JPS61161396A - 温度別蓄熱槽 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は電熱又はヒートパイプ等の発熱体よりの高温熱
、或いは、太陽熱等の集熱装置よりの循環熱流体、或い
は、冷凍機等よりの冷熱等を区域側に温度別に蓄熱をな
さしめようとする装置に関するものである。

但し、ここでは熱媒体としては、一般的には水を対象と
するものとする。

水を蓄熱材とする蓄熱槽では、槽内の高温水と低温水と
を出来るだけ分離することが重要である。

この目的のために、槽内の水の温度差番こよる浮力を利
用した温度成層形の蓄熱槽やバランス形蓄熱槽に関する
研究が数多く行こなわれ、実用化されているものも数多
くある。

又、隔離膜や仕切板等を用いて、多槽型となし。

温度別に分級して、温度別の非混合の蓄熱を図る方法も
ある。

いづれも一長一短ある訳であるが、蓄熱槽内を機構的に
複雑にすることは、コスト増につながり。

又、特に、二次的トラブルが問題視される。

即ち、長期間の運転によるゴミ・水垢等による機能低下
が問題となる訳である。

そこで本発明においては、蓄熱槽の天井に底のない円筒
をとりつけ、蓄熱槽の上半分部分を二重円筒形となし、
その円筒の上部には連通穴とその連通穴に対して開閉作
動する所の形状記憶合金と組合された弁をとりつけ、そ
して１円筒内に熱源を挿入したるもの、といった極めて
簡単な構成により、在来の蓄熱槽の概念とは異なった温
度別の各区域をつくり、蓄熱槽の有効性を高めようとす
るものである。

以下、主要な構成を図に示す実施例を用いて説明する。

第１図は本発明における温度別蓄熱槽の断面図であり、
第２図は水平断面図、第３図は弁体部分の拡大断面図、
第４図は蓄熱媒体が集熱装置を循環する循環回路略図と
温度別蓄熱槽えの適用例の断面図である。

蓄熱槽の形式は、いわゆる密封型と大気開放型とが考え
られるが９本発明はこのいづれにも適用される訳であり
、ここでは密封型を実施例として。

図面に基き説明する。

蓄熱槽の外枠１は任意の形状１例えば９円筒形。

又は立方体形等のもので、よく保温された枠組であり、
外枠１の天井２より槽内に向かって、断熱性のある材質
で適当な大きさの底のない円筒３をとりつける。

円筒３の形態は立方体形、又は円錐台形等であってもよ
く、そのとりつけ位置は外枠１の天井２の中心部でなく
ともよい。

そしてその円筒３の上部の天井付近には、連通穴４と通
穴５を各々の単数又は複数個以上を、開設する。

通穴５は小さく、水位バランス、空気抜等用のものであ
り、小型の蓄熱槽の場合は必ずしも必要ではない。

連通穴４は通穴５よりも大キく、形状記憶合金の板７と
組合された弁体６が、連通穴４に対応するように設置さ
れている。

形状記憶合金の板７は支点８によって円筒３の内側に固
着され、弁体６を連通穴４に見合う位置に支えている。

この形状記憶合金の板７には、二方向性のものを使用す
ることが望ましい。

即ち、高温の雰囲気ではあらかじめ撓るような形状を記
憶させ、低温の雰囲気では元の形状に復元するような二
方向性の形状記憶合金を使用し。

高温−低温の温度変化による変態を駆動源として、弁体
６の連通穴４に対する開閉作動をなさＬむる。

一方向性の形状記憶合金の板７を使用する場合には９元
の形状に復元させるためバイアスバネと重ね合せる等の
組合せが必要となる。

又、形状記憶合金の板７は形状記憶合金のコイルバネを
用いてもよい。

バネ状の形状記憶合金を設定するなどして、コイルバネ
状の形状記憶合金の温度変化による伸縮の変態を駆動源
として弁体６の連通穴４に対する開閉作動をなさしめる
ようにする。

コイルバネ状の形状記憶合金を使用する場合も。

二方向性のものが望ましいが、一方向性の形状記憶合金
でもバイアスバネと組合せることにより適応させること
が出来る。

底のない円筒３の内側の底辺部付近、又は、それより上
部の適当な位置には、電熱又はヒートパイプ等による発
熱体９等の熱源となるものを設置する。

この時、この発熱体９が太陽熱、或いは、工場廃熱等を
利用する第４図に示されるような一回路式の集熱循環回
路をもつ蓄熱槽の場合は、集熱装置１５より送給されて
くる熱流体を水平方向に拡散し。

静圧化させながら流入するような輻流器１８を設置する
。

即ち、循環ポンプ１４により蓄熱槽の底辺部番こ設置し
た道管１３より取り出した用水を集熱装置１５・流入管
１６を経て再び蓄熱槽内に還流させる訳であるが、その
時流入管１６の先端１７を円筒３の内側底辺部付近まで
挿入し、先端１７には二枚の円板が水平に平行に適当な
距離を保りている輻流器１８を設置し、送給されくる熱
流体を等方向に次第に静圧化させながら円筒３内の底辺
部付近に拡散流入させるような構成とする。

この時所望によりては、輻流器１８の上の円板と。

下の円板とに別々に、熱伝導性のよい薄い板の内環状帯
１９と内環状帯茄とを上下に立壁面状に設定し、さらに
、熱伝導性のよい薄い板の外環状帯２１を内環状帯１９
・２０と適当な距離を保って平行にとり巻くように設定
し、そして、輻流器１８の上・下の円板を貫通して筒状
の抜穴ηを単数又は複数個以上を輻流器１８に付加設置
することにより１円筒３の内側区域のより早急な温度の
立上りを図かることが出来る。

蓄熱された温水を利用するための汲出管１２を円筒３の
内側の天井を貫通して挿入する。

給水管１１は外枠１の底辺部付近に設置する。

以上のように１水温度別蓄熱槽は、任意の形状でよく保
温された外枠の内に、適当な大きさと形態をもった底の
ない円筒等を外枠の天井にとりつけ。

円筒等の天井付近には、連通穴及び通穴を各々の単数又
は複数個以上を開設し、連通穴には形状記憶合金の板又
はコイルバネと組合された弁体を設定し９円筒等の内側
の底辺部付近又はそれより上部の適当な位置には、電熱
又はヒートパイプ等の発熱体、或いは、集熱装置より送
給されてくる熱流体が拡散し静圧化されながら流入する
ような輻流器等の熱源となるものを設置したることを特
徴とする所の蓄熱槽である。

そしてこれによって、各区域別に温度別の蓄熱をなさし
めようとするものである。

上記の構成を有する温度別蓄熱槽の作動は次の通りであ
る。

実施例として、第１〜第３図にもとづぎ、密封型で発熱
体９が電熱である場合について説明する。

先づ、給水口１１より上水道又は井戸水等を一旦。

シスタンクに送り込む方法などにより用水を圧送し、蓄
熱槽の外枠１内を満水状態とする。

ここで説明の便宜のために９円筒３で囲われている内側
区域をＨ域９円筒３の外側と外枠ｌの内側に出来る環状
の区域をＭ域９円筒３の底面部より下に出来る区域をＨ
域、と呼称することとする。

電力の投入により１発熱体９は高温状態となる。

この時、形状記憶合金の板７が二方向性のものであり、
雰囲気の温度が６０’Ｃ以上では撓り、４０℃以下にな
ると元の形状に復元するような性格のものが設定されて
おり、当初はその形状記憶合金の板７により支えられた
弁体６が連通穴４を閉じているものとすれば、そして、
Ｈ域は温度上昇すれば。

Ｌ域番こ対して温度成層を形成するのであるから。

円筒３には底がなくとも、Ｈ域は熱的には閉ざされた独
立の区域となり９発熱体９よりの発熱は。

Ｈ域に対してのみ対流をおこし、熱の交換がおこなわれ
温度上昇をする。

そして、Ｈ域の温度上昇がω°Ｃより高かくなると支点
８に支えられている形状記憶合金の板７は撓ることにな
り、弁体６は連通穴４より離脱し、弁体６と連通穴４の
間には間隙を生ずる。

その時、Ｈ域は高温であり、Ｍ−Ｈ域は低温であるから
、Ｈ域とＭ域との間には開状態となっている連通穴４を
通して温度差によるＨ域→連通穴４→Ｍ域→Ｌ域→Ｈ域
の循環流を形成することになる。

そして９Ｍ域からＨ域にかけて高さ方向に温度勾配が生
じ、温度成層を形成しながら、上方から経過時間と共に
順次蓄熱されていくことになる。

但し、Ｈ域は循環流の直接の影響をうける部分はごく浅
く、残りの部分は熱の伝達によって高温化していく。

したがって、経時的にみるならば、Ｈ域は高温域。

Ｈ域は低温域９Ｍ域は両者の中間温域を形成して蓄熱が
進行していることになる。

最終的には、槽全体が水の沸点である１００℃近くにな
れば、蓄熱作業は終了したことになる。

蓄熱された温水の利用は、給水口１１よりの用水の圧送
による押出型によりなされる。

給水の冷い水の成層面が次第に下より上昇してきて、汲
出口１２より温水を送り出す訳であるが、Ｈ域とＭ域を
仕切っている円筒３には底がないのであるから、Ｈ域・
Ｍ域が同温度であるとすれば給水口１１よりの圧送によ
る下より上昇してくる冷水の成層面は、Ｈ域・Ｈ域に同
じに働らく。

但し、汲出量と連通穴４の大きさ、抵抗値等が適当な範
囲であらねばならない。

したがって１Ｍ域の温水は連通穴４を通ってＨ域に流入
し共に汲出される。

そして、上昇してくる冷水の成層面が形状記憶合金の板
７を浸し、４０℃以下の温度になれば、板７は元の形状
に復元し、連通穴４を弁体６が閉にもっていく。

その時は蓄熱槽内の有用な温水は殆んど汲出されたこと
（こなる。

この時、温水の使用側において、引続いて、温水の供給
を望む時には、電力を再投入すれば、Ｈ域のω°Ｃ迄の
高温化は短時間で出来るため、電気温水器内の貯湯残を
気にＬながら使う必要はなくなる。

即ち、底のない円筒３Ｇこより作られているＨ域の容積
は結果的に小さく構成されているのであり。

連通穴４は弁体６でω℃迄は閉状態にあるのであるから
９発熱体９の電力の再投入による発熱は。

短時間でＨ域のみを高温化していくことになる。

従来の電気温水器においては、この様な追焚を必要とす
る場合は、槽内の上下二ケ所に発熱体を設けて、これに
対処していたものを、この様に一ケ所の発熱体で全て賄
えることになる。

これは特に、深夜電力利用の電気温水器を考える場合９
通常電力による立上りの早い追焚が妓少費用で任意に出
来ることになる。

又９円筒３には底がないのであるから、ゴミ、水垢等に
よる二次的トラブルの発生の可能性はなく。

さらに、Ｈ酸部分は結果的に多重断熱となるのであるか
ら、Ｈ域の高温の温存には有利（こ働く等の利点が生ず
る。

又、第４図のように、太陽熱工庫ルギー等を集熱する場
合、変温人力となる可能性が存する。

Ｈ域より高温の熱流体が集熱装置１５より送給されてく
れば、浮力によりＨ域との混合形となり、Ｈ域の温度上
昇をもたらり、　Ｈ域が６０℃より高かくなれば、連通
穴４と弁体６との間は開となり、Ｈ域よりＨ域へ開状態
の連通穴４を通して、循環・流出し１Ｍ域からＨ域にか
けて温度成層をつくりながら、蓄熱作業を進行させるこ
とは前述の通りである。

Ｈ域より低温の熱流体が供給されれば、浮力は生ぜず、
Ｈ域との混合形となり、Ｈ域にのみ影響を与えることに
なる。

したがって、変温入力の場合にも、Ｈ域＝高温域・Ｍ域
＝中温域・Ｌ域＝低温域を形成し、各区域別の温度別の
蓄熱が出来ることになる。

冷熱の場合も同一概念で処理出来るが、蓄熱槽の天地を
逆対称形としなければならない。

この様に１氷温度別蓄熱槽は （１）　　蓄熱槽の外枠の天井に、底のない円筒をとり
つける。　　　　　　　　　　＼ （２）　　円筒の上部には連通穴を設ける。

（３）形状記憶合金の板又はコイルバネと組合された弁
体を連通穴に対応して設置する。

（４）　　円筒の底辺部付近には１発熱体等の熱源とな
るものを設置する。

という極めて簡単な構成により、各区域別の温度別蓄熱
、特に１円筒の内側区域の短時間での立上りの早い高温
化が可能であり、二次的トラブルの発生もない合理的な
蓄熱槽となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は１本発明における温度別蓄熱槽の断面図である
。 第２図は、水平断面図である。 第３図は、弁体部分の拡大断面図である。 第４図は、蓄熱媒体が集熱装置を循環する循環回路略図
と温度別蓄熱槽えの適用例の断面図である。 １・−−−一一−−蓄熱槽の外枠　　　　２−・−・−
外枠の天井３−−−−−一底のない円筒　　　　４−−
−〜−−−一連通穴６−−−−−一弁体　　　　　　　
　７−−−−−−−一形状記憶合金の板８−・−−−−
−一支点　　　　　　　　　９−−−−−一発熱体等の
熱源ｉ３（何

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 任意の形状でよく保温された外枠の内に、適当な大きさ
   と形態をもった底のない円筒等を外枠の天井にとりつけ
   、円筒等の天井付近には、連通穴及び通穴を各々の単数
   又は複数個以上を開設し、連通穴には形状記憶合金の板
   又はコイルバネと組合された弁体を設定し、円筒等の内
   側の底辺部付近又はそれより上部の適当な位置には、電
   熱又はヒートパイプ等の発熱体、或いは、集熱装置より
   送給されてくる熱流体が拡散し静圧化されながら流入す
   るような輻流器等の熱源となるものを設置したることを
   特徴とする所の蓄熱槽。