JP5594752B2 - 蓄熱装置 - Google Patents
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Description
本発明は、物質の相変化を利用して外部から与えられた熱を貯蔵する蓄熱装置に関するものである。
相変化の履歴を上手く利用すれば、潜熱を長時間効率的に貯蔵することができる。たとえば、多価アルコールの一つであるスレイトールの融液を冷却した場合、スレイトールの融点は８７℃程度であるが、融点では凝固が始まらずに液体のままで過冷却され、融点よりも低温で凝固を開始するのが一般的である。過冷却後に一旦凝固が始まれば、スレイトールの温度は融点に回復し、凝固が完了するまで融点の熱を放出し続ける。このような性質を利用すれば、物質を過冷却状態のまま低温で保存し、必要時に凝固させて融点である高温の熱を得ることができる。
図３は特許第３８６７１７号明細書、特許第２９８１８９０号明細書等に記載されている従来の蓄熱装置を示す。図３において、３１は蓄熱容器３２に小分けされた過冷却可能な相変化蓄熱材、３３は蓄熱槽、３４は蓄熱槽の大部分を占める領域Ａ（蓄熱部）と僅かな部分を占める領域Ｂ（発核部）とに蓄熱槽内を分断する断熱板、３５は電熱器、３６と３７は蓄熱槽の僅かな部分を占める領域Ｂに外部から熱媒体を注入、抽出して、蓄熱材３１と熱交換を行わせるための管路、３８と３９は蓄熱槽の大部分を占める領域Ａに外部から熱媒体を注入、抽出して、蓄熱材３１と熱交換を行わせるための管路である。
上述のように構成された蓄熱装置において、熱の注入過程では熱源から管路３６、３７および管路３８、３９を介して蓄熱槽３３の蓄熱部（Ａ）及び発核部（Ｂ）に高温の熱媒体を循環させ、相変化蓄熱材３１を融解させる。熱の保存過程では、蓄熱槽３３から周囲環境への自然放熱によって蓄熱材３１の温度が徐々に低下し、やがて融点を下回って過冷却状態になり、相変化蓄熱材３１が過冷却状態で保持し続けられる。熱の抽出過程では、相変化蓄熱材３１の過冷却状態を解除するために自発的凝固開始温度よりも低い温度の熱媒体を熱源から管路３６、３７を介して蓄熱槽３３の発核部（Ｂ）に循環させ、発核部（Ｂ）に位置する相変化蓄熱材３１を冷却する。この操作により、相変化蓄熱材３１の下部から発核が起こり、相変化蓄熱材３１の再結晶化が始まる。ひとたび再結晶化が始まれば、結晶は急速に上方へ成長していく。そこで、管路３８、３９を介して熱媒体を蓄熱槽３３の蓄熱部（Ａ）に循環させれば、相変化蓄熱材３１から放出される凝固熱を回収し、蓄熱装置に接続された熱利用設備で利用することができる。
特許第３８６７１７号明細書
特許第２９８１８９０明細書
上述のように構成された蓄熱装置においては、蓄熱槽３３から周囲環境への自然放熱によって蓄熱材３１の温度が徐々に低下し、環境温度に近づくが、蓄熱材３１の自発的な凝固開始温度が環境温度よりも高ければ、蓄熱材３１の温度が自発的凝固開始温度に達したときに、意に反して凝固を開始してしまう場合が起きえる。これを防止するためには、蓄熱材の温度保持のために、貯蔵期間中に管路３６、３７および管路３８、３９を介して熱源から蓄熱槽３３の蓄熱部（Ａ）及び発核部（Ｂ）に高温の熱媒体を循環させ、蓄熱材３１を加熱するか、電熱器３５に通電して蓄熱材３１を加熱する操作が必要になる。しかし、太陽熱のように熱の得られる時期が完全に限定されたり、貯蔵期間中は熱源機器が停止する場合などは、僅かではあっても過冷却状態を保持するための熱が得られず、追加の熱源機器が必要になる。
また、温度保持のための加熱を行わない場合には、主として蓄熱槽の外壁近傍にある蓄熱材、あるいは蓄熱カプセル中の蓄熱材から順次凝固を開始し、その凝固熱が熱源となって、蓄熱槽内の温度が保持されることになるが、その場合には融点よりも低い温度の保持に融点の温度の潜熱が利用されることになるので、貯蔵された有効エネルギーを大幅に低下させてしまうことになる。
また、温度保持のための加熱を行わない場合には、主として蓄熱槽の外壁近傍にある蓄熱材、あるいは蓄熱カプセル中の蓄熱材から順次凝固を開始し、その凝固熱が熱源となって、蓄熱槽内の温度が保持されることになるが、その場合には融点よりも低い温度の保持に融点の温度の潜熱が利用されることになるので、貯蔵された有効エネルギーを大幅に低下させてしまうことになる。
本発明は、上述のような問題点を解消するためになされたもので、貯蔵中に追加の熱が無くとも貯蔵された有効エネルギーを効率的に利用することで、蓄熱材の過冷却状態の長期的な保持が可能な蓄熱装置を提供することを目的とする。
本発明による蓄熱装置は、内部に熱媒体が循環する蓄熱槽（蓄熱槽４）の内部に配置され、該熱媒体から与えられた熱を内部に充填された過冷却可能な相変化蓄熱材を過冷却状態にして貯蔵する蓄熱容器であって、ｎ種類（ｎは２以上の自然数）の過冷却可能な相変化蓄熱材がそれぞれ別々に充填されたｎ種類の蓄熱容器と、該蓄熱容器に充填された前記相変化蓄熱材を局所的に冷却して過冷却状態を解除する手段とからなり、前記ｎ種類の相変化蓄熱材において、第ｉ番目（１≦ｉ≦ｎ−１）の相変化蓄熱材の融点は、第（ｉ＋１）番目の相変化蓄熱材の融点よりも高く、かつ、前記第ｉ番目の相変化蓄熱材の凝固開始温度は前記第（ｉ＋１）番目の相変化蓄熱材の凝固開始温度よりも低いことを特徴とする。
また、前記第（ｉ＋１）番目の相変化蓄熱材の充填された蓄熱容器は、前記第ｉ番目の相変化蓄熱材の充填された蓄熱容器よりも前記蓄熱槽の外壁に近い位置にあることを特徴とする。
また、前記第（ｉ＋１）番目の相変化蓄熱材の充填された蓄熱容器は、前記第ｉ番目の相変化蓄熱材の充填された蓄熱容器よりも前記蓄熱槽の外壁に近い位置にあることを特徴とする。
また、本発明による蓄熱装置は、内部に熱媒体が循環する蓄熱槽であって、過冷却可能なｎ種類（ｎは２以上の自然数）の相変化蓄熱材がそれぞれ別々に充填され、前記熱媒体から与えられた熱を各相変化蓄熱材を過冷却状態にして貯蔵するｎ種類の蓄熱槽と、該蓄熱槽に充填された相変化蓄熱材を局所的に冷却して過冷却状態を解除する手段からなり、前記ｎ種類の相変化蓄熱材において、第ｉ番目（１≦ｉ≦ｎ−１）の相変化蓄熱材の融点は、第（ｉ＋１）番目の相変化蓄熱材の融点よりも高く、かつ、前記第ｉ番目の相変化蓄熱材の凝固開始温度は前記第（ｉ＋１）番目の相変化蓄熱材の凝固開始温度よりも低く、かつ、前記第ｉ番目の相変化蓄熱材を貯蔵する蓄熱槽は、少なくともその側面が前記第（ｉ＋１）番目の相変化蓄熱材を貯蔵する蓄熱槽に部分的に包囲されるように配置されていることを特徴とする。
また、前記第ｉ番目の相変化蓄熱材は多価アルコールを主成分とし、前記第ｊ番目（ｊ＞ｉ）の相変化蓄熱材はポリエチレングリコールを主成分とすることを特徴とする。
また、前記第ｉ番目の相変化蓄熱材は多価アルコールを主成分とし、前記第ｊ番目（ｊ＞ｉ）の相変化蓄熱材はパラフィンを主成分とすることを特徴とする。
また、前記第ｉ番目の相変化蓄熱材は多価アルコールを主成分とし、前記第ｊ番目（ｊ＞ｉ）の相変化蓄熱材はパラフィンを主成分とすることを特徴とする。
本発明の蓄熱装置は蓄熱装置内に融点の異なる相変化蓄熱材が別々に充填されており、融点の高い相変化蓄熱材の自発的な凝固開始温度は、融点の低い相変化蓄熱材の自発的な凝固開始温度よりも低くなるように構成されている。このため、貯蔵後の環境中への熱損失で相変化蓄熱材の温度が低下し、融点の高い相変化蓄熱材の温度がその凝固開始温度に近づいても、融点の低い相変化蓄熱材の方が先に自発的に凝固を開始して凝固熱を放出し、蓄熱装置内を加熱する。すなわち、融点の低い相変化蓄熱材が完全に凝固して潜熱の放熱を停止するまでは、融点の高い方の相変化蓄熱材の温度は、融点の低い方の相変化蓄熱材からの放熱で、自発的な凝固開始温度よりも高温に保持され、過冷却状態も保持させることができる。この動作において、融点の高い方の相変化蓄熱材の過冷却状態を保持するための熱は、該蓄熱材が保持する高温の潜熱ではなく、融点の低い方の蓄熱材が保持する低温の潜熱が利用されるので、有効エネルギーを効率的に利用することになる。
また、融点の低い相変化蓄熱材は、融点の高い相変化蓄熱材よりも低温の熱源で融解できるので、より多様な熱源を適用することも可能になる。
さらに、融点の高い方の相変化蓄熱材は融点の低い方の相変化蓄熱材に取り囲まれるように配置されるので、蓄熱装置から周囲環境への熱損失で低温度になりやすい蓄熱装置外壁近傍の温度は、融点の低い方の相変化蓄熱材からの放熱で徐々に温度降下させることができ、融点の高い方の相変化蓄熱材の温度低下を抑制させることもできる。
さらに、融点の高い方の相変化蓄熱材は融点の低い方の相変化蓄熱材に取り囲まれるように配置されるので、蓄熱装置から周囲環境への熱損失で低温度になりやすい蓄熱装置外壁近傍の温度は、融点の低い方の相変化蓄熱材からの放熱で徐々に温度降下させることができ、融点の高い方の相変化蓄熱材の温度低下を抑制させることもできる。
本発明の蓄熱装置は、融点が高く自発的凝固開始温度の低い蓄熱材が、それよりも融点が低く自発的凝固開始温度の高い別の蓄熱材と併用され、とくに融点の低い蓄熱材が高い蓄熱材を包囲する場所に配せられていることを特徴とする。
図１は本発明の蓄熱装置の断面構造図である。図１において、１と２はそれぞれ過冷却可能な相変化蓄熱材であり、蓄熱材１は蓄熱材２よりも融点が高く、かつ自発的な凝固開始温度が低い材料を用いる。たとえば、蓄熱材１にスレイトール、蓄熱材２に６０℃程度に融点を示す分子量のポリエチレングリコールを適用すれば、蓄熱材１の融点は８７℃、自発的凝固開始温度は４０℃程度、蓄熱材２の融点は６０℃、自発的凝固開始温度は５０℃程度となるので、[蓄熱材２の融点]＜[蓄熱材１の融点]及び［蓄熱材１の自発的凝固開始温度］＜[蓄熱材２の自発的凝固開始温度]の関係を満たす。
蓄熱材１と蓄熱材２には、上記温度関係を満たす物質であれば上記例に限定されず、種々の物質の組み合わせを適用できる。たとえば、蓄熱材１にはエリスリトール（融点１１９℃）、マンニトール（融点１６７℃）、ズルシトール（融点１８７℃）、ペンタエリスリトール（融点１８７℃）、イノシトール（融点２２４℃）等の多価アルコール、塩化カルシウム六水和物（融点２９℃）、硫酸ナトリウム十水和物（融点３２℃）、燐酸水素二ナトリウム十二水和物（融点３６℃）、チオ硫酸ナトリウム五水和物（融点４８℃）、酢酸ナトリウム三水和物（融点５８℃）、硫酸カリウムアルミニウム十二水和物（融点９１℃）、硫酸アンモニウムアルミニウム十二水和物（融点９４℃）、塩化マグネシウム六水和物（融点１１５℃）等の水和物を主成分とする物質等が適用できる。また、蓄熱材２にはポリエチレングリコール（融点８〜７０℃）、パラフィン（融点−１０〜１２０℃）等を主成分とする物質、あるいは蓄熱材１の候補物質に発核材を添加した物質等が適用できる。これら多価アルコールや水和物の融点と自発的凝固開始温度との差は数十℃以上あるのに対して、ポリエチレングリコールやパラフィン、発核材を添加した多価アルコールや水和物の融点と自発的凝固開始温度との差は、高々十℃程度である。
蓄熱材１と蓄熱材２には、上記温度関係を満たす物質であれば上記例に限定されず、種々の物質の組み合わせを適用できる。たとえば、蓄熱材１にはエリスリトール（融点１１９℃）、マンニトール（融点１６７℃）、ズルシトール（融点１８７℃）、ペンタエリスリトール（融点１８７℃）、イノシトール（融点２２４℃）等の多価アルコール、塩化カルシウム六水和物（融点２９℃）、硫酸ナトリウム十水和物（融点３２℃）、燐酸水素二ナトリウム十二水和物（融点３６℃）、チオ硫酸ナトリウム五水和物（融点４８℃）、酢酸ナトリウム三水和物（融点５８℃）、硫酸カリウムアルミニウム十二水和物（融点９１℃）、硫酸アンモニウムアルミニウム十二水和物（融点９４℃）、塩化マグネシウム六水和物（融点１１５℃）等の水和物を主成分とする物質等が適用できる。また、蓄熱材２にはポリエチレングリコール（融点８〜７０℃）、パラフィン（融点−１０〜１２０℃）等を主成分とする物質、あるいは蓄熱材１の候補物質に発核材を添加した物質等が適用できる。これら多価アルコールや水和物の融点と自発的凝固開始温度との差は数十℃以上あるのに対して、ポリエチレングリコールやパラフィン、発核材を添加した多価アルコールや水和物の融点と自発的凝固開始温度との差は、高々十℃程度である。
図１において３はポリプロピレン製の蓄熱容器であり、蓄熱材１、蓄熱材２などに対して耐熱、耐圧、耐食性等で材料適合性があれば種々の材料の組み合わせが考えられ、本実施例に限定されない。たとえば、容器１の材料には他のポリオレフィン樹脂やその架橋体、フッ素樹脂、銅、ステンレス鋼、酸化アルミニウムなども耐食性が高く、種々の蓄熱材１及び２に適用できる。４は蓄熱槽、５は蓄熱槽の大部分を占める領域Ａ（蓄熱部）と僅かな部分を占める領域Ｂ（発核部）とに蓄熱槽内を分断する断熱板であり、蓄熱容器３は断熱板５を貫通して領域Ａと領域Ｂの両方に存在する。６と７は蓄熱槽の僅かな部分を占める領域Ｂに外部から熱媒体を注入、抽出して、蓄熱材１及び蓄熱材２と熱交換を行わせるための管路、８と９は蓄熱槽の大部分を占める領域Ａに外部から熱媒体を注入、抽出して、蓄熱材１及び蓄熱材２と熱交換を行わせるための管路である。１０は蓄熱槽４を保温するための断熱材である。
次に上述のように構成された蓄熱装置の動作について説明する。まず、熱の注入時には、外部の高温熱源から蓄熱槽４の蓄熱部Ａと発核部Ｂに管路６→管路７、管路８→管路９の順にそれぞれ高温の熱媒体を循環させ、容器３を介して蓄熱材１と蓄熱材２を加熱し、融解させる。蓄熱が完了すると、熱媒体の循環を停止させ、蓄熱槽４を放置する。
熱の保存期間においては、蓄熱槽４から蓄熱槽周囲環境への熱損失のために、蓄熱材１と蓄熱材２の温度は徐々に低下する。蓄熱槽４内の温度が蓄熱材１の融点を下回ると、それ以降は蓄熱材１が過冷却状態になる。さらに温度が低下して蓄熱槽４内の温度が蓄熱材２の融点をも下回ると、それ以降は蓄熱材２も過冷却状態になる。さらに温度が低下し、蓄熱槽４内の温度が蓄熱材２の自発的凝固開始温度に達すると、蓄熱材２は凝固を開始し、凝固熱を放出する。放出された蓄熱材２の凝固熱は、蓄熱槽４内の温度を蓄熱材２の融点近傍に維持する。これにより、蓄熱材２が完全に凝固するまでは蓄熱材１の温度は蓄熱材２の融点近傍、すなわち自発的凝固開始温度よりも高温に保持され、蓄熱材１が自発的凝固温度に達する時間を引き延ばすことができる。
熱の抽出時には、外部の低温熱源から蓄熱材１の自発的凝固開始温度よりも低温の熱媒体を管路６、７を介して発核部Ｂに循環させ、蓄熱材１及び蓄熱材２のうち未発核のものを局所的に各自発的凝固開始温度よりも低温度に冷却することで発核を起こさせる。一度発核が起こると結晶は上方に成長し、蓄熱部Ａに潜熱を放出しながら凝固が進展する。発核が完了すれば、管路６から管路７への冷却水の循環を停止させる。次に、蓄熱体から放出される凝固熱を抽出するために管路８から管路９を介して蓄熱部Ａに熱媒体を循環させ、蓄熱材１及び蓄熱材２から熱媒体に熱を移動させる。蓄熱材１及び未発核であった蓄熱材２の凝固熱で加熱されて管路９から流出する高温の熱媒体は、外部の熱利用設備で利用された後に、管路８から蓄熱槽４に帰還する。
各経路に熱媒体を流す方向は自由であり、例えば加熱時は管路７→管路６→管路８→管路９の順やその逆の管路９→管路８→管路６→管路７の順に、蓄熱部Ａと発核部Ｂを直列接続となるように熱媒体を循環させてもよい。また、冷却時は経路７→経路６で、熱回収時は経路９→経路８で熱媒体を循環させてもよい。
蓄熱材２の量は、必要とされる時間までは蓄熱槽４内の温度が蓄熱材１の自発的凝固開始温度を下回らないように設定すればよい。蓄熱材１と蓄熱材２は蓄熱槽４の内部で混在して構わないが、蓄熱槽４の壁近傍の温度は蓄熱槽中心に比して僅かだが低温になりやすいので、蓄熱材１の不必要な自発的凝固を回避するために蓄熱材２は蓄熱材１を取り囲むように配置すると、より効果的である。また、蓄熱容器３や蓄熱槽４は、上述の作用が得られれば、図１の形状に限らず種々の形状が選択できる。
蓄熱材２の量は、必要とされる時間までは蓄熱槽４内の温度が蓄熱材１の自発的凝固開始温度を下回らないように設定すればよい。蓄熱材１と蓄熱材２は蓄熱槽４の内部で混在して構わないが、蓄熱槽４の壁近傍の温度は蓄熱槽中心に比して僅かだが低温になりやすいので、蓄熱材１の不必要な自発的凝固を回避するために蓄熱材２は蓄熱材１を取り囲むように配置すると、より効果的である。また、蓄熱容器３や蓄熱槽４は、上述の作用が得られれば、図１の形状に限らず種々の形状が選択できる。
また、本実施例は２種類の蓄熱材による構成例を示しているが、３種類以上の蓄熱材による場合も物質の必要条件と役割は同様である。たとえば、３種類の場合には[第３の蓄熱材の融点]＜[第２の蓄熱材の融点]＜[第１の蓄熱材の融点]、および［第１の蓄熱材の自発的凝固開始温度］＜［第２の蓄熱材の自発的凝固開始温度］＜[第３の蓄熱材の自発的凝固開始温度]の関係を満たせばよい。この場合、最も融点の低い第３の蓄熱材が最初に自発的に凝固して蓄熱槽内の温度を第３の蓄熱材の融点近傍に保持し、融点の低い第２の蓄熱材が次に自発的に凝固して蓄熱槽内の温度を第２の蓄熱材の融点近傍に保持するので、第２の蓄熱材及び第３の蓄熱材が凝固熱を放出する間は、第１の蓄熱材の自発的凝固開始を後らせて、最も高温の融解潜熱を過冷却状態で貯蔵し続けることができる。
本発明の他の蓄熱装置の断面構造図を図２に示す。図２において、１１は蓄熱槽１２に充填された相変化蓄熱材、１３は蓄熱槽１４に充填された相変化蓄熱材であり、それぞれ実施例１の図１の蓄熱材１と蓄熱材２の役割に相当する。たとえば、蓄熱材１１にエリスリトール、蓄熱材１３に７５℃程度に融点を示す分子量のパラフィンワックスを適用すれば、蓄熱材１１の融点は１１９℃、自発的凝固開始温度は５０℃程度、蓄熱材２の融点は７５℃、自発的凝固開始温度は７０℃程度となるので、[蓄熱材２の融点]＜[蓄熱材１の融点]及び［蓄熱材１の自発的凝固開始温度］＜[蓄熱材２の自発的凝固開始温度]の関係を満たす。蓄熱材１１と蓄熱材１３には、上記温度関係を満たす物質であれば上記例に限定されず、実施例１と同様に種々の物質の組み合わせを適用できる。
蓄熱槽１２は蓄熱槽１４に完全に包囲されるように配置されれば最も効果的であるが、たとえば蓄熱槽１２の側面のみが部分的に蓄熱槽１４に包囲されるような位置関係にあっても一定の効果を得ることはできる。また、蓄熱槽１２と蓄熱槽１４は球状や円筒状、直方体状など種々の形状を採ることもできる。さらに、蓄熱槽１２や蓄熱槽１４が複数の槽で構成されても、蓄熱槽１２の一群が蓄熱槽１４の一群に包囲されていれば、単一槽の時と同様の効果が期待できる。図２において１５と１６は、それぞれ蓄熱材１１と蓄熱槽１２、蓄熱材１３と蓄熱槽１４との隙間に螺旋状に設けられた熱交換管である。１７と１８は必要時に蓄熱材１１と蓄熱材１３を局所的に冷却するための熱電素子であり、１９と２０、２１と２２は蓄熱槽１２と蓄熱槽１４の外部にある熱源及び熱利用施設とを接続する管路である。
上述のように構成された蓄熱装置においても、蓄熱過程は実施例１と同様である。すなわち熱の注入時には、外部の高温熱源から管路１９→管路２０、管路２１→管路２２の順にそれぞれ高温の熱媒体を循環させ、熱交換管１５及び熱交換管１６を介して蓄熱材１１と蓄熱材１３を加熱し、融解させる。この場合に、蓄熱材１３は蓄熱材１１よりも融点が低いので、管路２０から出た熱媒体を管路２１に注入し、蓄熱材１１を加熱した後の熱媒体でさらに蓄熱材１３を加熱することで、効率的な加熱を行わせることもできる。蓄熱が完了すると、熱媒体の循環を停止させ、蓄熱槽１２及び蓄熱槽１４を放置する。
熱の保存期間においては、蓄熱槽１２及び蓄熱槽１４から各蓄熱槽周囲環境への熱損失のために、蓄熱材１１と蓄熱材１３の温度は徐々に低下するが、蓄熱槽１２は蓄熱槽１４に包囲されているので、蓄熱槽１２の熱損失は蓄熱槽１４の熱取得となり、蓄熱材１１を蓄熱材１３よりも高温に保つことができる。蓄熱槽１２内の温度が蓄熱材１１の融点を下回ると、それ以降は蓄熱材１１が過冷却状態になる。さらに温度が低下し蓄熱槽１４内の温度が蓄熱材１３の融点を下回ると、それ以降は蓄熱材１３も過冷却状態になる。さらに温度が低下し、蓄熱槽１４内の温度が蓄熱材１３の自発的凝固開始温度に達すると、蓄熱材１３は凝固を開始し、凝固熱を放出する。放出された蓄熱材１３の凝固熱は、蓄熱槽１４内の温度を蓄熱材１３の融点近傍に維持する。これにより、蓄熱材１３が完全に凝固するまでは蓄熱材１１の温度は蓄熱材１３の融点近傍、すなわち自発的凝固開始温度よりも高温に保持され、蓄熱材１１が自発的凝固温度に達する時間を引き延ばすことができる。
熱の抽出時には、熱電素子１７に外部から通電して蓄熱材１１を局所的に冷却し、自発的凝固開始温度よりも低温度にすることで発核を起こさせる。蓄熱材１１を発核させる時点で蓄熱槽１４内の温度が高く、蓄熱材１３が未発核の場合には、熱電素子１８にも通電して蓄熱材１３の発核を促進させる。一度発核が起こると結晶は上方に成長し、蓄熱槽１２あるいは蓄熱槽１２及び蓄熱槽１４内に潜熱を放出しながら凝固が進展する。蓄熱材１１から放出される凝固熱を抽出するために管路１９から管路２０を介して熱交換管１５に熱媒体を循環させ、蓄熱材１１から熱媒体に熱を移動させる。あるいは管路１９から管路２０及び管路２１から管路２２を介して熱交換管１５及び熱交換管１６に熱媒体を循環させ、蓄熱材１１及び蓄熱材１３から熱媒体に熱を移動させる。蓄熱材１１及び未発核であった蓄熱材１３の凝固熱で加熱されて管路２０及び管路２２から流出する高温の熱媒体は、外部の熱利用設備で利用された後に、管路１９及び２１から蓄熱槽１２及び蓄熱槽１４にそれぞれ帰還する。
各経路に熱媒体を流す方向は自由であり、また熱交換管１５と熱交換管１６の接続は必要に応じて直列と並列を選択することができる。
蓄熱材１３の量は、必要とされる時間までは蓄熱槽１２内の温度が蓄熱材１１の自発的凝固開始温度を下回らないように設定すればよい。また、熱交換管１５及び熱交換管１６は、上述の作用が得られれば図２の形状に限らず、種々の形状が選択できる。
蓄熱材１３の量は、必要とされる時間までは蓄熱槽１２内の温度が蓄熱材１１の自発的凝固開始温度を下回らないように設定すればよい。また、熱交換管１５及び熱交換管１６は、上述の作用が得られれば図２の形状に限らず、種々の形状が選択できる。
また、本実施例は２種類の蓄熱材の構成例を示しているが、３種類以上あっても実施例１の記述のように、物質の必要条件と役割は同様であり、たとえば３種類の場合には最外周に配置された最も融点の低い第３の蓄熱材が最初に自発的に凝固して蓄熱槽内の温度を第３の蓄熱材の融点近傍に保持し、次に融点の低い第２の蓄熱材が自発的に凝固して蓄熱槽内の温度を第２の蓄熱材の融点近傍に保持するので、その期間は第１の蓄熱材の自発的凝固を後らせることができる。
１、２、１１、１３ 相変化蓄熱材
３ 蓄熱容器
４、１２、１４ 蓄熱槽
５ 断熱板
６、７、８、９、１９、２０、２１、２２ 管路
１０ 断熱材
１５、１６ 熱交換管
１７、１８ 熱電素子
３ 蓄熱容器
４、１２、１４ 蓄熱槽
５ 断熱板
６、７、８、９、１９、２０、２１、２２ 管路
１０ 断熱材
１５、１６ 熱交換管
１７、１８ 熱電素子
Claims (5)
- 内部に熱媒体が循環する蓄熱槽の内部に配置され、該熱媒体から与えられた熱を内部に充填された過冷却可能な相変化蓄熱材を過冷却状態にして貯蔵する蓄熱容器であって、
ｎ種類（ｎは２以上の自然数）の過冷却可能な相変化蓄熱材がそれぞれ別々に充填されたｎ種類の蓄熱容器と、該蓄熱容器に充填された前記相変化蓄熱材を局所的に冷却して過冷却状態を解除する手段とからなり、
前記ｎ種類の相変化蓄熱材において、第ｉ番目（１≦ｉ≦ｎ−１）の相変化蓄熱材の融点は、第（ｉ＋１）番目の相変化蓄熱材の融点よりも高く、かつ、前記第ｉ番目の相変化蓄熱材の凝固開始温度は前記第（ｉ＋１）番目の相変化蓄熱材の凝固開始温度よりも低いことを特徴とする蓄熱装置。 - 前記第（ｉ＋１）番目の相変化蓄熱材の充填された蓄熱容器は、前記第ｉ番目の相変化蓄熱材の充填された蓄熱容器よりも前記蓄熱槽の外壁に近い位置にあることを特徴とする請求項１に記載の蓄熱装置。
- 内部に熱媒体が循環する蓄熱槽であって、過冷却可能なｎ種類（ｎは２以上の自然数）の相変化蓄熱材がそれぞれ別々に充填され、前記熱媒体から与えられた熱を各相変化蓄熱材を過冷却状態にして貯蔵するｎ種類の蓄熱槽と、該蓄熱槽に充填された相変化蓄熱材を局所的に冷却して過冷却状態を解除する手段からなり、前記ｎ種類の相変化蓄熱材において、第ｉ番目（１≦ｉ≦ｎ−１）の相変化蓄熱材の融点は、第（ｉ＋１）番目の相変化蓄熱材の融点よりも高く、かつ、前記第ｉ番目の相変化蓄熱材の凝固開始温度は前記第（ｉ＋１）番目の相変化蓄熱材の凝固開始温度よりも低く、かつ、前記第ｉ番目の相変化蓄熱材を貯蔵する蓄熱槽は、少なくともその側面が前記第（ｉ＋１）番目の相変化蓄熱材を貯蔵する蓄熱槽に部分的に包囲されるように配置されていることを特徴とする蓄熱装置。
- 前記第ｉ番目の相変化蓄熱材は多価アルコールを主成分とし、第ｊ番目（ｉ＜ｊ≦ｎ）の相変化蓄熱材はポリエチレングリコールを主成分とすることを特徴とする請求項１乃至請求項３に記載の蓄熱装置。
- 前記第ｉ番目の相変化蓄熱材は多価アルコールを主成分とし、第ｊ番目（ｉ＜ｊ≦ｎ）の相変化蓄熱材はパラフィンを主成分とすることを特徴とする請求項１乃至請求項３に記載の蓄熱装置。
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