JP2838597B2 - 蓄熱材の過冷却防止方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、液相から固相への相
変化を利用して熱エネルギーを蓄積する蓄熱材が、前記
相変化が期待される温度を下回っても相変化を誘発しな
い所謂過冷却状態になることを防止するための方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】潜熱蓄熱技術を実用化させるためには、
蓄熱材の過冷却を抑制することは必要不可欠な条件であ
る。このため、従来においては、例えば特開昭５９−１
２０６７６号公報に示されるように、蓄熱材に超音波振
動を与えて液体状態の蓄熱材に結晶核を生成させ、過冷
却状態に移行すること無く蓄熱材を凝固させ、または、
過冷却状態にあっても速やかに凝固を開始させる方法等
が考えられている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、超音波
発振素子は、周波数が一定であれば小さくできるが、異
なる周波数が必要になる時には振動子を取り替えなけれ
ばならない場合があり、また、１つの超音波発振素子で
振動周波数を可変にしようとすると素子自体が極めて大
きくなり、過冷却を防止するための装置を小型にできな
いという不都合があった。また、省エネルギーの見地よ
り、過冷却を防止するために必要な投入エネルギーを極
力小さくすることも重要なポイントである。

【０００４】そこで、この発明においては、上記欠点を
解消し、装置の小型化が図れると共に、投入エネルギー
を小さくすることができる蓄熱材の過冷却防止方法を提
供することを課題としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】しかして、この発明の要
旨とするところは、相変化を利用する畜熱材とこの蓄熱
材に対向して配された放電極との間に火花放電を起こし
前記蓄熱材の液相から固相への相変化を誘発させるよう
にしたことにある。

【０００６】

【作用】したがって、蓄熱材に放電する方式であるの
で、蓄熱材を収納する容器には、蓄熱材に接触するアー
スと、蓄熱材に対して所定の距離をおいて対峙する放電
極とを設けさえすればよく、放電により液相状態の蓄熱
材の表面または内部に刺激を与えれば、結晶核が生成さ
れて凝固が開始される。

【０００７】

【実施例】以下、この発明の実施例を図面に基づいて説
明する。図１において、この発明に係る蓄熱材の過冷却
防止装置が示され、該装置は、恒温槽１に相変化が−１
０度前後の例えばエチレングリコール水溶液２を収納
し、この恒温槽１内に前記水溶液２を冷却する冷却用熱
交換器３を侵潰し、この冷却用熱交換器３をこれと配管
結合された冷却源４から送られる冷媒で冷却し、前記水
溶液２を冷却できるようになっている。また、恒温槽１
の下方には、例えば電熱式のヒータ５が設けられ、電源
の投入により恒温槽１を介して水溶液を加熱できるよう
になっている。

【０００８】恒温槽１には、例えば、ポリエチレン等か
らなる有底の蓄熱材収納容器６が、例えば図示しない恒
温槽１の底に設けられた支持台に固定されている。この
蓄熱材収納容器６には、潜熱蓄熱材７として公知の５８
度の融点を持つＣＨ₃ ＣＯＯＮａ・３Ｈ₂ Ｏ（酢酸ナト
リウム）が収納されており、蓄熱材収納容器６は、この
酢酸ナトリウムの表面が恒温槽１の水溶液２の液面より
下方になるよう開口部８を水溶液の液面上に突出させた
状態で水溶液２に侵潰されている。

【０００９】蓄熱材収納容器６には、開口部８に嵌めら
れた蓋体９を介してアース電極１０と放電極１１が挿入
されている。アース電極１０は、蓄熱材７に侵潰される
よう蓄熱材収納容器６の下端近くまで延び、放電極１１
は、図２に示されるように、その先端が酢酸ナトリウム
の表面に対して所定の距離Ｌを隔てて対峙させてある。
電極材としては、いずれの電極もタングステンやステン
レス等の耐腐食性金属が用いられている。そして、放電
極１１にはこれに接続される電源（ＨＶ）１２から高圧
の直流電圧が印加され、放電極１１と蓄熱材７との間に
火花放電（コロナ放電）が誘発されるようになってい
る。

【００１０】また、蓄熱材収納容器６には、蓄熱材７の
温度を検出する温度計１３が、その感温部を蓄熱材７に
侵潰するよう蓋体９を介して挿入固定されている。

【００１１】上記構成のもとに、本出願人は、先ずヒー
タ５で恒温槽１の水溶液を温め、蓄熱材７が融解してそ
の温度を７０度に維持させた後にヒータ５を切り、冷却
用熱交換器３で恒温槽１の水溶液を冷却して４５度の過
冷却状態を形成し、この過冷却状態下において放電極１
１に高電圧を印加して過冷却状態の変化を調べた。この
実験においては、酢酸ナトリウムを５０ｇ用い、アース
電極１０と放電極１１を共にステンレス（ＳＵ５３０
４）で構成し、放電極１１と蓄熱材７との距離Ｌを１０
ｍｍ，印加電圧を１０ＫＶとした。

【００１２】図３は、上記実験結果を示すもので、過冷
却状態のもとで、高電圧を印加しておよそ８〜９秒程放
電を行うと、今まで液体状態だった酢酸ナトリウムが徐
々に固体に相変化し、放電を止めておよそ１０秒後に酢
酸ナトリウム全体が固化し、この蓄熱材７の温度は徐々
に上昇して５８度（融点）に至った。即ち、この実験か
ら放電によって蓄熱材７の相変化が誘発されたことは明
らかであり、放電による蓄熱材７への刺激が液相中で結
晶核を生成し、安定状態である固相への相変化を促した
ものと考えられる。

【００１３】しかして、過冷却状態が生じた後に、ある
いは過冷却状態が生じる前から蓄熱材７に放電を加えれ
ば、過冷却状態の持続を抑制でき、また過冷却状態を未
然に防止することができるものである。

【００１４】上記実施例においては、蓄熱材７として酢
酸ナトリウムを用いた場合を示したが、他の蓄熱材、例
えばＣＨ₃ （ＣＨ₂ ）ＣＯＯＨ（ラウリン酸）やＣａＣ
ｌ₂ ・６Ｈ₂ Ｏ（塩化カルシウム６水塩）等を用いても
よく、この場合、蓄熱材の種類に対する制御要素は、放
電極１１と蓄熱材７との距離Ｌが一定であれば、投入電
力量のみに支配される。蓄熱材１ｇ当たりの放電による
投入電力量のおよその目安は、数式１に示されるような
もので、蓄熱材の相変化は５〜３０秒程度の放電時間で
達成される。

【００１５】

【数１】 投入電力量≒０．７〔ｍＡ／ｇ〕・Ｖ〔ＫＶ〕 ・・・数式１

【００１６】ここで、Ｖは印加電圧を示す。蓄熱材の種
類に応じて印加電圧Ｖを２〜１５ＫＶの範囲で変化させ
る場合を考えると、投入電力量は、１．４〜１０．５Ｗ
となり、従来の超音波方式による投入電力量（３０〜９
０Ｗ）に比べて少なくなるものである。なお、図中の３
５ｍＡは、蓄熱材の５０ｇに対する電流量（０．７×５
０）を示す。

【００１７】また、放電方式による場合は、蓄熱材７が
液体であれば、通電性が良好であるために電圧が印加さ
れている限り放電を持続するが、相変化を起こして固体
になると、金属のような自由電子が存在しないため、蓄
熱材７の通電性が悪くなり、放電が自然に止まる。即
ち、本発明の方式によれば、液相から固相への相変化を
利用して電流制御を自然に行なうことができ、電源のオ
ンオフ機構を設けて蓄熱材７が液体であるときに電源を
投入する制御を行わなくても、電源を常時投入しておけ
ば同様の制御が実現できる。

【００１８】さらに、電極材としてステンレス等の耐腐
食性の金属を用いることができるので、電極材によって
蓄熱材７の物性が変化してしまうことがなく、また銀合
金等の高価な材質を用いなくて済むので、生産時のコス
トの低減を図ることができるものである。

【００１９】図４にこの発明の他の実施例が示され、こ
の実施例においては、蓄熱材収納容器６をステンレス等
の電極形成物質で構成して、アース電極１０をこの蓄熱
材収納容器６で代用し、該蓄熱材収納容器６にアース線
１４を接続している。他の構成については、前記実施例
と同様であるので同一構成要素に同一番号を付して説明
を省略する。このような構成においては、前記実施例と
同様の作用効果が得られることに加え、装置の構造をよ
り簡単にできるメリットもある。

【００２０】

【発明の効果】以上述べたように、この発明によれば、
火花放電により蓄熱材の液相から固相への相変化を誘発
させるようにしたので、装置の構造を簡単にでき、装置
自体の小型化が図れると共に、従来の超音波方式に比べ
て投入エネルギーを小さくすることができるものであ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】蓄熱材の過冷却防止装置の実施例を示す概略構
成図である。

【図２】同上における過冷却防止装置の要部を拡大した
拡大図である。

【図３】蓄熱材の相変化に伴う温度特性を示す線図であ
る。

【図４】蓄熱材の過冷却防止装置の他の実施例を示す概
略構成図である。

【符号の説明】

６ 容器 ７ 蓄熱材 １０ アース電極 １１ 放電極

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 相変化を利用する畜熱材とこの蓄熱材に
   対向して配された放電極との間に火花放電を起こし前記
   蓄熱材の液相から固相への相変化を誘発させるようにし
   たことを特徴とする蓄熱材の過冷却防止方法。