JPS6242239B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は蓄熱材を利用した蓄熱槽に関するもの
であり、構造の工夫によつて蓄熱・放熱特性の改
善をもたらすものである。

蓄熱槽内で蓄熱体と熱交換を行う蓄熱装置では
蓄熱体を蓄熱槽筐体の中に配列させ熱媒体を蓄熱
体の間を接触流通せしめることにより、蓄熱・放
熱が行われる。必要に応じ、筐体は断熱され、熱
損失が防がれる。この様な蓄熱装置を実用化する
際の問題点の１つに、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。単位時間
当りの熱の出し入れの量を増大するには蓄熱体表
面積を大きくし、かつ熱媒体と蓄熱体表面の熱交
換が均一に行われる必要がある。具体的な方法と
しては第１図に示すように蓄熱体を千鳥状に配列
することが提案されている。すなわち蓄熱体１は
筐体２の内部に図の如く千鳥状に配列され、熱媒
体流入口３から導入された熱媒体４は最初の列の
蓄熱体により流路を２つに分けられ、次の列の蓄
熱体表面を流れて再び１つに集められ、これをく
り返しながら流出口５より吐出される。この様に
蓄熱体を配列することにより熱媒体の流路長の増
大と、蓄熱体の表面との接触の均一化をはかり、
熱交換効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な蓄熱槽においても次の
様な問題がある。たとえば潜熱蓄熱材を含む容器
よりなる蓄熱体１が融解状態にあつて融解潜熱を
貯えている状態にあり、これを放熱させる過程を
考えてみる。熱媒体流路３から蓄熱体より低い温
度の熱媒体４が導入されると、蓄熱体１と熱交換
し、次第に温度の高い熱媒体となりつつ流出口５
より吐出される。この過程において、熱媒体流路
の入口３に近い所ではまだ熱媒体の温度は低いた
め蓄熱体との温度差は大きい。一方出口５付近に
なると熱媒体温度が上昇しているため、蓄熱体と
の温度差は小さくなる。したがつて熱媒体流入口
３付近での蓄熱体と熱媒体との熱交換量は大き
く、流出口５付近で少いことになる。時間が経過
して流入口５付近の蓄熱体の放熱が完了すると熱
媒体は比較的低温のまま流出口５付近の蓄熱体と
接する様になり、流出口５付近での熱交換量は増
大するが、この時はすでに流入口３付近の蓄熱体
は放熱しないので槽全体としての単位時間当り放
熱量は減少してしまう。従つて熱媒体流出口５付
近の蓄熱体がまだ放熱を完了する前に槽全体とし
ての単位時間当りの放熱量が著しく減少し、実用
上蓄熱した熱量を使い切れなくなる。

蓄熱槽内の熱媒体と蓄熱体の温度差が入口付近
から出口付近に向けて減少する為、出口付近の蓄
熱体からの放熱量が少くなり、蓄熱槽の使用効率
を低下させてしまうという問題点の解決法として
蓄熱体の形状（大きさ）を変化させる事により、
単位体積当りの蓄熱体表面積を熱媒体入口から出
口に向つて大きくすることが提案されているが、
実用的見地からは蓄熱体として多種類のものを作
成することはシステムのコストを上げることとな
り好ましくない。

本発明はかかる欠点を解消し、蓄熱体の表面積
変化によらず、熱媒体の流速変化による熱伝達係
数の変化を利用するものであり、大量生産し得る
同一形状の蓄熱体を用い、蓄熱槽内の配置方法を
工夫することのみによつて、蓄熱槽内の蓄熱体か
ら均一な条件で放熱せしめ、貯えた熱を全て放出
するまで実用的な時間当りの放熱量を確保するこ
とを可能とするものである。

第２図に本発明の蓄熱槽の概念を説明する概念
図を示す。図に示す様な蓄熱槽を構成することに
よつてこの目的が達成されることを本発明者らは
見出した。すなわち、同一形状の蓄熱体７を複数
個用意し、蓄熱体７は蓄熱槽筐体９内に図の如く
熱媒体流入口６の近傍では間隔をあけて設置し、
流出口１０に近づくにつれて間隔をせばめること
により熱交換領域の流路の開口断面積を小さくす
る様に設置する。この様な構造の蓄熱槽に熱媒体
８を流入口６より導入すると槽内での熱媒体の流
速は１１の流路を通過する際には流路の開口断面
積が大きいため流速が遅いが、流路１２，１３と
流れてゆくにつれ流路の開口断面積が小さくなつ
てゆくので熱媒体の流速は大きくなつてゆく。こ
の時蓄熱体７と熱媒体の間の熱交換量は蓄熱体７
と熱媒体との温度差とその間の熱伝達率の積で決
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。この結果流路１１部分
においては蓄熱体７と熱媒体の温度差が大きいが
熱伝達率が小さく、一方流路１２，１３と進むと
熱媒体の温度が上異するため、蓄熱体７と熱媒体
の温度差は小さくなるが、熱媒体の流速が大きい
ため熱伝達率が大きくなる。この結果、流路１
１，１２，１３での蓄熱体７と熱媒体との熱交換
量は平均化され、槽内の蓄熱体７は平均して蓄・
放熱する事が可能となる。さらに同一形状の蓄熱
体７を使用するための量産性に優れ、コスト面で
も有利になる。

本発明の実施例を第３図に示す。本実施例は蓄
熱槽筐体９内を三つのゾーンにわけ各ゾーンに４
個の蓄熱体を設けてあり、流入口１４から流入し
た熱媒体は第１ゾーンを通過後略垂直方向に曲げ
られ第２ゾーンに導入され、さらに第２ゾーンを
通過後略垂直方向に曲折し第３ゾーンを経て流出
口１５から排出される構成になつており、加えて
蓄熱体間の流略の開口断面積が第１ゾーン，第２
ゾーン，第３ゾーンの順に小さくし熱媒体の流速
が大きくなるように構成されている。具体的に
は、潜熱蓄熱材として硫酸ナトリウム10水塩を幅
10cm，長さ80cm，厚さ２cmの容器に充てんして蓄
熱体を作成し、第３図に示す様に第１ゾーンでは
蓄熱体間隔（熱媒体流路）を20mmとし、第２ゾー
ンでは15mm、第３ゾーンでは10mmに設置した。流
路１６，１７，１８における開口断面積はそれぞ
れ２×８cm²、1.5×８cm²、１×８cm²である。熱媒
体として40℃の空気を流入口１４より毎分１m³で
導入した。流路１６，１７，１８に於ける流速の
比は１：1.5：２であつた。この時のそれぞれの
蓄熱体の触解の均一性を検証した。熱媒体は第１
ゾーン，第２ゾーン，第３ゾーンで順次蓄熱体と
熱交換し、熱を蓄熱体を与え、それ自身の温度を
下げつつ流出口１５より吐出されたが、流出口１
５での温度は長時間に亘つて34〜35℃であつた。
一定時間毎にゾーンの蓄熱体の融解の状態を調べ
たが、各ゾーンともほぼ均一に融解が進行するこ
とが確認された。熱媒体流速の入口付近と出口付
近の値の比が１：1.5より大きくなると蓄・放熱
の均一化がみられ、１：５以上になると出口付近
でのまさつ抵抗が大きくなりすぎる為、熱媒体が
流れにくくなり、実用上問題となることが認めら
れた。

本実施例の場合、熱媒体の流速の流入口１４付
近の値と流出口１５付近の値の比が１：1.5ない
し１：５の範囲にあることが望ましく、この場合
に、潜熱蓄熱体の融解及び凝固の状態の槽内の場
所による不均一性を改善し、さらに顕熱蓄熱体を
使用した場合に於ても蓄放熱の槽内における場所
的な不均一が改善される。

なお本発明の主旨は熱媒体の流速の変化によ
り、熱伝達率が変化する事を利用することにあ
る。上記実施例では蓄熱槽内での流速の変化は３
種類の場合について示したが、２種類以上の流速
の変化があれば、本発明の主旨とする所であり、
特に何段階の変化をさせるかを限定するものでは
ない。また熱媒体として気体でも液体でも良いこ
とはもちろんである。

以上のように本発明は、熱媒体の流入口及び流
出口を有する筐体内部に同一形状の複数個の蓄熱
体を設け、熱媒体と蓄熱体との間で熱交換を行う
蓄熱槽において、熱媒体の流速が熱媒体流入口側
から流出口側に近づく程大きくなるごとく構成さ
れたもので量産性に優れ、蓄放熱の槽内における
場所的な不均一を改善し、貯えた熱を全て放出す
るまで実用的な時間当りの放熱量を確保すること
ができる利点を有する。

【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
明の蓄熱槽の概念を示す断面図、第３図は本発明
の一実施例における蓄熱槽の断面図である。 ６，１４……流入口、７……蓄熱体、９……蓄
熱槽筐体、１０，１５……流出口、１１〜１３，
１６〜１８……熱媒体流路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 蓄熱材もしくは蓄熱材を含む容器から成る形
   状一定の複数個の蓄熱体と熱媒体の流路とを槽内
   に設けこの流路を通る熱媒体と蓄熱体との間で熱
   交換して蓄熱・放熱を行う構造を有し、熱媒体と
   蓄熱体との熱交換領域における熱媒体の流速が熱
   媒体流入口側から流出口側に近づく程大きくなる
   ような蓄熱体の配置と流路の構造を有することを
   特徴とする蓄熱槽。 ２ 熱媒体と蓄熱体との熱交換領域における熱媒
   体の流速の流入口付近の値と流出口付近の値の比
   が１：1.5ないし１：５の範囲にあることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の蓄熱槽。