JP3742871B2

JP3742871B2 - 蓄熱体の製造方法

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Publication number: JP3742871B2
Application number: JP2000359163A
Authority: JP
Inventors: 平野　　聡
Original assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Current assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 2000-11-27
Filing date: 2000-11-27
Publication date: 2006-02-08
Anticipated expiration: 2020-11-27
Also published as: JP2002162182A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、蓄熱装置や蓄熱板に充填される蓄熱体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図７は従来における蓄熱体の断面図である。図７において、１１は蓄熱材で、水やパラフィン、塩化カルシウム六水和物、硫酸ナトリウム十水和物などの水和物が用いられる。１２は蓄熱材１１を密閉する容器であり、プラスチックスや金属が用いられる。容器１２は、蓄熱材１１に対する耐腐食性がある。１３は容器１２の栓で、容器１２がプラスチックスの場合には同材質のプラスチックスが溶着される場合が多い。容器１２が金属の場合には、同材質の金属をねじ込むか、溶接される。
【０００３】
次に従来の蓄熱体の製造方法について説明する。まず、中空の容器１２を成形する。たとえば、容器１２がプラスチックス製の場合には、図８のような形状に成形されることが一般的である。図８において、１２は容器であり、１４は容器１２の一部に設けられた注入孔である。図８のような注入孔１４を用いて蓄熱材１１を容器１２に注入する。最後に注入孔１４を溶融させて、図７の栓１３のように加工し、蓄熱材１１を密封する。容器１２が金属の場合には、蓄熱材１１を注入後に、栓１３のようなねじ込み栓をするか、注入孔１４のような口を溶接する。
【０００４】
上述のように構成された蓄熱体の一般的な利用形態として、蓄熱体を利用した蓄熱装置の断面図を、図９に示す。図９において、１５は上述のような手順で蓄熱材１１が充填された容器１２からなる蓄熱体である。１６は蓄熱体を充填した蓄熱槽である。１７、１８は一端が蓄熱槽の内部に接続された管路であり、管路１７、１８の他端は、図９では省略してあるが熱源と熱利用装置に接続されている。１９は、蓄熱体と外部との熱交換を媒介する熱媒体である。蓄熱槽１６と外部にある熱源との間に熱媒体１９を循環させて熱を供給すると、蓄熱体１５、すなわちその内部に充填されている蓄熱材１１の温度が上昇し、蓄熱材１１の熱容量と温度差に起因する顕熱が貯蔵されて行く。蓄熱材１１が使用温度範囲内で相変化する物質の場合には、初め固相にあった蓄熱材１１の温度が徐々に上昇し、やがて蓄熱材１１の転移点（融点）まで上昇すると、蓄熱材１１は固相から液相へと相変化し、相変化に起因する潜熱が貯蔵される。蓄熱材１１の転移（融解）が完了すると、蓄熱材１１の温度は上昇を再開し、蓄熱材１１の熱容量と温度差に起因する顕熱が貯蔵されていく。熱媒体の循環を停止させると、蓄熱体１５の温度上昇は停止し、蓄熱した熱を保存する。貯蔵した熱が必要になれば、蓄熱槽１６と外部にある熱利用装置との間に熱媒体１９を循環させて熱を抽出すると、蓄熱体１５、即ちその内部に充填されている蓄熱材１１の温度が低下するとともに、貯蔵していた顕熱や潜熱が熱利用設備に供給され、利用される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように構成された蓄熱体において、蓄熱材１１は、熱を貯蔵するという蓄熱体の基本作用発現のために不可欠のものである。容器１２は、蓄熱体の使用過程において蓄熱材１１が流出して蓄熱機能が低下することを防止する作用を持つ。蓄熱体の蓄熱材１１は容器１２に一旦充填されると、蓄熱体を廃棄するまで再び容器１２から取り出すことは無いのが通常である。このため、蓄熱材１１を充填する前の容器１２には図８のような注入孔１４が設けられているが、蓄熱材１１の充填後には注入孔１４が栓１３に完全に変形、あるいは交換され、元に戻ることはない。すなわち、注入孔１４や栓１３の製造工程は、蓄熱体の製造過程において必要なものであり、蓄熱体の使用過程においては必要のないものとなる。言い換えれば、使用中の蓄熱体として必須でもない部分の製造と加工に、手間と時間を掛けていることになる。
【０００６】
本発明は上述のような問題点を解決するためになされたもので、蓄熱体の製造上の都合から使用されている注入孔１４や栓１３を無くすことで、従来よりも単純な構造、単純な製造工程の蓄熱体を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明による蓄熱体は、上記課題を解決するために、内部に空隙が設けられた蓄熱材の表面に、該蓄熱材の透過を阻止する被覆材が成形されており、前記被覆材の成形温度は前記蓄熱材の融点よりも低いことを特徴とする。また、前記被覆材の表面が該被覆材の強度や耐食性を高める保護材で覆われていることを特徴とする。
【０００８】
また、前記蓄熱材は、水あるいは水と有機溶媒との溶液であることを特徴とする。
また、前記蓄熱材は、パラフィンであることを特徴とする。
また、前記蓄熱材は、水和物あるいは相分離防止剤が添加された水和物あるいは過冷却防止剤が添加された水和物であることを特徴とする。
また、前記蓄熱材は、有機溶媒であることを特徴とする。
また、前記蓄熱材は、プラスチックスであることを特徴とする。
また、前記蓄熱材は、溶融塩であることを特徴とする。
また、前記蓄熱材は、金属であることを特徴とする。
【０００９】
また、前記被覆材は、気硬性セメントあるいはい水硬性セメントあるいはモルタルあるいはコンクリートあるいは石膏であることを特徴とする。
また、前記被覆材は、ゴムであることを特徴とする。
また、前記被覆材は、プラスチックスであることを特徴とする。
また、前記被覆材は、セラミックスであることを特徴とする。
また、前記被覆材は、金属であることを特徴とする。
また、前記保護材は、気硬性セメントあるいはい水硬性セメントあるいはモルタルあるいはコンクリートあるいは石膏であることを特徴とする。
また、前記保護材は、ゴムであることを特徴とする。
また、前記保護材は、プラスチックスであることを特徴とする。
また、前記保護材は、セラミックスであることを特徴とする。
また、前記保護材は、金属であることを特徴とする。
【００１０】
さらに、本発明による蓄熱体の製造方法においては、前記被覆材を設けるときに、前記蓄熱材は内部に中空を含有することを特徴とする。
さらに、本発明による蓄熱体の製造方法においては、前記被覆材を設けるときに、前記被覆材となる材料の温度を、該材料が固化するまでは前記蓄熱材の融点よりも低い温度に維持することを特徴とする。
【００１１】
【作用】
本発明による蓄熱体では、蓄熱体の透過を阻止する被覆材の成形温度が充填する蓄熱材の融点よりも低く、かつ成形後の被覆材の耐熱温度が充填する蓄熱材の融点よりも高くなっている。蓄熱体を製造する際には、まず液相あるいは塑性変形可能な固相となっている蓄熱材を所要の形状の型枠に流し込んだ後に蓄熱材の凝固点以下の温度に冷却して固化させるか、固相となっている蓄熱材を適当な形状に切断・加工することで、適当な形状の固相の蓄熱材を製造する。次に、蓄熱材の周囲に被覆材となる材料の膜を張る。被覆材となる材料は、成形前は液相あるいは液相と固相の混合相、あるいは容易に塑性変形可能な固相となっているので、蓄熱材の回りに容易に塗り広げたり、膜を形成することができる。この際、蓄熱材の温度は融点よりも低く、固相となっているので、蓄熱材が流出したり、蓄熱材と被覆材となる材料が混合したりすることはない。被覆材となる材料は、蓄熱材の回りに塗り広げられてから一定時間後に、乾燥や被覆材となる材料内の化学反応、焼成操作などによって固化する。固化の過程においても、蓄熱材の温度は融点よりも低く、固相となっているので、蓄熱材が流出したり、蓄熱材と被覆材となる材料が混合したりすることはない。もしも被覆材となる材料の乾燥や反応、焼結操作などで発生する熱によって、蓄熱材の温度が蓄熱材の融点以上になる可能性がある場合には、蓄熱材の温度が蓄熱材の融点よりも低い温度になるように、冷却操作を加える。被覆材となる材料が一旦固化すれば、蓄熱材は固相の被覆材の中に密閉されることになる。
【００１２】
成形後の蓄熱体が使用される場合の蓄熱材の様子は、従来例と基本的に同様である。ただし、蓄熱体の使用温度は成形温度とは無関係であり、成形後の被覆材の耐熱温度を越えない限り、蓄熱材の融点より低い温度範囲だけで使用することも、蓄熱材の融点より高い温度範囲だけで使用することも、あるいは蓄熱材の融点を含む温度範囲で使用することも可能である。以下に、それぞれの場合について、蓄熱材の様子を記述する。
【００１３】
蓄熱材の融点より低い温度範囲だけで使用する場合は、蓄熱材が常に固相の状態になる。蓄熱材は固相のままであるので、使用中において蓄熱材と被覆材が混合したりすることはない。蓄熱体に外部から熱を供給すると、蓄熱材の温度が上昇し、蓄熱材の熱容量と温度差に起因する固相の顕熱が貯蔵されて行く。外部からの熱供給が停止すると、蓄熱材の温度上昇は停止し、蓄熱した熱を保存する。貯蔵した熱が必要になれば、蓄熱材から熱を抽出すると、蓄熱材の温度が低下するとともに、貯蔵していた固相の顕熱が蓄熱材から放出され、利用することができる。２回目以降の熱の供給と放出は、上記の繰り返しとなる。
【００１４】
蓄熱材の融点より高く、沸点よりも低い温度範囲だけで使用する場合は、蓄熱材が常に液相の状態になる。成形後に蓄熱体を使用温度に上昇させると、蓄熱材の融点で蓄熱材は融解し、液相となる。液相となった蓄熱材は形が無くなるが、蓄熱材が融解前の固相状態で占めていた空間の形は、固相の被覆材で保持されたままであるので、被覆材が容器となって蓄熱体からの蓄熱材の流出を阻止する。蓄熱体に外部から熱交換器等を用いて熱を供給すると、蓄熱材の温度が上昇し、蓄熱材の熱容量と温度差に起因する液相の顕熱が貯蔵されて行く。外部からの熱供給が停止すると、蓄熱材の温度上昇は停止し、蓄熱した熱を保存する。貯蔵した熱が必要になれば、蓄熱材から熱を抽出すると、蓄熱材の温度が低下するとともに、貯蔵した液相の顕熱が蓄熱材から放出され、利用することができる。２回目以降の熱の供給と放出は、上記の繰り返しとなる。蓄熱材の沸点よりも高い温度範囲だけで使用する場合は、蓄熱材が常に気相の状態になるが、基本的な作用は上記と同様である。
【００１５】
蓄熱材の融点を含む温度範囲で使用する場合は、蓄熱材は温度や時刻に応じて固相か液相、あるいはその混合相のいずれかの状態になる。蓄熱体に外部から熱を供給すると、蓄熱材の温度が上昇し、蓄熱材の熱容量と温度差に起因する固相の顕熱が貯蔵されて行く。蓄熱材の温度が蓄熱材の融点まで上昇すると、蓄熱材は固相から液相へと相変化し、相変化に起因する潜熱が貯蔵される。液相となった蓄熱材は形が無くなるが、蓄熱材が融解前の固相状態で占めていた空間の形は、固相の被覆材で保持されたままであるので、被覆材が容器となって蓄熱体からの蓄熱材の流出を阻止する。蓄熱材の融解が完了し、蓄熱材が完全に液相になると、蓄熱材の温度は上昇を再開し、蓄熱材の熱容量と温度差に起因する液相の顕熱が貯蔵されて行く。外部からの熱供給が停止すると、蓄熱材の温度上昇は停止し、蓄熱した熱を保存する。
【００１６】
貯蔵した熱が必要になれば、蓄熱材から熱を抽出すると、まず蓄熱材の温度が低下するとともに、貯蔵した液相の顕熱が蓄熱材から放出される。蓄熱材の温度が低下し、融点あるいは結晶核生成温度に達すると、蓄熱材は液相から固相へと相変化し、貯蔵した潜熱が蓄熱体から放出される。液相の蓄熱材は被覆材の形成する空間に保持されているので、被覆材の空間の形、すなわち融解前の固相の蓄熱材と同じ形に凝固する。蓄熱材の凝固が完了し、蓄熱材が完全に固相になると、蓄熱材の温度は下降を再開し、貯蔵した固体の顕熱が蓄熱体から放出される。２回目以降の熱の供給と放出は、上記の繰り返しとなる。蓄熱材の沸点を含む温度で使用する場合は、蓄熱材は温度や時刻に応じて液相か気相、あるいはその混合相のいずれかの状態になるが、基本的な作用は上記と同様である。
【００１７】
蓄熱材と被覆材との間に設けられている隙間は、蓄熱体が使用される際に、蓄熱材と被覆材の熱膨張の差によって発生する応力を、緩和することができる。すなわち、蓄熱体の利用時に、蓄熱材は固相や液相などの相に関わらず、温度に応じて密度が変化する。一般に、物質の密度は温度が上昇するほど小さくなるので、体積は温度が高くなるほど大きくなる。製造段階に固相であった蓄熱材の体積は、使用時の温度が製造時よりも高くなれば、膨張して大きくなる。被覆材の体積も温度上昇に合わせて大きくなるが、使用時の温度において、被覆材の膨張よりも蓄熱材の膨張の方が大きければ、両者の膨張差によって蓄熱材には圧縮応力が作用し、逆に被覆材には引張応力が作用して、被覆材に亀裂を生じさせる可能性もある。ところが、蓄熱材と被覆材との間に空隙があれば、空隙の体積は蓄熱材に比べて容易に膨張・収縮できるので、蓄熱材と被覆材の熱膨張差を吸収し、被覆材の応力破壊を防止することができる。
【００１８】
被覆材の表面を保護材で覆うことにより、被覆材すなわち蓄熱体の強度や被覆材の耐食性を高めることができる。たとえば、蓄熱体を蓄熱槽中で多数積み上げる場合には、蓄熱体の重みのために下層の蓄熱体に大きな圧縮力が働くが、保護材で蓄熱体の強度を強化してあれば、蓄熱体の積み上げによって蓄熱体がつぶれてしまうことを防ぐことができる。また、蓄熱体を蓄熱槽に充填して熱媒体を流す際に、熱媒体が被覆材を腐食する恐れがある場合に、保護材で蓄熱体の耐食性を強化してあれば、腐食性の熱媒体によって被覆材が腐食されることを防ぐことができる。
【００１９】
蓄熱材に水を用いれば、氷点下から１００℃程度までの顕熱あるいは潜熱蓄熱機能を安定的かつ安価かつ安全に利用することができる。
また、蓄熱材にパラフィンを用いれば、常温から７０℃程度までの顕熱あるいは潜熱蓄熱機能を安定的に利用することができる。
また、蓄熱材に水和物あるいは相分離防止剤が添加された水和物あるいは過冷却防止剤が添加された水和物を用いれば、常温付近から１２０℃程度までの顕熱あるいは潜熱蓄熱機能を安価に有効利用することができる。
また、蓄熱材に有機溶媒を用いれば、低温から１００℃程度までの顕熱あるいは潜熱蓄熱機能を安定的に利用することができる。
また、蓄熱材にプラスチックスを用いれば、常温から２００℃程度までの顕熱あるいは潜熱蓄熱機能を安定的に利用することができる。
また、蓄熱材に溶融塩を用いれば、２００℃から１３００℃程度までの高温の顕熱あるいは潜熱蓄熱機能を利用することができる。
また、蓄熱材に金属を用いれば、１００℃から１６００℃程度までの高温の顕熱あるいは潜熱蓄熱機能を利用することができる。
【００２０】
また、被覆材や保護材に気硬性セメントあるいはい水硬性セメントあるいはモルタルあるいはコンクリートあるいは石膏を用いれば、常温付近で成形、固化することができ、１００℃から１０００℃程度までの耐熱機能を利用することができる。
また、被覆材や保護材にゴムを用いれば、常温付近で成形、固化することができ、常温付近の温度で弾性の高い被覆あるいは保護機能を利用することができる。
また、被覆材や保護材にプラスチックスを用いれば、常温から２００℃付近で成形、固化することができ、常温付近から２００℃程度の温度で耐食性や強度の高い被覆あるいは保護機能を利用することができる。
また、被覆材や保護材にセラミックスを用いれば、常温付近で成形し、７００〜１０００℃程度で焼成することができ、１０００℃から２０００℃程度までの耐熱機能を利用することができる。
また、被覆材や保護材に金属を用いれば、常温付近で成形し、１０００℃程度で焼成することができ、１００℃から１２００℃程度までの耐熱機能を利用することができる。
【００２１】
さらに、蓄熱体の製造において被覆材を設けるときに、蓄熱材の内部が中空になるようにすれば、蓄熱材と被覆材の熱膨張の差によって発生する応力を緩和するために、蓄熱材と被覆材との間に隙間を容易に形成させることができる。すなわち、蓄熱体の製造時には蓄熱材の正味の体積に、蓄熱材中に設けた中空の体積を加えた体積の空間を被覆材が覆うことになるので、蓄熱体の使用時に蓄熱材が固相のままで膨張すると、膨張による応力を蓄熱材中の中空で緩和することができ、あるいは蓄熱材が融解して液相になると、製造時に設けていた中空は浮力差で蓄熱材の上部に移動して、被覆材の中に蓄熱材のない空間を部分的に形成し、膨張による応力を蓄熱材のない空間で緩和することができる。
さらに、蓄熱体の製造において被覆材を設けるときに、被覆材となる材料の温度を該材料が固化するまでは前記蓄熱材の融点よりも低い温度になるように維持すれば、固化の際に乾燥や被覆材となる材料内の化学反応、焼成操作などによって蓄熱材の温度が融点以上になり、液相になって被覆材となる材料にとけ込んだり、漏洩することを防止することができる。
【００２２】
【実施例】
実施例１.
図１（ａ）は本発明による蓄熱体の断面図であり、図２は図１（ａ）の蓄熱体の製造装置の一例を示す断面図である。図１（ａ）において、１は蓄熱体の蓄熱材、２は蓄熱材１の周囲を取り囲む被覆材であり、両者で蓄熱体を構成する。図１（ａ）では蓄熱体の形状を球体としてあるが、蓄熱体の形状は他に立方体や円柱など、使用目的に応じて種々の形状にすることができる。蓄熱材１と被覆材２となる物質の組み合わせは後述するが、選択条件として、被覆材２は蓄熱材１に対して不溶性・耐食性があり、蓄熱材１の融点が被覆材２の成形温度よりも高いことを必須とする。なお、ここでの成形温度とは、液体あるいは液体と固体の混合物、あるいは塑性変形が容易な固体の物質が固体状に変化するときの温度を示す。図２において３と４はそれぞれ、被覆材２となる物質を注入し、必要な形状に固化させる際に使用する下型枠と上型枠であり、５は上型枠４に設けられている通気口であり、５’はその通気口を適宜塞ぐ栓である。６は、下型枠３に取り付けられた下型枠３の回転軸である。
【００２３】
次に、図１の蓄熱体の製造工程について説明する。まず、適当な大きさの固相の蓄熱材１を製造する。固相の蓄熱材１の製造には、液相の状態でたこ焼き器のような型枠に入れてから冷却し、固相にした後に型枠から取り出す方法や、液相を一つの型枠に入れて冷却し、固相にした後に型枠から取り出して適当な大きさに分割・成形する方法など、種々の方法を採ることができる。次に、被覆材２となる物質を流体状で図２（ａ）のような下型枠３に流し込む。被覆材２となる物質の流し込み量は、たとえば図２において下型枠３と上型枠４の作る空間の体積から、蓄熱材１の体積を減じた量である。次に、流し込んだ被覆材２となる材料の上に、蓄熱材１を置く。この際、蓄熱材１は融点よりも温度が低い固相状態であるので、蓄熱材１と被覆材２となる材料が混合することはない。次に、下型枠３に上型枠４を挿入する。通気口５は、下型枠３に上型枠４を挿入する際に、両者の隙間に残っていて逃げ場の無くなった気体を逃がす働きをする。下型枠と上型枠のはめ合いを適切にすれば、下型枠３に滞留している被覆材２となる材料の一部が蓄熱材１と上型枠４との隙間に流れ込み、蓄熱材１は被覆材２となる材料に周囲を完全に覆われることになる。
【００２４】
最後に、被覆材２となる材料の固化処理をする。被覆材２にセメントや樹脂を選択すれば、被覆材２を室内で静置するだけで固化処理を完了させることができる。被覆材２にセラミックスや金属を選択すれば、被覆材２を炉内で焼結させることで固化処理を完了させることができる。この際、上型枠３および下型枠４との間に挟まれた蓄熱材１の重力による位置の偏りを緩和したり、蓄熱材１と上型枠３および下型枠４との間の隙間に被覆材２となる材料が行き渡り、蓄熱材１が被覆材２となる材料に完全に覆われるように、下型枠３と上型枠４の組み合わせた型枠全体に振動を与えたり、下型枠３と上型枠４の組み合わせた型枠全体を回転軸６の回りに回転させたりすれば、より効果的である。図示のように回転軸６の回りに回転させる際には、必要に応じて通気口５に栓５’を施す。被覆材２が固化すれば、上型枠４を下型枠３から外し、被覆材２で被覆された蓄熱材１を取り外すことで、蓄熱体の製造が完了する。
【００２５】
蓄熱体の製造において重要なことは、被覆材２となる物質の物性である。必要な機能を発揮する蓄熱材１の凝固点がＴ１であり、蓄熱体の使用温度の上限がＴ２であり、被覆材２の成形温度がＴ３であり、被覆材２の固化処理後の耐熱温度がＴ４であるとすると、これに対応する被覆材２に求められる条件は、成形温度Ｔ３が凝固点Ｔ１よりも低く、かつ耐熱温度Ｔ４が使用温度の上限Ｔ２よりも高いことである。すなわち、Ｔ３＜Ｔ１かつＴ２＜Ｔ４が必要条件となる。この温度関係の一例を図１（ｂ）に示している。このような被覆材２と蓄熱材１を選択すれば、固相の蓄熱材１は、蓄熱体の製造時に被覆材２に混ぜても固相状態を維持でき、蓄熱材１と被覆材２とは化学的に混じり合うことがない。よって、従来例のような蓄熱材１１を密閉するための容器１２を用いる必要が無く、蓄熱体の製造および構造を単純化することが可能である。
【００２６】
次に、蓄熱体の使用方法について説明する。まず、蓄熱体に熱を注入するために、熱交換器や電熱器等を用いて蓄熱体に外部から熱を供給する。これにより蓄熱材１の温度は徐々に上昇し、作用で述べたように使用温度域に応じた蓄熱材１の変化と熱の貯蔵が行われる。この際、作用で述べたように、たとえ蓄熱材１が液相や気相になったとしても、被覆材２が蓄熱材１の容器として作用するので、蓄熱材１が蓄熱体から漏洩することはない。また、熱の供給が停止した後は、蓄熱材１に貯蔵した熱は保存される。蓄熱体から熱を抽出する際には、蓄熱材１に貯蔵された熱が被覆材２を通して外部に放出され、作用で述べたように蓄熱材１は加熱前と全く同じ状態に復帰する。２回目以降の熱の供給と放出は、上記の繰り返しとなる。
【００２７】
次に、本発明で適用される蓄熱材１と被覆材２の組み合わせ例を示す。
組み合わせ例

【００２８】

【００２９】

【００３０】

【００３１】
上記例のような組み合わせは、他に種々の物質から選択することができる。たとえば、蓄熱材１には硫酸ナトリウム十水和物、炭酸ナトリウム十水和物、チオ硫酸ナトリウム五水和物、酢酸ナトリウム三水和物、塩化マグネシウム六水和物、硫酸アルミニウム十水和物、硝酸マグネシウム六水和物、硫酸アルミニウムアンモニウム十二水和物、硫酸アルミニウムカリウム十二水和物、硝酸ニッケル（II）六水和物、塩化カルシウム六水和物、炭酸カルシウム六水和物、ふっ化カリウム四水和物、燐酸水素二カルシウム六水和物、硝酸カルシウム四水和物などの水和物、マンニトール、エリスリトールなどのアルコール、ｎ−トリアコンタン、ｎ−オクタコサン、ｎ−ヘプタコサン、ｎ−ヘキサコサン、ｎ−テトラコサン、ｎ−ドコサン、ｎ−ヘネイコサン、ｎ−ノナデカン、ｎ−オクタデカン、ｎ−ヘキサデカン、ｎ−テトラデカン、ｎ−ドデカン等の各種パラフィン、水、ペンタエリストール、ポリエチレン、アセトアミド、プロピオナミド、ナフタレン、ステアリン酸、ビフェニル、ポリエチレングリコール、ポリミチン酸、カンフェン、３−ヘプタデカノン、エライジン酸、シアナミド、ラウリン酸、トリミリスチン、カプリン酸、乳酸、グリセリン、酢酸、カプリル酸、エチレンジアミン、ギ酸等の各種有機物、包接化合物、およびそれらの混合物、あるいはそれらに相分離防止剤や酸化防止剤等が添加された物質など、種々の物質が所要の使用温度や蓄熱量に応じて選択、利用することができる。
【００３２】
たとえば、被覆材２には気硬性セメント、水硬性セメント、コンクリート、石膏、耐熱モルタル、アルミナセメント、水硬性アルミナなどに水や粘結材などの副原料を混合した物、土石と接着剤（にかわ、つのまた、こんにゃくのり、アラビアゴムのり等）の混合物、ポリエチレンやポリプロピレン等の樹脂、各種のゴムやエポキシ系樹脂など、種々の物質が所要の使用温度や蓄熱材１の材質などに応じて選択、利用することができる。
【００３３】

【００３４】

【００３５】
上記例のような組み合わせは、他に種々の物質から選択することができる。たとえば、蓄熱材１には水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、亜硝酸ナトリウム、硝酸カリウム、硝酸リチウム、硝酸ナトリウム、塩化リチウム、塩化カリウム、塩化マグネシウム、塩化カルシウム、フッ化リチウム、フッ化ナトリウム、フッ化カリウム、フッ化カルシウム、フッ化マグネシウム、炭酸リチウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム等の溶融塩あるいはそれらの混合物、亜鉛、アルミニウム、アンチモン、硫黄、インジウム、カドニウム、カリウム、ガリウム、カルシウム、金、銀、珪素、ゲルマニウム、コバルト、サマリウム、錫、ストロンチウム、セシウム、セリウム、セレン、タリウム、チタン、テルル、銅、ナトリウム、鉛、ニッケル、バリウム、ビスマス、砒素、ベリリウム、マグネシウム、マンガン、ヨウ素、ランタン、リチウム、燐、ルビジウム等の金属あるいはそれらの混合物など、種々の物質が所要の使用温度や蓄熱量に応じて選択、利用することができる。
【００３６】
たとえば、被覆材２には窒化珪素、炭化珪素、窒化ホウ素、酸化ジルコニウム、ホウ化ジルコニウム、ホウ化物サーメット等のセラミックス、チタン酸アルミニウム、チタン酸バリウム、マンガン／コバルト／ニッケル混合物、五酸化バナジウム／金属酸化物等の金属など、種々の物質が所要の使用温度や蓄熱材１の材質などに応じて選択、利用することができる。
【００３７】
実施例２.
図３は本発明の他の実施例を示す蓄熱体の断面図であり、図４は図３の蓄熱体の製造装置の一例を示す断面図である。また、図５は、本実施例の製造方法をより安定的に行わせるための、蓄熱体の断面図を表している。図３において、１と２は実施例図１と同一あるいは相当する部分を示す。７は被覆材２の内部にあって、蓄熱材１の存在しない空隙である。図４において、１〜５は図２に示す実施例と同一あるいは相当する部分を示す。８は蓄熱材１に設けられた窪みである。図５において、９は蓄熱材１の中に設けられた空隙である。
【００３８】
蓄熱体の利用時に、蓄熱材１は固相や液相などの相に関わらず、温度に応じて密度が変化する。作用で説明したように、製造段階に固相であった蓄熱材１の体積は、使用時の温度が製造時よりも高くなれば、膨張して大きくなる。被覆材２の体積も温度上昇に合わせて大きくなるが、使用時の温度において、被覆材２の膨張よりも蓄熱材１の膨張の方が大きければ、両者の膨張差によって被覆材２に引張応力が発生し、被覆材２に亀裂を生じさせる可能性もある。本実施例は、このような問題を解決するための例を示す。
【００３９】
まず、図３の蓄熱体の製造工程について説明する。実施例１と同様に、適当な大きさの固相の蓄熱材１を製造する。その際、蓄熱材１には図４に示されるような空隙８を設ける。空隙８の形状は、任意に設定することができる。次に、被覆材２となる物質を流体状で下型枠３に流し込み、流し込んだ被覆材２となる材料の上に、蓄熱材１を図４のように窪み８を下向きにして置く。蓄熱材１が下型枠３内で回転しないように、蓄熱材１や下型枠３、上型枠４の形状を図４のような非対称形にすれば、蓄熱材１の窪み８には被覆材２となる物質が流れ込まないので、窪み８の中の空隙が保たれたままで蓄熱材１の被覆が行われる。次に、実施例１と同様に下型枠３に上型枠４を挿入し、最後に、被覆材２となる材料の固化処理をする。被覆材２が固化すれば、上型枠４を下型枠３から外し、被覆材２で被覆された蓄熱材１を取り外すことで、蓄熱体の製造が完了する。
【００４０】
上述のように製造した蓄熱体の使用方法は、実施例１と同様である。ただし、本実施例の場合には、被覆材２の内部に蓄熱材１と空隙７が図３のように存在する。この空隙７は、固相や液相にある蓄熱材１と比較して、容易に収縮、膨張できる。このため、蓄熱材１の相に関わらず、蓄熱体の使用時に蓄熱材１と被覆材２の膨張差による圧力を空隙７で緩和することが可能である。
【００４１】
上述のような蓄熱体の製造において、図５のように蓄熱材１の製造段階で蓄熱材１の中に空隙９を設けておけば、本実施例の製造方法をより安定的に行わせることができる。たとえば回転成形法を用いれば、図５のような中空の蓄熱材１を容易に製造することができる。図５の蓄熱材であれば、図４のように被覆材成型時の蓄熱材１の向きを配慮する必要もなく、図２で示したような単純な操作で膨張圧の差による圧力を緩和するための空隙９を、被覆材２の中に設けることができる。空隙９は、蓄熱体を固相のままで使用する場合には、図５の位置で変わりなく、蓄熱体を一度でも融解させる場合には、密度差によって空隙９は図３の空隙７と同様の位置に移動するが、圧力を緩和する機能は空隙の位置に関わらずほぼ同様である。
【００４２】
実施例３.
図６は本発明の他の実施例を示す蓄熱体の断面図である。図６において、１と２は実施例図１と同一あるいは相当する部分を示す。１０は被覆材２の表面に設けられた保護材である。保護材の材質は、所要の機能により、実施例１の被覆材２と同様の種々の材料を選択し、利用することができる。
【００４３】
まず、図６の蓄熱体の製造工程について説明する。蓄熱材１を被覆材２で被覆し、固化させるまでは実施例１と同様である。保護材１０の製作は、被覆材２を固化させた後に、被覆材２の表面をさらに別の材料で被覆することにより行う。前述のように被覆材２の成形温度は蓄熱材１の融点よりも低くする必要があり、蓄熱材１に対して選択できる被覆材２の材料は制限を受けるが、被覆材２が固化した後は、蓄熱体の温度が蓄熱材１の融点よりも高くなって、蓄熱材１が融解し、液相になっても、被覆材２が蓄熱材１の容器となって、蓄熱材１の外部への流出は防止されるので、保護材１０の成形は、蓄熱材１の融点に関わらず、被覆材２の耐熱温度まで許容される。このため、被覆材２よりも容易に、自由に保護材１０を成形させることができる。
【００４４】
上述のように製造した蓄熱体の使用方法は、実施例１と同様である。ただし、本実施例の場合には、保護材１０の作用によって耐熱性や耐食性、耐圧性を高くでき、より厳しい周囲温度、周囲雰囲気、周囲圧力の環境下に対しても、本発明の蓄熱体を適用することが可能になる。
【００４５】
本発明による蓄熱体は、蓄熱材の融点よりも成形温度の低い被覆材で蓄熱材の表面を被覆するので、製造過程において蓄熱材は固相のままで存在することができる。このため、従来のように使用段階では何の役にも立たない蓄熱容器の煩雑な細工を製造過程から排除した上で、従来と同様の機能を持つ単純な構造の蓄熱体を提供することができる。また、蓄熱材内部に空隙を設けることにより、蓄熱材と被覆材の熱膨張差に起因する応力を緩和し、被覆材の破壊を防止することができる。
【００４６】
さらに、被覆材の表面を保護材でさらに被覆することにより、蓄熱体の耐熱性や耐食性、耐圧性を高めて、より厳しい周囲温度、周囲雰囲気、周囲圧力の環境下においても蓄熱体を使用することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による蓄熱体の実施例を示し、（ａ）はその断面図であり、（ｂ）はその温度特性を示す図である。
【図２】本発明による蓄熱体の製造装置の断面図であり、（ａ）は上型枠を取り付ける前の状態を示し、（ｂ）は上型枠と栓を取り付けた状態を示す図である。
【図３】本発明による蓄熱体の他の実施例の断面図である。
【図４】本発明による蓄熱体の製造装置の他の実施例の断面図である。
【図５】本発明による蓄熱体の更に他の実施例の断面図である。
【図６】本発明による蓄熱体の更に他の実施例の断面図である。
【図７】従来の蓄熱体の断面図である。
【図８】従来の蓄熱体容器の断面図である。
【図９】従来から用いられている蓄熱装置の断面図である。
【符号の説明】
１蓄熱材
２被覆材
３下型枠
４上型枠
５通気口
６回転軸
７空隙
８窪み
９空隙
１０保護材

Claims

内部に空隙が設けられた蓄熱材の表面を、該蓄熱材の透過を阻止する材料からなり、該蓄熱材の融点よりも低い温度の流体状の被覆材で覆い、その後被覆材を固化させることを特徴とする蓄熱体の製造方法。
前記被覆材の表面を該被覆材の強度や耐食性を高める保護材で覆うことを特徴とする請求項１に記載の蓄熱体の製造方法。
前記蓄熱材は、水あるいは水と有機溶媒との溶液であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の蓄熱体の製造方法。
前記蓄熱材は、パラフィンであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の蓄熱体の製造方法。
前記蓄熱材は、水和物あるいは相分離防止剤が添加された水和物あるいは過冷却防止剤が添加された水和物であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の蓄熱体の製造方法。
前記蓄熱材は、有機溶媒であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の蓄熱体の製造方法。
前記蓄熱材は、プラスチックスであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の蓄熱体の製造方法。
前記蓄熱材は、溶融塩であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の蓄熱体の製造方法。
前記蓄熱材は、金属であることを特徴とする請求項１または請求項２記載の蓄熱体の製造方法。
前記被覆材は、気硬性セメントあるいはい水硬性セメントあるいはモルタルあるいはコンクリートあるいは石膏であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の蓄熱体の製造方法。
前記被覆材は、ゴムであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の蓄熱体の製造方法。
前記被覆材は、プラスチックスであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の蓄熱体の製造方法。
前記被覆材は、セラミックスであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の蓄熱体の製造方法。
前記被覆材は、金属であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の蓄熱体の製造方法。
前記保護材は、気硬性セメントあるいはい水硬性セメントあるいはモルタルあるいはコンクリートあるいは石膏であることを特徴とする請求項２に記載の蓄熱体の製造方法。
前記保護材は、ゴムであることを特徴とする請求項２に記載の蓄熱体の製造方法。
前記保護材は、プラスチックスであることを特徴とする請求項２に記載の蓄熱体の製造方法。
前記保護材は、セラミックスであることを特徴とする請求項２に記載の蓄熱体の製造方法。
前記保護材は、金属であることを特徴とする請求項２に記載の蓄熱体の製造方法。