JPS6196445A - 潜熱蓄熱材の評価方法 - 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】 く技術分野〉 本発明は潜熱蓄熱材の評価方法に関するものである。

太陽熱を利用したリーラシステムのなかで、潜熱蓄熱材
を用いたシステムＩよ、従来使用されている水をつかっ
た蓄熱材（顕熱蓄熱材）に比べて、単位容積又は重量あ
たりの蓄熱量が大きい利点があり、非常に有望視されて
いる。。

一般に、潜熱蓄熱材等を評価する場合、その潜熱量の大
小は、蓄熱材の良否を判定する重要な一要素である。

本発明は、このような潜熱蓄熱材の評価方法に係る。

〈従来技術〉 第３図は、従来主に用いられている、潜熱蓄熱又は放熱
量の測定方法の原理を示したものである。

同図に示すように、ある熱媒体を強制的に、流量計１１
及び蓄ｐ・へ材が収容されている蓄熱槽１２に通過させ
る。−なお図中、Ｔｉ、Ｔｎはそれぞれ蓄熱槽１２の入
口と出口の熱媒体の温度を示している。

第４図、第５図は、蓄熱作用時および放熱作用時の入口
温度Ｔｉ　と出口温度Ｔ。の時間特性を示す。各図にお
いて、実線は入口温度Ｔｉ　、破線は出口温度Ｔ。て；
ｊろる。

蓄熱量の場合は、入口温度Ｔｉをある温度Ｔ１に保ち、
熱的平衡状態（出口温度Ｔ、も同温度Ｔ１）に到達させ
た後、第４図の実線で示すように入口温度Ｔｉを急激に
Ｔ　２　　（Ｔ　１＜　Ｔ　２　）に変化させて保持す
る。このとき、同時に出口温度Ｔ。を測定する。出口温
度Ｔ。は図示の破線のような経過を経て、所定時間後、
温度Ｔ２での熱的平衡状態に至る。

ここで、熱媒体の比熱をＣＣｃａｔ／℃ｆ］、及び強制
的に通過させる流量をｍ　Ｃｔ／ｍ　ｉ　ｎ　）とすれ
ば、ある時刻における単位時間当りの蓄熱材の蓄熱量は
、 ｑ　＝　ｃ　＠ｍ（Ｔｉ　−Ｔｏ　） で表わされる。従って、このｑを積算すれば、温度差’
Ｔ２Ｔ＋）において蓄熱材に貯えられる曙熱量Ｑが求め
られる。即ち、 Ｑ＝Σｑ＝Σｃ＠ｍ（Ｔｉ　−ＴＯ） である。これより顕熱による蓄熱量をひいたものが、潜
熱蓄熱材による蓄熱熱量である。

放熱量の場合は、第５図のように、入口温度ＴｉをＴ２
に保って熱的平衡が得られた状態から、急激にＴ１まで
下げる。放熱量は、同様に、入口温度Ｔｉ及び出口温度
Ｔｏ　を測定して、次の式で総放熱量が求められる。

Ｑ′＝Σｃ−ｍ（Ｔｏ−Ｔｉ） この値よｈ顕熱による放熱量分をひいたものが、潜熱蓄
熱材の放熱量である。

以上、従来の測定法を説明したが、この方法では、Ｔ１
　とＴ２の２つの温度を有する同じ％媒体を強制的に、
かつ切換えによって連続的に流偽°計１１及び蓄熱槽１
２に流しこまなければならないため、ポンプ、パルプ、
さらに熱媒体をそれぞれ一定の温度Ｔ、、Ｔ２に保つ恒
温器等が必要となり、測定系全体として非常に複雑な構
成で、また高価なものとなる。

〈発明の目的〉 本発明は、このような従来の測定方法に鑑みてなされた
ものであり、その特徴とするところは、簡単な構成で、
極めて正確に蓄熱材の潜熱量ｒ蓄熱量又は放熱量）を測
定して、蓄熱材を正しく評価できることにある。

〈実施例〉 比熱が既知な物質（例えば液体、水）を第１の容器に密
閉収容する。この液体の比熱をＣ１（ｃａｌ／’Ｃｆ〕
とし、第１の容器内に入れた液体重量をＭｌ　（ｒｌと
すると、液体全体の熱容量に１は次式％式％ この熱容量を有する液体の初期温度をＴ１として、該液
体を入れた第１の容器を、内部温度が７２　　（７２＞
’ｒ＋　　）に保たれている恒温槽内に入れると、第１
の容器内の液体温度θ１は、恒温槽内に入れた時点を１
＝０とすれば、次式で示される変化をする。

ｔ θ＋　＝Ｔｔ　＋（Ｔ２　　Ｔｌ　０１　　ｅ　　’　
　）　−（２）σは容器の形状、材質で決まる定数 一方、評価すべき蓄熱材を入れて密閉収容した、前記第
１の容器と全く同じ形状及び材質を有する第２の容器内
の初期温度、即ち蓄熱材の初期温度を、前記第１の容器
内の初期温度Ｔ、と等しくしておいて、この第２の容器
を第１の容器と同時に同じ恒温槽に入れると、第２の容
器内の蓄熱材温度θ２は次の式に従って変化する。

Ｌｔ 、　　θ２　＝Ｔｔ　＋（Ｔ２　　ＴＩ　）（１−ｅ　
　Ｋ２　　）−・１３）Ｋ２は蓄熱材を含む第２容器内
の熱 媒体の熱容量 即ち、温度θ２はθ１　と同じように指数関数的に上昇
していく。

この変化は第１図に示されている。

いま、第２の容器内の温度が蓄熱材の融点温度θＡをこ
えると、すなわち潜熱による蓄熱が開始されると、折れ
曲がりが生じる（蓄熱開始時点（１＋））。

蓄熱材がすべて溶けると、θ２は再び折れ曲がりが生じ
（蓄熱終了時点（ｔ２））、その後指数関数的に温度上
昇を開始し、最終温度Ｔ２に接近していく。第１図の温
度θ２の実線は、その変化過程を表わす。

この蓄熱開始時点（ｔｌ）と蓄熱終了時点（ｔ２）が決
定されると、この潜熱蓄熱材の蓄熱量は次の式で与えら
れる。

しかし、実測のデータでは、この蓄熱開始時点（ｔｌ）
及び終了時点（Ｌ２）の確認は、θ２の温度の変化がｔ
ｌ　、ｔ２でクリティカルにおこらないため、個人差が
生じるなどの問題があり、蓄熱開始時点（１１）、終了
時点（ｔ２）の決定があいまいである。

そこで今、恒温槽の温度Ｔ２　と各容器の温度θ１　、
θ２のそれぞれの差の比をもつ関数Ｙを定義する。　（
Ｔ１〈潜熱蓄熱材融点くＴ２）Ｙは次の式で与えられる
。

Ｙ＝（Ｔ２−θ２）／（Ｔ２−θ、）　　　　・・・・
・・（５）一方、θ１　、θ２は（２）　、　（３）で
表わされるから、これを（５）式に代入すると、関数Ｙ
は次のようになる。

Ｙ＝ｅ　−（＜−鼾）ｔ＝ｅ−（α２−α、）ｔｏｏｌ
ｌｏ、（６）（αｌツ（ｌα２桶） 従って次の導関数を得る。

ｄｙ／ｄｔ　＝−（ｒｙ、、−ａ、）ｅ−””　　−”
　　”（カこの関数Ｙは、α１　、α２の大きさにより
、傾きの符号がかわる関数となる。

第１の容器に入れる液体を水とした場合、蓄熱材の融点
以下の温度では、蓄熱材を入れた第２の熱容量は第１の
容器のそれより小さくα２〉α１となり、（力式の符号
は負となり、関数Ｙは単調減少の関数となる。

蓄熱材の融解がはじまり、蓄熱がはじまると、α２に変
化が生じる。潜熱蓄熱材の場合、融解により熱吸収がお
こるため、外見上、第２の容器の熱容量が大きくなった
ようにみえ、α２はα、より小さく（α２〈α１　）な
り、（７）式の符号は正となり、関数Ｙは単調増加の関
数となる。従って、関数Ｙは蓄熱開始時点（ｔｌ）で極
小値をもつことになる。

次に融解が完了し、潜熱による蓄熱が終了すると、第２
の容器の温度は指数関数的に上昇しはじめ、再びα２〉
α１　となり（７）式の符号は負となり、関数Ｙは単調
減少の関数となる。従って、関数Ｙは蓄熱終了時点（ｔ
２）で極大値をもつことになる。

以上より、この関数Ｙの極値をもつ時間をもとめれば、
蓄熱開始時点（ｔ、）及び終了時点（ｔ２）が決定でき
ることになる。これはθ２の温度変化のみによるものと
比べてはるかに明確である。

実測データでは、この関数Ｙは槽内温度のふらつき等に
よりバラツキをもった関数となり、そのままでは極値を
もつ時点を決定するのは困難である。従って、この関数
Ｙを多項式近似し、その近似関数の極小値、極大値をも
つ時点を、蓄熱開始時点（ｔｌ）及び終了時点（ｔ２）
とするのが望ましい０ このように、蓄熱開始時点（ｔｌ）と終了時点（ｔ２）
が明確に決定できると、（４）式により潜熱蓄熱材の潜
熱による蓄熱量が正確に計算できることになる。

一方、放熱の場合の温度変化は第２図に示す様になり、
第１の容器（液体例えば水）と第２の容器−！を 第２の容器：θ２　＝ＴＩ　＋　（Ｔ２　　ＴＩ　）　
ｅ　　Ｋ２　　−（９１ここで次の関数Ｙを導入すると
、 Ｙ＝（θ２−ＴＩ　）／（θ＋　　’Ｒ）＝ｅ　　’！
　　Ｋ＋　　−（１０１となり、蓄熱の場合と同じ関数
となる。

従って、やはり放熱開始時点（ｔｌ）で極小値。

終了時点（ｔ２）で極大値をもつ関数となり、この極値
を与える時間を求めれば、放熱開始時点（ｔｌ）及び終
了時点（ｔ２）が決定できることになる。

その場合の潜熱蓄熱材の潜熱による放熱量は次の式で与
えられる。

〈発明の効果〉 以上説明したように、形状、材質が全く同じ２つの容器
を用意して、その一方には比熱と重量がわかっている物
質（例えば水）を入れて密閉収容し、他方にはその潜熱
量（蓄熱量又は放熱量）を測定したい潜熱蓄熱材を入れ
て同様に密閉収容する。そして、両容器の温度を一定の
同じ温度にしておいてから、ある温度（蓄熱量測定の場
合融点以上、又は放熱量測定の場合融点以下）に保たれ
ている恒温槽に同時に入れ、恒温槽の温度、及び両容器
の温度の時間変化を記録して潜熱量を測定する。特に本
発明にあって、槽内温度と両容器のそれぞれの温度差の
比をもつ関数を導入し、その極値をもつ時点を検出する
だけで、蓄熱又は放熱の開始時点及び終了時点を明確に
決定でき、より　“正確な潜熱量を求めることが出来る
。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明一実施例の蓄熱量を求める際の測定線
図、第２図は、放熱量を求める際の測定線図、第３図は
従来方法を説明する原理図、第４図は第３図で蓄熱量を
求める際の入口・出口温度特性図、第５図は放熱量を求
める際の入口・出口温度、特性図である。 代理人　弁理士　福　士　愛　彦（他２名）第１図 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、その熱容量が既知である物質を収容した第１の容器
   と形状、材質が全く同じであるところの第２の容器に、
   測定すべき潜熱蓄熱材を収容し、一定の温度に保たれて
   いる槽に前記第１及び第２の容器を同時に入れ、両容器
   内の温度変化及び時間を測定し記録することにより、前
   記蓄熱材の潜熱量を求めるに当り、蓄熱又は放熱開始時
   点及び終了時点を、槽内温度と第１の容器の温度の差と
   、槽内温度と第２の容器の温度の差を検出することによ
   って決定することを特徴とする潜熱蓄熱材の評価方法。