JPS6086385A - 蓄熱装置 - 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】 産業上の利用分野 本発明は潜熱蓄熱材を用いる蓄熱装置に関するものであ
る。

従来例の構成とその問題点 従来より、潜熱蓄熱材を封入したカプセルを蓄熱槽中に
多数配置し、そのカプセルの間を熱媒体で満たし、その
熱媒体を蓄熱槽外に移送して熱交換を行なう蓄熱装置が
知られている。この装置で給易を行なおうとすると、熱
媒体として水が用いられる。しかしこの装置では、熱媒
体である水と潜熱蓄熱材を収納したカプセルが直接接触
するため、もしカプセルが腐食等により穴があいた場合
、使用する湯の中に潜熱蓄熱材が混入するという危険性
があった。したがって、この蓄熱装置は、衛生的な面で
問題があった。

また、潜熱蓄熱材を封入したカプセルを蓄熱槽中に多数
配置し、そのカプセルの間を熱媒体で満たし、その熱媒
体中に熱交換器を配設した蓄熱装３ページ 置が知られている。この蓄熱装置では、をとえ熱媒体と
して蓄熱装置を使用する温度・圧力範囲で沸騰する熱媒
体を用いても、放熱用の熱交換器が液相の熱媒体中に配
設されているため、気相空間は全納冷却されず熱媒体は
沸騰しない。したがってこの蓄熱装置では、熱交換のた
めに自然対流しか利用できないので、放熱時の熱交換速
度を犬きくするためには、熱交換面積を非常に大きくし
なければならない。このようなことから、上記蓄熱装置
は非常に高価になり、実用的ではなかった。

蓄熱槽中に潜熱蓄熱材と、この蓄熱槽の使用温度・圧力
範囲で沸騰し、しかもその蓄熱材の融液とは互いにほと
んど溶解しない蒸発性液体を収納し、蓄熱材の融液と蒸
発性液体を直接接触させて、蒸発性液体を蒸気に変えて
潜熱蓄熱材中に貯えた熱を取り出す蓄熱装置が提案され
ている。この蓄熱装置では、潜熱蓄熱材が融液のときに
は熱媒体が蓄熱材中をうまく移動して熱交換を行なうが
、潜熱蓄熱材が凝固を開始して固体の割合が増加してく
ると、蓄熱材がスラリー状になり、熱媒体がその中音き
わめて移動しにくくなる。そのため、当然、蓄熱材がす
べて凝固してしまう前に熱交換が不可能になってしまう
。したがって、この蓄熱装置では、潜熱蓄熱材の融解潜
熱ｉ１００％覗り出すことができない。当然のことなが
ら固体の顕熱は全然取り出せない。このように、この蓄
熱装置は、蓄熱した熱の一部しか回収することができな
いという基本的な問題点を有している。また用いる潜熱
蓄熱材の種類によっては、その融液の粘性が高く、熱媒
体がその中をうまく移動せず熱交換が起こらないという
問題点も有している。したがって、この蓄熱装置は、以
上説明した基本的な問題によジ実用化が困難なものであ
った。

発明の目的 本発明は冷却器および加熱器の熱交換面積がそれほど大
きくなくても、蓄熱時および放熱時とも、大きな熱交換
速度が得られ、しかも蓄熱材の利用効率が高く、低コス
トで、そのまま使用する水金加熱する場合にも、得られ
る湯が非常に衛生的で安全性の高い蓄熱装置を提供する
ものである。

６ページ 発明の構成 本発明の基本構成は、潜熱蓄熱材を封入したカプセルを
蓄熱槽中に多数配置し、その蓄熱槽の中に、その蓄熱槽
の使用する温度・圧力範囲で沸騰する蒸発性熱媒体を、
潜熱蓄熱材を封入した容器と接触し、しかも蓄熱槽上部
に気相空間を残して収納し、その蓄熱槽の気相空間には
冷却器（放熱用熱交換器）を、液相空間には加熱器（蓄
熱用熱交換器）を配設し、密封してなる構成である。本
発明の蓄熱装置の特徴は、加熱器から液相状態にある熱
媒体に熱を伝え、その熱媒体からカプセル中の潜熱蓄熱
材に熱が伝えられる。この蓄熱方法では、熱媒体の対流
により、その温度分布は均一になるので、効率のよい蓄
熱が可能である。また、当然のことながら、蓄熱材と加
熱器が直接接触していないので、蓄熱材の一部が異常に
加熱されて変質するということもない。またこの蓄熱装
置では、熱媒体の対流を効率よく利用しているので、熱
媒体を強制循環させるためにポンプ等を必要とせず、そ
のため装置の価格と運転費用が安くなり６、、−ッ 故障の危険性も小さい。

本発明の蓄熱装置のもう一つの特徴は、放熱時、潜熱蓄
熱材中に貯えられた熱を液相の熱媒体に伝え、その熱媒
体が沸騰して蒸気になり、その蒸気が、蓄熱槽上部の気
相空間に配設されている冷却器に熱を伝え、そのとき蒸
気は凝縮して液体になり、再び蓄熱槽の下部に移動する
という形で熱交換を行なうので、冷却器の熱交換面積が
小さくても、大きな放熱速度が得られる点である。また
潜熱蓄熱材の液相および固相の顕熱、それに融解潜熱、
つまＱ蓄熱した熱をすべて回収可能な点にある。しかも
、本発明の蓄熱装置は、潜熱蓄熱材として腐食性の強ｉ
含水塩を主成分とする材料を用いた場合でも、蓄熱槽に
は特別な防食の必要がなく、カプセルになんらかの理由
で穴がおいて潜熱蓄熱材がもれ出しても、冷却器を通る
加熱しだい熱媒体（水道水など〕は、直接そのもれ出し
た潜熱蓄熱材とは接触しないため、使用に際して非常に
衛生的であり、かつ安全性の高いものになっている。

７ページ 本発明の実施態様では、潜熱蓄熱材として酢酸ナトリウ
ム３水塩に過冷却防止材としてピロリン酸す）　ＩＪウ
ムを加えて用いた。潜熱蓄熱材を封入する容器としては
、潜熱蓄熱材の腐食性とコスト面を考慮して、ポリエチ
レン族の容器を用いた。

蓄熱槽の使用する温度・圧力範囲で沸騰する蒸発性の熱
媒体として、４６℃に沸点をもつトリフルオロトリクロ
ロエタンを用いた。

実施例の説明 第１図に本実施例の蓄熱装置の概略断面図を示しだ。こ
の図で１１は蓄熱槽であり、１２は潜熱蓄熱材、１３は
それを封入した容器、１４は加熱器、１６は放熱器であ
る。潜熱蓄熱材１２としてピロリン酸ナトリウムを１ｗ
ｔ％含有した酢酸ナトリウム３水塩を用い、これを６０
０ｆづつ容器１３としてのポリエチレン族の袋の中に封
入して用いた。そしてこの蓄熱材を封入したポリエチレ
ン族の袋を２６０本蓄熱槽１１中に縦にならべた。

この蓄熱槽の中に、熱媒体としてトリフルオロトリクロ
ロエタンを収納した。熱媒体の量は、６段階に変化させ
て本実施例の蓄熱装置の蓄熱特性と放熱特性を調べた。

熱媒体のそれぞれの収納量のときの、熱媒体の上部の液
面の位置を図のａからｅに矢印で示した。図にはｄまで
蒸発性熱媒体を加えた場合を示している。ａの状態は、
蓄熱材を収納した容器１３に熱媒体が全熱接触していな
い場合であり、ｂとＣは容器１３の一部分が熱媒体と接
触している場合である。ｄは蓄熱材１２を収納した容器
１３が熱媒体中に入っているが、放熱器１６が気相空間
に存在するものであり、ｅは蓄熱材１２を収納する容器
１３と放熱器１６ともに熱媒体中に存在するものである
。

蓄熱は加熱器に７０℃の湯を１０１／分の流量で流して
行ない、蓄熱材の温度は蓄熱槽中央部の蓄熱材を封入し
た容器の中に取りつけた熱電対によって測定した。蓄熱
特性の評価としては、室温から加熱を始めて、蓄熱材の
温度が６６℃に達するまでの時間を用いた。熱媒体の収
納量がＣの場合の蓄熱材の温度変化を第２図に示した。

この図で、横軸は加熱を開始してからの経過時間であり
、９ページ 縦軸は温度である。ところで、蓄熱材の温度が６６℃に
達した時に、蓄熱槽の側部に設けた窓から蓄熱槽の内部
を観察した所、ポリエチレンの袋の中の潜熱蓄熱材が均
一に融解しているのが確認された。

放熱は、冷却器に６℃の水を１６１／分の流量で流して
行った。実用的に利用可能であるのは、４０℃以上の湯
と考えられるので、４０℃以上の温度で＠り出せた熱量
で、本実施例の蓄熱装置の放熱特性を評価した。ところ
で熱媒体の収納量がＣの場合の出湯特性を第３図に示し
た。横軸は冷却器に６℃の水を流しはじめてからの経過
時間であり、縦軸は得られた湯の温度である。放熱中の
蓄熱槽内の様子を蓄熱時と同様に観察した所、熱媒体が
さかんに沸騰し、冷却器の表面からは凝縮して液相にな
った熱媒体がさかんに流れ落ちているのが観察された。

熱媒体の液面の位置がａから６と６段階に変化させた場
合のこの蓄熱装置の蓄熱及び放熱特性を第１表にまとめ
て示した。第１表の放熱特性とし１０ベーソ て、４ｏ’ｃＩ２Ｊ上で得られた熱量とともに、回収効
率もめて示した。回収効率は、４０℃以上で回収できた
熱量とこの蓄熱材が実際蓄熱した熱量との比の値を百分
率で示したものである。熱媒体による蓄熱量は小さいの
で、この場合には問題にしなかった。今回用いた潜熱蓄
熱材の液相の比熱が０．７Ｃａｌ／ｙ−℃であり、融解
潜熱がｅ　ｏ　ｃａｌ　／ｙ。

固相の比熱がｏ、３ｃａｌ／　７℃であるので、この蓄
熱材１３０ｋｇを室温（２０’Ｃ）から６６℃まで加熱
すると、この蓄熱材中には液相の顕熱としてｅ　４ｏ　
４．　ｃａ７ｉ、融解潜熱として７８００４ｃａｌ。

固相の顕熱として１４８０４ｃａ／蓄熱されているコト
になり、総蓄熱量として９９２ｏ４ｃｔｌに＠る。した
がって熱媒体の液面の位置がＣの場合には、４０℃以上
の回収熱量は５２ｏｏ４ｃａ７！であったので回収効率
は約８３％になる。

以下余白 １１ページ 第１表 第１表を見ると、熱媒体の液面がａの位置の蓄熱装置で
は、蓄熱特性が悪く、１０時間蓄熱を行なっても蓄熱材
の温度が６６℃まで達しなかった。

したがって、この場合には放熱実験を行なわなかった。

熱媒体の収納量が増加して液面の位置がｂまでくると、
ａの場合と比較してかなり蓄熱特性が改善された。さら
に熱媒体の収納量が増加して液面の位置がｃ、ｄとなる
と、蓄熱特性・放熱特性ともに少しずつよくなった。し
かし、熱媒体の収納量があまり増加して冷却器をおおっ
てしまったｅのようになると放熱特性が著るしく悪くな
った。この結果から考えると、熱媒の収納量で望ましい
のは、熱媒体の液面がｂやＣやｄの状態、つまり潜熱蓄
熱材を収納した容器とけ直接接触し、しかも熱媒体で冷
却器をおおってしまわない範囲である。このように熱媒
体の収納量をコントロールした本実施例の蓄熱装置は、
蓄熱および放熱特性ともに良好で、しかも、コストが低
く、得られる湯が非常に衛生的でかつ安全なものである
。

発明の効果 本発明の蓄熱装置は、熱交換面積がそれほど大きくない
にもかかわらず、蓄熱時および放熱時ともに大きな熱交
換速度が得られ、しかも蓄熱材の利用効率が高く、低コ
ストで得られる湯が非常に衛生的かつ安全であるという
特徴を有するもので、太陽熱や深夜電力を貯蔵するだめ
の蓄熱装置として非常に好適なものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の蓄熱装置の実施例を示す概略１３、−
ジ 断面図であり、第２図および第３図は、本発明の蓄熱装
置の一実施例の蓄熱および放熱特性である。 １１・・・・・・蓄熱槽、１２・・・・・・潜熱蓄熱材
、１３・・・・・・容器、１４・・・・・・加熱器、１
６・・・・・・放熱器。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第１
図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）蓄熱槽内に潜熱蓄熱材を封入した容器を多数配置
   し、その蓄熱槽の中に、前記蓄熱槽の使用／ する温度・圧力範囲で沸騰する蒸発性熱媒体を、潜熱蓄
   熱材を封入した容器と接触させ、しかも前記蓄熱槽上部
   には気相空間を残して収納し、前記蓄熱槽の気相空間に
   は放熱用熱交換器を、液相空間には蓄熱用熱交換器を配
   設し、密封してなることを特徴とする蓄熱装置。 ／ 翰）潜熱蓄熱材が過冷却防止材を混合した酢酸ナトリウ
   ム３水塩を主成分とすることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載の蓄熱装置。 （３）潜熱蓄熱材を収納する容器が、ポリエチレン製の
   袋であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   蓄熱装置。 （４）熱媒体がトリフルオロトリクロロエタンであるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載２ページ の蓄熱装置。