(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱媒体の流入口及び流出口を有し且つ槽外にて熱交換された熱媒体が循環され得る蓄熱槽において、槽の内部に、２０〜４００本の蓄熱部材が集束帯によって集束されてなる蓄熱部材群が、支持体や浮きを用いることなく自立して充填配設されており、上記各蓄熱部材が、硬質性の内径が１０〜８０ｍｍの長尺円筒形状を有する中空容器であって、充填配設された場合に底部となる側の端部が曲面状に形成され、閉鎖されており、且つ他端が円筒の内径と同様の大きさの開口が形成された開放端を有し、該開放端から、固液相変化して潜熱の蓄熱及び放熱を交互に繰返す蓄熱剤と、粒状物からなる錘りとを導入して蓄熱部材内に保持できるようにしたことを特徴とする蓄熱槽。
【請求項２】
蓄熱部材を構成している容器外周面の１または２箇所以上にスペーサー手段が設けられ、隣接する該容器間に間隙が形成されている請求項１記載の蓄熱槽。
【請求項３】
スペーサー手段が、容器の外周面を部分的に凸状に成形してスペーサーとすることである請求項２記載の蓄熱槽。
【請求項４】
スペーサー手段が、容器の外周面を、下方部の径を連続的に上方部の径より大きく形成することである請求項２記載の蓄熱槽。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は蓄熱部材及びそれを配設する蓄熱槽に関し、更に詳しくは、硬質性の蓄熱部材及びそれらの蓄熱部材群並びにそれらを好ましくは自立して配設してなる蓄熱槽に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年の電化製品の普及による電力消費量の増加は著しいものがある。昼間の消費量は、エアコン、ＯＡ機器の普及につれ更に増大する方向にある。その一方で、夜間の電力消費はそれほど需要が伸びていない。そのため昼間と夜間との電力消費量の差が益々広がることになる。
発電施設の多くは昼間の消費電力に合わせて建設されることから、需要の少ない夜間にはその施設の大半が稼働せずに放置されることになる。この夜間の電力を用いて蓄熱し、その蓄熱分を昼間に利用して昼間の電力消費の削減を図るための蓄熱技術の開発が既に種々行われている。
例えば、出願人が先に特開平２−２９３５４９号公報、特開平３−１７５２２２号公報等で提案した氷蓄熱方法等がある。これら提案の氷蓄熱技術は、簡便で且つ安価に設置でき、また、既存の建築物でも所定の蓄熱槽に改造できる水槽等を有する場合には容易に適用でき、有用性に富むものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記提案の氷蓄熱等蓄熱技術において、蓄熱部材をより実用性に富むものに改良すると共に、その蓄熱槽への配設等蓄熱槽の形成の作業性をより効率的に高めることを目的とする。
発明者らは上記目的の達成のため、既提案の蓄熱技術の研究開発及び実施時に得られた知見等に基づき、更に蓄熱部材等について鋭意検討した結果、本発明を完成した。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、熱媒体の流入口及び流出口を有し且つ槽外にて熱交換された熱媒体が循環され得る蓄熱槽において、槽の内部に、２０〜４００本の蓄熱部材が集束帯によって集束されてなる蓄熱部材群が、支持体や浮きを用いることなく自立して充填配設されており、上記各蓄熱部材が、硬質性の内径が１０〜８０ｍｍの長尺円筒形状を有する中空容器であって、充填配設された場合に底部となる側の端部が曲面状に形成され、閉鎖されており、且つ他端が円筒の内径と同様の大きさの開口が形成された開放端を有し、該開放端から、固液相変化して潜熱の蓄熱及び放熱を交互に繰返す蓄熱剤と、粒状物からなる錘りとを導入して蓄熱部材内に保持できるようにしたことを特徴とする蓄熱槽が提供される。上記蓄熱部材は、上記容器外周面の１または２箇所以上にスペーサー手段を設け、隣接する容器間に間隙が生じる形態としたものが好ましい。
【０００７】
【作用】
本発明は、上記のように構成され、固液相変化して潜熱の蓄熱と放熱を交互に繰返す蓄熱剤を保持する蓄熱部材に開放端を有する硬質性の長尺の有底中空容器を用いるため、特に蓄熱槽に支持材を設けることなく自立させ得るため、蓄熱槽への充填配設を容易に行うことができる。
また、例えば空洞の蓄熱槽へ上記硬質性の蓄熱部材または蓄熱部材群を自立配設した後に、蓄熱剤、要すれば錘り材を併せて開放端から蓄熱部材内に導入し保持することができる。その後、外部熱交換器との間で循環させる熱媒体を、蓄熱槽内に供給して、蓄熱槽に熱媒体を保持させることができる。従って、蓄熱槽内への蓄熱部材の配設及び蓄熱部材内への蓄熱剤、錘りの導入が容易であり、蓄熱槽形成が簡便化され、作業性が向上し実用的である。
更に、蓄熱部材の硬質性中空容器は開放端を有するため、蓄熱部材内に蓄熱剤、例えば、水や各種塩類等の水溶液を当初充満保持させても、蓄熱剤が固化時に体積膨張しても不都合が生じることがない。
【０００８】
更にまた、蓄熱剤の固化または再液化の際に蓄熱部材内より開放端から蓄熱剤が溢れ出ても、蓄熱槽内の熱媒体濃度を予め高濃度に設定することにより、蓄熱操作の固液相変化に不都合なく対応できる。
本発明は、各蓄熱部材を蓄熱槽の充填配設する場合、蓄熱部材を構成する開放端を有する硬質性中空容器の外周面にスペーサー手段を配置することにより、蓄熱槽に個々にまたは集束した群で充填配設した互いに隣接した各蓄熱部材間に間隙を形成することができる。このため、蓄熱槽内に保持され蓄熱槽内外を循環する熱媒体は、局部的に滞留することなく槽全体に均等に流通する。従って、蓄熱部材内に保持される蓄熱剤と槽内の熱媒体との熱交換が円滑に行われ、高蓄熱効率を得ることができる。
【０００９】
【実施例】
本発明の実施例を図面に基づき、更に詳細に説明する。但し、本発明は下記の実施例に制限されるものでない。
図１は本発明の蓄熱部材の一実施例の断面説明図であり、図２は本発明の蓄熱部材の他の実施例の断面説明図であり、図３は更に本発明の蓄熱部材の他の実施例の断面説明図である。
図１において、蓄熱部材１は、硬質性の長尺の中空容器２で、一端部３は閉鎖され底を形成し、他端４を開放端として構成されて蓄熱剤５が容器内部に保持可能に形成される。閉鎖端の底部３は、図１に示したように曲面状に形成してもよいし、水平面に形成してもよい。
【００１０】
本発明の長尺中空容器の断面形状は、円、楕円、三角、四角、多角形、星形等のいずれでもよく、特に制限されるものでない。通常、円形断面に形成される。また、その内径及び外径や長さ等は蓄熱槽の大きさ等に応じて適宜選択することができる。一般的に、相当内径を１０〜８０ｍｍ、好ましくは２０〜４０ｍｍに形成することができ、通常、例えば約３０ｍｍに形成される。また、長さは、５００〜１００００ｍｍ、好ましくは１０００〜３０００ｍｍとすることができる。通常、例えば約２０００ｍｍとする。厚さは、０．１〜２．０ｍｍであって、通常、例えば約０．５ｍｍのものが用いられる。
長尺の中空容器２を形成する硬質性材料としては、約−２０〜６０℃の耐熱性があり低温特性に優れる形態保持可能な材質であれば、特に制限されるものでなく、例えば、アルミニウム、ステンレススチール等の金属、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリカーボネート等の合成樹脂等の中から、蓄熱部材の厚さと長さ、形状等を勘案し適宜選択して用いることができる。
【００１１】
また、各長尺容器の外周面の任意箇所に１または２以上の凸状のスペーサー６を設置するのが好ましく、より好ましくは長尺容器２の上方部と下方部の２箇所にスペーサー６を設置するのがよい。スペーサーは、蓄熱槽に充填配設され隣接する各蓄熱部材間に間隙を生じさせ、蓄熱槽内の熱媒体が均一に流通させることができる。
スペーサー６は、長尺容器２の外周部に、単に樹脂、金属、木材等の各種材質の紐や帯状物を巻き付けて形成したり、ゴム製環状体を嵌め込むようにすることができる。
また、図２に示したように、蓄熱部材の長尺容器２周面を部分的に凸状に成形しスペーサー６０とすることができる。更に、図３に示したように、蓄熱部材の長尺容器２の周面を所定位置から下方部の径を連続的に上部径より大きく形成してスペーサー６０とすることができる。スペーサー６または６０は、各周面で水平環状に凸状にしてもよいし、斜め環状や螺旋状に凸部を設けてもよい。なお、図２及び図３において、図１と同一符号は、同一部位を示している。
上記したスペーサー６、６０は、特にその凸状部の大きさや形状等は特に制限されず、熱媒体の蓄熱槽の全体的流通性と蓄熱材の固化率等から適宜選択すればよい。通常、厚さを約０．２〜２ｍｍ好ましくは約０．３〜１ｍｍ、幅を約１０〜１００ｍｍ好ましくは約２０〜５０ｍｍとして、水平環状に設置する。
【００１２】
図１〜図３において、錘り７は容器２内に導入されている。本発明において、錘りは特に必須ではないが、錘りを配置した場合熱媒体中で蓄熱部材の転倒のおそれがなくなるため好ましい。本発明において、錘りは蓄熱部材内に導入することなく、蓄熱部材外に設置してもよい。また、後記の複数集束される蓄熱部材群を単位として配置してもよい。例えば、スペーサーを錘りに兼用させて、金属で長尺容器外周面に凸部を形成することができる。また、帯状物を旋巻する際に同時に錘りを固定設置することもできる。また、蓄熱部材群を形成するときに同時に錘りを固定設置したり、蓄熱部材群に垂下させて設置してもよい。
錘りを蓄熱部材内に導入する場合は、粒状物を導入することにより蓄熱剤の過冷却防止剤として作用させることができる。通常、砂、粘土等の微細粒子を用いることが好ましい。上記のように錘りは必須でないが、配置する場合のその重量は、蓄熱部材または蓄熱部材群の浮力等により適宜選択することができる。通常、各蓄熱部材内に微細粒子を導入する場合は、蓄熱部材１本当たり約５０〜２００ｇである。
【００１３】
図４は、本発明の蓄熱部材群の一実施例の断面説明図である。
図４において、各蓄熱部材１は、互いに上部と下部に設けたスペーサー手段６を介して隣接されると同時に、上部及び下部の２箇所の集束帯８により集束され蓄熱部材群１０を構成する。集束帯８は各蓄熱部材を所定数安定して束ねることができればよく、その配置箇所、配置数、形状等は特に制限されるものでない。例えば、一般的な紐や帯状体、ゴム等の弾性体、また、所定の蓄熱部材を集束するように設計された合成樹脂や金属等の枠等を用いることができる。通常、帯状弾性体を用いるのが好ましい。
本発明の蓄熱部材群を構成する前記各蓄熱部材数は、特に制限されない。各蓄熱部材の閉鎖端底部を曲面状に形成した場合に蓄熱部材群として自立させるためには、少なくとも３本を集束すればよいが、通常は、２０〜４００本、好ましくは３０〜１００本を集束する。
また、図４の蓄熱部材群１０の各蓄熱部材１は、前記と同様に蓄熱剤５を開放端から導入すると共に、過冷却防止材を兼ねた微細粒子の錘り７を導入して保持する。
【００１４】
本発明の蓄熱部材群は、上記したような集束帯で束ねる方式の他に種々の方式で各蓄熱部材を複数集束して形成することができる。上記実施例の他の数例を下記に説明するが、本発明において蓄熱部材群の形成方法や集束方式は、特に制限されるものでなく、隣接する各蓄熱部材間に熱媒体が流通可能な間隙が形成されるような方式であればよい。図５は、本発明の蓄熱部材群の他の実施例の平面説明図であり、図６は、更に他の蓄熱部材群の実施例の平面説明図である。図５において、蓄熱部材群１０は、隣接する各中空容器の蓄熱部材１間に所定の間隙が形成されるようにスペーサー６が適宜配置された形態である。この場合、スペーサー６は緻密質であってもよいし、また、蓄熱部材間を連通するパイプ状であってもよい。図６に示した蓄熱部材群１０は、図３で示した円筒の容器の下部側に連続して、上部側の径よりも径が大であるスペーサー６０が形成された形態の各蓄熱部材１が最密充填状態で集束されたものである。図５及び図６に示した形態は、各蓄熱部材を適宜接合して形成してもよいし、合成樹脂等で一体的に成形して得ることもできる。図４、図５及び図６で示したような蓄熱部材群は、各蓄熱部材の閉鎖端底部が平坦でなく曲面状に形成した場合であっても自立可能であり、蓄熱槽への充填配設が容易である。
【００１５】
図７は、本発明の蓄熱部材群の参考例の断面説明図を示すと同時に、その蓄熱部材群を蓄熱槽に配設した断面説明図を示し、更に、該蓄熱槽を用いた蓄熱装置の概略説明図である。
【００１６】
上記のスペーサー板及び底平板は、蓄熱部材を構成する材質と同等の材料を用いることができ、合成樹脂、金属等が用いられる。蓄熱部材、スペーサー板及び底平板は、それぞれ同一材質で形成してもよいし、異なる材質のものでもよい。接合を容易に行うためには、蓄熱部材と底平板とを同一材質とするのが好ましい。例えば、ポリエチレン等で蓄熱部材容器と底平板とを形成した場合には超音波等で接着ができ操作が簡便となる。
スペーサー板及び底平板の大きさは、特に制限されるものでなく、配設する蓄熱槽の大きさや、蓄熱槽への搬入口の大きさ等から適宜選択することができる。一般的な蓄熱槽に設置されるマンホールの大きさから、通常、３０×３０（ｃｍ）角の平板を用いる。
【００１７】
上記のように形成された蓄熱部材群１０は、周壁１２により囲まれた蓄熱槽１３内の底部に順次配設し、蓄熱槽内に充填される（図７参照）。その後、上部の開端部４から蓄熱剤５及び過冷却防止材を兼ねた微細粒子錘り７を導入する。本発明において、蓄熱剤としては、蓄熱槽１３に保持される熱媒体により固液相変化可能なものを選択して用いることができる。通常、水や水を主成分とした水溶液、例えば、防腐剤やエチレングリコール等を混入させた水溶液が用いられるが、パラフィン類を用いることもできる。また、蓄熱剤５は蓄熱部材に充満して溢れさせてもよいし、固化時の体積膨張に見合う容量分が空隙となるように導入してもよい。通常、蓄熱剤を当初蓄熱部材内に充満させ、蓄熱槽に保持される熱媒体濃度を高く設定し、蓄熱操作時に蓄熱剤が溢れても不都合がないようにする。上記のように蓄熱槽１３に充填配設した各蓄熱部材群１０の各蓄熱部材に蓄熱剤５及び錘り７を導入した後、蓄熱槽１３に熱媒体流入口１４から熱媒体を供給して蓄熱槽１３内に蓄熱部材１内の蓄熱剤液面より低く熱媒体１１を保持する。熱媒体としては、蓄熱部材１内に導入された蓄熱剤の種類に合わせ適宜選択することができる。通常、エチレングリコール、プロピレングリコール、塩化カルシウム水溶液等が用いられる。
【００１８】
上記のようにして形成された蓄熱槽１３に保持された熱媒体１１は、蓄熱操作において蓄熱部材１内の蓄熱剤と熱交換しながら蓄熱部材間の間隙を流通して流出口１５から外部に流出し、蓄熱放出時にはライン１６及びポンプＰ１  を経由して、空調機１７、ライン１８、チラー１９及びライン２０を経て熱交換され蓄熱槽１３に循環する。また、蓄熱時にはライン２１及びポンプＰ２  を経由して、ライン１８、チラー１９及びライン２０を経て蓄熱槽１３に循環する。また、蓄熱放出時は、流入口１と流出口１５を逆転させて上記と逆サイクルで行うこともできる。
蓄熱槽１３の流入口１４及び流出口１５は、熱媒体１１が蓄熱槽１３内全域を均等に流通するように、一方を上部または下部に設け、他方をその対角方向位置に設けるのが好ましい。例えば、流入口１４を蓄熱槽１３下方部に設置する場合は、流出口を上方部に設置する。
上記のように蓄熱装置を形成して、熱媒体を循環させることにより蓄熱剤の固液相変化を円滑に生じさせることができ、電力を熱により蓄積し、放熱により消費させることができる。
【００１９】
【発明の効果】
上記したように本発明の蓄熱部材は浮力と錘りとのバランスから浮き等の配備が不要であり製作が簡単である。また、従来の蓄熱槽内の熱媒体に浮遊させる封鎖蓄熱部材に比し、蓄熱槽設置所への輸送も簡便となり、且つ、蓄熱槽に充填配設後に行える等蓄熱剤等の導入も容易である。
更に、蓄熱部材を、安定して簡便且つ容易に蓄熱槽に充填配置することができる。その上、各蓄熱部材間に間隙を容易に形成できるため、蓄熱操作時の熱媒体の流通路を安定して確保して蓄熱槽を構成することができる。
本発明の蓄熱槽を組み込んだ蓄熱装置は、蓄熱剤を連続的に円滑に固液相変化させることができ、夜間の安価な電力を用いて蓄熱し、昼間時に放熱させ電力の消費を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の蓄熱部材の一実施例の断面説明図である。
【図２】本発明の蓄熱部材の他の実施例の断面説明図である。
【図３】本発明の蓄熱部材の他の実施例の断面説明図である。
【図４】本発明の蓄熱部材群の一実施例の断面説明図である。
【図５】本発明の蓄熱部材群の他の実施例の平面説明図である。
【図６】本発明の蓄熱部材群の他の実施例の平面説明図である。
【図７】蓄熱装置に組み込んだ本発明の蓄熱槽の一実施例の断面説明図である。
【符号の説明】
１  蓄熱部材
２  中空容器
３  閉鎖端
４  開放端
５  蓄熱剤
６、６０  スペーサー
７  錘り
８  集束帯
１０  蓄熱部材群
１１  熱媒体
１２  周壁
１３  蓄熱槽
１４  流入口
１５  流出口
１６、１８、２０、２１  熱媒体ライン
１７  空調機
１９  チラー
３０  底平板
６２  穿設孔
Ｐ１、Ｐ２  ポンプ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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