(57)【要約】【課題】蓄熱体が収容された蓄熱液槽を有する蓄熱装置における放熱終端液槽で熱交換が不十分になることを防止する蓄熱装置を提供する。【解決手段】複数の蓄熱体２１，２２を配列した状態で熱媒体とともに収容する複数の蓄熱液槽１２〜１６を一端側から他端側に向けて連通接続し、熱媒体を一端側の蓄熱液槽１２から他端側の蓄熱液槽１６へ流通せしめて蓄熱体が熱媒体との熱交換により蓄熱を行なうと共に、蓄熱体２１，２２に対して他端側の蓄熱液槽１６から一端側の蓄熱液槽１２へ熱媒体を流通させて放熱させ、槽外の負荷装置３４へ帰還させる放熱用循環路を有する蓄熱装置において、蓄熱液槽は、各蓄熱液槽内に配列された複数の蓄熱体同士間の配列間隙を熱媒体が流通するように接続されており、一端側に位置する蓄熱液槽１２に収容されている蓄熱体２１は、他の蓄熱液槽１３〜１６に収容されている蓄熱体２２に比し、蓄熱体内の蓄熱剤の融点が１〜３℃低い。【選択図】図１
2014066392.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の蓄熱体を配列した状態で熱媒体とともに収容する複数の蓄熱液槽を一方向に一端側から他端側に向けて連通接続し、槽外に設けられた冷凍機で冷却された熱媒体を一端側の蓄熱液槽から他端側の蓄熱液槽へ流通せしめて蓄熱体が熱媒体との熱交換により蓄熱を行い、熱交換後の熱媒体が上記冷凍機へ帰還する蓄熱用循環路を有すると共に、蓄熱後の蓄熱体に対して他端側の蓄熱液槽から一端側の蓄熱液槽へ熱媒体を流通させて蓄熱体から放熱させ、該熱媒体を槽外の負荷装置へ帰還させる放熱用循環路を有する蓄熱装置において、
複数の蓄熱液槽は、各蓄熱液槽内に配列された複数の蓄熱体同士間の配列間隙を熱媒体が流通するように接続されており、一端側に位置する蓄熱液槽に収容されている蓄熱体は、他の蓄熱液槽に収容されている蓄熱体に比し、蓄熱体内の蓄熱剤の融点が１〜３℃低いことを特徴とする蓄熱装置。
【請求項２】
一端側の蓄熱液槽に隣接する蓄熱液槽内に収められている蓄熱体は、その蓄熱体内の蓄熱剤の融点が、上記一端側の蓄熱液槽内の蓄熱体内の蓄熱剤の融点と他の蓄熱液槽内の蓄熱体内の蓄熱剤の融点との間の温度であることとする請求項１に記載の蓄熱装置。
【請求項３】
複数の蓄熱体を配列した状態で収容し流動する熱媒体が通過可能な上面部及び底面部を具備する複数の収容容器が鉛直方向に積載された蓄熱槽に、槽外に設けられた冷凍機で冷却された熱媒体を底部の収容容器に送入し、積載された収容容器内の蓄熱体同士間の間隙を上昇させ最上部の収容容器から抜き出して、蓄熱体が熱媒体との熱交換により蓄熱を行う成層型蓄熱装置において、
底部の収容容器の収容容器に収容されている蓄熱体は、他の収容容器に収容されている蓄熱体に比し、蓄熱体内の蓄熱剤の融点が１〜３℃低いことを特徴とする成層型蓄熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の蓄熱体を配列した状態で熱媒体とともに収容する複数の蓄熱槽を有する蓄熱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の蓄熱装置は、特許文献１にて広く知られている。この特許文献１の蓄熱装置は、水平方向で直列に配された複数の液槽を有し、両端に位置する液槽以外の各液槽に蓄熱体としての潜熱蓄熱材を収容した蓄熱容器が複数収められている。熱媒が透過可能なカゴ内に蓄熱体が積載された状態のものが隣接して複数配されており、上記カゴは、液槽の底壁そして内周壁との間に間隔が形成されるように該液槽内に配置されている。このカゴ内の蓄熱体は、該蓄熱体が収められている液槽のすべてにおいて、蓄熱体の大きさそして数が同じであると共に、同じ形態に積載されている。
【０００３】
蓄熱装置の運転時、例えば蓄熱時には、蓄熱体不在の両端の液槽のうちの一端液槽に隣接して蓄熱体を収容している液槽を蓄熱始端液槽とし、上記蓄熱体不在の両端の液槽のうちの他端液槽に隣接して蓄熱体を収容している液槽を蓄熱終端液槽としている。蓄熱時には、冷凍機により冷却された熱媒体としての熱媒液が蓄熱体不在の上記一端液槽に送入され、蓄熱体不在の上記蓄熱始端液槽から蓄熱終端液槽へ向け流通され、上記他端液槽から抽出され、再び冷凍機へ戻るように送られる。熱媒液は、上記蓄熱始端液槽から蓄熱終端液槽へ流通する間に、各液槽内の蓄熱体と熱交換し、冷熱が該蓄熱体で蓄熱される。次に、放熱時には、蓄熱体不在の他端液槽から熱媒液が蓄熱体収容の蓄熱終端液槽へ送入され、蓄熱体不在の一端液槽へ向け流通する。この流通中に熱媒液が各液槽の蓄熱体と熱交換して、該蓄熱体の放熱による冷熱を受け冷却され、一端液槽から抽出される熱媒液は負荷装置に冷熱供給作用をもたらす。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−０６０９６０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の蓄熱装置において、熱媒液は、放熱時には、他端液槽から一端液槽に向け流通して両者間に位置する放熱始端液槽から放熱終端液槽までの各液槽内の蓄熱体と熱交換する間に、該熱媒液の温度が変化して放熱終端液槽近くに至ったときには熱交換に不十分な温度となってしまうことがある。すなわち、放熱運転時には、放熱終端液槽での熱媒液の温度が他の液槽における温度より低下してしまい、蓄熱材の融点より低くなり、蓄熱体の温度を蓄熱剤の融点以上に昇温できず蓄熱剤を融解できず潜熱量を熱交換できずに放熱が不十分となってしまうことがある。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑み、放熱終端液槽にあっても熱媒体と蓄熱体との熱交換が十分に行われて、高い効率の放熱を可能とする蓄熱装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る蓄熱装置は、複数の蓄熱体を配列した状態で熱媒体とともに収容する複数の蓄熱液槽を一方向に一端側から他端側に向けて連通接続し、槽外に設けられた冷凍機で冷却され熱媒体を一端側の蓄熱液槽から他端側の蓄熱液槽へ流通せしめて蓄熱体が熱媒体との熱交換により蓄熱を行い、熱交換後の熱媒体が上記冷凍機へ帰還する蓄熱用循環路を有すると共に、蓄熱後の蓄熱体に対して他端側の蓄熱液槽から一端側の蓄熱液槽へ熱媒体を流通させて蓄熱体から放熱させ、槽外の負荷装置へ帰還させる放熱用循環路を有する。
【０００８】
かかる蓄熱装置において、本発明では、複数の蓄熱液槽は、各蓄熱液槽内に配列された複数の蓄熱体同士間の配列間隙を熱媒体が流通するように接続されており、一端側に位置する蓄熱液槽に収容されている蓄熱体は、他の蓄熱液槽に収容されている蓄熱体に比し、蓄熱体内の蓄熱剤の融点が１〜３℃低いことを特徴としている。
【０００９】
このような構成の本発明によると、蓄熱時には、一端側の蓄熱液槽が蓄熱始端蓄熱液槽そして他端側の蓄熱液槽が蓄熱終端蓄熱液槽となり、放熱時には、他端側の蓄熱液槽が放熱始端蓄熱液槽そして一端側の蓄熱液槽が放熱終端蓄熱液槽となる。放熱時に放熱終端蓄熱液槽となる一端側蓄熱液槽の蓄熱体は、他の蓄熱液槽の蓄熱体に比し、蓄熱剤の融点が１〜３℃低くなっているので、上記放熱終端蓄熱液槽で熱媒体の温度が他の蓄熱液槽での温度より低下しても、上記放熱終端蓄熱液槽の蓄熱体の蓄熱剤の融点よりも高くなっているので、熱媒体は蓄熱体から潜熱量を熱交換でき、良好な放熱が行われる。
【００１０】
本発明において、放熱終端蓄熱液槽での蓄熱体の蓄熱剤の融点を、他の蓄熱液槽の蓄熱体の蓄熱剤の融点より１〜３℃低くする理由は、融点を低下させる温度の差が１℃未満であると、融点を低下させた効果が小さく、放熱時に蓄熱体を融点以上の温度に到達させることができないことがあり、融点を低下させる温度の差が３℃よりも大きいと、蓄熱時に融点以下に冷却するための冷熱エネルギーが多く必要になり、融点以下の温度に到達させることができないことがあり適さないからである。
【００１１】
本発明において、一端側の蓄熱液槽に隣接する蓄熱液槽内に収められている蓄熱体は、その蓄熱体内の蓄熱剤の融点が、上記一端側の蓄熱液槽内の蓄熱体内の蓄熱剤の融点と他の蓄熱液槽内の蓄熱体内の蓄熱剤の融点との間の温度であることが好ましい。こうすることで、放熱終端蓄熱液槽となる一端側の蓄熱液槽に隣接する終端手前の蓄熱液槽で、熱媒体の温度が他の蓄熱液槽での温度より低下しても、隣接する終端手前の蓄熱液槽の蓄熱体の蓄熱剤の融点よりも高くなっているので、熱媒体は蓄熱体から潜熱量を熱交換でき、良好な放熱が行われる。
【００１２】
また、本発明に係る成層型蓄熱装置は、複数の蓄熱体を配列した状態で収容し流動する熱媒体が通過可能な上面部及び底面部を具備する複数の収容容器が鉛直方向に積載された蓄熱槽に、槽外に設けられた冷凍機で冷却された熱媒体を底部の収容容器に送入し、積載された収容容器内の蓄熱体同士間の間隙を上昇させ最上部の収容容器から抜き出して、蓄熱体が熱媒体との熱交換により蓄熱を行う成層型蓄熱装置において、底部の収容容器の収容容器に収容されている蓄熱体は、他の収容容器に収容されている蓄熱体に比し、蓄熱体内の蓄熱剤の融点が１〜３℃低いことを特徴としている。
【００１３】
このような構成の本発明によると、蓄熱時には、底部の収容容器が蓄熱始端部そして最上部の収容容器が蓄熱終端部となり、そして、放熱時には、最上部の収容容器が放熱始端部となる。放熱時に放熱終端部となる底部の収容容器の蓄熱体は、他の収容容器の蓄熱体に比し、蓄熱剤の融点が１〜３℃低くなっているので、上記放熱終端部の収容容器で熱媒体の温度が他の収容容器での温度より低下しても、上記放熱終端部の収容容器の蓄熱体の蓄熱剤の融点よりも高くなっているので、熱媒体は蓄熱体から潜熱量を熱交換でき、良好な放熱が行われる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明は、以上のように、放熱終端蓄熱液槽となる一端側蓄熱液槽内の蓄熱体が、他の蓄熱液槽内の蓄熱体に比し、蓄熱剤の融点が１〜３℃低くなっているので、放熱終端蓄熱液槽で熱媒体の温度が他の蓄熱液槽での温度より低下しても、放熱終端蓄熱液槽の蓄熱体の蓄熱剤の融点よりも高くなっているので、熱媒体は蓄熱体から潜熱量を熱交換でき、良好な放熱が行われる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態装置の概要構成を示し、（Ａ）は縦断面で示す全体図、（Ｂ），（Ｃ）は、二種の蓄熱体を配列した蓄熱液槽を示す水平断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、添付図面にもとづき、本発明の一実施形態を説明する。
【００１７】
図１（Ａ）は、本実施形態の蓄熱装置を蓄熱液槽について縦断面で示す概要構成図で、図１（Ｂ）は一端部側の蓄熱液槽内に配された蓄熱体についての水平断面図、図１（Ｃ）は端部の蓄熱液槽に隣接する蓄熱液槽内に配された蓄熱体についての水平断面図である。
【００１８】
本実施形態装置は、図１（Ａ）に見られるように、横方向に７つの箱型の液槽１１〜１７が配列接続されている。７つの各液槽は、隣接する液槽との間に、上部に開口Ａ１が形成された仕切壁Ａと下部に開口Ｂ１が形成された仕切壁Ｂとが設けられていて、各仕切壁Ａ，Ｂの開口Ａ１，Ｂ１を経て、一端（右端）の液槽１１から他端（左端）の液槽１７まで熱媒体の流通が可能に連通して接続されている。
【００１９】
一端の液槽１１と他端の液槽１７内には、蓄熱体は配されていない。
【００２０】
一端の液槽１１に隣接する蓄熱液槽１２から他端の液槽１７に隣接する蓄熱液槽１６までは、各蓄熱液槽１２〜１６内に蓄熱体が配されている。ここで蓄熱体が配されていない液槽を単に「液槽」、蓄熱体が配されている中間の液槽を「蓄熱液槽」と称することとする。
【００２１】
本実施形態では、蓄熱体は容器内に蓄熱剤を収容して形成されていて、板状をなし、蓄熱剤の融点が低いものと高いものの二種の蓄熱体２１，２２が存在している。蓄熱体２１の蓄熱剤の融点は、もう一種の蓄熱体２２の蓄熱剤の融点よりも１〜３℃低い。いずれの蓄熱体２１，２２も、同形で、熱媒体（液）が透過可能なバスケット２３内に同数だけ配列して収められている。該バスケット２３は特に底部が良好に熱媒体を透過するようになっており、蓄熱液槽１２〜１６の底壁に対して間隔をもって配置されている。
【００２２】
バスケット２３内では、蓄熱剤の融点が低い蓄熱体２１も融点が高い蓄熱体２２も、それぞれバスケット２３内で板厚方向が横方向となるようにして複数配列配置されており、しかも各蓄熱体２１あるいは蓄熱体２２同士間に間隙をもって位置するように支持されている。この間隙は、図１（Ｂ），（Ｃ）に見られるように、上方から見たときに波形をなす支持プレート２４を蓄熱体２１同士間そして蓄熱体２２同士間に配することにより確保され、しかも蓄熱体２１そして蓄熱体２２を定位置に支持している。この波形の支持プレート２４は、図１（Ａ）では図示が省略されているが、図１（Ｂ），（Ｃ）で判るように、図１（Ａ）の上下方向（図１（Ｂ），（Ｃ）では紙面に対し直角方法）に熱媒体の流通を許容する溝状空間を貫通形成している。
【００２３】
一端の液槽１１に隣接する蓄熱液槽１２には融点の低い蓄熱剤を収めた蓄熱体２１が、そして他の蓄熱液槽１３〜１６にはこれより融点の高い蓄熱剤を収めた蓄熱体２２が支持プレート２４で支持された状態でそれぞれのバスケット２３に収められている。図１では蓄熱液槽に一つのバスケットが収容されているが、これに限定されず水平方向、高さ方向に複数のバスケットを収容してもよい。
【００２４】
かくして、バスケット２３に収められた複数の蓄熱体２１，２２を収容している蓄熱液槽１２〜１６は、機能上、蓄熱時には蓄熱液槽群そして放熱時には放熱液槽群を形成する。蓄熱液槽群あるいは放熱液槽群のうち、一端側（右端側）に位置するものは、蓄熱始端蓄熱液槽（あるいは放熱終端蓄熱液槽）として機能し、他端側（左端側）に位置するものは蓄熱終端蓄熱液槽（あるいは放熱始端蓄熱液槽）としてそれぞれ機能する。すなわち、本実施形態では、放熱時における放熱終端蓄熱液槽となる、図１で右端側に位置する一端側の蓄熱液槽１２に収容されている蓄熱体２１の蓄熱剤が他の蓄熱液槽１３〜１６の蓄熱体２２の蓄熱剤よりも融点が１〜３℃低いものとなっている。
【００２５】
蓄熱体が存在していない両端の液槽１１，１７には、蓄熱回路（蓄熱用循環路）として冷凍機３１とポンプ３２を含む管路３３、そして放熱回路（放熱用循環路）として負荷装置３４とポンプ３５を含む管路３６が接続されている。かかる構成のもとで、蓄熱時には、図１（Ａ）にて実線矢印で示されるように、冷凍機３１で冷却された熱媒体がポンプ３２により一端側の液槽１１に送入され、他端側の液槽１７から抽出されて冷凍機３１に帰還するようになっている。また、放熱時には、図１（Ａ）にて破線矢印で示されるように、蓄熱された熱媒体がポンプ３５により一端側の液槽１１から抽出され負荷装置３４で放熱後に他端側の液槽１７へ帰還するようになっている。
【００２６】
本実施形態では、蓄熱そして放熱運転は、次のようになされる。
【００２７】
＜蓄熱＞
蓄熱時には、蓄熱回路のポンプ３２が作動していて放熱回路のポンプ３５は停止している。冷凍機３１で冷却された熱媒体は、ポンプ３２により管路３３を経て、一端側の液槽１１へ送入され他端側の液槽１７から抽出されて、冷凍機３１に帰還するように上記蓄熱回路を循環する。冷却された熱媒体は図１（Ａ）にて実線矢印で示されるように、液槽内では、上記一端側の液槽１１から他端側の液槽１７へ向け流通する。熱媒体は、蓄熱始端蓄熱液槽としての蓄熱液槽１２へ流入後、蓄熱液槽１３，１４，１５そして蓄熱終端蓄熱液槽としての蓄熱液槽１６へ至る。各蓄熱液槽１２，１３，１４，１５，１６では、熱媒体はバスケット２３の底部からバスケット２３内を通り上方へ抜け、次に隣接する蓄熱液槽へ流入する。熱媒体はバスケット２３内を上昇する際、蓄熱体２１同士間の間隙あるいは蓄熱体２２同士間の間隙を通り、蓄熱体２１あるいは蓄熱体２２と熱交換を行い蓄熱体２１あるいは蓄熱体２２で冷熱が蓄熱される。
【００２８】
＜放熱＞
次に、蓄熱された冷熱を取り出すには、蓄熱回路のポンプ３２を停止し、放熱回路のポンプ３５を作動させて放熱運転とする。図１（Ａ）における破線矢印で示されるように、熱媒体は他端側の液槽１７から右方へ流通し蓄熱液槽１６〜１２を流通し一端側の液槽１１へ至り、一端側の液槽１１から抽出され負荷装置３４へ送られ、他端側の液槽１７へ送入される。各蓄熱液槽１６〜１２では、熱媒体はバスケット２３の上部からバスケット２３内を通り底部へ抜け、次に隣接する蓄熱液槽へ流入する。熱媒体はバスケット２３内を下降する際、蓄熱体２１同士間の間隙あるいは蓄熱体２２同士間の間隙を通り、蓄熱体２１あるいは蓄熱体２２と熱交換を行い蓄熱体２１あるいは蓄熱体２２から冷熱が放熱される。熱媒体は冷熱を上記負荷装置３４へもたらし、ここで冷熱を供給する。この放熱時には、蓄熱液槽１６が放熱始端蓄熱液槽として、蓄熱液槽１２が放熱終端蓄熱液槽としてそれぞれ機能する。この放熱の場合、放熱終端蓄熱液槽となる蓄熱液槽１２における蓄熱体２１の蓄熱剤の融点が他の蓄熱液槽１６〜１３における蓄熱体２２の蓄熱剤の融点より１〜３℃低いため、放熱終端蓄熱液槽で熱媒体の温度が他の蓄熱液槽での温度より低下しても、放熱終端蓄熱液槽の蓄熱体の蓄熱剤の融点よりも高くなっているので、熱媒体は蓄熱体から潜熱量を熱交換でき、良好な放熱が行われる。
【００２９】
本発明は、図示された形態に限定されず変更が可能である。例えば、放熱終端蓄熱液槽となる一端側の蓄熱液槽１２に隣接する蓄熱液槽１３内の蓄熱体の蓄熱剤の融点を、上記一端側の蓄熱液槽１２内の蓄熱体２１の蓄熱剤の融点と、蓄熱液槽１３に対し他端側で隣接する他の蓄熱液槽１４内の蓄熱体２２の蓄熱剤の融点との間の温度であるように設定できる。こうすることで、上記蓄熱液槽１３でも、熱媒体の温度が他の蓄熱液槽での温度より低下しても、蓄熱液槽１３の蓄熱体の蓄熱剤の融点よりも高くなっているので、熱媒体は蓄熱体から潜熱量を熱交換でき、良好な放熱が行われる。
【００３０】
上記の実施形態は、複数の蓄熱液槽が水平方向に連通接続されている連結槽型蓄熱装置を示しているが、他の実施形態として、成層型蓄熱装置がある。成層型蓄熱装置は、一つの蓄熱液槽に蓄熱体を収容した複数の収容容器（バスケット）を鉛直方向に積載し、底部のバスケットに冷凍機で冷却した熱媒体を送入し、積載されたバスケット内の蓄熱体同士間の間隙を上昇させ最上部のバスケットから抜き出し冷凍機に帰還させるように構成される。この場合には、底部のバスケットにおける蓄熱体の蓄熱剤の融点が他のバスケットにおける蓄熱体の蓄熱剤よりも融点が１〜３℃低いようにすることが好ましい。  
【００３１】
放熱終端蓄熱液槽となる蓄熱液槽における蓄熱体の蓄熱剤の融点を、他の蓄熱液槽における蓄熱体の蓄熱剤の融点より１〜３℃低くするために、蓄熱剤の濃度を調整して融点を調整することが好ましい。蓄熱剤の濃度を低くして融点を低く調整する。このように蓄熱剤の濃度調整により融点を調整することにより、簡単に融点が１〜３℃低い蓄熱剤を調製することができ、さらに、同種の蓄熱剤を用いるので蓄熱容器は同一のものを用いることができるなどにより製造コストを低くすることができる。
【００３２】
放熱終端蓄熱液槽に収容する蓄熱体の蓄熱剤として、他の蓄熱液槽の蓄熱体に用いる蓄熱剤の融点より１〜３℃低い蓄熱剤を用いるために、成分の異なる蓄熱剤を用いてもよい。この場合には、融点を低く調整するだけでなく潜熱量を調整することができる。
【符号の説明】
【００３３】
１２〜１６  液槽
２１，２２  蓄熱体
３４  負荷装置
【図１】
2014066392.tif 000003