JPH1144494A

JPH1144494A - 蓄熱装置

Info

Publication number: JPH1144494A
Application number: JP9212594A
Authority: JP
Inventors: Nobuyuki Shishido; 信之宍戸; Noboru To; 昇陶
Original assignee: Mitsubishi Chemical Engineering Corp
Current assignee: Mitsubishi Chemical Engineering Corp
Priority date: 1997-07-23
Filing date: 1997-07-23
Publication date: 1999-02-16

Abstract

(57)【要約】【課題】糖アルコールを主成分とする蓄熱材を利用し
た蓄熱装置であって、蓄熱材の劣化が防止され、優れた
耐久性を発揮し得る蓄熱装置を提供する。【解決手段】本発明の蓄熱装置は、加熱源（２）及び
熱交換媒体の流路（３）が内装された貯槽（１）と、当
該貯槽に充填された蓄熱材（４）とから成り、蓄熱材
（４）が糖アルコールを主成分とする蓄熱材であり、貯
槽（１）内の空間部（５）が不活性ガスの雰囲気になさ
れ且つ陽圧に保持される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、蓄熱装置に関する
ものであり、詳しくは、糖アルコールを主成分とする潜
熱型の蓄熱材を利用した蓄熱装置であって、前記の蓄熱
材の劣化が防止され、優れた耐久性を発揮し得る蓄熱装
置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】特表昭６３−５００９４６号、特開平５
−３２９６３号公報には、糖アルコール系の蓄熱材に関
する技術が開示されている。これらの公報に記載された
エリスリトール、マンニトール、ガラクチトール等は、
融解潜熱が大きく且つ熱安定性に優れ、また、毒性がな
く且つ難燃性であり、しかも、金属材料に対する腐食性
もないため、無機水和塩類、有機酸塩水和物などに替る
潜熱型の蓄熱材として注目されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、糖アルコー
ルを主成分とする蓄熱材は、相変化における体積変化が
大きく、しかも、酸化し易いと言う性質がある。従っ
て、上記の蓄熱材を利用した実際的な蓄熱装置において
は、特に、蓄熱材の劣化に対する対策が求められる。ま
た、蓄熱材の固体と液体では、比重差が大きく且つ熱伝
導率も大きく相違するため、装置構成によっては、熱源
から蓄熱材への熱移動および蓄熱材から熱交換器への熱
移動が効率的に行われないと言う問題が懸念される。

【０００４】本発明の目的は、糖アルコールを主成分と
する潜熱型の蓄熱材を利用した蓄熱装置であって、前記
の蓄熱材の劣化が防止され、優れた耐久性を発揮し得る
蓄熱装置を提供することにある。また、一層効率的な蓄
熱機能と熱交換機能を発揮し得る蓄熱装置を提供するこ
とにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本発明の蓄熱装置は、加熱源および熱交換媒体の流
路が内装された貯槽と、当該貯槽に充填された蓄熱材と
から成る蓄熱装置であって、蓄熱材が糖アルコールを主
成分とする蓄熱材であり、貯槽内の空間部が不活性ガス
の雰囲気になされ且つ陽圧に保持されていることを特徴
としている。

【０００６】上記の蓄熱装置において、貯槽内の空間部
が不活性ガスの雰囲気になされた構造は、高温で使用さ
れる蓄熱材の酸化を防止し、また、前記の空間部が陽圧
に保持された構造は、空気の貯槽内への内部リークを防
止する。

【０００７】また、上記の構成においては、蓄熱機能と
熱交換機能を一層高めるため、加熱源は貯槽内の下部に
配置され、熱交換媒体の流路は前記の加熱源に対して上
方に配置されているのが好ましい。

【０００８】すなわち、貯槽内の下部に配置された加熱
源は、常温で固体の蓄熱材を加熱し、溶融した比重の小
さい液体を上方に移動させる。また、溶融に伴う固体と
液体の入れ替わりに伴い、加熱源は、熱伝導率の大きな
固体と接触するため、蓄熱材全体に対して効率的に熱を
伝達できる。そして、蓄えられた熱を取り出す際、加熱
源に対して上方に配置された熱交換媒体の流路は、上方
に貯留された一層高温の液体の蓄熱材に接触し、効率的
に熱交換する。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明に係る蓄熱装置の実施形態
を図面に基づいて説明する。図１は、蓄熱装置の一実施
形態を示す縦断面図である。図示する様に、本発明の蓄
熱装置は、加熱源（２）及び熱交換媒体の流路（３）が
内装された貯槽（又は容器）（１）と、当該貯槽に充填
された蓄熱材（４）とから主として構成され、蓄熱材
（４）としては、糖アルコールを主成分とする蓄熱材が
使用される。

【００１０】貯槽（１）としては、通常、耐久性および
耐衝撃性を考慮し、ステンレス等の金属製の貯槽が使用
されるが、比較的小型に構成する場合は、必要な耐圧性
能を有する限り合成樹脂製の貯槽を使用することも出来
る。貯槽（１）は、水平断面が円、楕円または方形の筒
状体に形成される。貯槽（１）の内容積は、用途に応じ
て適宜に設定でき、例えば、１０〜５００リットル程度
とされる。また、貯槽（１）の外周には、耐熱性を有す
る気泡発泡樹脂などから成る断熱材（１１）が付設され
る。

【００１１】加熱源（２）としては、パイプ型などの電
熱器を使用するのが簡便であり、例えば、貯槽（１）の
上記の内容積に対し、０．５〜２０ｋｗ程度の電熱器が
使用される。斯かる電熱器の容量は、蓄熱材（４）の収
容量と加熱時間によって適宜に設定される。図示しない
が、上記の電熱器は、沸点よりも低い所定温度に蓄熱材
（４）を加熱するため、蓄熱材（４）の温度を検出し、
当該電熱器に電気を継電・遮断するための温度センサー
を含む温調回路に接続される。なお、加熱源は、高温の
排気ガスを循環させる管路などによっても構成できる。

【００１２】熱交換媒体は、蓄熱材（４）に蓄えた熱を
取り出すための媒体であり、通常は水や空気が使用され
る。熱交換媒体の流路（３）は、十分な伝熱量を確保す
るため、銅合金製のいわゆる蛇管（螺旋管）によって構
成される。貯槽（１）の上記の条件において、流路
（３）に使用される蛇管の管の寸法は、外径が１０〜３
２ｍｍ程度、肉厚が０．８〜１．０ｍｍ程度、長さが１
０００〜１００００ｍｍ程度の範囲で設定される。

【００１３】蓄熱材（４）としては、エリスリトール、
マンニトール、ガラクチトール等を主成分とする糖アル
コールが使用される。これらの糖アルコールは、十分な
蓄熱機能を発揮し得る限り、単独で使用しても或いは組
合せて使用してもよい。上記の糖アルコールの中、エリ
スリトールは、融点が１２０℃と他の糖アルコールより
も低く、かつ、融解潜熱が８３ｃａｌ／ｇと比較的大き
いため、特に好適な蓄熱材である。

【００１４】上記の糖アルコールには、融点や融解潜熱
を調整するため、適宜の副成分が添加されていてもよ
い。副成分としては、他の糖アルコール、その他の糖
類、例えば、ソルビトール、ラクトース、果性化糖、マ
ンノース、グルコース、ラクチトール、ペンタエルスリ
トール等が挙げられる。また、蓄熱材（４）の充填量
は、相変化による体積変化を見込み、貯槽（１）の内容
積から熱交換媒体の流路（３）の容積を除いた実空容積
に対して約６０〜８５％とされる。

【００１５】本発明においては、蓄熱材（４）の酸化を
防止し且つ貯槽（１）内への内部リークを防止するた
め、貯槽（１）内の空間部（５）が不活性ガスの雰囲気
になされ且つ陽圧に保持される。空間部（５）に充填さ
れる不活性ガスとしては、蓄熱材（４）と反応しない限
り適宜のガスを使用し得るが、コストの観点から、一般
的には窒素ガスが使用される。そして、空間部（５）の
酸素濃度は１００ｐｐｍ以下とされるのが好ましい。

【００１６】空間部（５）が陽圧の状態とは、貯槽
（１）内において蓄熱材（４）が温度降下した際にも空
間部（５）が大気圧よりも高い圧力を保持している状態
を言う。具体的には、空間部（５）の圧力は、蓄熱材
（４）が常温の固体状態において０〜０．５ｋｇ／ｃｍ
²Ｇ程度、好ましくは、蓄熱材（４）が−２０℃の状態
において０ｋｇ／ｃｍ²Ｇに設定される。

【００１７】ところで、例えば、上記エリスリトールの
場合、その比重は、２０℃の固体で１．４３５ｇ／ｃｍ
³、１３０℃の液体で１．２８０ｇ／ｃｍ³であり、加熱
生成された液体は、直ちに貯槽（１）の上部に移動し、
また、冷却生成された固体は、直ちに貯槽（１）の下部
に沈降すると言う性質を有する。そして、エリスリトー
ルの熱伝導率は、２０℃の固体で０．６３ｋｃａｌ／ｍ
・ｈｒ・℃であり、１３０℃の液体で０．２８ｋｃａｌ
／ｍ・ｈｒ・℃である。

【００１８】そこで、本発明の蓄熱装置においては、効
率的な蓄熱と熱交換を行うため、加熱源（２）は、貯槽
（１）内の下部に配置され、熱交換媒体の流路（３）
は、加熱源（２）に対して上方に配置される。加熱源
（２）は、蓄熱材（４）全体を効率的に加熱するため、
貯槽（１）の内壁に接触しない範囲で出来る限り底部近
傍に配置されるのがよい。そして、熱交換媒体の流路
（３）は、蓄熱材（４）に常時埋没する範囲で出来る限
り上方に配置されるのがよい。斯かる構造により、本発
明の蓄熱装置では、蓄熱時の負荷が少なく且つ蓄えた熱
を効率的に取り出すことが出来る。

【００１９】また、貯槽（１）には、最初に蓄熱材
（４）を充填するための充填管（１２）と、不活性ガス
を充填するためのガス充填管（１３）とが設けられる。
更に、ガス充填管（１３）には、貯槽（１）の内圧を検
出するための圧力計、および、貯槽（１）の内圧を常用
圧力に保持するための安全弁が付設される。なお、熱交
換媒体の流路（３）においては、通常、下端側を熱交換
媒体の入口（３１）、上端側を熱交換媒体の出口（３
２）とされ、入口（３１）及び出口（３２）は、熱を必
要とする暖房機などの機器に接続される。

【００２０】本発明の蓄熱装置は、夜間電力などの低コ
ストの電力や余剰電力を使用して蓄熱し、蓄えた熱を昼
間などの必要時に供給する。蓄熱操作において、加熱源
（２）は、これに通電されることにより発熱して蓄熱材
（４）を溶融する。蓄熱材（４）は、エルスリトールの
場合で約１３０℃まで昇温される。斯かる温度におい
て、例えば、１０ｋｇエルスリトールは、潜熱および融
点からの顕熱を合せると約９００ｋｃａｌの熱量を保有
する。

【００２１】そして、蓄えられた熱を取り出す放熱操作
において、流路（３）に常温の水を所定流速で通水する
と、熱交換媒体の流路（３）は、蓄熱材（４）から熱を
吸収し、流通する水を昇温する。例えば、貯槽（１）に
エルスリトールを９．８ｋｇ収容して１３０℃まで昇温
し、１０ｍｍ（外径）×５８００ｍｍ（長さ）の銅合金
製の蛇管を流路（３）として使用し、２０℃の水を１．
８リットル／分で流した場合、９５℃の水を約１０．６
ｋｇ得ることが出来る。

【００２２】上記の様な本発明の蓄熱装置において、貯
槽（１）内の空間部（５）が不活性ガスの雰囲気になさ
れた構造は、高温で使用される蓄熱材（４）の酸化を防
止し、また、空間部（５）が陽圧に保持された構造は、
空気の貯槽（１）内への内部リークを防止する。すなわ
ち、空間部（５）は、蓄熱材（４）が固体の状態におい
て予め陽圧に設定されているため、蓄熱材（４）の温度
が下がって固体となり、その体積が減少しても負圧とな
ることがなく、空気の貯槽（１）内への内部リークを防
止できる。従って、本発明の蓄熱装置においては、蓄熱
材（４）の劣化を防止でき、優れた耐久性を発揮し得
る。

【００２３】更に、貯槽（１）内の下部に配置された加
熱源（２）は、蓄熱操作において、溶融した比重の小さ
い液体の蓄熱材（４）を上方に移動させ、また、溶融に
伴う固体と液体の入れ替わりに伴い、熱伝導率の大きな
固体と接触するため、蓄熱材（４）の全体に対して効率
的に熱を伝達できる。そして、加熱源（２）に対して上
方に配置された流路（３）は、放熱操作において、上部
に貯留された一層高温の液体の蓄熱材（４）に接触し、
効率的に熱交換して流路（３）内の水を昇温する。すな
わち、本発明の蓄熱装置においては、加熱源（２）と熱
交換媒体の流路（３）が蓄熱材（４）の性質に応じて特
定の配置になされているため、一層効率的な蓄熱機能と
熱交換機能を発揮し得る。

【００２４】

【発明の効果】以上説明した様に、本発明の蓄熱装置に
よれば、貯槽の空間部が不活性ガスの雰囲気になされ且
つ陽圧に保持されており、貯槽内への内部リークを防止
できるため、蓄熱材の酸化を有効に防止でき、優れた耐
久性を発揮し得る。また、加熱源と熱交換媒体の流路が
特定の配置になされた本発明の蓄熱装置によれば、一層
効率的な蓄熱機能と熱交換機能を発揮できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】蓄熱装置の一実施形態を示す縦断面図

【符号の説明】

１：貯槽１１：断熱材２：加熱源３：熱交換媒体の流路（蛇管）４：蓄熱材５：空間部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】加熱源および熱交換媒体の流路が内装さ
れた貯槽と、当該貯槽に充填された蓄熱材とから成る蓄
熱装置であって、蓄熱材が糖アルコールを主成分とする
蓄熱材であり、貯槽内の空間部が不活性ガスの雰囲気に
なされ且つ陽圧に保持されていることを特徴とする蓄熱
装置。
【請求項２】加熱源は貯槽内の下部に配置され、熱交
換媒体の流路は前記加熱源に対して上方に配置されてい
る請求項１に記載の蓄熱装置。