JP6294498B2 - 相変化材料を含有するカプセル用吸収体 - Google Patents

Description

本発明は、相変化材料（ＰＣＭと略す）、特に、水又は水和塩の共晶物のような、融解／凝固の高い潜熱を有するエネルギー貯蔵剤を含有するカプセル（フィラー体とも呼ばれる）用の吸収体に関し、かつ、係る吸収体を備えたカプセルに関する。本発明はまた、前記カプセルをパッケージングする方法に関する。

熱伝達流体（例えばグリコール水）が、相変化材料で充填されて（鋼又はコンクリートから製造された）タンク内に積み重ねられたカプセル間を循環させられ、次いで、冷却されるべき領域に導かれる、閉回路を備える冷却装置（「カプセル化ＰＣＭ」と呼ばれる技術）は知られている。カプセルの壁が薄いほど、カプセルから熱伝達流体への熱伝達係数は優れる。「貯蔵チャージング」相と呼ばれる相の間、冷却圧縮機によって冷却された熱伝達流体は、カプセル内に含まれる相変化材料が状態変化する温度よりも低い温度でタンク中を循環し、これはカプセル内に含まれる相変化材料を凝固させる効果を有し、その結果、一定量の冷却エネルギーを蓄える効果を有する。「貯蔵放出」相と呼ばれる相の間、熱伝達流体がタンク中を循環し、凝固したＰＣＭで充填されたカプセルと接触して、蓄えられた冷却エネルギーを得て、それを冷却されるべき領域に伝達する。この循環がカプセル中の相変化材料を徐々に融解させ、これは相変化材料が固体状態（貯蔵チャージング相の間に行われるもの）へ周期的に戻らされなければならないことを意味する。

ある相変化材料、特に、水は、液体状態よりも固体状態においてより大きな体積を占め、カプセルにとって、ダメージを受けることなく体積のこの増加を吸収し得ることが重要である。一つの迅速な解は、カプセルを相変化材料で部分的に充填し、残りの体積を空気で占めて、カプセル中の圧力増加を犠牲にして、相変化材料の固形物として徐々に占められ得る自由体積を形成することである。実施しやすいが、この解は、カプセルの薄い壁をより弱い強度の領域に伸ばすという不利益を有し、また、カプセルの外皮が、熱伝達流体の圧力の作用下、外皮のより小さな強度の領域において凹んだ形状を形成することによって変形することを許容するという不利益を有する。

これらの変形の繰り返し性が、最終的に引き起こされ得る外皮の脆化を生じさせる。

文献ＦＲ２６０９５３６は、相変化材料で完全に充填されたカプセルであって、相変化材料が凝固したときに該材料によって押し返され、その結果、カプセルの内部容積の増加を可能にする、中空凹み形状を有する可撓性外皮を備えるカプセルを記載している。前述したように、外皮の変形の繰り返し性が最終的に後半で弱める。

文献ＦＲ２７３２４５３自体は、カプセルの中央で保持され、カプセルの内部容積の部分を占める球状の吸収体を含む薄くて硬い外皮を有するカプセルを記載している。それ故、吸収体自体の容積によって減少させられるカプセルの内部容積は、相変化材料で完全に充填される。吸収体は圧縮性であり、その結果、相変化材料が凝固したときに、前記材料の容積の増加を吸収するように相変化材料によって圧縮され得る。カプセルの球形と関連した膨張体の球形は、相変化材料を、流れ出すことなくカプセルの周囲から中央に凝固させるように導き、それにより、有害な内部応力の創出が避けられる。しかしながら、カプセルの中心でこのような吸収体を適合させ、そこでそれを維持することは難しい。

本発明の一つの目的は、用いやすく、球状外皮のカプセルと組み合わせて容易に使用され得る、単純形状の吸収体を提案することである。

この目的を達成するために、全体的に円筒形状の主要部と半球の端部で終わる円形断面を有する可撓性ガス充填外皮とを備える横長吸収体を提案する。吸収体に球状カプセルの内径に実質的に等しい長さを付与することによって、この本体は、その直径軸に沿って延び、それによってカプセルの内部容積の回転対称性を保持し、カプセル内でそれ自身を自然に留める。凝固相の間、相変化材料はカプセルの外皮の近くで凝固し始め、これは吸収体の端部を捕捉して固定し、それがカプセル内部を動き回ることを防止し、それによって、その動作が相変化材料の凝固を中断させることを防止する。凝固が徐々に進行すると、吸収体は徐々に圧縮され、その結果、容積は相変化材料の容積の増加を自由に吸収できるようになる。

また、本発明の横長吸収体を備える全球形状の外皮のカプセルが提供され、本発明の吸収体の長さに実質的に等しい内径を有し、横長吸収体の直径よりも僅かに大きい直径を有する円形の充填オリフィスを備える、カプセルの外皮が提供される。その結果、これは、吸収体をカプセル内部に非常に配置させ易くする。

カプセルの外皮は、滑らかであるか、又は、相変化材料と、カプセルと接触する熱伝達流体との間の熱交換を促進する起伏を有してもよい。さらに、用語「全球形状の外皮」とは、必ずしも厳密に球形である必要はないが、球形のものを想起させる外皮の全形状を包含する。特に、外皮は中空形状を有してもよい。

本発明の一態様によれば、前記カプセルのパッケージングは、
− カプセルの開口部を介してカプセル内に横長の吸収体を導入する工程と、
− カプセルの開口部を解放するために、吸収体を旋回させる工程と、
− 開口部を介してカプセルを相変化材料で充填する工程と、
− カプセルのオリフィスをふさぐ工程と、
を含む。

本発明の別形態によれば、横長吸収体は、吸収体内に封入されたガスの圧力を測定するように適合された圧力センサーと関連している。

本発明は、添付図面の図を参照して以下の記述からよりよく理解されるであろう。
図１は、本発明に係る横長吸収体の斜視図である。 図２ａ〜２ｃは、図１の吸収体を有する本発明に係るカプセルのパッケージングにおける種々の工程を示す概略図である。 図３は、カプセルの壁と接触して凝固するプロセス中である、図２ａ〜２ｃのカプセルの相変化材料の斜視図である。 図４は、本発明の実施態様の別形態に係る吸収体の斜視図である。 図５ａ〜５ｃは、図４の吸収体を有する本発明に係るカプセルのパッケージングにおける種々の工程を示す概略図である。

図１は、可撓性材料から作製された外皮２を備える本発明に係る吸収体１を示す。外皮２は、円形断面の筒状本体部３が半球状の端部４で終わる、横長形状である。外皮２は、流体密封であり、ガス、例えば、大気圧での空気を含む。その材料は、吸収体１の内側と外側との間の浸透の移行を防止するように、かつ、挟持に対して良好な耐性を有するように選択される。例えば、エチレン酢酸ビニル（ＥＶＡと略される）に基づく材料を使用することができる。このような吸収体は、ブロー成形又は他の適切な方法によって製造され得る。

このような吸収体は、図２ａ〜２ｃに示される方法で使用される。

図２ａに示される第１の工程では、吸収体１は、該吸収体１の主要部３の直径よりもわずかに大きい開口部１１の直径を通じてカプセルに導入される。ここで、外皮１２は、その外壁に起伏を備えるが、外皮１２の全体形状は、それが全体的に球形であるという条件で、想起し得る形状を示すことができる。

次に、図２ｂに示されるように、吸収体１をカプセル１０内で旋回させ、開口部１１に蓋をしないようにし、それが注入口１３を使用して（小ドットで示される）液体状態の相変化材料でカプセル１０を充填するのをより容易にする。吸収体１がカプセル１０の直径軸に沿って自然に伸びるように、吸収体１がカプセル１０の内径に実質的に等しい長さを有することに留意されるであろう。

最後に、図２ｃで示されるように、次いで、カプセル１０は栓１４を使用して封入される。その結果パッケージングされたカプセルは、冷却装置のタンク内に他のカプセルで充填される用意ができている。

図３は、吸収体１は、相変化材料が凝固したときに圧縮されるようになるといった方法を示す。凝固は、外皮１２と接触し始め（凝固部分はより密集したドットとして示される）、吸収体１の端部を捕捉する。その主要部は、相変化材料の体積が徐々に増加するときに縮む。それに応じて、吸収体の内側の内圧は増加する。逆に、相変化材料が融解したとき、吸収体は相変化材料に圧力を付加し、後者が十分に融解したとき、吸収体は、残留結晶を破壊し、それにより液体／固体交換の表面積を増加させるのに寄与する。

図４に示される本発明の実施態様の別形態によれば、吸収体１０１は上述したように横長形状の外皮を依然として備える。しかしながら、端部１１４の１つは開口しており、吸収体１０１の内圧を測定するための圧力センサー１１５、例えば、リモートで調べることができるＲＦＩＤ型センサーを受容することができる。この例では、該センサーは、栓１１４によって支えられて実際に配置され、吸収体は前記栓に固定され、容易に取り扱うことができる単一のアセンブリーを形成する。

このような吸収体は、図５ａ〜５ｃに示される方法で使用される。

図５ａに示されるように、第一に、カプセル１０は液体状態の相変化材料で充填される。

次いで、図５ｂに示されるように、吸収体１０１、栓１１４及びセンサー１１５から構成されるアセンブリーはカプセル上に適合され、一定量の相変化材料をあふれさせて、トレイ１１６中に集められる。図５ｃは、完全にパッケージングされ、使用できる状態のカプセルを示す。

一般的に、１３０ミリメートルの内径を有するカプセルに対し、吸収体は、３５ミリメートルの主要部直径に対して１３０ミリメートルの長さを有するように提供され得る。

一般的に、カプセル内に含まれる相変化材料が完全に凝固される場合に、吸収体の内部の圧力が３バール又はそれ未満であるように、吸収体の主要部の直径は選択され得る。

本発明は、説明してきたものに限定されるものではなく、それどころか、特許請求の範囲によって定義される範囲内に入る別態様を包含する。本発明の実施態様の一部を以下の項目［１］−［９］に記載する。
［項目１］
相変化材料を含むことを意図する冷却装置のカプセル用横長吸収体であって、前記吸収体は、全体的に円筒形状の主要部と半球の端部で終わる円形断面とを有する可撓性ガス充填外皮（２、１０２）を備えることを特徴とする、横長吸収体。
［項目２］
前記外皮が、エチレン−酢酸ビニルに基づく材料から作製される、項目１に記載の横長吸収体。
［項目３］
項目１又は２記載の横長吸収体（１０１）を含むアセンブリーであって、
前記吸収体の内圧を測定するのに適した圧力センサー（１１５）を、横長吸収体の端部の１つに取り付けられている、アセンブリー。
［項目４］
前記アセンブリーが導入されるカプセルの封鎖栓（１１４）が取り付けられている、項目３に記載のアセンブリー。
［項目５］
項目１記載の吸収体（１；１０１）を含む全球形状の外皮（１２）を備える冷却装置用カプセルであって、前記吸収体は前記カプセルの前記外皮の内径に実質的に等しい長さを有し、該カプセルは相変化材料で充填されている、カプセル。
［項目６］
前記吸収体の主要部の直径よりもわずかに大きい直径を有する開口部を備える、項目５に記載のカプセル。
［項目７］
項目５又は６に記載のカプセルを採用する、冷却装置。
［項目８］
カプセルをパッケージングする方法であって、
− カプセルの開口部を介してカプセル内に項目１記載の横長吸収体を導入する工程と、
− 前記カプセルの開口部を解放するために、前記吸収体を旋回させる工程と、
− 前記開口部を介してカプセルを相変化材料で充填する工程と、
− 前記カプセルのオリフィスをふさぐ工程と、を含む、方法。
［項目９］
カプセルをパッケージングする方法であって、
− カプセルの開口部を介して相変化材料でカプセルを充填する工程と、
− 項目１に記載の横長吸収体（１０１）を含むアセンブリーを前記カプセル内に導入する工程であって、前記吸収体の端部の１つに、該吸収体の内圧を測定するのに適した圧力センサー（１１５）が取り付けられ、前記吸収体の全てが、前記カプセルの開口部が栓（１１４）で塞がれるまで、前記栓に固定される、工程と、を含む方法。

Claims (8)

1. 相変化材料で充填されている、全球形状の外皮（１２）を備える冷却装置用カプセルであって、
   該カプセルは、全体的に円筒形状の主要部と半球の端部で終わる円形断面とを有する可撓性ガス充填外皮（２、１０２）を備える横長吸収体（１；１０１）を含み、該吸収体は前記カプセルの前記外皮の内径に実質的に等しい長さを有することを特徴とする、カプセル。
2. 前記カプセルの前記外皮が、前記吸収体の主要部の直径よりもわずかに大きい直径を有する開口部を備える、請求項１に記載のカプセル。
3. 前記カプセルの前記外皮が、エチレン−酢酸ビニルに基づく材料から作製される、請求項１に記載のカプセル。
4. 前記吸収体が、前記吸収体の内圧を測定するのに適した圧力センサー（１１５）を、横長吸収体の端部の１つに取り付けられている、請求項１〜３のいずれか一項に記載のカプセル。
5. 前記吸収体は、該吸収体が導入されるカプセルの封鎖栓（１１４）が取り付けられている、請求項４に記載のカプセル。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載のカプセルを採用する、冷却装置。
7. 請求項１〜５のいずれか一項に記載のカプセルをパッケージングする方法であって、
   − カプセルの開口部を介してカプセル内に横長吸収体を導入する工程と、
   − 前記カプセルの開口部を解放するために、前記吸収体を旋回させる工程と、
   − 前記開口部を介してカプセルを相変化材料で充填する工程と、
   − 前記カプセルのオリフィスをふさぐ工程と、を含む、方法。
8. 請求項４又は５に記載のカプセルをパッケージングする方法であって、
   − カプセルの開口部を介して相変化材料でカプセルを充填する工程と、
   − 横長吸収体（１０１）を含むアセンブリーを前記カプセル内に導入する工程であって、前記吸収体の端部の１つに、該吸収体の内圧を測定するのに適した圧力センサー（１１５）が取り付けられ、前記吸収体の全てが、前記カプセルの開口部が栓（１１４）で塞がれるまで、前記栓に固定される、工程と、を含む方法。

Images