JP2799251B2 - 潜熱蓄熱剤 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、０℃未満の温度で、潜
熱を特定の一定温度の冷熱として取り出せる潜熱蓄熱剤
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、０℃未満の温度で蓄熱や熱伝導を
行う媒体として、エチレングリコール、プロピレングリ
コール、塩化カルシウム、塩化ナトリウムなどの水溶液
が、いわゆるブラインとして使用されている。

【０００３】このブラインは、顕熱を利用して蓄熱およ
び熱伝導を行うために、使用にあたり大量のブラインを
必要とする。そのため、ブライン槽が大容量になり、こ
のブラインを用いた蓄熱システムは、大型になる。

【０００４】そこで、潜熱を蓄熱に利用する蓄熱方法と
して、例えば特開昭６２−６２１９２号公報に記載の構
成が知られている。この蓄熱方法では、潜熱蓄熱剤とし
て、塩化ナトリウムなどの水の凝固点降下剤を水に溶解
させた水溶液を使用し、この水溶液における凝固点降下
剤の濃度は、水との共晶濃度以下になるように調整され
ている。そして、潜熱を蓄熱して凍結した潜熱蓄熱剤が
融解する時に、放出される潜熱を冷熱として利用してい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記特開昭
６２−６２１９２号公報に記載の従来の潜熱蓄熱剤で
は、水溶液中の凝固点降下剤の濃度は、共晶濃度以下に
調節されていて、特に共晶濃度では、理論的にはそれぞ
れ特定の一定温度の凝固および融解潜熱が得られる。

【０００６】しかし、潜熱を取り出す時の潜熱蓄熱剤の
融解過程において、この潜熱蓄熱剤の温度が一定に保持
されにくく、潜熱を特定の一定温度の冷熱として得られ
ないことが多い。

【０００７】これは、蓄熱して凍結した氷と凝固点降下
剤との共晶固体が融解する際、氷は水になるとともに、
凝固点降下剤の結晶は水に溶解していくが、この凝固点
降下剤の結晶の溶解速度が小さいと、凝固点降下剤の結
晶が水に解けずに残ることになる。このため、共晶固体
が融解しにくくなり、潜熱が一定の温度で放出されない
ので、この潜熱蓄熱剤の温度が上昇して、潜熱が特定の
一定温度の冷熱として得られないことになる。特に、凝
固点降下剤の共晶濃度が高い潜熱蓄熱剤においては、顕
著になる。

【０００８】本発明の目的は、上記問題点に鑑みなされ
たもので、潜熱を０℃未満の特定の一定温度の冷熱とし
て長時間にわたって取り出すことのできる潜熱蓄熱剤を
提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の潜熱蓄熱剤は、
水の凝固点降下剤と水とからなる凝固点降下剤水溶液で
あって、前記凝固点降下剤の濃度は、前記水との共晶濃
度が７０％以上９８％以下となる濃度に設定されたもの
である。

【００１０】

【作用】本発明の潜熱蓄熱剤は、水の凝固点降下剤と水
とからなる凝固点降下剤水溶液で、この凝固点降下剤の
濃度が、水との共晶濃度の７０％以上９８％以下となっ
ているので、潜熱蓄熱剤の凍結過程において、凝固点降
下剤水溶液は、潜熱を０℃未満の特定の一定温度で蓄熱
して凍結し、氷と凝固点降下剤の結晶とからなる共晶固
体になる。次に、凍結した潜熱蓄熱剤の融解過程におい
て、潜熱を放出する際、凝固点降下剤の凝固点降下剤水
溶液中の濃度が、共晶濃度よりも低いので、共晶固体が
融解して共晶固体の氷が水になるとともに、この共晶固
体の凝固点降下剤の結晶が速い溶解速度で水に溶解して
いくので、この共晶固体の融解が円滑に進行する。この
ため、凝固点降下剤水溶液の潜熱を冷熱として取り出す
ことのできる特定の一定温度の持続時間を、長くとるこ
とができる。

【００１１】なお、凝固点降下剤の濃度が水との共晶濃
度の７０％未満では、凝固点降下剤水溶液の凍結、融解
温度がそれぞれ特定の一定温度にならないので、潜熱を
一定温度の冷熱として得ることができなくなるととも
に、特定の一定の融解温度での持続時間が短くなる。ま
た、凝固点降下剤の濃度が水との共晶濃度の９８％を越
える場合では、凍結した凝固点降下剤水溶液の共晶固体
が融解する際、この共晶固体の融解に伴う凝固点降下剤
の結晶の水への溶解速度が小さいため、この凝固点降下
剤の結晶が水に溶解せずに残り、この共晶固体が融解し
にくくなって一定の温度で潜熱が放出されなくなるの
で、この潜熱を特定の一定温度の冷熱として取り出すこ
とのできる時間が短くなり、共晶濃度の水溶液からは、
潜熱を特定の一定温度の冷熱として長時間にわたって有
効に取り出すことができない。したがって、凝固点降下
剤の濃度が水との共晶濃度の７０％以上９８％以下にす
る。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の潜熱蓄熱剤の実施例を表およ
び図面を参照して説明する。

【００１３】本発明の潜熱蓄熱剤は、水の凝固点降下剤
と水とからなり、水に凝固点降下剤を溶解した凝固点降
下剤水溶液である。そして、この凝固点降下剤の濃度
は、水との共晶濃度の７０％以上９８％以下に調整され
ている。

【００１４】また、凝固点降下剤は、水溶液にしたとき
の凝固開始温度と融解開始温度との温度差が小さいもの
であり、例えば、塩化ナトリウム、塩化カルシウム、塩
化カリウムなどの塩化物、臭化ナトリウムなどの臭化物
などのハロゲン化物、燐酸３アルカリ塩、燐酸２アルカ
リ塩、燐酸１アルカリ塩などの燐酸塩、硝酸ナトリウ
ム、硝酸カリウムなどの硝酸塩、硫酸ナトリウムなどの
硫酸塩、炭酸カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナト
リウムなどの炭酸塩、酢酸ナトリウムなどの酢酸塩など
の塩類、グリシン、尿素、グリセリンなどから一種類を
選択して、凝固点降下剤として用いている。

【００１５】また、各凝固点降下剤は、水に対してそれ
ぞれ固有の共晶点を持っているので、各凝固点降下剤の
うち数種について共晶濃度および共晶温度を表１に示
す。

【００１６】

【表１】 次に、本発明の作用について説明する。

【００１７】凝固点降下剤のうち、硝酸ナトリウム、塩
化ナトリウム、塩化カリウムの各水溶液である凝固点降
下剤水溶液を潜熱蓄熱剤として、潜熱の蓄熱および放熱
を行った場合の凝固融解特性を、図１および表２に示
す。なお、比較のために、同時に、硝酸ナトリウム、塩
化ナトリウム、塩化カリウムのそれぞれの共晶濃度の水
溶液を潜熱蓄熱剤として潜熱の蓄熱および放熱を行った
場合の凝固融解特性を示す。なお、表２における融解温
度持続時間は、潜熱を放熱している時間として、凍結し
た各水溶液の融解開始温度よりこの水溶液の温度が１℃
上昇するのに要する時間として定義されている。

【００１８】

【表２】 ここで、実施例１の硝酸ナトリウム水溶液は、硝酸ナト
リウムの濃度が共晶濃度の９３％になっている。そし
て、潜熱の蓄熱を開始する凍結開始温度は、−２０．９
℃となり、一方、この潜熱の放熱を開始する融解開始温
度は、−２１．０℃となる。そして、潜熱を約２１．０
℃の冷熱として取り出すことができる融解過程におい
て、融解温度持続時間が、２．５時間となり、比較例１
の共晶濃度の硝酸ナトリウム水溶液に比べて略２．５倍
に延長される。

【００１９】また、実施例２の塩化ナトリウム水溶液
は、塩化ナトリウムの濃度が共晶濃度の８３％になって
いる。そして、潜熱の蓄熱を開始する凍結開始温度は、
−１９．０℃となり、一方、この潜熱の放熱を開始する
融解開始温度は、−２０．５℃となる。そして、潜熱を
約２０．５℃の冷熱として取り出すことができる融解過
程において、融解温度持続時間が、２．４時間となり、
比較例２の共晶濃度の塩化ナトリウム水溶液に比べて略
２．７倍に延長される。

【００２０】さらに、実施例３の塩化カリウム水溶液
は、塩化カリウムの濃度が共晶濃度の８６％になってい
る。そして、潜熱の蓄熱を開始する凍結開始温度は、−
１０．０℃となり、一方、この潜熱の放熱を開始する融
解開始温度は、−１０．７℃となる。そして、潜熱を約
１０．０℃の冷熱として取り出すことができる融解過程
において、融解温度持続時間が、２．６時間となり、比
較例３の共晶濃度の塩化カリウム水溶液に比べて略２．
６倍に延長される。

【００２１】これは、次に説明することによる。

【００２２】すなわち、一般に、水の凝固点降下剤と水
とからなる２成分系は、この凝固点降下剤の水に対する
共晶濃度が、凝固点降下剤の水に対する飽和濃度と略同
じ濃度になっている。

【００２３】また、凝固点降下剤水溶液からなる潜熱蓄
熱剤から、潜熱を特定の一定温度の冷熱として取り出す
ためには、蓄熱して水溶液が凍結した氷と凝固点降下剤
の結晶とからなる共晶固体が融解する際に、氷は水にな
ると同時に、凝固点降下剤の結晶が水に円滑に溶解して
いくことが必要になっている。

【００２４】そこで、上記実施例の各凝固点降下剤水溶
液は、凝固点降下剤の濃度が、共晶濃度の７０％以上９
８％以下に調整され、いずれも飽和濃度よりも低濃度な
ので、凝固点降下剤の結晶が水に溶解していく溶解速度
が速くなっている。このため、共晶固体が融解する際、
凝固点降下剤の結晶が水に溶解せずに残ることを防いで
いる。

【００２５】従って、潜熱蓄熱剤から潜熱を取り出す
時、共晶固体が融解する際は、常に凝固点降下剤の結晶
が水に溶解していくので、この潜熱を特定の一定温度の
冷熱として取り出すことができる融解温度持続時間を、
長くとることができる。従って、長時間にわたって特定
の一定温度の冷熱を安定して効率良く取り出すことがで
きる。

【００２６】なお、水の凝固点降下剤の濃度が共晶濃度
の７０％未満となる水溶液の場合、この水溶液の凍結、
融解温度がそれぞれ特定の一定温度にならないので、潜
熱を一定温度の冷熱として得ることができなくなるとと
もに、潜熱を特定の一定温度の冷熱として取り出すこと
のできる時間が短くなる。

【００２７】また、水の凝固点降下剤の濃度が共晶濃度
の９８％を越える水溶液の場合、凍結した凝固点降下剤
水溶液の共晶固体が融解する際、この共晶固体の融解に
伴う凝固点降下剤の結晶の水への溶解速度が小さいた
め、この凝固点降下剤の結晶が水に溶解せずに残る。こ
のため、この共晶固体が融解しにくくなり、一定の温度
で潜熱が放出されなくなるので、この潜熱を特定の一定
温度の冷熱として取り出すことのできる時間が短くな
る。従って、共晶濃度の水溶液からは、潜熱を特定の一
定温度の冷熱として長時間にわたって有効に取り出すこ
とができない。

【００２８】なお、上記実施例において、水の凝固点降
下剤の水溶液中の濃度は７０％以上９８％以下としてい
るが、好ましくは８０％以上９５％以下とすれば、さら
に、潜熱を、特定の一定温度の冷熱として、長時間にわ
たり、有効に取り出すことができる。従って、例えば塩
化ナトリウムの場合、水溶液中の濃度は、１６．８％以
上２３．５％以下としているが、好ましくは１９．２％
以上２２．８％以下にすると、さらに、潜熱を特定の一
定温度の冷熱として長時間にわたって有効に取り出すこ
とができる。

【００２９】また、凝固点降下剤水溶液には、必要に応
じて凝固点降下剤の他に防蝕剤や防バイ剤などを添加し
ても良い。

【００３０】

【発明の効果】本発明によれば、水の凝固点降下剤を水
に溶解した凝固点降下剤水溶液における凝固点降下剤の
濃度を、凝固点降下剤水溶液の凍結および融解温度がそ
れぞれ特定の一定温度になって潜熱を一定温度の冷熱と
して得られ、かつ、共晶固体の溶融の際に凝固点降下剤
の結晶が水へ溶解する速度が速くなる共晶濃度の７０％
以上９８％以下に設定したため、凝固点降下剤の濃度が
凝固点降下剤の水との飽和濃度よりも低濃度となり、蓄
熱して凍結した凝固点降下剤水溶液が融解する際、凝固
点降下剤の結晶が水に溶解していく溶解速度を速くする
ことができ、この凝固点降下剤の結晶が水に溶解せずに
残ることを防ぐことができる。このため、凍結した凝固
点降下剤水溶液の融解にともない放熱される潜熱を、特
定の一定温度の冷熱として、長時間にわたって安定して
効率良く取り出すことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例となる潜熱蓄熱剤を用いて潜熱
の蓄熱および放熱を行った場合の凝固融解特性図であ
る。

フロントページの続き (72)発明者 柴田 宗一郎 東京都千代田区内幸町一丁目１番３号 東京電力株式会社内 (72)発明者 嶋村 典行 東京都千代田区内幸町一丁目１番３号 東京電力株式会社内 (72)発明者 笠原 敬介 東京都中野区白鷺三丁目６番11号 (72)発明者 川村 邦明 茨城県北相馬郡守谷町みずき野一丁目13 番８号 (72)発明者 佐久間 誠一 神奈川県川崎市多摩区菅仙谷二丁目12番 14号 (72)発明者 杉山 邦夫 東京都荒川区東尾久七丁目２番35号 旭 電化工業株式会社内 (72)発明者 増茂 光男 東京都荒川区東尾久七丁目２番35号 旭 電化工業株式会社内 (72)発明者 進藤 穣 東京都荒川区東尾久七丁目２番35号 旭 電化工業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭59−93780（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−12684（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) C09K 5/00 ＷＰＩ／Ｌ（ＱＵＥＳＴＥＬ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水の凝固点降下剤と水とからなる凝固点
   降下剤水溶液であって、前記 凝固点降下剤の濃度は、前記水との共晶濃度が７０
   ％以上９８％以下となる濃度に設定されたことを特徴と
   した潜熱蓄熱剤。