JPH0719773A

JPH0719773A - 蓄熱装置

Info

Publication number: JPH0719773A
Application number: JP5146349A
Authority: JP
Inventors: Tomoyuki Maeda; 智幸前田; Shoichi Watanabe; 昭一渡辺; Ryoichi Sato; 良一佐藤; Bunpei Mochizuki; 文平望月
Original assignee: FUJI KANKYO SYST KK
Current assignee: FUJI KANKYO SYST KK
Priority date: 1993-06-17
Filing date: 1993-06-17
Publication date: 1995-01-20
Anticipated expiration: 2011-03-04
Also published as: JPH0820195B2

Abstract

(57)【要約】【目的】十分な温度を蓄え保持することができるとと
もに、その蓄熱される熱を有効に利用する。【構成】断熱性を有する箱状の蓄熱槽２内に砂利より
なる蓄熱材４を充填し、該蓄熱材４内に放熱パネル７と
集熱パネル１２とを所定の間隔を開けて対向させて埋設
するとともに、前記放熱パネル７には前記蓄熱材４を加
熱する電気ヒーター１１が設けられ、前記集熱パネル１
２には重油等のオイルや水などの液体よりなる伝熱媒体
が循環し前記蓄熱槽２外に延出する循環パイプ１５が設
けられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、給湯設備に付設され、
水道水等を加温させるために用いられる熱交換器等に接
続される蓄熱装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】家屋等に付設される台所や風呂等への給
湯や、床暖房装置や空調設備等への温水等の供給には、
温水器や蓄熱装置等が用いられる。この温水器は、所定
容量、例えば５００リットルの水が注入される水槽と、
この水槽内に配設される電気ヒーターとで大略構成さ
れ、水槽内に注入され満たされた水を、割安な深夜電力
を使用して電気ヒーターで加熱保温し、その水槽内の温
水を使用するものである。

【０００３】また、蓄熱装置は、ビルなどの建物の地下
に水槽を設置し、この水槽内に満たされる水を排熱や外
気等で熱交換して、温水や冷水として蓄え、これらを空
調等に使用するものや、建物の床下等に蓄熱タンクとな
る断熱材で形成された水槽を設置し、この水槽内に水を
満たすとともに、割安な深夜電力等を使用して電気ヒー
ターで水槽内の水を加熱し、保温させ、水槽内を巡る循
環パイプ内のオイル等の伝熱媒体を熱伝導により加温さ
せて、この循環パイプを熱交換器内に配管接続すること
で、上水道より配管された供給パイプの水を温めるもの
などがある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た温水器では、水槽内に満たされた所定量の水のみを加
熱して温水とする構成であるために、給湯などで使用す
る温水の量がこの所定量を超過する場合はその所定量以
上の温水を得ることができないという欠点がある。

【０００５】また、この温水器では、水槽内の温水が尽
きた場合に再び温水を得るには、水槽内に水を再注入し
て加熱するが、電気ヒーターによる加熱であることか
ら、使用電力量が大きくなるばかりでなく、温水を得る
までに時間を要するという欠点があり、容易に温水を得
ることができないという問題がある。さらに、水槽内に
直接電気ヒーターが浸漬されているために、この電気ヒ
ーターが腐食する恐れがあるという問題がある。

【０００６】一方、上述した蓄熱装置では、熱を蓄える
蓄熱材が水であるために、この水を充填する水槽の構造
に漏水防止の加工を施さなければならず、また、必要な
熱量を蓄えるために水槽の規模を大きく構成させなけれ
ばならないことから、容易に施工を行えないばかりでな
く施工が煩雑で、費用が多大なものになるという欠点が
ある。

【０００７】また、水槽内に充填される水を蓄熱材とし
ているため、電気ヒーターによって加熱する場合は、そ
の水の性質から沸騰温度までしか加熱できず、この蓄熱
装置にて伝熱加温され循環する伝熱媒体を介し、熱交換
器にて加温される給湯の温度は、十分な温水にならない
という欠点がある。

【０００８】さらに、水槽内の水を加熱する電気ヒータ
ーが前記温水器と同様に直接水槽内の水に浸漬されてい
るため、この電気ヒーターが経時変化により腐食などを
引き起こし、破損してしまうという問題があった。

【０００９】そこで本発明は、上記問題点を解消するた
めに、十分な温度を蓄え保持することができるととも
に、その蓄熱される熱を容易にかつ有効に利用できる蓄
熱装置を提供することを目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】次に、上記の目的を達成
するための手段を、実施例に対応する図面を参照して説
明する。この発明の蓄熱装置１は、断熱性を有する箱状
の蓄熱槽２内に砂利よりなる蓄熱材４を充填し、該蓄熱
材４内に放熱パネル７と集熱パネル１２とを所定の間隔
を開けて対向させて埋設するとともに、前記放熱パネル
７には前記蓄熱材４を加熱する加熱手段１１が設けら
れ、前記集熱パネル１２には液体よりなる伝熱媒体が循
環し前記蓄熱槽２外に延出する循環パイプ１５が設けら
れていることを特徴としている。

【００１１】なお、上記放熱パネル７と集熱パネル１２
とは、一体に形成して前記蓄熱材４内に埋設し、前記加
熱手段１１と前記循環パイプ１５とを並列に配設する構
造としてもよい。

【００１２】また、この発明の蓄熱装置４０は、断熱性
を有する箱状の蓄熱槽２内に砂利よりなる蓄熱材４を充
填し、該蓄熱材４内に放熱パネル４１と集熱パネル１２
とを所定の間隔を開けて対向させて埋設するとともに、
前記放熱パネル４１には前記蓄熱材４を加熱する加熱手
段１１と液体よりなる伝熱媒体が循環し前記蓄熱槽２外
に延出する伝熱パイプ１１５とが並設され、前記集熱パ
ネル１２には液体よりなる伝熱媒体が循環し前記蓄熱槽
２外に延出する循環パイプ１５が設けられていることを
特徴としている。

【００１３】

【作用】蓄熱槽２内には、蓄熱材４である砂利が充填さ
れ、この蓄熱材４内に放熱パネル７と集熱パネル１２と
を所定の間隔を開けて対向させて埋設される。放熱パネ
ル７に設けられた加熱手段１１は、放熱パネル７を介し
て蓄熱材４を加熱し、この蓄熱材４に熱を蓄えさせる。
集熱パネル１２は、前記蓄熱材４の蓄熱を吸熱し、この
集熱パネル１２に設けられている循環パイプ１５内の伝
熱媒体を加温する。そして、循環パイプ１５内の伝熱媒
体は循環され、蓄熱槽２外へ送られる。

【００１４】なお、上記放熱パネル７と集熱パネル１２
とを、一体に形成して前記蓄熱材４内に埋設し、前記加
熱手段１１と前記循環パイプ１５とを並列に配設する構
造とした場合、加熱手段１１は放熱部３１を介して蓄熱
材４を加熱し、循環パイプ１５は集熱部３３を介して蓄
熱材４から吸熱するとともに、この循環パイプ１５は伝
熱部３１ａを介して直接吸熱することも可能となる。

【００１５】また、放熱パネル４１に加熱手段１１と伝
熱パイプ１１５とを並設させるとともに、この放熱パネ
ル４１と集熱パネル１２とを所定の間隔を開けて対向さ
せて埋設した構成とすると、蓄熱材４は加熱手段１１に
よって放熱パネル４１を介して熱が蓄えられ、この蓄熱
を集熱パネル１２は吸熱して循環パイプ１５内の伝熱媒
体を加温するとともに、伝熱パイプ１１５内の伝熱媒体
が加熱手段１１の熱を直接吸熱する。

【００１６】

【実施例】図１は本発明による蓄熱装置の第１の実施例
を示す斜視図である。この第１の実施例の蓄熱装置１
は、蓄熱槽２と、放熱パネル７と、集熱パネル１２とで
大略構成されている。

【００１７】まず、蓄熱槽２は、コンクリート等より方
形箱形状に形成されているとともに、内壁面にロックウ
ール等の断熱材３が展張されている。この蓄熱槽２の内
部には、砕石や砂などが混合された砂利で構成される蓄
熱材４が充填されている。この蓄熱材４の特性は、密度
が１９９０kg／m³、比熱が１．６KJ／kgK となってい
る。

【００１８】なお、この蓄熱槽２には、所望の箇所、例
えば後述する放熱パネル７と集熱パネル１２との間など
に、槽２内の蓄熱材４の温度を計測するサーミスタ温度
計などの温度センサ５が設けられるとともに、底側の側
部に、槽内のエア抜きのための通気管６が設けられてい
る。

【００１９】次に、放熱パネル７は、図２に示すよう
に、パイプ８とパネル板９とが一体に形成されたもの
で、熱伝導性の良好な銅製のパイプ８、例えば冷暖房装
置の配管材に用いられるものと、このパイプ８が挿着さ
れるΩ形状の取付ブラケット１０と、この取付ブラケッ
ト１０の一対の取付片１０ａを挟持しこの取付片１０ａ
を覆うとともに、パイプ８に対してその径方向に延出す
る銅の薄板よりなるパネル板９とで構成され、折曲形成
により互いが密着成形された構造となっており、図１に
示すように、蓄熱槽２内にて略垂直となるように蓄熱材
４に埋設されている。

【００２０】そして、この放熱パネル７に設けられてい
るパイプ８は、一端が蓄熱槽２外に突出し、パイプ８内
には、図２に示すように加熱手段としての杆状の電気ヒ
ーター１１が挿入されている。なお、本実施例では、図
１に示すように、２組の放熱パネル７が互いに平行とな
るように板面が対向して蓄熱材４内に埋設されている。

【００２１】また、集熱パネル１２は、前記放熱パネル
７と略同形状に形成されており、銅製パイプ１３と、こ
の銅製パイプ１３に取付ブラケットを介して取り付けら
れたパネル板１４とで構成され、図１に示すように、２
組の集熱パネル１２が前記対向する放熱パネル７の間に
所定間隔を開けて互いに板面が平行となるように、すな
わち、各集熱パネル１２，放熱パネル７が蓄熱材４を介
して所定間隔毎に蓄熱材４内に埋設されている。

【００２２】銅製パイプ１３の両端には、蓄熱槽２の外
部に延出される断熱性を有した循環パイプ１５が接続さ
れている。循環パイプ１５は往路パイプ１５ａと復路パ
イプ１５ｂとで構成され、往路パイプ１５ａは蓄熱槽２
の上部より延出し、復路パイプ１５ｂは蓄熱槽２の下部
より延出されるように設けられている。そして、これら
循環パイプ１５内には、重油などのオイルや水などの液
体よりなる伝熱媒体が注入され、この循環パイプ１５の
復路パイプ１５ｂの中途に接続されている循環ポンプ１
６により循環するようになっている。

【００２３】なお、循環パイプ１５の中途、本実施例で
は蓄熱槽２の上部の位置にて、この循環パイプ１５内を
流れる伝熱媒体の温度を常時計測するサーミスタ温度計
等の温度センサ１７が設けられ、前述した電気ヒーター
１１の制御を行っている。また、これら循環パイプ１５
の往路パイプ１５ａと復路パイプ１５ｂとの間には、図
１に示すように熱交換器２０が接続されている。

【００２４】この熱交換器２０は、図１に示すように、
コイル式熱交換器で構成され、タンク２１内にはコイル
状に形成された内蛇管２２と、この内蛇管２２の外側を
周回するコイル状の外蛇管２３とが設けられている。

【００２５】この内蛇管２２には、一端に循環パイプ１
５の往路パイプ１５ａが接続されるとともに、タンク２
１底部の排出口に循環パイプ１５の復路パイプ１５ｂが
接続されている。また、外蛇管２３には、上水道管に接
続され、各所へ給湯を行う給湯パイプや、床暖房装置に
接続される放熱パイプに接続されている。

【００２６】そして、循環パイプ１５内の伝熱媒体は、
内蛇管２２によってタンク２１内を巡るとともに、この
タンク２１内部に内蛇管２２の他端より吐出され内部を
伝熱媒体で満たし、タンク２１底部に設けられる排出口
にて循環パイプ１５に戻され循環する。

【００２７】なお、この熱交換器２０には、温度センサ
が配設され、タンク２１内の伝熱媒体の温度を常時計測
し、この伝熱媒体の温度を一定に保つように前述した循
環ポンプ１６の制御を行うようになっている。

【００２８】次に、上記のように構成された蓄熱装置１
における蓄熱の動作を説明する。まず、放熱パネル７に
設けられた電気ヒーター１１に通電され、パイプ８及び
取付ブラケット１０を介してパネル板９が加熱されて放
熱を開始し、蓄熱材４を加熱する。蓄熱材４は、１００
℃以上の所望の温度に加熱されるとともに、その温度を
保持するように温度センサ５などによって制御される。

【００２９】集熱パネル１２に設けられている循環パイ
プ１５内の伝熱媒体は、循環ポンプ１６によって循環
し、蓄熱槽２内にて蓄熱材４に蓄熱されている熱をパネ
ル板１４を介して吸熱し、伝熱媒体が温められ、往路パ
イプ１５ａより熱交換器２０へと送られる。

【００３０】熱交換器２０では、水道水などが供給され
て、熱交換が行われ、温水が得られる。そして、循環パ
イプ１５の復路パイプ１５ｂにより、再び蓄熱槽２内に
伝熱媒体が循環し、蓄熱材４の熱を集熱パネル１２を介
して吸熱し往路パイプ１５ａ側へと循環する。

【００３１】従ってこのように構成された蓄熱装置１で
は、蓄熱材４として砂利を用い、この砂利を加熱して蓄
熱させる構成としたことにより、従来の水による蓄熱方
式のものに比べ、この砂利は密度で約２倍、比熱で１．
６倍と優れており、蓄熱温度を１００℃以上に上昇させ
ることが容易であり、十分な蓄熱を行うことが可能とな
る。

【００３２】また、この蓄熱装置１によれば、蓄熱温度
が極めて高いとともに、蓄熱量が非常に高く、従来の水
による蓄熱タンクに比べ同容量の熱量を得る場合でも、
蓄熱のための容積が少なくてすみ、省スペース化が図れ
る。

【００３３】さらに、蓄熱材４が砂利であるため、蓄熱
槽２をコンクリート等で構築する場合でも漏水のための
防水を施す工事は不要となり、建物の基礎部分等を利用
し、この砂利を集積することが可能となるので、この蓄
熱装置１の設置費用の軽減と工期の短縮が図れる。特
に、別荘や山荘など傾斜地に建築された建物の床下部に
蓄熱槽を設置することができる。

【００３４】また、この蓄熱装置１によれば、熱を伝達
する手段が、銅板で構成された放熱パネル７及び集熱パ
ネル１２であるため、放熱パネル７から蓄熱材４４、及
び蓄熱材４から集熱パネル１２への熱の伝導や対流によ
る伝熱、すなわち熱の授受が効率よく行える。

【００３５】また、放熱パネル７に設けられる電気ヒー
ター１１は、この放熱パネル７のパイプ８内に挿入し固
着する構造であり、従来の水蓄熱方式のようにヒーター
本体を直接水に接触させることがないので、このヒータ
ーが腐食し破損することがない。

【００３６】さらに、蓄熱材４を砂利で構成したので、
冬季や、冬季での未使用中であっても凍結することがな
く、従来の水蓄熱方式に発生する凍結による使用不能や
破損などの問題がおきることがない。

【００３７】また、この蓄熱装置１によれば、蓄熱機能
は熱の需要時間帯と関係なく熱供給が行えるため、熱需
要の少ない深夜の時間帯でも熱の供給を行うことが可能
となる。従って、深夜電力の利用が有効となり、低電力
料金で多量の熱需要を賄うことが可能となる。

【００３８】次に、第２の実施例の蓄熱装置について説
明する。なお、以下に説明する第２の実施例において、
上記第１の実施例と同一または同等の構成部分には同一
符号を付して示し、説明を省略する。

【００３９】この実施例の蓄熱装置３０は、図３に示す
ように、前述した第１の実施例にて説明した放熱パネル
７と集熱パネル１２とを一体に形成した形状の、一枚板
状の銅板よりなる伝熱パネル３１を具備し、これを蓄熱
槽２内の蓄熱材４内に埋設した構成としている。

【００４０】そして、この伝熱パネル３１は、略中央よ
り右又は左半部（図３中上半部）を放熱パネル部３２と
し、左又は右半部（図３中した部）を集熱パネル部３３
として、放熱パネル部３２に加熱手段としての電気ヒー
ター１１を設け、集熱パネル部３３に循環パイプ１５が
設けられている。

【００４１】これら電気ヒーター１１と循環パイプ１５
とは、伝熱パネル３１の中央部分である所定幅の伝熱部
３１ａを介し互いに平行となるように略垂直に並設され
た構成とされている。また、循環パイプ１５は、前述し
た第１の実施例と同様に、伝熱媒体が注入され循環され
るようになっている。

【００４２】この第２の実施例の蓄熱装置３０によれ
ば、蓄熱材４を砂利で構成したことにより、十分な蓄熱
温度を得ることが可能となり、また、蓄熱量が高いこと
から小容積でも十分な熱量を得られ、省スペース化を図
ることができるなど、前述した第１の実施例と同様にの
効果を得ることができる。

【００４３】また、この蓄熱装置３０によれば、上記効
果に加え、伝熱パネル３１に伝熱部３１ａを介して電気
ヒーター１１と循環パイプ１５とを並設したため、電気
ヒーター１１の熱が銅板である伝熱部３１ａによって直
接循環パイプ１５に伝熱されることとなり、蓄熱材４が
十分に加熱されてない場合にも温水を得ることができ
る。

【００４４】次に、第３の実施例の蓄熱装置４０につい
て説明する。なお、この第３の実施例において、前述し
た第１及び第２の実施例と同一または同等の部分には同
一符号を付して示し、説明を省略する。

【００４５】この実施例の蓄熱装置４０は、上述した第
１の実施例と第２の実施例とを組合せた構成で、図４に
示すように、蓄熱槽２の蓄熱材４内に、加熱手段である
電気ヒーター１１と循環パイプとなる伝熱パイプ１１５
とが並設された放熱パネル４１と、循環パイプ１５が設
けられた集熱パネル１２とを埋設した構成となってい
る。

【００４６】放熱パネル４１は、前述した第２の実施例
の蓄熱装置３０における伝熱パネル３１と同等の構成と
なっており、電気ヒーター１１と伝熱パイプ１１５が伝
熱部４１ａを介して互いに平行となるように略垂直に並
設されている。伝熱パイプ１１５には、循環パイプ１５
内の伝熱媒体と同等の伝熱媒体が注入されている。

【００４７】そして、この放熱パネル４１と集熱パネル
１２とが、図４に示すように、所定間隔をあけて互いに
平行となるように蓄熱材４内に埋設されている。

【００４８】従って、この第３の実施例の蓄熱装置４０
によれば、前述した第１の実施例と同様に、放熱パネル
４１によって電気ヒーター１１の熱が蓄熱材４を加熱
し、この蓄熱材４に熱が蓄えられ、また、集熱パネル１
２を介して蓄熱材４の熱を循環パイプ１５内の伝熱媒体
が吸熱する。

【００４９】また、この蓄熱装置４０は、前述した第２
の実施例と同様に放熱パネル４１に伝熱部４１ａを介し
て電気ヒーター１１と伝熱パイプ１１５とを並設したた
め、電気ヒーター１１の熱が銅板である伝熱部４１ａに
よって直接伝熱パイプ１１５に伝熱されることとなり、
蓄熱材４が十分に加熱されてない場合にも温水を得るこ
とができる。

【００５０】すなわち、この蓄熱装置４０は、蓄熱材４
に蓄えられている熱が経時により低くなった場合や、蓄
熱材４が十分に加熱されていない場合にも、伝熱媒体の
循環を循環パイプ１５から伝熱パイプ１１５に切り換え
ることで、最適な温度の温水を得ることが可能となる。

【００５１】なお、上記各実施例では、放熱パネル７，
４１，放熱パネル部３２に設けられている加熱手段１１
を電気ヒーターとした例について述べたが、この電気ヒ
ーターが固着されるパイプ８に、太陽熱や、工場の排熱
などを熱媒体として利用した構成でもよく、この場合、
産業用の利用価値が高くなるという効果がある。

【００５２】

【発明の効果】以上説明したように本発明による蓄熱装
置では、蓄熱材を砂利で構成し、この砂利を加熱して蓄
熱させる構成としたことにより、その砂利の特性から蓄
熱温度を１００℃以上に上昇させることが容易に行え、
蓄熱槽内に十分な蓄熱量を保持することができるという
効果がある。

【００５３】また、蓄熱材を砂利としたことから、蓄熱
槽をコンクリート等で構築する場合でも漏水のための防
水を施す工事は不要となり、建物の基礎部分や床下部等
を利用し、この砂利を集積することが可能となるので、
この蓄熱装置の設置位置が限定されず、また設置費用の
軽減と工期の短縮を図れるという効果がある。

【００５４】さらに、蓄熱材を砂利で構成したので、冬
季や、冬季での未使用中であっても凍結することがな
く、年間を通し常時使用できるという効果がある。

【００５５】また、この蓄熱装置によれば、蓄熱材の蓄
熱温度を極めて高温度に保持することができるととも
に、蓄熱量が非常に高く、従来の水による蓄熱タンクに
比べ同容量の熱量を得る場合、蓄熱のための容積、すな
わち蓄熱槽の容積が少なくてすみ、省スペース化を図る
ことができるという効果がある。

【００５６】さらに、放熱パネルと集熱パネルとを一体
に形成して蓄熱材内に埋設し、加熱手段と循環パイプと
を並設させた構成では、蓄熱材を加熱させると同時に、
循環パイプをも加熱させることが可能となっているの
で、蓄熱材が十分に加熱されていなくても加温された伝
熱媒体を得ることが可能となり、常時、所望の熱を得る
ことができるという効果がある。

【００５７】また、加熱手段と伝熱パイプとを並設した
放熱パネルと、循環パイプを設けた集熱パネルとを所定
の間隔を開けて対向させて蓄熱材内に埋設した構成の蓄
熱装置では、上述した各効果が得られるとともに、蓄熱
材に蓄えられている熱が経時により低くなった場合や、
蓄熱材が十分に加熱されていない場合にも、伝熱媒体の
循環を循環パイプから伝熱パイプに切り換えることで、
最適な温度の温水を得ることができるという効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による蓄熱装置の第１の実施例を示す斜
視図

【図２】同実施例による蓄熱装置の一部拡大斜視図

【図３】本発明による蓄熱装置の第２の実施例を示す概
略構成図

【図４】本発明による蓄熱装置の第３の実施例を示す概
略構成図

【符号の説明】

１，３０，４０…蓄熱装置２…蓄熱槽４…蓄熱材７，４１…放熱パネル１１…加熱手段（電気ヒーター）１２…集熱パネル１５…循環パイプ１１５…伝熱パイプ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者佐藤良一東京都千代田区外神田２丁目13番５号鶴屋ビル８階富士環境システム株式会社内 (72)発明者望月文平東京都千代田区外神田２丁目13番５号鶴屋ビル８階富士環境システム株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】断熱性を有する箱状の蓄熱槽内に砂利よ
りなる蓄熱材を充填し、該蓄熱材内に放熱パネルと集熱
パネルとを所定の間隔を開けて対向させて埋設するとと
もに、前記放熱パネルには前記蓄熱材を加熱する加熱手
段が設けられ、前記集熱パネルには液体よりなる伝熱媒
体が循環し前記蓄熱槽外に延出する循環パイプが設けら
れていることを特徴とする蓄熱装置。
【請求項２】前記放熱パネルと集熱パネルとは、一体
に形成されて前記蓄熱材内に埋設され、前記加熱手段と
前記循環パイプとが並列に配設されていることを特徴と
する請求項１記載の蓄熱装置。
【請求項３】断熱性を有する箱状の蓄熱槽内に砂利よ
りなる蓄熱材を充填し、該蓄熱材内に放熱パネルと集熱
パネルとを所定の間隔を開けて対向させて埋設するとと
もに、前記放熱パネルには前記蓄熱材を加熱する加熱手
段と液体よりなる伝熱媒体が循環し前記蓄熱槽外に延出
する伝熱パイプとが並設され、前記集熱パネルには液体
よりなる伝熱媒体が循環し前記蓄熱槽外に延出する循環
パイプが設けられていることを特徴とする蓄熱装置。