JPS59120676A - 過冷却防止方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、水或いは水和塩等の融解熱を利用するために
熱エネルギーを蓄える蓄熱材の過冷却防止方法に関する
。

〔従来技術とその問題点〕

近年石油事情の悪化とともに省エネルギ一対策が新エネ
ルギーの開発とは別の角度から進められている。その対
策の一環として排熱或いは過剰供給される余剰熱を利用
して、これらの熱を蓄熱槽に蓄え、様々な分野の熱源と
し利用することが考えられている。蓄熱槽の蓄熱材とし
て利用されているものは種々あるが、液相から固相に相
変化させて蓄熱する蓄熱材は薄熱密朋が高く、蓄熱槽を
コンパクト化出来ることから有望視されている。中でも
水或いは水相塩等はコスト面ｔら見ても最も安価な蓄熱
材であり、注目される。

しかしながら、この水或いは水相塩等の蓄熱材は、冷凍
機の冷凍能力が水の顕熱量に比べて小さくて、水を冷却
する速度が遅かったりすると、液相から固相に相変化す
る温度に達しても相変化を起さずに更に蓄熱材を冷却し
ないと相変化がおきないという、所謂過冷却と呼ばれる
現象が生じる。

過冷却状態から脱出できない場合は、潜熱蓄熱は不可能
となシ、蓄熱量は約１／８ｏに減少し、かつ一定の相変
化温度の熱源が得られな（なってしまう欠点がある。或
いは自然凍結温度まで冷却して凍結が開始しても過冷却
した分だけの蓄熱損失が大きく、凍結に時間がかかる等
、本来の目的である省エネルギ効果が充分に発揮されな
い欠点がある。過冷却は一種の準安定状態であり、過冷
却状態に入った液体は従来から結晶のような微少物を投
入したシ、急に振った）すると核が生成され、相変化を
起（−て安定な状態に移ることが凡られている。しかし
ながら、このような対策を施しても振動を加えて核が生
成きれるまでの蓄熱損失は太き（、更に凍結に時間がか
かるという欠点は解決できない欠点があった。

〔発明の目的〕

本発明は上記欠点に鑑みなされたもので、水或いは水和
塩等の蓄熱材を過冷却することなく、また故意に過冷却
させても瞬時に凍結を開始できる過冷却を防止できる方
法を提供するものである。

〔発明の概要〕

本発明によれば、上記目的を達成するために冷却してい
る水或いは水相塩などの蓄熱材にｌ０ＫＨｚから５０Ｋ
Ｈｚの範囲の超音波振動を加えることによシ達成される
。

〔発明の効果〕 以上説明した本発明によれば、水或いは水相塩等の蓄熱
材の凝固点で凍結が達成され、しかも過冷却に入った蓄
熱材であっても瞬時に凍結を開始させることができる。

したがって冷凍能力の小さい冷凍機であっても確実に凍
結させることが可能となり、凍結開始温度を自由に設定
できる等の種々の効果を発揮する。

〔発明の実施例〕

以下図面を参照し′て本発明の詳細な説明する。

第１図は、本発明に係る過冷却防止方法を説明するため
に使用した過冷却防止装置の一例を示す概略構成断面図
である。

図において、１０は断熱性のよい恒温槽で、この恒温槽
１０内には、例えば相変化温度が一１３℃のエチレング
リコール２５チ水溶液１１が収納されている。この水溶
液１４は、この液中に設けられた熱交換器１２に上記恒
温槽１０外に設けられた冷凍機１３から冷媒を配管１４
．１５を介して供給することにより常時０℃以下の設定
温度に冷却している。そして、この恒温槽１０の底には
蓄熱材１８を密封した玉子型のポリエチレン容器１６を
支える架台１７が固定されている。この架台１７は鉛直
方向でポリエチレン容器１６の設置位置が可変可能なも
のである。そしてこのポリエチレン容器の鉛直方向上方
には超音波ホーン１９が恒温槽１０に固定された支持台
２ｏに固定されている。

この時、超音波ホーン１９のポーン先端５＋ＩＪ　１９
　ａは前記ポリエチレン容器１６に対向し、液面に浅く
浸漬している。このホー７１８９はカ同部に超音波振動
子２１を介在するとともに、超音波発振器２２から超音
波振動子２Ｉに供給される直方の一方の電極を兼用して
いる。２３は超音波振動子の他方の電極である。２４は
ポリエチレン容器中の液温を測定するだめの熱心（であ
る。２６は加熱用ヒータである。

以上、説明した僅冷却防止装置を用いて過冷却防止法に
ついて具体的に説明する。

実施例１ 恒温槽１０に収納されたエチレングリコール２５チ水浴
液１工は、外部に設置された冷凍機１３を駆動し、この
冷凍機１３に接続された熱交換器１２を介して一６℃の
一定温度に冷却されている。この温度に冷却された水溶
液ＩＩ中に蓄熱材１８として＋２５℃の温度の水道水を
密封した容器１６を架台１７上に沈めて固定し冷却した
。水道水の凝固点は約０℃であり、水道水の凍結移行状
況を肉眼で収察すると共に、水温の変化を熱電対２４で
測定した。その結果を第２１ＷＩの実線をもって示した
。すなわち、第２図からも明らかなように水溶液１１中
に沈めた茶器１６中の蓄熱材１８は冷却開始６分経過後
、水温は凝固点０℃を切ったが、凍結せずに過冷却状態
に入っていった。更に冷却を約１２分経過後水温は約−
６℃に賄して冷却開始後１時間経過したが逐に凍結する
までには到らなかった。以上の試験を１０回繰）返し行
なったが、全ての試；倹において凍結は認められなかっ
た。

そこで、本発明者等は、蓄熱材Ｉ８の水温が凝固点０℃
になる直前に超音波振動子２１に超音・波発振器２２か
ら電力を供給し、ホーンエ９の先端何重９ａから容器に
向って超音波を照射した。この結果は第３図に示すよう
に水道水は約Ｏ℃の付近で瞬時に凍結を開始し、過冷却
現象は防止され喪。

この試験は１０回繰り返し行なったが全て同じ結果が得
られ再現性が得られた。図において、破線はブライン温
度である。下表は容器に対して供給−した超音波の試験
条件の具体例を示す結果である。

ココテホーン先端１９ａから容器までの距離２０ｍｍ　
とした。

表−１ 上記表において、夫々の結果は◎は過冷却状態の蓄熱材
が瞬時で凍結を開始し１００　％の凝固を達成したもの
であり、○は１００％凝固はするが゛、若干時間の時間
遅れを要し凍結を開始するもので、△は効果が現わない
ものがたまに見られるもの、×は効果はあるがあてにな
らないものを示す。

尚、上記試験において、容器１６中に水道水のかわりに
純水を封入して行なったが、その結果については全く同
様の傾向を示した。

実施例２ 次に、蓄熱材１８として、凝固点が３２．２℃のＣａＣ
ｌ２６ＨｔＯからなる水和塩をポリエチレン容器１６に
密封した。エチレングリコール水溶液１１は、冷凍機１
３とヒータ２６によ、す＋２２℃に保った。この水溶液
１１中に上記蓄熱材Ｉ８を密封した容器１６を沈めて冷
却したが、第２図で説明したのと同様な過冷却現象が発
生した。そこで、実施例１と同様に容器Ｉ６に超音波を
照射した。

容器１６から超音波ホーンＩ９の先端１９ａまでの距離
は実施例１と同様であり、２０ｍｍとし、その試験結果
を表−２に示す。

＆−２ ○、△、×の評価は第１表と同じ評定である。

実施例３ 次に、実施例工で使用した蓄熱材１８を封入した容器１
６を過冷却した後にこの容器に超音波を供給した。容器
工６内の水道水は超音波供給とほぼ同時に容器内の水温
が０℃に上昇し凍結した。

その結果を第３図および第４図ならびに第５図に示す。

すなわち、第３図は蓄熱材１８が一４℃まで過冷却した
時点で超音波を供給した場合を示し、第４図および第５
１図は夫々−６℃まで過冷却させて、超音波を供給した
場合の特性を示している。

倒れの場合も蓄熱材工８は、超音波の供給と同時に温度
が０℃に上昇し、瞬時に凍結を開始した。

本発明者等は実施例■から３まで超音波供給と同時に凍
結することの原理について検討したが、その動作が瞬時
動作であるためその原理の解明は難しい。しかるに推測
するに蓄熱材には蓄熱材１８中に供給された超音波にょ
や、キャビデーシコンが発生し、このキャビテーション
にょシ蓄熱材１８の液中に気泡が発生し、この気泡が瞬
時的にっぷれてしまう。そして気泡がつぶれるときに発
生する衝撃波が蓄熱材中を伝搬するときに結晶核が発生
し、この核が成長して凍結してい（ものと思われる。し
たがってこの気泡がつぶれるときに発生する衝撃力が所
望の大きさを持つことにより、瞬時的に凍結し、核が形
成されるものと推測される。

本発明者等が第１表および第２表に示すように蓄熱材に
供給する周波数およびその電力をパラメータとして試験
を行なったのは上述した瞬時的な核生成要素の推測から
、キャビテーション発生要素は液体の種゛に１′３とそ
の温度およびその液体に供給される周波数とその４ｉ力
であり前者の要素を固定すれば、必、要な衝撃力を得る
には、その供給周波数および電力によるものと考えその
値の上限ならびに下限を調査した。この表が示している
ものは、第４図および第５図を含めて考え合せれば瞬時
で凍結を開始でき、またその凍結開始温度を自由に制御
出液る技術が達成されたことを意味し、その効果は極め
て犬なるものがある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る過冷却防止装置の具体例を示す
概略構成断面図、第２図乃至第５図は、第１図による装
置により蓄熱材を冷却した時の蓄熱材の経時的な温度変
化を示す特性図である。 ＩＯ・・・恒温槽、１２・・・熱交換器、Ｉ３・・・冷
凍機、１８・・・蓄熱材、１９・・・超音波ホーン、２
１・・・超音波振動子、２２・・・超音波発振器、２６
・・・ヒータ。 代理人弁理士　則　近　憲　佑　（ほか１名）第　　１
　　図 −−ＦＪ＋肩ｒ弁１ 一−−−−−　特開り有〕 〈、、、、−、−−１待間　［弁）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 水および水和塩等の固液相変化を利用する蓄熱材に１０
   〜５０ＫＨｚの範囲の音波を加え凝固させることを特徴
   とする過冷却防止方法。