JPS6153627B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は太陽熱を家庭の暖房等のエネルギー源
として利用するための方法に関する。 近年エネルギー危機が叫ばれるようになつてか
ら太陽エネルギーを利用する各種の方法が開発さ
れている。これらのうちで最も簡易な方法は太陽
熱をそのまま利用する方法であり、軟質プラスチ
ツク膜内に水を満したもの、あるいはガラス、プ
ラスチツク、銅、ステンレススチールなどの円筒
内に水を入れたものを太陽光にさらすことによつ
て温水を得、その温水をそのままあるいは適温に
調節した後、暖房、風呂、調理、洗面等に利用す
るいわゆる太陽熱温水器を用いる方法が実用化さ
れている。しかし、従来の太陽熱温水器において
は、太陽熱を伝達する熱媒としてもつぱら水が使
用されているため、長時間使用すると内部に藻が
繁殖して太陽光線が通りにくくなり加熱されにく
くなつたり、配管が腐食して錆が混入する等の問
題があり十分普及するまでに至つていない。 本発明は、前記藻の繁殖や配管の腐食等の欠点
がなく太陽熱を効率良く利用する方法を提供する
ことを目的とする。 すなわち、本発明は、軟化点90℃以上の素材か
らなる外皮、およびその内部に充填された融点が
10ないし90℃の油脂、ろう、炭化水素、高級アル
コール、多価アルコールおよび高級脂肪酸のうち
から選ばれる１種以上の物質からなる媒体とから
構成された球状蓄熱体を太陽光照射下に放置する
ことによつて加熱し、次いで該蓄熱体を熱交換器
に循環輸送して、熱交換器内で被加熱液に熱を伝
達することを特徴とする太陽熱の利用方法であ
る。 本発明の方法で用いられる球状蓄熱体は、第１
図の如く耐熱性を有する外皮１と、内部に充填さ
れた10℃ないし90℃の範囲に融点を有する媒体２
とから構成されている。 かかる球状蓄熱体の外皮の素材は90℃で軟化変
形しない素材であればどのようなものでもよく、
例えばアルミニウム、ステンレス鋼、鋼、銅等の
金属からなる中空球であつてもよいが、成形のし
やすさ、あるいは耐衝撃変形性の点からは、軟化
点90℃以上の合成樹脂、例えば低密度ポリエチレ
ン、高密度ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ
−４−メチル−１−ペンテン等のポリオレフイン
樹脂、ポリアミド、ポリエステル、ポリカーボネ
ート等の熱可塑性樹脂あるいは、フエノール樹
脂、エポキシ樹脂、ポリウレタン等の熱硬化性樹
脂であることが好ましい。 外皮の役割は、外力および内力に抗して蓄熱体
の形状を保持することにあり、強度の優れている
ことはむろんのこと、内部に充填した媒体により
膨潤あるいは溶解しないものではなくてはならな
い。外皮は必ずしも均質な構造である必要はな
く、例えば、外皮に媒体を通さず空気のみを通過
しうる程度の微細な穴が穿設されていてもよい。
外皮の厚さは均一であることが好ましく、その必
要な厚さは材質によつても異なるが、球状蓄熱体
が外部からの衝撃、圧縮力に耐えうる範囲であれ
ば、できるだけ薄い方が内部の媒体への熱伝導性
が良好であるため好ましい。なかでも厚さが0.5
ないし1.0mmの範囲にあることが強度、成形しや
すさの点でとくに好ましい。外皮の外表面は、太
陽光線を吸収しやすいように、黒色塗料で塗装さ
れているか、あるいは外皮が合成樹脂製の場合
は、カーボンブラツク等の黒色顔料により着色さ
れていることが好ましい。 本発明で使用しうる媒体としては、10ないし90
℃、好ましくは20ないし60℃の範囲の融点（融点
が明確でない場合は凝固点）を有する油脂、ろ
う、炭化水素、高級アルコール、多価アルコール
および高級脂肪酸のうちから選ばれた一種以上の
物質からなる。 これらの物質に共通な性質としては、外皮に対
して腐食性、膨潤性を持たず、10℃ないし90℃の
範囲で固体から液体、あるいは液体から固体へと
相変化をするのであり、この相変化の際の融解熱
または凝固熱を利用して、中実球に比してより熱
容量の大きな熱媒体として使用しうるのである。
また上記物質は、溶融時に低粘度の液体となるの
で、対流によりより均一に加熱されるため、この
点に関しても、中実球に比して有利である。 上記の知き性能を有する媒体としては、例えば
カプリン酸、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミ
チン酸、ステアリン酸、アラキジン酸、ベヘン
酸、エルカ酸、エライジン酸、ブラシジン酸等の
高級脂肪酸、およびこれら高級脂肪酸のモノグリ
セリド、ジグリセリド、トリグリセリド、これら
の混合物からなる牛酪脂、ヤシ油、パーム油、大
豆油、ココア脂、木ロウ、豚脂、牛脂、羊脂、カ
ポツク油等の油脂、ラウリン酸ドデシル、ラウリ
ン酸オクタデシル、ミリスチン酸メチル、ミリス
チン酸ベンジル、パルミチン酸メチル、パルミチ
ン酸エチル、パルミチン酸プロピル、パルミチン
酸ブチル、パルミチン酸ベンジル、パルミチン酸
オクチル、パルミチン酸デシル、パルミチン酸ド
デシル、ステアリン酸オクタデシル、ステアリン
酸メチル、ステアリン酸エチル、ステアリン酸ブ
チル、ステアリン酸プロピル、ステアリン酸アミ
ル、ステアリン酸ベンジル、ステアリン酸オクチ
ル、ステアリン酸ヘキサデシル、アラキン酸メチ
ル、アラキン酸エチル、ベヘン酸メチル、ベヘン
酸エチル、リグノセリン酸メチル、リグノセリン
酸エチル、オレイン酸メチル、オレイン酸ベンジ
ル、ブラシジル酸メチル、ブラシジル酸エチル等
の脂肪酸エステル、およびこれらの混合物である
カルナバロウ、キヤンデリラロウ、密ロウ、綿ロ
ウ、鯨ロウ、イボタロウ、セラツクロウ、羊毛ロ
ウ等のロウ、ウンデカノール、ラウリルアルコー
ル、トリデカノール、ミリスチルアルコール、ペ
ンタデカノール、セチルアルコール、ヘプタデカ
ノール、ステアリルアルコール、ノナデカノー
ル、アラキルアルコール、ベヘニルアルコール、
カルナウビルアルコール、セリルアルコール、エ
ライジルアルコール、ｌ−メントール等の高級ア
ルコール類、グリセリン、ポリエチレングリコー
ル等の多価アルコール、ヘキサデカン、エイコサ
ン、ドコサン、テトラコサン、ヘキサコサン、オ
クタコサン、トリアコンタン、ドトリアコンタン
あるいはこれらの混合物であるパラフインワツク
ス、テトラデシルベンゼン、ヘキサデシルベンゼ
ン、オクタデシルベンゼン、ナフタリン等の炭化
水素等をあげることができる。 本発明で太陽熱の蓄熱体として用いられるの
は、以上の如き外皮と媒体とからなる球状物であ
り、通常直径が５ないし200mm、好ましくは５な
いし20mmの球状のものである。蓄熱体の形状を球
状としたのは、蓄熱体を循環して使用する際の輸
送が容易だからである。従つて、球状といつても
完全に球形である必要はなく、例えばゴルフボー
ルの如く輸送に支障にならない程度のくぼみ、溝
等が表面に形成されていてもよい。 球状蓄熱体を製造する方法としては、次の如き
方法を採用することができる。例えば外皮が金属
の場合は金属中空球の内部に溶融した媒体を充填
し、何らかの方法で密封する方法、外皮が熱可塑
性樹脂の場合は、これらの樹脂から真空成形や中
空成形の方法により中空体を成形しておき、この
中空体の内部に注射器の如きもので溶融した媒体
を充填後、密封する方法、中空体の成形時に同時
に媒体を封入する方法、外皮が常温硬化型の熱硬
化性樹脂の場合、固体の媒体を樹脂液に浸漬して
外皮を形成する方法等を採用することができる。 以上述べた球状蓄熱体を太陽熱の熱交換に利用
する方法としては、例えば第２図の如く球状蓄熱
体３をガラスや透明プラスチツクの蓋のある容器
４中に多数個並べておき、太陽光にさらす。次に
太陽熱により加熱された球状蓄熱体をいつたん蓄
熱槽に貯蔵するか、貯蔵することなくそのまま被
加熱液の満たされた熱交換器５に送入し、被加熱
液と接触せしめて、この被加熱液に熱を伝達する
方法等が考えられる。このようにして加熱された
液は、例えば暖房、風呂、調理、洗濯等の用途に
そのまま、あるいは熱源として使用することがで
きる。また熱交換の終了した球状蓄熱体は回収ポ
ンプ６例えばスネークタイプポンプ等により、回
収してもとの容器４にもどせばよい。また別の実
施の態様としては、球状蓄熱体を同様の方法で太
陽光により加熱し、次いで該蓄熱体を床下等へ収
納して、そのまま暖房の熱源として利用する方法
が考えられる。 なお本発明の方法で用いる球状蓄熱体の一例で
ある外皮が厚さ１mmのポリプロピレン中空体、媒
体がグリセリンとからなる外径20mmφの球１個
と、外径20mmφのアルミニウム中実球１個との熱
容量を比較検討すると次のようになる。 まず両球は太陽熱により70℃に加熱されたの
ち、熱交換して10℃になつたとする。また、アル
ミウムおよびグリセリンの熱的特性は第１表に示
した値とする。

【表】 アルミニウム球の場合 Q₁＝４／３πr³×ρ_１×C₁×ΔＴ ＝４／３π（１×10^-2）³×2710×0.21×60 ＝0.14Kcal （但し、Q₁はアルミニウム球から放出される熱量
（Kcal）ｒは球の半径、ρ_１はアルミニウムの比
重（Kg/cm³）、C₁はアルミニウムの比熱（Kcal/
Kg・℃） カプセル球の場合 Q₂＝４／３πr³×ρ_２（C₂×ΔＴ＋ΔＨ） ＝４／３π（１×10^-2）³×1260（0.55×60＋
47） ＝0.42Kcal0.42／0.14＝3.0 すなわち、本発明の方法で用いる蓄熱体の方
が、同一体積で実に３倍の熱容量を有しているこ
とがわかる。さらに、グリセリンとアルミニウム
の比重量（Kg/m³）は約２倍強アルミニウムのほ
うが大きいので同一重量換算すると約６倍強本発
明の蓄熱体の方が大きい熱容量を持ち得る。 本発明の方法によれば、従来の太陽熱の利用方
法の主流であつた太陽熱温水器の知く水を熱媒体
として用いておらず、かつ媒体が外皮内に封入さ
れているために、従来の太陽熱温水器の問題点で
あつた輸送配管の腐食や、藻の繁殖等の問題を生
じることがない。また輸送管は完全に密封されて
いることを要しないため、配管の材質に安価なも
のを使用でき、従つて設備費を軽減できる。 また熱媒体として、金属中実球等を用いた場合
に比べて熱容量が大きいため同じ大きさでより多
くの熱量を交換しうる。更に同一重量換算する
と、はるかに大きい熱容量となるため、結果的に
金属中実球に比べて軽量化が可能となり、従つて
輸送時の動力は小さくなり、かつ取り扱いが容易
となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明で用いる球状蓄熱体の一例を示
した断面図である。第２図は、本発明の利用方法
の一例を示した模式図である。 １……外皮、２……媒体、３……球状蓄熱体。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 軟化点90℃以上の素材からなる外皮、および
   その内部に充填された融点が10ないし90℃の油
   脂、ろう、炭化水素、高級アルコール、多価アル
   コールおよび高級脂肪酸のうちから選ばれる１種
   以上の物質からなる媒体とから構成された球状蓄
   熱体を太陽光線照射下に放置することによつて加
   熱し、次いで該蓄熱体を熱交換器に循環輸送し
   て、熱交換器内で被加熱液に熱を伝達することを
   特徴とする太陽熱の利用方法。 ２ 球状蓄熱体の外皮が金属からなつていること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の方法。 ３ 球状蓄熱体の外皮が合成樹脂からなつている
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の方
   法。 ４ 合成樹脂が熱可塑性樹脂であることを特徴と
   する特許請求の範囲第３項記載の方法。