JPS5872885A - 潜熱蓄熱槽 - 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、太陽熱エネルギー、工場廃熱等を有効に蓄熱
しようとする装置（こ関するものである。

一般（こ、太陽熱エイ・ルギー等を集熱して使用する場
合、天候・時間・又は熱源の稼動状況等をこまって様々
Ｑこ変動し、熱の供給が一定せず、これがため需要側に
おいて非常番こ使いζごくいものとなっていた。そこで
従来から、この様な問題を解消する方法として、系統内
に一時熱を蓄積する蓄熱槽を設けてきた。

しかしながら、従来の蓄熱槽にあっては、集熱装置等よ
り、インプットされる温度が高温の場合でも、又低温の
場合でも、同一蓄熱槽内Ｏこ単一蓄熱方式で貯えるよう
にしているため、蓄熱ｉ’ｆｌｌｔ度が゛ト均化されて
しまい、せっかくの高温域での熱回収の場合、それを有
効に生かすことは出来なかった。

所で、最近の太陽熱エネルギーの集熱装置は２次第（こ
、高温熱回収の方向（こ発展をとげつつあり。

工場廃熱等Ｏこおいても、高温熱回収技術が進展し。

一方、需要側の要請も２発電又は大患４釣ノｆ：業用リ
サイクル等えの高度利用のため２次第番こ蓄熱槽よりの
熱のアウトフット 要求してくる様（こなると、これＣニ幻応出来る蓄熱槽
の開発が必要となってきた。

そこでこの様な要請Ｇこ応えるため （１）高温域での熱回収の場合は，その高２！ｕ’ｔの
＋．までの蓄熱を，低温域での回収の場合Ｇこは高ｌｉ
ｌｌｉ蓄熱（こ混入することなしくこ低／Ｉｌｌｔ蓄熱
として別１１−１０こ自動的（こ分配され，しかもそれ
が同一蓄熱槽内（こ共存せしめ得ること。

（２）顕熱蓄熱と潜熱蓄熱を併用すること（こより。

蓄熱密度を高め，利用１−１的／ｌｌｌｉ度の安定的な
アウトプット って僧の小型化を図り，僧表面よりの熱損失を小さくす
ること。

この両案がその対応策として提起される。

従来の蓄熱槽をふり返って見る時 （１）（こ関しては高温部と低ｉ’！Ｉ１１部を別）？
（こ蓄熱しまうとする考え方の蓄熱装置として，　　ヒ
ートパイプが挿入された熱容量の異なる蓄熱槽群を並列
直線的（こ並べ，熱源（こ近い方より順（こ高温化を図
かろうとするものがあるが，これは、蓄熱槽を別々Ｏこ
つくるのであるからコスト高となり，空間的にも場所を
とり，又，時間軸（こ対する熱損失は従来の蓄熱槽と変
らず，この面よりみるならばその対応はなんらの進展も
していないといえる。

そこで、本発明ζこおいては，並列直線的（こ並へられ
ている蓄熱槽群を同心軸状の多重槽型に僧を重ね合せる
ことをこより，中心槽を初づ高温化し，ついで中間槽群
を，次（こ外１１１！１の槽の順（こ高温の熱蓄積を図
って行こうとするものである。

そこでは重ね合せられる僧の枠組（こ断熱材を使用する
こと番こより，結果的（こ多重層断熱を構成すること（
こなり、蓄熱槽全体的の時間経過（ごともなう温度分布
状態は，中心槽の温度〉中間槽群の温度〉外側の槽の温
度，という温度勾配となり，外系との直接的な温度差は
小さくなり，中心槽の時間熱のインプットの体制は，熱
源より送給される熱流体の流路を，中心種部分を二見合
う分を眼とした渦巻型の流路となし，その眼及び渦巻型
の流路のそれぞれの各所をこおいて，ヒートバイブ（こ
より各種との間の熱的な接続を図かったものである。

（２）（こ関しては，潜熱の利月目こ関するものである
。

潜熱の蓄熱槽えの利用効果は大きく期１、テされていな
がら，熱の交換性。特（こ熱のとり出しの用矧さがネッ
クとなって，今１１まで実用化の伸〕Ｊ（に見るべきも
のがなかった。

そこで本件においては，先の同心軸状の多重槽を形成し
ている枠組（こ平行（こ、潜熱４Ａ”ａ−適゛１′１な
薄さの潜熱板として，多重層型（こ設置することＧこよ
り熱の交換１１：の問題を解決りようとするものである
。

以下，実施例の主要な構成を第１図及び第２図を用いて
説明する。

本潜熱蓄熱槽本体の形式は，いわゆる密封型と大気開放
型とをこ大別されるが，本発明はこのいづれ（こも適用
される訳であり，ここでは開放型を実施本体外枠を構成
する外枠１は鉄板又はＦ　ＲＰ等で円筒形、樽形２球形
等Ｇこつくられており、断熱材でよく保温されている。

その外枠１の中央部（こ任意の大きさで、断熱、耐熱性
をもった中心枠２をおき、外枠１と中心枠２との間を、
断熱、耐熱性のある中間枠Ｒこよって分割する。

中間枠３は任意数増加させることが出来る。

但し、これらの各枠は同心軸状Ｇこ形成されるものとす
る。

そして、外枠１の底辺近かくの適当な高さの位置（こお
いて断熱、耐熱性のある仕切板４を中間枠３及び中心枠
２を横断する形で設置する。

ここで、中心枠２（こよって出来る仕切板４よりＬの中
央部分を中心槽Ｎと呼ぶこととし、下の部分を室Ｎ′と
呼ぶこととする。

又、中間枠３と中心枠２との間で、仕切板４よりにの部
分を槽Ｂ、下を室Ｂ′と呼び、外枠１と中間枠３との間
を槽Ａと呼ぶこととする。

中心槽Ｎと室Ｎ′を結んで任意数のヒートパイプ５Ｎ各
々のヒートパイプの蒸発部は仕すノ板４よりＦに。

凝縮部を上（こ、仕切板４に直ヴ挿入する。

ここで用うるヒートパイプは、高密度・小温度差での熱
輸送の機能と熱流ダイオード機能等をもつものとし、さ
らＱこ熱媒体との熱的結合を強めるために、ヒートパイ
プの凝縮部（こは星型フィン６゜さらにその星型フィン
６の先端部をとり囲んで。

筒形フィン７を煙突様に０加する。

これにより中心槽Ｎ・槽Ｂ内の蓄熱媒体液の自然対流の
促進を図り、熱伝達の向１・、す促かず。

ヒートパイプの蒸発部（こ対しては、スパイラル。

フィン、又は２円板型フィン８等を利着し、熱源より送
給されてくる熱流体９との接触面積の拡大を図かる。

太陽熱エネルギー、工場廃熱等を熱源として熱流体９は
室Ｎ′の適当な位置（こ設けられた筒１０を通して、適
当な流速をもって送り込まれる。

筒１０１　Ｇこは噴出口１１を任意数一方１ｒ＋口こ向
けて４”Ｊ’　７’ｌｆし、ヒートパイプの蒸発部のフ
ィン８に対して平行な流れをつくる。

筒１０の噴出口１１の向きと反対側（こは案内板１２Ｎ
があり、その背合せ（こ、適当な形状の間隙１３Ｎを設
けておく。又、室Ｂ’Ｇこおいては間隙１３Ｎと背中合
せ（こ、流路を塞ぐ様な遮蔽板１４８を挾んで、槽Ａに
開口する吐出管１５Ｂを設ける。

したがって、室Ｎ／、室Ｂ′を俯敞する時、熱流体９の
流れは、室Ｎ′を眼とする渦巻型の流路を形成している
こと（こなる。

これを言替えれば２本件は、渦巻型の熱流体９の流路に
、ヒートパイプが挿入されていることを特徴としている
ということが出来る。

そこで所望（こよりては、室Ｎ’−室Ｂ′の構成は、太
陽熱エイ・ルキー、工場廃熱等の熱源よりの導管を断熱
し、そのまま中心槽Ｎ、槽Ｂ（こ見合うような渦巻型に
形成し、中心枠２．中間枠３の底辺部内に設置し、そこ
（こ任意数のヒートパイプを直立挿入するという方法を
とってもよい。

蓄熱媒体液と集熱装置との間を循環する集熱媒体とが同
一の単流式の場合は、吐出管１５８は槽Ａ（こ（こ対し
て開放されるが、蓄熱媒体液と循」１集熱媒体とが異な
る工法式の場合は、吐出管１５．、の１７１１分（こ、
コイル式熱交換器等、在来型の熱交換器を接続して、循
環送口１６で、他の−・端を集熱装置１７１°の循環系
統と連結すれば、筒１０との間で独１′／、シた循環体
制が確立されることになる。

次（こ、中間枠３の上辺部（こおいて、槽内のｌｔＥ而
を適当に下まわる様な深さで、適当な形状の穴１９を任
意数設け、中心枠２では仕切板４Ｇこ接して、適当な形
状の穴加を任意数設ける。

したがってこのことは、中間枠３は槽内の蓄熱媒体液（
こ対して「もぐりせき−１，中心枠２は１逆もぐりせき
−１を結果的に構成することな意味する。

そして、中心僧Ｎ内番こは潜熱板１７Ｎを、ｒ４、ｌｖ
ｎ内には潜熱板１７８を同心軸状（こ各枠組と平行（こ
任意数設置し、各潜熱板１７（こは槽内の液面に当る附
近に適当な大きさの穴１８を任意数設け、浮１−する熱
エイ・ルギ−の連通をさせる様な構成とすること番こよ
り、ｆＩ熱を利用する体制をとることを特徴とする。

ンＩＲ１ｐＩ＋Ｉｓ；１７ｊ−１＋Ａ”ｌＬ／７’１１
．＜ｍ−イメトｆ−、’ｉ％−、ｋｈスｆ−１／）ｂ＋
（ｎ１＋、’ｉが出来るだけ大きくなる様（こ凸凹等の
成形がなされた鉄板・アルミ板等のもので、適量の潜熱
拐（相転移（ごともなう融解潜熱等をもつもの）を洩れ
ない様（こ適当な薄さのサンドウィッチ状（こ保護した
ものであり、潜熱材としては蓄熱槽の使用の目的温度に
合せた相転移温度のものを使用する。

例えば、パラフィン等の有機物、或いは、硫酸ナトリウ
ム・１０）ＬＯ等の無機塩類等である。

又、所望番こよりては、中心槽Ｎに投入する潜熱板１７
Ｎと、Ｊ’、ＪＢＧこ投入する潜熱板１７Ｂでは同−潜
熱材を封入せず、潜熱板１７Ｎ（こは高融点のもの、潜
熱板１７Ｂ（こは低融点のもの、と別々な物質を刺入し
てもよい。

潜熱材の封入（こ際しては、相変化ζ３ともなう膨張を
吸収させるため、各潜熱板１７の液面附近より１一部分
を空室部分としておき、その空間を利用するか。又は、
サンドウィッチ状（こ潜熱材を保護している鉄板等番こ
弾力をもたせ脹まず等の手段で、相変化（こともなう体
積変化を吸収する手段をとる。

この様な潜熱板１７は、一体の同心軸状のものであいプ
レート状のものを適当数連結して同心軸状となして設置
してもよい。

蓄熱媒体液とは、顕熱性の蓄熱媒体〆良のことをさして
おり、一般的（こは水を用い３、その他、沸点の高い油
液等を用いてもよい。

次ζこ、この様な構成よりなる潜熱蓄熱槽の機能・稼動
状況・効果等（こついて説明する。

井戸水又は１−水道等を一１１シスタンク（こ送り込む
か、又は直接ポンプ圧水道圧等（こより蓄熱槽の外枠１
のＦ部に設けられている注水１１２１を通して。

用水２２を送りこみ、槽内を満水とする。

太陽熱エイ・ルキー・工場廃熱等を熱源として送給され
てくる熱流体９は、ｉ；’ｊｌＯを通して噴出１１］１
により室Ｎ′内にヒートバイブの蒸発部のフィン８に平
行な流れとなって、適当な流速をもって送り込まれて（
る。

その時、熱流体９の室Ｎ′内（こおける動きは、筒１０
の噴出１１１１は一方向にのみ向けて設けられており。

背後に案内板１２Ｎ　　・その背中合せに間隙１３Ｎが
室Ｂ′に対して開いているのであるから、熱流体９は当
然室Ｎ′の壁となっている中心枠２の枠組ζこ沿って流
れること（こなり２間隙１３Ｎを通って室Ｂ′に流入す
る。ここでも一方が遮蔽板１４Ｂにより塞がれその背中
合せに吐出管１５Ｂが設けられているのであるから、室
Ｎ′を眼とする渦巻流を形成して槽Ａ（こ吐出されるこ
とになる。

したがって各ヒートバイブの蒸発部はこの渦巻型の流れ
の内に挿入されていることζこなり、熱源より供給され
る熱流体９は、最初（こ中心槽Ｎと室Ｎ′を結ぶヒート
バイブ５Ｎ４こ接触し、そのもっている熱エネルギーは
抽出され、中心槽ＮＵこ伝達され。

次いで室Ｂ’４二流入すること（こなり、ここでも熱流
体９の残りもつ熱エイ・ルギ〜はヒートバイブ５Ｂ（こ
より抽出され、槽Ｂ（こ伝達し２次第に熱！辻・温度を
低下させながら吐出管１５Ｂより槽Ａに対して吐出する
こと（こなる。この時、この熱伝達を促進させるのが、
室Ｎ′・室Ｂ’Ｇこおいては円板型フィン８等であり、
中心槽Ｎ・槽ＢＧこおいては星型フイ送給される熱流体
９の７１ａ度が、中心槽Ｎ又は＋１ＩＩＩＩＢより低い
場合か、又は熱源よりの送給が停止１−シた場合など、
ヒートバイブは熱流ダイオードとじての機能を果し、ヒ
ートバイブ（こまり中心槽Ｎ　−Ｈ’ｔＢＧこ対する熱
の伝達は不能であり、又逆（こ、中心槽Ｎ・槽Ｂの熱を
室Ｎ′・室Ｂ’ＧこλＪして逆放出することもない。常
に熱は室Ｎ′・室Ｂ′側より中心槽Ｎ・槽Ｂ　ｌこ向か
って一方向的（このみ流れること番こなる。この採番ニ
して、初づ中心４１１１１１ＩＮに２次いで４”＋”ｔ
　Ｂ（こ、熱エネルギーが伝達され、それぞれな順に高
温化していき、最後（こは槽Ａも’／：ｕ’ｒ度１−昇
することＧこなる。

ここで、潜熱蓄熱の問題ニ１１をむけるならば、その実
用化のためには、潜熱拐そのものの物１ソ１ゴＩ（Ｊ　
’Ｉ’ｌ：能は別として、熱の交換性又は熱媒体との結
合。

その装置の作り易さ、コスト、ピノホール（こよる事故
、相変化（こともなう膨張２等々の諸問題が。

構造−にの問題として解決されなけれはならない。

このために従来より、カフセル方式・プレート方式てき
た訳であるが、いづれも決定的なものとはなっていなか
った。

そこで２本発明番こおいては、早期に熱が集積する中心
槽Ｎ・僧Ｂ（こ、潜熱拐を枠組と）Ｖ−行（こ、適当な
薄さの潜熱板１７Ｎ　　・１７．３として、同心軸状多
重層型（二投入することを特徴としており２例えば。

枠組が円筒型ならば、潜熱板１７Ｎ　　・１７Ｂ　も円
筒形の筒型を同心軸状多重層型（こ中心槽Ｎ・槽Ｂ内に
任意数設置したものとなる。

そして、その中心槽Ｎ（二対して、初づ熱が集中して集
積されるのであるから、従来の蓄熱＋１１１１の中（こ
おける潜熱（Ａの封入されたカプセル方式等の様（こ槽
全体の平均化された温度トー昇（こともなう、潜熱材え
の熱のインプットよりは、早急のケ１°、りなみせるこ
と（こなる。

これは、熱源よりの送給が間歇的であり、供給計が不安
定であるという前提条件の場合を考え合せれば、中心槽
Ｎ部分だけでもＬ分高１Ａｉｊに蓄熱されることの、エ
クセルキー的に見た場合の利益は大きなものがある。

その他（こも２次の様な諸効果が期待される。

即ち、熱の出入・交換１〆１：の容易さ、装置の作り安
さ、ピンホールの検査のやりやすさ、！］「酸部分の取
替又は修復の容易さ、熱膨張の吸Ｉｌｌ／の容易さ。

等々、さらには、放熱時、各潜熱板０３同一の潜熱Ｉ４
を使−）ているものとすれは、外側（こ設ｉｉ’ｉ）　
したものより順に固相化していき、同相化した場合の熱
伝導１ソ１：の悪さが中心槽に対して多１Ｆ層１す１熱
を強化すること（こなり、中心槽Ｎ部分の高ｔｆ１１＋
Ｌ保持にズ・ｊして、有利（こ働く結果ともなる。

ｔ！ｉｒｆ度の１−昇した用水の利Ｊ１目こは、中心槽
Ｎの適当な位置（こ汲１１目６−２．３を挿入しｌ　／
ｆｌｌｉ水鋳をポツプ等番こより吸出し利用する。

１ｆｌｌ’Ｌ水の吸出し番こともなう用水２２の袖給の
体制は。

メ１：水１］　２１より自動的Ｇこ行われることＧこな
るのであるが、その装置及び配７ｆ／ｉ；例は周知の１
由りであり省略する。

以」−述べたるがごとく２本潜熱蓄熱槽は顕熱性の蓄熱
媒体液を多重槽型状１１！Ａ＋こ蓄熱することと、そこ
に同心軸状多重層型の潜熱板（こよる潜熱蓄熱とを併用
すること。及び、熱流体の流路を渦巻型（こ形成して、
ヒートパイプ（こより多重ＰＭ番こ対して温度別の分配
作用をなさしめること等を特徴とする所の潜熱蓄熱槽で
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は潜熱蓄熱槽の断面図である。 第２図は潜熱蓄熱槽の仕切板４より下の部分の水平断面
図である。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. （１）外枠１は鉄板又はＦ’ＲＰ等で円筒形等（こつく
   られており、断熱材でよく保温されている。 その外枠１の中央部に任意の大きさの中心枠２をおき、
   外枠１と中心枠２との間を中間枠３（こまって分割する
   。中間枠３は任意数を増加させることが出来、各枠は同
   心軸状（二形成されるものとする。
2. （２）仕切板４は、中間枠３・中心枠２を横断する形で
   設置し、そこにヒートパイプ５を直立挿入する。
3. （３）　　ヒートパイプ５の凝縮部（こは星形フィン６
   ゜さらにその先端部をとり囲んで、筒形フィン７を煙突
   様に伺加し、ヒートパイプ５の蒸発部番こは。 円板型フィン８等を付着する。
4. （４）室Ｎ′の適当な位置（こ筒１０を設け、筒１０に
   には噴出口１１を任意数一方向をこ向けて０着し、噴出
   １」１１の向きと反対側（こは、案内板１２Ｎをおき、
   その背中合せ（こ、適当な形状の間隙１３Ｎを設ける。 室Ｂ’ｔこおいては２間隙１３Ｎと背中合せ番こ、遮蔽
   板１４Ｂを挾んで、吐出管１５Ｂｋ設けること等（こよ
   り。 室Ｎ′を眼とする熱流体９の渦巻型の流路を形成する。
5. （５）蓄熱媒体液と循環集熱媒体とが異なる一流式の場
   合は、吐出管１５Ｂの部分にコイル式熱交換器等を接続
   し、循環送口１６で他の一端を集熱装置の循環系統と連
   結する。
6. （６）中間枠３の−１−辺部番こ適当な形状の穴１９を
   任意数設け、中心枠２では仕切板４に接して、適当な形
   状の穴２０を任意数設ける。
7. （７）　　中心槽Ｎ内には潜熱板１７Ｎを、槽Ｂ内番こ
   は潜熱板１７８を同心軸状（こ各枠組と平行に任意数設
   置し、各潜熱板１７には適当な大きさの穴Ｉ８を任意数
   設ける。
8. （８）潜熱板１７とは、鉄板等で適１．１の潜熱］」を
   洩れない様に適当な薄さのサノトウイソチ状（こ保護し
   たものである。 以−にの構成（こかかることを特徴とする潜熱蓄熱槽