JP2002020738A - 熱または冷気を蓄積するためのアキュムレータ複合体を製造する方法 - Google Patents

熱または冷気を蓄積するためのアキュムレータ複合体を製造する方法

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JP2002020738A JP2001144572A JP2001144572A JP2002020738A JP 2002020738 A JP2002020738 A JP 2002020738A JP 2001144572 A JP2001144572 A JP 2001144572A JP 2001144572 A JP2001144572 A JP 2001144572A JP 2002020738 A JP2002020738 A JP 2002020738A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 熱または冷気を蓄積するためのアキュームレ
ータ複合体を製造する方法を提供する。 【解決手段】 大気圧下で溶融相変化材料中に、部分的
にまたは完全に浸漬された、圧縮した膨張黒鉛母材を含
浸容器内に固定し、次いで、母材に相変化材料が所望の
程度負荷されるまで含浸容器を排気することを特徴とす
る方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、圧縮した膨張黒鉛
母材と、この母材に真空含浸によって導入された相変化
材料とから、相変化熱の形の熱または冷気を蓄積するた
めのアキュムレータ複合体を製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】熱と冷気のどちらの形の熱エネルギー
も、その蓄積については多くの点で非常に幅広い関心が
寄せられている。まず第１に、効率的な蓄積技術によ
り、エネルギーの供給と需要を時間的かつ場所的に切り
離すことができ、第２に、周期的に入手可能なエネルギ
ー源、例えば太陽エネルギーの、より効率的な利用が可
能になる。このため、特に環境保護および経済上の実現
可能性に関してかなりの利点がもたらされる。熱または
冷気の蓄積に関する一技術は、熱の状態が凝集状態の変
化または化学反応に基づいた相転移の利用に基づく。た
いていの場合、エネルギー上の目的で、ＰＣＭ（相変化
材料）を用いた固／液相転移が利用される。重要な相変
化材料の一例は、冷気を蓄積する場合は水である。しか
し、その他の相転移、例えば固／気または液／気の相転
移を使用することも可能である。
【０００３】しかし、熱エネルギーの蓄積に関して最も
知られている技術では、克服する必要がある下記の技術
上の問題、すなわち相転移中の体積の変化、過冷却、熱
伝導率が低いこと、成分の分離、複雑な熱交換プロセ
ス、および温度制御といった問題が必ず伴う。
【０００４】ＤＥ１９６３００７３Ａ１は、熱または冷
気を蓄積するためのアキュムレータ複合体と、それを製
造する方法について述べている。この複合体は、固／液
相変化材料を真空中で含浸させた、かさ密度が７５ｇ／
ｌを超える不活性黒鉛母材からなる。黒鉛母材は多孔度
が高く、相転移中の体積変化によって損なわれることな
く相変化材料を多くて９０体積％まで負荷することがで
きる。アキュムレータ複合体に多量の相変化材料を負荷
することは、このようにして高エネルギー密度を実現す
ることが可能になるので重要である。この解決策の１つ
の利点とは、母材材料として黒鉛を使用することである
が、この黒鉛は本来熱伝導率が高いものであり、実質上
化学的に不活性であるので相変化材料にほとんど制約を
加えない。
【０００５】しかし、ＤＥ１９６３００７３Ａ１に記載
されているアキュームレータ複合体には、その製造プロ
セス（真空含浸）に関連するいくつかの欠点がある。こ
のプロセスは、含浸前に、圧縮した膨張黒鉛から生成さ
れた母材を、１０ミリバール未満の圧力で、好ましくは
融点よりも１０ケルビンから４０ケルビン高い温度の間
であって高くとも相変化材料の蒸発温度まで加熱するこ
とを特徴とする。相変化材料容器に繋がる弁を開くこと
によって、過剰に存在する溶融相変化材料が黒鉛母材に
吸収される。次いでアキュムレータ複合体は、貯蔵容器
が閉じるまで相変化材料ガスが逃げるのを少なくするた
めに、室温よりも低く冷却することが好ましい。黒鉛母
材と相変化材料用に２つの別個の容器を使用することに
より、温度および圧力の制御に関することも含め、装置
および操作にかかる費用が非常に高くなる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】したがって本発明の目
的は、圧縮した膨張黒鉛母材に固／液相変化材料を真空
含浸するための改善された方法を提供することであり、
その結果、熱伝導率が高く、多量の相変化材料が負荷さ
れる結果エネルギー密度が高くなると共に、弾性／安定
性の高いアキュムレータ複合体が製造されるようにな
り、これは多数の相変化材料に対して補完的であって、
その方法の実施が従来技術に比べて非常に単純化され、
したがって非常に安上がりでもある方法が提供された。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、この目
的は、請求項１に記載の真空含浸を行う方法によって達
成される。本出願の内容の利点および好ましい実施形態
は、従属項で与えられる。
【０００８】したがって本発明の対象は、圧縮した膨張
黒鉛母材と、この母材に導入された相変化材料であって
この母材へ真空含浸によって導入された相変化材料とか
ら、熱または冷気を蓄積するためのアキュムレータ複合
体を製造する方法であり、この方法は、大気圧下で溶融
相変化材料に部分的にまたは完全に浸漬された母材を含
浸容器内に固定し、次いで母材に相変化材料が所望の程
度負荷されるまでこの含浸容器を排気することを特徴と
する。
【０００９】
【発明の実施の形態】含浸容器は、溶融相変化材料の蒸
気圧に相当する圧力まで排気することが好ましい。
【００１０】含浸容器のサイズは、充填後のその残りの
ガス・スペースが溶融相変化材料の体積にほぼ相当する
ように選択されることが好ましいことがわかった。
【００１１】驚くべきことに、ただ１つの容器、すなわ
ち含浸容器を使用して黒鉛母材に相変化材料を真空含浸
させる方法、すなわち排気前に相変化材料と母材とを直
接接触させることによって黒鉛母材に相変化材料を真空
含浸させる本発明による方法では、例えば多孔質黒鉛母
材からのガス抜きを妨げたり弱めたりすることによっ
て、得られるアキュムレータ複合体の製品品質に関する
どのような欠陥も生じさせることがなく、さらに、装置
の複雑さが著しく単純化されることが立証された。相変
化材料は、外部容器内で加熱する必要がなく、すなわち
別々に温度制御する必要がなく、通常デシケータの形を
している装置はその全体が、熱源、例えば乾燥キャビネ
ットに曝される。これは、さまざまな弁を用いた圧力調
節（排気）と共に計量の複雑な調節もなくす。本発明に
よれば、含浸容器は、溶融相変化材料の沸点に達するま
で圧力が下がるように排気し、次いで弁を用いて閉じる
ことが好ましい。したがって、従来技術で述べたよう
に、貯蔵容器が閉じるまで相変化材料ガスが逃げるのを
減少させるためにアキュムレータ複合体を室温に冷却す
ることが不必要である。相変化材料として含水塩を使用
するときに本発明により実施しなければならない可能性
がある制御のみが、非常に大きいガス・スペースを使用
するときに蒸発によって引き起こされる水の損失を補う
量に相当する水の量の事前計量に関係する。
【００１２】本発明による真空含浸プロセスは、アキュ
ムレータ複合体の残留多孔度が約４〜６体積％になるま
で続けることができる。この残留多孔度は、最長約５日
間含浸させた後、好ましくは最長約４日間含浸させた後
に得ることができる。黒鉛母材の密度は、７５〜１５０
０ｇ／ｌが目的にかない、好ましくは７５〜３００ｇ／
ｌであり、特に好ましくは約２００ｇ／ｌである。
【００１３】本発明による方法では、多量の相変化材料
の負荷によって、したがって高エネルギー密度によっ
て、高度な弾性または安定性によって、かつ高い熱伝導
率によって特徴付けられるアキュムレータ複合体が得ら
れる。黒鉛母材の密度が７５ｇ／ｌよりも大きい結果、
負荷量が多いにもかかわらず（残留多孔度はわずか４〜
６体積％である）安定性が優れていることは、孔内での
相変化材料の膨張に関して母材の許容度が高いことによ
って明らかにされるが、これは、アキュムレータ複合体
の弾性が高いと表現される。このように弾性が高いと、
相変化材料の膨張（例えば水／氷 ８％）を複合体によ
って完全に内部に吸収することができるという関連する
利点があり、したがって、膨張の結果複合体が損なわれ
ないようにするための、複雑な制御技術の必要がない。
【００１４】本発明による方法は、−２５℃から１５０
℃の温度範囲で固／液相転移が生じる相変化材料の使用
を含むことが好ましい。水は、好ましい相変化材料であ
る。
【００１５】本発明による方法で使用することができる
その他の相変化材料は、以下の成分、すなわちＣａＢｒ
2、ＣａＣｌ2・６Ｈ2Ｏ、ＣａＣｌ2、ＫＦ、ＫＣｌ、Ｋ
Ｆ・４Ｈ2Ｏ、ＬｉＣｌＯ3・３Ｈ2Ｏ、ＭｇＳＯ4、Ｍｇ
Ｃｌ2、ＺｎＣｌ2・２．５Ｈ 2Ｏ、ＺｎＳＯ4、Ｂａ（Ｏ
Ｈ）2、Ｈ2Ｏ、ＳＯ3・２Ｈ2Ｏ、ＮａＣｌ、ＮａＦ、Ｎ
ａＯＨ、ＮａＯＨ・３．５Ｈ2Ｏ、Ｎａ2ＨＰＯ4、Ｎａ2
ＳＯ4、Ｎａ2ＳＯ4・１０Ｈ2Ｏ、ＮＨ4Ｃｌ、ＮＨ4Ｈ2
ＰＯ4、ＮＨ4ＨＣＯ3、ＮＨ4ＮＯ3、ＮＨ4Ｆ、（Ｎ
Ｈ4）2ＳＯ4、Ａｌ（ＮＯ3）3、Ｃａ（ＮＯ3）2、Ｃｄ
（ＮＯ3）2、ＫＮＯ3、ＬｉＮＯ3、Ｍｇ（ＮＯ3）2、Ｍ
ｇ（ＮＯ3）2・６Ｈ2Ｏ、ＮａＮＯ3、Ｎｉ（ＮＯ3）2、
Ｚｎ（ＮＯ3）2、Ｚｎ（ＮＯ3）2、Ｚｎ（ＮＯ3）2・６
Ｈ2Ｏ、Ｃｕ（ＮＯ3）2、酢酸、アセテートから選択さ
れた成分、あるいはこれらから選択された少なくとも２
種の成分の共融混合物または同時に溶融する成分の混合
物である。ＬｉＮＯ3とＭｇ（ＮＯ3）2・６Ｈ2Ｏの共融
混合物を相変化材料として使用することが好ましい。
【００１６】含水塩を相変化材料として使用する場合、
溶融相変化材料は、無水塩に関してはある意味でその塩
を水和水に溶かした溶液である。
【００１７】本発明について、以下の実施例を参照しな
がらより詳細に説明する。
【００１８】
【実施例】実施例：黒鉛母材への含浸 乾燥キャビネット内の減圧デシケータ中に、寸法が１２
×１２×１ｃｍの平板の形のものであって、かさ密度が
０．２ｇ／ｍｌ（３リットル、０．６ｋｇ）の圧縮した
膨張黒鉛母材を、ＬｉＮＯ3／Ｍｇ（ＮＯ3）2・６Ｈ2Ｏ
の共融混合物からなる約６ｋｇの相変化材料（密度１．
６ｇ／ｍｌ、３．８リットルの溶融材料）中に完全に浸
漬した。温度を９０℃に上げ、相変化材料の沸点に達す
るまで減圧デシケータ内の圧力をゆっくりと下げた。約
５分後に相変化材料の沸点に達するまで、母材からはガ
スのみが生じた。含浸操作中に水が失われないようにす
るため、デシケータの弁を閉じた。３日間から４日間含
浸させた後、黒鉛母材には相変化材料が８５％配合され
たことがわかり、黒鉛の体積が１０％であり、これは残
留多孔度が５体積％に相当する。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｃ０９Ｋ 5/06 Ｃ０９Ｋ 5/06 Ｈ Ｚ 5/00 Ｅ Ｆ２８Ｄ 20/00 Ｆ Ｆ２８Ｄ 20/00 Ｄ (71)出願人 591032596 Ｆｒａｎｋｆｕｒｔｅｒ Ｓｔｒ． 250, Ｄ−64293 Ｄａｒｍｓｔａｄｔ，Ｆｅｄ ｅｒａｌ Ｒｅｐｕｂｌｉｃ ｏｆ Ｇｅ ｒｍａｎｙ (72)発明者 マーク ノイシュエッツ ドイツ連邦共和国 64285 ダルムシュタ ット ブルフヴィーセンシュトラーセ 18 (72)発明者 マルリス ニーマン ドイツ連邦共和国 64572 ブエッテルボ ルン リンデンシュトラーセ 22

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 熱または冷気を蓄積するためのアキュム
    レータ複合体を、圧縮した膨張黒鉛母材と、この母材に
    真空含浸によって導入された相変化材料とから製造する
    ための方法であって、大気圧下で溶融相変化材料中に部
    分的にまたは完全に浸漬された母材を含浸容器内に固定
    し、次いで母材に相変化材料が所望の程度負荷されるま
    で、含浸容器を排気することを特徴とする方法。
  2. 【請求項２】 含浸容器を、溶融相変化材料の蒸気圧に
    相当する圧力まで排気することを特徴とする請求項１に
    記載の方法。
  3. 【請求項３】 充填後の残りのガス・スペースが溶融相
    変化材料の体積に概ね相当する含浸容器を使用すること
    を特徴とする請求項１または２に記載の方法。
  4. 【請求項４】 アキュムレータ複合体の残留多孔度が４
    〜６体積％になるまで真空含浸が継続されることを特徴
    とする請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
  5. 【請求項５】 真空含浸が、５日間にわたって実施され
    ることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記
    載の方法。
  6. 【請求項６】 真空含浸が、４日間にわたって実施され
    ることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記
    載の方法。
  7. 【請求項７】−２５℃から１５０℃の温度範囲で固／液
    相転移が生じる相変化材料を使用することを特徴とする
    請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
  8. 【請求項８】 使用される相変化材料が水であることを
    特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の方
    法。
  9. 【請求項９】 使用される相変化材料が、下記の成分、
    すなわちＣａＢｒ2、ＣａＣｌ2・６Ｈ2Ｏ、ＣａＣｌ2、
    ＫＦ、ＫＣｌ、ＫＦ・４Ｈ2Ｏ、ＬｉＣｌＯ 3・３Ｈ
    2Ｏ、ＭｇＳＯ4、ＭｇＣｌ2、ＺｎＣｌ2・２．５Ｈ
    2Ｏ、ＺｎＳＯ4、Ｂａ（ＯＨ）2、Ｈ2Ｏ、ＳＯ3・２Ｈ2
    Ｏ、ＮａＣｌ、ＮａＦ、ＮａＯＨ、ＮａＯＨ・３．５Ｈ
    2Ｏ、Ｎａ2ＨＰＯ4、Ｎａ2ＳＯ4、Ｎａ2ＳＯ4・１０Ｈ2
    Ｏ、ＮＨ4Ｃｌ、ＮＨ4Ｈ2ＰＯ4、ＮＨ4ＨＣＯ3、ＮＨ4
    ＮＯ3、ＮＨ4Ｆ、（ＮＨ4）2ＳＯ4、Ａｌ（ＮＯ3）3、
    Ｃａ（ＮＯ3）2、Ｃｄ（ＮＯ3）2、ＫＮＯ3、ＬｉＮ
    Ｏ3、Ｍｇ（ＮＯ3）2、Ｍｇ（ＮＯ3）2・６Ｈ2Ｏ、Ｎａ
    ＮＯ3、Ｎｉ（ＮＯ3）2、Ｚｎ（ＮＯ3）2、Ｚｎ（Ｎ
    Ｏ3）2・６Ｈ2Ｏ、Ｃｕ（ＮＯ3）2、酢酸、アセテート
    の少なくとも１種、またはこれらの成分の少なくとも２
    種の共融混合物または同時に溶融する成分の混合物であ
    ることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記
    載の方法。
  10. 【請求項１０】 使用される相変化材料が、ＬｉＮＯ3
    とＭｇ（ＮＯ3）2・６Ｈ2Ｏの共融混合物であることを
    特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載の方
    法。
  11. 【請求項１１】 密度が７５〜１５００ｇ／ｌである黒
    鉛母材を使用することを特徴とする請求項１から１０の
    いずれか一項に記載の方法。
  12. 【請求項１２】 密度が７５〜３００ｇ／ｌである黒鉛
    母材を使用することを特徴とする請求項１から１０のい
    ずれか一項に記載の方法。
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