JPH0740856Y2 - 蓄熱式熱交換装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本考案は蓄熱式熱交換装置に関し、特に高温蓄熱が可能
な固体蓄熱体を配設した蓄熱室と、加温用流体を熱交換
する熱交換室とを隔壁を介して配置し、両室を循環する
媒体を介して熱交換を行わせる熱交換装置として好適な
蓄熱式熱交換装置に関する。

（従来の技術） 従来、例えば床暖房用蓄熱装置は、暖房源となる温水等
の加温用液体自体を容器に貯水加熱する構成であった。

また、水を加熱して蒸気を発生させる構成、或いは、固
体蓄熱体を電気ヒータで加熱し、この固体蓄熱体からの
放散熱で温水を加熱する構成も開示されていた。

（考案が解決しようとする課題） 上記温水の場合は、沸騰しない略90℃が加熱限界であ
り、他の液体も沸点が若干高いとしても、それ以上の高
温加熱は沸騰の問題から不可能であった。

また、蒸気の場合は、温度を100℃以上に上げることが
可能であるが、同時に蒸気圧が高くなり、例えば179℃
で10kg/cm²となり、爆発の危険性が生じてしまう問題が
あった。

一方、固体蓄熱体は、上記問題点を生じさせず、数100
℃の高温蓄熱が可能であるが、この高温を熱交換媒体に
転化させると、該熱交換媒体の高温によって、熱交換し
た例えば床暖房用の温水が沸騰してしまうことになり、
結果的には前記問題点が解決しない事態を招来するおそ
れがあった。

本考案は、上記問題点に着眼し、蓄熱源を高温蓄熱効率
の優れた耐熱性固体の蓄熱体と加熱源とにより形成する
ようにして高温蓄熱、例えば夜間の余剰電力を利用する
ことにより約850℃の蓄熱を可能とし、熱交換媒体を循
環させて該蓄熱を長時間に亘って取り出し利用できるよ
うにし、該蓄熱は熱交換器によって熱交換させるが、高
温による温水の沸騰を防止しかつ各部機器の損傷を最小
限に抑えるようにするために蓄熱室と熱交換室を隔壁に
よって分離形成して、該隔壁部に熱交換媒体の温度調整
路を形成し、熱交換媒体の漏出を防止するために加熱源
の外壁貫通位置を特定し、さらには熱損失を少なくし、
同時に安全性を確保するために断熱保温材によって囲っ
て略々密閉式とした構成を有するようにした簡潔かつ効
率性の高い蓄熱式熱交換装置を提供せんとするものであ
る。

（課題を解決するための手段） 上記課題を解決するために、本考案は、蓄熱体を配設し
該蓄熱体間に熱交換媒体の加熱通路を形成した構成を少
なくとも有する蓄熱室を上方に形成し、加温用流体を導
通した熱交換器並びに熱交換媒体を循環させる循環器を
少なくとも備えた熱交換室を下方に形成し、両室間に熱
交換媒体が流通可能な流通空間を開口した隔壁を介装
し、該流通空間には熱交換媒体の蓄熱室への流入側から
蓄熱室からの流出側に熱交換媒体の一部が直接流通する
ための調整路を形成し、加熱源は電気ヒータとし、該電
気ヒータの延長部分を蓄熱室からの熱交換媒体流出側の
蓄熱室外壁に貫通させ、外壁内に設けた空気層部分にお
いて配線して蓄熱室熱交換装置を構成したことを特徴と
するものである。

上記装置において、隔壁と熱交換室とは適宜間隙をおい
て配設し、両者間をフレキシブルダクトによって連通さ
せる構成とするのが一層好ましく、また、外壁全体を断
熱保温層によって略々密閉状態に形成し、少なくとも蓄
熱室外側部分の断熱保温層は、内側から外側に向かって
順次にセラミックブランケット乃至略々同等の耐火断熱
材層、所定厚のシリカボード層、空気層、及び金属外板
を積層した構成とすることが一層好ましい。

（作用） 上記構成によれば、加熱源は例えば高温用（例えば1000
℃以上）電気ヒータとし、高温蓄熱例えば850℃前後の
蓄熱が可能である電気ヒータの延長部分を熱交換媒体流
出側の蓄熱室外壁に貫通させ、外壁内の空気層部分でお
いて配線することにより、熱交換媒体流出のおそれを防
止する。

加熱によって蓄えられた蓄熱体の高温熱は、隔壁を介し
て配設された循環器の作動によって循環する熱交換媒体
に移動し、この熱交換媒体は熱交換器において加温用流
体と熱交換する。

調整路は、蓄熱室から直接送出される高温媒体に熱交換
室側から循環する低温媒体を混合させて温度調整を図
り、過加熱による加温用流体の沸騰、機器の劣化損傷等
を防止し、フレキシブルダクトは蓄熱室と熱交換室との
温度差による接続部の変形等を吸収して装置を保護す
る。蓄熱体を固体ブロックとし、これをヒータ加熱する
ようにすれば、蓄熱温度を高温化でき、かつ設備の施工
効率が向上する。蓄熱体間に設けた加熱通路は加熱媒体
への熱移行を効率化する。外壁の断熱保温構造は、高温
蓄熱の維持と安全性を保証する。

（実施例） 以下、本考案の一実施例を図面によって説明する。

第1,2図は本装置の一例断面略図である。

本装置は、蓄熱室１を隔壁３を介してその上方に、熱交
換室26を隔壁３の下方に設置し、全体を断熱保温層から
なる外壁11によって略々密閉して構成されている。

蓄熱室１は、マグネシア等のセラミック系素材を適宜大
きさの固体に型出した蓄熱体としての蓄熱ブロック２
（例えば約850℃の蓄熱が可能な蓄熱ブロック）を隔壁
３上に多数積層し、蓄熱ブロック２の上下間に加熱源と
してのシーズヒータ４（例えば約1000℃以上の高温に耐
えうるシーズヒータ）を配設し、該シーズヒータ４は被
覆管ごと外壁11を構成する断熱保温層外側に導出し、並
置した蓄熱ブロック２群の各側部間には縦方向に複数の
加熱通路５を形成し、該加熱通路５の半数は隔壁３に設
けた蓄熱室１への熱交換媒体の流入路６に連通し、他の
半数は隔壁３に設けた蓄熱室１からの熱交換媒体の流出
路７に連通し、かつ上記各加熱通路５は積層された蓄熱
ブロック２の上方に設けられた空間部８において連通し
ている。

第３図は蓄熱ブロック２の構成例を示しており、この蓄
熱ブロック２は、直方体の上面にシーズヒータ４を載置
できかつ長手両側端に該ヒータが延出可能な凹部９を、
左右（短手方向）対称的にかつ該シーズヒータ４の厚み
の半分強の凹み深さで形成し、直方体の左右両側面に１
個以上の縦方向の凹陥部10を、加熱通路の縦半割り型に
相当する凹陥形状として形成してなっている。

上記構成の蓄熱ブロック２を積層する場合、最下段の蓄
熱ブロック２は、凹部９を上面とし長手方向を一方向に
揃えて、隔壁３上に複数個並置し、長手方向の複数の蓄
熱ブロック２の各凹部９に亘ってシーズヒータ４を連続
的に配設し、その上に蓄熱ブロック２を上下逆転状態で
長手方向を揃えて重ね、上下の蓄熱ブロック2,2の両凹
部9,9でシーズヒータ４を挟持するように配設し、この
構成で上方に多段に積層し、最上段の蓄熱ブロック上方
には適度な空間部８を設け、隣接蓄熱ブロック２、２同
士の対向した凹陥部10,10によって上下方向に煙突状の
加熱通路５を複数本形成し、最外周には適度な空間を置
いて外壁11となる断熱保温層を配設し、上記シーズヒー
タ４は、熱交換室26側へ熱交換媒体が流出する側に寄っ
て位置即ち流出路７側において前記断熱保温層まで延出
させ、外壁11の最外側を構成する金属面16の内側に形成
されている空気層15内において電気ケーブルを収束し、
温度調節用基板35に接続させてある。

外壁11は、多層構造としてあり、最内層をセラミックブ
ランケット乃至略々同等な耐火断熱材による例えば50mm
厚前後の耐火断熱層12とし、その外側にシカリポードを
例えば75mm厚前後と50mm厚前後の二層構造或いはこれと
略々同等な断熱材（保温材）による保温層13,14とし、
その外側を25mm前後幅の空気層15とし、該空気層15はそ
の外側に最外層としての鉄板、その他の金属面16を設け
て構成してある。この構成によれば、蓄熱温度が約850
℃の状態において外壁の外側面部は50〜60℃前後の低温
となる。

なお、二層の保温層13,14の間に、金属薄箔層を介装さ
せれば断熱性をより一層向上させることができる。

前記シーズヒータ４はその延出端部を、上記断熱保温層
12,13,14を貫通して空気層15に突出させ、該空気層15内
で電気ケーブルを配線結線してある。

隔壁３は、上下二層の構成として少なくとも底面及び四
側面を鉄板その他の金属板で囲い、上層を上記断熱層12
と同材質にて例えば100mm程度の厚さの断熱層17とし、
この断熱層17に熱交換媒体を流通しうる流入路６及び流
出路７が前記加熱通路５に合致するように貫通形成して
なり、下層を例えば100mm程度の上下幅を有して上記流
入路６と流出路７に連通する二室に区画された空室18,1
9としてなり、両空室間の仕切壁20には適当な大きさの
開口を設けて調整路21とし、空室18,19のそれぞれの底
面に通気孔22,23を開口させ、上記通気孔22は流入路６
に、上記通気孔23は流出路７に対向するようにして開口
させ、該通気孔22,23には下方に垂下した適宜長さの耐
熱性フレキシブルダクト24,25の上端をそれぞれ接続し
てある。

上記調整路21は、熱交換室26から蓄熱室１内へ流入する
低温の熱交換媒体の一部を、空室18から空室19に直接流
入させ、流出路７から空室19に流出した高温の熱交換媒
体と混合させ、熱交換媒体の温度を加温用流体（例えば
暖房用温水）を沸騰させない範囲内に下げるためのもの
であり、その作用を果たすに必要な流入量が得られるよ
うに調整路21の開口大きさを設定してある。また、この
開口部にダンパー（図示せず）を装着して開口率を可変
調整できるようにしてもよい。

熱交換室26は、適宜断熱材によって囲い形成した室内に
循環器としての循環送風器27と熱交換器28を配設してあ
り、室の上面に上記フレキシブルダクト24,25の下端を
接続開口させ、流入路６に直接連通するフレキシブルダ
クト24の下方に循環送風器27を配置し、該循環送風器27
の吐出側を該フレキシブルダクト24に連通させ、循環送
風器27の吸入側を熱交換器28の排出側に連通させ、熱交
換器28の吸込側が上記流出路７に連通するフレキシブル
ダクト25の下方に対向させてある。

循環送風器27の駆動源としてのモータ29は熱交換室26の
側壁を通して本装置の外壁内に設置し、熱交換器28内の
配管の一端は本装置外に延びる温水入口管30に接続し、
他端は同様に本装置外に延びる温水出口管31に接続して
あり、両管30,31は、例えば床暖房用配管に接続してい
る。

温水出口管31は、熱交換により加温された温水を供給す
る管であり、熱交換器28の熱交換部（図示せず）近傍例
えばその温水出口から60mm以内の位置に温度センサ32を
装着してある。該温度センサ32は循環送風器27を駆動す
るモータ29の制御用基板35に接続し、熱交換器28から供
給される温水の所定の上限温度を検知した状態において
循環送風器27の運転を停止させるように電気接続してあ
る。

なお、上記隔壁３は、金属フレームによって形成された
骨組33上に設置してある。また、蓄熱室１の外壁中の空
気層15内において保温層14の外側面には、該面に接触し
て低温用温度センサ34を配設し、シーズヒータ４の電気
回路を制御する制御基板35に接続し、蓄熱室１内の温度
を実験値として設定しておき、その上限温度を検知した
状態においてシーズヒータ４への通電を遮断させるよう
に電気接続してある。

上記本考案の装置は、シーズヒータ４に通電し、好まし
くは夜間電力を利用して通電して、蓄熱ブロック２を加
熱し、例えば略850℃の蓄熱温度を得ることができ、蓄
熱ブロック２がこの温度域に達した時点での蓄熱室１外
壁の所定温度（実験値として予め設定しておくことがで
きる）を低温用温度センサ34が検知し、シーズヒータ４
への通電を遮断する。上記蓄熱ブロック２を固体として
あるために、蓄熱が効率的かつ高温で行い得ると共に、
蓄熱体と蓄熱室１の施工が簡便に行い得る。

一方、循環送風器27を駆動させることによって、本装置
内の空気即ち熱交換媒体は強制循環される。即ち、熱交
換室26からフレキシブルダクト24、通気孔22、空室18を
通り、流入路６から蓄熱室１内に流入し、加熱通路５を
流れつつ蓄熱ブロック２によって加熱され、熱風となっ
て流出路７から空室19、通気孔23、及びフレキシブルダ
クト25を通って、熱交換室26内の熱交換器28に送出さ
れ、該熱交換器28において床暖房その他に使用される加
温用流体と熱交換し、該加温用流体を加温する。

この際、高温蓄熱によって加熱された熱交換媒体は高温
となるので、直接熱交換器28に流入し続けると、加温用
流体を沸騰させてしまうおそれがあるが、熱交換器28を
通って低温化した熱交換媒体の一部が、フレキシブルダ
クト24から通気孔22、空室18に入り、調整路21を通って
空室19側に直接流入し、空室19内において流出路７から
流出する高温状態の熱交換媒体に混合して加熱温度を適
度に低下させ、熱調整した状態として熱交換媒体を熱交
換器28に流入させることになるので、高温蓄熱に係わら
ず適正な熱交換器での熱交換を可能にする。しかも、蓄
熱室が上方に位置し、熱交換室が下方に位置しているこ
とによって、蓄熱室の高温雰囲気は上方に溜まり、下方
の熱交換室はそれぞれに比して低温状態に維持されうる
ので、安定して上記適正な熱交換を行うことができると
共に、熱交換室の熱損傷を少なくすることができる。さ
らに、外壁１を略々密閉構造としたことと相まって高温
蓄熱と蓄熱維持、及び熱交換効率の効率化、省力化を可
能にする。

熱交換器28を導通して熱交換した加温用温水は温水出口
管31から送出されるが、熱交換器28に近接して配設した
温度センサ32の検知を受けると共に、該温度センサ32は
循環送風器27の電源開閉制御又は連続比例制御をするの
で、所定温度の温水を安定して供給し、また、温水の不
使用状態下では自動的に循環送風器27の運転を停止さ
せ、温水の過加熱を防止する。この場合、温水が流動し
ていなくても熱交換器28に近接しているため、該熱交換
器からの伝熱を受けて温度検知が行われるので、過加熱
防止効果が正確に奏される。

上記シーズヒータ４の延長部は、流出路７側の断熱保温
層方向に延出しているが、熱交換媒体が強制循環してい
る間は、蓄熱室内の該流出路７側が循環送風器27の吸引
を受けて断熱保温層の空気層15よりも若干負圧（マイナ
ス圧）となっているため、万一シーズヒータ挿通孔に隙
間が生じても熱交換流体が吹き出すおそれを排除でき、
高温流体の噴出による事故のおそれを生じさせることが
ない。流入路６側の蓄熱室内は循環送風器の送出を受け
て若干の加圧状態となるので、隙間を生じさせる可能性
を設けるのは好ましくない。

ところで、上記実施例における各部の構成は、一例を示
したものであるので、上記例に限定されるものではな
い。

（考案の効果） このようにして、本考案によって、蓄熱源を耐熱性固体
の蓄熱体と加熱源とにより形成するようにして高温蓄
熱、例えば夜間の余剰電力を利用する等することにより
約850℃の蓄熱を可能とし、熱交換用媒体を循環させて
該蓄熱を長時間に亘って取り出し利用でき、しかも高温
蓄熱でありながら、隔壁と調整路の働きにより熱交換器
での熱交換温度を適温状態とすることができ、同時に蓄
熱室を上方にし熱交換室を下方にして、蓄熱室の高温雰
囲気が直接熱交換室側に流入し難いようにして、各部機
器の熱損傷を最小限に押さえるようにすることができる
ようにした蓄熱式熱交換装置が提供される。

蓄熱室と熱交換室とを分離し、蓄熱室下の隔壁側と熱交
換室とをフレキシブルダクトを介して連通させれば、両
室の温度差による装置の熱変形を該フレキシブルダクト
が吸収するので、装置の緩みや傷を少なくすることがで
きる。

また、外壁の断熱保温構造によれば、装置の熱損失を少
なくすることができると共に、高熱蓄熱を可能とし、し
かも外側を低温に維持して安全性を確保することができ
る。

本考案は加熱源を電気ヒータとし、この延長部を蓄熱室
の熱交換媒体の流出側の外壁に貫通させ形成してあるの
で、該延長部が熱交換媒体流出のおそれにさらされるこ
とがないので、損傷を少なくすることができ、かつ装置
外への万一の漏出に対する安全性を確保し得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案に係る一例装置の縦断面図、第２図はそ
の横断面図、第３図は蓄熱ブロックの斜視図である。 １…蓄熱室、２…蓄熱ブロック、３…隔壁、４…シーズ
ヒータ、５…加熱通路、11…外壁、12…断熱層、13,14
…保温層、15…空気層、16…金属面、17…断熱層、18,1
9…空室、21…調整路、24,25…フレキシブルダクト、26
…熱交換室、27…循環送風器、28…熱交換器。

フロントページの続き (72)考案者 小林 敬 東京都千代田区永田町２丁目12番14号 株 式会社エービーシー商会内 (56)参考文献 特開 昭63−105363（ＪＰ，Ａ)

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】加熱源を備えた蓄熱体を配設し該蓄熱体間
   に熱交換媒体の加熱通路を形成した構成を少なくとも有
   する蓄熱室を上方に形成し、加温用流体を導通した熱交
   換器と熱交換媒体を循環させる循環器とを少なくとも備
   えた熱交換室を下方に形成し、両室間に熱交換媒体が流
   通可能な流通空間を開口した隔壁を介装し、該流通空間
   には熱交換媒体の蓄熱室への流入側から蓄熱室からの流
   出側に熱交換媒体の一部が直接流通するための調整路を
   形成し、加熱源は電気ヒータとし、該電気ヒータの延長
   部分を蓄熱室からの熱交換媒体流出側の蓄熱室外壁に貫
   通させ、外壁内に設けた空気層部分において配線した構
   成を有する蓄熱式熱交換装置。
2. 【請求項２】隔壁と熱交換室とを適宜間隙をおいて配設
   し、両者間をフレキシブルダクトによって連通させてな
   る第１項記載の蓄熱式熱交換装置。