(57)【要約】【課題】ヒータからの熱を蓄熱材に対し迅速に伝達し得るようにして、槽内の蓄熱材を容易且つ迅速に温度差の少ない略均一な温度に加熱し得るようにすることにより、槽内の蓄熱効率の向上を図り、又、蓄熱材に蓄熱された熱の伝熱管に対する熱伝達をも迅速に行い得るようにして、水の加熱延いては蒸気の生成を効率良く行い得るようにすることにより出熱効率を向上させるようにした蓄熱槽を提供する。【解決手段】蓄熱材１７が収納された内槽１２内に、電気ヒータ１４及び伝熱管１６を配置すると共に、伝熱管１６に沿ってフィン１３を設ける。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
蓄熱材が収納された槽内に、ヒータ及び内部を流体が流通する伝熱管を配置すると共に、伝熱管に沿ってフィンを設けたことを特徴とする蓄熱槽。
【請求項２】
フィンは上下へ延在する管材に前後、左右へ延在する板体を固設して形成されると共に、前記管材にヒータを収納した請求項１に記載の蓄熱槽。
【請求項３】
ヒータは電気ヒータである請求項１又は２に記載の蓄熱槽。
【請求項４】
蓄熱材は固体蓄熱材及び液体蓄熱材とにより構成されている請求項１乃至３の何れかに記載の蓄熱槽。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は蓄熱槽に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、夜間の余剰電力を利用して蓄熱槽に蓄熱を行い、蓄熱した熱で水を加熱して蒸気や温水を生成させることが行なわれており、例えば、特許文献１、２に示すものがある。而して、特許文献１、２に示す蓄熱槽においては、電気ヒータ等のヒータ及び水が導入される伝熱管を配設した槽内に固体蓄熱材と液体蓄熱材とを備えた蓄熱材を収納して、電気ヒータにより蓄熱材を高温に加熱し蓄熱を行い、加熱された蓄熱材により伝熱管を流通する水を加熱して蒸気或は温水を生成させるようにしている。
【特許文献１】特開平３−２８２１０１号公報
【特許文献２】特開２０００−９７４９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、従来の蓄熱槽においては、ヒータ近傍の蓄熱材の温度は高くなるが、ヒータから離反した位置の蓄熱材は高温に加熱できないため、蓄熱材に場所により温度差が生じて温度差の大きい温度分布が形成され、その結果、槽内を均一な温度に加熱し難くて蓄熱が不十分となり、従って、蓄熱効率が低下し、又、逆に蓄熱材に蓄熱された熱の伝熱管に対する熱伝達も迅速且つ十分に行なうことが困難で、迅速な水の加熱を行い難く、その結果、槽全体の蓄熱を有効に利用することができず、出熱効率も低いという問題がある。
【０００４】
従来タイプの蓄熱槽において、電気ヒータ２により蓄熱材５を加熱して蓄熱した場合の槽内における温度分布状態のシミュレーションの結果について説明すると、図９はシミュレーションに使用した蓄熱装置の概要を示す平面図、図１０はシミュレーションにより得られた蓄熱材の部分的な温度分布線図である。図９中、１は槽、２はヒータ容器３内に収納されて槽１内に配置された電気ヒータ、４は一方の端部から水が供給されると共に加熱されて生成された蒸気が他端部から送出されるようにした伝熱管、５は粒状の酸化マグネシウム等である固体蓄熱材と、硝酸ナトリウム等の溶融塩である液体蓄熱材が混合された蓄熱材である。蓄熱材５は槽１の全体に収納されている。
【０００５】
而して、電気ヒータに電力を供給して１０時間加熱した場合に得られた槽１内の蓄熱による温度分布状態は図１０に示すようになる。図１０においてＨはヒータ設置部、線図は同一温度を表す線図、数値は蓄熱材温度（℃）である。
【０００６】
この図１０から明らかなように、ヒータ設置部Ｈの温度及びその周囲近傍の槽１内の温度は高いが、ヒータ設置部Ｈから離反するに従い、槽１内の温度は急激に低下する。このことから、槽１内においてはヒータ近傍とヒータから離反した位置では温度差が大きくて蓄熱が不十分であり蓄熱効率が低いことが明らかである。
【０００７】
又、図９に示す従来タイプの蓄熱槽により水を加熱して蒸気を生成させた場合における槽１内の温度分布状態のシミュレーションの結果について説明すると、蓄熱して図１０に示すような温度分布が得られた場合に、伝熱管４に水を流して加熱を開始し、蒸気を生成させた場合における２時間経過後の槽１内の温度分布状態は図１１に示されている。図１１において、Ｈはヒータ設置部、Ｐは伝熱管設置部、線図は同一温度を表す線図、数値は蓄熱材温度（℃）である。
【０００８】
この図１１からも明らかなように、ヒータ設置部Ｈの蓄熱材の温度は高いが、伝熱管設置部Ｐの蓄熱材の温度は低い。従って、従来タイプの蓄熱槽では、伝熱管近傍の熱が蒸気の生成に利用されるが、槽全体の熱が利用されず、従って、所定の温度の蒸気や温水を得るために時間を要することになり、出熱効率が悪い。
【０００９】
本発明は、上述の実情に鑑み、ヒータからの熱を蓄熱材に対し迅速に伝達し得るようにして、槽内の蓄熱材を容易且つ温度差の少ない略均一な温度に加熱し得るようにすることにより、槽内の蓄熱効率の向上を図り、又、蓄熱材に蓄熱された熱の伝熱管に対する熱伝達をも迅速に行い得るようにして、水の加熱延いては蒸気の生成を効率良く行い得るようにすることにより出熱効率を向上させるようにした蓄熱槽を提供することを目的としてなしたものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の請求項１の蓄熱槽は、蓄熱材が収納された槽内に、ヒータ及び内部を流体が流通する伝熱管を配置すると共に、伝熱管に沿ってフィンを設けたものである。
【００１１】
本発明の請求項２の蓄熱槽においては、フィンは上下へ延在する管材に前後、左右へ延在する板体を固設して形成されると共に、前記管材にヒータを収納したものであり、請求項３の蓄熱槽においては、ヒータは電気ヒータであり、請求項４の蓄熱槽においては、蓄熱材は固体蓄熱材及び液体蓄熱材とにより構成されている。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の蓄熱槽によれば、槽内にフィンを設けているため、ヒータからの熱を蓄熱材に対し迅速に伝達させて槽内の蓄熱材を容易且つ温度差の少ない略均一な温度に加熱することができ、その結果、槽全体に熱が伝わりヒータ近傍だけではなくヒータから離反した位置の蓄熱材も温度が高くなることにより、槽全体に十分に蓄熱が行なわれて蓄熱効率が向上し、又、蓄熱材に蓄熱された熱の伝熱管に対する熱伝達をも迅速に行うことができて、流体の加熱や蒸気の生成を効率良く行なうことができ、出熱効率が向上する、等種々の優れた効果を奏し得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。
図１及び図２は本発明を実施する形態の一例である。而して、蓄熱槽１１を形成する内槽１２内には、前後左右に延在する板体を組付けることにより平面視で三分割された格子状に形成されしかも内槽１２内を上方から下方まで延在するフィン１３が、収納されている。内槽１２はステンレス製で、フィン１３は軟鋼等の熱伝達性の良好な金属により形成されている。
【００１４】
又、フィン１３の十文字状に交叉する部分の所定位置には、フィン１３を前後左右において接続するよう上下に延在すると共に、内部に電気ヒータ１４を格納し得るようにした管材１５が設けられている。管材１５は例えば軟鋼等の熱伝達性の良好な金属により形成されている。
【００１５】
内槽１２内には、一端上部から水Ｗを供給すると共に、加熱されて生成された蒸気Ｖを他端上端から取出させるようにした伝熱管１６が収納されている。伝熱管１６はインコネル（登録商標）等の耐熱性及び繰返し応力特性の良好な金属製であり、正面視で上下方向へ延在するようジグザグ状に形成されてフィン１３の面に対し僅かな隙間を置くよう、近接配置されており、水Ｗの入口部と蒸気Ｖの出口部とは前後方向において離反した位置となるように配置されている。
【００１６】
内槽１２内には、蓄熱材１７が収納されている。而して、内槽１２内に蓄熱材１７を充填することにより、フィン１３及び電気ヒータ１４が収納された管材１５並びに伝熱管１６は、上部側の一部を除いて蓄熱材１７に埋設されるようになっている。蓄熱材１７は固体蓄熱材と液体蓄熱材とが混合することにより形成されており、固体蓄熱材としては酸化マグネシウム、マグネタイト、シリカ又は／及びアルミナが用いられ、例えば、粒径は約１０ｍｍ程度のものと更に小粒径の約２ｍｍ程度のものが混合使用される。又、液体蓄熱材は、硝酸ナトリウム、亜硝酸ナトリウム、硝酸カリウム等が用いられ、加熱することにより溶融塩となるものである。
【００１７】
なお、図中、１８は内槽１２を覆う外槽であり、内槽１２と外槽１８との間には、公知の断熱材が充填されている。
【００１８】
次に、上記した実施の形態の作動を説明する。
本図示例の蓄熱槽１１により蒸気を生成させる際には、夜間等に予め余剰の電力を用いて内槽１２内に充填された蓄熱材１７に蓄熱を行なうが、この場合には、伝熱管１６内を水Ｗが流れないよう、伝熱管１６の上流側に設けた図示してない制御弁を閉止しておき、電気ヒータ１４に通電する。
【００１９】
このため、電気ヒータ１４で生じたジュール熱は、管材１５から蓄熱材１７に伝達されると共に、管材１５及びフィン１３から蓄熱材１７に伝達され、蓄熱材１７が加熱される。その結果、液体蓄熱材は溶融塩となって固体蓄熱材の隙間を埋めると共に、固体蓄熱材及び溶融した液体蓄熱材はフィン１３及び伝熱管１６に接触する。
【００２０】
従って、本図示例の蓄熱槽１１においては、蓄熱の際に電気ヒータ１４から離反した位置にある蓄熱材１７は、直接蓄熱材１７を伝達された熱により加熱されるだけではなく、フィン１３からの熱によっても加熱されるため、熱は迅速且つ確実に電気ヒータ１４から離反した箇所へ伝達される。その結果、内槽１２内の蓄熱材１７は、容易且つ迅速にしかも温度差の少ない略均一な温度に加熱されて十分な蓄熱が行なわれ、蓄熱効率が良好となる。
【００２１】
蒸気を生成させる際には、前記制御弁を開いて水Ｗを伝熱管１６へ供給する。このため、水Ｗは伝熱管１６内を流通しつつ、蓄熱材１７から直接伝達される熱及びフィン１３から蓄熱材１７を介して伝達される熱により加熱され、昇温して蒸気Ｖが生成され、蒸気Ｖは伝熱管１６から送出されて下流側へ送給される。
【００２２】
従って、本図示例の蓄熱槽１１においては、蒸気生成の際に蓄熱材１７に蓄熱された熱は、フィン１３からも伝熱管１６に伝達されるため、熱は迅速且つ確実に伝熱管１６を介して水Ｗに伝達され、水Ｗの加熱延いては蒸気Ｖの生成を効率良く行うことができ、従って出熱効率が良好となる。
【００２３】
本図示例の蓄熱槽１１において、電気ヒータ１４により蓄熱材１７を加熱して蓄熱した場合の槽内における温度分布状態のシミュレーションの結果について説明すると、図６はシミュレーションに使用した蓄熱装置の概要を示す平面図、図７はシミュレーションにより得られた蓄熱材の部分的な温度分布線図である。図６中、図１に示すものと同一のものは同一のものを示す。
【００２４】
而して、図７は電気ヒータ１４に電力を供給して１０時間加熱した場合に得られた槽１内の蓄熱による部分的な温度分布状態を示し、図７において、Ｈはヒータ設置部、線図は同一温度を表す線図、数値は温度（℃）である。
【００２５】
この図７からも明らかなように、電気ヒータ１４の近傍だけではなく、電気ヒータ１４から離反した位置にも、フィン１３を介して熱は容易且つ迅速に伝わり、蓄熱材１７を内槽１２全体において温度差の少ない略均一な温度に加熱することができて、十分に蓄熱でき、従って蓄熱効率が良好となることが分かる。
【００２６】
又、本図示例の蓄熱槽１１により水Ｗを加熱して蒸気Ｖを生成させた場合における本図示例の蓄熱槽１１内の温度分布状態のシミュレーションの結果について説明すると、蓄熱して図７に示すような温度分布が得られた場合に、図６の伝熱管１６に水Ｗを流して加熱し、蒸気Ｖを生成させた場合における２時間経過後の内槽１２内の温度分布状態は図８に示されている。図８において、Ｈはヒータ設置部、Ｐは伝熱管設置部、線図は同一温度を表す線図、数値は温度（℃）である。
【００２７】
この図８からも明らかなように、伝熱管設置部Ｐの温度及びその周囲近傍の内槽１２内の温度は図１１に示す従来装置の場合よりも、温度が低く、且つ伝熱管設置部Ｐから離反しても温度変化は緩やかである。このことから、槽１内において蓄熱材１７に蓄熱された熱の伝熱管１６に対する熱伝達が迅速に行なわれ、従って、所定の温度の蒸気や温水を容易且つ迅速に得ることができ、蓄熱の有効利用を図ることができて出熱効率が良好であることが分かる。又、蒸気生成を開始してから２２時間経過後のシミュレーションの結果によれば、特に図示してはいないが内槽１２内全体の温度が低い状態となる。
【００２８】
本図示例によれば、フィン１３を設けることにより、電気ヒータ１４からの熱を蓄熱材１７に対し迅速に伝達させて内槽１２内の蓄熱材１７を容易且つ迅速に加熱することができる。このため、電気ヒータ１４近傍だけではなく、内槽１２全体において温度差の少ない略均一な温度分布で十分に蓄熱することができて蓄熱効率が向上し、又、蓄熱材１７に蓄熱された熱の伝熱管１６に対する熱伝達をも迅速に行うことができて、水Ｗの加熱延いては蒸気Ｖの生成を効率良く行なうことができ、出熱効率が向上する。
【００２９】
図３〜図５はフィン１３の配置状態を示す他の例で、図３はフィン１３を平面視で十が二つ並んで接続された形状に形成した例、図４は、フィン１３を平面視で十が二つ並んで分割された形状に形成すると共に、一方のフィン１３を他方のフィン１３に対し平面視で斜めとなるよう配置した例、図５はフィン１３を平面視で十が二つ並んで分割された形状に形成すると共に、両方のフィン１３を何れも平面視で斜めとなるよう配置した例である。フィン１３はこのように種々の構造とすることができ、どのような構造としても図１に示すものの場合と同様の作用効果を奏することができる。
【００３０】
なお、本発明の蓄熱槽においては、槽内の温度分布をシミュレーションしているが、シミュレーションの結果は実測した結果とも良く合致している。又、本発明の蓄熱槽においては、上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の蓄熱槽の平面図である。
【図２】図１の正面図である。
【図３】本発明の蓄熱槽に適用するフィンの他の例の平面図である。
【図４】本発明の蓄熱槽に適用するフィンの又他の例の平面図である。
【図５】本発明の蓄熱槽に適用するフィンの更に他の例の平面図である。
【図６】本発明においてシミュレーションを行なう際に用いた蓄熱槽の平面概要図である。
【図７】本発明の蓄熱槽によるシミュレーション時に蓄熱材を１０時間加熱した後の内槽内の温度分布線図である。
【図８】本発明の蓄熱槽によるシミュレーション時に蓄熱材を１０時間加熱した後、２時間に亘り蒸気を生成させた際の槽内の温度分布線図である。
【図９】従来構造の蓄熱槽によりシミュレーションを行なう際に用いた蓄熱槽の平面概要図である。
【図１０】従来構造の蓄熱槽によるシミュレーション時に蓄熱材を１０時間加熱した後の槽内の温度分布線図である。
【図１１】従来構造の蓄熱槽によるシミュレーション時に蓄熱材を１０時間加熱した後、２時間に亘り蒸気を生成させた際の槽内の温度分布線図である。
【符号の説明】
【００３２】
１１  蓄熱槽
１２  内槽（槽）
１３  フィン
１４  電気ヒータ（ヒータ）
１５  管材
１６  伝熱管
１７  蓄熱材
Ｖ  蒸気（流体）
Ｗ  水（流体）
【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】
2007032866.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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