(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023091801
(43)【公開日】2023-07-03
(54)【発明の名称】蓄熱装置及び熱交換方法
(51)【国際特許分類】
F28D 20/02 20060101AFI20230626BHJP
F28F 23/02 20060101ALI20230626BHJP
【ＦＩ】
F28D20/02 E
F28F23/02 C
【審査請求】未請求
【請求項の数】8
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021206591
(22)【出願日】2021-12-21
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２７年度、国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構「未利用熱エネルギーの革新的活用技術研究開発」に係る委託研究、産業技術力強化法第１７条の適用を受ける特許出願
(71)【出願人】
【識別番号】000005821
【氏名又は名称】パナソニックホールディングス株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100107641
【弁理士】
【氏名又は名称】鎌田 耕一
(74)【代理人】
【識別番号】100163463
【弁理士】
【氏名又は名称】西尾 光彦
(72)【発明者】
【氏名】竹口 伸介
(57)【要約】
【課題】蓄冷材の凝固又は蓄冷材の融解を所定時間内に完了させる観点から有利な蓄熱装置を提供する。
【解決手段】本開示の蓄熱装置１ａは、蓄熱槽１０と、供給口２１と、回収口２２と、複数の蓄冷ユニット３０とを備えている。複数の蓄冷ユニット３０は、熱媒液５を水平方向に通過させる。第一蓄冷ユニット３０ａは、複数の第一容器３１ａを備えている。第二蓄冷ユニット３０ｂは、複数の第二容器３２ａを備えている。複数の第二容器３２ａが占める体積の総和を複数の第二容器３２ａの表面積の総和で除した値は、複数の第一容器３１ａが占める体積の総和を複数の第一容器３１ａの表面積の総和で除した値より小さい。第二蓄冷ユニット３０ｂは、複数の蓄冷ユニット３０における熱媒液５の流れの下流域３５ｄにおいて、複数の蓄冷ユニット３０の上端部３５ｐ及び下端部３５ｑに配置されている。
【選択図】図１
【解決手段】本開示の蓄熱装置１ａは、蓄熱槽１０と、供給口２１と、回収口２２と、複数の蓄冷ユニット３０とを備えている。複数の蓄冷ユニット３０は、熱媒液５を水平方向に通過させる。第一蓄冷ユニット３０ａは、複数の第一容器３１ａを備えている。第二蓄冷ユニット３０ｂは、複数の第二容器３２ａを備えている。複数の第二容器３２ａが占める体積の総和を複数の第二容器３２ａの表面積の総和で除した値は、複数の第一容器３１ａが占める体積の総和を複数の第一容器３１ａの表面積の総和で除した値より小さい。第二蓄冷ユニット３０ｂは、複数の蓄冷ユニット３０における熱媒液５の流れの下流域３５ｄにおいて、複数の蓄冷ユニット３０の上端部３５ｐ及び下端部３５ｑに配置されている。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
熱媒液を貯留する蓄熱槽と、
前記蓄熱槽の内部に配置され、前記熱媒液を前記蓄熱槽の内部に導く供給口と、
前記蓄熱槽の内部に配置され、前記熱媒液を前記蓄熱槽の外部に向かって導く回収口と、
前記蓄熱槽の内部において前記供給口と前記回収口との間に配置され、第一蓄冷ユニット及び第二蓄冷ユニットを含む複数の蓄冷ユニットと、を備え、
前記複数の蓄冷ユニットは、前記供給口から前記回収口に向かって前記熱媒液を水平方向に通過させ、
前記第一蓄冷ユニットは、液体と固体との間で相変化して冷熱を蓄えて放出する第一蓄冷材が収容され、互いに平行に配置された複数の第一容器を備え、
前記第二蓄冷ユニットは、液体と固体との間で相変化して冷熱を蓄えて放出する第二蓄冷材が収容され、互いに平行に配置された複数の第二容器を備え、
前記第二蓄冷ユニットにおいて前記複数の第二容器が占める体積の総和を前記複数の第二容器の表面積の総和で除した値は、前記第一蓄冷ユニットにおいて前記複数の第一容器が占める体積の総和を前記複数の第一容器の表面積の総和で除した値より小さく、
前記第二蓄冷ユニットは、前記複数の蓄冷ユニットにおける前記熱媒液の流れの下流域において、鉛直方向における前記複数の蓄冷ユニットの上端部、前記鉛直方向における前記複数の蓄冷ユニットの下端部、又は前記上端部及び前記下端部の両方に配置されている、
蓄熱装置。
前記蓄熱槽の内部に配置され、前記熱媒液を前記蓄熱槽の内部に導く供給口と、
前記蓄熱槽の内部に配置され、前記熱媒液を前記蓄熱槽の外部に向かって導く回収口と、
前記蓄熱槽の内部において前記供給口と前記回収口との間に配置され、第一蓄冷ユニット及び第二蓄冷ユニットを含む複数の蓄冷ユニットと、を備え、
前記複数の蓄冷ユニットは、前記供給口から前記回収口に向かって前記熱媒液を水平方向に通過させ、
前記第一蓄冷ユニットは、液体と固体との間で相変化して冷熱を蓄えて放出する第一蓄冷材が収容され、互いに平行に配置された複数の第一容器を備え、
前記第二蓄冷ユニットは、液体と固体との間で相変化して冷熱を蓄えて放出する第二蓄冷材が収容され、互いに平行に配置された複数の第二容器を備え、
前記第二蓄冷ユニットにおいて前記複数の第二容器が占める体積の総和を前記複数の第二容器の表面積の総和で除した値は、前記第一蓄冷ユニットにおいて前記複数の第一容器が占める体積の総和を前記複数の第一容器の表面積の総和で除した値より小さく、
前記第二蓄冷ユニットは、前記複数の蓄冷ユニットにおける前記熱媒液の流れの下流域において、鉛直方向における前記複数の蓄冷ユニットの上端部、前記鉛直方向における前記複数の蓄冷ユニットの下端部、又は前記上端部及び前記下端部の両方に配置されている、
蓄熱装置。
【請求項2】
前記第一蓄冷ユニットは、前記下流域において、前記鉛直方向における前記上端部と前記下端部との間に配置されている、請求項１に記載の蓄熱装置。
【請求項3】
熱媒液を貯留する蓄熱槽と、
前記蓄熱槽の内部に配置され、前記熱媒液を前記蓄熱槽の内部に導く供給口と、
前記蓄熱槽の内部に配置され、前記熱媒液を前記蓄熱槽の外部に向かって導く回収口と、
前記蓄熱槽の内部において前記供給口と前記回収口との間に配置され、第一蓄冷ユニット及び第二蓄冷ユニットを含む複数の蓄冷ユニットと、を備え、
前記複数の蓄冷ユニットは、前記供給口から前記回収口に向かって前記熱媒液を水平方向に通過させ、
前記第一蓄冷ユニットは、液体と固体との間で相変化して冷熱を蓄えて放出する第一蓄冷材が収容され、互いに平行に配置された複数の第一容器を備え、
前記第二蓄冷ユニットは、液体と固体との間で相変化して冷熱を蓄えて放出する第二蓄冷材が収容され、互いに平行に配置された複数の第二容器を備え、
前記第二蓄冷ユニットは、下記（Ｉａ）及び（Ｉｂ）の条件、又は、下記（IIａ）及び（IIｂ）の条件を満たす、
蓄熱装置。
（Ｉａ）前記第二蓄冷材は、前記第二蓄冷材に冷熱を蓄えるときの前記供給口における前記熱媒液の温度より高く、かつ、前記第一蓄冷材の融点より高い融点を有する。
（Ｉｂ）前記第二蓄冷ユニットは、前記複数の蓄冷ユニットにおける前記熱媒液の流れの下流域において、鉛直方向における前記複数の蓄冷ユニットの上端部に配置されている。
（IIａ）前記第二蓄冷材は、前記第二蓄冷材から冷熱を放出するときの前記供給口における前記熱媒液の温度より低く、かつ、前記第一蓄冷材の融点より低い融点を有する。
（IIｂ）前記第二蓄冷ユニットは、前記下流域において、前記鉛直方向における前記複数の蓄冷ユニットの下端部に配置されている。
前記蓄熱槽の内部に配置され、前記熱媒液を前記蓄熱槽の内部に導く供給口と、
前記蓄熱槽の内部に配置され、前記熱媒液を前記蓄熱槽の外部に向かって導く回収口と、
前記蓄熱槽の内部において前記供給口と前記回収口との間に配置され、第一蓄冷ユニット及び第二蓄冷ユニットを含む複数の蓄冷ユニットと、を備え、
前記複数の蓄冷ユニットは、前記供給口から前記回収口に向かって前記熱媒液を水平方向に通過させ、
前記第一蓄冷ユニットは、液体と固体との間で相変化して冷熱を蓄えて放出する第一蓄冷材が収容され、互いに平行に配置された複数の第一容器を備え、
前記第二蓄冷ユニットは、液体と固体との間で相変化して冷熱を蓄えて放出する第二蓄冷材が収容され、互いに平行に配置された複数の第二容器を備え、
前記第二蓄冷ユニットは、下記（Ｉａ）及び（Ｉｂ）の条件、又は、下記（IIａ）及び（IIｂ）の条件を満たす、
蓄熱装置。
（Ｉａ）前記第二蓄冷材は、前記第二蓄冷材に冷熱を蓄えるときの前記供給口における前記熱媒液の温度より高く、かつ、前記第一蓄冷材の融点より高い融点を有する。
（Ｉｂ）前記第二蓄冷ユニットは、前記複数の蓄冷ユニットにおける前記熱媒液の流れの下流域において、鉛直方向における前記複数の蓄冷ユニットの上端部に配置されている。
（IIａ）前記第二蓄冷材は、前記第二蓄冷材から冷熱を放出するときの前記供給口における前記熱媒液の温度より低く、かつ、前記第一蓄冷材の融点より低い融点を有する。
（IIｂ）前記第二蓄冷ユニットは、前記下流域において、前記鉛直方向における前記複数の蓄冷ユニットの下端部に配置されている。
【請求項4】
前記第二蓄冷ユニットは、前記（Ｉａ）及び（Ｉｂ）の条件を満たす、請求項３に記載の蓄熱装置。
【請求項5】
前記第二蓄冷ユニットは、前記（IIａ）及び（IIｂ）の条件を満たす、請求項３に記載の蓄熱装置。
【請求項6】
前記第一蓄冷ユニットは、前記下流域において、前記水平方向に垂直な方向における前記上端部と前記下端部との間に配置されている、請求項３から５のいずれか１項に記載の蓄熱装置。
【請求項7】
第一蓄冷ユニット及び第二蓄冷ユニットを含む複数の蓄冷ユニットにおいて水平方向に沿って熱媒液を通過させて前記複数の蓄冷ユニットに冷熱を蓄える又は前記複数の蓄冷ユニットに蓄えられた冷熱を放出させることを含み、
前記第一蓄冷ユニットは、液体と固体との間で相変化して冷熱を蓄えて放出する第一蓄冷材が収容され、互いに平行に配置された複数の第一容器を備え、
前記第二蓄冷ユニットは、液体と固体との間で相変化して冷熱を蓄えて放出する第二蓄冷材が収容され、互いに平行に配置された複数の第二容器を備え、
前記第二蓄冷ユニットにおいて前記複数の第二容器が占める体積の総和を前記複数の第二容器の表面積の総和で除した値は、前記第一蓄冷ユニットにおいて前記複数の第一容器が占める体積の総和を前記複数の第一容器の表面積の総和で除した値より小さく、
前記第二蓄冷ユニットは、前記複数の蓄冷ユニットにおける前記熱媒液の流れの下流域において、鉛直方向における前記複数の蓄冷ユニットの上端部、前記鉛直方向における前記複数の蓄冷ユニットの下端部、又は前記上端部及び前記下端部の両方に配置されている、
熱交換方法。
前記第一蓄冷ユニットは、液体と固体との間で相変化して冷熱を蓄えて放出する第一蓄冷材が収容され、互いに平行に配置された複数の第一容器を備え、
前記第二蓄冷ユニットは、液体と固体との間で相変化して冷熱を蓄えて放出する第二蓄冷材が収容され、互いに平行に配置された複数の第二容器を備え、
前記第二蓄冷ユニットにおいて前記複数の第二容器が占める体積の総和を前記複数の第二容器の表面積の総和で除した値は、前記第一蓄冷ユニットにおいて前記複数の第一容器が占める体積の総和を前記複数の第一容器の表面積の総和で除した値より小さく、
前記第二蓄冷ユニットは、前記複数の蓄冷ユニットにおける前記熱媒液の流れの下流域において、鉛直方向における前記複数の蓄冷ユニットの上端部、前記鉛直方向における前記複数の蓄冷ユニットの下端部、又は前記上端部及び前記下端部の両方に配置されている、
熱交換方法。
【請求項8】
第一蓄冷ユニット及び第二蓄冷ユニットを含む複数の蓄冷ユニットにおいて供給口から回収口に向かって水平方向に沿って熱媒液を通過させて前記複数の蓄冷ユニットに冷熱を蓄える又は前記複数の蓄冷ユニットに蓄えられた冷熱を放出させることを含み、
前記第一蓄冷ユニットは、液体と固体との間で相変化して冷熱を蓄えて放出する第一蓄冷材が収容され、互いに平行に配置された複数の第一容器を備え、
前記第二蓄冷ユニットは、液体と固体との間で相変化して冷熱を蓄えて放出する第二蓄冷材が収容され、互いに平行に配置された複数の第二容器を備え、
前記第二蓄冷ユニットは、下記（Ｉａ）及び（Ｉｂ）の条件、又は、下記（IIａ）及び（IIｂ）の条件を満たす、
熱交換方法。
（Ｉａ）前記第二蓄冷材は、前記第二蓄冷材に冷熱を蓄えるときの前記供給口における前記熱媒液の温度より高く、かつ、前記第一蓄冷材の融点より高い融点を有する。
（Ｉｂ）前記第二蓄冷ユニットは、前記複数の蓄冷ユニットにおける前記熱媒液の流れの下流域において、鉛直方向における前記複数の蓄冷ユニットの上端部に配置されている。
（IIａ）前記第二蓄冷材は、前記第二蓄冷材から冷熱を放出するときの前記供給口における前記熱媒液の温度より低く、かつ、前記第一蓄冷材の融点より低い融点を有する。
（IIｂ）前記第二蓄冷ユニットは、前記下流域において、前記鉛直方向における前記複数の蓄冷ユニットの下端部に配置されている。
前記第一蓄冷ユニットは、液体と固体との間で相変化して冷熱を蓄えて放出する第一蓄冷材が収容され、互いに平行に配置された複数の第一容器を備え、
前記第二蓄冷ユニットは、液体と固体との間で相変化して冷熱を蓄えて放出する第二蓄冷材が収容され、互いに平行に配置された複数の第二容器を備え、
前記第二蓄冷ユニットは、下記（Ｉａ）及び（Ｉｂ）の条件、又は、下記（IIａ）及び（IIｂ）の条件を満たす、
熱交換方法。
（Ｉａ）前記第二蓄冷材は、前記第二蓄冷材に冷熱を蓄えるときの前記供給口における前記熱媒液の温度より高く、かつ、前記第一蓄冷材の融点より高い融点を有する。
（Ｉｂ）前記第二蓄冷ユニットは、前記複数の蓄冷ユニットにおける前記熱媒液の流れの下流域において、鉛直方向における前記複数の蓄冷ユニットの上端部に配置されている。
（IIａ）前記第二蓄冷材は、前記第二蓄冷材から冷熱を放出するときの前記供給口における前記熱媒液の温度より低く、かつ、前記第一蓄冷材の融点より低い融点を有する。
（IIｂ）前記第二蓄冷ユニットは、前記下流域において、前記鉛直方向における前記複数の蓄冷ユニットの下端部に配置されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、蓄熱装置及び熱交換方法に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、潜熱蓄熱材が用いられた蓄熱装置が知られている。
【0003】
例えば、特許文献１には、蓄熱槽の内部に潜熱蓄熱材が封入された多数の容器が配設された蓄熱装置が記載されている。この蓄熱装置は、蓄熱槽の内部を流れる流体と潜熱蓄熱材とを熱交換させる。容器の内部には、融点の異なる潜熱蓄熱材が封入されている。これらの容器は、蓄熱槽の内部における流体の流れ方向に潜熱蓄熱材の融点に基づいて配設されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開昭５８－３３０９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本開示は、蓄冷材の凝固又は蓄冷材の融解を所定時間内に完了させる観点から有利な蓄熱装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本開示における蓄熱装置は、
熱媒液を貯留する蓄熱槽と、
前記蓄熱槽の内部に配置され、前記熱媒液を前記蓄熱槽の内部に導く供給口と、
前記蓄熱槽の内部に配置され、前記熱媒液を前記蓄熱槽の外部に向かって導く回収口と、
前記蓄熱槽の内部において前記供給口と前記回収口との間に配置され、第一蓄冷ユニット及び第二蓄冷ユニットを含む複数の蓄冷ユニットと、を備え、
前記複数の蓄冷ユニットは、前記供給口から前記回収口に向かって前記熱媒液を水平方向に通過させ、
前記第一蓄冷ユニットは、液体と固体との間で相変化して冷熱を蓄えて放出する第一蓄冷材が収容され、互いに平行に配置された複数の第一容器を備え、
前記第二蓄冷ユニットは、液体と固体との間で相変化して冷熱を蓄えて放出する第二蓄冷材が収容され、互いに平行に配置された複数の第二容器を備え、
前記第二蓄冷ユニットにおいて前記複数の第二容器が占める体積の総和を前記複数の第二容器の表面積の総和で除した値は、前記第一蓄冷ユニットにおいて前記複数の第一容器が占める体積の総和を前記複数の第一容器の表面積の総和で除した値より小さく、
前記第二蓄冷ユニットは、前記複数の蓄冷ユニットにおける前記熱媒液の流れの下流域において、鉛直方向における前記複数の蓄冷ユニットの上端部、前記鉛直方向における前記複数の蓄冷ユニットの下端部、又は前記上端部及び前記下端部の両方に配置されている。
熱媒液を貯留する蓄熱槽と、
前記蓄熱槽の内部に配置され、前記熱媒液を前記蓄熱槽の内部に導く供給口と、
前記蓄熱槽の内部に配置され、前記熱媒液を前記蓄熱槽の外部に向かって導く回収口と、
前記蓄熱槽の内部において前記供給口と前記回収口との間に配置され、第一蓄冷ユニット及び第二蓄冷ユニットを含む複数の蓄冷ユニットと、を備え、
前記複数の蓄冷ユニットは、前記供給口から前記回収口に向かって前記熱媒液を水平方向に通過させ、
前記第一蓄冷ユニットは、液体と固体との間で相変化して冷熱を蓄えて放出する第一蓄冷材が収容され、互いに平行に配置された複数の第一容器を備え、
前記第二蓄冷ユニットは、液体と固体との間で相変化して冷熱を蓄えて放出する第二蓄冷材が収容され、互いに平行に配置された複数の第二容器を備え、
前記第二蓄冷ユニットにおいて前記複数の第二容器が占める体積の総和を前記複数の第二容器の表面積の総和で除した値は、前記第一蓄冷ユニットにおいて前記複数の第一容器が占める体積の総和を前記複数の第一容器の表面積の総和で除した値より小さく、
前記第二蓄冷ユニットは、前記複数の蓄冷ユニットにおける前記熱媒液の流れの下流域において、鉛直方向における前記複数の蓄冷ユニットの上端部、前記鉛直方向における前記複数の蓄冷ユニットの下端部、又は前記上端部及び前記下端部の両方に配置されている。
【発明の効果】
【0007】
本開示の蓄熱装置において、複数の蓄冷ユニットに冷熱を蓄えるときに下流域の上端部に導かれる熱媒液の温度が高くても、第二蓄冷材と熱媒液との間で所定時間内に交換される熱量が大きくなりやすい。加えて、複数の蓄冷ユニットから冷熱を放出するときに下流域の下端部に導かれる熱媒液の温度が低くても、第二蓄冷材と熱媒液との間で所定時間内に交換される熱量が大きくなりやすい。そのため、本開示の蓄熱装置は、蓄冷材の凝固又は蓄冷材の融解を所定時間内に完了させる観点から有利である。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【図1】実施の形態１における蓄熱装置の構成図
【図4】実施の形態２における蓄熱装置の構成図
【図6】実施の形態２における蓄熱装置の熱媒液の温度と蓄冷材の融点との関係を示すグラフ
【図7】実施の形態３における蓄熱装置の構成図
【図9】実施の形態３における蓄熱装置の熱媒液の温度と蓄冷材の融点との関係を示すグラフ
【図10】実施の形態４における蓄熱装置の構成図
【発明を実施するための形態】
【0009】
（本開示の基礎となった知見）
本発明者らが本開示を想到するに至った当時、特許文献１に記載の通り、潜熱蓄熱材が封入された多数の容器を蓄熱槽の内部における流体の流れ方向に潜熱蓄熱材の融点に基づいて配設する技術があった。この技術によれば、蓄熱材からの熱の取得又は蓄熱材への蓄熱を短時間で行なうことができる。
本発明者らが本開示を想到するに至った当時、特許文献１に記載の通り、潜熱蓄熱材が封入された多数の容器を蓄熱槽の内部における流体の流れ方向に潜熱蓄熱材の融点に基づいて配設する技術があった。この技術によれば、蓄熱材からの熱の取得又は蓄熱材への蓄熱を短時間で行なうことができる。
【0010】
しかしながら、鉛直方向に複数の蓄冷ユニットを設置し、複数の蓄冷ユニットにおいて熱媒液を水平方向に通過させる場合、蓄冷材の凝固又は蓄冷材の融解の完了に要する時間が長くなりやすいという課題が新たに見出された。蓄冷材を凝固させるときには、複数の蓄冷ユニットにおける熱媒液の流れの上流域及び中流域において蓄冷材との熱交換により温度上昇した熱媒液は、下流域において鉛直方向の上端部に導かれやすい。このため、この上端部において蓄冷材の凝固の完了に要する時間が長くなりやすい。蓄冷材を融解させるときには、複数の蓄冷ユニットにおける熱媒液の流れの上流域及び中流域において蓄冷材との熱交換により温度低下した熱媒液は、下流域において鉛直方向の下端部に導かれやすい。このため、この下端部において蓄冷材の融解の完了に要する時間が長くなりやすい。本発明者は、このような課題を新たに見出し、その課題を解決するために本開示の主題を構成するに至った。
【0011】
そこで、本開示は、蓄冷材の凝固又は蓄冷材の融解を所定時間内に完了させる観点から有利な蓄熱装置を提供する。
【0012】
以下、図面を参照しながら実施の形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細な説明、又は、実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が必要以上に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。なお、添付図面及び以下の説明は、当業者が本開示を十分に理解するために提供されるのであって、これらにより特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図していない。
【0013】
【0014】
［１－１．構成］
図１に示す通り、蓄熱装置１ａは、蓄熱槽１０と、供給口２１と、回収口２２と、複数の蓄冷ユニット３０とを備えている。蓄熱槽１０は、熱媒液５を貯留する。供給口２１は、蓄熱槽１０の内部に配置されている。熱媒液５は、供給口２１を通って蓄熱槽１０の内部に導かれる。回収口２２は、蓄熱槽１０の内部に配置されている。熱媒液５は、回収口２２を通って蓄熱槽１０の外部に向かって導かれる。複数の蓄冷ユニット３０は、蓄熱槽１０の内部において供給口２１と回収口２２との間に配置されている。複数の蓄冷ユニット３０によって、ユニット群３５が形成されている。図１に示す通り、複数の蓄冷ユニット３０は、第一蓄冷ユニット３０ａ及び第二蓄冷ユニット３０ｂを含む。複数の蓄冷ユニット３０は、供給口２１から回収口２２に向かって熱媒液５を水平方向に通過させる。蓄熱槽１０において、複数の蓄冷ユニット３０は、蓄熱槽１０に貯留された熱媒液５に浸漬されている。熱媒液５は、特定の液体に限定されない。熱媒液５は、例えば水である。熱媒液５の融点は特定の値に限定されない。熱媒液５の融点は、例えば０℃である。
図１に示す通り、蓄熱装置１ａは、蓄熱槽１０と、供給口２１と、回収口２２と、複数の蓄冷ユニット３０とを備えている。蓄熱槽１０は、熱媒液５を貯留する。供給口２１は、蓄熱槽１０の内部に配置されている。熱媒液５は、供給口２１を通って蓄熱槽１０の内部に導かれる。回収口２２は、蓄熱槽１０の内部に配置されている。熱媒液５は、回収口２２を通って蓄熱槽１０の外部に向かって導かれる。複数の蓄冷ユニット３０は、蓄熱槽１０の内部において供給口２１と回収口２２との間に配置されている。複数の蓄冷ユニット３０によって、ユニット群３５が形成されている。図１に示す通り、複数の蓄冷ユニット３０は、第一蓄冷ユニット３０ａ及び第二蓄冷ユニット３０ｂを含む。複数の蓄冷ユニット３０は、供給口２１から回収口２２に向かって熱媒液５を水平方向に通過させる。蓄熱槽１０において、複数の蓄冷ユニット３０は、蓄熱槽１０に貯留された熱媒液５に浸漬されている。熱媒液５は、特定の液体に限定されない。熱媒液５は、例えば水である。熱媒液５の融点は特定の値に限定されない。熱媒液５の融点は、例えば０℃である。
【0015】
図１に示す通り、蓄熱装置１ａは、例えば、冷却装置５０と、ポンプ６１と、吸込口７１と、吐出口７２と、ポンプ８１と、冷却対象９０とを備えている。
【0016】
図２Ａに示す通り、第一蓄冷ユニット３０ａは、複数の第一容器３１ａを備えている。第一容器３１ａには、液体と固体との間で相変化して冷熱を蓄えて放出する第一蓄冷材が収容されている。第一蓄冷ユニット３０ａにおいて、複数の第一容器３１ａは互いに平行に配置されている。複数の第一容器３１ａは、例えば、上記の水平方向と交差する方向に沿って配置されている。
【0017】
第一容器３１ａの形状は特定の形状に限定されない。図２Ｂに示す通り、第一容器３１ａは、例えば平板状である。第一容器３１ａは、例えば、その表面に凹凸を有していてもよい。この場合、複数の第一容器３１ａの主面は、熱媒液５の通過に関する上記の水平方向と交差する方向を向いている。第一容器３１ａの主面は、鉛直方向に沿って延びていてもよく、水平方向に沿って延びていてもよい。
【0018】
図２Ａに示す通り、第一蓄冷ユニット３０ａは、例えば、箱３１ｂと、一対の蓋３１ｃとを備えている。箱３１ｂは筒状であり、鉛直方向における両端が開口している。箱３１ｂの鉛直方向における両端の開口は、一対の蓋３１ｃによって覆われている。複数の第一容器３１ａは、箱３１ｂの内部において所定の間隔で配置されている。これにより、箱３１ｂの内部に熱媒液５の流路が形成されている。加えて、箱３１ｂは、上記の水平方向に配置された一対の側面に形成された開口部を有する。このため、熱媒液５は、上記の水平方向に沿って第一蓄冷ユニット３０ａを通過でき、熱媒液５と第一蓄冷材との間で熱交換がなされる。箱３１ｂの他の側面に開口部が形成されていてもよいし、一対の蓋３１ｃの少なくとも１つに開口部が形成されていてもよい。
【0019】
図３Ａに示す通り、第二蓄冷ユニット３０ｂは、複数の第二容器３２ａを備えている。第二容器３２ａには、液体と固体との間で相変化して冷熱を蓄えて放出する第二蓄冷材が収容されている。第二蓄冷ユニット３０ｂにおいて、複数の第二容器３２ａは互いに平行に配置されている。複数の第二容器３２ａは、例えば、上記の水平方向と交差する方向に沿って配置されている。
【0020】
第二容器３２ａの形状は特定の形状に限定されない。図３Ｂに示す通り、第二容器３２ａは、例えば平板状である。第二容器３２ａは、例えば、その表面に凹凸を有していてもよい。
【0021】
第二蓄冷ユニット３０ｂは、例えば、箱３１ｂと、一対の蓋３１ｃとを備えている。第二蓄冷ユニット３０ｂにおける箱３１ｂ及び一対の蓋３１ｃは、例えば、第一蓄冷ユニット３０ａにおける箱３１ｂ及び一対の蓋３１ｃと同様に構成されている。複数の第二容器３２ａは、箱３１ｂの内部において所定の間隔で配置されている。これにより、箱３１ｂの内部に熱媒液５の流路が形成されている。熱媒液５は、上記の水平方向に沿って第二蓄冷ユニット３０ｂを通過でき、熱媒液５と第二蓄冷材との間で熱交換がなされる。
【0022】
蓄熱装置１ａにおいて、第二蓄冷ユニット３０ｂにおける値Ｖ２は、第一蓄冷ユニット３０ａにおける値Ｖ１より小さい。値Ｖ２は、第二蓄冷ユニット３０ｂにおいて複数の第二容器３２ａが占める体積の総和Ｃ２を複数の第二容器３２ａの表面積の総和で除した値である。値Ｖ１は、第一蓄冷ユニット３０ａにおいて複数の第一容器３１ａが占める体積の総和Ｃ１を複数の第一容器３１ａの表面積の総和で除した値である。
【0023】
値Ｖ１に対する値Ｖ２の比Ｖ２／Ｖ１は特定の値に限定されない。Ｖ２／Ｖ１は、例えば０．５以上０．８以下である。この値は、蓄冷ユニット３０の数、蓄冷運転又は放冷運転において供給口２１から吐出される熱媒液５の温度、蓄冷運転又は放冷運転に許容される時間、容器の形状等に応じて、適宜調整されうる。
【0024】
蓄熱装置１ａにおいて、第二容器３２ａの平均厚みは、例えば、第一容器３１ａの平均厚みよりも小さい。第一容器３１ａ及び第二容器３２ａの平均厚みは、例えば、第一容器３１ａ又は第二容器３２ａの体積を、厚み方向に沿って第一容器３１ａ又は第二容器３２ａを平面視したときの面積で除することによって決定されうる。
【0025】
蓄熱装置１ａにおいて、総和Ｃ１に対する総和Ｃ２の比Ｃ２／Ｃ１は特定の値に限定されない。Ｃ２／Ｃ１は、例えば０．５以上であり、０．６以上であってもよく、０．７以上であってもよく、０．８以上であってもよく、０．９以上であってもよく、１であってもよい。Ｃ２／Ｃ１は、例えば、２以下であり、１．８以下であってもよく、１．５以下であってもよく、１．２以下であってもよい。
【0026】
図１に示す通り、第二蓄冷ユニット３０ｂは、例えば、複数の蓄冷ユニット３０における熱媒液５の流れの下流域３５ｄにおいて、鉛直方向における複数の蓄冷ユニット３０の上端部３５ｐ及び下端部３５ｑに配置されている。
【0027】
複数の蓄冷ユニット３０における上端部３５ｐ及び下端部３５ｑ以外の場所には、例えば、第一蓄冷ユニット３０ａが配置されている。
【0028】
図１に示す通り、上端部３５ｐ及び下端部３５ｑは、鉛直方向において離れている。第一蓄冷ユニット３０ａは、例えば、下流域３５ｄにおいて、鉛直方向における上端部３５ｐと下端部３５ｑとの間に配置されている。
【0029】
第一蓄冷材及び第二蓄冷材のそれぞれは、特定の蓄冷材に限定されない。第一蓄冷材及び第二蓄冷材のそれぞれは、例えば、クラスレートハイドレートを形成可能な物質を含む。第一蓄冷材及び第二蓄冷材の組成は、同一であってもよいし、異なっていてもよい。第一蓄冷材及び第二蓄冷材のそれぞれの融点は、特定の値に限定されない。第一蓄冷材及び第二蓄冷材のそれぞれの融点は、例えば７℃である。
【0030】
第一容器３１ａ及び第二容器３２ａの材料は特定の材料に限定されない。第一容器３１ａ及び第二容器３２ａの材料は、例えば、ポリエチレン及びポリプロピレン等の樹脂材料である。
【0031】
図１に示す通り、蓄熱装置１ａは、蓄熱槽１０と冷却装置５０との間で熱媒液５を循環させる第一循環路２５を備えている。ポンプ６１は、第一循環路２５に配置されている。ポンプ６１の作動により、蓄熱槽１０に貯留された熱媒液５は、回収口２２から取り込まれ、冷却装置５０の入口５２を通過して冷却装置５０に導かれる。その後、熱媒液５は、冷却装置５０の出口５３及び供給口２１を通過して蓄熱槽１０の内部に供給される。
【0032】
蓄熱装置１ａは、蓄熱槽１０と冷却対象９０との間で熱媒液５を循環させる第二循環路７５を備えている。ポンプ８１は、第二循環路７５に配置されている。吸込口７１及び吐出口７２は、蓄熱槽１０の内部に配置されている。吸込口７１は、吐出口７２よりも低いい位置に配置されている。ポンプ８１の作動により、蓄熱槽１０に貯留された熱媒液５は、吸込口７１から取り込まれ、冷却対象９０に導かれる。その後、熱媒液５は、冷却対象９０を通過して吐出口７２から蓄熱槽１０の内部に戻される。
【0033】
冷却対象９０の温度は、所定の目標温度に近づくように調整される。目標温度は、特定の値に限定されない。目標温度は、例えば、第一蓄冷材及び第二蓄冷材のそれぞれの融点より高い。目標温度は、例えば１２℃である。冷却対象９０は、例えば、所定の製造プロセスで目標温度に調整されるべき機器でありうる。
【0034】
［１－２．動作］
以上のように構成された蓄熱装置１ａについて、その動作の一例を以下説明する。最初に、複数の蓄冷ユニット３０に冷熱を蓄える蓄冷運転と、冷却対象９０の冷却運転とを同時に行うときの蓄熱装置１ａの動作を説明する。
以上のように構成された蓄熱装置１ａについて、その動作の一例を以下説明する。最初に、複数の蓄冷ユニット３０に冷熱を蓄える蓄冷運転と、冷却対象９０の冷却運転とを同時に行うときの蓄熱装置１ａの動作を説明する。
【0035】
ポンプ６１の作動により、蓄熱槽１０に貯留された熱媒液５は、回収口２２から取り込まれ、冷却装置５０を通過する。これにより、冷却装置５０において、熱媒液５は、その融点より高く、かつ、第一蓄冷材の融点未満の温度に冷却される。その後、熱媒液５は、供給口２１から吐出され蓄熱槽１０に供給される。蓄熱槽１０に供給された熱媒液５は、蓄熱槽１０の内部において回収口２２に向かって複数の蓄冷ユニット３０を水平方向に通過する。熱媒液５は、複数の蓄冷ユニット３０における、この水平方向において供給口２１に最も近い第一蓄冷ユニット３０ａに最初に導かれる。熱媒液５は、この第一蓄冷ユニット３０ａの箱３１ｂの一対の側面の一方に形成された開口部を通過して箱３１ｂの内部に入り、箱３１ｂの中に配置された複数の第一容器３１ａ同士の隙間を流れる。その後、熱媒液５は、箱３１ｂの一対の側面の他方に形成された開口部を通過して、下流側に配置された別の第一蓄冷ユニット３０ａに導かれる。これにより、熱媒液５と第一蓄冷材との間で熱交換が行われる。その結果、複数の蓄冷ユニット３０における熱媒液５の流れの上流域に配置された蓄冷ユニット３０の蓄冷材から熱媒液５の流れ方向に沿って順番に各蓄冷ユニット３０の蓄冷材の温度が蓄冷材の融点未満の温度に低下する。これにより、複数の蓄冷ユニット３０において蓄冷材が液体から固体に相変化し、冷熱が蓄えられる。熱媒液５は、複数の蓄冷ユニット３０における熱媒液５の流れの上流域及び中流域において、第一蓄冷材等の蓄冷材と熱交換する。これにより、熱媒液５は、蓄冷材の凝固に伴い発生する凝固熱を受け取り、熱媒液５の温度が上昇する。その結果、下流域３５ｄでは、熱媒液５に鉛直方向において所定の温度分布が生じ、下流域３５ｄの上端部３５ｐに導かれる熱媒液５の温度は、下流域３５ｄの他の部分に導かれる熱媒液５の温度より高くなりやすい。
【0036】
ポンプ８１の作動により、蓄熱槽１０に貯留された熱媒液５は、吸込口７１から取り込まれ、冷却対象９０に供給される。熱媒液５が冷却対象９０を冷却することによって、熱媒液５の温度が上昇する。温度が上昇した熱媒液５は、吐出口７２を通過して蓄熱槽１０の内部に戻される。蓄熱槽１０において、複数の蓄冷ユニット３０を通過して蓄冷に供された熱媒液５と、冷却対象９０を冷却することによって温度が上昇した熱媒液５とが混ざる。これにより、回収口２２付近の熱媒液５の温度は、複数の蓄冷ユニット３０を通過した直後の熱媒液５の温度よりも高くなる。このため、複数の蓄冷ユニット３０を通過した直後の熱媒液５の温度よりも高い温度を有する熱媒液５が冷却装置５０に送られる。一方、冷却対象９０に送られる熱媒液５の温度は、冷却対象９０を冷却することによって温度が上昇した熱媒液５の温度よりも低くなる。このため、冷却対象９０に送られる熱媒液５は大きな密度を有するので蓄熱槽１０の内部において下降し、吐出口７２よりも低い位置にある吸込口７１の付近に至り、吸込口７１から再び取り込まれ、冷却対象９０に送られる。
【0037】
次に、複数の蓄冷ユニット３０から冷熱を放出する放冷運転と、冷却対象９０の冷却運転とを同時に行うときの蓄熱装置１ａの動作を説明する。
【0038】
ポンプ６１の作動により、蓄熱槽１０に貯留された熱媒液５は、回収口２２から取り込まれ、冷却装置５０を通過する。放冷運転において、熱媒液５は、冷却装置５０によって第一蓄冷材の融点以上の温度に調整される。その後、この冷媒液５は、供給口２１から吐出され蓄熱槽１０に供給される。蓄熱槽１０に供給された熱媒液５は、蓄熱槽１０の内部において回収口２２に向かって複数の蓄冷ユニット３０を水平方向に通過する。熱媒液５は、複数の蓄冷ユニット３０における、この水平方向において供給口２１に最も近い第一蓄冷ユニット３０ａに最初に導かれる。熱媒液５は、この第一蓄冷ユニット３０ａの箱３１ｂの一対の側面の一方に形成された開口部を通過して箱３１ｂの内部に入り、箱３１ｂの中に配置された複数の第一容器３１ａ同士の隙間を流れる。その後、熱媒液５は、箱３１ｂの一対の側面の他方に形成された開口部を通過して、下流側に配置された別の第一蓄冷ユニット３０ａに導かれる。これにより、熱媒液５と第一蓄冷材との間で熱交換が行われる。その結果、複数の蓄冷ユニット３０における熱媒液５の流れの上流域に配置された蓄冷ユニット３０の蓄冷材から熱媒液５の流れ方向に沿って順番に各蓄冷ユニット３０の蓄冷材の温度が蓄冷材の融点以上の温度に上昇する。これにより、複数の蓄冷ユニット３０において蓄冷材が固体から液体に相変化し、冷熱が放出される。熱媒液５は、複数の蓄冷ユニット３０における熱媒液５の流れの上流域及び中流域において、第一蓄冷材等の蓄冷材と熱交換する。これにより、熱媒液５は、蓄冷材の融解に必要な融解熱を蓄冷材に与えるので、熱媒液５の温度が低下する。その結果、下流域３５ｄでは、熱媒液５に鉛直方向において所定の温度分布が生じ、下流域３５ｄの下端部３５ｑに導かれる熱媒液５の温度は、下流域３５ｄの他の部分に導かれる熱媒液５の温度より低くなりやすい。
【0039】
蓄冷運転と同様に、熱媒液５が冷却対象９０を冷却することによって、熱媒液５の温度が上昇する。温度が上昇した熱媒液５は、吐出口７２を通過して蓄熱槽１０の内部に戻される。蓄熱槽１０において、複数の蓄冷ユニット３０を通過して放冷に供された熱媒液５と、冷却対象９０を冷却することによって温度が上昇した熱媒液５とが混ざる。これにより、回収口２２付近の熱媒液５の温度は、複数の蓄冷ユニット３０を通過した直後の熱媒液５の温度よりも高くなる。このため、複数の蓄冷ユニット３０を通過した直後の熱媒液５の温度よりも高い温度を有する熱媒液５が冷却装置５０に送られる。一方、冷却対象９０に送られる熱媒液５の温度は、冷却対象９０を冷却することによって温度が上昇した熱媒液５の温度よりも低くなる。このため、冷却対象９０に送られる熱媒液５は大きな密度を有するので蓄熱槽１０の内部において下降し、吐出口７２よりも低い位置にある吸込口７１の付近に至り、吸込口７１から再び取り込まれ、冷却対象９０に送られる。
【0040】
［１－３．効果等］
以上のように、本実施の形態において、蓄熱装置１ａは、蓄熱槽１０と、供給口２１と、回収口２２と、複数の蓄冷ユニット３０とを備えている。蓄熱槽１０は、熱媒液５を貯留する。供給口２１は、蓄熱槽１０の内部に配置され、熱媒液５を蓄熱槽１０の内部に導く。回収口２２は、蓄熱槽１０の内部に配置され、熱媒液５を蓄熱槽１０の外部に向かって導く。複数の蓄冷ユニット３０は、蓄熱槽１０の内部において供給口２１と回収口２２との間に配置され、第一蓄冷ユニット３０ａ及び第二蓄冷ユニット３０ｂを含む。複数の蓄冷ユニット３０は、供給口２１から回収口２２に向かって熱媒液５を水平方向に通過させる。第一蓄冷ユニット３０ａは、液体と固体との間で相変化して冷熱を蓄えて放出する第一蓄冷材が収容され、互いに平行に配置された複数の第一容器３１ａを備えている。第二蓄冷ユニット３０ｂは、液体と固体との間で相変化して冷熱を蓄えて放出する第二蓄冷材が収容され、互いに平行に配置された複数の第二容器３２ａを備えている。蓄熱装置１ａにおいて、値Ｖ２は、値Ｖ１より小さい。値Ｖ２は、第二蓄冷ユニット３０ｂにおいて複数の第二容器３２ａが占める体積の総和を複数の第二容器３２ａの表面積の総和で除した値である。Ｖ１は、第一蓄冷ユニット３０ａにおいて複数の第一容器３１ａが占める体積の総和を複数の第一容器３１ａの表面積の総和で除した値である。第二蓄冷ユニット３０ｂは、複数の蓄冷ユニット３０における熱媒液５の流れの下流域３５ｄにおいて、鉛直方向における複数の蓄冷ユニット３０の上端部３５ｐ及び下端部３５ｑの両方に配置されている。
以上のように、本実施の形態において、蓄熱装置１ａは、蓄熱槽１０と、供給口２１と、回収口２２と、複数の蓄冷ユニット３０とを備えている。蓄熱槽１０は、熱媒液５を貯留する。供給口２１は、蓄熱槽１０の内部に配置され、熱媒液５を蓄熱槽１０の内部に導く。回収口２２は、蓄熱槽１０の内部に配置され、熱媒液５を蓄熱槽１０の外部に向かって導く。複数の蓄冷ユニット３０は、蓄熱槽１０の内部において供給口２１と回収口２２との間に配置され、第一蓄冷ユニット３０ａ及び第二蓄冷ユニット３０ｂを含む。複数の蓄冷ユニット３０は、供給口２１から回収口２２に向かって熱媒液５を水平方向に通過させる。第一蓄冷ユニット３０ａは、液体と固体との間で相変化して冷熱を蓄えて放出する第一蓄冷材が収容され、互いに平行に配置された複数の第一容器３１ａを備えている。第二蓄冷ユニット３０ｂは、液体と固体との間で相変化して冷熱を蓄えて放出する第二蓄冷材が収容され、互いに平行に配置された複数の第二容器３２ａを備えている。蓄熱装置１ａにおいて、値Ｖ２は、値Ｖ１より小さい。値Ｖ２は、第二蓄冷ユニット３０ｂにおいて複数の第二容器３２ａが占める体積の総和を複数の第二容器３２ａの表面積の総和で除した値である。Ｖ１は、第一蓄冷ユニット３０ａにおいて複数の第一容器３１ａが占める体積の総和を複数の第一容器３１ａの表面積の総和で除した値である。第二蓄冷ユニット３０ｂは、複数の蓄冷ユニット３０における熱媒液５の流れの下流域３５ｄにおいて、鉛直方向における複数の蓄冷ユニット３０の上端部３５ｐ及び下端部３５ｑの両方に配置されている。
【0041】
これにより、複数の蓄冷ユニット３０に冷熱を蓄えるときに下流域３５ｄの上端部３５ｐに導かれる熱媒液５の温度が高くても、第二蓄冷材と熱媒液５との間で所定時間内に交換される熱量が大きくなりやすい。その結果、複数の蓄冷ユニット３０の蓄冷材の凝固が所定時間内に完了しやすい。加えて、複数の蓄冷ユニット３０から冷熱を放出するときに下流域３５ｄの下端部３５ｑに導かれる熱媒液５の温度が低くても、第二蓄冷材と熱媒液５との間で所定時間内に交換される熱量が大きくなりやすい。その結果、複数の蓄冷ユニット３０の蓄冷材の融解が所定時間内に完了しやすい。
【0042】
本実施の形態のように、第一蓄冷ユニット３０ａは、下流域３５ｄにおいて、鉛直方向における上端部３５ｐと下端部３５ｑとの間に配置されていてもよい。
【0043】
これにより、下流域３５ｄでは、熱媒液５に鉛直方向において所定の温度分布がより生じやすく、下流域３５ｄの上端部３５ｐに導かれる熱媒液５の温度は、下流域３５ｄの他の部分に導かれる熱媒液５の温度よりもより高くなりやすい。しかし、第二蓄冷ユニット３０ｂが上端部３５ｐ及び下端部３５ｑの両方に配置されているので、蓄冷材の凝固及び蓄冷材の融解が所定時間内に完了しやすい。下流域３５ｄの全域には、第二蓄冷ユニット３０ｂが配置されていてもよい。
【0044】
本実施の形態のように、複数の蓄冷ユニット３０において水平方向に沿って熱媒液５を通過させて複数の蓄冷ユニット３０に冷熱を蓄える又は複数の蓄冷ユニット３０に蓄えられた冷熱を放出させることを含む、熱交換方法を提供できる。
【0045】
【0046】
［２－１．構成］
実施の形態２に係る蓄熱装置１ｂは、特に説明する部分を除き実施の形態１に係る蓄熱装置１ａと同様に構成される。蓄熱装置１ａの構成要素と同一又は対応する蓄熱装置１ｂの構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。蓄熱装置１ａに関する説明は、技術的に矛盾しない限り蓄熱装置１ｂにもあてはまる。
実施の形態２に係る蓄熱装置１ｂは、特に説明する部分を除き実施の形態１に係る蓄熱装置１ａと同様に構成される。蓄熱装置１ａの構成要素と同一又は対応する蓄熱装置１ｂの構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。蓄熱装置１ａに関する説明は、技術的に矛盾しない限り蓄熱装置１ｂにもあてはまる。
【0047】
図４に示す通り、蓄熱装置１ｂにおいて、複数の蓄冷ユニット３０は、第一蓄冷ユニット３０ａと、第二蓄冷ユニット３０ｃとを備えている。第二蓄冷ユニット３０ｃは、下流域３５ｄにおいて、鉛直方向における複数の蓄冷ユニット３０の上端部３５ｐに配置されている。第一蓄冷ユニット３０ａは、例えば、複数の蓄冷ユニット３０における上端部３５ｐ以外の部分に配置されている。
【0048】
図５Ａに示す通り、第二蓄冷ユニット３０ｃは、複数の第二容器３３ａを備えている。第二容器３３ａには、液体と固体との間で相変化して冷熱を蓄えて放出する第二蓄冷材が収容されている。第二蓄冷ユニット３０ｃにおいて、複数の第二容器３３ａは互いに平行に配置されている。図５Ｂに示す通り、第二容器３３ａは、例えば、第一容器３１ａと同様の形状及び寸法を有している。蓄熱装置１ｂにおいて、例えば、値Ｖ２は値Ｖ１と等しい。値Ｖ２は、第二蓄冷ユニット３０ｃにおいて複数の第二容器３３ａが占める体積の総和を複数の第二容器３３ａの表面積の総和で除した値である。値Ｖ１は、第一蓄冷ユニット３０ａにおいて複数の第一容器３１ａが占める体積の総和を複数の第一容器３１ａの表面積の総和で除した値である。
【0049】
図６に示す通り、第二蓄冷ユニット３０ｃの第二蓄冷材は、第二蓄冷材に冷熱を蓄えるときの供給口２１における熱媒液５の温度より高く、かつ、第一蓄冷材の融点より高い融点を有する。第二蓄冷材の融点は、例えば、８℃である。第一蓄冷材の融点は、例えば７℃である。第二蓄冷ユニット３０ｃの第二蓄冷材の組成は、例えば、第一蓄冷材の組成と異なっている。蓄冷材に冷熱を蓄えるときの供給口２１における熱媒液５の温度は、例えば５℃である。
【0050】
［２－２．動作］
以上のように構成された蓄熱装置１ｂについて、その動作を実施の形態１に係る蓄熱装置１ａの動作と異なる点について以下説明する。
以上のように構成された蓄熱装置１ｂについて、その動作を実施の形態１に係る蓄熱装置１ａの動作と異なる点について以下説明する。
【0051】
蓄熱装置１ｂの蓄冷運転において、蓄熱装置１ａと同様に、下流域３５ｄの上端部３５ｐに導かれる熱媒液５の温度は、下流域３５ｄの他の部分に導かれる熱媒液５の温度より高くなりやすい。このような温度を有する熱媒液５が上端部３５ｐに配置された第二蓄冷ユニット３０ｃの内部に導かれる。
【0052】
［２－３．効果等］
以上のように、本実施の形態において、蓄熱装置１ｂは、蓄熱槽１０と、供給口２１と、回収口２２と、複数の蓄冷ユニット３０とを備えている。蓄熱槽１０は、熱媒液５を貯留する。供給口２１は、蓄熱槽１０の内部に配置され、熱媒液５を蓄熱槽１０の内部に導く。回収口２２は、蓄熱槽１０の内部に配置され、熱媒液５を蓄熱槽１０の外部に向かって導く。複数の蓄冷ユニット３０は、蓄熱槽１０の内部において供給口２１と回収口２２との間に配置され、第一蓄冷ユニット３０ａと、第二蓄冷ユニット３０ｃを含む。複数の蓄冷ユニット３０は、供給口２１から回収口２２に向かって熱媒液５を水平方向に通過させる。第一蓄冷ユニット３０ａは、液体と固体との間で相変化して冷熱を蓄えて放出する第一蓄冷材が収容され、互いに平行に配置された複数の第一容器３１ａを備えている。第二蓄冷ユニット３０ｃは、液体と固体との間で相変化して冷熱を蓄えて放出する第二蓄冷材が収容され、互いに平行に配置された複数の第二容器３３ａを備えている。第二蓄冷材は、第二蓄冷材に冷熱を蓄えるときの供給口２１における熱媒液５の温度より高く、かつ、第一蓄冷材の融点より高い融点を有する。第二蓄冷ユニット３０ｃは、複数の蓄冷ユニット３０における熱媒液５の流れの下流域３５ｄにおいて、鉛直方向における複数の蓄冷ユニット３０の上端部３５ｐに配置されている。
以上のように、本実施の形態において、蓄熱装置１ｂは、蓄熱槽１０と、供給口２１と、回収口２２と、複数の蓄冷ユニット３０とを備えている。蓄熱槽１０は、熱媒液５を貯留する。供給口２１は、蓄熱槽１０の内部に配置され、熱媒液５を蓄熱槽１０の内部に導く。回収口２２は、蓄熱槽１０の内部に配置され、熱媒液５を蓄熱槽１０の外部に向かって導く。複数の蓄冷ユニット３０は、蓄熱槽１０の内部において供給口２１と回収口２２との間に配置され、第一蓄冷ユニット３０ａと、第二蓄冷ユニット３０ｃを含む。複数の蓄冷ユニット３０は、供給口２１から回収口２２に向かって熱媒液５を水平方向に通過させる。第一蓄冷ユニット３０ａは、液体と固体との間で相変化して冷熱を蓄えて放出する第一蓄冷材が収容され、互いに平行に配置された複数の第一容器３１ａを備えている。第二蓄冷ユニット３０ｃは、液体と固体との間で相変化して冷熱を蓄えて放出する第二蓄冷材が収容され、互いに平行に配置された複数の第二容器３３ａを備えている。第二蓄冷材は、第二蓄冷材に冷熱を蓄えるときの供給口２１における熱媒液５の温度より高く、かつ、第一蓄冷材の融点より高い融点を有する。第二蓄冷ユニット３０ｃは、複数の蓄冷ユニット３０における熱媒液５の流れの下流域３５ｄにおいて、鉛直方向における複数の蓄冷ユニット３０の上端部３５ｐに配置されている。
【0053】
これにより、複数の蓄冷ユニット３０に冷熱を蓄えるときに下流域３５ｄの上端部３５ｐに導かれる熱媒液５の温度が高くても、第二蓄冷材の融点と熱媒液５の温度との差が大きくなりやすい。このため、所定時間において第二蓄冷材と熱媒液５との間において交換される熱量が大きくなりやすい。その結果、複数の蓄冷ユニット３０の蓄冷材の凝固が所定時間内に完了しやすい。
【0054】
本実施の形態のように、第一蓄冷ユニット３０ａは、下流域３５ｄにおいて、鉛直方向における上端部３５ｐと下端部３５ｑとの間に配置されていてもよい。
【0055】
これにより、下流域３５ｄでは、熱媒液５に鉛直方向において所定の温度分布がより生じやすく、下流域３５ｄの上端部３５ｐに導かれる熱媒液５の温度は、下流域３５ｄの他の部分に導かれる熱媒液５の温度よりもより高くなりやすい。しかし、第二蓄冷ユニット３０ｃが上端部３５ｐに配置されているので、蓄冷材の凝固が所定時間内に完了しやすい。下流域３５ｄの全域には、第二蓄冷ユニット３０ｃが配置されていてもよい。
【0056】
本実施の形態のように、複数の蓄冷ユニット３０において水平方向に沿って熱媒液５を通過させて複数の蓄冷ユニット３０に冷熱を蓄える又は複数の蓄冷ユニット３０に蓄えられた冷熱を放出させることを含む、熱交換方法を提供できる。
【0057】
【0058】
［３－１．構成］
実施の形態３に係る蓄熱装置１ｃは、特に説明する部分を除き実施の形態１に係る蓄熱装置１ａと同様に構成される。蓄熱装置１ａの構成要素と同一又は対応する蓄熱装置１ｃの構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。蓄熱装置１ａに関する説明は、技術的に矛盾しない限り蓄熱装置１ｃにもあてはまる。
実施の形態３に係る蓄熱装置１ｃは、特に説明する部分を除き実施の形態１に係る蓄熱装置１ａと同様に構成される。蓄熱装置１ａの構成要素と同一又は対応する蓄熱装置１ｃの構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。蓄熱装置１ａに関する説明は、技術的に矛盾しない限り蓄熱装置１ｃにもあてはまる。
【0059】
図７に示す通り、蓄熱装置１ｃにおいて、複数の蓄冷ユニット３０は、第一蓄冷ユニット３０ａと、第二蓄冷ユニット３０ｄとを備えている。第二蓄冷ユニット３０ｄは、下流域３５ｄにおいて、鉛直方向における複数の蓄冷ユニット３０の下端部３５ｑに配置されている。第一蓄冷ユニット３０ａは、例えば、複数の蓄冷ユニット３０における下端部３５ｑ以外の部分に配置されている。
【0060】
図８Ａに示す通り、第二蓄冷ユニット３０ｄは、複数の第二容器３４ａを備えている。第二容器３４ａには、液体と固体との間で相変化して冷熱を蓄えて放出する第二蓄冷材が収容されている。第二蓄冷ユニット３０ｄにおいて、複数の第二容器３４ａは互いに平行に配置されている。図８Ｂに示す通り、第二容器３４ａは、例えば、第一容器３１ａと同様の形状及び寸法を有している。蓄熱装置１ｃにおいて、例えば、値Ｖ２は値Ｖ１と等しい。値Ｖ２は、第二蓄冷ユニット３０ｄにおいて複数の第二容器３４ａが占める体積の総和を複数の第二容器３４ａの表面積の総和で除した値である。値Ｖ１は、第一蓄冷ユニット３０ａにおいて複数の第一容器３１ａが占める体積の総和を複数の第一容器３１ａの表面積の総和で除した値である。
【0061】
図９に示す通り、第二蓄冷ユニット３０ｄの第二蓄冷材は、第二蓄冷材から冷熱を放出するときの供給口２１における熱媒液５の温度より低く、かつ、第一蓄冷材の融点より低い融点を有する。第二蓄冷材の融点は、例えば、６℃である。第一蓄冷材の融点は、例えば、７℃である。蓄冷材から冷熱を放出するときの供給口２１における熱媒液５の温度は、例えば１２℃である。
【0062】
［３－２．動作］
以上のように構成された蓄熱装置１ｃについて、その動作を実施の形態１に係る蓄熱装置１ａの動作と異なる点について以下説明する。
以上のように構成された蓄熱装置１ｃについて、その動作を実施の形態１に係る蓄熱装置１ａの動作と異なる点について以下説明する。
【0063】
蓄熱装置１ｃの放冷運転において、蓄熱装置１ａと同様に、下流域３５ｄの下端部３５ｑに導かれる熱媒液５の温度は、下流域３５ｄの他の部分に導かれる熱媒液５の温度より低くなりやすい。このような温度を有する熱媒液５が下端部３５ｑに配置された第二蓄冷ユニット３０ｄの内部に導かれる。
【0064】
［３－３．効果等］
以上のように、本実施の形態において、蓄熱装置１ｃは、蓄熱槽１０と、供給口２１と、回収口２２と、複数の蓄冷ユニット３０とを備えている。蓄熱槽１０は、熱媒液５を貯留する。供給口２１は、蓄熱槽１０の内部に配置され、熱媒液５を蓄熱槽１０の内部に導く。回収口２２は、蓄熱槽１０の内部に配置され、熱媒液５を蓄熱槽１０の外部に向かって導く。複数の蓄冷ユニット３０は、蓄熱槽１０の内部において供給口２１と回収口２２との間に配置され、第一蓄冷ユニット３０ａと、第二蓄冷ユニット３０ｄを含む。複数の蓄冷ユニット３０は、供給口２１から回収口２２に向かって熱媒液５を水平方向に通過させる。第一蓄冷ユニット３０ａは、液体と固体との間で相変化して冷熱を蓄えて放出する第一蓄冷材が収容され、互いに平行に配置された複数の第一容器３１ａを備えている。第二蓄冷ユニット３０ｄは、液体と固体との間で相変化して冷熱を蓄えて放出する第二蓄冷材が収容され、互いに平行に配置された複数の第二容器３４ａを備えている。第二蓄冷材は、第二蓄冷材から冷熱を放出するときの供給口２１における熱媒液５の温度より低く、かつ、第一蓄冷材の融点より低い融点を有する。第二蓄冷ユニット３０ｄは、下流域３５ｄにおいて、鉛直方向における複数の蓄冷ユニット３０の下端部３５ｑに配置されている。
以上のように、本実施の形態において、蓄熱装置１ｃは、蓄熱槽１０と、供給口２１と、回収口２２と、複数の蓄冷ユニット３０とを備えている。蓄熱槽１０は、熱媒液５を貯留する。供給口２１は、蓄熱槽１０の内部に配置され、熱媒液５を蓄熱槽１０の内部に導く。回収口２２は、蓄熱槽１０の内部に配置され、熱媒液５を蓄熱槽１０の外部に向かって導く。複数の蓄冷ユニット３０は、蓄熱槽１０の内部において供給口２１と回収口２２との間に配置され、第一蓄冷ユニット３０ａと、第二蓄冷ユニット３０ｄを含む。複数の蓄冷ユニット３０は、供給口２１から回収口２２に向かって熱媒液５を水平方向に通過させる。第一蓄冷ユニット３０ａは、液体と固体との間で相変化して冷熱を蓄えて放出する第一蓄冷材が収容され、互いに平行に配置された複数の第一容器３１ａを備えている。第二蓄冷ユニット３０ｄは、液体と固体との間で相変化して冷熱を蓄えて放出する第二蓄冷材が収容され、互いに平行に配置された複数の第二容器３４ａを備えている。第二蓄冷材は、第二蓄冷材から冷熱を放出するときの供給口２１における熱媒液５の温度より低く、かつ、第一蓄冷材の融点より低い融点を有する。第二蓄冷ユニット３０ｄは、下流域３５ｄにおいて、鉛直方向における複数の蓄冷ユニット３０の下端部３５ｑに配置されている。
【0065】
これにより、複数の蓄冷ユニット３０から冷熱を放出するときに下流域３５ｄの下端部３５ｑに導かれる熱媒液５の温度が低くても、第二蓄冷材の融点と熱媒液５の温度との差が大きくなりやすい。このため、所定時間において第二蓄冷材と熱媒液５との間において交換される熱量が大きくなりやすい。その結果、複数の蓄冷ユニット３０の蓄冷材の融解が所定時間内に完了しやすい。
【0066】
本実施の形態のように、第一蓄冷ユニット３０ａは、下流域３５ｄにおいて、鉛直方向における上端部３５ｐと下端部３５ｑとの間に配置されていてもよい。
【0067】
これにより、下流域３５ｄでは、熱媒液５に鉛直方向において所定の温度分布がより生じやすく、下流域３５ｄの下端部３５ｑに導かれる熱媒液５の温度は、下流域３５ｄの他の部分に導かれる熱媒液５の温度よりもより低くなりやすい。しかし、第二蓄冷ユニット３０ｄが下端部３５ｑに配置されているので、蓄冷材の融解が所定時間内に完了しやすい。下流域３５ｄの全域には、第二蓄冷ユニット３０ｄが配置されていてもよい。
【0068】
本実施の形態のように、複数の蓄冷ユニット３０において水平方向に沿って熱媒液５を通過させて複数の蓄冷ユニット３０に冷熱を蓄える又は複数の蓄冷ユニット３０に蓄えられた冷熱を放出させることを含む、熱交換方法を提供できる。
【0069】
【0070】
［４－１．構成］
実施の形態４に係る蓄熱装置１ｄは、特に説明する部分を除き実施の形態１に係る蓄熱装置１ａと同様に構成される。蓄熱装置１ａの構成要素と同一又は対応する蓄熱装置１ｄの構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。蓄熱装置１ａに関する説明は、技術的に矛盾しない限り蓄熱装置１ｄにもあてはまる。
実施の形態４に係る蓄熱装置１ｄは、特に説明する部分を除き実施の形態１に係る蓄熱装置１ａと同様に構成される。蓄熱装置１ａの構成要素と同一又は対応する蓄熱装置１ｄの構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。蓄熱装置１ａに関する説明は、技術的に矛盾しない限り蓄熱装置１ｄにもあてはまる。
【0071】
図１０に示す通り、蓄熱装置１ｄにおいて、複数の蓄冷ユニット３０は、第一蓄冷ユニット３０ａと、第二蓄冷ユニット３０ｂとを備えている。
【0072】
図１１Ａ、図１１Ｂ、図１２Ａ、及び図１２Ｂに示す通り、第一容器３１ａ及び第二容器３２ａのそれぞれは、円柱状である。第二容器３２ａの軸線に垂直な方向における直径は、第一容器３１ａの軸線に垂直な方向における直径より小さい。これにより、蓄熱装置１ｄにおいて、値Ｖ２は、値Ｖ１より小さい。値Ｖ２は、第二蓄冷ユニット３０ｂにおいて複数の第二容器３２ａが占める体積の総和を複数の第二容器３２ａの表面積の総和で除した値である。Ｖ１は、第一蓄冷ユニット３０ａにおいて複数の第一容器３１ａが占める体積の総和を複数の第一容器３１ａの表面積の総和で除した値である。
【0073】
［４－２．動作］
以上のように構成された蓄熱装置１ｄは、実施の形態１に係る蓄熱装置１ａと同様に動作しうる。
以上のように構成された蓄熱装置１ｄは、実施の形態１に係る蓄熱装置１ａと同様に動作しうる。
【0074】
［４－３．効果等］
以上のように、本実施の形態において、値Ｖ２は値Ｖ１より小さい。加えて、第二蓄冷ユニット３０ｂは、下流域３５ｄにおいて、鉛直方向における複数の蓄冷ユニット３０の上端部３５ｐ及び下端部３５ｑの両方に配置されている。これにより、複数の蓄冷ユニット３０に冷熱を蓄えるときに下流域３５ｄの上端部３５ｐに導かれる熱媒液５の温度が高くても、第二蓄冷材と熱媒液５との間で所定時間内に交換される熱量が大きくなりやすい。その結果、複数の蓄冷ユニット３０の蓄冷材の凝固が所定時間内に完了しやすい。加えて、複数の蓄冷ユニット３０から冷熱を放出するときに下流域３５ｄの下端部３５ｑに導かれる熱媒液５の温度が低くても、第二蓄冷材と熱媒液５との間で所定時間内に交換される熱量が大きくなりやすい。その結果、複数の蓄冷ユニット３０の蓄冷材の融解が所定時間内に完了しやすい。
以上のように、本実施の形態において、値Ｖ２は値Ｖ１より小さい。加えて、第二蓄冷ユニット３０ｂは、下流域３５ｄにおいて、鉛直方向における複数の蓄冷ユニット３０の上端部３５ｐ及び下端部３５ｑの両方に配置されている。これにより、複数の蓄冷ユニット３０に冷熱を蓄えるときに下流域３５ｄの上端部３５ｐに導かれる熱媒液５の温度が高くても、第二蓄冷材と熱媒液５との間で所定時間内に交換される熱量が大きくなりやすい。その結果、複数の蓄冷ユニット３０の蓄冷材の凝固が所定時間内に完了しやすい。加えて、複数の蓄冷ユニット３０から冷熱を放出するときに下流域３５ｄの下端部３５ｑに導かれる熱媒液５の温度が低くても、第二蓄冷材と熱媒液５との間で所定時間内に交換される熱量が大きくなりやすい。その結果、複数の蓄冷ユニット３０の蓄冷材の融解が所定時間内に完了しやすい。
【0075】
（他の実施の形態）
以上のように、本出願において開示する技術の例示として、実施の形態１、２、３、及び４を説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施の形態にも適用できる。また、上記実施の形態１、２、３、及び４で説明した各構成要素を組み合わせて、新たな実施の形態とすることも可能である。
以上のように、本出願において開示する技術の例示として、実施の形態１、２、３、及び４を説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施の形態にも適用できる。また、上記実施の形態１、２、３、及び４で説明した各構成要素を組み合わせて、新たな実施の形態とすることも可能である。
【0076】
そこで、以下、他の実施の形態を例示する。実施の形態１、２、３、及び４では、熱媒液５の一例として水を挙げた。熱媒液５は、利用温度帯において流動できるものであればよい。したがって、熱媒液５は、水に限定されない。ただし、熱媒液５として水を用いれば、熱媒液５を安価で大量に入手できる。
【0077】
実施の形態１、２、３、及び４では、第一蓄冷材及び第二蓄冷材の一例としてクラスレートハイドレートを形成可能な物質を含む蓄冷材を挙げた。第一蓄冷材及び第二蓄冷材は、所定の温度で、液体から固体へ相変化することにより蓄冷し、固体から液体へ相変化することにより放冷するものであればよい。したがって、蓄冷材は、クラスレートハイドレートを形成可能な物質を含むものに限定されない。ただし、クラスレートハイドレートを形成可能な物質を含む蓄冷材を用いれば、クラスレートハイドレートにおけるゲスト物質の選択により、利用温度帯に近い温度で蓄冷及び放冷を実現しやすい。この場合、蓄冷において蓄冷材は液体から固体へ相変化し、放冷において蓄冷材は固体から液体へ相変化する。
【0078】
実施の形態１及び４では、第二蓄冷ユニット３０ｂは、下流域３５ｄにおいて、鉛直方向における複数の蓄冷ユニット３０の上端部３５ｐ及び下端部３５ｑの両方に配置されている。第二蓄冷ユニット３０ｂは、上端部３５ｐのみに配置されていてもよいし、下端部３５ｑのみに配置されていてもよい。第二蓄冷ユニット３０ｂが上端部３５ｐのみに配置されている場合、下端部３５ｑには第一蓄冷ユニット３０ａが配置されうる。第二蓄冷ユニット３０ｂが下端部３５ｑのみに配置されている場合、上端部３５ｐには第一蓄冷ユニット３０ａが配置されうる。
【0079】
なお、上述の実施の形態は、本開示における技術を例示するためのものであるから、特許請求の範囲又はその均等の範囲において種々の変更、置き換え、付加、省略などを行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【0080】
本開示は、冷熱利用の時間帯をシフトするため、蓄冷材を収容した蓄冷ユニットが熱媒液に浸漬された蓄熱槽を備え、空調又は製造プロセスの冷却に利用する熱媒液を供給する蓄熱装置等に適用可能である。
【符号の説明】
【0081】
１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ 蓄熱装置
５ 熱媒液
１０ 蓄熱槽
２１ 供給口
２２ 回収口
３０ 蓄冷ユニット
３０ａ 第一蓄冷ユニット
３０ｂ、３０ｃ、３０ｄ 第二蓄冷ユニット
３１ａ 第一容器
３２ａ、３３ａ、３４ａ 第二容器
３５ｄ 下流域
３５ｐ 上端部
３５ｑ 下端部
５ 熱媒液
１０ 蓄熱槽
２１ 供給口
２２ 回収口
３０ 蓄冷ユニット
３０ａ 第一蓄冷ユニット
３０ｂ、３０ｃ、３０ｄ 第二蓄冷ユニット
３１ａ 第一容器
３２ａ、３３ａ、３４ａ 第二容器
３５ｄ 下流域
３５ｐ 上端部
３５ｑ 下端部
【図1】
【図2A】
【図2B】
【図3A】
【図3B】
【図4】
【図5A】
【図5B】
【図6】
【図7】
【図8A】
【図8B】
【図9】
【図10】
【図11A】
【図11B】
【図12A】
【図12B】