JPS60122894A - 蓄熱槽 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は蓄熱材を利用した蓄熱槽に関するものである。

従来例の構成とその問題点 熱エネルギー貯蔵のための方法のうちに、蓄熱材として
物質の顕熱を利用する方法と、潜熱を利用する方法がお
る。前者の方法として、水の顕熱を利用した太陽熱の蓄
熱装置が実用化されているが、この顕熱利用の方法と比
較して、後者の潜熱を利用する方法の方が蓄熱密度が高
い為、潜熱蓄熱材及びその蓄熱装置の開発が近年盛んに
行なわれている。

融解、凝固に伴う潜熱を利用した蓄熱制を用いた場合、
一般的に凝固時には流動性がないため蓄熱槽に蓄熱材を
収納し、蓄熱、放熱は、熱の搬送媒体（熱媒体）として
流体を循環させ、槽内で蓄熱材と熱交換することによシ
行う。必要に応じ蓄熱槽筐体は断熱され熱損失が防がれ
る。

この様な蓄熱槽を実用化する際の問題点のひとつに、規
模の大きい、たとえば農業用温室で使用する様な重量が
数トン以上となる大容量の蓄熱槽を構成する場合に、そ
の運搬、設置や容量の変更等が容易でないことがある。

更に性能に関する問題点として、蓄熱、放熱の際の熱交
換の効率を如何に高めるかという事がある。

従来では、単位時間当りの熱の出し入れの量を大きくす
るには、たとえば第１図に示す様に蓄熱体１を千鳥状に
配列することが提案されている。

即ち、蓄熱体１は筐体２の内部に図の如く千鳥状に配列
され、流入口３から導入された熱媒体４は流通経路を２
つに分けられ、次の列の蓄熱体１０表面を流通しつつ再
び１つに集められ、これを繰シ返しながら流出口６から
吐出される。蓄熱体１をこの様に配列させる事によ）、
熱媒体４の流通経路の増大と蓄熱体１の表面との接触の
均一化をはかシ、熱交換率の向上をもたらそうとするも
のである。

しかしながら、この様に改良された蓄熱槽においても次
の様な問題がある。たとえば、蓄熱体１を構成する潜熱
蓄熱材らが融解状態にあり放熱させる過程を考える。流
入口３から潜熱蓄熱材らの温度よシ近い温度の熱媒体４
が導入され、蓄熱体１の表面で熱交換し潜熱蓄熱材６か
ら熱を与えられ、しだいに温度の高い熱媒体となシつつ
流出口５よし吐出される。この過程において流入口３の
付近では、熱媒体４の温度と潜熱蓄熱材６もしくはそれ
を含む蓄熱体１０表面温度との差は大きく、流出口５に
近づくにつれてこの温度差は小さくなる。即ち、流入口
３の付近では熱媒体４と蓄熱体１の表面での熱交換は効
率よく行なわれるのに対し、流出口５の付近ではその効
率は著しく低下する。流出口６の付近での熱交換が比較
的効率よく行なわれる時は、放熱を始めてから時間が経
過し、流入口３の付近の潜熱蓄熱材６が放熱をほぼ完了
して凝固し、熱媒体４が低温のまま流出口５付近にまで
達した時である。しかしこの時点では、所望の単位時間
当シの放熱量が得られなくなる場合が多い。本発明者ら
の実験では、所望の時間当シの放熱量が得られなくなっ
た時点でも、流出口６付近の潜熱蓄熱材６は完全には凝
固せず、潜熱蓄熱材６の中央部のかなシの量がまだ融解
状態の壕まであり、蓄熱材間の場所による凝固の不均一
性が認められた。

また、従来では蓄熱槽内に棚状の支持部を設けて、その
上に蓄熱体を設置して熱媒体と熱交換するものがあるが
、熱媒体として空気を用いた場合、蓄熱時に蓄熱体表面
に生じた結露水が蓄熱体や支持部に残留してしまい、放
熱時に結露水が蒸発して蓄熱槽よシ多湿空気が吐出され
、特に温室においては作物に悪影響を及ぼすという問題
点も指摘されている。

発明の目的 本発明は、以上のような従来の問題点を蓄熱槽の構造の
工夫によシ解決するためになされたもので、蓄熱槽の設
置や容量の変更を容易ならしめると同時に、蓄熱槽内の
場所による熱交換量の不均一をなくし蓄熱、放熱特性の
改善をもたらすことを目的とする。

発明の構成 本発明は上記目的を達成するもので、蓄熱拐もしく−は
前記蓄熱材を含む容器より成る蓄熱体と、前記蓄熱体と
熱の授受を行う熱搬送媒体と、前記熱搬送媒体の流入口
及び流出口を有する筐体とを備え、前記蓄熱体が鉛直方
向に少なくとも１個吊シ下げられかつ熱搬送媒体流通方
向に複数個設けられたものを複数列並べ、相隣りあう蓄
熱体の列間の熱搬送媒体の流通する空間の総面積が、前
記熱搬送媒体の流入口側よシ流出ロ側の方が小さくなる
ように構成されていることを特徴とする蓄熱槽を提供す
るものである。

実施例の説明 以下に本発明の実施例を図面を用いて説明する。

第２図は本発明の一実施例である蓄熱槽の斜視図で、第
３図は本実施例の基本要素及び支持部を示すものであシ
、第３図ａは正面図、ｂはＡ−Ａ／断面図を示している
。

第２図において、蓄熱槽筐体２の上部にのみ支持部１１
が設けられておシ、この支持部１１に蓄熱体１０が６個
吊下げられて基本要素を構成している。

基本要素７は第３図に示すように封止部８（幅２０ｍ）
：より６個の空間部分に分割された１体構造を有し、前
記空間部分に蓄熱材９を充填した蓄熱体１ｏにょシ構成
される。空間部分の吊下げ方向の長さは１３０ｗＬとし
、封止部８を含めた基本要素７の全体の大きさは、９６
０ｇＸ９００騎・である。

蓄熱材９としては、潜熱蓄熱材として過冷却防止剤及び
ゲル化剤を含む融点３２℃の硫酸ナトリウム１０水温（
粘度１０，０ｏＯＣｐ、回転粘度計でコーン角度３度、
回転速度２　Ｏｒｐｍで測定）を用い、これをアルミラ
ミネートフィルムｏ・１ｗＬ）材で囲まれ名空間部分に
約２．７に９ずつ充填した。なお封止部８はこのラミネ
ートフィルムを熱圧着させて形成してあシ、蓄熱体１０
の最大厚さは約３５語であった。

この様に構成された基本要素７を金属棒よ構成る支持部
１１に吊下げた。

第４図は第２図に示した第１の実施例の平面図である。

第３図で示した基本要素を吊下げだ支持部１１を蓄熱槽
筐体１２の上部にのみ設けてあシ、第１ゾーンには７０
８間隔で１７本、第２ゾーンには４０記間隔で３Ｑ本配
列した。第１及び第２ゾーンにおける熱媒体流通断面積
は、それぞれ約ｏ．ｓｏｍｚ，約０．５３ｍｌであシ、
その比は１対５である。熱媒体１３は流入口１４からフ
ァン１５により導入され、内部の蓄熱体と熱交換しなが
ら流出口１６から吐出される。なお蓄熱槽筐体１２の外
法は、幅１３００澤、長さ２１００ｍ、高さ１ｏ○０臥
である。

この様に熱媒体１３の流入口１４側よシ流出ロ１６側の
方に基本要素を多く吊下げることによシ、熱媒体１３の
流通断面積は第２ゾーンで小さくなシ、流出口１６側の
流速は流入口１４側よシ速くなる。この時、蓄熱体と熱
媒体の間の熱交換量は蓄熱体と熱媒体との温度差とその
間の熱伝達率で決まるが、熱伝達率は熱媒体の流速に依
存し流速が速くなる程大きくなる。従って、流入口１４
側では、蓄熱体と熱媒体１３との温度差は大きいが、熱
伝達率は小さく、一方流出ロ１６側では、熱媒体と蓄熱
体との温度差は小さくなるが、熱媒体の流速が大きくな
るため熱伝達率が大きくなる。この結果、蓄熱槽内の蓄
熱体と熱媒体との熱交換量は平均化され、蓄熱槽内の蓄
熱体は平均して蓄。

放熱することが可能となる。

以上の様な蓄熱槽を用いて、熱媒体１３として４０℃湿
度８０％の空気をファン１５を用いて流入口１４よシ毎
分１６０ｍ３導入し、蓄熱過程の潜熱蓄熱材の融解の均
一性を検証した。この時、第１ゾーン、第２ゾーンの各
熱媒体流路における流速は、それぞれ３−４ｍ／／．、
５・０％であり、その比は１対１．６であった。

その結果、空気は流出口１６よシ長時間にわたって３８
．５〜３９．６℃、平均湿度８６％で吐出され、単位時
間当シ４０００粘の熱量を蓄えることができた。一定時
間毎に各列の蓄熱材の融解状態を調べたが、各列ともほ
ぼ均一に融解が進行することが確認された１まだ実験後
、蓄熱体表面の結露水の残留状態を調べたが、結露水は
ほとんど落下していて蓄熱体表面には残留していなかっ
た。

次に１８℃湿度９０チの空気を、蓄熱と同様に流通させ
、放ＡＳ過程の各列の潜熱蓄熱材の凝固の均一性を検証
した。この時、第１ゾーン、第２ゾーンの各熱媒体流路
における流速及びその比は蓄熱時とほぼ同一であった。

その結果、空気は流出口１６より長時間にわ／こって１
９〜２０°Ｃ平均湿度８５チで吐出され、単位時間当り
３８００−の熱量を取出すことができた。一定時間毎に
各列の蓄熱体の凝固状態を調べたが、各列と、もほぼ均
一に凝固が進行することが確認された。この本実施例に
よる単位時間当シの蓄２放熱量は、本実施例において各
ゾーンの基本要素の吊下げ数を２４個ずつ同じにした時
の値とを比較して約１．３倍であった。

以上のように本実施例によれば、蓄熱体の支持方法が、
単に蓄熱槽内部の上方のみに設置しである支持棒に吊下
げるだけで良いため、内部構造を非常に簡単にすること
ができ、蓄熱槽の設置や容量の変更が容易にできるよう
になると同時に、結露水の残留も少なくすることができ
、熱媒体の流通断面積を流出口に近づくにつれて小さく
することによシ、熱交換の際の融解、凝固をよシ均一に
行なうことができるようになシ、単位時間当りの熱交換
量も増やすことができだ。

第５図は本発明の第２の実施例を示す蓄熱槽の側面図で
ある。本実施例においては、基本要素１７及びその支持
部１８は本発明の第１の実施例と同様のものを用い、図
の如く各ゾーンにおいて隣シ合った列間で異なった高さ
に設置された支持部１８に基本要素１７を吊下げた。支
持部１８の設置高さは、隣シ合った列間で７５ＷＭずれ
るようドした。それ以外は第１の実施例と同じ構造をし
た蓄熱槽である。

このように隣シ合った列間で基本要素を鉛直方向にずら
して配置することによって、熱媒体が、隣シ合う列間で
相対向する封止部付近に流れ易かったのを改善し、蓄熱
槽内の熱媒体の流通の偏りを低減したものである。

この蓄熱槽を用いて第１の実施例と同じ条件で実験を行
なったところ、第１の実施例と同様に、蓄、放熱の際の
蓄熱利の融解、凝固が蓄熱槽の第１及び第２ゾーン内で
ほぼ均一に通性することが確認され、本実施例による単
位時間当りの蓄、放熱量は、第１の実施例において各ゾ
ーンの基本要素の吊下げ数を２４個ずつ同じにした時の
値と比較して約１．５倍であった。

以上のように本実施例によれば、従来の問題点である蓄
熱槽内の場所による熱交換の不均一を、第１の実施例に
比べても更に低減することができ、蓄熱槽内の熱交換を
よシ良くすることができだ。

なお、第６図に示した構造では、支持部の設置高さの相
異に伴なって蓄熱槽の上部と下部に熱媒体が部分的に流
通し易くなる流路が形成されるので、とれを妨げる手段
、たとえば、蓄熱槽筐体の天井及び底の部分を凸凹の構
造にするか、もしくは熱媒体の流れに対し抵抗となるよ
うな部材を適当な間隔で設置してもよい。

以上の実施例では、蓄熱材として潜熱蓄熱材を用い、蓄
熱槽内の熱媒体流通断面積を２段階に変えた構造での効
果を示したが、顕熱蓄熱材を用いたシ、熱媒体流通断面
積を容量に合わせて更に多段階に変えたシしても、同様
に均一な熱交換を行なうことができる。本発明者らの実
験によれば、熱媒体の流出口側と流入口側の流通断面積
の比が１：１．５以上になると蓄、放熱量の均一化がみ
られ、１：６よシ大きくなると流出口側での摩擦抵抗が
大きくなシすぎるため、熱媒体が流れにくくなシ実用上
問題となることが認められた。

また上記実施例では、複数個の蓄熱体で構成される基本
要素がフィルム材を用いて１体化された構造を有する場
合について述べたが、基本要素は必ずしもフィルム材を
用いたり１体化された構造を有する必要はなく、例えば
、蓄熱体を高密度ポリエチレン容器等を用いて作成した
シ、フック等の手段で封止部を介して連結してもよい。

更に、基本要素を吊下げ方向に１個吊しだ場合について
述べだが、複数個設けることも勿論可能である。

上記実施例で示した列ピツチ、列数等は本質的に本発明
の範囲を限定するものでない。

更に、第４図に示した実施例において第１及び第２ゾー
ンの支持部の配列本数の比率によっては第１ゾーンから
の熱媒体が第２ゾーンの支持部よシ吊下げられた蓄熱体
によシ遮蔽され、熱媒体の流通が不均一になることがあ
るが、その場合には第１ゾーンと第２ゾーンとの間に適
当な空間を設けることが望ましい。

また、支持部は流入口側から流出口側に一体でもよく、
その場合吊下げる蓄熱体を流入口側よシ流出ロ側の方を
密に配列すれば良い。

なお、蓄熱体の最大厚みは蓄、放熱時の熱交換特性を考
慮すると６０跋以下が望ましく、フィルム材で形成され
る空間部分に充填される蓄熱材の量は、蓄熱体を水平に
設置した場合にもその厚みが５０履を越えない様に調節
することが望ましい。

前記の様に、充填する蓄熱材の量を調節した蓄熱体を吊
下げた場合の最大厚みは、前記空間部分の吊下げ方向の
長さと充填する蓄熱材の粘度（もしくは降伏値）によっ
て変化し、前記蓄熱材の粘度（もしくは降伏値）は蓄熱
材に添加されたゲル化剤の量に依存する０本発明者らは
ゲル化剤の濃度を実用的な値、すなわち、蓄熱材に対し
０．５乃至１０Ｍ量チの範囲で変化させた数種の試料を
作成し、前記空間部分の吊下げ方向の長さをかえて充填
し、実験を行なった結果、前記空間部分の長さは２ｏＯ
ｗＬ以下が望ましく、２ＱＯｗＬを越えると、蓄熱体を
吊下げた状態での最大厚みが６０Ｕ以上になる場合が認
められた。前記空間部分の長さの下限に対する制約は特
にないが、蓄熱材の前記空間部分への充填に際しての充
填回数の増大等充填の容易性から５０ｊｌＩＬ未満にし
ない方が望ましい。従って、前記空間部分の吊下げ方向
の長さは実用的には５０語乃至２００ｍの範囲にあるこ
とが望ましい。

発明の効果 以上要するに本発明は蓄熱材もしくは前記蓄熱材を含む
容器より成る蓄熱体と、前記蓄熱体と熱の持受を行う熱
搬送媒体と、前記熱搬送媒体の流入口及び流出口を有す
る筐体とを備え、前記蓄熱体が鉛直方向に少なくとも１
個吊り下げられかつ熱搬送媒体流通方向に複数個設けら
れたものを複数列並べ、相隣シあう蓄熱体の列間の熱搬
送媒体の流通する空間の総面積が、前記熱搬送媒体の流
入口側よυ流出口側の方が小さくなるように構成されて
いることを特徴とする蓄熱槽を提供するもので、従来の
問題点であった蓄、放熱時の蓄熱槽内の場所による熱交
換量の不均一をなくし、熱交換の効率を著しく向上させ
ることができるという優れた効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の蓄熱槽の断面図、第２図は本発明の第１
の実施例における蓄熱槽の斜視図、第３間 図は本実施例の基本要素及び支持部を示し、同図＆は正
面図、同図すはＡ　−ｋ’断面図、第４図は困 本実施例における蓄熱槽の平面図、第５図は本発明の第
２の実施例における蓄熱槽の側面図である。 １．１０・・・・・・蓄熱体、２，１２，２１・・・・
・・蓄熱槽筐体、３，１４・・・・・・熱媒体流入口、
４，１３・・・・・・熱媒体、５，１６・・・・・・熱
媒体流出口、６，９・・・・・・蓄熱材、７，１７・・
・・・・基本要素、８・・・・・・封止部、１１．１８
・・・・・・支持部、１６・・・・・・ファン。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）蓄熱材もしくは前記蓄熱材を含む容器よ構成る蓄
   熱体と、前記蓄熱体と熱の授受を行う熱搬送媒体と、前
   記熱搬送媒体の流入口及び流出口を有する筐体とを備え
   、前記蓄熱体が鉛直方向に少なくとも１個吊シ下げられ
   がつ熱搬送媒体流通方向に複数個設けられたものを複数
   列並べ、相隣りあう蓄熱体の列間の熱搬送媒体の流通す
   る空間の総面積が、前記熱搬送媒体の流入口側より流出
   口側の方が小さく々るように構成されていることを特徴
   とする蓄熱槽。 し）相隣りあう蓄熱体の列間の熱搬送媒体の流通する空
   間の総面積の前記熱搬送媒体の流出口側の値と流入口側
   の値の比が、１対１．５乃至１対６の範囲内にあること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の蓄熱槽。 （３）　Ｗ熱体が、フィルレム相で構成された空間部分
   に蓄熱材を充填封止したものでおることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載の蓄熱槽。 （４）　フィルム材で構成された空間部分の吊下げ方向
   の長さが、５０Ｍ１１ｂ乃至２００ｍの範囲にあること
   を特徴とする特許請求の範囲第３項記載の蓄熱槽。