(57)【要約】【課題】蓄熱材を構成する硝酸塩の減少を抑制し、蓄熱性能を維持することができる蓄熱制御装置を提供することにある。【解決手段】蓄熱制御装置１１は、ケース１２と、該ケース１２に充填された蓄熱材１３と、該蓄熱材１３を加熱するヒータ１５と、ケース１２内に配置されると共に同蓄熱材１３の温度を検出する熱電対１６と、蓄熱材１３の熱を内部の熱媒体に伝える伝熱管１４とにより構成されている。前記熱電対１６の先端に設けられた温度検出部１７をヒータ１５の発熱部１８に接触させるように配置する。前記熱電対１６にて、ヒータ１５の発熱部１８の表面温度が予め設定された蓄熱温度を検出したときは前記ヒータ１５への通電をオフする制御手段を備えている。最も高温になるヒータ１５の表面温度に基づいてヒータ１５をオフすることにより、ヒータ１５周囲の硝酸塩１３ａの過熱が抑制される。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケースに充填された蓄熱材を加熱する加熱手段と、前記ケース内に配置されると共に同蓄熱材の温度を検出する温度検出手段と、前記ケース内に配設されると共に内部に熱媒体が流され同熱媒体と前記蓄熱材との間で熱交換を行う伝熱管と、前記温度検出手段にて検出された検出温度が予め設定された蓄熱温度を下回ったときには前記加熱手段への通電をオンし、同じく予め設定された蓄熱温度に達したときには前記加熱手段への通電をオフする制御手段とを備えた蓄熱制御装置において、
前記温度検出手段の先端に設けられた温度検出部を前記加熱手段の発熱部の表面に密接させたことを特徴とする蓄熱制御装置。
【請求項２】
前記温度検出手段の温度検出部は前記蓄熱材の中心を含む中間層に配置したことを特徴とする請求項１に記載の蓄熱制御装置。
【請求項３】
前記ケース内を複数に分割すると共に、その分割区分毎に前記加熱手段と前記温度検出手段の温度検出部とを配置し、
前記制御手段は各温度検出部によりそれぞれ検出された検出温度に基づいて、各加熱手段への通電を個別に、もしくは一括してオン／オフ制御するようにした請求項１または請求項２に記載の蓄熱制御装置。
【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制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種の蓄熱制御装置としては次のようなものが知られている。即ち、該蓄熱制御装置を構成するケース内には硝酸塩及びマグネシアを主成分とする蓄熱材が充填されている。また、前記蓄熱制御装置は、蓄熱材を加熱するヒータと、蓄熱材の温度を検出する熱電対と、内部に流された水と蓄熱材との間で熱交換を行う伝熱管と、蓄熱材の温度に基づいて各ヒータへの通電を制御する制御装置とを備えている。そして、蓄熱材の温度が予め設定された蓄熱温度に達したとき、各ヒータへの通電がそれぞれ遮断されるようになっている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２―５５２９号公報  （第２〜４頁、図１）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、前記従来の蓄熱制御装置においては、熱電対がヒータと離れて配置されている。このため、熱電対が検出する蓄熱材の温度と、ヒータと接触している蓄熱材の温度とが異なる。蓄熱材の温度が予め設定された蓄熱温度に達してヒータをオフしたとき、ヒータの表面温度は予め設定された蓄熱温度よりも高くなる場合があった。このため、ヒータ周囲の蓄熱材の温度も予め設定された蓄熱温度を超過し、硝酸塩が分解する恐れがあった。従って、長期使用により硝酸塩が減少し、それに伴って熱伝達効率が低下すると共に、蓄熱性能が低下する恐れもあった。
【０００５】
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、蓄熱材を構成する硝酸塩の減少を抑制し、蓄熱性能を維持することができる蓄熱制御装置を提供することにある。
【０００６】
【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、ケースに充填された蓄熱材を加熱する加熱手段と、前記ケース内に配置されると共に同蓄熱材の温度を検出する温度検出手段と、前記ケース内に配設されると共に内部に熱媒体が流され同熱媒体と前記蓄熱材との間で熱交換を行う伝熱管と、前記温度検出手段にて検出された検出温度が予め設定された蓄熱温度を下回ったときには前記加熱手段への通電をオンし、同じく予め設定された蓄熱温度に達したときには前記加熱手段への通電をオフする制御手段とを備えた蓄熱制御装置において、前記温度検出手段の先端に設けられた温度検出部を前記加熱手段の発熱部の表面に密接させたものである。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の蓄熱制御装置において、前記温度検出手段の温度検出部は前記蓄熱材の中心を含む中間層に配置したものである。
請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の蓄熱制御装置において、前記ケース内を複数に分割すると共に、その分割区分毎に前記加熱手段と前記温度検出手段の温度検出部とを配置し、前記制御手段は各温度検出部によりそれぞれ検出された検出温度に基づいて、各加熱手段への通電を個別に、もしくは一括してオン／オフ制御するようにしたものである。
（作用）
請求項１に記載の発明によれば、加熱手段の表面温度と加熱手段の周囲の蓄熱材の温度とを同時に検知することができる。このため、加熱手段の加熱時には、蓄熱制御装置内の最高温度である加熱手段の表面温度を検知することができる。そして、前記温度検出手段により検出された加熱手段の発熱部の表面温度が予め設定された蓄熱温度に達したときには、前記ヒータへの通電がオフされる。加熱手段の発熱部の表面温度は、蓄熱制御装置（ケース）内における最高温度となるので、この最高温度にあわせて加熱手段への通電をオフすることにより、硝酸塩（特に加熱手段の発熱部周囲の硝酸塩）が予め設定された蓄熱温度を大きく超えて加熱されることはない。このため、硝酸塩（特に加熱手段の発熱部周囲の硝酸塩）の過熱に起因する熱分解が抑制され、ひいては蓄熱性能が維持される。
【０００８】
請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明の作用に加えて、前記温度検出部により検出された蓄熱材の中心を含む中間層の温度が予め設定された蓄熱温度を下回ったとき、前記加熱手段への通電がオンされる。蓄熱材の中心を含む中間層は、蓄熱材における最も保温性の高い部分である。より残熱量が多い部分の温度に基づいて加熱手段を通電制御するため、蓄熱材の過熱を抑制することができる。
【０００９】
請求項３に記載の発明によれば、請求項１及び請求項２に記載の発明の作用に加えて、各温度検出部によりそれぞれ検出された各発熱部の表面温度のうち、少なくとも一つの発熱部の表面温度が予め設定された蓄熱温度に達したとき、発熱部の表面温度が予め設定された蓄熱温度に達した加熱手段への通電がそれぞれ個別にオフされる。もしくは、全ての加熱手段への通電が一括してオフされる。このため、蓄熱材が過熱されることを抑制することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を例えば蓄熱制御装置に具体化した一実施形態を図１〜図３に従って説明する。
【００１１】
図１及び図２に示すように、蓄熱制御装置１１を構成するケース１２内には硝酸塩１３ａ及びマグネシア１３ｂを主成分とする蓄熱材１３が充填されている。また、ケース１２内には内部に熱媒体としての水が流通される伝熱管１４及び蓄熱材１３を加熱する加熱手段としての複数のヒータ１５がそれぞれ配置されている。
【００１２】
前記伝熱管１４は、蛇行状に形成された複数の管がそれらの配置間隔が均一となるように並列配置されると共に、互いに直列に接続されることによって形成されている。そして、蓄熱材１３の単位容積当たりの伝熱管１４の表面積は、ケース１２内の各部においてほぼ均等になっている。即ち、ケース１２内は蓄熱材１３の単位容積当たりの伝熱管１４の表面積がケース１２内の各部においてほぼ均等になるような複数の区域に分割されており、その分割区分毎にヒータ１５が配設されている。各ヒータ１５はそれぞれ蛇行状に形成されており、前記伝熱管１４の間に直交するように並列配置されている。また、ケース１２内には複数の温度検出手段としての熱電対１６が各ヒータ１５にそれぞれ対応するように配置されており、前記各熱電対１６の先端部には、温度を検知するための温度検出部１７が設けられている。各熱電対１６の温度検出部１７はそれぞれヒータ１５の発熱部１８に密接している。伝熱管１４、各ヒータ１５及び各熱電対１６の両端はそれぞれケース１２の上壁を貫通して外部に導出されている。
【００１３】
各温度検出部１７はそれぞれ蓄熱材１３の中心を含む中間層１９に配置されている。換言すれば、各温度検出部１７はそれぞれケース１２の高さに対して４０％〜６０％の位置に配置されている。また、ヒータ１５の表面温度を検知するとともに蓄熱材１３の温度も検知できるようになっている。
【００１４】
次に、前記蓄熱制御装置１１の電気的接続について説明する。
図３に示すように、蓄熱制御装置１１はＣＰＵ等からなる制御手段としての制御装置２０を備えている。該制御装置２０の入力側には電源（図示略）及び前記各熱電対１６がそれぞれ接続されている。また、制御装置２０の出力側には前記各ヒータ１５が接続されている。前記電源は夜間電力供給ライン（図示略）及び昼間電力供給ライン（図示略）を備えており、夜間電力供給ラインからは夜間電力が各ヒータ１５にそれぞれ供給される。制御装置２０は各熱電対１６がそれぞれ検出した蓄熱材１３各部の温度に基づいて各ヒータ１５への通電をそれぞれ個別にオン／オフ制御する。また、制御装置２０は、ヒータ１５の表面温度に基づいて各ヒータ１５への通電を個別にオフする。
【００１５】
次に、前述のように構成された蓄熱制御装置１１の作用について説明する。
蓄熱材１３が例えば夜間電力により予め設定された蓄熱温度である４５０℃に加熱された状態で伝熱管１４の一端から水を供給すると、この水は伝熱管１４の管壁を介して蓄熱材１３の熱にて加熱され、蒸気となって伝熱管１４の他端から取り出される。制御装置２０は各熱電対１６により蓄熱材１３の各部の温度及び各ヒータ１５の発熱部１８の表面温度をそれぞれ監視しており、これらの温度に基づいて各ヒータ１５への通電をそれぞれ個別にオン／オフ制御する。即ち、各ヒータ１５は、それぞれに接触している熱電対１６によって検出された蓄熱材１３各部の温度及び各ヒータ１５の表面温度が４５０℃を下回っていれば通電がオンされ、４５０℃に達していれば通電がオフされる。
【００１６】
このため、通常の蓄熱時及び追焚き運転時においては、４５０℃に達していない蓄熱材１３のみ加熱され、４５０℃に達した蓄熱材１３が更に加熱されることはない。即ち、蓄熱材１３の高温部と低温部とが同時に加熱されることがない。従って、蓄熱量に偏りがあるにもかかわらず蓄熱材１３の全体を一様にヒータ１５で加熱する場合と異なり、蓄熱材１３が均一に加熱される。
【００１７】
また、各熱電対１６によりそれぞれ検出された各発熱部１８の表面温度及び各発熱部１８の周囲の蓄熱材１３の温度のうち、いずれかの温度が４５０℃に達したとき、制御装置２０は４５０℃を検出した熱電対１６に対応するヒータ１５への通電を個別にオフする。通常、ヒータ１５の発熱部１８の表面温度が最も高温となる。そして、この最高温度になるヒータ１５の発熱部１８の表面温度が４５０℃に達したときに該ヒータ１５への通電をオフすることにより、他の部分、例えば該発熱部１８の周囲の蓄熱材１３が４５０℃を大きく越えて過熱されることはない。このため、蓄熱材１３の過熱に起因する硝酸塩１３ａの熱分解が抑制される。従って、蓄熱制御装置１１の長期使用による硝酸塩１３ａの減少に伴う熱伝達効率の低下及び、蓄熱性能の低下をそれぞれ抑制することができる。ちなみに、蓄熱材１３を構成する硝酸塩１３ａは、その温度が５００℃程度になると熱分解が始まる。
【００１８】
従って本実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
・熱電対１６の先端に設けられた温度検出部１７をヒータ１５の発熱部１８の表面に密接させるようにした。そして、温度検出部１７により検出された発熱部１８の表面温度が予め設定された蓄熱温度に達したとき、制御装置２０は前記ヒータ１５への通電をオフするようにした。ヒータ１５の発熱部１８の表面温度は、蓄熱制御装置１１内における最高温度であり、この最高温度を基準としてヒータ１５への通電のオン／オフが判断される。このため、特にヒータ１５の発熱部１８の周囲の蓄熱材１３の過熱が抑制される。従って、過熱による蓄熱材１３を構成する硝酸塩１３ａの熱分解が抑制され、ひいては蓄熱性能を維持することができる。
【００１９】
・ケース１２内の蓄熱材１３における最も保温性の高い部分である中間層１９の蓄熱材１３の温度に基づいてヒータ１５への通電を制御するようにした。即ち、中間層１９の蓄熱材１３の温度が予め設定された蓄熱温度を下回ると、ヒータ１５への通電が開始される。このため、より残熱量が多い部分の温度に基づいてヒータ１５への通電を制御するため、より効果的に蓄熱材１３の過熱を抑制することができる。
【００２０】
・ケース１２内を複数に分割すると共に、その分割区分毎に（即ち、蓄熱材１３の単位容積当たりの伝熱管１４の表面積がケース１２内の各部においてほぼ均等になるような区域毎に）ヒータ１５を配置し、各ヒータ１５の発熱部１８の表面にそれぞれ熱電対１６の温度検出部１７を密接させるようにした。そして、各ヒータ１５の発熱部のうち、いずれか一つの発熱部１８の表面温度が予め設定された蓄熱温度に達したとき、制御装置２０は、予め設定された蓄熱温度を検出した熱電対１６に対応するヒータ１５への通電を個別にオフするようにした。このため、各ヒータ１５の表面温度を検知することができ、速やかに、かつ効率よくヒータ１５への通電をオン／オフ制御することができる。ちなみに、各熱電対１６の温度検出部１７のうち一つでもヒータ１５の発熱部１８の表面から離間させるようにした場合、該発熱部１８の表面温度が予め設定された蓄熱温度に達しても、これがすぐに検出されることがない。このため、該発熱部１８の周囲の蓄熱材１３が過熱され、予め設定された蓄熱温度を大きく超えるおそれがある。
【００２１】
・制御装置２０は各熱電対１６により検出されたヒータ１５の発熱部１８の表面温度に基づいて各ヒータ１５への通電をそれぞれ個別にオン／オフ制御するようにした。このため、各ヒータ１５が無駄に通電されることが抑制され、各ヒータ１５の寿命が向上するとともに、節電効果も得ることができる。温度検出部１７を発熱部１８の表面から離間させるようにした場合、該温度検出部１７が予め設定された蓄熱温度を検出するまでに要する時間は、発熱部１８の表面に密接した温度検出部１７が予め設定された蓄熱温度を検出する時間よりも長くなる。この時間差分だけヒータ１５への通電時間を短くすることができ、各ヒータ１５の寿命向上におおいに貢献する。
【００２２】
（別例）
尚、前記実施形態は以下のような別例に変更して具体化してもよい。
・本実施形態のように熱電対１６の側面もヒータ１５に接触させるのではなく、熱電対１６の先端部に構成されている温度検出部１７のみをヒータ１５に接触させてもよい。
【００２３】
・本実施形態では各ヒータ１５への通電を個別にオン／オフ制御するようにしたが、全てのヒータ１５への通電を一括してオン／オフ制御するようにしてもよい。このようにすれば、制御装置２０を単純化することができ、コストを低減することができる。
【００２４】
・一つのヒータ１５に複数の熱電対１６の温度検出部１７をヒータ１５に接触させて配置してもよい。このようにすれば、より広範囲のヒータ１５の表面温度及び蓄熱材１３の温度を検知することができる。
【００２５】
・ヒータ１５の数及び熱電対１６の数は任意でもよい。例えば、本実施形態では、ヒータ１５及び熱電対１６を六対設けるようにしたが、一対、二対又は七対設けるようにしてもよい。このようにすれば、より広範囲のヒータ１５の表面温度及び蓄熱材１３の温度を検知することができる。
【００２６】
・各熱電対１６の温度検出部１７を、蓄熱材１３の中間層１９の範囲内において、ケース１２の内底面に対して異なる高さに配置するようにしてもよい。このようにすれば、より広範囲のヒータ１５の表面温度及び蓄熱材１３の温度を検知することができる。
【００２７】
次に、上記実施形態及び各別例から把握できる技術的思想を以下に追記する。
・一つの加熱手段に対して複数の温度検出手段の温度検出部を密接させるようにした請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の蓄熱制御装置。
【００２８】
・前記各温度検出手段の温度検出部を、蓄熱材の中間層の範囲内において、ケースの内底面に対して異なる高さに配置するようにした請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の蓄熱制御装置。
【００２９】
【発明の効果】
本発明によれば、ケース内での最高温度となる加熱手段における発熱部の表面温度が予め設定された蓄熱温度に達したときに該加熱手段への通電がオフされることにより、蓄熱材を構成する硝酸塩の減少を抑制し、蓄熱性能を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態における蓄熱制御装置の正断面図。
【図２】本実施形態における蓄熱制御装置の平面図。
【図３】本実施形態における蓄熱制御装置の電気的構成を示すブロック図。
【符号の説明】
１１…蓄熱制御装置、１２…ケース、１３…蓄熱材、１３ａ…硝酸塩、
１３ｂ…マグネシア、１４…伝熱管、１５…ヒータ（加熱手段）、
１６…熱電対（温度検出手段）、１７…温度検出部、１８…発熱部、１９…中間層、２０…制御装置。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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