JPS5945917B2 - 蓄熱装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は太陽熱を利用する冷暖房器に使用される蓄熱装
置の改良に関するものである。

従来、冷暖房等の比較的低い温度領域で蓄熱する場合、
水等の顕熱を利用することが行われて来たが、最近無機
塩又は有機塩特にその水和塩の融解熱を利用する方法が
試みられている。

しかし、無機塩又は有機塩を蓄熱材料とする場合は蓄熱
密度が犬であると共に所定の温度で放熱出来るという利
点を有するものの、上記蓄熱材料は一般に過冷却が著し
く、融解蓄熱後、適当な温度で凝固せず放熱が効率良く
出来ない難点がある。

かかる過冷却防止の対策として核生成助剤を添加したり
、機檄的刺激を与える付属装置を蓄熱装置に備え付ける
ことが行われているが、その効果は必ずしも充分でない
。

しかるに本発明者等は無機塩又は有機塩を主剤とする蓄
熱材料の過冷却を小さく抑え蓄熱−放熱ザイクルを効率
良く行ない得る手段を見出すべく鋭意研究を行ったとこ
ろ、任意の形状の容器に無機塩又は有機塩を収納し、且
つ少くとも一対の電極を具備してなる蓄熱装置を用いる
場合かかる目的を容易に達成し得ることを見出し本発明
を完成するに至った。

まず本発明における容器はその材質あるいは形状に限定
はなく、任意のものであって良く、要は無機基又に有機
塩を収納出来さえすれば良い。

材質はプラスチック、金属、炭素材、ガラス、コンクリ
ート、レンガ等が例示される。

形状としては第１図に示される様に立方体型、長方体型
、球型、パイプ状型、ソーセージ型、パネル型環任意の
型が挙げられる。

但し本発明はこれらの形状のみに限定されない。

又、装置には少くとも一対の電極が付設され、その間に
電圧が印加出来る様に設計されることが不可欠である。

本発明ではかかる点が最大の特徴であり、該装置を組み
入れることによって、蓄熱材料の過冷却が防止出来、望
ましい温度で溶融液の結晶化即ち凝固が始まり、効率の
良い放熱を発現させ得るのである。

即ち、蓄熱材料は溶融状態から放熱により、徐々に冷却
してくる。

やがて蓄熱材料は溶融状態から結晶化即ち凝固が始まる
。

かかる凝固時に結晶化熱による放熱が行なわれるのであ
るが、通常上記の如く溶融状態から凝固状態まで円滑に
放熱が続くことは希である。

つまり過冷却状態が生成しやすいのである。

従って本発明ではこの溶融から凝固の過程を円滑に進め
るため、特に過冷却状態が認められる（結晶化温度にな
っても結晶が析出しない状態）時に電圧を印加させるの
である。

電圧を印加することによって過冷却が防止出来ることは
従来全く知られておらず、本発明者等によって新規に発
見された実車であり、その作用機構は明かではないが、
電圧の印加により電極表面あるいは蓄熱材溶融液中に種
晶となる結晶核が形成され、それを契機に過冷却状態が
破壊して凝固が始まるのではないかと推定される。

電極は少くとも一対付設されておれば良い。

容器のどの位置でも良く、容器自体が一方又は両方の電
極を形成していても差支えない。

但し、いずれの場合であっても蓄熱材料と該電極とは必
らず接触させておかなければならない。

電極の材質は特定されないが水素過電圧の太きいものが
好ましい。

無定形炭素、人造黒鉛、珪化銅、鉛、鉛アンチモン合金
、鉛銀合金、鉄、鉄珪素合金、熔融マグネフィト、白金
、銀、アルミニウム、銅、曲鉛、アンチモン、スズ、水
銀、各種アマルガム、クロム、カドミウム等が例示され
る。

これらは単独又は混合して用いられる。

特に混合して用いる時はいずれか一方の電極成分を他成
分の電極表面上に分散状態で付着させておくのが好まし
い。

かかる電極の中でも水銀−銅アマルガムが有効である。

特にその組成において水銀／銅の割合が重量基準で９／
１〜２／８望ましくは８／２〜４／６のアマルガムが特
に好適である。

一対の電極においてその形状は同一であっても異形であ
っても良い。

又電極材料は異種電極の組合せであっても差支えない。

過冷却の防止のために電圧をかけるが、その電圧は１μ
Ｖ〜ＩＯＶ好ましくは０．２〜３■が適当である。

電圧の印加時間は１０秒〜１００秒程度である。

電源の種類は直流、交流（低周波、高周波）、パルスの
いずれであっても差支えない。

電圧の印加時機は過冷却状態が認められる時が最も有効
である。

次に蓄熱材料として容器に収納される無機基又に有機塩
としては、その目的とする温度範囲によって多少差はあ
るが、例えば３０〜６０℃用の蓄熱材料としては塩化カ
ルシウム５６水塩、硫酸ナトリウム・１０水塩、炭酸ナ
トリウム・１０水塩、リン酸水素２ナトリウム・１２水
塩、硝酸カルシウム・４水塩、ハイポ（５水塩）、酢酸
ナトリウム・３水塩等が、８０〜１２０°Ｃ用の蓄熱材
料としては、硝酸マグネシウム・６水塩、カリ明パン（
１２水塩）、アンモニウム明パン（１２水塩）、塩化マ
グネシウム・６水塩、硝酸カリウム／硝酸リチウム、硝
酸カリウム／硝酸リチウム／硝酸ナトリウム等がそれぞ
れ挙げられる。

これらの塩は単独又は混合して用いられる。

更に、核生成助剤、相分離防止剤（例えばギ酸ナトリウ
ム）等の任意の助剤の併用も可能である。

上記した蓄熱装置は１個あるいは普通は複数個を直列お
よび／又は並列に組み合せて蓄熱槽として用いられる。

第２図は最も簡単なモデル蓄熱器の１例を示したもので
、（勿論本発明がかかる例のみに限定されるものではな
い）１は本発明の蓄熱装置で内部に無機塩又は有機塩が
充填収納されている。

２は電極、３は電源、４は電源開閉器、５は銅製のパイ
プをコイル状にした熱交換器、Ｐはポンプ、６は水槽で
水が充填されておりポンプにより熱交換器と水槽及び放
熱器７を循環するようになっている。

又、８は循環水切替えのコックである。まず昼間、太陽
熱によって加熱された６中の水はパイプを通じて１中に
送られる。

熱交換器５により１中の蓄熱材料が溶融され蓄熱される
。

熱交換した水は６に循環され、加熱後再び１中に導入さ
れる。

夜間、コック８を切り替えて循環水が放熱器に流れる様
にする。

１中の蓄熱材料が放熱を始め、熱交換器５により循環水
が加温され、これが放熱器に入り暖房用に使用される。

放熱が進み過冷却が認められ凝固熱の発生がない時点で
４の開閉器を閉じて電極２の間に電圧をかける。

すると数秒後には過冷却が破壊されて凝固が始まり、凝
固熱の発生により、引きつづき循環水の加温が行われる
。

上記の如き蓄熱装置には、蓄熱材料の温度を確認するた
めの温度検知装置、電圧を調節するための加電圧制御装
置等、任意の付属装置を設置することによって、より実
用的なものに出来る。

以下、実例を挙げて本発明を更に詳しく説明する。

実例 １ 内径５ｃＴＬの大型試験管に酢酸ナトリウム３水塩を充
填し、更に水分蒸発防止剤として少量の流動パラフィン
を添加した。

この充填物に接触する様に試験管の上部より一対の銅ア
マルガム電極（水Ｗ銅−６／４、重量比）を挿入した。

８０℃に加熱して酢酸ナトリウム・３水塩を溶融したの
ち放冷し、内温か５０°Ｃまで下降した時電極に２．５
ｖの直流を印加したところ、１０秒後に酢酸ナトリウム
・３水塩の結晶が析出して凝固が始まり内温が５８°Ｃ
に上昇した。

尚、電圧を印加しないでいると２５〜３０℃までに過冷
却がおこる。

まれに自然的に結晶の析出がおこることもあるが、その
温度は不確定である。

実例 ２ 電極を鉛・銅アマルガム対に代えた以外、実例１と同一
の試験を行ったところ同様の結果を得た。

実例 ３ 実例１において直流に代え、３Ｖ、 ６０Ｈｚの交流電
子をかけたところ、３秒後に結晶が析出し始めた。

実例 ４ 実例１の装置に温度検知装置、交流電源装置をとりつけ
、５２℃に温度が下降した時に３■の電圧がかかる様に
自動化を行ない、溶融−凝固の熱サイクル試験をしたと
ころ、１日につき８回で３０日以上にわたって安定した
熱サイクルが確認出来た。

実例 ５ 塩化カルシウム６水塩６０ｇと流動パラフィン５ｇを大
型試、験管に入れ５０℃に加熱溶解した。

黄銅アマルガム電極を挿入し２時間この温度に保った。

０．３°Ｃ／分の割合で降温し２３℃になった時に電極
間に０．８Ｖ、１００Ｈｚの交流を印加したところ３７
秒後に結晶の析出が認められ内温は２９℃となった。

実例 ６〜８ 実例１における電極に代えてコバルト電極（実例６）、
ニッケル電極（実例７）、銅電極上にクロム金属の結晶
を分散付着させた電極（実施例８）を用いたところほぼ
同様の結果が得られた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の蓄熱装置の１例を示すものである。 各容器の上下の突起は一対の電極である。第２図は本発
明の蓄熱装置を用いて冷暖房を行なう場合の説明用路線
図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 任意の形状の容器に無機塩又は有機塩を収納し、且
   つ該塩の過冷却防止時に電圧を印加せしめるための少な
   くとも一対の電極を、該塩と接触させて具備してなる蓄
   熱装置。 ２ 有機塩が酢酸すｌ−ＩＪウム３水塩である特許請求
   の範囲第１項記載の蓄熱装置。