JP2018162957A - 潜熱蓄熱材の蓄熱槽内配置方法、及び潜熱蓄熱槽 - Google Patents
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Abstract
材収容具を介して、潜熱蓄熱槽内の熱媒体と潜熱蓄熱材との間で熱伝導を行うのにあたり、潜熱蓄熱材の蓄放熱性能を維持しながら、熱伝導を効率良く行うことができる潜熱蓄熱材の蓄熱槽内配置方法、及び潜熱蓄熱槽を提供する。
【解決手段】封入袋50内には、潜熱蓄熱材10と増粘剤22とを含む潜熱蓄熱材組成物3が収容されていること、封入袋50内の潜熱蓄熱材組成物3において、鉛直側断面積Svと水平側断面積Shとの関係は、Sv<Sh ・・・式(1)、式(1)の条件を満たしていること、潜熱蓄熱材組成物3を収容した状態にある封入袋50は、水平方向Hに沿う厚みtの変化を許容範囲内に制限するバスケット71により、拘束された状態で、かつ配置姿勢を維持した状態で、熱媒体83の中に収容されている。
【選択図】図1
Description
(1)相変化に伴う潜熱の出入りを利用して蓄熱またはその放熱を行う潜熱蓄熱材を、蓄熱材収容具の内部に密閉し、該潜熱蓄熱材により、潜熱蓄熱槽内の熱媒体との間で該蓄熱材収容具を介して熱の移動を行うのにあたり、該潜熱蓄熱材が該蓄熱材収容具内に収容された状態にあるときの該潜熱蓄熱材の配置態様である潜熱蓄熱材の蓄熱槽内配置方法において、液相状態にある前記潜熱蓄熱材の融液の粘度を高める増粘剤が配合され、前記蓄熱材収容具内には、前記潜熱蓄熱材と前記増粘剤とを含む潜熱蓄熱材組成物が収容されていること、前記蓄熱材収容具内の前記潜熱蓄熱材組成物を、前記熱媒体の上方位置から鉛直方向下方に向けて投影したときの前記潜熱蓄熱材組成物の断面積を、鉛直側断面積Svとし、前記熱媒体を通じて水平方向に向けて投影したときの前記潜熱蓄熱材組成物の断面積を、水平側断面積Shとすると、前記蓄熱材収容具内に収容された状態にある前記潜熱蓄熱材組成物では、Sv<Sh ・・・式(1) 前記式(1)の条件を満たしていること、前記潜熱蓄熱材組成物を収容した状態にある前記蓄熱材収容具は、水平方向に沿う厚みの変化を許容範囲内に制限するガイド手段により、拘束された状態で、かつ配置姿勢を維持した状態で、前記熱媒体の中に収容されていること、を特徴とする。
(2)(1)に記載する潜熱蓄熱材の蓄熱槽内配置方法において、前記蓄熱材収容具は、樹脂と金属とを積層した複層構造で、融着可能な材質からなる袋または容器であり、当該蓄熱材収容具の外形輪郭をなす外周縁の少なくとも一部に、融着により封止された融着部を有していること、を特徴とする。
(3)(2)に記載する潜熱蓄熱材の蓄熱槽内配置方法において、前記蓄熱材収容具は、ポリエチレン(PE:polyethylene)、ポリプロピレン (PP:polypropylene)、またはポリエチレンテレフタラート(PET:polyethylene terephthalate)の少なくともいずれかの材質を含むフィルム状樹脂層に、アルミニウムを蒸着したラミネート構造の袋であること、を特徴とする。
(4)(2)または(3)に記載する潜熱蓄熱材の蓄熱槽内配置方法において、前記潜熱蓄熱材組成物は、複数の前記蓄熱材収容具により、入れ子のように、多重に重ね合わせた状態の下で、収容されていること、を特徴とする。
(5)(1)乃至(4)のいずれか1つに記載する潜熱蓄熱材の蓄熱槽内配置方法において、前記ガイド手段は、前記潜熱蓄熱材組成物を収容した状態にある前記蓄熱材収容具を1または複数、前記蓄熱材収容具の伝熱面で前記熱媒体と接触可能な状態で収容可能な内部空間を有し、前記内部空間を包囲する少なくとも側部を、目開きを有する網状に形成されたものであること、を特徴とする。
(6)(1)乃至(5)のいずれか1つに記載する潜熱蓄熱材の蓄熱槽内配置方法において、前記潜熱蓄熱材は、無機塩水和物からなること、前記無機塩水和物に含む水和水を脱離した無水和物と、加えた水とを、前記蓄熱材収容具内で水和反応させることにより、前記無機塩水和物を生成し、前記蓄熱材収容具内に封入すること、を特徴とする。
(7)(1)乃至(6)のいずれか1つに記載する潜熱蓄熱材の蓄熱槽内配置方法において、前記潜熱蓄熱材の主成分は、ミョウバン水和物であること、を特徴とする。
(8)(7)に記載する潜熱蓄熱材の蓄熱槽内配置方法において、前記ミョウバン水和物は、アンモニウムミョウバン12水和物(AlNH4(SO4)2・12H2O)、または、カリウムミョウバン12水和物(AlK(SO4)2・12H2O)であること、を特徴とする。
(9)(1)乃至(8)のいずれか1つに記載する潜熱蓄熱材の蓄熱槽内配置方法において、前記増粘剤は、糖アルコールに属する物質であること、を特徴とする。
(10)(9)に記載する潜熱蓄熱材の蓄熱槽内配置方法において、増粘剤は、マンニトール(C6H14O6)であること、を特徴とする。
(11)(1)乃至(8)のいずれか1つに記載する潜熱蓄熱材の蓄熱槽内配置方法において、増粘剤は、ヘテロ多糖(hetero polysaccharide)に属する水溶性の多糖類で、前記潜熱蓄熱材組成物に含まれる水とカチオンとの相互作用に基づいて、液相状態にある前記潜熱蓄熱材組成物の融液の粘度を高める物性を有するゲランガム相当物質であること、を特徴とする。
(13)相変化に伴う潜熱の出入りを利用して蓄熱またはその放熱を行う潜熱蓄熱材に、該潜熱蓄熱材の物性を調整する添加剤を配合してなる潜熱蓄熱材組成物と、前記潜熱蓄熱材組成物との間で熱を移動させるための媒体である熱媒体と、前記潜熱蓄熱材組成物を内部に収容する蓄熱材収容具とを、備えた潜熱蓄熱槽において、前記潜熱蓄熱材組成物は、(1)乃至(12)のいずれか1つに記載する潜熱蓄熱材の蓄熱槽内配置方法で、配設されていること、を特徴とする。
(1)相変化に伴う潜熱の出入りを利用して蓄熱またはその放熱を行う潜熱蓄熱材を、蓄熱材収容具の内部に密閉し、該潜熱蓄熱材により、潜熱蓄熱槽内の熱媒体との間で該蓄熱材収容具を介して熱の移動を行うのにあたり、該潜熱蓄熱材が該蓄熱材収容具内に収容された状態にあるときの該潜熱蓄熱材の配置態様である潜熱蓄熱材の蓄熱槽内配置方法において、液相状態にある潜熱蓄熱材の融液の粘度を高める増粘剤が配合され、蓄熱材収容具内には、潜熱蓄熱材と増粘剤とを含む潜熱蓄熱材組成物が収容されていること、蓄熱材収容具内の潜熱蓄熱材組成物を、熱媒体の上方位置から鉛直方向下方に向けて投影したときの潜熱蓄熱材組成物の断面積を、鉛直側断面積Svとし、熱媒体を通じて水平方向に向けて投影したときの潜熱蓄熱材組成物の断面積を、水平側断面積Shとすると、蓄熱材収容具内に収容された状態にある潜熱蓄熱材組成物では、Sv<Sh ・・・式(1) 式(1)の条件を満たしていること、潜熱蓄熱材組成物を収容した状態にある蓄熱材収容具は、水平方向に沿う厚みの変化を許容範囲内に制限するガイド手段により、拘束された状態で、かつ配置姿勢を維持した状態で、熱媒体の中に収容されていること、を特徴とする。この特徴により、潜熱蓄熱材組成物が融液の状態になったときに、潜熱蓄熱材組成物の融液が、蓄熱完了時に蓄熱材収容具の下方に移動し、潜熱蓄熱材組成物の入った蓄熱材収容具の厚みが、その上下側で均一ではないため、熱媒体は、潜熱蓄熱材組成物の入った蓄熱材収容具同士の間を流通し易くなる。しかも、膨張した、潜熱蓄熱材組成物の入った蓄熱材収容具の態様は、隣接する蓄熱材収容具毎に異なるため、たとえ膨張部分で局部的に接触したとしても、その接触面積は、比較的小さく抑えることができる。また、潜熱蓄熱材組成物を蓄熱材収容具内に収容した蓄熱材封入パックが、縦置き姿勢で潜熱蓄熱槽に配されても、潜熱蓄熱材組成物の融液では、増粘剤により、構成成分を均一に分散した状態が維持できている。そのため、潜熱蓄熱材組成物が、液相と固相との間で相変化を繰り返し行っても、構成成分の分布を均一に保つことができている。ひいては、潜熱蓄熱材組成物の融点・凝固点等の物性が変動するのを抑制することができる。
(13)相変化に伴う潜熱の出入りを利用して蓄熱またはその放熱を行う潜熱蓄熱材に、該潜熱蓄熱材の物性を調整する添加剤を配合してなる潜熱蓄熱材組成物と、潜熱蓄熱材組成物との間で熱を移動させるための媒体である熱媒体と、潜熱蓄熱材組成物を内部に収容する蓄熱材収容具とを、備えた潜熱蓄熱槽において、潜熱蓄熱材組成物は、(1)乃至(12)のいずれか1つに記載する潜熱蓄熱材の蓄熱槽内配置方法で、配設されていること、を特徴とする。上述の潜熱蓄熱材の蓄熱槽内配置方法により、潜熱蓄熱材組成物内の潜熱蓄熱材に対し、熱媒体と当該潜熱蓄熱材の間の伝熱速度を、比較的速くすることができる。そのため、潜熱蓄熱材組成物の過冷却現象を防止し、潜熱蓄熱材組成物の相変化に伴う状態変化(蓄熱材としての機能)が安定し、このような潜熱蓄熱材組成物を用いた潜熱蓄熱槽は、熱供給源と熱提供先との間で行う熱エネルギの授受について、高い信頼性で実現することができる。
以下、本発明に係る潜熱蓄熱材組成物、及びこの潜熱蓄熱材組成物を用いた潜熱蓄熱槽について、実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。本実施形態に係る潜熱蓄熱材の蓄熱槽内配置方法は、相変化に伴う潜熱の出入りを利用して蓄熱またはその放熱を行う潜熱蓄熱材を、蓄熱材収容具の内部に密閉し、この潜熱蓄熱材により、潜熱蓄熱槽内の熱媒体との間で蓄熱材収容具を介して熱の移動を行うのにあたり、潜熱蓄熱材が、蓄熱材収容具内に収容された状態にあるときの潜熱蓄熱材の配置態様である。
はじめに、潜熱蓄熱槽の概要について、簡単に説明する。図1は、本実施形態に係る潜熱蓄熱槽を例示した模式図である。図1に示すような潜熱蓄熱槽80は、例えば、病院やビルの発電に用いるコジェネレーション(CogenerationまたはCombined Heat and Power)のガスエンジンシステム等の熱供給源と、この熱供給源で生じた排熱に有する熱エネルギを利用する熱提供先の設備との間に設置される。潜熱蓄熱槽80は、何れも図示しない第1熱交換器及び第2熱交換器と配管で接続されており、潜熱蓄熱槽80、第1熱交換器、及び第2熱交換器は、循環流路をなす配管系統で連通している。潜熱蓄熱槽80の容積は、本実施形態では、160Lである。
実施例1に係る潜熱蓄熱材の蓄熱槽内配置方法では、潜熱蓄熱材組成物3の作製方法、融点調整剤21と増粘剤22とを兼ねた添加剤20の使用、バスケット71の大きさ、蓄熱材収容ユニット70の態様が、比較例1に係る潜熱蓄熱材の蓄熱槽内配置方法と異なっている。添加剤20は、糖アルコールに属する物質であり、本実施例1では、融点調整剤21と増粘剤22とを兼ねたマンニトール(C6H14O6)である。
Sv<Sh ・・・式(1)
式(1)の条件を満たしている。つまり、空隙部4は必然的に生じてしまうが、その空隙部4と蓄熱材封入パック1の側面(図6中、左右の側面)との接触面積は、蓄熱材封入パック1の側面全体の面積の一部に過ぎない。
比較例1に係る潜熱蓄熱材の蓄熱槽内配置方法について、実施例1に係る潜熱蓄熱材の蓄熱槽内配置方法と異なる点だけを挙げて説明する。なお、説明の中で、本実施形態の実施例2に係る蓄熱材の容器内封入方法の内容と重複する部分は、省略または簡潔化する。
比較例1に係る蓄熱材の容器内封入方法の概要について、図9を用いて簡単に説明する。図9は、比較例1に係る蓄熱材収容ユニットに具備した潜熱蓄熱材組成物の作製工程を示すフロー図である。潜熱蓄熱材組成物3を生成するにあたり、潜熱蓄熱材10であるアンモニウムミョウバン水和物10の粉末を90g、融点調整剤21である無水硫酸ナトリウム(Na2SO4)の粉末を2g、増粘剤22であるマンニトールの粉末を8g、それぞれ秤量し、これらを採取する。アンモニウムミョウバン水和物10は、粒子を平均1mm程度の大きさに粉砕した粉末状である。融点調整剤21と増粘剤22とは何れも、粒子を平均数百μm程度の大きさに粉砕した粉末状である(図9中、(a))。
Sv<Sh ・・・式(1)
式(1)の条件は満たしていない。つまり、蓄熱材封入パック1内に混入した空気は、封入袋50の上面全体に接した幅広な空隙部4を形成している。幅広な空隙部4が生じると、封入袋50を介して、熱媒体83から潜熱蓄熱材組成物3(潜熱蓄熱材10)に蓄熱するときや、潜熱蓄熱材10から熱媒体83に放熱するときに、空隙部4で熱伝導を遮る割合が増えてしまい、熱伝導の低下を招いてしまう。
・検証実験1では、前述した実施例1に係る潜熱蓄熱材の蓄熱槽内配置方法による潜熱蓄熱材組成物3の状態(実施例1の試料)と、前述した比較例1に係る潜熱蓄熱材の蓄熱槽内配置方法による潜熱蓄熱材組成物3の状態(比較例1の試料)を用いてそれぞれ、蓄熱試験と放熱試験とを行った。
・検証実験1では、潜熱蓄熱槽80はタンク容量160Lである。
・蓄熱材封入パック1で、封入袋50内に封入した潜熱蓄熱材組成物3は100gである。
・潜熱蓄熱槽80内に、実施例1では蓄熱材収容ユニット70を、比較例1では蓄熱材収容ユニット70Aを、熱媒体83である水に浸漬させ、実施例1と比較例1とも、水位を100cmとした。
・さらに実施例1と比較例1とも、潜熱蓄熱槽80内の水に、流動パラフィンを1.5L(潜熱蓄熱槽80の深さで1cm相当分)加えることにより、流動パラフィンによる層を水面上に形成し、潜熱蓄熱槽80内から水分の蒸発を防止した。実際に別の実験で、2日間、90℃に保持された温水に流動パラフィン層を形成した場合でも、流動パラフィン層により温水の水位に変動はなく、水分の蒸発はないことが確認できている。
・蓄熱試験では、潜熱蓄熱槽80の外部に、電気ヒータ(前述した第1熱交換器に相当)と冷水との間で熱を交換する熱交換器(前述した第2熱交換器に相当)を直列に配管した管路で、熱媒体83である温水をポンプにより循環させ、熱交換器には冷水を流さず、温水を、電気ヒータにより設定温度の80℃まで昇温して、この温度に保持させた。
・その後、この電気ヒータの設定温度を90℃に変更し、水温を80℃から90℃に昇温し、蓄熱材封入パック1内の潜熱蓄熱材組成物3に蓄熱を行った。このとき、ポンプで循環させる温水の流量は、7.5L/min.で一定とした。
・放熱試験では、電気ヒータと冷水との間で熱を交換する熱交換器を直列に配管した上述の管路で、潜熱蓄熱槽80の温水をポンプにより循環させ、電気ヒータの設定温度を80℃とした上で、熱交換器に冷水を通じることにより、潜熱蓄熱槽80内の温水を、90℃から80℃まで低下させ、蓄熱材封入パック1内の潜熱蓄熱材組成物3で放熱を行った。このとき、ポンプで循環させる温水の流量は、7.5L/min.で一定とした。
・蓄熱試験では、実施例1と比較例1とにおいて、潜熱蓄熱材組成物3(潜熱蓄熱材10)の蓄熱量が、300kJ/Lに到達するまでの所要時間を求めた後、蓄熱速度を算出した。
・そして、実施例1と比較例1との対比により、蓄熱速度に差異があるか否かを調べ、蓄熱速度の違いにより、実施例1の有意性の有無を確認した。
・放熱試験では、実施例1と比較例1とにおいて、潜熱蓄熱材組成物3(潜熱蓄熱材10)の放熱量が、300kJ/Lに到達するまでの所要時間を求めた後、放熱速度を算出した。
・そして、実施例1と比較例1との対比により、放熱速度に差異があるか否かを調べ、放熱速度の違いにより、実施例1の有意性の有無を確認した。
蓄熱速度の算出と放熱速度の算出にあたり、次の式(2)を用いた。なお、式(2)では、潜熱蓄熱材組成物3(潜熱蓄熱材10)を、「PCM」と略記している。
HPCM[kJ/L]:PCMの蓄熱密度、またはPCMの放熱密度
ρPCM[kg/L]:PCMの密度
MPCM[kg]:潜熱蓄熱槽(160L)へのPCMの充填量
t[s]:測定開始からの時刻
Cpw[kJ/kg・K]:水の定圧比熱
ρW[kg/L]:水の密度
Qw[L/s]:循環温水の流量
Tin[℃]:潜熱蓄熱槽への循環温水の流入温度
Tout[℃]:潜熱蓄熱槽からの循環温水の流出温度
K[kJ/K]:槽内温水と潜熱蓄熱槽外面の間の総括伝熱係数
Tav[℃]:潜熱蓄熱槽内の平均水温
Tair[℃]:外気温
V[L]:潜熱蓄熱槽内充填物の体積合計
α[−]:PCMの袋充填に伴う体積増加率
Ms[kg]:ステンレス鋼製バスケットの重量
ρs[kg/L]:ステンレス鋼の密度
Cps[kJ/kg・K]:ステンレス鋼の定圧比熱
Tt[℃]:時間tにおける潜熱蓄熱槽内の平均水温
T0[℃]:潜熱蓄熱槽内の平均水温の初期値
・第一項において、循環温水に対し、流量、潜熱蓄熱槽80の流入口側と流出口側との温度差、密度、比熱より、昇温時の潜熱蓄熱槽80への入熱量、または降温時の潜熱蓄熱槽80からの抜熱量について、熱量の総量を算出した。
・第二項において、潜熱蓄熱槽80の平均水温と外気温の差より、潜熱蓄熱槽80の側壁面からの放熱ロスの総量を求めた。但し、潜熱蓄熱槽80内で、温水の水面に浮かべた流動パラフィンにより、潜熱蓄熱槽80内の温水の蒸発は抑止できているため、温水蒸発による影響は無視した。
・第三項において、潜熱蓄熱槽80の温水と、ステンレス鋼製のバスケット71,71Aの顕熱の蓄熱量、またはその顕熱の放熱量を演算した。
・そして、第一項の演算結果から、第二項の演算結果と第三項の演算結果とを、減算処理することで、PCMの蓄熱密度、またはPCMの放熱密度を導出した。
図12は、実施例1に係る潜熱蓄熱材の蓄熱槽内配置方法で収容された潜熱蓄熱材組成物に対し、その潜熱蓄熱材組成物1L当たりの蓄熱量と時間との関係を調査した検証実験1で、試料の蓄熱量の測定結果を示したグラフである。図13は、図12に続き、同じ試料による放熱量の測定結果を示すグラフである。図14は、潜熱蓄熱材組成物1L当たりの蓄熱量と時間との関係を調査した検証実験1で、比較例1に係る潜熱蓄熱材の蓄熱槽内配置方法で収容された潜熱蓄熱材組成物に対し、その蓄熱量の測定結果を示したグラフである。図15は、図14に続き、同じ試料による放熱量の測定結果を示すグラフである。図16は、検証実験1及び検証実験2に関し、実施例1に係る試料と、比較例1に係る試料との対比による蓄熱速度・放熱速度の結果をまとめた表である。なお、図12〜図16では、潜熱蓄熱材組成物3(潜熱蓄熱材10)を、「PCM」と略記している。
比較例1では、図10に示すように、潜熱蓄熱材組成物3が、鉛直側断面積Svが水平側断面積Shより大きくなる縦向きの姿勢で潜熱蓄熱槽80内に収容されているため、蓄熱完了時に潜熱蓄熱材組成物3の融液の一部が、封入袋50の下方に偏り、潜熱蓄熱材組成物3の上部には、封入袋50内に混入していた空気により、幅広な空隙部4が形成されてしまう。この幅広な空隙部4は、蓄熱材封入パック1(封入袋50)の伝熱面5の一面側全域に接触して、温水(熱媒体83)への放熱時に、伝熱が著しく悪化したため、実施例1に比べ、放熱速度は低下したものと考えられる。
検証実験2は、100gの潜熱蓄熱材組成物3を封入袋50に封入した蓄熱材封入パック1に対し、その1Lあたりの部分において、蓄熱速度や放熱速度と共に、空気混入率を算出して比較するものである。そして、蓄熱速度(または放熱速度)と、空気混入率について、実施例1の場合と比較例1の場合とを、対比した。なお、蓄熱材封入パック1に対し1Lあたりの蓄熱速度(または放熱速度)の算出と、空気混入率は、次述する演算式により基づいて行った。
・蓄熱材封入パック1に対し1Lあたりの蓄熱速度(または放熱速度)=潜熱蓄熱材組成物3に対し1Lあたりの蓄熱速度(または放熱速度)/潜熱蓄熱材組成物3を100g封入した蓄熱材封入パック1の体積/100gの潜熱蓄熱材組成物3の体積
・空気混入率[%]=100×(封入袋50の容積−潜熱蓄熱材組成物3)/封入袋50の容積
図16に示すように、蓄熱速度では、実施例1の蓄熱速度は、9.1[W/L]であり、比較例1の放熱速度7.9[W/L]の約1.2倍も早かった。また、実施例1の放熱速度は、13.0[W/L]であり、比較例1の放熱速度4.5[W/L]の約2.9倍も早かった。また、100gの潜熱蓄熱材組成物3を封入袋50に封入した場合には、比較例1では、空気混入率が40.3%であった。実施例1では、空気混入率が25.9%であった。なお、200gの潜熱蓄熱材組成物3を封入袋50に封入した場合では、実施例1による空気混入率は1.8%であった。
実施例1では、潜熱蓄熱材10の作製時に、焼アンモニウムミョウバン(AlNH4(SO4)2)粒子の間に、マンニトール水溶液30が侵入することで、粒子間にあった空気を外部に出すことができるため、実施例1の場合の空気混入率が、比較例1の場合に比して、低くなるものと考えられる。
次に、潜熱蓄熱槽80で使用した蓄熱材収容ユニット70内の蓄熱材封入パック1(縦22cm×横16cmで、縦22cmの辺を上下方向に配置)を、潜熱蓄熱槽80から取り出し、80個の蓄熱材封入パック1の中から、任意に10個の蓄熱材封入パック1を抽出して、これらの厚みを実測する確認調査を行った。図17は、実施例1に係る潜熱蓄熱材の蓄熱槽内配置方法により配設された蓄熱材封入パックを対象とした確認調査で、蓄熱材封入パックの厚みを測定する部位を模式的に示した説明図である。
・抽出した10個の蓄熱材封入パック1(サンプル)について、図17に示すように、上端から3cmの位置にある位置P、下端から3cmの位置にある位置R、及び位置Pと位置Rの中央部の位置にある位置Qで、蓄熱材封入パック1の厚みtをノギスで測定した。
図18は、確認調査で蓄熱材封入パックの厚みの測定結果をまとめた表である。図18に示すように、各サンプルとも、蓄熱材封入パック1の中央部の厚みや、下方部の厚みが、上方部の厚みより厚くなっていた。
測定結果より、変化した厚みの程度の差は、サンプル毎にあるが、何れのサンプルでも、潜熱蓄熱材組成物3が加熱され、液相状態になったとき、潜熱蓄熱材組成物3の融液の一部が、封入袋50の下方に移動したことにより、蓄熱材封入パック1の中央部や下方部で、厚みが増加したものと、推察される。このように、蓄熱材封入パック1のそれぞれで、厚みが不均一になったことで、図7に示すように、隣り合う蓄熱材封入パック1の伝熱面5に、間隙Kが形成され易く、熱媒体83がこの間隙Kを流通し易くなる。そのため、間隙Kを流通する熱媒体83が、隣り合う蓄熱材封入パック1の伝熱面5に接触して、熱伝導を行う伝熱性能が、より一層向上する要因の一つになっているものと考えられる。
(2)また、実施形態の実施例1では、増粘剤と融点調整剤を兼ねたマンニトールにより潜熱蓄熱材組成物3の融点を約90℃に調整したが、融点調整剤は、比較例1のように、増粘剤と別々に用いても良い。また、融点調整剤により調整される蓄熱材組成物の融点温度は、約90℃に限定されるものではなく、蓄熱材組成物から放熱される熱を利用する熱供給先で、必要する熱源の温度に対応した温度に調整されたものであれば良い。
(4)また、実施形態では、ガイド手段の一例であるバスケット71を、ステンレス鋼製の網かごとしたが、ガイド手段は、例えば、ステンレス鋼製の棚等のように、潜熱蓄熱材組成物を収容した状態にある蓄熱材収容具を、拘束された状態で、かつ配置姿勢を維持した状態で、熱媒体の中に収容し、水平方向に沿う厚みの変化を許容範囲内に制限するものであれば、何でも良い。
(5)また、実施形態では、蓄熱材として、相変化に伴う潜熱の移動により蓄熱または放熱を行う潜熱蓄熱材を挙げたが、蓄熱材は、水との化学反応に伴う反応熱の出入りを利用して蓄熱または放熱を行う化学蓄熱材にも適用できる場合があるものと考えられる。
10 潜熱蓄熱材(無機塩水和物)
11 無水和物
12 水
20 添加剤
22 増粘剤
40 漏洩防止用内袋(蓄熱材収容具)
50 封入袋(蓄熱材収容具)
54 融着部
71 バスケット(ガイド手段)
72 内部空間
73 側部
80 潜熱蓄熱槽
83 熱媒体
H 水平方向
V 鉛直方向
Sh 水平側断面積
Sv 鉛直側断面積
t 厚み
Claims (13)
- 相変化に伴う潜熱の出入りを利用して蓄熱またはその放熱を行う潜熱蓄熱材を、蓄熱材収容具の内部に密閉し、該潜熱蓄熱材により、潜熱蓄熱槽内の熱媒体との間で該蓄熱材収容具を介して熱の移動を行うのにあたり、該潜熱蓄熱材が該蓄熱材収容具内に収容された状態にあるときの該潜熱蓄熱材の配置態様である潜熱蓄熱材の蓄熱槽内配置方法において、
液相状態にある前記潜熱蓄熱材の融液の粘度を高める増粘剤が配合され、
前記蓄熱材収容具内には、前記潜熱蓄熱材と前記増粘剤とを含む潜熱蓄熱材組成物が収容されていること、
前記蓄熱材収容具内の前記潜熱蓄熱材組成物を、
前記熱媒体の上方位置から鉛直方向下方に向けて投影したときの前記潜熱蓄熱材組成物の断面積を、鉛直側断面積Svとし、前記熱媒体を通じて水平方向に向けて投影したときの前記潜熱蓄熱材組成物の断面積を、水平側断面積Shとすると、
前記蓄熱材収容具内に収容された状態にある前記潜熱蓄熱材組成物では、
Sv<Sh ・・・式(1)
前記式(1)の条件を満たしていること、
前記潜熱蓄熱材組成物を収容した状態にある前記蓄熱材収容具は、水平方向に沿う厚みの変化を許容範囲内に制限するガイド手段により、拘束された状態で、かつ配置姿勢を維持した状態で、前記熱媒体の中に収容されていること、
を特徴とする潜熱蓄熱材の蓄熱槽内配置方法。 - 請求項1に記載する潜熱蓄熱材の蓄熱槽内配置方法において、
前記蓄熱材収容具は、樹脂と金属とを積層した複層構造で、融着可能な材質からなる袋または容器であり、当該蓄熱材収容具の外形輪郭をなす外周縁の少なくとも一部に、融着により封止された融着部を有していること、
を特徴とする潜熱蓄熱材の蓄熱槽内配置方法。 - 請求項2に記載する潜熱蓄熱材の蓄熱槽内配置方法において、
前記蓄熱材収容具は、ポリエチレン(PE:polyethylene)、ポリプロピレン (PP:polypropylene)、またはポリエチレンテレフタラート(PET:polyethylene terephthalate)の少なくともいずれかの材質を含むフィルム状樹脂層に、アルミニウムを蒸着したラミネート構造の袋であること、
を特徴とする潜熱蓄熱材の蓄熱槽内配置方法。 - 請求項2または請求項3に記載する潜熱蓄熱材の蓄熱槽内配置方法において、
前記潜熱蓄熱材組成物は、複数の前記蓄熱材収容具により、入れ子のように、多重に重ね合わせた状態の下で、収容されていること、
を特徴とする潜熱蓄熱材の蓄熱槽内配置方法。 - 請求項1乃至請求項4のいずれか1つに記載する潜熱蓄熱材の蓄熱槽内配置方法において、
前記ガイド手段は、前記潜熱蓄熱材組成物を収容した状態にある前記蓄熱材収容具を1または複数、前記蓄熱材収容具の伝熱面で前記熱媒体と接触可能な状態で収容可能な内部空間を有し、前記内部空間を包囲する少なくとも側部を、目開きを有する網状に形成されたものであること、
を特徴とする潜熱蓄熱材の蓄熱槽内配置方法。 - 請求項1乃至請求項5のいずれか1つに記載する潜熱蓄熱材の蓄熱槽内配置方法において、
前記潜熱蓄熱材は、無機塩水和物からなること、
前記無機塩水和物に含む水和水を脱離した無水和物と、加えた水とを、前記蓄熱材収容具内で水和反応させることにより、前記無機塩水和物を生成し、前記蓄熱材収容具内に封入すること、
を特徴とする潜熱蓄熱材の蓄熱槽内配置方法。 - 請求項1乃至請求項6のいずれか1つに記載する潜熱蓄熱材の蓄熱槽内配置方法において、
前記潜熱蓄熱材の主成分は、ミョウバン水和物であること、
を特徴とする潜熱蓄熱材の蓄熱槽内配置方法。 - 請求項7に記載する潜熱蓄熱材の蓄熱槽内配置方法において、
前記ミョウバン水和物は、アンモニウムミョウバン12水和物(AlNH4(SO4)2・12H2O)、または、カリウムミョウバン12水和物(AlK(SO4)2・12H2O)であること、
を特徴とする潜熱蓄熱材の蓄熱槽内配置方法。 - 請求項1乃至請求項8のいずれか1つに記載する潜熱蓄熱材の蓄熱槽内配置方法において、
前記増粘剤は、糖アルコールに属する物質であること、
を特徴とする潜熱蓄熱材の蓄熱槽内配置方法。 - 請求項9に記載する潜熱蓄熱材の蓄熱槽内配置方法において、
増粘剤は、マンニトール(C6H14O6)であること、
を特徴とする潜熱蓄熱材の蓄熱槽内配置方法。 - 請求項1乃至請求項8のいずれか1つに記載する潜熱蓄熱材の蓄熱槽内配置方法において、
増粘剤は、ヘテロ多糖(hetero polysaccharide)に属する水溶性の多糖類で、前記潜熱蓄熱材組成物に含まれる水とカチオンとの相互作用に基づいて、液相状態にある前記潜熱蓄熱材組成物の融液の粘度を高める物性を有するゲランガム相当物質であること、
を特徴とする潜熱蓄熱材の蓄熱槽内配置方法。 - 請求項11に記載する潜熱蓄熱材の蓄熱槽内配置方法において、
増粘剤は、ゲランガム(gellan gum)であること、
を特徴とする潜熱蓄熱材の蓄熱槽内配置方法。 - 相変化に伴う潜熱の出入りを利用して蓄熱またはその放熱を行う潜熱蓄熱材に、該潜熱蓄熱材の物性を調整する添加剤を配合してなる潜熱蓄熱材組成物と、前記潜熱蓄熱材組成物との間で熱を移動させるための媒体である熱媒体と、前記潜熱蓄熱材組成物を内部に収容する蓄熱材収容具とを、備えた潜熱蓄熱槽において、
前記潜熱蓄熱材組成物は、請求項1乃至請求項12のいずれか1つに記載する潜熱蓄熱材の蓄熱槽内配置方法で、配設されていること、
を特徴とする潜熱蓄熱槽。
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