JPS6124636B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、蓄熱装置に係り、特に凝固性蓄熱材
の凝固熱を放熱器で放出して利用するのに好適な
冷凍サイクルに接続した蓄熱装置に関するもので
ある。

〔発明の背景〕

社会的な省エネルギーの要請に応えて、蓄熱材
および蓄熱装置の開発が行われており、特に、物
質の凝固、融解の際に発生する潜熱を利用する潜
熱形蓄熱材の開発が進んでいる。

また、凝固性蓄熱材を収容した蓄熱槽に冷却器
を設け、この冷却器を冷凍サイクルの冷媒配管に
接続する蓄熱装置の開発も進められている。

この装置では、冷凍サイクルの冷媒は、冷却器
を介して蓄熱材から凝固熱を吸熱し、冷凍サイク
ルの放熱器でその熱を放出する。

蓄熱材への熱の補給は、太陽熱の利用、ボイラ
の余熱や工場排熱の利用などによつて行われ、一
方、蓄熱材からの熱は、暖房用、温室用、乾燥用
などさまざまな用途に利用される。

このような蓄熱装置では、凝固熱は、蓄熱槽内
で結晶しつつある蓄熱材と液体状態にある蓄熱材
との界面から放出され冷却器に伝わるものであ
り、冷却器が蓄熱材の結晶に囲われるて伝熱効率
が悪化するという問題がある。

したがつて、冷却器の伝熱効率の向上、特に蓄
熱材の結晶開始後の伝熱効率を良好に保つことが
重要な課題である。尚、上記に関連するものとし
ては、特公53―9596号が挙げられる。

〔発明の目的〕 本発明は、前述の課題ないし問題点に鑑みなさ
れたもので、凝固然蓄熱材を用いた蓄熱装置にお
いて、冷凍サイクルの冷媒が蓄熱材の凝固熱を吸
熱すべき主冷却器の伝熱効率が、蓄熱材の結晶開
始後も良好に保たれ、実用に供して実益の大きい
蓄熱装置の提供を、その目的としている。

〔発明の概要〕

本発明に係る蓄熱装置の構成は、蓄熱槽内に凝
固性の蓄熱材を収容し、この蓄熱材の上層部に主
冷却器、下層部に補助冷却器を配設し、当該補助
冷却器またはその近傍に発核剤を保有せしめると
ともに、前記蓄熱材に熱を補給する加熱器を蓄熱
材内に配設するようにしたものである。

なお付記すると、本発明に係る蓄熱装置は、主
冷却器および捕助冷却器を、圧縮機、放熱器、放
熱器、減圧手段を備えた冷媒配管に接続して密閉
循環路を形成し、蓄熱材の凝固熱を前記放熱器を
放出しうるように構成したものである。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の各実施例を第１図ないし第１１
図を参照して説明する。

まず、第１図は、本発明の一実施例に係る蓄熱
装置の略示構成図、第２図は、その蓄熱槽部の詳
細図である。

図において、１は蓄熱槽、２は、蓄熱槽１内に
収容された凝固性の蓄熱材であり、例えば、３０
Ｃで凝固―融解する６水和塩化カルシユーム
CaCl・6H₂O（比重量1.5ｇ／cm³）である。

３は、蓄熱材２の上層部に配設された主冷却
器、４は、蓄熱材２の下層部に配設された補助冷
却器で、補助冷却器４の近傍には発核剤１４が取
付けられている。

５は放熱器、６は、放熱器５用のフアン、７は
減圧手段に係る膨膨弁またはキヤピラリチユーブ
（図はキヤピラリチユーブを示す）、８は冷媒配
管、９は圧縮機であり、前記主冷却器３と補助冷
却器４は、蓄熱槽１外の圧縮器９および放熱器５
と密閉循環路に係る冷凍サイクルを構成するよう
に、冷媒配管８によつて連結されている。

冷凍サイクル内の冷媒（たてえだフロン）は、
圧縮機９によつて圧縮されて放熱器５内に送ら
れ、ここで冷却されて凝縮の潜熱を放出して冷媒
みずからは液化する。放熱器５で放出された凝縮
熱は、その外部のフアン６によつて送り込まれる
空気につよつて熱除去される。一方、凝縮液は、
冷媒配管８を通つて膨張弁またはキヤピラリチユ
ーブ７内に送り込まれ、ここで断熱膨張しながら
補助冷却器４に致達する。補助冷却器７内の冷媒
はそこで蒸発しながら主冷却器３に達するが、こ
の際冷媒は補助冷却器４および主冷却器３を介し
てその外部の蓄熱材２から熱を吸収する。蒸発し
た冷媒は圧縮機９に戻され再び同じサイクルをく
り返すが、上述の過程によつて蓄熱材２中の熱は
放熱器５に運ばれ、放熱器５を室内に設定すれば
室内の暖房に蓄熱材２中の熱が利用される。

本実施例の蓄熱装置は、先に述べたように蓄熱
材２として凝固―隔解熱を利用できる物質を用い
ている。例えば、蓄熱材２として６水和塩化カル
シユームCaCl₂・6H₂Oを用いる場合には、30℃
で４８cal／ｇを放出しながら凝固する。

しかし、一般にこの種含水塩を蓄熱材２として
用いると、過冷却現象が著しく起り、発核剤１４
を蓄熱材２中に保有せしめないと蓄熱材が凝固温
度に達しても凝固を開始しない。。

蓄熱材２として６水和塩化カルシユーム
CaCl₂・6H₂Oを用いる場合には、発核剤１４と
しては水酸化ストロンチユームSi（OE）₂・8H₂O
などが良い。い。

蓄熱槽１内の蓄熱材２の凝固開始前の温度分布
は、対流によつて下層部が低くなる。

補助冷却器４を蓄熱材２内下層部に設ければ、
さらに下層部の温度が低くなる。そこで、補助冷
却器４の近傍に発核剤１４を設けておけば、蓄熱
材２は下層部から結晶成長が開始する。

第２図において２′は結晶した蓄熱材（以下蓄
熱材結晶という）を示す。凝固熱は結晶し続けて
いる蓄熱材結晶２′とまだ液体状態にある蓄熱材
２の界面から放出されるが、この凝固熱は、液体
状態にある蓄熱材２の対流によつて主冷却器３に
伝わる。主冷却器３の近辺には発核剤１４は設け
ていないため、蓄熱材は２は主冷却器３近辺では
結晶し難い。これにより補助冷却器４は直ちに蓄
熱材結晶２′によつて囲われる。当該蓄熱熱材結
晶２′は熱伝導率が小さいため伝熱効率は悪化す
るが、主冷却器３は液体状態にある蓄熱材２によ
つて間接的に凝固熱を受けるので伝熱効率はすぐ
悪くならない。しかし、蓄熱槽１内の蓄熱材２が
全部凝固し終ると、主冷却器３は凝固熱を受けな
いので、放熱器５の暖房能力はほとんど無くな
る。そこで、何らかの手段によつて蓄熱材２中へ
熱を補給することが必要である。

第１図の実施例は、蓄熱材２への補給に太陽を
利用するものであり、１３は集熱手段に係る集熱
器、１０はポンプ、１１は熱媒に係る温水を流通
せしめる配管である。

太陽熱を集熱する集熱器１３で暖められた温水
はポンプ１０により熱媒配管１１を通つて加熱器
１２へ騒り込まれ、加熱器１２を介して蓄熱材結
晶２を融解しながら蓄熱を行うものである。

太陽熱を利用した蓄熱装置の運転方法として
は、日中集熱器１３とポンプ１０を用いて蓄熱材
２に太陽熱を蓄熱し、早朝または夕方圧縮機９を
運転して暖房を行なうという方法が多い。

第２図の蓄熱槽の詳細図ににおいて、主冷却器
３、補助冷却器４および加熱器１２には、それぞ
れ伝熱フイン３′，４′，１２′が付いているが、
これにより凝固または融解速度を速め熱の出し入
れを容易にしている。

第３図は、第２図に示す補助励却器４と加熱器
１２の立体斜視図である。

補助冷却器４および加熱器１２は、それぞれ冷
媒発管８および熱媒配管１１につながるパイプを
数回Ｕ字型に折り曲げた蛇管であり、これらのパ
イプ部を多数の伝熱フインに係るプレートフイン
４′，１２′に貫通固定してユニツトに構成してい
る。

本実施例によれば、次のような効果がある。

１ 発核剤１４により蓄熱材２の下層部から結晶
成長が促進される。

２ 蓄熱槽１内に収容された蓄熱材２の下層部
に、補助冷却器４と加熱器１２をユニツト状に
設けたので、蓄熱材２が凝固し終るときの熱の
補給が円滑に行なわれる。

３ 主冷却器３，補助冷却器４，加熱器１２に
は、それぞれプレートフイン３′，４′，１２′
が付いており、蓄熱材２の凝固または融解速度
を速め熱の出し入れを容易にしている。

４ したがつて、これらから、手冷却器３の伝熱
効率が蓄熱材の結晶開始後も良効に保たれる。

次に、補助冷却器と加熱器の他の実施例を第４
図および第５図を参照して説明する。

第４図な、本発明の他の実施例に傾る蓄熱装置
の補助冷却器および加熱器部の斜視図、第５図
は、第４図の断面図である。

第４図および第５図において、４Ａは、冷却配
管８につながる補助励冷却器に係る伝熱パイプ、
１２Ａは、熱媒背管１１につながる加熱器り係る
熱媒パイプで、前記伝熱パイプ４Ａと熱媒パイプ
１２Ａとは伝熱フインに相当するリブ３０によつ
て一体に連結されている。また、伝熱パイプ４Ａ
の外側には複数の伝熱フイン４′Ａ、熱媒パイプ
１２Ａの外側には複数の伝熱フイン１２′が具備
されている。

この実施例では、補助冷却器に傾る伝熱パイプ
４Ａと伝熱フイン４′Ａの表面に発核剤１４が取
付けてあり、これより、これにより発核開始まで
の時間を短くすることができ、蓄熱材２の結晶成
長がより促進される。

この実施例では、補助冷却器に係る伝熱パイプ
４Ａと伝熱フイン４′Ａの表面に発核剤１４が取
付けてあり、これにより発核開始までの時間を短
くすることができ、蓄熱材２の結晶成長がより促
進される。

次に、本発明のさらに他の実施例を第６図およ
び第７図を参照して説明する。

ここに第６図は、本発明のさらに他の実施例に
係る蓄熱装置の蓄熱部の縦断面図、第７図は、第
６図のＡ―A′断面図である。図中、第２図と同
一符号のものは、前述の実施例と同等部分である
から、その説明を省略する。

第６図の実施例では、蓄熱材２を収容した蓄熱
槽１内の底部に伝熱板１５を設け、この伝熱板１
５上に、補助冷却器に係る伝熱パイプ４Ｂおよび
加熱器に係る熱媒パイプ１２Ｂを蛇管状に配置し
ろう付している。この伝熱板１５は、第３図、第
４図の実施例における各伝熱フインの役目をなす
ものである。

伝熱板１５および伝熱パイプ４Ｂの外面には発
核剤１４が取付けられている。

第６図は、加熱器に係る熱媒パイプ１２Ｂ内に
温水を流して蓄熱材結晶２′を融解している様子
を示している。熱媒パイプ１２Ｂは蓄熱槽１内の
底部に設置してあるため、下部の蓄熱材２から融
解を開始する。融解した下部の蓄熱材２は対流を
起し、伝熱板１５および熱媒パイプ１２Ｂにより
熱を上部の蓄熱材結晶２′へ伝えるため、上部の
蓄熱材結晶２′も徐々に融解し続ける。

次に、冷凍サイクルの配管系の実施例を８図お
よび第９図を参照して説明する。

第８図および第９図は、いずれも本発明のさら
に他の実施例に係る蓄熱装置の略示構成図であ
り、いずれも図中第１図と同一符号のものは、第
１図の実施例を同等部分であるから、その説明を
省略する。

まず第８図の実施例を説明する。

さきの第１図の実施例では、キヤピラリチユー
ブ７を出た冷媒が補助冷却器４を通過したのち、
主冷却器３に入るような構成であつた。

これに対し、第８図の実施例では、冷媒を主冷
却器を通したのち補助冷却器４に導入するように
冷媒配管８Ａを接続している。

このようにしても、第１図の実施例と同様の効
果が期待できる。

次に、第９図の実施例は、冷媒配管８Ｂを２つ
の分岐して主冷却器３と補助冷却器４とに並列に
接続し、冷媒を両冷却器に同時に流し込めるよう
にしたものである。

主冷却器３に接続する分岐管８Ｂ―１に、補助
冷却器４に接続する分岐管８Ｂ―２には、それぞ
れ冷媒流制御手段に係るバルブ１６―１，１６―
２が付いているが、蓄熱材２から主冷却器３およ
び補助冷却器４により熱を取り出す際、最初バル
ブ１６―１，１６―２を開いていて、補助冷却器
４近辺に蓄熱材結晶２′が成長を開始したのち、
バルブ１６―２を閉じ、補助冷却器４内の冷媒の
流れを止めることができる。

このようにすると、バルブ１６―２を閉じたの
ちは補助冷却器４辺の蓄熱材結晶２′が極度に冷
却されないで、下層部の蓄熱材結晶２′と主冷却
器３との間の温度差が大きくとれ、主冷却器３へ
の対流熱伝達率が大きくなる。バルブ１６―１，
１６―２の切換え方法としては、最初バルブ１６
―１を閉じてバルブ１６―２を開いておき、補助
冷却器４に蓄熱材結晶２が成長したらバルブ１６
―２を閉じる方法でも良い。

次に、第１０図は、本発明のさらに他の実施例
に係る蓄熱装置の略示構成図であり、図中第１図
と同一符号のものは、第１図の実施例と同等部分
であるから、その説明を省略する。

第１０図の実施例は、加熱器を２つの蓄熱材２
中に設置したもので、前述の各実施例のように補
助冷却器４部に設けた加熱器１２―１のほかに、
主冷却器３部にも加熱器１２―２を付加してい
る。

これにより、第１図の実施例で説明してと同様
の効果が期待されるほか、蓄熱材２の融解をより
速めることができる。

なお、前記の実施例では、蓄熱材に熱を補給す
る加熱器の熱源を太陽熱として説明したが、本発
明はこれに限るものでなく、集熱手段で集熱する
熱源は、ボイラの余熱や工場排熱などを利用する
ものでもよいことはいうまでもない。

また、同様に前記の実施例では、熱利用側は室
内暖房の例を説明したが、本発明はこれらに限る
ものでなく、温室用、乾燥用、給湯用などさまざ
まに利用できるものである。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明によれば、凝固性蓄
熱材を用いた蓄熱装置において、冷凍サイクルの
冷媒が蓄熱材が凝固熱を吸熱すべき主冷却器の伝
熱効率が、蓄熱材の結晶開始後も良好に保たれ、
実用に供して実益の大きい蓄熱装置を提供するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例に係る蓄熱装置の
略示構成図、第２図は、その蓄熱槽部の詳細図、
第３図は、第２図に示す補助冷却器と加熱器の立
体斜視図、第４図は、本発明の他の実施例に係る
蓄熱装置の補助冷却器および加熱器の斜視図、第
５図は、第４図の断面図、第６図は、本発明のさ
らに他の実施例に係る蓄熱装置の蓄熱槽部の縦断
面図、第７図は、第６図のＡ―A′断面図、第８
ないし第１０図は、いずれも本発明にさらに他の
実施例に係る蓄熱装置の略示構成図である。 １…蓄熱槽、２…蓄熱材、２′…蓄熱材結晶、
３…主冷却器、３′…伝熱フイン、４…補助冷却
器、４Ａ，４Ｂ…伝熱パイプ、４′…プレートフ
イン、４A′…伝熱フイン、５…放熱器、７…キ
ヤピラリチユーブ、８，８Ａ，８Ｂ…冷媒配管、
９…圧縮機、１１…熱媒配管、１２，１２―１，
１２―２…加熱器、１２Ａ，１２Ｂ…熱媒パイ
プ、１２′…プレートフイン、１２′Ａ…伝熱フイ
ン、１３…集熱器、１４…発核剤、１５…伝熱
板、１６―，１６―２…バルブ、３０…リブ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 蓄熱槽内に内蔵された凝固性の蓄熱性の蓄熱
   材と、この蓄熱材の上層部に配設された第１の冷
   却器と、蓄熱材の下層部に配設された第２の冷却
   器と、この第２の冷却器に若しくはその近傍に具
   備された発核剤と、前記蓄熱材に熱を補給する加
   熱器とを備えたことを特徴とする蓄熱装置。