(57)【要約】【課題】従来の蓄熱装置には、蓄熱装置から取り出す熱の温度および時間当たりの量の変動が大きいこと、蓄熱装置の容積当たりの蓄熱量が少ないこと、蓄熱装置の加熱が容易でないこと、蓄熱装置の製作費が高価なこと、という問題がある。【解決手段】蓄熱装置内に潜熱利用可能な蓄熱材を貯蔵し、加熱用の熱媒体通水管と熱回収用の熱媒体通水管を別系統にして交互に配置した耐熱性塩化ビニル樹脂製の熱媒体通水管を採用した。これにより、加熱時の固相状態の崩壊を容易にし、取り出す熱の時間当たりの量の変動を小さくすることができ、取り出す熱の時間当たりの量の変動を小さくすることができ、蓄熱装置の容積当たりの蓄熱量を大きくすることができ、蓄熱装置内の蓄熱材の加熱を容易にし、蓄熱装置の低価格化が可能になる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直方体またはこれに類似した容器内に、耐熱性塩化ビニル樹脂などの樹脂パイプを伝熱体として配置し、樹脂パイプの周囲に潜熱利用可能な蓄熱材を充填した蓄熱装置。
【請求項２】
直方体またはこれに類似した容器は、繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）製または金属製とした蓄熱装置。
【請求項３】
熱媒体通水管の素材は、耐熱性塩化ビニル樹脂パイプで構成し、直管、エルボ、チーなどでこれらを薬品融着で相互に接合して熱媒体通水管として完成した蓄熱装置。
【請求項４】
潜熱蓄熱材としては酢酸ナトリウム三水和物を選定した、潜熱利用可能な蓄熱材を加熱と熱回収するための熱媒体通水管を配置した容器内に充填した蓄熱装置。
【請求項５】
熱媒体通水管に熱膨張率の大きい材料を採用して、さらに加熱用の熱媒体通水管と熱回収用の熱媒体通水管を別系統にして交互に配置して、固相を崩し易くした蓄熱装置。
【請求項６】
熱媒体通水管の配列は相互にほぼ平行にし、容器内のほぼ全域に配置し、加熱または熱回収するための熱媒を通す熱媒体通水管の流路はそれぞれ一つとした蓄熱装置。
【請求項７】
熱媒体通水管の配列は相互にほぼ平行にし、容器内のほぼ全域に配置し、加熱または熱回収するための熱媒を通す熱媒体通水管の流路を複数列とした蓄熱装置。
【請求項８】
潜熱蓄熱材からの加熱のために通す熱媒体通水管の流路と、潜熱蓄熱材へ与熱のために通す熱媒体通水管の流路とを共用とした蓄熱装置。
【請求項９】
潜熱蓄熱材への加熱源として、太陽追尾型太陽熱集熱装置を採用し、この集熱装置と配管やポンプで熱媒を循環させる構成の蓄熱装置。
【請求項１０】
潜熱蓄熱材からの熱回収の装置として、空気・熱媒間熱交換器を採用し、この熱交換器と配管やポンプで熱媒を循環させる構成の蓄熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、利用可能な加熱源の熱量を、別の固体や液体や気体に供給する場合に、加熱源の熱量の刻々の変動が受熱側の希望許容範囲を超える場合に関する。【０００２】  本発明は、加熱源の熱量を潜熱利用可能な蓄熱材に蓄熱することに関する。【０００３】  本発明は、潜熱利用可能な蓄熱材に蓄熱された加熱源の熱量を、別の固体や液体や気体に供給することに関する。【０００４】  本発明は、結晶化した蓄熱材の崩壊に関する。【０００５】  本発明は、蓄熱装置の材料の熱膨張率と結晶崩壊に関する。【０００６】  本発明は、蓄熱装置の材料の熱伝導率と結晶崩壊に関する。
【背景技術】
【０００７】  潜熱利用が不可能な蓄熱材、たとえば水やオイルを蓄熱材としている場合、蓄熱材から熱回収するにつれて、熱回収温度は低下する。【０００８】  潜熱利用が不可能な蓄熱材、たとえば水やオイルを蓄熱材としている場合、同一重量の蓄熱材からの回収熱量は潜熱利用が可能な蓄熱材に比べて、１／１０程度と少なくなる。【０００９】  蓄熱装置の構成素材を炭素鋼やステンレスなどの金属のみとすると、たとえば蓄熱材として酢酸ナトリウム三水和物を利用する場合、高価な特殊仕様の潜熱蓄熱材を使用しなければならない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】  特開２００１−４２３０号
【特許文献２】  特開２００２−１９５７７０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】  従来の蓄熱装置では、蓄熱装置から取り出す熱の温度の変動が大きい、蓄熱装置から取り出す熱の時間当たりの量の変動が大きい、蓄熱装置の容積当たりの蓄熱量が小さい、蓄熱装置への加熱が不安定、蓄熱装置の製作費が高価。という課題があった。【００１２】  本発明は、このような従来の蓄熱装置が有していた問題を解決しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】  第１の課題解決手段は、蓄熱装置内に潜熱利用可能な蓄熱材を貯蔵し、その凝固熱から熱を取り出す。理論的には融解している蓄熱材の全量が凝固するまで、取出される熱の温度は蓄熱材の凝固点であり、一定温度である。凝固点より少し高温から少し低温まで熱量を利用しても、顕熱利用→潜熱利用→顕熱利用と変化するが、それでも顕熱利用のみ［潜熱利用が不可能な蓄熱材（水やオイル）の場合は取出される熱の温度は時間とともに常に低下する］と比較すれば取り出す熱の温度の変動を小さくすることができる。【００１４】  第２の課題解決手段は、蓄熱装置内の潜熱利用可能な蓄熱材から熱を取り出すにつれて、液体状の蓄熱材から固体状の蓄熱材に相変化する。固体は結晶がほとんどである。液相と固相の分布が装置内で偏り固相が液相の流動を阻害すると時間とともに熱を取出し難くなり、液相からの受熱が不充分となり、取出せる熱の時間当たりの量が減少する。そこで蓄熱装置内に設備する熱媒体通水管に、ステンレスなどの金属に比べて熱膨張率の大きい耐熱性塩化ビニル樹脂パイプを採用して、さらに加熱用の熱媒体通水管と熱回収用の熱媒体通水管を別系統にして交互に配置すると、熱媒体通水管は場所により温度が異なるため、熱変化により熱媒体通水管同士が相対位置をずらして固相を崩し、固相内に液相が進入し易くなり、固相が液相の流動を阻害することも少なく、取り出す熱の時間当たりの量の変動を小さくすることができる。【００１５】  また熱媒体通水管に採用している耐熱性塩化ビニル樹脂パイプは、ステンレスなどの金属と比較して熱伝導率が小さいため、熱回収する場合、潜熱利用可能な蓄熱材の固化速度が緩慢となりパイプ外辺の固相が崩れ易くなる。これにより固相が液相の流動を阻害することも少なく、蓄熱装置から取り出す熱の時間当たりの量の変動を小さくすることができる。【００１６】  第３の課題解決手段は、蓄熱装置内に潜熱利用ができない水やオイルなどの蓄熱材を貯蔵したときは、取出せる熱量は「顕熱」分のみであるが、蓄熱装置内に潜熱利用可能な蓄熱材を貯蔵すれば、取出せる熱量は「顕熱プラス潜熱」分となり、しかも潜熱が主体となるため、蓄熱量は１０倍程度と大きくなり、蓄熱装置の容積当たりの蓄熱量を大きくすることができる。【００１７】  第４の課題解決手段は、蓄熱装置の潜熱利用可能な蓄熱材は、その潜熱すべてを熱回収すれば蓄熱材はすべて結晶化する。これを再加熱する場合、まず熱媒体通水管周辺から液相化するが、固相の状態が安定していると、液相化した蓄熱材が、固相の蓄熱材に侵入し難い。蓄熱装置内に設備する熱媒体通水管に熱膨張率の大きい耐熱性塩化ビニル樹脂を採用して、さらに熱媒体通水管と熱媒体通水管を別系統にして交互に配置すると、加熱により融解温度より温度上昇して伸びる熱媒体通水管と、融解温度のままであり伸びのない熱回収用熱媒体通水管が相対位置をずらして固相を崩す。【００１８】  固相が液相の流動を阻害することも少なく、加熱用の熱媒体通水管周辺の液相は容易に固相内に進入し加熱を容易にして、蓄熱材全量を容易に液相化し蓄熱できる。【００１９】  第５の課題解決手段は、蓄熱装置の製作費の主体を占める、熱媒体通水管を金属パイプではなく耐熱���塩化ビニル樹脂パイプを採用し、しかも熱媒体通水管部品間を薬品融着で相互に接合して完成しているため材料費・加工費とも安価になり、蓄熱装置の製作費を安価にすることができる。また、蓄熱装置の軽量化ができ、据付費も安くすることができる。
【発明の効果】
【００２０】  本発明によれば、潜熱蓄熱材として、高価な特殊仕様の潜熱蓄熱材を使用しなくても，安価な標準仕様の潜熱蓄熱材を使用して、長期間安定して繰り返し蓄熱・熱回収を継続でき、熱効率の優れた太陽熱集熱装置・蓄熱装置・空調用熱交換器の採用でイニシアルコストも節減でき、故障部分も少なくランニングコストも節約でき、また設備の設置空間も節約でき、夜間や雨天にも支障のない太陽エネルギーの高効率な活用により、省エネルギーおよびＣＯ２削減に大きく寄与できる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の平面図、側面図、立面図である。
【図２】本発明の実施形態にかかわる全体図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】  蓄熱装置の構造を図１に示す。蓄熱装置は、容器、熱媒体通水管、熱媒体通水管支持板の３要素で形成されている。
【００２３】  容器は汎用の近似箱型、繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）製を採用する。汎用品は製作費が安く、繊維強化プラスチックは軽量で強度・耐食性も本特許に最適である。外面は発泡プラスチック保温材などで断熱し、蓄熱した熱量の損失の削減を図る。
【００２４】  熱媒体通水管は、Ａ３とＢ３の２系統とする。各系統とも入口から出口まで一本の流路とする。材質は耐熱性塩化ビニル樹脂とし、サイズは２０Ａとする。容器内の熱媒体通水管の配列は容器壁面に対してほぼ平行とし、容器内両端部はエルボ・短管・パイプを薬品融着で相互に結合している。
【００２５】  相対的ずれの数値を、潜熱蓄熱材が全量固相のときにＡ３に９０℃の熱媒を通す場合で計算する。Ｂ３を５８℃とすれば、２系統の温度差は３２℃である。パイプ長が３，０００ｍｍならば、２系統の相対的ずれの数値は最大約７ｍｍとなる。平均としては約３．５ｍｍとなる。
【００２６】  相対的ずれの数値が  ２ｍｍないし５ｍｍもあれば、固相は崩され、固相の隙間に液相となった潜熱蓄熱材は容易に侵入できる。
【００２７】  Ｃ１はステンレス板とし、熱媒体通水管に直交して容器内の両端部近くに配置する。熱媒体通水管の通る箇所に円形の穴を開け、その穴に熱媒体通水管を通す。Ｃ１を容器に固定すれば、Ａ３、Ｂ３の支持ができ、Ａ３、Ｂ３の位置が安定する。
【００２８】  熱の最終用途を園芸ハウスや居室の暖房用として、潜熱蓄熱材は融解温度・凝固温度が約５８℃の酢酸ナトリウム三水和物とする。
【００２９】  潜熱蓄熱材が固相の状態の時に、熱媒体通水管の熱膨張差による固相崩壊機能を採用しているので、高価な特殊仕様の酢酸ナトリウム三水和物を使う必要はなく、安価な標準仕様の酢酸ナトリウム三水和物を使うことができる。
【００３０】  最初に市販の酢酸ナトリウム三水和物をＤ２のように、容器内の熱交換用熱媒体通水管の上部に表面が来るように、なるべく多く充填する。
【００３１】  次にＡ３内に融解温度以上の水を通し、蓄熱する。Ｄ１は液化を開始し最終にはＤ１の全量が液相となり蓄熱は完了する。その時点で加熱を停止する。
【００３２】  次にＢ３内に融解温度以下の水を通し、潜熱を熱回収する。Ｄ１は固化を開始し最終にはＤ１の全量が固相となり熱回収は完了する。その時点で熱回収を停止する。
【００３３】  引き続き、上述の工程を必要な回数繰返せば、Ｄ１の量が適当量あれば、継続して熱回収できる。
【００３４】  本発明を適用した、太陽追尾型太陽熱集熱装置・蓄熱装置・空調用熱交換器の概要を図２に示す。
【００３５】  以下、本発明の実施形態について図２を参照しながら説明する。
【００３６】  本装置は、Ｅ１、Ｆ１、Ｈ１の３ユニットと、熱媒循環用の配管やポンプなどで形成されている。
【００３７】  Ｆ１は、集熱用凹面鏡を具備した真空二重ガラス管型太陽熱集熱器とする。
【００３８】  太陽熱集熱器複数台を同一平面上に配置し、水平と適度な角度になるように、地面に垂直な支柱に結合する。
【００３９】  集熱効率向上のため、集熱面の方向をできるだけ太陽の方向に合わせる。そこで地面に垂直な支柱は支柱の周りに回転できる構造とする。
【００４０】  太陽熱集熱器複数台を配置して、所要の集熱面積とする。
【００４１】  太陽熱集熱器の真空二重ガラス管内に熱媒として水を循環する。太陽熱で融解温度以上となった水をＥ１に送る。熱媒の循環には、Ａ１、Ａ２、Ａ６などを使用する。
【００４２】  Ａ２を通ってＡ３を通る。ここでＤ１に熱量を与えて水の温度は少し低下する。この水はＡ１を通ってＦ１で再度加熱される。
【００４３】  Ｄ１は順次液相となり、ついには全量液相となる。その後Ｄ１が所定の温度に上昇すればＡ６を停止する。また、夜間や雨天・曇天のときもＡ６を停止する。
【００４４】  夜間や雨天・曇天のときにＡ６を停止しても、園芸ハウスや居室の暖房を継続させるために、Ｄ１を必要十分量使用し、次の晴天の時刻まで、Ｄ１の一部が液相を保持できるようにする。
【００４５】  空調用熱交換器の概要と、空調用熱交換器と潜熱蓄熱装置との連結概要を図２に示す。
【００４６】  Ｈ１は日本特許出願済の熱交換装置（特願２００８−０７８９０２）とする。
【００４７】  Ｈ１数台を暖房対象となるＩ１に配置して、所要の伝熱面積とする。
【００４８】  Ｈ１に熱媒として水を循環する。熱媒の循環にはＢ１、Ｂ２、Ｂ６などを使用する。
【００４９】  Ｂ３を通った水を、Ｂ２を経由してＨ１に送る。Ｈ１で少し温度低下した水を、Ｂ１を経由してＥ１に送る。
【００５０】  Ｂ１を通った水はＢ３を通る。ここでＤ１から熱量を受けて水の温度は少し上昇する。この水はＢ２を通ってＨ１で再度熱回収される。
【００５１】  Ｄ１は順次固相となり、ついには全量固相となる。その後Ｄ１が所定の温度に低下すればＢ６を停止する。また、空調不要のときもＢ６を停止する。
【００５２】  Ｄ１が全量固相となる前に、太陽熱でＤ１の加熱を再開し、Ａ３とＢ３に同時に熱媒を循環すれば、Ｂ６を停止する状態にはならず、園芸ハウスや居室の暖房は、必要に応じて継続できる。
【産業上の利用可能性】
【００５３】  病院や高齢者支援施設の冷房や暖房に地下水を利用する場合、冬季の暖房には地下水の温度がわずかに不足する。このとき地下水を本発明の蓄熱装置に通してから空調用熱交換器に送れば、一年中冷房や暖房に地下水を利用することができる。【００５４】  本発明は金属加工工場より排出される汚染クーラント液の蒸留・濃縮・分離装置に利用できる。【００５５】  本発明は園芸ハウスの冬季暖房に利用できる。
【符号の説明】
【００５６】
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【図１】
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【図２】
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