(57)【要約】【課題】蓄熱槽内に生じる包接化合物の偏在やゲスト分子の濃度勾配そして温度勾配を解消して利用効率を高めた蓄熱装置そしてその運転方法を提供することを課題とする。【解決手段】蓄熱槽１内に貯留された溶液中に熱交換器２が配置され、該溶液が包接化合物のホスト分子を溶媒としゲスト分子を溶質として含み、前記包接化合物が前記溶液よりも大きな密度を有し且つ前記溶媒に分散又は懸濁してスラリーを形成する性質を有しており、前記熱交換器２を介する熱媒体との熱交換により前記包接化合物の生成で蓄熱動作をそして融解で放熱動作をそれぞれ行う蓄熱装置において、前記放熱動作により前記蓄熱槽１の上方に偏在するに至った、前記包接化合物の凝固点よりも高温の前記溶液と、前記蓄熱動作により生成し前記放熱動作により前記蓄熱槽の下方に偏在するに至った包接化合物とを攪拌し混合させる攪拌装置４を備える。【選択図】  図１
2008215655.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
蓄熱槽内に貯留された溶液中に熱交換器が配置され、該溶液が包接化合物のホスト分子を溶媒としゲスト分子を溶質として含み、前記包接化合物が前記溶液よりも大きな密度を有し且つ前記溶媒に分散又は懸濁してスラリーを形成する性質を有しており、前記熱交換器を介する熱媒体との熱交換により前記包接化合物の生成で蓄熱動作をそして融解で放熱動作をそれぞれ行う蓄熱装置において、
前記放熱動作により前記蓄熱槽の上方に偏在するに至った、前記包接化合物の凝固点よりも高温の前記溶液と、前記蓄熱動作により生成し前記放熱動作により前記蓄熱槽の下方に偏在するに至った包接化合物とを攪拌し混合させる攪拌装置を備えることを特徴とする蓄熱装置。
【請求項２】
蓄熱槽内に貯留された溶液中に熱交換器が配置され、該溶液が包接化合物のホスト分子を溶媒としゲスト分子を溶質として含み、前記包接化合物が前記溶液よりも大きな密度を有し且つ前記溶媒に分散又は懸濁してスラリーを形成する性質を有蓄熱装置の運転方法において、
前記熱交換器を介する熱媒体との熱交換で前記包接化合物を生成させることにより、熱エネルギーを前記蓄熱槽内に蓄積させる蓄熱工程と、
前記熱交換器を介する熱媒体との熱交換で前記包接化合物を融解させることにより、前記熱エネルギーを前記蓄熱槽外に放出させる放熱工程と、
前記放熱工程の実行により前記蓄熱槽の上方に偏在するに至った、前記包接化合物の凝固点よりも高温の前記溶液と、前記蓄熱工程の実行により生成し前記放熱工程の実行により前記蓄熱槽の下方に偏在するに至った包接化合物とを攪拌し混合させる攪拌工程と、を有することを特徴とする蓄熱装置の運転方法。
【請求項３】
放熱工程の終了後、引き続く蓄熱工程の開始前に攪拌工程を実行することとする請求項２に記載の蓄熱装置の運転方法。
【請求項４】
蓄熱工程とそれに引き続く放熱工程をそれぞれ２回以上実行した後、攪拌工程を実施することとする請求項２又は請求項３に記載の蓄熱装置の運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、包接化合物のホスト分子を溶媒としゲスト分子を溶質として含む溶液（以下「原料溶液」という）を、原料溶液中に配置された熱交換器を介して熱媒体と熱交換させることにより、その熱交換器の伝熱面に包接化合物を生成させる技術及びこれを熱利用分野に適用した技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
熱交換器を介した熱媒体との熱交換により、潜熱を蓄積する性質を有する物質（以下、「潜熱蓄積物質」という場合がある）の原料物質から潜熱蓄積物質を生成させることにより熱エネルギーを蓄積し、その潜熱蓄積物質を融解させることにより当該熱エネルギーを放出させる蓄熱技術として、塩水和物を潜熱蓄熱物質とする蓄熱器（特許文献１）やプロピレングリコール、寒剤及び添加剤を加えた水を凍らせてできるシャーベット状の氷を潜熱蓄積物質とする蓄冷装置（特許文献２）が知られており、いずれも潜熱蓄積物質の生成と融解の過程で濃度勾配が生じ、又は相分離現象が起こるので、潜熱蓄熱物質又は原料物質を攪拌により対処するという技術的手法の点で共通している。即ち、特許文献１では、塩水和物が封入されている蓄熱パイプの内部で球を移動させることで水の分布を均一化し相分離の発生を防止している。特許文献２では、蓄冷材の固相・液相の相変化が繰り返されて相分離現象が起こった場合に、蓄冷装置が備える制御装置により、加熱用ヒータを駆動して蓄冷材を完全融解させた後蓄冷材循環ポンプを駆動して攪拌させて、相分離現象を解消している。
【０００３】
他方、包接水和物（特許文献３）及びその他の包接化合物（特許文献４）も潜熱蓄積物質として知られており、熱交換器を介した熱媒体との熱交換により、包接化合物のホスト分子を溶媒としゲスト分子を溶質として含む溶液（以下「原料溶液」という場合がある）から包接化合物を生成させることにより熱エネルギーを蓄積し、その包接化合物を融解させることにより当該熱エネルギーを取り出す蓄熱技術への適用も検討されている（特許文献４，３）。
【特許文献１】特開平９−３３１８５号公報
【特許文献２】特開昭６３−７００９５号公報
【特許文献３】特開２０００−１１１２８３号公報
【特許文献４】特開２００５−４１９０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、原料溶液とその原料溶液の中に配置された熱交換器を収容する蓄熱槽を備える蓄熱槽を準備し、熱交換器を介する熱媒体との熱交換により原料溶液からの包接化合物の生成（即ち、熱エネルギーの蓄積又は蓄熱動作）と、生成した包接化合物の融解（即ち、熱エネルギーの取り出し若しくは放出又は放熱動作）を実際に行ってみると、熱交換器の伝熱面に生成し塊状になった包接化合物が融解する際、塊状の包接化合物は伝熱面に接している部分から融解して未融解の塊状体が熱交換器の伝熱面から離脱し、包接化合物と原料溶液との密度差に応じて上方に浮揚又は下方に沈降し、塊状体、スラリーといった形態で蓄熱槽内に偏在する現象が起こることがある。この偏在は、蓄熱槽内におけるゲスト分子の濃度勾配の原因となる。未融解の包接化合物の量が少ない場合であっても、包接化合物の生成と融解を繰り返すときは、累積するので、濃度勾配の原因となり得る。
【０００５】
他方、熱交換器を介する熱媒体との熱交換により包接化合物が融解されてできる原料溶液は、その包接化合物の凝固点よりも高温なので蓄熱槽の上方に移動し、蓄熱槽内に原料溶液の温度勾配を生じさせる。このような温度勾配は、引き続く包接化合物の生成の際、熱交換器を介する熱媒体と原料溶液との効率的な熱交換の阻害要因となる。
【０００６】
本発明は、以上の点に鑑みてなされたものであり、特に包接化合物が原料溶液よりも大きな密度と溶媒に分散又は懸濁してスラリーを形成する性質とを有する場合において、包接化合物の融解の際（即ち、熱エネルギーの取り出し若しくは放出又は放熱動作の際）に蓄熱槽内に生じる包接化合物の偏在又はゲスト分子の濃度勾配と原料溶液の温度勾配とを同時に解消することにより蓄熱槽の利用効率を高めることができる技術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】
前記目的を達成するための、本発明の第１の形態に係る蓄熱装置は、蓄熱槽内に貯留された溶液中に熱交換器が配置され、該溶液が包接化合物のホスト分子を溶媒としゲスト分子を溶質として含み、前記包接化合物が前記溶液よりも大きな密度を有し且つ前記溶媒に分散又は懸濁してスラリーを形成する性質を有しており、前記熱交換器を介する熱媒体との熱交換により前記包接化合物の生成で蓄熱動作をそして融解で放熱動作をそれぞれ行う蓄熱装置において、前記放熱動作により前記蓄熱槽の上方に偏在するに至った、前記包接化合物の凝固点よりも高温の前記溶液と、前記蓄熱動作により生成し前記放熱動作により前記蓄熱槽の下方に偏在するに至った包接化合物とを攪拌し混合させる攪拌装置を備えることを特徴としている。
【０００８】
ここで、本発明において用いられる、次に掲げる用語又は表現の意味は、以下のとおりとする。
【０００９】
（１）「包接化合物」とは、複数の分子が適当な条件下で組み合わさって結晶ができるとき、一方の分子（ホスト分子）が籠状、トンネル形、層状または網状構造をつくり、その隙間に他の分子（ゲスト分子）が入りこんだ構造の化合物の意味であり、包接水和物を除くこととする狭義の包接化合物（特許文献４参照）のみならず、この包接水和物（特許文献３参照）を含む、言わば広義の包接化合物も「包接化合物」を意味する。言うまでもなく、水が凝固してできる氷はこれに該当しない。
【００１０】
（２）「熱交換器」とは、熱源又は熱媒体との熱交換を可能にする伝熱面を備える伝熱物体を意味し、該伝熱物体が中実であるか否か、断面形状、寸法、材質等は問わない。プレート式や多管式といった型式も問わない。ヒートパイプも「熱交換器」の一種である。本発明の具体的な説明を行う際に、熱媒体が流通する空洞を有する伝熱管を「熱交換器」として本発明の具体的な説明を行う場合があるとしても、それは「熱交換器」をかかる伝熱管に限定する意図ではない。
【００１１】
（３）熱交換器の「伝熱面」とは、熱交換器による熱交換が行われる、当該熱交換器が備える外表面及びその熱交換の効果が及ぶ前記外表面の近傍領域をいう。
【００１２】
（４）「下方」及び「上方」とは、それぞれ、重力が働く方向及びその反対の方向をいう。
【００１３】
（５）「塊状体」とは、一つの集合体としての外形を有する物体をいい、周囲のものと視覚的に区別できる外形であれば、その形状に限定はなく、特に明記する場合を除き、内部の構造、強度、硬度、粘性、密度、組成等は問わない。なお、「包接化合物の塊状体」とは、包接化合物が生成を重ねて塊状をなし、塊状体と肉眼で認定できる状態になるに至ったものをいう。
【００１４】
（６）「スラリー」とは、液体中に固体粒子が分散又は懸濁した状態又はその状態にある物質をいう。沈降しがちな固体粒子を浮遊状態とするために界面活性剤を添加したり、機械的に攪拌することもあるが、その場合にも「スラリー」という。特に包接化合物又はその塊状体について「スラリー」という場合には、界面活性剤の添加や機械的攪拌の有無に拘らず、包接化合物のホスト分子を溶媒としゲスト分子を溶質として含む溶液の中に当該包接化合物が分散又は懸濁した状態又はその状態にある物質をいうが、分散や懸濁が均質であることまで必要とされない。例えば、包接化合物の塊状体の一部（特に溶液に接している部分）が前記溶液中に分散又は懸濁しているが残部は前記溶液中で塊状体のままである場合には、その分散又は懸濁しているものは「スラリー」であり、包接化合物の塊状体と前記溶液中で並存している状態にあるといえる。
【００１５】
（７）「攪拌」とは、対象物（本発明では主として原料溶液、包接化合物、包接化合物スラリー等）を掻き混ぜることを意味する。対象物の循環（特許文献３参照）や機械振動も、これを掻き混ぜたのと同等の結果が生じるので、「攪拌」に該当する。また、本発明においては、「攪拌」には、対象物を掻き混ぜることに加えて、溶液の濃度または温度を均一化させることを目的とするその他の動作（例えば濃度または温度の異なる溶液を混合すること、濃度または温度の異なる溶液を拡散させることなど）が含まれるものとする。
【００１６】
（８）「調和融点」とは、原料溶液の液相から包接化合物が生成する際、原料溶液中のゲスト分子の濃度と包接化合物中のゲスト分子の濃度とが等しく、包接化合物の生成の前後において当該液相の組成が変わらない場合の温度をいう。なお、縦軸を包接化合物生成温度、横軸を原料溶液中のゲスト分子の濃度とした状態図では極大点が「調和融点」となる。また、調和融点を与える原料溶液中のゲスト分子の濃度を「調和融点濃度」という。調和融点濃度未満の濃度の原料溶液から包接化合物を生成する場合には、包接化合物の生成につれて原料溶液のゲスト分子の濃度が低下し、その濃度に対する包接化合物生成温度が低下する。
【００１７】
本発明の第１の形態において、「放熱動作により蓄熱槽の上方に偏在するに至った、包接化合物の凝固点よりも高温の溶液」とは、熱交換器を介する熱媒体との熱交換で包接化合物の融解によりできる原料溶液が、その包接化合物の凝固点よりも高温なので蓄熱槽の上方に移動する結果、蓄熱槽の上方に偏在するに至った原料溶液を意味しており、かかる原料溶液は蓄熱槽内にて原料溶液の温度勾配を生じている。また、「蓄熱動作により生成し放熱動作により蓄熱槽の下方に偏在するに至った包接化合物」とは、蓄熱動作により熱交換器の伝熱面に生成し塊状になった包接化合物が、放熱動作により伝熱面に接している部分から融解し、未融解の包接化合物の塊状体が熱交換器の伝熱面から離脱し、包接化合物と原料溶液との密度差に応じて下方に沈降し、塊状体、スラリーといった形態で蓄熱槽の下方に偏在することを意味する。この偏在は、蓄熱槽内におけるゲスト分子の濃度勾配の原因となっており、未融解の包接化合物の量が少ない場合であっても、包接化合物の生成と融解を繰り返すときは、累積するので濃度勾配の原因となり得る。
【００１８】
本発明の第２の形態に係る蓄熱装置の運転方法は、蓄熱槽内に貯留された溶液中に熱交換器が配置され、該溶液が包接化合物のホスト分子を溶媒としゲスト分子を溶質として含み、前記包接化合物が前記溶液よりも大きな密度を有し且つ前記溶媒に分散又は懸濁してスラリーを形成する性質を有蓄熱装置の運転方法において、前記熱交換器を介する熱媒体との熱交換で前記包接化合物を生成させることにより、熱エネルギーを前記蓄熱槽内に蓄積させる蓄熱工程と、前記熱交換器を介する熱媒体との熱交換で前記包接化合物を融解させることにより、前記熱エネルギーを前記蓄熱槽外に放出させる放熱工程と、前記放熱工程の実行により前記蓄熱槽の上方に偏在するに至った、前記包接化合物の凝固点よりも高温の前記溶液と、前記蓄熱工程の実行により生成し前記放熱工程の実行により前記蓄熱槽の下方に偏在するに至った包接化合物とを攪拌し混合させる攪拌工程と、を有することを特徴としている。
【００１９】
この第２の形態では、第１の形態における「放熱動作」そして「蓄熱動作」を「放熱工程」そして「蓄熱工程」と表記しただけであり、この第２形態における「放熱工程の実行により蓄熱槽の上方に偏在するに至った包接化合物の凝固点よりも高温の溶液」、そして「蓄熱工程の実行により生成し放熱工程の実行により蓄熱槽の下方に偏在するに至った包接化合物」は、第１の形態における対応語句と同義である。
【００２０】
本発明の第３の形態に係る蓄熱装置の運転方法は、前記第２の形態に係る運転方法において、放熱工程の終了後、引き続く蓄熱工程の開始前に攪拌工程を実行することを特徴としている。
【００２１】
また、本発明の第４の形態に係る蓄熱装置の運転方法は、前記第２又は第３の形態に係る運転方法において、蓄熱工程とそれに引き続く放熱工程をそれぞれ２回以上実行した後、攪拌工程を実施することを特徴としている。
【発明の効果】
【００２２】
原料溶液中に熱交換器が配された蓄熱槽を備え、当該熱交換器を介する熱媒体との熱交換により包接化合物の生成と融解を行い、これにより蓄熱動作と放熱動作を行う蓄熱装置において、包接化合物の生成と融解を行うと、融解の際（即ち、熱エネルギーの取り出し若しくは放出又は放熱動作の際）に蓄熱槽内で包接化合物の偏在又はゲスト分子の濃度勾配が生じ、同時に原料溶液の温度勾配が生じる。
【００２３】
このとき、包接化合物が原料溶液よりも大きな密度を有していると、原料溶液で生成した包接化合物は下方に沈降し、塊状体、スラリーといった形態で蓄熱槽の底部又は下方に偏在することになる。また、包接化合物がスラリーを形成する性質を有していると、包接化合物の塊状体はそれ自体、原料溶液を内包する形で成長するので、比較的軟質で型崩れし易く、たとえ原料溶液中で塊状体にまで成長したものであっても原料溶液に分散又は懸濁してスラリーになり易い。通常、包接化合物のスラリーは流動性に富むので攪拌や原料溶液との混合が容易であり、しかもその凝固点以上の原料溶液に触れると短時間で融解し易い。
【００２４】
このような状況を踏まえ、本発明では、蓄熱槽の底部又は下方に偏在する未融解の包接化合物と、蓄熱槽の上方にある当該包接化合物の凝固点より高温の原料溶液とを攪拌により混合させるので、未融解の包接化合物は高温の原料溶液から受けた熱エネルギーにより融解し、同時に当該高温の原料溶液の温度は低下する。その結果、蓄熱槽全体としては、未融解の包接化合物がなくなるか又は著しく減少し、原料溶液は均一化されるので、ゲスト分子の濃度勾配と原料溶液の温度勾配が同時に解消され、かくして蓄熱槽の利用効率を向上させることができる。
【００２５】
なお、特許文献２でも、蓄冷材を融解させ、攪拌させているが、加熱用ヒータを駆動して蓄冷材を完全融解させた後に蓄冷材循環ポンプを駆動して攪拌させており、本発明とは明らかに異なる技術的思想である点、付記しておく。
【００２６】
本発明によると、以上のごとくの効果を得られるが、本発明の各形態についての効果を個別的に述べると、次のとおりである。
【００２７】
本発明の各形態が奏する作用効果は以下のとおりである。
【００２８】
本発明の第１の形態によれば、包接化合物が融解する放熱動作を通じて蓄熱槽の上方に偏在するに至った包接化合物の凝固点よりも高温の原料溶液と、包接化合物が生成する蓄熱動作を通じて熱交換器の伝熱面に生成し放熱動作を通じて熱交換器の伝熱面から離脱し蓄熱槽の下方に偏在するに至った包接化合物とを攪拌し混合させる攪拌装置を備えるので、蓄熱槽内に生じるゲスト分子の濃度勾配と原料溶液の温度勾配を同時に解消できる蓄熱装置を実現することができる。
【００２９】
本発明の第２の形態によれば、包接化合物を融解させる放熱工程の実行により蓄熱槽の上方に偏在するに至った包接化合物の凝固点よりも高温の原料溶液と、包接化合物を生成させる蓄熱工程の実行により熱交換器の伝熱面に生成し放熱工程の実行により熱交換器の伝熱面から離脱し蓄熱槽の下方に偏在するに至った包接化合物とを攪拌し混合させる攪拌工程を有するので、蓄熱槽内に生じるゲスト分子の濃度勾配と原料溶液の温度勾配を同時に解消できる蓄熱装置の運転方法を実現することができる。
【００３０】
本発明の第３の形態によれば、放熱工程の終了後、引き続く蓄熱工程の開始前に攪拌工程を実行するので、蓄熱工程の実行前に蓄熱槽内に生じるゲスト分子の濃度勾配と原料溶液の温度勾配を解消することができ、蓄熱槽の利用効率の向上を実現でき、延いては効果的な蓄熱が可能な蓄熱装置の運転方法を実現することができる。
【００３１】
なお、蓄熱工程は夜間に実行されることが一般的であり、攪拌工程は安価な夜間電力を利用できる時間帯内で実行されるので、経済的負担は少ない。
【００３２】
本発明の第４の形態によれば、蓄熱工程とそれに引き続く放熱工程をそれぞれ２回以上実行した後、即ち蓄熱槽内に生じるゲスト分子の濃度勾配が顕著になった時点で（例えば、作業者が必要であると判断したときに）攪拌工程を実施するので、放熱工程が終了するたびに攪拌を行う場合と比べて経済的である。
【００３３】
なお、第２乃至第４の各形態における攪拌工程は、別途準備した制御装置により自動で行っても、作業員の判断により手動で行っても構わない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下において本発明の実施形態として、第一実施形態で蓄熱装置、第二実施形態でこの蓄熱装置を用いた蓄熱式空調装置について説明する。これらの実施形態では、包接化合物の具体例を包接水和物としているが、当該具体例が包接水和物であるからといって、本発明からその他の包接化合物が除外するものではない。
【００３５】
また、本発明では原料溶液におけるゲスト分子の濃度は、調和融点を与える濃度（調和融点濃度）であっても、それ未満又はそれより大きな濃度であっても構わない。
【００３６】
＜第一実施形態＞
本実施形態の蓄熱装置は、図１（Ａ）に見られるごとく、蓄熱槽１に水和物生成物質を含む水溶液からなる原料溶液Ｌが貯留されており、この蓄熱槽１内には、原料溶液と冷凍サイクルの熱媒体（冷媒）とを熱交換させる熱交換器２（ここでは伝熱管）が収容されている。この熱交換器２としての伝熱管は管内に熱媒体を流通して前記熱交換を行う際に、その伝熱面積を大きくするために、図示の例では、上下に蛇行して形成されその管長を長くしている。前記蓄熱槽１には、その上部から底部に向け原料溶液を送るべく、循環経路３が取り付けられ、その循環経路３にはポンプ４が設けられている。この循環経路３を経て蓄熱槽１上部の原料溶液Ｌを槽内下部へ送ることにより、槽内では原料溶液の攪拌が行われる。なお、熱交換器としての伝熱管の配置例として、上下方向に蛇行したものを図示したが、これに限定されるものではなく、例えば、水平方向に蛇行するように配置したものでもよい。
【００３７】
このように構成される本実施形態の蓄熱装置は、次の要領で運転される。
【００３８】
１）蓄熱工程
熱交換器（伝熱管）２に熱媒体が流通され該熱交換器２の表面で原料溶液Ｌと熱交換して、図１（Ａ）に示されるごとく、原料溶液Ｌが冷却され包接水和物Ｌ１が生成される。この包接水和物Ｌ１は熱交換器２の表面に付着し堆積して熱交換器２の周囲に包接水和物Ｌ１の塊状体が形成される。
【００３９】
２）放熱工程
熱交換器（伝熱管）２に熱媒体が流通され該熱交換器２の表面で包接水和物Ｌ１と熱交換して、熱媒体が冷却されて冷熱エネルギーが回収される。包接水和物Ｌ１は熱交換器２の表面に接している部分から融解し、未融解の包接化合物Ｌ１の塊状体が熱交換器２の表面から離脱し、図１（Ｂ）のごとく、包接水和物Ｌ１と原料溶液Ｌとの密度差に応じて下方に沈降し、塊状体、スラリーといった形態で蓄熱槽１の下方に偏在する。一方、熱媒体との熱交換により包接水和物が融解されてできる原料溶液Ｌ２は、ポンプ４を駆動していないと、該原料溶液の包接水和物の凝固点よりも高温なので蓄熱槽の上方に移動し、図１（Ｂ）のごとく、蓄熱槽１の上方に偏在する。
【００４０】
放熱工程において、前記ポンプによる原料溶液の攪拌を行わない場合、放熱工程がある程度進行した時の蓄熱槽内の原料溶液中の包接水和物のゲスト分子の高さ方向で濃度勾配と温度勾配が生ずる。濃度分布と温度分布の一例を図２に示す。図２によると、蓄熱槽１の上方には包接水和物が融解されてできる包接水和物の凝固点よりも高温の原料溶液Ｌ２が偏在し、蓄熱槽の下方には未融解の包接水和物Ｌ１の塊状体が偏在しているため、蓄熱槽の上方が高く下方が低い温度勾配が生じている。蓄熱槽の下方には未融解の包接水和物の塊状体が偏在しているため、蓄熱槽の下方が高く上方が低い濃度勾配が生じている。このような濃度勾配そして温度勾配をなくすために、本発明では原料溶液Ｌの攪拌を行う。
【００４１】
３）攪拌工程
循環ポンプ４を起動し蓄熱槽１上部の液面近傍の原料溶液Ｌを抜出し底部に送り循環させて、蓄熱槽１の上方に偏在している包接水和物の凝固点よりも高温の原料溶液Ｌ２と、蓄熱槽の下方に偏在している未融解の包接水和物Ｌ１の塊状体もしくは塊状体が分割され分散された包接水和物、および周囲の高濃度の原料溶液とを攪拌し混合させる。
【００４２】
この攪拌は、放熱工程の終了後に行うことも、あるいは放熱工程の途中からも行うことができる。勿論、両方を行うこともできる。
【００４３】
（放熱工程の終了後攪拌）
・攪拌を放熱工程の終了後行うことにより、温度勾配を解消して、引き続く蓄熱工程で包接水和物を生成する際に、原料溶液と熱媒体との熱交換を効率的に行うことができる。
・また、濃度勾配を解消して、引き続く蓄熱工程で包接水和物を生成する際に、包接水和物の生成が不均一になることを防ぎ、原料溶液と熱媒体との熱交換を効率的に行うことができる。
【００４４】
（放熱工程の途中から攪拌）
・攪拌を放熱工程の途中から行うことにより、蓄熱槽上部の液面近傍の包接水和物の凝固点より高い温度の原料溶液を、蓄熱槽の下方に送り、そこに偏在している未融解の包接水和物の塊状体もしくは塊状体が分割され分散された包接水和物、および周囲の高濃度の原料溶液と混合することにより、温度勾配を解消して包接水和物および包接水和物が分散した原料溶液（スラリー）と熱媒体との熱交換を効率的に行うことができる。
【００４５】
本発明において、攪拌装置は、図１（Ａ），（Ｂ）に見られる方法でなくとも、他の方法、例えば、図１（Ａ），（Ｂ）と同様な循環経路とポンプを有していてもその循環方向を逆にしたり、回転攪拌翼を用いたり、あるいは、気泡で攪拌したりすることもできる。以下、これらについて説明する。
【００４６】
（１）循環経路とポンプ
図３は循環ポンプ４による攪拌装置を備えた蓄熱装置の例である。図１では蓄熱槽１の上部の原料溶液面近傍から原料溶液Ｌを抜出し蓄熱槽１の底部に戻すように循環させるようにしたが、図３では放熱工程終了後又は放熱工程のある程度進行した段階に蓄熱槽１の底部付近に存在する原料溶液Ｌもしくはスラリーを蓄熱槽の上部の原料溶液面近傍に送ることで、攪拌し混合するものである。抜出し側、払い出し側の少なくとも一つを水平方向に分散して抜出しまたは払い出しが行えるように分配配管を設け複数の入口又は出口を設けてもよい。吐出口先端を小径化して高流速化して攪拌効果を高めるようにしてもよい。
【００４７】
（２）回転攪拌翼
図４のように、攪拌翼４Ａを回転させる攪拌装置を備えて、蓄熱槽１上部の包接水和物の凝固点より高温の原料溶液Ｌと、蓄熱槽１底部の包接水和物および包接水和物が分散した原料溶液（スラリー）とを攪拌する攪拌装置を設けてもよい。少なくとも包接水和物が偏在する蓄熱槽の下方位置に攪拌翼４Ａを設けることにより、効率よく攪拌することができる。蓄熱槽１上部にも攪拌翼を設けることにより、攪拌効果がより高くすることができる。
【００４８】
（３）気泡攪拌
図５のように、蓄熱槽１の底部に気泡を放出する散気装置を設けエアポンプ４Ｂにより空気を供給して気泡の浮上により蓄熱槽１底部の包接水和物および包接水和物が分散した原料溶液（スラリー）を攪拌し、その結果、蓄熱槽１上部の包接水和物の凝固点より高温の原料溶液と混合するようにする攪拌装置を設けてもよい。
【００４９】
＜第二実施形態＞
以下、本発明の第二実施形態として、蓄熱装置を用いた蓄熱式空調システムを図６に基づき説明する。
【００５０】
図６は本実施形態の蓄熱式空調システムであって、蓄熱式空調のための構成機器およびその制御装置を示している。
【００５１】
図６において、蓄熱装置は図１の装置と同じ構成であり、蓄熱槽１内に蓄熱材としての原料溶液Ｌを貯留し、ここに熱交換器（伝熱管）２が貫通して設けられ、前記蓄熱槽１には、循環経路３が取り付けられ、この循環経路３にポンプ４が設けられている。前記熱交換器２には熱媒体（冷媒）が流出入する。
【００５２】
前記蓄熱槽１には、さらに蓄熱量センサ５が設けられている。該蓄熱量センサ５は、蓄熱量を算定するためのデータとして、蓄熱材温度、蓄熱材液位等を計測する。
【００５３】
循環経路３とポンプ４は、攪拌装置として機能し、図１の場合と同様に、蓄熱槽１の上部の液面近傍から蓄熱材としての水溶液Ｌを抜き出し蓄熱槽１の底部に戻すように循環させる。底部に水溶液を戻す際に分散して戻すように分配配管を設けると攪拌効果を高めることができる。
【００５４】
本蓄熱式空調システムの蓄熱材は、包接水和物を生成する包接水和物生成物質の水溶液であって、包接水和物の凝固点が０℃より高く２０℃より低い蓄熱材が用いられる。例えば、臭化テトラｎ−ブチルアンモニウム（ＴＢＡＢ）の水溶液がある。原料溶液におけるゲスト分子（ＴＢＡＢ）の濃度は、調和融点を与える濃度（調和融点濃度）であっても、それ未満又はそれより大きな濃度であっても構わない。
【００５５】
このような蓄熱装置の前記熱交換器２の一端側に、熱交換器２へ流入する熱媒体を減圧する減圧弁７が、そして他端側には開閉弁８がそれぞれ蓄熱槽１外で設けられており、前記減圧弁７と開閉弁８からそれぞれ管路が室外側と室内側へ分岐されていて、室外では室外側熱交換器１０そして室内では室内側熱交換器２０に至っている。
【００５６】
室外に設置されている室外側熱交換器１０は、蓄熱式空調システムを構成する冷凍サイクルの熱媒体（冷媒）が外気と熱交換を行うようになっており、該室外側熱交換器１０には圧縮機１１が直列に接続されている。かくして、前記蓄熱装置と室外側熱交換器１０とは、閉ループをなす管路で接続される。
【００５７】
一方、減圧弁７から分岐した室内側の管路に開閉弁９が設けられており、室内に設置された複数の室内側熱交換器２０が並列をなして、前記開閉弁９側と前記開閉弁８側との間に接続されている。図示の例では、二つの室内側熱交換器２０が設置されており、それぞれ減圧装置２１を介して前記開閉弁９側に接続されている。この減圧装置２１は、室内側熱交換器に流入する熱媒体を減圧する。
【００５８】
さらに開閉弁９と減圧装置２１との間の管路は、熱交換器２と開閉弁８との間の管路と接続されていて、一つの流路３０をなしている。
【００５９】
このように、これらの構成機器を、熱媒体の配管と、この熱媒体の流路を切替える開閉弁８，９とで連結し、後述の制御装置４０により制御を行って冷凍サイクル回路を形成する。
【００６０】
蓄熱装置の運転のための制御装置４０は、テータベースを記憶する記憶手段４１と、計測データを入力する計測データ入力手段４２と、これらの手段４１そして４２からの出力にもとづいて演算を行う演算手段４３と、この演算手段４３からの出力にもとづいて前記構成機器を制御する運転制御手段４４とを有している。前記計測データ入力手段４２は、蓄熱槽１に設けられた蓄熱量センサ５からの計測データが入力される。演算手段４３は、記憶手段４１と計測データ入力手段４２からのデータにもとづいて、蓄熱量をそれぞれ演算する蓄熱量演算手段４３Ａを有している。また、運転制御手段４４は、前記演算手段から演算結果を受けて作動する運転モード切替手段４４Ａと攪拌装置運転制御手段４４Ｂとを有している。
【００６１】
次に、上述の制御装置４０を構成する各手段について、さらに詳述する。
【００６２】
Ａ．記憶手段
記憶手段４１には各種のデータベースが記憶されている。記憶されているデータベースは、蓄熱材の特性としての蓄熱材の比熱、潜熱量、蓄熱材の初期濃度、蓄熱材の重量があり、また冷房需要に基づいた予定蓄熱量がある。予定蓄熱量の設定は、季節や曜日などの情報、記憶手段に記憶された過去の冷熱需要データ等に基づき、翌日に必要な蓄熱量を予測するプログラムなどから設定される蓄熱需要を予測して設定する。
【００６３】
Ｂ．計測データ入力手段
計測データ入力手段４２は、蓄熱槽１に備えられた蓄熱量センサ５から出力されたデータを演算手段に入力するためのハードウェアおよびソフトウェアをいう。
【００６４】
Ｃ．演算手段
演算手段４３はＣＰＵ等によってプログラムが実行されることで実現されるものである。演算手段４３は、計測データ入力手段４２によって入力された蓄熱材温度、蓄熱材液位と、記憶手段４１によって記憶されている蓄熱材の比熱、潜熱量、初期濃度、重量とから蓄熱量を演算する蓄熱量演算手段４３Ａとを備えている。
【００６５】
Ｄ．運転制御手段
運転制御手段４４は演算手段４３から出力される蓄熱量や、予め記憶手段４１に格納された予定蓄熱量に基づいて冷凍サイクルを運転制御、すなわち蓄熱運転、蓄熱利用冷房運転、蓄熱非利用冷房運転などの運転モードの切替えを行う運転モード切替手段４４Ａとを備える。具体的には、運転モード切替手段４４Ａは圧縮機１１の運転制御および開閉弁８，９の開閉制御を行う。
【００６６】
次に、前記のように構成された本蓄熱式空調システムの動作を説明する。このシステムでは、蓄熱運転、蓄熱利用過冷却冷房運転、そして一般冷房運転に切り替えることができる。
【００６７】
（ａ）蓄熱運転
蓄熱運転時には、攪拌装置の起動後に、開閉弁８が「開」となり、開閉弁９が「閉」となる。また、蓄熱槽１内の熱交換器２（伝熱管）に熱媒体（冷媒）が流通される。前記のような開閉弁の状態において、圧縮機１１から吐出された熱媒体は室外側熱交換器１０で凝縮される。液化した熱媒体は減圧弁７で減圧され、この減圧された熱媒体は熱交換器２内で蒸発して蓄熱材を冷却し水和物を生成して蓄熱する。蓄熱運転においては、蓄熱槽１に収められている熱交換器２の表面が冷却面となり、蓄熱材であるＴＢＡＢ水溶液が冷却され、包接水和物が生成され熱交換器２の周囲に水和物が塊状に生成する。
【００６８】
（ｂ）蓄熱利用過冷却冷房運転
蓄熱利用過冷却冷房運転時には、開閉弁８，９を「閉」とする。また、減圧弁７は全開にしておく。
【００６９】
前記のような開閉弁の状態において、圧縮機１１から吐出された冷媒は室外側熱交換器１０で凝縮される。液化した熱媒体（冷媒）は開弁した減圧弁７を経由して蓄熱槽１内の熱交換器２で蓄熱材と熱交換して過冷却状態になる。
【００７０】
熱交換器２を経由して過冷却状態になった熱媒体は、減圧装置２１で減圧されて室内側熱交換器２０で蒸発して室内を冷房し、再び圧縮機１１に戻る。
【００７１】
（ｃ）一般冷房運転（蓄熱非利用冷房運転）
蓄熱を利用しない一般冷房運転時には、開閉弁９を「開」とし、開閉弁８を「閉」とする。前記のような開閉弁の状態において、圧縮機１１から吐出された熱媒体は室外側熱交換器１０で凝縮される。液化した熱媒体は開弁した開閉弁９を経由して減圧装置２１で減圧される。室内側熱交換器２０で熱媒体は蒸発して室内を冷房し、再び圧縮機１１に戻る。
【００７２】
次に、原料溶液の攪拌についてさらに説明を加える。
【００７３】
このような蓄熱利用冷房運転終了後には攪拌操作を行うとよい。蓄熱利用冷房運転を行い蓄熱した蓄熱剤から冷熱を回収する放熱工程を実行すると、原料溶液の温度が包接化合物の凝固点よりも高い温度になるので、蓄熱槽内に自ずと原料溶液の上方が相対的に高温で、下方は相対的に低温という温度勾配が生じる。また、蓄熱工程と放熱工程を繰り返し実行すると、包接化合物が融解した場所にゲスト分子が滞留することでゲスト分子の濃化が起こり、濃度勾配が生じることがある。更に、熱エネルギーの取り出しを行っても、包接化合物が未融解のまま残存することがあり、熱エネルギーをそれ以上取り出せない。特に、本実施形態に係る蓄熱装置のような内融式の蓄熱装置の運転時においては、包接化合物と原料溶液との比重が異なると、放熱工程の際、その比重の差に応じて未融解の包接化合物が浮揚又は沈降し、蓄熱槽内に偏在することがあり、かかる未融解の包接化合物の存在が原料溶液の濃度勾配や温度勾配の原因になる。
【００７４】
これに対し、蓄熱利用冷房運転終了後、再度蓄熱運転を開始する前に蓄熱材を攪拌する工程を設ける。この攪拌を行うと、相対的に高温の原料溶液と相対的に低温の原料溶液とを混合させることができ、ゲスト分子の濃度が相対的に高い原料溶液と相対的に低い原料溶液とを混合させることにより、又は包接化合物の凝固点以上の原料溶液との混合による未融解の包接化合物の融解させることにより、原料溶液の温度勾配やゲスト分子の濃度勾配を解消し、原料溶液をより均質化することができ、かかる原料溶液から生成される包接化合物の物性のばらつきを小さくすることもできる。
【００７５】
かくして、均質な熱エネルギーを蓄積でき、熱エネルギーの蓄積と取り出しを無駄なく、効率的に行うことができる。  
【００７６】
このように蓄熱利用冷房運転（放熱運転）終了後、再度蓄熱運転を開始する前に蓄熱材を攪拌する工程を設けることにより、鉛直方向での蓄熱材の温度や濃度の不均一性が生じることを防ぐことができ、蓄熱運転と蓄熱利用運転（放熱運転）を繰り返し実施しても、蓄熱装置の所定の性能が維持できる。
【００７７】
攪拌運転を夜間に行うようにすれば、安価な夜間電力を使用できるので攪拌のための運転コストを抑制することができる。また、夜間の蓄熱運転の開始時に行ってもよい。
【００７８】
また、一回の放熱運転（蓄熱利用運転）を実施すれば、鉛直方向での蓄熱材の温度および濃度の分布が形成されるが、蓄熱量や冷房需要が少ない場合には温度勾配や濃度勾配が比較的小さい場合があるため、毎回の放熱運転（蓄熱利用運転）終了のたびに攪拌装置を運転しなくとも、蓄熱運転とそれに引き続く放熱運転（蓄熱利用運転）を二回以上実施した後、攪拌装置の運転を実施するようにしてもよい。これにより攪拌運転の運転コストを抑制することができる。
【００７９】
上述では攪拌装置の運転を放熱運転の終了後行うようにしたが、放熱運転（蓄熱利用運転）の中断時間が数時間にも及ぶ場合には、熱交換器に保有された熱媒体や環境からの入熱によって包接水和物の融解や溶液の温度が上昇する現象が見られる。このような場合、再び放熱運転（蓄熱利用運転）を開始するときには蓄熱材が不均一になっている虞れがあるので、一定時間以上放熱運転（蓄熱利用運転）の停止が継続してから攪拌装置の運転を開始するようにするとよい。攪拌装置の停止はタイマーにより設定してもよいし、蓄熱材の温度計測データから判定してもよい。
【００８０】
原料溶液の攪拌は、蓄熱利用冷房運転途中に行うこととしてもよい。攪拌を放熱工程の途中から行うことにより、蓄熱槽上部の液面近傍の包接水和物の凝固点より高い温度の原料溶液を、蓄熱槽の下方に送り、そこに偏在している未融解の包接水和物の塊状体もしくは塊状体が分割され分散された包接水和物、および周囲の高濃度の原料溶液と混合することにより、温度勾配を解消して包接水和物および包接水和物が分散した原料溶液（スラリ）と熱媒体との熱交換を効率的に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】本発明の第一実施形態としての蓄熱装置の概要構成図で、（Ａ）は蓄熱時、（Ｂ）は放熱時を示している。
【図２】図１装置での原料溶液の高さ方向における、濃度分布と温度分布を示す図である。
【図３】図１装置に適用可能な攪拌装置の他の例を示す図である。
【図４】さらに他の例の攪拌装置の図である。
【図５】さらに他の例の攪拌装置の図である。
【図６】本発明の第二実施形態としての蓄熱式空調システムの構成図である。
【符号の説明】
【００８２】
１  蓄熱槽
２  熱交換器（伝熱管）
３  攪拌装置（循環経路）
４  攪拌装置（ポンプ）
Ｌ  （原料）溶液
Ｌ１  包接化合物
【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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