に収容されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−２９６０６０号公報（１）
【特許文献２】
特開２００２−５５２９号公報（２）
【０００５】
【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、図４に示すメアンダ型の伝熱管４１は、蓄熱槽４２内に伝熱管４１がほぼ均等の密度で埋設されるので、蓄熱槽４２内のデッドスペースを極力少なくでき、給湯装置や調理装置等への出熱行程において、蓄熱材に蓄熱された熱を効率的に取り出して利用することができる。しかし、伝熱管４１の本数が増えて、伝熱管４１とヘッダ４３，４４との接続部品が多くなり、それらの部品の製造及び組み付け作業が面倒で、コストの低減を図ることができないという問題があった。
【０００６】
一方、図５に示すコイル型の伝熱管４１は、一本の伝熱管４１を用いるので、上記の問題の心配はないが、蓄熱槽４２の四隅部に蓄熱材のデッドスペース（非機能部）が生じて、熱効率を低下させるという問題があった。又、熱効率が低下すると、その分だけ蓄熱槽４２を大きくしなければならないので、蓄熱装置が大型化するという問題もあった。
【０００７】
この発明の目的は、蓄熱槽内の伝熱管と、その外部配管との接続構造を簡素化して、部品点数を低減し、製造及び組み付け作業を容易に行い、コストの低減を図ることができ、蓄熱槽内のデッドスペースを無くして熱効率を向上し、装置の小型化を図ることができる蓄熱装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、蓄熱槽内に蓄熱材を収容し、蓄熱材に伝熱管及び加熱手段を埋設した蓄熱装置において、前記伝熱管を側面からみてメアンダ型に形成するとともに、平面から見てメアンダ型に形成したことを要旨とする。
【０００９】
請求項２記載の発明は、請求項１において、前記伝熱管の入口と出口は、蓄熱槽の対向する一対の側壁付近に配設されていることを要旨とする。
（作用）
請求項１記載の発明は、一本の伝熱管が側面及び平面から見てメアンダ型に形成されているので、授熱面積を多く確保することが可能となり、伝熱管の本数を減らすことができ、外部配管との接続構造が簡素化されて部品点数が低減され、製造及び組み付け作業が容易となり、コストの低減が図られる。
【００１０】
又、請求項１記載の発明は、蓄熱槽に対し伝熱管がほぼ均等の密度で配設されるので、蓄熱槽内のデッドスペースを無くして熱効率を向上し、装置の小型化を図ることができる。
【００１１】
請求項２記載の発明は、蓄熱槽の一端部から他端部に向かって蓄熱材の蓄熱を効率よく伝熱管内の水に熱交換できる。又、伝熱管内の水が加熱されて蒸気になった後に、蒸気が蓄熱槽内で冷却されることはないので、出熱行程を適正に行うことができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した蓄熱装置の一実施形態を図１〜図３に従って説明する。
【００１３】
図２，３に示すように、給湯装置２０を構成する蓄熱装置２１は蓄熱槽２２を備えている。蓄熱槽２２内にはマグネシア及び硝酸塩を主成分とする蓄熱材２３が充填されている。蓄熱槽２２には内部に熱媒体としての水が流通される複数の伝熱管２４，２５及び蓄熱材２３を加熱する複数の電気ヒータ２６が配設されている。
【００１４】
図１に示すように、一方の伝熱管２４は、ステンレススチールよりなる一本の管材を湾曲して構成されている。伝熱管２４は図１に示すように蓄熱槽２２の一つの側面と直交する側方（Ｘ軸方向）から見たとき、山部２４ａと谷部２４ｂが水平方向に蛇行するメアンダ型となっている。前記伝熱管２４は上方（Ｚ軸方向）から見たとき、図３に示すように水平方向に蛇行するメアンダ型に形成されている。このように伝熱管２４は一本の管材により側方及び上方から見てメアンダ型にそれぞれ形成されているので、蓄熱槽２２内において伝熱管２４は配置間隔、つまり密度が均一となるように配置されている。そして、蓄熱材２３の単位容積当たりの伝熱管２４の表面積は蓄熱槽２２内の各部においてほぼ均等になっている。前記伝熱管２４の山部２４ａと谷部２４ｂは両角とも直角状に形成されている。
【００１５】
他方の伝熱管２５も伝熱管２４と同様に一本の管材により側方及び上方から見て山部２５ａと谷部２５ｂによりメアンダ型にそれぞれ形成されている。
又、両伝熱管２４，２５の入口２４ｃ，２５ｃは、図２，３に示すように蓄熱槽２２の右端側に配置され、出口２４ｄ，２５ｄは蓄熱槽２２の左端側に配置されている。前記蓄熱槽２２は図３に示すように平面視横長四角形状に形成され、伝熱管２４，２５の入口２４ｃ，２５ｃと、出口２４ｄ，２５ｄは蓄熱槽２２の対向する短辺の側壁付近に配設されている。
【００１６】
図３に示すように、各伝熱管２４，２５は水平方向への配置間隔が均一となるように並列配置されており、蓄熱材２３の単位容積当たりの伝熱管２４，２５の表面積は蓄熱槽２２の各部においてほぼ均等になっている。図２に示すように、電気ヒータ２６は各伝熱管２４，２５の蛇行部の谷部２４ｂ，２５ｂに配置されている。
【００１７】
各伝熱管２４，２５の両端はそれぞれ蓄熱槽２２の上壁を水密状に貫通して外部に導出されており、それぞれ入口ヘッダ２９及び出口ヘッダ３０に接続されている。各伝熱管２４，２５の入口ヘッダ２９側にはそれぞれ逆止弁Ｒが設けられている。各電気ヒータ２６の両端はそれぞれ蓄熱槽２２の上壁を水密状に貫通して外部に導出され、スイッチ（図示略）を介して電源に接続されている。
【００１８】
図２に示すように伝熱管２４，２５の谷部２４ｂ，２５ｂの直下には、水平方向に直線状に伸びるように補助加熱手段としての補助電気ヒータ３１が配設されている。この補助電気ヒータ３１の両端はそれぞれ前記電気ヒータ２６と同様に蓄熱槽２２の外部に導出され、スイッチ（図示略）を介して電源に接続されている。
【００１９】
図３に示すように、前記出口ヘッダ３０の出口側には切換弁としての電磁切換弁３２を介して給湯装置が接続されている。前記電磁切換弁３２によって蓄熱行程の初期に谷部２４ｂ，２５ｂに滞留していた滞留水から生成された余剰の蒸気を外部に排出するようになっている。
【００２０】
前記電気ヒータ２６と補助電気ヒータ３１のそれぞれの加熱温度制御は、蓄熱槽２２内に設けた上部及び下部の熱電対よりなる温度センサー３３，３４からの検出信号に基づいて制御装置３５によって行われるようになっている。
【００２１】
次に、前述のように構成された蓄熱装置の作用について説明する。
前記温度センサー３３による設定温度を例えば２００℃に設定し、温度センサー３４による設定温度を３００℃に設定する。蓄熱材２３に熱を蓄える場合には、各電気ヒータ２６，３１を通電発熱させる。すると、各電気ヒータ２６，３１から発せられた熱は蓄熱材２３に効率的に伝導され蓄熱される。このとき、伝熱管２４，２５の谷部２４ｂ，２５ｂと対応する蓄熱材２３の下部が上部よりも高温に加熱されるので、谷部２４ｂ，２５ｂ内の滞留水が早期に蒸発され、電磁切換弁３２のドレンポートから外部に排出される。
【００２２】
補助電気ヒータ３１は常に４５０℃に設定されている。温度センサー３４の設定温度が３００℃に達すると、補助電気ヒータ３１が停止されるとともに、電磁切換弁３２がドレンポートから連通ポートに切り換えられる。その後、電気ヒータ２６による蓄熱が行われる。
【００２３】
さらに、温度センサー３３の検出信号が２００℃になると、制御装置３５から電気ヒータ２６のスイッチに停止信号が出力されて、電気ヒータ２６による加熱が停止される。
【００２４】
蓄熱材２３が所定の温度（例えば２００℃）に蓄熱された状態で、蓄熱材２３の熱を例えば給湯装置に供給するには、図示しない開閉弁を開放して、伝熱管２４，２５の入口ヘッダ２９から水を伝熱管２４，２５内に供給する。水は蓄熱槽２２内の蛇行する伝熱管２４，２５の流通経路を通る間に加熱されて飽和蒸気となり、出口ヘッダ３０から図示しない外部配管を通して給湯装置又は加熱調理装置に供給される。
【００２５】
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）前記伝熱管２４，２５はそれぞれ一本の管材から形成されているので、伝熱管２４，２５と、その外部配管との接続構造を簡素化して、部品点数を低減し、製造及び組み付け作業を容易に行い、コストの低減を図ることができる。
【００２６】
（２）前記伝熱管２４，２５は、図２，３に示すように蓄熱槽２２の一つの側面と直交する側方（Ｘ軸方向）から見たとき、水平に蛇行するメアンダ型に形成されている。又、前記伝熱管２４，２５は図３に示すように上方（Ｚ軸方向）から見たとき、水平方向に蛇行するメアンダ型に形成されている。このため、伝熱管２４は蓄熱槽２２内において均一の密度に配置される。そして、蓄熱材２３の単位容積当たりの伝熱管２４，２５の表面積は蓄熱槽２２内の各部においてほぼ均等になっている。従って、蓄熱槽２２内のデッドスペースを無くして熱効率を向上し、装置の小型化を図ることができる。
【００２７】
（３）前記伝熱管２４，２５が一本の管材により形成されているので、水の流通経路が一本化され、このため、蓄熱材２３に蓄えられた熱の回収が蓄熱材２３のどの部材もバラつくことなく平均的に行われ、熱効率を向上することができる。
【００２８】
（４）前記伝熱管２４，２５の入口２４ｃ，２５ｃと、出口２４ｄ，２５ｄを蓄熱槽２２の対向する両側壁付近に配置したので、蓄熱槽２２の一端部からた他端部に向かって蓄熱材２３の蓄熱を効率よく伝熱管２４，２５内の水に熱交換できる。又、伝熱管２４，２５内の水が加熱されて蒸気になった後に、蒸気が蓄熱槽２２内で冷却されることはないので、出熱行程を適正に行うことができる。
（別例）
なお、前記実施形態は以下のように変更して実施してもよい。
【００２９】
・  前記伝熱管２４，２５の山部２４ａ，２５ａの頂部、谷部２４ｂ，２５ｂの側方から見た形状を半円弧状としてもよい。
・  前記伝熱管２４，２５の山部２４ａ，２５ａと谷部２４ｂ，２５ｂの垂直方向の高さ寸法を、幅寸法の２倍〜１０倍に形成してもよい。
【００３０】
・  蓄熱槽２２に硝酸塩を充填するようにしたが、他の蓄熱媒体（例えば熱媒油）を充填するようにしてもよい。
前記実施形態から把握される技術的思想について、以下に説明する。
【００３１】
（技術的思想１）請求項１又は２において、前記伝熱管の山部と谷部は両角とも直角状に形成されている蓄熱装置。
（技術的思想２）請求項１，２又は（技術的思想１）において、前記伝熱管の山部と谷部の垂直方向の高さ寸法は、幅寸法の２倍〜１０倍に形成されている蓄熱装置。
【００３２】
（技術的思想３）請求項１，２、技術的思想１又は２において、前記蓄熱槽は平面視横長四角形状に形成され、伝熱管の入口と出口は蓄熱槽の対向する短辺の側壁付近に配設されている蓄熱装置。
【００３３】
【発明の効果】
以上詳述したように、この発明によれば、蓄熱槽内の伝熱管と、その外部配管との接続構造を簡素化して、部品点数を低減し、製造及び組み付け作業を容易に行い、コストの低減を図ることができる。又、蓄熱槽内のデッドスペースを無くして熱効率を向上し、装置の小型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態における蓄熱装置の伝熱管の形状を示す部分分解斜視図。
【図２】本実施形態における蓄熱装置の正断面図。
【図３】本実施形態における蓄熱装置の平断面図。
【図４】従来の蓄熱装置の伝熱管と蓄熱槽の分解斜視図。
【図５】従来の蓄熱装置の略体平面図。
【符号の説明】２１…蓄熱装置、２２…蓄熱槽、２３…蓄熱材、２４，２５…伝熱管、２４ｃ，２５ｃ…入口、２４ｄ，２５ｄ…出口。
【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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