JPS61208493A - 潜熱利用蓄熱装置 - 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〕 米発明は潜熱利用蓄熱装置に係わり、更に詳しくは、一
定温度で起きる物質の融解、凝固の相変化現象に基づく
潜熱を利用した蓄熱装置に関する。

〔従来の技術及び発明が解決しようとする問題点〕

周知の通り、潜熱蓄熱材を用いた蓄熱法は、顕然利用技
術に比して、蓄熱密度が大であって、かなりの熱量が得
られることや、装置をコンパクトにまとめることができ
る等の理由により、近時注目されている。従って、従来
からも潜熱蓄熱材。

それを使用する蓄熱槽、それらを用いた潜熱蓄熱方法、
装置、システム等の技術開発が成され、特に太陽熱等の
温熱を対象とした潜熱蓄熱材を中心とした提案が成され
ている。

この内、潜熱蓄熱装置の全体システムについてみると、
例えばエネルギー・資源研究会刊行「エネルギー−資源
Ｊ　Ｖ　ｏｌ、４　　Ｎｏ、　４　（１９８３）ｐ５１
〜５４の中で、潜熱蓄熱の試験的な応用例としてソーラ
システム、空調装置についての幾つかの報告が成されて
いて、第１５図に示すように、圧ｍ機、凝縮器を出た伝
熱媒体を蓄熱槽に通し、再び元に循環させる蓄熱モード
と、伝熱媒体を蓄熱槽と空気冷却器の間に循環させる放
熱モードを可撤にする蓄熱冷房装置が知られている。こ
れはかなり有効な技術ではあるが、この従来技術は、放
熱モード時に於いて、常時空気冷却器を出た伝熱媒体の
全量が蓄熱槽を通り、再び空気冷却器に戻される単純な
構造であり、空気冷却器等熱使用機器側の熱使用条件に
合わせて、その条件に合った温度の伝熱媒体を当該熱使
用機器に制御して供給する特段の工夫がないから、この
点で試験的研究の範囲を出ず実用化するには、多くの解
決課題を残している。

従って本願の第１の発明の、１つの目的は、蓄熱槽を通
過する伝熱媒体の流量を変化させれば、蓄熱槽から伝熱
媒体への放熱量が変化することに着目し、放熱モード時
に於いて、熱使用機器側熱交換器に入る伝熱媒体の実際
温度を検出して、それを動作信号として蓄熱槽を通る伝
熱媒体の流量を操作することによって、熱使用機器側の
熱交換器に供給されＳ伝熱媒体の温度を予かじめ定めた
熱使用機器側の熱使用条件に合わせて常時適合制御させ
ることができ、而もその制御が容易簡単に実施できる装
置を提供するにある。

又、これら潜熱利用蓄熱装置又はシステムを効率的に動
作させる上で重要なのは、これらの一部を構成する蓄熱
槽であることはいうまでもないが、これについて従来の
技術をみると、今までは、はとんど槽本体内に、管を通
し、その周りに相変化物質である蓄熱媒体を詰めたシェ
ルアンドチューブ型か、又はスパイラルコイル型が用い
られている。前述した第１５図に示される装置の蓄熱槽
や、特公昭５３−９５１３８号公報に示される蓄熱槽が
これに該当する。この他、特開昭５３−２５’１３１１
号公報にみられるように、Ｍ熱媒体を鋼製の円筒容器に
入れ、その容器をローラ上にのせて小型モーターにより
回転して空気と熱交換させるようなものも提案されてい
る。所が、本出願人等の最近の研究によると、これらシ
ェルアンドチューブ型やスパイラルコイル型の蓄熱槽は
、構造上、蓄熱槽内の蓄熱媒体の体積（蓄熱容量）を向
上させるに一定の限界があること、蓄ｌ放熱時間の短縮
化に困難が多いこと、円管やスパイラルコイルを用いる
為蓄熱容器の形状に制限があり、既存の任意形状の蓄熱
槽に直ちに組み入れられないこと、チューブのコーナー
等にクラックが生じ耐久性があまりないこと・・・等が
判明し、潜熱蓄熱装置を試験段階から実用段階へ進める
為には、これに代わる蓄熱槽の開発が望まれていた。

そこで本出願人等は、上記要請に答えて幾つかの試験、
研究を行なった結果、相変化物質である蓄熱媒体を小球
の中に充てんした小球状蓄熱体を用いることが、上記の
諸点を解決するものであるとの認識に到達し、先に本出
願人等は昭和５３年特許願５２９７４号等の中で蓄熱槽
の中に小球状蓄熱体を収容した技術を開示した。この発
明の装置も、上記の小球状蓄熱体を収容した蓄熱槽を有
し、上述した諸点を解決できるものであるが、上記の昭
和５９年特許願５２９７４号等の中では、未だ次の未解
決部分を残していた。

１つには、安定した動作の為には蓄熱槽を通る伝熱媒体
と小球状蓄熱体とを各部均一に接触せしめる必要がある
ので、この為の改善手段である。これは、大別すれば２
つあり、その内の１つは、蓄熱槽の入口から小球状蓄熱
体群に向って伝熱媒体を通す時に可及的に分散させて通
すようにしなければならないが、これを確保する為の手
段、もう１つは、伝熱媒体が小球状蓄熱体群の間を通過
する時に、ある部分と他の部分とで不均一な対流が生ず
ると、各部下均一な熱伝達率となり、各小球状蓄熱体が
等しく熱の授受を行なわないことになるので、各部下均
一な対流を生ぜしめない為の改善手段である。

もう１つには、蓄熱槽内に於ける伝熱媒体の滞留時間が
増せば増す程熱交換の温度効率が向上するから、この伝
熱媒体の槽内滞溜時間（槽内通過流速）を最適に定めな
ければならない所であるが、この槽内通過流速は、流体
摩擦による圧力損失によって大きく影響を受けるから、
この圧力損失を＠度に定めなければならない。従って檜
の直径と長さを適度に定めなければならない、更には、
蓄熱槽内に小球状蓄熱体を収容した後の、実用上極めて
重要なドレン抜きの問題等である。

従って本願の第一の発明の他の目的は、一定容積の槽内
に蓄熱容量を最大限にとり得ると共に、単位体積当りの
伝熱量が良好であって蓄熱／放熱時間を可及的に短縮設
計可能であり、腐食部分が少くて耐久性を向上させるこ
とができ、蓄熱体側から槽設計の制限を受けない等の利
点を備えた蓄熱槽を有する潜熱利用蓄熱装置を提供する
と共に、特に蓄熱槽内に流入させる伝熱媒体を流入直諌
に於いて、その流入方向に直交する断面の各部に均一に
拡散せしめて小球状蓄熱体に均一に接触させることので
きる手段をもつ装置を提供するにあり、又蓄熱槽自体を
水平静置式として、予測し難い対流を生ぜしめる外力や
重力の影響を排除して、小球状蓄熱体群の各部で均一な
対流が生じて、各部均一な熱伝達が実行される蓄熱槽を
もつ装置を提供するにあり、更には蓄熱槽を通る伝熱媒
体の圧力損失を決定する蓄熱槽の直径と長さの関係を適
度に定めることによって、本出願人の種々の実験によれ
ば、それは１：３〜６の範囲であるが、それにより熱交
換の温度効率のよい伝熱媒体の流速（槽内滞留時間）を
確保することのできる槽を有する装置を提供するにある
。

且つ小球状蓄熱体群を密に収容した後に、必要に応じて
伝熱媒体のドレンな抜く時に、堆積せる小球状蓄熱体を
下方へ落とすことなくドレンを容易に抜くことができ、
現場での取扱いが便利なる槽を宥する装置を提供するに
ある。

更に、この種の潜熱利用蓄熱装置にとって最も基本的な
ことは、蓄熱槽の中に収容される蓄熱体の中に充てんさ
れる蓄熱媒体であるが、これについては従来から相当の
研究開発が進められ幾つもの技術が提案されているが、
そのほとんどは融解又は凝固点が略５℃以上のものが主
である。僅かに特開昭５９−９３７８０号公報等に０℃
以下の蓄熱媒体の数種が提案されている程度である。而
もこれらは蓄熱媒体自体であるから、その蓄熱媒体を用
いた装置自体についての開示はあまり多くない。

従って本願の第二以下第十四迄の発明の目的は上記第一
の発明の目的に加えて各々次の目的をも有する。即ち、
−３℃、−６℃、−８℃、−１０”０を各々融解、凝固
点として動作する蓄熱媒体を小球蓄熱体に封じた潜熱蓄
熱装置を提供するにある。従って、ビール工場、清涼飲
料水工場等の貯蔵１反応プロセスの冷熱源として、乳業
プラントの低温反応器用冷熱源として、更には商品、製
品陳列ケースの冷凍用冷熱源として、花、果実の流通業
の貯蔵用冷熱源として用いるに好適な潜熱利用蓄熱装置
を提供するにある。

更に一１５℃、−１７℃、−１８℃、−２１”Ｏを各々
融解、凝固点として動作する蓄熱媒体を小球状蓄熱体に
封入し、これを蓄熱槽に収容した潜熱利用蓄熱装置を提
供するにある。従って、屠殺場、食肉センター等の食肉
貯蔵用冷熱源として、スケート場アイスリンク用熱源と
して、更には薬品工場、血液貯蔵所等の貯蔵所冷熱源と
して用いるに好適な潜熱利用蓄熱装置を提供するにある
。

又、０℃を融解、凝固点として動作する蓄熱媒体でぽあ
るが、これを特に小球状蓄熱体に封入し、これを蓄熱槽
に収容し、そのような槽を有していて業務用ビル冷房等
に好適な潜熱利用蓄熱装置を提供するにある。

更に一２８℃、−３３℃、−３７℃を融解、凝固点とし
て動作する蓄熱媒体ではあるが、これを特に小球状蓄熱
体に封入し、これを蓄熱槽に収容し、そのような特徴的
な槽をもっている冷凍倉庫用冷熱源に特に好適な潜熱利
用装置を提供するにある。

併せて、業務用ビル暖房、給湯、温水器、等に好適な６
４℃を融解、凝固点として動作する蓄熱媒体を適用した
潜熱利用蓄熱装置を提供することも目的としている。そ
して、これら第二以下第十四迄の発明の潜熱利用蓄熱装
置は、融解、凝固の繰り返えし回数に対しても安定して
動作し、安定性を向上させることも目的としている。

［問題点を解決する為の手段及び作用Ｊ上記問題点を解
決する為の手段を、実施例に対応する第１図〜１４図を
用いて以下に説明する。

即ち、本願の第一の発明は、先ず、熱発生機器側１の熱
交換器３から出た伝熱媒体をポンプ１ｏによって蓄熱槽
８に通し、再び熱発生機器側ｌの熱交換器３に循環させ
る為の蓄熱モード時伝熱管９と、この蓄熱モード伝熱管
９に於ける蓄熱槽８の上流１５から分岐して熱使用機器
側２の熱交換器７を通り蓄熱槽８の下流１６に接続され
ていて熱使用機器側熱交換器７から出た伝熱媒体をポン
プ１８によって蓄熱槽８に通し、再び熱使用機器側熱交
換器７に戻す為の放熱モード時伝熱管１７とを有する。

そして、上記放熱モード時伝熱管１７に於ける熱使用機
器側熱交換器７の上流と下流の間をバイパス管２１にて
接続し、この接続位置に三方向制御弁２２を配設するこ
とにより、この接続位置を過つて熱使用機器側熱交換器
７に入る手前位置２３の伝熱媒体の実際検出温度ｔが同
位置の制御目標設定温度Ｔを越えた場合に、その偏差△
ｔを動作信号として、放熱モード時に於いて、上記三方
向制御弁２２を、熱使用機器熱交換器７を出た伝熱媒体
の一部がバイパス管２１をも介して再び熱使用機器熱交
換器７に戻入せしめられるように切換えられて、蓄熱槽
８を通る伝熱媒体の流量が調節されるよう構成され、更
に上記蓄熱槽８は水平静置型として構成されていて、円
筒形の胴体２７と、この左右両端に取着される、各々接
続口３０．３１が形成された胴体蓋２８　、２９と、上
記各接続口に対向して胴体２７の左右両端付近に配設さ
れた流れ拡散部材３２．３３と、水平静置される胴体２
７の下方に形成されたドレン抜き手段４１とより成り、
この蓄熱槽８の直径りと、水平方向長さに相当する全長
りの比はｌ：３〜６の範囲に定められていると共に、上
記一方と他方の流れ拡散部材３２　、３３によって区画
される槽内部３Ｂには、内部に蓄熱媒体３８が充てんさ
れた小球状蓄熱体３７が密に収容されて成り、上記ドレ
ン抜き手段４１は、小球状蓄熱体３７の通過を許容せず
、該小球状蓄熱体３７相互間の空隙４２内の伝熱媒体の
通過を許容するように胴体２７の下面に形成された単又
は複数のドレン流量４４を含むドレン管４５と、そのド
レン管４５を常時は閉じる為の開閉弁４６によって構成
されているものである。

このような構成なので、次のような蓄熱・放熱動作が行
われる。

１］蓄熱操作により、熱発生機器１が駆動され、且つ三
方向制御弁２２が切換えられて、伝熱媒体が、その熱交
換器３と蓄熱槽８の間を循環する。即ち蓄熱モード時伝
熱管９のみに伝熱媒体が循環し、蓄熱槽８内の小球状蓄
熱体３７群の空隙を通る過程で伝熱されて蓄熱媒体が融
解、凝固点に於いて融解又は凝固し、潜熱を蓄熱する。

即ち温熱を対象とする場合には、蓄熱媒体の融解により
潜熱が蓄熱される。逆に冷熱を対象とする場合には、蓄
熱媒体の凝固により潜熱が蓄熱され”る。

２］放熱操作により、熱発生機器ｌが停止され、且つ三
方向制御弁２２が切換えられて、伝熱媒体がポンプ１８
によって蓄熱槽８と熱使用機器側熱交換器７の間を循環
し、蓄熱槽８内の小球状蓄熱体３７群の空隙を通る過程
で小球状蓄熱体３７から伝熱媒体に伝熱される。即ち、
温熱を対象とする場合には、蓄熱媒体の凝固により潜熱
が放熱され、又冷熱を対象とする場合には蓄熱媒体の融
解により潜熱が放熱され、熱交換されて熱使用機器側２
の負荷に応する。

ここで、熱使用機器熱交換器７の手前位置２３を通る伝
熱媒体の実際検出温度をを、同位置の制御目標としての
設定温度をＴ、ｔとＴとの偏差を△ｔとすると、ｔ＝Ｔ
の場合には、伝熱媒体は、放熱モード時伝熱管９の間の
みを循環し、第１の放熱モードとなる。そしてｔがＴを
越えた場合（冷熱を対象とする場合には、ｔ＜Ｔとなっ
て熱使用機器熱交換器入口に於ける伝熱媒体の実際温度
が制御目標温度を越えて冷えすぎの場合を言う、又温熱
を対象とする場合には、ｔ＞Ｔとなって、熱使用機器熱
交換器入口に於ける伝熱媒体の実際温度が制御目標を越
えて温かくなりすぎの場合をいう、更には、その偏差温
度ΔＬを動作信号として三方向制御弁２２が切換動作さ
れて、熱使用機器熱交換器７を出た伝熱媒体の一部がバ
イパス管２１にも流入して、それを介して該伝熱媒体が
熱使用機器側熱交換券７に戻るよう実施されて、第２の
放熱モードをとる。

これにより、蓄熱槽８を通る伝熱媒体の流量が減少する
ので、放熱量が減じられ、熱使用機器熱交換器７人口手
前位置２３の伝熱媒体の温度が制御目標を基準としてコ
ントロールされる。

更に、蓄熱槽８の放熱量が低下して、冷熱を対象とする
場合であって、ｔ＞Ｔに経過した場合には、又は温熱を
対象とする場合であって、ｔ＜Ｔに経過した場合には、
この経過途中に於けるバイパス管路２１の閉塞を電気的
に検出して、必要に応じてその検出により制御系統の制
御を介して熱発生機器熱交換器３及びポンプ１０を駆動
せしめ、熱使用機器熱交換器７を出た伝熱媒体の一部を
熱発生機器熱交換器３を通して再び熱使用機器熱交換器
７に戻入せしめてバックアップ運転の第３の放熱モード
となる。

このバックアップ運転時に於いてｔがＴを越えた場合に
は、三方向制御弁２２が、熱使用機器熱交換器７を出た
伝熱媒体の一部をバイパス管２１をも介して熱使用機器
熱交換器７に戻入せしめるように切換えられ、蓄熱槽８
を通る伝熱媒体の流量が△ｔに比例して調節されて第４
の放熱モードとなる。

更にこの第４の放熱モードに於いて、バイパス管２１へ
流入する流量の増大に伴ないポンプｌθ一次側への流入
量が減少するにつれて、そのポンプ１０一次側流入量が
ポンプ１０の吐出容量以下に経過した時には、熱発生機
器側熱交換器３を出た伝熱媒体の一部が蓄熱槽８を通っ
て、ポンプ１ｏの一次側に至り、再び熱発生機器側熱交
換器３に戻ることにより蓄放熱モードとなる。

そして、これらの蓄放熱モードに於いて、この発明の蓄
熱槽８は、小球状蓄熱体を収容した構造なので、一定容
積の槽内に蓄熱容量を６５％程度とることができ、他の
型式に比して格段と大きい蓄熱容量をとり得ると共に、
蓄熱・放熱時間を短縮化でき、特に伝熱媒体を蓄熱槽８
内に拡散させて流入、通過させることができるから、こ
れらの良い点が発揮される。そして腐食による問題点も
ほとんど生じない、且つ蓄熱槽自体は水平円筒静置式な
ので動力源を全く要せず耐久性もあると共に、蓄熱槽８
を通る伝熱媒体に、回転外力による対流や、重力方向落
下を原因とする対流が生ぜず、その対流は大要一方から
他方へ移る流れが主であって、小球状蓄熱体３７群の各
部に於いて略均しい熱伝達が実施されるから、製造の蓄
放熱特性が安定すると共に、水平静置の蓄熱槽８の直径
りと長さＬを、ｌ：３〜６の範囲に定めて、その流体通
過時の圧力損失を適度に定めて、熱交換の温度効率のよ
い伝熱媒体の流速（槽内滞留時間）を確保できるもので
ある。且つ小球状蓄熱体３７の通過を許容せず、伝熱媒
体のみ通すドレン流量４４を含むドレン管４５があるの
で、ドレン抜きが容易である。

又本願の第二以下〜第十四迄の発明によれば、この装置
の蓄熱槽８内の小球状蓄熱体３７には、各々次の主液が
充てんされている。

即ち、各々炭酸ナトリウム（Ｎａ２　ＣＯ３）水溶液の
共融混合体、炭酸水素カリウム（ＫＨＣＯ３）水溶液の
共融混合体、塩化バリウム（ＢａＣｌ２）水溶液の共融
混合体、塩化カリウム（ＫＣｌ）水溶液の共融混合体、
塩化アンモニウム（ＮＨ４（１１）水溶液の共融混合体
、硝酸アンモニウム（ＮＨ，Ｎ０３）水溶液の共融混合
体、硝酸ナトリウム（ＮａＮＯ３）水溶液の共融混合体
、塩化カルシウム（ＮａＣ文）水溶液の共融混合体、臭
化ナトリウム（ＮａＢｒ）水溶液の共融混合体、塩化マ
グネシウム（ＭｇＣ１２）水溶液の共融混合体、次数カ
リウム（Ｋ、ｃｏ３　）水溶液の共融混合体、水酸化ナ
トリウム（Ｎ　ａ　ＯＨ）水溶液、水（Ｈ＝　ｏ）に硫
酸（Ｈ２ＳＯ４）が微量添加されている溶液である。こ
れらによって、各々−３℃、−６℃、−８℃、−１０℃
、−１５℃。

−１７℃、−１８℃、−２１℃、−２８℃、−３３℃、
−３７℃、６４℃、０℃の温度を融解、凝固点として動
作する潜熱利用装置が提供される。

〔実施例〕

次に添付図面第１図〜第１４図に従い本発明の好適な実
施例を詳述する。

以下この実施例では熱使用機器として冷房、冷凍装置に
適用した例をとって説明する。

第１図の装置全体を示した図に於いて、１は冷熱発生機
側、２は冷熱を使用する冷房、冷凍装置側を示し、冷熱
発生機側１は、熱交換器としての蒸発器３、圧縮機４、
凝縮機５、膨張弁６で構成され、冷房、冷凍装置側２は
熱交換器としての冷却器７を有する。

そして、上記の蒸発器３と蓄熱槽８の間に蓄熱モート時
に於いて伝熱媒体を循環させるべく、その間に伝熱管９
を配管し、この蓄熱モード時伝熱管９に於ける蒸発器３
の下流に、ポンプ１０を配設すると共に、蓄熱槽８の上
流側と下流側に各々開閉弁１１．１２を配設し、且つ蒸
発器３の上流及びポンプＩＱの下流に各々開閉弁１．３
．１４を配設する。

そして、この蓄熱モード時伝熱管９に於ける蓄熱槽８の
上流の分岐点１５から分岐して冷却器７を通り蓄熱槽８
の下流の分岐点１６に連らなる放熱モー１時伝熱管１７
を配設し、この伝熱管１７の冷却器７の上流にポンプ１
８を配設する０次に、放熱モード時伝熱管１７に於ける
冷却器７の上流であって、ポンプ１８と分岐点１５との
間の分岐点１９と、冷却器７の下流の分岐点２０の間を
バイパス管２１で接続し、上記分岐点１９に三方向制御
弁２２を配設する。この三方向制御弁２２は、冷却器７
の手前位置、より具体的には冷却器７とポンプ１８の間
の検出位置２３を通る伝熱媒体の検出温度を動作信号と
して調節器により比例制御の下三方向切換動作せしめら
れるもので、図中２４は温度発信器、２５は調節器、２
Ｂは設定器を示している。

この切換動作条件は次のように設定されている。

■蓄熱操作時 入口ａ閉、入口す開、出口Ｃ開 ■放熱操作時 ■−１ｔ＝Ｔの＠１の放熱モード時及びｔ〉Ｔに経過し
たバックアップ運転後−・ ・・入口＆開、入口す閉、出口Ｃ開 ■−２ ｔ＜Ｔに経過した放熱モード時入口ａ 開、入口す開、出口Ｃ開 上記に於いて、 ｔ＝　冷却器７手前の検出位置２３を通る伝熱媒体の実
際検出温度 Ｔ＝　冷却器７手前の検出位置２３を通る伝熱媒体の制
御目標としての設定温度 Δ１＝１とＴの偏差であり、入口ａ、入口すは△ｔに応
じて比例的に開度制御される。

又、蓄熱モード時伝熱管９に配したポンプ１０は蓄熱モ
ードをとる時のみ駆動するよう操作又は自動動作される
よう制御系統が組まれ、放熱モード時伝熱管１７に配し
たポンプ１８は放熱モードをとる時のみ駆動するよう操
作又は自動動作される。

次に、この装置を構成する蓄熱槽８について詳述する。

蓄熱槽８は水平静置型として構成されていて、円　・筒
形の胴体２７と、この左右両端に取着された胴体蓋２８
，２ｉ９を有している。

上記胴体Ｍ　２８．２１Ｊの中央には各々接続口３０．
３１が形成され、この接続口３０．３１を介して伝熱管
９に接続されている。上記胴体２７の左右両端付近には
、上記の接続口３０．３１に対向して胴体内に仕切壁状
に流れ拡散部材３２．３３が取設されており、この部材
３２．３３には複数の流口３４が形成されている。即ち
流口３４は、部材３２によって仕切られた仕切室３５と
槽内部３６の間を連通ずる為に形成されていて、その形
成態様は中心から周方向へ放射状に形成され、単位面積
当りの形成個数が各部略均しくなるように周方向へ行く
に従い形成個数が増大するようにするのが望ましい。そ
して、この蓄熱槽８の槽内部３６には、小球状蓄熱体３
７の多数が槽いっばいに密に収容されている。この小球
状蓄熱体３７は、凝固温度で液相から固相に変わる時に
、固化の潜熱として冷熱を蓄熱し、固相から液相に変わ
る時に先に蓄熱した冷熱を放出する蓄熱媒体３８を球状
のシェル３８内に充てんしたものである。

上記小球状蓄熱体３７の個々の大きさは、直径２０■〜
２００■の範囲、例えば８５ｍｍ程度であるが、この事
は冷房、冷凍装置の条件、蓄放熱運転条件等によって必
要な蓄熱槽全体の蓄、放熱量が決定されるから、その必
要蓄、放熱量を確保するに十分な伝熱面積を確保するこ
とを基準として定めればよい望ましくは同時に、蓄熱槽
７の一定容積中に収容する数が多くなればなるほど、即
ち個々の小球状蓄熱体３７の直径が小さくなればなるほ
ど製作費が高くなるから、上記の条件を満すと同時に、
この製作上の条件を満すようにして加工するとよい。

又、上記球状シェル３９の材質としては、金属、合成樹
脂等種々あり、外力及び内力に抗して球状を保持できる
点や、耐熱性の点、生産加工上の点等から選んで用いら
れるが、この発明では、蓄熱媒体３８が液相の時に、シ
ェル３９内に蓄熱媒体３日の非占有の空間４０が形成す
るようにシェル３９の大きさを定めるものである。同時
に蓄熱媒体の凝固による体ｉ膨張時の膨張量を、上記空
間４０とシェル３８の膨張によって、吸収するように空
間４ｏの大きさを定めるものである。シェル３８の膨張
は凝固蓄熱媒体の膨張時の圧力によって可能にされ、又
蓄熱媒体が固相から液相に変わった時には、シェル３９
も収縮するがシェル３８は当初設定した大きさの空間４
０を残して収縮を止める０例えば蓄熱媒体３９が凝固し
た時に、液体の時の体積１．０８倍、即ち８％膨張した
とすると、空間４ｏで５．５％、シェル３９の膨張で２
．５％その膨張量を吸収するように空間４０の大きさを
定めるものである。換言すれば蓄熱媒体３９を、中空成
型法、真空成型法等で加工した球状シェル４０内に注入
等により充てんする際は、当然のように蓄熱媒体３８は
液体であるが、その液体の蓄熱媒体３９を充てんする際
に、空間４ｏとして上記の例では５．５％相当を残して
充てんするものである。

球状シェル３８自体は固い球殻であるが、薄肉に形成さ
れるので、凝固蓄熱媒体の膨張時の内圧によって、蓄熱
媒体の膨張に応じて膨張し、蓄熱媒体が液相に変化した
時には当初の空間を残して自然に原状に復するから、材
質的には金属、合成樹脂等種々選択できるが、上記のシ
ェル膨張をより容易にする為に膨張、収縮性に富むもの
がよく、軟化点８０℃以上の合成樹脂中でも他の耐力性
、耐熱性、加工性をも考慮するとポリプロピレン、高密
度ポリエチレンが好適である。更にシェル３９の上記の
膨張に関しては、設計上次の事を考慮する。即ち、凝固
蓄熱媒体３７の体積膨張時の内部圧力によってシェル３
９を膨張させるものであるが、その際材料破壊を生じな
い程度のシェル３８の膨張度合を定め得るように、用い
る蓄熱媒体の体積膨張量を考慮して空間４０の大きさを
定める。この為には、シェル３９の膨張、収縮をシェル
３９の材質、半径、薄い肉厚の厚さ等によって定まる弾
性域の範囲にとどめるとか、シェル３９の材質等によっ
て定まる引っ張強さく極限強さ）に安全率を見込んだ範
囲内で膨張を可能ならしめるとかの種々の工学的手法を
用いるものである。

さて、このような小球状蓄熱体３７の多数を収容した槽
８の底部には、ドレン抜き手段４１が設けられていて、
このドレン抜き手段４１は、小球状蓄熱体３７の通過を
許容せず、この小球状蓄熱体相互間の空隙４２内の伝熱
媒体の通過を許容するように胴体２７の下面４３に形成
された単又は複数のドレン流量４４を含むドレン管４５
と、そのドレン管４５を常時は閉塞する為の開閉弁４Ｂ
と、それらの囲りに着装された保温材４７より成る。こ
れらのドレン抜き手段の具体列を幾つか説明すると、第
４図、第５図に示す如く、１つには、胴体２７に開口す
る、小球状蓄熱体３７の直径ｄより小さい単円孔のドレ
ン流量４４であって、該小球状蓄熱体３７がそこに座し
て閉塞しないように単円孔の流量を水平に横切る単又は
複数の筋部材４８が取設されているものより成る。又、
もう１つには第６図に示す如く、胴体２７に開口する、
小球状蓄熱体の直径より小さい円孔の複数より成るドレ
ン流量４４であり、小球状蓄熱体群の各々の小球蓄熱体
３７がそれら複数の小円孔の各々に座して閉塞しないよ
うに、小円孔の形成ピッチＰが小球状蓄熱体の直径ｄよ
り小に設定されているものより成る。更に、別の例は、
第７図に示す如く、胴体２７に開口する、小球状蓄熱体
３７の直径ｄより幅狭の単一の溝の流量４４より成るも
のが考へられる。更に、もう１つの別の例は第８図に示
す如く、胴体２７に開口する。小球状蓄熱体３７の直径
ｄより幅狭の複数の溝のドレン流量４４より成るものが
考へられる。その地図示せざるも胴体２７に開口する、
小球状蓄熱体３７の直径ｄより小さい辺を有する角穴を
格子状に配列したものでもよい、さて、このような蓄熱
槽８は、その直径をり、一方の胴体蓋２８と他方の胴体
蓋２９間の長さをＬとした場合に、ＤＳＬをｌ：３〜６
の範囲に設定する。

幾つかの具体例を上げると、　Ｄ　＝　９５０ｍｍ、Ｌ
　＝　３０００１■の組合わせ、Ｄ　＝　１２５０層鳳
、Ｌ＝４２００層鵬の組合わせ、Ｄ　＝　１８００ｓ■
、Ｌ　＝　５３００層層の組合わせ、Ｄ　＝　１８００
■■、Ｌ　＝　Ｅ１００Ｏ■■の組合わせ、Ｄ；１８０
０＋ｅ層、　　Ｌ＝７１００層層の組合わせ、Ｄ　＝　
２１００鳳■、Ｌ＝８１００■■の組合わせ、Ｄ　＝　
２５００■−、Ｌ　＝　１０７８００７８０■■せ、　
Ｄ　＝　３０００ｍｍ、Ｌ　＝　１１２００■■の組合
わせ、Ｄ　＝　３０００脂ｍ、　Ｌ　＝　１４８００■
■の組合わせ等である。

この主たる理由は、伝熱なり体が槽内を通過する時の流
速が小さければ小さいほど、即ち槽内での滞溜時間が増
せば増すほど熱交換の温度効率は大となるものであるが
、他方流速が小さければ小さいほど熱伝達率は低下する
。この為、この双方を最適に満す適当な流速に決定しな
ければならない。そこで本山願人等は多くの実験によっ
て、それを求めた所最低２．５ｍ’／ｈの移動量が確保
されればよいことが判った。そして、この最低２゜５ｍ
″／ｈ程度の移動量を決定するのは、ポンプによって与
えられる伝熱媒体の速度水頭と、槽通過時に於ける圧力
損失であり、この圧力損失は、槽の長さＬに比例して大
となり、直径りに反比例する。従って速度水頭を一定と
した場合、ＤとＬを最適に求めることによって上記の流
速を決定できるが、その為のＤとＬが上記のようである
ことが望ましいのであり、Ｄの１に対し、Ｌを３〜６の
範囲の中で選択するのは小球状蓄熱体の数の大小による
流体摩擦から結果する圧力損失の大小があるからである
。

このような構成に基づき一連の動作を第９図〜第１４図
を参照して説明する。

第９図は蓄熱モードを示している０通常この蓄熱動作は
料金の安い深夜の時間帯を利用して行なわれる。この時
、図示せざる制御系統の制御により、熱発生機器として
の冷熱発生機ｌが駆動する。即ち、蒸発器３で発生する
冷媒蒸気は圧縮機４で圧縮されて高圧の過熱蒸気となり
、凝縮器３で冷却水に熱を奪われて液体となる。この高
圧の液を膨張弁６で減圧し、低圧低温の冷媒を蒸発器３
で蒸発させて、凝固点の低い伝熱媒体から蒸発熱をとっ
て、それを冷却する。他方、ポンプ１０が駆動されると
共に、三方向制御弁２２は入口ａが開、入口すが閉、出
口Ｃが開に切換えられているので、蒸発器３によって冷
却されたポンプ１０によって伝熱媒体は、矢示４８のよ
うに蒸発器３と蓄熱槽８の間を循環する。伝熱媒体が蓄
熱槽８を通過する時に蓄熱槽８内の多数の小球状蓄熱体
３７と伝熱媒体が接触することにより、小球状蓄熱体３
７内の蓄熱媒体３８が凝固点に於いて凝固する。凝固時
に固化の潜熱としての冷熱が小球状蓄熱体３７の蓄熱媒
体３８中に蓄熱される。

第１０図はｔ＝Ｔの時の第１の放熱モードを示している
１通常、この放熱動作は負荷需要の多い時に放熱される
。この時図示せざる制御系統の制御を介して熱発生機器
側ｌは停止され、ポンプ１０も停止されている。他方ポ
ンプ１８が駆動し、三方向制御弁２２は入口ａが開、入
口すが閉、出口Ｃが開に切換えられているので、矢示５
０のように伝熱媒体をポンプ１８により、蓄熱槽８と冷
却器７の間に循環させるものである。冷却器７を経由し
た後の伝熱媒体が蓄熱槽８中を通過すると、蓄熱槽８内
の小球状蓄熱体３７に伝えられ、融解点に至ると、それ
を融解し、先に蓄熱した冷熱を融解の潜冷却されて、冷
房、冷凍負荷に応する。

第１１図は、第１０図の放熱モード時に於いて、しくＴ
に経過した時の第２の放熱モードを示している。この時
三方向制御弁２２は、入口ａが開から閉方向へ制御され
、入口すが閉から開方向へ制御され、出口Ｃが開に切換
えられるので、冷却器７を出た伝熱媒体の一部がバイパ
ス管２１をも介して矢示５１のように流れ、三方向切換
弁２２の所で蓄熱槽８を出た伝熱媒体と合流して再び冷
却器７に循環する。この場合△ｔに比例してバイパス管
２１を通る流量が増す。従って蓄熱槽８を通る伝熱媒体
の流量がΔＬに比例して少くなるので、放熱量が少くな
り制御位置２３に於ける伝熱媒体の温度が制御目標温度
にコントロールされていく。

第１２図はバックアップ運転の第３の放熱モードを示し
たものであり、必要に応じて実施される。即ち前述の第
２の放熱モード時に於いて△ｔがＯにコントロールされ
ていくと、三方向制御弁２２が切換えられて、第１の放
熱モードと同じように入口ａ開、入口す閉、出口Ｃ開と
なり、バイパス管２１の流路が閉塞されるが、これに伴
ない検出位置２３の伝熱媒体の温度が上昇し、ｔ＞Ｔに
経過した場合、バイパス管の閉塞等が電気的に検出され
て、ポンプ１０及び冷熱発生機１が駆動される。これに
より冷却器７を出た伝熱媒体が、矢示５２のように蓄熱
槽８のみならずポンプ１０によって蒸発器３をも通り、
蓄熱槽８を出た伝熱媒体と分岐点１５の所で合流し冷却
器７に送られるものである。

即ち、冷却器７に入る伝熱媒体の温度が、制御目標に比
して温かい場合に、蒸発器３によってバックアップ冷却
することにより、検出位置２３の伝熱媒体の温度と制御
目標温度にコントロールするものである。

第１３図は、上記のバックアップ運転の後、ｔ＜Ｔに経
過した第４の放熱モードを示したものである。この時三
方向制御弁２２は、入口ａが開から閉方向へ制御され、
入口すが閉から開方向へ制御され、出口Ｃが開に切換え
られるので、冷却器７を出た伝熱媒体の一部がバイパス
管２１をも介して矢印５３のように流れ、三方向切換弁
２２の所で蓄熱槽８を出た伝熱媒体と合流して再び冷却
器７に循環する。従って第２の放熱モードと同じように
制御位置２３に於ける伝熱媒体の温度が制御目標温度に
コントロールされていく。

第１４図は、上記第４の放熱モードに於いて、バイパス
管２１へ流入する流量の増大に伴ないポンプｌロー次側
への流入量が減少するにつれて、そのポンプ１０一次側
流入量がポンプ１０の吐出容量以下に経過した時の動作
を示したもので、この場合は蒸発器３を出た伝熱媒体の
一部が矢印５４のように分岐点１５から蓄熱槽８を通っ
て分岐点ＩＢを通り、ポンプ１０の一次側に至り、再び
蒸発器３に戻る。従って蓄・放熱モードとなるものであ
る。

上記の蓄・放熱モードに於いて、伝熱媒体が蓄熱槽８を
通る時に次の特徴が発揮される。１つは、伝熱媒体が蓄
熱４６８の接続口３０又は３１から槽内へ流入した時、
先ず区画室３５に案内されるが、その後流れ拡散部材３
２又は３３の各波目３４によって、流れ方向に直交する
断面の各部に均一に拡散されて槽内部に流入するので、
槽内部に配された小球状蓄熱体３７群に各部均しく伝熱
媒体が接触し易い。従って小球状蓄熱体群の各部で略均
しく伝熱が実施され、装置の伝熱特性が安定し、信頼が
得られる。

もう１つには、この槽は水平円筒静置式なので、この槽
８内を通過する伝熱媒体に回転外力や重力方向落下を原
因とする対流が生じない、その対流は一方の流れ拡散部
材３４又３５から他方の流れ拡散部材３５又は３４の方
へ水平に移る流れが主であって、小球状蓄熱体群の各部
に於いて略均しい熱伝達が実施される。この為、各部に
於ける熱伝達率が不均一となることはないので、装置の
伝熱特性、が安定し、信頼性が得られる。もう１つには
、この槽８のＤとＬは１：３〜６の範囲に定められてい
る。従って、過大又は過少の圧力損失を生ずることなく
この槽内を通る時の伝熱媒体の速度を最低２．５ｍ”／
ｈ程度の移動量が確保される程度とすることができ、伝
熱媒体の槽内滞留時間が適度となり熱伝達率と熱交換の
温度効率を良い所で確保できた。

更に、槽８の胴体２７下部にドレン流量４４を形成しで
あるので、必要に応じてドレンのみを抜くことが容易に
できた。通常、この槽には、小球状蓄熱体群を槽内に投
入したり、そこから排出する為のマンホール５５．５８
が設けられるが、このマンホール５Ｂを開けてドレン抜
きをすると、小球状蓄熱体の多数が一緒になって落下し
てきてしまい、実際問題大きなトラブルを生ずる。所が
このように流量４４が形成されていて、その流量４４は
小球状蓄熱体によって閉塞されず、且つ小球状蓄熱体を
通過させず、他方ドレンのみ流すので、安全にドレンを
抜くことができた。

而して上述の実施例に於いては、この装置を冷房、冷凍
装置に適用した例を示し、熱使用機器２に於ける熱交換
器７へ冷熱を伝える場合を示したが、本発明の潜熱利用
蓄熱装置はこの例に限定されることなく、他の冷熱利用
装置にも適用できる他、熱使用機器ｌを太陽熱装置や、
暖房熱源供給装置として、そこから熱使用機器２に於け
る熱交換器７へ温熱を伝えるような装置にも、この潜熱
利用蓄熱装置を適用でき、蓄熱時には、蓄熱槽内に温熱
が蓄熱され、放熱時には熱使用機器の熱交換器へ温熱が
放熱される。この場合には、上記した三方向制御弁２２
の切換動作条件を、蓄熱操作時には人口ａ閉、入口す開
、出口Ｃ開、ｔ＝Ｔの第１の放熱モード時及びｔ＜Ｔに
経過したバックアップ運転時には入ロａ開、入口す閉、
出口Ｃ開、ｔ＞Ｔに経過した放熱モード時には入口ａ開
、入口す開、出口Ｃ開に設定される。このようにすれば
、冷熱を対象とした場合と同様に、第９図〜第１４図の
蓄熱〜放熱の各モードを実施する。

但し第１１図と第１３図の運転モードはｔ＞Ｔに経過し
た時であり、第１２図の運転モードはｔ＜Ｔに経過した
時である。

勿論、この温熱を対象とする場合には、小球状蓄熱体３
７内に充てんされる蓄熱媒体３８は、融解、凝固温度で
融解した時に蓄熱し、凝固した時に潜熱を放熱する。

次にこの潜熱利用蓄熱装置に用いる小球状蓄熱体に封入
する蓄熱媒体について詳述する。

上述した通り、潜熱蓄熱媒体については従来からも種々
の研究が行なわれている。それは主として、■資源的に
入手が容易であり、安価であること、■化学的に安定で
あること、■融点が所望の動作温度範囲にあること。■
体積当りの融解熱が大きいこと、■融解−凝固のサイク
ルの長期の繰返しに対して、確実に且つ安定に動作する
こと。

等の条件を満すものの追及として行なわれている。この
意味では従来の蓄熱媒体も幾つかの成果を上げており、
この発明の潜熱利用蓄熱装置にもそれらの幾つかを適用
できる。然しながら、首記した通り、従来の潜熱利用蓄
熱装置は、太陽熱利用蓄熱装置等として研究が進められ
てきたこともあって、実用可能なものとして提案されて
いる潜熱蓄熱媒体自体も＋５℃以上のものであり、この
発明の一つの例としての冷房、冷凍装置に適用できる潜
熱利用蓄熱装置の場合には、それらはほとんど不適であ
る。そこで、以下には主として０℃以下の融解、凝固点
を有し、装置の作動温度が０℃以下の蓄熱媒体として好
適なものと開示する。

１つには、Ｈ２Ｏ（水）に、Ｈ２Ｓ０４（硫酸）を微量
添加した組成物を主液とする蓄熱媒体を上げることがで
きる。これは、装置の作動温度をＯ℃程度に定める場合
には好適であり、１ｍｌ当りの潜熱は４８．４ｋｗｈ／
ｍ″である。

もう１つには、塩類水溶液の共融混合体を主液とする蓄
熱媒体が望ましい、即ち、塩類の水溶液は一定の濃度で
最低の凝固温度が得られるが、その最も低温度が得られ
るときの濃度の溶液を用いるものである。この共融濃度
の共融混合体によれば、最も低温度で、塩類と水があた
かも単一の物質のように凝固する。従って融解−凝固の
サイクルに対して確実に且つ安定して動作する。この時
凝固の潜熱として蓄熱媒体３８が熱を蓄熱する。

以下にこのような塩類水溶液の共融混合体の望ましい例
を示す。

（１）蓄熱装置の作動温度を一３℃に定める場合には、
Ｎａ２ＣＯ３（炭ｆｉナトリウム）水溶液の共融混合体
、この場合の共融濃度は３７．１％、共融温度は一３℃
であり、潜熱は４８．３ｋｗｈ／ｒｎ’である。

（２）蓄熱装置の作動温度を一６℃に定める場合には、
ＫＨＣＯ３（炭酸水素カリウム）水溶液の共融混合体、
この場合の共融濃度は１４．２％、共融温度は一６℃で
あり、潜熱は４４．ｆｔｋｗｈ／ｍ”である。

（３）蓄熱装置の作動温度を一８℃に定める場合には、
ＢａＣｌ２　（塩化バリウム）水溶液の共融混合体。こ
の場合の共融濃度に於ける共融温度は一８℃であり、潜
熱は５０．５ｋｗｈ／ｌｎ’である。

（４）蓄熱装置の作動温度を一１０℃に定める場合には
、Ｋｃｌ　（塩化カリウム）水溶液の共融混合体、この
場合の共融濃度は１８．７％、共融温度は一１０℃であ
り、潜熱は４９．９Ｋｗｈ／ゴである。

（５）蓄熱装置の作動温度を一１５℃に定める場合には
、ＮＨ４Ｃ１（塩化アンモニウム）水溶液の共融混合体
、この場合の共融濃度は１８．８％、共融温度は−１５
℃であり、潜熱は４Ｂ、４Ｋｗｈ／ｍ″である。

（６）蓄熱装置の作動温度を一１７℃に定める場合には
、ＮＨ４ＮＯ３（硝酸アンモニウム）水溶液の共融混合
体、この場合の共融濃度は４２゜０％、共融温度は一１
７℃に定める。

（７）蓄熱装置の作動温度を一１８℃に定める場合には
、ＮａＮＯ３（硝酸ナトリウム）水溶液の共融混合体、
この場合の共融濃度は３８．５％、共融温度は一１８℃
であり、潜熱は４７．５Ｋｗｈ／ｍ”である。

（８）蓄熱装置の作動温度を一２１℃に定める場合には
、ＮａＣ１（塩化カルシウム）水溶液の共融混合体、こ
の場合の共融濃度２３．０％、共融温度−２１℃であり
、ＷＩ熱は３９−４ＫＷｈ／ｍ″である。

（８）蓄熱装置の動作温度を一２８℃に定める場合には
、ＮａＢｒ（臭化ナトリウム）水溶液の共融混合体、こ
の場合の共融濃度４０．１％、共融温度−２８℃であり
、潜熱は３９　、３　ＫＷｈ／ゴである。

（１０）蓄熱装置の作動温度を一３３℃程度に定める場
合には、ＭｇＣｌ２　（塩化マグネシウム）水溶液の共
融混合体、この場合の共融濃度は２０．８％、共融温度
は−３３，８℃であり、潜熱は４４　、８ＫＷｈ／ゴで
ある。

（１１）蓄熱装置め作動温度を一３７℃程度に定める場
合には、Ｋ２ｃｏ３　　（炭酸カリウム）水溶液の共融
混合体、この場合の共融濃度は４４．８％、共融温度は
−３８，８℃であり、Ｗ！熱は４０．ＱＫＷｈ／ｍ″で
ある。

勿論、これらの共融混合体を主液とする蓄熱媒体中に必
要に応じて過冷却を防止する為の発核剤が微量添加され
る。その内の幾つかを次に記すと。

酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、水酸化マグネシウム（Ｍ
　ｇ　（ＯＨ）２　）　　、炭酸マグネシウム（Ｍ　ｇ
　Ｃ０３）、硫酸マグネシウム（ＭｇＳＯ４）、塩化マ
グネシウム（ＭｇＣ１ｚ）、臭化マグネシウム（ＭｇＢ
ｒ２）、酸化カルシウム（Ｃａｂ）、水酸化カルシウム
（Ｃａ（ＯＨ）２　）　、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３
）、硫酸カルシウム（ＣａＳＯ４）、硫酸銅（ＣｕＳＯ
４）、硫酸ニー／ケル（ＮＩ　Ｓ　Ｏ４）　　＋硫酸亜
鉛（ＺｎＳ０４）、水酸化ストロンチウム（Ｓ　ｒ（Ｏ
Ｈ）２）　　、　炭酸ストロンチウム（Ｓ　ｒｃＯ３）
、水酸化バリウム（Ｂａ（ＯＨ）２）、酸化バリウム（
Ｂａｄ）、炭酸バリウム（ＢａＣＯ３）、硫酸ナトリウ
ム（Ｎａ２　Ｓ。

４）、四はう酸ナトリウム（Ｎａ２　Ｂ４０？　）ケイ
酸ソーダ（Ｎａ２５ｉ０３）、水酸化カリウム（ＫＯＨ
）、硝酸カリウム（ＫＮＯ３）、塩化ニッケル（Ｎ　ｉ
　ＣＪＬ）から選ばれる少なくとも１つ以上の発核剤で
ある。

而して上述に於いては、冷房、冷凍用に好適なものとし
て示したが、これらをより具体的に記述すると、Ｈ２Ｏ
に、Ｈ２ＳＯ４を微量添加したものを主液とする蓄熱媒
体を用いた蓄熱装置は業務用ビル冷房、地域冷暖房装置
に適用できる。

Ｎａ２　ＣＯ３、ＫＨＣＯ３、ＢａＣｌ２水溶液の共融
混合体及びＫＣ９，どの水溶液の共融混合体を主液とす
る蓄熱媒体を用いた蓄熱装置は、ビール、清涼飲料水工
場の貯蔵用又は反応器用熱源として、及び乳業プラント
の低温反応器用熱源として、並びに陳列ケースの冷凍用
熱源として、更には冷凍食品、果実、花等の流通業の貯
蔵用熱源として好適である。

ＮＨ４Ｃ１，ＮａＮＯ２水溶液の共融混合体及びＮＨ４
ＮＯ３水溶液の共融混合体を用いた蓄熱装置は、屠殺場
１嚢肉センターの貯蔵用熱源として、及びスケート場ア
イスリンク用熱源として、並びに薬品工場貯蔵用熱源と
して、更には血液貯蔵所の熱源として各々好適である。

ＮａＣＪＬ、ＮａＢ　ｒ　、ＭｇＣ１、に２ＣＯ３（７
）水溶液の共融混合体を用いた蓄熱装置は、主として冷
凍倉庫の熱源として好適である。

この他、本願の第一の発明の装置は、温熱を対象とする
場合にも適用できるものであり、この場合の装置に用い
る蓄熱媒体は従来からも多くの提案があり、それらを用
いてもよいが、例えばＣａＣ文、・６Ｈ２０水溶液（作
動温度、即ち融解、凝固温度２７℃）又はＭｇＣ１２拳
６Ｈ２０＋Ｍｇ（ＮＯ３）　２　　・６Ｈ２０（作動温
度５７℃）、Ｍｇ（ＮＯ３）２　・６Ｈ２０（作動温度
８７℃）等を用いてもよいが、この他業務用ビル暖房、
給湯、温水器、地域暖房等の熱源として用いる潜熱利用
蓄熱装置の為のものとして、Ｎａ０Ｈ（水酸化ナトリウ
ム）水溶液を主液とする蓄熱材が好適である。

これは共融濃度８８％、作動温度６４℃であり、ｌｒｎ
’当りの潜熱は８８ｋｗｂ／ｒｎ”とかなり高いもので
あり。

これについても前述した発核剤の中から少くとも１種以
上のものが選択されて添加される。

〔発明の効果〕

以上詳述した通り、本願の第一の発明によれば、潜熱利
用蓄熱装置に於いて、熱使用機器側熱交換器に入る伝熱
媒体の実際温度を検出して、それを動作信号として、蓄
熱槽を通る伝熱媒体の流量を操作することによって、熱
使用機器側の熱交換器に供給される伝熱媒体の温度を、
予かじめ定めた熱使用機器側の熱使用条件に合わせて常
時適合制御させることができる装置を提供できる。

又、一定容積の槽内に蓄熱容量を最大限にとることがで
きると共に、単位体積当りの伝熱量が良好であって蓄熱
／放熱時間を可及的に短縮設計でき、腐食部分が少くて
耐久性を向上させることができ、蓄熱体側から槽設計の
制限を受けない等の利点を備えた蓄熱槽を有する潜熱利
用蓄熱装置を提供できると共に、特に蓄熱槽内に流入さ
せる伝熱媒体を流入直後に於いて、その流入方向に直交
する断面の各部に均一に拡散せしめて小球状蓄熱体に均
一に接触させることのできる手段をもつ装置を提供でき
、又蓄熱槽自体を水平静置式として、予測し難い対流を
生ぜしめる外力や重力の影響を排除して、小球状蓄熱体
群の各部で均一な対流が生じて、各部均一な熱伝達が実
行される蓄熱槽をもつ装置を提供できる。更には蓄熱槽
を通る伝熱媒体の圧力損失を決定する蓄熱槽の直径と長
さの関係を本出願人の種々の実験にって１＝３〜６の範
囲に定めることにより熱交換の温度効率の。

よい伝熱媒体の流速（槽内滞留時間）を確保することの
できる槽を宥する装置を提供できる。

且つ小球状蓄熱体群を密に収容した後に、必要に応じて
伝熱媒体のドレンを抜く時に、堆積せる小球状蓄熱体を
下方へ落とすことなくドレンを容易に抜くことができ、
現場での取扱いが便利なる槽を有する装置を提供できる
。

又本願の第二以下第十四迄の発明によれば、各々−３℃
、−６℃、−８℃、−１０℃を各々融解、凝固点として
動作する蓄熱媒体を小球蓄熱体に封した潜熱蓄熱装置を
提供できる。従って、ビール工場、清涼飲料水工場等の
貯蔵、反応プロセスの冷熱源として、乳業プラントの低
温反応器用冷熱源として、更には商品、製品陳列ケース
の冷凍用冷熱源として、花、果実の流通業の貯蔵用冷熱
源として用いるに好適な潜熱利用蓄熱装置を提供できる
。

更に一１５℃、−１７℃、−１８℃、−２１℃を各々融
解、凝固点として動作する蓄熱媒体を小球状蓄熱体に封
入し、これを蓄熱槽に収容した蓄熱利用蓄熱装置を提供
できる。従って、屠殺場、食肉センター等の食肉貯蔵用
冷熱源として、スケート場アイスリンク用熱源として、
更には薬品工場、血液貯蔵所等の貯蔵所冷熱源として用
いるに好適な潜熱利用蓄熱装置を提供できる。又、０℃
を融解、凝固点として動作する蓄熱媒体を小球状蓄熱体
に封入し、これを蓄熱槽に収容し、そのような檜を有し
ていて業務用ビル冷房等に好適な潜熱利用蓄熱装置を提
供できる。

更に一２１℃、−２８℃、−３３℃、−３７℃を融解、
凝固点として動作する蓄熱媒体を小球状蓄熱体に封入し
、これを蓄熱槽に収容し、そのような特徴的な槽をもっ
ている冷凍倉庫用冷熱源に特に好適な潜熱利用装置を提
供できる。

併せて、業務用ビル暖房、給湯、温水器等に好適な８４
℃を融解、凝固点として動作する蓄熱媒体を適用した潜
熱利用蓄熱装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

添付図面第１図〜第１４図は本発明の実施例を示し、第
１図は全体図、第２図は部分破断面を含む蓄熱槽の図、
第３図は第２図のＡ−Ａ線に沿う端面図、第４図はドレ
ン抜き手段の一例を示す図、第５図は第４図と同じ例の
ドレン抜き手段を示し、小球状蓄熱体群の上方からみた
図、第６図はドレン抜き手段の他の例を示す図、第７図
、第８図は各々更に他のドレン抜き手段を示したもので
あって、小球状蓄熱体群の上方からみた図、第９図〜第
１４図は各々蓄会放熱モード時の説明図であり、次いで
第１５図は従来例図である。 図中１．１．冷熱発生機器側、２００．冷房、冷凍装置
側、　　３００．熱交換器としての蒸発器、４６０．圧
縮機、　５．。、凝縮機　、６９１．膨張弁、　７００
．熱交換器としての冷却器、８０９．　蓄熱槽、　９０
．、蓄熱モード時伝熱管、　　ｉｏ、、−ポンプ、　１
１，１２，１３，１４３１．開閉弁、　１５．１Ｂ、　
　、　　、分岐点、１７、、、放熱モード時伝熱管、　
１８．、、ポンプ、　　１８゜１１分岐点、　２０．、
、分岐点、２１、、、バイパス管、２２．、、三方向制
御弁、２３、、、検出位置、　２４−、、温度発信器、
２５、、、調節器、　２Ｂ、、、　　設定器。 ２７、、、胴体、　２８，２９．、、胴体蓋、　３０゜
３１、、、接続口、３２．３３．、、流れ拡散部材、３
４、、、流口、　３５．、、仕切室、３Ｂ、、、槽内部
、３７．、、小球蓄熱体、　３８．、、蓄熱媒体、　３
９．、、シェル、　４０．、、空間。 ４１、、、ドレン抜き手段、　４２．、、小球状蓄熱体
相互間の空隙、４３．、、胴体の下面、４４、、、　　
ドレン流量、　４５ドレン管、　　４Ｂ、２．開閉弁、
４７．、、保温材、４８．、、筋部材、　　ｄｌｏ、小
球状蓄熱体の直径、ｐ９．。 流量のピッチである。 第６　距 竿７　閤

Claims (22)

【特許請求の範囲】
1. （１）熱発生機器側１の熱交換器３から出た伝熱媒体を
   ポンプ１０によって蓄熱槽８に通し、再び熱発生機器側
   １の熱交換器３に循環させる為の蓄熱モード時伝熱管９
   と、この蓄熱モード伝熱管９に於ける蓄熱槽８の上流１
   ５から分岐して熱使用機器側２の熱交換器７を通り蓄熱
   槽８の下流１６に接続されていて熱使用機器側熱交換器
   ７から出た伝熱媒体をポンプ１８によって蓄熱槽８に通
   し、再び熱使用機器側熱交換器７に戻す為の放熱モード
   時伝熱管１７とを有する装置に於いて、 上記放熱モード時伝熱管１７に於ける熱使用機器側熱交
   換器７の上流と下流の間をバイパス管２１にて接続し、
   この接続位置に三方向制御弁２２を配設することにより
   、この接続位置を通って熱使用機器側熱交換器７に入る
   手前位置２３の伝熱媒体の実際検出温度ｔが同位量の制
   御目標設定温度Ｔを越えた場合に、その偏差△ｔを動作
   信号として、放熱モード時に於いて、上記三方向制御弁
   ２２を、熱使用機器熱交換器７を出た伝熱媒体の一部が
   バイパス管２１をも介して再び熱使用機器熱交換器に戻
   入せしめられるように切換えられて、蓄熱槽８を通る伝
   熱媒体の流量が調節されるよう構成され、且つ上記蓄熱
   槽８は水平静置型として構成されていて、円筒形の胴体
   ２７と、この左右両端に取着される、各々接続口３０、
   ３１が形成された胴体蓋２８、２８と、上記各接続口に
   対向して胴体２７の左右両端付近に配設された流れ拡散
   部材３２、３３と、水平静置される胴体２７の下方に形
   成されたドレン抜き手段４１とより成り、この蓄熱槽８
   の直径Ｄと、水平方向長さに相当する全長Ｌの比は１：
   ３〜６の範囲に定められていると共に、上記一方と他方
   の流れ拡散部材３２、３３によって区画される槽内部３
   ６には、内部に蓄熱媒体３８が充てんされた小球状蓄熱
   体３７が密に収容されて成り、上記ドレン抜き手段４１
   は、小球状蓄熱体３７の通過を許容せず、該小球状蓄熱
   体３７相互間の空隙４２内の伝熱媒体の通過を許容する
   ように胴体の下面に形成された単又は複数のドレン流隙
   ４４を含むドレン管４５と、そのドレン管４５を常時は
   閉じる為の開閉弁４６によって構成されていることを特
   徴とする潜熱利用蓄熱装置。
2. （２）上記熱発生機器１は冷熱発生手段であると共に、
   上記熱使用機器２は冷熱利用装置として構成され、 熱使用機器熱交換器７の手前位置を通る伝熱媒体の実際
   検出温度をｔ、同位置の制御目標としての設定温度をＴ
   、ｔとＴとの偏差を△ｔとすると、ｔ＝Ｔの場合には、
   三方向制御弁２２を、制御系統の制御を介して、熱使用
   機器側熱交換器７を出た伝熱媒体の全量がポンプ１８に
   よって蓄熱槽８を通り、再び熱使用機器側熱交換器７へ
   循環するように切換え動作して第１の放熱モードとなる
   ように構成され、 且つこの時ｔ＜Ｔに経過した場合には、三方向制御弁２
   ２を、制御系統の制御を介して、熱使用機器熱交換器７
   を出た伝熱媒体の一部がバイパス管２１をも介して熱使
   用機器熱交換器７に戻入せしめられるように切換えられ
   、蓄熱槽を通る伝熱媒体の流量が△ｔに比例して調節さ
   れて、第２の放熱モードとなるように構成され、 更に、ｔ＞Ｔに経過した場合には、この経過途中に於け
   るバイパス管路２１の閉塞を電気的に検出して、必要に
   応じてその検出により制御系統の制御を介して熱発生機
   器熱交換器３及びポンプ１０を駆動せしめ、熱使用機器
   熱交換器７から出た伝熱媒体の一部を熱発生機器熱交換
   器３を通して再び熱使用機器熱交換器７に戻入せしめて
   バックアップ運転の第３の放熱モードとなるように構成
   され、 このバックアップ運転時に於いてｔ＜Ｔに経過した時に
   は、三方向制御弁２２を、熱使用機器熱交換器７を出た
   伝熱媒体の一部がバイパス管２１をも介して熱使用機器
   側熱交換器７に戻入せしめられるように切換えられ、蓄
   熱槽８を通る伝熱媒体の流量が△ｔに比例して調節され
   て第４の放熱モードとなるよう構成され、 更にこの第４の放熱モードに於いて、バイパス管２１へ
   流入する流量の増大に伴ないポンプ１０一次側への流入
   量が減少するにつれて、そのポンプ１０一次側流入量が
   ポンプ１０の吐出容量以下に経過した時には、熱発生機
   器側熱交換器３を出た伝熱媒体の一部が蓄熱槽８を通っ
   て、ポンプ１０の一次側に至り、再び熱発生機器側熱交
   換器３に戻ることにより、蓄放熱動作する為の蓄放熱モ
   ードとなるように構成されていることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載の潜熱利用蓄熱装置。
3. （３）上記熱発生機器１は温熱発生手段であると共に、
   上記熱使用機器２は温熱利用装置として構成され、 熱使用機器熱交換器７の手前位置を通る伝熱媒体の実際
   検出温度をを、同位置の制御目標としての設定温度をＴ
   、ｔとＴとの偏差を△ｔとすると、ｔ＝Ｔの場合には、
   三方向制御弁２２を、制御系統の制御を介して、熱使用
   機器側熱交換器７を出た伝熱媒体の全量がポンプ１８に
   よって蓄熱槽８を通り、再び熱使用機器側熱交換器７へ
   循環するように切換え動作して第１の放熱モードとなる
   ように構成され、 且つこの時ｔ＞Ｔに経過した場合には、三方向制御弁２
   ２を、制御系統の制御を介して、熱使用機器熱交換器７
   から出た伝熱媒体の一部がバイパス管２１をも介して熱
   使用機器熱交換器７に戻入せしめられるように切換えら
   れ、蓄熱槽を通る伝熱媒体の流量が△ｔに比例して調節
   されて、第２の放熱モードとなるように構成され、 更に、ｔ＜Ｔに経過した場合には、この経過途中に於け
   るバイパス管路２１の閉塞を電気的に検出して、必要に
   応じてその検出により制御系統の制御を介して熱発生機
   器熱交換器３及びポンプ１０を駆動せしめ、熱使用機器
   熱交換器７を出た伝熱媒体の一部を熱発生機器熱交換器
   ３を通して再び熱使用機器熱交換器７に戻入せしめてバ
   ックアップ運転の第３の放熱モードとなるように構成さ
   れ、このバックアップ運転時に於いてｔ＞Ｔに経過した
   時には、三方向制御弁２２を、熱使用機器熱交換器７を
   出た伝熱媒体の一部がバイパス管２１をも介して熱使用
   機器側熱交換器７に戻入せしめられるように切換えられ
   、蓄熱槽８を通る伝熱媒体の流量が△ｔに比例して調節
   されて第４の放熱モードとなるよう構成され、 更にこの第４の放熱モードに於いて、バイパス管２１へ
   流入する流量の増大に伴ないポンプ１０一次側への流入
   量が減少するにつれて、そのポンプ１０一次側流入量が
   ポンプ１０の吐出容量以下に経過した時には、熱発生機
   器側熱交換器３を出た伝熱媒体の一部が蓄熱槽８を通っ
   て、ポンプ１０の一次側に至り、再び熱発生機器側熱交
   換器３に戻ることにより、蓄放熱動作する為の蓄放熱モ
   ードとなるように構成されていることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載の潜熱利用蓄熱装置。
4. （４）上記ドレン抜き手段４１のドレン流隙４４は、胴
   体２７に開口する、小球状蓄熱体３７の直径ｄより小さ
   い単円孔であって、該小球状蓄熱体３７がそこに座して
   閉塞しないように単円孔を水平に横切る単又は複数の筋
   部材４８が取設されていることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載の潜熱利用蓄熱装置。
5. （５）上記ドレン抜き手段４１のドレン流隙４４は、胴
   体２７に開口する、小球状蓄熱体３７の直径ｄより小さ
   い円孔の複数より成り、小球状蓄熱体群の各々の小球蓄
   熱体３７がそれら複数の小円孔の各々に座して閉塞しな
   いように、小円孔の形成ピッチｐが小球状蓄熱体の直径
   ｄより小に設定されていることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載の潜熱利用蓄熱装置。
6. （６）上記ドレン抜き手段４１のドレン流隙４４は、胴
   体２７に開口する、小球状蓄熱体３７の直径ｄより幅狭
   の溝を単又は複数に形成したものであることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載の潜熱利用蓄熱装置。
7. （７）上記ドレン抜き手段４１のドレン流隙４４は、胴
   体に開口する、小球状蓄熱体３７の直径ｄより小さい辺
   を有する角穴を格子状に配列したものであることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の潜熱利用蓄熱装置。
8. （８）上記接続口３０、３１に対向して胴体２７の左右
   両端付近に配設される流れ拡散部材３２、３３は、円板
   に複数の流口３４を放射状に形成したものであることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載の潜熱利用蓄熱装
   置。
9. （９）特許請求の範囲第１項記載の発明に於いて、上記
   静置式水平円筒形の蓄熱槽８内には、内部に炭酸ナトリ
   ウム（Ｎａ＿２ＣＯ＿３）水溶液の共融混合体を主液と
   する蓄熱媒体が充てんされた小球状蓄熱体３７の複数が
   密に収容されていることを特徴とする潜熱利用蓄熱装置
   。
10. （１０）特許請求の範囲第１項記載の発明に於いて、上
    記静置式水平円筒形の蓄熱槽８内には、内部に炭酸水素
    カリウム（ＫＨＣＯ＿３）水溶液の共融混合体を主液と
    する蓄熱媒体が充てんされた小球状蓄熱体３７の複数が
    密に収容されていることを特徴とする潜熱利用蓄熱装置
    。
11. （１１）特許請求の範囲第１項記載の発明に於いて、上
    記静置式水平円筒形の蓄熱槽８内には、内部に塩化バリ
    ウム（ＢａＣｌ＿２）水溶液の共融混合体を主液とする
    蓄熱媒体が充てんされた小球状蓄熱体３７の複数が密に
    収容されていることを特徴とする潜熱利用蓄熱装置。
12. （１２）特許請求の範囲第１項記載の発明に於いて、上
    記静置式水平円筒形の蓄熱槽８内には、内部に塩化カリ
    ウム（ＫＣｌ）水溶液の共融混合体を主液とする蓄熱媒
    体が充てんされた小球状蓄熱体３７の複数が密に収容さ
    れていることを特徴とする潜熱利用蓄熱装置。
13. （１３）特許請求の範囲第１項記載の発明に於いて、上
    記静置式水平円筒形の蓄熱槽８内には、内部に塩化アン
    モニウム（ＮＨ＿４Ｃｌ）水溶液の共融混合体を主液と
    する蓄熱媒体が充てんされた小球状蓄熱体３７の複数が
    密に収容されていることを特徴とする潜熱利用蓄熱装置
    。
14. （１４）特許請求の範囲第１項記載の発明に於いて、上
    記静置式水平円筒形の蓄熱槽８内には、内部に硝酸アン
    モニウム（ＮＨ＿４ＮＯ＿３）水溶液の共融混合体を主
    液とする蓄熱媒体が充てんされた小球状蓄熱体３７の複
    数が密に収容されていることを特徴とする潜熱利用蓄熱
    装置。
15. （１５）特許請求の範囲第１項記載の発明に於いて、上
    記静置式水平円筒形の蓄熱槽８内には、内部に硝酸ナト
    リウム（ＮａＮＯ＿３）水溶液の共融混合体を主液とす
    る蓄熱媒体が充てんされた小球状蓄熱体３７の複数が密
    に収容されていることを特徴とする潜熱利用蓄熱装置。
16. （１６）特許請求の範囲第１項記載の発明に於いて、上
    記静置式水平円筒形の蓄熱槽８内には、内部に塩化カル
    シウム（ＮａＣｌ）水溶液の共融混合体を主液とする蓄
    熱媒体が充てんされた小球状蓄熱体３７の複数が密に収
    容されていることを特徴とする潜熱利用蓄熱装置。
17. （１７）特許請求の範囲第１項記載の発明に於いて、上
    記静置式水平円筒形の蓄熱槽８内には、内部に臭化ナト
    リウム（ＮａＢｒ）水溶液の共融混合体を主液とする蓄
    熱媒体が充てんされた小球状蓄熱体３７の複数が密に収
    容されていることを特徴とする潜熱利用蓄熱装置。
18. （１８）特許請求の範囲第１項記載の発明に於いて、上
    記静置式水平円筒形の蓄熱槽８内には、内部に塩化マグ
    ネシウム（ＭｇＣｌ＿２）水溶液の共融混合体を主液と
    する蓄熱媒体が充てんされた小球状蓄熱体３７の複数が
    密に収容されていることを特徴とする潜熱利用蓄熱装置
    。
19. （１９）特許請求の範囲第１項記載の発明に於いて、上
    記静置式水平円筒形の蓄熱槽８内には、内部に炭酸カリ
    ウム（Ｋ＿２ＣＯ＿３）水溶液の共融混合体を主液とす
    る蓄熱媒体が充てんされた小球状蓄熱体３７の複数が密
    に収容されていることを特徴とする潜熱利用蓄熱装置。
20. （２０）特許請求の範囲第１項記載の発明に於いて、上
    記静置式水平円筒形の蓄熱槽８内には、内部に水酸化ナ
    トリウム（ＮａＯＨ）水溶液を主液とする蓄熱媒体が充
    てんされた小球状蓄熱体３７の複数が密に収容されてい
    ることを特徴とする潜熱利用蓄熱装置。
21. （２１）特許請求の範囲第１項記載の発明に於いて、上
    記静置式水平円筒形の蓄熱槽８内には、内部に水（Ｈ＿
    ２Ｏ）に硫酸（Ｈ＿２ＳＯ＿４）が微量添加されている
    ものを主液とする蓄熱媒体が充てんされた小球状蓄熱体
    ３７の複数が密に収容されていることを特徴とする潜熱
    利用蓄熱装置。
22. （２２）上記小球状蓄熱体内部に充てんされる主液に対
    して、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、水酸化マグネシウ
    ム（Ｍｇ（ＯＨ）＿２）、炭酸マグネシウム（ＭｇＣＯ
    ＿３）、硫酸マグネシウム（ＭｇＳＯ＿４）、塩化マグ
    ネシウム（ＭｇＣｌ＿２）、臭化マグネシウム（ＭｇＢ
    ｒ＿２）、酸化カルシウム（ＣａＯ）、水酸化カルシウ
    ム（Ｃａ（ＯＨ）＿２）、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ＿
    ３）、硫酸カルシウム（ＣａＳＯ＿４）、硫酸銅（Ｃｕ
    ＳＯ＿４）、硫酸ニッケル（ＮｉＳＯ＿４）、硫酸亜鉛
    （ＺｎＳＯ＿４）、水酸化ストロンチウム（Ｓｒ（ＯＨ
    ）２）、炭酸ストロンチウム（ＳｒＣＯ＿３）、水酸化
    バリウム（Ｂａ（ＯＨ）＿２）、酸化バリウム（ＢａＯ
    ）、炭酸バリウム（ＢａＣＯ＿３）、硫酸ナトリウム（
    Ｎａ＿２ＳＯ＿４）、四ほう酸ナトリウム（Ｎａ＿２Ｂ
    ＿４Ｏ＿７）ケイ酸ソーダ（Ｎａ＿２ＳｉＯ＿３）水酸
    化カリウム（ＫＯＨ）、硝酸カリウム（ＫＮＯ＿３）、
    塩化ニッケル（ＮｉＣｌ＿２）、から選ばれる少なくと
    も１つ以上の発核剤が微量添加されていることを特徴と
    する特許請求の範囲第９項、第１０項、第１１項、第１
    ２項、第１３項、第１４項、第１５項、第１６項、第１
    ７項、第１８項、第１９項、第２０項第２１項記載の潜
    熱利用蓄熱装置。