JP6630946B2 - 潜熱蓄熱装置 - Google Patents
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Description
本発明は、潜熱蓄熱装置に関する。
エネルギー使用量やＣＯ２排出量の削減には、エネルギーを段階的に使用すること、いわゆる、熱のカスケード利用が重要であり、蓄熱はそれを実現するための技術として注目されている。このような蓄熱技術の１つして、固液相変態時の潜熱を利用して高密度に蓄熱することが可能な相変化物質（ＰＣＭ）を使用した潜熱蓄熱式熱交換器が提案されている（特開２００５−１４０３９０号公報及び特開２００７−１０１０３０号公報（特許文献２））。しかしながら、従来の潜熱蓄熱式熱交換器においては、放熱時に生成する熱伝導率の低い凝固相のため、潜熱蓄熱材と熱媒体との間の熱移動速度（放熱速度及び蓄熱速度）が遅く、また、潜熱蓄熱材搭載量から算出した理論蓄熱量に対して放熱可能な熱量（有効熱利用率）が少ないものであった。
また、特開２００５−９８０４号公報（特許文献３）及び特開２０１１−８０６５７号公報（特許文献４）には、伝熱筒体と、前記伝熱筒体の内部に配置された前記伝熱筒体の内周面に近接又は摺接して境膜を剥ぎ取る内部固定羽根と、前記伝熱筒体の外周面に近接又は摺接して境膜を剥ぎ取る外部固定羽根とを備え、前記伝熱筒体の内外に流通する温度差のある流体同士の間で前記伝熱筒体を介して熱交換を行う熱交換器が開示されているが、これらの熱交換器は、液体同士や気体同士、液体と気体との熱交換を対象としたものである。
本発明は、上記従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、放熱量（有効熱利用率）が多く、潜熱蓄熱材と熱媒体との間の伝熱性能に優れた潜熱蓄熱装置を提供することを目的とする。
本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、内部を熱媒体が流通する伝熱筒体の周囲に潜熱蓄熱材が配置されている潜熱蓄熱装置において、前記伝熱筒体の外周面に近接又は摺接するように固定羽根を設置し、かつ、前記伝熱筒体をその長軸を中心として回転させることによって、放熱量（有効熱利用率）が増大し、また、潜熱蓄熱材と熱媒体との間の伝熱速度（放熱速度及び蓄熱速度）が速くなることを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明の潜熱蓄熱装置は、内部を熱媒体が流通可能であり、長軸を回転中心として回転可能な伝熱筒体と、前記伝熱筒体の外周面に近接又は摺接している固定羽根と、前記伝熱筒体の周囲に配置されている潜熱蓄熱材と、を備えており、
前記伝熱筒体が回転することによって、前記固定羽根が、前記伝熱筒体の外周面に付着した前記潜熱蓄熱材の凝固体を前記伝熱筒体の外周面から剥ぎ取り、また、潜熱蓄熱材の流動を生起する、潜熱蓄熱装置である。
前記伝熱筒体が回転することによって、前記固定羽根が、前記伝熱筒体の外周面に付着した前記潜熱蓄熱材の凝固体を前記伝熱筒体の外周面から剥ぎ取り、また、潜熱蓄熱材の流動を生起する、潜熱蓄熱装置である。
本発明の潜熱蓄熱装置においては、前記固定羽根の幅が前記伝熱筒体の直径の１５％以上であることが好ましい。また、本発明の潜熱蓄熱装置においては、前記伝熱筒体の周囲に所定のスペースをもって外筒が配置されており、前記伝熱筒体と前記外筒の間の前記スペースに前記固定羽根及び前記潜熱蓄熱材が配置されていてもよく、この場合、前記固定羽根の幅が前記伝熱筒体と前記外筒の間のスペースの幅の３０％以上１００％以下であることが好ましい。
また、本発明の潜熱蓄熱装置においては、前記伝熱筒体の一方の端部が閉塞されており、かつ、前記伝熱筒体の他方の端部から前記伝熱筒体内の前記閉塞された端部の近傍に前記熱媒体を導入するための熱媒体導入管が前記伝熱筒体内に配置されていてもよく、この場合、前記熱媒体導入管を通して前記熱媒体を前記伝熱筒体内に導入することによって、前記伝熱筒体内の前記閉塞された端部の近傍から前記他方の端部に前記熱媒体が流通する。
さらに、本発明の潜熱蓄熱装置においては、前記伝熱筒体の外周面と前記潜熱蓄熱材との間に、該潜熱蓄熱材と混和しない液状充填剤が配置されていることが好ましい。
なお、本発明の潜熱蓄熱装置において、放熱量が増大し、また、潜熱蓄熱材と熱媒体との間の伝熱速度が速くなる理由は以下のとおりであると本発明者らは確信している。すなわち、内部を熱媒体が流通する伝熱筒体の周囲に潜熱蓄熱材が配置されている従来の潜熱蓄熱装置においては、放熱時に、潜熱蓄熱材が伝熱筒体の外周面の近傍で凝固するため、伝熱筒体の外周面に潜熱蓄熱材の凝固体が付着する。この潜熱蓄熱材の凝固体は、熱伝導のみによって熱を伝えるため、伝熱抵抗が大きく、放熱時には、潜熱蓄熱材から熱媒体への熱移動を阻害するため、潜熱蓄熱材から熱媒体への伝熱速度は遅くなる。さらに、伝熱筒体の外周面から空間的に離れた部分にある液状の潜熱蓄熱材が保有する熱のうち、潜熱蓄熱材の凝固体と液体の界面付近の熱のみが利用されるため、放熱量も少なくなる。また、蓄熱操作の初期においては、潜熱蓄熱材の凝固体中の熱移動が遅く、伝熱筒体の外周面近傍の潜熱蓄熱材の凝固体から徐々に液状に変化するため、また、蓄熱中期から後期にかけては、液状となった潜熱蓄熱材の運動が自然対流のみによって生起し、流動の生じる空間が小さいことから、潜熱蓄熱材の運動は非常に弱く、伝熱筒体から空間的に離れた凝固体への熱供給は、主に、液状潜熱蓄熱材内の熱伝導のみによって行われるため、蓄熱速度が遅くなる。
一方、本発明の潜熱蓄熱装置においては、伝熱筒体の外周面に近接又は摺接するように固定羽根を設置し、伝熱筒体をその長軸を中心として回転させることによって、放熱時に、伝熱筒体の外周面に潜熱蓄熱材の凝固体が付着しても、固定羽根によって潜熱蓄熱材の凝固体が伝熱筒体の外周面から剥ぎ取られるため、潜熱蓄熱材から熱媒体への熱移動が阻害されず、伝熱速度は速くなる。また、伝熱筒体の回転と固定羽根によって生起した潜熱蓄熱材の流動により潜熱蓄熱材が攪拌されるため、潜熱蓄熱材全体の保有熱量を取り出すことができ、放熱量も多くなる。さらに、蓄熱時には、伝熱筒体の外周面近傍で凝固体から液状に変化した潜熱蓄熱材が、伝熱筒体の回転を駆動力として流動し、また、この流れが固定羽根に衝突することによって生起される伝熱筒体の外周面に垂直な方向（半径方向）の流れによって、伝熱筒体から空間的に離れた部分にある潜熱蓄熱材の凝固体に、液状の潜熱蓄熱材の対流により、熱伝導よりも高速に熱が伝わるため、並びに、潜熱蓄熱材が均一に撹拌されるため、蓄熱速度が速くなる。
本発明によれば、放熱量が多く、潜熱蓄熱材と熱媒体との間の伝熱性能に優れた潜熱蓄熱装置を得ることが可能となる。
以下、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明するが、本発明は前記図面に限定されるものではない。なお、以下の説明及び図面中、同一又は相当する要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する場合がある。
図１Ａは本発明の潜熱蓄熱装置の一実施態様を示す断面図である。図１Ａに示す本発明の潜熱蓄熱装置は、伝熱筒体１と固定羽根２と潜熱蓄熱材３とを備えており、潜熱蓄熱材３が外筒４、閉塞部材５ａ及び５ｂによって密封されたものであるが、本発明の潜熱蓄熱装置は、潜熱蓄熱材３が伝熱筒体１の周囲に配置されているものであれば、これに限定されるものではなく、例えば、図１Ｂに示すように、伝熱筒体１と固定羽根２とが設置され、上部が開放されている外筒容器４ａに潜熱蓄熱材３が収容されていてもよい。また、本発明の潜熱蓄熱装置においては、伝熱筒体１の外周面と潜熱蓄熱材３との間に、潜熱蓄熱材３と混和せず、熱交換時（放熱時及び蓄熱時）の温度条件下で液状の充填剤が配置されていることが好ましい。
本発明にかかる伝熱筒体１においては、その内部を熱媒体が流通することが可能なように、空洞となっている。また、この伝熱筒体１は、その長軸を回転中心として回転することができるものである。このような伝熱筒体１の材質としては、熱伝導性が良好なものであれば特に制限はなく、例えば、銅等が挙げられる。また、伝熱筒体１の内部には、図１Ａ及び図１Ｂ中のＡ−Ａ断面図に示すように、内周面に近接又は摺接するように、非回転状態の固定羽根６（内部固定羽根）が設置されていてもよい。このような内部固定羽根６は１枚であっても２枚以上であってもよい。この内部固定羽根６は、伝熱筒体１の内周面近傍に形成される熱媒体の境膜を、伝熱筒体１が回転することによって剥ぎ取る役割を果たすものであり、これにより、伝熱筒体１の内周面近傍の伝熱抵抗が低減され、伝熱筒体１と熱媒体との間の熱移動速度が速くなる。
本発明の潜熱蓄熱装置においては、伝熱筒体１の外周面に近接又は摺接するように、非回転状態の固定羽根２（外部固定羽根）が配置されている。特に、伝熱筒体１の周囲に外筒４が配置されている本発明の潜熱蓄熱装置（図１Ａ）及び上部が開放されている外筒容器４ａに伝熱筒体１が設置されている本発明の潜熱蓄熱装置（図１Ｂ）においては、伝熱筒体１と外筒４又は外筒容器４ａの側部との間の所定のスペースに固定羽根２（外部固定羽根）が配置されている。このような外部固定羽根２は１枚であっても２枚以上であってもよい。この外部固定羽根２は、放熱時に、伝熱筒体１の外周面に付着する潜熱蓄熱材３の凝固体を、伝熱筒体１が回転することによって伝熱筒体１の外周面から剥ぎ取る役割を果たすものであり、これにより、伝熱筒体１の外周面近傍の伝熱抵抗が低減され、伝熱筒体１と潜熱蓄熱材３との間の熱移動速度が速くなる。また、伝熱筒体１の回転により潜熱蓄熱材３の流動が生起し、潜熱蓄熱材３を攪拌するため、潜熱蓄熱材３全体の保有熱量を利用することが可能となるため、放熱量が増大する。また、伝熱筒体１の回転により生起した潜熱蓄熱材３の流れは、外部固定羽根２の設置により伝熱筒体１の外周面に垂直な方向（半径方向）の運動が生じて、潜熱蓄熱材３の攪拌が強化される。
蓄熱時には、潜熱蓄熱材３の凝固体は伝熱筒体１の外周面近傍から徐々に液状に変化し、熱媒体８から供給される熱は、液状の潜熱蓄熱材を通して凝固体に移動する。このとき、伝熱筒体１の回転によって、伝熱筒体１の外周面近傍で凝固体から液状に変化した潜熱蓄熱材３が流動する。液状化した潜熱蓄熱材３の流れによる対流伝熱速度は、静止した潜熱蓄熱材３中の伝導伝熱速度よりも大きいため、蓄熱速度が速くなる。さらに、この流れが外部固定羽根２に衝突することによって伝熱筒体１の外周面に垂直な方向の流れが生じ、また、潜熱蓄熱材３が均一に撹拌され、伝熱筒体１から潜熱蓄熱材３の凝固体への熱移動が促進され、蓄熱速度増加の効果が強化される。
このような外部固定羽根２の幅としては特に制限はないが、図２に示すように、伝熱筒体１の外周面から約３ｍｍ離れた位置の潜熱蓄熱材３ａが外部固定羽根２を乗り越えないような幅が好ましい。これにより、潜熱蓄熱材３が均一に撹拌され、蓄熱速度が速くなる。このような外部固定羽根２の幅は、伝熱筒体１、外筒４及び外筒容器４ａの直径、伝熱筒体１の回転速度等によって適宜設定されるものであるが、例えば、伝熱筒体１の直径の１５％以上が好ましく、３０％以上がより好ましく、５０％以上が特に好ましい。外部固定羽根２の幅の上限についても特に制限はないが、伝熱筒体１の直径の１００％以下が好ましい。また、伝熱筒体１の周囲に外筒４が配置されていたり（図１Ａ）、上部が開放されている外筒容器４ａに伝熱筒体１が設置されていて（図１Ｂ）、伝熱筒体１と外筒４又は外筒容器４ａの側部との間のスペースに外部固定羽根２が配置されている場合、外部固定羽根２の幅としては、伝熱筒体１と外筒４又は外筒容器４ａの側部との間のスペースの幅の３０％以上１００以下が好ましく、４０％以上１００％以下がより好ましく、５０％以上１００％以下が特に好ましい。このような幅の外部固定羽根２を使用することによって、潜熱蓄熱材３がより均一に撹拌され、蓄熱速度がより速くなる。
また、本発明の潜熱蓄熱装置において、潜熱蓄熱材３は伝熱筒体１の周囲に配置されている。特に、伝熱筒体１の周囲に外筒４が配置されている本発明の潜熱蓄熱装置（図１Ａ）及び上部が開放されている外筒容器４ａに伝熱筒体１が設置されている本発明の潜熱蓄熱装置（図１Ｂ）においては、伝熱筒体１と外筒４又は外筒容器４ａの側部との間の所定のスペースに潜熱蓄熱材３が配置されている。このような潜熱蓄熱材３の種類としては、固液相変態時の潜熱を利用して高密度に蓄熱することが可能な相変化物質であれば特に制限はなく、例えば、パラフィン、酢酸ナトリウム三水塩、エリスリトール、溶融塩等が挙げられる。
さらに、本発明の潜熱蓄熱装置においては、伝熱筒体１の外周面と潜熱蓄熱材３との間に、潜熱蓄熱材３と混和せず、熱交換時（放熱時及び蓄熱時）の温度条件下で液状の充填剤が配置されていることが好ましい。このような液状充填剤が、伝熱筒体１の外周面と潜熱蓄熱材３との間に存在すること、特に、伝熱筒体１の外周面と潜熱蓄熱材３の凝固体との間の空隙に充填されることによって、蓄熱速度が更に速くなる。また、潜熱蓄熱材３として、酢酸ナトリウム三水塩等の水和物系の潜熱蓄熱材を用いた場合には、水分の蒸発を抑制することができ、エリスリトール等の糖や糖アルコール系の潜熱蓄熱材を用いた場合には、空気による酸化を抑制することができる。
また、このような液状充填剤としては、潜熱蓄熱材に比べて、融点が低く、密度が小さく、粘度が低く、比熱が大きく、蒸気圧が低いものが好ましい。また、前記液状充填剤の沸点・引火点は熱交換時（放熱時及び蓄熱時）の上限温度以上であることが好ましい。このような液状充填剤としては、例えば、シリコーンオイル、鉱物油、化学合成油等の各種熱媒油・潤滑油、パラフィン等のオイルが挙げられる。
また、このような液状充填剤の量としては特に制限はないが、潜熱蓄熱材の固液相変態時の体積変化を補うことができる量以上であることが好ましく、伝熱筒体１の外周面と潜熱蓄熱材３の凝固体との間の空隙や、潜熱蓄熱材３の凝固体中の空隙を充填できる量以上であることがより好ましい。
図１Ａに示す本発明の潜熱蓄熱装置においては、伝熱筒体１の両端に閉塞部材７ａ、７ｂが装着されており、この閉塞部材７ａ、７ｂが軸受（図示なし）によってそれぞれ熱媒体流出管９ｂ及び熱媒体導入管９ａに回転自在に保持されている。この場合、必要に応じて設置してもよい内部固定羽根６は熱媒体流出管９ｂ及び熱媒体導入管９ａに固定されている（固定手段は図示なし）。また、他の態様として、伝熱筒体１が軸受（図示なし）によって閉塞部材７ａ、７ｂに回転自在に保持されていてもよい。この場合、閉塞部材７ａ、７ｂにはそれぞれ熱媒体流出管９ｂ及び熱媒体導入管９ａが固定されており、また、必要に応じて設置してもよい内部固定羽根６は閉塞部材７ａ、７ｂに固定されていてもよいし、熱媒体流出管９ｂ及び熱媒体導入管９ａに固定されていてもよい（固定手段は図示なし）。さらに、他の態様として、伝熱筒体１が軸受（図示なし）によって閉塞部材５ａ、５ｂに回転自在に保持されていてもよい。この場合も、閉塞部材７ａ、７ｂにはそれぞれ熱媒体流出管９ｂ及び熱媒体導入管９ａが固定されており、また、必要に応じて設置してもよい内部固定羽根６は閉塞部材７ａ、７ｂに固定されていてもよいし、熱媒体流出管９ｂ及び熱媒体導入管９ａに固定されていてもよい（固定手段は図示なし）。また、伝熱筒体１と閉塞部材５ａ、５ｂとはシールド部材（図示なし）によってシールされている。また、伝熱筒体１には、ベルト等（図示なし）によって回転駆動手段（図示なし）が連接されており、この回転駆動手段を用いて伝熱筒体１を回転させる。さらに、図１Ａに示す本発明の潜熱蓄熱装置においては、外部固定羽根２が伝熱筒体１の外周面に近接又は摺接するように配置されている。外部固定羽根２は非回転状態で配置されていれば、その方法は特に制限はないが、通常、外筒４、閉塞部材５ａ及び５ｂのうちの少なくとも１箇所に固定されている。また、伝熱筒体１の周囲には潜熱蓄熱材３が配置（好ましくは、伝熱筒体１の外周面と潜熱蓄熱材３との間に前記液状充填剤が更に配置）されており、この潜熱蓄熱材３及び前記液状充填剤は、外筒４、閉塞部材５ａ及び５ｂによって密封されている。
また、図１Ｂに示す本発明の潜熱蓄熱装置においては、伝熱筒体１の両端に閉塞部材７ａ、７ｂが装着されており、この閉塞部材７ａ、７ｂが軸受（図示なし）によってそれぞれ熱媒体流出管９ｂ及び熱媒体導入管９ａに回転自在に保持されている。この場合、必要に応じて設置してもよい内部固定羽根６は熱媒体流出管９ｂ及び熱媒体導入管９ａに固定されている（固定手段は図示なし）。また、伝熱筒体１を安定させるために、熱媒体流出管９ｂは、治具等（図示なし）を用いて外部の非回転部材（図示なし）に保持されていることが好ましい。また、他の態様として、伝熱筒体１が軸受（図示なし）によって閉塞部材７ａ、７ｂに回転自在に保持されていてもよい。この場合、閉塞部材７ａ、７ｂにはそれぞれ熱媒体流出管９ｂ及び熱媒体導入管９ａが固定されており、また、必要に応じて設置してもよい内部固定羽根６は閉塞部材７ａ、７ｂに固定されていてもよいし、熱媒体流出管９ｂ及び熱媒体導入管９ａに固定されていてもよい（固定手段は図示なし）。また、伝熱筒体１を安定させるために、上部の閉塞部材７ａ及び熱媒体流出管９ｂの少なくとも一方は、治具等（図示なし）を用いて外部の非回転部材（図示なし）に保持されていることが好ましい。さらに、他の態様として、伝熱筒体１の下部が軸受（図示なし）によって、上部が開放されている外筒容器４ａの底部に回転自在に保持されていてもよい。この場合も、閉塞部材７ａ、７ｂにはそれぞれ熱媒体流出管９ｂ及び熱媒体導入管９ａが固定されており、また、必要に応じて設置してもよい内部固定羽根６は閉塞部材７ａ、７ｂに固定されていてもよいし、熱媒体流出管９ｂ及び熱媒体導入管９ａに固定されていてもよい（固定手段は図示なし）。また、伝熱筒体１を安定させるために、上部の閉塞部材７ａ及び熱媒体流出管９ｂの少なくとも一方は、治具等（図示なし）を用いて外部の非回転部材（図示なし）に回転自在に保持されていることが好ましい。さらに、伝熱筒体１と外筒容器４ａの底部とはシールド部材（図示なし）によってシールされている。また、伝熱筒体１を安定させるために、上部の閉塞部材７ａは、治具等（図示なし）を用いて外部の非回転部材（図示なし）に回転自在に保持されていることが好ましい。さらに、伝熱筒体１は、ベルト等（図示なし）によって回転駆動手段（図示なし）が連接されており、この回転駆動手段を用いて伝熱筒体１を回転させる。また、図１Ｂに示す本発明の潜熱蓄熱装置においては、外部固定羽根２が伝熱筒体１の外周面に近接又は摺接するように配置されている。外部固定羽根２は非回転状態で配置されていれば、その方法は特に制限はないが、治具等（図示なし）を用いて外部の非回転部材（図示なし）に固定されていてもよいし、外筒容器４ａの底部に固定されていてもよい。さらに、伝熱筒体１の周囲には潜熱蓄熱材３が配置（好ましくは、伝熱筒体１の外周面と潜熱蓄熱材３との間に前記液状充填剤が更に配置）されており、この潜熱蓄熱材３及び前記液状充填剤は外筒容器４ａに収容されている。このような外筒容器４ａとしては、伝熱筒体１に装着された閉塞部材７ｂを底部に保持することができ、かつ、潜熱蓄熱材３及び前記液状充填剤を収容できるものであれば特に制限はなく、小型の容器（例えば、一斗缶、ドラム缶程度の専用蓄熱容器）であっても大型のタンク（例えば、コンテナ程度の専用蓄熱槽等）であってもよい。特に、外筒容器４ａとして大型のタンクを用いた場合には、１つのタンクに複数個の伝熱筒体１を設置することが可能となる。
さらに、図１Ａ及び図１Ｂに示す本発明の潜熱蓄熱装置においては、伝熱筒体１と外筒４又は外筒容器４ａの側部との間のスペースに潜熱蓄熱材３が配置（充填）されている。また、伝熱筒体１の外周面と潜熱蓄熱材３との間、特に、伝熱筒体１の外周面と潜熱蓄熱材３との間の空隙に、前記液状充填剤が配置されていることが好ましい。このような潜熱蓄熱装置の伝熱筒体１に熱媒体８として冷媒（例えば、冷水）を流通させると、潜熱蓄熱材３から冷媒への熱移動が起こり、冷媒は温められ、潜熱蓄熱材３は凝固して伝熱筒体１の外周面に付着する。このとき、伝熱筒体１を回転させることによって、伝熱筒体１の外周面に付着した潜熱蓄熱材３の凝固体が外部固定羽根２によって伝熱筒体１の外周面から剥ぎ取られて、液状の潜熱蓄熱材３、又は剥ぎ取られた凝固体と液状の潜熱蓄熱材３とが混合したスラリー状の潜熱蓄熱材３が伝熱筒体１の外周部と直接接触することになり、潜熱蓄熱材３の凝固体が付着したままの場合に比べて、伝熱筒体１の外周面近傍での伝熱抵抗が低減され、放熱速度が速くなるとともに、潜熱蓄熱材３の混合により潜熱蓄熱材３全体が伝熱筒体１と順次接触するようになり、潜熱蓄熱材３全体の保有熱を取り出すことが可能となり、放熱量が増大する。また、伝熱筒体１に熱媒体８として熱媒（例えば、温水）を流通させると、熱媒から潜熱蓄熱材３への熱移動が起こり、熱媒は冷却され、凝固している潜熱蓄熱材３は液状となる。このような潜熱蓄熱材３の溶融は、伝熱筒体１の外周面近傍で進行するが、伝熱筒体１の外周面と潜熱蓄熱材３との間、特に、伝熱筒体１の外周面と潜熱蓄熱材３との間の空隙に、前記液状充填剤が存在すると、熱媒から潜熱蓄熱材３への熱移動が起こりやすく、凝固している潜熱蓄熱材３は溶融しやすくなるため、蓄熱速度が増加する。また、伝熱筒体１を回転させることによって、伝熱筒体１の外周面近傍の液状の潜熱蓄熱材３が流動し、潜熱蓄熱材３の凝固体に対流で熱を輸送するため、伝熱筒体１の外周面近傍に液状の潜熱蓄熱材３が滞ったままの場合に比べて、蓄熱速度が増加する。さらに、この流れが外部固定羽根２に衝突することによって、伝熱筒体の外周面に垂直な方向の流れが生起し、蓄熱速度は更に増加する。また、この流れにより液状の潜熱蓄熱材３が外筒４又は外筒容器４ａの側部の内周面近傍の潜熱蓄熱材３の凝固体と均一に混じり合い、蓄熱速度がさらに速くなる。
以上、本発明の潜熱蓄熱装置の好適な実施形態について説明したが、本発明の潜熱蓄熱装置は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、図３Ａ及び図３Ｂに示すように、伝熱筒体として、一方の端部が閉塞された筒状の伝熱容器１ａを用いることもできる。この筒状伝熱容器１ａ内には、他方の端部（開口端部）から閉塞された端部（閉塞端部）の近傍まで熱媒体導入管９ａが配置されており、この熱媒体導入管９ａを通して筒状伝熱容器１ａの開口端部から閉塞端部近傍に熱媒体８を導入することができる。そして、閉塞端部近傍に導入された熱媒体８は、筒状伝熱容器１ａ内の熱媒体導入管９の外側を開口端部に向かって流通し、潜熱蓄熱材３との熱交換を行い、熱媒体流出管９ｂを通して流出される。
図３Ａに示す本発明の潜熱蓄熱装置においては、伝熱筒体１の開口端部に閉塞部材７ａが装着されており、この閉塞部材７ａが軸受（図示なし）によって熱媒体流出管９ｂに回転自在に保持されている。この場合、必要に応じて設置してもよい内部固定羽根６は熱媒体流出管９ｂ及び熱媒体導入管９ａに固定されている（固定手段は図示なし）。また、他の態様として、伝熱筒体１が軸受（図示なし）によって閉塞部材７ａに回転自在に保持されていてもよい。この場合、閉塞部材７ａには熱媒体流出管９ｂ及び熱媒体導入管９ａが固定されており、また、必要に応じて設置してもよい内部固定羽根６は閉塞部材７ａに固定されていてもよいし、熱媒体流出管９ｂ及び熱媒体導入管９ａに固定されていてもよい（固定手段は図示なし）。さらに、他の態様として、伝熱筒体１が軸受（図示なし）によって閉塞部材５ａに回転自在に保持されていてもよい。この場合も、閉塞部材７ａには熱媒体流出管９ｂ及び熱媒体導入管９ａが固定されており、また、必要に応じて設置してもよい内部固定羽根６は閉塞部材７ａに固定されていてもよいし、熱媒体流出管９ｂ及び熱媒体導入管９ａに固定されていてもよい（固定手段は図示なし）。また、伝熱筒体１と閉塞部材５ａとはシールド部材（図示なし）によってシールされている。また、伝熱筒体１には、ベルト等（図示なし）によって回転駆動手段（図示なし）が連接されており、この回転駆動手段を用いて伝熱筒体１を回転させる。さらに、図３Ａに示す本発明の潜熱蓄熱装置においては、外部固定羽根２が伝熱筒体１の外周面に近接又は摺接するように配置されている。外部固定羽根２は非回転状態で配置されていれば、その方法は特に制限はないが、通常、外筒４、閉塞部材５ａ及び５ｂのうちの少なくとも１箇所に固定されている。また、伝熱筒体の周囲には潜熱蓄熱材３が配置（好ましくは、伝熱筒体１の外周面と潜熱蓄熱材３との間に前記液状充填剤が更に配置）されており、この潜熱蓄熱材３及び前記液状充填剤は、外筒４、閉塞部材５ａ及び５ｂによって密封されている。
また、図３Ｂに示す本発明の潜熱蓄熱装置においては、伝熱筒体１の開口端部に閉塞部材７ａが装着されており、この閉塞部材７ａが軸受（図示なし）によって熱媒体流出管９ｂに回転自在に保持されている。この場合、通常、熱媒体流出管９ｂが治具等（図示なし）を用いて外部の非回転部材（図示なし）に、軸受（図示なし）によって保持されている。また、必要に応じて設置してもよい内部固定羽根６は熱媒体流出管９ｂ及び熱媒体導入管９ａに固定されている（固定手段は図示なし）。また、他の態様として、伝熱筒体１が軸受（図示なし）によって閉塞部材７ａに回転自在に保持されていてもよい。この場合、通常、閉塞部材７ａ及び熱媒体流出管９ｂの少なくとも一方が治具等（図示なし）を用いて外部の非回転部材（図示なし）に固定される。さらに、閉塞部材７ａには熱媒体流出管９ｂ及び熱媒体導入管９ａが固定されており、また、必要に応じて設置してもよい内部固定羽根６は閉塞部材７ａに固定されていてもよいし、熱媒体流出管９ｂ及び熱媒体導入管９ａに固定されていてもよい（固定手段は図示なし）。また、伝熱筒体１には、ベルト等（図示なし）によって回転駆動手段（図示なし）が連接されており、この回転駆動手段を用いて伝熱筒体１を回転させる。また、図３Ｂに示す本発明の潜熱蓄熱装置においては、外部固定羽根２が伝熱筒体１の外周面に近接又は摺接するように配置されている。外部固定羽根２は非回転状態で配置されていれば、その方法は特に制限はないが、治具等（図示なし）を用いて外部の非回転部材（図示なし）に固定されていてもよいし、外筒容器４ａの底部に固定されていてもよい。さらに、図３Ｂに示す本発明の潜熱蓄熱装置においては、伝熱筒体１とその周囲に配置されている潜熱蓄熱材３と（好ましくは、伝熱筒体１の外周面と潜熱蓄熱材３との間に更に配置されている前記液状充填剤と）が、上部が開放されている外筒容器４ａに収容されている。このような外筒容器４ａとしては特に制限はなく、小型の容器（例えば、一斗缶、ドラム缶程度の蓄熱容器）であっても大型のタンク（例えば、コンテナ程度の蓄熱槽等）であってもよい。このような潜熱蓄熱装置においては、伝熱筒体１を装着した閉塞部材７ａを外筒容器４ａに固定する必要がないため、潜熱蓄熱材３及び前記液状充填剤が収容されている外筒容器４ａの任意の位置に、伝熱筒体１を設置することが可能である。また、外筒容器４ａとして大型のタンクを用いた場合には、複数個の伝熱筒体１を設置することが可能となる。
図１Ａ及び図１Ｂに示す本発明の潜熱蓄熱装置においては、剥ぎ取られた潜熱蓄熱材３の凝固体が下部の閉塞部材５ｂや外筒容器４ａの底部のシール部材上に堆積すると、伝熱筒体１の回転によってシール部材に負荷がかかるため、シール部材が破損する場合があり、保守・点検する間隔（次の保守・点検までの期間）を短くする必要がある。一方、図３Ａ及び図３Ｂに示す本発明の潜熱蓄熱装置においては、下部の閉塞部材５ｂや外筒容器４ａの底部にシール部材が存在しないため、剥ぎ取られた潜熱蓄熱材３の凝固体が下部の閉塞部材５ｂや外筒容器４ａの底部に堆積しても、シール部材の破損といった不具合はなく、保守・点検する間隔（次の保守・点検までの期間）を長くすることが可能となる。
また、図３Ａ及び図３Ｂに示す本発明の潜熱蓄熱装置は、筒状伝熱容器１ａを装着した１つの閉塞部材７ａを閉塞部材５ａ又は治具等（図示なし）を用いて外部の非回転部材（図示なし）に回転自在に保持するだけであり、下部の閉塞部材５ｂや外筒容器４ａの底部に保持する必要がないため、図１Ａ及び図１Ｂに示す本発明の潜熱蓄熱装置に比べて、組立てが容易である。さらに、図３Ａ及び図３Ｂに示す本発明の潜熱蓄熱装置は、図１Ａ及び図１Ｂに示す本発明の潜熱蓄熱装置に比べて、シール部材や軸受等の部品の数が少なく、経済的な面でも優れている。
以下、実施例及び比較例に基づいて本発明をより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
（実施例１）
図１Ａに示す潜熱蓄熱装置を用いて放熱試験を実施した。伝熱筒体１として銅管（内径４７ｍｍ）を使用し、外筒４としてアクリル製円筒（内径１５０ｍｍ）を使用した。伝熱筒体１の内部には、４枚の内部固定羽根６（テフロン（登録商標）製、幅１４ｍｍ）を十字に装着し、伝熱筒体１の外側には、１枚の外部固定羽根２（テフロン（登録商標）製、幅１０ｍｍ）を装着した。なお、図１Ａでは、２枚の外部固定羽根２が装着されているが、本実施例では装着した外部固定羽根２は１枚である。伝熱筒体１と外筒４の間のスペース（容積１．６Ｌ）には、潜熱蓄熱材３として温度６５℃の酢酸ナトリウム三水塩（融点５８℃）を１０００ｇ充填した。伝熱筒体１に熱媒体８として温度４０℃の水を１．０Ｌ／分の流量で流通させ、伝熱筒体１を１００ｒｐｍで回転させた。アクリル製円筒内の潜熱蓄熱材３の状態を観察したところ、銅管の外周面近傍において放熱により潜熱蓄熱材３の凝固体が生成し、銅管の外周面に付着し始めたが、外部固定羽根２により凝固体は剥ぎ取られ、液状部分と混合されて、潜熱蓄熱材３はスラリー化した。その後、放熱試験を継続したところ、スラリー状態が約３５０秒間維持された。
図１Ａに示す潜熱蓄熱装置を用いて放熱試験を実施した。伝熱筒体１として銅管（内径４７ｍｍ）を使用し、外筒４としてアクリル製円筒（内径１５０ｍｍ）を使用した。伝熱筒体１の内部には、４枚の内部固定羽根６（テフロン（登録商標）製、幅１４ｍｍ）を十字に装着し、伝熱筒体１の外側には、１枚の外部固定羽根２（テフロン（登録商標）製、幅１０ｍｍ）を装着した。なお、図１Ａでは、２枚の外部固定羽根２が装着されているが、本実施例では装着した外部固定羽根２は１枚である。伝熱筒体１と外筒４の間のスペース（容積１．６Ｌ）には、潜熱蓄熱材３として温度６５℃の酢酸ナトリウム三水塩（融点５８℃）を１０００ｇ充填した。伝熱筒体１に熱媒体８として温度４０℃の水を１．０Ｌ／分の流量で流通させ、伝熱筒体１を１００ｒｐｍで回転させた。アクリル製円筒内の潜熱蓄熱材３の状態を観察したところ、銅管の外周面近傍において放熱により潜熱蓄熱材３の凝固体が生成し、銅管の外周面に付着し始めたが、外部固定羽根２により凝固体は剥ぎ取られ、液状部分と混合されて、潜熱蓄熱材３はスラリー化した。その後、放熱試験を継続したところ、スラリー状態が約３５０秒間維持された。
この間の潜熱蓄熱装置の総括伝熱係数を測定したところ、図４に示すように、高い値を示した。また、潜熱蓄熱材から熱媒体（水）に移動した熱量を算出し、潜熱蓄熱材の潜熱と顕熱との和で除して熱利用率（放熱率）を求めた。その結果を図５に示す。
（実施例２）
伝熱筒体１の回転数を５００ｒｐｍに変更した以外は実施例１と同様に放熱試験を実施した。アクリル製円筒内の潜熱蓄熱材３の状態を観察したところ、銅管の外周面近傍において放熱により潜熱蓄熱材３の凝固体が生成し、銅管の外周面に付着し始めたが、外部固定羽根２により凝固体は剥ぎ取られ、潜熱蓄熱材３はスラリー化した。その後、放熱試験を継続したところ、スラリー状態が約２２０秒間維持された。この間の潜熱蓄熱装置の総括伝熱係数を測定したところ、図４に示すように、高い値を示した。また、実施例１と同様にして熱利用率（放熱率）を求めた。その結果を図５に示す。
伝熱筒体１の回転数を５００ｒｐｍに変更した以外は実施例１と同様に放熱試験を実施した。アクリル製円筒内の潜熱蓄熱材３の状態を観察したところ、銅管の外周面近傍において放熱により潜熱蓄熱材３の凝固体が生成し、銅管の外周面に付着し始めたが、外部固定羽根２により凝固体は剥ぎ取られ、潜熱蓄熱材３はスラリー化した。その後、放熱試験を継続したところ、スラリー状態が約２２０秒間維持された。この間の潜熱蓄熱装置の総括伝熱係数を測定したところ、図４に示すように、高い値を示した。また、実施例１と同様にして熱利用率（放熱率）を求めた。その結果を図５に示す。
（比較例１）
伝熱筒体１の回転数を０ｒｐｍに変更した以外は実施例１と同様に放熱試験を実施した。アクリル製円筒内の潜熱蓄熱材３の状態を観察したところ、銅管の外周面近傍において放熱により潜熱蓄熱材３の凝固体が生成し、銅管の外周面に付着し始めた。その後、放熱試験を継続したところ、銅管側の潜熱蓄熱材３から徐々に凝固した。この間の熱利用率（放熱率）を実施例１と同様にして求めたところ、図５に示すように、非常に低く、２時間経過後でも６７％にとどまった。また、この間の潜熱蓄熱装置の総括伝熱係数及び熱利用率（放熱率）を求めた。その結果を図４に示す。
伝熱筒体１の回転数を０ｒｐｍに変更した以外は実施例１と同様に放熱試験を実施した。アクリル製円筒内の潜熱蓄熱材３の状態を観察したところ、銅管の外周面近傍において放熱により潜熱蓄熱材３の凝固体が生成し、銅管の外周面に付着し始めた。その後、放熱試験を継続したところ、銅管側の潜熱蓄熱材３から徐々に凝固した。この間の熱利用率（放熱率）を実施例１と同様にして求めたところ、図５に示すように、非常に低く、２時間経過後でも６７％にとどまった。また、この間の潜熱蓄熱装置の総括伝熱係数及び熱利用率（放熱率）を求めた。その結果を図４に示す。
図４に示した結果から明らかなように、３００秒経過時点の総括伝熱係数は、無回転（０ｒｐｍ）では３００Ｗ／（ｍ２・Ｋ）であったが、１００ｒｐｍでは１８００Ｗ／（ｍ ２・Ｋ）、５００ｒｐｍでは３７００Ｗ／（ｍ２・Ｋ）となり、伝熱筒体を回転させて、その外周面に付着した潜熱蓄熱材の凝固体を剥ぎ取ることによって、総括伝熱係数が増大することがわかった。また、伝熱筒体を回転させた場合、総括伝熱係数は、ある程度の時間まで高い値が維持されるが、それ以降は急激に低下することがわかった。これは、放熱により潜熱蓄熱材が完全に凝固し、蓄えた潜熱の放出が終了したためと考えられる。さらに、伝熱筒体の回転速度が速くなるほど、高い総括伝熱係数が維持される時間が短くなることがわかった。これは、伝熱筒体の回転速度が速いほど、潜熱蓄熱材からの放熱速度が速くなるため、潜熱蓄熱材が蓄えた潜熱及び顕熱を放出するのに要する時間が短くなるためと考えられる。
図５に示した結果から明らかなように、伝熱筒体の回転の有無にかかわらず、熱利用率（放熱率）は時間の経過とともに増大することがわかった。また、伝熱筒体の回転速度が速くなるほど、熱利用率（放熱率）の増加速度が速くなることがわかった。さらに、伝熱筒体を回転させて、その外周面に付着した潜熱蓄熱材の凝固体を剥ぎ取ることによって、潜熱蓄熱材が保有する熱エネルギーを短時間で取り出せることがわかった。
図４及び図５に示した結果に基づいて、熱利用率（放熱率）と伝熱速度（放熱速度）及び総括伝熱係数との関係を求めた。その結果を図６及び図７に示す。図６及び図７に示した結果から明らかなように、伝熱筒体を回転させて、その外周面に付着した潜熱蓄熱材の凝固体を剥ぎ取ることによって、熱利用率（放熱率）が高くなっても（すなわち、潜熱蓄熱材が保有する熱エネルギーが少なくなっても）、伝熱速度（放熱速度）や総括伝熱係数が高く、高い伝熱性能が維持されることがわかった。一方、無回転の場合には、熱利用率（放熱率）が低くても（すなわち、潜熱蓄熱材に多くの熱エネルギーが残存していても）、伝熱速度（放熱速度）や総括伝熱係数が低く、高い伝熱性能を得ることはできなかった。このことから、本発明の潜熱蓄熱装置においては、潜熱蓄熱材が保有する熱エネルギーの大部分を実用的な熱供給速度で利用できることがわかった。一方、伝熱筒体が無回転の場合、すなわち、従来の潜熱蓄熱装置においては、潜熱蓄熱材が保有する熱エネルギーのうち、実用的な熱供給速度で利用できる割合は僅かであることがわかった。
また、例えば、熱利用率（放熱率）が５０％の場合、無回転（０ｒｐｍ）では、伝熱速度（放熱速度）は９Ｗ、総括伝熱係数は４１Ｗ／（ｍ２・Ｋ）であったが、１００ｒｐｍでは、伝熱速度（放熱速度）は３９９Ｗ（無回転の４３倍）、総括伝熱係数は１６９６Ｗ／（ｍ２・Ｋ）（無回転の４２倍）、５００ｒｐｍでは、伝熱速度（放熱速度）は６４７Ｗ（無回転の７０倍）、総括伝熱係数は３５３１Ｗ／（ｍ２・Ｋ）（無回転の８７倍）となり、伝熱筒体を回転させて、その外周面に付着した潜熱蓄熱材の凝固体を剥ぎ取ることによって、伝熱速度（放熱速度）及び総括伝熱係数が著しく増大することがわかった。
さらに、５００ｒｐｍの場合には熱利用率（放熱率）が２５〜７０％の間で伝熱速度（放熱速度）が一定であったが、１００ｒｐｍの場合には無回転（０ｒｐｍ）と比較して高い伝熱速度（放熱速度）ではあったが、徐々に減少した。これは、熱利用率（放熱率）の増加に伴い、潜熱蓄熱材中の液相率が減少して固相率が増加するため、伝熱量あたりに伝熱筒体の外周面に形成する凝固体の厚みが増加し、低回転（１００ｒｐｍ）の場合には、固定羽根で剥ぎ取られる前に、伝熱筒体の外周表面上で凝固体が伝熱抵抗が顕著になる厚さに成長すること、また、液状及びスラリー状の潜熱蓄熱材の混合状態が悪化して、潜熱蓄熱材内の温度分布が顕著になること、により伝熱速度（放熱速度）が徐々に低下したものと推察される。したがって、あらかじめ伝熱筒体の回転数が定められている場合には、伝熱筒体の外周面に付着した凝固体を確実に剥ぎ取ることができ、また、液状及びスラリー状の潜熱蓄熱材の混合状態が良好なものとなるように、回転数に応じた固定羽根枚数の選定が重要である。
また、図４、図６、図７に示したように、放熱操作において、潜熱蓄熱材の凝固が進行している期間の伝熱速度（放熱速度）及び総括伝熱係数は、伝熱筒体の回転数増加と共に増加することがわかった。一方、熱媒体の供給速度及び供給温度が一定の条件では、伝熱速度（放熱速度）は熱媒体の出口温度と一対一で対応する。このことは、潜熱蓄熱装置から流出する熱媒体の温度を、伝熱筒体の回転数を調整することにより一定に制御できることを示す。
（実施例３）
図１Ａに示す潜熱蓄熱装置を用いて蓄熱試験を実施した。伝熱筒体１として銅管（外径５５ｍｍ、厚さ２ｍｍ、高さ３３４ｍｍ）を使用し、外筒４としてアクリル製円筒（内径１１０ｍｍ、高さ２２８ｍｍ）を使用した。伝熱筒体１の内部には、４枚の内部固定羽根６（テフロン（登録商標）製、幅１４ｍｍ）を十字に装着し、伝熱筒体１の外側には、１枚の外部固定羽根２（テフロン（登録商標）製、幅１０ｍｍ）を装着した。なお、図１Ａでは、２枚の外部固定羽根２が装着されているが、本実施例では装着した外部固定羽根２は１枚である。
図１Ａに示す潜熱蓄熱装置を用いて蓄熱試験を実施した。伝熱筒体１として銅管（外径５５ｍｍ、厚さ２ｍｍ、高さ３３４ｍｍ）を使用し、外筒４としてアクリル製円筒（内径１１０ｍｍ、高さ２２８ｍｍ）を使用した。伝熱筒体１の内部には、４枚の内部固定羽根６（テフロン（登録商標）製、幅１４ｍｍ）を十字に装着し、伝熱筒体１の外側には、１枚の外部固定羽根２（テフロン（登録商標）製、幅１０ｍｍ）を装着した。なお、図１Ａでは、２枚の外部固定羽根２が装着されているが、本実施例では装着した外部固定羽根２は１枚である。
先ず、伝熱筒体１と外筒４の間のスペース（容積１．６Ｌ）に、潜熱蓄熱材３として酢酸ナトリウム三水塩（融点５８℃）１０００ｇを装入し、さらに、過冷却防止剤としてリン酸ナトリウム１２水和物３６ｇを添加した。次に、伝熱筒体１に熱媒体８として温度７０℃の温水を流通させて潜熱蓄熱材３を溶融し、潜熱蓄熱材３を６５℃まで昇温した。その後、伝熱筒体１を５００ｒｐｍで回転させながら、伝熱筒体１に熱媒体８として温度４０℃の水を１．０Ｌ／分の流量で流通させ、潜熱蓄熱材３を凝固させた。凝固した潜熱蓄熱材３の温度は４０℃であり、潜熱蓄熱材３の凝固体からなる相の高さは８．４ｃｍであった。
次に、伝熱筒体１を５００ｒｐｍで回転させながら、伝熱筒体１に熱媒体８として温度７０℃の温水を１．０Ｌ／分の流量で流通させて蓄熱試験を実施した。この間の潜熱蓄熱材３の温度を測定して蓄熱量を求め、さらに、蓄熱速度を算出した。図８には、蓄熱速度の経時変化を示す。
（実施例４）
伝熱筒体１の回転数を１００ｒｐｍに変更した以外は実施例３と同様にして蓄熱試験を実施した。この間の潜熱蓄熱材３の温度を測定して蓄熱量を求め、さらに、蓄熱速度を算出した。図８には、蓄熱速度の経時変化を示す。
伝熱筒体１の回転数を１００ｒｐｍに変更した以外は実施例３と同様にして蓄熱試験を実施した。この間の潜熱蓄熱材３の温度を測定して蓄熱量を求め、さらに、蓄熱速度を算出した。図８には、蓄熱速度の経時変化を示す。
（比較例２）
伝熱筒体１の回転数を０ｒｐｍに変更した以外は実施例３と同様にして蓄熱試験を実施した。この間の潜熱蓄熱材３の温度を測定して蓄熱量を求め、さらに、蓄熱速度を算出した。図８には、蓄熱速度の経時変化を示す。
伝熱筒体１の回転数を０ｒｐｍに変更した以外は実施例３と同様にして蓄熱試験を実施した。この間の潜熱蓄熱材３の温度を測定して蓄熱量を求め、さらに、蓄熱速度を算出した。図８には、蓄熱速度の経時変化を示す。
図８に示した結果から明らかなように、伝熱筒体の回転の有無にかかわらず、蓄熱試験の前半では蓄熱速度は非常に小さくなった。これは、潜熱蓄熱材が放熱時に凝固する際に収縮して、伝熱筒体の外周面と潜熱蓄熱材の凝固体との間に空隙が生成し、蓄熱開始時に、この空隙が伝熱阻害となって、伝熱筒体からの熱が伝熱筒体の外周面近傍の潜熱蓄熱材の凝固体に十分に伝わらず、潜熱蓄熱材の凝固体の溶融が遅くなったためと考えられる。
また、伝熱筒体が無回転（０ｒｐｍ）の場合、蓄熱試験の後半になっても蓄熱速度は増加しなかった。これは、伝熱筒体が無回転の場合、伝熱筒体の外周面近傍の溶融した潜熱蓄熱材は自然対流するが、自然対流による伝熱は速度が遅く、伝熱筒体から潜熱蓄熱材の凝固体への伝熱速度が増加しなかったためと考えられる。
これに対して、伝熱筒体を回転させた場合には、蓄熱試験の後半において蓄熱速度が増加した。これは、伝熱筒体の外周面近傍の溶融した潜熱蓄熱材が伝熱筒体の回転により強制対流し、この流れが外部固定羽根に衝突して外筒の方向の流れに変化し、さらに、外筒の内壁に沿った流れに変化することによって、外部固定羽根近傍や外筒の内壁近傍においても潜熱蓄熱材の凝固体が溶融したためと考えられる。
（実施例５）
伝熱筒体１と外筒４の間のスペース（容積１．６Ｌ）に、液状充填剤としてシリコーンオイル（信越化学工業（株）製「信越シリコーンＫＦ−１０ＣＳ」、動粘度（２５℃）：１０ＣＳ）６８ｇを更に添加した以外は実施例３と同様にして、潜熱蓄熱材３の凝固体を形成させた。潜熱蓄熱材３の凝固体の温度は４０℃であり、潜熱蓄熱材３の凝固体からなる相の高さは８．４ｃｍであった。また、シリコーンオイルは伝熱筒体１の外周面と潜熱蓄熱材３の凝固体との間の空隙に充填されており、その相の高さは１．０ｃｍであった。
伝熱筒体１と外筒４の間のスペース（容積１．６Ｌ）に、液状充填剤としてシリコーンオイル（信越化学工業（株）製「信越シリコーンＫＦ−１０ＣＳ」、動粘度（２５℃）：１０ＣＳ）６８ｇを更に添加した以外は実施例３と同様にして、潜熱蓄熱材３の凝固体を形成させた。潜熱蓄熱材３の凝固体の温度は４０℃であり、潜熱蓄熱材３の凝固体からなる相の高さは８．４ｃｍであった。また、シリコーンオイルは伝熱筒体１の外周面と潜熱蓄熱材３の凝固体との間の空隙に充填されており、その相の高さは１．０ｃｍであった。
次に、伝熱筒体１を５００ｒｐｍで回転させながら、伝熱筒体１に熱媒体８として温度７０℃の温水を１．０Ｌ／分の流量で流通させて蓄熱試験を実施した。この間の潜熱蓄熱材３の温度を測定して蓄熱量を求め、さらに、蓄熱速度を算出した。図９には、蓄熱速度の経時変化を示す。
（実施例６）
伝熱筒体１の回転数を１００ｒｐｍに変更した以外は実施例５と同様にして蓄熱試験を実施した。この間の潜熱蓄熱材３の温度を測定して蓄熱量を求め、さらに、蓄熱速度を算出した。図９には、蓄熱速度の経時変化を示す。
伝熱筒体１の回転数を１００ｒｐｍに変更した以外は実施例５と同様にして蓄熱試験を実施した。この間の潜熱蓄熱材３の温度を測定して蓄熱量を求め、さらに、蓄熱速度を算出した。図９には、蓄熱速度の経時変化を示す。
（比較例３）
伝熱筒体１の回転数を０ｒｐｍに変更した以外は実施例５と同様にして蓄熱試験を実施した。この間の潜熱蓄熱材３の温度を測定して蓄熱量を求め、さらに、蓄熱速度を算出した。図９には、蓄熱速度の経時変化を示す。
伝熱筒体１の回転数を０ｒｐｍに変更した以外は実施例５と同様にして蓄熱試験を実施した。この間の潜熱蓄熱材３の温度を測定して蓄熱量を求め、さらに、蓄熱速度を算出した。図９には、蓄熱速度の経時変化を示す。
図９に示した結果から明らかなように、伝熱筒体１の外周面と潜熱蓄熱材３の凝固体との間の空隙にシリコーンオイルを充填することによって、蓄熱試験の初期から蓄熱が進行することが確認された。これは、伝熱筒体１の外周面と潜熱蓄熱材３の凝固体との間の空隙に充填されたシリコーンオイルにより、伝熱筒体１から潜熱蓄熱材３の凝固体への伝熱が促進されたためと考えられる。
また、実施例５〜６及び比較例３について、各蓄熱時間における潜熱蓄熱材の蓄熱量を、潜熱蓄熱材の潜熱と顕熱との和で除して熱利用率（蓄熱率）を求めた。この熱利用率（蓄熱率）と蓄熱速度との関係を図１０に示す。図１０に示した結果から明らかなように、伝熱筒体を回転させて、伝熱筒体の外周面近傍の溶融した潜熱蓄熱材を強制対流させることによって、熱利用率（蓄熱率）が高くなっても、伝熱速度（蓄熱速度）が高く、高い伝熱性能が維持されることがわかった。一方、無回転の場合には、熱利用率（蓄熱率）が低くても、伝熱速度（蓄熱速度）が低く、高い伝熱性能を得ることはできなかった。このことから、本発明の潜熱蓄熱装置においては、多くの熱エネルギーを実用的な速度で蓄熱できることがわかった。一方、伝熱筒体が無回転の場合、すなわち、従来の潜熱蓄熱装置においては、実用的な速度で蓄熱できる熱エネルギーは僅かであることがわかった。
以上の結果から明らかなように、内部を熱媒体が流通する伝熱筒体の周囲に潜熱蓄熱材が配置されている潜熱蓄熱装置において、前記伝熱筒体の外周面に近接又は摺接するように固定羽根を設置し、かつ、前記伝熱筒体を回転させて、放熱時には、その外周面に付着する潜熱蓄熱材の凝固体を剥ぎ取ることによって、また、蓄熱時には、その外周面近傍の溶融した潜熱蓄熱材を強制対流させることによって、伝熱性能が著しく向上することが確認された。
以上説明したように、本発明によれば、放熱量が多く、潜熱蓄熱材と熱媒体との間の伝熱性能に優れた潜熱蓄熱装置を得ることが可能となる。
したがって、本発明の潜熱蓄熱装置は、潜熱蓄熱材と熱媒体との間の伝熱性能に優れるため、熱のカスケード利用において有効であり、特に、工業排熱を蓄熱・輸送し民生で利用する熱輸送システムや、工業排熱を蓄熱し、吸収式冷凍機などの熱源としてその場利用するシステム、単価の安い深夜電力を用いて蓄熱し、単価の高い日中に熱利用するシステム、太陽光発電の余剰電力や太陽光集光熱を用いて蓄熱し、日中・夜間を問わず太陽光が遮られた時に熱供給をする日照変動の緩和システム等の用途に有用である。
１：伝熱筒体
１ａ：筒状容器
２：固定羽根（外部固定羽根）
３、３ａ：潜熱蓄熱材
４：外筒
４ａ：外筒容器
５ａ、５ｂ：閉塞部材
６：固定羽根（内部固定羽根）
７ａ、７ｂ：閉塞部材
８：熱媒体
９ａ：熱媒体導入管
９ｂ：熱媒体流出管
１ａ：筒状容器
２：固定羽根（外部固定羽根）
３、３ａ：潜熱蓄熱材
４：外筒
４ａ：外筒容器
５ａ、５ｂ：閉塞部材
６：固定羽根（内部固定羽根）
７ａ、７ｂ：閉塞部材
８：熱媒体
９ａ：熱媒体導入管
９ｂ：熱媒体流出管
Claims (6)
- 内部を熱媒体が流通可能であり、長軸を回転中心として回転可能な伝熱筒体と、
前記伝熱筒体の外周面に近接又は摺接している固定羽根と、
前記伝熱筒体の周囲に配置されている潜熱蓄熱材と、
を備えており、
放熱時には、前記伝熱筒体が回転することによって、前記固定羽根が、前記伝熱筒体の外周面に付着した前記潜熱蓄熱材の凝固体を前記伝熱筒体の外周面から剥ぎ取り、また、前記伝熱筒体の回転と固定羽根によって前記潜熱蓄熱材の流動を生起して前記潜熱蓄熱材を攪拌し、
蓄熱時には、前記伝熱筒体の外周面近傍で凝固体から液状に変化した前記潜熱蓄熱材が、前記伝熱筒体の回転を駆動力として流動し、該潜熱蓄熱材の流動が固定羽根に衝突することによって前記伝熱筒体の外周面に垂直な方向の流れを生起する、潜熱蓄熱装置。 - 前記固定羽根の幅が前記伝熱筒体の直径の１５％以上である、請求項１に記載の潜熱蓄熱装置。
- 前記伝熱筒体の周囲に所定のスペースをもって外筒が配置されており、
前記伝熱筒体と前記外筒の間の前記スペースに前記固定羽根及び前記潜熱蓄熱材が配置されている、請求項１又は２に記載の潜熱蓄熱装置。 - 前記固定羽根の幅が前記伝熱筒体と前記外筒の間のスペースの幅の３０％以上１００％以下である、請求項３に記載の潜熱蓄熱装置。
- 前記伝熱筒体の一方の端部が閉塞されており、かつ、前記伝熱筒体の他方の端部から前記伝熱筒体内の前記閉塞された端部の近傍に前記熱媒体を導入するための熱媒体導入管が前記伝熱筒体内に配置されており、
前記熱媒体導入管を通して前記熱媒体を前記伝熱筒体内に導入することによって、前記伝熱筒体内の前記閉塞された端部の近傍から前記他方の端部に前記熱媒体が流通する、請求項１〜４に記載の潜熱蓄熱装置。 - 前記伝熱筒体の外周面と前記潜熱蓄熱材との間に、該潜熱蓄熱材と混和しない液状充填剤が配置されている、請求項１〜５に記載の潜熱蓄熱装置。
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