JPH0414272B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は、物質の相変化に伴う転移熱を利用
して熱を蓄える、中でも流動潜熱蓄熱に関するも
ので、ビルの空調等に応用することができる。

従来の技術 従来から放送局やホテルのパブリツクスペース
のように間欠運転の多い場合や、デパートや店舗
のように負荷変動が激しく、部分延長運転が必要
な場合に蓄熱槽が多用されてきた。蓄熱槽は水な
どの蓄熱物質に計画的に効率よく蓄熱し、熱的に
も温度的にも損失のないように蓄え、必要なとき
に必要な量の熱をくみ出せるようにしたものであ
る。現在では熱源設備容量の減少、熱回収、排熱
利用、夜間電力の利用、電力のピークシフトなど
の種々の目的に蓄熱槽が採用されている。蓄熱槽
は一般的に冷水槽として多用されていたが、最近
では熱回収ヒートポンプや太陽熱利用などに対し
て、温水槽としても使われている。

蓄熱物質は用途に応じて数種類あるが、安価で
熱容量が大きく、また空調設備の熱媒体として直
接利用できる点から、一般的に水が用いられてい
る。水はあらゆる物質の中で、単位容積当たりの
比熱が最も大きく、しかも最も安価な物質がある
ので、実例でも最も多く使用されている。水や固
体などの蓄熱は顕熱のみを利用するものである
が、潜熱蓄熱は液体が凝固するときに熱を放出
し、固体が融解するときに熱を吸収するのである
から、小容量で大量の熱を蓄えることができる。
もちろん転移点の上下では顕熱も利用できる。問
題は蓄熱温度の初期と終期の温度レベルに対して
ちようど都合よく融解、凝固するような物質があ
るかということ、配管に対する腐食性、安全性な
どである。ほかの重要な問題は、潜熱蓄熱材を利
用するときの蓄熱槽の構造上の問題である。伝熱
が常に効果的に行われるような構造になつていな
いと融解・凝固がスムーズに行われず、見掛け上
蓄熱容量は小さくなつてしまう。特に凝固の過程
で結晶すると、熱伝導率が低くなるため、温度が
下がつても凝固しにくくなる。その過冷却現象を
防止する方法には、凝固しやすい核物質を入れる
こと、撹拌や振動を与えて凝固を促進する方法な
どがある。

発明が解決しようとする問題点 水のような単一媒体を蓄熱材として用い、その
固相と液相との間での相変化の際の転移熱を利用
して潜熱蓄熱をする場合、固体の状態では熱伝導
率が低く、蓄熱材全体の凝固には非常に長時間を
要し、実用的でない。例えば冷却水を通水する蛇
管を配設したタイプの蓄熱槽では、蛇管の周囲の
蓄熱材だけが凝固して、蛇管からより遠く離れた
領域の蓄熱材はなかなか凝固し難く、そのため蓄
熱材全体による効果的な蓄熱を実現することは困
難であつた。また、蓄熱材全体を速く凝固させて
蓄熱効果を上げるため、プレート式蓄熱器のごと
く蓄熱材を狭い空間に充填することも考案された
が、狭い空間ではその容積が小さく、蓄熱量も限
られてしまい。実用には供し難い。

この発明は潜熱蓄熱の分野における上述のごと
き問題点に鑑み、多量の熱を比較的小さな容量で
効率良く蓄えることができ、かつ、必要な量の熱
を随時、容易に取り出すことのできる蓄熱システ
ムを提供せんとするものである。

問題点を解決するための手段 この発明の流動蓄熱装置は、蓄熱タンクと、管
路を介して蓄熱タンクと接続した熱交換器と、蓄
熱材循環用のポンプとを包含する。蓄熱材は液相
と固相との間で相変化を行う互いに混和しない２
以上の物質からなる。蓄熱タンクには蓄熱材を構
成する物質の比重差に応じて下部又は上部に、分
散媒のための画室を設けてあり、ポンプの吸込配
管はこの画室から取り出してある。

作 用 蓄熱材はポンプにより循環している間は、振動
を受けてスラリーもしくはシヤーベツト状を呈す
る。言い換えれば、不完全凝固状態で流動性を保
持する。

一旦ポンプが停止したときなど、蓄熱タンク内
の蓄熱材が、分散相が分散媒を取り込んでゾル化
する結果、全体として固化するおそれがあるが、
比重の差によりある程度の分散媒が画室に収容さ
れるため、ポンプの再起動を妨げるに至るような
ことはない。しかして流動蓄熱装置の正常な稼働
が常に保証される。

実施例 以下、図面を参照してこの発明の実施例につい
て述べる。第１図に示す蓄熱装置は、蓄熱材を収
容する蓄熱タンク２と、この蓄熱タンクに管路を
介して接続した熱交換器４と、その管路の途中に
介在する蓄熱材循環用のポンプ６とを含んでい
る。熱交換器４には、蓄熱材との間で間接的に熱
の授受を行う、冷暖房などの負荷に利用される流
体が供給される。

蓄熱材はこのように循環させる必要があるた
め、流動性を有しておらなければならない。かか
る蓄熱材の流動性は温度コントロールによつて、
つまり蓄熱材を不完全凝固状態に保つことによつ
て達成することもできるが、蓄熱材自体に次に述
べるような特性を付与することによつても可能で
ある。すなわち、凝固点を異にし、それぞれ液相
と固相との間で相変化を行う互いに混和しない少
なくとも２つの物質の混合物は、一の物質の凝固
点以下で他の物質の凝固点より高い温度領域にお
いては、液相中に固相の懸濁したいわゆるスラリ
ー又はゾルとなる。

例えば暖房用の温熱源として利用する蓄熱材
は、水とステアリルアルコールを混合した得るこ
とができる。清水の凝固点は０℃であり、ステア
リルアルコールの凝固点は57.95℃である。ステ
アリルアルコールは水に不溶であるから、両者を
混合して、撹拌もしくは振動を与えると、ステア
リルアルコールの凝固点より高い温度のもとで
は、液相のステアリルアルコールが同じく液相の
水中に微細粒子として分散しているコロイド分散
系の混合物すなわちエマルジヨンとなる。温度を
57.95℃以下に下げると、ステアリルアルコール
が凝固するわけであるが、その際ステアリルアル
コールの微細粒子が水で相互に橋絡されているの
で、この蓄熱材は熱伝導性に優れ、各部のステア
リルアルコール粒子が均一に、かつ、速やかに凝
固する。しかしてステアリルアルコールの凝固点
以下で水の凝固点よりも高い温度領域において
は、この蓄熱材は、液相（水）中に固相（凝固ス
テアリルアルコール）の懸濁したゾルとなり、ス
ラリーもしくはシヤーベツト状を呈する。

また、冷房用の冷熱源として利用する蓄熱
（冷）材は、水とデシルアルコールを混合して得
ることができる。デシルアルコールは水に不溶
で、凝固点は７℃である。両者を混合して、撹拌
もしくは振動を与えると、デシルアルコールが同
じく液相の水中に微細粒子として分散してエマル
ジヨンとなる。温度を７℃以下に下げるとデシル
アルコールが凝固するわけであるが、その際、デ
シルアルコールの微細粒子が水で相互に橋絡され
ているのでこの蓄熱材は熱伝導性に優れ、各部の
デシルアルコール粒子が均一に、かつ、速やかに
凝固する。このように、デシルアルコールの凝固
点以下で水の凝固点より高い温度領域において
は、この蓄熱材はゾル化してスラリーもしくはシ
ヤーベツト状を呈する。

かくしてこれらの蓄熱材はいずれも熱伝導性に
優れるのみならず、所望のいわゆる不完全凝固状
態に維持することが容易である。

蓄熱材の循環はこのようにして得られる流動性
に基づくが、何らかの理由で、一旦ポンプが停止
すると、蓄熱材中の分散相が相互間に液相の分散
媒をも封じ込めた状態で凝固し、その結果蓄熱タ
ンク２内の蓄熱材が全体として固化（ゲル化）し
てしまう可能性がある。そうなればポンプ６の再
起動が不可能となる。こうした事態を考慮して、
蓄熱タンク２には循環に必要な量の分散媒を積極
的に確保しておくための手段を講じてある。第１
図の実施例は分散媒の方が分散相よりも比重が大
きい場合である。すなわち、蓄熱タンク２の下部
に、タンク本体より断面積を十分に小さくした画
室１２を突設してある。逆に分散媒の方が分散相
より比重が小さい場合は第２図に示すように、蓄
熱タンク２の上部に画室２２を附設し、オーバー
フローした分散媒を収容する。いずれの場合もポ
ンプ６の吸込配管はこれらの画室１２，２２から
取り出し、蓄熱タンク２本体中の分散相が分散媒
を取り込んでゲル化し蓄熱材全体として固化した
ようなときでも画室１２，２２に自由な分散媒を
確保し、ポンプ６の稼働を常に保証する。

発明の効果 この発明によれば、蓄熱材をいわゆる不完全凝
固状態いて循環させるから、従来の固体状態にお
ける蓄熱に比較して装置全体の占める容積が小さ
くて済み、効率が良い。加えて、蓄熱材は不完全
凝固状態では流動性に富むから取り扱いが容易と
なり、自動制御にもなじむ。さらに、蓄熱タンク
内の蓄熱材が全体として固化するようなことがあ
つても、常に循環に要するだけの流体が確保され
るから、装置の連続した稼働が保証される。

【図面の簡単な説明】

図面はこの発明の実施例を示すフローシートで
あつて、第１図は蓄熱材の分散媒の比重が大きい
場合の実施例、第２図は蓄熱材の分散媒の比重が
小さい場合の実施例を示す。 ２…蓄熱タンク、４…熱交換器、６…ポンプ、
１２，２２…画室。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 液相と固相との間で相変化を行う互いに混和
   しない２以上の物質からなる蓄熱材と収容する蓄
   熱タンクと、管路を介して蓄熱タンクと接続した
   熱交換器と、蓄熱材循環用のポンプとを包含して
   なり、蓄熱材を不完全凝固状態で循環させるよう
   にした流動蓄熱装置において、比重差を利用して
   分散媒を分離収容するための画室を前記蓄熱タン
   クに附設し、該画室から前記ポンプの吸込配管を
   取り出したことを特徴とする流動蓄熱装置。