(57)【要約】【課題】蓄熱量が減少するのをできる限り少なくしながら、実質的な熱伝導をさらに向上する。部品コストを低減して設備コストを安価にする。【解決手段】蓄熱装置は、相変化材１を凝固、溶解させてその潜熱を利用して蓄熱する。蓄熱装置は、相変化材１を充填しているケーシング２に複数の金属パイプ４を入れ、金属パイプ４を互いに接触させて金属パイプ４の熱伝導で相変化材１を凝固、溶解させている。または、蓄熱装置は、相変化材１を充填しているケーシング２に、無機質又は金属製で、密度が１０００ｋｇ／ｍ３以下である多孔粒５を充填し、多孔粒５を互いに接触させて多孔粒５の熱伝導で相変化材１を凝固、溶解させてその潜熱を利用して蓄熱する。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
相変化材（１）を凝固、溶解させてその潜熱を利用して蓄熱する蓄熱装置において、
相変化材（１）を充填しているケーシング（２）に複数の金属パイプ（４）を入れ、金属パイプ（４）を互いに接触させて金属パイプ（４）の熱伝導で相変化材（１）を凝固、溶解させるようにしてなる蓄熱装置。
【請求項２】
金属パイプ（４）がアルミニウムパイプである請求項１に記載される蓄熱装置。
【請求項３】
金属パイプ（４）が互いに平行に並べられて接触する状態で配設されてなる請求項１に記載される蓄熱装置。
【請求項４】
所定の長さに切断された多数の金属パイプ（４）が方向性なく充填されてなる請求項１に記載される蓄熱装置。
【請求項５】
相変化材（１）を凝固、溶解させてその潜熱を利用して蓄熱する蓄熱装置において、
相変化材（１）を充填しているケーシング（２）に、無機質又は金属製で、密度が１０００ｋｇ／ｍ３以下である多孔粒（５）を充填し、多孔粒（５）を互いに接触させて多孔粒（５）の熱伝導で相変化材（１）を凝固、溶解させてるようにしてなる蓄熱装置。
【請求項６】
多孔粒（５）が無機質材を焼成して発泡させてなる無機質焼結発泡体である請求項５に記載される蓄熱装置。
【請求項７】
多孔粒（５）の平均粒径が３〜３０ｍｍである請求項６に記載される蓄熱装置。
【請求項８】
多孔粒（５）が発泡金属である請求項５に記載される蓄熱装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、相変化材を凝固、溶解してその潜熱を利用して蓄熱する装置に関する。本明細書において「蓄熱」は、とくに広義に解釈するものであって、熱エネルギーを蓄える状態のみでなく、熱エネルギーを吸収できる状態をも含むものとする。たとえば、相変化材を冷却して凝固し、これを融解して熱エネルギーを吸収できる状態も蓄熱とする。すなわち、熱エネルギーを蓄える状態と、熱エネルギーを吸収できる状態の両方を「蓄熱」と定義する。
【０００２】
【従来の技術】
水は０℃で溶解される相変化材である。０℃以上の温度で凝固、溶解する相変化材としてパラフィン系の相変化材が開発されている。相変化材を凝固、溶解させて潜熱を利用して蓄熱する装置は、コンパクトで蓄熱量を大きくできる特長がある。相変化材は、たとえば深夜電力で蓄熱して冷房や暖房に使用できる。冷房は、相変化材を深夜電力で凝固させる。相変化材が溶解するときに溶解熱で室内を冷房する。冷房には、溶融温度の低いものを使用する。暖房には、溶融温度の高いものを使用する。この相変化材を深夜電力で溶解する。昼間に凝固させて室内を暖房する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
相変化材の融解熱は比熱よりも大きく、これを凝固、溶解して蓄熱する装置は、蓄熱量を大きくできる。しかしながら、相変化材は、速やかに全体を凝固させるのが難しい欠点がある。それは、凝固状態における熱伝導が悪いからである。たとえば、相変化材に熱交換パイプを挿入し、この熱交換パイプに低温液体を流して相変化材を冷却して凝固させる場合、熱交換パイプの周囲は凝固するが、凝固部分が速やかに拡大されない。それは、凝固した相変化材の熱伝導が悪いからである。
【０００４】
相変化材にガラスビーズやアルミナビーズを互いに接触するように充填して、実質的な熱伝導を向上できる。互いに接触するガラスビーズやアルミナビーズが、熱を伝導させるからである。ただ、相変化材にこれ等のガラスビーズやアルミナビーズを充填すると、相変化材の充填量が少なくなり、容積に対する蓄熱量が少なくなる欠点がある。また、蓄熱量が減少するにもかかわらず、ガラスビーズやアルミナビーズを充填するので、部品コストが極めて高くなる欠点もある。
【０００５】
本発明は、さらにこの欠点を解決することを目的に開発されたものである。本発明の重要な目的は、蓄熱量が減少するのをできる限り少なくしながら、実質的な熱伝導をさらに向上し、さらに部品コストを低減して設備コストを安価にできる蓄熱装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の蓄熱装置は、相変化材１を凝固、溶解させてその潜熱を利用して蓄熱する。蓄熱装置は、相変化材１を充填しているケーシング２に複数の金属パイプ４を入れ、金属パイプ４を互いに接触させて金属パイプ４の熱伝導で相変化材１を凝固、溶解させている。
【０００７】
金属パイプ４は、アルミニウムパイプとすることができる。金属パイプ４は、互いに平行に並べて、接触する状態で配設することができる。このように配設される金属パイプ４は、互いに線状に接触するので、熱伝導を良くすることができる。さらに、蓄熱装置は、所定の長さに切断した多数の金属パイプ４を方向性なく充填することができる。この蓄熱装置は、金属パイプ４を整列する必要がないので、簡単に組み立てできる特長がある。
【０００８】
さらに、本発明の請求項５の蓄熱装置は、相変化材１を充填しているケーシング２に、無機質又は金属製で、密度が１０００ｋｇ／ｍ３以下である多孔粒５を充填し、多孔粒５を互いに接触させて多孔粒５の熱伝導で相変化材１を凝固、溶解させてその潜熱を利用して蓄熱する。
【０００９】
多孔粒５は、無機質材を焼成して発泡させてなる無機質焼結発泡体とすることができる。多孔粒５の平均粒径は、３〜３０ｍｍとすることができる。多孔粒５は、発泡金属とすることもできる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するための蓄熱装置を例示するものであって、本発明は蓄熱装置を下記のものに特定しない。
【００１１】
さらに、この明細書は、特許請求の範囲を理解し易いように、実施例に示される部材に対応する番号を、「特許請求の範囲の欄」、および「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。
【００１２】
図１ないし図３に示す蓄熱装置は、相変化材１を充填する密閉構造のケーシング２と、このケーシング２内に充填している相変化材１と、ケーシング２内に水密に配設されて相変化材１に熱を伝導させる熱交換パイプ３と、相変化材１に充填している金属パイプ４とを備える。
【００１３】
ケーシング２は、密閉構造として相変化材１を漏れないように充填できる。ただ、ケーシング２は上方を開口することもできる。ケーシング２は断熱している。断熱はケーシング２の外側あるいは内側に断熱材（図示せず）を張設して、熱伝導を少なくしている。図のケーシング２は、両端を相変化材１が漏れないように閉塞している円筒パイプである。このケーシング２は、中心に同軸に熱交換パイプ３を配設して、効率よく相変化材１を凝固しあるいは溶解できる。ケーシング２は、多角筒状とすることもできる。筒状のケーシング２は、多数を平行にならべて互いに並列または直列に連結して、全体の蓄熱容量を調整できる。ただし、本発明の蓄熱装置は、ケーシングの形状を筒状には特定しない。ケーシングは、所定量の相変化材を充填できる全ての形状とすることができる。ケーシング２は、金属製、あるいはプラスチック製である。
【００１４】
相変化材１は、凝固、溶解する潜熱でエネルギーを蓄熱する。相変化材１は、凝固、溶解する温度、すなわち溶融温度を用途に最適な最適温度となるものが選択される。たとえば、冷房用の蓄熱装置は、溶融温度を０〜１２℃とする相変化材が使用される。この溶融温度の相変化材として、水とパラフィン系のものがある。暖房用の蓄熱装置には、溶融温度を３５〜１２０℃とする相変化材が使用される。パラフィン系の相変化材は、結合しているカーボン数で溶融温度を調整できる。カーボン数が多くなって分子量が多くなると溶融温度が高くなる。相変化材１は、溶融温度よりも高い温度で熱溶解される。さらに、溶融温度よりも低い温度で凝固される。相変化材１は、凝固状態から溶解されて周囲から熱を吸収する。すなわち、この状態で周囲を冷却する。溶解された状態が凝固すると熱を放出する。この状態で周囲を加熱するので暖房する。相変化材１は、凝固と溶解を繰り返して、潜熱に相当する熱エネルギーを吸収あるいは放出する。
【００１５】
熱交換パイプ３は、金属製のパイプである。金属製のパイプは熱伝導がよく、熱交換パイプ３の内部に通過させる液体と相変化材１との熱伝導を良くできる。熱交換パイプ３は、ケーシング２を水密に貫通している。図の蓄熱装置は、ケーシング２にひとつの熱交換パイプ３を貫通させている。この熱交換パイプ３は、内部に冷却液又は加熱液を通過させて、相変化材１を凝固又は溶解して蓄熱する。蓄熱された相変化材１から熱エネルギーを放出し、あるいは熱エネルギーを吸収するときには、熱交換パイプ３に水等の液体を流して加熱し、あるいは冷却する。
【００１６】
図の蓄熱装置は、ひとつの熱交換パイプ３をケーシング２に配設しているが、ケーシング内には複数の熱交換パイプを配設することもできる。複数の熱交換パイプを配設する蓄熱装置は、ひとつの熱交換パイプで相変化材を凝固又は溶解して熱エネルギーを蓄熱し、別の熱交換パイプに流す水等の液体を相変化材で加熱または冷却することもできる。すなわち、相変化材に熱エネルギーを蓄熱する熱交換パイプと、蓄熱された熱エネルギーを取り出すための熱交換パイプとを別々にすることができる。
【００１７】
さらに、相変化材１を熱で溶解して熱エネルギーを蓄える蓄熱装置は、図４に示すように、ケーシング２の内部にヒータ６を配設し、このヒータ６で相変化材１を加熱して熱溶融して熱エネルギーを蓄えることができる。この蓄熱装置は、ケーシング２に相変化材１を加熱するためのヒータ６と、加熱して蓄熱された相変化材１から熱エネルギーを取り出すための熱交換パイプ３とを配設する。ケーシング２にヒータ６と熱交換パイプ３を配設している蓄熱装置は、熱交換パイプ３をケーシング２の中心部分に配設する。この蓄熱装置は、熱エネルギーを取り出すときに、熱交換パイプ３の周囲から相変化材１が凝固される。ケーシング２の中心に配設されている熱エネルギーは、周囲から凝固する相変化材１をケーシング２の内部で均一に凝固できる。ヒータ６は相変化材１を溶融させるので、中心になくても溶融した相変化材１が流動して、相変化材１の全体を均一に溶融できる。ただ、ヒータ６をケーシング２のできるかぎり中心部分に配設して、より均一に相変化材１を溶融するようにするのが良い。
【００１８】
相変化材１を充填しているケーシング２には複数の金属パイプ４を入れて、金属パイプ４を互いに接触させて金属パイプ４の熱伝導で相変化材１を凝固、溶解させる。金属パイプ４は、アルミニウムパイプである。アルミニウムパイプは、熱伝導がよくて軽くできる。ただ、金属パイプは、銅パイプ、ステンレスパイプ、鉄パイプ、シンチュウパイプ等とすることもできる。図２と図３の蓄熱装置は、金属パイプ４を互いに平行に並べて接触する状態でケーシング２に入れている。この状態でケーシング２に入れられた金属パイプ４は、互いに線状に接触して熱伝導を良くすることができる。この状態で充填される金属パイプ４は、多数の貫通孔７を設けている。この金属パイプ４は、液状に溶融された相変化材１を貫通孔７に通過させて内外に流動できる。このため、溶融状態の相変化材１を移動させてより速やかに溶融できる。
【００１９】
蓄熱装置は、図４の断面図に示すように、所定の長さに切断された多数の金属パイプ４を方向性なくケーシング２に充填することもできる。この蓄熱装置は、金属パイプ４を整列する必要がないので、簡単に組み立てできる特長がある。
【００２０】
さらに、蓄熱装置は、金属パイプに代わって、あるいは金属パイプと共に、多孔粒を充填することができる。この蓄熱装置を図５に示す。この蓄熱装置は、ケーシング２に多孔粒５を相変化材１と共に充填している。多孔粒５は、無機質又は金属製で、密度を１０００ｋｇ／ｍ３以下とする多孔質な粒体である。多孔粒５の密度を１０００ｋｇ／ｍ３以下とするのは、密度が大きい無機粒体は空隙が少なく、ここに相変化材１を侵入できないからである。多孔粒５は、無機質材を焼成するときに連結気泡ができるように発泡させてなる無機質焼結発泡体が使用できる。さらに、多孔粒５は、平均粒径が３〜３０ｍｍとするものが適している。多孔粒５は球形とし、あるいは発泡焼成したものを種々の形状に破砕したものが使用できる。無機質の多孔粒５として、たとえばクリオン株式会社のエスカリウ（登録商標）が使用できる。この多孔粒５は、けい酸カルシウムの結晶を主体とし、かさ比重を０．５〜０．７とする軽くて多数の空隙を有する粒体である。さらに、多孔粒５には、発泡金属を粒状にしたものも使用できる。発泡金属も連続気泡を有するものが使用できる。
【００２１】
蓄熱装置は、図６に示すように、チリングユニット８に連結して相変化材１を凝固、溶解し、さらに、冷凍・空調用の熱交換器９に連結して、相変化材１で冷凍・空調する。チリングユニット８は、深夜電力を利用して、相変化材１を凝固または溶解して蓄熱させる。冷凍や冷房のときは、深夜電力で運転されるチリングユニット８で冷却した液体を熱交換パイプ３に流して相変化材１を凝固させる。その後、昼間には、凝固した相変化材１が、熱交換パイプ３に循環される液体を冷却し、冷却された液体が熱交換器９に循環されて冷凍、あるいは冷却する。暖房のときは、深夜電力で運転されるチリングユニット８で加熱した温水を熱交換パイプ３に流して相変化材１を溶融し、あるいはヒータ６で加熱して相変化材１を溶融させる。その後、昼間には、溶融した相変化材１が、熱交換パイプ３に循環される液体を加温し、加温された液体が熱交換器９に循環されて暖房する。
【００２２】
【発明の効果】
本発明の蓄熱装置は、蓄熱量が減少するのをできる限り少なくしながら、実質的な熱伝導を向上できる特長がある。それは、本発明の蓄熱装置が、相変化材を充填しているケーシングに複数の金属パイプ、あるいは無機質又は金属製の多孔粒を充填しており、金属パイプや多孔粒を互いに接触させてこれらの熱伝導で相変化材を凝固、溶解させているからである。このように、ケーシングに充填した複数の金属パイプや多孔粒を介して相変化材に熱を伝導する構造は、ケーシング内に充填された相変化材を極めて効率よく凝固、溶解できる。とくに、ケーシング内に充填される複数の金属パイプや多孔粒は、内部の空隙に液状に溶融された相変化材を侵入させることができる。このため、相変化材の充填量を少なくすることなく、容積に対する蓄熱量の減少を極減でき、実質的な熱伝導を向上できる。
【００２３】
さらに、本発明の蓄熱装置は、ガラスビーズやアルミナビーズに比べて極めて安価な金属パイプや多孔粒をケーシングに充填するので、部品コストを低減して設備コストを安価にできる特長もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例にかかる蓄熱装置の斜視図
【図２】図１に示す蓄熱装置の横断面図
【図３】図１に示す蓄熱装置の縦断面図
【図４】本発明の他の実施例にかかる蓄熱装置の縦断面図
【図５】本発明の他の実施例にかかる蓄熱装置の縦断面図
【図６】本発明の蓄熱装置を備える空調装置の一例を示す概略構成図
【符号の説明】
１…相変化材
２…ケーシング
３…熱交換パイプ
４…金属パイプ
５…多孔粒
６…ヒータ
７…貫通孔
８…チリングユニット
９…熱交換器
【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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