JP5963290B1 - 蓄熱カプセルの単位ユニット、蓄熱カプセル及び蓄熱槽 - Google Patents

Abstract

【課題】蓄熱槽の構造簡易化、伝熱の高率化、工事に係る敷設、点検等の簡易性と低廉化。【解決手段】蓄熱槽内に電解質無機水和物の潜熱蓄熱組成物６を構造体の中心部に筒状に連通の空洞と蓄熱材充填プラグを有する形態が、球殻状及びドーナツ環状で構成の合成樹脂製の蓄熱カプセル１に蓄熱材８を充填密封した蓄熱カプセルの複数を紐状結束材９で、数珠状に連合体を構成し、浮き玉１の留置治具に連結して、蓄熱水槽内に収容敷設に係る利便性を、冷暖房、空調熱負荷に提供する。【選択図】図２

Description

冷熱温度域で固液に相変化する電解質無機水和物になる潜熱蓄熱材の吸放熱に係る潜熱蓄熱材組成物を内蔵する容器の形状が、合成樹脂成形物のドーナツ状及び球殻状球体曲面の中心に筒状で連通の空洞５とプラグ３を有する形態であり、蓄熱材に無機物又は有機物になる潜熱蓄熱組成物８を充填密封し、係る蓄熱装置内に簡便に敷設する構成で、詳しくは、熱利用に係る住環境及び産業分野に於ける電力、都市ガス、石油燃料、及びパッシブな再生可能エネルギーの太陽熱、排気熱、大気熱、等のタイムラグを補い、冷暖房や給湯で適宣に対応する蓄熱カプセル及び蓄熱槽の装置に関する。

一般的な住環境の温度域で使用する冷暖房や給湯装置等の熱媒体に気体、蒸気、湯水、冷水、ブライン等を介する蓄熱貯槽が知られ、蓄熱材に電解質無機水和物類、水を収納できる容器に合成樹脂製成型物、金属容器を用いたシステム装置と係る循環媒体にガス冷媒体、水、ブラインが用いられてきた。熱媒体を収納する蓄熱槽は、断熱を施した鋼鉄製やＦＲＰ複合樹脂製及びポリエチレンやポリプロピレン製を用いて、ビルの地下基礎部分を蓄熱槽に利用した冷温水蓄熱槽が普及している。

熱媒体は環境温度に順じて、水やブラインを介して、熱源から温熱、冷熱を蓄熱装置に貯蔵し、給湯や冷暖房に用いる実施の態様である。一般的に燃焼エネルギーに天然ガスやケロシン及び水力、火力、原子力発電の低廉な余剰夜間電力を動力に電気抵抗体（ヒーター）や大気熱を温水にする冷媒体ＣＯ２（１４３ｇ）の圧縮式や吸熱式の冷凍機のヒートポンプで、熱再生に太陽熱、排気熱、地熱、大気熱、等のパッシブなエネルギーの活用がある。

従来から合成樹脂成型容器に蓄熱物質を充填して、これを温冷熱蓄熱装置槽内に装着し、槽内で熱媒体と蓄熱材で潜熱・比熱の熱交換に用い、係る相の互変（エナンチオトロピー）を蓄放熱手段に用いてきた。冷房を一例として、装置に活用する水―氷に係る潜熱蓄熱の質量と熱媒流体（ブライン）の専有割合は概ね、熱媒流体と蓄熱材（氷）の比率は５０％と装置体積が保有の単位熱量の効果が期待されるが、実施実態において、蓄熱カプセル又は槽内ダイレクト方式の蓄熱材の未消化が蓄熱効率を低下要因の課題を抱えていた。主因は熱媒流体の単位流量と蓄熱材の体積と蓄熱体の構造の伝熱機能に起因し、解消に装置や容積の大型化を選択すると、コストパフォーマンスでリスクの拡大を招く実態があった。潜熱蓄熱材を用いる蓄熱槽に関して、（特開２００７−３３３３２９号公報、特開２００５−３３７６６４号公報）がある。

熱交換効率は伝熱に係る吸放熱が、媒体熱流量との接触界面（表面積）に比例して、優劣が決定される、故に蓄熱材及び蓄熱カプセルと装置に係る抜本的な改善が成されない限り、イニシアルの負担増は回避できず、経済的リスクと係る構成のデメリット要因であった。

従来から温冷水を貯蓄する密閉式温度成層貯湯型装置が知られ、この利用に於いて熱源から供給される熱温度が低いと明確な温度成層が形成されずに、熱利用効率の低下を招いていた。又、蓄熱物質とする水は、他の蓄熱物質に比べ低廉であるが、顕熱利用の蓄熱装置の大型化は避けられない。又、寒冷地で屋外設置の場合、断熱を施す装置も内外温度差による熱負荷は回避できず、設置面積に比例し、熱損失に係るＣＯＰが低下、待機電力消費の増加とイニシアルコストの負担を招いていた。

前記のように特に寒冷地での貯湯は自然放熱の熱損失が顕著であり、貯湯構造が温度成層式貯湯の屋外設置は、一日の熱損失質量が増大していた。周囲温度＝供給水温＝１０℃の条件下で２．８℃／毎時で低下する。仮に環境や周囲温度が０℃の場合、熱損失は理論上の必要熱量（Ｋｃａｌ）に対し、蓄熱装置の待機所要熱損失率は実に３８．８％／日に達するとの報告がある。（非特許文献１）

前項課題解決に効率的な熱効果と経済的実効性を持合わせた断熱を施した蓄熱槽が模索されているが、潜熱蓄熱槽と熱循環システム上の具現化に至る課題を満足させるには未解決の実態があった。

アルカリ金属又はアルカリ土類金属の電解質無機水和物、有機水和塩化合物の潜熱蓄熱組成物は、固有の融解温度、相分離、過冷却の性状課題を抱え、潜熱蓄熱組成物の応用に多くの技術開発と研究がなされてきた。冷温熱の潜熱蓄熱素材に、例えば、１００℃以下に融点を所要の塩化ナトリウム系６水和物、硫酸ナトリウム系１０水和物、酢酸ナトリウム系３水和物は既に一般的な工業材料として普遍的で既知であり、係る実用化の研究開発の一環として、本願のドーナツ状及び球殻セル型蓄熱カプセル１内に蓄熱材料８を内着した蓄熱体１を槽内に該蓄熱体を装着する蓄熱槽１３の熱循環と熱効率を高めるようにした蓄熱カプセル１に関する。係る下記の先行技術文献との対比調査を実施した。

特開２０１２−２２９８６７号公報 蓄熱容器 特開２０１１−０６４４５６号公報 蓄熱容器 特開２００９−２８７８６２号公報 蓄熱容器 特開２００４−１９８０１５号公報 蓄熱容器 特開２００３−３２９３８３号公報 蓄熱容器 特開平０８−０９４２６９号公報 蓄熱容器 特開平０２−２９８７５９号公報 蓄熱容器 特開昭５９−０２７１９２号公報 蓄熱容器 特開昭５７−１８８９８８号公報 蓄熱容器

社団法人日本建築学会学術研究部会「研究報告２００６」 財団法人電力中央研究所研究報告「研究報告Ｍ０５０１０」本発明は、槽体内に装着する蓄熱カプセルを用いた蓄熱体（１）と、この蓄熱体を装着収容した蓄熱槽１３に供給を目的とする。

蓄熱水の貯湯利用の一例として、温度成層型貯湯槽は所定循環水温が所要の温度以下では温度成層が明確でなく、所望の常用温度に達しない中低温層の湯温が残熱し、容積の所要温度の不足傾向が顕著であり、容積に比べ、貯蔵−放熱の効率化に課題を残していた。特開昭５９−２７１９２号や特開２００３−３２９３８３号公報には、蓄熱カプセルの大径球状の蓄熱体の記載や特開２００４−１９８０１５号公報には槽内収容充填率向上に関する蓄熱カプセルの大型化や蓄熱体所要の増容量が意図されているが、熱循環に係る熱伝達に課題があり、運転コストでリスクを抱え、抜本的解消に至っていない。

又、蓄熱体の形状で非球状の蓄熱体として、回転楕円体「特許平２−２９８７５９号」や円筒体「特開昭５７−１８８９８８号」、変形した円筒体「特開平８−９４２６９号」ががある。これらの非球状体蓄熱体は槽内に於いて、蓄熱所要量と目標の熱伝導効率の達成について定かではなかった。尚、使用温度循環に適宣な潜熱蓄熱材と蓄熱槽の活用で潜熱と顕熱の併用が伝熱及び熱量活用上有効で、克つ重要である。

本発明が意図する潜熱蓄熱材８と係る球状カプセル１と蓄熱槽１３は伝熱性、耐久安全性、負荷応答性で、蓄熱槽１３、及び蓄熱体１の耐久性、耐腐食性、無毒性、軽量小型、組立と取扱の簡易な構造を所要し、低廉なイニシアルコストと熱供給に係る熱媒流体１２と蓄熱組成物８の高効率な伝熱に係る槽１３構造が良好な熱量供給対応の技術が所望される。

本発明の蓄熱カプセル１は、内部に蓄熱材８を収容する該カプセルに於いて、前記の如くドーナツ状及び球殻（セル状）の形態により、蓄熱槽１３内で熱媒流体１２との接触面が大きく、蓄熱カプセル１が、使用の目的とする機能を所要する潜熱蓄熱体８の効果を発揮する。前記に鑑み、蓄熱組成物は流体（水）との密度比で平均１．４３倍以上、環境温度＝水温＝（ΔＴ／１０℃）時の所要熱量と放熱量差は３．５倍から５．０倍と大きく、装置容積コンパクト化と蓄熱材の残熱のリスク回避に作用を特徴するものである。

本発明は蓄熱カプセル１と熱流体１２に係る伝熱効率の向上を目的とする蓄熱槽１３に対するプロセスの提供であり、温熱域（給湯、暖房、冷房）に係る実施に於いて、電解質無機水和材の一般的な温熱用組成物の転移点が１０℃付近、及び転移点６０℃付近を所要する組成物に対応する。一例に、酢酸ナトリウム３水和物、潜熱量３５８ＪＫｃａｌ／Ｋｇの包晶型水和物の素材として、優良で特異性を示す水和物であるが、然し、その固体は氷の熱伝導率比で劣り、効率化が水和物全般に共通する課題であった。

融解に係る加熱温度は化合形態、等の性状により、融解点以上の加熱温度と係る融解―凝固の熱履歴により、係る組成物の相分離や過飽和による過冷却性状が発生すると、潜熱蓄熱機能が低下し、蓄熱材が目的とする機能を喪失する課題がある。又、パラメーター感度解析の標準の前記、酢酸ナトリウム３水和物の液状熱伝導率は通常、０．４１（ｗ／ｍ．ｋ）で、水の熱伝導率（ｗ／ｍ．ｋ）の６７％であり、伝導効率の向上が潜熱蓄熱材に於ける重要課題である事を示し、更なる効率向上安定が所望されていた。

前述のように、蓄熱槽１３は使用目的とする基準の転移点は、所要熱量を想定した潜熱蓄熱組成物８を適宣選択し、冷水（冷房）、温水（液体）、温風（気体）の熱媒体（摂氏８６℃以下）の吸放熱で、均一な保有熱量の実施に於いて、昼間に太陽熱や排熱、地熱を蓄えて（潜熱と顕熱）、夜間の放熱エネルギーとして、デシカント吸着水ドラムの乾燥、植物工場、養殖や床暖房や天井冷暖房の熱源に即応し、タイムラグの解消機能を所要する。
特定効果として、
Ａ．単位体積当たり、均一の熱量の吸放熱に寄与。
Ｂ．加熱融解比熱と潜熱を併用の熱エネルギーの活用。
Ｃ．規則効率的敷設を可能にし、表面積の最大活用で高伝熱性を確保。
Ｄ．大小蓄熱槽の水中敷設で、簡易な取扱いと固定設定が自在で限定されない。

電解質無機水和物に成る蓄熱材８は用途と目的に叶う適宣な所要面積の接触面が熱媒流体１２の流速により、吸放熱と伝熱レスポンス効果を向上する。

一般的に蓄熱体１は構造上の物理的作用に以下の影響（形状ズレ応力、ゆがみ、流体粘性の抵抗）、等を受けると伝熱速度の減少に係る偏流を生じる。当該蓄熱槽１３に付帯の分配ヘッダーを介して、構成される蓄熱体１の熱媒流体１２との接触境界面は、熱抵抗を軽減し、伝熱速度向上と負荷応答性で良好な態様である。

前記に係る蓄熱槽は、熱媒流体の粘性値に係る抵抗値のレノズル数の伝熱Ｃｆ＝１．３２８Ｒ−０．５と小係数が理論値に比例した現象を示し、流体の粘度係数とカプセル界面抵抗の低下により、熱流体は流れ方向で直角に伝熱伝播の法則に順ずる。低粘性により熱抵抗は小さく、流速に乱れが生じない熱応答性に優れる作用を所要し、エクセルギー効率に係る伝熱特性の特色を保有に準じる本願の数珠状で連合した蓄熱カプセル１を構成する体積に応じた機能を蓄熱槽１３内に提供できる。

当該ドーナツ円状及び球殻形状の蓄熱カプセル１の直径は最大１１０ｍｍ／ｐｉ〜５０ｍｍｐｉの範囲で、所要の連通空洞効果で、融解に伴う内部熱対流を抑制し、組成物の分子間の相分離弊害リスク回避の効果に作用する。蓄熱カプセル１と熱媒流体１２の接点は良好な伝熱レスポンスに寄与する態様である。

槽内（１３）における蓄熱カプセル（１）の敷設形態は潜熱蓄熱材（８）を担持した蓄熱カプセル（１）は球円形の中心部に筒状に連通した空洞（５）に紐状結束材（９）、を介し、数珠状に連合するカプセルの複数を、浮き玉（１０）の留置治具（１１）に連結の構成で、熱媒流体（１２）を満たした蓄熱槽内に、係る複数のカプセルの単位ユニットを簾状の複数を敷設して収容、槽内に浮き玉ユニットを固定し留置の設置箇所は無用で、敷設が簡便に実施できる。浮き玉（１０）は常時、槽の壁面を背に配置されて、流水面上内（１２）に留まり、比重の大きい蓄熱カプセル（１）は水中に数珠状で簾状に吊下げられた状態を維持する、蓄熱槽内（１３）に於ける簡便な敷設方式を特徴とする蓄熱カプセル（１）のユニットである。

相変化（互変）は潜熱蓄熱組成物８の所要温度が融点以上又はそれ以下で、液化と凝固に至るエントロピーが生成するプロセスであり、系の質量に応じた熱エネルギーに係る吸収放熱の可逆の伝熱効果を所要の球形蓄熱カプセル１である。

一般的に潜熱蓄熱剤組成物８は融解し、液化の過程で出入りする潜熱と融解顕熱に係る吸放熱の可逆性を活用の熱交換性機能を所要する蓄熱槽１３であり、採用する潜熱蓄熱材組成物８は、水の熱量容量に比べ、例えば、電解質無機水和物（比較対象試料の一例が酢酸ナトリウム３水和物の場合）との比重差は単純平均値で概ね、１．４３倍以上、周囲温度＝供給温度＝２０℃の条件時のΔＴ／２０℃時で水の約３．５倍以上、所要潜熱熱量は３５８ＪＫＣａＬ／Ｋｇと電解質無機水和物の多くが、融点の相違を除き、同様な高熱量を保有し、熱伝導効率の向上とコンパクト化で装置の小型化と蓄熱槽１３の体積面の熱ロスに係る待機消費電力を軽減し、エネルギー効率ＣＯＰの向上に作用する。

潜熱蓄熱材組成物８を内包する前記蓄熱カプセル１が特徴とする表面積の拡大に寄与する筒状の連通空洞５の伝熱機能部を介し、数珠状に連携した蓄熱カプセルを浮き玉１０の留置治具に連結の構成で、蓄熱カプセル１の連合ユニットを構成して、蓄熱槽１３に収容し、熱媒流体３の伝熱効率の向上に寄与する。

前記、蓄熱カプセル１構成に低粘度の熱流水１２が効果的で、該カプセルの熱負荷を軽減し、温度伝達効率と熱供給機能の向上にも寄与する。係る熱伝達効果で、蓄熱槽１３の熱損失を軽減し、従来規模槽との比較に於いて、約３５％削減を保有し、課題の省電力、省スペース、省エネルギー効果と利便性確保の実績を得るものである。

当該蓄熱カプセル１を構成する素材に不透過性熱硬化性及び熱可塑性合成樹脂の何れか一方の合成樹脂素材で、蓄熱カプセル１として、耐熱、耐寒、耐久、耐候性に優れる機能と伝熱性が要求される。又、潜熱蓄熱材組成物８と成す電解質無機水和物の一例に、塩化カルシウム系６水和化合物、硫酸ナトリウム系１０水和化合物の融解に係る転移点を低温（冷熱）域に変更や、温熱域で比較的安定の例えば、酢酸ナトリウム系３水和化合物、等に成る適宣な融解潜熱と係る顕熱（比熱）の活用手段に、前記数珠状に連合の蓄熱カプセル１をユニット化して蓄熱槽１３に収容し敷設を目的に採用できる。

蓄熱カプセル１を一連の数珠状ユニットに仕上げて、一定所要量を１単位として構成し、蓄熱槽１３内に所定の単位量を敷設装置する合理的な基準手法である。

当該蓄熱槽１３内に収容し、敷設の前記蓄熱カプセル１に係る単位ユニットの構成は、軽量な浮き玉１０の浮力で水面に留める単純な敷設固定手法で効率的な単位ユニット化が容易であり、搬送や敷設現場での組立や整備補修の簡易性に優れ、工期の短縮など、低廉でコストの削減に寄与する。

本発明の蓄熱カプセルの簾方式による画一で規則的な敷設形態は流速に係る熱交換の熱抵抗を軽減し、蓄熱槽１３内の温度伝達抵抗を緩和するに有効な手段である。

前記潜熱蓄熱組成物８の伝熱負荷の改善と蓄熱カプセル１の活性化を促進する方法に於いて、蓄熱カプセル１の単位ユニットに紐状結束材９を用いて、数珠状に連合構成の単位ユニットを槽内１３に収容し、敷設配置により、熱流体１２に係る効果的な熱交換性で熱抵抗の緩和に貢献し、吸放熱レスポンスを向上する。

熱循環に係る蓄熱フローに密閉型ピストンフロー蓄熱槽１３及び建造物の地下に構築の開放型水蓄熱槽１３、等に適用する蓄熱カプセル１のユニットは、固有のエナンチオトロピー（互変）と潜熱量を保有し、層流型蓄熱槽の熱伝熱効果と類似の熱抵抗を抑制し熱効率の向上を促進する態様である。

安定化サスペンションに親水和性吸着剤や過冷却阻止トリガ−となるシード触媒から滴宣な対応材を適宣して、蓄熱素材８の凝固機能や保有蓄熱量の低下要因となる化合反応を阻む手段を施した化合物を蓄熱カプセル１に採用の選択肢を排除するものではない。

前記に係る化合安定サスペンションにセピオライト、合成ゼオライト、パリゴルスカイト、アタパルジャイト、カオリナイト、無晶形酸化ケイ素（粉末シリカ類）、セルローズ、等の有効性を、過冷却阻止シード（核生成剤）にリチウム化合物、リン酸系化合物,硼酸、フッ化化合物、等が公知の対象材として、既知されるもので活用を排除しない。

前項に係る電解質無機塩及び有機塩水和物になる潜熱蓄熱材とする詳細な対象材の内、環境使用温度１００℃以下の範囲に融点及び転移点（変移）温度を所要する。例えば、通常融点３２℃から転移点（変移）温度１０℃に変性可能な硫酸ナトリウム水和物、同じく４７℃〜４３℃のチオ硫酸ナトリウム水和物、同じく３５℃〜３２℃の炭酸ナトリウム水和物、同じく２９℃から７℃の塩化カルシウム水和物、同じく５７℃〜３２℃の酢酸ナトリウム水和物、同じく９４℃〜８０℃の明礬化合物、同じく７３℃〜５０℃の四リン酸ナトリウム水和物、等が係る温度範囲から、環境の仕様温度に適応する潜熱蓄熱組成物８を適宣して、温度の異なる蓄熱カプセルユニット１を混成し得る良好な選択態様で、上下に係る温度幅の広い範囲域で、潜熱と比熱を効果的に活用する蓄熱の装置化を可能とするものである。係る素材には限定しないが、当該蓄熱カプセル１のユニットに係る手段を排除するものではない。

当該蓄熱槽１３に内着する蓄熱カプセルユニット１を構成する合成樹脂材から選択する１つの個別材で、カプセル１胴体の中央部に筒状で連通の空洞５と球殻状カプセル１の空間に蓄熱材８を充填するプラグ３を所要の構成で、蓄熱カプセル１の内部空間に潜熱蓄熱組成物８を充填し、キャップ４で密封した蓄熱カプセル１形状である。

本発明の前記に係る形状は採用素材の熱伝導率で異なるが、係る直径は１０ｍｍｐｉ~１１０ｍｍｐｉ特に５０ｍｍｐｉ〜９０ｍｍｐｉの範囲が伝熱に良好な態様で、実施形態に於いて球の直径は該カプセル容積の９０％を占める事が望ましい。

当該、蓄熱槽１３内にカプセル１に装着の前記電解質無機相変化組成物は、一般的な工業薬品名として、一例に、普遍的な蓄熱素材として、共通する塩化ナトリウム水和物、硫酸ナトリウム水和物、酢酸ナトリウム水和物、明礬化合物を使用環境と温度域に適宣に選択して、蓄熱組成物８と成すものを収容も可能である。

前項、目的と用途に適う電解質無機水和物から選択した潜熱蓄熱材組成物８を充填し、蓄熱カプセル１が、熱媒流体１２を介して、可逆的に熱吸収と放熱の熱交換を行う。前記蓄熱カプセル１ユニットの使用量を可変して、所要熱流量（Ｌ／毎分）の伝熱負荷（入口―出口温度）を効果的に自在な選択態様を槽内１３での構成を特徴とする。

当該蓄熱槽１３の規模は構成する蓄熱カプセル１のユニットで構成の所要量を装着する態様で、構成の部位は前述のように熱接触に有効な表面積を保有し、速攻的に均一に伝熱の熱即効性に優れた互変（エナンチオトロピー）に寄与する良好な態様である。

蓄熱槽１３に係る伝熱効率は、公表のパラメーター感度解析値の熱抵抗抑制値に近似の数値を示した。当該蓄熱カプセル１と熱媒流体１２の接触面の拡大で、保持熱量の増量と温度伝達効率に好ましい効果態様である。

相変化組成物の融解温度は熱伝導度に比例し、熱抵抗に反比例する。熱伝導Λと温度伝導率はａ＝λ／ＰＣの法則に起因し、蓄熱体１の単位熱量増減に関係する。係る蓄熱量の密度と出入力の構成が、装置の熱効率（ＣＯＰ）の向上に寄与する効果を得る。

熱源及び負荷に係わる潜熱蓄熱組成物８のエナンチオトロピー（相の互変）に係る伝熱は採用容器の形状と熱流体（１２）の粘性が物体に係る熱伝達率に影響するから、当該蓄熱体１と熱流体１２の実用的熱伝導率（Κ）で，良好な態様を示し、概ね水の伝熱の１．４０と同等乃至、近似した伝熱数値で互変に係る吸放熱効果を示した。

前項に関連する当該蓄熱カプセル１及び浮き玉１０に係る詳細な構成材は、使用温度の範囲に於いて、充填される蓄熱材組成物８に対して、使用上支障のない程度の耐久性を有する素材であればよく、例えば、金属類、ガラス、セラミックスの無機物類、ポリエチレン、ポリプロピレン、の架橋型や高密度のオレフィン類、ポリアミド、ポリアセアセタール、ポリエチレンテレフタレート、ポリエーテルイミド、ポリカーポネートが対象である。然しながら、成形手段のブロー成型品とするには、前記のポリエチレン、ポリプロピレンが好ましい。又既に既知のアイソタチック,アタックチックに分類の重合体のコーポリマー、エラストーマも利用可能な分類範囲である。

合成樹脂製の蓄熱カプセル１及び浮き玉１０の詳細な製法は、射出成型法、押出成形法、押出ブロー成形法、射出ブロー成型法、延伸ブロー成型法による通常的に既知の成形手段を任意に用いる。前記、蓄熱カプセル１に蓄熱材８を充填する手段に制限はなく、該カプセル１が熱可塑性樹脂の場合、蓄熱材８を充填後、超音波でプラグ３とキャップ４を熱融着、又は金属ネジで密栓の処置手段を用いる。

本発明の蓄熱カプセル（１）は該カプセル内に蓄熱材（８）を収容したものである。この潜熱蓄熱材（８）には、固−液の相変化に係る潜熱及び顕熱を活用する既知の蓄熱材（８）であればよく、制限されることなく利用できる。前記を包括する物に例えば、糖類に属するアルコール類、石油類に属するｎ−パラフィン類、高分子類、アミド化合類、有機酸類、無機水和塩類、有機水和物類及び無機塩水和物類に分類される既知の組成物から適宣して使用できる。

前記の蓄熱材料８は単独若しくは、２種以上を複合して使用でき、必要に応じて、既存の破過冷却促進の触媒、分離阻止のサスペンション、防腐剤、転移点変更調整材、伝熱改良剤を適宣して用いる事ができる。

実施形態に係る球状蓄熱カプセル１の平面図。 図１に係る空洞連通部５を示す蓄熱カプセル縦断面図。 浮き玉１０の断面図。 図１に係る蓄熱カプセル１の槽内水面敷設の配置平面図。 図１に係るカプセル１を紐状結束材９で浮玉１０との連結を示す敷設縦断面図。

以下図面を参照して実施の形態を説明する。

第１図は、第１の実施の形態に係る蓄熱カプセルの平面図であり、表面積熱と伝熱の効果向と連結を目的の効果的手段に蓄熱カプセル１の球状曲面の中心部に筒状で、連通する空洞５を有する蓄熱カプセル１で、この球状カプセルの中心上部にプラグ３が形成され、係るプラグから蓄熱材８が内部の球殻空間２に充填されて、キャップ４で封緘される形状である。図２は、図１に係る蓄熱カプセルの断面を図解したものである。

図３は、前記の空洞（５）を介して、複数の該カプセルを数珠状に一本の連結用紐状結束材（９）で連合したユニットを構成して、中空の浮き玉（１０）の留置治具に連結する浮き玉の形態概念を示す平面図で、その表面に蓄熱カプセル（１）の連合ユニットを連結する留置治具（１１）を所要して、槽内（１）の水中（１２）で連結付帯の蓄熱カプセル（１）を数珠状に連合ユニットの固定に作用する。蓄熱槽（１３）内への敷設を簡便で低廉に実施する蓄熱カプセル（１）の単位ユニット構成方法である。

槽内１３に於いて、当該、数珠状に連合の蓄熱カプセル１の先端部を浮き玉１０に設定の留置治具１１に連結し、収容の蓄熱槽内１３の水中１２で、複数の浮き玉１０の留置治具１１と連結し、水中に簾状に吊るした形態で敷設の方法を特徴とする。

図４は、数珠状に構成の蓄熱カプセル１の固定ヘッドとする浮き玉１０の蓄熱槽１３内の流体水表面上１２に浮上の浮き玉１０の上部面の状態を示す平面図である。
図５は、敷設に係る浮玉１０留置治具１１に連結し、水面下で数珠状にカプセルの連合ユニット構成図であり、カプセルの球殻空間内に蓄熱材８を収容した蓄熱カプセル１の単位ユニット複数を複数の浮き玉１０に簾状で連結固定して、槽内１３の水中に収容の状態を示すものである。

本発明は、蓄熱材の態様において、保有する転移点が５℃の低温環境から８０℃温熱の範囲に適宣な潜熱蓄熱組成物８の選択肢を適宣保有する。

当該蓄熱カプセル１を構成する潜熱蓄熱組成物８の転移点温度条件を満たす電解質無機水和化合物から適宣な基材を前記カプセル１の球殻空間内に充填密封の蓄熱カプセル。

外部熱源及び負荷への導通管を循環して、流通する熱媒流体１２は、蓄熱槽１３内に架設の流入口及び配出口を介して、蓄熱槽内１３を流出入し、該槽内に敷設の蓄熱カプセル１に係るユニットの蓄放熱の態様を示す。

以下、実施例及び比較例について説明する。
実施試料に、高密度ポリプロピレンを用いて、直径９０ｍｍｐｉ肉厚１．５ｍｍの球状の蓄熱カプセル１内部に比重１．４５の水和物が、転移点４０℃の０．３００ｋｇを充填し、係る蓄熱体を直径０．５ｍ高さ０．５ｍの蓄熱槽内１３の容積１００とする全体に無結束の蓄熱カプセル１をランダムに収容し、係る蓄熱カプセル間の空間を満たすに充分な水量を注入し、満杯に達した時点で水量を排出し、その排水量から蓄熱カプセル体積が占める割合は４０．８％で、伝熱効率は流速２ｍ／分の循環で潜熱放熱量は水顕熱量の２．５倍の熱量を示した。

実施例１及び２
蓄熱カプセル（１）の形状を数珠状に連合した単位ユニットに紐状結束材９の先端を槽内１天壇部の設定箇所に固定し、槽内１３全体に数珠状に連合したユニットを、簾状に密着収容し、入口／出口の流水の顕熱の温度差を計測し、内部の吸放熱に係る伝熱効果は実施例１と同様に伝熱流速２ｍ／分の循環機能において、潜熱放熱量は３．０倍の熱量を示した。尚、槽内収容量は前記と同様の方法での計測で、その割合は、４４．２％であった。

前項実施に当たり、蓄熱体１に於ける融解−凝固プロセスに係る潜熱蓄熱組成材８の質的変化「相分離」について、実証試験を下記の条件に於いて実施した。
試料：ポリプロピレン製球状セル成形物の中心に筒状に連通した空洞５を所要する蓄熱カプセル１直径９０ｍｍｐｉ、電解質水和物系潜熱蓄熱材に酢酸ナトリウム３水和物原体を採用し、分子分離阻止及び破過冷却促進のサスペンションと無添加物の下記の２調整材を用いた。
（１）にサスペンション添加蓄熱組成物８を充填の球状カプセル蓄熱体１。
（２）にサスペンション無添加蓄熱組成物８を充填の球状カプセル蓄熱体１。
設定：加熱槽・冷却槽／８０−２０℃を用いて、融解−凝固２００回を目途とした。
検証：蓄熱体の配置形態に係る蓄熱材の組成変化（相分離現象有無）
（Ａ）１，２の該構造の蓄熱材個々を無作為に槽内に配置。
（Ｂ）１，２の該構造の蓄熱材をユニット方式で槽内に配置。
実施効果：
（Ａ）条件下において、１・２とも固−液を繰返し、３０回の目視において、１０−１２％の離水現象（分離）を確認した。
（Ｂ）１，２の両体とも設定内において、離水現象は認められなかった。

本発明は太陽熱、大気熱、排熱、地熱と従来型のエネルギーの電気、石油、ガスを利用する蓄熱槽１３として、潜熱と比熱を効果的な活用で、温度の高伝導が向上し、従来の貯水装置１３の体積に比べ、３５％削減の小型化と、低廉な蓄熱槽１３の装置化を可能にし、省電力化と低炭素化抑制効果に寄与する。

１．〜球殻状蓄熱カプセル
２．〜蓄熱構造体シェル
２ａ．〜蓄熱シェルの外曲面
２ｂ．〜蓄熱シェルの内曲面
３．〜充填プラグ
４．〜封緘用キャップ
５．〜球殻状型蓄熱カプセルの筒状連通空洞部分
６．〜蓄熱材充填の球殻空間
８．〜潜熱蓄熱材組成物
９．〜紐状結束材
１０〜浮き玉
１１〜浮き玉の留置治具
１２〜熱媒体（流水）
１３〜蓄熱槽

Claims (4)

1. 蓄熱カプセル（１）の単位ユニットであって、前記蓄熱カプセル（１）は球殻状形であり、前記蓄熱カプセル（１）は球円形の中心部に筒状に連通した空洞（５）と充填用プラグ（３）を有しており、前記蓄熱カプセル（１）の直径は３０ｍｍｐｉ〜１１０ｍｍｐｉの範囲内にあり、前記蓄熱カプセル（１）は球殻内の空間に潜熱蓄熱材（８）を収容しており、前記蓄熱カプセル（１）はキャップ（４）で密封されたものであり、所定の複数個の前記蓄熱カプセル（１）が紐状結束材（９）を用いて数珠状に連結されて構成されている連合ユニットが、浮き玉（１０）の留置治具（１１）に連結されて構成されているとともに、蓄熱槽（１３）内に、その複数が簾状に敷設及び収容されている、ことを特徴とする、蓄熱カプセル（１）の単位ユニット。
2. 前記浮き玉（１０）には前記連合ユニットの先端部が連結されており、前記浮き玉（１０）は、各種の合成樹脂、ガラス、金属の何れか１つの個別材で、中空密閉の球状曲面に成形されており、前記浮き玉（１０）は前記蓄熱槽（１３）内の流水（１２）中に浮揚しており、前記浮き玉（１０）に付帯する前記留置治具（１１）に前記蓄熱カプセル（１）が数珠状に連結しており、前記蓄熱槽（１３）内の流水（１２）中に自在に敷設されている、ことを特徴とする、請求項１に記載の蓄熱カプセル（１）の単位ユニット。
3. 潜熱蓄熱材（８）を収容した蓄熱カプセル（１）であって、請求項１に記載の蓄熱カプセル（１）の単位ユニットにおける蓄熱カプセル（１）として用いられている、ことを特徴とする、蓄熱カプセル（１）。
4. 蓄熱槽（１３）であって、その内部に請求項１又は２に記載の蓄熱カプセル（１）の単位ユニットが複数簾状に収容及び敷設されている、ことを特徴とする、蓄熱槽（１３）。

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