特許 5760837 蓄熱材及び蓄熱システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5760837

(24)【登録日】2015年6月19日

(45)【発行日】2015年8月12日

(54)【発明の名称】蓄熱材及び蓄熱システム

(51)【国際特許分類】

   C09K 5/06 20060101AFI20150723BHJP

【ＦＩ】

   C09K5/06 Z

【請求項の数】3

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2011-175892(P2011-175892)

(22)【出願日】2011年8月11日

(65)【公開番号】特開2013-40224(P2013-40224A)

(43)【公開日】2013年2月28日

【審査請求日】2014年6月26日

(73)【特許権者】

【識別番号】000000099

【氏名又は名称】株式会社ＩＨＩ

(74)【代理人】

【識別番号】100068021

【弁理士】

【氏名又は名称】絹谷 信雄

(72)【発明者】

【氏名】安江 由佳

(72)【発明者】

【氏名】中島 雅祐

【審査官】 吉田 邦久

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００６−０９８０８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−３３０５８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００６−５１６０１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−３３５７６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５７−１２３９０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５０−１２６５１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−２５４６９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５０−０６２８１２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ０９Ｋ ５／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

熱源から供給された熱を蓄熱して、その熱を熱負荷に放熱する蓄熱システムに用いる蓄熱材であって、
凝固および融解時に偏晶反応を起こし、その偏晶温度が、前記熱負荷の温度より高く、前記熱源の温度より低い偏晶型のＣｕ−Ｐｂ系２成分混合物からなり、
前記Ｃｕ−Ｐｂ系２成分混合物の組成が、前記偏晶反応を起こす組成であることを特徴とする蓄熱材。

【請求項2】

前記Ｃｕ−Ｐｂ系２成分混合物の組成が、その放熱完了時の固相率が３０モル％以上６０モル％以下となる組成である請求項１記載の蓄熱材。

【請求項3】

請求項１又は２記載の蓄熱材を用いた、蓄熱システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、熱源から供給された熱を潜熱として蓄熱し、その熱を熱負荷に放熱する蓄熱材及び蓄熱システムに関する。

【背景技術】

【0002】

固体と液体の相変化による潜熱を利用して、熱源からの熱を蓄熱して熱負荷に放熱する潜熱蓄熱材は、顕熱蓄熱材と比較して蓄熱密度が大きく、かつ、熱負荷の温度を略一定に保つことができるという利点があり、例えばソーラシステム等の蓄熱システムに用いられる。しかし、流動性が低い固体状態の潜熱蓄熱材の伝熱効率は、液体状態の潜熱蓄熱材の伝熱効率と比較して低いという欠点がある。そこで、潜熱蓄熱材に流動性を持たせて伝熱効率を向上させる技術の一つとしてスラリ化がある（例えば、特許文献１参照）。

【0003】

スラリ化技術の一つとして、純物質または共晶点の組成を持つ共晶型の２成分混合物を使用する方法がある。放熱により冷却された２成分混合物は、融点または共晶点にて温度一定のまま凝固反応が起こる。固相率が３０〜６０％の固液共存状態となったときを放熱完了とすれば、攪拌することでスラリ化が実現できる。

【0004】

また、他のスラリ化技術の例として、共晶点からずらした組成の共晶型の２成分混合物を使用する方法がある（例えば、特許文献２参照）。この場合、放熱により冷却された２成分混合物は、液相線温度で固相が晶出し始め、その後、系の温度が液相線に沿って低下しながら固相率が増加していく。固相率が３０〜６０％の固液共存状態となったときを放熱完了とすれば、攪拌することでスラリ化が実現できる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００７−２０４５１７号公報

【特許文献2】特開２００７−２５４６９７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、上述のスラリ化技術においては、以下のような問題があった。

【0007】

純物質、あるいは共晶点の組成の共晶型の２成分混合物を使用した場合には、凝固および融解時の温度を一定とできるものの、固相率が所定の割合に達したことを温度で判断することができないという問題点があり、固相率の制御が困難である。

【0008】

また、共晶点からずらした組成の共晶型の２成分混合物を使用した場合には、固相率が所定の割合に達したことを温度から判断できるものの、凝固および融解時の温度が一定ではなく、放熱開始時（あるいは蓄熱完了時）と放熱終了時（あるいは蓄熱開始時）の蓄熱材の温度差が大きい。このとき、放熱開始時の温度を一定とすると、蓄熱材に温度変化がないと想定した場合と比較して、放熱終了時の蓄熱材の温度が大きく低下することになるので、その蓄熱材から熱を受け取る熱負荷の温度をより低くする必要がある。つまり、放熱前後で蓄熱材の温度変化が大きい場合、蓄熱した熱を十分に取り出すためには、熱負荷の温度をより低くする必要がある。よって、蓄熱温度範囲（放熱開始時と放熱完了時の温度差）が大きくなり、蓄熱システムの効率が低下してしまう。

【0009】

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、固相率が所定の割合に達したことを温度で判断することができ、かつ、放熱あるいは蓄熱前後での温度差を小さくできる蓄熱材及び蓄熱システム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】

【0010】

上記目的を達成するために創案された本発明は、熱源から供給された熱を蓄熱して、その熱を熱負荷に放熱する蓄熱システムに用いる蓄熱材であって、凝固および融解時に偏晶反応を起こし、その偏晶温度が、前記熱負荷の温度より高く、前記熱源の温度より低い偏晶型のＣｕ−Ｐｂ系２成分混合物からなり、前記Ｃｕ−Ｐｂ系２成分混合物の組成が、前記偏晶反応を起こす組成である蓄熱材である。

【0011】

前記Ｃｕ−Ｐｂ系２成分混合物の組成が、その放熱完了時の固相率が３０モル％以上６０モル％以下となる組成であると良い。

【0012】

また本発明は、前記蓄熱材を用いた、蓄熱システムである。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、固相率が所定の割合に達したことを温度で判断することができ、かつ、放熱あるいは蓄熱前後での温度差を小さくできる蓄熱材及び蓄熱システムを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明に係る蓄熱材に用いる偏晶型の２成分混合物の平衡状態図を示す図である。

【図2】本発明に係る蓄熱材の蓄熱及び放熱時の温度・エンタルピ線図を示す図であり、２成分混合物の組成と温度・エンタルピ線図との関係を示す図である。

【図3】本発明に係る蓄熱材に用いる偏晶型の２成分混合物の平衡状態図を示す図である。

【図4】偏晶型のＣｕ−Ｐｂ系の平衡状態図を示す図である。

【図5】本発明に係る蓄熱システムの一例を示す模式図であり、（ａ）は蓄熱槽の外部に熱交換器を設置する構成を、（ｂ）は蓄熱槽の内部に熱交換器を設置する構成を示す図である。

【図6】従来の蓄熱材に用いる共晶型の２成分混合物の平衡状態図を示す図である。

【図7】従来の蓄熱材の蓄熱及び放熱時の温度・エンタルピ線図を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、本発明の好適な一実施の形態について図面に基づき説明する。

【0016】

まず、本発明を説明するに先立ち、共晶型の２成分混合物を蓄熱材として使用した場合の挙動について説明しておく。

【0017】

図６は、成分Ａ_Eおよび成分Ｂ_Eの２成分からなる共晶型の２成分混合物の平衡状態図を示す図である。なお、図６に示す共晶型の２成分混合物では、成分Ａ_Eおよび成分Ｂ_Eは液体状態で完全に溶け合い液相Ｌとなり、固体状態で全く溶け合わず固相Ａ_Eおよび固相Ｂ_Eとなる。

【0018】

さて、上述のように、共晶点Ｅの共晶組成ｘ_Eを有する２成分混合物を用いた蓄熱材では、図６に示すように、共晶点Ｅの共晶温度Ｔ_Eにて温度一定のまま潜熱を放熱することになるため、液相Ｌが完全に固相Ａ_Eと固相Ｂ_Eに凝固するまで、温度から蓄熱材の固相率を判断することができない。また、共晶点Ｅからずらした組成ｘ_Aを有する２成分混合物を用いた蓄熱材では、固相率の変化を温度から判断することができるが、放熱（または蓄熱）前後で蓄熱材の温度が大きく変化する場合があり、図７に示されるように、放熱中の温度・エンタルピ線７１が熱負荷の温度Ｔ_aと交わり、熱を十分に放熱できない可能性がある。そのため、共晶型の２成分混合物を蓄熱材に用いた場合、その熱負荷の温度Ｔ_aを、より低い熱負荷の温度Ｔ_a'とする必要があり、熱負荷の温度Ｔ_aと熱源の温度Ｔ_bとの温度範囲である蓄熱温度範囲ΔＴが大きくなってしまう（図６）。

【0019】

そこで本発明者らはこの問題を解決すべく鋭意検討を行った結果、凝固および融解時に偏晶反応を起こす偏晶型の多成分混合物を蓄熱材に用いることで、固相率が所定の割合に達したことを温度で判断することができ、かつ、放熱あるいは蓄熱前後での温度差を小さくできることを見出した。

【0020】

図１は、本実施の形態に係る蓄熱材に用いる偏晶型の２成分混合物の平衡状態図を示す図である。

【0021】

図１に示すように、この蓄熱材を構成する偏晶型の２成分混合物は、その偏晶温度Ｔ_Mが蓄熱温度範囲ΔＴ（すなわち、蓄熱システムの熱負荷の温度Ｔ_aよりも高く、熱源の温度Ｔ_bより低い温度範囲）にあり、その放熱（凝固）および蓄熱（融解）時に偏晶反応を起こす成分Ａ_Mおよび成分Ｂ_Mの２成分混合物から選択される。

【0022】

また、この蓄熱材の組成は、放熱（または蓄熱）時に偏晶反応を起こすように、２成分混合物の組成が偏晶反応を起こす組成、すなわち図１に示した偏晶線ＱＮ上の任意の組成から選択される。

【0023】

なお、蓄熱材の組成は、放熱完了時に偏晶型の２成分混合物の固相率が３０％以上６０％以下となる組成であることが望ましい。これは、放熱完了時の固相率を３０％以上６０％以下とすることで、蓄熱材のスラリ化を容易とし、伝熱効率を向上することができるためである。

【0024】

次に、本発明の蓄熱材で、放熱完了時の固相率を温度から判断できる理由について図１，２により説明する。ここでは、成分Ａ_Mおよび成分Ｂ_Mの２成分からなり、偏晶点Ｍの偏晶組成ｙ_Mを有する偏晶型の２成分混合物を用いる場合について説明する。

【0025】

図１に示すように、高温の液体状態で完全に溶け合い液相Ｌとなった２成分混合物は、冷却により偏晶点Ｍに達し、偏晶組成ｙ_Mの液相Ｌから、固相Ａ_Mと、偏晶線ＱＮの液相Ｌに望む端点Ｎに対応した組成ｙ_Nを有する液相Ｌ_Nとが生成する偏晶反応（液相Ｌ⇔固相Ａ_M＋液相Ｌ_N）を起こす。偏晶反応で生成する固相Ａ_Mと液相Ｌ_Nの存在比は、所謂天秤の法則（てこの法則）により表される。より具体的には、２成分混合物の偏晶組成ｙ_Mと偏晶線ＱＮの交点（ここでは偏晶点）Ｍを用いて、線分ＭＮの長さ：線分ＱＭの長さの比として表される。よって、偏晶反応完了時の２成分混合物の固相率は、線分ＭＮの偏晶線ＱＮに対する長さの割合（ＭＮ÷ＱＮ）となる。この偏晶反応の間は、系の温度は偏晶温度Ｔ_Mで一定に保たれる。つまり、偏晶反応による潜熱を蓄熱システムに利用するためには、２成分混合物の偏晶温度Ｔ_Mが、蓄熱システムの熱負荷の温度Ｔ_aより高く、熱源の温度Ｔ_bより低ければよい。

【0026】

液相Ｌから固相Ａ_Mと液相Ｌ_Nを生成する偏晶反応が終了したとき、２成分混合物（蓄熱材）は、固相Ａ_Mと液相Ｌ_Nの固液共存状態にあり、これらを攪拌することでスラリ化することが可能である。このときの蓄熱材の固相率は、３０％以上６０％以下であることが好ましい。また、偏晶反応の終了時には、偏晶温度Ｔ_Mで一定温度であった系の温度が再び低下し始める。よって、偏晶反応を利用すれば、温度変化から蓄熱材の固相率がＭＮ÷ＱＮに達したことを判断でき、スラリ化を行う上で扱いやすい。

【0027】

なお、本実施の形態に係る蓄熱材は、その２成分混合物の組成を偏晶点Ｍの偏晶組成ｙ_Mに限定するものではなく、偏晶点Ｍよりも固相Ａ_Mをより少なく生成する組成ｙ_M'や、反対に固相Ａ_Mをより多く生成する組成ｙ_M"を有する２成分混合物を用いてもよい。

【0028】

例えば、図１に示すように、組成ｙ_M'の２成分混合物を用いた蓄熱材では、二液分離の境界線ＭＮと組成ｙ_M'が交わる温度Ｔ₁で、液相Ｌが成分Ａ_Mに富む液相Ｌ₁と、成分Ｂ_Mに富む液相Ｌ₂に分離する。その後、温度低下に伴って、液相Ｌ₁は偏晶点Ｍの偏晶組成ｙ_Mに、液相Ｌ₂は偏晶線ＱＮの端点Ｎの組成ｙ_Nに境界線ＭＮに沿って近づき、やがて偏晶温度Ｔ_Mで偏晶反応を起こし、偏晶組成ｙ_Mの液相Ｌ₁が消費しつくされ、組成ｙ_Nの液相Ｌ_Nと固相Ａ_Mが残る。

【0029】

また、組成ｙ_M"の２成分混合物を用いた蓄熱材では、液相線ＣＭと組成ｙ_M"が交わる温度Ｔ₂で固相Ａ_Mが晶出し始める。その後、液相Ｌの組成は液相線ＣＭに沿って偏晶点Ｍの偏晶組成ｙ_Mに近づき、偏晶温度に達すると偏晶反応が起きる。このように、偏晶型の２成分混合物の組成を偏晶線ＱＮ上の組成とすることで、凝固および融解時に偏晶反応を起こす蓄熱材とすることができ、偏晶反応による潜熱を蓄熱に利用することができる。

【0030】

なお、偏晶反応後に晶出する固相Ａ_Mの量は、偏晶型の２成分混合物の組成が端点Ｑに近いほど多くなり、組成が端点Ｎに近いほど少なくなる。つまり本実施の形態では、偏晶型の２成分混合物の組成を偏晶線ＱＮ上で調節することで、偏晶反応終了後、すなわち放熱完了時の蓄熱材の固相率を自由に設定することができる。

【0031】

また本実施の形態の蓄熱材では、蓄熱させる蓄熱量を自由に設定することができる。ここで具体的に、熱源の温度Ｔ_bが液相線ＣＭおよび境界線ＭＮより高温であり、熱負荷の温度Ｔ_aが偏晶線ＱＮの直下である蓄熱システムにて、偏晶組成ｙ_M，組成ｙ_M'，組成ｙ_M"の３種の２成分混合物を蓄熱材に用いる場合について説明する。

【0032】

図２に示すように、偏晶組成ｙ_Mの２成分混合物を温度Ｔ_bから冷却する場合、その温度・エンタルピ線２１は、温度Ｔ_bと偏晶温度Ｔ_Mの区間で単調減少を示し、偏晶温度Ｔ_Mでは、偏晶反応により温度一定のままエンタルピの減少を示す。

【0033】

次に、組成ｙ_M'の２成分混合物を冷却する場合、その温度・エンタルピ線２２は、偏晶組成ｙ_Mの場合と同様に、温度Ｔ_bと偏晶温度Ｔ_Mの区間で単調減少を示し、偏晶温度Ｔ_Mでは、偏晶反応により温度一定のままエンタルピの減少を示す。偏晶反応の終了時、２成分混合物から晶出する固相Ａ_Mの量は、偏晶組成ｙ_Mのものよりも少ないので、組成ｙ_M'の蓄熱材から放熱される潜熱の量は偏晶組成ｙ_Mよりも少なくなる。

【0034】

また、組成ｙ_M"の２成分混合物の場合、その温度・エンタルピ線２３は、温度Ｔ_bと温度Ｔ₂（組成ｙ_M"と液相線ＣＭが交わる温度）の区間で単調減少した後、温度Ｔ₂と偏晶温度Ｔ_Mの区間では単調減少の勾配が凝固による潜熱で緩やかとなり、偏晶温度Ｔ_Mでは偏晶反応により温度一定のままエンタルピの減少を示す。偏晶反応の終了時には、より多くの固相Ａ_Mが晶出するので、組成ｙ_M"の蓄熱材から放熱される潜熱の量はより多くなる。

【0035】

このように、本実施の形態の蓄熱材は、その偏晶型の２成分混合物の組成を任意に調節することによって、偏晶反応により晶出する固相Ａ_Mの量を調節し、蓄熱量を自由に設定することができる。

【0036】

以上要するに、本実施の形態では、熱源から供給された熱を蓄熱して、その熱を熱負荷に放熱する蓄熱システムに、凝固および融解時に偏晶反応を起こし、その偏晶温度が、熱負荷の温度より高く、熱源の温度より低い偏晶型の多成分混合物からなり、その偏晶型の多成分混合物の組成が、偏晶反応を起こす組成である蓄熱材を用いるようにした。

【0037】

これにより、放熱あるいは蓄熱時に固相率が所定の割合に達したことを温度で判断することができ、かつ、放熱あるいは蓄熱前後での温度差を小さくできるため、スラリ化を行う上で取り扱いやすい蓄熱材とすることができる。

【0038】

なお、本実施の形態では、液体状態で一部溶け合い、固体状態で全く溶け合わない液相分離型の偏晶型の２成分混合物を用いた蓄熱材について説明したが、例えば図３に示すように、液体状態で一部溶け合い、固体状態で一部溶け合う偏晶型の２成分混合物を用いてもよい。図３に示す２成分混合物は、固体状態で一部溶け合い、主成分Ａ_Mに成分Ｂ_Mが溶けた固溶体α_Mと、主成分Ｂ_Mに成分Ａ_Mが溶けた固溶体β_Mを形成するが、図１に示した２成分混合物と同じく、偏晶反応による潜熱を蓄熱に利用する蓄熱材として使用できる。また、本発明は蓄熱材を２成分混合物に限らず、偏晶温度や粘度を調節するための成分を添加した多成分混合物であっても良い。

【0039】

次に、偏晶反応を起こす２成分混合物としてＣｕ−Ｐｂ系の２成分混合物を用いた場合の、偏晶反応で得られる蓄熱密度（単位体積当たりのエンタルピ）を計算した一例を示す。ここではＣｕ−Ｐｂ系の偏晶点の組成の２成分混合物を蓄熱材とし、その偏晶反応の蓄熱密度を、図４に示すＣｕ−Ｐｂの平衡状態図から求めた。

【0040】

図４に示すように、このＣｕ−Ｐｂ系の偏晶点Ｍの組成（モル分率）はＣｕ０．２２１で、端点Ｎの組成はＣｕ０．６２９なので、偏晶反応終了後の固相率は天秤の法則（てこの法則）よりａ＝０．６５０となる。偏晶反応での放熱量は、その偏晶点の温度（１２３０［Ｋ］）における融解エンタルピＬ（Ｔ）と固相率ａの積で求められる。また、温度Ｔ［Ｋ］における融解エンタルピＬ（Ｔ）は、［数１］に示す式（１）より求められる。

【0041】

【数1】

【0042】

但し、ｃ_pml［Ｊ／（ｍｏｌ・Ｋ）］は純物質液相の定圧モル比熱、ｃ_pms［Ｊ／（ｍｏｌ・Ｋ）］は純物質固相の定圧モル比熱、Ｔ_m［Ｋ］は純物質の融点、Ｌ₀［Ｊ／ｍｏｌ］は純物質の融解エンタルピである。

【0043】

これらＣｕの物性値は、
ｃ_pml＝３２．８４４［Ｊ／（ｍｏｌ・Ｋ）］ （９００＜Ｔ［Ｋ］＜４０００）
ｃ_pms＝−１１１１．３１７９＋０．０９３４９４４８７９Ｔ
[phone]Ｔ^-2−１９０９９６６．９Ｔ^-1
＋８２１２６．９７４Ｔ^-0.5 （１１００＜Ｔ［Ｋ］＜２０００）
Ｔ_m＝１３５８［Ｋ］
Ｌ₀＝１３１３８［Ｊ／ｍｏｌ］
であり、偏晶点の温度Ｔ＝１２３０［Ｋ］では、
ｃ_pms＝３０．９４７［Ｊ／（ｍｏｌ・Ｋ）］
となる。

【0044】

よって、偏晶点の温度Ｔ＝１２３０［Ｋ］における融解エンタルピはＬ＝１１６６９［Ｊ／ｍｏｌ］となり、偏晶反応で得られるエンタルピはＬ×ａ＝７５８０［Ｊ／ｍｏｌ］となる。

【0045】

ここで、Ｃｕ原子量は６３．５５［ｇ／ｍｏｌ］、Ｐｂ原子量は２０７．２［ｇ／ｍｏｌ］であるので、
この２成分混合物の分子量は、
６３．５５×０．２２１＋２０７．２×０．７７９＝１７５．４５［ｇ／ｍｏｌ］
となる。

【0046】

また、Ｃｕの密度は８．９２［ｇ／ｍＬ］（２０℃，１気圧）、Ｐｂの密度は１１．３４［ｇ／ｍＬ］（２０℃，１気圧）であり、Ｃｕの質量分率は、
（６３．５５×０．２２１）／１７５．４５＝０．０８００
であり、Ｐｂの質量分率は、
（２０７．２×０．７７９）／１７５．４５＝０．９２０
である。

【0047】

さらに、０．２２１ｍｏｌのＣｕの容積は、
（６３．５５×０．２２１）／８．９２＝１．５７５［ｍＬ］
であり、０．７７９ｍｏｌのＰｂの容積は、
（２０７．２×０．７７９）／１１．３４＝１４．２３４［ｍＬ］
なので、この２成分混合物の密度は、
１７５．４５／（１．５７５＋１４．２３４）＝１１．０９８［ｇ／ｍＬ］＝１１０９８［ｋｇ／ｍ³］
となる。

【0048】

よって、Ｃｕ−Ｐｂ系の偏晶点Ｍの組成の蓄熱材から偏晶反応で得られる単位体積当たりのエンタルピは、
（７５８０［Ｊ／ｍｏｌ］×１１０９８［ｋｇ／ｍ³］）／（１７５．４５×１０^-3［ｋｇ／ｍｏｌ］）＝４７９０００［ｋＪ／ｍ³］
となり、蓄熱材として十分な蓄熱密度が偏晶反応により得られることがわかる。

【0049】

この偏晶反応で得られる蓄熱材の蓄熱密度で十分な熱量が確保できれば、図７に示すような、温度が略一定であるような温度・エンタルピ線７２の蓄熱材が実現でき、蓄熱システムの蓄熱温度範囲ΔＴをさらに小さくできる。

【0050】

次に、本実施の形態に係る蓄熱材を用いた蓄熱システムの一例を図５により説明する。なお、図５（ａ），（ｂ）に示す蓄熱システム１００ａおよび蓄熱システム１００ｂは一例であり、本実施の形態に係る蓄熱材３１ｓを用いる蓄熱システムの構成はこれらに限定されない。

【0051】

図５（ａ）に示す蓄熱システム１００ａは、熱源１１からの熱を本発明の蓄熱材３１ｓに蓄熱して、その熱を熱負荷１３に放熱するものである。また、蓄熱システム１００ａは、熱源１１の熱を蓄熱材３１ｓに蓄熱するための蓄熱熱交換器１２と、その熱を熱負荷１３に放熱するための放熱熱交換器１４を、蓄熱材３１ｓを貯留する蓄熱槽３１の外部に設置する構成を有する。

【0052】

蓄熱材３１ｓとしては、例えば偏晶型の２成分混合物を用いる。蓄熱槽３１の蓄熱温度範囲は、蓄熱材３１ｓが固液共存状態となるように、熱負荷１３の温度が蓄熱材３１ｓの偏晶温度よりも低く、熱源１１の温度が蓄熱材３１ｓの偏晶温度よりも高く設定される。

【0053】

蓄熱システム１００ａは、蓄熱槽３１の出口３１ａから圧送ポンプ３３により圧送した蓄熱材３１ｓを、熱源１１に接続した蓄熱熱交換器１２を通じる蓄熱ライン３４を経て入口３１ｂに戻すか、あるいは熱負荷１３に接続した放熱熱交換器１４を通じる放熱ライン３５を経て入口３１ｂに戻すかを切替え可能にする流路切換手段３２を備える。本実施の形態では、流路切換手段３２を出側三方弁３２ａおよび入側三方弁３２ｂで構成し、蓄熱時には蓄熱熱交換器１２を蓄熱材３１ｓが通流し、放熱時には放熱熱交換器１４を蓄熱材３１ｓが通流するように各三方弁３２ａ，３２ｂを切換えるようにした。

【0054】

蓄熱槽３１に貯留された蓄熱材３１ｓは、圧送ポンプ３３によって熱源１１に接続した蓄熱熱交換器１２に送られることによって蓄熱した状態で蓄熱槽３１に戻り、また、熱負荷１３に接続した放熱熱交換器１４に送られることによって放熱した状態で蓄熱槽３１に戻る。

【0055】

蓄熱システム１００ａでは、熱源１１で加熱された熱源用熱媒体を蓄熱熱交換器１２に導入し、蓄熱熱交換器１２にて熱源用熱媒体と蓄熱材３１ｓとの間で熱交換させることにより、熱源１１の熱を蓄熱材３１ｓに伝えるようにしているが、熱源１１が熱を出力するための出力用の熱交換器を備えるヒートポンプ等である場合には、その熱交換器を蓄熱熱交換器１２として用いるようにしても良い。

【0056】

また、蓄熱システム１００ａでは、放熱熱交換器１４にて蓄熱材３１ｓと熱負荷用熱媒体との間で熱交換させ、加熱された熱負荷用熱媒体を熱負荷１３に導入することで、蓄熱材３１ｓの熱を熱負荷１３に伝えるようにしている。

【0057】

なお、本実施の形態に係る蓄熱材を用いる蓄熱システムとしては、図５（ｂ）に示すような、蓄熱槽３１の内部に熱交換器３１ｐを設置する構成を有する蓄熱システム１００ｂとすることもできる。

【0058】

図５（ｂ）に示す蓄熱システム１００ｂの場合には、蓄熱材３１ｓを貯留する蓄熱槽３１の内部に、蓄熱槽３１の入口３１ｂから熱媒体を導入して出口３１ａまで通流させる、熱交換器としての螺旋状の熱媒体用流路３１ｐが設けられる。入口３１ｂから導入された熱媒体は、螺旋状の熱媒体用流路３１ｐを通流する間に蓄熱材３１ｓと熱交換し、蓄熱槽３１の出口３１ａに至る。蓄熱槽３１から導出された熱媒体は、熱源１１に接続した蓄熱ライン３４を経て加熱された状態で蓄熱槽３１に戻るか、または、熱負荷１３に接続した放熱ライン３５を経て冷却された状態で蓄熱槽３１に戻る。このとき、熱媒体は熱源１１または熱負荷１３と直接に熱交換をする。

【0059】

蓄熱槽３１は蓄熱材３１ｓを攪拌するための攪拌手段３６を備え、この攪拌手段３６により固液共存状態の蓄熱材３１ｓを攪拌して、蓄熱材３１ｓのスラリ化を行うようにしている。本実施の形態では攪拌手段３６を、熱媒体用流路３１ｐの螺旋の中央に配置され、蓄熱材３１ｓを攪拌する３枚の攪拌羽根３６ｆと、その攪拌羽根３６ｆを回転させるためのモータ３６ｍから構成した。攪拌手段３６の攪拌羽根３６ｆの枚数は３枚に限られず、蓄熱槽３１の容量等に合わせて適宜変更可能である。

【0060】

なお、上述の蓄熱システム１００ａ，１００ｂの構成は一例であり、例えば蓄熱システム１００ａと蓄熱システム１００ｂを組合わせた構成としても良い。

【符号の説明】

【0061】

Ｔ_b 熱源の温度
Ｔ_a 熱負荷の温度
Ｔ_M 偏晶温度

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】