(57)【要約】【課題】伝熱管の下部に滞留している水を素早く除去し、蓄熱行程の立ち遅れを早期に解消できる蓄熱装置を提供する。【解決手段】蓄熱槽２２内に硝酸塩及び酸化マグネシア等どの蓄熱材２３を収容する。蓄熱材２３内に伝熱管２４，２５をメアンダ形に配設する。蓄熱材２３内に上下方向に延びる電気ヒータ２６を埋設する。蓄熱槽２２の下部に伝熱管２４，２５の谷部２４ｂ，２５ｂの直下に位置するように、補助電気ヒータ３１を埋設する。そして、蓄熱行程の初期段階において、電気ヒータ２６の加熱温度よりも補助電気ヒータ３１の加熱温度を高くして、谷部２４ｂ，２５ｂ内に滞留していた水を早期に蒸発させて外部に排出し、蓄熱材２３の底部の蓄熱動作の立ち遅れを防止する。【選択図】      図１
2004218949.tif 000002
【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、
前記蓄熱槽の底部に補助加熱手段を埋設した蓄熱装置。
【請求項２】
請求項１において、前記補助加熱手段は、平面視蛇行状態で埋設されている蓄熱装置。
【請求項３】
請求項１又は２において、前記補助加熱手段は、前記伝熱管の底部近傍に埋設されている蓄熱装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項において、前記伝熱管の出口側管路には、蒸発された滞留水を排出するための切換弁が設けられている蓄熱装置。
【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】
この種の蓄熱装置としては、ケースに充填された蓄熱材をヒータで加熱しておき、この状態で蓄熱材に埋設された伝熱管の一方から水を供給し、他方から蒸気として取り出すようにしたものが知られている。このような蓄熱装置は例えば給湯装置に備えられ、同給湯装置は外部から供給された水を前記蓄熱装置にて発生した蒸気により加熱し温水として外部に取り出す。
【０００３】
上記ケース内において蓄熱材に蓄えられた熱を万遍なく効率よく取り出すために、図６に示すようにメアンダ形の伝熱管が用いられている。このメアンダ形の伝熱管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入口側ヘッダ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出口側ヘッダ４４が接続されている。
（特許文献１、特許文献２参照）
【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おいては、メアンダ形の伝熱管４１が上下方向に長い山部４１ａと谷部４１ｂを交互に繰り返し形成して垂直方向に蛇行するように構成されているので、蓄熱されていた熱を給湯等に利用した後に前記谷部４１ｂには熱媒体としての水が滞留することになる。このため、１日の蓄熱装置の稼働停止後における蓄熱行程の初期において、前記谷部４１ｂに滞留していた水が蓄熱装置の下部における蓄熱材の昇温動作を妨げ、滞留水の蒸発後にようやく蓄熱装置全体の蓄熱温度が均一化される。従って、蓄熱行程において、滞留水により所望する蓄熱温度になるまでの時間が長くなって立ち遅れが生じるという問題があった。
【０００６】
なお、蓄熱行程の初期において蓄熱装置の下部領域の蓄熱温度が上部領域の蓄熱温度よりも低い状態で蓄熱装置を出熱稼働させる場合には、蓄熱槽４２内における温度分布が不均一であるため、伝熱管４１による効率的な熱交換が行えないという問題があった。
【０００７】
本発明は前記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、伝熱管の下部に滞留している水を素早く除去し、蓄熱行程の立ち遅れを早期に解消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、前記蓄熱槽の底部に補助加熱手段を埋設したことを要旨とする。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１において、前記補助加熱手段は、平面視蛇行状態で埋設されていることを要旨とする。
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２において、前記補助加熱手段は、前記伝熱管の底部近傍に埋設されていることを要旨とする。
【００１０】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項において、前記伝熱管の出口側管路には、蒸発された滞留水を排出するための切換弁が設けられていることを要旨とする。
（作用）
請求項１記載の発明は、蓄熱行程において、補助加熱手段により蓄熱槽の底部の蓄熱材が加熱されると、伝熱管の底部が加熱され、該底部に滞留している水が蒸発され、蓄熱温度の上昇の立ち上がりが速められる。
【００１１】
請求項２記載の発明は、補助加熱手段が平面視蛇行状に形成されているので、伝熱管の複数の底部がほぼ均等に加熱され、伝熱管の各底部の滞留水の蒸発が適正に行われる。
【００１２】
請求項３記載の発明は、補助加熱手段が伝熱管の底部近傍に埋設されているので、滞留水の蒸発が効率よく迅速に行われる。
請求項４記載の発明は、滞留水の加熱により生成される蒸気が外部に排出されるので、加熱調理装置等への余剰蒸気の侵入が防止される。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を給湯装置用の蓄熱装置に具体化した実施形態を図１〜図４に従って説明する。
【００１４】
図１〜３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。図１及び図２に示すように、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。
【００１５】
図１に示すように、伝熱管２４，２５はそれぞれ山部２４ａ，２５ａと谷部２４ｂ，２５ｂとからなるメアンダ形（本実施形態では蛇行状）に形成されている。
【００１６】
図２及び図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１及び図３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１及び図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３，４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。
【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）前記補助電気ヒータ３１は、伝熱管２４，２５の谷部２４ｂ，２５ｂの直下において蓄熱材２３を加熱する。従って、伝熱管２４，２５の谷部２４ｂ，２５ｂの内部に滞留していた水が、加熱行程初期において早期に蒸発されて伝熱管２４，２５の内部を通って電磁切換弁３２のドレンポートから外部に排出される。この滞留水が蒸発して無くなった状態で、電気ヒータ２６により蓄熱材２３が加熱されるので、下部に収容された蓄熱材２３と上部に収容された蓄熱材２３の加熱温度がそれぞれ均等になりムラのない蓄熱が行われる。このようにして、滞留水に起因する蓄熱動作の立ち遅れを防止することができる。
【００２６】
（２）前記伝熱管２４，２５の出口ヘッダ３０側に電磁切換弁３２を設けて、蓄熱行程において滞留水により生成された余剰蒸気を外部に排出するようにしたので、余剰蒸気が例えば加熱調理装置の調理庫内に進入するのを防止することが可能となる。
【００２７】
（４）メアンダ形に形成した伝熱管２４，２５を蓄熱槽２２内に複数且つ均一に並列配置した。このため、十分な伝熱面積が確保されると共に伝熱管２４，２５内の水の圧力損失が抑制される。そして、水は伝熱管２４，２５内を円滑に流れ、水の流量を増やすことが可能となる。従って、蓄熱材２３に蓄えられた熱を短時間で効率的に蒸気として取り出すことができ、高出力化が図れる。
【００２８】
（５）蓄熱材２３の単位容積当たりの伝熱管２４，２５の表面積を、蓄熱槽２２の各部においてほぼ均等になるようにした。このため、蓄熱材２３の全体からほぼ均等に熱が奪われ、効率的な熱交換を行うことができる。
【００２９】
（６）複数の電気ヒータ２６をそれぞれ各伝熱管２４，２５の間にこれらと直交するように並列配置した。即ち、電気ヒータ２６を伝熱管２４，２５の入口側から出口側に向かって所定間隔毎に配置した。蓄熱材２３は伝熱管２４，２５の入口側から出口側に向かって冷えていく。そこで、伝熱管の入口側にあるもの程長時間オンされるように、又、伝熱管の出口側にあるもの程短時間オンするように、ヒータを通電制御すれば、蓄熱材２３全体を一様にヒータで加熱する場合と異なり、効率的な蓄熱を行うことができる。
【００３０】
（７）逆止弁Ｒにより蒸気の入口ヘッダ２９側への逆流が防止される。このため、逆流した蒸気による圧力が入口ヘッダ２９内の水に作用することがなく、入口ヘッダ２９内の水は各伝熱管２４，２５内にほぼ均等に流入する。但し、逆止弁Ｒがなくても水を伝熱管２４，２５内に送り込むことは可能である。
【００３１】
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。
・  前記伝熱管２４，２５の形状を図示しないがコイル状にしたり、渦巻状にしたり、その他に任意の形状に構成し、伝熱管２４，２５の底部に滞留していた滞留水を補助電気ヒータ３１によって早期に蒸発させるように構成してもよい。
・  前記補助電気ヒータ３１を、伝熱管２４，２５の谷部２４ｂ，２５ｂの側部近傍に配設してもよい。
・  補助加熱手段としての補助電気ヒータ３１を、図５に示すように平面視蛇行状態で埋設してもよい。この場合には伝熱管の底部に滞留している水をムラ無く均等に加熱して効率よく蒸発させることができ、蓄熱工程の立ち遅れをさらに早期に解消することができる。
【００３２】
次に、前記のように構成した実施形態から把握される請求項以外の技術的思想について説明する。
（技術的思想１）  請求項１において、伝熱管はメアンダ型又はコイル状に形成され、補助加熱手段は前記伝熱管の下端の湾曲部に滞留した水を蓄熱行程の初期に蒸発させるように前記湾曲部の外側近傍に配置されている蓄熱装置。
【００３３】
【発明の効果】
従って、請求項１に記載の発明によれば、伝熱管の下部に滞留している水を素早く除去し、蓄熱行程の立ち遅れを早期に解消することができる。
【００３４】
請求項２に記載の発明によれば、補助加熱手段が平面視蛇行状態で埋設されているので、伝熱管の底部に滞留している水をムラ無く均等に加熱して効率よく蒸発させることができ、蓄熱工程の立ち遅れをさらに早期に解消することができる。
【００３５】
請求項３に記載の発明によれば、請求項１又は請求項２に記載の発明の効果に加えて、伝熱管の下部近傍に埋設された補助加熱手段により効率的に滞留水を蒸発することができる。
【００３６】
請求項４に記載の発明によれば、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の発明の効果に加えて、切換弁によって蒸発された滞留水を外部に排出することができ、例えば加熱調理装置内への余剰蒸気の侵入を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態における蓄熱装置の正断面図。
【図２】図１のＡ−Ａ線断面図。
【図３】本実施形態における蓄熱装置の平断面図。
【図４】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５】別の実施形態における蓄熱装置の平断面図。
【図６】従来の蓄熱装置の分解斜視図。
【符号の説明】２１…蓄熱装置、２２…蓄熱槽、２３…蓄熱材、２４，２５…伝熱管、２６…電気ヒータ、３１…補助電気ヒータ。
【図１】
2004218949.tif 000003
【図２】
2004218949.tif 000004
【図３】
2004218949.tif 000005
【図４】
2004218949.tif 000006
【図５】
2004218949.tif 000007
【図６】
2004218949.tif 000008