JPS6011093A - 形状記憶合金利用蓄熱槽 - Google Patents

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】 本発明は太陽熱エネルギ゛−又は工場廃熱等の熱エネル
ギー、或いは、冷凍機等よりの冷熱等を送給される温度
別に蓄熱しようとする装置に関するものである。

一般に、太陽熱エネルギー又は工場廃熱等を集熱して使
用する場合、天候・時間・熱源の稼動状況等をこまって
様々に変動し、熱の供給が一定せず。

これがため需要側において非常に使いにくいものとなっ
ていた。

そこで従来がらこの様な問題を解消する方法として、系
統内に一時熱を蓄積する蓄熱槽を設けてきた。

しかしながら、従来の蓄熱槽にあっては、集熱装置等よ
りインプットされる温度が高温の場合でも。

又、低温の場合でも、同一蓄熱槽内に単一蓄熱方式で貯
えるようにしているため、蓄熱温度が平均化されてしま
い、せっかくの高温度での熱回収の場合、それを有効に
生かすことは出来なかった。

そこで、この問題に対応しようと、熱容量の異なる蓄熱
部を数個並列にならへ、ヒートパイプにより、それぞれ
を熱エネルギーの送給の導管と接続することにより、温
度別に蓄熱する方法が提案されてきたが、コスト等種々
のことに問題があり。

未だ、実用機秤として渦足させられるものではなかった
。

本発明はこの様な事′清Ｇこ鑑みてなされるものて。

各蓄熱部を連通管又はもぐりせき等により任意数を連結
してならべるか、又は、縦細長の単体の蓄熱部を温度成
層型として利用するかして蓄熱槽を形成し、熱交換器又
は集熱装置等或いわ冷凍機等よりの温熱或いわ冷熱の送
給の道管に、形状記憶合金のコイルバネと組合された弁
により構成された分級弁を任意数置列に配列し、各分級
弁より導管を分岐し蓄熱槽の各蓄熱部に挿入するという
極めて簡潔な構成により、送給されてくる熱流体に温度
的バラツキがあれば、それを自動的に温度別に分級し、
それぞれの対応する蓄熱部に分配配分することにより、
温度別の非混合蓄熱を図かろうとする蓄熱槽である。

以下主要な構成を図に示す実施例を用いて説明する。

第１図及び第２図は本発明における形状記憶合金利用蓄
熱槽の断面図及び、その概略系統図であり。

第３図は分級弁の断面図である。

蓄熱槽の形式は、いわゆる、密封型と大気開放型とが考
えられるが９本発明はこのいづれにも適用される訳であ
り、ここでは第１図Ｏこもとづいて密封型を実施例とし
て説明する。

ゲージング１は５例えば長方形のよく保温された枠組で
あって、その内部は、仕切板２及び仕切板３により仕切
られ、蓄熱部４，５，６．を形成している。

ケーシング１及び仕切板２．仕切板３は耐熱・断熱性の
ものであって、ゲージング１の形状は円筒形、三角柱形
１球形等であってもよく、仕切板は。

任意数を増減させることが出来。第２図のように縦細長
の蓄熱部を温度成層型として利用する蓄熱槽の場合は、
仕切板をなくすることも出来る。

又、ケーシング１内を任意の形状に仕切ることも出来る
。

そして、高温蓄熱の場合は通常第１図に示ずごとく、最
高温での蓄熱部４〈中温の蓄熱部５〈低温の蓄熱部６．
のような容積比となす。

各蓄熱部４，５．６を連結するため、連通管７を任意数
仕切板２，３上に設置する。これは所望によりては、も
ぐりせきにより代替することも出来る。ケーシングｌの
上部又は下部には、集熱装Ｗ１１１よりの熱流体を送給
するための道管８を配置し。

これは蓄熱部６の下層部より導き出されている道管９と
、ポンプＩＯ・集熱装置１１を経て連結している。そし
て、蓄熱部４・蓄熱部５に対応する位置Ｇこは分級弁１
２１・分級弁１２□が直列に配列されており９分級弁１
２１　よりは導管１３１を１分級弁１２２よりは導管１
３゜が分岐され、それぞれを蓄熱部４゜５の下層部に挿
入する。

但し、蓄熱部６に対する導管１３３には必ずしも分級弁
１２３を用うる必要はなく、三方弁１４が代替出来、送
付８の延長の末端は排水口１として開放する。

分級弁１２の送給されてくる熱流体の温度変化に対する
専管１３への分級作業は、１分級弁１２１〉分級弁１２
□と次第に低い温度に応答するよう直列に配列する。

蓄熱部４には取り円管１６を、蓄熱部６には給水管１５
を設け、仕切板２，３の上部には、蓄熱部５゜６の溜り
空気を抜くための***１７を設けておく。

第２図のような縦細長の蓄熱部を温度成層型として利用
する蓄熱槽の場合は、その最上層部に対しては、高温熱
流体のみを分級する分級弁１２．を経る導管１３．を分
岐配管し、中段部の適当な位置には中間温度の熱流体を
分級する分級弁１２゜を経る導管１３２を分岐する。そ
して、下層部に対しては三方弁１４を経て導管１３３が
配管され、道管８の末端は開放する。

この時の導管１３１・１３□・１３３の蓄熱槽に対する
配管は、蓄熱槽の側面を貫通して取りつけてもよい訳で
あるが、上面上蓋より適当な長さのパイプ状の導管を上
層部、中段部、下層部Ｇこ各々の到達するように挿入し
てもよい。そして所望によりては。

集熱装置の温度変動或いわ熱生産量にあわせてそれが上
下に移動出来るようにしてもよい。

蓄熱槽下層部よりの道管９は、ポンプ１０．集熱装置１
１を経て道管８に連結しており、」一層部には取り円管
１６が、給水管１５は下層部Ｏこ挿入されている。

分級弁１２は、記号自２０至３５よりなっており、断面
図的には第３図のような構成となっている。

これは、形状記憶合金のコイルバネの温度変化に対する
復元えの応答性を利用することにより弁の開閉を自動的
に行こなわしめ、もって、バラツキのある熱流体を温度
別に分級させようとするものである。

即ち、ボデー２０は銅・鋳鉄・プラスチック等によりつ
くられており、送給されてくる熱流体の流速流圧等を綬
和するため、がっ、均一な温度分布を確保するため大き
く脹らんでおり、その内部空間を応答室２１とする。

そして、道管８と連結し、熱流体を受け入れる突出した
管部分を流入管３３とし、温度別の分級により高温の熱
流体のみを流出し、導管１３と接続する管部分を流出管
３４．低温の熱流体を流出し道管８′と連結する管部分
を流出管３５とする。

流出管３４・３５の内面には硬質ゴム等の／−トリング
２８・２８′を固着させておく。

応答室２１の流入管３３近かくの適当な位置に、バッフ
ル及び分散器兼用の支板２７を置き、流出管３４のソー
トリング２８に対応する弁２２．流出管３５の／−トリ
ング２８′に対応する弁２２′が各々のステム２Ｇ・２
６′を突き出し、ステム２６・２６′は支板２７を摺動
可能に貫通している。

弁２２と支板２７との相対する内側Ｑこ、コイルシート
２４、コイルシート２５を置き、その間に形状記憶合金
のコイルバネ２３を設置する。

同様な構成をもって、弁２２′と支板２７との間にもコ
イルバネ２３′を組み込む。

そして、弁２２と弁２２′とにＵ字型等の釣２９・２９
′を突出させ、それと噛み合うようにして、その間にア
ーム３０を差し渡す。

アーム３０の中心点３１は支柱３２Ｇこより回転可能な
状態に支えられている。

所望によりては、釣２９・アーム３０の組合せＧこ替、
って回転歯車を利用してもよい。

これは形状記憶合金のコイルバネの温度変化に応答する
仲状態と線状態えの復元の応力・応答速度等が異なるた
め、その相互の連動を図るためのものである。

したがって、コイルバネ２３と組合された弁２２．及び
、コイルバネ２３′と組合された弁２２′が一対のもの
として作動するのであり、相互の開閉作動の連動性、相
乗効果をこれＯこより確保することを特徴としている。

口径の大きな分級弁の場合は、この様な対のものを任意
数増加させればよい。

ここにおいて、コイルバＡ・２３及びコイルバネ２３′
の性格の組合せは （１）　コイルバイ・２３・２３′共をユニ方向性の形
状記憶合金を用うる。但し、変態の設定温度において、
復元の伸・縮の方向が互）こ逆向きとなるもの。

（１）　コイルバイ・２３は一方向性の形状記憶合金と
通常の弾性力を利用した弾性材バネと組合せたものコイ
ルバネ２３′も一方向性の形状記憶合金と弾性材バネと
組合せたもの、但し、変態の設定温度に東いて、互に逆
向きに作動するもの。

等の実施例が考えられる。

このようＱこ９分級弁１２とは記号２０より記号３５に
至る間に示めされる様な第３図の断面図に示めされる様
な構成をもつものの総称をさしている。

以上の様な構成にもとづいて９本形状記憶合金利用蓄熱
槽は１分級弁１２の応答室２１の内Ｇこおいて。

弁２２と組合されている形状記憶合金のコイルバ子２３
の送給されてくる熱流体の温度変化に対するセンサー的
機能とアクチェータ的機能を、温度変化に対応する伸縮
の作動として捕え、そして、中心点３１が回転可能に支
えられたアーム３０により相対する弁２２・２２′を連
結することにより、開閉作動の連動性を確保しインサイ
ドのみの機構をもって、送給されてくるバラツキのある
熱流体を温度別に自動的に分級し、それぞれの対応する
各蓄熱部に分配配分することにより、温度別の非混合蓄
熱をなさしめることを特徴とする装置である。

土、記の構成を有する形状記憶合金利用蓄熱槽の作動は
次の通りである。

具体的実施例として第１図に基き太陽熱を集熱する−回
路式の受熱・蓄熱装置である場合（・二ついて説明する
。

先ず、給水管１５より」１水道又は井戸水等を一旦。

ンスタンク等に送り込む等の方法等により、用水を軽く
圧送し、ケーシング１内を満水とする。

太陽が昇り、集熱装置１１が太陽熱を集熱して温度が上
昇し、蓄熱部６の温度より高かくなった時。

ポンプ１０を稼動させ、蓄熱部６より道管９により用水
を吸引し、集熱装置１１内に送りこみ、加熱されて、そ
の熱流体は道管８を通って初づ分級弁１２１に送給され
る。

送給されてきた熱流体は２分級弁１２１の流入管３３を
通って応答室２１に流入する。

応答室２１は道管８（この径をこ比して、格段番二大き
く脹らんでいるのであるから、流動圧は緩められ。

バッフル及び分散器を兼任している支板２７によって分
散され、応答室２１′内においては均一の温度分布のゆ
るやかな流れとなる。

ここで形状記憶合金のコイルバイ・２３及び２３′は二
方向性のものであり、互Ｇこ逆方向に復元、伸縮するも
のとし、その変態の設定温度は６０°Ｃとするならば、
即ザ、コイルバネ２３は６０°Ｃ以上、の温度Ｇこ対し
ては縮む方向に復元し、６０’Ｃ以下ならば伸びる方向
に復元する。コイルバネ２３′は６０°Ｃ以上の温度Ｏ
こＸＪ’　しては伸びる方向に復元り、６０’Ｃ以下の
温度では縮む方向に復元するものとするならば、今、集
熱装置１１が太陽熱を集熱し、７０℃の熱流体を応答室
２１に送給してきたものとすれば、コイルバネ２３は縮
み、コイルバ、＋２３’は伸びた第３図に示めされてい
る様な位置関係となる。

二方向性の形状記憶合金のコイルバＡ・は伸方向（・こ
復元作動するときと、縮方向に復元作動をおこす時とで
は、応力、応答速度等がいくらか異なるため、このバラ
ンスをとり１作動を完全に連動させるため、又、対とな
っているコイルバネの伸・縮のストロークの相乗効果を
発揮させるため、支柱３２により中心点３１を回転可能
に支えられたアーム　１３０が、弁２２・２２′より突
出した釣２９　とかみ合って。

シーソーゲーム的に弁２２・２２′を作動させる。

したかって、流出管３４及び流出管３５十、のシートリ
ング２８及び２８′との間の開閉は、弁２２との間が開
となれば弁２２′は閑となり。弁２２との間が閉となれ
は弁２２′とシートリング２８′との間は開となる。

今、７０℃の熱流体が送給されてきた訳であるからコイ
ルバネ２３は縮み、弁２２を引きあげ、シートリング２
８との間は開となり、一方コイルバネ２３′は伸び、弁
２２′をシートリング２８′Ｏこ押し込み閉の状態とな
る。

当然、応答室２１′内の熱流体の流れは開状態となって
いる弁２２と／−トリツプ２８の間隙を通って流出管３
４と連結されている導管１３．　＋こ６０°Ｃ以上の高
温熱流体として分級された結果として送り出される。

太陽が一時雲にかくれたり、夕方になったりしてこれが
逆に４０℃位いの分級弁１２１のコイルバイ・２３及び
２３′の形状記憶合金の変態の設定温度より低い熱流体
が送給されてくれば、コイルバネ２３は伸び。

コイルバネ２３′は縮む、したがって、弁２２とシート
リング２８間は閉じ、弁２３′とシートリング２８′間
は開くことになり、６０℃以下の低温熱流体として分級
された結果となり、流出管３５を通って、道管８′へと
先き送りされることになる。

次に１分級弁１２□Ｏこ用いられるコイルバイ・２３及
び２３′の形状記憶合金は５０°Ｃで変態の設定温度が
なされているものとすれは、土、記と同様の作動により
。

５０°Ｃ以上の熱流体の時には分岐している導管１３２
に送給することになる筈であるが、今の熱流体は４０℃
と仮定されているのであるから道管８“をこ先き送りさ
れることになり、三方弁１４を通って、導管１３３に送
給される。

この例の場合、導管１３２に送給される熱流体の温度帯
は、　６０”°Ｃ〜５０°Ｃに限定されたものとなる。

所で、導管１３□は蓄熱部４の下層部に挿入されている
のであるから、蓄熱部４には６０　’Ｃ以上の高温の熱
流体のみがインプットされることＯこなり、導管１３、
は蓄熱部５の下層部に挿入されており、６０°Ｃ〜５０
°Ｃの中温の熱流体を、５０°Ｃ以下の低温の熱流体は
導管１３３を経て蓄熱部６にインプットするという具合
に、バラツキのある熱流体は温度別に分配配分されて、
温度別の非混合蓄熱が各蓄熱部によ−）てなされる。　
。

又、蓄熱槽の各蓄熱部４，５．６は連通管７Ｇこより連
結されており、ポンプ１０．集熱装置１１を経て。

又、蓄熱槽に戻る所の循環回路がつくられているのであ
るから、今、６０℃以上の高温の熱流体のみが連続して
長時間送給されてきたものとすれば。

蓄熱部４全体が充分送給される熱流体と同温度まで昇温
すれば、その時の蓄熱槽は導管１３□よりのみインプッ
トされ続けているのであるから、連通管７により用水は
蓄熱部５，６を流れる循環回路をつくることになり、蓄
熱部４の用水は蓄熱部５に引かれ、蓄熱部５の上層部よ
り昇温していくことになり、さらＧこは蓄熱部６えと蓄
熱槽全体か送給されてくる熱流体と同一温度まで昇温し
作業は完了することになる。

これが第２図の縦細長の蓄熱部を温度成層型として利用
する蓄熱槽の場合には、従来は最上層部に対して、熱流
体の送給を静圧状態に近づけて流入していたが、熱流体
の温度にバラツキがあれは。

特に温度が低下した場合には温度成層現象は成立せず、
蓄熱温度は平均化してしまう。

そこで、バランス型等を採用すれば保温、コスト等に問
題を生ずる。

その点１分級弁１２１９分級弁１２□と温度別Ｑこ分級
して行き、導管１３１・１３□・１３３の挿入位置を熱
流体の生産に見合って適切に設置されておれば温度のバ
ラツキがあっても温度別の非混合の温度成層型蓄熱槽が
成立する。

蓄熱された高温用水の利用は、取り円管１６より取り出
す。これは給水管１５よりの圧送による押し田型の形態
をとる。

工場廃熱等の場合は、集熱装置１１を熱交換器又はヒー
！・ポンプ等であるとみなせは、その作動概念はそのま
ま前述のものが適用され、蓄冷の場合も同様な作動概念
が適用される。

この様に１分級弁を道管上に直列に任意数ならべること
により、高温・・・・・・曲中温・・曲間低温と温度別
の分級がインサイドのみの機構によって自動的になされ
、温度別の非混合の蓄熱が出来る。

これは、バラツキのある温度の熱流体が送給されれば、
その平均温度しか利用出来なかった在来型の蓄熱槽に比
べて、エクセルギー的に熱利用の優位性が図かれ、経済
効果も一段と優れたものとなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は形状記憶合金利用蓄熱槽の断面図及び集熱・熱
循環回路の概略系統図である。 第２図は縦細長の蓄熱部を温度成層型として利用する形
状記憶合金利用蓄熱槽の断面図及び集熱・熱循環回路の
概略系統図である。 第３図は分級弁の断面図である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）蓄熱部を連ｊｍ管等Ｇこより任意数連結してなら
   べるか、又は、Ｒ細長の蓄熱部を温度成層型として利用
   する蓄〃口１１！＋の、土０部又は下部に温熱又は冷熱
   の熱流体を送給する道管を配置し、道管をこは分級弁を
   任意数直列に配列し、各分級弁よりは導管を分岐させ、
   各蓄熱部Ｇこ導管を挿入したることを特徴とする形状記
   憶合金利用蓄熱槽
2. （２）＠記の分級弁は大きく脹らんだ応答室に一対又は
   複数以上の対の形状記憶合金のコイルバネと組合された
   弁をおき、中心点が回転可能に支えられた７−ムｔこよ
   り、相対する弁を連結し、相互の開閉作動を連動するよ
   うにした特許請求の範囲第１項記載の形状記憶合金利用
   蓄熱槽