JPH10153392A - 蓄熱カプセル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】潜熱蓄熱材を封入した蓄熱カプセルで、潜熱蓄
熱材の凝固融解時の所要時間を短くしたカプセルを提供
する。 【解決手段】カプセル１ａの一部をへこますかあるいは
カプセル１ａの一端から他端まで貫通させたバイパス通
路をカプセル内部につくることによって、カプセル中心
部の蓄熱材とカプセル周囲の熱媒体との間の距離を短く
でき、小さい熱抵抗のもとで熱交換させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は蓄熱カプセルに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】潜熱蓄熱材を封入した蓄熱カプセルを蓄
熱槽に充填して用いる時は、主に球形あるいは円筒形の
カプセルが用いられている。これは蓄熱槽内にカプセル
を充填したときに、高密度に充填できること、及び制作
が容易でコストが安くなること、また蓄熱槽内へランダ
ムに充填することが可能などの多くの利点からである。
ところでこれらカプセルは蓄放熱時に、カプセル皮膜に
接している蓄熱材から凝固または融解していく。このた
め凝固または融解が進むにつれて、蓄熱材の固液界面か
らカプセル皮膜までの熱抵抗も大きくなり、結果的にカ
プセル内の蓄熱材が完全に凝固または融解するのに長時
間を必要とし、不都合である。

【０００３】これを解決するものとして特開平8−94269
号公報がある。これには円筒状蓄熱カプセルの中央部の
周囲にくびれをつくって、カプセルの表面積を広くする
ものが開示されている。しかしカプセル中心部の蓄熱材
と熱媒体との熱交換性を向上させる目的とは本質的に異
なる。また本発明は既存のカプセルを基本とした製作法
も吟味しているため、経済性にも富む。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前述のように、潜熱蓄
熱材を封入した蓄熱カプセルにおいて、カプセル中心部
の潜熱蓄熱材は、カプセル周囲の熱媒体と熱交換し難い
という難点を有している。

【０００５】

【課題を解決するための手段】カプセルの一部を、その
カプセルの中心付近まで内側にへこませるか、あるいは
カプセル一端から他端まで貫通させた貫通孔をカプセル
内部に設けた形状とする。このようにして、カプセル中
心部の蓄熱材とカプセル周囲の熱媒体との間の距離を短
くし、熱抵抗を小さくすることによって、蓄熱あるいは
放熱にかかる時間を短縮する。

【０００６】

【発明の実施の形態】図１は潜熱蓄熱材を封入した球カ
プセル１ａを、蓄熱槽１６内に充填したカプセル充填型
の潜熱蓄熱槽を用いたビル空調システムの説明図であ
る。この図に示したビル空調システムは、ビルの空調に
使う熱を発生させるヒートポンプ１７と、その熱を一時
蓄熱しておく蓄熱槽１６、この蓄熱槽１６内の熱媒体１
８と部屋１９へ導く空気とを熱交換する空気熱交換器２
０及びこの空気を各部屋１９ａ，１９ｂ，１９ｃへ導く
ダクト２１から主に構成されている。以下にこのシステ
ムの動作の概略を説明する。まず深夜電力を用いてヒー
トポンプ１７を駆動し、発生した熱を、蓄熱槽１６に充
填したカプセル１ａ内の潜熱蓄熱材３に蓄熱しておく。
つまり熱交換器２３間を循環している熱媒体１８を熱交
換させて、最終的に蓄熱槽１６に充填したカプセル１内
の潜熱蓄熱材３に蓄熱する。この蓄熱した熱を昼間必要
に応じて、各部屋１９ａ〜１９ｃの空調に用いる。すな
わち空気熱交換器２０で、各部屋１９ａ〜１９ｃの空気
と蓄熱槽１６内の熱媒体１８とを熱交換させて、蓄熱し
た熱を利用する。なお、各部屋１９ａ〜１９ｃの空気
は、ダクト２１を通してファン２６によって、各部屋１
９ａ〜１９ｃと空気熱交換器２０間を循環させ、また熱
媒体１８は、空気熱交換器２０と蓄熱槽１８間をポンプ
２５によって循環させる。このようなビル空調システム
で、各部屋19ａ〜19ｃを速暖，速冷したり、蓄熱槽の熱
収支量を予測し易くするには、蓄熱槽１６に充填した球
カプセル１ａからの蓄放熱速度は、速いことが望まし
い。

【０００７】図２は本発明の実施例の斜視図を示し、図
３はその断面図を示す。本実施例は、球カプセル１ａの
一カ所を内側に向けて、カプセルの中心付近まで円錐上
にへこませたへこみ部２をもった形状となっている。こ
のような形状とすることにより、この球カプセル１ａを
図１に示したビル空調システムの蓄熱槽１６内に充填し
た場合、球カプセル１ａのへこみ部２も蓄熱槽１６内の
熱媒体１８によって充填されるため、カプセル中心付近
の潜熱蓄熱材３と熱媒体１８との距離が短くなる。これ
によって、従来のカプセルでは、蓄放熱時で、カプセル
皮膜４に接している蓄熱材３から、凝固，融解していく
ため、カプセル中心付近の潜熱蓄熱材３は、カプセル皮
膜４までの蓄熱材３の厚い層を通して蓄放熱していた
が、本実施例のカプセルは、凝固，融解が進むにつれ
て、へこみ部を通しての蓄放熱がより有効となるため、
カプセル１ａの蓄放熱にかかる時間が短縮できる。また
この図ではへこみ部２は一カ所であるが、必要に応じ
て、カプセルに充填する潜熱蓄熱材の量とカプセルの強
度が満足できるならば、へこみ部２を複数個設けてもよ
い。

【０００８】図４は図２に示した実施例の作成法の一例
を示した説明図である。またこの作成法は、カプセル皮
膜４の材質がポリプロピレンや高密度ポリエチレンなど
の高分子材料のときに適する。以下に作成法の概略につ
いて説明する。まず球カプセル１ａは、必要に応じてへ
こみ部２となる箇所のカプセル皮膜４の厚みを、それ以
外の箇所より厚めに作成しておく。この箇所のみを局所
的に加熱して、カプセル皮膜４のその箇所が延性を保っ
た状態にする。つぎにその箇所に型５ａを押し当てて、
型５ａのもつ所望の形に変形させる。

【０００９】図５は図２に示した実施例の他の作成法を
示した説明図である。以下に作成法の概略について説明
する。まずノズル６に、延性を保ったカプセル皮膜４の
材料の固まりを固定する。次に型５ｂの中で、ノズル６
よりガスを吹き出して、カプセル皮膜４を膨らませる。
このとき型５ｂが凸部７をもった形状となっているの
で、図１に示した実施例の形状の球カプセル１ａができ
あがる。

【００１０】図６は他の実施例を示した斜視図である。
本実施例では、へこみ部２の断面が一方向にながく、球
カプセル１ａの両端まで達していて、開端部３１が弧を
描いた扁平形状となっている。このように開端部３１が
広いため、へこみ部２内の熱媒体１８は、へこみ部２に
留まることなく、対流が容易となる。これにより、熱媒
体１８の流れの大きい蓄熱槽１６では、より蓄放熱速度
を増加させることができる。

【００１１】図７は図６に示した実施例の変形例を示し
た斜視図である。本実施例は、図６に示した実施例中に
設けたものと同じ形状の扁平状のへこみ部２を、その閉
端部９が球カプセル１ａの中心を通る軸８と平行となる
ように、２つ設けた構成となっている。球カプセル１ａ
を蓄熱槽１６内に順序よく充填できる場合は、蓄熱槽１
６内の熱媒体１８の流れ方向に、へこみ部２の対称軸８
が一致するように充填することにより、熱伝達の向上と
熱媒体１８の圧力損失の低減が図れる。

【００１２】図８は図６に示した実施例の変形例を示し
た斜視図である。本実施例は複数個の扁平状のへこみ部
２の位置を、球カプセル１ａ本体に対して階層状に設け
たものである。これによって、へこみ部２の間の蓄熱材
はほぼ同じ厚みとなるので、より均一に凝固，融解を行
いやすくさせることができる。

【００１３】図９は図６に示した実施例の変形例を示し
た斜視図である。本実施例は二つの扁平状のへこみ部２
ａ，２ｂが相互に垂直の向きとなるように、へこみ部２
ａ，２ｂを設けたものである。蓄熱槽１６内にこの球カ
プセル１ａを充填するとき、乱雑に充填しても、２つの
へこみ部２ａ，２ｂのうちのどちらかの開端部３１ａ，
３１ｂの一部が熱媒体の流れ方向を向くため、熱媒体の
流れ方向に、へこみ部２の開端部３１をそろえて充填す
る必要がない。またさらに一方のへこみ部２ｂが図のよ
うに他方のへこみ部２ａ近傍まで回り込んだ形状とする
ことにより、さらに熱媒体１８の流れ方向を拡張でき
る。

【００１４】図１０は図６に示した実施例の変形例を示
した斜視図である。本実施例では、へこみ部２の閉端部
９、つまり球カプセル１ａの中心付近で、へこみ部２の
幅が広がった形状となっている。これにより、球カプセ
ル１ａの中心付近のへこみ部２の閉端部９では、カプセ
ル周囲の熱媒体１８に対する圧力損失が小さいため、熱
媒体１８が流れやすいので、より球カプセル１ａ中心部
の潜熱蓄熱材３の蓄熱，放熱が促進される。

【００１５】図１１は図２に示した実施例の変形例を示
した断面図である。本実施例は、球カプセル１ａを図５
に示したような作成法によってつくった場合にできる突
起部１１に、終端の閉じた円筒状のキャップ１０を取り
付けて、球カプセル１ａとこのキャップ１０の周囲を、
溶着によりシールした構成となっている。このような構
成とすることにより、突起部１１のシールとへこみ部２
の形成をかねているため、へこみ部２の作成による歩留
まりの低減が抑えられる。

【００１６】図１２は図２に示した実施例の変形例を示
した断面図である。本実施例では、へこみの形成は基本
的には図２の実施例と同様にして作成するが、このへこ
み部２は図示したように突起部１１まで達する構成とす
る。このへこみ部２の先端と突起部１１の内側の周囲が
接している箇所を全てシールすることによって、球カプ
セル１ａ内を密閉することができる。このような構成と
することにより、球カプセル１ａ作成の行程を簡素化す
ることができる。

【００１７】図１３は本発明の他の実施例を示す断面図
である。本実施例は球カプセル１ａの突起部１１から、
球カプセル１ａの正反対側に、筒１２を貫通させること
によって貫通孔を設けた構成となっている。このような
構成とすることにより、球カプセル１ａの中心部をカプ
セル周囲の熱媒体１８が容易に通過できるため、球カプ
セル１ａ中心付近の潜熱蓄熱材３とカプセル周囲の熱媒
体１８との熱交換をよりスムーズに行うことができる。

【００１８】また図１４は図１３に示した実施例のＡ部
の作成法の一例を示した説明図である。まず図１３ａの
ように、筒１２を付備した穴あけ具１３ａを突起部１１
から球カプセル１ａ内に挿入させ、突起部１１の正反対
側から、高温にした穴あけ具１３ａの先端部１４によっ
て、球カプセル１ａの一部を溶かして、カプセル外部へ
貫通させる。つぎに筒１２はそのままにして、穴あけ具
１３ａのみ下方より取り出す。その後、図１３ｂのよう
に、シール具１４の高温部１５を球カプセル１ａと筒１
２の終端に押し当てることによって、双方を溶着してシ
ールする（図１４ｃ）。また突起部１１側も同様にし
て、シール具１４を用いてシールする。またこのとき潜
熱蓄熱材３は、流体だと漏出等の恐れがあるので、粉状
やペレット状として球カプセル１ａ内に充填しておくの
が好ましい。

【００１９】図１５は図１３に示した実施例の他の作成
法を示した説明図である。本作成法では、まず突起部１
１から図１０の実施例で用いたのと同様な形状をしてい
て、その長さが球カプセル１ａのちょうど内径に等しい
キャップ１０を取り付ける。このとき、ちょうど球カプ
セル１ａの内面に接しているキャップ１０の底部は接着
または溶着によって球カプセル１ａに固定しておく。と
くに溶着の場合は、球カプセル１ａとキャップ１０とが
接している部分を、局所的に外部から加熱して溶着する
方法が好ましい。つぎにキャップ１０の内部を通してき
た穴あけ具13ｂによって、キャップ１０と球カプセル１
を貫通させる。これによって、球カプセル１ａの中心部
に熱媒体１８の通路として貫通孔を設けることができ
る。なおキャップ１０と突起部１１の密閉については、
これらの接合面の周囲を溶着することによって密閉して
おく。

【００２０】図１６は本発明の利用法の一例を示した説
明図である。本実施例は、図１７に示した氷蓄熱式ビル
空調システムや、図１８に示した氷蓄熱式パッケージエ
アコンに用いられているアイスオンコイル型の氷蓄熱槽
３０の製氷パイプ２７に、カプセル１のへこみ部２が接
するように配置させた構成となっている。このアイスオ
ンコイル型の氷蓄熱槽３０は、夏期は氷蓄熱のため蓄熱
量が大きいが、冬期は水蓄熱のため蓄熱量が小さくな
る。即ち冬期間は蓄熱槽３０に新たに蓄熱カプセル１を
入れて、カプセル充填型の潜熱蓄熱槽として利用できる
ため、冬期間でも蓄熱量の大容量化が見込める。

【００２１】図１７に示した氷蓄熱式ビル空調システム
の氷蓄熱槽３０では、製氷時は、パイプ２７中にヒート
ポンプの冷媒２２と熱交換したブラインを流して、パイ
プの外表面に製氷する。この蓄熱した熱を各部屋１９ａ
〜１９ｃの空調に用いる場合には、この製氷パイプの周
りを満たしている熱媒体１８を、空気熱交換器２０と氷
蓄熱槽３０の間で循環させて、図１に示したカプセル充
填型の蓄熱槽１６を用いたビル空調システムと同様に、
蓄熱した熱を空調に利用する。即ちこの図に示したビル
空調システムに用いられる氷蓄熱槽３０は、製氷時はパ
イプ２７の表面から製氷していき、解氷時は、氷の外表
面側から解かして放熱させていくことになる。このた
め、図１６に示したようにパイプ２７間にカプセル１の
へこみ部２を利用してカプセル１を充填したときでも、
カプセル１は、蓄熱時はパイプ２７側からへこみ部の広
い接触伝熱面を介して効率よく蓄熱される。一方、放熱
時はパイプ２７と接していないが広い外表面を介してか
ら放熱していく。

【００２２】図１８に示した氷蓄熱式パッケージエアコ
ンでは、氷蓄熱槽３０内の製氷パイプ２７中にエアコン
の冷媒２２を直接流して製氷及び解氷を行う。たとえば
夜間電力を用いて冷熱を蓄熱する時は、圧縮機３２で圧
縮された冷媒２２を室外熱交換器３６で凝縮させ、膨張
弁３４で膨張させた後、室内熱交換器３７ａ，３７ｂに
送らず、流路切換弁３５ｂを蓄熱槽３０側に切り換えて
おき、蓄熱槽３０を蒸発器として用いることによって、
蓄熱槽３０に蓄熱しておく。この蓄熱した熱を部屋１９
ａ，１９ｂの空調に利用する場合は、先の流路切換弁３
５ｂを室内熱交換器３７ａ，３７ｂ側に切り換えてお
き、もう一方の流路切換弁３５ａを蓄熱槽３０側に切り
換える。この状態でエアコンを冷房運転させると、室内
熱交換器３７ａ，３７ｂが蒸発器、蓄熱槽３０が凝縮器
となって、予め蓄熱槽３０に蓄熱しておいた冷熱を利用
することができる。暖房運転時には反対に、蓄熱槽３０
は、蓄熱時には蒸発器として、放熱時には凝縮器として
用いる。このように図１８に示した氷蓄熱式パッケージ
エアコンに用いられている蓄熱槽３０では、蓄熱時と放
熱時ともに、パイプ２７側から熱交換させていくため、
図１６に示したように、パイプ２７間にカプセル１を充
填した場合は、パイプ２７に接した広い接触伝熱面側か
ら熱交換していくことになるので、蓄熱効率及び放熱効
率は高いものとなる。

【００２３】以上のように、図１７，図１８どちらのタ
イプの蓄熱槽３０にカプセル１を充填した場合でも、カ
プセル１のへこみ部２を有効に利用できる。またカプセ
ルのへこみ部は開放型なので、パイプ２７から着脱が容
易にできるという利点をもっている。

【００２４】また図１９及び図２０は本利用例で用いら
れる蓄熱カプセル１の外観を示したもので、図１９は球
カプセル、図２０は円筒カプセル型を示した図である。
とくに図１９で、（ａ）は平面図であり、（ｂ）はその
正面図を示している。

【００２５】また図のように、蓄熱カプセル１の隙間に
スペーサ２８を適宜設けることによって、蓄熱カプセル
１と製氷パイプ２７との接触性をよくできるとともに、
スペーサ２８と製氷パイプ２７の間で蓄熱カプセル１を
固定させることによって、蓄熱カプセル１の自重がその
下の蓄熱カプセル１に直接かかることを防ぐことができ
るため、蓄熱槽３０の下部に設けた蓄熱カプセル１の破
損も防ぐことができる。

【００２６】図２１は図１６で示した利用例の変形例を
示した説明図である。本実施例は一つの蓄熱カプセル１
が、二本の製氷パイプ２７に接するようにした利用例で
ある。このような構成とすることにより、二本の製氷パ
イプ２７がガイドの役割を果たすため、蓄熱カプセル１
の設置が容易となる。

【００２７】図２２は図１６で示した利用例の変形例を
示した説明図で、図２３は本利用例に用いられている球
カプセルの外観を締めいている図である。とくに図２３
で、（ａ）は平面図、（ｂ）はその正面図を示してい
る。本実施例は一つの蓄熱カプセル１が、四本の製氷パ
イプ２７に接するようにした利用例である。このような
カプセル形状とし、さらに図のようにｉ段目のカプセル
１_i とｉ＋１段目のカプセル１_i+1 とが製氷パイプ２７
一列分ずれるように配列させることにより、蓄熱カプセ
ル１を密に充填させることができる。また図２４は図２
２に示した利用例の場合に用いる蓄熱カプセル１の支持
具２９の一例を示した説明図である。図２２に示した利
用例の場合には蓄熱カプセル１の隙間にスペーサ２８を
設けることが困難なため、必要に応じて蓄熱カプセル１
を数段にわたって重ねて充填した後、本図に示した支持
具２９を設けることによって、支持具２９より上に設け
た蓄熱カプセル１の自重が、支持具２９より下の蓄熱カ
プセル１にかからないようにすることができるため、蓄
熱槽３０の下部に設置した蓄熱カプセル１の破損を防ぐ
ことができる。

【００２８】

【発明の効果】本発明によれば、潜熱蓄熱材を封入した
蓄熱カプセルで、カプセルの一部を内側にへこませるか
あるいはカプセル一端から他端まで貫通させた貫通孔を
カプセル内部につくることによって、カプセル中心部の
蓄熱材とカプセル周囲の熱媒体との間の距離を短くし、
且つ小さい熱抵抗のもとで熱交換できるため、蓄放熱速
度の速いカプセルを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】カプセル型潜熱蓄熱槽を利用したビル空調シス
テムの説明図。

【図２】本発明の一実施例の斜視図。

【図３】本発明の他の実施例を示す説明図。

【図４】図２に示した実施例の作成法の説明図。

【図５】図２に示した実施例の他の作成法の説明図。

【図６】本発明の他の実施例を示した斜視図。

【図７】図６に示した実施例の変形例を示す斜視図。

【図８】図６に示した実施例の変形例を示す斜視図。

【図９】図６に示した実施例の変形例を示す斜視図。

【図１０】図６に示した実施例の変形例を示す斜視図。

【図１１】図２に示した実施例の変形例を示す断面図。

【図１２】図２に示した実施例の変形例を示す断面図。

【図１３】本発明の他の実施例を示す断面図。

【図１４】図１３に示した実施例のＡ部の作成法の一例
を示す説明図。

【図１５】図１３に示した実施例の他の作成法を示す説
明図。

【図１６】本発明の利用法の一例を示した説明図。

【図１７】アイスオンコイル型の氷蓄熱槽を利用したビ
ル空調システムの説明図。

【図１８】アイスオンコイル型の氷蓄熱槽を利用したパ
ッケージエアコンの説明図。

【図１９】図１６で示した利用例で用いる本実施例の平
面図。

【図２０】図１６に示した利用例で用いる他の実施例の
斜視図。

【図２１】図１６で示した利用例の変形例を示す説明
図。

【図２２】図１６で示した利用例の変形例を示す説明
図。

【図２３】図２２に示した利用例で用いる実施例の平面
図。

【図２４】図２１に示した利用例に用いる蓄熱カプセル
の支持具を示す説明図。

【符号の説明】

１…蓄熱カプセル、１ａ…球カプセル、１ｂ…円筒カプ
セル、２，２ａ，２ｂ…へこみ部、３…潜熱蓄熱材、４
…カプセル皮膜、５ａ，５ｂ…型。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】潜熱蓄熱材を封入した蓄熱カプセルの一部
   を、上記蓄熱カプセルの中心付近までへこましたことを
   特徴とする蓄熱カプセル。