トップ :: F 機械工学 照明 加熱 武器 爆破 :: F28 熱交換一般




【発明の名称】 潜熱蓄熱材の融解方法および潜熱蓄熱装置
【発明者】 【氏名】黒坂 俊雄

【氏名】田頭 成能

【氏名】内木 幸夫

【氏名】中谷 勧
【要約】 【課題】潜熱蓄熱材を融解する際に、液相が閉じこめられることに起因する熱応力の発生を解消する。

【解決手段】貯留タンク１０の内部に、上部空間１２を確保して固相の方が液相よりも比重が高い潜熱蓄熱材１１が貯留され、その潜熱蓄熱材１１の相変態を利用して放熱または蓄熱が行われる潜熱蓄熱装置において、潜熱蓄熱材１１に上側から少なくともその下部を挿入して熱伝達部材２を設けておき、潜熱蓄熱材１１が固相のとき、熱伝達部材２の少なくとも潜熱蓄熱材１１への挿入部分において発熱密度が上側の方が下側よりも高くなるように熱伝達部材２に電気ヒータ１により熱を付与し、固相の潜熱蓄熱材１１ａをその上面から熱伝達部材２に沿って融解させる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】 貯留タンクの内部に、上部空間を確保して固相の方が液相よりも比重が高い潜熱蓄熱材が貯留され、その潜熱蓄熱材の相変態を利用して放熱または蓄熱が行われる潜熱蓄熱装置における潜熱蓄熱材の融解方法であって、上記潜熱蓄熱材に熱伝達部材の少なくとも一部を挿入しておき、潜熱蓄熱材が固相のとき、上記熱伝達部材の少なくとも潜熱蓄熱材への挿入部分において発熱密度が上側の方が下側よりも高くなるように上記熱伝達部材に熱を付与し、固相の潜熱蓄熱材をその上面から熱伝達部材に沿って融解させることを特徴とする潜熱蓄熱材の融解方法。
【請求項２】 上記熱伝達部材にその上側から熱を付与することを特徴とする請求項１に記載の潜熱蓄熱材の融解方法。
【請求項３】 上記熱伝達部材を、上下で異なる熱量にて加熱することを特徴とする請求項１に記載の潜熱蓄熱材の融解方法。
【請求項４】 上記熱伝達部材を、その上部と下部とでタイミングを異ならせて加熱することを特徴とする請求項１に記載の潜熱蓄熱材の融解方法。
【請求項５】 貯留タンクの内部に、上部空間を確保して固相の方が液相よりも比重が高い潜熱蓄熱材が貯留され、その潜熱蓄熱材の相変態を利用して放熱または蓄熱が行われる潜熱蓄熱装置において、少なくとも下部が潜熱蓄熱材に挿入される熱伝達部材と、この熱伝達部材の上部に接続され、その上部に熱を付与する加熱源とを備えたことを特徴とする潜熱蓄熱装置。
【請求項６】 上記熱伝達部材を複数有すると共に、これら熱伝達部材がその上部を単一の加熱源に接続していることを特徴とする請求項５に記載の潜熱蓄熱装置。
【請求項７】 上記熱伝達部材は、少なくとも下部が潜熱蓄熱材に挿入される複数の潜熱蓄熱材挿入部と、これら潜熱蓄熱材挿入部を上部で連結する連結部とからなり、連結部に加熱源が接続されることを特徴とする請求項５に記載の潜熱蓄熱装置。
【請求項８】上記熱伝達部材は一体成形により形成されていることを特徴とする請求項７に記載の潜熱蓄熱装置。
【請求項９】 貯留タンクの内部に、上部空間を確保して固相の方が液相よりも比重が高い潜熱蓄熱材が貯留され、その潜熱蓄熱材の相変態を利用して放熱または蓄熱が行われる潜熱蓄熱装置において、上記潜熱蓄熱材に少なくともその下部が挿入されている熱伝達部材と、熱伝達部材の内部に設けられ、熱伝達部材の下側より上側の方を発熱量が大となるような加熱が可能となるよう配された加熱源とを具備することを特徴とする潜熱蓄熱装置。
【請求項１０】 上記加熱源は、その下側より上側の方をヒータの配設密度を大として構成されていることを特徴とする請求項９に記載の潜熱蓄熱装置。
【請求項１１】 上記加熱源は、熱伝達部材の上下方向に２又は３以上の領域に分割され、各領域の加熱源毎に発熱量が制御されるようになっていることを特徴とする請求項９に記載の潜熱蓄熱装置。
【請求項１２】 内部に熱交換用液体を通流する熱交換配管を備え、その熱交換配管が上記熱伝達部材と熱伝達可能に設けられていることを特徴とする請求項５乃至１１のいずれかに記載の潜熱蓄熱装置。
【請求項１３】 上記熱交換配管は、潜熱蓄熱材の上方に設けられていることを特徴とする請求項１２に記載の潜熱蓄熱装置。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば夜間電力を活用する電気温水器の代用品として、或いは給湯器または蒸気発生器などに適用される潜熱蓄熱装置および潜熱蓄熱材の融解方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年においては、夜間電力を活用して昼間の電力使用量を削減し、電力平準化を図ることが行われている。夜間電力を利用した電気機器としては、例えば蓄熱材としての水を夜間電力を活用して加熱し温水として貯留する電気温水器、或いは所定の温度で凝固し融解する潜熱蓄熱材を用いる氷蓄冷装置や給湯器が知られている。
【０００３】上記氷蓄冷装置は凝固・融解する温度が低温側でのものであり、給湯器はその温度が高温側でのものである。給湯器については、糖類の一種であるエリスリトールを潜熱蓄熱材に利用した潜熱蓄熱装置が提案されている（特願平７−３１８４５０等）。この提案の潜熱蓄熱装置における潜熱蓄熱材は、固体の比重（密度）の方が液体の比重（密度）よりも相当大きく、固体を液体に融解する際に大きな体積膨張がある。この現象は、氷から水に相変態するときとは全く逆である。
【０００４】ところで、給湯器に適用される従来の潜熱蓄熱装置は、夜間電力を活用して液相にした潜熱蓄熱材に、外部から水を供給することにより、その水を温水に熱交換でき、また、この熱交換により外部からの供給水により冷却されて固相に相変態した潜熱蓄熱材を、夜間電力を活用して電気ヒータ等により液相に戻す、つまり融解するようにして使用される。
【０００５】このようにして使用される上記従来の潜熱蓄熱装置において、固相の潜熱蓄熱材を融解する方式は、図１２に示すように潜熱蓄熱材１０２の中に電気ヒータ１０５を直接浸漬させて融解する方式、或いは、潜熱蓄熱材１０２に浸漬された熱回収を行う熱交換用の温水加熱管１０４に、熱回収時に本来用いる水の代わりに高温流体を供給して潜熱蓄熱材を加熱する方式が一般的である。なお、図１２中の１０１は貯留タンクであり、１０３は上部空間、１０２ａは固相の潜熱蓄熱材、１０２ｂは液相の潜熱蓄熱材である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記融解方式により固相の潜熱蓄熱材を融解させる場合は、下側から融解すると液相が固相の下側に閉じこめられ、上述した潜熱蓄熱材の融解時に起こる体積膨張に伴って固相の潜熱蓄熱材に大きな熱応力が発生し、潜熱蓄熱装置に過大な熱応力が発生するという問題がある。
【０００７】この問題の解決のためには、固相の潜熱蓄熱材を上方部分から下方部分へ徐々に融解させていき、常に貯留タンク１０１の上部空間１０３に、融解により生じた液相の潜熱蓄熱材が繋がるようにすることが望ましい。
【０００８】このように上部空間に液相の潜熱蓄熱材が繋がるように、図１３に示すように主ヒータ１０５の他に、貯留タンク１０１の天井板１０１ａから副ヒータ１１０を吊り下げた状態に設け、副ヒータ１１０により固相の潜熱蓄熱材１０２ａに、これを上下方向に貫通する液相の潜熱蓄熱材１０２ｃを形成し、固相の潜熱蓄熱材１０２ａに発生する熱応力を低減する方法が提案されている（特開平３−１１２６６）。なお、図１３の各部分のうち図１２と同一部分には、同一番号を付している。
【０００９】しかしながら、この提案技術による場合においても、副ヒータ１１０がその近傍に存在する固相の潜熱蓄熱材を上下方向にわたってほぼ均一に加熱するため、必ずしも固相の潜熱蓄熱材がその上方部分から融解するとは限らず、一時的に過大な熱応力が固相の潜熱蓄熱材に発生することを確実に防止できないという欠点があった。また一方、熱回収を行う際においては、温水加熱管１０４（図１３参照）を送られる水との熱交換にて冷却されて固相になった潜熱蓄熱材が、熱交換が実質的に行われる部分に固着すると、熱交換効率が低下するという問題があった。
【００１０】本発明は、このような従来技術の課題を解決すべくなされたものであり、液相の潜熱蓄熱材が閉じこめられることに起因する熱応力の発生を解消することができる潜熱蓄熱材の融解方法および潜熱蓄熱装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明の潜熱蓄熱材の融解方法は、貯留タンクの内部に、上部空間を確保して固相の方が液相よりも比重が高い潜熱蓄熱材が貯留され、その潜熱蓄熱材の相変態を利用して放熱または蓄熱が行われる潜熱蓄熱装置における潜熱蓄熱材の融解方法であって、上記潜熱蓄熱材に熱伝達部材の少なくとも一部を挿入しておき、潜熱蓄熱材が固相のとき、上記熱伝達部材の少なくとも潜熱蓄熱材への挿入部分において発熱密度が上側の方が下側よりも高くなるように上記熱伝達部材に熱を付与し、固相の潜熱蓄熱材をその上面から熱伝達部材に沿って融解させることを特徴とする。
【００１２】この発明方法による場合は、少なくとも下部を潜熱蓄熱材に挿入した熱伝達部材に、発熱密度が上側の方が下側よりも高くなるように熱を付与するので、固相の潜熱蓄熱材が熱伝達部材に沿って上側から融解（蓄熱）していく。よって、融解部分が固相の潜熱蓄熱材中を通って熱伝達部材に沿って長く形成されても、その融解部分は上部空間に常に繋がった状態となるため、固相から液相への相変態に際して体積膨張が起こっても、体積膨張分が上部空間へ逃げ得るので、固相の潜熱蓄熱材に熱応力が作用せず、熱応力の発生を解消させることができる。
【００１３】ここで、熱伝達部材の潜熱蓄熱材への挿入形態は、潜熱蓄熱材の上面を通るように熱伝達部材の少なくとも一部を挿入すること、また、熱伝達部材の上端と潜熱蓄熱材の上面とが一致するように熱伝達部材を潜熱蓄熱材に挿入すること、或いは熱伝達部材の上に加熱源が連結されている場合には、加熱源の少なくとも一部が潜熱蓄熱材に漬かるように、つまり熱伝達部材の上端が潜熱蓄熱材の上面より下側に位置するように熱伝達部材を潜熱蓄熱材に挿入することを含む。
【００１４】上記のような発熱密度の勾配をもった加熱をするには、上記熱伝達部材にその上側から熱を付与するようにしてもよい。或いは、上記熱伝達部材を、上下で異なる熱量にて加熱するようにしてもよい。或いは、上記熱伝達部材を、その上部と下部とでタイミングを異ならせて加熱するようにしてもよい。
【００１５】本発明の潜熱蓄熱装置は、貯留タンクの内部に、上部空間を確保して固相の方が液相よりも比重が高い潜熱蓄熱材が貯留され、その潜熱蓄熱材の相変態を利用して放熱または蓄熱が行われる潜熱蓄熱装置において、少なくとも下部が潜熱蓄熱材に挿入される熱伝達部材と、この熱伝達部材の上部に接続され、その上部に熱を付与する加熱源とを備えた構成である。
【００１６】この本発明装置にあっては、加熱源が熱伝達部材の上部に熱を付与するので、加熱源からの熱が熱伝達部材をその上側から下側へ伝達し、上から下に向かって発熱密度が小さくなる勾配が形成される。その結果、上記熱伝達部材を介して固相の潜熱蓄熱材が上側から熱伝達部材に沿って下側へと融解されていくことになる。この場合において、請求項６のように、上記熱伝達部材を複数有すると共に、これら熱伝達部材がその上部を単一の加熱源に接続している構成とすることができる。このようにすると、少ない加熱源で広範囲の加熱が可能になる。また、請求項７のように、熱伝達部材は、少なくとも下部が潜熱蓄熱材に挿入される複数の潜熱蓄熱材挿入部と、これら潜熱蓄熱材挿入部を上部で連結する連結部とからなり、連結部に加熱源が接続される構成とすることができる。この場合、上記熱伝達部材は一体成形により形成されている構成とすることができる。この一体成形によると、熱伝達部材を容易に作製することが可能になる。このとき用いる金属としては、アルミニウム等の加工性のよい材料を使用することが好ましい。
【００１７】また、本発明の潜熱蓄熱装置は、貯留タンクの内部に、上部空間を確保して固相の方が液相よりも比重が高い潜熱蓄熱材が貯留され、その潜熱蓄熱材の相変態を利用して放熱または蓄熱が行われる潜熱蓄熱装置において、上記潜熱蓄熱材に少なくともその下部が挿入されている熱伝達部材と、熱伝達部材の内部に設けられ、熱伝達部材の下側より上側の方を発熱量が大となるような加熱が可能となるよう配された加熱源とを具備する構成である。
【００１８】この本発明装置にあっては、潜熱蓄熱材に少なくともその下部が挿入された熱伝達部材が、その上側の方が下側よりも発熱密度が大となるので、固相の潜熱蓄熱材が上側から熱伝達部材に沿って下側へと融解されていくことになる。このようにするには、上記加熱源は、その下側より上側の方をヒータの配設密度を大として構成してもよいし、或いは、上記加熱源は、熱伝達部材の上下方向に２又は３以上の領域に分割され、各領域の加熱源毎に発熱量が制御されるように構成してもよい。後者の構成にあっては、固相の潜熱蓄熱材の融解初期において潜熱蓄熱材の上側程、発熱量を大にして、上方から徐々に融解させて熱応力の発生を防止できる。加えて、熱伝達部材と接触する潜熱蓄熱材部分の全域が融解した後は、今度は潜熱蓄熱材の下側に相当する熱伝達部材部分の発熱量を大にして、液相の潜熱蓄熱材における熱による対流の発生を推進させるようにすると、これによって融解速度の向上が図れることになる。
【００１９】また、本発明の潜熱蓄熱装置において、内部に熱交換用液体を通流する熱交換配管が上記熱伝達部材と熱伝達可能に設けられている構成とすることができる。
【００２０】この構成にあっては、熱交換配管には潜熱蓄熱材からだけでなく熱伝達部材からも熱が伝達されるため、熱交換効率が向上する。また、熱交換配管は、少なくともその一部を潜熱蓄熱材中を通して設けてもよい。この場合には、熱取り出し速度が速くなり、熱交換効率を向上させ得る。また、請求項１３のように、熱交換配管を潜熱蓄熱材の上方に設けるようにしてもよい。このようにすると、熱交換配管に亀裂や穴が生じても潜熱蓄熱材が熱交換配管に流れ込むことを防止できる利点がある。
【００２１】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施形態を図面に基づいて具体的に説明する。
（実施形態１）図１は実施形態１に係る潜熱蓄熱装置を示す模式的正面図（断面図）であり、図２はその右側面図である。
【００２２】この潜熱蓄熱装置は、貯留タンク１０と、貯留タンク１０を覆う断熱材１４と、貯留タンク１０に貯留された潜熱蓄熱材１１と、加熱源としての電気ヒータ１と、熱交換配管としての温水加熱管１３と、熱伝達部材２とを備える。なお、図１中の１１ａは固相の潜熱蓄熱材、１１ｂは液相の潜熱蓄熱材である。
【００２３】貯留タンク１０は、円筒部材１０ｂの両端が円形蓋１０ａにて塞がれたものであり、その内部に上部空間１２を残して潜熱蓄熱材１１が貯留されている。潜熱蓄熱材１１としては、固相の方が液相よりも比重が高い材料、例えばエリスリトールが使用されている。
【００２４】上部空間１２には、電気ヒータ１と温水加熱管１３とが設けられている。電気ヒータ１は、図３に示すように、例えば途中を曲折したＵ字状をしたステンレス製の管材１ａの内部に、ヒータ線１ｂが通されたものであり、両端側は円形蓋１０ａに設けた貫通孔１０ｃからタンク外へ導出されている。
【００２５】上記温水加熱管１３は、図３に示すように、途中がＵ字状に曲折されていて、両端部１３ａも曲折されている。両端部１３ａは貯留タンク１０の円筒部材１０ｂよりタンク外へ導出されていて、その両端の一方から水が供給され、熱回収のときにはその水は他方から温水として排出される。
【００２６】この電気ヒータ１および温水加熱管１３に吊り下げられて複数、この例では６枚の熱伝達部材２が設けられており、その下部が潜熱蓄熱材１１に挿入されている。熱伝達部材２は、例えば中実の矩形状をした銅やアルミニウム等の熱伝達性のよい金属からなる平板であり、水平方向２箇所に電気ヒータ用貫通孔２ａと同様に温水加熱管用貫通孔２ｂとが設けられ、その電気ヒータ用貫通孔２ａに電気ヒータ１を挿通し、温水加熱管用貫通孔２ｂに温水加熱管１３を挿通することにより取付けられている。また、各熱伝達部材２は広面側を対向するように配設されている。
【００２７】上記断熱材１４は、電気ヒータ１の両端部と、温水加熱管１３の両端部１３ａとを除き、貯留タンク１０のほぼ全体を覆って設けられ、外部雰囲気との間で熱交換され難いようになっている。
【００２８】このように構成された潜熱蓄熱装置における、潜熱蓄熱材の融解内容につき説明する。
【００２９】潜熱蓄熱材１１が固相にされた状態において、電気ヒータ１を加熱状態にすると、加熱した電気ヒータ１からの熱が熱伝達部材２の上端部に伝達され、その後、熱伝達部材２の上側から下側に向かって熱が伝導する。そのため、固相の潜熱蓄熱材１１ａが融解される部分は、その上表面側から熱伝達部材２に沿って下側へと進行していく。
【００３０】よって、固相の潜熱蓄熱材１１ａが融解された部分１１ｂは、固相の潜熱蓄熱材１１ａ中において、熱伝達部材２に沿って鉛直方向に長い状態に形成され、その融解部分１１ｂの上部は貯留タンク１０の上部空間１２に解放されている。このため、潜熱蓄熱材１１として固相の方が液相よりも比重が高いものを使用している故に、固相から液相に相変態することにより体積膨張が起こっても、その膨張分を貯留タンク１０の上部空間に逃がすことができる。そして、この状態の融解部分が各熱伝達部材２の横方向に広がっていき、潜熱蓄熱材１１の全体が融解されることになる。
【００３１】したがって、本実施形態１による場合には、上述したように固相の潜熱蓄熱材１１ａを融解する際に体積膨張が起こっても、その膨張分を貯留タンク１０の上部空間１２に逃がすことができるので、液相部分が固相部分を押圧する熱応力の発生を解消できる。また、本実施形態１では、温水加熱管１３を潜熱蓄熱材１１の上方に設けているので、温水加熱管１３に亀裂や穴が生じても潜熱蓄熱材１１が温水加熱管１３に流れ込むのを防止できる。
【００３２】ところで、図４に示すように熱伝達部材２の電気ヒータ１より下側部分の長さｈと厚みｂとは、適当な寸法関係に設定することが好ましい。その理由は、潜熱蓄熱材１１を熱伝達部材２の下端部においても融解させつつ、熱伝達部材２の電気ヒータ１寄りの高温部（熱伝達部材２の上部）が潜熱蓄熱材１１の耐熱温度を越えないようにするためである。このことは、熱伝達部材の上部に加熱源を設ける、後述の実施形態２においても同様である。
（実施形態２）図５は、本実施形態２に係る潜熱蓄熱装置の構成を示す模式的正面図（断面図）であり、図６はその平面図である。図１と同一部分には同一番号を付している。
【００３３】この潜熱蓄熱装置は、貯留タンク２０と、その貯留タンク２０に貯留された潜熱蓄熱材１１と、その潜熱蓄熱材１１の中を通すように配設された熱交換配管としての温水加熱管２３と、上記貯留タンク２０の上部開口を覆う状態に設けられた熱伝達部材２２と、熱伝達部材２２の上側に設けた加熱源としての電気ヒータ２１とを備えた構成である。また、このように構成された貯留タンク２０の外側は、ほぼ全体（電気ヒータ２１と温水加熱管２３の端部を除く。）が図示しない断熱材にて覆われており、外部雰囲気との間で熱交換が行われ難いようになっている。
【００３４】上記貯留タンク２０は、断面コの字状をしたものであり、その内部に上部空間１２を残すように潜熱蓄熱材１１が貯留されている。上記熱伝達部材２２は、貯留タンク２０の上部開口を覆う蓋を兼ねる中実の平板部２２ａと、平板部２２ａの片側にほぼ垂直に固着された中実の矩形板状をしたフィン部２２ｂとからなる。上記平板部２２ａは、フィン部２２ｂを連結する連結部としても機能する。
【００３５】フィン部２２ｂは潜熱蓄熱材挿入部として用いられ、その下部側が潜熱蓄熱材１１に挿入されている。フィン部２２ｂは広面側を対向して６枚設けられており、その長さと厚みとは、適当な寸法関係に設定するのが、上述の理由により好ましい。各フィン部２２ｂの潜熱蓄熱材１１に挿入されている部分には、上下２箇所に貫通孔２２ｃ、２２ｄが設けられ、その貫通孔２２ｃ、２２ｄを通すようにして温水加熱管２３が設けられている。なお、上記熱伝達部材２２は、材料としてアルミニウム等の加工性のよい金属を用い、例えば押出し加工成形により一体成形するようにしてもよい。そのようにすると、溶接やねじ等を用いて平板部２２ａとフィン部２２ｂとを連結する手間を省くことができる。上記押出し加工成形は、例えば有底の矩形筒体の底部にフィン部２２ｂの数および大きさに応じたスリットを開設したダイスを用い、そのダイスの内部に上記金属のブロックをポンチ等にて押圧することにより行われる。
【００３６】温水加熱管２３の端部側は、平板部２２ａに設けた貫通孔２２ｅ、２２ｆより外部へ導出されており、温水加熱管２３の両端部の一方より水が供給され、他方側から熱回収のときには温水として取り出される。
【００３７】上記熱伝達部材２２の上側に電気ヒータ２１が取付けられている。電気ヒータ２１は、例えばステンレス製の管材２１ａの内部にヒータ線２１ｂを配した構成のものであり、曲折箇所の数は本実施形態では３箇所としている。
【００３８】このように構成された本実施形態２に係る潜熱蓄熱装置においても、実施形態１と同様に固相の潜熱蓄熱材１１を融解する際に体積膨張が起こっても、その膨張分を貯留タンク２０の上部空間１２に逃がすことができるので、液相部分が固相部分を押圧する熱応力の発生を解消できる。加えて、本実施形態２では、温水加熱管２３を潜熱蓄熱材１１の中を通すように設けているので、実施形態１のように温水加熱管を上部空間を通るように設けた場合よりも、熱取り出し速度が向上して熱交換効率を高めることができる。更に、潜熱蓄熱材１１に接触しているフィン部２２ｂが温水加熱管２３と連結されているので、熱回収する際に熱伝達部材２２、特にフィン部２２ｂが熱回収の効率を向上させる働きを有する。よって、本実施形態２の構成にあっては、熱応力発生の解消と熱回収効率の向上とが図れる利点がある。
【００３９】なお、上述した実施形態１、２では温水加熱管１３、２３の両端を、上部空間１２の存在するタンク上部側からタンク外へ導出するようにしているが、本発明はこれに限らない。図７に示すように、貯留タンク１０（２０）の横側から温水加熱管１３（２３）のリンク右端をタンク外へ導出するようにしてもよい。
【００４０】また、図５および図６に示す実施形態の場合、電気ヒータ２１は熱伝達部材２２の平板部２２ａに組み込むようにしても実施できる。
【００４１】また、上述した実施形態１、２では電気ヒータ１、２１は潜熱蓄熱材１１の上方に配設しているが、本発明はこれに限らない。一部の潜熱蓄熱材１１が電気ヒータに接触したり、或いは潜熱蓄熱材１１が液相となって体積が増加したときに電気ヒータがその潜熱蓄熱材１１の中に入るような構成としてもよい。また、実施形態２においては平板部２２ａの内部に電気ヒータを設けてもよい。
（実施形態３）本実施形態３は、上述した実施形態１および２とは異なり、熱伝達部材の内部に加熱源を内蔵させる場合である。
【００４２】図８は本実施形態３に係る潜熱蓄熱装置を示す正面図である。図９（ａ）は本実施形態３で使用する熱伝達部材を示す正面図、図９（ｂ）はその熱伝達部材の側面図（断面図）である。なお、断熱材は、潜熱蓄熱装置の外側を覆うように設けているが、図示を省略している。
【００４３】この実施形態３の潜熱蓄熱装置は、図８に示すように貯留タンク３０の側面３０ａに形成した貫通孔３０ｂ、３０ｃを通して温水加熱管３３が設けられ、この温水加熱管３３は貫通孔３０ｂ、３０ｃの周辺部と溶接等により固定されている。この温水加熱管３３にて支持されて複数（図示例では５つ）の平板状の熱伝達部材６が設けられている。
【００４４】各熱伝達部材６は、図９に示すように外観が直方体状をした枠体７の内部に、加熱源としての電気ヒータを構成するヒータ線８が蛇行状態に設けられている。本実施形態３の電気ヒータは、前述の管材１ａ、２１ａが無いものである。このヒータ線８は、図８に破線にて示すように天井板３０ｄから外部へ導出されている。また、枠体７内にはヒータ線８を除く部分に充填材９が配設されている。充填材９としては、熱伝達部材６の使用目的を考慮すると、熱伝導性に優れるものを使用することが望ましい。
【００４５】上記ヒータ線８は、熱伝達部材６の上側を下側よりも上下間隔ｓを短くして、つまり熱伝達部材６の上部における単位面積当たりの発熱量を大にし、熱伝達部材６の下部における単位面積当たりの発熱量を小にするように配設されている。また、上記枠体７のヒータ線８の無い部分には、貫通孔７ａ、７ｂが設けられ、その貫通孔７ａ、７ｂを挿通するようにして温水加熱管３３が取付けられている。
【００４６】このように構成された本実施形態３に係る潜熱蓄熱装置による場合には、単位面積当たりの発熱量が、熱伝達部材６の上部を大、下部を小としてあるので、実施形態１や２と同様に固相の潜熱蓄熱材１１を融解させ得る。また、潜熱蓄熱材１１と接触する熱伝達部材６が温水加熱管３３に連結されているので、熱回収効率を向上できることになる。
（実施形態４）本実施形態４は、上記実施形態３のようにヒータ線の上下間隔ｓを上下方向で調整するのではなく、電気ヒータを熱伝達部材の上下方向で分割して上側の電気ヒータと下側の電気ヒータの加熱タイミングを調整する場合である。
【００４７】図１０は本実施形態４に係る潜熱蓄熱装置に用いる熱伝達部材を示す正面図である。この熱伝達部材６Ａには、上部と下部とに別々のヒータ線８ａ、８ｂが設けられている以外は実施形態３と同様に構成されている。上記ヒータ線８ａと８ｂとには、各々独立して通電が行われるようになっている。なお、潜熱蓄熱材の上表面が上側ヒータ線８ａにて加熱される部分の最高温度が得られる箇所近傍に位置するように、潜熱蓄熱材と熱伝達部材６Ａとを相対的に配置させるようにしておく。
【００４８】この実施形態４の場合においては、固相の潜熱蓄熱材の融解初期において潜熱蓄熱材の上側程、発熱量を大にして、つまりヒータ線８ａへの通電量（例えば電圧）を大にし、ヒータ線８ｂへの通電量（例えば電圧）を小にして、潜熱蓄熱材を上方から徐々に融解させる。すると、上述した実施形態１〜３と同様に熱応力の発生を防止した融解が可能である。そして、熱伝達部材６Ａと接触する潜熱蓄熱材部分の全域が融解した後は、今度は潜熱蓄熱材の下側に相当する熱伝達部材部分の発熱量を大にして、つまりヒータ線８ｂへの通電量（例えば電圧）を大にし、ヒータ線８ａへの通電量（例えば電圧）を小にする。すると、液相の潜熱蓄熱材における熱による対流の発生が推進される。これによって固相の潜熱蓄熱材の融解速度を向上させることが可能になる。
【００４９】なお、本実施形態４においては、熱伝達部材６Ａに２つのヒータ線８ａと８ｂを設けている、つまり電気ヒータを２分割した構成としているが、本発明はこれに限らず、３以上に分割しても同様に実施できることは勿論である。
【００５０】また、上述した実施形態３、４では図８に示すように、縦長の貯留タンク３０を用いているが、そのタンクとしては断面形状が円形のものを使用するのが好ましい。その理由は、縦長タンクの場合には、潜熱蓄熱材の高さが高くなってタンクに与える圧力も高くなるため、断面円形のタンクを使用することにより、その圧力に耐えるようにすることができるからである。また、このようなタンクを使用する場合、図１１（ａ）、（ｂ）に示すように円筒状の貯留タンク３０の天井板３０ｄを利用して、温水加熱管３３および熱伝達部材６（６Ａ）の少なくとも一方を支持する構成とするのが好ましい（図１１では断熱材の図示を省略している。）。より詳細には、図１１（ａ）に示す場合は、熱伝達部材６（６Ａ）を天井板３０ｄに連結して支持し、また、温水加熱管３３は天井板３０ｄと熱伝達部材６（６Ａ）とに連結させて支持している。図１１（ｂ）に示す場合は、温水加熱管３３を天井板３０ｄに連結して支持し、その温水加熱管３３に熱伝達部材６（６Ａ）を連結して支持している。
【００５１】なお、上述した実施形態１〜４では、熱伝達部材を電気ヒータや天井（蓋）部材、或いは温水加熱管等にて支持する構成としたり、温水加熱管を貯留タンクにて支持する構成としているが、本発明はこれに限らず、これらとは別体の支持部材を用いて支持する構成としてもよいことは勿論である。
【００５２】また、上述した実施形態１〜４では、各種熱伝達部材を鉛直方向に沿って設けるようにしているが、本発明は必ずしもそのように設ける必要はなく、固相の潜熱蓄熱材を上側から熱伝達部材に沿って下側へと融解でき、その融解により液相となった部分が常に上部空間に繋がっている状態を確保できれば、熱応力の発生を解消できるので、斜め方向であっても支障はなく、更にはほぼ水平に近い傾きであってもよい。また、このようにした場合は、仮に熱伝達部材を水平方向に沿って設けたときにおいて、熱回収の際に起こる液相から固相への相変態に伴う熱収縮により、熱伝達部材の下側に隙間が発生して熱伝達性能が低下するのを防止できる利点もある。
【００５３】また、上述した実施形態において熱伝達部材としては、４乃至６個使用しているが、本発明はこれに限らず、３個以下であっても、７個以上用いてもよい。また、熱伝達部材としては平板状のものに限らず、固相の潜熱蓄熱材を融解して液相となった部分が常に上部空間に繋がる状態を確保できれば、波板状や他の形状であってもよい。また、上述した実施形態においては平板状の熱伝達部材を使用しているが、本発明はこれに限らず、その幅寸法を狭くした縦長の短冊状をしたものを複数一列に配してもよく、或いはランダムな位置に配してもよい。
【００５４】また、本発明において用いる熱伝達部材の形状は、貯留タンクの断面形状に応じた形状、例えば貯留タンクの断面が円形であれば熱伝達部材も円形としてもよく、また、任意の形状としてもよい。
【００５５】また、上述した実施形態１〜４では加熱源にヒータ線からなる電気ヒータを使用しているが、本発明はこれに限らず、面ヒータを箱体で囲んだものや、面ヒータのみからなる電気ヒータ、或いは管材（１ａ、２１ａ）の無い棒状の電気ヒータを使用してもよい。また、本発明は、夜間電力の活用を考慮しない場合には、加熱源として電気ヒータを用いることに代えて、他の加熱手段、例えば蒸気や熱気を熱源とする加熱源を使用してもよい。
【００５６】また、上述した実施形態では潜熱蓄熱材としてエリスリトールを用いているが、本発明はこれに限らず、糖アルコールや、糖アルコールを主成分とする蓄熱材を用いることも可能である。この場合において、相変態が起こる温度が高い潜熱蓄熱材を用いる場合には、水を蒸気に交換して取出すことも可能となる。
【００５７】また、上述した実施形態では貯留タンクを密封状態としているが、本発明はこれに限らない。例えば、貯留タンクの上部の全域または一部が開放された構成としてもよく、また、貯留タンクの上部の一部が開口されていると共にその開口部がガス等でパージされた構成、或いはタンク内を外側より負圧にした構成とすることができる。
【００５８】また、上述した実施形態では電気ヒータのターン数（曲折回数）や長さ等は明言していないが、任意である。但し、実施形態３や４の場合には、所定の発熱状態が確保できることを条件とする。
【００５９】
【発明の効果】以上詳述したように本発明による場合には、潜熱蓄熱材に少なくとも下部を挿入した熱伝達部材に、発熱密度が上側の方が下側よりも高くなるように熱を付与するので、固相の潜熱蓄熱材が熱伝達部材に沿って上側から融解していき、よって融解部分が固相の潜熱蓄熱材中を通って熱伝達部材に沿って長く形成されても、その融解部分は上部空間に常に繋がった状態となるため、固相から液相への相変態に際して体積膨張が起こっても、体積膨張分が上部空間へ逃げ得るので、固相の潜熱蓄熱材に熱応力が作用せず、熱応力の発生を解消させることができる。
【出願人】 【識別番号】０００００１１９９
【氏名又は名称】株式会社神戸製鋼所
【識別番号】０００１５６９３８
【氏名又は名称】関西電力株式会社
【出願日】 平成１１年６月２２日（１９９９．６．２２）
【代理人】 【識別番号】１０００６７８２８
【弁理士】
【氏名又は名称】小谷 悦司 （外２名）
【公開番号】 特開２００１−４２９０（Ｐ２００１−４２９０Ａ）
【公開日】 平成１３年１月１２日（２００１．１．１２）
【出願番号】 特願平１１−１７５８３６