JPS62101683A - 蓄熱装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、塩水化物の溶解、凝固に伴う潜熱を利用した
蓄熱装置に関し、例えば自動車用即効ヒータやその他の
即効加熱装置等に用いられて有効である。

〔従来の技術〕

一般に蓄熱媒体としては熱媒体となる物質の温度上昇の
みを利用した顕熱蓄熱媒体と、熱媒体となる物質の溶解
、凝固等の相転移に伴う吸放熱を利用した潜熱蓄熱媒体
とが知られている。このうち後者の潜熱蓄熱媒体では狭
い温度範囲で大きな蓄熱が期待できしかも一定温度の熱
が得られる点で利点を有している。このような媒体とし
ては、パラフィン、包接水和物、塩水化物、溶融塩、金
属等の多岐にわたる媒体が研究されている。

これらの媒体のうち、特開昭５２−２７１３９号公報、
または特開昭５９−５３５７８号公報に開示されている
ように酢酸ナトリウムやチオ硫酸ナトリウムのような溶
解潜熱量が大きく、しかも凝固の際著しく過冷却現象を
生じる塩水化物の利用が有望視されている。

これらの潜熱媒体は、水化の少ない結晶相が融点以上に
加熱されると結晶の周囲に存在する水をとり込んで水化
の多いゲル相となり、このゲル相は融点以下となっても
結晶化がおこらない過冷却ゲル相として長時間保存する
ことが可能である。

そして熱を必要とするときに、この過冷却ゲル相の過冷
却状態を崩壊させ短時間に全体を結晶相にすることによ
って、凝固に伴う潜熱が（例えば、酢酸ナトリウム水化
物の場合４０〜６０ｃａｌ／ｇ　）放出される。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら本発明者らの実験研究によれば、上記従来
の蓄熱装置においては、例えば蓄熱媒体として酢酸ナト
リウムを用いた場合には、高温（融点以上）のゲル状態
から、しだいに冷却される過程で、ゲル状酢酸ナトリウ
ムの気相との界面で酢酸ナトリウムの水化に供する水分
が蒸発し、ゲル相表面に白色の微小な酢酸ナトリウム結
晶が形成されやすいことがわかった。そしてこの微小な
酢酸ナトリウム結晶が形成されると、これが核となって
、冷却とともに結晶化が全体に進行し、最終的には蓄熱
媒体全体が結晶化してしまい過冷却ゲル状態が維持でき
ず、結局潜熱が行われないという問題があることが明ら
かとなった。

〔問題点を解決するための手段〕 そこで本発明は上記の如き従来の蓄熱装置の持つ問題点
を解消するために水化の多いゲル相と、水化の少ない結
晶相との間を潜熱の発生、吸収を伴って可逆的に相転移
する塩を含む蓄熱媒体と、前記蓄熱媒体を収納する容器
と、 前記蓄熱媒体の気液界面に配置され、前記蓄熱媒体と気
相との接触を遮断する液状組成物とを備えた蓄熱装置を
採用するものである。

〔作用〕

上記手段によれば、液状組成物が蓄熱媒体の気相との接
触を遮断しているので、界面での水分の蒸発がおこらず
、冷却過程で微小な結晶核の発生がおさえられる。

〔発明の効果〕

従って本発明によれば　蓄熱媒体の過冷却ゲル状態が安
定に維持され、必要な時に確実に熱が取り出せる蓄熱装
置が提供できるというきわめて実用的な効果を奏する。

〔実施例〕

以下本発明を図に示す実施例に基づいて説明する。第１
図において１は金属または樹脂よりなる全体つぼ状の蓄
熱容器、２はその内部に収納された酢酸ナトリウム水化
物（水分含量４１４％）からなる蓄熱媒体であり、容器
１が金属製の場合は内面に酢酸ナトリウムにより腐食さ
れないように耐食処理が施されている。３は容器１内に
気密的に貫入し、蓄熱媒体２との熱交換が効率的に行わ
れるようにコイル状に折曲げ形成された金属製パイプで
その表面は容器１と同様に耐食処理が施されている。こ
のパイプ内には、蓄熱媒体２からの発熱を受けるととも
に、この蓄熱媒体２に熱を供給して再生を行うための水
等の熱媒体が流される。

またさらに熱交換を促進するためにパイプ表面にフィン
を一体的に形成させてもよい。４はこの容器１の上部に
設けられゲル状態の蓄熱媒体２を刺激して、放熱を促す
発熱装置で、例えば図示しない電磁コイルへの通電のＯ
Ｎ−ＯＦ　Ｆにより容器１を貫通して上下に移動可能に
構成されている。

そしてその先端部分はニードル状に尖っており、この先
端部が発熱装置の上下により蓄熱媒体２の界面を貫通す
ることにより過冷却ゲル状態の蓄熱媒体２に機械的刺激
を与え、結晶化を誘起する。

５はこの蓄熱媒体２の界面上に厚さ１１程度に形成され
た油膜で、この油は沸点が高く蒸発しにくいとともに、
蓄熱媒体２と何ら溶解あるいは化学反応等の相互作用を
おこさず、さらにゲル状の蓄熱媒体２よりも比重の小さ
いものであれば何でもよく、例えば一般の機械油として
用いられる鉱油や、シリコンオイル等が有効に用いられ
る。

次に本発明の蓄熱媒体２である酢酸ナトリウム水化物の
蓄熱原理を説明すると、酢酸ナトリウム水化物（ＣＨ：
ｌ　Ｃ００Ｎａ−ｎＨ２０，ｎ＝２．５〜３．５）は、
熱を吸収し、５８°Ｃになるとゲル状となり、完全にゲ
ル状となったものは温度が低下しても（５８°Ｃ以下に
なっても）結晶化（水化の少ない相への転移）せずゲル
状態（水化の多い相）のまま（過冷却状態）となってい
る。これを熱を放出したい時に機械的刺激等を加えるこ
とによって過冷却状態が一気に崩れゲル状態から結晶状
態に変化し、このとき４０〜６０ｃａｌ／ｇの熱量を放
出する。この時完全にゲル状態にならなくて一部結晶状
態が残されていたり、界面に微小な結晶が発生したりす
ると、その結晶を核として、温度が低下していくにつれ
て徐々に自発的にゲル状態が結晶化していくために過冷
却が維持されず長期間の蓄熱が不可能となる。本発明者
らは、すでに述べたように、蓄熱媒体２が冷却過程で、
その大気との界面で水化に用いられている水分が、高温
のために一部蒸発して界面に微小な酢酸ナトリウム結晶
が生成し、これが全体に成長してゲル状態が崩壊するこ
とを見い出し、本発明に至った。すなわち、本発明にお
いてはゲル状態の蓄熱媒体２の界面には油膜が形成され
ており、水分の大気中への蒸発は完全に遮断されており
、この界面での酢酸ナトリウム結晶の生成は全くなくな
る。従って蓄熱媒体２は温度が低下しても安定に過冷却
ゲル状態が維持され、確実に蓄熱が行われる。本発明者
らの実験では、この油膜により一３０℃の温度でも１週
間以上安定に過冷却ゲル状態が維持された。そして、熱
が必要なときに第１図の発熱装置４を図示しない駆動装
置を作動させて、その先端部を油膜を貫通させてゲル状
蓄熱媒体２中に貫入させその刺激により結晶核が発生し
、引き続いて全体が短時間に結晶化する。このときの相
転移により潜熱が発生し、この熱がパイプ３内を流れる
冷水に伝達されて、図示しない熱交換器等へ導かれ暖房
、加熱用に用いられる。

また上記実施例において容器１の形状はつぼ状となって
おり、この入口部１ａの断面積は小さくなっており、蓄
熱媒体２の界面はこの部分まで上昇している。従って蓄
熱媒体２の界面の面積は小さくなっており、さらるこ界
面での結晶核の発生を防止しやすい形状となっている。

第２図、第３図は本発明の蓄熱装置の容器１の形状の異
なる他の実施例を示す図で、第２図の如くコイル状に旋
回形成された容器や、第３図の如く湯タンポ状に薄肉状
の容器とすることにより蓄熱媒体の界面面積を小さくす
ることができるとともに、容器自体の壁面で熱交換が行
われるようにすることができ、前記実施例におけるパイ
プ３を省略することができる。

上記実施例において、蓄熱媒体２として用いる酢酸ナト
リウムの含水量は３９〜６０ｗｔ％が有効てあり、また
この蓄熱媒体２としては酢酸ナトリウムの他に結晶水の
吸収、放出に伴ってゲル相と結晶相との間を潜熱の吸収
、放出を伴って相転移する相塩化カルシウム等の無機塩
類の水化物が使用可能である。

次に第４図は本発明の蓄熱装置を自動車用即効暖房装置
として用いた応用例を示す図である。図中１０は、本発
明の蓄熱装置であり、１２はエンジン１３のウォータジ
ャケント、１４はエンジン冷却水冷却用のラジェータ、
１５はラジェータ１４に強制送風するファンである。エ
ンジンウォータージャケット１２とラジェータ１４とは
ラジェータ配管Ａで冷却水が図中実線矢印の向きに循環
可能なように接続されており、ウォータポンプＩ６によ
って送水される。なお１７はラジェータ１４への送水を
開閉切替するサーモスタットである。

配管Ｂはエンジン冷却水を空調ダクト１８内に収納され
た空調用ヒータコア１９に通水することによって暖房を
行う暖房用配管でウォータポンプによって実線矢印方向
に循環送水される。２０は空調装置の送風用ファンであ
る。配管Ｃは前記暖房用配管Ｂの往路から分岐点Ｅで分
岐し、蓄熱装置１０を介して配管Ｂの帰路に合流点Ｆで
交流する蓄熱装置用配管である。

そして、配管Ｃの蓄熱装置１０とウォータポンプ２３と
の間には電磁弁２４が設けられている。

そして、暖房用配管Ｂの分岐点Ｅの上流側、および合流
点Ｆの下流側には電磁弁２６．２７が設けられ、また、
暖房用配管Ｂのヒータコア１９の上流にも電磁弁２８が
設けられ、図示しない車両運転席の空調装置パネルの温
度コントロールレバーに連動して開閉されるように構成
されている。

またエンジン冷却水上流側のエンジン近傍にはエンジン
冷却水温を検知する水温センサ３２、暖房用配管Ｂ上の
ヒータコア１９の上流には暖房用冷却水温検知センサ３
３が設けられている。

図示しない車両運転席の空調用パネルに設けられた即効
ヒータスイッチがＯＮされると、電磁弁２６．２７が閉
、電磁弁２４が開、ウォータポンプ２３および発熱装置
４がＯＮされることによって即効暖房が行われるよう構
成されている。３４はニシンジン冷却水温センサ３２の
検出する温度と、暖房用冷却水温センサ３３の検知する
温度とを比較し前者のほうが高くなったときに電磁弁２
６．２７を開、電磁弁２４を閉、ウォータポンプ２３を
停止するように制御する制御回路である。

そしてまた制御回路３４はエンジン冷却水温が５８°Ｃ
（酢酸ナトリウム水化物の融点）以上となったことをエ
ンジン冷却水温センサ３３が検知すると、その信号を受
けてウォータポンプ２３をＯＮ、電磁弁２４を開とする
ことによって結晶相の蓄熱媒体に熱を供給してゲル相へ
の転移を行わせ、蓄熱されるよう制御を行う。

次にこの自動車用即効暖房装置の作動を説明すると、エ
ンジン始動時の冷却水温の低い時には、運転者が図示し
ない車両空調装置操作パネルに設けられた即効ヒータス
インチを押すと、電磁弁２６．２７は閉、ウォータポン
プ２３がＯＮ、電磁弁２４が開（電磁弁２８は運転者が
ヒータモードに操作しているので開となっている）とな
り、図中破線矢印のように冷却水が循環する。同時に発
熱装置４の電磁コイルに通電され、先端が過冷却ゲル状
態に保たれた蓄熱媒体に貫入し、その刺激によって結晶
核が発生し、引き続いて全体が短時間に結晶化する。こ
のときの相転移によって潜熱が放出され、この熱が温水
パイプ３を介して冷却水に伝達されてヒータコア１９に
供給され車室内に温風を供給する。

次にセンサ３２の検知するエンジン冷却水温が、センサ
３３の検知する暖房用冷却水温よりも高くなったときは
、制御回路３４によって電磁弁２６゜２７が開、電磁弁
２４が閉、ウォータポンプ２３がＯＦＦして通常の暖房
が行われる。

さらにエンジン冷却水温が５８℃（酢酸ナトリウム水化
物の融点）よりも高くなったことを水温′センサ３２が
検知すると制御回路３４によって電磁弁２４が開、ウォ
ータポンプ２３がＯＮとなって５８°Ｃ以上になったエ
ンジン冷却水が蓄熱装置１０の温水バイブ３内を流れ、
結晶相となった蓄熱媒体２に温水パイプ３を介して熱が
供給され、やがてゲル相への転移がおこる。

また蓄熱媒体２が８０°Ｃになった時は蓄熱媒体２は完
全にゲル状態になっており吸熱過程は終了しているので
制御回路３４は電磁弁２４を閉じ、ウォータポンプ２３
を停止して蓄熱装置１０へのエンジン冷却水の送水は停
止される。

本発明の蓄熱装置は上記第１の実施例の車両用即効暖房
システムの他に、ウオッシャ−液やバッテリー液の急速
加熱装置や、車両のステアリングホイル部に設けられ、
運転者の手が冷たい時にホフ イルを握る手に向けて温風を吹き付けるタイ、クヒータ
等にも有効に応用可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の蓄熱装置の構成を示す断面図、第２図
、第３図は蓄熱装置の他の実施例の構成を示す断面図、
第４図は本発明の蓄熱装置を適用した自動車用即効暖房
システムの構成を説明する系統図である。 １・・・容器、２・・・蓄熱媒体、５・・・油膜。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 水化の多いゲル相と、水化の少ない結晶相との間を潜熱
   の発生、吸収を伴って可逆的に相転移する塩を含む蓄熱
   媒体と、 前記蓄熱媒体を収納する容器と、 前記蓄熱媒体の気液界面に配置され、前記蓄熱媒体と気
   相との接触を遮断する液状組成物とを備えたことを特徴
   とする蓄熱装置。