(57)【要約】【課題】  蓄熱装置において加熱媒体による蓄熱材の融解を効率よく行う。【解決手段】  蓄熱装置１は、蓄熱槽２と、筒容器形状の長手方向を該水平にして蓄熱槽内部に各々離間して配置され、内部に蓄熱材２１を収容する複数のカプセル３と、蓄熱槽２の下部に配管出口を接続し、蓄熱材２１への蓄熱時に加熱媒体３１を蓄熱槽２内部に導く加熱媒体供給配管７と、蓄熱槽２の上部に配管入口を接続し、蓄熱材２１への蓄熱時に加熱媒体３１を蓄熱槽２から外部に排出する加熱媒体排出配管９と、蓄熱槽２の下部に配管出口を接続し、蓄熱材２１からの熱の取り出し時に被加熱媒体３２を蓄熱槽２内部に導く被加熱媒体供給配管８と、蓄熱槽２の上部に配管入口を接続し、蓄熱材２１からの熱の取り出し時に被加熱媒体３２を蓄熱槽２から外部に排出する被加熱媒体排出配管１０とを備える。【選択図】  図１
2012241926.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱媒体および被加熱媒体を内部で流通させる蓄熱槽と、
筒容器形状の長手方向を該水平にして前記蓄熱槽内部に各々離間して配置され、内部に蓄熱材を収容する複数のカプセルと、
前記蓄熱槽の下部に配管出口を接続し、前記蓄熱材への蓄熱時に前記加熱媒体を前記蓄熱槽内部に導く加熱媒体供給配管と、
前記蓄熱槽の上部に配管入口を接続し、前記蓄熱材への蓄熱時に前記加熱媒体を前記蓄熱槽から外部に排出する加熱媒体排出配管と、
前記蓄熱槽の下部に配管出口を接続し、前記蓄熱材からの熱の取り出し時に前記被加熱媒体を前記蓄熱槽内部に導く被加熱媒体供給配管と、
前記蓄熱槽の上部に配管入口を接続し、前記蓄熱材からの熱の取り出し時に前記被加熱媒体を前記蓄熱槽から外部に排出する被加熱媒体排出配管とを備えたことを特徴とする蓄熱装置。
【請求項２】
前記加熱媒体供給配管および前記被加熱媒体供給配管は各々の配管出口を合流させて接続された蓄熱槽下部配管を介して前記蓄熱槽の下部に接続されることを特徴とする請求項１に記載の蓄熱装置。
【請求項３】
前記加熱媒体排出配管および前記被加熱媒体排出配管は各々の配管入口を合流させて接続された蓄熱槽上部配管を介して前記蓄熱槽の上部に接続されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の蓄熱装置。
【請求項４】
加熱媒体および被加熱媒体を内部で流通させる蓄熱槽と、
筒容器形状の長手方向を該水平にして前記蓄熱槽内部に各々離間して配置され、内部に蓄熱材を収容する複数のカプセルと、
前記蓄熱槽の下部に配管出口を接続し、前記蓄熱材への蓄熱時に前記加熱媒体を前記蓄熱槽内部に導く加熱媒体供給配管と、
前記蓄熱槽の上部に配管入口を接続し、前記蓄熱材への蓄熱時に前記加熱媒体を前記蓄熱槽から外部に排出する加熱媒体排出配管と、
前記蓄熱槽の上部に配管出口を接続し、前記蓄熱材からの熱の取り出し時に前記被加熱媒体を前記蓄熱槽内部に導く被加熱媒体供給配管と、
前記蓄熱槽の下部に配管入口を接続し、前記蓄熱材からの熱の取り出し時に前記被加熱媒体を前記蓄熱槽から外部に排出する被加熱媒体排出配管とを備えたことを特徴とする蓄熱装置。
【請求項５】
前記加熱媒体供給配管および前記被加熱媒体供給配管は、前記加熱媒体供給配管の配管出口および前記被加熱媒体供給配管の配管入口を合流させて接続した蓄熱槽下部配管を介して前記蓄熱槽の下部に接続されることを特徴とする請求項４に記載の蓄熱装置。
【請求項６】
前記加熱媒体排出配管および前記被加熱媒体排出配管は、前記加熱媒体排出配管の配管入口および前記被加熱媒体排出配管の配管出口を合流させて接続した蓄熱槽上部配管を介して前記蓄熱槽の上部に接続されることを特徴とする請求項４または請求項５に記載の蓄熱装置。
【請求項７】
送風機を有し、配管出口が分岐した送風機配管をさらに備え、
この送風機配管の配管出口の分岐端に前記加熱媒体供給配管の配管入口および前記被加熱媒体供給配管の配管入口が各々接続され、
前記送風機配管は、前記加熱媒体供給配管による前記加熱媒体の供給と前記被加熱媒体供給配管による前記被加熱媒体の供給とを切替え可能に行うことができることを特徴とする請求項１乃至請求項６の何れか一項記載の蓄熱装置。
【請求項８】
前記カプセルは、円筒容器形状であり、この円筒容器形状の両端面を前記支持面として前記蓄熱槽の内側面によって支持されることを特徴とする請求項１乃至請求項７の何れか一項記載の蓄熱装置。
【請求項９】
前記カプセルは、前記筒容器形状の両端面を前記支持面として前記蓄熱槽の内側面によって支持され、長手方向に垂直な断面が、水平方向が垂直方向よりも長い形状であることを特徴とする請求項１乃至請求項７の何れか一項記載の蓄熱装置。
【請求項１０】
前記カプセルは前記蓄熱槽の内側面によって軸回転可能に支持され、
前記カプセルを軸回転させる回転装置をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至請求項９の何れか一項記載の蓄熱装置。
【請求項１１】
蓄熱槽内部の上方に配置される前記カプセルの長手方向に垂直な断面積は、前記蓄熱槽内部の鉛直方向の中段付近に配置される前記カプセルの長手方向に垂直な断面積よりも小さいことを特徴とする請求項１乃至請求項１０の何れか一項記載の動作装置。
【請求項１２】
蓄熱槽の下部に配管出口を接続した加熱媒体供給配管によって熱源によって加熱された加熱媒体を前記蓄熱槽内部に供給する工程と、
前記蓄熱槽内部に筒容器形状の長手方向を該水平にして配置されたカプセル内の蓄熱材に前記加熱媒体の熱を与える工程と、
前記蓄熱槽の上部に配管入口を接続した加熱媒体排出配管によって前記加熱媒体を外部に排出する工程とを備えることを特徴とする蓄熱装置の動作方法。
【請求項１３】
前記蓄熱槽の上部に配管出口を接続した被加熱媒体供給配管によって被加熱媒体を前記蓄熱槽内部に供給する工程と、
前記蓄熱槽内部に配置された前記カプセル内の前記蓄熱材の熱を前記被加熱媒体に与える工程と、
前記蓄熱槽の下部に配管出口を接続した被加熱媒体排出配管によって前記被加熱媒体を外部に排出する工程とをさらに備えることを特徴とする請求項１２に記載の蓄熱装置の動作方法。 
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加熱媒体によって蓄熱材を溶融して蓄熱し、被加熱媒体によって蓄熱材を凝固して熱を取り出す蓄熱装置およびその動作方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
広域の家庭用電力や工業用電力といった大規模電力を供給することができる固体酸化物燃料型燃料電池（ＳＯＦＣ：Ｓｏｌｉｄ  Ｏｘｉｄｅ  Ｆｕｅｌ  Ｃｅｌｌ）は、電解質として酸化物イオンの透過性が高いイオン伝導性セラミックスを用い、空気極で生成した酸化物イオンが電解質を透過し、燃料極で水素と反応することにより電気エネルギーを発生させる。ＳＯＦＣは、８００℃乃至１０００℃で動作し、さらに酸化物イオンと水素の反応によって熱が発生する。
【０００３】
ＳＯＦＣに用いる水素の製造方法として、水蒸気改質法や熱化学法が有効である。水蒸気改質法は、炭化水素を加熱したニッケル触媒において反応させ、二酸化炭素と水素に分解する方法である。熱化学法は、硫酸を分解してＳＯ２を得て、さらにＳＯ２をヨウ素水に吸収させて得たＨＩを分解して水素を得る方法である。
【０００４】
ここで、水蒸気改質法のニッケル触媒の加熱には９００℃乃至１０００℃の熱が必要であり、熱化学法における硫酸の分解反応には８００℃乃至９００℃の熱が必要である。したがって、ＳＯＦＣにおいて発生した熱を蓄熱装置に蓄熱し、水素製造に用いる熱として取り出し利用すれば、熱エネルギーの有効利用が可能である。
【０００５】
現在開発されている蓄熱装置の蓄熱方式には顕熱型、潜熱型、濃度差型、化学型等がある。このうち潜熱型の蓄熱方式は、他の方式に比べて熱容量が大きく、上述した燃料電池および水素製造設備における熱エネルギーの利用に有効である。
【０００６】
潜熱型の蓄熱装置として、蓄熱槽の内部に蓄熱材を充填したカプセルを垂直に配置して、蓄熱槽の上方から加熱媒体を供給して蓄熱材を融解させ、蓄熱槽の上方から加熱媒体を供給して蓄熱材を凝固させる技術が開発されている（例えば、特許文献１参照。）。また、蓄熱槽の内部に棒形状のカプセルを垂直に配置して、蓄熱槽の下方から加熱媒体を供給して蓄熱材を融解させる技術が開発されている（例えば、特許文献２参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平６―３０７９号公報
【特許文献２】実開平６−６９５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述した特許文献１に記載の技術は、蓄熱材を収容した円筒容器形状のカプセルに蓄熱槽の上方から高温の加熱媒体を供給し、カプセル内の蓄熱材はカプセルの上面近傍から融解する。ここで、蓄熱材に氷以外のものを用いた場合、融解した液体蓄熱材は凝固している固体蓄熱材よりも比重が軽い。したがって、カプセルの上面近傍で融解した蓄熱材は上部で留まり、加熱媒体は、既に溶解した液体蓄熱材にカプセルの上面から熱を与え続け、下部の凝固している固体蓄熱材に効率よく熱を与え融解させることができない課題があった。
【０００９】
また、上述した特許文献２に記載の技術は、蓄熱槽の下方から加熱媒体を供給しているが、蓄熱材が縦長の棒形状であるため、溶融した液体蓄熱材と凝固した固体蓄熱材は内部で効率よく対流できず、固体蓄熱材に熱を効率よく伝え融解させることができない課題があった。
【００１０】
そこで本発明は、加熱媒体によって効率よく蓄熱材を融解することができる蓄熱装置を提供するこ
とを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明の蓄熱装置は、加熱媒体および被加熱媒体を内部で流通させる蓄熱槽と、筒容器形状の長手方向を該水平にして蓄熱槽内部に各々離間して配置され、内部に蓄熱材を収容する複数のカプセルと、蓄熱槽の下部に配管出口を接続し、蓄熱材への蓄熱時に加熱媒体を蓄熱槽内部に導く加熱媒体供給配管と、蓄熱槽の上部に配管入口を接続し、蓄熱材への蓄熱時に加熱媒体を蓄熱槽から外部に排出する加熱媒体排出配管と、蓄熱槽の下部に配管出口を接続し、蓄熱材からの熱の取り出し時に被加熱媒体を蓄熱槽内部に導く被加熱媒体供給配管と、蓄熱槽の上部に配管入口を接続し、蓄熱材からの熱の取り出し時に被加熱媒体を蓄熱槽から外部に排出する被加熱媒体排出配管とを備えたことを特徴とする。
【００１２】
さらに、上記目的を達成するために、本発明の蓄熱装置の動作方法は、蓄熱槽の下部に配管出口を接続した加熱媒体供給配管によって熱源によって加熱された加熱媒体を蓄熱槽内部に供給する工程と、蓄熱槽内部に筒容器形状の長手方向を該水平にして配置されたカプセル内の蓄熱材に加熱媒体の熱を与える工程と、蓄熱槽の上部に配管入口を接続した加熱媒体排出配管によって加熱媒体を外部に排出する工程とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、蓄熱装置において加熱媒体によって効率よく蓄熱材を融解することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る蓄熱装置の蓄熱材へ蓄熱を行う作用を示す概略縦断面図。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る蓄熱装置の蓄熱槽およびカプセルを示す斜視透過図。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る蓄熱装置のカプセル内の蓄熱材の融解の作用を示し、（ａ）はカプセルの長手方向に垂直な断面図、（ｂ）はカプセルの長手方向に平行な断面図。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る蓄熱装置の熱を取り出す作用を示す概略縦断面図。
【図５】本発明の第１の実施形態に係る蓄熱装置のカプセルの変形例を示し、（ａ）は円筒容器形状を示す斜視図、（ｂ）は楕円円筒容器形状を示す斜視図、（ｃ）は長方形筒容器形状を示す斜視図。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る蓄熱装置の蓄熱材へ蓄熱する作用を示す概略縦断面図。
【図７】本発明の第２の実施形態に係る蓄熱装置の蓄熱材から熱を取り出す作用を示す概略縦断面図。
【図８】本発明の第３の実施形態に係る蓄熱装置の蓄熱材から熱を取り出す作用を示す概略縦断面図。
【図９】本発明の第３の実施形態に係る蓄熱装置のカプセル内の蓄熱材の凝固の作用を示し、（ａ）はカプセルの長手方向に垂直な断面図、（ｂ）はカプセルの長手方向に平行な断面図。
【図１０】本発明の第４の実施形態に係る蓄熱装置の蓄熱槽の概略縦断面図。
【図１１】本発明の第５の実施形態に係る蓄熱装置の蓄熱槽の概略縦断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態を説明する。
【００１６】
（第１の実施形態）
（構成）
以下、本発明の第１の実施形態に係る蓄熱装置について図１乃至図５を参照して説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係る蓄熱装置の蓄熱材へ蓄熱を行う作用を示す概略縦断面図である。蓄熱装置１は、蓄熱槽２と、カプセル３と、蓄熱槽下部配管４と、蓄熱槽上部配管５と、送風配管６と、加熱媒体供給配管７と、被加熱媒体供給配管８と、加熱媒体排出配管９と、被加熱媒体排出配管１０と、加熱媒体供給配管止弁１１と、被加熱媒体供給配管止弁１２と、加熱媒体排出配管止弁１３と、被加熱媒体排出配管止弁１４と、送風機１５とから構成される。また、加熱媒体供給配管７に熱源１６が設けられ、被加熱媒体排出配管１０に熱利用装置１７が設けられる。
【００１７】
蓄熱槽２は、図１に示す加熱媒体３１および図４に示す被加熱媒体３２を内部で流通させることができる直方体容器形状である。また、カプセル３は円筒の容器形状であって内部に蓄熱材２１を収容する。さらに、カプセル３内部の蓄熱材２１の上方には空洞部２４が形成される。蓄熱材２１には、液体よりも固体の比重が重い物質である塩化ナトリウム、パラフィン、脂肪酸、多価アルコール等が適用可能である。また、加熱媒体３１および被加熱媒体３２には、空気や不活性ガス等の気体が適用可能である。
【００１８】
図２は、本発明の第１の実施形態に係る蓄熱装置の蓄熱槽およびカプセルを示す斜視透過図である。蓄熱槽２の内部において、長手方向の長さが等しい複数のカプセル３が各々を平行かつ離間して配置され、複数のカプセル３の円筒容器形状の両端面を支持面３ａとして、蓄熱槽２の対向する内側面によって溶接やボルト止め、または固定具等によって支持される。
【００１９】
図１に示すように、送風配管６には送風装置１５が設けられる。送風配管６は、送風配管入口６ａから図１に示す加熱媒体３１および図４に示す被加熱媒体３２を送風配管６内部に導入することができる。送風配管６の送風配管出口６ｂは２つに分岐し、分岐端の各々に加熱媒体供給配管７の配管入口７ａと被加熱媒体供給配管８の配管入口８ａが接続される。
【００２０】
さらに、加熱媒体供給配管７の配管入口７ａの近傍に加熱媒体供給配管止弁１１が設けられ、被加熱媒体供給配管８の配管入口８ａの近傍に被加熱媒体供給配管止弁１２が設けられる。加熱媒体供給配管止弁１１および被加熱媒体供給配管止弁１２は、閉動作によってそれぞれ加熱媒体３１および被加熱媒体３２の導入を遮断することができる。また、加熱媒体供給配管７には熱源１６が設けられる。加熱媒体供給配管７は、熱源１６から発生する熱を加熱媒体３１に与えて加熱することができる。
【００２１】
蓄熱槽２の下部に蓄熱槽下部配管４の一端４ａが接続される。加熱媒体供給配管７の配管出口７ｂと被加熱媒体供給配管８の配管出口８ｂは合流し、この合流端と蓄熱槽下部配管４の他端４ｂが接続される。ここで蓄熱槽２の下部とは、蓄熱槽２の下底、または複数のカプセル３の各々に対して下方から加熱媒体３１および被加熱媒体３２を流通させることができる蓄熱槽２の側面下方の位置である。
【００２２】
蓄熱槽２の上部に蓄熱槽上部配管５の一端５ａが接続される。蓄熱槽上部配管５の他端５ｂは２つに分岐し、分岐した他端５ｂの各々に加熱媒体排出配管９の配管入口９ａと被加熱媒体排出配管１０の配管入口１０ａが接続される。ここで、蓄熱槽２の上部とは、蓄熱槽２の上面、または複数のカプセル３の各々に対して上方から加熱媒体３１および被加熱媒体３２を流通させることができる蓄熱槽２の側面上方の位置である。
【００２３】
さらに、加熱媒体排出配管９の配管入口９ａの近傍に加熱媒体排出配管止弁１３が設けられ、被加熱媒体排出配管１０の配管入口１０ａの近傍に被加熱媒体排出配管止弁１４が設けられる。加熱媒体排出配管止弁１３および被加熱媒体排出配管止弁１４は、閉動作によってそれぞれ加熱媒体３１および被加熱媒体３２の導入を遮断することができる。また、被加熱媒体排出配管１０には熱利用装置１７が設けられる。被加熱媒体排出配管１０は、図４に示す被加熱媒体３２の熱を取り出し熱利用装置１７へ与えることができる。
【００２４】
（作用）
以下、本発明の第１の実施形態の作用について説明する。蓄熱装置１は、カプセル３内部の蓄熱材２１を溶融させて蓄熱する作用と、カプセル３内部の蓄熱材２１を凝固させて熱を取り出す作用とに分別される。
【００２５】
まず、カプセル３内部の蓄熱材２１を溶融させて蓄熱する作用について説明する。蓄熱装置１における蓄熱材２１への蓄熱は、蓄熱装置１内で加熱媒体３１を流通させることによって行われる。このとき、加熱媒体供給配管止弁１１は開動作させ、被加熱媒体供給配管止弁１２は閉動作させ、加熱媒体排出配管止弁１３は開動作させ、被加熱媒体排出配管止弁１４は閉動作させる。
【００２６】
蓄熱材２１の蓄熱時において、加熱媒体３１は、送風配管６の送風装置１５によって加熱媒体供給配管７に導入され、加熱媒体供給配管７によって蓄熱槽下部配管４を介して蓄熱槽２内部に供給され、蓄熱槽２内部を上方に流通し、蓄熱槽２内部から蓄熱槽上部配管５を介して加熱媒体排出配管９によって外部へ排出される。加熱媒体３１は、加熱媒体供給配管７において熱源１６から熱を受け取って加熱され、蓄熱槽２内においてカプセル３内の蓄熱材２１に熱を与え、蓄熱材２１を融解させる。
【００２７】
図３は、本発明の第１の実施形態に係る蓄熱装置のカプセル内の蓄熱材の融解の作用を示し、（ａ）はカプセルの長手方向に垂直な断面図、（ｂ）はカプセルの長手方向に平行な断面図である。加熱媒体３１を蓄熱槽２内に供給する前において、蓄熱材２１は固体の固体蓄熱材２２として存在している。図３（ａ）のように、加熱媒体３１はカプセル３の下部に接触してカプセルの下部に熱を与えた後、カプセル３の上方へ移動する。したがって、主にカプセル３の下面から固体蓄熱材２２へ熱が伝わり、カプセル３内の固体蓄熱材２２のうち、主にカプセル３の下面近傍に位置するものが融解し、液体の液体蓄熱材２３となる。
【００２８】
ここで、液体蓄熱材２３は固体蓄熱材２２よりも比重が軽いため、カプセル３の下面近傍において生成された液体蓄熱材２３は、固体蓄熱材２２の上方へ浮上する。そして、液体蓄熱材２３が生成された位置に固体蓄熱材２２が落下し、再び加熱媒体３１によって融解され液体蓄熱材２３が生成される。
【００２９】
固体蓄熱材２２に上面から熱を与える場合、既に融解した液体蓄熱材２３に熱が伝わり続け、固体蓄熱材２２に熱が伝わらないことがある。しかしながら、固体蓄熱材２２に下面から熱を与えることによって、カプセル３内で液体蓄熱材２３が浮上し、固体蓄熱材２２が落下して効率よく固体蓄熱材２２に熱を伝えて融解させることができる。
【００３０】
さらに図３（ａ）のように、蓄熱槽２の内部において、カプセル３は円筒容器形状を水平に配置しているので、加熱媒体３１が熱を与えるカプセル３の下面の面積を広くすることができ、より効率よく固体蓄熱材２２に熱を伝えて融解させることができる。
【００３１】
加熱媒体３１は、蓄熱槽２の内部においてカプセル３内の蓄熱材２１に熱を与えながら上方へ移動し、蓄熱槽上部配管５を介して加熱媒体排出配管９によって外部に排出される。このとき、加熱媒体排出配管９の配管出口９ｂと送風配管６の送風配管入口６ａを連通して、加熱媒体３１を循環させる構成としてもよい。
【００３２】
次に、カプセル３内部の蓄熱材２１を凝固させて熱を取り出す作用について説明する。図４は、本発明の第１の実施形態に係る蓄熱装置の熱を取り出す作用を示す概略縦断面図である。蓄熱装置１における蓄熱材２１からの熱の取り出しは、蓄熱装置１内で被加熱媒体３２を流通させることによって行われる。このとき、加熱媒体供給配管止弁１１は閉動作させ、被加熱媒体供給配管止弁１２は開動作させ、加熱媒体排出配管止弁１３は閉動作させ、被加熱媒体排出配管止弁１４は開動作させる。
【００３３】
蓄熱材２１からの熱の取り出し時には、被加熱媒体３２は、送風配管６の送風装置１５によって被加熱媒体供給配管８に導入され、被加熱媒体供給配管８によって蓄熱槽下部配管４を介して蓄熱槽２内部に供給され、蓄熱槽２内部を上方に流通し、蓄熱槽２内部から蓄熱槽上部配管５を介して被加熱媒体排出配管１０によって外部へ排出される。被加熱媒体３２は、蓄熱槽２内部においてカプセル３内の蓄熱材２１から熱を受け取って加熱され、被加熱媒体排出配管１０において熱利用装置１７に熱を与える。このとき、被加熱媒体排出配管１０の配管出口１０ｂと送風配管６の送風配管入口６ａを連通して、被加熱媒体３２を循環させる構成としてもよい。
【００３４】
なお、本実施形態は以下の変形が可能である。図５は、本発明の第１の実施形態に係る蓄熱装置のカプセルの変形例を示し、（ａ）は円筒容器形状を示す斜視図、（ｂ）は楕円円筒容器形状を示す斜視図、（ｃ）は、長方形筒容器形状を示す斜視図である。
【００３５】
図５（ａ）は、上述した実施形態における円筒容器形状のカプセル３を示す斜視図である。この場合、カプセル３は円筒容器形状であるので、カプセル３内部の蓄熱材２１の融解と凝固によるカプセル３内部の圧力の変化に対して耐性を高めることができる。
【００３６】
図５（ｂ）は、楕円円筒容器形状のカプセル３を示す斜視図である。この場合、蓄熱槽２の内部において、カプセル３の断面の楕円形状の長軸を水平にして配置する。このとき、加熱媒体３１が接触し熱を与えるカプセル３の下面の面積を広くすることができる。さらに、上下方向の伝熱距離を短くすることができ、カプセル３の下部からの融解をより効率よく行うことができる。
【００３７】
図５（ｃ）は、長方形筒容器形状のカプセル３を示す斜視図である。この場合、蓄熱槽２の内部において、カプセル３の断面の長方形筒容器形状の長辺を水平にして配置する。このとき、カプセル３が楕円円筒容器形状であるときと同様に、カプセル３の下面の面積を広くすることができ、さらに上下方向の伝熱距離を短くすることができる。
【００３８】
（効果）
本発明の第１の実施形態によれば、加熱媒体３１をカプセル３の下部に接触させ、カプセルの下部に熱を与えることにより、カプセル３の下部の固体蓄熱材２２が融解し、カプセル３内で液体蓄熱材２３が浮上し、固体蓄熱材２２が落下することによって、効率よく固体蓄熱材２２に熱を伝えて蓄熱することができる。
【００３９】
なお、加熱媒体供給配管７の配管入口７ａ近傍に加熱媒体供給配管止弁１１を設け、被加熱媒体供給配管８の配管入口８ａ近傍に被加熱媒体供給配管止弁１２を設けるだけでなく、送風配管６の配管出口６ｂの加熱媒体供給配管７および被加熱媒体供給配管８への分岐端に切替弁を設け、加熱媒体３１および被加熱媒体３２を切替えて加熱媒体供給配管７および被加熱媒体供給配管８へ導入してもよい。
【００４０】
同様に、蓄熱槽上部配管５の他端５ｂにおける加熱媒体排出配管９および被加熱媒体排出配管１０への分岐端の近傍に切替弁を設けることによって、加熱媒体３１および被加熱媒体３２の各々加熱媒体排出配管９および被加熱媒体排出配管１０への導入を行ってもよい。
【００４１】
さらに、蓄熱槽下部配管４の他端４ｂにおいて、加熱媒体供給配管７および被加熱媒体供給配管８の配管出口８ｂが合流するように蓄熱槽下部配管４の他端４ｂと加熱媒体供給配管７および被加熱媒体供給配管８の配管出口を接続するだけでなく、加熱媒体供給配管７の配管出口７ｂおよび被加熱媒体供給配管８の配管出口８ｂを各々蓄熱槽２の下部に直接接続してもよい。同様に、加熱媒体排出配管９の配管入口９ｂおよび被加熱媒体排出配管１０の配管出口９ｂを各々蓄熱槽２の上部に直接接続してもよい。
【００４２】
（第２の実施形態）
（構成）
以下、本発明の第２の実施形態に係る蓄熱装置について図６および図７を参照して説明する。第１の実施形態に係る蓄熱装置の各部と同一部分には同一符号を付し、同一の構成についての説明は省略する。
【００４３】
図６は、本発明の第２の実施形態に係る蓄熱装置の蓄熱材へ蓄熱する作用を示す概略縦断面図である。第２の実施形態が第１の実施形態と異なる点は、被加熱媒体供給配管８と加熱媒体供給配管７を同一の配管とし、加熱媒体排出配管９と被加熱媒体排出配管１０を同一の配管とした点である。
【００４４】
（作用）
以下、本発明の第２の実施形態の作用について説明する。まず、カプセル３内部の蓄熱材２１を溶融させて蓄熱する作用について説明する。このとき、熱源１６を動作させ、熱利用装置１７を停止させる。また、加熱媒体供給配管止弁１１および被加熱媒体排出配管止弁１４を開動作させる。
【００４５】
加熱媒体３１は、加熱媒体供給配管７によって蓄熱槽２内部に供給され、蓄熱槽２の内部においてカプセル３内の蓄熱材２１に熱を与えながら上方へ移動し、蓄熱槽上部配管５を介して被加熱媒体排出配管１０によって外部に排出される。熱利用装置１７を停止させることによって、加熱媒体３２が熱利用装置１７を有する被加熱媒体排出配管１０を流通したときでも、熱利用装置１７は加熱媒体３１の熱を利用しない。
【００４６】
さらに、カプセル３内部の蓄熱材２１を凝固させて熱を取り出す作用について説明する。図７は、本発明の第２の実施形態に係る蓄熱装置の蓄熱材から熱を取り出す作用を示す概略縦断面図である。このとき、熱源１６を停止させ、熱利用装置１７を動作させる。また、加熱媒体供給配管止弁１１および被加熱媒体排出配管止弁１４を開動作させる。
【００４７】
被加熱媒体３１は、加熱媒体供給配管７によって蓄熱槽２内部に供給され、蓄熱槽２の内部においてカプセル３内の蓄熱材２１に熱を与えながら上方へ移動し、蓄熱槽上部配管５を介して被加熱媒体排出配管１０によって外部に排出される。熱源１６を停止させることによって、被加熱媒体３２が熱源１６を有する加熱媒体供給配管７を流通したときでも被加熱媒体３２は加熱されず、被加熱媒体３２は蓄熱材２１において熱を受け取って蓄熱材２１を凝固させ、被加熱媒体排出配管１０において被加熱媒体３２の熱を取り出し熱利用装置１７に利用させることができる。
【００４８】
（効果）
本発明の第２の実施形態によれば、被加熱媒体供給配管８と加熱媒体供給配管７とを同一の配管とし、加熱媒体排出配管９と被加熱媒体排出配管１０とを同一の配管とすることによって配管の設備コストを削減することができる。
【００４９】
（第３の実施形態）
（構成）
以下、本発明の第３の実施形態に係る蓄熱装置について図８および図９を参照して説明する。第１の実施形態に係る蓄熱装置の各部と同一部分には同一符号を付し、同一の構成についての説明は省略する。
【００５０】
図８は、本発明の第３の実施形態に係る蓄熱装置の蓄熱材から熱を取り出す作用を示す概略縦断面図である。第３の実施形態が第１の実施形態と異なる点は、被加熱媒体供給配管８の配管出口８ｂが蓄熱槽上部配管５の他端５ｂに接続され、被加熱媒体排出配管１０の配管入口１０ａが蓄熱槽下部配管４の他端４ｂに接続された点である。
【００５１】
（作用）
以下、本発明の第３の実施形態の作用について説明する。まず、カプセル３内部の蓄熱材２１を凝固させて熱を取り出す作用について説明する。蓄熱装置１における蓄熱材２１からの熱の取り出しは、蓄熱装置１内で被加熱媒体３２を流通させることによって行われる。このとき、加熱媒体供給配管止弁１１は閉動作させ、被加熱媒体供給配管止弁１２は開動作させ、加熱媒体排出配管止弁１３は閉動作させ、被加熱媒体排出配管止弁１４は開動作させる。
【００５２】
よって、被加熱媒体３２は、送風配管６から被加熱媒体供給配管８によって蓄熱槽上部配管５を介して蓄熱槽２内部へ導入され、蓄熱槽２内部を下方に流通し、蓄熱槽２内部から蓄熱槽下部配管４を介して被加熱媒体排出配管１０によって外部へ排出される。被加熱媒体３２は、蓄熱槽２内においてカプセル３内の蓄熱材２１から熱を受け取り、蓄熱材２１は被加熱媒体３２に熱を与えて凝固する。
【００５３】
図９は、本発明の第３の実施形態に係る蓄熱装置のカプセル内の蓄熱材の凝固の作用を示し、（ａ）はカプセルの長手方向に垂直な断面図、（ｂ）はカプセルの長手方向に平行な断面図である。被加熱媒体３２を蓄熱槽２内に供給する前において、蓄熱材２１は液体の液体蓄熱材２３として存在している。図９（ａ）のように、被加熱媒体３２はカプセル３の上面に接触し、主にカプセル３の上面から熱を受け取った後、カプセル３の下方へ移動する。したがって、カプセル３内の液体蓄熱材２３のうち、主にカプセル３の上面近傍に位置するものが凝固して固体の固体蓄熱材２２となる。
【００５４】
ここで、固体蓄熱材２２は液体蓄熱材２３よりも比重が重いため、カプセル３の上部において生成された固体蓄熱材２２は、液体蓄熱材２３の下方へ落下する。そして、固体蓄熱材２３が生成された位置へ液体蓄熱材２３が浮上し、再び被加熱媒体３２に熱を与えて凝固し、固体蓄熱材２２が生成される。
【００５５】
蓄熱材２１に下方から被加熱媒体を供給した場合、既に凝固した固体蓄熱材２２と被加熱媒体３２が熱交換を行い続け、液体蓄熱材２３と熱交換がされないことがある。しかしながら、蓄熱材２１に上方から被加熱媒体を供給することによって、カプセル３の上部において被加熱媒体３２に熱を与え、カプセル３内の上部に位置する液体蓄熱材２３を凝固させることによって、カプセル３内で固体蓄熱材２２が落下し、液体蓄熱材２３が浮上し、効率よく被加熱媒体３２が液体蓄熱材２３から熱を受け取ることができる。
【００５６】
次に、カプセル３内部の蓄熱材２１を融解させて蓄熱する作用について説明する。蓄熱装置１における蓄熱材２１への蓄熱は、蓄熱装置１内で被加熱媒体３２を流通させることによって行われる。第１の実施形態と同様に、加熱媒体供給配管止弁１１は閉動作させ、被加熱媒体供給配管止弁１２は開動作させ、加熱媒体排出配管止弁１３は閉動作させ、被加熱媒体排出配管止弁１４は開動作させる。
【００５７】
被加熱媒体３２は、送風配管６の送風装置１５によって被加熱媒体供給配管８に導入され、被加熱媒体供給配管８によって蓄熱槽下部配管４を介して蓄熱槽２内部へ供給され、蓄熱槽２内部を上方に流通し、蓄熱槽２内部から蓄熱槽上部配管５を介して被加熱媒体排出配管１０によって外部へ排出される。被加熱媒体３２は、蓄熱槽２内部においてカプセル３内の蓄熱材２１から熱を受け取って加熱され、被加熱媒体排出配管１０において熱利用装置１７に熱を与える。
【００５８】
（効果）
本発明の第３の実施形態によれば、カプセル３の上部において被加熱媒体３２に熱を与え、カプセル３の上面近傍に位置する液体蓄熱材２３を凝固させることによって、カプセル３内で固体蓄熱材２２が落下し、液体蓄熱材２３が浮上することによって、効率よく蓄熱材２１からの熱の取り出しを行うことができる。
【００５９】
（第４の実施形態）
（構成）
以下、本発明の第４の実施形態に係る蓄熱装置について図１０を参照して説明する。第１の実施形態に係る蓄熱装置の各部と同一部分には同一符号を付し、同一の構成についての説明は省略する。
【００６０】
図１０は、本発明の第４の実施形態に係る蓄熱装置の蓄熱槽の概略縦断面図である。第４の実施形態が第１の実施形態と異なる点は、回転装置１８を新たに設けた点である。回転装置１８は、１つのカプセル３につき２つを組として蓄熱槽２の内側面において各々が対向するように設けられ、カプセル３の円筒容器形状の両端面を支持面３ａとして、円筒容器形状を軸回りに回転可能に支持する。回転装置１８は、モータ等の駆動装置によってカプセル３を軸回りに回転させることができるものとする。
【００６１】
（作用）
以下、本発明の第４の実施形態の作用について説明する。蓄熱材２１を溶融させ蓄熱を行う作用について説明する。加熱媒体３１の流通の方法については上述した第１の実施形態と同様であるので説明を省略する。
【００６２】
加熱媒体３１は、カプセル３の下部に接触することによって、カプセル３内の固体蓄熱材２２に熱を与え融解させ、液体蓄熱材２３を生成する。また、蓄熱装置１の蓄熱において回転装置１８は、カプセル３を軸周りに回転させる。
【００６３】
カプセル３の回転によって固体蓄熱材２２と液体蓄熱材２３が攪拌され、固体蓄熱材２２と液体蓄熱材２３との間での熱交換が行われる。さらに、カプセル３の内面に固着した固体蓄熱材２３が剥離し落下する。また、回転中においても、固体蓄熱材２２がカプセル内を下方へ移動し、液体蓄熱材２３が上方へ移動する蓄熱材２１の対流が行われる。
【００６４】
さらに、蓄熱材２１を凝固させ熱を取り出す作用について説明する。被加熱媒体３２の流通の方法については上述した第２の実施形態と同様であるので説明を省略する。被加熱媒体３２は、カプセル３の下部に接触することによって、カプセル３内の液体蓄熱材２３から熱を受け取り、液体蓄熱材２３は熱を与え凝固し、固体蓄熱材２２を生成する。
【００６５】
回転装置１８によってカプセル３を軸周りに回転させる。カプセル３の回転によって固体蓄熱材２２と液体蓄熱材２３が攪拌され、固体蓄熱材２２と液体蓄熱材２３との間での熱交換が行われる。また、回転中においても、固体蓄熱材２２がカプセル内を下方へ移動し、液体蓄熱材２３が上方へ移動する蓄熱材２１の対流が行われる。
【００６６】
（効果）
本発明の第４の実施形態によれば、回転装置１８によってカプセル３を回転させ、固体蓄熱材２２と液体蓄熱材２３を攪拌することによって、より蓄熱材２１の融解および凝固を効率よく行うことができる。なお、カプセル３の形状は、図５（ａ）のように円筒容器形状とすることが望ましいが、図５（ｂ）、図５（ｃ）のように円筒でない形状にも適用可能である。
【００６７】
（第５の実施形態）
（構成）
以下、本発明の第５の実施形態に係る蓄熱装置について図１１を参照して説明する。第１の実施形態に係る蓄熱装置の各部と同一部分には同一符号を付し、同一の構成についての説明は省略する。
【００６８】
図１１は、本発明の第５の実施形態に係る蓄熱装置の蓄熱槽の概略縦断面図である。第５の実施形態が第１の実施形態と異なる点は、蓄熱槽２内部の上方に配置されるカプセル３の長手方向に垂直な断面積を蓄熱槽２内部の鉛直方向の中段付近に配置されるカプセル３の長手方向に垂直な断面積よりも小さくした点である。
【００６９】
（作用）
以下、本発明の第５の実施形態の作用について説明する。蓄熱装置１における蓄熱時において、加熱媒体３１は、蓄熱槽２内を上方に移動するにつれ、カプセル３内の蓄熱材２１に熱を与え温度が下がる。したがって、蓄熱槽２内部の上方に配置されるカプセル３内の蓄熱材２１へ十分に熱を与えることができない場合がある。
【００７０】
ここで、カプセル３の長手方向に垂直な断面積が小さいほど、伝熱距離が短くなるため、加熱媒体３１および被加熱媒体３２と蓄熱材２１との熱交換の効率が高くなる。しかしながら、等量の蓄熱材２１を直径の小さいカプセル３に収容すると、カプセル３が大量に必要となり、製作やメンテナンスのコストが増大する。
【００７１】
したがって、熱交換の効率が悪くなる蓄熱槽２内部の上方におけるカプセル３の長手方向に垂直な断面積を小さくすることによって、上方のカプセル３の熱交換の効率を高めつつ、コストの増大を抑えることができる。
【００７２】
（効果）
本発明の第５の実施形態によれば、蓄熱槽２内部の上方に配置されるカプセル３の長手方向に垂直な断面積は、蓄熱槽２内部の中段付近に配置されるカプセル３の長手方向に垂直な断面積よりも小さくすることによって、カプセル３の熱交換の効率を高めつつ、コストの増大を抑えることができる。
【００７３】
なお、カプセル３の形状として、図５（ｂ）、図５（ｃ）のように円筒でない形状とした場合においても、同様に蓄熱槽２内部の上方に配置されるカプセル３の長手方向に垂直な断面積を蓄熱槽２内部の鉛直方向の中段付近に配置されるものよりも小さくすることによって、同様の作用を発揮することができる。
【００７４】
なお、本発明の実施形態は上述した実施形態に限られないことは言うまでもない。例えば、カプセル３の大きさや数ならびに蓄熱材２１の材料等は、蓄熱装置１に要求される蓄熱容量によって適宜変更され得るものである。さらに、蓄熱装置１に設けられる加熱媒体供給配管７、被加熱媒体供給配管８、加熱媒体排出配管９、被加熱媒体排出配管１０は、各々１本設けられるだけでなく、複数設けてもよい。
【００７５】
さらに、送風装置１５は、加熱媒体供給配管７および被加熱媒体供給配管８について各々独立して設ける構成としてもよい。また、加熱媒体排出配管９および被加熱媒体排出配管１０において設けてもよい。さらに、蓄熱装置１において自然循環によって加熱媒体３１および被加熱媒体３２を流通させることができるときは、送風装置１５の構成を省くことができる。なお、上述した第１から第５の実施形態は適宜組み合わせることができる。 
【符号の説明】
【００７６】
１・・・蓄熱装置
２・・・蓄熱槽
３・・・カプセル
４・・・蓄熱槽下部配管
４ａ・・・一端
４ｂ・・・他端
５・・・蓄熱槽上部配管
５ａ・・・一端
５ｂ・・・他端
６・・・送風配管
６ａ・・・送風配管入口
６ｂ・・・送風配管出口
７・・・加熱媒体供給配管
７ａ・・・配管入口
７ｂ・・・配管出口
８・・・被加熱媒体供給配管
８ａ・・・配管入口
８ｂ・・・配管出口
９・・・加熱媒体排出配管
９ａ・・・配管入口
９ｂ・・・配管出口
１０・・・被加熱媒体排出配管
１０ａ・・・配管入口
１０ｂ・・・配管出口
１１・・・加熱媒体供給配管止弁
１２・・・被加熱媒体供給配管止弁
１３・・・加熱媒体排出配管止弁
１４・・・被加熱媒体排出配管止弁
１５・・・送風機
１６・・・熱源
１７・・・熱利用装置
１８・・・回転装置
２１・・・蓄熱材
２２・・・固体蓄熱材
２３・・・液体蓄熱材
２４・・・空洞
３１・・・加熱媒体
３２・・・被加熱媒体 
【図１】
2012241926.tif 000003
【図２】
2012241926.tif 000004
【図３】
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【図４】
2012241926.tif 000006
【図５】
2012241926.tif 000007
【図６】
2012241926.tif 000008
【図７】
2012241926.tif 000009
【図８】
2012241926.tif 000010
【図９】
2012241926.tif 000011
【図１０】
2012241926.tif 000012
【図１１】
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