JP2007032866A - Heat storage tank - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は蓄熱槽に関する。 The present invention relates to a heat storage tank.
従来から、夜間の余剰電力を利用して蓄熱槽に蓄熱を行い、蓄熱した熱で水を加熱して蒸気や温水を生成させることが行なわれており、例えば、特許文献1、2に示すものがある。而して、特許文献1、2に示す蓄熱槽においては、電気ヒータ等のヒータ及び水が導入される伝熱管を配設した槽内に固体蓄熱材と液体蓄熱材とを備えた蓄熱材を収納して、電気ヒータにより蓄熱材を高温に加熱し蓄熱を行い、加熱された蓄熱材により伝熱管を流通する水を加熱して蒸気或は温水を生成させるようにしている。
しかしながら、従来の蓄熱槽においては、ヒータ近傍の蓄熱材の温度は高くなるが、ヒータから離反した位置の蓄熱材は高温に加熱できないため、蓄熱材に場所により温度差が生じて温度差の大きい温度分布が形成され、その結果、槽内を均一な温度に加熱し難くて蓄熱が不十分となり、従って、蓄熱効率が低下し、又、逆に蓄熱材に蓄熱された熱の伝熱管に対する熱伝達も迅速且つ十分に行なうことが困難で、迅速な水の加熱を行い難く、その結果、槽全体の蓄熱を有効に利用することができず、出熱効率も低いという問題がある。 However, in the conventional heat storage tank, the temperature of the heat storage material in the vicinity of the heater is high, but the heat storage material at a position away from the heater cannot be heated to a high temperature, so a temperature difference occurs in the heat storage material depending on the location, and the temperature difference is large A temperature distribution is formed, and as a result, it is difficult to heat the inside of the tank to a uniform temperature, resulting in insufficient heat storage. Therefore, heat storage efficiency is lowered, and conversely, heat stored in the heat storage material is heat to the heat transfer tube. It is difficult to transfer the water quickly and sufficiently, and it is difficult to heat the water quickly. As a result, the heat storage of the entire tank cannot be used effectively, and the heat output efficiency is low.
従来タイプの蓄熱槽において、電気ヒータ2により蓄熱材5を加熱して蓄熱した場合の槽内における温度分布状態のシミュレーションの結果について説明すると、図9はシミュレーションに使用した蓄熱装置の概要を示す平面図、図10はシミュレーションにより得られた蓄熱材の部分的な温度分布線図である。図9中、1は槽、2はヒータ容器3内に収納されて槽1内に配置された電気ヒータ、4は一方の端部から水が供給されると共に加熱されて生成された蒸気が他端部から送出されるようにした伝熱管、5は粒状の酸化マグネシウム等である固体蓄熱材と、硝酸ナトリウム等の溶融塩である液体蓄熱材が混合された蓄熱材である。蓄熱材5は槽1の全体に収納されている。
In the conventional heat storage tank, the result of the simulation of the temperature distribution state in the tank when the
而して、電気ヒータに電力を供給して10時間加熱した場合に得られた槽1内の蓄熱による温度分布状態は図10に示すようになる。図10においてHはヒータ設置部、線図は同一温度を表す線図、数値は蓄熱材温度(℃)である。 Thus, the temperature distribution state due to heat storage in the tank 1 obtained when electric power is supplied to the electric heater and heated for 10 hours is as shown in FIG. In FIG. 10, H is a heater installation part, a diagram is a diagram showing the same temperature, and a numerical value is a heat storage material temperature (° C).
この図10から明らかなように、ヒータ設置部Hの温度及びその周囲近傍の槽1内の温度は高いが、ヒータ設置部Hから離反するに従い、槽1内の温度は急激に低下する。このことから、槽1内においてはヒータ近傍とヒータから離反した位置では温度差が大きくて蓄熱が不十分であり蓄熱効率が低いことが明らかである。 As is clear from FIG. 10, the temperature of the heater installation portion H and the temperature in the tank 1 in the vicinity thereof are high, but as the distance from the heater installation portion H increases, the temperature in the tank 1 rapidly decreases. From this, in the tank 1, it is clear that the temperature difference is large at the position near the heater and away from the heater, the heat storage is insufficient, and the heat storage efficiency is low.
又、図9に示す従来タイプの蓄熱槽により水を加熱して蒸気を生成させた場合における槽1内の温度分布状態のシミュレーションの結果について説明すると、蓄熱して図10に示すような温度分布が得られた場合に、伝熱管4に水を流して加熱を開始し、蒸気を生成させた場合における2時間経過後の槽1内の温度分布状態は図11に示されている。図11において、Hはヒータ設置部、Pは伝熱管設置部、線図は同一温度を表す線図、数値は蓄熱材温度(℃)である。 Further, a simulation result of the temperature distribution state in the tank 1 in the case where steam is generated by heating water in the conventional type heat storage tank shown in FIG. 9 will be described. Is obtained, the temperature distribution state in the tank 1 after 2 hours in the case where heating is started by flowing water through the heat transfer tube 4 and steam is generated is shown in FIG. In FIG. 11, H is a heater installation part, P is a heat transfer tube installation part, a diagram is a diagram showing the same temperature, and a numerical value is a heat storage material temperature (° C.).
この図11からも明らかなように、ヒータ設置部Hの蓄熱材の温度は高いが、伝熱管設置部Pの蓄熱材の温度は低い。従って、従来タイプの蓄熱槽では、伝熱管近傍の熱が蒸気の生成に利用されるが、槽全体の熱が利用されず、従って、所定の温度の蒸気や温水を得るために時間を要することになり、出熱効率が悪い。 As apparent from FIG. 11, the temperature of the heat storage material in the heater installation portion H is high, but the temperature of the heat storage material in the heat transfer tube installation portion P is low. Therefore, in the conventional type heat storage tank, the heat in the vicinity of the heat transfer tube is used for generating steam, but the heat of the entire tank is not used, and therefore it takes time to obtain steam and hot water at a predetermined temperature. The heat output efficiency is poor.
本発明は、上述の実情に鑑み、ヒータからの熱を蓄熱材に対し迅速に伝達し得るようにして、槽内の蓄熱材を容易且つ温度差の少ない略均一な温度に加熱し得るようにすることにより、槽内の蓄熱効率の向上を図り、又、蓄熱材に蓄熱された熱の伝熱管に対する熱伝達をも迅速に行い得るようにして、水の加熱延いては蒸気の生成を効率良く行い得るようにすることにより出熱効率を向上させるようにした蓄熱槽を提供することを目的としてなしたものである。 In view of the above circumstances, the present invention is capable of quickly transferring heat from the heater to the heat storage material so that the heat storage material in the tank can be easily heated to a substantially uniform temperature with little temperature difference. In this way, heat storage efficiency in the tank is improved, heat transfer from the heat stored in the heat storage material to the heat transfer pipe can be performed quickly, and heat generation and steam generation are efficient. The object of the present invention is to provide a heat storage tank that improves heat output efficiency by making it possible to perform well.
本発明の請求項1の蓄熱槽は、蓄熱材が収納された槽内に、ヒータ及び内部を流体が流通する伝熱管を配置すると共に、伝熱管に沿ってフィンを設けたものである。 The heat storage tank according to claim 1 of the present invention has a heater and a heat transfer tube through which a fluid flows in a tank in which a heat storage material is housed, and fins are provided along the heat transfer tube.
本発明の請求項2の蓄熱槽においては、フィンは上下へ延在する管材に前後、左右へ延在する板体を固設して形成されると共に、前記管材にヒータを収納したものであり、請求項3の蓄熱槽においては、ヒータは電気ヒータであり、請求項4の蓄熱槽においては、蓄熱材は固体蓄熱材及び液体蓄熱材とにより構成されている。
In the heat storage tank according to
本発明の蓄熱槽によれば、槽内にフィンを設けているため、ヒータからの熱を蓄熱材に対し迅速に伝達させて槽内の蓄熱材を容易且つ温度差の少ない略均一な温度に加熱することができ、その結果、槽全体に熱が伝わりヒータ近傍だけではなくヒータから離反した位置の蓄熱材も温度が高くなることにより、槽全体に十分に蓄熱が行なわれて蓄熱効率が向上し、又、蓄熱材に蓄熱された熱の伝熱管に対する熱伝達をも迅速に行うことができて、流体の加熱や蒸気の生成を効率良く行なうことができ、出熱効率が向上する、等種々の優れた効果を奏し得る。 According to the heat storage tank of the present invention, since the fins are provided in the tank, the heat from the heater is quickly transmitted to the heat storage material, so that the heat storage material in the tank is easily and substantially uniform with little temperature difference. As a result, heat is transferred to the entire tank and the temperature of the heat storage material not only in the vicinity of the heater but also away from the heater is increased, so that the entire tank is sufficiently stored and heat storage efficiency is improved. In addition, heat transfer of heat stored in the heat storage material to the heat transfer tube can be performed quickly, fluid can be heated and steam can be generated efficiently, and heat output efficiency can be improved. The excellent effect of can be produced.
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。
図1及び図2は本発明を実施する形態の一例である。而して、蓄熱槽11を形成する内槽12内には、前後左右に延在する板体を組付けることにより平面視で三分割された格子状に形成されしかも内槽12内を上方から下方まで延在するフィン13が、収納されている。内槽12はステンレス製で、フィン13は軟鋼等の熱伝達性の良好な金属により形成されている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
1 and 2 are examples of embodiments for carrying out the present invention. Thus, the
又、フィン13の十文字状に交叉する部分の所定位置には、フィン13を前後左右において接続するよう上下に延在すると共に、内部に電気ヒータ14を格納し得るようにした管材15が設けられている。管材15は例えば軟鋼等の熱伝達性の良好な金属により形成されている。
Further, at a predetermined position of the crossed portion of the
内槽12内には、一端上部から水Wを供給すると共に、加熱されて生成された蒸気Vを他端上端から取出させるようにした伝熱管16が収納されている。伝熱管16はインコネル(登録商標)等の耐熱性及び繰返し応力特性の良好な金属製であり、正面視で上下方向へ延在するようジグザグ状に形成されてフィン13の面に対し僅かな隙間を置くよう、近接配置されており、水Wの入口部と蒸気Vの出口部とは前後方向において離反した位置となるように配置されている。
In the
内槽12内には、蓄熱材17が収納されている。而して、内槽12内に蓄熱材17を充填することにより、フィン13及び電気ヒータ14が収納された管材15並びに伝熱管16は、上部側の一部を除いて蓄熱材17に埋設されるようになっている。蓄熱材17は固体蓄熱材と液体蓄熱材とが混合することにより形成されており、固体蓄熱材としては酸化マグネシウム、マグネタイト、シリカ又は/及びアルミナが用いられ、例えば、粒径は約10mm程度のものと更に小粒径の約2mm程度のものが混合使用される。又、液体蓄熱材は、硝酸ナトリウム、亜硝酸ナトリウム、硝酸カリウム等が用いられ、加熱することにより溶融塩となるものである。
A
なお、図中、18は内槽12を覆う外槽であり、内槽12と外槽18との間には、公知の断熱材が充填されている。
In the figure,
次に、上記した実施の形態の作動を説明する。
本図示例の蓄熱槽11により蒸気を生成させる際には、夜間等に予め余剰の電力を用いて内槽12内に充填された蓄熱材17に蓄熱を行なうが、この場合には、伝熱管16内を水Wが流れないよう、伝熱管16の上流側に設けた図示してない制御弁を閉止しておき、電気ヒータ14に通電する。
Next, the operation of the above-described embodiment will be described.
When steam is generated by the
このため、電気ヒータ14で生じたジュール熱は、管材15から蓄熱材17に伝達されると共に、管材15及びフィン13から蓄熱材17に伝達され、蓄熱材17が加熱される。その結果、液体蓄熱材は溶融塩となって固体蓄熱材の隙間を埋めると共に、固体蓄熱材及び溶融した液体蓄熱材はフィン13及び伝熱管16に接触する。
For this reason, Joule heat generated in the
従って、本図示例の蓄熱槽11においては、蓄熱の際に電気ヒータ14から離反した位置にある蓄熱材17は、直接蓄熱材17を伝達された熱により加熱されるだけではなく、フィン13からの熱によっても加熱されるため、熱は迅速且つ確実に電気ヒータ14から離反した箇所へ伝達される。その結果、内槽12内の蓄熱材17は、容易且つ迅速にしかも温度差の少ない略均一な温度に加熱されて十分な蓄熱が行なわれ、蓄熱効率が良好となる。
Accordingly, in the
蒸気を生成させる際には、前記制御弁を開いて水Wを伝熱管16へ供給する。このため、水Wは伝熱管16内を流通しつつ、蓄熱材17から直接伝達される熱及びフィン13から蓄熱材17を介して伝達される熱により加熱され、昇温して蒸気Vが生成され、蒸気Vは伝熱管16から送出されて下流側へ送給される。
When generating steam, the control valve is opened to supply water W to the
従って、本図示例の蓄熱槽11においては、蒸気生成の際に蓄熱材17に蓄熱された熱は、フィン13からも伝熱管16に伝達されるため、熱は迅速且つ確実に伝熱管16を介して水Wに伝達され、水Wの加熱延いては蒸気Vの生成を効率良く行うことができ、従って出熱効率が良好となる。
Therefore, in the
本図示例の蓄熱槽11において、電気ヒータ14により蓄熱材17を加熱して蓄熱した場合の槽内における温度分布状態のシミュレーションの結果について説明すると、図6はシミュレーションに使用した蓄熱装置の概要を示す平面図、図7はシミュレーションにより得られた蓄熱材の部分的な温度分布線図である。図6中、図1に示すものと同一のものは同一のものを示す。
In the
而して、図7は電気ヒータ14に電力を供給して10時間加熱した場合に得られた槽1内の蓄熱による部分的な温度分布状態を示し、図7において、Hはヒータ設置部、線図は同一温度を表す線図、数値は温度(℃)である。
Thus, FIG. 7 shows a partial temperature distribution state due to heat storage in the tank 1 obtained when electric power is supplied to the
この図7からも明らかなように、電気ヒータ14の近傍だけではなく、電気ヒータ14から離反した位置にも、フィン13を介して熱は容易且つ迅速に伝わり、蓄熱材17を内槽12全体において温度差の少ない略均一な温度に加熱することができて、十分に蓄熱でき、従って蓄熱効率が良好となることが分かる。
As apparent from FIG. 7, heat is easily and quickly transmitted through the
又、本図示例の蓄熱槽11により水Wを加熱して蒸気Vを生成させた場合における本図示例の蓄熱槽11内の温度分布状態のシミュレーションの結果について説明すると、蓄熱して図7に示すような温度分布が得られた場合に、図6の伝熱管16に水Wを流して加熱し、蒸気Vを生成させた場合における2時間経過後の内槽12内の温度分布状態は図8に示されている。図8において、Hはヒータ設置部、Pは伝熱管設置部、線図は同一温度を表す線図、数値は温度(℃)である。
Also, the simulation result of the temperature distribution state in the
この図8からも明らかなように、伝熱管設置部Pの温度及びその周囲近傍の内槽12内の温度は図11に示す従来装置の場合よりも、温度が低く、且つ伝熱管設置部Pから離反しても温度変化は緩やかである。このことから、槽1内において蓄熱材17に蓄熱された熱の伝熱管16に対する熱伝達が迅速に行なわれ、従って、所定の温度の蒸気や温水を容易且つ迅速に得ることができ、蓄熱の有効利用を図ることができて出熱効率が良好であることが分かる。又、蒸気生成を開始してから22時間経過後のシミュレーションの結果によれば、特に図示してはいないが内槽12内全体の温度が低い状態となる。
As is clear from FIG. 8, the temperature of the heat transfer tube installation part P and the temperature in the
本図示例によれば、フィン13を設けることにより、電気ヒータ14からの熱を蓄熱材17に対し迅速に伝達させて内槽12内の蓄熱材17を容易且つ迅速に加熱することができる。このため、電気ヒータ14近傍だけではなく、内槽12全体において温度差の少ない略均一な温度分布で十分に蓄熱することができて蓄熱効率が向上し、又、蓄熱材17に蓄熱された熱の伝熱管16に対する熱伝達をも迅速に行うことができて、水Wの加熱延いては蒸気Vの生成を効率良く行なうことができ、出熱効率が向上する。
According to the illustrated example, by providing the
図3〜図5はフィン13の配置状態を示す他の例で、図3はフィン13を平面視で十が二つ並んで接続された形状に形成した例、図4は、フィン13を平面視で十が二つ並んで分割された形状に形成すると共に、一方のフィン13を他方のフィン13に対し平面視で斜めとなるよう配置した例、図5はフィン13を平面視で十が二つ並んで分割された形状に形成すると共に、両方のフィン13を何れも平面視で斜めとなるよう配置した例である。フィン13はこのように種々の構造とすることができ、どのような構造としても図1に示すものの場合と同様の作用効果を奏することができる。
3 to 5 are other examples showing the arrangement state of the
なお、本発明の蓄熱槽においては、槽内の温度分布をシミュレーションしているが、シミュレーションの結果は実測した結果とも良く合致している。又、本発明の蓄熱槽においては、上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。 In the heat storage tank of the present invention, the temperature distribution in the tank is simulated, but the simulation result is in good agreement with the actually measured result. In addition, the heat storage tank of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and it is needless to say that various changes can be made without departing from the gist of the present invention.
11 蓄熱槽
12 内槽(槽)
13 フィン
14 電気ヒータ(ヒータ)
15 管材
16 伝熱管
17 蓄熱材
V 蒸気(流体)
W 水(流体)
11
13
15
W Water (fluid)
Claims (4)
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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- 2005-07-22 JP JP2005212828A patent/JP2007032866A/en active Pending
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