(57)【要約】【課題】  過冷却を解除するスイッチのオン、オフに対して、複数の蓄熱容器を連動させると、装置が複雑になる。また、１つのスイッチで蓄熱容器全体の過冷却を解除すると、熱利用する速度が遅くなる。【解決手段】  蓄熱材２０を容器３の上部に空間を設けて収容し、容器３の外部を流れる熱媒体の流れを蓄熱時と熱利用時に逆転することにより、蓄熱時は種結晶保持部１３が空間にあり、熱利用時は種結晶保持部１３が蓄熱材２０中に移動する種結晶移動手段を有する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
蓄熱材を容器の上部に空間を設けて収容し、前記容器の外部を流れる熱媒体の流れを蓄熱時と熱利用時に逆転することにより、蓄熱時は種結晶保持部が空間にあり、熱利用時は前記種結晶保持部が前記蓄熱材中に移動する種結晶移動手段を有する蓄熱材容器。
【請求項２】
前記種結晶移動手段は、前記種結晶保持部と、前記熱媒体の受流部と、前記種結晶保持部と前記熱媒体の受流部との間に支点を備え、前記受流部で前記熱媒体の流れを受け、前記支点を軸として回転する請求項１に記載の蓄熱材容器。
【請求項３】
前記種結晶移動手段は、磁性体を有する前記種結晶保持部と、磁性体を有する前記熱媒体の受流部とを前記容器を介して備え、前記受流部で前記熱媒体の流れを受け、前記磁性体間の引力により、前記受流部と前記種結晶保持部が一体で移動する請求項１に記載の蓄熱材容器。
【請求項４】
前記受流部に常に引力を作用させ、前記熱媒体の流動方向を蓄熱時に引力の作用方向、熱利用時に引力の作用と逆方向とする請求項１から３に記載の蓄熱材容器。
【請求項５】
前記種結晶移動手段の前記受流部側を前記種結晶保持部側より重くし、前記熱媒体の流れ方向を蓄熱時に上から下、熱利用時に下から上とする請求項４に記載の蓄熱材容器。
【請求項６】
前記種結晶保持部は、前記蓄熱材を多孔体に含浸したものである請求項１から５に記載の蓄熱材容器。
【請求項７】
蓄熱時に前記熱媒体を加熱する加熱手段と、請求項１から６に記載の蓄熱材容器とからなる蓄熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、簡素な構成で蓄熱、熱利用を制御でき、十分な熱利用速度が得られる蓄熱材容器およびこれを用いた蓄熱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
種結晶を過冷却溶液と接触させることにより、蓄熱材からの熱利用を行うものがある。例えば、スイッチを押すことにより、種結晶を保持した容器を開口し、過冷却溶液と接触させるもの（特許文献１参照）やスイッチを押すことにより、種結晶保持部を移動させ、過冷却溶液と接触させるもの（特許文献２参照）や種結晶保持部と過冷却溶液の間を加熱しておき、熱利用時には加熱を停止、もしくは冷却するもの（特許文献３、４参照）等がある。
【特許文献１】特開昭６２−１７２１９０号公報
【特許文献２】特公平７−２６７９４号公報
【特許文献３】特開平１０−７３３８７号公報
【特許文献４】特開２００１−３１１５９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
給湯用タンク、床暖房パネル等に蓄熱材を用いる場合、多量の蓄熱材が必要となることから、蓄熱材を分割して複数の蓄熱容器に充填した構成がよく用いられる。この複数の蓄熱容器に対して、それぞれに上記背景技術にあるような過冷却を解除するスイッチを設けると装置の構造が複雑になる。また、これらの複数の蓄熱容器について、１つのスイッチで蓄熱容器全体の過冷却を解除すると、最初の蓄熱容器から順番に過冷却が解除されていくため、最後の蓄熱容器の過冷却が解除されるまでには時間がかかり、熱利用する速度が遅くなる。
【０００４】
本発明は、上述の課題を解決する蓄熱材容器およびこれを用いたを蓄熱装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上述した課題を解決するため、第１の本発明の蓄熱材容器において、蓄熱材を容器の上部に空間を設けて収容し、容器の外部を流れる熱媒体の流れを蓄熱時と熱利用時に逆転することにより、蓄熱時は種結晶保持部が空間にあり、熱利用時は種結晶保持部が蓄熱材中に移動する種結晶移動手段を有する。
【０００６】
また、第２の本発明の蓄熱材容器において、種結晶移動手段は、種結晶保持部と、熱媒体の受流部と、種結晶保持部と熱媒体の受流部との間に支点を備え、受流部で熱媒体の流れを受け、支点を軸として回転する。
【０００７】
また、第３の本発明の蓄熱材容器において、種結晶移動手段は、磁性体を有する種結晶保持部と、磁性体を有する熱媒体の受流部とを容器を介して備え、受流部で熱媒体の流れを受け、磁性体間の引力により、受流部と種結晶保持部が一体で移動する。
【０００８】
また、第４の本発明の蓄熱材容器において、受流部に常に引力を作用させ、熱媒体の流動方向を蓄熱時に引力の作用方向、熱利用時に引力の作用と逆方向とする。
【０００９】
また、第５の本発明の蓄熱材容器において、種結晶移動手段の受流部側を種結晶保持部側より重くし、熱媒体の流れ方向を蓄熱時に上から下、熱利用時に下から上とする。
【００１０】
また、第６の本発明の蓄熱材容器において、種結晶保持部は、蓄熱材を多孔体に含浸したものである。
【００１１】
また、第７の本発明の蓄熱材容器において、蓄熱時に熱媒体を加熱する加熱手段と、第１から６の本発明に記載の蓄熱材容器とからなる。
【００１２】
本構成によって、過冷却を解除するスイッチのオン、オフに対して、複数の蓄熱容器を連動させる必要がなく、装置が簡素化されるとともに、熱利用する速度を確保することができる。また、過冷却を解除するための種結晶が溶解することを抑制することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、簡素な構成で蓄熱、熱利用を制御でき、十分な熱利用速度が得られる蓄熱材容器およびこれを用いた蓄熱装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。ただし、従来から広く採用されている公知の手段については、詳細な説明を省略する。
【００１５】
（実施の形態１）
本実施形態の蓄熱装置は、図１に示すように、蓄熱タンク２に、蓄熱流路と、熱利用流路が接続された構成となっている。本実施形態では、蓄熱流路を流れる熱媒体と、熱利用流路を流れる被加熱流体とは、共通である。このような熱媒体または被加熱流体としては、通常、水を用いる。
【００１６】
蓄熱タンク２の内部には、蓄熱材容器３が挿入され、隙間を熱媒体が流通できるように構成されている。
【００１７】
蓄熱流路（熱媒体流路）は、蓄熱タンク２の下部から、熱媒体出口流路６と、熱媒体加熱部１と、熱媒体入口流路５とを経て、蓄熱タンク６の上部に再び接続されている。熱媒体が、蓄熱流路をこの順に流れるうちに、熱媒体加熱部１にて加熱される。また、熱媒体出口流路６には、制御弁８が設けられている。熱媒体入口流路５には、ポンプ７が設けられている。
【００１８】
熱利用流路（被加熱流体流路）は、被加熱流体を装置外部から蓄熱タンク２に流入させる被加熱流体入口流路９と、蓄熱タンク２において加熱された被加熱流体を利用に供するために放出する被加熱流体出口流路１０よりなる。被加熱流体入口流路９には、熱利用流路に被加熱流体を流すポンプ１１が設けられている。また、被加熱流体出口流路１０には、被加熱流体の流れを制御する制御弁１２が設けられている。
【００１９】
蓄熱時は、蓄熱流路側ポンプ７を運転し、制御弁８を開放して、熱媒体加熱部１で加熱された熱媒体を蓄熱タンク２内の上から下に向かって循環させる。このとき、熱媒体との熱交換を行うことにより、銅等の熱伝導率の高い容器で構成された蓄熱材容器３内に充填された蓄熱材が、蓄熱材容器３外部を流通する熱媒体からの熱伝達により、加熱、昇温され、蓄熱材容器３内に蓄熱される。一方、熱利用時は、熱利用流路側ポンプ１１を運転し、被加熱流体側の制御弁１２を開放して、被加熱流体を蓄熱タンク２内の下から上に向かって循環させる。このとき、蓄熱材容器３と被加熱流体との熱交換を行うことにより、熱利用される。なお、本実施の形態では、熱媒体加熱部１としてヒートポンプ装置を用いて
いる。
【００２０】
次に、詳細について説明する。図２、３は、本実施の形態１における蓄熱、熱利用時の蓄熱材容器３の構成図である。種結晶移動手段４は、回転軸１６の一端に受流部１４、他端に種結晶保持部１３を備えている。また、受流部１４にバランスウェイト１５を設け、受流部１４を種結晶保持部１３より重くすることにより、熱媒体の非流動時には、受流部１４が下に下がるようにしている。ここで、種結晶保持部１３は、ハニカム形状のセラミックに蓄熱材を含浸したものである。なお、本実施の形態では、蓄熱材として、酢酸ナトリウム・三水和物を主成分とするもの、熱媒体（被加熱流体）として水を用いている。
【００２１】
図４は、本発明の実施の形態１における蓄熱、熱利用時の蓄熱材温度の時間変化を表す図である。図４と上記の図２、３の構成とを合わせて、動作について説明する。蓄熱時には、熱媒体が上から下に向かって流動し、受流部１４は熱媒体の非流動時と同様に下に下がったままの状態である。ただし、ストッパ２  １８により受流部１４が完全に鉛直方向下向きにならないようにしている。また、他端に設けた種結晶保持部１３は、蓄熱材容器３の上部の空間１９内に留まっている。このため、図４に示すように、熱媒体との熱交換により、蓄熱材容器３内の蓄熱材２０は昇温し、固体から液体に変化するが、種結晶保持部１３は加熱されにくく、種結晶保持部の蓄熱材が固体のまま保持される。
【００２２】
なお、本発明の蓄熱装置は、通常、固体を全部液化させた状態で利用する。
図４に示すように、蓄熱を行った後、蓄熱材容器３から次第に放熱し、蓄熱材２０の温度は融点（ここでは、５８℃）以下まで低下するが、過冷却状態が安定であるため、液体のまま熱利用時まで保持される。熱利用時には、被加熱流体が下から上に向かって流動し、受流部１４はストッパ１  １７で止まる位置まで上に上がる。このとき、他端に設けた種結晶保持部１３は、蓄熱材容器３の蓄熱材２０の過冷却溶液内に浸される。このため、図４に示すように、蓄熱材２０の過冷却状態が解除され、種結晶保持部１３に保持された種結晶を起点として結晶成長を開始し、蓄熱材２０の温度は再度融点まで上昇し、被加熱流体に伝熱される。
【００２３】
本構成により、過冷却を解除するスイッチのオン、オフの機能を流動する被加熱流体が果たすため、複数の蓄熱容器を連動させる必要がなく、装置が簡素化されるとともに、熱利用する速度を確保することができる。
【００２４】
なお、本実施の形態では、熱媒体加熱部１としてヒートポンプ装置を用いているが、電気ヒータや燃焼を加熱源とするものを用いてもよく、上記と同様の効果が得られるものである。
【００２５】
また、受流部１４にバランスウェイト１５を備えているが、受流部１４を長くしたり、厚くしたりして、それ自身の重量を大きくする等してもよく、上記と同様の効果が得られるものである。
【００２６】
また、熱媒体（被加熱流体）の静止時に、種結晶保持部１３を蓄熱材容器３の空間１９に留まらせるために、重力を利用しているが、ばね等を用いて引力を作用させてもよく、上記と同様の効果が得られるものである。なお、熱媒体（被加熱流体）の流動方向を上下方向とすることは、蓄熱材容器３内の蓄熱材２０に温度成層を形成することになり、蓄熱状態の安定性を確保する点では、効果が大きいものである。
【００２７】
また、種結晶保持部１３としてハニカム形状のセラミックに蓄熱材を含浸させたものを用いているが、多孔体であればよく、例えば、金属細線を圧縮成型する等したものや吸湿性の高分子からなる織布、不織布等を用いても上記と同様の効果が得られるものである。
【００２８】
また、熱媒体（被加熱流体）として水を用いているが、空気等を用いてもよく、上記と同様の効果が得られるものである。
【００２９】
さらに、蓄熱材２０として酢酸ナトリウム・三水和物を用いているが、硫酸ナトリウム・十水和物、チオ硫酸ナトリウム・五水和物、燐酸水素ナトリウム・十二水和物等の水和物を用いてもよく、上記と同様の効果が得られるものである。さらに、三水和物だけでなく、少量の水や水溶性高分子等の増粘剤等を添加することにより、繰返し使用時にも相分離を抑制することができる。
【００３０】
（実施の形態２）
図５は、本実施の形態２における蓄熱装置の構成図である。蓄熱時は、蓄熱流路（熱媒体）側ポンプ７を運転し、熱媒体の制御弁８を開放して、熱媒体加熱部１で加熱された熱媒体を蓄熱タンク２内において右から左に向かって循環させる。このとき、熱媒体との熱交換を行うことにより、蓄熱材容器３内に蓄熱される。一方、熱利用時は、熱利用流路（被加熱流体）側ポンプ１１を運転し、被加熱流体側の制御弁１２を開放して、蓄熱タンク２内において被加熱流体を左から右に向かって循環させる。このとき、蓄熱材容器３と被加熱流体との熱交換を行うことにより、熱利用される。なお、本実施の形態では、熱媒体加熱部１としてヒートポンプ装置を用いている。
【００３１】
次に、詳細について説明する。図６、７は、本実施の形態２における蓄熱、熱利用時の蓄熱材容器の構成図である。種結晶移動手段４は、磁性体１  ２４を有する種結晶保持部１３と、磁性体２  ２５を有する受流部１４とを蓄熱材容器３を介して備えている。また、受流部１４とばね支持部２２との間にばね２１を設け、熱媒体（被加熱流体）の非流動時には、受流部１４が重力とばね２１による引力がバランスする位置で留まるようにしている。このとき、種結晶保持部１３は蓄熱材２０に接触していない。また、種結晶保持部１３は、ハニカム形状のセラミックに蓄熱材を含浸したものである。なお、本実施の形態では、蓄熱材として、酢酸ナトリウム・三水和物を主成分とするもの、熱媒体（被加熱媒体）として水を用いている。
【００３２】
図６、７に基づいて、動作について説明する。蓄熱時には、熱媒体が右から左に向かって流動し、受流部１４は受流部ガイド２３に沿ってストッパ２  １８の位置まで移動する。このとき、蓄熱材容器３を介して、磁性体１  ２４と磁性体２  ２５とにより、受流部１４と引き付け合っている種結晶保持部１３は、受流部１４とともに移動し、蓄熱材容器３の上部の空間１９内に留まっている。
【００３３】
また、熱利用時には、被加熱流体が左から右に向かって流動し、受流部１４はストッパ１  １７で止まる位置まで移動する。このとき、蓄熱材容器３を介して、磁性体１  ２４と磁性体２  ２５とにより、受流部１４と引き付け合っている種結晶保持部１３は、受流部１４とともに移動し、蓄熱材容器３の蓄熱材２０の過冷却溶液内に浸される。
【００３４】
本構成により、過冷却を解除するスイッチのオン、オフの機能を流動する被加熱流体が果たすため、複数の蓄熱容器を連動させる必要がなく、装置が簡素化されるとともに、熱利用する速度を確保することができる。
【００３５】
なお、本実施の形態では、熱媒体加熱部１としてヒートポンプ装置を用いているが、電気ヒータや燃焼を加熱源とするものを用いてもよく、上記と同様の効果が得られるものである。
【００３６】
また、熱媒体の静止時に、種結晶保持部１３を蓄熱材容器３の空間１９に留まらせるた
めに、受流部１４にばね支持板２２との間にばね２１を備えているが、引っ張り力が作用するものであれば、上記と同様の効果が得られるものである。
【００３７】
また、種結晶保持部１３としてハニカム形状のセラミックに蓄熱材を含浸させたものを用いているが、多孔体であればよく、例えば、金属細線を圧縮成型する等したものや吸湿性の高分子からなる織布、不織布等を用いても上記と同様の効果が得られるものである。
【００３８】
また、熱媒体（被加熱流体）として水を用いているが、空気等を用いてもよく、上記と同様の効果が得られるものである。
【００３９】
さらに、蓄熱材２０として酢酸ナトリウム・三水和物を用いているが、硫酸ナトリウム・十水和物、チオ硫酸ナトリウム・五水和物、燐酸水素ナトリウム・十二水和物等の水和物を用いてもよく、上記と同様の効果が得られるものである。さらに、三水和物だけでなく、少量の水や水溶性高分子等の増粘剤等を添加することにより、繰返し使用時にも相分離を抑制することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明にかかる蓄熱容器およびこれを用いた蓄熱装置は、住宅の暖房、給湯用途の蓄熱に利用することができる。しかし、用途はこれに限定されるものではなく、例えば太陽熱の集熱や排熱回収のための蓄熱にも利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の実施の形態１における蓄熱装置の構成図
【図２】本発明の実施の形態１における蓄熱時の蓄熱材容器の構成図
【図３】本発明の実施の形態１における熱利用時の蓄熱材容器の構成図
【図４】本発明の実施の形態１における蓄熱、熱利用時の蓄熱材温度の時間変化を表す図
【図５】本発明の実施の形態２における蓄熱装置の構成図
【図６】本発明の実施の形態２における蓄熱時の蓄熱材容器の構成図
【図７】本発明の実施の形態２における熱利用時の蓄熱材容器の構成図
【符号の説明】
【００４２】
１  熱媒体加熱部
２  蓄熱タンク
３  蓄熱材容器
４  種結晶移動手段
５  熱媒体入口流路
６  熱媒体出口流路
７  蓄熱流路側ポンプ
８  蓄熱流路側制御側弁
９  熱媒体入口流路
１０  熱媒体出口流路
１１  熱利用流路（被加熱流体）側ポンプ
１２  熱利用流路側制御弁
１３  種結晶保持部
１４  受流部
１５  バランスウェイト
１６  回転軸
１７  ストッパ１
１８  ストッパ２
１９  空間
２０  蓄熱材
２１  ばね
２２  ばね支持部
２３  受流部ガイド
２４  磁性体１
２５  磁性体２
【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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