JP2001004290A - 潜熱蓄熱材の融解方法および潜熱蓄熱装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】潜熱蓄熱材を融解する際に、液相が閉じこめら
れることに起因する熱応力の発生を解消する。 【解決手段】貯留タンク１０の内部に、上部空間１２を
確保して固相の方が液相よりも比重が高い潜熱蓄熱材１
１が貯留され、その潜熱蓄熱材１１の相変態を利用して
放熱または蓄熱が行われる潜熱蓄熱装置において、潜熱
蓄熱材１１に上側から少なくともその下部を挿入して熱
伝達部材２を設けておき、潜熱蓄熱材１１が固相のと
き、熱伝達部材２の少なくとも潜熱蓄熱材１１への挿入
部分において発熱密度が上側の方が下側よりも高くなる
ように熱伝達部材２に電気ヒータ１により熱を付与し、
固相の潜熱蓄熱材１１ａをその上面から熱伝達部材２に
沿って融解させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば夜間電力を
活用する電気温水器の代用品として、或いは給湯器また
は蒸気発生器などに適用される潜熱蓄熱装置および潜熱
蓄熱材の融解方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年においては、夜間電力を活用して昼
間の電力使用量を削減し、電力平準化を図ることが行わ
れている。夜間電力を利用した電気機器としては、例え
ば蓄熱材としての水を夜間電力を活用して加熱し温水と
して貯留する電気温水器、或いは所定の温度で凝固し融
解する潜熱蓄熱材を用いる氷蓄冷装置や給湯器が知られ
ている。

【０００３】上記氷蓄冷装置は凝固・融解する温度が低
温側でのものであり、給湯器はその温度が高温側でのも
のである。給湯器については、糖類の一種であるエリス
リトールを潜熱蓄熱材に利用した潜熱蓄熱装置が提案さ
れている（特願平７−３１８４５０等）。この提案の潜
熱蓄熱装置における潜熱蓄熱材は、固体の比重（密度）
の方が液体の比重（密度）よりも相当大きく、固体を液
体に融解する際に大きな体積膨張がある。この現象は、
氷から水に相変態するときとは全く逆である。

【０００４】ところで、給湯器に適用される従来の潜熱
蓄熱装置は、夜間電力を活用して液相にした潜熱蓄熱材
に、外部から水を供給することにより、その水を温水に
熱交換でき、また、この熱交換により外部からの供給水
により冷却されて固相に相変態した潜熱蓄熱材を、夜間
電力を活用して電気ヒータ等により液相に戻す、つまり
融解するようにして使用される。

【０００５】このようにして使用される上記従来の潜熱
蓄熱装置において、固相の潜熱蓄熱材を融解する方式
は、図１２に示すように潜熱蓄熱材１０２の中に電気ヒ
ータ１０５を直接浸漬させて融解する方式、或いは、潜
熱蓄熱材１０２に浸漬された熱回収を行う熱交換用の温
水加熱管１０４に、熱回収時に本来用いる水の代わりに
高温流体を供給して潜熱蓄熱材を加熱する方式が一般的
である。なお、図１２中の１０１は貯留タンクであり、
１０３は上部空間、１０２ａは固相の潜熱蓄熱材、１０
２ｂは液相の潜熱蓄熱材である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記融解方式
により固相の潜熱蓄熱材を融解させる場合は、下側から
融解すると液相が固相の下側に閉じこめられ、上述した
潜熱蓄熱材の融解時に起こる体積膨張に伴って固相の潜
熱蓄熱材に大きな熱応力が発生し、潜熱蓄熱装置に過大
な熱応力が発生するという問題がある。

【０００７】この問題の解決のためには、固相の潜熱蓄
熱材を上方部分から下方部分へ徐々に融解させていき、
常に貯留タンク１０１の上部空間１０３に、融解により
生じた液相の潜熱蓄熱材が繋がるようにすることが望ま
しい。

【０００８】このように上部空間に液相の潜熱蓄熱材が
繋がるように、図１３に示すように主ヒータ１０５の他
に、貯留タンク１０１の天井板１０１ａから副ヒータ１
１０を吊り下げた状態に設け、副ヒータ１１０により固
相の潜熱蓄熱材１０２ａに、これを上下方向に貫通する
液相の潜熱蓄熱材１０２ｃを形成し、固相の潜熱蓄熱材
１０２ａに発生する熱応力を低減する方法が提案されて
いる（特開平３−１１２６６）。なお、図１３の各部分
のうち図１２と同一部分には、同一番号を付している。

【０００９】しかしながら、この提案技術による場合に
おいても、副ヒータ１１０がその近傍に存在する固相の
潜熱蓄熱材を上下方向にわたってほぼ均一に加熱するた
め、必ずしも固相の潜熱蓄熱材がその上方部分から融解
するとは限らず、一時的に過大な熱応力が固相の潜熱蓄
熱材に発生することを確実に防止できないという欠点が
あった。また一方、熱回収を行う際においては、温水加
熱管１０４（図１３参照）を送られる水との熱交換にて
冷却されて固相になった潜熱蓄熱材が、熱交換が実質的
に行われる部分に固着すると、熱交換効率が低下すると
いう問題があった。

【００１０】本発明は、このような従来技術の課題を解
決すべくなされたものであり、液相の潜熱蓄熱材が閉じ
こめられることに起因する熱応力の発生を解消すること
ができる潜熱蓄熱材の融解方法および潜熱蓄熱装置を提
供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の潜熱蓄熱材の融
解方法は、貯留タンクの内部に、上部空間を確保して固
相の方が液相よりも比重が高い潜熱蓄熱材が貯留され、
その潜熱蓄熱材の相変態を利用して放熱または蓄熱が行
われる潜熱蓄熱装置における潜熱蓄熱材の融解方法であ
って、上記潜熱蓄熱材に熱伝達部材の少なくとも一部を
挿入しておき、潜熱蓄熱材が固相のとき、上記熱伝達部
材の少なくとも潜熱蓄熱材への挿入部分において発熱密
度が上側の方が下側よりも高くなるように上記熱伝達部
材に熱を付与し、固相の潜熱蓄熱材をその上面から熱伝
達部材に沿って融解させることを特徴とする。

【００１２】この発明方法による場合は、少なくとも下
部を潜熱蓄熱材に挿入した熱伝達部材に、発熱密度が上
側の方が下側よりも高くなるように熱を付与するので、
固相の潜熱蓄熱材が熱伝達部材に沿って上側から融解
（蓄熱）していく。よって、融解部分が固相の潜熱蓄熱
材中を通って熱伝達部材に沿って長く形成されても、そ
の融解部分は上部空間に常に繋がった状態となるため、
固相から液相への相変態に際して体積膨張が起こって
も、体積膨張分が上部空間へ逃げ得るので、固相の潜熱
蓄熱材に熱応力が作用せず、熱応力の発生を解消させる
ことができる。

【００１３】ここで、熱伝達部材の潜熱蓄熱材への挿入
形態は、潜熱蓄熱材の上面を通るように熱伝達部材の少
なくとも一部を挿入すること、また、熱伝達部材の上端
と潜熱蓄熱材の上面とが一致するように熱伝達部材を潜
熱蓄熱材に挿入すること、或いは熱伝達部材の上に加熱
源が連結されている場合には、加熱源の少なくとも一部
が潜熱蓄熱材に漬かるように、つまり熱伝達部材の上端
が潜熱蓄熱材の上面より下側に位置するように熱伝達部
材を潜熱蓄熱材に挿入することを含む。

【００１４】上記のような発熱密度の勾配をもった加熱
をするには、上記熱伝達部材にその上側から熱を付与す
るようにしてもよい。或いは、上記熱伝達部材を、上下
で異なる熱量にて加熱するようにしてもよい。或いは、
上記熱伝達部材を、その上部と下部とでタイミングを異
ならせて加熱するようにしてもよい。

【００１５】本発明の潜熱蓄熱装置は、貯留タンクの内
部に、上部空間を確保して固相の方が液相よりも比重が
高い潜熱蓄熱材が貯留され、その潜熱蓄熱材の相変態を
利用して放熱または蓄熱が行われる潜熱蓄熱装置におい
て、少なくとも下部が潜熱蓄熱材に挿入される熱伝達部
材と、この熱伝達部材の上部に接続され、その上部に熱
を付与する加熱源とを備えた構成である。

【００１６】この本発明装置にあっては、加熱源が熱伝
達部材の上部に熱を付与するので、加熱源からの熱が熱
伝達部材をその上側から下側へ伝達し、上から下に向か
って発熱密度が小さくなる勾配が形成される。その結
果、上記熱伝達部材を介して固相の潜熱蓄熱材が上側か
ら熱伝達部材に沿って下側へと融解されていくことにな
る。この場合において、請求項６のように、上記熱伝達
部材を複数有すると共に、これら熱伝達部材がその上部
を単一の加熱源に接続している構成とすることができ
る。このようにすると、少ない加熱源で広範囲の加熱が
可能になる。また、請求項７のように、熱伝達部材は、
少なくとも下部が潜熱蓄熱材に挿入される複数の潜熱蓄
熱材挿入部と、これら潜熱蓄熱材挿入部を上部で連結す
る連結部とからなり、連結部に加熱源が接続される構成
とすることができる。この場合、上記熱伝達部材は一体
成形により形成されている構成とすることができる。こ
の一体成形によると、熱伝達部材を容易に作製すること
が可能になる。このとき用いる金属としては、アルミニ
ウム等の加工性のよい材料を使用することが好ましい。

【００１７】また、本発明の潜熱蓄熱装置は、貯留タン
クの内部に、上部空間を確保して固相の方が液相よりも
比重が高い潜熱蓄熱材が貯留され、その潜熱蓄熱材の相
変態を利用して放熱または蓄熱が行われる潜熱蓄熱装置
において、上記潜熱蓄熱材に少なくともその下部が挿入
されている熱伝達部材と、熱伝達部材の内部に設けら
れ、熱伝達部材の下側より上側の方を発熱量が大となる
ような加熱が可能となるよう配された加熱源とを具備す
る構成である。

【００１８】この本発明装置にあっては、潜熱蓄熱材に
少なくともその下部が挿入された熱伝達部材が、その上
側の方が下側よりも発熱密度が大となるので、固相の潜
熱蓄熱材が上側から熱伝達部材に沿って下側へと融解さ
れていくことになる。このようにするには、上記加熱源
は、その下側より上側の方をヒータの配設密度を大とし
て構成してもよいし、或いは、上記加熱源は、熱伝達部
材の上下方向に２又は３以上の領域に分割され、各領域
の加熱源毎に発熱量が制御されるように構成してもよ
い。後者の構成にあっては、固相の潜熱蓄熱材の融解初
期において潜熱蓄熱材の上側程、発熱量を大にして、上
方から徐々に融解させて熱応力の発生を防止できる。加
えて、熱伝達部材と接触する潜熱蓄熱材部分の全域が融
解した後は、今度は潜熱蓄熱材の下側に相当する熱伝達
部材部分の発熱量を大にして、液相の潜熱蓄熱材におけ
る熱による対流の発生を推進させるようにすると、これ
によって融解速度の向上が図れることになる。

【００１９】また、本発明の潜熱蓄熱装置において、内
部に熱交換用液体を通流する熱交換配管が上記熱伝達部
材と熱伝達可能に設けられている構成とすることができ
る。

【００２０】この構成にあっては、熱交換配管には潜熱
蓄熱材からだけでなく熱伝達部材からも熱が伝達される
ため、熱交換効率が向上する。また、熱交換配管は、少
なくともその一部を潜熱蓄熱材中を通して設けてもよ
い。この場合には、熱取り出し速度が速くなり、熱交換
効率を向上させ得る。また、請求項１３のように、熱交
換配管を潜熱蓄熱材の上方に設けるようにしてもよい。
このようにすると、熱交換配管に亀裂や穴が生じても潜
熱蓄熱材が熱交換配管に流れ込むことを防止できる利点
がある。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施形態を図面
に基づいて具体的に説明する。 （実施形態１）図１は実施形態１に係る潜熱蓄熱装置を
示す模式的正面図（断面図）であり、図２はその右側面
図である。

【００２２】この潜熱蓄熱装置は、貯留タンク１０と、
貯留タンク１０を覆う断熱材１４と、貯留タンク１０に
貯留された潜熱蓄熱材１１と、加熱源としての電気ヒー
タ１と、熱交換配管としての温水加熱管１３と、熱伝達
部材２とを備える。なお、図１中の１１ａは固相の潜熱
蓄熱材、１１ｂは液相の潜熱蓄熱材である。

【００２３】貯留タンク１０は、円筒部材１０ｂの両端
が円形蓋１０ａにて塞がれたものであり、その内部に上
部空間１２を残して潜熱蓄熱材１１が貯留されている。
潜熱蓄熱材１１としては、固相の方が液相よりも比重が
高い材料、例えばエリスリトールが使用されている。

【００２４】上部空間１２には、電気ヒータ１と温水加
熱管１３とが設けられている。電気ヒータ１は、図３に
示すように、例えば途中を曲折したＵ字状をしたステン
レス製の管材１ａの内部に、ヒータ線１ｂが通されたも
のであり、両端側は円形蓋１０ａに設けた貫通孔１０ｃ
からタンク外へ導出されている。

【００２５】上記温水加熱管１３は、図３に示すよう
に、途中がＵ字状に曲折されていて、両端部１３ａも曲
折されている。両端部１３ａは貯留タンク１０の円筒部
材１０ｂよりタンク外へ導出されていて、その両端の一
方から水が供給され、熱回収のときにはその水は他方か
ら温水として排出される。

【００２６】この電気ヒータ１および温水加熱管１３に
吊り下げられて複数、この例では６枚の熱伝達部材２が
設けられており、その下部が潜熱蓄熱材１１に挿入され
ている。熱伝達部材２は、例えば中実の矩形状をした銅
やアルミニウム等の熱伝達性のよい金属からなる平板で
あり、水平方向２箇所に電気ヒータ用貫通孔２ａと同様
に温水加熱管用貫通孔２ｂとが設けられ、その電気ヒー
タ用貫通孔２ａに電気ヒータ１を挿通し、温水加熱管用
貫通孔２ｂに温水加熱管１３を挿通することにより取付
けられている。また、各熱伝達部材２は広面側を対向す
るように配設されている。

【００２７】上記断熱材１４は、電気ヒータ１の両端部
と、温水加熱管１３の両端部１３ａとを除き、貯留タン
ク１０のほぼ全体を覆って設けられ、外部雰囲気との間
で熱交換され難いようになっている。

【００２８】このように構成された潜熱蓄熱装置におけ
る、潜熱蓄熱材の融解内容につき説明する。

【００２９】潜熱蓄熱材１１が固相にされた状態におい
て、電気ヒータ１を加熱状態にすると、加熱した電気ヒ
ータ１からの熱が熱伝達部材２の上端部に伝達され、そ
の後、熱伝達部材２の上側から下側に向かって熱が伝導
する。そのため、固相の潜熱蓄熱材１１ａが融解される
部分は、その上表面側から熱伝達部材２に沿って下側へ
と進行していく。

【００３０】よって、固相の潜熱蓄熱材１１ａが融解さ
れた部分１１ｂは、固相の潜熱蓄熱材１１ａ中におい
て、熱伝達部材２に沿って鉛直方向に長い状態に形成さ
れ、その融解部分１１ｂの上部は貯留タンク１０の上部
空間１２に解放されている。このため、潜熱蓄熱材１１
として固相の方が液相よりも比重が高いものを使用して
いる故に、固相から液相に相変態することにより体積膨
張が起こっても、その膨張分を貯留タンク１０の上部空
間に逃がすことができる。そして、この状態の融解部分
が各熱伝達部材２の横方向に広がっていき、潜熱蓄熱材
１１の全体が融解されることになる。

【００３１】したがって、本実施形態１による場合に
は、上述したように固相の潜熱蓄熱材１１ａを融解する
際に体積膨張が起こっても、その膨張分を貯留タンク１
０の上部空間１２に逃がすことができるので、液相部分
が固相部分を押圧する熱応力の発生を解消できる。ま
た、本実施形態１では、温水加熱管１３を潜熱蓄熱材１
１の上方に設けているので、温水加熱管１３に亀裂や穴
が生じても潜熱蓄熱材１１が温水加熱管１３に流れ込む
のを防止できる。

【００３２】ところで、図４に示すように熱伝達部材２
の電気ヒータ１より下側部分の長さｈと厚みｂとは、適
当な寸法関係に設定することが好ましい。その理由は、
潜熱蓄熱材１１を熱伝達部材２の下端部においても融解
させつつ、熱伝達部材２の電気ヒータ１寄りの高温部
（熱伝達部材２の上部）が潜熱蓄熱材１１の耐熱温度を
越えないようにするためである。このことは、熱伝達部
材の上部に加熱源を設ける、後述の実施形態２において
も同様である。 （実施形態２）図５は、本実施形態２に係る潜熱蓄熱装
置の構成を示す模式的正面図（断面図）であり、図６は
その平面図である。図１と同一部分には同一番号を付し
ている。

【００３３】この潜熱蓄熱装置は、貯留タンク２０と、
その貯留タンク２０に貯留された潜熱蓄熱材１１と、そ
の潜熱蓄熱材１１の中を通すように配設された熱交換配
管としての温水加熱管２３と、上記貯留タンク２０の上
部開口を覆う状態に設けられた熱伝達部材２２と、熱伝
達部材２２の上側に設けた加熱源としての電気ヒータ２
１とを備えた構成である。また、このように構成された
貯留タンク２０の外側は、ほぼ全体（電気ヒータ２１と
温水加熱管２３の端部を除く。）が図示しない断熱材に
て覆われており、外部雰囲気との間で熱交換が行われ難
いようになっている。

【００３４】上記貯留タンク２０は、断面コの字状をし
たものであり、その内部に上部空間１２を残すように潜
熱蓄熱材１１が貯留されている。上記熱伝達部材２２
は、貯留タンク２０の上部開口を覆う蓋を兼ねる中実の
平板部２２ａと、平板部２２ａの片側にほぼ垂直に固着
された中実の矩形板状をしたフィン部２２ｂとからな
る。上記平板部２２ａは、フィン部２２ｂを連結する連
結部としても機能する。

【００３５】フィン部２２ｂは潜熱蓄熱材挿入部として
用いられ、その下部側が潜熱蓄熱材１１に挿入されてい
る。フィン部２２ｂは広面側を対向して６枚設けられて
おり、その長さと厚みとは、適当な寸法関係に設定する
のが、上述の理由により好ましい。各フィン部２２ｂの
潜熱蓄熱材１１に挿入されている部分には、上下２箇所
に貫通孔２２ｃ、２２ｄが設けられ、その貫通孔２２
ｃ、２２ｄを通すようにして温水加熱管２３が設けられ
ている。なお、上記熱伝達部材２２は、材料としてアル
ミニウム等の加工性のよい金属を用い、例えば押出し加
工成形により一体成形するようにしてもよい。そのよう
にすると、溶接やねじ等を用いて平板部２２ａとフィン
部２２ｂとを連結する手間を省くことができる。上記押
出し加工成形は、例えば有底の矩形筒体の底部にフィン
部２２ｂの数および大きさに応じたスリットを開設した
ダイスを用い、そのダイスの内部に上記金属のブロック
をポンチ等にて押圧することにより行われる。

【００３６】温水加熱管２３の端部側は、平板部２２ａ
に設けた貫通孔２２ｅ、２２ｆより外部へ導出されてお
り、温水加熱管２３の両端部の一方より水が供給され、
他方側から熱回収のときには温水として取り出される。

【００３７】上記熱伝達部材２２の上側に電気ヒータ２
１が取付けられている。電気ヒータ２１は、例えばステ
ンレス製の管材２１ａの内部にヒータ線２１ｂを配した
構成のものであり、曲折箇所の数は本実施形態では３箇
所としている。

【００３８】このように構成された本実施形態２に係る
潜熱蓄熱装置においても、実施形態１と同様に固相の潜
熱蓄熱材１１を融解する際に体積膨張が起こっても、そ
の膨張分を貯留タンク２０の上部空間１２に逃がすこと
ができるので、液相部分が固相部分を押圧する熱応力の
発生を解消できる。加えて、本実施形態２では、温水加
熱管２３を潜熱蓄熱材１１の中を通すように設けている
ので、実施形態１のように温水加熱管を上部空間を通る
ように設けた場合よりも、熱取り出し速度が向上して熱
交換効率を高めることができる。更に、潜熱蓄熱材１１
に接触しているフィン部２２ｂが温水加熱管２３と連結
されているので、熱回収する際に熱伝達部材２２、特に
フィン部２２ｂが熱回収の効率を向上させる働きを有す
る。よって、本実施形態２の構成にあっては、熱応力発
生の解消と熱回収効率の向上とが図れる利点がある。

【００３９】なお、上述した実施形態１、２では温水加
熱管１３、２３の両端を、上部空間１２の存在するタン
ク上部側からタンク外へ導出するようにしているが、本
発明はこれに限らない。図７に示すように、貯留タンク
１０（２０）の横側から温水加熱管１３（２３）のリン
ク右端をタンク外へ導出するようにしてもよい。

【００４０】また、図５および図６に示す実施形態の場
合、電気ヒータ２１は熱伝達部材２２の平板部２２ａに
組み込むようにしても実施できる。

【００４１】また、上述した実施形態１、２では電気ヒ
ータ１、２１は潜熱蓄熱材１１の上方に配設している
が、本発明はこれに限らない。一部の潜熱蓄熱材１１が
電気ヒータに接触したり、或いは潜熱蓄熱材１１が液相
となって体積が増加したときに電気ヒータがその潜熱蓄
熱材１１の中に入るような構成としてもよい。また、実
施形態２においては平板部２２ａの内部に電気ヒータを
設けてもよい。 （実施形態３）本実施形態３は、上述した実施形態１お
よび２とは異なり、熱伝達部材の内部に加熱源を内蔵さ
せる場合である。

【００４２】図８は本実施形態３に係る潜熱蓄熱装置を
示す正面図である。図９（ａ）は本実施形態３で使用す
る熱伝達部材を示す正面図、図９（ｂ）はその熱伝達部
材の側面図（断面図）である。なお、断熱材は、潜熱蓄
熱装置の外側を覆うように設けているが、図示を省略し
ている。

【００４３】この実施形態３の潜熱蓄熱装置は、図８に
示すように貯留タンク３０の側面３０ａに形成した貫通
孔３０ｂ、３０ｃを通して温水加熱管３３が設けられ、
この温水加熱管３３は貫通孔３０ｂ、３０ｃの周辺部と
溶接等により固定されている。この温水加熱管３３にて
支持されて複数（図示例では５つ）の平板状の熱伝達部
材６が設けられている。

【００４４】各熱伝達部材６は、図９に示すように外観
が直方体状をした枠体７の内部に、加熱源としての電気
ヒータを構成するヒータ線８が蛇行状態に設けられてい
る。本実施形態３の電気ヒータは、前述の管材１ａ、２
１ａが無いものである。このヒータ線８は、図８に破線
にて示すように天井板３０ｄから外部へ導出されてい
る。また、枠体７内にはヒータ線８を除く部分に充填材
９が配設されている。充填材９としては、熱伝達部材６
の使用目的を考慮すると、熱伝導性に優れるものを使用
することが望ましい。

【００４５】上記ヒータ線８は、熱伝達部材６の上側を
下側よりも上下間隔ｓを短くして、つまり熱伝達部材６
の上部における単位面積当たりの発熱量を大にし、熱伝
達部材６の下部における単位面積当たりの発熱量を小に
するように配設されている。また、上記枠体７のヒータ
線８の無い部分には、貫通孔７ａ、７ｂが設けられ、そ
の貫通孔７ａ、７ｂを挿通するようにして温水加熱管３
３が取付けられている。

【００４６】このように構成された本実施形態３に係る
潜熱蓄熱装置による場合には、単位面積当たりの発熱量
が、熱伝達部材６の上部を大、下部を小としてあるの
で、実施形態１や２と同様に固相の潜熱蓄熱材１１を融
解させ得る。また、潜熱蓄熱材１１と接触する熱伝達部
材６が温水加熱管３３に連結されているので、熱回収効
率を向上できることになる。 （実施形態４）本実施形態４は、上記実施形態３のよう
にヒータ線の上下間隔ｓを上下方向で調整するのではな
く、電気ヒータを熱伝達部材の上下方向で分割して上側
の電気ヒータと下側の電気ヒータの加熱タイミングを調
整する場合である。

【００４７】図１０は本実施形態４に係る潜熱蓄熱装置
に用いる熱伝達部材を示す正面図である。この熱伝達部
材６Ａには、上部と下部とに別々のヒータ線８ａ、８ｂ
が設けられている以外は実施形態３と同様に構成されて
いる。上記ヒータ線８ａと８ｂとには、各々独立して通
電が行われるようになっている。なお、潜熱蓄熱材の上
表面が上側ヒータ線８ａにて加熱される部分の最高温度
が得られる箇所近傍に位置するように、潜熱蓄熱材と熱
伝達部材６Ａとを相対的に配置させるようにしておく。

【００４８】この実施形態４の場合においては、固相の
潜熱蓄熱材の融解初期において潜熱蓄熱材の上側程、発
熱量を大にして、つまりヒータ線８ａへの通電量（例え
ば電圧）を大にし、ヒータ線８ｂへの通電量（例えば電
圧）を小にして、潜熱蓄熱材を上方から徐々に融解させ
る。すると、上述した実施形態１〜３と同様に熱応力の
発生を防止した融解が可能である。そして、熱伝達部材
６Ａと接触する潜熱蓄熱材部分の全域が融解した後は、
今度は潜熱蓄熱材の下側に相当する熱伝達部材部分の発
熱量を大にして、つまりヒータ線８ｂへの通電量（例え
ば電圧）を大にし、ヒータ線８ａへの通電量（例えば電
圧）を小にする。すると、液相の潜熱蓄熱材における熱
による対流の発生が推進される。これによって固相の潜
熱蓄熱材の融解速度を向上させることが可能になる。

【００４９】なお、本実施形態４においては、熱伝達部
材６Ａに２つのヒータ線８ａと８ｂを設けている、つま
り電気ヒータを２分割した構成としているが、本発明は
これに限らず、３以上に分割しても同様に実施できるこ
とは勿論である。

【００５０】また、上述した実施形態３、４では図８に
示すように、縦長の貯留タンク３０を用いているが、そ
のタンクとしては断面形状が円形のものを使用するのが
好ましい。その理由は、縦長タンクの場合には、潜熱蓄
熱材の高さが高くなってタンクに与える圧力も高くなる
ため、断面円形のタンクを使用することにより、その圧
力に耐えるようにすることができるからである。また、
このようなタンクを使用する場合、図１１（ａ）、
（ｂ）に示すように円筒状の貯留タンク３０の天井板３
０ｄを利用して、温水加熱管３３および熱伝達部材６
（６Ａ）の少なくとも一方を支持する構成とするのが好
ましい（図１１では断熱材の図示を省略している。）。
より詳細には、図１１（ａ）に示す場合は、熱伝達部材
６（６Ａ）を天井板３０ｄに連結して支持し、また、温
水加熱管３３は天井板３０ｄと熱伝達部材６（６Ａ）と
に連結させて支持している。図１１（ｂ）に示す場合
は、温水加熱管３３を天井板３０ｄに連結して支持し、
その温水加熱管３３に熱伝達部材６（６Ａ）を連結して
支持している。

【００５１】なお、上述した実施形態１〜４では、熱伝
達部材を電気ヒータや天井（蓋）部材、或いは温水加熱
管等にて支持する構成としたり、温水加熱管を貯留タン
クにて支持する構成としているが、本発明はこれに限ら
ず、これらとは別体の支持部材を用いて支持する構成と
してもよいことは勿論である。

【００５２】また、上述した実施形態１〜４では、各種
熱伝達部材を鉛直方向に沿って設けるようにしている
が、本発明は必ずしもそのように設ける必要はなく、固
相の潜熱蓄熱材を上側から熱伝達部材に沿って下側へと
融解でき、その融解により液相となった部分が常に上部
空間に繋がっている状態を確保できれば、熱応力の発生
を解消できるので、斜め方向であっても支障はなく、更
にはほぼ水平に近い傾きであってもよい。また、このよ
うにした場合は、仮に熱伝達部材を水平方向に沿って設
けたときにおいて、熱回収の際に起こる液相から固相へ
の相変態に伴う熱収縮により、熱伝達部材の下側に隙間
が発生して熱伝達性能が低下するのを防止できる利点も
ある。

【００５３】また、上述した実施形態において熱伝達部
材としては、４乃至６個使用しているが、本発明はこれ
に限らず、３個以下であっても、７個以上用いてもよ
い。また、熱伝達部材としては平板状のものに限らず、
固相の潜熱蓄熱材を融解して液相となった部分が常に上
部空間に繋がる状態を確保できれば、波板状や他の形状
であってもよい。また、上述した実施形態においては平
板状の熱伝達部材を使用しているが、本発明はこれに限
らず、その幅寸法を狭くした縦長の短冊状をしたものを
複数一列に配してもよく、或いはランダムな位置に配し
てもよい。

【００５４】また、本発明において用いる熱伝達部材の
形状は、貯留タンクの断面形状に応じた形状、例えば貯
留タンクの断面が円形であれば熱伝達部材も円形として
もよく、また、任意の形状としてもよい。

【００５５】また、上述した実施形態１〜４では加熱源
にヒータ線からなる電気ヒータを使用しているが、本発
明はこれに限らず、面ヒータを箱体で囲んだものや、面
ヒータのみからなる電気ヒータ、或いは管材（１ａ、２
１ａ）の無い棒状の電気ヒータを使用してもよい。ま
た、本発明は、夜間電力の活用を考慮しない場合には、
加熱源として電気ヒータを用いることに代えて、他の加
熱手段、例えば蒸気や熱気を熱源とする加熱源を使用し
てもよい。

【００５６】また、上述した実施形態では潜熱蓄熱材と
してエリスリトールを用いているが、本発明はこれに限
らず、糖アルコールや、糖アルコールを主成分とする蓄
熱材を用いることも可能である。この場合において、相
変態が起こる温度が高い潜熱蓄熱材を用いる場合には、
水を蒸気に交換して取出すことも可能となる。

【００５７】また、上述した実施形態では貯留タンクを
密封状態としているが、本発明はこれに限らない。例え
ば、貯留タンクの上部の全域または一部が開放された構
成としてもよく、また、貯留タンクの上部の一部が開口
されていると共にその開口部がガス等でパージされた構
成、或いはタンク内を外側より負圧にした構成とするこ
とができる。

【００５８】また、上述した実施形態では電気ヒータの
ターン数（曲折回数）や長さ等は明言していないが、任
意である。但し、実施形態３や４の場合には、所定の発
熱状態が確保できることを条件とする。

【００５９】

【発明の効果】以上詳述したように本発明による場合に
は、潜熱蓄熱材に少なくとも下部を挿入した熱伝達部材
に、発熱密度が上側の方が下側よりも高くなるように熱
を付与するので、固相の潜熱蓄熱材が熱伝達部材に沿っ
て上側から融解していき、よって融解部分が固相の潜熱
蓄熱材中を通って熱伝達部材に沿って長く形成されて
も、その融解部分は上部空間に常に繋がった状態となる
ため、固相から液相への相変態に際して体積膨張が起こ
っても、体積膨張分が上部空間へ逃げ得るので、固相の
潜熱蓄熱材に熱応力が作用せず、熱応力の発生を解消さ
せることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態１に係る潜熱蓄熱装置を示す模式的正
面図（断面図）である。

【図２】図１の右側面図である。

【図３】実施形態１に係る潜熱蓄熱装置における電気ヒ
ータと熱伝達部材と温水加熱管とを示す斜視図である。

【図４】実施形態１に係る潜熱蓄熱装置における熱伝達
部材の近傍を示す模式的正面図である。

【図５】実施形態２に係る潜熱蓄熱装置を示す模式的正
面図（断面図）である。

【図６】実施形態２に係る潜熱蓄熱装置を示す平面図で
ある。

【図７】本発明の他の実施形態に係る潜熱蓄熱装置を示
す模式的正面図（断面図）である。

【図８】実施形態３に係る潜熱蓄熱装置を示す模式的正
面図（断面図）である。

【図９】（ａ）は実施形態３で使用する熱伝達部材を示
す正面図、（ｂ）はその熱伝達部材の側面断面図であ
る。

【図１０】実施形態４に係る潜熱蓄熱装置に用いる熱伝
達部材を示す正面図である。

【図１１】（ａ）、（ｂ）は共に、本発明の更に他の実
施形態に係る潜熱蓄熱装置を示す模式的正面図（断面
図）である。

【図１２】従来当初の潜熱蓄熱装置の構成を示す正面断
面図である。

【図１３】従来技術の潜熱蓄熱装置の構成を示す正面断
面図である。

【符号の説明】

１、２１ 電気ヒータ ２、２２、６、６Ａ 熱伝達部材 ７ 枠体 ８、８ａ、８ｂ ヒータ線 １０、２０、３０ 貯留タンク １１ 潜熱蓄熱材 １１ａ 固相の潜熱蓄熱材 １１ｂ 液相の潜熱蓄熱材 １２ 上部空間 １３、２３、３３ 温水加熱管

フロントページの続き (72)発明者 田頭 成能 神戸市西区高塚台１丁目５番５号 株式会 社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内 (72)発明者 内木 幸夫 大阪市北区中之島３丁目３番22号 関西電 力株式会社内 (72)発明者 中谷 勧 大阪市北区中之島３丁目３番22号 関西電 力株式会社内

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 貯留タンクの内部に、上部空間を確保し
   て固相の方が液相よりも比重が高い潜熱蓄熱材が貯留さ
   れ、その潜熱蓄熱材の相変態を利用して放熱または蓄熱
   が行われる潜熱蓄熱装置における潜熱蓄熱材の融解方法
   であって、 上記潜熱蓄熱材に熱伝達部材の少なくとも一部を挿入し
   ておき、潜熱蓄熱材が固相のとき、上記熱伝達部材の少
   なくとも潜熱蓄熱材への挿入部分において発熱密度が上
   側の方が下側よりも高くなるように上記熱伝達部材に熱
   を付与し、固相の潜熱蓄熱材をその上面から熱伝達部材
   に沿って融解させることを特徴とする潜熱蓄熱材の融解
   方法。
2. 【請求項２】 上記熱伝達部材にその上側から熱を付与
   することを特徴とする請求項１に記載の潜熱蓄熱材の融
   解方法。
3. 【請求項３】 上記熱伝達部材を、上下で異なる熱量に
   て加熱することを特徴とする請求項１に記載の潜熱蓄熱
   材の融解方法。
4. 【請求項４】 上記熱伝達部材を、その上部と下部とで
   タイミングを異ならせて加熱することを特徴とする請求
   項１に記載の潜熱蓄熱材の融解方法。
5. 【請求項５】 貯留タンクの内部に、上部空間を確保し
   て固相の方が液相よりも比重が高い潜熱蓄熱材が貯留さ
   れ、その潜熱蓄熱材の相変態を利用して放熱または蓄熱
   が行われる潜熱蓄熱装置において、 少なくとも下部が潜熱蓄熱材に挿入される熱伝達部材
   と、この熱伝達部材の上部に接続され、その上部に熱を
   付与する加熱源とを備えたことを特徴とする潜熱蓄熱装
   置。
6. 【請求項６】 上記熱伝達部材を複数有すると共に、こ
   れら熱伝達部材がその上部を単一の加熱源に接続してい
   ることを特徴とする請求項５に記載の潜熱蓄熱装置。
7. 【請求項７】 上記熱伝達部材は、少なくとも下部が潜
   熱蓄熱材に挿入される複数の潜熱蓄熱材挿入部と、これ
   ら潜熱蓄熱材挿入部を上部で連結する連結部とからな
   り、連結部に加熱源が接続されることを特徴とする請求
   項５に記載の潜熱蓄熱装置。
8. 【請求項８】上記熱伝達部材は一体成形により形成され
   ていることを特徴とする請求項７に記載の潜熱蓄熱装
   置。
9. 【請求項９】 貯留タンクの内部に、上部空間を確保し
   て固相の方が液相よりも比重が高い潜熱蓄熱材が貯留さ
   れ、その潜熱蓄熱材の相変態を利用して放熱または蓄熱
   が行われる潜熱蓄熱装置において、 上記潜熱蓄熱材に少なくともその下部が挿入されている
   熱伝達部材と、 熱伝達部材の内部に設けられ、熱伝達部材の下側より上
   側の方を発熱量が大となるような加熱が可能となるよう
   配された加熱源とを具備することを特徴とする潜熱蓄熱
   装置。
10. 【請求項１０】 上記加熱源は、その下側より上側の方
    をヒータの配設密度を大として構成されていることを特
    徴とする請求項９に記載の潜熱蓄熱装置。
11. 【請求項１１】 上記加熱源は、熱伝達部材の上下方向
    に２又は３以上の領域に分割され、各領域の加熱源毎に
    発熱量が制御されるようになっていることを特徴とする
    請求項９に記載の潜熱蓄熱装置。
12. 【請求項１２】 内部に熱交換用液体を通流する熱交換
    配管を備え、その熱交換配管が上記熱伝達部材と熱伝達
    可能に設けられていることを特徴とする請求項５乃至１
    １のいずれかに記載の潜熱蓄熱装置。
13. 【請求項１３】 上記熱交換配管は、潜熱蓄熱材の上方
    に設けられていることを特徴とする請求項１２に記載の
    潜熱蓄熱装置。