JPH0820195B2

JPH0820195B2 - 蓄熱装置

Info

Publication number: JPH0820195B2
Application number: JP5146349A
Authority: JP
Inventors: 智幸前田; 昭一渡辺; 良一佐藤; 文平望月
Original assignee: Fuji Kankyo Shisutemu Kk
Current assignee: Fuji Kankyo Shisutemu Kk
Priority date: 1993-06-17
Filing date: 1993-06-17
Publication date: 1996-03-04
Anticipated expiration: 2011-03-04
Also published as: JPH0719773A

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、一体に
形成される放熱パネル３２と集熱パネル３３とを前記蓄
熱材４内に埋設するとともに、前記放熱パネル３２に設
けられる前記蓄熱材４を加熱する加熱手段１１と、前記
集熱パネル３３に設けられ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とが並列に
配設されていることを特徴としている。

【００１１】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。

【００１２】

【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内に一体に形成された放熱パネル３２
と集熱パネル３３とが埋設される。放熱パネル３２に設
けられた加熱手段１１は、この放熱パネル３２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３３は、前記蓄熱材４の蓄熱を吸熱し、この集
熱パネル３３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。

【００１３】なお、上記放熱パネル３２と集熱パネル３
３とは、一体に形成されて前記蓄熱材４内に埋設されて
おり、前記加熱手段１１と前記循環パイプ１５とが並列
に配設される構造とされているので、加熱手段１１によ
る熱を循環パイプ１５が伝熱部３１ａを介して直接吸熱
する。

【００１４】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。

【００１５】

【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、放熱パネルと、集熱パネルとで大略構
成されている。

【００１６】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。

【００１７】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と集熱パネルとに近接した位置
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、放熱パネルとしての放熱パネル部３
２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
となっている。

【００２０】また、集熱パネルとしての集熱パネル部３
３は、前記放熱パネル部３２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（図示せず）を介して取り付けられたパネル板１
４とで構成されている。

【００２１】そして、これら放熱パネル部３２と集熱パ
ネル部３３は、図１及び図３に示すように、それぞれ略
中央より右又は左半部（図３中上半部）及び左又は右半
部（図３中下半部）を構成して一体に形成され、各パネ
ル板９，１４が一枚板状に形成されて伝熱パネル３１と
されており、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。なお、伝熱パネル３１の中央部分
である所定幅部分は、放熱パネル部３２と集熱パネル部
３３との伝熱部３１ａとされている。

【００２２】そして、この放熱パネル部３２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。

【００２３】また、集熱パネル部３３の銅製パイプ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。

【００２４】この循環パイプ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。

【００２５】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１６により循環するようにな
っている。

【００２６】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。

【００２７】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。

【００２８】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。

【００２９】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。

【００３０】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。

【００３１】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、放熱パネル部３
２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。

【００３２】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。

【００３３】集熱パネル部３３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。

【００３４】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の熱を集熱パネル部３３を
介して吸熱し、往路パイプ１５ａ側へと循環する。

【００３５】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。

【００３６】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。

【００３７】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。

【００３８】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部３２及び集
熱パネル部３３であるため、放熱パネル部３２から蓄熱
材４、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。

【００３９】さらに、この蓄熱装置１によれば、上記効
果に加え、放熱パネル部３２と集熱パネル部３３とを一
体とした伝熱パネル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。

【００４０】また、放熱パネル部３２に設けられる電気
ヒーター１１は、この放熱パネル部３２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。

【００４１】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。

【００４２】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。

【００４３】次に、第２の実施例の蓄熱装置４０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。

【００４４】この実施例の蓄熱装置４０は、図４に示す
ように、蓄熱槽２の蓄熱材４内に、前述した第１の実施
例と同構成の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、前述した第１の実施例における集熱パネル部３
３のみの構成と略同等の循環パイプ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。

【００４５】放熱パネル４１は、前述した第１の実施例
の蓄熱装置１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。

【００４６】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。

【００４７】従って、この第２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。

【００４８】また、この蓄熱装置４０は、前述した第１
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。

【００４９】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。

【００５０】なお、上記各実施例では、放熱パネル部３
２，放熱パネル４１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。

【００５１】

【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。

【００５２】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。

【００５３】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。

【００５４】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。

【００５５】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
を並設させたので、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り、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。

【００５６】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】同実施例による蓄熱装置の概略平断面図

【図４】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

【符号の説明】

１，４０…蓄熱装置２…蓄熱槽４…蓄熱材１１…加熱手段（電気ヒーター）１２…集熱パネル１５…循環パイプ３２…放熱パネル部（放熱パネル）３３…集熱パネル部（集熱パネル）４１…放熱パネル１１５…伝熱パイプ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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 (56)参考文献特開平２−126049（ＪＰ，Ａ)

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、一体に形成される放熱パネルと
集熱パネルとを前記蓄熱材内に埋設するとともに、前記
放熱パネルに設けられる前記蓄熱材を加熱する加熱手段
と、前記集熱パネルに設けられ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とが並列に配
設されていることを特徴とする蓄熱装置。
【請求項２】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。