JPH0439380A

JPH0439380A - 蓄放熱方法

Info

Publication number: JPH0439380A
Application number: JP2145798A
Authority: JP
Inventors: Kazushige Kawamura; 和茂川村; Eiji Awai; 英司粟井; Masayoshi Ioka; 井岡　政禎
Original assignee: Chiyoda Chemical Engineering and Construction Co Ltd; Chiyoda Corp
Current assignee: Chiyoda Corp
Priority date: 1990-06-04
Filing date: 1990-06-04
Publication date: 1992-02-10
Anticipated expiration: 2014-01-27
Also published as: JP2850264B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は融解潜熱、さらには蒸発潜熱を利用する冷熱か
ら温熱までの広範囲の温度て適用できる蓄放熱方法に関
する。

［従来の技術］従来、冷熱、温熱に限らず、蓄放熱方法は、液体や固体
の顕熱を利用するものであった。

しかしなから、顕熱を利用する方法は蓄熱量が小さく実
用化の大きな弊害になっていた。そのため、最近では融
解潜熱を利用する方法か多く研究され、熱利用の目的に
合った温度の蓄熱材等が開発されている。

しかし、従来から提案されている潜熱型蓄放熱方法は、
通常蓄熱材を容器内に密閉し、容器内外の熱交換によっ
て熱授受を行なうものてあり、実用化においては、容器
の強度、材質、及び熱交換の伝熱速度や不均一性に問題
かあった。

また、蓄放熱装置の大型化の容易性や大型化に伴う操作
上の追従性及び操作の連続的安定化の可能性等も問題と
なっている。このためこれら密閉型方式に代り冷熱蓄放
熱方法ては蓄熱材を系外へ取り出す方式や、蓄熱材と熱
媒体を直接接触させる方式か提案されている。

例えば、特開昭６３−２６３：１６７号公報には、水よ
り比重の小さい非水溶性の液体を熱媒体に用い、熱媒体
層を水層上に浮べ、水層の水の一部を熱媒体層中を重力
により通過させつつ直接熱交換させて製氷し、その氷を
水層上部に保持して蓄熱する方法か提案されている。

［発明か解決しようとする課題］しかしながら、上記従来法の系外に蓄熱材を取り出す方
式ては、システムか複雑になると同時に機器数が多くな
り、実用化にはコスト的な問題か生じ、また凍結トラブ
ルを完全に回避することかてきず、且つ、消費電力量が
大きい等の問題かある。

さらに、前記特開昭６３−２６３：１６７号公報て提案
されている方式ては、水を熱媒体層中を重力による自然
落下させるため、蓄熱体である水の流下か不均一になる
欠点がある。そのため、木の凝固物、即ち氷が熱媒体内
なとて塊状態や凝結状ＩＥとなり流下か阻害され、安定
に連続操作か出来なくなつたり、凝固物か塊状て大きく
なると蓄熱凝固物の全表面積が小さくなってしまうため
、放熱時に充分な熱交換速度が確保てきなくなる等の不
都合か生ずる。また、水中に熱媒体か包含されてしまう
問題から、完全に両者を分離することか出来ずに放熱側
の負荷機器に熱媒体の一部か流出する不都合も生ずる。

蓄放熱技術は省エネルギー技術としてその工業的実施か
長年要望されているか、上記のように技術的、経済的に
未解決の問題かあるのか現状である。

本発１！Ｊは、上記の問題を解決し、大型化装置にも適
用でき、簡易で且つ取り扱いが容易な、伝熱効率の高い
蓄放熱力法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］本発明によれば、蓄熱体と熱媒体を用い潜熱を利用して
１５℃以下の冷熱の蓄熱と放熱を行なう方法において、
固液相変化する蓄熱体と該蓄熱体と比重差を有し且つ該
蓄熱体の固体生成温度より低い流動点温度を有する熱媒
体とを直接接触させ境界面を形成し、蓄熱時に該境界面
を流動、振動及び／または混和せしめて熱交換層を形成
して熱交換させ、該蓄熱体の一部を固化し、蓄熱体液相
から離脱させることを特徴とする蓄放熱方法か提供され
る。

さらにまた、蓄熱体と熱媒体を用い潜熱を利用して５℃
以上の温熱の蓄熱と放熱を行なう方法において、固液相
変化する蓄熱体と該蓄熱体と比重差を有し且つ該蓄熱体
の固体生成温度より低い流動点温度を有する熱媒体とを
直接接触させ境界面を形成し、放熱時に該境界面を流動
、振動及び／または混和せしめて熱交換層を形成して熱
交換させ、該蓄熱体の一部を固化し、蓄熱体液相から離
脱させることを特徴とする蓄放熱方法か提供される。

以下に１本発明について更に詳しく説明する。

本発明の蓄熱方法は上記のように構成され、原則的には
液相状態にある熱媒体に外部から温熱または冷熱を熱媒
体に与え、先ず熱媒体に熱の蓄積を行ない、その後、上
記のように蓄熱体と熱媒体とから形成される熱交換層に
おいて熱交換して蓄熱体に温熱または冷熱を蓄積する。

熱媒体への熱の付与は、公知のいずれの方法によっても
よいが、通常は、熱媒体層若しくは蓄熱体層中に伝熱管
を設置するか、熱媒体を外部に抜出し冷熱器等で熱交換
して行なう。例えば伝熱管を熱媒体中に設置し、放熱用
の伝熱管を蓄熱体層または蓄熱用伝熱管と共通として熱
媒体層中に設置して、蓄熱のための熱付与は基本的に熱
媒体て行ない、蓄熱体での熱の蓄積は、常時液層である
熱媒体を介して熱交換して行なわれる。

熱交換は、蓄熱体と熱媒体との境界面近傍に熱交換層を
形成して行なう。熱交換層は、例えば攪拌により蓄熱体
と熱媒体との境界面近傍上下を蓄熱体と熱媒体との混和
状態としたり、超音波等により上記境界面を振動状態と
したり、ＩＩｌ還ポンプにより熱媒体を、蓄熱体と熱媒
体との境界面近傍に水平に、または垂直に吐出せしめる
等の方法によって境界面の１−下に蓄熱体及び熱媒体両
者の波状接触状態や両者混在した混和状態とすることに
より形成する。上記のようにして形成された熱交換層で
冷熱蓄積時または温熱放熱時に蓄熱体と熱媒体とを熱交
換させ蓄熱体から固体を凝固せしめる。上記熱交換層は
常時運動状態にあり、また局部的な熱媒体と蓄熱体との
接触面は常に入れ換わるので、蓄熱体からは微細固体が
凝固しその蓄熱体液相及び熱交換層から離脱する。また
生成した固体は熱交換層外の蓄積体液相に分散するが、
上述の熱交換層生成による手段によって熱交換させ固体
を生成させるので、蓄熱装置内の伝熱管や内壁に凝固物
が殆ど付着しない。従って、一般に固体の析出を伴なう
操作では、機器の内壁等に固体の付着が発生しやすく、
従来の蓄放熱方法における冷却伝熱管面での凝固物付着
によるトラブルか問題となっていたのに対し、本発明に
おいては、凝固物の付着か起こりにくく連続的に安定し
た運転が確保できる。かかる熱交換層の蓄熱槽における
占有容積は、蓄熱体と熱媒体との組合せ及び使用量、蓄
熱槽容器形状、熱交換層形成手段の種類能力等によって
適宜選択すればよく、例えばｃｍ単位から熱媒体及び蓄
熱体層の半分に及ぶ大きさとなることもある。

また、熱交換層か接している蓄熱槽構造材や、これに関
する付帯設備機器の部分には凝固物の付着のおそれがあ
るか、これらは特定の場所に限定されることから対策が
容易で、その部分に加熱手段を設ければよい。加熱手段
は電気ヒーター、温水、冷凍用圧縮機により加圧・液化
された暖かい媒体などが使用できる。加熱は連続的ても
、間欠的に行なってもよい。

本発明の方法は、蓄熱体及び熱媒体を選定することによ
って、冷熱から温熱までの広い温度領域の蓄放熱を行う
ことができる。

本発明て用いる蓄熱体としては、１５℃以下の冷熱を蓄
放熱する場合には、１５℃以下て固液相変化するものて
あればよく、例えば水、水にメタノール、エタノールな
どの低級アルコール類、アセトン、エチレングリコール
類若しくはＫＣＭ、ＮａＣ１、Ｎａ５ＰＯ，、％ａ２Ｓ
Ｏ，、ＮａＮ０：＋などの無４１塩類のうち少なくとも
１種を加えた水溶液を用いることができる。これらは、
氷の融解潜熱を利用するものてあり、水溶液においては
添加する前記の物質の凝固点時下作用を利用して蓄熱温
度を制御したりまたは凝固物即ち氷の核生成や結晶生長
をコントロールすることができる。また、　Ｌｉ（ｄＬ
Ｏ＋の如く添加物が水との共晶の形成作用のために用い
られる場合もある。凝固物か氷の場合、氷は水中に浮く
が、凝固物が共晶の場合、共晶は水中を沈下する。

また、上記した蓄熱体の他に１５℃以下の融点をもつ有
機化合物を用いることかできる。例えば、パラキシレン
、シクロヘキサン、ｎ−オクタンｎ−ヘキサン、メタノ
ール、酢酸などが挙げられ、これらを単一または混合物
で用いることがてきる。これらは蓄放熱温度と融点がほ
ぼ等しい条件で用いるのか好ましい。

一方、５℃以上の温熱の蓄放熱に用いる蓄熱体としては
、塩化カルシウム・６水塩、硫酸ナトリウム・ｌＯ水塩
、酢酸ナトリウム・３木塩等の無機水和塩、あるいはＩ
＋＋、　Ｂｉ、　Ｓｎなどの低融点の金属及びこれらの
玉元素合金などの低融点の合金類が用いられる。

更に、エチレンオキサイド、ナフタリン、ベンゼン、炭
素数が１４以りのパラフィン類などの融点が５℃以１−
である有機化合物を用いることがてきる。

本発明の熱媒体としては、用いる蓄熱体によっても異な
るが、蓄熱体と比重差かありｌ。つ蓄熱体と境界面を形
成するものを用いる。更に、熱媒体の流動点温度が、蓄
熱温度即ち蓄熱体の固体生成温度より低いものを用い、
熱媒体層が常時液相を保持するようにする。熱媒体が常
に液相であることは、蓄熱時及び放熱時において凝固物
の伝熱管や装置内壁への付着がなく効果的である。更に
、低粘度の熱媒体は蓄放熱操作中において、熱媒体への
伝熱を促進させるための流動を容易にし、蓄熱体の凝固
物の熱媒体からの離脱を容易にすることから好ましい。

また、蓄熱体から固体か形成される際、該固体と蓄熱体
液相との比重関係により固体は蓄熱体液相中を浮上する
か沈降する。もし沈陵方向に熱交換層があると、固体が
熱交換層内あるいは熱交換層近傍に集まってくる０本発
明においては、熱交換層及び蓄熱体層を遅効状態におき
固体の微粒化促進及び熱交換層への集合を妨害している
が、固体濃度か増大してくるとかかる集合か増加して熱
交換の効率が低下するのを免れない、従って固体の連動
方向に熱交換層が形成されないように蓄熱体及び熱媒体
を選択することが望ましい。即ち冷熱蓄放熱の場合、氷
か生成する際には水あるいは水溶液より比重の大きい熱
媒体を選び、水と無機塩の共品、有機化合物固体の生成
するような、氷以外の固体を生成する際は蓄熱体より比
重の軒い熱媒体を選ぶのか好ましい。５℃以上の温熱蓄
放熱の際には氷生成は起こらず、すべて蓄熱体より比重
の小さな熱媒体を選ぶのか好ましい。

なお、蓄熱槽のほかに撹拌機付き別槽を設け、熱交換層
の近傍の蓄熱体層から固体リッチの蓄熱体を別槽に抜き
出し、液相のみを蓄熱槽に再循環するという方法によっ
ても、前記の難点を防止出来る。

また、蓄熱体と境界面を形成するためには、熱媒体と蓄
熱体とが相溶性のないものか好ましい。

但し、僅かに相溶性かあフても境界面を形成し分離状態
を保持するものは使用することかてきる。

また、乳化しやすいものも使用することは好ましくない
。これは熱媒体の流出による損失や熱媒体中の伝熱面へ
の蓄熱体凝固物の付着をさけるためである。

に記のような熱媒体としては、例えば水、フロン系冷媒
、パラフィン系やアルコール系の有機化・合物などが挙
げられる。その他、通常用いられている冷奴や灯油、潤
滑油なども用いることかできる。

更に、本発明において、蓄熱槽を密閉し、熱媒体として
、沸点か蓄熱体の固体生成温度ＴｕｔてＴ＋１５０℃以
下の物質を用いることによって、蓄熱体の潜熱を利用す
るのみてなく、熱媒体の気化潜熱を利用することもてき
る。この場合には、全蓄熱門な大きくすることかできる
。ただし、熱媒体の沸点がＴ　＋　１５０℃以」−では
、蓄熱温度における熱媒体蒸気圧か小さく、効果かほと
んど認められない。さらに、固体生成温度以下では蒸発
が激しく、熱媒体としての本来の目的か達成できない、
従って、通常、熱媒体としては沸点かＴ＋３〇−Ｔ　＋
　１００℃範囲にあるものか好ましい。

また、上述したような沸点かＴ　Ｉ！　、ｈてＴ＋１５
０℃以下の熱媒体は、蓄熱体と熱媒体の境界面に熱偏流
や流動を起こさせるため、固化の核発生や熱伝導を向−
トさせる。更に、この効果は熱媒体の比重が蓄熱体より
大きい場合に顕著である。

本発明の熱媒体と蓄熱体との熱交換は、熱交換層で両者
の境界面を介して行うものて、従来の金属やプラスチッ
ク等の固体装と面を介する熱交換では凝固物の装を面へ
の伺着固化が回避できなかったのに比し、そのようなト
ラブルか生しることがなく連続して安定した操作か可能
となる。

本発明においては、」−記Ｉノたようにポンプや攪拌機
を用いて蓄熱体及び熱媒体の少なくとも一方を液混合す
ることにより、または超音波振動等を用いることにより
、蓄熱体と熱媒体の境界面を流動、振動及び／または混
和状態として熱交換層を形成するが、更に、蓄熱体もし
くは熱媒体の一方を他方内に流下させる方法か併用でき
る。即ち、この流下方法単独の場合に発生してトラブル
の原因となる大型凝固体が、本発明では熱交換層と蓄熱
体との連動により防止出来るからである。更にまた、ガ
スを導入させてもよい。

本発明において、蓄熱体と熱媒体との比重差は、境界面
の生成及び消滅速度を速めるため、蓄熱体凝固物を熱交
換層全体に大きく生成させることなく、微細な固体粒子
として熱交換層面から連続的に離脱させることがてきる
。これによって、蓄熱体を微細な凝固物として貯蔵し蓄
熱することができる。また、蓄熱体の固相と液相の比重
差か、凝固体の離脱にさらに役立つことか多い。

また、蓄熱体の熱交換による凝固物生成に関しては過冷
却の問題があるが、本発明においては、熱交換層形成に
より、境界面の熱伝導効率か向上すると共に、熱交換層
の流動、振動や波立ちなどが、更にまた過冷却を防止す
る効果かある。

Ｌ記のように、本発明では蓄熱体の凝固物か生成する場
所として定められた蓄熱体と熱媒体の境界面の熱交換層
で起こることから、凝固物の生成を制御することができ
る。従って、連続的に安定した蓄放熱を行なうことかで
きる。

更にまた、より効果を大きくするために、蓄熱体や熱媒
体に、無機質や有機質の発核剤を添加することもてきる
。更に、蓄熱体に生成した凝固物の凝集・付着を防止す
るため、有ａ質例えば、蓄熱体として水を用いた場合に
エチレングリコール類などを添加してもよい。

本発明において、温熱の蓄放熱と冷熱の蓄放熱とでは蓄
熱体の相変化が異なり、温熱蓄放熱においては放熱時に
蓄熱体の凝固物か生成し、逆に冷熱蓄放熱では蓄熱時に
凝固物か生成する。従って、温熱の場合と冷熱の場合と
は方式の態様か異なる。下記にそれぞれ例を挙げて説明
する。

（１）温熱蓄放熱の場合（ａ）基本方式第１図に示すように、蓄放熱槽１に熱媒体層２と蓄熱体
層３を形成させる。その後、熱媒体層内に設けた伝熱管
４内に、ヒーター＝１０’て加熱した熱媒な流し、また
攪拌器５．５′によって蓄熱体層３及び熱媒体層２を激
しく攪拌、混合し、蓄熱体の凝固物２０か溶解して液状
となり、蓄熱体層３に温熱を蓄熱することかてきる。−
力、放熱は攪拌器５．５′によって、熱交換層５０を形
成するように蓄熱体層３及び熱媒体層２を撹拌しながら
、熱媒体層内の伝熱管４内に熱媒を流し、熱交換器８で
被加熱物に熱を付与する。その際、熱交換層て蓄熱体の
凝固物２０が生成する。

また、伝熱管４は熱交換層５０を避けた位置に設置し、
加熱用ヒーターｌＯ′と放熱用熱交換器は切り換えて使
用する。

なお、この場合、図面−Ｌは熱媒体か下層であるが、熱
媒体層と蓄熱体層とを逆にしてもよく、その場合は生成
凝固物が熱交換層近傍より蓄熱槽底部に集まる。また、
図面上は、伝熱管４を熱媒体中に設けであるか、熱媒体
を伝熱管４を設けずに、直接、ヒーターｌＯ′もしくは
熱交換器８に導入し、熱の授受を行なってもよい。

（ｂ）変形方式■ 上記（ａ）の方式に加え、更に熱媒体を熱媒体循環ポン
プｉｉを用い蓄熱体層３Ｌに熱媒体２を循環するライン
を加えたものである。熱媒体２か蓄熱体層３内を滴下も
しくは柱状になって落下する間の熱媒体と蓄熱体の境界
面にも凝固物が生成し、さらに攪拌により凝固物は微粒
となり、熱伝導効率を補助上昇する効果がある。

（Ｃ）変形方式■ 熱交換器８を被加熱体への熱付加用と熱媒体加熱用ヒー
ター１０’との双方に使用できるようにすると共に、攪
拌機５及び５°を共通として熱媒体中の境界面近くに一
機設欝したタイプであり、放熱時に弱く攪拌して熱交換
層を形成し、蓄熱時には強く攪拌して熱媒体と蓄熱体と
が完全混合に近い状態でほぼ１層状態となるようにする
。また。

蓄熱体スラリーをポンプで蓄熱体層３上に循環させ、熱
伝導の促進、凝固物の堆積防止を図ってもよい。

（ｄ）変形方式■ 上記（ａ）方式の熱媒体層に設けた伝熱管に接続されて
いる加熱器ｌＯ′に加え、加熱用（蓄熱用）として、蓄
熱体層内に伝熱管４′を設け、さらに循環ポンプ７と加
熱器ｉｏ”を伝熱管４′に接続したものである。

（２）冷熱蓄放熱の場合（ｅ）基本方式第２図（ａ）に示すように、熱媒体は下層の熱媒体層２
を形成し、冷却器１０て冷却した冷媒を熱媒体冷却用の
伝熱管４内に流し、熱媒体に冷熱を付与し、また、冷熱
の取り出しは、蓄熱体層内に設けられた伝熱管４′、ポ
ンプ７及び熱交換器８によって行なう。それ以外は前記
第１図の方式と同様である。但し、熱交換層で蓄熱体の
凝固物２０が生成され、蓄熱体層中に移動し冷熱を蓄熱
することかできる。

（ｆ）変形方式■ 前記温熱蓄放熱の（ｂ）方式と同様の方式て、攪拌と同
時に熱媒体をポンプ１１て抜き出し滴状もしくは柱状て
蓄熱体層３内を落下させる。熱伝導効率を補助上昇する
効果かある。

（ｇ）変形方式■ 第２図（ｂ）おいて、前記（ｅ）方式おける攪拌機５を
界面近傍上部の蓄熱体層中に単に一機設ると共に、熱媒
体の冷却を行う冷熱器１０とは別に、熱交換器８を蓄熱
体の放冷のみてなく、蓄冷時にも作動させ冷却と放冷を
切換えて行うことがてきる熱交換器とし、蓄熱体の蓄冷
を熱媒体との熱交換のみてなく熱交換器８ても行なうも
のである。

蓄冷時に、蓄熱体層に配設する熱交換用伝熱配管１２表
面に熱媒体なポンプ１１にて吸引して流下させることに
より、熱交換効率及び速度を高めることができ、蓄熱体
層中の配管に凝固物か付着することも防止てきる。さら
に、熱媒体の流下か安定して生成した凝固物が塊状にな
ることを防止できる。

（３）水蓄放熱の場合蓄熱体に水及び水溶液を用い氷か生成する場合には、凝
固物の氷の比重が水より小さく、他の蓄熱体を用いた場
合と異なるのて特に次に説１１する。

（ｈ）基本方式第３図（ａ）に示した方式は、上記の温熱蓄放熱の（ａ
）方式及び冷熱蓄放熱の（ｅ）方式において、蓄熱体と
して水を用いた場合を示したものである。この場合、氷
２０の比重は水に比べて小さく蓄熱体層３の上方部に浮
上するため、その部分の氷と水とのスラリーもしくは水
を抜き出して放熱すると共に１融解もしくは温度上昇し
た木を蓄熱体層３表面上部より滴下して戻す方式である
。

（ｉ）変形方式第３図（ｂ）に示した方式は、熱媒体層２の底部よりポ
ンプ１１を経て、境界面近くてそれより」一部に熱媒体
を噴出するパイプ１３を配設したものである。バイブ１
３は、−第３図（Ｃ）に拡大図を示したように、主流管
１４から分岐した分岐管１４°を設け、分岐管１４°か
ら噴出する熱媒体か分岐管１４°の外壁を濡れ壁を形成
するように流れ落ちるようになり、境界面３０は分岐管
１４°の上部から連続して形成され同時に熱交換層とな
る。従って、熱媒体と蓄熱体の熱交換境界面積か大きく
なると共に、熱交換層の流動を大きくする効果がある。

以上説明した各方式において、■ポンプによる液循環を
攪拌機に代用すること（第６図参照）、■生成した凝固
物を含有する蓄熱体スラリーを別に設置した槽に送り、
蓄熱体スラリーの液体部のみを蓄熱体層に戻す操作を繰
り返すことによって、別に設置した槽に蓄熱貯蔵するこ
と（第７図参照）、■６熱交換用のチューブを槽内に設
は冷奴等を流通して蓄熱体及び熱媒体と熱交換するよう
にしであるか、逆にチューブ内に熱媒体あるいは蓄熱体
を循環して熱交換すること等の態様を採ってもよい、ま
た■冷熱蓄放熱の場合て、冷熱を放熱する方法として、
熱交換用のチューブを設けることなく、蓄熱体を直接に
循環して、被冷熱物を冷却してもよい。

また、上記の各方式において、蓄熱時と放熱時に攪拌機
の回転数またはポンプの流量を変化させることにより各
操作の効率を必要に応じて変化させることができる。

本発明は上記のように構成され、蓄熱体を容易に取り扱
うことがてきるため、冷・温熱どちらの蓄放熱にも利用
できる。従って、同一装置て用途（温度）を変更できる
。また、異なる温度の蓄熱に使用できる蓄熱体例えば、
融点の異なり、かつ相互溶解する蓄熱体の混合物などを
用いることによって、複数点の蓄熱温度を自由に選定す
ることかできる。さらに、氷蓄熱の冷暖房システムの如
く、一方の蓄熱で顕熱を利用する場合にも、異なる温度
の蓄熱を行なうことができる。更にまた。

蓄熱体の一部を凝固物として蓄熱体中に分散させてスラ
リー状態とするもので熱伝導性が良好て、熱授受が容易
な蓄放熱方法であり大型装置にも適用できる。

［実施例］以下に、本発明の実施例について図面を参照にして更に
詳細に説明する。但し１本発明は以下の実施例により限
定されるものでない。

（実施例１）第４図は、本発明の氷を利用した水蓄放熱方法に関する
実施例の断面説明図である。第４図において、内径１ｏ
ｓｌ■、長さ１０００ｍ腸のＦＲＰ製有底円筒状蓄放熱
槽ｌに、熱媒体としてフロン系不活性流体（旭硝子■製
、商品名ニアクルード、比重：　１．７７）２Ｋｇを入
れ、次いて蓄熱体としてエチレングリコールの２重量％
水溶液を６ｋｇ入れ、熱媒体層２と蓄熱体層３を形成し
た。攪拌機５を、蓄熱体と熱媒体との境界面から上方に
約４０■■のところに翼６がくるように設置した。その
後、伝熱管４内に冷却器ｌＯによって−２０”Ｃに冷却
された冷媒（メタノール）を通過させた。

また、槽内壁に氷の付着を防止するため熱媒体層２と蓄
熱体層３との境界面を含み上下１０ｍ１に亘る熱交！１
ｉｉＩ層に該当する槽外表面部に電気ヒーター１５を設
けた。攪拌機５を回転数４００　ｒｐ曽て作動させなが
ら、熱媒体層３を−８〜−６℃に冷却制御した。

その結果、蓄熱体層２と熱媒体層３の境界面か激しく混
合した状態になり、約ｌθ〜３０１園の幅に熱交換層（
氷生成ゾーン）５０か形成され、平均粒径約０．５〜２
．０ｍｍの木片か２００〜２６０ｇ／ｈｒの速度で連続
的に生成した。生成した氷片は、比較的静状態の蓄熱体
層３の上部に浮丘し、冷熱を氷として貯蔵・蓄熱するこ
とがてきた。

その後冷却を止めて、蓄熱体Ｎ３から約Ｏ″Ｃの蓄熱体
の一部を循環ポンプ３１で抜出し、熱交換器８にて温水
９と熱交換し、ライン１９を経て蓄放熱槽ｌに噴出循環
する放熱操作を行なった。

その結果、連続的に安定した運転を行うことかできた。

また、全操作において、蓄放熱槽ｌへの氷付着は発生し
なかった。

なお、第５図（ａ）は攪拌機５の攪拌翼６の平面説明図
及び第５図（ｂ）は攪拌翼６の断面説明図である。第５
図に示したように攪拌翼６は、直径６５Ｉの円板に６０
°間隔に厚さ２ｍｍ、輻１２−一、長さ２０ｍｍの直方
体６ケを配置した形状のものを用いた。この攪拌翼を用
いることによって上層の蓄熱体層内の全体混合が過度に
ならないようにしたのて、氷の上昇速度が大きくなり、
貯蔵をスムーズに行なうことかできた。

（実施例２）第６図は、本発明の他の実施例を示す断面説明図である
。第６図において、攪拌機の代りに、熱媒体循環ポンプ
１１を用いて熱媒体を熱媒体層２から抜出し、蓄熱体層
３と熱媒体層２の境界面３０及び境界面下方部に水平方
向に噴出させて境界面を流動させ熱交換層５０を形成し
た以外は実施例１と同様にした。

その結果、実施例１と同様に蓄放熱することができた。

（実施例３）第７図は、本発明の他の実施例を示す断面説明図であり
、蓄放熱槽ｌとは別に貯蔵槽１６を設け、蓄熱後の蓄熱
体をポンプ３１”により貯蔵槽１６に送入し、また、貯
蔵槽１６から蓄熱体層３へはライン２１で重力により自
然流下させ蓄熱体を戻して循環し、貯蔵槽１６で蓄熱と
放熱を行なうようにした。貯蔵槽１６の底部には撹拌４
１１８を設置して蓄熱体スラリーが維持でき、かつ、上
部のスラリー濃度が小さくなる程度に攪拌した。尚、攪
拌機５の攪拌翼は上下二段として、上翼は実施例１と同
様とし、上翼はタービン型として、上質は蓄熱体層３中
に、また上翼は熱媒体層２中に配置した。

第７図の装置において、蓄熱体としてれ一デカンを用い
、熱媒体として実施例１と同じフロン系不活性流体を用
いて、−３０〜−４０℃に冷却制御した以外は、実施例
１と同様にして蓄熱操作を行った。その結果、−３０℃
付近の冷熱を約２０−一の板状のｎ−デカン凝固物とし
て貯蔵槽１６にポンプ３１’より送入し、スラリー状で
貯蔵することかできた。

更に放熱操作では、貯蔵［１６において、伝熱管１７に
０℃のメタノールを流通させて一２４〜〜１８℃に冷却
することかできた。

（実施例４）実施例３と同一の方法て、蓄熱体のｎ−デカンにアセト
ンまたはメタノールを２０重量％添加してそれぞれ蓄熱
操作を行った。

その結果、いずれの場合も約Ｓａｍ以下の微細な凝固物
粒子が分散されスラリー状の蓄熱体となった。また放熱
操作では、粒子が微細化したことによって溶解速度が大
きくなるため、実施例３に比べて放熱負荷に対する追従
性が良好てあった。

（実施例５）第８図は１本発明の温蓄放熱方法の一実施例を示す断面
説明図である。第８図において、内径１０５■、高さ１
０００ｍｍの有底円筒状ＦＲＰ製蓄放熱槽ｌに、蓄熱体
として塩化カルシウム６木塩を６．５ｋｇと発核材Ｎａ
Ｃｌを５０ｇ添加し、熱媒体としてシリコン系オイル２
．２ｋｇを、それぞれ４０℃に加熱して投入した。その
結果、上層部に熱媒体層２、下層部に蓄熱体層３が形成
された。

また、熱媒体層２内の境界面の上方近傍と、蓄熱体層３
の底部に、それぞれ実施例１と同様の攪拌翼を配置する
ようにして攪拌機５を設置した。

その後、攪拌機５を作動しなから熱交換層５０を形成し
て放熱操作として、熱媒体層２内に設けた伝熱管４に１
０〜１２℃の水を通水し、伝熱管出口から１８〜２１”
Ｃの温水を得た。また、蓄熱体層３は約３０℃で凝固物
粒子が分散している状態になった。

次いて蓄熱操作として、伝熱管４内に４０〜４５℃の温
水を通水した。その結果、凝固物粒子か溶解し蓄熱体層
３は再度液状となり約４０〜４２℃て蓄熱することかて
きた。なお、攪拌機５の回転数は、放熱操作時は４００
ｒｐｍ、蓄熱操作時は７５０　ｒｐ■であった。蓄熱操
作時は回転数を上げることにより、槽ｌ内を全体的に混
合状態として蓄熱効率を高めた。

（実施例６）蓄放熱槽ｌを密閉型とし、熱媒体としてｎ−へブタンを
用いた以外は実施例５と同様にして実施した。その結果
、得た温水は実施例５の結果に比べて、温度か０．５〜
１．５℃高くなり、通水埴は１０％程度増加した。

（実施例７）第９図は、実施例１の同様の蓄熱体、熱媒体を用いる他
の実施例の断面説明図である。第９図において、蓄放熱
槽ｌは密閉型とし、蓄放熱槽ｌの他に実施例３と同様に
開放型貯蔵槽１６を設けたか、実施例３とは逆にライン
２１て自然流下により蓄熱体層３の上層部の蓄熱体を貯
蔵槽１６内に移送し、−力積１６下部の蓄熱体をポンプ
３１’により蓄熱体層３下部に圧入することにより蓄熱
体を蓄力熱槽ｌと貯蔵槽１６間を循環させた。また、蓄
放熱槽ｌには攪拌機の代りにブロワ−２０を設け、熱媒
体層２底部からガスを吹出すようにした。　貯蔵槽１６
には放熱用に蓄熱体を抜き出すポンプ３１、熱交＃！槻
８、蓄熱体を循環するライン１９を配置した。また、貯
蔵槽１６の底部には固液分離用壁２２を設け、放熱によ
り液状となった蓄熱体のみを抜き出すようにした。

第９図において、ブロワ−２０により２０ｉ／ｈｒの空
気を導入し熱交換層５０を形成し、回時にライン２１と
ポンプ１５を作動し蓄熱体を循環した以外は実施例１と
同様にして蓄熱操作と放熱操作を行った。

この結果、蓄熱により生成した氷にガスか付着し浮上刃
か増加し、熱交換層から容易に脱離して上昇し、熱交換
層全体ての氷生成を防止することがてき、伝熱効率を高
めることかできた。また、貯蔵槽１６を設けることによ
り、連続的に大最の氷貯蔵することができた。

（実施例８）実施例３において、攪拌機５の上部攪拌翼を熱交換層内
に配置し、更に上部撹拌機にヒーターを内蔵させた。そ
の結果、氷の生成量か、３０重量％増加した。

［発明の効果］本発明の蓄熱方法によれば、熱伝導か良好て速やかな蓄
放熱速度を有し、簡易て、取り扱いか容易である。さら
に、本発明は冷熱から温熱までの広範囲の蓄放熱に対し
、蓄熱体などを変えることによって対応することかでき
る。

特に本発明の方法は、熱伝導が良好であるため大型化か
容易である。また、空調用水蓄熱システムに用いた場合
、凍結トラブルかなく、シャーベット状の氷を生成てき
る方法であり、かつ、暖房にも効率的に使用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の温熱蓄放熱方法の概要図、第２図は本
発明の冷熱蓄放熱方法の概要図、＄３図は本発明の水蓄
放熱方法の概要図である。第４図は本発明の一実施例の
断面説明図、第５図は本発明の一実施例で用いた攪拌機
の説明図である。第６図〜第９図はそれぞれ本発明の他
の実施例の断面説明図である。ｌ・・・蓄放熱槽、　　　２・・・熱媒体層３・・・蓄
熱体層、　　　４．１２．１７・・−伝熱管５．５’、
１Ｂ・・・攪拌機６・・・攪拌翼　　　　　　　７・・・媒体循環ポンプ
８・・・熱交換器　　　　　　１０−・・冷却器１０’
、１０″・・・加熱器１・・・熱媒体循環ポンプ　１３・・・バイブ４・・・
主波管　　　　　　１４”・・・分岐管５・・・電気ヒ
ーター　　　１６・・・貯蔵槽９・・・蓄熱体循環ライ
ン　２ｏ・・・凝固物ｌ・・・流下ライン　　　　２２
・・・固液分離用壁０・・・境界面１．３１’・−・蓄熱体循環ポンプ０・・・熱交換層第４図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）蓄熱体と熱媒体を用い潜熱を利用して１５℃以下
の冷熱の蓄熱と放熱を行なう方法において、固液相変化
する蓄熱体と該蓄熱体と比重差を有し且つ該蓄熱体の固
体生成温度より低い流動点温度を有する熱媒体とを直接
接触させ境界面を形成し、蓄熱時に該境界面を流動、振
動及び／または混和せしめて熱交換層を形成して熱交換
させ、該蓄熱体の一部を固化し、蓄熱体液相から離脱さ
せることを特徴とする蓄放熱方法。
（２）該蓄熱体より生成する固体の蓄熱体液相に対する
比重が小なる場合は該蓄熱体より比重の大なる熱媒体を
用い、該固体の比重が大なる場合は該蓄熱体より比重の
小なる熱媒体を用いる請求項（１）記載の蓄放熱方法。
（３）該蓄熱体が水、低級アルコール類、アセトン、エ
チレングリコール類及び無機塩類のうちの少なくとも一
種を含む水溶液または融点１５℃以下の有機化合物であ
る請求項（１）または（２）記載の蓄放熱方法。
（４）蓄熱体と熱媒体を用い潜熱を利用して５℃以上の
温熱の蓄熱と放熱を行なう方法において、固液相変化す
る蓄熱体と該蓄熱体と比重差を有し且つ該蓄熱体の固体
生成温度より低い流動点温度を有する熱媒体とを直接接
触させ境界面を形成し、放熱時に該境界面を流動、振動
及び／または混和せしめて熱交換層を形成して熱交換さ
せ、該蓄熱体の一部を固化し、蓄熱体液相から離脱させ
ることを特徴とする蓄放熱方法。
（５）該蓄熱体より比重の小なる熱媒体を用いる請求項
（４）記載の蓄放熱方法。
（６）該蓄熱体が無機水和塩、合金類または融点５℃以
上の有機化合物である請求項（４）または（５）記載の
蓄放熱方法。