JPS5886392A - 潜熱蓄熱用ユニツト - 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、蓄熱物質に熱をその潜熱お工び顕熱の形態で
蓄熱しかつ随時にこの熱を取出せ小ように構成する蓄熱
装置用の蓄熱器ユニットに関する。

物質の融解または凝固のさいの潜熱を利用して蓄熱装置
を構成すると、単位体積当りの蓄熱量を多くすることが
できるので有利な面がある。このような蓄熱装置は密閉
容器内に蓄熱物質を封入し、その容器壁を通じて水や空
気などの熱媒流体と熱交換するようにするのが通常であ
る。このような相変態を利用して蓄熱する場合の蓄熱物
質としては、各種の水利塩例えばＣ！ａ　Ｃ１，２−６
Ｈ７Ｏ１Ｎａ２Ｓ０４・１０Ｈ２０や、Ｎａ２Ｓ、、Ｏ
８・５Ｈ２０、あるいは含水リン酸塩混合物例えばＮａ
２ＨＰＯ４−ＮａＨ２ＰＯ４−ＫＨ２ＰＯ４−Ｈ２Ｏ、
あるいは有機化合物例えばエチレンジアミン等、あるい
に油脂類例えばパラフィン等が提案されている。これら
の物質の融点にそれぞれ異なるが受熱温度の相違に応じ
て適切な融点の物質を選定し、これを密閉容器内に封入
して潜熱の形態で蓄熱すれば単位体積当り多大の蓄熱を
行なうことができ、放熱と蓄熱を何回もくり返すことが
できる。一般に、このような潜熱蓄熱体は、同じ熱量を
蓄熱する場合に、重量比で水の１１５、岩石の１７２５
であり、容積比では水の１／８、岩石の１／１７程度で
あると言われている。

しかし、このような潜熱の形態での蓄熱の有利性が原理
的に判っていても、これを実用化するには様々な問題が
ある。これには蓄熱物質自体の変成や劣化の問題と蓄熱
装置の構成上の問題に分けられる。前者にあっては、空
気や水の侵入を避けて蓄熱物質を容器内に完全封入すれ
ばこの蓄熱物質の変成や劣化は実質上回避できるが、実
用規模での大型の蓄熱容器ではこの完全封入を行なうの
は容易ではないし、この場合には熱媒流体との熱交換効
率の低下が予儀なくされる。後者にあっては、蓄熱のた
めの受熱量の変動と、蓄熱された熱を回収するさいの回
収要求熱量の変ｍＪに対して効率よく対応できる装置を
構成することが容易でばないという問題である。

本発明は、このような潜熱蓄熱を利用する蓄熱装置の実
用化への妨げとなっていた前述の如き問題の解決を目的
としてなされたもので、蓄熱物質を収容するための槽？
小規模な単位ユニットに分割し、この単位ユニットｅ集
合することによって適宜所望容量の蓄熱槽に構成できる
ようにして前述の目的を達成するものであり、この各単
位ユニソＢ、−さラニ微小単位のバンクの集合によって
構成するものである。

すなわち本発明は、潜熱蓄熱装置の蓄熱槽を多数の蓄熱
器ユニットの集合によって構成する場合の単位蓄熱器ユ
ニットの発案に係るもので、この各々のユニットは中央
部に軸に沿った空気通路を有する缶体の中に、蓄熱物質
を封入した輪状容器のバンクを積層して装填することに
よって構成するものである。

以下に図面の実施例に従って本発明の潜熱蓄熱用ユニッ
トの詳＃１ヲ説明する。

第１図は、蓄熱物質をその中に封入するための輪状容器
パックの外観図であり、個々独立した輪状容器２を同心
状に積み重ねる状態を概念的に示したものである。

第２図はこの輪状容器２の中心軸を通る面で切断した断
面図であり、このドーナツ状の輪状容器２内には潜熱蓄
熱用の既述の如き蓄熱物質１が封入されている。この蓄
熱物質１の封入にざいしては、この蓄熱物質と共に、分
離防止剤例えばグラスウール、アルミ、ステンレスなト
（７）　金属モー　ルまたは化繊フィルターメディアな
ど全混入り、ておくとよい。この輪状容器２は金属板で
作ってもよいが、合成樹脂のフィルムやシートなどを用
いるとその製作が容易で蓄熱物質の封入も容易である。

６Ｖｉ蓋を示すが、この蓋６を用いる場合は本体とのシ
ールを完全にするための密封結合を行なう。

第３図は第２図のＡ部の拡大図であり、輪状容器２の壁
面を凹凸のあるコルゲート面７に構成した例を示してい
る。この工うなコルゲート面７とすることにより輪状容
器２の伝熱面積を大巾に増加させることができ、この輪
状容器２の外側雰囲　５− 気と輪状容器２内の蓄熱物質１との間の熱の伝達が良好
となる。

第４図は本発明に従うユニットの例を示す縦断面を、ま
た第５図ば■−■線矢視・新面を示したもので、第１〜
２図に示したような蓄熱物質１を封入した輪状容器２を
、中央部に軸に沿った空気通路３全有する缶体４の中に
、積層して装填した状態を示している。缶体４は、例え
ば１斗缶程度の容積をもつ円筒ドラムであり、その中心
部に同軸的な小円筒８が底板９と上蓋１０とを貫通して
取付けられていて、この小円筒８と底板９および上蓋１
０と缶体外周本体とけ互いに気密に接合されている。こ
のようにして形成された缶体４の２重円筒空間の中に輪
状容器２０パンク全積み重ねて装填するが、このバンク
同志の間隙ならびにこのパックと缶体との間の間隙（空
隙）に伝熱物質全挿入しておく。この伝熱ｉ物質として
はこのユニットの使用温度で常に液状である物質を用い
るとよい。この液体の封入ｖｃよって輪状容器と缶体と
の伝熱性が良好となると共に蓄熱物質が融解状態に　６
　− あるときの洩漏に対してもこれを抑止する役割を果たす
ことができる、このように構成した潜熱蓄熱用ユニット
ｉ、缶外４の外軸の雰囲気（例えば空気流）と空気通路
５の空気流に対して熱の受授が効果的に行なわれるので
、このユニットヲ多数接続もしくは集合することによっ
て、単位容積当りの蓄熱量と放熱量が極めて大きくかつ
その蓄熱の貯蔵期間も夏から冬に至るような長期の期間
とすることができる蓄熱槽を構成することができる。

第６図および第７図は、熱媒体として気体（例えば空気
）と液体（例えば水）との両方を使用する場合に有利な
潜熱蓄熱用ユニットの例を示すもので、第６図に示した
ように、６蓄熱物質を封入した大径の輪状容器２ａと同
じく蓄熱物質を封入した小径の輪状容器２ｂとを、２重
の輪が形成されるように積み重ねながら、第７図の缶体
４の中に装填したものである。すなわち大径の輪状容器
２ａの内径よりも小さな外径をもつ小径の輪状容器２ｂ
を、大径の輪状容器２ａの内方に同心的に入れ、これを
空気通路３を有する缶体４の中で積み重ねて装填したも
のである。したがって、缶体４の中において、大径の輪
状容器２ａからなる外輪積層体と小径の輪状容器２ｂか
らなる内輪積層体とが形成されることになる。この外輪
積層体と内輪積層体との間隙１１に、液状の熱媒を流す
ためのコイル５が配置されている。この２重の内外輪積
層体を形成しかつコイル５を配置した以外は、第４〜５
図で説明したと同様であり、気体（空気）全熱媒とする
場合にも効果的な使用のしかたができろ。捷た、この輪
状容器２ａと２ｂ並びにコイル５を配置した缶体４内の
空隙には液状の熱伝達物質を封入することによって第４
〜５図の場合と同様の効果が得られる。

第８図は第７図の蓄熱器ユニットを８個組み合わせて１
単位の蓄熱槽を構成した状態を、また第９図ではこの８
個の蓄熱器ユニットからなる１単位蓄熱槽全さらに集合
した状態を、それぞれ図解的に示したものである。

１単位の蓄熱槽は、第８図に示したように、方形の４隅
に組まれ７？：、　ａ　−ｄの４本の垂直な中空パイプ
と、これらの中空パイプａ−ｂ、ｂ、−ｃ、　ｃ〜ｄ、
ｄ％ａ間の中心の辺に配置された４本の垂直な中空パイ
プイル二と、中央に位置する１本の垂直な中空パイプＣ
Ｐとからなる枠組みの中に、８個の蓄熱器ユニットを２
段にして収めることによって構成されている。これらの
中空パイプのうち、中央のパイプＣＰヲ除いた周辺のも
のは、この１単位の蓄熱槽を隣り合わせて集合するさい
に、その隣接する槽と共用される。

この状態は第９図の平面配置に示すように、１単位の蓄
熱槽（Ｕｉ）Ｋおける隅のパイプａ　−ｄが、成る方向
（図では紙面の上下方向）では隣接する単位蓄熱槽の隅
のパイプとして共用されるが、成る方向（図では紙面の
左右方向）では隣接する単位蓄熱槽の辺のパイプとして
共用される。そして、これらのパイプの全て（ａ−ｄ、
イル二、ｃｐ）は蓄熱器ユニットヲ組み合わせて固定す
る支柱としての役割のほかに、各蓄熱器ユニットの内部
に配されたコイル５（第７図）全方いに連結して熱媒液
体を循環させるための熱媒配管として機能さ９− せるようにしである。各々の単位蓄熱槽において、各パ
イプは第１０図に示したような水平な支持板１７ヲ上中
下の合計６枚使用して互いに位置決めされ、このように
位置決めされた９本のパイプと５枚の支持板によって、
８個の蓄熱器ユニットが２個づつ軸心に合わせて積み重
ねた４本の筒となり、この４本の筒で１単位の蓄熱槽に
構成される。

この軸心に合わせて積み重ねられることによって、小円
筒８（第７図）は互いに整合して連結され、この中に熱
媒気体が通される。

熱媒液体は、各々の中空パイプａ　％　ｄ　、イル二、
ＣＰｆ利用して各蓄熱器ユニットのコイルに循環される
が、この接続関係は第９図め平面配置における矢印で示
しである。例えば第９図のＵｉの単位蓄熱槽につユて見
れば、上段の４個のユニットも下段の４個のユニットも
同様に、中央のパイプＣＰｖｒ−熱媒液体が各々の内部
コイルから流出するように接続され、かつ辺のパイブイ
と口から熱媒液体が各々の内部コイルに流入するように
接続される。他方、このＵｌの右隣りの単位蓄熱槽にお
−１〇　− いては、中央のパイプＣＰとの接続１ｄＵｉと同じであ
るが、Ｕｌでは隅のパイプ（ａ　−ｄ）として機能して
い友ものが辺のパイプ（イル二）として機能し、これか
ら熱媒液体が流入するようになる。

つまり、単位蓄熱槽の隣接にざいして蓄熱器ユニット１
個分をずらして接続させることによって、隣の単位蓄熱
槽でに液体循環用に使用されなかったパイプが隣の単位
蓄熱槽では液体循環用に使用され、しかもそのさい、単
位蓄熱槽として個別に見た場合、いづれにおいても、各
パイブト各ユニット内のコイルとの接続位置に不変とす
ることができる。この不変の接続関係を保って単位蓄熱
槽を無限に集合することができ、実際には、受熱または
放熱の熱容量に合わせてこの集合の度合いを任意に調節
することができる。なお、この集合の場合、第９図のよ
うな平面的な広がりのほかに上下方向の接続も随意であ
り１．仝次元的な任意の構造をもった蓄熱槽構造物を構
築することができる。

構築された蓄熱槽において、熱媒気体は各蓄熱器ユニッ
トの小円筒を通すようにすると共に、各蓄熱器ユニット
の間の空隙、すなわち缶体１の外側にも通すようにすれ
ば、各蓄熱器ユニット内の蓄熱物質はこの熱媒気体との
熱交換面積が一層増大してその熱交換効率が向上する。

実際の運転にあたって、熱媒気体は蓄熱用に、−！、た
、コイルに通す熱媒液体は放熱用に利用するとよいが、
その逆の運転も場合によっては行ない得る。

以下さらに本発明の蓄熱器ユニットの他の利用のしかた
並びに他の集合例を示す。

第１１図は蓄熱器ユニットヲ縦方向に積み重ねるざいに
リングジヨイント１９ヲ利用した例を示す。このリング
ジョイント１９ハ第１２図に示したように、気体が透過
する開口２０が上下リング２１と２２の間に設けられて
おり、この上下リング２１と２２に対し、積み重ねよう
とする蓄熱器ユニットの端部を嵌め込む。そして、第１
０図に示した支持板１７ヲこのリングジヨイント１９の
中央部で゛・、、。

支持σせる。２３はこの支持板１７ヲ受けるための張り
出し片を示している。この支持板１７ヲ使用しかつ蓄熱
器ユニットの積み重ねｔ／ｆｉ３いして小円筒同志の接
続を若干切離しておくと、小円筒から小円筒へ流れる気
体の１部は開口２０ヲ経て缶体の外側に流れ出るし、逆
に缶体の外側を流れる気体は支持板１７に衝突１−て（
この支持板１７がパンフルプレートとして機能して）こ
の開口２０から小円筒内に流入するような気流の流れが
生じ、缶体の外側と内側（小円筒）に気流が混合しなが
ら流れることになシ、この気体と蓄熱物質との熱交換が
各蓄熱器ユニント内の蓄熱物質全域にわたって効果的に
行なわれる。

第１３図は第７図の蓄熱器ユニットヲ最もコンパクトに
配置する場合の平面配置図である。この場合、１個の蓄
熱器ユニットに対し２本の垂直なパイプ１４と１５が用
いられ、その１方は蓄熱器ユニット内のコイルに熱媒液
体を流入する流入管、他方は熱媒液体をコイルから流出
させる流出管として使用される。縦方向への積み重ねは
、この第１３図の配置を保ったまま積層されるが、１段
下の蓄熱器ユニットで流出管となったパイプは流出管と
するような接続のしかたをしてもよい。つま　１３− り、縦方向の各蓄熱器ユニットのコイル全パイプ１４と
１５にシリーズに接続してもよい。このシリーズに接続
するかあるいはパラレルに接ｉするかは、受熱容量、熱
媒流体量、蓄熱物質の種類と量によって決定される。こ
の積層にあたって、第１２図の如きリンクジヨイントの
使用も可能であり、缶体の外側と内側（小円筒）に熱媒
気体を流すようにすることもできる。ただし、この第１
３図の配置では第９図の配置よりも各蓄熱器ユニット同
志の間隙は小さいので、必ずしも第１０図のようなバッ
クルプレートを使用しなくともよい。

第１４図は本発明の蓄熱器ユニットｉ集合した蓄熱装置
の１例を示すもので、５０（ｒｉ空気式太陽熱集熱器、
３１は地下構造壁、６２は本発明の蓄熱器ユニソトヲ集
合して接続した蓄熱槽構造体、３３は送風機、３４は切
換ダンパー、３５は送気ノズノヘ３６は還気取入口、３
７ハ補助熱源装置を示しており、還気取入口３６からこ
の蓄熱装置内に入った空気もしくは蓄熱槽構造体３２か
らの循環空気が太陽熱集熱器３０と蓄熱槽構造体５２に
循環送気ざ　１４− れることにより、太陽熱が各蓄熱器ユニットの蓄熱物質
に潜熱蓄熱されろ。この蓄熱された熱は、切換ダンパー
３４の操作により空気流路が送気ノズル３５の方に切換
って要求負荷に透熱される。

第１５図は、この蓄熱された熱が建物３８の暖房熱源と
して利用される例を示している。すなわち、送気ノズル
３５から建物３８内の各所に設けられた吹田口３９に通
ずるダクトが施設され、この吹出口３９から、蓄熱構造
体に蓄熱された熱によって加温された空気が吹出され、
その還気は吸込口４０から蓄熱装置に戻されるようにな
っている。この装置によると、太陽熱と蓄熱物質に潜熱
の形態で数ケ月にわたって大量蓄熱ができ、夏期ｔ；ｉ
ｕ中゛　間期に蓄えられた太陽熱を冬期の暖房用に使用
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に従う輪状容器の積層例を示す斜視図、
第２図は輪状容器の断面図、第３図は第４図のＡ　ｆ′
Ａ拡大図、第４図は本発明に従う潜熱蓄熱用ユニットの
例を示す断面図、第５図は第４図のＶ−Ｖ線矢視断面図
、第６図は輪状容器の例の積層例を示す斜視図、第７図
は浩然蓄熱用ユニットの他の例を示す断面図、第８図は
８個の蓄熱器ユニットで１単位の蓄熱槽を構成した例を
示す斜視図、第９図は単位蓄熱槽全集合した配置平面図
、第１０図は単位蓄熱槽を構成するσいに使用する支持
板（バッフルプレート）の斜視図、第１１図は蓄熱器ユ
ニットの接続部を示す略正面図、第１２図はその接続部
に使用するリングジヨイントの斜視図、第１５図は蓄熱
器ユニットの他の配置例を示す配置平面図、第１４図は
本発明の蓄熱器ユニットの集合により構成した蓄熱装置
の例を示す概略断面図、第１５図は第１３図の蓄熱装置
により建物の暖房を行なうようにした機器配置系統図で
ある。 １・・・蓄熱物質 ２・・・輪状容器 ３・・・空気通路 ４・・・缶体 ５・・・コイル ８・・・小円筒 ３０・・・太陽熱集熱器 出願人　　高砂熱学工業株式会社 　１７− 第２図 第３図 第４図 第５図 第６図 第１０図 第８図 一

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）蓄熱物質１を封入した輪状容器２を、中央部に軸
   に沿った空気通路６を有する缶体４の中に、積層して装
   填した潜熱蓄熱用ユニット。
2. （２）缶体４の中の空隙には伝熱物質が封入しである特
   許請求の範囲第１項記載の潜熱蓄熱用ユニット。
3. （３）蓄熱物質１を封入した大径の輪状容器２ａと蓄熱
   物質１を封入した小径の輪状容器２ｂとを、中央部に軸
   に沿った空気通路３を有する缶体４の中に、同心状に積
   層して装填し、大径の輪状容器２ａと小径の輪状容器２
   ｂとの間隙に熱媒流体を流すためのコイル５を配置して
   なる潜熱蓄熱用ユニット。
4. （４）缶体４の中の空隙には伝熱物質が封入しである特
   許請求の範囲第６項記載の潜熱蓄熱用ユニット、
5. （５）伝熱物質は液体である特許請求の範囲第２項また
   は第４項記載の潜熱蓄熱用ユニット。