JPH0253716B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、蓄熱物質に熱をその潜熱および顕熱
の形態で蓄熱しかつ随時にこの熱を取出せるよう
に構成する蓄熱装置用の蓄熱器ユニツトに関す
る。

物質の融解または凝固のさいの潜熱を利用して
蓄熱装置を構成すると、単位体積当りの蓄熱量を
多くすることができるので有利な面がある。この
ような蓄熱装置は密閉容器内に蓄熱物質を封入
し、その容器壁を通じて水や空気などの熱媒流体
と熱交換するようにするのが通常である。このよ
うな相変態を利用して蓄熱する場合の蓄熱物質と
しては、各種の水和塩例えばCaCl₂・6H₂O、
Na₂SO₄・10H₂Oや、Na₂S₂O₃・5H₂O、あるい
は含水リン酸塩混合物例えばNa₂HPO₄−
NaH₂PO₄−KH₂PO₄−H₂O、あるいは有機化合
物例えばエチレンジアミン等、あるいは油脂類例
えばパラフイン等が提案されている。これらの物
質の融点はそれぞれ異なるが受熱温度の相違に応
じて適切な融点の物質を選定し、これを密閉容器
内に封入して潜熱の形態で蓄熱すれば単位体積当
り多大の蓄熱を行なうことができ、放熱と蓄熱を
何回もくり返すことができる。一般に、このよう
な潜熱蓄熱体は、同じ熱量を蓄熱する場合に、重
量比で水の１／５、岩石の１／25であり、容積比
では水の１／８、岩石の１／17程度であると言わ
れている。

しかし、このような潜熱の形態での蓄熱の有利
性が原理的に判つていても、これを実用化するに
は様々な問題がある。これには蓄熱物質自体の変
成や劣化の問題と蓄熱装置の構成上の問題に分け
られる。前者にあつては、空気や水の侵入を避け
て蓄熱物質を容器内に完全封入すればこの蓄熱物
質の変成や劣化は実質上回避できるが、実用規模
での大型の蓄熱容器ではの完全封入を行なうのは
容易ではないし、この場合には熱媒流体との熱交
換効率の低下が予儀なくされる。後者にあつて
は、蓄熱のための受熱量の変動と、蓄熱された熱
を回収するさいの回収要求熱量の変動に対して効
率よく対応できる装置を構成することが容易では
ないという問題である。

本発明は、このような潜熱蓄熱を利用する蓄熱
装置の実用化への妨げとなつていた前述の如き問
題の解決を目的としてなされたもので、蓄熱物質
を収容するための槽を小規模な単位ユニツトに分
割し、この単位ユニツトを集合することによつて
適宜所望の蓄熱槽に構成できるようにして前述の
目的を達成するものであり、この各単位ユニツト
をさらに微小単位のパツクの集合によつて構成す
るものである。

すなわち本発明は、潜熱蓄熱装置の蓄熱槽を多
数の蓄熱器ユニツトの集合によつて構成する場合
の単位蓄熱器ユニツトの発案に係るもので、この
各々のユニツトは中央部に軸に沿つた空気通路を
有する缶体の中に、蓄熱物質を封入した輪状容器
のパツクを該輪状容器の輪が該空気通路を取り巻
くようにして積層して充填したうえ、缶体内の空
〓に伝熱物質を封入することによつて構成するも
のである。

以下に図面の実施例に従つて本発明の潜熱蓄熱
用ユニツトの詳細を説明する。

第１図は、蓄熱物質をその中に封入するための
輪状容器パツクの外観図であり、個々独立した輪
状容器２を同心状に積み重ねる状態を概念的に示
したものである。

第２図はこの輪状容器２の中心軸を通る面で切
断した断面図であり、このドーナツ状の輪状容器
２内には潜熱蓄熱用の既述の如き蓄熱物質１が封
入されている。この蓄熱物質１の封入にさいして
は、この蓄熱物質と共に、分離防止剤例えばグラ
スウール、アルミ、ステンレスなどの金属モール
または化繊フイルターメデイアなどを混入してお
くとよい。この輪状容器２金属板で作つてもよい
が、合成樹脂のフイルムやシートなどを用いると
その製作が容易で蓄熱物質の封入も容易である。
６は蓋を示すが、この蓋６を用いる場合は本体と
のシールを完全にするための密封結合を行なう。

第３図は第２図のＡ部の拡大図であり、輪状容
器２の壁面を凹凸のあるコルゲート面７に構成し
た例を示している。このようなコルゲート面７と
することにより輪状容器２の伝熱面積を大巾に増
加させることができ、この輪状容器２の外側雰囲
と輪状容器２内の蓄熱物質１との間の熱の伝達が
良好となる。

第４図は本発明に従うユニツトの例を示す縦断
面を、また第５図は−′線矢視断面を示した
もので、第１〜２図示したような蓄熱物質１を封
入した輪状容器２を、中央部に軸に沿つた空気通
路３を有する缶体４の中に、積層して装填した状
態を示している。缶体４は、例えば１斗缶程度の
容積をもつ円筒ドラムであり、その中心部に同軸
的な小円筒８が底板９と上蓋１０とを貫通して取
付けられていて、この小円筒８と底板９および上
蓋１０と缶体外周本体とは互いに気密に接合され
ている。このようにして形成された缶体４の２重
円筒空間の中に輪状容器２のパツクを積み重ねて
装填するが、このパツク同志の間隙ならびにこの
パツクと缶体との間の間隙（空隙）に伝熱物質を
挿入しておく。この伝熱物質としてはこのユニツ
トの使用温度で常に液状である物質を用いるとよ
い。この液体の封入よつて輪状容器と缶体との伝
熱性が良好となると共に蓄熱物質が融解状態にあ
るときの洩漏に対してもこれを抑止する役割を果
たすことができる。このように構成した潜熱蓄熱
用ユニツトは、缶体４の外側の雰囲気（例えば空
気流）と空気通路３の空気流に対して熱の受授が
効果的に行なわれるので、このユニツトを多数接
続もしくは集合することによつて、単位容積当り
の蓄熱量と放熱量が極めて大きくかつその蓄熱の
貯蔵期間も夏から冬に至るような長期の期間とす
ることができる蓄熱槽を構成することができる。

第６図および第７図は、熱媒体として気体（例
えば空気）と液体（例えば水）との両方を使用す
る場合に有利な潜熱蓄熱用ユニツトの例を示すも
ので、第６図に示したように、蓄熱物質を封入し
た大径の輪状容器２ａと同じく蓄熱物質を封入し
た小径の輪状容器２ｂとを、２重の輪が形成され
るように積み重ねながら、第７図の缶体４の中に
装填したものである。すなわち大径の輪状容器２
ａの内径よりも小さな外径をもつ小径の輪状容器
２ｂを、大径の輪状容器２ａの内方に同心的に入
れ、これを空気通路３を有する缶体４の中で積み
重ねて装填したものである。したがつて、缶体４
の中において、大径の輪状容器２ａからなる外輪
積層体と小径の輪状容器２ｂとからなる内輪積層
体とが形成されることになる。この外輪積層体と
内輪積層体との間隙１１に、液状の熱媒を流すた
めのコイル５が配置されている。この２重の内外
輪積層体を形成しかつコイル５を配置した以外
は、第４〜５図で説明したと同様であり、気体
（空気）を熱媒とする場合にも効果的な使用のし
かたができる。また、この輪状容器２ａと２ｂな
らびにコイル５を配置した缶体４の空隙には液状
の熱伝達物質を封入することによつて第４〜５図
の場合と同様の効果が得られる。

第８図は第７図の蓄熱器ユニツトを８個組み合
わせて１単位の蓄熱槽を構成した状態を、また第
９図ではこの８個の蓄熱器ユニツトからなる１単
位蓄熱槽をさらに集合した状態を、それぞれ図解
的に示したものである。

１単位の蓄熱槽は、第８図に示したように、方
形の４隅に組まれたａ〜ｄの４本の垂直な中空パ
イプと、これらの中空パイプａ〜ｂ，ｂ〜ｃ，ｃ
〜ｄ，ｄ〜ａ間の中心の辺に配置された４本の垂
直な中空パイプイ〜ニと、中央に位置する１本の
垂直な中空パイプCPとからなる枠組みの中に、
８個の蓄熱器ユニツトを２段にして収めることに
よつて構成されている。これらの中空パイプのう
ち、中央のパイプCPを除いた周辺のものは、こ
の１単位の蓄熱槽を隣に合わせて集合するさい
に、その隣接する槽と共用される。

この状態は第９図の平面配置に示すように、１
単位の蓄熱槽Uiにおける隅のパイプａ〜ｄが、
或る方向（図では紙面の上下方向）では隣接する
単位蓄熱槽の隅のパイプとして共用されるが、或
る方向（図では紙面の左右方向）では隣接する単
位蓄熱槽の辺のパイプとして共用される。そし
て、これらのパイプの全てａ〜ｄ，イ〜ニ，CP
は蓄熱器ユニツトを組み合わせて固定する支柱と
しての役割のほかに、各蓄熱器ユニツトの内部に
配されたコイル５（第７図）を互いに連結して熱
媒液体を循環させるための熱媒配管として機能さ
せるようにしてある。各々の単位蓄熱槽におい
て、各パイプは第１０図に示したような水平な支
持板１７を上中下の合計３枚使用して互いに位置
決めされ、このように位置決めされた９本のパイ
プと３枚の支持板によつて、８個の蓄熱器ユニツ
トが２個づつ軸心に合わせて積み重ねた４本の筒
となり、この４本の筒で１単位の蓄熱槽に構成さ
れる。この軸心に合わせられて積み重ねられるこ
とによつて、小円筒８（第７図）は互いに整合さ
れて連結され、この中に熱媒気体が通される。

熱媒液体は、各々の中空パイプａ〜ｄ，イ〜
ニ，CPを利用して各蓄熱器ユニツトのコイルに
循環されるが、この接続関係は第９図の平面配置
における矢印で示してある。例えば第９図のUi
の単位蓄熱槽について見れば、上段の４個のユニ
ツトも下段の４個のユニツトも同様に、中央のパ
イプCPに熱媒液体が各々の内部コイルから流出
するように接続かれ、かつ辺のパイプとハから熱
媒液体が各々の内部コイルに流入するように接続
される。他方、このUiの右隣りの単位蓄熱槽に
おいては、中央のパイプCPとの接続はUiと同じ
であるが、Uiでは隅のパイプａ〜ｄとして機能
していたものが辺のパイプイ〜ニとして機能し、
これから熱媒液体が流入するようになる。つま
り、単位蓄熱槽の隣接にさいして蓄熱器ユニツト
１個分をずらして接続させることによつて、隣の
単位蓄熱槽では液体循環用に使用されなかつたパ
イプが隣の単位蓄熱槽では液体循環用に使用さ
れ、しかもそのさい、単位蓄熱槽として個別に見
た場合、いづれにおいても、各パイプと各ユニツ
ト内のコイルとの接続位置は不変とすることがで
きる。この不変の接続関係を保つて単位蓄熱槽を
無限に集合することができ、実際には、受熱また
は放熱の熱容量に合わせてこの集合の度合いを任
意に調節することができる。なお、この集合の場
合、第９図のような平面的な広がりのほかに上下
方向の接続も随意であり、３次元的な任意の構造
をもつた蓄熱槽構造物を構蓄することができる。
構蓄された蓄熱槽において、熱媒気体は各蓄熱器
ユニツトの小円筒を通すようにすると共に、各蓄
熱器ユニツトの間の空隙、すなわち缶体１の外側
にも通すようにすれば、各蓄熱器ユニツト内の蓄
熱物質はこの熱媒気体との熱交換面積が一層増大
してその熱交換効率が向上する。実際の運転にあ
たつて、熱媒気体は蓄熱用に、また、コイルに通
す熱媒液体へ放熱用に利用するとよいが、その逆
の運転も場合によつては行ない得る。

以下さらに本発明の蓄熱器ユニツトの他の利用
のしかた並びに他の集合例を示す。

第１１図は蓄熱器ユニツトを縦方向に積み重ね
るさいにリングジヨイント１９を利用した例を示
す。このリングジヨイント１９は第１２図に示し
たように、気体が透過する開口２０が上下リング
２１と２２の間に設けられており、この上下リン
グ２１と２２に対し、積み重ねようとする蓄熱器
ユニツトの端部を嵌め込む。そして、第１０図に
示した支持板１７をこのリングジヨイント１９の
中央部で支持させる。２３はこの支持板１７を受
けるための張り出し片を示している。この支持板
１７を使用しかつ蓄熱器ユニツトの積み重ねにさ
いして小円筒同志の接続を若干切離しておくと、
小円筒から小円筒へ流れる気体の１部は開口２０
を経て缶体の外側に流れ出るし、逆に缶体の外側
を流れる気体は支持板１７に衝突して（この支持
板１７がバツフルプレートとして機能して）この
開口２０から小円筒に流入するような気流の流れ
が生じ、缶体の外側と内側（小円筒）に気流が混
合しながら流れることになり、この気体と蓄熱物
質との熱交換が各蓄熱器ユニツト内の蓄熱物質全
域にわたつて効果的に行なわれる。

第１３図は第７図の蓄熱器ユニツトを最もコン
パクトに配置する場合の平面配置図である。この
場合、１個の蓄熱器ユニツトに対し２本の垂直な
パイプ１４と１５が用いられ、その１方は蓄熱器
ユニツト内のコイルに熱媒液体を流入する流入
管、他方は熱媒液体をコイルから流出させる流出
管として使用される。縦方向への積み重ねは、こ
の第１３図の配置を保つたまま積層されるが、１
段下の蓄熱器ユニツトで流出管となつたパイプは
流出管とするような接続のしかたをしてもよい。
つまり、縦方向の各蓄熱器ユニツトのコイルをパ
イプ１４と１５にシリーズに接続してもよい。こ
のシリーズに接続するかあるいはパラレルに接続
するかは、受熱容量、熱媒液体量、蓄熱物質の種
類と量によつて決定される。この積層にあたつ
て、第１２図の如きリングジヨイントの使用も可
能であり、缶体の外側と内側（小円筒）に熱媒気
体を流すようにすることもできる。ただし、この
第１３図の配置では第９図の配置よりも各蓄熱器
ユニツト同志の間隙は小さいので、必ずしも第１
０図のようなバツフルプレートを使用しなくとも
よい。

第１４図は本発明の蓄熱器ユニツトを集合した
蓄熱装置の１例を示すもので、３０は空気式太陽
熱集熱器、３１は地下構造壁、３２は本発明の蓄
熱器ユニツトを集合して接続した蓄熱槽構造体、
３３は送風機、３４は切換ダンパー、３５は送気
ノズル、３６は還気取付口、３７は補助熱源装置
を示しており、還気取入口３６からこの蓄熱装置
内に入つた空気もしくは蓄熱槽構造体からの循環
空気が太陽熱集熱器３０と蓄熱槽構造体３２に循
環送気されることにより、太陽熱が各蓄熱器ユツ
トの蓄熱物質に潜熱蓄熱される。この蓄熱された
熱は、切換ダンパー３４の操作により空気流路が
送気ノズル３５の方に切換つて要求負荷に送熱さ
れる。第１５図は、この蓄熱された熱が建物３８
の暖房熱源として利用される例を示している。す
なわち、送気ノズル３５から建物３８内の各所に
設けられた吹出口３９に通ずるダクトが施設さ
れ、この吹出口３９から、蓄熱構造体に蓄熱され
た熱によつて加温された空気が吹出され、その還
気は吸込口４０から蓄熱装置に戻されるようにな
つている。この装置によると、太陽熱と蓄熱物質
に潜熱の形態で数ケ月にわたつて大量蓄熱がで
き、夏期または中間期に蓄えられた太陽熱を冬期
の暖房用に使用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に従う輪状容器の積層例を示す
斜視図、第２図は輪状容器の断面図、第３図は第
４図のＡ部拡大図、第４図は本発明に従う潜熱蓄
熱用ユニツトの例を示す断面図、第５図は第４図
の−′線矢視断面図、第６図は輪状容器の例
の積層例を示す斜視図、第７図は潜熱蓄熱用ユニ
ツトの他の例を示す断面図、第８図は８個の蓄熱
器ユニツトで１単位の蓄熱槽を構成した例を示す
斜視図、第９図は単位蓄熱槽を集合した配置平面
図、第１０図は単位蓄熱槽を構成するさいに使用
する支持板バツフルプレート）の斜視図、第１１
図は蓄熱器ユニツトの接続部を示す略正面図、第
１２図はその接続部に使用するリングジヨイント
の斜視図、第１３図は蓄熱器ユニツトの他の配置
例を示す配置平面図、第１４図は本発明の蓄熱器
ユニツトの集合により構成した蓄熱装置の例を示
す概略断面図、第１５図は第１３図の蓄熱装置に
より建物の暖房を行なうようにした機器配置系統
図である。 １……蓄熱物質、２……輪状容器、３……空気
通路、４……缶体、５……コイル、８……小円
筒、３０……太陽熱集熱器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 蓄熱物質１を封入した輪状容器２の複数個
   を、中央部に軸に沿つた空気通路３を有する缶体
   ４の中に、各輪状容器２の輪が該空気通路３を取
   り巻くようにして積層して装填すると共に、缶体
   ４内の空〓に伝熱物質を封入してなる潜熱蓄熱用
   ユニツト。 ２ 蓄熱物質１を封入した大径の輪状容器２ａの
   複数個と蓄熱物質１を封入した小径の輪状容器２
   ｂの複数個とを、中央部に軸に沿つた空気通路３
   を有する缶体４の中に、各輪状容器２ａと２ｂの
   輪が該空気通路を取り巻くようにして同心状に積
   層して装填したうえ、大径の輪状容器２ａと小径
   の輪状容器２ｂとの間〓に熱媒流体を流すための
   コイル５を配置し、さらに缶体４内の空〓に伝熱
   物質を封入してなる潜熱蓄熱用ユニツト。