JPH0343558B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は蓄熱容器内に潜熱蓄熱材を封入し、こ
の潜熱蓄熱材の相変化により蓄放熱する蓄熱装置
に関するものである。

〔従来技術〕

従来の蓄熱装置は蓄熱容器内に蓄熱材として、
水や砕石等の顕熱蓄熱材を封入していたが、この
ような蓄熱材では蓄熱容量が小さいため、蓄熱装
置の体積が著しく大きくなるという欠点があつ
た。このため、無機含水塩（たとえばチオ硫酸ナ
トリウム５水塩、塩化カルシウム６水塩）の凝固
−融解する際に発生する潜熱を利用した潜熱蓄熱
装置を用いる検討が行われている。しかし、無機
含水塩は凝固−融解をくり返すと、融点の高い物
質と低い物質に分離する現象（二相分離現象）が
あり、次第に所定の温度（融点）で潜熱放出しな
くなる。また時々過冷却を起し、融点より20〜30
℃温度低下しても凝固せず、潜熱放出しない現象
（過冷却現象）がある。

この二相分離現象や過冷却現象を解決する方法
として、特開昭50−120045号公報、特開昭57−
16789号公報、特開昭53−70990号公報に開示され
たものが知られている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

前記の特開昭50−120045号公報に記載の蓄熱装
置は、単に蓄熱材を封入した蓄熱装置に、種結晶
を入れた縦方向に設けられた細パイプを結合した
ものであり、特開昭57−16789号公報に記載の蓄
熱装置は、大形タンクを利用した蛇管式熱交換器
を利用した蓄熱装置に、種結晶を入れた縦方向に
設けられた細パイプを結合したもので、蓄熱剤の
内部挿入した蛇管式熱交換器により熱を出入れす
る場合に好適なものである。

また特開昭53−70990号公報はタンク内の蓄熱
材にゲル化剤を入れて二相に分離する現象を抑制
することについて述べているが、容器端部の構
造、及び内部に保存する種結晶の作り方、ゲル化
剤を入れ固着し易くすることは配慮されていな
い。

本発明は蓄熱容器に蓄熱材を封入し、容器の外
面より如を出入れする蓄熱装置の容器端部の低温
部の構成、及び内部に保存する種結晶の作り方、
固着方法等を提供し、もつて蓄熱材の過冷却の防
止及び二相分離の防止を行ない、かつ迅速に熱を
取出せるように改良することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕 本発明は、上記課題を解決するために、蓄熱容
器内に潜熱蓄熱材を封入し、該潜熱蓄熱材の相変
化により蓄放熱する蓄熱装置において、前記複数
の蓄熱容器を外囲器の中に水平状に配置し、該容
器内にゲル化剤入りの第１の潜熱蓄熱材を入れ、
該蓄熱容器の外面より熱を出し入れするととも
に、該蓄熱容器の端部に低温部を形成し、該低温
部にも固形状のゲル化剤入りの第２の潜熱蓄熱材
を前記低温部内壁に密着するように形成して、か
つ前記第１と第２の潜熱蓄熱材とが切れ目なく接
続されていることを特徴とする。

〔作用〕

蓄熱容器の低温部近辺は、蓄熱材の融点より低
温度となつているので、低温部の内壁部に付着し
ている蓄熱材は固化し固形状蓄熱材を形成してい
る。この低温部内壁に入れてある固形状蓄熱材に
は、最初よりゲル化剤が入れてあるため、蓄熱材
をその主剤の融点にて凝固させる正常な結晶とし
て保持されている。またゲル化剤を入れているた
め低温部内壁の最も低温度になる部分に最初作る
時点において、のり状にして密着固化させること
ができる。このため、蓄熱材が放熱する際には、
固体蓄熱材の結晶が成長し、過冷却を起こすこと
はない。また容器内の蓄熱材中にはゲル化剤を添
加してあり、また容器を水平状に配置してあるの
で、融点の高い物質と低い物質の二相に分離する
現象が確実に抑制される。ほぼ容器厚さと同程度
の低温部を容器の端部に設けてあるので、容器内
の蓄熱材主材に対する低温部内の固形状蓄熱材の
接触面積の割合が必然的に増加し、熱取得時、こ
の接触面が一挙に結晶発生点として作用し、迅速
に熱放出させることができる。その結果、容器の
外面より熱を出入れする時に有効な構造を提供で
きる。

〔実施例〕

以下、本発明の具体的実施例を図面を用いて説
明する。

第１図は、本発明の一実施例を示す図面であ
る。また第２図は、第１図のＡ−A′断面図であ
る。この図において、外囲器１にはその下方に流
体入口パイプ２、その上方に流体出口パイプ３が
配設されており、また、その内部にポリエチレ
ン、銅、アルミニウム等からなる蓄熱容器４が多
数水平に設けてある。この蓄熱容器４は、その内
部にチオ硫酸ナトリウム５水塩や塩化カルシウム
６水塩等を主成分とする潜熱蓄熱材５が封入され
ている。蓄熱材５は凝固−融解の際には体積変化
を起こすので、蓄熱材５の封入時、蓄熱容器４内
に少しの空間部６を設けるようにしている。ま
た、この蓄熱容器４の端部４ａは、外囲器１の壁
面１ａより外に突出して低温流体（空気または水
など）７と接触しているので、蓄熱容器４内の蓄
熱材５の融点より低温度となつている。以下この
外部に突出している部分を低温部４ａと称す。上
記の外囲器１内には、流体入口パイプ２から水、
油、空気等の流体が導入され、この流体は外囲器
１内の空間部８を通つて流体出口パイプ３から外
部に流出する。この際、流体の温度が蓄熱材５の
融点より高い場合には、蓄熱容器４を介して流体
から蓄熱材５に熱が伝わり、これにより蓄熱材５
は融解されて蓄熱される。また、流体の温度が蓄
熱材５の融点より低い場合には、蓄熱容器４を介
して蓄熱材５から流体に熱が伝わり、これによ
り、蓄熱材５は凝固しつつ放熱する。しかし、蓄
熱材５は、上記のようなヒートサイクルを受ける
と、次第に融点の異なる物質が分離する二相分離
現象が起こるので、本発明においては、蓄熱材５
中にデンプン等のゲル化剤が入れてある。また、
蓄熱容器４の低温部４ａは気密で、その内壁部全
面にも、ゲル化剤が添加されている蓄熱材５′を
付着してある。これは低温部４ａ内の蓄熱材５′
を最初より正常な結晶とし、主材を融点で凝固さ
せる結晶部にするために重要であり、かつ種結晶
を作る際においてゲル化剤を入れてのり状にした
ものを低温部内壁に付着させることができるの
で、確実に付着固定できる。

このような構造において、蓄熱容器４の低温部
４ａ近辺は、蓄熱材５の融点より低温度になつて
いるので、低温部４ａの内壁部に付着している蓄
熱材５′は以外にその近傍の液面５ａ近辺の蓄熱
材５は固化している。

このため蓄熱材５が放熱する際には、前記固化
部分を中心にして結晶が成長し、過冷却を起すこ
とはない。また蓄熱材５中にはゲル化剤を入れて
あるので、融点の高い物質と低い物質の二相に分
離する現象が緩和される。本発明にお容器４を用
い、かつこれを水平に配置しているので前記二相
分離現象の抑制はさらに確実なものとなる。ま
た、本発明において重要な点は低温部４ａの内壁
部の蓄熱材５′にもゲル化剤を入れた後、付着固
化してあるので、正常な結晶となつて主材の融点
で確実に凝固させる種結晶として作用する。ま
た、蓄熱材５′はゲル化剤が一種ののりとして作
用し、低温部４ａの内壁部にしつかり固定され、
下部に落下しない。また容器内の蓄熱材５に対
し、それと接触している低温部４ａ内壁部に存在
する種結晶の蓄熱材５と接触する面積の割合いを
多くすることができるので、蓄熱時において迅速
に熱を取出すことができる。

また、本発明においては外囲器１には、蓄熱容
器４の低温部４ａ周周にカバー９が設けると効果
的である。この場合、外囲器１の壁面１ａとカバ
ー９とによつて流体通路１０が形成されている。
この流体通路１０にはフアン１１によつて流体と
して空気７が導入孔１２から強制的に入り、排出
孔１３から排気される。また、さらに良く冷却を
行う場合には、流体通路１０を気密に形成しポン
プを用いて水を導入して、蓄熱容器４の低温部４
ａを冷却するのが良い。

第３図は本発明の蓄熱装置の更に他の実施例で
あり、第４図は第３図のＢ−B′断面図である。
この実施例は蓄熱容器４の形状が前述の実施例の
ものと異なるものである。蓄熱容器４はパイプ状
部４′と、このパイプ状部４′の両端部に溶着され
たキヤツプ状部４″からなる。これは蓄熱容器４
に蓄熱材５を封入する作業、及びキヤツプ状部
４″（低温部）内壁に、ゲル化剤入り蓄熱材５′を
付着させる作業を容易にできるものである。

以上の実施例において、ゲル化剤入り蓄熱材５
中、および蓄熱容器４の低温部４ａ内壁部に付着
固化させたゲル化剤入り蓄熱材５′中、あるいは
多孔物質１４中に、核生成を容易とする発核剤を
入れるとなお一層の効果がある。この発核剤とし
ては蓄熱材としてチオ硫酸ナトリウム５水塩を用
いる場合には、ナフタリンが良い。またこの場合
無水フタル酸、フマル酸、安息香酸、クロル安息
香酸、チオ硫酸アンモニウム、ナフトールの内一
種以上のものをナフタリンと同時添加すると、発
核剤の効果はさらに高まる。またゲル化剤として
は、蓄熱材としてチオ硫酸ナトリウム５水塩を用
いる場合にはデンプンが良く、その添加率は１〜
４重量パーセントが最適である。

第５図は本発明の蓄熱装置の更に他の実施例で
あり、第６図はそのＣ−C′断面図である。蓄熱容
器４は水平に配置されているので、蓄熱容器４の
空間部６は、低温部４ａだけではなく外囲器１の
壁面１ａの左側の空間部側（高温部）の蓄熱容器
４内にも水平状に長く存在する。多孔物質１４は
低温部４ａ内壁に密着するように固定された後、
その一部は蓄熱容器４の空間部６の上壁部の全部
を囲うようにして取付けられている。その他端
（左端）は蓄熱材５中に浸漬されている。この多
孔物質１４内にはゲル化剤入り蓄熱材が含浸して
ある。このような構造において、外囲器１内の空
間部８に高温の流体が流れる場合には、外囲器１
の空間部８側の蓄熱容器内壁部に内張りされてい
る多孔物質１４内の蓄熱材は融ける。しかし、そ
の毛細管力によつて、蓄熱容器４の低温部４ａ側
の多孔物質１４部には、いかなる場合にもゲル化
剤入り蓄熱材が吸引されて存在するようになる。
このため放熱時には効果的に過冷却現象を抑制で
きる。蓄熱材５中に発核剤としてナフタリンを添
加する場合には、ヒートサイクルによりナフタリ
ンが昇華するが蓄熱容器４の低温部４ａ内壁部の
多孔物質１４に付着して結晶化する。この結晶１
５は針状に大きく成長し、蓄熱材５の液面５ａに
接触し、再び発核剤として作用するようになる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、蓄熱容
器の気密な低温部内壁にほぼ全面にわたつてゲル
化剤入りの固体蓄熱材をしつかりと付着固定する
ことができ、種結晶の離脱等による消失がなくな
り、過冷却を防止できると共に、融点の高い物質
と低い物質の二相分離現象も防止することがで
き、迅速に熱放出させることができる。これによ
つて、安定した特性の信頼性の高い蓄熱装置を実
現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の蓄熱装置の一実施例を示す縦
断面図、第２図は第１図のＡ−A′断面図、第３
図は本発明の蓄熱装置の更に他の実施例を示す縦
断面図、第４図は第３図のＢ−B′断面図、第５
図は本発明の蓄熱装置の更に他の実施例における
蓄熱容器を示す縦断面図、第６図は第５図のＣ−
C′断面図である。 １……外囲器、１ａ……外囲器の壁面、４……
蓄熱容器、４ａ……蓄熱容器の一端部（低温部）、
５……蓄熱材、５′……ゲル化剤を入れて固化し
た蓄熱材、６……蓄熱容器の空間部、１４……多
孔物質、１５……発核剤の結晶。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 蓄熱容器内に潜熱蓄熱材を入れ、該潜熱蓄熱
   材の相変化により蓄放熱する蓄熱装置において、
   前記複数の蓄熱容器を外囲器の中に水平状に配置
   し、該容器内にゲル化剤入りの第１の潜熱蓄熱材
   を封入し、該蓄熱容器の外面より熱を出し入れす
   るとともに、該蓄熱容器の端部に低温部を形成
   し、該低温部にも固形状のゲル化剤入りの第２の
   潜熱蓄熱材を前記低温部内壁に密着するように形
   成して、かつ前記第１と第２の潜熱蓄熱材とが切
   れ目なく接続されていることを特徴とする蓄熱装
   置。 ２ 蓄熱容器内に潜熱蓄熱材としてチオ硫酸ナト
   リウム５水塩を封入し、前記潜熱蓄熱材中にはゲ
   ル化剤としてデンプンを１〜４重量パーセント加
   え、前記蓄熱容器の端部の気密な低温部の内壁
   に、ほぼ全面にわたつて前記ゲル化剤が加えられ
   た固形状チオ硫酸ナトリウム５水塩を密着するよ
   うに設けたことを特徴とする特許請求の範囲第１
   項の蓄熱装置。 ３ 蓄熱容器の少くとも低温部内壁の固形状蓄熱
   材中に内壁に接するようにしながら多孔物質を設
   け、この多孔物質にゲル化剤入り潜熱蓄熱材を含
   浸させて固形状としたことを特徴とする特許請求
   の範囲第１項又は第２項記載の蓄熱装置。 ４ 多孔物質はその一部が蓄熱容器の低温部内壁
   部から高温部内壁部側に伸長されていることを特
   徴とする特許請求の範囲第３項記載の蓄熱装置。 ５ ゲル化剤入り潜熱蓄熱材に発核剤としてナフ
   タリンを添加したことを特徴とする特許請求の範
   囲第２項〜第４項のいずれか１項記載の蓄熱装
   置。 ６ 発核剤補助剤として無水フタル酸、フマル
   酸、安息香酸、クロル安息香酸、チオ硫酸アンモ
   ニウム、ナフトールのうち一種以上のものを添加
   したことを特徴とする特許請求の範囲第５項記載
   の蓄熱装置。