(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸線が水平方向に延在するよう配置された潜熱蓄熱槽本体を備え、
該潜熱蓄熱槽本体は、比重差により下部に潜熱蓄熱材が溜まり、該潜熱蓄熱材の上面に熱媒が溜まるように、潜熱蓄熱槽本体内の下部には、熱媒を潜熱蓄熱材内に供給するための熱媒供給配管が、潜熱蓄熱材内に位置するよう配置され、前記蓄熱槽本体内の上部には、蓄熱時においても放熱時においても熱媒内に位置するよう、上端に多数の孔を配設する熱媒回収配管が配置されて、熱媒が潜熱蓄熱材を通って上昇する際に、熱媒と潜熱蓄熱材との直接接触により熱の授受が行なわれ、且つ熱の授受が連続してできるように、前記潜熱蓄熱材の上面に溜まる熱媒の一部を前記熱媒回収配管から外部へ導き、外部で熱交換した後、前記熱媒供給配管から熱媒が戻るよう構成されており、
更に、潜熱蓄熱材の蓄熱完了時においても、熱媒上面と潜熱蓄熱槽本体の内周天端との間に空気層が形成されるよう構成した横置き型の潜熱蓄熱装置であって、
潜熱蓄熱材の上面である境界面までの高さ、熱媒回収配管までの高さ、及び熱媒上面までの高さの位置関係は、それぞれ、
潜熱蓄熱材の単位長さ当たりの蓄熱量と、潜熱蓄熱材に蓄熱を完了した際の潜熱蓄熱材の密度と、潜熱蓄熱材の単位重量当たりの潜熱とから導出した、潜熱蓄熱槽本体軸線方向に対する蓄熱完了時の潜熱蓄熱材の単位長さ当たりの容積Ｓｐｃｍ（ｌ）を基に、潜熱蓄熱槽本体の中心Ｏから蓄熱完了時の潜熱蓄熱材の上面である境界面までの高さｈ'ｐｃｍ（ｌ）を（ＩＩ）式により算出して決定され、潜熱蓄熱槽本体の中心Ｏから蓄熱完了時の潜熱蓄熱材の上面である境界面までの高さｈ'ｐｃｍ（ｌ）を基に、潜熱蓄熱槽本体における中心Ｏから熱蓄熱槽本体の内部上方にある熱媒回収配管までの高さｈ'ｐｉｐｅを（ＩＩＩ）式により算出して決定され、且つ、潜熱蓄熱槽本体の中心Ｏから熱媒回収配管までの高さｈ'ｐｉｐｅを基に、潜熱蓄熱槽本体の中心Ｏから、放熱完了時の熱媒上面までの高さｈ'ｏｉｌ（ｓ）を（ＩＶ）式により算出して決定され、
潜熱蓄熱槽本体の中心Ｏから、放熱完了時の熱媒上面までの高さｈ'ｏｉｌ（ｓ）、及び、潜熱蓄熱材の単位長さ当たりの蓄熱量と、潜熱蓄熱材から放熱を完了した際の潜熱蓄熱材の密度と、潜熱蓄熱材の単位重量当たりの潜熱とから導出した、潜熱蓄熱槽本体軸線方向に対する放熱完了時の潜熱蓄熱材の単位長さ当たりの容積Ｓｐｃｍ（ｓ）を基に、熱媒の放熱完了時の潜熱蓄熱槽本体軸線方向に対する単位長さ当たりの容積Ｓ'ｏｉｌ（ｓ）を（ＶＩ）式により算出して決定され、
潜熱蓄熱材の単位長さ当たりの蓄熱量と、潜熱蓄熱材に蓄熱を完了した際の潜熱蓄熱材の密度と、潜熱蓄熱材の単位重量当たりの潜熱とから導出した、潜熱蓄熱槽本体軸線方向に対する蓄熱完了時の潜熱蓄熱材の単位長さ当たりの容積Ｓｐｃｍ（ｌ）、及び、前記熱媒の放熱完了時の潜熱蓄熱槽本体軸線方向に対する単位長さ当たりの容積Ｓ'ｏｉｌ（ｓ）、並びに放熱完了時の熱媒の密度と放熱完了時の熱媒の単位長さ当たりの容積とから熱媒の単位長さ当たりの重量を導出し、その熱媒の単位長さ当たりの重量を蓄熱完了時の熱媒の密度により除して導出した、蓄熱完了時の熱媒の潜熱蓄熱槽本体軸線方向に対する単位長さ当たりの容積Ｓ'ｏｉｌ（ｌ）を基に、潜熱蓄熱槽本体中心Ｏから蓄熱完了時の熱媒上面までの高さｈ'ｏｉｌ（ｌ）を（ＩＸ）式により算出して決定され、
潜熱蓄熱槽本体中心Ｏから蓄熱完了時の熱媒上面までの高さｈ'ｏｉｌ（ｌ）を基に、蓄熱完了時の熱媒上面と潜熱蓄熱槽本体内周天端との間の空気層の厚さｘ'３を（Ｘ）式により算出して決定されるように構成し、
その位置関係を保ちながら、熱を伝達するだけで蓄熱に寄与しない熱媒の前記潜熱蓄熱槽本体内の量を、潜熱蓄熱材の量は減少させずに少なくするために、
前記潜熱蓄熱槽内周の周長を不変として前記潜熱蓄熱槽の断面形状を正円から楕円に形状を変えて、
熱媒の放熱完了時の潜熱蓄熱槽本体軸線方向に対する単位長さ当たりの容積Ｓ'ｏｉｌ（ｓ）にその温度での比重を乗じた油重量の、正円断面形状の場合との油重量比Ｍ'ｏｉｌ／Ｍｏｉｌが１より小さく、
且つ空気層厚さ比ｘ'３／ｘ３≧１（ここで、ｘ３は蓄熱完了後の熱媒上面と、円筒形状の潜熱蓄熱槽本体の内周天端との間の空気層の厚さ、ｘ'３は蓄熱完了後の熱媒上面と、周長が前記円筒形状の潜熱蓄熱槽本体縦断面正円周長と等しい縦断面楕円形状の潜熱蓄熱槽本体の内周天端との間の空気層の厚さ）とするように、
前記潜熱蓄熱槽本体の縦断面形状は、縦軸が長軸で、水平軸が短軸の楕円形状となるよう構成されていることを特徴とする潜熱蓄熱装置。
ここで、式は以下の通りである。
0005190240.tif 000027
各式中、ａは潜熱蓄熱槽本体の短軸側（水平方向）の半径（短軸半径）、ｂは潜熱蓄熱槽本体の長軸側（縦方向）の半径（長軸半径）、πは円周率、ｘ１は、蓄熱完了時の潜熱蓄熱材上面から熱媒回収配管径方向中心までの高さであり、熱媒回収配管の下端が潜熱蓄熱材上面よりも高くなるよう、実際の設計においては適宜決定される数値、ｘ２は熱媒回収配管径方向中心から放熱完了時の熱媒上面までの高さであり、熱媒回収配管の上端が熱媒上面よりも低くなるよう、実際の設計においては適宜決定される数値である。
【請求項２】
前記空気層厚さ比ｘ'３／ｘ３＞１となる場合に、
この空気層厚さ比ｘ'３／ｘ３が１になるまで、潜熱蓄熱材を増やして前記潜熱蓄熱槽に充填する請求項１に記載の潜熱蓄熱装置。
【請求項３】
請求項１に記載の潜熱蓄熱装置の設計方法であって、第一のステップから第八のステップよりなり、
第一のステップは、
潜熱蓄熱材の単位長さ当たりの蓄熱量と、潜熱蓄熱材に蓄熱を完了した際の潜熱蓄熱材の密度と、潜熱蓄熱材の単位重量当たりの潜熱とから導出した、潜熱蓄熱槽本体軸線方向に対する蓄熱完了時の潜熱蓄熱材の単位長さ当たりの容積Ｓｐｃｍ（ｌ）を基に、潜熱蓄熱槽本体の中心Ｏから蓄熱完了時の潜熱蓄熱材の上面である境界面までの高さｈ'ｐｃｍ（ｌ）を（ＩＩ）式により算出するステップであり、
第二のステップは、
第一のステップで算出した、潜熱蓄熱槽本体の中心Ｏから蓄熱完了時の潜熱蓄熱材の上面である境界面までの高さｈ'ｐｃｍ（ｌ）を基に、潜熱蓄熱槽本体における中心Ｏから熱蓄熱槽本体の内部上方にある熱媒回収配管までの高さｈ'ｐｉｐｅを（ＩＩＩ）式により算出するステップであり、
第三のステップは、
第二のステップで求めた、潜熱蓄熱槽本体の中心Ｏから熱媒回収配管までの高さｈ'ｐｉｐｅを基に、潜熱蓄熱槽本体の中心Ｏから、放熱完了時の熱媒上面までの高さｈ'ｏｉｌ（ｓ）を（ＩＶ）式により算出するステップであり、
第四のステップは、
第三のステップで求めた、潜熱蓄熱槽本体の中心Ｏから、放熱完了時の熱媒上面までの高さｈ'ｏｉｌ（ｓ）、及び、潜熱蓄熱材の単位長さ当たりの蓄熱量と、潜熱蓄熱材から放熱を完了した際の潜熱蓄熱材の密度と、潜熱蓄熱材の単位重量当たりの潜熱とから導出した、潜熱蓄熱槽本体軸線方向に対する放熱完了時の潜熱蓄熱材の単位長さ当たりの容積Ｓｐｃｍ（ｓ）を基に、熱媒の放熱完了時の潜熱蓄熱槽本体軸線方向に対する単位長さ当たりの容積Ｓ'ｏｉｌ（ｓ）を（ＶＩ）式により算出するステップであり、
第五のステップは、
潜熱蓄熱材の単位長さ当たりの蓄熱量と、潜熱蓄熱材に蓄熱を完了した際の潜熱蓄熱材の密度と、潜熱蓄熱材の単位重量当たりの潜熱とから導出した、潜熱蓄熱槽本体軸線方向に対する蓄熱完了時の潜熱蓄熱材の単位長さ当たりの容積Ｓｐｃｍ（ｌ）、及び、第四のステップで求めた、熱媒の放熱完了時の潜熱蓄熱槽本体軸線方向に対する単位長さ当たりの容積Ｓ'ｏｉｌ（ｓ）、並びに放熱完了時の熱媒の密度と放熱完了時の熱媒の単位長さ当たりの容積とから熱媒の単位長さ当たりの重量を導出し、その熱媒の単位長さ当たりの重量を蓄熱完了時の熱媒の密度により除して導出した、蓄熱完了時の熱媒の潜熱蓄熱槽本体軸線方向に対する単位長さ当たりの容積Ｓ'ｏｉｌ（ｌ）を基に、潜熱蓄熱槽本体中心Ｏから蓄熱完了時の熱媒上面までの高さｈ'ｏｉｌ（ｌ）を（ＩＸ）式により算出するステップであり、
第六のステップは、
第五のステップで求めた、潜熱蓄熱槽本体中心Ｏから蓄熱完了時の熱媒上面までの高さｈ'ｏｉｌ（ｌ）を基に、蓄熱完了時の熱媒上面と潜熱蓄熱槽本体内周天端との間の空気層の厚さｘ'３を（Ｘ）式により算出するステップであり、
第七のステップは、
潜熱蓄熱槽本体の水平方向の半径と垂直方向の半径が等しいｒであり、且つ、水平方向の半径がａで垂直方向の半径がｂの楕円と周長が等しい正円について、（ＩＩ）式、（ＶＩ）式、（ＩＸ）式のａ、ｂはｒとして第一のステップから第六のステップに従って計算を行い、断面円形状の潜熱蓄熱槽本体において、潜熱蓄熱材に対する蓄熱完了後の、熱媒上面と潜熱蓄熱槽本体内周天端との間の空気層の厚さｘ３を算出するステップであり、
第八のステップは、
熱媒の放熱完了時の潜熱蓄熱槽本体軸線方向に対する単位長さ当たりの容積Ｓ'ｏｉｌ（ｓ）にその温度での比重を乗じた油重量の、正円断面形状の場合との油重量比Ｍ'ｏｉｌ／Ｍｏｉｌが１より小さく、且つ、周長が前記断面円形状の蓄熱槽本体と等しい、断面形状が楕円形状の蓄熱槽本体において、熱蓄熱材に対する蓄熱完了後の、熱媒上面と潜熱蓄熱槽本体内周天端との間の空気層の厚さをｘ'３とした場合、ｘ'３／ｘ３＞１となるように楕円率を算出するステップである
ことを特徴とする潜熱蓄熱槽の設計方法。
ここで、式は以下の通りである。
0005190240.tif 000028
各式中、ａは潜熱蓄熱槽本体の短軸側（水平方向）の半径（短軸半径）、ｂは潜熱蓄熱槽本体の長軸側（縦方向）の半径（長軸半径）、πは円周率、ｘ１は、蓄熱完了時の潜熱蓄熱材上面から熱媒回収配管径方向中心までの高さであり、熱媒回収配管の下端が潜熱蓄熱材上面よりも高くなるよう、実際の設計においては適宜決定される数値、ｘ２は熱媒回収配管径方向中心から放熱完了時の熱媒上面までの高さであり、熱媒回収配管の上端が熱媒上面よりも低くなるよう、実際の設計においては適宜決定される数値である。
【請求項４】
前記空気層厚さ比ｘ'３／ｘ３＞１となる場合に、
この空気層厚さ比ｘ'３／ｘ３が１になるまで、潜熱蓄熱材を増やして前記潜熱蓄熱槽に充填する量を求める請求項３に記載の潜熱蓄熱装置の設計方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２００℃以下の低温廃熱を潜熱蓄熱材（ＰＣＭ：Ｐｈａｓｅ  Ｃｈａｎｇｅ  Ｍａｔｅｒｉａｌ）に蓄え、熱を必要としている施設へトラック等の車両でオフライン輸送し、再利用するようにした潜熱蓄熱装置及び該潜熱蓄熱装置の設計方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、未利用エネルギを活用した「エネルギの有効利用」として、例えば、発電プラントや化学プラント等の工場、下水汚泥焼却プラント、ごみ焼却炉プラント等の熱源から発生する２００℃以下の低温廃熱を潜熱蓄熱材（ＰＣＭ）に蓄え、熱を必要している病院やオフィス、公共施設等へ車両でオフライン輸送し、利用するようにした潜熱蓄熱装置が提案されており、本願出願人も平成１８年１月６日付けで、潜熱蓄熱装置及びその運転方法について出願を行なった（特願２００６−１５３２号）。而して、この潜熱蓄熱装置の概要は図４、図５に示されている。
【０００３】
すなわち、潜熱蓄熱装置１は横置き型で、潜熱蓄熱槽２を備えている。潜熱蓄熱槽２は、断面円筒形（正円）で長手方向両端を側板により閉塞された潜熱蓄熱槽本体３を備えており、潜熱蓄熱槽本体３内には、下部左右に位置して潜熱蓄熱槽本体３の軸線方向へ平行に延在する２本の熱媒供給配管４が収納されていると共に、上部左右に位置して熱媒供給配管４と平行に延在する２本の熱媒回収配管５が収納されている。２本の熱媒供給配管４は略同じ高さに位置しており、２本の熱媒回収配管５も略同じ高さに位置している。
【０００４】
熱媒供給配管４の一端部は盲板により閉塞されていると共に、熱媒供給配管４の下端には長手方向へ一定間隔で、複数の孔４ａが穿設されており、熱媒供給配管４の他端に接続された配管６は、潜熱蓄熱槽本体３の一側の側板を貫通して潜熱蓄熱槽本体３の外部に延在し、他端にはカップリング継手７が接続されている。
【０００５】
熱媒回収配管５の一端部は盲板により閉塞されていると共に、熱媒回収配管５の天端には長手方向へ一定間隔で、複数の孔５ａが穿設されており、熱媒回収配管５の他端にフレキシブル管８を介して接続した配管９には、カップリング継手１０が接続されている。
【０００６】
潜熱蓄熱槽本体３内には、境界面１１が潜熱蓄熱槽本体３の略中心近傍位置で且つ常時熱媒供給配管４の上方となるよう、潜熱蓄熱材１２が収納されていると共に、上面１３が熱媒回収配管５の上端よりも常時上方となるよう、潜熱蓄熱槽本体３内の潜熱蓄熱材１２の上部には熱媒１４が収納されている。
【０００７】
又、熱媒１４の上面１３と潜熱蓄熱槽本体３内周の天端との間には、潜熱蓄熱材１２と熱媒１４との間で、蓄熱、放熱が行なわれて潜熱蓄熱材１２、熱媒１４の温度が変化し、その結果、潜熱蓄熱材１２と熱媒１４の比重が変化して、潜熱蓄熱材１２の境界面１１や熱媒１４の上面１３が昇降し、高さが変化しても、熱媒１４上面と潜熱蓄熱槽本体３内周の天端との間には、常時空気層１５が確保されるようになっている。
【０００８】
潜熱蓄熱材１２としては、例えば、酢酸ナトリウム３水化物（融点５８℃）があり、熱媒としては、例えば、工業用白油がある。
【０００９】
又、図４中、１６は例えば、ごみ焼却プラント、下水汚泥焼却プラント、発電プラント、化学プラント、製鉄所等の熱源プラント、又は、病院、オフィス、公共施設等の熱利用側である。而して、熱源プラント又は熱利用側１６は、熱交換器１７、熱交換器１７に接続される熱媒ポンプ１８、熱媒ポンプ１８に接続される配管１９、配管１９に接続されて熱源プラント又は熱利用側１６を潜熱蓄熱装置１と接続する際に、潜熱蓄熱槽本体３側のカップリング継手１０と連結する配管２０を備えている。又、熱源プラント又は熱利用側１６は、熱交換器１７に接続される配管２１、配管２１に接続されて、熱源プラント又は熱利用側１６を潜熱蓄熱装置１と接続する際に、潜熱蓄熱槽本体３側のカップリング継手７と連結する配管２２を備えている。
【００１０】
例えば、１６が熱源プラントであって、潜熱蓄熱材１２に潜熱を蓄熱する場合は、熱媒ポンプ１８を駆動して、熱媒１４を、潜熱蓄熱槽本体３と熱交換器１７との間に循環させ、熱源プラント１６から発生する低温廃熱（蒸気、温水、高温空気、排ガス等の廃熱）を、熱交換器１７を介して熱媒１４に伝える。
【００１１】
すなわち、潜熱蓄熱槽本体３内から複数の孔５ａを通して熱媒回収配管５内へ回収された熱媒１４は、熱媒回収配管５、配管９、２０、１９等を通って熱媒ポンプ１８を介し熱交換器１７に供給され、熱交換器１７おいて熱エネルギを取得し、熱エネルギを得た熱媒１４は、配管２１、２２等を通って、熱媒供給配管４の下端の複数の孔４ａから固体状の潜熱蓄熱材１２内に供給される。
【００１２】
このため、熱媒１４は潜熱蓄熱材１２との比重差により潜熱蓄熱材１２内を上昇し、潜熱蓄熱材１２を上昇する間に、熱媒１４は潜熱蓄熱材１２との直接接触により熱交換して潜熱蓄熱材１２に熱を付与する。固体状の潜熱蓄熱材１２は熱を与えられると徐々に液状化し、この相変化により潜熱蓄熱材１２には潜熱が蓄熱される。
【００１３】
比重差により上昇して潜熱蓄熱材１２から潜熱蓄熱槽本体３上部へ分離された熱媒１４は、複数の孔５ａから熱媒回収配管５内へ回収されて再び熱交換器１７へ供給され、前述した手順で循環する。而して、潜熱蓄熱材１２全てが液状化した時点で潜熱蓄熱材１２に対する蓄熱は完了する。
【００１４】
１６が熱利用側の場合には熱媒ポンプ１８を駆動して、熱媒１４を、潜熱蓄熱槽本体３と熱交換器１７との間に循環させ、潜熱蓄熱材１２に蓄えられていた潜熱により熱媒１４を直接接触により加熱する。このため、熱を与えられた熱媒１４は、熱交換器１７に供給されてその熱は熱利用側１６の熱媒体（水、空気、ガス等）に伝えられ、空調（暖房・冷房）・給湯用熱源として利用される。このときの熱媒１４の潜熱蓄熱槽本体３と熱交換器１７との間の流れは１６が熱源プラントの場合と同様であるが、熱媒１４は潜熱蓄熱材１２から熱を受ける点で、熱源プラントの場合と異なる。潜熱蓄熱材１２は、熱媒１４に潜熱を放出して温度降下すると共に固体化し、放熱を完了する。
【００１５】
一方、未利用エネルギを活用した「エネルギの有効利用」として、例えば、発電プラントや化学プラント等の工場、下水汚泥焼却プラント、ごみ焼却プラント等の熱源から発生する低温廃熱（２００℃）を、潜熱蓄熱材（ＰＣＭ）に蓄え、熱を必要としている病院やオフィス、公共施設等へ車両でオフライン輸送し、利用することができる潜熱蓄熱装置が提案されている（特許文献１）。
【特許文献１】ＷＯ０３／０１９０９９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
図４に示す潜熱蓄熱装置１の場合は、横置き型で、潜熱蓄熱槽本体３の断面形状は円筒形であるため、以下に述べるように、楕円形状のものに比べて熱媒１４の絶対量が多くなり非経済的であるうえ、潜熱蓄熱材１２に対する蓄熱量も多くできない。なお、特許文献１は潜熱蓄熱装置であるという点では、図４に示すものと共通するが、熱媒の量や蓄熱量については特に考慮を払ったものではない。
【００１７】
本発明は、斯かる実情に鑑み、潜熱蓄熱槽本体の断面形状が円筒形（正円）の場合よりも熱媒の量が少なくてすみ、経済的で、しかも、蓄熱量も増大させ得るようにした潜熱蓄熱装置及び該潜熱蓄熱装置の設計方法を提供することを目的としてなしたものである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明の請求項１の潜熱蓄熱装置は、軸線が水平方向に延在するよう配置された潜熱蓄熱槽本体を備え、
該潜熱蓄熱槽本体は、比重差により下部に潜熱蓄熱材が溜まり、該潜熱蓄熱材の上面に熱媒が溜まるように、潜熱蓄熱槽本体内の下部には、熱媒を潜熱蓄熱材内に供給するための熱媒供給配管が、潜熱蓄熱材内に位置するよう配置され、前記蓄熱槽本体内の上部には、蓄熱時においても放熱時においても熱媒内に位置するよう、上端に多数の孔を配設する熱媒回収配管が配置されて、熱媒が潜熱蓄熱材を通って上昇する際に、熱媒と潜熱蓄熱材との直接接触により熱の授受が行なわれ、且つ熱の授受が連続してできるように、前記潜熱蓄熱材の上面に溜まる熱媒の一部を前記熱媒回収配管から外部へ導き、外部で熱交換した後、前記熱媒供給配管から熱媒が戻るよう構成されており、
更に、潜熱蓄熱材の蓄熱完了時においても、熱媒上面と潜熱蓄熱槽本体の内周天端との間に空気層が形成されるよう構成した横置き型の潜熱蓄熱装置であって、
潜熱蓄熱材の上面である境界面までの高さ、熱媒回収配管までの高さ、及び熱媒上面までの高さの位置関係は、それぞれ、
潜熱蓄熱材の単位長さ当たりの蓄熱量と、潜熱蓄熱材に蓄熱を完了した際の潜熱蓄熱材の密度と、潜熱蓄熱材の単位重量当たりの潜熱とから導出した、潜熱蓄熱槽本体軸線方向に対する蓄熱完了時の潜熱蓄熱材の単位長さ当たりの容積Ｓｐｃｍ（ｌ）を基に、潜熱蓄熱槽本体の中心Ｏから蓄熱完了時の潜熱蓄熱材の上面である境界面までの高さｈ'ｐｃｍ（ｌ）を（ＩＩ）式により算出して決定され、潜熱蓄熱槽本体の中心Ｏから蓄熱完了時の潜熱蓄熱材の上面である境界面までの高さｈ'ｐｃｍ（ｌ）を基に、潜熱蓄熱槽本体における中心Ｏから熱蓄熱槽本体の内部上方にある熱媒回収配管までの高さｈ'ｐｉｐｅを（ＩＩＩ）式により算出して決定され、且つ、潜熱蓄熱槽本体の中心Ｏから熱媒回収配管までの高さｈ'ｐｉｐｅを基に、潜熱蓄熱槽本体の中心Ｏから、放熱完了時の熱媒上面までの高さｈ'ｏｉｌ（ｓ）を（ＩＶ）式により算出して決定され、
潜熱蓄熱槽本体の中心Ｏから、放熱完了時の熱媒上面までの高さｈ'ｏｉｌ（ｓ）、及び、潜熱蓄熱材の単位長さ当たりの蓄熱量と、潜熱蓄熱材から放熱を完了した際の潜熱蓄熱材の密度と、潜熱蓄熱材の単位重量当たりの潜熱とから導出した、潜熱蓄熱槽本体軸線方向に対する放熱完了時の潜熱蓄熱材の単位長さ当たりの容積Ｓｐｃｍ（ｓ）を基に、熱媒の放熱完了時の潜熱蓄熱槽本体軸線方向に対する単位長さ当たりの容積Ｓ'ｏｉｌ（ｓ）を（ＶＩ）式により算出して決定され、
潜熱蓄熱材の単位長さ当たりの蓄熱量と、潜熱蓄熱材に蓄熱を完了した際の潜熱蓄熱材の密度と、潜熱蓄熱材の単位重量当たりの潜熱とから導出した、潜熱蓄熱槽本体軸線方向に対する蓄熱完了時の潜熱蓄熱材の単位長さ当たりの容積Ｓｐｃｍ（ｌ）、及び、前記熱媒の放熱完了時の潜熱蓄熱槽本体軸線方向に対する単位長さ当たりの容積Ｓ'ｏｉｌ（ｓ）、並びに放熱完了時の熱媒の密度と放熱完了時の熱媒の単位長さ当たりの容積とから熱媒の単位長さ当たりの重量を導出し、その熱媒の単位長さ当たりの重量を蓄熱完了時の熱媒の密度により除して導出した、蓄熱完了時の熱媒の潜熱蓄熱槽本体軸線方向に対する単位長さ当たりの容積Ｓ'ｏｉｌ（ｌ）を基に、潜熱蓄熱槽本体中心Ｏから蓄熱完了時の熱媒上面までの高さｈ'ｏｉｌ（ｌ）を（ＩＸ）式により算出して決定され、
潜熱蓄熱槽本体中心Ｏから蓄熱完了時の熱媒上面までの高さｈ'ｏｉｌ（ｌ）を基に、蓄熱完了時の熱媒上面と潜熱蓄熱槽本体内周天端との間の空気層の厚さｘ'３を（Ｘ）式により算出して決定されるように構成し、
その位置関係を保ちながら、熱を伝達するだけで蓄熱に寄与しない熱媒の前記潜熱蓄熱槽本体内の量を、潜熱蓄熱材の量は減少させずに少なくするために、
前記潜熱蓄熱槽内周の周長を不変として前記潜熱蓄熱槽の断面形状を正円から楕円に形状を変えて、
熱媒の放熱完了時の潜熱蓄熱槽本体軸線方向に対する単位長さ当たりの容積Ｓ'ｏｉｌ（ｓ）にその温度での比重を乗じた油重量の、正円断面形状の場合との油重量比Ｍ'ｏｉｌ／Ｍｏｉｌが１より小さく、
且つ空気層厚さ比ｘ'３／ｘ３≧１（ここで、ｘ３は蓄熱完了後の熱媒上面と、円筒形状の潜熱蓄熱槽本体の内周天端との間の空気層の厚さ、ｘ'３は蓄熱完了後の熱媒上面と、周長が前記円筒形状の潜熱蓄熱槽本体縦断面正円周長と等しい縦断面楕円形状の潜熱蓄熱槽本体の内周天端との間の空気層の厚さ）とするように、
前記潜熱蓄熱槽本体の縦断面形状は、縦軸が長軸で、水平軸が短軸の楕円形状となるよう構成されているものである。
【００１９】
ここで、式は以下の通りである。
0005190240.tif 000002
【００２０】
各式中、ａは潜熱蓄熱槽本体の短軸側（水平方向）の半径（短軸半径）、ｂは潜熱蓄熱槽本体の長軸側（縦方向）の半径（長軸半径）、πは円周率、ｘ１は、蓄熱完了時の潜熱蓄熱材上面から熱媒回収配管径方向中心までの高さであり、熱媒回収配管の下端が潜熱蓄熱材上面よりも高くなるよう、実際の設計においては適宜決定される数値、ｘ２は熱媒回収配管径方向中心から放熱完了時の熱媒上面までの高さであり、熱媒回収配管の上端が熱媒上面よりも低くなるよう、実際の設計においては適宜決定される数値である。
【００２１】
本発明の請求項２の潜熱蓄熱装置は、前記空気層厚さ比ｘ'３／ｘ３＞１となる場合に、
この空気層厚さ比ｘ'３／ｘ３が１になるまで、潜熱蓄熱材を増やして前記潜熱蓄熱槽に充填するものである。
【００２３】
本発明の請求項３の潜熱蓄熱装置の設計方法は、
請求項１に記載の潜熱蓄熱装置の設計方法であって、第一のステップから第八のステップよりなり、
第一のステップは、
潜熱蓄熱材の単位長さ当たりの蓄熱量と、潜熱蓄熱材に蓄熱を完了した際の潜熱蓄熱材の密度と、潜熱蓄熱材の単位重量当たりの潜熱とから導出した、潜熱蓄熱槽本体軸線方向に対する蓄熱完了時の潜熱蓄熱材の単位長さ当たりの容積Ｓｐｃｍ（ｌ）を基に、潜熱蓄熱槽本体の中心Ｏから蓄熱完了時の潜熱蓄熱材の上面である境界面までの高さｈ'ｐｃｍ（ｌ）を（ＩＩ）式により算出するステップであり、
第二のステップは、
第一のステップで算出した、潜熱蓄熱槽本体の中心Ｏから蓄熱完了時の潜熱蓄熱材の上面である境界面までの高さｈ'ｐｃｍ（ｌ）を基に、潜熱蓄熱槽本体における中心Ｏから熱蓄熱槽本体の内部上方にある熱媒回収配管までの高さｈ'ｐｉｐｅを（ＩＩＩ）式により算出するステップであり、
第三のステップは、
第二のステップで求めた、潜熱蓄熱槽本体の中心Ｏから熱媒回収配管までの高さｈ'ｐｉｐｅを基に、潜熱蓄熱槽本体の中心Ｏから、放熱完了時の熱媒上面までの高さｈ'ｏｉｌ（ｓ）を（ＩＶ）式により算出するステップであり、
第四のステップは、
第三のステップで求めた、潜熱蓄熱槽本体の中心Ｏから、放熱完了時の熱媒上面までの高さｈ'ｏｉｌ（ｓ）、及び、潜熱蓄熱材の単位長さ当たりの蓄熱量と、潜熱蓄熱材から放熱を完了した際の潜熱蓄熱材の密度と、潜熱蓄熱材の単位重量当たりの潜熱とから導出した、潜熱蓄熱槽本体軸線方向に対する放熱完了時の潜熱蓄熱材の単位長さ当たりの容積Ｓｐｃｍ（ｓ）を基に、熱媒の放熱完了時の潜熱蓄熱槽本体軸線方向に対する単位長さ当たりの容積Ｓ'ｏｉｌ（ｓ）を（ＶＩ）式により算出するステップであり、
第五のステップは、
潜熱蓄熱材の単位長さ当たりの蓄熱量と、潜熱蓄熱材に蓄熱を完了した際の潜熱蓄熱材の密度と、潜熱蓄熱材の単位重量当たりの潜熱とから導出した、潜熱蓄熱槽本体軸線方向に対する蓄熱完了時の潜熱蓄熱材の単位長さ当たりの容積Ｓｐｃｍ（ｌ）、及び、第四のステップで求めた、熱媒の放熱完了時の潜熱蓄熱槽本体軸線方向に対する単位長さ当たりの容積Ｓ'ｏｉｌ（ｓ）、並びに放熱完了時の熱媒の密度と放熱完了時の熱媒の単位長さ当たりの容積とから熱媒の単位長さ当たりの重量を導出し、その熱媒の単位長さ当たりの重量を蓄熱完了時の熱媒の密度により除して導出した、蓄熱完了時の熱媒の潜熱蓄熱槽本体軸線方向に対する単位長さ当たりの容積Ｓ'ｏｉｌ（ｌ）を基に、潜熱蓄熱槽本体中心Ｏから蓄熱完了時の熱媒上面までの高さｈ'ｏｉｌ（ｌ）を（ＩＸ）式により算出するステップであり、
第六のステップは、
第五のステップで求めた、潜熱蓄熱槽本体中心Ｏから蓄熱完了時の熱媒上面までの高さｈ'ｏｉｌ（ｌ）を基に、蓄熱完了時の熱媒上面と潜熱蓄熱槽本体内周天端との間の空気層の厚さｘ'３を（Ｘ）式により算出するステップであり、
第七のステップは、
潜熱蓄熱槽本体の水平方向の半径と垂直方向の半径が等しいｒであり、且つ、水平方向の半径がａで垂直方向の半径がｂの楕円と周長が等しい正円について、（ＩＩ）式、（ＶＩ）式、（ＩＸ）式のａ、ｂはｒとして第一のステップから第六のステップに従って計算を行い、断面円形状の潜熱蓄熱槽本体において、潜熱蓄熱材に対する蓄熱完了後の、熱媒上面と潜熱蓄熱槽本体内周天端との間の空気層の厚さｘ３を算出するステップであり、
第八のステップは、
熱媒の放熱完了時の潜熱蓄熱槽本体軸線方向に対する単位長さ当たりの容積Ｓ'ｏｉｌ（ｓ）にその温度での比重を乗じた油重量の、正円断面形状の場合との油重量比Ｍ'ｏｉｌ／Ｍｏｉｌが１より小さく、且つ、周長が前記断面円形状の蓄熱槽本体と等しい、断面形状が楕円形状の蓄熱槽本体において、熱蓄熱材に対する蓄熱完了後の、熱媒上面と潜熱蓄熱槽本体内周天端との間の空気層の厚さをｘ'３とした場合、ｘ'３／ｘ３＞１となるように楕円率を算出するステップである。
【００２４】
ここで、式は以下の通りである。
0005190240.tif 000003
【００２５】
各式中、ａは潜熱蓄熱槽本体の短軸側（水平方向）の半径（短軸半径）、ｂは潜熱蓄熱槽本体の長軸側（縦方向）の半径（長軸半径）、πは円周率、ｘ１は、蓄熱完了時の潜熱蓄熱材上面から熱媒回収配管中心までの高さであり、熱媒回収配管の下端が潜熱蓄熱材上面よりも高くなるよう、実際の設計においては適宜決定される数値、ｘ２は熱媒回収配管中心から放熱完了時の熱媒上面までの高さであり、熱媒回収配管の上端が熱媒上面よりも低くなるよう、実際の設計においては適宜決定される数値である。
【００２６】
本発明の請求項４の潜熱蓄熱装置の設計方法においては、前記空気層厚さ比ｘ'３／ｘ３＞１となる場合に、
この空気層厚さ比ｘ'３／ｘ３が１になるまで、潜熱蓄熱材を増やして前記潜熱蓄熱槽に充填する量を求めるものである。
【発明の効果】
【００２８】
本発明の請求項１〜４に記載の潜熱蓄熱装置及び該潜熱蓄熱装置の設計方法によれば、潜熱蓄熱槽本体の断面形状を縦長の楕円形状とすることにより、周長が等しい円筒形（正円）の場合よりも必要な熱媒の量を少なくすることができて経済的であり、しかも、体積効率を大きくできるため、投入可能な潜熱蓄熱材の量が増加し、その結果、蓄熱量が増加する等、種々の優れた効果を奏し得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。
図１は本発明を実施する形態の一例であって、潜熱蓄熱槽本体３の縦断面形状以外は、図４、図５に示すものと略同様の構成である。図１中、図４、図５と同一の符号のものは形状が異なっていても同一のものを示している。又、蓄熱、放熱も図４に示すものと同様にして行なわれるため詳細な説明は省略する。
【００３０】
而して、本図示例においては、潜熱蓄熱装置１は横置き型で、潜熱蓄熱槽２における潜熱蓄熱槽本体３の縦断面形状は、所定の径の正円を縦軸Ｙが長軸で、水平軸Ｘが短軸の楕円形状となるよう変形させた形状であり、正円の周長と楕円の周長は略等しいものである。
【００３１】
又、潜熱蓄熱装置１は、以下で述べるように、熱媒１４と潜熱蓄熱材１２が直接接触する潜熱直接接触型である。更に、以下の説明で「蓄熱」とは潜熱蓄熱槽本体３内の潜熱蓄熱材１２に流入した高温の熱媒１４が、潜熱蓄熱材１２と熱媒１４との比重差（熱媒１４の比重＜潜熱蓄熱材１２の比重）により上昇しつつ潜熱蓄熱材１２を加熱し、熱媒１４の熱が潜熱として潜熱蓄熱材１２に蓄えられることをいい、「放熱」とは、潜熱蓄熱材１２に蓄熱されていた潜熱が、潜熱蓄熱材１２内を上昇する熱媒１４に与えられて熱媒１４が加熱されることをいう。「蓄熱完了」とは、熱媒１４から潜熱蓄熱材１２へ蓄熱の結果、当該潜熱蓄熱材１２が液状化し、融点以上のある決められた温度、例えば、酢酸ナトリウム３水和物（融点５８℃）の場合７０℃に加熱されることをいい、「放熱完了」とは、潜熱蓄熱材１２から熱媒４へ放熱の結果、当該潜熱蓄熱材１２が固体化し、融点以下のある決められた温度、例えば、酢酸ナトリウム３水和物の場合５０℃になることをいう。
【００３２】
更に又、潜熱蓄熱槽本体３において、熱媒１４（常時液状）が潜熱蓄熱材１２（蓄熱完了時は液状、放熱完了時は固体状）の上方に溜まるのは、上述のように、熱媒１４の比重が潜熱蓄熱材１２の比重よりも小さいため、比重差により熱媒１４が浮上するためである。具体的には、潜熱蓄熱材１２としては、例えば、酢酸ナトリウム３水和物（融点５８℃）を使用し、熱媒１４としては、例えば、工業用白油とする。密度は、酢酸ナトリウム３水和物で、蓄熱完了時において、１．２８ｔ／ｍ３、放熱完了時において、１．４５ｔ／ｍ３であり、工業用白油で、蓄熱完了時において、０．８ｔ／ｍ３、放熱完了時において、０．８５ｔ／ｍ３である。
【００３３】
而して、本実施例では、以下に詳説するように、潜熱蓄熱槽本体３の断面形状が縦長の楕円形状の場合、潜熱蓄熱槽本体３が楕円と周長が等しい正円の場合と比較して、潜熱蓄熱槽本体３内に貯留する熱媒１４の量を低減できる結果、熱媒１４全体の価格を安価にすることができ、又、楕円率ａ／ｂ（後述）が所定の範囲の場合は、潜熱蓄熱槽本体３上部の空気層１５の面積効率を正円の場合より大きくできるため、潜熱蓄熱槽本体３へ投入することができる潜熱蓄熱材１２が増加し、その結果潜熱の蓄熱量が増加する。
【００３４】
次に、本図示例において潜熱蓄熱槽本体３の断面形状を縦長（縦軸Ｙが長軸で水平軸Ｘが短軸）の楕円形状にすると、周長が等しい正円の場合よりも熱媒１４の量や蓄熱量が有利となる理由について、潜熱蓄熱槽本体３が円筒形状（正円）である図６をも参照しつつ数式を使用して説明する。なお、以下の説明では、図１、図６の何れの場合においても、蓄熱時の状態は縦軸Ｙの右側に示され、放熱時の状態は縦軸Ｙの左側に示されている。又、以下の説明において、「潜熱蓄熱槽本体３の軸線方向」とは、潜熱蓄熱槽本体３の長手方向（図４の紙面と平行な方向）であって、図１、図６の紙面に対し直交する方向である。
【００３５】
先ず、図６に示す正円の潜熱蓄熱槽本体３において、蓄熱完了時、放熱完了時の諸元の決定の仕方を説明する。
【００３６】
ｉ）潜熱蓄熱材１２の蓄熱完了時における、潜熱蓄熱槽本体３の軸線方向に対する単位長さ当たりの容積Ｓｐｃｍ（ｌ）〔ｍ３／ｍ〕を（ｉ）式により算出する。（ｉ）式中、Ｑは、潜熱蓄熱材１２の潜熱蓄熱槽本体３における軸線方向の単位長さ当たりの蓄熱量〔ＭＷｈ／ｍ〕、ρｐｃｍ（ｌ）は潜熱蓄熱材１２に蓄熱を完了した際の潜熱蓄熱材１２の密度〔ｔｏｎ／ｍ３〕、ｃは潜熱蓄熱材１２の単位重量当たりの潜熱〔ＭＪ／ｔｏｎ〕である。
【００３７】
【数１】
0005190240.tif 000004
【００３８】
ｉｉ）（ｉ）式で求めた蓄熱完了時における潜熱蓄熱材１２の潜熱蓄熱槽本体３軸線方向に対する単位長さ当たりの容積Ｓｐｃｍ（ｌ）〔ｍ３／ｍ〕を基に、蓄熱完了時の潜熱蓄熱材１２の潜熱蓄熱槽本体３における中心Ｏから潜熱蓄熱材１２の上面である境界面１１までの高さｈｐｃｍ（ｌ）〔ｍ〕を（ｉｉ）式により算出する。（ｉｉ）式中、ｒは潜熱蓄熱槽本体３の半径〔ｍ〕、πは円周率である。
【００３９】
【数２】
0005190240.tif 000005
【００４０】
ｉｉｉ）（ｉｉ）式で求めた、蓄熱完了時の潜熱蓄熱槽本体３における中心Ｏから潜熱蓄熱材１２の境界面１１までの高さｈｐｃｍ（ｌ）〔ｍ〕を基に、潜熱蓄熱槽本体３における中心Ｏから潜熱蓄熱槽本体３の内部上方にある熱媒回収配管５の中心までの高さｈｐｉｐｅ〔ｍ〕を（ｉｉｉ）式により算出する。（ｉｉｉ）式中、ｘ１は、潜熱蓄熱材１２に対する蓄熱を完了した際の潜熱蓄熱材１２における境界面１１から熱媒回収配管５の中心までの高さ〔ｍ〕であり、熱媒回収管５の下端が潜熱蓄熱材１２の上面よりも高くなるよう、実際の設計においては適宜決定される数値である。
【００４１】
【数３】
0005190240.tif 000006
【００４２】
ｉｖ）（ｉｉｉ）式で求めた潜熱蓄熱槽本体３の中心Ｏから熱媒回収配管５の中心までの高さｈｐｉｐｅ〔ｍ〕を基に、潜熱蓄熱材１２から熱媒１４に対して放熱が完了した際の潜熱蓄熱槽本体３の中心Ｏから熱媒１４上面１３までの高さｈｏｉｌ（ｓ）〔ｍ〕を（ｉｖ）式により算出する。（ｉｖ）中、ｘ２は、熱媒回収配管５の中心から、潜熱蓄熱材１２の放熱完了時の熱媒１４の上面１３までの高さ〔ｍ〕であり、熱媒回収配管５の上端が熱媒１４の上面１３よりも低くなるように実際の設計において適宜決定される数値である。
【００４３】
【数４】
0005190240.tif 000007
【００４４】
ｖ）潜熱蓄熱材１２の熱媒１４に対する放熱完了時における、潜熱蓄熱槽本体３の軸線方向に対する単位長さ当たりの容積Ｓｐｃｍ（ｓ）〔ｍ３／ｍ〕を（ｖ）式により算出する。（ｖ）式中、Ｑは、潜熱蓄熱材１２の潜熱蓄熱槽本体１３における軸線方向に対する単位長さ当たりの蓄熱量〔ＭＷｈ／ｍ〕、ρｐｃｍ（ｓ）は潜熱蓄熱材１２が放熱を完了した際の潜熱蓄熱材１２の密度〔ｔｏｎ／ｍ３〕、ｃは潜熱蓄熱材１２の単位重量当たりの潜熱〔ＭＪ／ｔｏｎ〕である。 
【００４５】
【数５】
0005190240.tif 000008
【００４６】
ｖｉ）（ｉｖ）式で求めた放熱完了時の熱媒１４の上面１３までの、潜熱蓄熱槽本体３中心Ｏからの高さｈｏｉｌ（ｓ）〔ｍ〕及び（ｖ）式で求めた放熱完了時における潜熱蓄熱槽本体３軸線方向に対する潜熱蓄熱材１２の単位長さ当たりの容積Ｓｐｃｍ（ｓ）〔ｍ３／ｍ〕を基に、潜熱蓄熱材１２の放熱完了時における潜熱蓄熱槽本体３の軸線方向に対する熱媒１４の単位長さ当たりの容積Ｓｏｉｌ（ｓ）〔ｍ３／ｍ〕を（ｖｉ）式により算出する。（ｖｉ）式中、ｒは潜熱蓄熱槽本体３の半径〔ｍ〕、πは円周率である。
【００４７】
【数６】
0005190240.tif 000009
【００４８】
ｖｉｉ）（ｖｉ）式で求めた放熱完了時における潜熱蓄熱槽本体３の軸線方向に対する熱媒１４の単位長さ当たりの容積Ｓｏｉｌ（ｓ）〔ｍ３／ｍ〕を基に、（ｖｉｉ）式により潜熱蓄熱槽本体３の軸線方向に対する熱媒１４の単位長さ当たりの重量Ｍｏｉｌ〔ｔｏｎ／ｍ〕を算出する。（ｖｉｉ）式中、ρｏｉｌ（ｓ）は、潜熱蓄熱材１２の放熱完了時の熱媒１４の密度〔ｔｏｎ／ｍ３〕である。
【００４９】
【数７】
0005190240.tif 000010
【００５０】
又、（ｖｉｉ）式で求めた潜熱蓄熱槽本体３の軸線方向に対する熱媒１４の単位長さ当たりの重量Ｍｏｉｌ〔ｔｏｎ／ｍ〕を基に潜熱蓄熱材１２の蓄熱完了時における潜熱蓄熱槽本体３の軸線方向に対する熱媒１４の単位長さ当たりの容積Ｓｏｉｌ（ｌ）〔ｍ３／ｍ〕を（ｖｉｉｉ）式により算出する。（ｖｉｉｉ）式中、ρｏｉｌ（ｌ）は、潜熱蓄熱材１２に蓄熱が完了した際の熱媒１４の密度〔ｔｏｎ／ｍ３〕である。
【００５１】
【数８】
0005190240.tif 000011
【００５２】
（ｉ）式で求めた潜熱蓄熱材１２の蓄熱完了時における潜熱蓄熱槽本体３の軸線方向に対する単位長さ当たりの容積Ｓｐｃｍ（ｌ）〔ｍ３／ｍ〕及び（ｖｉｉｉ）式で求めた潜熱蓄熱材１２の蓄熱完了時における潜熱蓄熱槽本体３の軸線方向に対する熱媒１４の単位長さ当たりの容積Ｓｏｉｌ（ｌ）〔ｍ３／ｍ〕を基に、潜熱蓄熱材１２の蓄熱完了時における潜熱蓄熱槽本体３の中心Ｏから熱媒１４の上面１３までの高さｈｏｉｌ（ｌ）〔ｍ〕を（ｉｘ）式により、算出する。（ｉｘ）式中、ｒは潜熱蓄熱槽本体３の半径〔ｍ〕、πは円周率である。
【００５３】
【数９】
0005190240.tif 000012
【００５４】
次いで、（ｉｘ）式で求めた潜熱蓄熱材１２の蓄熱完了時における潜熱蓄熱槽本体３の中心Ｏから熱媒１４の上面までの高さｈｏｉｌ（ｌ）を基に、潜熱蓄熱材１２に対する蓄熱完了時の熱媒１４上面から潜熱蓄熱槽本体３内周天端までの空気層１５の厚さｘ３〔ｍ〕を（ｘ）式により算出する。（ｘ）式中、ｒは潜熱蓄熱槽本体３の半径〔ｍ〕である。
【００５５】
【数１０】
0005190240.tif 000013
【００５６】
（ｘ）式を計算する際には、潜熱蓄熱材１２に対する蓄熱完了後の空気層１５の厚さｘ３が、ｘ３＞０となるよう、潜熱蓄熱槽本体３の半径ｒを変えて計算する。
【００５７】
又、（ｉｉ）式、（ｖｉ）式、（ｉｘ）式における、容積と高さの関係は、円の方程式ｘ２＋ｙ２＝ｒ２をｘについて−ｒからｈまで積分することにより得られた
【数１１】
0005190240.tif 000014
【００５８】
更に、図６中、ｈｐｃｍ（ｓ）は、潜熱蓄熱材１２の放熱完了時における潜熱蓄熱槽本体３の中心Ｏから潜熱蓄熱材１２の上面である境界面１１までの高さ〔ｍ〕である。
【００５９】
次に、潜熱蓄熱槽本体３の縦方向が長軸Ｙで水平方向が短軸Ｘである、断面形状が楕円形状の場合に、潜熱蓄熱槽本体３の諸元の決定の手順について、図１、図６を参照しつつ説明する。
【００６０】
なお、以下の計算では、潜熱蓄熱槽本体３が正円の場合の内周の周長Ｌ１と、楕円形の場合の内周の周長Ｌ２は、Ｌ１＝Ｌ２＝Ｌとなるようにする。これは、槽の価格は槽の表面積に比例すると考えられるためである。
【００６１】
Ｉ）潜熱蓄熱材１２の蓄熱完了時における、潜熱蓄熱槽本体３の軸線方向に対する単位長さ当たりの容積Ｓｐｃｍ（ｌ）〔ｍ３／ｍ〕を（Ｉ）式により算出する。（Ｉ）式中、Ｑは潜熱蓄熱材１２の潜熱蓄熱槽本体３軸線方向に対する単位長さ当たりの蓄熱量〔ＭＷｈ／ｍ〕、ρｐｃｍ（ｌ）は潜熱蓄熱材１２に蓄熱を完了した際の潜熱蓄熱材１２の密度〔ｔｏｎ／ｍ３〕、ｃは潜熱蓄熱材１２の単位重量当たりの潜熱〔ＭＪ／ｔｏｎ〕である。
【００６２】
【数１２】
0005190240.tif 000015
【００６３】
ＩＩ）（Ｉ）式で求めた蓄熱完了時の潜熱蓄熱材１２の潜熱蓄熱槽本体３軸線方向に対する蓄熱量Ｓｐｃｍ（ｌ）〔ｍ３／ｍ〕を基に、蓄熱完了時の潜熱蓄熱材１２の潜熱蓄熱槽本体３における楕円の中心Ｏ（以下、単に中心Ｏという）から潜熱蓄熱材１２の上面である境界面１１までの高さｈ'ｐｃｍ（ｌ）〔ｍ〕を（ＩＩ）式により算出する。（ＩＩ）式中、ａは潜熱蓄熱槽本体３の短軸側（水平方向）の半径（短軸半径）〔ｍ〕、ｂは潜熱蓄熱槽本体３の長軸側（縦方向）の半径（長軸半径）〔ｍ〕、πは円周率である。
【００６４】
【数１３】
0005190240.tif 000016
【００６５】
なお、（ＩＩ）式の計算には、潜熱蓄熱槽本体３の短軸半径ａ〔ｍ〕、長軸半径ｂ〔ｍ〕とした場合、潜熱蓄熱槽本体３の周長Ｌ〔ｍ〕は、半径ｒ〔ｍ〕の円筒形の周長Ｌ〔ｍ〕と等しくなるように設定する。周長Ｌの計算には、
【数１４】
0005190240.tif 000017
【００６６】
ＩＩＩ）（ＩＩ）式で求めた、蓄熱完了時の潜熱蓄熱材１２の潜熱蓄熱槽本体３における中心Ｏから潜熱蓄熱材１２の上面である境界面１１までの高さｈ'ｐｃｍ（ｌ）〔ｍ〕を基に、潜熱蓄熱槽本体３における中心Ｏから潜熱蓄熱槽本体３の内部上方にある熱媒回収配管５の中心までの高さｈ'ｐｉｐｅ〔ｍ〕を（ＩＩＩ）式により算出する。（ＩＩＩ）式中、ｘ１は、潜熱蓄熱材１２に対する蓄熱を完了した際の潜熱蓄熱材１２における上面である境界面１１から熱媒回収配管５の径方向中心までの高さ〔ｍ〕であり、潜熱蓄熱材１２の上面が、熱媒回収配管５の下端よりも下方となるよう、実際の設計においては適宜決定される数値である。
【００６７】
【数１５】
0005190240.tif 000018
【００６８】
ＩＶ）（ＩＩＩ）式で求めた潜熱蓄熱槽本体３の中心Ｏから熱媒回収配管５の中心までの高さｈ'ｐｉｐｅ〔ｍ〕を基に、潜熱蓄熱槽本体３における中心Ｏから、潜熱蓄熱材１２よりの熱媒１４に対する放熱完了時の熱媒１４の上面１３までの高さｈ'ｏｉｌ（ｓ）〔ｍ〕を（ＩＶ）式により算出する。（ＩＶ）式中、ｘ２は、熱媒回収配管５の径方向中心から、潜熱蓄熱材１２の放熱完了時の熱媒１４の上面１３までの高さ〔ｍ〕であり、熱媒回収配管５の上端が熱媒１４の上面よりも低くなるように実際の設計において適宜決定される数値である。
【００６９】
【数１６】
0005190240.tif 000019
【００７０】
Ｖ）潜熱蓄熱材１２の熱媒１４に対する放熱完了時における、潜熱蓄熱槽本体３の軸線方向に対する単位長さ当たりの容積Ｓｐｃｍ（ｓ）〔ｍ３／ｍ〕を（Ｖ）式により算出する。（Ｖ）式中、Ｑは潜熱蓄熱材１２における潜熱蓄熱槽本体３の軸線方向に対する単位長さ当たりの蓄熱量〔ＭＷｈ／ｍ〕、ρｐｃｍ（ｓ）は潜熱蓄熱材１２が放熱を完了した際の潜熱蓄熱材１２の密度〔ｔｏｎ／ｍ３〕、ｃは潜熱蓄熱材１２の単位重量当たりの潜熱〔ＭＪ／ｔｏｎ〕である。 
【００７１】
【数１７】
0005190240.tif 000020
【００７２】
Ｖ１）（ＩＶ）式で求めた潜熱蓄熱材１２よりの放熱完了時の熱媒１４の上面１３までの高さｈ'ｏｉｌ（ｓ）及び（Ｖ）式で求めた潜熱蓄熱材１２の放熱完了時における潜熱蓄熱槽本体３の軸線方向に対する単位長さ当たりの容積Ｓｐｃｍ（ｓ）〔ｍ３／ｍ〕を基に、潜熱蓄熱材１２の放熱完了時における熱媒１４の潜熱蓄熱槽本体３軸線方向に対する単位長さ当たりの容積Ｓ'ｏｉｌ（ｓ）を（ＶＩ）式により算出する。（ＶＩ）式中、ａは潜熱蓄熱槽本体３の短軸側（水平方向）の半径（短軸半径）〔ｍ〕、ｂは潜熱蓄熱槽本体３の長軸側（縦方向）の半径（長軸半径）〔ｍ〕、πは円周率である。
【００７３】
【数１８】
0005190240.tif 000021
【００７４】
ＶＩＩ）（ＶＩ）式で求めた放熱完了時における熱媒１４の潜熱蓄熱槽本体３軸線方向に対する単位長さ当たりの容積Ｓ'ｏｉｌ（ｓ）〔ｍ３／ｍ〕を基に、（ＶＩＩ）式により熱媒１４の潜熱蓄熱槽本体３の軸線方向に対する単位長さ当たりの重量Ｍ'ｏｉｌ〔ｔｏｎ／ｍ〕を算出する。（ＶＩＩ）式中、ρｏｉｌ（ｓ）は、潜熱蓄熱材１２の放熱完了時の熱媒１４の密度〔ｔｏｎ／ｍ３〕である。
【００７５】
【数１９】
0005190240.tif 000022
【００７６】
又、（ＶＩＩ）式で求めた熱媒１４の潜熱蓄熱槽本体３の軸線方向に対する単位長さ当たりの重量Ｍ'ｏｉｌ〔ｔｏｎ／ｍ〕を基に、潜熱蓄熱材１２に対する蓄熱完了時の熱媒１４の潜熱蓄熱槽本体３軸線方向に対する単位長さ当たりの容積Ｓ'ｏｉｌ（ｌ）〔ｍ３／ｍ〕を（ＶＩＩＩ）式により算出する。（ＶＩＩＩ）式中、ρｏｉｌ（ｌ）は、潜熱蓄熱材１２に蓄熱が完了した際の熱媒１４の密度〔ｔｏｎ／ｍ３〕である。
【００７７】
【数２０】
0005190240.tif 000023
【００７８】
（Ｉ）式で求めた蓄熱完了時の潜熱蓄熱材１２の潜熱蓄熱槽本体３軸線方向に対する単位長さ当たりの容積Ｓｐｃｍ（ｌ）〔ｍ３／ｍ〕及び（ＶＩＩＩ）式で求めた潜熱蓄熱材１２に対する蓄熱完了時の熱媒１４の潜熱蓄熱槽本体３軸線方向に対する単位長さ当たりの容積Ｓ'ｏｉｌ（ｌ）〔ｍ３／ｍ〕を基に、潜熱蓄熱材１２に蓄熱を完了した際の潜熱蓄熱槽本体３の中心Ｏから熱媒１４の上面１３までの高さｈ'ｏｉｌ（ｌ）〔ｍ〕を（ＩＸ）式により算出する。（ＩＸ）式中、ａは潜熱蓄熱槽本体３の短軸側（水平方向）の半径（短軸半径）〔ｍ〕、ｂは潜熱蓄熱槽本体３の長軸側（縦方向）の半径（長軸半径）〔ｍ〕、πは円周率である。
【００７９】
【数２１】
0005190240.tif 000024
【００８０】
次いで、潜熱蓄熱槽本体３の中心Ｏから潜熱蓄熱材１２の蓄熱完了時の熱媒１４の上面１３までの高さｈ'ｏｉｌ（ｌ）〔ｍ〕を基に、潜熱蓄熱材１２に対する蓄熱完了時の空気層１５の厚さｘ'３〔ｍ〕を（Ｘ）式により算出する。（Ｘ）式中、ｂは潜熱蓄熱槽本体３の長軸側半径〔ｍ〕である。
【００８１】
【数２２】
0005190240.tif 000025
【００８２】
潜熱蓄熱材１２に対する蓄熱完了後の空気層１５の厚さｘ'３が、ｘ'３＞０となるよう、潜熱蓄熱槽本体３の短軸半径ａ、長軸半径ｂを変えて計算を行なう。
【００８３】
なお、（ＩＩ）式、（ＶＩ）式、（ＩＸ）式における、容積と高さの関係は、
【数２３】
0005190240.tif 000026
を用いた。
【００８４】
又、図１中、ｈ'ｐｃｍ（ｓ）は、潜熱蓄熱材１２の放熱完了時における潜熱蓄熱槽本体３の中心Ｏから潜熱蓄熱材１２の上面である境界面１１までの高さ〔ｍ〕である。
【００８５】
上記（ｉ）式〜（ｘ）式、（Ｉ）式〜（Ｘ）式を用い計算を行なうに際し、潜熱蓄熱材１２の単位長さ当たりの蓄熱量Ｑ＝０．２５〔ＭＷｈ／ｍ〕、潜熱蓄熱槽本体３が正円の場合にその半径ｒ＝１．１〔ｍ〕、潜熱蓄熱材１２に対する蓄熱が完了した時点で境界面１１が熱媒回収配管５の下端よりも下方となるよう決定した数値である、潜熱蓄熱材１２上面から熱媒回収管５の径方向中心までの高さｘ１＝０．１〔ｍ〕、潜熱蓄熱材１２からの放熱が完了した時点で熱媒１４の上面１３が熱媒回収配管５の上端よりも上方となるよう決定した数値である、熱媒回収配管５の径方向中心から熱媒１４の上面１３までの高さｘ２＝０．２〔ｍ〕を入力条件とし、楕円率ａ／ｂを１から小さくしていった際の熱媒１４の油重量比Ｍ'ｏｉｌ／Ｍｏｉｌ及び潜熱蓄熱材１２に対する蓄熱完了後の空気層１５の厚さの比（空気層厚さ比）ｘ'３／ｘ３を求め、グラフに表示すると図２（ａ）、（ｂ）のようになる。
【００８６】
なお、熱媒１４の重量のＭｏｉｌの計算は（ｉ）式〜（ｖｉｉ）式を用い、熱媒１４の重量Ｍ'ｏｉｌの計算は（Ｉ）式〜（ＶＩＩ）式を用いた。更に、高さｘ３の計算は（ｉ）式、（ｖｉｉｉ）式、（ｉｘ）式、（ｘ）式と、Ｍｏｉｌの計算結果を用い、高さｘ'３の計算は（Ｉ）式、（ＶＩＩＩ）式、（ＩＸ）式、（Ｘ）式と、Ｍ'ｏｉｌの計算結果等を用いた。
【００８７】
又、計算に使用した潜熱蓄熱材１２（酢酸ナトリウム３水和物）の物性値は、潜熱ｃ＝２６５ＭＪ／ｔｏｎ、蓄熱完了時（温度７０℃）の密度ρｐｃｍ（ｌ）＝１．２８ｔｏｎ／ｍ３、放熱完了時（温度５０℃）の密度ρｐｃｍ（ｓ）＝１．４５ｔｏｎ／ｍ３とし、熱媒１４の物性値は、蓄熱完了時（温度７０℃）の密度ρｏｉｌ（ｌ）＝０．８０ｔｏｎ／ｍ３、放熱完了時（温度５０℃）の密度ρｏｉｌ（ｓ）＝０．８５ｔｏｎ／ｍ３とした。
【００８８】
図２（ａ）のグラフから楕円率ａ／ｂが小さくなると油重量比Ｍ'ｏｉｌ／Ｍｏｉｌが減少することが分かり、図２（ｂ）のグラフの点イ'に示すように、空気層厚さ比ｘ'３／ｘ３を正円の場合と同じ１にすると、油重量比Ｍ'ｏｉｌ／Ｍｏｉｌは図２（ａ）の点イに示すごとく約０．８７となり、熱媒１４の重量は約１３％削減できる。
【００８９】
又、空気層厚さ比ｘ'３／ｘ３を更に少なくして、図２（ｂ）の点ロ'のように０．５とすると、すなわち、潜熱蓄熱槽本体３が楕円形状の場合の空気層１５の厚さを正円の場合の半分にすると、油重量比Ｍ'ｏｉｌ／Ｍｏｉｌは図２（ａ）の点ロに示すごとく約０．８となり、熱媒１４の重量は約２０％削減できる。
【００９０】
更に、空気層厚さ比ｘ'３／ｘ３は、図２（ｂ）のハ'のように極大値（蓄熱量Ｑ＝０．２５〔ＭＷｈ／ｍ〕で空気層厚さ比ｘ'３／ｘ３＝１．１４）を有する。これは潜熱蓄熱槽本体３を、空気層厚さ比ｘ'３／ｘ３が１以上の楕円形状にすると、潜熱蓄熱槽本体３が、楕円形状の蓄熱槽本体３と周長が等しい正円の場合よりも、楕円形状の蓄熱槽本体３の空気層１５の厚さｘ'３が大きくなり、空気層１５に余裕があることを意味する。このため、楕円形状の蓄熱槽本体３においては、空気層厚さ比ｘ'３／ｘ３が１以上の場合、すなわち、潜熱蓄熱槽本体３が楕円形状の場合の空気層１５の厚さｘ'３が潜熱蓄熱槽本体３が正円の場合の空気層１５の厚さｘ３よりも大きい場合、この空気層１５厚さｘ'３が正円の場合の空気層の厚さｘ３と等しくなるように、すなわち、空気層厚さ比ｘ'３／ｘ３＝１となるように、潜熱蓄熱材１２の量を増加することが可能となる（空気層１５の面積効率が良好となる）。
【００９１】
そこで、空気層厚さ比ｘ'３／ｘ３＝１になるまで蓄熱量Ｑがどのように増加するかを、蓄熱量Ｑを入力値として種々代え、（Ｉ）式〜（Ｘ）式を用いて計算したところ、Ｑ＝０．２５３５〔ＭＷｈ／ｍ〕で、比ｘ'３／ｘ３＝１となった。従って、空気層厚さ比ｘ'３／ｘ３＝１．１４（極大値）における蓄熱量Ｑ対して空気層厚さ比ｘ'３／ｘ３＝１の場合の蓄熱量Ｑは、０．２５３５÷０．２５＝１．０１４倍となり、楕円形状の蓄熱槽本体３においては正円の場合に比べて１．４％だけ潜熱蓄熱材１２の蓄熱量Ｑを増加させることができる。すなわち、図２（ｂ）の点ハ'における空気層厚さ比ｘ'３／ｘ３＝１．１４とｘ'３／ｘ３＝１．００の差０．１４（図２（ｂ）のニ'参照）が潜熱蓄熱材１２を増加させて蓄熱量Ｑを１．４％増加させるスペースとなることを示す。図２（ａ）の点ハは空気層厚さ比ｘ'３／ｘ３が極大値を取る場合の油重量費Ｍ'ｏｉｌ／Ｍｏｉｌである。
【００９２】
なお、楕円の周長を正円と同一とし、楕円率ａ／ｂ（短軸÷長軸）を１から減少させてゆくと、楕円と正円の面積比（楕円÷正円）は図３に示すように小さくなる。而して、本発明はこの原理を巧に利用している。
【００９３】
本図示例によれば、潜熱蓄熱装置１を横置き型とし、潜熱蓄熱槽本体３を軸線が水平に延在し且つ長軸が縦向きで短軸が水平な断面形状楕円形とし、しかも、周長は半径ｒの円の周長と等しくすることにより、熱媒１４の重量を半径ｒの正円の蓄熱槽本体よりも削減することができ、経済的に有利となり、又、体積効率が大きくできるため、投入可能な潜熱蓄熱材の量が増加し、その結果、蓄熱量が増加する。
【００９４】
なお、本発明の潜熱蓄熱装置及び該潜熱蓄熱装置の設計方法は、上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００９５】
【図１】本発明の潜熱蓄熱装置及び該潜熱蓄熱装置の設計方法の実施の形態を示す縦断面図であり、蓄熱完了時、放熱完了時における潜熱蓄熱材及び熱媒の変化の状態を説明するための図である。
【図２】本発明の潜熱蓄熱装置及び該潜熱蓄熱装置の設計方法において、（ａ）は楕円率と油重量比との関係を、又、（ｂ）は楕円率と空気層厚さ比との関係を示すグラフである。
【図３】一般的な楕円率と面積比との関係を示すグラフである。
【図４】既出願の潜熱蓄熱装置の一部破断の側面図である。
【図５】図４のＶ−Ｖ方向矢視図である。
【図６】図４のＶ−Ｖ方向矢視図の拡大図であり、蓄熱、放熱による潜熱蓄熱材及び熱媒の変化の状態を説明するための図である。
【符号の説明】
【００９６】
１    潜熱蓄熱装置
３    潜熱蓄熱槽本体
４    熱媒供給配管
５    熱媒回収配管
１２  潜熱蓄熱材
１４  熱媒
１５  空気層
ｘ１    高さ
ｘ２    高さ
ｘ３    厚さ
ｘ'３    厚さ
Ｓｐｃｍ（ｌ）    容積
Ｓｐｃｍ（ｓ）    容積
Ｓ'ｏｉｌ（ｓ）    容積
Ｓ'ｏｉｌ（ｌ）    容積
ｈ'ｐｉｐｅ    高さ
ｈ'ｐｃｍ（ｌ）    高さ
ｈ'ｏｉｌ（ｌ）    高さ
ｈ'ｏｉｌ（ｓ）    高さ
ａ  水平方向の半径
ｂ  垂直方向の半径
ｒ  半径
π  円周率
Ｏ  中心
【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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