JPH0714761Y2 - 温水／蒸気発生装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本考案は、高温蓄熱体からの熱を必要に応じて取り出し
て温水又は蒸気を発生させることができるようにした温
水／蒸気発生装置に関するものである。

（従来の技術） 発電設備の負荷率を平準化するため、深夜電力を利用し
た温水器がよく知られている。この種の装置として台所
用の蓄熱式給湯器が実用に供されているが、最高貯湯温
度が85℃程度であり、蓄熱容量の不足から極めて小型の
ものが製品化されているにすぎない。大容量の高温蓄熱
体としては、例えばマグネシアを主成分とするマグネサ
イト煉瓦又は酸化鉄を主成分とする煉瓦があり、蓄熱式
暖房器に利用されているが、単位熱容量当たりの重量が
大きいものである。

（発明が解決しようとする課題） 上述の如く、従来の煉瓦による蓄熱体を利用して温水器
等を実用化しようとすると、その総重量が大きくなって
しまい、特に家庭用として利用するには、設置性及び移
動性の点から満足するものを得ることができなかった。

本考案の目的は、液体を密封して成る高温蓄熱体を用い
た、小型で熱容量の大きな温水／蒸気発生装置を提供す
ることにある。

（課題を解決するための手段） 上記課題を解決するための本考案の特徴は、水を密封し
た耐圧容器の内部に該水の温度変化により生じる体積変
化を吸収する気体層を設けて成り温度上昇により前記水
の相変化を生じることがないようにした高温蓄熱体を少
なくとも１つ収納した蓄熱槽を有し、該蓄熱槽内の熱を
ヒートパイプによつて外部へ取り出し、この外部に取り
出された熱と水とを熱交換器によって熱交換させる構成
である。高温蓄熱体は電気的加熱手段により加熱され
る。

（作用） 電気的加熱手段により高温蓄熱体が加熱されると、内部
の液体の温度変化によって液体の体積が増減すると同時
に、容器内部の気体層が液体の体積の増減量を吸収し、
高温蓄熱体に大容量の熱を蓄えることにより、蓄熱槽へ
の蓄熱を行なうことができる。この場合、温度が相当程
度上昇しても封入された水の相変化が生じることがな
い。このようにして顕熱として蓄えられた熱は、ヒート
パイプを介して外部に取り出され、熱交換器に送られ、
ここで水と熱交換され、温水又は蒸気を得ることができ
る。

（実施例） 以下、図面を参照しながら、本考案の一実施例を詳細に
説明する。

第１図は本考案による温水／蒸気発生装置の一実施例を
示している。温水／蒸気発生装置１は、高温蓄熱体２が
多数収納されている蓄熱槽３を備えている。各高温蓄熱
体２は、注射アンプル状に形成された容器内に蓄熱源と
なる水と空気層とが密封されて成る特別な構成のもので
ある。図示の実施例では、各高温蓄熱体２は蓄熱槽３内
に縦方向に密集して並べられており、これらの高温蓄熱
体２からの熱を蓄熱槽３の外に取り出すことができるよ
うに、複数本のヒートパイプ４が適宜の間隔で垂直に設
けられている。ヒートパイプ４の各一端部4aは、蓄熱槽
３の壁体を貫通してその内部にまで延びており、高温蓄
熱体２の間に入り込んでいる。なお、各ヒートパイプ４
と蓄熱槽３の壁体との間は適宜のシールが施されてい
る。図示の実施例では、ヒートパイプ４が３本用いられ
ている場合が示されているが、その本数は、蓄熱槽３か
ら取り出す熱量に応じて、又はその他の要因に従って適
宜に定めることができる。

各ヒートパイプ４と高温蓄熱体２との間の熱の伝達を効
率よく行なうため、蓄熱槽３内には、高温蓄熱体２及び
ヒートパイプ４の集積空隙を満たすための低融点ハンダ
５が充填されている。このため、高温蓄熱体２からの熱
は低融点ハンダ５を介してヒートパイプ４に良好に伝達
される。

符号６で示されるのは、高温蓄熱体２を加熱するための
蓄熱槽３内に設けられているカートリッジ式の電熱ヒー
タであり、外部に設けられた加熱用の電源40からスイッ
チ41を介して電熱ヒータ６に加熱用の電流を給電し高温
蓄熱体２を所望の高温状態にすることができる。この電
源７としては、深夜電力を利用するのが経済上好まし
い。

第２図には、第１図に示した高温蓄熱体２が断面して示
されている。高温蓄熱体２は、耐熱性の高い硼硅酸ガラ
ス等によって作られた耐熱ガラスから成る中空の容器21
を備え、その外形形状は注射アンプルと同様な形状とさ
れている。容器21内には、蓄熱源としての水Ａと、温度
変化によって生じる水Ａの体積変化量を吸収するための
気体層としての気泡（空気層）22とが密封されている。
なお、容器21の一端部には水Ａの注入孔23が設けられて
おり、図示の実施例では、水を注入した後、注入孔23は
適宜の手段で封止されている。

この構成によると、高温蓄熱体２が加熱されたことによ
り水Ａの体積が増大した場合、この体積の変化量は空気
層22によって吸収され、容器21の内圧が異常に高くなる
のが防止される。

前記Ａは、通常では沸点の100℃以上に温度が上昇しな
いが、容器21内に密封されているので、加熱しても気化
せず100℃以上（この実施例の場合300℃程度またはそれ
以上）まで温度を上げることができ、煉瓦と同程度に高
温蓄熱体が可能となっている。

上述の蓄熱体２を容器21の外部からシーズヒーター等で
加熱すると、水Ａの温度が上昇して容器21の内部の圧力
が上昇するとともに水Ａの容積も膨張する。例えば、容
器21の内部の水温が300℃に上昇した場合、容器21の内
部の圧力は100atmで水Ａの容積は常温時の1.4倍に膨張
する。そして、膨張した水Ａの容積増加量は容器21内に
設けた空気層22が縮小することによって吸収される。な
お、容器21内の水温が下がって、水Ａの体積が縮小すれ
ば、その分空気層22の体積が増大する。ここで、空気層
22の代りに窒素ガス等の適宜のガスによる気体層を設け
てもよいことは勿論である。

このようにして、水Ａの容積膨張による内部圧力の増加
を抑えながら、容器21内部の水温を300℃ないしそれ以
上に上げることができ、煉瓦と同等ないしそれ以上の蓄
熱能力を持たせることができる。

なお、例えば300℃における水Ａの容積が常温時の約1.4
倍程度に膨張するが、空気層22の容積はこの膨張の度合
いを考慮して設定すればよい。また、容器21の内圧に対
する耐圧能力は、その材質や厚さまたは空気層22の容積
によって決定される。以上の説明から理解されるよう
に、容器21は加熱時に生じる内部圧力の増加に耐えるこ
とができる所要の耐圧性を備えていることが要求され
る。

この実施例においては、蓄熱源に安価な水を利用してい
るので、イニシャルコストを安くできる。しかも一旦、
水Ａを密封してしまえば、後はメンテナンスフリーであ
るから保守等のコストがかからない。

ところで、本考案者は、容器21として市販のハリオー32
ガラス（商品名）を用いて、上記蓄熱体の最適な蓄熱温
度を求める実験を行った。

その結果、容器21の内部の水Ａを徐々に加熱すると、水
Ａの温度が309℃（つまり圧力が100atm）に達した場合
を境として、水Ａの膨張率が大きくなり、（容器21に封
入可能な水Ａの容積がより少なくなって）蓄熱量が逆に
小さくなることがわかった。したがって、水Ａを300℃
程度に保持するのが最適であると言えるが、それ以上に
蓄熱温度を上げたとしても特に差し支えない。

なお、上記では、ガラス製の容器21を用いた場合につい
て説明したが、例えば、板厚0.5mmのステンレスを用い
て、または銅を用いて筒状その他の適宜の形状にするこ
とができる。

第１図に戻ると、ヒートパイプ４の各凝縮部端4bは、熱
交換器７に連結されている。熱交換器７は、入口ポート
7aが給水源８、例えば水道の給水口、に連結されてお
り、入口ポート7aを介して熱交換器７内に入った水９
が、ヒートパイプ４の各凝縮部端4aから熱をうばうこと
により、ヒートパイプ４によって蓄熱槽３から取り出し
た熱と熱交換され、所定の温度となった水をその出口ポ
ート7bから取り出すことができる構成である。符号10
は、熱交換器７から取り出す湯量を調節するため入口ポ
ート7aと給水源８との間に設けられたバルブである。

上述の熱交換動作を行なわせるため、ヒートパイプ４の
凝縮部端4bの一部は、熱交換器７の壁体7cに設けられた
貫通孔7d,7e,7fを通ってその内部に延びており、各貫通
孔7d,7e,7fには液密シールが施されている。この結果、
熱交換器７内の水が各貫通孔7d,7e,7fとヒートパイプと
の間のすき間から漏れることがない。

次に、第１図に示した温水／蒸気発生装置１の作動につ
いて説明する。

スイッチ41を閉じて電源40から各電源ヒータ６に加熱用
の電流を供給して電熱ヒータ６を加熱する。これにより
各高温蓄熱体２は、電熱ヒータ６により直接又は低融点
ハンダ５を介して加熱され、蓄熱が行なわれる。第２図
を参照してすでに説明したように、各高温蓄熱体２は約
300℃程度にまで加熱されるのが望ましい。なお、図示
の実施例では低融点ハンダ５を熱伝導率の向上を図るた
めの充填剤として用いたが、これに代えて、伝熱セメン
ト、アルキルジフェニル等を主成分とする市販の熱媒体
等、適宜の材料を用いることができるのは勿論である。

このようにして所要の蓄熱が完了したならば、必要に応
じてバルブ10を開くことにより、給水源８から熱交換器
７に通水することにより、ヒートパイプ４の各凝縮部端
4bが熱をうばわれ、ヒートパイプ４は蓄熱槽３内の熱を
熱交換器７内へと運ぶことになる。この結果、熱交換器
７内では、ヒートパイプ４によりもたらされた熱と水９
との間で熱交換が行なわれ、水９は温水となり、バルブ
10から取り出される。すなわち、バルブ10を開けば、給
水源８からの水９を温水にして取り出すことができる。

ヒートパイプの凝縮部は、蓄熱槽３内の温度に比例して
熱を取り出すので、バルブ10の開度を調節して熱交換器
への給水量を制限することによって、取り出される温水
の温度が影響を受ける。さらに、熱交換器７と蓄熱槽３
との間に設けられる各ヒートパイプの容量、及びその本
数にも依存する。したがって、これらの要因を考慮する
ことにより、取り出される温水の温度を適宜に設定しう
るものであり、また、所望によりバルブ10より蒸気を取
り出すこともできる。バルブ10を閉じると、熱交換器７
内の温水が全て排出されるので、温水等の取り出しを行
なわない場合に熱交換器７内で水が沸騰することがな
い。

このように、熱源として使用されている高温蓄熱体２
は、耐圧容器中に封入された水を、相変化を生じさせる
ことなく300℃程度にまで加熱して得られる顕熱を利用
するものであるから、潜熱を利用する従来のものに比
べ、極めて大きな熱量を確保することができ、数10℃の
温水から数100℃の蒸気まで、極めて広範な領域におい
て種々の利用が可能である。

上記実施例では、高温蓄熱体２への蓄熱を電熱ヒータ６
によって行なう場合を示したが、ヒートパイプ４として
カーボンファイバーウィック型のものを用いることによ
り、ヒートパイプ４の各凝縮部に設けられた電熱ヒータ
50によって、ヒートパイプ４を介して蓄熱槽３内に熱を
送り込み、これにより上述したのと同様の蓄熱動作を行
なわせることができる。なお、通常のヒートパイプを用
いた場合であっても、ヒートパイプ４を水平に配設する
構成とすれば、電熱ヒータ50による上述の如き蓄熱が可
能となるので、ヒートパイプ４が水平に配設されるよう
に構成して、その凝縮部に蓄熱用の電熱ヒータを設けて
もよい。このような構成もまた、本願考案の技術的範囲
に属するものである。

（考案の効果） 本考案によれば、上述の如く、水を密封した耐圧容器の
内部に該水の温度変化にともなう体積変化を吸収する気
体層を設け該水を相変化させることなしに300℃程度に
まで高温加熱しうるように構成された高温蓄熱体を用い
て高温度の蓄熱を行なう構成であるから、顕熱の熱エネ
ルギーを利用することができ、小型で高容量の蓄熱が可
能であり、温水から蒸気までの取り出しが可能な高性能
の温水／蒸気発生装置を安価に提供しうるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案による温水／蒸気発生装置の構成を示す
構成図、第２図は第１図に示した高温蓄熱体の断面図で
ある。 １…温水／蒸気発生装置、２…高温蓄熱体、３…蓄熱
槽、４…ヒートパイプ、７…熱交換器、21…容器、22…
空気層、Ａ…水

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者 間宮 庸夫 東京都文京区本郷１丁目35番24号 本郷・ 大同ビル402 株式会社全眞電力エンジニ ヤリング内 (56)参考文献 特開 昭62−29859（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】水を密封した耐圧容器の内部に該水の温度
   変化に伴なう体積変化を吸収する気体層を設けて成り温
   度上昇により前記水の相変化を生じることがないように
   した高温蓄熱体を少なくとも１つ収納した蓄熱槽と、前
   記高温蓄熱体を加熱するための電気的加熱手段と、前記
   蓄熱槽内の熱を外部へ取り出すためのヒートパイプと、
   該ヒートパイプによって取り出された熱と水とを熱交換
   させるための熱交換器とを備えて成ることを特徴とする
   温水／蒸気発生装置。