JP2850264B2

JP2850264B2 - 蓄放熱方法

Info

Publication number: JP2850264B2
Application number: JP2145798A
Authority: JP
Inventors: 和茂川村; 英司粟井; 政禎井岡
Original assignee: CHODA KAKO KENSETSU KK
Current assignee: CHODA KAKO KENSETSU KK
Priority date: 1990-06-04
Filing date: 1990-06-04
Publication date: 1999-01-27
Anticipated expiration: 2014-01-27
Also published as: JPH0439380A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は融解潜熱、さらには蒸発潜熱を利用する冷熱
から温熱までの広範囲の温度で適用できる蓄放熱方法に
関する。

［従来の技術］従来、冷熱、温熱に限らず、蓄放熱方法は、液体や固
体の顕熱を利用するものであった。

しかしながら、顕熱を利用する方法は蓄熱量が小さく
実用化の大きな弊害になっていた。そのため、最近では
融解潜熱を利用する方法が多く研究され、熱利用の目的
に合った温度の蓄熱材等が開発されている。

しかし、従来から提案されている潜熱型蓄放熱方法
は、通常蓄熱材を容器内に密閉し、容器内外の熱交換に
よって熱授受を行なうものであり、実用化においては、
容器の強度、材質、及び熱交換の伝熱速度や不均一性に
問題があった。

また、蓄放熱装置の大型化の容易性や大型化に伴う操
作上の追従性及び操作の連続的安定化の可能性等も問題
となっている。このためこれら密閉型方式に代り冷熱蓄
放熱方法では蓄熱材を系外へ取り出す方式や、蓄熱材と
熱媒体を直接接触させる方式が提案されている。

例えば、特開昭63−263367号公報には、水より比重の
小さい非水溶性の液体を熱媒体に用い、熱媒体層を水層
上に浮べ、水層の水の一部を熱媒体層中を重力により通
過させつつ直接熱交換させて製氷し、その氷を水層上部
に保持して蓄熱する方法が提案されている。

［発明が解決しようとする課題］しかしながら、上記従来法の系外に蓄熱材を取り出す
方式では、システムが複雑になると同時に機器数が多く
なり、実用化にはコスト的な問題が生じ、また凍結トラ
ブルを完全に回避することができず、且つ、消費電力量
が大きい等の問題がある。

さらに、前記特開昭63−263367号公報で提案されてい
る方式では、水を熱媒体層中を重力による自然落下させ
るため、蓄熱体である水の流下が不均一になる欠点があ
る。そのため、水の凝固物、即ち氷が熱媒体内などで塊
状態や凝結状態となり流下が阻害され、安定に連続操作
が出来なくなったり、凝固物が塊状で大きくなると蓄熱
凝固物の全表面積が小さくなってしまうため、放熱時に
充分な熱交換速度が確保できなくなる等の不都合が生ず
る。また、氷中に熱媒体が包含されてしまう問題から、
完全に両者を分離することが出来ずに、放熱側の負荷機
器に熱媒体の一部が流出する不都合も生ずる。

蓄放熱技術は省エネルギー技術としてその工業的実施
が長年要望されているが、上記のように技術的、経済的
に未解決の問題があるのが現状である。

本発明は、上記の問題を解決し、大型化装置にも適用
でき、簡易で且つ取り扱いが容易な、伝熱効率の高い蓄
放熱方法を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］本発明によれば、蓄熱体と熱媒体を用い潜熱を利用し
て15℃以下の冷熱の蓄熱と放熱を行なう方法において、
固液相変化する蓄熱体と該蓄熱体と比重差を有し且つ該
蓄熱体の固体生成温度より低い流動点温度を有する熱媒
体とを直接接触させ境界面を形成し、蓄熱時に該境界面
を流動、振動及び／または混相せしめて熱交換層を形成
して熱交換させ、該蓄熱体の一部を固化し、蓄熱体液相
から離脱させることを特徴とする蓄放熱方法が提供され
る。

さらにまた、蓄熱体と熱媒体を用い潜熱を利用して５
℃以上の温熱の蓄熱と放熱を行なう方法において、固液
相変化する蓄熱体と該蓄熱体と比重差を有し且つ該蓄熱
体の固体生成温度より低い流動点温度を有する熱媒体と
を直接接触させ境界面を形成し、放熱時に該境界面を流
動、振動及び／または混相せしめて熱交換層を形成して
熱交換させ、該蓄熱体の一部を固化し、蓄熱体液相から
離脱させることを特徴とする蓄放熱方法が提供される。

以下に、本発明について更に詳しく説明する。

本発明の蓄熱方法は上記のように構成され、原則的に
は液相状態にある熱媒体に外部から温熱または冷熱を熱
媒体に与え、先ず熱媒体に熱の蓄積を行ない、その後、
上記のように蓄熱体と熱媒体とから形成される熱交換層
において熱交換して蓄熱体に温熱または冷熱を蓄積す
る。

熱媒体への熱の付与は、公知のいずれの方法によって
もよいが、通常は、熱媒体層若しくは蓄熱体層中に伝熱
管を設置するか、熱媒体を外部に抜出し冷熱器等で熱交
換して行なう。冷えば伝熱管を熱媒体中に設置し、放熱
用の伝熱管を蓄熱体層または蓄熱用伝熱管と共通として
熱媒体層中に設置して、蓄熱のための熱付与は基本的に
熱媒体で行ない、蓄熱体での熱の蓄熱は、常時液層であ
る熱媒体を介して熱交換して行なわれる。

熱交換は、蓄熱体と熱媒体との境界面近傍に熱交換層
を形成して行なう。熱交換層は、例えば撹拌により蓄熱
体と熱媒体との境界面近傍上下を蓄熱体と熱媒体との混
相状態としたり、超音波等により上記境界面を振動状態
としたり、循環ポンプにより熱媒体を、蓄熱体と熱媒体
との境界面近傍に水平に、また垂直に吐出せしめる等の
方法によって境界面の上下に蓄熱体及び熱媒体両者の波
状接触状態や両者混在した混相状とすることにより形成
する。上記のようにして形成された熱交換層で冷熱蓄積
時または温熱放熱時に蓄熱体と熱媒体とを熱交換させ蓄
熱体から固体を凝固せしめる。上記熱交換相は常時運動
状態にあり、また局部的な熱媒体と蓄熱体との接触面は
常に入れ換わるので、蓄熱体からは微細固体が凝固しそ
の蓄熱体液相及び熱交換層から離脱する。また生成した
固体は熱交換層外の蓄積体液相に分散するが、上述の熱
交換層生成による手段によって熱交換させ固体を生成さ
せるので、蓄熱装置内の伝熱管や内壁に凝固物が殆ど付
着しない。従って、一般に固体の析出を伴なう操作で
は、機器の内壁等に固体の付着が発生しやすく、従来の
蓄放熱方法における冷却伝熱管面での凝固物付着による
トラブルが問題となっていたのに対し、本発明において
は、凝固物の付着が起こりにくく連続的に安定した運転
が確保できる。かかる熱交換層の蓄熱槽における占有容
積は、蓄熱体と熱媒体との組合せ及び使用量、蓄熱槽容
器形状、熱交換層形成手段の種類、能力等によって適宜
選択すればよく、例えばcm単位から熱媒体及び蓄熱体層
の半分に及ぶ大きさとなることもある。

また、熱交換層が接している蓄熱槽構造材や、これに
関する付帯設備機器の部分には凝固物の付着のおそれが
あるが、これらは特定の場所に限定されることから対策
が容易で、その部分に加熱手段を設ければよい。加熱手
段は電気ヒーター、温水、冷凍用圧縮機により加圧・液
化された暖かい媒体などが使用できる。加熱は連続的で
も、間欠的に行なってもよい。

本発明の方法は、蓄熱体及び熱媒体を選定することに
よって、冷熱から温熱までの広い温度領域の蓄放熱を行
うことができる。

本発明で用いる蓄熱体としては、15℃以下の冷熱を蓄
放熱する場合には、15℃以下で固液相変化するものであ
ればよく、例えば水、水にメタノール、エタノールなど
の低級アルコール類、アセトン、エチレングリコール類
若しくはKCl、NaCl、Na₃PO₄、Na₂SO₄、NaNO₃などの無機
塩類のうち少なくとも１種を加えた水溶液を用いること
ができる。これらは、氷の融解潜熱を利用するものであ
り、水溶液においては添加する前記の物質の凝固点降下
作用を利用して蓄熱温度を制御したり、または凝固物即
ち氷の核生成や結晶生長をコントロールすることができ
る。また、LiClO₃の如く添加物が水との共晶の形成作用
のために用いられる場合もある。凝固物が氷の場合、氷
は水中に浮くが、凝固物が共晶の場合、共晶は水中を沈
下する。

また、上記した蓄熱体の他に15℃以下の融点をもつ有
機化合物を用いることができる。例えば、パラキシレ
ン、シクロヘキサン、ｎ−オクタン、ｎ−ヘキサン、メ
タノール、酢酸などが挙げられ、これらを単一または混
合物で用いることができる。これらは蓄放熱温度と融点
がほぼ等しい条件で用いるのが好ましい。

一方、５℃以上の温熱の蓄放熱に用いる蓄熱体として
は、塩化カルシウム・６水塩、硫酸ナトリウム・10水
塩、酢酸ナトリウム・３水塩等の無機水和塩、あるいは
In,Bi,Snなどの低融点の金属及びこれらの三元素合金な
どの低融点の合金類が用いられる。

更に、エチレンオキサイド、ナフタリン、ベンゼン、
炭素数が14以上のパラフィン類などの融点が５℃以上で
ある有機化合物を用いることができる。

本発明の熱媒体としては、用いる蓄熱体によっても異
なるが、蓄熱体と比重差があり且つ蓄熱体と境界面を形
成するものを用いる。更に、熱媒体の流動点温度が、蓄
熱温度即ち蓄熱体の固体生成温度より低いものを用い、
熱媒体槽が常時液相を保持するようにする。熱媒体が常
に液相であることは、蓄熱時及び放熱時において凝固物
の伝熱管や装置内壁への付着がなく効果的である。更
に、低粘度の熱媒体は蓄放熱操作中において、熱媒体へ
の伝熱を促進させるための流動を容易にし、蓄熱体の凝
固物の熱媒体からの離脱を容易にすることから好まし
い。

また、蓄熱から固体が形成される際、該固体と蓄熱体
液相との比重関係により固体は蓄熱体液相中を浮上する
か沈降する。もし沈降方向に熱交換層があると、固体が
熱交換層内あるいは熱交換層近傍に集まってくる。本発
明においては、熱交換層及び蓄熱体層を運動状態におき
固体の微粒化促進及び熱交換層への集合を妨害している
が、固体濃度が増大してくるとかかる集合が増加して熱
交換の効率が低下するのを免れない。従って固体の運動
方向に熱交換層が形成されないように蓄熱体及び熱媒体
を選択することが望ましい。即ち冷熱蓄放熱の場合、氷
が生成する際には水あるいは水溶液より比重の大きい熱
媒体を選び、水と無機塩の共晶、有機化合物固体の生成
するような、氷以外の固体を生成する際は蓄熱体より比
重の軽い熱媒体を選ぶのが好ましい。５℃以上の温熱蓄
放熱の際には氷生成は起こらず、すべて蓄熱体より比重
の小さな熱媒体を選ぶのが好ましい。

なお、蓄熱槽のほかに撹拌機付き別槽を設け、熱交換
層の近傍の蓄熱体層から固体リッチの蓄熱体を別槽に抜
き出し、液相のみを蓄熱槽に再循環するという方法によ
っても、前記の難点を防止出来る。

また、蓄熱体と境界面を形成するためには、熱媒体と
蓄熱体とが相溶性のないものが好ましい。但し、僅かに
相溶性があっても境界面を形成し分離状態を保持するも
のは使用することができる。また、乳化しやすいものも
使用することは好ましくない。これは熱媒体の流出によ
る損失や熱媒体中の伝熱面への蓄熱体凝固物の付着をさ
けるためである。

上記のような熱媒体としては、例えば水、フロン系冷
媒、パラフィン系やアルコール系の有機化合物などが挙
げられる。その他、通常用いられている冷媒や灯油、潤
滑油なども用いることができる。

更に、本発明において、蓄熱槽を密閉し、熱媒体とし
て、沸点が蓄熱体の固体生成温度Ｔ以上で、Ｔ＋150℃
以下の物質を用いることによって、蓄熱体の潜熱を利用
するのみでなく、熱媒体の気化潜熱を利用することもで
きる。この場合には、全蓄熱量を大きくすることができ
る。だだし、熱媒体の沸点がＴ＋150℃以上では、蓄熱
温度における熱媒体蒸気圧が小さく、効果がほとんど認
められない。さらに、固体生成温度以下では蒸発が激し
く、熱媒体としての本来の目的が達成できない。従っ
て、通常、熱媒体としては沸点がＴ＋30〜Ｔ＋100℃範
囲にあるものが好ましい。

また、上述したような沸点がＴ以上でＴ＋150℃以下
の熱媒体は、蓄熱体と熱媒体の境界面に熱偏流や流動を
起こさせるため、固化の核発生や熱伝導を向上させる。
更に、この効果は熱媒体の比重が蓄熱体より大きい場合
に顕著である。

本発明の熱媒体と蓄熱体との熱交換は、熱交換層で両
者の境界面を介して行うもので、従来の金属やプラスチ
ック等の固体装置面を介する熱交換では凝固物の装置面
への付着固化が回避できなかったのに比し、そのような
トラブルが生じることがなく連続して安定した操作が可
能となる。

本発明においては、上記したようにポンプや撹拌機を
用いて蓄熱体及び熱媒体の少なくとも一方を液混合する
ことにより、または超音波振動等を用いることにより、
蓄熱体と熱媒体の境界面を流動、振動及び／また混相状
態とし熱交換層を形成するが、更に、蓄熱体もしくは熱
媒体の一方を他方内に流下させる方法が併用できる。即
ち、この流下方法単独の場合に発生してトラブルの原因
となる大型凝固体が、本発明では熱交換層と蓄熱体との
運動により防止出来るからである。更にまた、ガスを導
入させてもよい。

本発明において、蓄熱体と熱媒体との比重差は、境界
面の生成及び消滅速度を速めるため、蓄熱体凝固物を熱
交換層全体に大きく生成させることなく、微細な固体粒
子として熱交換層面から連続的に離脱させることができ
る。これによって、蓄熱体を微細な凝固物として貯蔵し
蓄熱することができる。また、蓄熱体の固相と液相の比
重差が、凝固体の離脱にさらに役立つことが多い。

また、蓄熱体の熱交換による凝固生成に関しては過冷
却の問題があるが、本発明においては、熱交換層形成に
より、境界面の熱伝導効率が向上すると共に、熱交換層
の流動、振動や波立ちなどが、更にまた過冷却を防止す
る効果がある。

上記のように、本発明では蓄熱体の凝固物が生成する
場所として定められた蓄熱体と熱媒体の境界面の熱交換
層で起こることから、凝固物の生成を制御することがで
きる。従って、連続的に安定した蓄放熱を行なうことが
できる。

更にまた、より効果を大きくするために、蓄熱体や熱
媒体に、無機質や有機質の発核剤を添加することもでき
る。更に、蓄熱体に生成した凝固物の凝集・付着を防止
するため、有機質例えば、蓄熱体として水を用いた場合
にエチレングリコール類などを添加してもよい。

本発明において、温熱の蓄放熱と冷熱の蓄放熱とで蓄
熱体の相変化が異なり、温熱蓄放熱においては放熱時に
蓄熱体の凝固物が生成し、逆に冷熱蓄放熱では蓄熱時に
凝固物が生成する。従って、温熱の場合と冷熱の場合と
は方式の態様が異なる。下記にそれぞれ例を挙げて説明
する。

（１）温熱蓄放熱の場合（ａ）基本方式第１図に示すように、蓄放熱槽１に熱媒体層２と蓄熱
体層３を形成させる。その後、熱媒体層内に設けた伝熱
管４内に、ヒーター10′で加熱した熱媒を流し、また撹
拌器５、５′によって蓄熱体層３及び熱媒体層２を激し
く撹拌、混合し、蓄熱体の凝固物20が溶解して液状とな
り、蓄熱体層３に温熱を蓄熱することができる。一方、
放熱は撹拌器5,5′によって、熱交換層50を形成するよ
うに蓄熱体層３及び熱媒体層２を撹拌しながら、熱媒体
層内の伝熱管４内に熱媒を流し、熱交換器８で被加熱物
に熱を付与する。その際、熱交換層で蓄熱体の凝固物20
が生成する。

また、伝熱管４は熱交換層50を避けた位置に設置し、
加熱用ヒーター10′と放熱用熱交換器は切り換えて使用
する。

なお、この場合、図面上は熱媒体が下層であるが、熱
媒体層と蓄熱体層とを逆にしてもよく、その場合は生成
凝固物が熱交換層近傍より蓄熱槽底部に集まる。また、
図面上は、伝熱管４を熱媒体中に設けてあるが、熱媒体
を伝熱管４を設けずに、直接、ヒーター10′もしくは熱
交換器８に導入し、熱の授受を行なってもよい。

（ｂ）変形方式上記（ａ）の方式に加え、更に熱媒体を熱媒体循環ポ
ンプ11を用い蓄熱体層３上に熱媒体２を循環するライン
を加えたものである。熱媒体２が蓄熱体層３内を滴下も
しくは柱状になって落下する間の熱媒体と蓄熱体の境界
面にも凝固物が生成し、さらに撹拌により凝固物は微粒
となり、熱伝導効率を補助上昇する効果がある。

（ｃ）変形方式熱交換器８を被加熱体への熱付加用と熱媒体加熱用ヒ
ーター10′との双方に使用できるようにすると共に、撹
拌機５及び５′を共通として熱媒体中の境界面近くに一
機設置したタイプであり、放熱時に弱く撹拌して熱交換
層を形成し、蓄熱時には強く撹拌して熱媒体と蓄熱体と
が完全混合に近い状態でほぼ１層状態となるようにす
る。また、蓄熱体スラリーをポンプで蓄熱体層３上に循
環させ、熱伝導の促進、凝固物の堆積防止を図ってもよ
い。

（ｄ）変形方式上記（ａ）方式の熱媒体層に設けた伝熱管に接続され
ている加熱器10′に加え、加熱用（蓄熱用）として、蓄
熱体層内に伝熱管４′を設け、さらに循環ポンプ７と加
熱器10″を伝熱管４′に接続したものである。

（２）冷熱蓄放熱の場合（ｅ）基本方式第２図（ａ）に示すように、熱媒体は下層の熱媒体層
２を形成し、冷却器10で冷却した冷媒を熱媒体冷却用の
伝熱管４内に流し、熱媒体に冷熱を付与し、また、冷熱
の取り出しは、蓄熱体層内に設けられた伝熱管４′、ポ
ンプ７及び熱交換器８によって行なう。それ以外は前記
第１図の方式と同様である。但し、熱交換層で蓄熱体の
凝固物20が生成され、蓄熱体層中に移動し冷熱を蓄熱す
ることができる。

（ｆ）変形方式前記温度蓄放熱の（ｂ）方式と同様の方式で、撹拌と
同時に熱媒体をポンプ11で抜き出し滴状もしくは柱状で
蓄熱体層３内を落下させる。熱伝導効率を補助上昇する
効果がある。

（ｇ）変形方式第２図（ｂ）において、前記（ｅ）方式における撹拌
機５を界面近傍上部の蓄熱体層中に単に一機設ると共
に、熱媒体の冷却を行う冷熱器10とは別に、熱交換器８
を蓄熱体の放冷のみでなく、蓄冷時にも作動させ冷却と
放冷を切換えて行うことができる熱交換器とし、蓄熱体
の蓄冷を熱媒体との熱交換のみでなく熱交換器８でも行
なうものである。蓄冷時に、蓄熱体層に配設する熱交換
用伝熱配管12表面に熱媒体をポンプ11にて吸引して流下
させることにより、熱交換効率及び速度を高めることが
でき、蓄熱体層中の配管に凝固物が付着することも防止
できる。さらに、熱媒体の流下が安定して生成した凝固
物が塊状になることを防止できる。

（３）氷蓄放熱の場合蓄熱体に水及び水溶液を用い氷が生成する場合には、
凝固物の氷の比重が水より小さく、他の蓄熱体を用いた
場合と異なるので特に次に説明する。

（ｈ）基本方式第３図（ａ）に示した方式は、上記の温熱蓄放熱の
（ａ）方式及び冷熱蓄放熱の（ｅ）方式において、蓄熱
体として水を用いた場合を示したものである。この場
合、氷20の比重は水に比べて小さく蓄熱体層３の上方部
に浮上するため、その部分の氷と水とのスラリーもしく
は水を抜き出して放熱すると共に、融解もしくは温度上
昇した水を蓄熱体層３表面上部より滴下して戻す方式で
ある。

（ｉ）変形方式第３図（ｂ）に示した方式は、熱媒体層２の底部より
ポンプ11を経て、境界面近くでそれより上部に熱媒体を
噴出するパイプ13を配設したものである。パイプ13は、
第３図（ｃ）に拡大図を示したように、主流管14から分
岐した分岐管14′を設け、分岐管14′から噴出する熱媒
体が分岐管14′の外壁を濡れ壁を形成するように流れ落
ちるようになり、境界面30は分岐管14′の上部から連続
して形成され同時に熱交換層となる。従って、熱媒体と
蓄熱体の熱交換境界面積が大きくなると共に、熱交換層
の流動を大きくする効果がある。

以上説明した各方式において、ポンプによる液循環
を撹拌機に代用すること（第６図参照）、生成した凝
固物を含有する蓄熱体スラリーを別に設置した槽に送
り、蓄熱体スラリーの液体部のみを蓄熱体層に戻す操作
を繰り返すことによって、別に設置した槽に蓄熱貯蔵す
ること（第７図参照）、各熱交換用のチューブを槽内
に設け冷媒等を流通して蓄熱体及び熱媒体と熱交換する
ようにしてあるが、逆にチューブ内に熱媒体あるいは蓄
熱体を循環して熱交換すること等の態様を採ってもよ
い。また冷熱蓄放熱の場合で、冷熱を放熱する方法と
して、熱交換用のチューブを設けることなく、蓄熱体を
直接に循環して、被冷熱物を冷却してもよい。

また、上記の各方式において、蓄熱時と放熱時に撹拌
機の回転数またはポンプの流量を変化させることにより
各操作の効率を必要に応じて変化させることができる。

本発明は上記のように構成され、蓄熱体を容易に取り
扱うことができるため、冷・温熱どちらの蓄放熱にも利
用できる。従って、同一装置で用途（温度）を変更でき
る。また、異なる温度の蓄熱に使用できる蓄熱体例え
ば、融点の異なり、かつ相互溶解する蓄熱体の混合物な
どを用いることによって、複数点の蓄熱温度を自由に選
定することができる。さらに、氷蓄熱の冷暖房システム
の如く、一方の蓄熱で顕熱を利用する場合にも、異なる
温度の蓄熱を行なうことができる。更にまた、蓄熱体の
一部を凝固物として蓄熱体中に分散させてスラリー状態
とするもので熱伝導性が良好で、熱授受が容易な蓄放熱
方法であり大型装置にも適用できる。

［実施例］以下に、本発明の実施例について図面を参照にして更
に詳細に説明する。但し、本発明は以下の実施例により
限定されるものでない。

（実施例１）第４図は、本発明の氷を利用した氷蓄放熱方法に関す
る実施例の断面説明図である。第４図において、内径10
5mm、長さ1000mmのFRP製有底円筒状蓄放熱槽１に、熱媒
体としてフロン系不活性流体（旭硝子（株）製、商品
名：アクルード、比重:1.77）2kgを入れ、次いで蓄熱体
としてエチレングリコールの２重量％水溶液を6kg入
れ、熱媒体層２と蓄熱体層３を形成した。撹拌機５を、
蓄熱体と熱媒体との境界面から上方に約40mmのところに
翼６がくるように設置した。その後、伝熱管４内に冷却
器10によって−20℃に冷却された冷媒（メタノール）を
通過させた。また、槽内壁に氷の付着を防止するため熱
媒体層２と蓄熱体層３との境界面を含み上下10mmに亘る
熱交換層に該当する槽外表面部に電気ヒーター15を設け
た。撹拌機５を回転数400rpmで作動させながら、熱媒体
層３を−８〜−６℃に冷却制御した。

その結果、蓄熱体槽２と熱媒体層３の境界面が激しく
混合した状態になり、約10〜30mmの幅に熱交換層（氷生
成ゾーン）50が形成され、平均粒径約0.5〜2.0mmの氷片
が200〜260g/hrの速度で連続的に生成した。生成した氷
片は、比較的静状態の蓄熱体層３の上部に浮上し、冷熱
を氷として貯蔵・蓄熱することができた。

その後冷却を止めて、蓄熱体層３から約０℃の蓄熱体
の一部を循環ポンプ31で抜出し、熱交換器８にて温水９
と熱交換し、ライン19を経て蓄放熱槽１に噴出循環する
放熱操作を行なった。

その結果、連続的に安定した運転を行うことができ
た。また、全操作において、蓄放熱槽１への氷付着は発
生しなかった。

なお、第５図（ａ）は撹拌機５の撹拌翼６の平面説明
図及び第５図（ｂ）は撹拌翼６の断面説明図である。第
５図に示したように撹拌機６は、直径65mmの円板に60゜
間隔に厚さ2mm、幅12mm、長さ20mmの直方体６ヶを配置
した形状のものを用いた。この撹拌翼を用いることによ
って上層の蓄熱体層内の全体混合が過度にならないよう
にしたので、氷の上昇速度が大きくなり、貯蔵をスムー
ズに行なうことができた。

（実施例２）第６図は、本発明の他の実施例を示す断面説明図であ
る。第６図において、撹拌機の代りに、熱媒体循環ポン
プ11を用いて熱媒体を熱媒体層２から抜出し、蓄熱体層
３と熱媒体層２の境界面30及び境界面下方部に水平方向
に噴出させて境界面を流動させ熱交換層50を形成した以
外は実施例１と同様にした。

その結果、実施例１と同様に蓄放熱することができ
た。

（実施例３）第７図は、本発明の他の実施例を示す断面説明図であ
り、蓄放熱槽１とは別に貯蔵槽16を設け、蓄熱後の蓄熱
体をポンプ31′により貯蔵槽16に送入し、また、貯蔵槽
16から蓄熱体層３へはライン21で重力により自然流下さ
せ蓄熱体を戻して循環し、貯蔵槽16で蓄熱と放熱を行な
うようにした。貯蔵槽16の底部には撹拌機18を設置して
蓄熱体スラリーが維持でき、かつ、上部のスラリー濃度
が小さくなる程度に撹拌した。尚、撹拌機５の撹拌翼は
上下二段として、上翼は実施例１と同様にし、下翼はタ
ービン型として、上翼は蓄熱体層３中に、また下翼は熱
媒体層２中に配置した。

第７図の装置において、蓄熱体としてｎ−デカンを用
い、熱媒体として実施例１と同じフロン系不活性流体を
用いて、−30〜−40℃に冷却制御した以外は、実施例１
と同様にして蓄熱操作を行った。その結果、−30℃付近
の冷熱を約20mmの板状のｎ−デカン凝固物として貯蔵槽
16にポンプ31′より送入し、スラリー状で貯蔵すること
ができた。

更に放熱操作では、貯蔵槽16において、伝熱管17に０
℃のメタノールを流通させて−24〜18℃に冷却すること
ができた。

（実施例４）実施例３と同一の方法で、蓄熱体のｎ−デカンにアセ
トンまたはメタノールを20重量％添加してそれぞれ蓄熱
操作を行った。

その結果、いずれの場合も約5mm以下の微細な凝固物
粒子が分散されてスラリー状の蓄熱体となった。また放
熱操作では、粒子が微細化したことによって溶解速度が
大きくなるため、実施例３に比べて放熱負荷に対する追
従性が良好であった。

（実施例５）第８図は、本発明の温蓄放熱方法の一実施例を示す断
面説明図である。第８図において、内径105mm、高さ100
0mmの有底円筒状FRP製蓄放熱槽１に、蓄熱体として塩化
カルシウム６水塩を6.5kgと発核材NaClを50g添加し、熱
媒体としてシリコン系オイル2.2kgを、それぞれ40℃に
加熱して投入した。その結果、上層部に熱媒体層２、下
層部に蓄熱体層３が形成された。また、熱媒体層２内の
境界面の上方近傍と、蓄熱体層３の底部に、それぞれ実
施例１と同様の撹拌翼を配置するようにして撹拌機５を
設置した。

その後、撹拌機５を作動しながら熱交換層50を形成し
て放熱操作とし、熱媒体層２内に設けた伝熱管４に10〜
12℃の水を通水し、伝熱管出口から18〜21℃の温水を得
た。また、蓄熱体層３は約30℃で凝固物粒子が分散して
いる状態になった。

次いで蓄熱操作として、伝熱管４内に40〜45℃の温水
を通水した。その結果、凝固物粒子が溶解し蓄熱体層３
は再度液状となり約40〜42℃で蓄熱することができた。
なお、撹拌機５の回転数は、放熱操作時は400rpm、蓄熱
操作時は750rpmであった。蓄熱操作時は回転数を上げる
ことにより、槽１内を全体的に混合状態として蓄熱効率
を高めた。

（実施例６）蓄放熱槽１を密閉型とし、熱媒体としてｎ−ヘプタン
を用いた以外は実施例５と同様にして実施した。その結
果、得た温水は実施例５の結果に比べて、温度が0.5〜
1.5℃高くなり、通水量は10％程度増加した。

（実施例７）第９図は、実施例１の同様の蓄熱体、熱媒体を用いる
他の実施例の断面説明図である。第９図において、蓄放
熱槽１は密閉型とし、蓄放熱槽１の他に実施例３と同様
に開放型貯蔵槽16を設けたが、実施例３とは逆にライン
21で自然流下により蓄熱体槽３の上層部の蓄熱体を貯蔵
槽16内に移送し、一方槽16下部の蓄熱体をポンプ31′に
より蓄熱体層３下部に圧入することにより蓄熱体を蓄方
熱槽１と貯蔵槽16間に循環させた。また、蓄放熱槽１に
は撹拌機の代りにブロワー20を設け、熱媒体層２底部か
らガスを吹出すようにした。貯蔵槽16には放熱用に蓄熱
体を抜き出すポンプ31、熱交換機８、蓄熱体を循環する
ライン19を配置した。また、貯蔵槽16の底部には固液分
離用壁22を設け、放熱により液状となった蓄熱体のみを
抜き出すようにした。

第９図において、ブロワー20により20/hrの空気を
導入し熱交換層50を形成し、同時にライン21とポンプ15
を作動し蓄熱体を循環した以外は実施例１と同様にして
蓄熱操作と放熱操作を行った。

この結果、蓄熱により生成した氷にガスが付着し浮上
力が増加し、熱交換層から容易に脱離して上昇し、熱交
換層全体での氷生成を防止することができ、伝熱効率を
高めることができた。また、貯蔵槽16を設けることによ
り、連続的に大量の氷貯蔵することができた。

（実施例８）実施例３において、撹拌機５の上部撹拌翼を熱交換層
内に配置し、更に上部撹拌機にヒーターを内蔵させた。
その結果、氷の生成量が、30重量％増加した。

［発明の効果］本発明の蓄熱方法によれば、熱伝導が良好で速やかな
蓄放熱速度を有し、簡易で、取り扱いが容易である。さ
らに、本発明は冷熱から温熱までの広範囲の蓄放熱に対
し、蓄熱体などを変えることによって対応することがで
きる。

特に本発明の方法は、熱伝導が良好であるため、大型
化が容易である。また、空調用水蓄熱システムに用いた
場合、凍結トラブルがなく、シャーベット状の氷を生成
できる方法であり、かつ、暖房にも効率的に使用でき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の温熱蓄放熱方法の概要図、第２図は本
発明の冷熱蓄放熱方法の概要図、第３図は本発明の氷蓄
放熱方法の概要図である。第４図は本発明の一実施例の
断面説明図、第５図は本発明の一実施例で用いた撹拌機
の説明図である。第６図〜第９図はそれぞれ本発明の他
の実施例の断面説明図である。１……蓄放熱槽、２……熱媒体層３……蓄熱体層、４、12、17……伝熱管５、５′、18……撹拌機６……撹拌翼、７……媒体循環ポンプ８……熱交換器、10……冷却器 10′、10″……加熱器 11……熱媒体循環ポンプ、13……パイプ 14……主流管、14′……分岐管 15……電気ヒーター、16……貯蔵槽 19……蓄熱体循環ライン、20……凝固物 21……流下ライン、22……固液分離用壁 30……境界面 31、31′……蓄熱体循環ポンプ 50……熱交換層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) C09K 5/06 F28D 20/00 F25C 1/00 ＷＰＩ／Ｌ（ＱＵＥＳＴＥＬ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】蓄熱体と熱媒体を用い潜熱を利用して15℃
以下の冷熱の蓄熱と放熱を行なう方法において、固液相
変化する蓄熱体と該蓄熱体と比重差を有し且つ該蓄熱体
の固体生成温度より低い流動点温度を有する熱媒体とを
直接接触させ境界面を形成し、蓄熱時に該境界面を流
動、振動及び／または混相せしめて熱交換層を形成して
熱交換させ、該蓄熱体の一部を固化し、蓄熱体液相から
離脱させることを特徴とする蓄放熱方法。
【請求項２】該蓄熱体より生成する固体の蓄熱体液相に
対する比重が小なる場合は該蓄熱体より比重の大なる熱
媒体を用い、該固体の比重が大なる場合は該蓄熱体より
比重の小なる熱媒体を用いる請求項（１）記載の蓄放熱
方法。
【請求項３】該蓄熱体が水、低級アルコール類、アセト
ン、エチレングリコール類及び無機塩類のうちの少なく
とも一種を含む水溶液または融点15℃以下の有機化合物
である請求項（１）または（２）記載の蓄放熱方法。
【請求項４】蓄熱体と熱媒体を用い潜熱を利用して５℃
以上の温熱の蓄熱と放熱を行なう方法において、固液相
変化する蓄熱体と該蓄熱体と比重差を有し且つ該蓄熱体
の固体生成温度より低い流動点温度を有する熱媒体とを
直接接触させ境界面を形成し、放熱時に該境界面を流
動、振動及び／または混相せしめて熱交換層を形成して
熱交換させ、該蓄熱体の一部を固化し、蓄熱体液相から
離脱させることを特徴とする蓄放熱方法。
【請求項５】該蓄熱体より比重の小なる熱媒体を用いる
請求項（４）記載の蓄放熱方法。
【請求項６】該蓄熱体が無機水和塩、合金類または融点
５℃以上の有機化合物である請求項（４）または（５）
記載の蓄放熱方法。