特許 6308051 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】6308051

(24)【登録日】2018年3月23日

(45)【発行日】2018年4月11日

(54)【発明の名称】蓄熱システム

(51)【国際特許分類】

   F28D 20/02 20060101AFI20180402BHJP

   F28D 20/00 20060101ALI20180402BHJP

   F28F 23/02 20060101ALI20180402BHJP

   F28F 27/00 20060101ALI20180402BHJP

【ＦＩ】

   F28D20/02 D

   F28D20/00 A

   F28F23/02 D

   F28F27/00 511Z

【請求項の数】3

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2014-133467(P2014-133467)

(22)【出願日】2014年6月30日

(65)【公開番号】特開2016-11787(P2016-11787A)

(43)【公開日】2016年1月21日

【審査請求日】2017年4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】100087527

【弁理士】

【氏名又は名称】坂本 光雄

(74)【代理人】

【識別番号】100106921

【弁理士】

【氏名又は名称】高尾 裕之

(72)【発明者】

【氏名】橋場 道太郎

(72)【発明者】

【氏名】秋吉 亮

【審査官】 笹木 俊男

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００９−３０９１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５９−１８０２８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−２９２０８４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ２８Ｄ ２０／００ 〜 ２０／０２

Ｆ２８Ｆ ２３／０２

Ｃ０９Ｋ ５／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

槽内の外周寄り位置に周方向に延びる隔壁を備えて、該隔壁の内側の領域を内槽とし、外側の領域を外槽とした蓄熱槽と、
前記内槽に充填した、予め設定される蓄熱温度範囲で固液の相変化を生じ、且つ固相の密度が液相の密度よりも大きい相変化用蓄熱材と、
前記外槽に充填した、前記蓄熱温度範囲で固相となる固体蓄熱材と、
前記蓄熱槽の下端部にて、前記内槽および外槽の底部に設けて、前記各蓄熱材に対し蓄熱用の加熱を行うホットプレートと、
前記内槽の上部位置に前記相変化用蓄熱材に没する配置で設けて、該相変化用蓄熱材の保有する熱を取り出すための伝熱管と、
前記隔壁を前記相変化用蓄熱材の固液の相変化温度に加熱する隔壁用ヒータとを備えた構成を有すること
を特徴とする蓄熱システム。

【請求項2】

蓄熱槽の外槽には、固体蓄熱材を小片の状態で充填し、
蓄熱槽の隔壁には、前記固体蓄熱材の小片の通過は阻止し且つ相変化用蓄熱材の液相の通過は許容する連通孔を、内槽と外槽を連通させるよう備え、
相変化用蓄熱材の一部を内槽より前記隔壁の連通孔を通して外槽に移動させて、前記固体蓄熱材の小片同士の隙間に満たした
請求項１記載の蓄熱システム。

【請求項3】

蓄熱槽の外槽には、固体蓄熱材を小片の状態で充填し、
前記外槽における前記固体蓄熱材の小片同士の隙間に、溶融塩蓄熱材を満たした
請求項１記載の蓄熱システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、熱の貯蔵に用いる蓄熱システムに関するものである。

【背景技術】

【0002】

太陽熱発電は、集熱エリアで太陽光を集光して集熱し、この集熱された熱で水蒸気を発生させ、この水蒸気で蒸気タービンを駆動して発電を行うものである。

【0003】

この種の太陽熱発電では、夜間や日射量が得られない間の発電を補って、出力電力の過渡的な変化を抑制するために、蓄熱システムを備えることが一般的に行われている。

【0004】

この種の蓄熱システムは、当初、蓄熱槽に充填される蓄熱材として、蓄熱温度範囲の全域で液相となる溶融塩を用いるか、あるいは、蓄熱温度範囲の全域で固相となる、マグネシア等の固体蓄熱材を用いて、これらの蓄熱材の顕熱を利用して蓄熱を行う方式が採られていた。

【0005】

又、蓄熱密度の向上化を図った蓄熱システムとしては、蓄熱槽に、蓄熱温度範囲で固相と液相との相変化を生じる蓄熱材を充填し、この蓄熱材の潜熱を利用して蓄熱を行う方式の蓄熱システムが従来考えられている。

【0006】

この種の蓄熱温度範囲で固相と液相との相変化を生じる蓄熱材としては、たとえば、ＣｓＮＯ_３とＮａＮＯ_３、ＬｉＮＯ_３とＬｉＯＨ、ＬｉＮＯ_３とＮａＮＯ_３、ＫＮＯ_３とＮａＮＯ_３、ＮａＮＯ_３とＲｂＮＯ_３、ＬｉＢｒとＬｉＯＨ、ＬｉＢｒとＮａＮＯ_３といった組み合わせの２成分系の混合塩による蓄熱材を用いることが提案されている（たとえば、特許文献１参照）。

【0007】

更に、別の方式の蓄熱システムとしては、蓄熱槽に、蓄熱温度範囲で固液の相変化を生じる蓄熱材にマグネシア等の固体蓄熱材を混合してなる固液混合蓄熱材を充填した形式の蓄熱システムが従来提案されている。かかる蓄熱システムによれば、前記固体蓄熱材が、相変化する蓄熱材よりも大きな比熱を有することから、蓄熱槽における単位体積当たりの蓄熱量を向上させることができるとされている（たとえば、特許文献２参照）。

【0008】

しかし、前記相変化する蓄熱材と固体蓄熱材を併用する従来の蓄熱システムでは、蓄熱槽に充填してある固液混合蓄熱材の流動性が乏しいために、蓄熱槽内に充填されている固液混合蓄熱材に蓄熱のための加熱を行うヒータや、前記固液混合蓄熱材より熱を取り出すための伝熱管は、共に蓄熱槽内の全域に亘って配置させる必要がある。そのため、前記ヒータや伝熱管の構造が大きくなると共に、蓄熱槽内の構造が複雑化してしまう。更に、前記従来の蓄熱槽内の構造が複雑化することに伴い、製造コストも嵩んでしまう。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【特許文献1】特開２０１３−２２４３４３号公報

【特許文献2】特開平５−２５６５９１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

そこで、本発明は、蓄熱温度範囲で固液の相変化を生じる蓄熱材と、固体蓄熱材の双方を利用して蓄熱を行うことで、蓄熱槽の単位体積当たりの蓄熱量の向上化を図ることができると共に、蓄熱槽に設ける蓄熱のための加熱を行う加熱手段、及び、熱を取り出すための伝熱管を蓄熱槽全体に分布させる必要がなく、該加熱手段及び伝熱管の構成を小さくして、構造を簡略化することができる蓄熱システムを提供しようとするものである。

【課題を解決するための手段】

【0011】

本発明は、前記課題を解決するために、請求項１に対応して、槽内の外周寄り位置に周方向に延びる隔壁を備えて、該隔壁の内側の領域を内槽とし、外側の領域を外槽とした蓄熱槽と、前記内槽に充填した、予め設定される蓄熱温度範囲で固液の相変化を生じ、且つ固相の密度が液相の密度よりも大きい相変化用蓄熱材と、前記外槽に充填した、前記蓄熱温度範囲で固相となる固体蓄熱材と、前記蓄熱槽の下端部にて、前記内槽および外槽の底部に設けて、前記各蓄熱材に対し蓄熱用の加熱を行うホットプレートと、前記内槽の上部位置に前記相変化用蓄熱材に没する配置で設けて、該相変化用蓄熱材の保有する熱を取り出すための伝熱管と、前記隔壁を前記相変化用蓄熱材の固液の相変化温度に加熱する隔壁用ヒータとを備えた構成を有する蓄熱システムとする。

【0012】

又、請求項２に対応して、前記請求項１に対応する構成において、蓄熱槽の外槽には、固体蓄熱材を小片の状態で充填し、蓄熱槽の隔壁には、前記固体蓄熱材の小片の通過は阻止し且つ相変化用蓄熱材の液相の通過は許容する連通孔を、内槽と外槽を連通させるよう備え、相変化用蓄熱材の一部を内槽より前記隔壁の連通孔を通して外槽に移動させて、前記固体蓄熱材の小片同士の隙間に満たした構成とする。

【0013】

更に、請求項３に対応して、前記請求項１に対応する構成において、蓄熱槽の外槽には、固体蓄熱材を小片の状態で充填し、前記外槽における前記固体蓄熱材の小片同士の隙間に、溶融塩蓄熱材を満たした構成とする。

【発明の効果】

【0014】

本発明の蓄熱システムによれば、以下のような優れた効果を発揮する。
（１）相変化用蓄熱材の蓄熱温度範囲における固液の相変化の潜熱と、固体蓄熱材の顕熱の双方を利用して蓄熱を行うことで、蓄熱槽の単位体積当たりの蓄熱量の向上化を図ることができる。
（２）蓄熱槽では、蓄熱のための加熱を行う加熱手段、及び、熱を取り出すための伝熱管を、該蓄熱槽全体に分布させる必要をなくすことができる。よって、前記加熱手段及び伝熱管の構成を小さくできて、構造の簡略化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明の蓄熱システムの実施の一形態を示す概略切断側面図である。

【図2】本発明の実施の他の形態を示す概略切断側面図である。

【図3】本発明の実施の更に他の形態を示す概略切断側面図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、本発明を実施するための形態を図面を参照して説明する。

【0017】

図１は本発明の蓄熱システムの実施の一形態を示すものである。

【0018】

本発明の蓄熱システム１で用いる蓄熱槽２は、槽内の外周寄り位置に、周方向に延びる隔壁３を備えて、該隔壁３によって仕切られた内側の領域を内槽４とし、外側の領域を外槽５とした構成としてある。

【0019】

前記内槽４には、予め設定される蓄熱温度範囲（Ｔ_ｍｉｎ＜Ｔ＜Ｔ_ｍａｘ）において固相と液相との間で相変化を生じ、且つ固相の密度が液相の密度よりも大となる相変化用蓄熱材６が充填されている。図１では、前記相変化用蓄熱材６の固相には、ハッチングを付して示してある。なお、この相変化用蓄熱材６の詳細については後述する。

【0020】

前記外槽５には、前記蓄熱温度範囲（Ｔ_ｍｉｎ＜Ｔ＜Ｔ_ｍａｘ）で常時固相となる固体蓄熱材７が、小片の状態で充填されている。前記固体蓄熱材７としては、たとえば、マグネシアを用いるようにすればよい。これにより、前記外槽５には、前記固体蓄熱材７の顕熱を利用した蓄熱を行うと共に、該固体蓄熱材７の比熱の大きさを利用して前記内槽４の保温を行うための蓄熱兼保温層８を形成させる。

【0021】

前記隔壁３には、内外方向に貫通して前記内槽４と外槽５とを連通させる複数の連通孔９が、上下方向及び周方向に配列して設けられている。この連通孔９のサイズは、前記固体蓄熱材７の小片のサイズよりも小さく設定して、前記相変化用蓄熱材６の液相の通過は許容する一方、前記固体蓄熱材７の通過は阻止するようにしてある。

【0022】

これにより、前記蓄熱槽２では、前記内槽４に充填された相変化用蓄熱材６の液相の一部が、前記隔壁３の連通孔９を通過して外槽５に移動する。このため、前記外槽５では、充填されている前記固体蓄熱材７の小片同士の隙間に、前記相変化用蓄熱材６の液相が満たされる。この状態の固体蓄熱材７では、小片同士の隙間に前記相変化用蓄熱材６の液相が存在することにより、該小片同士の間の熱抵抗が低減される。

【0023】

更に、前記蓄熱槽２では、前記相変化用蓄熱材６の一部が、前記外槽５内の固体蓄熱材７に直接接しているため、前記相変化用蓄熱材６と固体蓄熱材７との相互の熱伝達の効率は高いものとなる。

【0024】

前記蓄熱槽２の下端部には、蓄熱のための加熱を行うための板状の加熱手段として、ホットプレート１０が、内槽４及び外槽５の下方に一連に設けられている。

【0025】

このホットプレート１０は、前記内槽４の内底面、及び、外槽５の内底面をフラットな面として形成するためのプレート部材１１と、該プレート部材１１の下側に設けた加熱手段とから構成されている。

【0026】

前記プレート部材１１を備える構成とするのは、蓄熱槽２の温度低下時に前記内槽４内で生じて沈降する相変化用蓄熱材６の固相を、前記プレート部材１１の上側に分散させて堆積させ、この堆積物の荷重を、前記プレート部材１１の面で分散して受けることが好ましいためである。

【0027】

前記ホットプレート１０の加熱手段は、たとえば、前記プレート部材１１の下側に、加熱用熱媒１３を流通させる熱媒流路１２を設けた構成としてある。この熱媒流路１２は、前記加熱用熱媒１３の有する熱により前記プレート部材１１の全面をできるだけ均等に加熱できるように、該プレート部材１１の面内での加熱用熱媒１３の流通経路の配置、形状、流路断面積等を適宜設定してよいことは勿論である。なお、図１では、図示する便宜上、前記熱媒流路１２における加熱用熱媒１３の流通経路は簡略化した記載としてある。

【0028】

前記熱媒流路１２の上流側端部には、外部の図示しない加熱用熱媒供給手段より加熱用熱媒１３を導くための加熱用熱媒供給ライン１４が接続されている。又、前記熱媒流路１２の下流側端部には、該熱媒流路１２を流通した後の加熱用熱媒１３を、前記加熱用熱媒供給手段へ戻すための加熱用熱媒戻しライン１５が接続されている。更に、前記加熱用熱媒供給手段は、太陽熱発電の集熱部のような熱源（図示せず）の熱を前記加熱用熱媒１３に与えて加熱するための熱交換部を備えているものとする。

【0029】

前記加熱用熱媒１３は、前記蓄熱温度範囲（Ｔ_ｍｉｎ＜Ｔ＜Ｔ_ｍａｘ）の全域、更には、それよりもやや高い温度域まで液相となる熱媒を選定して用いるか、あるいは、スチームを用いるようにすればよい。

【0030】

これにより、前記ホットプレート１０の熱媒流路１２には、前記加熱用熱媒供給手段より、加熱された加熱用熱媒１３を循環供給することができる。したがって、前記ホットプレート１０では、加熱された状態で前記熱媒流路１２に順次供給される前記加熱用熱媒１３の有する熱により前記プレート部材１１を介して、前記内槽４内の相変化用蓄熱材６と、前記外槽５内の固体蓄熱材７及び相変化用蓄熱材６とを、下方から加熱することができるようにしてある。

【0031】

前記内槽４内の上部位置には、熱取出用の伝熱管１６が、前記相変化用蓄熱材６に没入する配置で設けられている。前記伝熱管１６は、図示しない支持部材を介して、前記内槽４の壁面や蓄熱槽２の天井部より支持されているものとする。

【0032】

前記伝熱管１６における前記相変化用蓄熱材６に接する表面（外面）は、ガラスにより構成されていることが望ましい。かかる構成としてある伝熱管１６によれば、後述するように該伝熱管１６の周囲で凝固して生じる前記相変化用蓄熱材６の固相が、該伝熱管１６の表面に付着することを抑制できる。

【0033】

前記伝熱管１６の上流側端部には、外部の図示しない熱取出用熱媒供給手段より熱取出用熱媒１７を導くための熱取出用熱媒供給ライン１８が接続されている。又、前記伝熱管１６の下流側端部には、該伝熱管１６を流通した後の熱取出用熱媒１７を、前記熱取出用熱媒供給手段へ戻すための熱取出用熱媒戻しライン１９が接続されている。更に、前記熱取出用熱媒供給手段は、前記熱取出用熱媒１７の有する熱を、所望の熱負荷（図示せず）へ与えるための熱交換部を備えているものとする。

【0034】

これにより、前記伝熱管１６には、前記熱取出用熱媒供給手段より熱取出用熱媒１７を循環供給することができる。したがって、前記伝熱管１６内を流通する熱取出用熱媒１７は、該伝熱管１６の周囲に存在している前記相変化用蓄熱材６との熱交換により順次加熱されるようになり、この加熱状態で前記熱取出用熱媒供給手段に回収される前記熱取出用熱媒１７の保有する熱が、前記熱負荷へ与えられるようにしてある。

【0035】

前記のように、伝熱管１６内を流通する熱取出用熱媒１７が、該伝熱管１６の周囲に存在している相変化用蓄熱材６との熱交換により加熱されるときには、前記伝熱管１６の周囲に存在している相変化用蓄熱材６は、相対的に温度低下する。この相変化用蓄熱材６の温度低下が、液相と固相との相変化温度で生じると、図１に示すように、前記伝熱管１６の周囲では、前記相変化用蓄熱材６が液相より凝固して固相が生じる。この相変化用蓄熱材６の固相は、液相よりも密度が大きいために、該液相中を沈降するようになる。

【0036】

前記内槽４内では、その上部位置にのみ前記伝熱管１６を設けた構成としてあるので、該伝熱管１６の周囲に温度低下した前記相変化用蓄熱材６の固相が生じても、該固相は沈降して、前記内槽４の底部に設けてある前記ホットプレート１０の上側に堆積される。

【0037】

したがって、前記内槽４内では、前記伝熱管１６の周囲に前記相変化用蓄熱材６の固相が留まることはなく、該伝熱管１６の周囲には、前記相変化温度よりも高い温度を有する相変化用蓄熱材６の液相が継続的に供給されるようになる。このため、前記相変化用蓄熱材６と、前記伝熱管１６内を流通させる熱取出用熱媒１７との間の熱伝達の効率が低下することを抑制することができる。

【0038】

前記隔壁３には、該隔壁３の温度を上昇させるための隔壁用ヒータ２０が設けられている。

【0039】

前記隔壁用ヒータ２０は、前記隔壁３における連通孔９と干渉しない個所の外周面、又は、内周面に、該隔壁３の上下方向の全長に亘り延びるよう取り付けられている。なお、図１では、前記隔壁３の外周面に、前記隔壁用ヒータ２０を設けた構成が示してある。

【0040】

又、前記隔壁用ヒータ２０は、たとえば、電気ヒータを用いるようにすればよい。あるいは、前記隔壁用ヒータ２０は、前記ホットプレート１０と同様に、スチームやその他の液相の熱媒を流通させる熱媒流路を備えた構成のヒータとしてもよい。

【0041】

更に、前記隔壁用ヒータ２０は、前記ホットプレート１０による内槽４及び外槽５の加熱時、すなわち、蓄熱槽２への蓄熱時に、該隔壁用ヒータ２０による隔壁３の加熱も同期して行われるように制御されるものとしてある。

【0042】

前記隔壁用ヒータ２０による前記隔壁３の加熱温度は、前記相変化用蓄熱材６が液相になる温度に設定してあるものとする。

【0043】

これにより、前記ホットプレート１０による内槽４の加熱時には、該内槽４内にて前記ホットプレート１０の上側に堆積している前記相変化用蓄熱材６の固相が、下方から加熱されて、先ず、該ホットプレート１０の上面に接している部分から溶融して液相となる。

【0044】

このとき、前記隔壁用ヒータ２０を同時に運転することにより、前記内槽４内では、隔壁３の内周面近傍に存在している相変化用蓄熱材６の固相を溶融させて、液相にさせることができる。このため、前記ホットプレート１０上の相変化用蓄熱材６の固相の堆積物は、前記隔壁３の内周面への固着が解消される。更に、前記ホットプレート１０の上面に接している部分で生じる前記相変化用蓄熱材６の液相は、該隔壁３の内周面に沿う位置で流動させて、前記相変化用蓄熱材６の固相の堆積物の上方へ移動させることができる。

【0045】

その結果、前記内槽４内では、相変化用蓄熱材６の固相の堆積物を、自重により前記ホットプレート１０の上面に押し付けることができ、その際、該ホットプレート１０の上面と前記堆積物との間に形成される相変化用蓄熱材６の液相の層を薄くすることができる。これにより、前記ホットプレート１０から前記相変化用蓄熱材６の固相への熱伝達の効率を高めることができるようにしてある。

【0046】

又、前記ホットプレート１０による外槽５の加熱時には、該外槽５内の固体蓄熱材７及び相変化用蓄熱材６は、前記ホットプレート１０に近い下端寄りに存在するものから温度が上昇するようになり、外槽５内に相変化用蓄熱材６の固相が存在していた場合は、その溶融が下方側から生じるようになる。

【0047】

このとき、前記隔壁用ヒータ２０を同時に運転することにより、前記内槽４内と同様に、外槽５内では、隔壁３の外周面近傍に存在している相変化用蓄熱材６の固相を溶融させて、液相にさせることができる。このため、前記外槽５内の下方側での相変化用蓄熱材６の固相の溶融によって生じる液相は、前記隔壁３の外周面に沿う位置で流動させて、上方へ移動させることができ、更には、前記隔壁３の連通孔９を通して内槽４内へ移動させることもできる。

【0048】

このため、前記外槽５に充填された固体蓄熱材７の小片同士の隙間に存在している前記相変化用蓄熱材６に、固相から液相への相変化に伴って体積膨張が生じるとしても、その体積変化分は、前記相変化用蓄熱材６の液相の流動（移動）によって容易に吸収させることができる。したがって、前記外槽５内の固体蓄熱材７及び相変化用蓄熱材６の加熱時に、前記蓄熱槽２や隔壁３に対して局所的に過大な圧力が作用する虞は、防止できるようにしてある。

【0049】

更に、不測の事態により、万一、蓄熱槽２全体が、前記蓄熱温度範囲（Ｔ_ｍｉｎ＜Ｔ＜Ｔ_ｍａｘ）よりも温度低下して、前記内槽４内、及び、外槽５内に充填されている相変化用蓄熱材６がすべて固相になった場合には、前記隔壁用ヒータ２０を運転することにより、前記相変化用蓄熱材６を上下方向の全体的に溶融させながら、前記蓄熱槽２内を昇温させて、前記蓄熱温度範囲まで復帰させることができるようにしてある。

【0050】

ここで、前記相変化用蓄熱材６について説明する。

【0051】

前記内槽４内の相変化用蓄熱材６の保有する熱を、前記伝熱管１６を流通させる熱取出用熱媒１７を用いて取り出す際、前記伝熱管１６の周囲で凝固する相変化用蓄熱材６の固相が、前記伝熱管１６の表面に付着すると、前記相変化用蓄熱材６の固相が沈降せず、伝熱効率の低下につながる。

【0052】

本発明者等が実施した研究の結果、前記伝熱管１６の表面へ相変化用蓄熱材６の固相が付着しにくくなるようにするためには、相変化用蓄熱材６としては、前記蓄熱温度範囲（Ｔ_ｍｉｎ＜Ｔ＜Ｔ_ｍａｘ）の蓄熱最低温度Ｔ_ｍｉｎにおいて固液共存状態となる非共晶組成の２成分混合塩からなるものを用いることが有利であるという知見が得られている。

【0053】

たとえば、太陽熱発電等の高温のシステムに適用することを想定する場合、蓄熱システムに所望される蓄熱温度範囲（Ｔ_ｍｉｎ＜Ｔ＜Ｔ_ｍａｘ）の蓄熱最低温度Ｔ_ｍｉｎは１５０℃以上、好ましくは２００℃以上となる。

【0054】

そこで、一例として、本発明の蓄熱システム１における蓄熱温度範囲（Ｔ_ｍｉｎ＜Ｔ＜Ｔ_ｍａｘ）は、蓄熱最高温度Ｔ_ｍａｘが４００℃、蓄熱最低温度Ｔ_ｍｉｎが２５０℃に設定されるものとする。

【0055】

この条件に好適な相変化用蓄熱材６としては、前記特許文献１に示されている２成分系の混合塩の組み合わせのうち、たとえば、硝酸カリウム（ＫＮＯ_３）と硝酸ナトリウム（ＮａＮＯ_３）とを、非共晶となる組成で混合した２成分混合塩がある。

【0056】

前記硝酸カリウムと硝酸ナトリウムの混合物では、硝酸ナトリウムのモル分率が０．４９となる組成で共晶となるので、この共晶となる組成以外の組成とし、且つ、前記蓄熱最低温度Ｔ_ｍｉｎである２５０℃において固液共存状態となるようにする。具体的な組成例としては、硝酸ナトリウムのモル分率が０．７８６（質量分率が０．７５５）となる組成のものを、前記相変化用蓄熱材６として用いることができる。

【0057】

又、前記相変化用蓄熱材６としては、前記特許文献１に示されている２成分系の混合塩の組み合わせのうち、ＣｓＮＯ_３とＮａＮＯ_３の混合物、ＬｉＮＯ_３とＮａＮＯ_３の混合物、ＮａＮＯ_３とＲｂＮＯ_３の混合物を用いることも可能である。

【0058】

前記ＣｓＮＯ_３とＮａＮＯ_３の混合物を用いる場合は、ＮａＮＯ_３のモル分率を０．９０２（質量分率を０．８０１）とし、前記ＬｉＮＯ_３とＮａＮＯ_３の混合物を用いる場合は、ＮａＮＯ_３のモル分率を０．８７７（質量分率を０．８９８）とし、ＮａＮＯ_３とＲｂＮＯ_３の混合物を用いる場合は、ＲｂＮＯ_３のモル分率を０．１０５（質量分率を０．１６９）とすることにより、前記蓄熱最低温度Ｔ_ｍｉｎである２５０℃において固液共存状態とすることができる。

【0059】

更に、前記蓄熱温度範囲（Ｔ_ｍｉｎ＜Ｔ＜Ｔ_ｍａｘ）の蓄熱最低温度Ｔ_ｍｉｎが２８０℃に設定される場合には、前記相変化用蓄熱材６として、前記特許文献１に示されている２成分系の混合塩の組み合わせのうち、ＬｉＢｒとＮａＮＯ_３の混合物を用いることが可能である。この場合は、ＮａＮＯ_３のモル分率を０．９６４（質量分率を０．９６３）とすることにより、前記蓄熱最低温度Ｔ_ｍｉｎである２８０℃において固液共存状態とすることができる。

【0060】

前記のような非共晶組成の２成分混合塩を相変化用蓄熱材６として用いると、前記伝熱管１６の周囲で凝固して生じた該相変化用蓄熱材６の固相は、冷却面である前記伝熱管１６の表面に強く付着せず、容易にはがれ落ちるようになる。

【0061】

これは、凝固しはじめる際に冷却面付近の固相率が局所的に大きくなるため、融点が比較的低い液相を形成している溶融塩が、冷却面と固相との間に入り込みながら凝固が進行するためであると考えられ、非共晶の溶融塩の固液共存領域が温度幅をもって存在することに起因すると考えられる。

【0062】

したがって、本発明の蓄熱システム１は、前記内槽４内にて、前記相変化用蓄熱材６が液相の状態から徐々に固相が増加するように、すなわち、徐々に温度を低下させるように制御を行うことで、固相となった相変化用蓄熱材６が前記伝熱管１６の表面に密着してしまうことを、抑制することが可能になる。

【0063】

以上の構成としてある本発明の蓄熱システム１を使用して蓄熱を行う場合は、前記加熱用熱媒供給手段より加熱用熱媒供給ライン１４を通して加熱状態で供給される加熱用熱媒１３を、前記ホットプレート１０の熱媒流路１２に連続供給する。これにより、前記ホットプレート１０が加熱されるため、この加熱されたホットプレート１０により、前記内槽４内の相変化用蓄熱材６と、外槽５内の固体蓄熱材７及び相変化用蓄熱材６の下方からの加熱を行わせる。

【0064】

この際、前述したように、本発明の蓄熱システム１では、前記ホットプレート１０から前記相変化用蓄熱材６の固相への熱伝達の効率が高いことから、該相変化用蓄熱材６の加熱を効率よく行うことができる。この相変化用蓄熱材６に加えられた熱は、該相変化用蓄熱材６が固相から液相へ相変化する際の潜熱として、又、該相変化用蓄熱材６の温度が上昇するときの顕熱として吸収させることができる。

【0065】

更に、外槽５内の固体蓄熱材７は、該外槽５の下方に設けてある前記ホットプレート１０により直接加熱することができるため、該固体蓄熱材７の加熱も効率よく行うことができる。この固体蓄熱材７に加えられた熱は、該固体蓄熱材７が温度上昇するときの顕熱として吸収させることができる。

【0066】

したがって、本発明の蓄熱システム１は、相変化用蓄熱材６のみを用いる形式の従来の蓄熱システムに比して、蓄熱密度を増加させることができると共に、蓄熱槽２における単位体積当たりの蓄熱量を高いものとすることができる。

【0067】

本発明の蓄熱システム１は、前記内槽４内の相変化用蓄熱材６と、外槽５内の固体蓄熱材７及び相変化用蓄熱材６に対して前記ホットプレート１０より与えられる熱が、予め設定されている或る目標蓄熱量に達すると、前記加熱用熱媒供給手段より前記ホットプレート１０への加熱用熱媒１３の供給を停止させる。

【0068】

この状態で、本発明の蓄熱システム１では、前記内槽４内の相変化用蓄熱材６と、外槽５内の固体蓄熱材７及び相変化用蓄熱材６の熱が保持される。

【0069】

この際、本発明の蓄熱システム１では、前記相変化用蓄熱材６が充填された内槽４の外側に、周方向の全体を取り巻く外槽５を設けて、大きな比熱を有する固体蓄熱材７を充填した構成としてあるため、前記固体蓄熱材７の充填された外槽５は、前記した蓄熱を行う機能に加えて、前記内槽４内の相変化用蓄熱材６から外部への熱の放出を抑える蓄熱兼保温層８としての機能を果たすようになる。

【0070】

よって、本発明の蓄熱システム１は、前記相変化用蓄熱材６の保温性能が高いものとなる。

【0071】

本発明の蓄熱システム１より、蓄熱されている熱を取り出す場合は、前記熱取出用熱媒供給手段より熱取出用熱媒供給ライン１８を通して供給される熱取出用熱媒１７を、前記伝熱管１６に連続供給して、該伝熱管１６内を流通させる。これにより、前記熱取出用熱媒１７は、前記伝熱管１６を流通する間に、該伝熱管１６の周囲に存在する相変化用蓄熱材６との熱交換により加熱されるので、この加熱された状態で外部に取り出される熱取出用熱媒１７より熱を回収し、その回収した熱を、所望の熱負荷へ与えるようにする。

【0072】

この際、前記したように、前記伝熱管１６の周囲で凝固して生じる前記相変化用蓄熱材６の固相は、前記内槽４内で底部へ向けて沈降させて前記伝熱管１６の周囲から除去できるため、本発明の蓄熱システム１では、該相変化用蓄熱材６から前記熱取出用熱媒１７への熱伝達の効率を高めて、蓄熱された熱の散り出しを効率よく行うことができる。

【0073】

更に、前記構成としてある本実施の蓄熱システム１では、前記隔壁３に備えた連通孔９を通過する前記相変化用蓄熱材６の液相と、外槽５に充填してある固体蓄熱材７との間で直接熱伝達が行われる。このため、前記外槽５内の固体蓄熱材７の有する熱は、前記内槽４内の相変化用蓄熱材６に効率よく伝えられて、前記熱取出用熱媒１７の加熱に効率よく利用される。

【0074】

このように、本発明の蓄熱システム１によれば、予め設定された蓄熱温度範囲で固液の相変化を生じる相変化用蓄熱材６と、固体蓄熱材７の双方を利用して蓄熱を行うことができて、蓄熱槽２の単位体積当たりの蓄熱量の向上化を図ることができる。

【0075】

更に、前記蓄熱槽２にて各蓄熱材６，７の蓄熱のための加熱を行う加熱手段となるホットプレート１０は、該蓄熱槽２の下端部のみに設ければよく、一方、前記相変化用蓄熱材６との熱交換により熱を取り出す放熱用の伝熱管１６は、内槽４の上部位置にのみ設ければよいので、これらのホットプレート１０や伝熱管１６の構成を小さくし、構造の簡略化を図ることができる。よって、製造コストの低減化も図ることができる。

【0076】

次に、図２は本発明の実施の他の形態を示すものである。

【0077】

本実施の形態の蓄熱システム１Ａは、図２に示す如く、図１に示したと同様の構成において、連通孔９を備えた隔壁３を用いる構成に代えて、連通孔のない隔壁３ａにより、内槽４と外槽５を仕切る構成としたものである。

【0078】

前記連通孔のない形式の隔壁３ａを用いていることにより、本実施の形態では、前記外槽５内は、前記内槽４内とは隔離される。

【0079】

前記外槽５内には、図１に示したと同様の固体蓄熱材７の小片と、該固体蓄熱材７の小片同士の隙間に満たすための溶融塩蓄熱材２１を充填した構成としてある。

【0080】

前記外槽５内の溶融塩蓄熱材２１は、図１の実施の形態の構成における相変化用蓄熱材６と同様に、蓄熱温度範囲で固液の相変化するものを用いるようにしてもよい。この場合、前記溶融塩蓄熱材２１は、たとえば、前記内槽４内に充填される相変化用蓄熱材６と同じものを用いてもよい。この構成によれば、外槽５に形成される蓄熱兼保温層８は、前記溶融塩蓄熱材２１が固液の相変化するときの潜熱を利用した蓄熱が可能になるため、蓄熱密度を高めることができる。

【0081】

あるいは、前記外槽５内の溶融塩蓄熱材２１は、前記固体蓄熱材７の小片同士の隙間を満たして該小片同士の間の熱抵抗を低減させることを主目的とする場合は、蓄熱温度範囲の全域で液相となるものを用いるようにしてもよい。

【0082】

その他の構成は図１に示したものと同様であり、同一のものには同一の符号が付してある。

【0083】

以上の構成としてある本実施の形態の蓄熱システム１Ａは、図１の実施の形態の蓄熱システム１と同様に使用して、同様の効果を得ることができる。

【0084】

次いで、図３は本発明の実施の更に他の形態を示すものである。

【0085】

本実施の形態の蓄熱システム１Ｂは、図３に示す如く、図２に示したと同様の構成において、外槽５に、固体蓄熱材７の小片と、溶融塩蓄熱材２１を充填した構成に代えて、外槽５に、固体蓄熱材２２のみを収納した構成としたものである。

【0086】

この場合、前記固体蓄熱材２２と内槽４内の相変化用蓄熱材６との間で隔壁３ａを介して行われる熱伝達の効率を高めるためには、前記固体蓄熱材２２と隔壁３ａの外周面との間の隙間をなくして熱抵抗を低減させることが望ましい。又、前記固体蓄熱材２２の上下方向には、熱抵抗を生じる隙間が存在しないことが望ましい。

【0087】

よって、前記固体蓄熱材２２は、前記隔壁３ａの外径に対応する内径を備えた円筒形状の一体物か、あるいは、前記円筒形状を周方向にのみ複数分割したセグメントに成形して、前記隔壁３ａの外周面に密着させて配置するようにしてある。

【0088】

その他の構成は図１に示したものと同様であり、同一のものには同一の符号が付してある。

【0089】

以上の構成としてある本実施の形態の蓄熱システム１Ｂによっても、図１の実施の形態の蓄熱システム１と同様に使用して、同様の効果を得ることができる。

【0090】

なお、本発明は、前記実施の形態にのみ限定されるものではなく、各図に示した蓄熱槽２の上下寸法や径寸法、隔壁３，３ａの径寸法や厚み寸法、隔壁３に設けた連通孔９の大きさや配置、伝熱管１６の太さ、その他の各部の寸法は、図示するための便宜上のものであり、実際の寸法を反映したものではない。

【0091】

ホットプレート１０の熱媒流路１２に接続する加熱用熱媒供給ライン１４と加熱用熱媒戻しライン１５は、いずれか一方、又は、双方を、蓄熱槽２の内側を通す配置とせずに、ホットプレート１０に、側方や下方から直接接続する構成としてもよい。

【0092】

蓄熱槽２の下端部に設けるホットプレート１０は、プレート部材１１の下面側に熱媒流路とするための伝熱管を直接取り付けて、この伝熱管に加熱用熱媒１３を流通させる構成としてもよい。

【0093】

更に、本発明の蓄熱システム１，１Ａ，１Ｂを、自然エネルギー利用の発電装置で発電された電力や、その他の電力の熱貯蔵を目的として用いる場合は、前記ホットプレート１０として、電気ヒータを用いる構成としてもよい。

【0094】

内槽４の上部位置における伝熱管１６の配置は、蓄熱槽２内に設ける内槽４のサイズや形状等に応じて、図示した以外の任意の配置としてよい。

【0095】

相変化用蓄熱材６としては、例示した非共晶組成の２成分混合塩からなるものを用いることが好ましいが、所定の蓄熱温度範囲で固液の相変化を生じるものであり、且つ固相の密度が液相の密度よりも大きいものであれば、単成分の塩（溶融塩）、非共晶組成の３成分以上の混合塩、共晶組成の複数成分の混合塩、その他、塩以外の任意の蓄熱材を用いるようにしてもよい。

【0096】

蓄熱温度範囲は、熱源及び熱負荷の種類等に応じて自在に変更してよい。

【0097】

内槽４内には、伝熱管１６の表面に付着する相変化用蓄熱材６の固相を強制的に剥落させるための固相剥落手段を備えた構成としてもよい。

【0098】

その他本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々変更を加え得ることは勿論である。

【符号の説明】

【0099】

１，１Ａ，１Ｂ 蓄熱システム、２ 蓄熱槽、３，３ａ 隔壁、４ 内槽、５ 外槽、 ６ 相変化用蓄熱材、７ 固体蓄熱材、９ 連通孔、１０ ホットプレート、１６ 伝熱管、２０ 隔壁用ヒータ、２１ 溶融塩蓄熱材、２２ 固体蓄熱材

【図1】

【図2】

【図3】