KR20140009158A - 축열 장치 및 이것을 구비하는 공기 조화 장치 - Google Patents

Abstract

보다 장기간에 걸쳐, 보다 안정되게 사용할 수 있는 증발 방지층을 이용한 축열 장치 및 상기 축열 장치를 갖춘 공기 조화 장치를 제공한다. 물을 포함하여 이루어지는 축열 용액으로 구성되는 축열 용액층과, 상기 축열 용액층에 침지된 열교환기와, 상기 축열 용액층의 상부에 배치된 증발 방지층과, 상기 증발 방지층의 상부에 배치된 공기층을, 그 내부 공간에 배치한 축열 용기를 구비하고, 상기 증발 방지층은, 1종 이상의 불수용성 용매로 이루어지는 용매 조성물을 포함하여 구성되며, 상기 용매 조성물은 그 유동점이 상온보다 낮고, 상기 불수용성 용매는 탄소수가 24∼44의 범위 내에 있는 탄화수소를 1종 이상 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 축열 장치이다.

Description

축열 장치 및 이것을 구비하는 공기 조화 장치{HEAT STORAGE DEVICE AND AIR CONDITIONER EQUIPPED WITH SAME}

본 발명은, 축열 용액으로서 수용액을 이용한 축열 장치와, 상기 축열 장치를 구비하는 공기 조화 장치에 관한 것이다.

물은, 그의 비열 용량이 다른 물질과 비교하여 상대적으로 크고, 상온에서 액체이며, 더욱이 저가격이기 때문에, 축열 장치의 축열 용액(축열재, 축열매)으로서 널리 이용되고 있다. 물을 축열 용액으로서 이용하는 경우, 일반적으로는, 에틸렌 글리콜 등의 2가 알코올을 「부동액」으로서 첨가한 2가 알코올 수용액으로서 사용된다. 구체적으로는, 이러한 축열 용액을 이용한 축열 장치는, 예컨대, 특허문헌 1에는, 공기 조화기의 냉동 사이클에 조립되고, 물을 주성분으로 하는 축열재를 갖는 축열 용기를 구비한 대기 개방형의 축열 장치의 구성이 개시되어 있다. 이러한 축열 장치에 대하여, 공기 조화기에 응용한 구성도 포함시켜, 보다 구체적인 일례를 도 10(a), (b)를 참조하여 설명한다.

도 10(a)는, 특허문헌 1에 개시되는 종래의 축열 장치(910)의 단면을 나타내고 있다. 축열 장치(910)는, 금속제의 축열조(901) 및 금속제의 뚜껑체(902)로 축열 용기가 구성되고, 축열조(901)의 내부 공간에는 축열재(903)가 수납되어 있다. 이 축열재(903)로서는, 저온에 있어서의 동결을 방지하기 위해서, 물을 주성분으로 하여 30%의 에틸렌 글리콜을 혼합한 브라인(brine)이 사용되고 있다. 또한, 축열조(901)의 내부 공간이고, 축열재(903)에 침지하는 위치에는, 복수의 방열용 열교환기(904) 및 복수의 흡열용 열교환기(905)가 설치되어 있다.

축열재(903)는, 축열 용기의 외부에 설치된 축열 히터(906) 및 방열용 열교환기(904)로부터의 방출되는 열을 축적하고, 상기 열을 흡열용 열교환기(905)로 회수한다. 흡열용 열교환기(905)의 내부에는 냉매(도시하지 않음)가 흐르고 있기 때문에, 축열재(903)로부터 열을 회수함으로써, 냉매에 열이 전달되어 고온으로 된다. 종래의 축열 장치(910)는, 이러한 축열 및 열회수를 이용하여, 특허문헌 1에 개시되는 냉동 사이클(도시하지 않음)에 있어서의 난방 상승 특성을 개선한다.

축열재(903)의 표면에는, 예컨대 3mm의 막 두께를 갖는 유막(907)이 설치되어 있고, 이 유막(907)에 의해서, 축열재(903)의 증발에 의한 감소를 억제하도록 구성되어 있다. 또한, 뚜껑체(902)에는, 개구(908)가 설치되어 있기 때문에, 축열재(903)의 증발 또는 열팽창에 의해 축열 용기의 내부 압력을 과도하게 높이지 않도록 구성되어 있다. 또한, 개구(908)에는, 대기에 증기를 과도하게 방출하지 않도록, 증기 억제 수단(도시하지 않음)이 설치되어 있다. 또한, 유막(907) 및 뚜껑체(902)의 사이에는, 공기층(909)이 형성되어 있다. 이것에 의해, 축열재(903)의 온도 상승에 따르는 열팽창에 의해, 그 일부가 개구(908)(및 증기 억제 수단)를 경유하여 축열 용기 밖으로 넘치지 않도록 구성되어 있다.

도 10(b)는, 상기 구성의 축열 장치(910)를 공기 조화기의 냉동 사이클에 조립한 구성을 나타내고 있다. 공기 조화기는, 실내 유닛(911), 팽창변(膨脹弁)(도시하지 않음), 실외 유닛(912), 압축기(913) 및 이들을 잇는 배관(916)을 구비하고 있다. 실내 유닛(911)은 실내측 열교환기(도시하지 않음)를 구비하고, 실외 유닛(912)은실외측 열교환기(도시하지 않음)를 구비하며, 배관의 내부에는 냉매가 흐르고 있다. 또한, 실내 유닛(911), 팽창변, 실외 유닛(912) 및 압축기(913)에 의해서 난방용 히트 펌프가 구성되어 있다.

또한, 실내 유닛(911)에 이어지는 배관(916) 중, 냉매가 흐르는 방향의 하류측과, 압축기(913)에 이어지는 배관(916) 중, 냉매가 흐르는 방향의 상류측을 잇도록, 바이패스 배관(914)이 설치되어 있다. 이 바이패스 배관(914)은, 흡열용 열교환기(905)를 구비하고 있고, 이방변(二方弁)(915)을 여는 것에 의해 냉매가 흐르도록 구성되어 있다.

상기 구성에 의하면, 냉매는 압축기(913)에 의해서 고온 고압으로 되어, 도면 중 화살표 m1(검게 전부 칠한 블록 화살표)에 따라 배관(916) 내를 흘러, 축열 장치(910)에 달한다. 그리고, 방열용 열교환기(904)에 의해 고온의 냉매로부터 열이 방열되어, 축열 장치(910) 내의 축열재(903)에 축열된다. 동시에, 축열재(903)는, 축열 장치(910)에 병설된 축열 히터(906)에 의해서 추가로 가열되어, 예컨대 93∼97℃까지 승온시키기 때문에, 축열 히터(906)로부터의 열도 축열재(903)에 축열된다.

이들 축열에 의해 고온으로 된 축열재(903)는, 이방변(915)을 여는 것에 의해, 도면 중 화살표 m3(희게 속이 빈 블록 화살표)으로 나타내는 방향에 따라 바이패스 배관(914)에 흐르는 냉매를, 흡열용 열교환기(905)를 통해서 가열한다. 축열재(903)에 의해 따뜻하게 된(축열재(903)로부터 열을 회수한) 냉매는 압축기(913)에 도달하고, 최종적으로는 실내측 열교환기를 구비하는 실내 유닛(911)까지 흘러, 이 실내 유닛(911)에서 열교환하는 것에 의해 난방용 온풍이 생성된다. 한편, 열교환 후에 저온으로 된 냉매는, 도면 중 화살표 m2로 나타내는 방향에 따라 배관(916)을 흘러, 실외 유닛(912)을 통해서 압축기(913)까지 되돌아가게 된다.

또한, 특허문헌 2에는, 수화염을 주성분으로 하는 잠열 축열재를 축열조 내에 충전한 축열 장치에 있어서, 잠열 축열재의 표면 상에 수분 증발 방지막을 설치한 구성이 개시되어 있다. 구체적으로는, 잠열 축열재로서, 아세트산 나트륨 3수화염에 증점제로서의 잔탄 검(Xanthan gum)을 1∼2% 섞은 것이 예시되고, 상기 잠열 축열재의 표면 상에, 수분 증발 방지막으로서 파라핀 또는 고분자막 등이 예시되어 있다. 한편, 수분 증발 방지막은, 수분을 투과시키기 어려운 재질이면 기본적으로 무엇이든지 좋고, 액체상이라도 고체상이라도 좋지만, 축열재의 표면과의 사이에 공극이 있으면 수분이 어느 정도 증발되어 버리기 때문에, 가요성이 있는 재질이 바람직하다는 것이 개시되어 있다.

또한, 특허문헌 3에는, 가정용의 난방·급탕 기기용, 및 전자 부품의 냉각용에 이용하는 축열재 조성물로서, 수분 증발 방지제를 포함하는 구성이 개시되어 있다. 구체적으로는, 축열재 조성물로서, 아세트산 나트륨 3수염 등의 수화염형 축열재에, 과냉각 방지제, 물, 증점제 및, 전열 촉진재를 소정 범위의 조성으로 혼합하여 융해 교반한 것이 예시되고, 또한, 상기 축열재 조성물에, 수분 증발 방지제로서 유동 파라핀을 첨가한 것이 예시되어 있다. 한편, 수분 증발 방지제는, 축열재에 불용이고 비중이 가벼우며 비점이 높은 것이면 유동 파라핀에 한정되지 않고, 예컨대, 동식물유, 실리콘 오일 등의 합성유, 유기 용제 등도 예시되어 있다.

일본 특허공개 평10-288359호 공보 일본 특허공개 소64-10098호 공보 일본 특허공개 2000-119643호 공보

상기한 파라핀, 합성유 및 유기 용제를 포함하는 종래의 증발 방지층은, 안정되게 장기간 사용할 수 없는 경우가 있었다.

그리고 종래부터, 보다 장기간에 보다 안정되게 이용할 수 있는, 증발 방지층에 대한 요망이 있었다.

본원 발명은, 이러한 요망에 응하여, 보다 장기간에 걸쳐, 보다 안정되게 사용할 수 있는 증발 방지층을 이용한 축열 장치 및 상기 축열 장치를 갖춘 공기 조화 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 축열 장치는, 물을 포함하여 이루어지는 축열 용액으로 구성되는 축열 용액층과, 상기 축열 용액층에 침지된 열교환기와, 상기 축열 용액층의 상부에 배치된 증발 방지층과, 상기 증발 방지층의 상부에 배치된 공기층을, 그 내부 공간에 배치한 축열 용기를 구비하고, 상기 증발 방지층은, 1종 이상의 불수용성 용매로 이루어지는 용매 조성물을 포함하여 구성되며, 상기 용매 조성물은 그의 유동점이 상온보다 낮고, 상기 불수용성 용매는 탄소수가 24∼44의 범위 내에 있는 탄화수소를 1종 이상 포함하고 있는 것을 특징으로 한다.

증발 방지층은, 1종 이상의 불수용성 용매로 이루어지는 용매 조성물을 포함하여 구성되고, 용매 조성물은 그 유동점이 상온 미만이며, 불수용성 용매는 탄소수가 24∼44의 범위 내에 있는 탄화수소 중 적어도 어느 하나를 포함하고 있는 탄화수소를 사용하고 있다. 이것 때문에, 증발 방지층은, 보다 장기간에 걸쳐, 보다 안정되게 사용할 수 있다. 따라서, 축열 장치도 보다 장기간에 걸쳐, 보다 안정되게 사용할 수 있다.

또한, 이러한 물성의 증발 방지층은, 유기산이 약간밖에 생성되지 않는 데다가, 공기 중의 산소가 축열 용액에 침입하기 어렵기 때문에, 열교환기는 부식 저감을 확실한 것으로 할 수 있다. 또한, 이 증발 방지층은, 유동점이 상온 미만이기(상온보다 낮기) 때문에, 축열 용액층의 증발 방지 또는 억제를 확실한 것으로 할 수 있고, 그 결과, 축열 용액층은, 증발이 억제되기 때문에 보충의 필요가 없이 장기간 양호한 축열 특성을 유지할 수 있다.

상기 축열 장치의 증발 방지층에 있어서는, 용매 조성물의 유동점은, 축열 용액의 응고점보다 낮은 것이 바람직하다. 축열 용액이 응고할 때까지 축열 장치의 온도가 저하되더라도, 용매 조성물은 유동성을 유지할 수 있기 때문에, 저온의 상태라도 증발 방지 기능을 유효하게 실현할 수 있다. 또한, 축열 용액이 응고되더라도 용매 조성물은 응고되지 않고 있기 때문에, 축열 용액의 응고에 따르는 부피 팽창을 완화하는 것이 가능해져, 압력 완화 기능을 더욱 한층 더 확실한 것으로 할 수 있다.

본 발명은, 또한, 물을 포함하여 이루어지는 현열형(顯熱型)의 축열 용액으로 구성되는 축열 용액층과, 상기 축열 용액층에 침지된 열교환기와, 상기 축열 용액층의 상부에 배치된 주증발 방지층과, 상기 주증발 방지층의 상부에 배치된 공기층을 그 내부 공간에 배치한 축열 용기를 구비하고, 상기 주증발 방지층은, 상기 축열 용액에 대하여 불용이며, 비중이 상기 축열 용액보다 작고, 또한, 융점이 상온 이상인 1종 이상의 유기 화합물을 포함하여 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 축열 장치를 포함한다.

본 명세서에 있어서, 융점이란, 융점이 불명료한 유지류나 다성분계의 경우에는, 유동점과 동의로 하고, 이하, 융점 또는 유동점을 총칭하여 융점으로서 기재하는 경우가 있다.

상기 구성에 의하면, 개방형의 축열 용기 내에 형성되는 적어도 1층의 주증발 방지층의 융점이 상온 이상이기 때문에, 상온의 범위 내에서는 고체 증발 방지층이 형성된다.

상기 주증발 방지층은, 보다 장기간에 걸쳐, 보다 안정되게 사용할 수 있다. 따라서, 축열 장치도 보다 장기간에 걸쳐, 보다 안정되게 사용할 수 있다.

또한, 주증발 방지층은, 축열 용액의 지나친 증발을 유효하게 방지할 수 있음과 더불어, 축열 장치의 운반시에 축열 용액이 외부로 새어나가거나 공기층에 노출되거나 하는 것을 억제할 수 있다. 또한, 축열 동작시에 축열 용액의 온도가 상승하더라도, 상기 주증발 방지층은 고점도의 액체층으로 되기 때문에, 축열 용액의 지나친 증발을 유효하게 방지할 수 있을 뿐 아니라, 축열 용액의 압력 상승에도 충분히 대응할 수 있다. 그러므로, 증발 방지 기능, 누출 방지 기능, 및 압력 완화 기능의 어느 것이나 동시에 만족시킬 수 있다.

상기 축열 장치에 있어서는, 상기 유기 화합물은, 축열재에 대하여 불용인 것이 바람직하다. 또한, 상기 유기 화합물의 융점은, 상기 축열 용액의 비점보다 낮은 것이 바람직하다.

상기 구성에 의하면, 상기 유기 화합물은, 축열재에 대하여 불용이기 때문에, 용해되는 것에 비하여, 증발 성분이 상기 주증발 방지층을 투과하는 것을 유효하게 방지할 수 있다. 더욱이 융점이 축열 용액의 비점보다 낮기 때문에, 축열 동작이 행해지고 있는 온도 범위 내에서 확실히 융해될 수 있다. 그러므로, 증발 방지 기능, 누출 방지 기능, 및 압력 완화 기능을, 보다 확실히 실현할 수 있다.

상기 축열 장치에 있어서는, 상기 축열 용기 내에는, 추가로 적어도 1층의 부증발 방지층이, 상기 주증발 방지층과 혼합되거나, 또는 상기 주증발 방지층의 하방(下方)에 독립층으로서 형성되고, 상기 부증발 방지층은, 1종 이상의 불수용성 용매로 이루어지는 용매 조성물을 포함하여 구성되며, 상기 용매 조성물의 융점은 상온보다 낮은 것이 바람직하다.

상기 구성에 의하면, 축열 용기 내에는, 추가로 적어도 1층의 부증발 방지층이, 주증발 방지층과 혼합되는 형태이거나, 또는 증발 방지층의 하방에 독립층으로서 형성된 형태로 되어 있기 때문에, 축열 용액은 복수층의 「증발 방지층」으로 보호되게 된다. 더구나, 축열 동작시에 있어서는, 증발 방지층이 고점도의 액체층으로 되고, 부증발 방지층은, 사용시 또는 비사용시에 관계 없이 상대적으로 저점도의 액체층으로 유지되기 때문에, 서로의 층의 밀착도가 높아진다. 그 결과, 각각의 단독 사용의 경우와 비교하여, 이들 각 층에 있어서의 증기 통과 구멍이 좁아져, 증발 방지의 기능이 향상됨에도 불구하고, 이들 각 층으로부터는, 여분의 축열 용액의 증기를 놓아주는 것이 가능해진다. 또한, 축열 동작 후에, 증발 방지층이 경화된 후에 생기는 크랙을, 부증발 방지층에 의해 구멍 메우기할 수도 있다. 그러므로, 증발 방지 기능, 누출 방지 기능, 및 압력 완화 기능을, 더욱 한층 더 확실히 실현할 수 있다.

상기 축열 장치에 있어서는, 상기 유기 화합물의 비중은, 상기 용매 조성물의 비중보다도 작은 것이 보다 바람직하다.

상기 구성에 의하면, 부증발 방지층을 구성하는 상기 용매 조성물의 비중이 커지기 때문에, 주증발 방지층의 주성분인 상기 유기 화합물이 고체라도 액체라도, 주증발 방지층이 반드시 부증발 방지층의 상층에 「뜨게」 된다. 그러므로, 증발 방지층이 고온에서 액상이 되더라도, 축열 용액의 증발 방지를 더욱 한층 더 확실한 것으로 할 수 있다. 이것에 더하여, 액체인 부증발 방지층은, 주증발 방지층의 하방에 위치할수록 그 양이 많아진다. 그러므로, 축열 동작 후에, 주증발 방지층이 경화된 후에 생기는 크랙을, 부증발 방지층에 의해 더욱 한층 더 확실히 구멍 메우기할 수 있다. 그 결과, 축열 장치의 운반시에 축열 용액이 공기층측으로 새어나가는 것을 유효하게 억제할 수 있다.

상기 축열 장치에 있어서는, 상기 용매 조성물의 융점은, 상기 축열 용액의 응고점보다 낮은 것이 보다 바람직하다.

상기 구성에 의하면, 축열 용액이 응고할 때까지 온도가 저하되더라도, 상기 용매 조성물은 유동성을 유지할 수 있기 때문에, 저온의 상태에서도 축열 용액의 증발 방지를 유효하게 실현할 수 있다. 또한, 축열 용액이 응고되더라도 용매 조성물은 응고되지 않고 있기 때문에, 축열 용액의 응고에 따르는 부피 팽창을 완화하는 것이 가능해져, 이것에 기인하는 축열 용액 내의 압력 상승의 완화를 더욱 한층 더 확실한 것으로 할 수 있다.

상기 축열 장치에 있어서는, 상기 용매 조성물은, 상기 불수용성 용매로서, 탄소수가 24∼44의 범위 내에 있는 탄화수소를 1종 이상 포함하고 있는 것이 보다 바람직하다.

상기 구성에 의하면, 상기 용매 조성물이 특정 범위의 분자량을 갖는 탄화수소를 포함하고 있기 때문에, 저온에서의 유동성 유지를 보다 확실한 것으로 할 수 있다. 더욱 바람직하게는, 이 용매 조성물은, 그 주성분이, 탄소수가 24∼44의 범위 내에 있는 탄화수소를 포함하고 있으면, 저온에서의 유동성 유지를 보다 더욱 한층 더 확실한 것으로 할 수 있다.

본 발명에 따른 축열 장치는, 바람직하게는, 상기 축열 용액층, 상기 증발 방지층, 상기 주증발 방지층 및 상기 부증발 방지층으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1층과 상기 공기층과의 계면에 접하도록 배치되어, 상기 계면으로부터 상기 열교환기를 격리하는 보호 수단을 갖는다.

축열 용기에 있어서, 보호 수단을 이용하여 상기 축열 용액층, 상기 증발 방지층, 상기 주증발 방지층 및 상기 부증발 방지층으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1층과 공기층의 계면으로부터 열교환기를 격리하는 것에 의해, 열교환기에 있어서의 계면 부식을 막아, 저렴하고 열용량이나 내구성을 겸비한 축열 장치를 제공할 수 있다.

또한, 상기 축열 용기는, 상기 열교환기가 관통하는 개구를 갖춘 뚜껑부를 갖고, 상기 보호 수단은 상기 뚜껑부와 상기 축열교환기를 접속하는 열교(熱交) 접속구인 것이 바람직하다.

이것에 의해, 상기 열교환기의 부식을 보다 확실히 방지할 수 있다.

상기 축열 용기는, 상기 축열 열교환기가 관통하는 개구를 갖는 뚜껑부를 갖고, 상기 개구가 상기 뚜껑부의 일부에 설치된 오목부에 배치되고, 상기 오목부가 상기 계면에 접하도록 배치되어 상기 보호 수단을 구성하고 있는 것이 바람직하다.

뚜껑부에 의해서 보호 수단을 구성할 수 있기 때문에 저렴하게 구성할 수 있다.

상기 뚜껑부가, 상기 공기층과 접하는 위치에 있어서, 상기 공기층과 대기를 연통시키는 내압 조정 수단을 구비하는 것이 바람직하다.

축열 용기의 내압 강도보다도 작은 소정의 압력으로 개구하기 때문에, 내압 용기가 아니더라도 축열 용기를 형성할 수 있다.

상기 축열 열교환기는 그 일부가 구리 또는 알루미늄으로 이루어져도 좋다.

열교환기를 구리나 알루미늄으로 구성한 경우에도 그 부식을 방지할 수 있기 때문이다.

본원 발명에 따른 축열 장치에서는, 상기 축열 용액이, 2가 알코올을 포함하는 수용액인 것이 바람직하다.

상기 축열 용액이, 2가 알코올의 산화를 방지하는 산화 방지제를 포함하는 수용액인 것이 보다 바람직하다.

본원 발명에 따른 축열 장치에서는, 상기 축열 용액이, PH 6∼11의 수용액인 것이 바람직하다.

상기 축열 용액은, 물과 부동성 2가 알코올의 혼합액을 주성분으로 하는 것이 보다 바람직하다.

상기 부동성 2가 알코올이, 에틸렌 글리콜 및/또는 프로필렌 글리콜인 것이 바람직하다.

본원 발명에 따른 축열 장치에서는, 상기 축열 용기는, 가열원을 둘러싸도록 설치하는 것이 가능하다.

상기 축열 용기는, 열전도성 부재를 통해서 상기 가열원과 접촉하고 있는 것이 바람직하다.

또한, 본원 발명은, 상기한 축열 장치 중 어느 하나를 구비하는 공기 조화 장치를 포함한다.

본 발명에 의해, 보다 장기간에 걸쳐, 보다 안정되게 사용할 수 있는 증발 방지층을 이용한 축열 장치 및 상기 축열 장치를 갖춘 공기 조화 장치를 제공하는 것이 가능해진다.

도 1은 본 발명의 실시형태 1에 따른 축열 장치의 구성의 일례를 나타내는 모식적 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시형태 1에 따른 축열 장치의 효과 특성도(증발 방지층의 조성 분석 결과)이다.
도 3은 본 발명의 실시형태 1에 따른 축열 장치의 효과 특성도(수질 PH와 구리 이온 농도의 특성도)이다.
도 4(a)는 본 발명의 실시형태 2에 따른 축열 장치의 구성의 일례를 나타내는 모식적 단면도이고, 도 4(b)는 도 4(a)에 나타내는 축열 장치의 내부에 형성되는 축열 용액층 및 증발 방지층에 있어서, 온도 변화에 따른 상 상태의 변화를 나타내는 모식도이다.
도 5(a)는 본 발명의 실시형태 3에 따른 축열 장치의 구성의 일례를 나타내는 모식적 단면도이고, 도 5(b)는 도 5(a)에 나타내는 축열 장치의 내부에 형성되는 축열 용액층 및 증발 방지층에 있어서, 온도 변화에 따른 상 상태의 변화를 나타내는 모식도이다.
도 6은 본 발명의 실시형태 4에 따른 축열 장치의 단면도이다.
도 7은 본 발명의 실시형태 5에 따른 축열 장치의 단면도이다.
도 8(a)는 본 발명의 실시형태 6에 따른 축열 장치의 구성의 일례를 나타내는 횡단면도이고, 도 8(b)는 도 8(a)에 나타내는 축열 장치의 종단면도이다.
도 9는 본 발명의 실시형태 7에 따른 공기 조화 장치의 구성의 일례를 나타내는 블록도이다.
도 10(a)는 종래의 축열 장치의 구성의 일례를 나타내는 단면도이고, 도 10(b)는 도 10(a)에 나타내는 축열 장치를 구비하는 공기 조화 장치의 구성의 일례를 나타내는 블록도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시형태를, 도면을 참조하면서 설명한다. 한편, 이하에서는 모든 도면을 통하여 동일 또는 상당하는 요소에는 동일한 참조 부호를 붙여, 그 중복하는 설명을 생략한다.

(실시형태 1)

[축열 장치의 구성]

우선, 본 실시형태에 따른 축열 장치의 구체적인 구성에 대하여, 도 1을 참조하여 구체적으로 설명한다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 본 실시형태에 따른 축열 장치(20A)는, 적어도 물로 이루어지는(적어도 물을 포함하여 이루어지는) 축열 용액으로 구성되는 축열 용액층(11)과, 이 축열 용액층(11)에 침지된 축열용 열교환기(22)와, 축열 용액층(11)의 상부에 배치한 증발 방지층(13)을, 그 내부 공간에 배치한 구성이다. 그리고, 이 증발 방지층(13)은, 1종 이상의 불수용성 용매로 이루어지는 용매 조성물로 구성되고(용매 조성물을 포함하고), 이 용매 조성물은 그 유동점이 상온 미만이며(상온보다 낮다), 이 불수용성 용매는 탄소수가 24∼44의 범위 내에 있는 탄화수소 중 적어도 어느 하나를 포함하고 있는 것으로 하고 있다.

축열 용기(21)는, 상자부(211) 및 뚜껑부(212)로 구성되어 있다. 상자부(211)는, 축열 용기(21)의 본체이고, 대략 직방체 형상을 갖고, 그의 상면이 상부 개구(213)로 되어 있다. 상자부(211)의 내부 공간은, 축열 용액층(11)을 쌓을 수 있도록 구성되고, 상기 내부 공간은 상부 개구(213)를 통해서 외부 공간과 연결된다. 뚜껑부(212)는, 상자부(211)의 상부 개구(213)를 덮도록 설치되고, 그 일부에, 상자부(211)의 내부 공간과 이어지는 통기공(通氣孔)(214)이 설치되어 있다. 따라서, 축열 용기(21)의 내부 공간은, 상자부(211)의 상부 개구(213)가 뚜껑부(212)로 닫혀진 상태이더라도, 통기공(214)을 통해서 외기와 연통해 있다.

상자부(211) 및 뚜껑부(212)는, 내부 공간에서 축열 용액층(11)을 안정되게 유지할 수 있는 재료 및 형상으로 구성되어 있으면 좋고, 재료로서는, 일반적으로는, 스테인레스강(SUS) 또는 PPS 수지 등의 섬유 강화 플라스틱(FRP)이 사용되고, 형상으로서는, 일반적으로는, 직방체상 또는 입방체상 등을 들 수 있다. 또한, 상자부(211)의 내부 용적에 관해서도 특별히 한정되지 않고, 축열 장치(20A)의 사용 조건 등에 따라 적절한 용적이 되도록 설계되면 좋다.

다음으로 축열 용기(21) 내에 형성되는 각 층의 구성에 대하여, 도 1을 참조하여 구체적으로 설명한다. 상기한 바와 같이, 축열 용기(21)의 내부에는, 축열 용액을 쌓은 축열 용액층(11)과, 그의 상부에 적층 형성한 증발 방지층(13)이 있지만, 추가로 이의 상방(上方)에는 용도에 따라, 통기공(214)으로부터 유입하는 외기에 의해 공기층(12)을 형성할 수도 있다. 따라서, 이러한 용도의 경우, 축열 용기(21)의 내부에는, 축열 용액층(11), 증발 방지층(13), 공기층(12)이 하측으로부터 이 순서로 형성되어 있게 된다. 축열 용액층(11), 증발 방지층(13) 및 공기층(12)의 각각의 층 두께에 관해서는, 특별히 한정되지 않고, 축열 용기(21)의 형상, 내부 공간의 용적, 열팽창에 의한 축열 용액의 부피 증가분 등의 제 조건에 따라, 적절한 두께가 설정되면 좋다. 즉, 열팽창에 의해서 축열 용액이 통기공(214)으로부터 새어나가지 않는 공간적 여유(공기층(12))가 형성되는 것이면, 축열 용액층(11) 및 공기층(12)의 층 두께는 어떠한 값이더라도 좋다.

뚜껑부(212)에 설치되는 통기공(214)은, 축열 용기(21)의 내부의 압력 상승을 완화시키기 위해서, 공기층(12)을 형성하는 내부 공기를 축열 용기(21)의 외부로 유출시키거나, 축열 용액으로부터 생기는 증기 또는 용존 공기 등을 외부로 방출시키거나 하도록 구성되어 있다. 또한, 축열 용기(21)의 내외에서 공기층(12)을 구성하는 공기가 필요 이상으로 유동하거나, 축열 용기(21)로부터 생기는 증기가 필요이상으로 방출되어 축열 용액 등이 감소하거나 하는 것을 억제하도록, 그 개구 면적은 최적화되어 있으면 좋다. 한편, 통기공(214)의 위치, 형상, 개수 등의 구체적 구성에 관해서는 특별히 한정되지 않고, 상기 압력 상승의 완화와, 축열 용액 등의 감소의 억제를 실현할 수 있는 구성이면 좋다. 또한, 통기공(214)은, 뚜껑부(212)가 아니라 상자부(211)의 상부에 설치되더라도 좋고, 쌍방에 설치되더라도 좋다. 압력 상승 등에 대한 내압 조정하는 수단으로서, 예컨대, 뚜껑부(212)에 있어서 내부 공기에 접하는 위치에 감합(嵌合)되는, 뚜껑 핀홀을 갖는 고무재로 이루어지는 것을 이용할 수 있다.

축열용 열교환기(22)는, 도 1에 나타낸 바와 같이, 축열 용기(21)의 내부 전체로 퍼지도록 설치되는 배관상의 구성이며, 내부에 열교환용의 열매체(편의상, 열교환 매체라 칭한다.)를 유동 가능하게 하는 구성으로 되어 있다. 또한, 축열용 열교환기(22)가 설치되는 위치는, 축열 용기(21)의 내부에서, 축열 용액층(11)에 침지하는 위치로 되어 있다.

축열용 열교환기(22)의 양단인 유입구부(221) 및 유출구부(222)는, 뚜껑부(212)를 관통하여 축열 용기(21)의 상방으로부터 외부로 노출하고 있고, 이들 유입구부(221) 및 유출구부(222)에, 열교환 매체를 유동시키는 외부 배관이 접속된다. 또한, 축열용 열교환기(22)의 대부분을 구성하는 본체 배관부(223)는, 대부분이 꼬불꼬불한 형상으로 구성되어 있고, 유입구부(221)로부터 유출구부(222)에 이르기까지, 본체 배관부(223)가 한붓그리기 가능(unicursal)한 형상으로 되어 있다. 이 본체 배관부(223)의 대부분은 축열 용액층(11)에 침지되어 있다. 그리고, 유입구부(221)로부터 유출구부(222)로 향하여 본체 배관부(223)의 내부를 열교환 매체가 유통하는 것에 의해, 축열 용액층(11)과 열교환 매체 사이에서 열교환을 행한다. 축열용 열교환기(22)의 구체적인 구성이나 재질은 특별히 한정되지 않고, 공지된 구성을 적합하게 이용할 수 있다.

축열용 열교환기(22)에 의한 축열 및 열회수의 방법은 특별히 한정되지 않지만, 예컨대, 다음의 2종류의 방법을 이용할 수 있다.

우선, 제 1의 방법은, 축열용 열교환기(22)를 방열원으로서 이용하는 방법이다. 구체적으로는, 고온의 열교환 매체(예컨대, 온수 또는 고온의 냉매 등)를 본체 배관부(223) 내에서 유통시키는 동안에, 열교환 매체가 축열하고 있는 열을 축열 용액층(11)에 방열함으로써, 축열 용액층(11)에 열을 축열한다. 그리고, 도 1에는 나타내지 않지만, 축열용 열교환기(22)와는 별도로, 열교환기를 설치하고, 이 열교환기 내에 저온의 열교환 매체(예컨대, 냉수 또는 저온의 냉매 등)를 유통시킴 으로써 축열 용액층(11)으로부터 열을 회수한다. 한편, 이 축열 및 열회수로 이루어지는 구성은, 역의 구성도 가능하다.

다음으로 제 2의 방법은, 축열 용기(21)의 외부 또는 내부에, 도 1에는 도시하지 않는 열공급 기기(축열용 열교환기(22)와는 별도의 열교환기, 또는 가열원)를 병설하는 방법이다. 구체적으로는, 열공급 기기로부터 축열 용액층(11)에 열이 축열되고, 축열용 열교환기(22) 내에 저온의 열교환 매체를 유통시키는 것에 의해, 축열 용액층(11)으로부터 열을 회수하여, 축열용 열교환기(22)의 유출구부(222)에 접속된 도시하지 않는 열이용 기기에 전달한다.

[증발 방지층의 조성]

본 실시형태에서, 특히 바람직한 증발 방지층(13)은, 용매 조성물의 융점이 상온 미만이고(상온보다 낮고), 불수용성 용매는 그 탄소수가 24∼44의 범위 내에 있는 탄화수소 중 적어도 어느 하나를 포함하고 있는 조성물을 들 수 있다. 불수용성 용매를 구성하는 탄화수소는, 쇄식 또는 지환식의 포화 알케인류(또는, 제한 없이 포화 알케인류에 가까운 쇄식 또는 지환식의 탄화수소이며, 이하 이들을 포화 알케인류라 칭함)이다. 구체적으로는, 상기 범위 내의 탄소수를 갖는 성분을 포함하는 폴리 알파올레핀 왁스, 파라핀 왁스, 광유 등을 예시할 수 있다. 이 조성물의 증발 방지층(13)을 사용하면, 축열용 열교환기(22)의 부식을 저감할 수 있는 이점과, 축열 용액층(11)을 구성하는 축열 용액의 증발을 한층 더 방지 또는 억제하는 이점이 얻어졌다.

도 2는, 검토한 증발 방지층(13)에 관하여, 불수용성 용매의 GC-MS 분석 장치에 의한 조성 분석 결과이지만, 탄소수가 24∼44의 범위 내에 있는 탄화수소 중 적어도 어느 것인가(적어도 하나)를 포함하고 있게 한 조성물임을 알 수 있다.

이 불수용성 용매의 탄소 구조에 대하여 설명한다. 일반론이지만, 포화 알케인류(포화 탄화수소로도 칭한다)는, 탄소수가 4 이하이면 상온에서 기체, 탄소수가 5∼약 18이면 상온에서 액체, 탄소수가 약 18을 초과하면 상온에서 고체이다. 이 일반론의 규칙성은, 탄소가 직선상으로 배열되고 분지(分枝)가 없는 직쇄 구조의 포화 알케인류에서 성립하는 이야기이며, 분지가 있는 포화 알케인류로 하면, 탄소수가 약 18을 넘어서도 상온에서 액체로 된다. 그래서 예컨대, 탄소 8∼10의 α-올레핀(말단에 2중 결합이 있고 그 밖에는 단일 결합의 구조를 갖는 불포화 알켄)을 중합 반응시킨 후 수소화 처리하면, 탄소수가 24∼44의 범위 내에 있는 탄화수소 중 적어도 어느 하나를 포함하고 있는 포화 알케인류가 생성된다. 더구나, 이 포화 알케인류는, 중합 반응의 궁리로 분지를 많이 갖는 포화 알케인류로 되어 있기 때문에, 상온에서 액체로 되어 있다. 본 실시형태에서 사용하는 합성유나 반합성유, 더욱이 광유는, 이 제법을 이용하여 얻어지는 불수용성 용매를 85∼100약(弱)%(중량%) 혼합하여 사용하고 있다.

이러한 숫자 영역의 탄소수의 탄화수소는, 탄소수를 제어하는 것이 현재의 기술로서는 어렵기 때문에, 형편에 맡기는 부분이 많다. 그 때문에, 탄소수가 24 미만인 탄화수소가 되면, 직쇄 구조의 포화 알케인류로 되기 쉽기 때문에 휘발성이 높은 액체가 생성되어, 즉시 휘발하여 수명이 짧다는 과제가 있다. 또한 역으로, 탄소수가 45 이상인 탄화수소가 되면, 상온에서 고체로 되기 쉽기 때문에 취급이 어렵다는 과제가 있다. 이와 같이, 휘발되기 어렵고 수명이 길며, 상온에서 액체로 취급이 간단하다는 이유에서, 불수용성 용매는, 탄소수가 24∼44의 범위 내에 있는 탄화수소 중 적어도 어느 하나를 포함하고 있게 한 조성물로 했다. 즉, 증발 방지층(13)을 보다 장기간에 보다 안정되게 이용할 수 있다. 또한 이것에 더하여, 이 불수용성 용매는, 유기산이 생성되기 어렵고 기밀성이 높기 때문에, 축열 용액의 증발을 방지 또는 억제하고 더군다나 공기 중의 산소가 축열 용액에 침입하기 어려운 이점이 있다.

[증발 방지층의 부식 저감 효과의 효과 검증]

효과 검증 방법과 그 결과를, 실시예에 기초하여 구체적으로 설명한다. 효과 검증에 사용한 축열 장치(20A)를, 실시예에 기초하여 구체적으로 설명한다. 축열 용기(21)로서, PPS 수지(폴리페닐렌설파이드 수지)를 성형하여, 상자부(211)와 뚜껑부(212)를 수득했다. 다음으로 상자부(211)의 내부 공간에, 구리의 사관(蛇管)으로 이루어지는 축열용 열교환기(22)를 침지하고, 또한, 탈이온수에 미리 극미량의 알칼리를 혼합하여 초기 PH 7.0으로 조정한 축열 용액을 주입하여 축열 용액층(11)으로 하고, 그의 상부에 증발 방지층(13)을 적층하고, 최후에, 뚜껑부(212)를 상자부(21)에 적층하여 축열 장치(20A)는 완성이다.

실시예 및 비교예에 있어서의 각종·평가는 다음에 나타내는 바와 같이 하여 행했다. 효과 확인 실험은, 초기 PH 7.0의 축열 용액에, 여러 가지 증발 방지층(13)을 적층하고, 소정 조건(20℃에서 2주간 후 추가로 100℃에서 2주간)에서 시험한 전후의 특성을 평가했다. 평가한 특성은, 축열 용액의 증발 방지 효과와, 시험 전(초기)과 시험 후의 축열 용액의 PH이며, 특성 측정치에 따라 「우수」 「양호」 「불충분」 「극도로 뒤떨어짐」의 4단계로 순위를 나누어, 그 각각을 「◎」 「○」 「△」 「×」의 기호로 표현하고 있다.

축열 용액의 증발 방지 효과는, 축열 용액층(11) 및 증발 방지층(13)의 소정 조건에 있어서의 중량 감소량을, 증발 방지층(13)의 단위 면적과 시험 기간의 곱으로 나눈 값으로 평가한 값이다. 이 값이 클수록, 축열 용액층(11) 및 증발 방지층(13)의 중량이 크게 감소하기 때문에, 축열 용액의 증발 방지 효과가 없다는 것을 의미한다. 역으로, 이 값이 작을수록, 축열 용액층(11) 및 증발 방지층(13)의 중량이 거의 감소하지 않기 때문에, 축열 용액의 증발 방지 효과가 우수하다는 것을 의미한다. 20℃의 중량 감소량이 3mg/cm²·day 미만이면 「◎」, 3∼6mg/cm²·day이면 「○」, 6mg/cm²·day보다 많고, 또한 10mg/cm²·day 이하이면 「△」, 10mg/cm²·day보다 많으면 「×」라고 평가했다. 또한, 100℃의 중량 감소량이 0.1g/cm²·day 미만이면 「◎」, 0.1∼0.2g/cm²·day이면 「○」, 0.2g/cm²·day보다 많고, 또한 0.3g/cm²·day 이하이면 「△」, 0.3g/cm²·day보다 많으면 「×」라고 평가했다.

용액 PH는, 시험 전(초기)과 시험 후의 축열 용액의 액성 PH를 측정한 것이다. 유기산의 억제 효과는, 증발 방지층(13)으로부터 유기산이 얼마만큼 생성되어 PH 저하가 일어나 있는가를 평가하는 항목 이며, 유기산의 생성량이 많을수록 시험 후의 PH가 저하되어 산성측으로 쉬프트하는 경향을 활용하고 있다. 이 실험에 있어서는, 시험 전(초기)의 PH가 7.0으로 동일치이기 때문에 시험 후의 PH로 평가하고, PH가 6.5∼7.0이면 「◎」, PH가 6.0∼6.5 미만이면 「○」, PH가 5.5∼6.0 미만이면 「△」, PH가 5.5 미만이면 「×」라고 평가했다.

종합 판정은, 축열 용액의 증발 방지 효과와 유기산의 억제 효과의 각 평가 항목을 종합적으로 평가했다. 각 평가 항목 어느 것이나 ◎이며, ○나 △나 ×가 없으면, 종합 판정을 「◎」라고 하여 평가했다. 또한, 각 평가 항목의 어느 것이나 ○나 ◎이며, △나 ×가 없으면, 종합 판정을 「○」라고 하여 평가했다. 또한, 각 평가 항목 중 1개라도 △가 있으면, 그 외에 ◎와 ○가 있더라도, 종합 판정을 「△」라고 하여 평가했다. 또한, 각 평가 항목 중 1개라도 ×가 있으면, 그 외에 ◎나 ○나 △가 있더라도, 종합 판정을 「×」라고 하여 평가했다.

검토에 이용한 증발 방지층(13)은, 이하와 같다.

(본 발명의 실시예 A)

증발 방지층(13)은, 용매 조성물의 융점이 상온 미만이며, 불수용성 용매는 그 탄소수가 24∼44의 범위 내에 있는 탄화수소 중 적어도 어느 하나를 포함하고 있는 조성물을 사용한 실시예이다. 이 증발 방지층(13)은, 유동점이 -31℃이고 분해 개시 온도가 260℃인 조성물이며, 도 2는 이 조성물의 불수용성 용매에 관한 GC-MS 분석 장치의 분석 결과이다. 축열 용기 내에, 초기 PH 7.0의 탈이온수를 이용한 축열 용액을 주입하고, 그 상부에, 증발 방지층(13)을 적층하고, 소정 조건에서 시험한 후의 특성을 평가한 결과의 정리를 표 1에 나타낸다.

(종래예 A)

증발 방지층(13)으로서, C₁₅H₃₂의 포화 탄화수소를 사용한 것 이외는, 상기 실시예 A와 같이 하여 상기 각 평가를 행했다. 그 결과를 표 1에 나타낸다. 이 증발 방지층(13)은, 융점이 10℃이고 비점이 270℃인 조성물이다.

(종래예 B)

증발 방지층(13)으로서, 실리콘유를 사용한 것 이외는, 상기 실시예 A와 같이 하여 상기 각 평가를 행했다. 그 결과를 표 1에 나타낸다. 이 증발 방지층(13)은, 유동점이 -40℃이고 분해 개시 온도가 250℃인 조성물이다.

(종래예 C)

증발 방지층(13)으로서, 유지(지방산 에스터)를 사용한 것 이외는, 상기 실시예 A와 같이 하여 상기 각 평가를 행했다. 그 결과를 표 1에 나타낸다. 이 증발 방지층(13)은, 유동점이 -20℃이고 분해 개시 온도가 200℃인 조성물이다.

(비교예 I)

증발 방지층(13)으로서, C₂₃H₄₈의 포화 탄화수소를 사용한 것 이외는, 상기 실시예 A와 같이 하여 상기 각 평가를 행했다. 그 결과를 표 1에 나타낸다. 이 증발 방지층(13)은, 융점이 46℃이고 비점이 200℃인 조성물이다.

(비교예 II)

증발 방지층(13)으로서, C₁₀₀₀의 에틸렌 수지를 사용한 것 이외는, 상기 실시예 A와 같이 하여 상기 각 평가를 행했다. 그 결과를 표 1에 나타낸다. 이 증발 방지층(13)은, 융점이 80℃이고 분해 개시 온도가 160℃인 고분자 수지이며, C₄₅의 탄소수를 갖는 탄화수소가 현재의 기술로서는 얻어지지 않기 때문에, 이것의 대체품으로서 평가에 사용했다.

(본 발명의 평가 결과)

(표 1)은, 초기 PH 7.0의 탈이온수를 이용한 축열 용액에, 여러 가지 증발 방지층(13)을 적층하고, 소정 조건(20℃에서 2주간 후 추가로 100℃에서 2주간)에서 시험한 결과의 정리이다.

본 발명의 실시예 A는, 용매 조성물의 융점이 상온 미만이며, 불수용성 용매는 그 탄소수가 24∼44의 범위 내에 있는 탄화수소 중 적어도 어느 하나를 포함하고 있는 조성물을, 증발 방지층(13)으로서 사용하고 있기 때문에, 축열 용액의 증발 방지 효과와 유기산의 억제 효과의 양쪽이 우수하다.

한편, 종래예 A∼C는, 축열 용액의 증발 방지 효과와 유기산의 억제 효과가, 양쪽 모두 불충분했다. 또한, 특히 종래예 A는, 소정 조건(20℃에서 2주간 후 추가로 100℃에서 2주간)에서 시험하면, 축열 용액층과 증발 방지층이 모두 휘발되어 버리는 문제가 생겼다. 또한 더욱이 비교예 I, II도, 축열 용액의 증발 방지 효과와 유기산의 억제 효과가, 양쪽 모두 불충분했다.

본 발명의 실시예 A 에서 증발 방지층(13)으로서 사용한 불수용성 용매가, 축열용 열교환기(22)의 부식을 한층 더 저감할 수 있는 이유를 설명한다. 축열용 열교환기(22)에서 사용하는 구리는, 후술하는 바와 같이, 수용액의 PH가 산성일 수록, 부식되어 구리 이온을 많이 용출한다. 따라서, 증발 방지층(13)에서 사용하는 불수용성 용매는, 유기산을 생성하기 어려운 재료가 요망된다. 유기산은, α-올레핀으로부터 많이 생성되고, 포화 알케인류로부터는 약간밖에 생성되지 않는 성질이 있다. 그 점, 증발 방지층(13)에서 사용하는 이 조성물의 불수용성 용매는, 포화 알케인류(또는, 제한 없이 포화 알케인류에 가까운 탄화수소)이기 때문에 유기산이 약간밖에 생성되지 않아, 축열 용액의 PH가 산성측으로 쉬프트하기 어렵다.

또한, 축열용 열교환기(22)에서 사용하는 구리는, 공기 중의 산소가 축열 용액에 침입하여 용존 산소가 많아질수록, 부식되어 구리 이온을 많이 용출한다. 따라서, 증발 방지층(13)에서 사용하는 불수용성 용매는, 공기 중의 산소가 축열 용액에 침입하기 어려운 재료가 요망되고 있고, 공기 중의 산소는, 기밀(氣密) 시일(seal)이 충분하면, 축열 용액에 침입하기 어려운 성질이 있다. 그 점, 증발 방지층(13)으로 사용하는 불수용성 용매는, 상온에서 액체이기 때문에 기밀 시일이 충분해져, 공기 중의 산소가 축열 용액에 침입하기 어렵다. 이러한 관점으로부터도, 이 불수용성 용매가, 축열용 열교환기(22)의 부식을 한층 더 저감할 수 있는 이점을 갖는다.

한편, 용매 조성물은, 불수용성 용매 이외에 공지된 다른 성분을 포함하더라도 좋다. 구체적으로는, 예컨대, 산화 방지제, 부식 방지제, 방청제, 소포제 등을 예시할 수 있다. 이들 첨가제의 첨가량, 첨가 방법 등도 특별히 한정되지 않고, 공지된 범위 또는 수법을 적합하게 이용할 수 있다. 용매 조성물의 구체적인 조성은 특별히 한정되지 않지만, 본 실시형태에서는, 전술한 바와 같이, 1종 이상의 불수용성 용매가 85∼100약%(중량%)의 범위 내이며, 첨가제를 포함하는 혼합물이 잔부(최대 15중량%의 범위 내)인 구성을 바람직하게 들 수 있다. 물론, 증발 방지층(13)에 요구되는 성능, 축열 장치(20A)의 사용 환경 등의 제 조건에 의해, 조성을 적절히 설계할 수 있는 것은 말할 필요도 없다.

용매 조성물의 온도 조건은 특별히 한정되지 않지만, 상온(5∼35℃)의 범위 내에서 액체인 것이 바람직하기 때문에, 유동점은 상온 미만이면(상온보다 낮으면) 바람직하다. 또한, 후술하는 바와 같이, 용매 조성물의 유동점은, 축열 용액의 응고점보다 낮은 것이 바람직하다. 축열 용액이 응고할 때까지 축열 장치(20A)의 온도가 저하되더라도, 용매 조성물은 유동성을 유지할 수 있기 때문에, 저온의 상태라도 증발 방지 기능을 유효하게 실현할 수 있다. 또한, 축열 용액이 응고되더라도 용매 조성물은 응고되지 않고 있기 때문에, 축열 용액의 응고에 따르는 부피 팽창을 완화하는 것이 가능해져, 압력 완화 기능을 더욱 한층 더 확실한 것으로 할 수 있다. 특히, 용매 조성물이, 탄소수가 24∼44의 범위 내에 있는 탄화수소를 포함하고 있으면, 증발 방지층(13)의 저온에 있어서의 유동성을 보다 양호하게 유지할 수 있다는 이점도 있다.

이와 같이, 증발 방지층(13)이 축열 용기(21) 내에 형성됨으로써, 축열 용액층(11)의 증발 방지 기능을 향상시킬 수 있다. 그러므로, 축열 용기(21) 내에서 축열 용액을 안정되게 유지할 수 있어, 취급성이 우수한 축열 장치(20A)를 얻을 수 있다. 이것에 더하여, 증발 방지층(13)에 의해, 축열 용액층(11)은 증발이 억제되기 때문에 보충의 필요가 없고, 장기간 양호한 축열 특성을 유지할 수 있다. 또한, 이 조성물의 불수용성 용매는, 유기산이 약간밖에 생성되지 않을 뿐만 아니라, 공기 중의 산소가 축열 용액에 침입하기 어렵다. 이로써, 장기간에 걸쳐 축열용 열교환기(22)의 부식 저감을 확실한 것으로 할 수 있다.

증발 방지층(13)은, 축열 용액층(11)을 구성하는 축열 용액의 증발을 방지 또는 억제하는(증발 방지 기능을 실현하는) 층이며, 상온에서 액체인 여러 가지 오일(1종 이상의 불수용성 용매로 이루어지는 용매 조성물로 구성시키는 유기 용매)을 사용할 수 있다. 또한, 증발 방지층(13)은, 85∼100약%(중량%)가 불수용성 용매로 이루어지는 용매 조성물이며, 잔부가 산화 방지제 등의 첨가제의 혼합물로 구성되어 있는 예를, 바람직하게 이용할 수 있다. 또한, 도 1에는 나타내지 않지만, 증발 방지층(13)은, 복수층으로 되더라도 좋다. 2층 이상의 증발 방지층(13)이 형성되어 있는 경우, 각각의 증발 방지층(13)은 다른 조성의 용매 조성물로 구성되어, 서로 혼합하지 않고서 독립적으로 층 형성되더라도 좋고, 증발 방지층(13)끼리 혼합하거나 하도록 구성되더라도 좋다. 이 용매 조성물에 사용되는 불수용성 용매는, 극성이 실질적으로 없는 무극성 용매, 상온에서 물과 실질적으로 혼합되지 않고서 물층으로부터 유리한 단층으로 될 정도로 극성이 낮은 저극성 용매 등이고, 적어도 상온의 범위 내에서 액체를 나타내면 좋다.

[수질 PH와 용출 구리 이온 농도의 관계]

증발 방지층(13)의 부식 저감 효과를 명확히 하기 위해, PH가 다른 수용액(수중에 산소가 용해)에 구리관을 침지하고 100℃에서 2주간 시험한 후에, 용출하는 구리 이온 농도를 측정했다. 도 3은, PH와 용출 구리 이온 농도의 상관을 그래프화한 특성도이다. 용출 구리 이온 농도는, PH가 6∼11인 영역(바람직하게는 PH가 7∼10.5)이 적고, PH 6 이하의 산성 영역 및 PH 11 이상의 알칼리 영역이 되면, 급격히 증대함을 알 수 있다. 이 이유를 설명한다. 구리는, 수중에 용해되어 있는 산소(용존 산소라 칭함)와의 전지(電池) 작용에 의해, 부식되어 구리 이온으로 되어 용출되지만, PH가 6∼11인 영역(바람직하게는 PH가 7∼10.5)이라는 중성 내지 약알칼리의 영역에서는, 용존 산소에 의해서 산화구리의 부동태가 형성되기 때문에, 내식성이 향상되어 구리 이온은 약간밖에 용출되지 않는다. 그런데, PH 6이하의 산성 영역이 되면, 산화구리의 부동태가 용해되어 Cu²⁺의 구리 이온이 되어 많이 용출되고, PH 11 이상의 알칼리 영역이 되면, 산화구리의 부동태가 용해되어 CuO₂ ^2-나 HCuO₂ ^-의 구리 이온이 되어 많이 용출된다고 생각되고 있다.

축열용 열교환기(22)에서 사용하는 구리는, 전술한 도 3에 나타내는 바와 같이, 수중에 산소가 용해되어 있는 수용액에서는, 수용액의 PH가 산성일수록, 부식되어 구리 이온을 많이 용출시킨다. 따라서, 증발 방지층(13)에서 사용하는 불수용성 용매는, 유기산이 생성되기 어렵고 더군다나 산소가 침입하기 어려운 재료가 요망된다. 일반론이지만, 유기산은, α-올레핀으로부터 많이 생성되고, 포화 알케인류 또는, 제한 없이 포화 알케인류에 가까운 탄화수소로부터는 약간밖에 생성되지 않는 성질이 있다. 또한, 산소는, 포화 알케인류 또는, 제한 없이 포화 알케인류에 가까운 탄화수소는, 침입하기 어려운 성질이 있다.

본 발명의 실시예 A인 「탄소수가 24∼44의 범위 내에 있는 탄화수소 중 적어도 어느 하나를 포함하고 있는 조성물을 불수용성 용매」를 사용한 증발 방지층(13)은, 포화 알케인류 또는 제한 없이 포화 알케인류에 가까운 탄화수소로 되어 있다. 그 때문에, 유기산이 약간밖에 생성하지 않고 그 결과로서 축열 용액의 PH가 산성측으로 쉬프트하기 어려우며, 더군다나, 공기 중의 산소가 축열 용액에 침입하기 어렵다. 이 효과 때문에, 축열용 열교환기(22)의 부식이 크게 저감했다. 한편, 종래와 같은 α-올레핀을 많이 포함하는 탄화수소로 이루어지는 증발 방지층은, 유기산이 많이 생성되고 그 결과로서 축열 용액의 PH가 산성측으로 크게 쉬프트하며, 더군다나 공기 중의 산소가 축열 용액에 침입한다. 이 효과에 의해, 축열용 열교환기(22)는 격하게 부식되었다.

[축열 용액의 PH를 6∼11로 유지하는 궁리]

도 3으로부터, PH가 6∼11의 영역(바람직하게는 PH가 7∼10.5의 영역)의 수질이면, 구리 이온은 약간밖에 용출되지 않기 때문에, 축열 용액(11)은, 초기 PH를 6∼11 영역의 수질을 사용하는 것이 바람직함을 알 수 있다. 탄소수가 24∼44의 범위 내에 있는 탄화수소 중 적어도 어느 하나를 포함하고 있는 조성물을 불수용성 용매로 한 증발 방지층(13)은, 유기산이 약간밖에 생성되지 않기 때문에, 축열 용액층(11)의 수질 PH에 주는 영향은 작다. 그 때문에, 축열 용액층(11)은, 초기 PH를 6∼11 영역의 수질을 사용하면, 축열용 열교환기(22)의 내식성은 충분히 확보할 수 있다. 그러나 축열 용액층(11)은, 극히 드물게 PH 6∼5의 수돗물을 사용하지 않을 수 없는 경우가 있다. 또한, 예컨대 동결방지제(부동액)로서 2가 알코올을 포함하고 있는 축열 용액층(11)은, 장기 사용하면 유기산이 많이 생성되어, PH가 산성측으로 쉬프트하게 된다.

그래서, 구리 이온이 약간밖에 용출되지 않는 PH 6∼11 영역의 축열 용액층(11)으로 하기 위해, 산화마그네슘, 수산화마그네슘, 탄산마그네슘, 규산마그네슘, 금속 마그네슘의 1종 이상을 주성분으로 하고 있는 미용해성 염기성 물질을, 축열 용액층(11)에 침지하는 것으로 했다. 이들 마그네슘계 미용해성 염기성 물질은, 수용액에 침지하면 그 PH는 약 10.5까지밖에 상승하지 않는 성질이 있고, PH 저하를 유발하는 유기산과의 산을 포착하여 PH 저하를 방지하는 성질이 있다. 그 때문에, 이들 미용해성 염기성 물질을 침지한 축열 용액은, 그 PH가 11 이상은 상승하지 않고, 미리 생성되는 유기산의 양을 예측하여 중화에 필요한 미용해성 염기성 물질의 양을 침지하면, 그 PH는 6 미만이 되는 일은 없다.

한편, 본 명세서에서 이용하는 용어 「미용해성 염기성 물질」의 「미용해성」이란, 「초기는 고체상으로 존재하지만, 축열 용액을 포함하는 수용액에 침지되면 그 일부가 극히 약간 용해되는 성질」을 말한다. 많은 경우, 미용해성 염기성 물질의 용해는, 예컨대 30년이라고 하는 장기간의 사용 동안, 계속하여 행하여진다. 그리고 미용해성 염기성 물질은, 장기간 사용하면 최종적으로 모두가 축열 용액을 포함하는 수용액에 용해되어 소멸하는 경우도 있다.

마그네슘계 미용해성 염기성 물질 중, 산화마그네슘, 수산화마그네슘, 금속 마그네슘은, 수명이 길다고 하는 관점에서 우수하지만, 이 중에서 특히 산화마그네슘은, 소성에 의해 입상으로 되기 때문에 취급이 간단하고, 수소 등의 가스 발생이 없기 때문에 안심하고 사용할 수 있다고 하는 이점이 있었다. 그래서, 산화마그네슘 주성분으로 하는 재료에 대하여 구체적으로 검토했다.

산화마그네슘은, 미용해성 염기성 물질로서 우수한 중화 특성을 갖지만, 수중에서 장기간 침지하면, 용해 이산화탄소를 흡수하여 염기성 탄산마그네슘을 생성하여, 중화 능력이 저하됨과 더불어 수명이 조금 짧아지는 과제가 있다. 이것을 방지하기 위해, 산화마그네슘에, 금속 산화물의 소량의 부성분을 혼합하는 것을 시도한 바, 산화마그네슘의 농도를 70% 이상 바람직하게는 85% 이상으로 하고, 잔부를 각종의 금속 산화물(예컨대, 규산, 산화알루미늄, 산화철, 산화칼슘, 붕산 등의 산화마그네슘 이외의 금속 산화물)로 하면, 양호한 장수명이 얻어진다. 이 이유는, 산화마그네슘은, 이들 금속 산화물과의 혼합물로 하면, 융점이 저하되어 저온도로 소성할 수 있으므로, 결정이 발달하여 안정된 산화물로 되어, 용해 이산화탄소의 흡수성이 대폭 저하되어, 염기성 탄산마그네슘이 생성되기 어려워지기 때문이라고 생각된다. 또한 동시에, 각종의 금속 산화물과 복합화한 산화마그네슘을 주성분으로 하는 조성물은, 입상으로 되기 때문에 취급이 간단하고, 양호하게 용해되어 생성 유기산을 효과적으로 포착하는 이점도 갖고 있고, 액성 PH를 중성 내지 약알칼리로 조정할 수 있었다. 이 중에서 특히, 양호한 결과가 얻어진 구체적인 조성을 이하에 기재한다.

조성물(1)은, 규산(SiO₂)을 3∼0.05%(중량%, 이하 같음), 바람직하게는 1∼0.1% 혼합하고, 잔부를 산화마그네슘으로 한 조성물이다. 조성물(2)은, 산화알루미늄(Al₂O₃)을 2∼0.01%, 바람직하게는 1∼0.03% 혼합하고, 잔부를 산화마그네슘으로 한 조성물이다. 조성물(3)은, 규산(SiO₂) 3∼0.05%와 산화알루미늄 2∼0.01%를 혼합하고, 잔부를 산화마그네슘으로 한 조성물이다. 조성물(4)은, 산화철(Fe₂O₃)을 7∼0.01%, 바람직하게는 1∼0.02% 혼합하고, 잔부를 산화마그네슘으로 한 조성물이다. 조성물(5)은, 규산(SiO₂) 3∼0.05%와 산화알루미늄 2∼0.01%와 산화철(Fe₂O₃) 7∼0.01%를 혼합하고, 잔부를 산화마그네슘으로 한 조성물이다. 조성물(6)은, 산화칼슘(CaO) 15∼0.1%, 바람직하게는 3∼0.1%를 혼합하고, 잔부를 산화마그네슘으로 한 조성물이다. 조성물(7)은, 규산(SiO₂) 3∼0.05%와 산화알루미늄 2∼0.01%와 산화철(Fe₂O₃) 7∼0.01%와 산화칼슘(CaO) 15∼0.1%를 혼합하고, 잔부를 산화마그네슘으로 한 조성물이다. 또한, 이외에, 산화붕소(B₂O₃)를 3∼0.01%, 바람직하게는 1∼0.02% 혼합하고 잔부를 산화마그네슘으로 한 조성물이나, 산화붕소에 전술한 조성물(1)∼(7)의 금속 산화물을 추가로 혼합하고 잔부를 산화마그네슘으로 한 조성물로 해도 좋다.

산화마그네슘은, 수산화마그네슘 또는 탄산마그네슘 등의 원료를 소성하여 제조하는것이 일반적이다. 그래서, 원료의 소성 온도에 대하여, 전술한 산화마그네슘을 주성분으로 하는 조성물(1)∼(7)에 대하여 검토한 바, 1500∼2300℃로 소성하면, 이산화탄소의 흡수성이 대폭 저하되어 염기성 탄산마그네슘이 생성되기 어려워지고, 입상으로 되기 때문에 취급이 간단하며, 적절히 용해되어 생성 유기산을 포착하여 액성 PH를 중성 내지 약알칼리로 조정하는 이점을 갖는 것이 밝혀졌다. 또한, 이 중에서 특히, 1600∼2100℃로 소성한 것은 매우 양호했다. 이 이유는, 산화마그네슘은 융점이 2800℃인 재료이지만, 이들 금속 산화물은 융점이 약1700∼2600℃인 재료이기 때문에, 이들 금속 산화물을 혼합한 산화마그네슘은, 융점이 저하되어 1500∼2300℃로 소성할 수 있다. 그 결과로서, 이러한 저온도로 소성한 산화마그네슘은, 결정이 발달하여 안정된 산화물이 되기 때문이라고 생각된다. 또한, 역으로, 2300℃를 초과하여 소성한 산화마그네슘은, 과산화 상태로 되어 본래와 약간 결정이 다른 산화물로 되어, 용해되기 어렵게 되어, 생성 유기산을 포착하여 액성 PH를 중성 내지 약알칼리로 조정하는 특성이 저하된다는 과제가 있었다. 또한, 1500℃ 미만으로 소성한 산화마그네슘은, 용해 이산화탄소의 흡수성이 있어 염기성 탄산마그네슘이 생성되기 쉽고, 입상이 되기 어렵기 때문에 취급이 불편하다고 하는 과제가 있었다.

산화마그네슘의 입경에 대하여 검토한 바, 전술한 조성물(1)∼(7)을 1500∼2300℃로 소성한 후, 입경 1∼15mm, 바람직하게는 2∼12mm로 파쇄한 것이, 적절히 용해되어 생성 유기산을 포착하여 액성 PH를 중성 내지 약알칼리로 조정하는 이점을 갖는 것이 밝혀졌다. 이 이유는, 입경이 15mm을 초과하면, 용해되기 어려워져, 생성 유기산을 포착하여 액성 PH를 중성 내지 약알칼리로 조정하는 특성이 저하된다는 과제가 있고, 입경이 1mm 미만이면, 분상으로 되기 때문에 취급이 불편하다고 하는 과제가 있기 때문이다.

그래서, 산화마그네슘을 주성분으로 한 재료로서, MgO가 98.70∼99.10%, CaO가 0.60∼0.90%, SiO₂가 0.15∼0.20%, Fe₂O₃가 0.05∼0.10%, Al₂O₃가 0.05∼0.10%, B₂O₃가 0.02∼0.05%인 조성물(입경 3∼10mm)을 사용하여, 1800℃ 소성품 및 2000℃ 소성품으로 효과 확인 실험을 행했다.

이 효과 확인 실험은, 초기 PH 5.2의 수돗물을 이용한 축열 용액(1), 폼산이나 글리콜산을 혼합하여 PH 5로 조정한 에틸렌 글리콜 수용액을 사용한 축열 용액(2)으로, 각각 행했다. 축열 용액(2)은, 탈이온수 약 70%에 2가 알코올인 에틸렌 글리콜 30%와 미량의 첨가 용액을 혼합한 용액을 기본으로 하고 있고, 이 기본 용액이 장기 사용됨에 따라 생성되는 폼산이나 글리콜산을 미리 혼합하여 PH 5로 조정한 축열 용액이다.

시험은, 전술한 산화마그네슘계 미용해성 염기성 물질과 축열용 열교환기(22)의 구리관을 각각의 축열 용액에 침지하고, 100℃에서 1개월 시험한 특성을 평가했다. 마그네슘계 미용해성 염기성 물질을 침지한 축열 용액은, 시험 후의 PH가 7∼9로 되어 양호한 PH 조정 효과를 갖고 있고, 이것에 따라, 축열용 열교환기(22)의 구리의 내부식성도 양호하게 되어 있다. 한편, 미용해성 염기성 물질을 사용하지 않고 있는 축열 용액은, 시험 후의 PH가 5인 채이고, 이것에 따라 축열용 열교환기(22)의 구리의 내부식성이 극도로 뒤떨어지게 되었다.

[축열 용액의 조성]

축열 용액층(11)을 구성하는 축열 용액은, 적어도 물로 구성되는(적어도 물을 포함하여 구성되는) 축열매(thermal-storage medium)이면 좋다. 축열 용액은, 물로만 구성되더라도 좋지만, 물에 용해 또는 분산이 가능한 여러 가지 첨가제를 포함하더라도 좋다. 특히 본 실시형태에서는, 동결 방지제(부동액)로서, 2가 알코올을 포함하고 있는 것이 바람직하다. 축열 용액이, 2가 알코올을 포함하는 수용액이면, 빙점(상온 상압에서 0℃) 이하이더라도, 상기 축열 용액의 동결을 회피할 수 있다.

2가 알코올로서는, 특별히 한정되지 않지만, 예컨대, 에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 다이에틸렌 글리콜, 뷰테인다이올, 네오펜틸 글리콜, 3-메틸펜타다이올, 1,4-헥세인다이올, 1,6-헥세인다이올 등을 들 수 있다. 이들 중에서도, 비용면 및 동결 방지제로서의 사용 실적의 관점에서, 에틸렌 글리콜 또는 프로필렌 글리콜이 바람직하게 사용된다. 이들 2가 알코올은, 1종류만을 사용해도 좋고, 2종류 이상을 조합하여 사용해도 좋다. 또한, 동결 방지제는, 상기 2가 알코올에 한정되지 않고, 2가 알코올 이외의 화합물 또는 조성물이더라도 좋다.

축열 용액은, 2가 알코올을 포함하는 수용액인 경우, 이 2가 알코올의 산화를 방지하는 산화 방지제(예컨대, 아질산 나트륨)을 0.수% 혼합한 축열 용액으로 하면, 유기산의 생성량이 한층 더 저감되어 열교환기의 내식성을 더욱 한층 더 확실한 것으로 할 수 있다. 한편, 산화 방지제는, 비타민 C(아스코르브산), 비타민 E(토코페롤), BHT(다이뷰틸하이드록시톨루엔), BHA(뷰틸하이드록시아니솔), 에리소르브산 나트륨, 베리 추출물(클로로젠산), 녹차 추출물(카테킨), 로즈마리 추출물을 사용하더라도 같은 효과가 얻어지고, 그 구체적인 종류나 양은 특별히 한정되지 않는다.

또한, 축열 용액은, 이것에 첨가되는 첨가제의 구체적인 종류도 특별히 한정되지 않고, 상기 2가 알코올 등의 동결 방지제 이외에, PH 조정제, 과냉각 방지제, 증점제, 전열 촉진재, 수분 증발 방지제, 부식 방지제, 방청제(축열 용기(21)가 금속제인 경우) 등, 축열재 조성물의 분야에서 공지된 여러 가지 첨가제를 이용할 수 있다. 이들 첨가제의 첨가량, 첨가 방법 등도 특별히 한정되지 않고, 공지된 범위 또는 수법을 적합하게 이용할 수 있다.

전술한 효과 확인 실험에서 사용한 축열 용액층(11)을 구성하는 축열 용액의 조성에 대하여 설명한다. 에틸렌 글리콜 30% 농도로 한 축열 용액은, 비점이 103℃이고 동결 온도(즉 유동점)가 -15℃인 특성을 갖는다. 미량 첨가하는 첨가 용액은, 구리의 방청제인 아졸류(예컨대, 벤조트라이아졸, 머캅토벤조트라이아졸, 톨릴트라이아졸 등)이나, 방미제(防黴劑)(예컨대, 벤조산 나트륨 등), 에틸렌 글리콜의 산화를 방지하는 산화 방지제(예컨대, 아질산 나트륨 등)이다.

이들 효과 확인 실험은, (3) 에틸렌 글리콜 85%와 물 15%의 혼합 용액(비점이 130℃이고 동결 온도가 -43℃), (4) 프로필렌 글리콜 85%와 물 15%의 혼합 용액(비점이 120℃이고 동결 온도가 -53℃), (5) 프로필렌 글리콜 30%와 물 70%의 혼합 용액(비점이 102℃이고 동결 온도가 -15℃)으로 행했다. 마그네슘계 미용해성 염기성 물질을 침지한 축열 용액은, 시험 후의 PH가 7∼9로 되어 양호한 PH 조정 효과를 갖고 있고, 이것에 따라, 축열용 열교환기(22)의 구리의 내부식성도 양호하게 되었다.

한편, 이러한 효과 확인 실험에 있어서, 에틸렌 글리콜이나 프로필렌 글리콜 등의 2가 알코올에, 그 산화를 방지하는 산화 방지제(예컨대, 아질산 나트륨)를 혼합한 용액의 축열 용액으로 하면, 유기산의 생성량이 저감될 수 있는 이점이 생기고, 그 결과, 더욱 양호한 열교환기(구리제)의 내부식성이 얻어졌다.

본 발명에 대하여, 실시예 및 비교예에 따라서 구체적으로 설명했지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것이 아니다. 당업자는 본 발명의 범위를 일탈하지 않고, 여러 가지 변경, 수정, 및 개변을 행할 수 있다.

(실시형태 2)

실시형태 2에서는, 증발 방지층(13)이 축열 용액에 불용이고, 또한, 비중이 물보다 가볍고, 융점이 상온 이상인 유기 화합물을 포함하고 있다.

이러한 본 실시형태, 증발 방지층(13)도 실시형태 1의 증발 방지층(13)과 마찬가지로, 보다 장기간에 보다 안정되게 이용할 수 있다. 이것에 의해, 축열 용기 내에서 축열 용액을 안정되게 유지할 수 있고, 취급성이 우수한 축열 장치와, 이것을 구비하는 공기 조화 장치를 제공할 수 있다.

[축열 장치의 구성]

우선, 본 실시형태 2에 따른 축열 장치(20B)의 구체적인 구성에 대하여, 도 4(a)를 참조하여 구체적으로 설명한다.

한편, 실시형태 1과 중복되는 부분에 관해서는, 가능한 한 설명을 생략했다. 따라서, 특별한 설명이 없는 한, 축열 장치(20B)의 각 요소는 축열 장치(20A)와 같은 구성을 가져도 좋다.

도 4(a)에 나타낸 바와 같이, 본 실시형태에 따른 축열 장치(20B)는, 실시형태 1에 따른 축열 장치(20A)와 마찬가지로, 축열 용기(21) 및 축열용 열교환기(22)를 구비하고, 축열 용기(21) 내에는, 현열형의 축열 용액이 쌓임으로써 축열 용액층(11)이 형성되어 있음과 더불어, 상기 축열 용액층(11)의 상방에 증발 방지층(13)(주증발 방지층(13)) 및 공기층(12)이 형성되어 있다.

축열 용액층(11)을 구성하는 축열 용액은, 축열 방식이 현열을 이용한 것이고, 적어도 물로 구성되는(적어도 물을 포함하여 이루어지는) 축열매(thermal-storage medium)이면 좋다. 축열 용액은, 물만으로 구성되더라도 좋지만, 물에 용해 또는 분산이 가능한 여러 가지 첨가제를 포함하더라도 좋다. 특히 본 실시형태에서는, 동결 방지제(부동액)로서 2가 알코올을 포함하고 있는 것이 바람직하다. 축열 용액이 2가 알코올을 포함하는 수용액이면, 축열 방식은 현열형이며, 또한, 빙점(상온 상압에서 0℃) 이하이더라도, 상기 축열 용액의 동결을 회피할 수 있다.

상기 2가 알코올로서는, 특별히 한정되지 않지만, 예컨대, 에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 다이에틸렌 글리콜, 뷰테인다이올, 네오펜틸 글리콜, 3-메틸펜타다이올, 1,4-헥세인다이올, 1,6-헥세인다이올 등을 들 수 있다. 이들 중에서도, 비용면 및 동결 방지제로서의 사용 실적의 관점에서, 에틸렌 글리콜 또는 프로필렌 글리콜이 바람직하게 사용된다. 이들 2가 알코올은, 1종류만을 사용해도 좋고, 2종류 이상을 조합하여 사용해도 좋다. 또한, 동결 방지제는, 물에 용해했을 때에, 축열 용액의 축열 방식이 현열형이면, 상기 2가 알코올에 한정되지 않고, 2가 알코올 이외의 화합물 또는 조성물이더라도 좋다.

또한, 축열 용액에 첨가되는 첨가제의 구체적인 종류도 특별히 한정되지 않고, 상기 동결 방지제 이외에, 과냉각 방지제, 증점제, 전열 촉진재, 수분 증발 방지제, 부식 방지제, 방청제(축열 용기(21)가 금속제인 경우) 등, 축열재 조성물의 분야에서 공지된 여러 가지 첨가제를 이용할 수 있다. 이들 첨가제의 첨가량, 첨가 방법 등도 특별히 한정되지 않고, 공지된 범위 또는 수법을 적합하게 이용할 수 있다.

증발 방지층(13)은, 축열 용액층(11) 위에 적층되어, 축열 용액의 증발을 방지 또는 억제하는 것이다. 이 증발 방지층(13)을 구성하는 증발 방지 조성물은, 상기 축열 용액에 불용이며, 비중이 축열 용액의 비중보다 작고, 융점이 상온 이상인 유기 화합물로 적어도 구성되어 있다(융점이 상온 이상인 유기 화합물을 포함한다). 한편, 유기 화합물의 구체적인 구성에 관해서는 후술한다.

여기서 융점이 불명료한 유지류나 다성분계의 경우에는, 유동점과 동의로 한다. 한편, 유동점이란 일본공업규격(JIS) K2269에 따라서 측정되는 것으로 한다.

또한, 증발 방지층(13)은, 후술하는 증발 방지 기능, 누출 방지 기능, 및 압력 완화 기능을 실현하는 데에 있어서 바람직한 물성을 부여하거나, 증발 방지층(13)이 축열 용기(21) 내에서 안정되게 유지되기 위한 물성을 부여하거나 하기 위해서, 주성분의 유기 화합물 이외에 공지된 다른 성분을 포함하더라도 좋다. 구체적으로는, 예컨대, 산화 방지제, 부식 방지제, 방청제, 유동점 강하제, 소포제, 점도 조정제 등을 예시할 수 있다. 이들 첨가제의 첨가량, 첨가 방법 등도 특별히 한정되지 않고, 공지된 범위 또는 수법을 적합하게 이용할 수 있다.

따라서, 축열 용액층(11) 및 증발 방지층(13)의 어느 것이나, 복수의 성분을 특정한 조성으로 조제한 조성물로 되어 있더라도 좋다. 이 경우, 축열 용액층(11)은, 물을 포함하는 축열 용액 조성물로 구성되어 있게 되고, 증발 방지층(13)은, 주성분에 유기 화합물을 포함하는 증발 방지 조성물로 구성되어 있게 된다.

한편, 증발 방지층(13)으로서 주성분의 유기 화합물에 전술한 첨가제를 포함한 경우도, 그 상태로 비중이나 융점의 조건을 만족시키는 것이면 같은 효과를 얻을 수 있는 것은 말할 필요도 없다.

[유기 화합물의 구성]

다음으로, 본 실시형태의 증발 방지층(13)의 주성분으로서 포함되는 유기 화합물에 대하여, 예를 들어 구체적으로 설명한다.

본 실시형태에 있어서, 증발 방지층(13)으로서 사용되는 유기 화합물은, 대표로서 n-트라이코세인, n-도코세인, n-헨에이코세인 등의 저융점 파라핀이나 폴리에틸렌 왁스, 폴리올레핀 등의 알켄 중합체 등을 들 수 있다.

전자(前者) 저융점 파라핀인 n-트라이코세인은 탄소수 23, 융점 46℃, 비중 0.7969, n-도코세인은 탄소수 22, 융점 46℃, 비중 0.7778, n-헨에이코세인은 탄소수 21, 융점 42℃, 비중 0.792의 직쇄상 탄화수소이다. 또한, 어느 것이나 축열 용액에 불용이고 비중이 작으며, 또한 융점이 축열 용액의 비점 이하이다. 또한, 후자(後者) 알켄 중합체는, 적어도 1종류의 알켄 화합물(탄소·탄소 사이에 2중 결합을 포함하는 유기 화합물)을 중합하여 얻어지는 것이고, 융점 등은 모노머의 구조나 중합도, 분자량 등에 따라서 다르다. 구체적으로는, 상기 알켄 중합체는, 적어도, 하기 화학식 1, 2, 3 및 4중 적어도 어느 하나로 표시되는 구조를 갖고 있다.

여기서, 상기 화학식 중 R¹, R² 및 R³은, 어느 것이나 각각 탄소수 1 이상의 유기기이다.

상기 알켄 중합체는, 축열 용액에 대하여 불용이며, 비중이 축열 용액보다 작고, 또한 융점이 상온 이상인 것이면, 유기기 R¹∼R³의 구체적인 종류는 특별히 한정되지 않고, 공지된 모든 유기기이면 좋지만, 일반적으로, 측쇄인 유기기 R¹∼R³이 직쇄상인 편이 결정성이 높고, 본 실시형태에서 요망되듯이, 증발 방지 기능을 보다 높이기 위해서는, 상기 알켄 중합체의 결정성은 높은 편이 바람직하기 때문에, 유기기 R¹∼R³은 직쇄상의 유기기이면 보다 바람직하다.

직쇄상의 유기기로서는, 예컨대, 옥틸기, 노닐기, 데실기, 운데실기, 도데실기, 트리데실기, 테트라데실기, 펜타데실기, 헥사데실기, 헵타데실기, 옥타데실기, 노나데실기, 이코실기 등의 직쇄 알킬기; 페닐에틸기, 페닐프로필기, 페닐뷰틸기, 페닐펜틸기, 페닐헥실기, 페닐헵틸기, 4-프로필톨릴기, (1-에틸-4-페닐)프로필기 등의 방향족 알킬기(헤테로환계도 포함한다); 에틸페닐기, 프로필페닐기, 뷰틸페닐기, 펜틸페닐기, 헥실페닐기 등의 직쇄 알킬페닐기 또는 직쇄 알킬방향족기; 옥틸옥시기, 노닐옥시기, 데실옥시기, 운데실옥시기, 도데실옥시기, 트리데실옥시기, 옥타데실옥시기, 노나데실옥시기 등의 직쇄 알콕실기; 옥텐일기, 노넨일기, 데신일기, 운데신일기, 도데신일기, 트라이데신일기, 테트라데신일기, 펜타데신일기, 헥사데신일기, 헵타데신일기, 옥타데신일기, 노나데신일기, 이코신일기 등의 알켄일기(2중 결합의 위치는 한정되지 않는다); 알카인일기(3중 결합의 위치는 특별히 한정되지 않는다); 옥타노일기, 노니노일기, 데시노일기 등의 카복실기; N-옥틸아미노기, N-노닐아미노기, N-데실아미노기 등의 알킬아미노기; 다이뷰틸 아마이드기, 틸펜틸 아마이드, 페닐 에틸 아마이드기 등의 알킬 아마이드기; 다이퓨틸 포스파이드기, 뷰틸 펜틸 포스파이드기, 페닐 에틸 포스파이드기 등의 알킬 포스파이드기; 옥틸 설파이드기, 노닐 설파이드기, 데실 설파이드기 등의 알킬 설파이드기 등을 들 수 있지만, 특별히 한정되지 않는다. 한편, 상기 유기기에 있어서는, 임의의 수소 원자가 할로젠 원자로 치환되더라도 좋고, 임의의 메틸기가 실릴기로 치환되더라도 좋고, 산소 원자 또는 황 원자를 포함하는 경우에는, 다른 제16족 원소로 치환되더라도 좋고, 인 원자를 포함하는 경우에는, 다른 제15족 원소로 치환되더라도 좋다. 또한, 결정성을 방해할 우려가 적거나, 결정성의 향상이 기대되는 것이면, 여러 가지 측쇄 구조 또는 환상 구조를 포함하더라도 좋다.

본 실시형태에 있어서의 알켄 중합체의 중합 방법(합성 방법)은 특별히 한정되지 않고, 공지된 여러 가지 방법을 이용할 수 있다. 여기서, 알켄 중합체의 중합에 사용되는 모노머로는, 적어도, 상기 화학식 1, 2, 3 또는 4로 표시되는 구조의 알켄 화합물을 포함하고 있으면 좋고, 상기 화학식 1, 2, 3 및 4로 표시되는 구조 중, 2종류의 알켄 화합물을 포함하고 있더라도 좋고, 상기 화학식 1∼4로 표시되는 구조의 모든 알켄 화합물을 포함하고 있더라도 좋다.

또한, 사용되는 모노머는 1종류만이더라도 좋고, 2종류 이상이더라도 좋다. 예컨대, 모노머로서 사용되는 알켄 화합물이 상기 화학식 2로 표시되는 구조의 화합물(바이닐 화합물)만인 경우, 치환기인 유기기 R¹은 1종류만이라도 좋고, 복수 종류의 유기기를 포함하는 화합물이 병용되더라도 좋다. 즉, 상기 화학식 2로 사용되는 알켄 화합물은, 특정한 1종류의 바이닐 화합물만이라도 좋고, 복수 종류의 바이닐 화합물이 사용되더라도 좋다.

또한, 모노머로서는, 상기 화학식 1∼4로 표시되는 알켄 화합물 이외의 모노머 화합물을 포함하더라도 좋다. 이 경우, 얻어지는 중합체는, 알켄 및 다른 모노머 화합물의 공중합체로 된다. 다른 모노머 화합물로서는, 특별히 한정되지 않고, (메트)아크릴산 에스터, 아크릴로나이트릴, 할로젠화 바이닐, 바이닐알코올 등의 알켄 화합물과 공중합 가능한 것이면 좋다.

또한, 모노머의 중합시에는, 여러 가지 촉매, 중합용 용매, 여러 가지 첨가물 등이 사용되더라도 좋다. 예컨대, 상기 알켄 화합물에 촉매, 용매, 첨가물 등을 임의의 조성으로 조제한 모노머 조성물을 준비하고, 상기 모노머 조성물을 이용하여, 임의의 중합 반응기 내에서 임의의 조건에서 중합시키는 것에 의해, 본 실시형태에 있어서의 알켄 화합물을 제조할 수 있다.

한편, 본 실시형태에서 이용가능한 중합 방법의 일례로서는, 예컨대, 참고특허문헌: 국제공개번호 WO2002/014384호(대응 일본국 공표특허공보: 특표 2004-506758호)에 개시되는 구체적인 방법 및 상기 문헌 중에 인용되는 특허문헌에 개시되는 구체적인 방법(어느 것이나 본 명세서 중에 참고로서 원용된다)을 들 수 있지만, 특별히 한정되지 않는다.

얻어지는 알켄 중합체의 구조는, 다음 화학식 5 또는 6으로 표시되는 구조로 된다. 한편, 화학식 중, R¹은 전술한 바와 같은 유기기이며, X¹은 수소 원자 또는 상기 R²의 치환기이며, X²는 수소 원자 또는 상기 R³의 치환기이다. 또한, 화학식 6에 있어서의 Y는, 산소 원자, 황 원자 등의 2가 원자, 또는, 알켄 화합물 이외의 모노머 구조이다. 또한, 모노머 구조 단위의 반복수인 n에 관해서는, 분자량의 바람직한 범위 내에서 적절하게 선택 가능한 정수이면 좋다.

또한, 단일한 중합체 분자 중에 있어서의 모노머 구조 단위는, 하기 화학식 5 또는 6에 해당하면 바람직하기 때문에, 1종류만의 구조 단위로부터 알켄 중합체가 구성되더라도 좋고, 복수 종류의 구조 단위가 포함되더라도 좋다. 즉, R¹, X¹, X²는, 동일 분자 중의 모노머 구조 단위 모두에 있어서 동일한 유기기 또는 치환기이더라도 좋고, 동일 분자 중의 모노머 구조 단위 각각에 있어서, 다른 종류의 유기기 또는 치환기이더라도 좋다.

얻어지는 알켄 중합체의 분자량은 특별히 한정되지 않지만, 본 실시형태에서는, 수평균 분자량은 100만 이하이면 바람직하다. 수평균 분자량이 100만 이하이면, 알켄 중합체의 융점이 상온을 넘는 온도로 되어, 상온에서는 고체로 유지되게 된다. 또한, 얻어지는 알켄 중합체의 온도 조건(융점의 허용 범위 등)에 관해서는 후술한다.

[증발 방지층의 기능]

다음으로, 상기 유기 화합물을 포함하는 증발 방지층(13)의 구체적인 기능에 대하여, 도 1(b)를 참조하여 구체적으로 설명한다.

본 실시형태에서는, 증발 방지층(13)이, 축열 용액에 불용이고, 또한, 비중이 물보다 가볍고, 융점이 상온 이상인 상기 유기 화합물을 적어도 포함하고 있고, 축열 동작을 행하지 않는 상태에서는 고체 또는 반고체이다.

여기서 반고체란, 열변형 상태나 유리 전이 상태 등의 고체와 액체의 중간에 해당하는 상태를 말한다.

축열 용액층(11) 및 증발 방지층(13)에 대하여, 온도 변화에 따른 고상으로부터 액상으로의 상 상태의 변화를 대비한다. 도 4(b)에 나타낸 바와 같이, 온도가 저온이면 어느 쪽의 층도 고체 또는 반고체(도면 중 망점 찍힌 영역)이지만, 온도가 서서히 높아지면, 축열 용액층(11)은, 응고점 Pf에서 고체로부터 액체로 상 변화되고, 비점 Pb에 달할 때까지는 액체로 유지된다. 한편, 증발 방지층(13)은, 축열 용액의 응고점 Pf에서는 고체 또는 반고체이고, 또한, 상온의 범위(도면 중 일점쇄선에 끼인 영역)이더라도 고체 또는 반고체인 채로 있다.

증발 방지층(13)을 구성하는 유기 화합물은, 융점 Pm에 달하여 고점도의 액체로서 액화된다. 한편, 본 실시형태에서는, 일본공업규격 JIS Z8703에 따라서, 상온의 범위를 20℃±15℃(5℃ 이상 35℃ 이하)의 범위로 규정한다. 그러므로, 유기 화합물의 융점 Pm은 35℃을 초과하고 있으면 좋다.

축열 용액층(11)의 온도가 더욱 상승하면, 비점 Pb에 달한 시점에서, 축열 용액이 비등하여 기화가 시작되지만, 증발 방지층(13)은 고점도의 액체인 채로 유지된다. 한편, 증발 방지층(13)을 구성하는 유기 화합물이 알켄 중합체 등인 경우, 온도가 충분히 높아지면 기화되지 않고서 열분해되기 때문에, 도 1(b)에서는, 열분해 온도 Pt도 도시하고 있다.

이와 같이, 상온의 범위 내에서는, 증발 방지층(13)은 고체 또는 반고체로 되기 때문에, 축열 용액이 지나친 증발을 유효하게 방지할 수 있음(증발 방지 기능의 실현)과 더불어, 축열 장치(20A)의 운반시에 축열 용액층(11)을 구성하는 축열 용액이 축열 용기(21)의 외부로 새어나가거나 공기층(12)에 노출되거나 하는 것을 억제할 수 있다(누출 방지 기능의 실현). 또한, 축열 동작시에 축열 용액의 온도가 상승하더라도, 증발 방지층(13)은 고점도의 액체층이 되기 때문에, 축열 용액의 지나친 증발을 유효하게 방지할 수 있다.

또한, 축열 용액의 증발에 의해서 증기압이 상승하거나, 축열 용액에 포함되는 용존 산소 등의 기체가 유리하거나 해도, 증발 방지층(13)이 고점도의 액체이기 때문에, 축열 용액층(11)이 팽창하더라도 그 상면은 증발 방지층(13)으로 양호하게 덮인다. 더구나, 압력이 크게 상승하더라도, 증기 또는 유리 기체의 일부가 액상의 증발 방지층(13)으로부터 공기층(12)으로 빠져 나오기 때문에, 압력이 지나치게 상승하는 일이 없어, 축열 용액의 압력 상승에도 충분히 대응할 수 있다(압력 완화 기능의 실현). 그러므로, 증발 방지 기능, 누출 방지 기능 및 압력 완화 기능의 어느 것이나 양호하게 실현할 수 있다. 그 결과, 축열 용기(21)내에서 축열 용액을 안정되게 유지할 수 있어, 취급성이 우수한 축열 장치(20B)를 얻을 수 있다.

본 실시형태에 있어서는, 증발 방지층(13)으로서 사용되는 유기 화합물의 융점 Pm은, 축열 용액의 비점 Pb보다도 낮은 것이 바람직하다. 본 실시형태에서는, 축열 용액으로서 수용액이 사용되고 있기 때문에, 비점 Pb는 실질적으로 100℃로 된다. 따라서, 유기 화합물의 융점 Pm은, 35℃ 이상 100℃ 미만이면 바람직하다. 이것에 의해, 유기 화합물에 있어서, 융점이 축열 용액의 비점보다 낮기 때문에, 축열 동작이 행하여지고 있는 온도 범위 내에서 확실히 융해할 수 있다. 그러므로, 증발 방지 기능, 누출 방지 기능 및 압력 완화 기능의 어느 것이나 양호하게 실현할 수 있다.

본 실시형태에 있어서 특히 바람직한 알켄 중합체의 일례로서는, 모노머로서 알켄 화합물을 이용한, 탄소수 18의 중합체를 예시할 수 있다. 이 중합체가 증발 방지층(13)으로서 사용되면, 알켄 중합체로서, 탄소수 18이라는 특정 범위의 폴리알파올레핀을 포함하고 있게 되기 때문에, 증발 방지층(13)의 물성이 더욱 안정화된다. 그러므로, 증발 방지 기능, 누출 방지 기능 및 압력 완화 기능의 어느 것이나 양호하게 실현할 수 있다.

또한, 증발 방지층(13)이 전술한 유기 화합물을 주성분으로 하여 구성되어 있으면, 상기 증발 방지층(13)은 축열 용액층(11) 위에 적층하는 것만으로 형성할 수 있고, 또한, 유기산이 다량으로 생성되어 축열 용액의 품질을 열화시킬 가능성을 억제할 수 있다. 그러므로, 축열 장치(20B)의 제조 비용 또는 유지 비용의 증대를 회피할 수도 있다.

(실시형태 3)

상기 실시형태 2에 있어서의 축열 장치(20B)는, 축열 용기(21) 내에는, 아래로부터 순차로, 축열 용액층(11), 증발 방지층(13) 및 공기층(12)의 3층이 형성되어 있는 구성으로 되어 있었지만, 본 실시형태에서는, 축열 용액층(11) 및 증발 방지층(13)의 사이에, 추가로 1층 이상의 부증발 방지층을 구비하는 구성으로 되어 있다. 상기 구성에 대하여, 도 5(a), (b)를 참조하여 구체적으로 설명한다.

[축열 용기 내의 층 구성]

도 5(a)에 나타낸 바와 같이, 본 실시형태에 따른 축열 장치(20C)는, 상기 실시형태 2에 따른 축열 장치(20B)와 동일한 구성을 갖고 있지만, 축열 용기(21) 내에는, 아래로부터 순차로, 축열 용액층(11), 부증발 방지층(제 2 증발 방지층)(14), 증발 방지층(13)(주증발 방지층(13)에), 공기층(12)의 4층이 형성되어 있다.

부증발 방지층(14)은, 증발 방지층(13)과 함께 축열 용액층(11)을 구성하는, 축열 용액의 증발을 방지 또는 억제하는(증발 방지 기능을 실현하는) 층이며, 본 실시형태에서는, 증발 방지층(13)의 하방에 독립층으로서 형성되어 있다. 또한, 도 5(a)에는 나타내지 않지만, 부증발 방지층(14)은, 증발 방지층(13)과 혼합되어 실질적으로 1층으로 되더라도 좋다. 이 부증발 방지층(14)은, 1종 이상의 불수용성 용매로 이루어지는 용매 조성물로 구성되어 있다. 상기 용매 조성물로서는, 후술하는 바와 같이, 예컨대 85∼95중량%가 불수용성 용매이고, 잔부가 산화 방지제 등의 첨가제의 혼합물로 구성되어 있는 예를 바람직하게 이용할 수 있다.

한편, 2층 이상의 부증발 방지층(14)이 형성되어 있는 경우, 각각의 부증발 방지층(14)은 다른 조성의 용매 조성물로 구성되어, 서로 혼합하지 않고서 독립적으로 층 형성되더라도 좋고, 부증발 방지층(14)끼리 혼합하거나, 증발 방지층(13)에 혼합하거나 하도록 구성되더라도 좋다.

상기 용매 조성물에 사용되는 불수용성 용매는, 극성이 실질적으로 없는 무극성 용매, 상온에서 물과 실질적으로 혼합하지 않고서 물층으로부터 유리한 단층으로 될 정도로 극성이 낮은 저극성 용매 등이고, 적어도 상온의 범위 내에서 액체를 나타내면 좋다.

상기 불수용성 용매로서는, 구체적으로는, 펜테인, 헥세인, 헵테인, 옥테인, 노네인, 데케인, 운데케인, 도데케인, 트라이데케인, 테트라데케인, 펜타데케인, 헥사데케인, 헵타데케인, 사이클로헥세인 등의 포화 알케인류; 톨루엔, 자일렌, 벤젠 등의 방향족 알케인류; 1,2-다이클로로에테인, 1,1,2-트라이클로로에테인, 트라이클로로에틸렌, 클로로폼, 모노클로로벤젠, 사염화탄소, 염화메틸렌(다이클로로메테인) 등의 할로알케인류; 아세트산 메틸, 아세트산 에틸, 아세트산 아이소프로필 등의 에스터류; 다이에틸 에터, 아이소프로필 에터, 에틸 tert-뷰틸 에터, 퓨란 등의 에터류; 폴리 알파올레핀 왁스, 파라핀 왁스, 실리콘 오일 등의 광유류; 옥수수유, 대두유, 참기름, 채종유, 미강유, 동백유, 홍화유, 팜핵유, 야자유, 면실유, 해바라기유, 들기름, 올리브유, 피넛 오일, 아몬드 오일, 포도씨유, 머스타드 오일, 어유 등의 식용 유지; 피마자유, 유동유(油桐油) 등의 공업용 유지 등을 들 수 있지만, 이들에 한정되지 않는다. 이들 불수용성 용매는, 1종류만을 사용해도 좋고, 2종류 이상을 조합하여 사용해도 좋다. 또한, 용매 조성물이 복수 종류의 불수용성 용매를 포함하는 경우, 유효한 증발 방지 기능을 실현할 수 있는 것이면, 각각의 용매의 조성도 특별히 한정되지 않는다.

본 실시형태에서, 특히 바람직한 불수용성 용매의 일례로서는, 상기 실리콘 오일, 또는, 상기 포화 알케인류나 방향족 알케인류 등(또는, 제한 없이 포화 알케인류에 가까운 쇄식 또는 지환식의 탄화수소이며, 이하 이들을 포화 알케인류라 칭한다)의 탄화수소 중, 탄소수가 24∼44의 범위 내에 있는 탄화수소 중 적어도 어느 하나를 들 수 있고, 보다 구체적으로는, 상기 범위 내의 탄소수를 갖는 성분을 포함하는 폴리 알파올레핀 왁스 또는 파라핀 왁스 등을 예시할 수 있다.

용매 조성물이 이러한 불수용성 용매를 포함하고 있다는 것은, 상기 용매 조성물이 특정 범위의 분자량을 갖는 탄화수소를 포함하고 있게 된다. 그 때문에, 후술하는 바와 같이, 부증발 방지층(14)의 저온에 있어서의 유동성 유지를 보다 확실한 것으로 할 수 있다. 더욱 바람직하게는, 이 용매 조성물은, 그 주성분이, 탄소수가 24∼44의 범위 내에 있는 탄화수소를 포함하고 있으면, 저온에서의 유동성유지를 보다 더욱 한층 더 확실한 것으로 할 수 있다.

상기 불수용성 용매의 탄소 구조에 대하여 설명한다. 일반론이지만, 포화 알케인류(포화 탄화수소로도 칭한다)는, 탄소수가 4 이하이면 상온에서 기체, 탄소수가 5∼약 18이면 상온에서 액체, 탄소수가 약 18을 초과하면 상온에서 고체이다. 이 일반론의 규칙성은, 탄소가 직선상으로 배열되고 분지(分枝)가 없는 직쇄 구조의 포화 알케인류에서 성립하는 이야기이며, 분지가 있는 포화 알케인류로 하면, 탄소수가 약 18을 넘어서도 상온에서 액체로 된다. 그래서 예컨대, 탄소수 8∼10의 α-올레핀(말단에 2중 결합이 있는 것 외에는 단일 결합의 구조를 갖는 불포화알켄)을 중합 반응시킨 후 수소화 처리하면, 탄소수가 24∼44의 범위 내에 있는 탄화수소 중 적어도 어느 하나를 포함하고 있는 포화 알케인류가 생성된다. 더구나, 이 포화 알케인류는, 중합 반응의 궁리로 분지를 많이 갖는 포화 알케인류로 되어 있기 때문에, 상온에서 액체로 되어 있다. 본 실시형태에서 사용하는 광유나 합성유, 또한 반합성유는, 이 제법을 이용하여 얻어지는 불수용성 용매를 85∼100약%(중량%) 혼합하여 사용하고 있다.

이러한 숫자 영역의 탄소수의 탄화수소는, 탄소수를 제어하는 것이 현재의 기술로서는 어렵기 때문에, 형편에 맡기는 부분이 많다. 그 때문에, 탄소수가 24미만의 탄화수소가 되면, 직쇄 구조의 포화 알케인류가 되기 쉽기 때문에 휘발성이 높은 액체가 생성되어, 즉시 휘발하여 수명이 짧다는 과제가 있다. 또한 역으로, 탄소수가 45 이상인 탄화수소가 되면, 상온에서 고체로 되기 쉽기 때문에 취급이 어렵다는 과제가 있다. 이렇게, 휘발되기 어렵고 수명이 길며, 상온에서 액체로 취급이 간단하다고 하는 이유에서, 불수용성 용매는, 탄소수가 24∼44의 범위 내에 있는 탄화수소 중 적어도 어느 하나를 포함하고 있게 한 조성물로 했다. 또한 이에 더하여, 이 불수용성 용매는, 유기산이 생성되기 어렵고 기밀성이 높기 때문에, 축열 용액의 증발을 방지 또는 억제하며 더군다나 공기 중의 산소가 축열 용액에 침입하기 어렵다는 이점이 있다.

또한, 상기 용매 조성물은, 상기 불수용성 용매 이외에 공지된 다른 성분을 포함하더라도 좋다. 구체적으로는, 예컨대, 산화 방지제, 부식 방지제, 방청제, 소포제 등을 예시할 수 있다. 이들 첨가제의 첨가량, 첨가 방법 등도 특별히 한정되지 않고, 공지된 범위 또는 수법을 적합하게 이용할 수 있다.

상기 용매 조성물의 구체적인 조성은 특별히 한정되지 않지만, 본 실시형태에서는, 전술한 바와 같이, 1종 이상의 불수용성 용매가 85∼95중량%의 범위 내이며, 상기 첨가제를 포함하는 혼합물이 잔부(5∼15중량%의 범위 내)인 구성을 바람직하게 들 수 있다. 물론, 부증발 방지층(14)에 요구되는 성능, 축열 장치(20C)의 사용 환경 등의 제 조건에 의해, 조성을 적절히 설계할 수 있는 것은 말할 필요도 없다.

상기 용매 조성물의 온도 조건은 특별히 한정되지 않지만, 상온의 범위 내에서 액체인 것이 바람직하기 때문에, 융점은 상온 미만이면 바람직하다. 또한, 후술하는 바와 같이, 상기 용매 조성물의 융점은, 축열 용액의 응고점보다 낮은 것이 바람직하다.

[부증발 방지층의 기능]

다음으로 상기 불수용성 용매를 포함하는 부증발 방지층(14)의 구체적인 기능에 대하여, 도 5(b)를 참조하여 구체적으로 설명한다.

축열 용액층(11), 증발 방지층(13) 및 부증발 방지층(14)에 대하여, 온도 변화에 따른 고상으로부터 액상로의 상 상태의 변화를 대비한다. 도 5(b)에 나타낸 바와 같이, 축열 용액층(11) 및 증발 방지층(13)의 상 변화는, 상기 실시형태 2에서 설명한 바와 같지만, 부증발 방지층(14)은, 도 5(b)에 나타내는 예에서는, 상온의 범위 내이더라도 상온을 초과해도 액체인 채로 실질적으로 유지된다.

이와 같이, 상온의 범위 내에서는, 부증발 방지층(14)은 액체이지만 증발 방지층(13)은 고체이기 때문에, 증발 방지층(13)에 의해, 축열 용액에 대하여 증발 방지 기능을 실현됨과 더불어, 축열 용액 및 부증발 방지층(14)에 대하여 누출 방지 기능을 실현할 수 있다. 또한, 축열 동작시에 축열 용액의 온도가 상승하면, 증발 방지층(13)이 고점도의 액체층으로 되고, 부증발 방지층(14)은, 사용시 또는 비사용시에 관계 없이 상대적으로 저점도의 액체층으로 유지되기 때문에, 축열 용액은 2층의 액체층으로 보호되게 되고, 더구나, 서로의 액체층의 밀착도가 높아지게 된다.

그 결과, 각각의 단독 사용의 경우와 비교하여, 이들 층에 있어서는, 증기 통과 구멍이 좁아져, 증발 방지의 기능이 향상됨에도 불구하고, 여분의 축열 용액의 증기 또는 용존 산소 등을 놓아주는 것이 가능해진다(압력 완화 기능의 향상). 또한, 축열 동작 후에, 증발 방지층(13)이 경화된 후에 생기는 크랙을, 부증발 방지층(14)에 의해 보충하는 것도 가능해진다(증발 방지 기능 및 누출 방지 기능의 향상).

또한, 도 5(b)에 나타낸 바와 같이, 용매 조성물의 융점 Pp는, 축열 용액의 응고점 Pf보다 낮게 되어 있다. 이것에 의해, 축열 용액이 응고될 때까지 축열 장치(20B)의 온도가 저하되더라도, 용매 조성물은 유동성을 유지할 수 있기 때문에, 저온의 상태라도 증발 방지 기능을 유효하게 실현할 수 있다. 또한, 축열 용액이 응고되더라도 용매 조성물은 응고되지 않고 있기 때문에, 축열 용액의 응고에 따르는 부피 팽창을 완화하는 것이 가능해져, 압력 완화 기능을 더욱 한층 더 확실한 것으로 할 수 있다. 특히, 용매 조성물이, 탄소수가 24∼44의 범위 내에 있는 탄화수소를 포함하고 있으면, 부증발 방지층(14)의 저온에 있어서의 유동성을 보다 양호하게 유지할 수 있다.

이와 같이, 증발 방지층(13)에 더하여 부증발 방지층(14)이 축열 용기(21) 내에 형성됨으로써, 증발 방지층(13)에 의한 증발 방지 기능, 누출 방지 기능 및 압력 완화 기능의 어느 쪽의 기능도 양호하게 실현될뿐만 아니라, 각 기능을 더 한층 향상시킬 수 있다. 그러므로, 축열 용기(21) 내에서 축열 용액을 안정되게 유지할 수 있어, 취급성이 우수한 축열 장치(20C)를 얻을 수 있다.

한편, 증발 방지층(13)을 구성하는 유기 화합물(또는 이것을 포함하는 증발 방지 조성물)의 비중은, 부증발 방지층(14)을 구성하는 용매 조성물의 비중보다도 작은 것이 바람직하다. 이것에 의해, 증발 방지층(13)은, 주성분인 유기 화합물이 고체라도, 부증발 방지층(14)보다도 가벼워지기 때문에, 상기 증발 방지층(13)은, 반드시 부증발 방지층(14)의 상층에 「뜨게」 된다. 그러므로, 증발 방지층(13)이 고온에서 액상이 되더라도, 증발 방지 기능을 더 한층 확실한 것으로 할 수 있다.

이것에 더하여, 액체인 부증발 방지층(14)은, 증발 방지층(13)의 하방에 위치할수록 그 양이 많아진다. 그러므로, 축열 동작 후에, 증발 방지층(13)이 경화된 후에 생기는 크랙을, 부증발 방지층(14)에 의해 더욱 한층 더 확실히 구멍 메우기할 수 있다(상기 크랙에 부증발 방지층(14)의 일부가 들어갈 수 있다). 그 결과, 증발 방지 기능 및 누출 방지 기능을 더욱 한층 더 향상시킬 수 있다. 이 때, 예컨대, 증발 방지층(13)과 부증발 방지층(14)의 양자가 매우 혼화되기 쉬운 것이고 고온시에 일체가 되는 경우는, 축열 동작 후, 상온으로 되돌아갔을 때에, 고체로 된 증발 방지층(13) 내에 부증발 방지층(14)이 일부 혼입되는 현상이 보이지만, 부증발 방지층(14)쪽이 비중이 크기 때문에, 하방에 위치할수록 그 양이 많아져, 위로부터 순차로 고체, 겔, 액체로 된다. 이 경우, 최하층이 겔이더라도 전술한 크랙에 대한 구멍 메우기 효과는 보이지만, 보다 유효하게 효과를 발휘시키기 위해서는, 증발 방지층(13)에 대한 부증발 방지층(14)의 비율을 많게 하면, 최하층의 액량이 보다 많아지기 때문에, 증발 방지층(13)과 부증발 방지층(14)의 비율은 상온시에 남는 최하층의 액량을 고려하여 설계하는 것이 바람직하다.

또한, 증발 방지층(13)도 부증발 방지층(14)도 축열 용액층(11) 위에 적층하는 것만으로 용이하게 형성할 수 있고, 또한, 증발 방지층(13)이, 상기한 바와 같이 알켄 중합체를 주성분으로 하고 있기 때문에, 유기산이 다량으로 생성되어 축열 용액의 품질을 열화시킬 가능성을 억제할 수 있다. 그러므로, 축열 장치(20C)의 제조 비용 또는 유지 비용의 증대를 회피할 수 있다.

(실시형태 4)

도 6은, 본 발명의 실시형태 4에 따른 축열 장치(20D)의 단면도이다.

공기층(12)과 축열 용액층(11)(또는 증발 방지층(13) 또는 부증발 방지층(14))의 계면에 접하도록 배치되어, 계면으로부터 축열 열교환기를 격리하는 보호수단을 설치한 것을 특징으로 한다.

이것에 의해서, 공기층(12)과 축열 용액층(11)(또는 증발 방지층(13) 또는 부증발 방지층(14))의 계면에 있어서의 축열 열교환기의 부식을 방지할 수 있다.

한편, 실시형태 1∼3 중 어느 것인가와 중복되는 부분에 관해서는, 가능한 한 설명을 생략했다. 따라서, 특별한 설명이 없는 한, 축열 장치(20D)의 각 요소는 축열 장치(20A∼20C) 중 어느 것인가와 같은 구성을 가져도 좋다.

본 실시형태에서는, 축열조는, 축열용 열교환기가 관통하는 개구를 갖는 뚜껑부를 갖고, 보호 수단은 뚜껑부와 축열 열교환기를 접속하는 열교(熱交) 접속구로 해도 좋다. 이것에 의해 축열 용액층과 공기층의 계면에 있어서의 축열 열교환기의 부식을 방지할 수 있다.

본 실시형태에서는, 축열조는, 축열 열교환기가 관통하는 개구를 갖는 뚜껑부를 갖고, 뚜껑부의 일부에 축열 열교환기가 관통하는 개구를 설치함과 더불어 상기 부분이 계면에 접하도록 배치됨으로써 보호 수단을 구성할 수도 있다. 뚜껑부에 의해서 보호 수단을 구성할 수 있기 때문에 저렴하게 구성할 수 있다.

본 실시형태에서는, 뚜껑부의 공기층과 접하는 위치에 있어서, 공기층과 대기를 연통시키는 내압 조정 수단을 갖춰도 좋고, 축열조의 내압 강도보다도 작은 소정의 압력으로 개구하기 때문에, 내압 용기가 아니더라도 축열조를 형성할 수 있다.

본 실시형태에서는, 축열용 열교환기는 그 일부가 구리 또는 알루미늄으로 구성되어도 좋다. 열교환기를 구리나 알루미늄으로 구성한 경우에도 그의 부식을 방지할 수 있다.

본 실시형태에서는, 축열 용액층의 주성분을 물과 부동성 2가 알코올의 혼합액으로 해도 좋다. 저렴하고 열용량이 크기 때문에, 축열 용액층으로서 적합함과 더불어, 축열 용액층의 동결을 방지할 수 있다.

도 6에 있어서 축열 장치(20D)는, 상자부(211)와 뚜껑부(212)로 이루어지는 축열 용기(21)와, 뚜껑부(212)에 배치된 내압 조정 수단(214A)과, 축열 용기(20D)의 내부에 충전된 축열 용액층(11)과 축열 용액층(11)에 침지된 축열용 열교환기(11)와 열교 접속구(18)로 구성되어 있다. 또한, 축열 용액층(11)의 상부에는 공기층(12)이 존재한다.

도 6에는 도시하지 않지만, 바람직하게는, 축열 용액층(11)과 공기층(12) 사이에, 실시형태 1∼3에 나타낸 증발 방지층(13)을 갖는다. 또한, 증발 방지층(13)의 하부(축열 용액층(11)과 증발 방지층(13) 사이)에는, 실시형태 3에서 나타낸 부증발 방지층(14)을 가져도 좋다.

내압 조정 수단(214A)은 핀홀을 갖는 고무재로 이루어져, 뚜껑부(212)에 있어서 공기층(12)에 접하는 위치에 감합되어 있다. 내압 조정 수단 대신, 실시형태 1∼3에서 나타낸 통기공(214)을 사용해도 좋다.

축열 용액층(11)은, 부동성 2가 알코올인 에틸렌 글리콜과 물의 혼합물이어도 좋다. 이 경우, 혼합비는, 예컨대 에틸렌 글리콜 30%에 대하여 물 70%이다. 에틸렌 글리콜은 비점이 198℃이고 융점이 -13℃이지만, 상기 혼합비로 함으로써 비점이 103℃이고 동결 온도가 -15℃로 된다. 축열 용액층(11)의 충전량은, 그 최대 용적이 상자부(211)의 용적으로부터 축열용 열교환기(22) 및 열교 접속구(18)의 축열 용액층(11)의 침지 부피를 뺀 값보다도 작게 되도록 설정되어 있다. 이것에 의해 공기층(12)이 확보된다.

축열용 열교환기(11)는, 예컨대, 구리의 사관으로 이루어지고, 열교 접속구(18)에 의해 뚜껑부(212)에 접속 고정되어 있고, 축열 장치(20D)의 완성 후, 유입구부(221) 및 유출구부(222)을 통해서 외부 배관에 접속된다. 열교 접속구(18)는, 예컨대 황동제로 내부에 축열용 열교환기(22)를 관통하기 위한 연통공을 성형한 것으로, 연통공에 축열용 열교환기(22)를 끼워 넣은 후, 플러그구(plug 口) 전체 둘레[全周]로 축열 열교환기(22)와 용접되어 일체적으로 성형된다.

또한 열교 접속구(18)는 공기층(12)에 대하여 충분히 큰 길이를 갖고 있고, 공기층(12)을 관통하여 플러그 구는 축열 용액층(12)에 침지된 위치에 배치된다. 이것에 의해, 구리관제의 축열 용액층(11)을 공기층(12)으로부터 격리하여 축열 장치(20D)의 내부에 유지하는 것이 가능해진다.

(실시형태 5)

도 7은, 본 발명의 실시형태 7에 따른 축열 장치(50E)의 단면도이다.

본 실시형태에서는, 뚜껑부(212)에 오목부(74)를 설치하고, 오목부(74)의 저면(최심부)에 열교 접속구(18)를 배치한 점이, 실시형태 4와 다르다.

도 7에 있어서 축열 장치(50E)는, 전술한 축열 장치(50D)와 마찬가지로, 상자부(211)와 뚜껑부(212)로 이루어지는 축열 용기(22)와, 뚜껑부(212)에 배치된 내압 조정 수단(214A)과, 축열 용기(22)의 내부에 충전되었고 축열 용액층(11)에 침지된 축열용 열교환기(22)로 구성되어 있다. 또한, 축열 용액층(11)의 상부에는 공기층(12)이 존재하여, 축열재와의 사이에 계면을 구성하고 있다.

도 7에는 도시하지 않지만, 바람직하게는, 축열 용액층(11)과 공기층(12) 사이에, 실시형태 1∼3에 나타낸 증발 방지층(13)을 갖는다. 또한, 증발 방지층(13)의 하부에는, 실시형태 3에서 나타낸 부증발 방지층(14)을 가져도 좋다.

상자부(211), 내압 조정 수단(214A), 축열 용액층(11)은 실시형태 4와 마찬가지이기 때문에 상세한 기재를 생략한다. 축열용 열교환기(22)는, 알루미늄 사관으로 이루어져도 좋고, 열교 접속구(18)에 의해 뚜껑부(212)에 접속 고정되어 있고, 축열 장치(50E)의 완성 후, 외부 배관에 접속된다.

열교 접속구(18)는 황동제여도 좋고, 내부에 축열용 열교환기(22)를 통과시키기 위한 연통공을 성형한 것으로, 연통공에 축열용 열교환기(22)를 집어 넣은 후(연통공 내에 축열용 열교환기(22)의 일부를 배치한 후), 플러그 구 전체 둘레로 축열용 열교환기(22)와 용접되어 일체적으로 성형된다.

뚜껑체(뚜껑부)(212), 공기층(12)에 대하여 충분히 큰 깊이를 갖는 오목부(74)를 갖고 있고, 공기층(12)을 관통한 오목부(74)의 최심부(오목부(74)의 저면)에 있어서 열교 접속구(18)가 배치되어 있다.

이것에 의해, 예컨대 알루미늄제 축열용 열교환기(22)를 공기층(12)으로부터 격리한 상태로 축열 장치(50E)의 내부에 유지하는 것이 가능해진다. 따라서, 실시형태 4와 마찬가지로 장기에 걸쳐, 축열 장치(50E)의 내부에 있어 예컨대 구리제 축열용 열교환기(22)가 산소를 포함하는 부식 분위기에 폭로되는 것을 막아, 축열 장치(50E)의 내구성을 향상시킬 수 있다.

(실시형태 6)

상기 실시형태 1∼5에 따른 축열 장치(20A∼E)는, 어느 것이나 축열 용기(21) 및 축열용 열교환기(22)로 구성되어 있지만, 본 실시형태 6에 따른 축열 장치(20F)는, 추가로 가열원(26)을 구비하여, 이 가열원(26)의 폐열을 축열 가능하게 하는 구성으로 되어 있다. 그 구성에 대하여, 도 8(a), (b)를 참조하여 구체적으로 설명한다.

도 (a) 및 (b)에 나타낸 바와 같이, 본 실시형태에 따른 축열 장치(20F)는, 축열 용기(23), 축열용 열교환기(24)에 더하여, 열전도성 부재(25) 및 가열원으로서의 압축기(26)를 구비하고 있다. 한편, 도 8(a)에 있어서의 V1-V1 시시(矢視) 단면은, 도 8(b)에 나타내는 축열 장치(20F)의 종단면도에 상당한다. 또한, 도 8(b)에 있어서의 V2-V2 시시 단면은, 도 8(a)에 나타내는 축열 장치(20F)의 횡단면도에 상당한다.

축열 용기(23)는, 상기 실시형태 1∼5에 있어서의 축열 용기(21)와 마찬가지로, 상자부(231) 및 뚜껑부(232)로 구성되고, 상자부(231)의 상부 개구(233)를 닫도록 뚜껑부(232)가 부착되어 있다. 상자부(231)의 형상은, 상기 실시형태 1∼5에 있어서의 상자부(211)와 마찬가지로, 실질적으로 대략 직방체 형상이지만, 축열 용액을 축적하기 위한 내부 공간의 형상은, 상기 상자부(211)와는 달리, 도 8에 나타낸 바와 같이, 압축기(26)의 측면을 둘러싸도록, 대략 U자상의 횡단면을 갖고 있다. 상자부(231)의 내부에는, 도 8에 나타낸 바와 같이, 축열용 열교환기(24)가 설치되고, 이 대부분을 침지하도록, 축열 용액층(11)이 형성되어 있다. 또한, 축열 용액층(11)의 상방에는, 실시형태 1∼3 중 어느 것인가에서 나타내는 증발 방지층(13)이 적층되고, 또한, 증발 방지층(13)의 상방에는, 뚜껑부(232)에 설치되는 통기공(234)을 통해서 유입하는 외기에 의해서 공기층(12)이 형성되어 있다.

한편, 실시형태 3과 같이, 증발 방지층(13)의 하부(축열 용액층(11)과 증발 방지층(13) 사이)에, 실시형태 3에서 나타낸 부증발 방지층(14)을 가져도 좋다.

압축기(26)는 공기 조화 장치에 사용되는 냉매를 압축하는 것으로, 공지된 구성을 갖는 것이 사용된다. 한편, 도 8(a), (b)에서는, 설명의 편의상, 압축기(26)는 모식적으로 외형만을 나타내고 있다. 압축기(26)의 외형은, 본 실시형태에서는, 도 8(a), (b)에 나타낸 바와 같이, 대략 직방체 형상이고, 이 직방체 형상의 4개의 측면 중, 3개의 측면을 둘러싸도록 축열 용기(23)가 위치하고 있다. 축열 용기(23)(상자부(211))의 내부 공간은, 상기한 바와 같이 대략 U자상의 횡단면을 갖고 있기 때문에, 상기 U자상의 횡단면에서의 감요(陷凹) 부위로 되는 영역에 압축기(26)가 위치함으로써, 압축기(26)의 주위의 적어도 일부가 축열 용기(23)에 의해 둘러싸이게 된다.

이와 같이 압축기(26)의 주위에 축열 용기(23)가 위치하고 있으면, 압축기(26)는 축열 용기(23)와 실질적으로 일체화되어 있기 때문에, 압축기(26)에서 생긴 폐열은, 축열 용기(23)의 외부로 달아나는 일이 거의 없이, 축열 용기(23) 내의 축열 용액층(11)에 전달된다. 그러므로, 외부 기기인 압축기(26)를 가열원으로서 이용할 수 있어, 압축기(26)로부터의 폐열을 효율적으로 축열할 수 있다.

여기서, 압축기(26)의 측면과 축열 용기(23) 사이에는, 층상의 열전도성 부재(25)가 설치되어 있는 것이 특히 바람직하다. 압축기(26)는 축열 용기(23) 내에서 축열 용액층(11)에 직접 접하더라도 좋지만, 이 경우, 압축기(26)의 측면에 방수 처리를 실시할 필요가 있다. 한편, 축열 용기(23)의 형상을 압축기(26)에 맞추어, 대략 U자상의 단면을 갖도록 구성할 수도 있지만, 축열 용기(23)의 가공이 번잡해져 비용이 상승되는 것에 더하여, 축열 용기(23)의 외면과 압축기(26)의 측면의 밀착성을 높이는 것이 어려워진다. 그러므로, 본 실시형태와 같이, 열전도성 부재(25)를 설치하는 것이 바람직하다.

열전도성 부재(25)의 구체적인 구성은 특별히 한정되지 않고, 압축기(26)의 주위를 덮을 수 있고, 또한, 압축기(26)로부터의 열을 축열 용액층(11)에 양호하게 전달할 수 있는 것이면 좋다. 구체적으로는, 예컨대, 구리, 은, 알루미늄 또는 이들의 합금으로 형성되는 금속 시트; 흑연 또는 금속의 입자를 수지 조성물 중에 분산시킨 열전도 시트; 흑연 또는 금속의 입자를 겔상 조성물 중에 분산시킨 열전도 그리스 등을 들 수 있다.

이와 같이, 축열 용기(23)가 열전도성 부재(25)를 통해서 압축기(26)와 접촉하고 있음으로써, 압축기(26)로부터의 열을 축열 장치(20B)에 의해 양호하게 회수할 수 있다. 특히, 열전도성 부재(25)가 열전도 시트이면, 수지 조성물로서 가요성 재료, 예컨대, EPDM(에틸렌-프로필렌-3원 공중합물), 실리콘 고무 등의 엘라스토머 재료를 선택하면, 압축기(26)의 측면에 요철이 존재하더라도, 상기 압축기(26)와 축열 용기(23)의 접촉성을 양호하게 할 수 있기 때문에, 압축기(26)로부터 축열 용기(23)에의 열전도를, 더 한층 원활하게 할 수 있다.

그리고, 본 실시형태에 있어서도, 축열 용기(23) 내에는, 상기 실시형태 1∼3에서 설명한 증발 방지층(13)이 형성되어 있다. 그러므로, 이들 층에 의해서 증발 방지 기능, 누출 방지 기능 및 압력 완화 기능의 어느 쪽의 기능도 양호하게 실현되기 때문에, 축열 용기(23) 내에서 축열 용액을 안정되게 유지할 수 있어, 취급성이 우수한 축열 장치(20F)를 얻을 수 있다.

한편, 본 실시형태에 있어서는, 가열원으로서 압축기(26)를 예시했지만, 이것에 한정되지 않고, 공기 조화 장치 등, 본 발명에 따른 축열 장치(20F)가 적용되는 기기가 구비하는 다른 가열원이더라도 좋다. 또한, 가열원은, 축열 용액층(11)의 외부에 설치되어 있는 것이면 좋고, 반드시 축열 용기(23)의 외부가 아니더라도 좋다. 또한, 가열원은, 그 주위가 축열 용기(23)에 둘러싸여 있지 않더라도 좋다. 예컨대, 압축기(26)가 넓은 평탄한 측면을 갖고 있는 것이면, 축열 용액층(11)을 평탄면끼리 접촉시킬 뿐의 구성으로 해도 좋다. 또한, 본 실시형태에서는, 축열 용기(23)는, 압축기(26)의 주위를 둘러싸고 있지만, 예컨대, 압축기(26)의 저면 또는 상면을 둘러싸더라도 좋다. 가열원이 압축기(26) 이외의 것이더라도 마찬가지이다.

(실시형태 7)

상기 실시형태 1 내지 7은, 어느 것이나 축열 장치의 구성을 예시하는 것이었지만, 본 실시형태에 있어서는, 상기 구성의 축열 장치의 대표적인 적용예인 공기 조화 장치의 일례에 대하여, 도 9를 참조하여 구체적으로 설명한다.

[공기 조화 장치의 구성]

도 9에 나타낸 바와 같이, 본 실시형태에 따른 공기 조화 장치(30)는, 냉매 배관에 의해 서로 접속된 실내기(31) 및 실외기(32)로 구성되어 있고, 실외기(32)는, 상기 실시형태 6에 따른 축열 장치(20F)를 갖추고 있다. 실내기(31) 및 실외기(32) 및 외부 배관(310)은, 관 이음새(繼手)(40)를 통해서 실내기 내부 배관(311)과 실외기 내부 배관인 제1배관(301) 및 제2배관(302)에 접속되어 있다.

실내기(31)의 내부에는, 실내기 내부 배관(311) 및 실내 열교환기(33) 등이 설치되고, 실외기(32)의 내부에는, 축열 장치(20B), 압축기(26), 실외기의 각종 내부 배관, 실외 열교환기(34), 각종 변 부재 등이 설치되어 있다. 그리고, 실내기(31) 및 실외기(32)는, 상기한 바와 같이, 외부 배관(310)에 의해 서로 접속되어 있기 때문에, 상기 구성에 의해서 공기 조화 장치(30)의 냉동 사이클이 구성되어 있다. 한편, 이하의 설명에서는, 냉매 배관(실내기 내부 배관(311), 외부 배관(310), 및 실외기 내부 배관) 내에 있어서, 냉매가 흐르는 방향의 상류측 또는 하류측을, 간단히 상류측 또는 하류측이라 약칭한다.

실내기(31)의 구성에 대하여 구체적으로 설명하면, 외부 배관(310)에 접속되어 있는 실내기 내부 배관(311)은, 실내 열교환기(33)에 접속되어 있다. 또한, 실내기(31)의 내부에는, 실내 열교환기(33)에 더하여, 송풍 팬(도시하지 않음), 상하 날개(도시하지 않음), 좌우 날개(도시하지 않음) 등이 설치되어 있다.

실내 열교환기(33)는, 송풍 팬에 의해 실내기(31)의 내부로 빨아들인 실내 공기와, 실내 열교환기(33)의 내부를 흐르는 냉매 사이에서 열교환을 행하여, 난방시에는 열교환에 의해 따뜻하게 된 공기를 실내로 내뿜는(도면 중 블록 화살표) 한편, 냉방시에는 열교환에 의해 냉각된 공기를 실내로 내뿜는다. 상하 날개는, 실내기(31)로부터 내뿜어지는 공기의 방향을 필요에 따라 상하로 변경하고, 좌우 날개는, 실내기(31)로부터 내뿜어지는 공기의 방향을 필요에 따라 좌우로 변경한다. 한편, 도 9에 있어서는, 설명의 편의상, 실내기(31)의 상세한 구성(상기 송풍 팬, 상하 날개, 좌우 날개 등)에 관해서는, 기재를 생략하고 있다.

실외기(32)의 구성에 대하여 구체적으로 설명하면, 실외기(32)의 내부에는, 압축기(26), 축열 장치(20B) 및 실외 열교환기(34)에 더하여, 스트레이너(35), 팽창변(42), 사방변(四方弁)(41), 제1전자변(電磁弁)(43), 제2전자변(44), 어큐뮬레이터(36) 등이 설치되어 있다. 또한, 외부 배관(310)에 접속되어 있는 제1배관(301) 및 제2배관(302) 중, 제1배관(301)은 압축기(26)의 토출구(도시하지 않음)에 접속되어 있다. 그러므로, 압축기(26)는, 실내기(31) 내의 실내 열교환기(33)에 접속되어 있게 된다.

압축기(26)는, 상기 실시형태 6에서 설명한 바와 같이, 축열 장치(20F)의 축열 용기(23)에 실질적으로 일체화되도록 설치되어 있고, 압축기(26)의 주위는, 열전도성 부재(25)를 통해서 축열 용액층(11)이 위치하고 있다. 축열 용액층(11)의 상면에는 증발 방지층(13)이 형성되어 있다. 한편, 도 9에 있어서는, 설명의 편의상, 축열 용기(23)를 구성하는 뚜껑부(232)와 공기층(12)에 관해서는 기재를 생략하고 있다. 축열 용기(23)의 내부에는, 축열 용액층(11)에 침지하도록 축열용 열교환기(24)가 설치되고, 유입구부(도시하지 않음)가 제6배관(306)에 접속되어 있다. 제6배관(306)에는 제2전자변(44)이 설치되어 있다.

또한, 외부 배관(310)에 접속되어 있는 제1배관(301) 및 제2배관(302) 중, 제2배관(302)은, 실외기 내부 배관인 제3배관(303)과 제6배관(306)으로 분기되고 있다. 제2배관(302)은 스트레이너(35)를 갖추고 있고, 상기한 바와 같이 한쪽이 외부 배관(310)에 접속되고, 다른 쪽이 팽창변(42)을 통해서 제3배관(303)에 접속되어 있다. 또한, 제6배관(306)은, 스트레이너(35)의 상류측에서 제2배관(302)으로부터 분기되고 있다.

제3배관(303)은, 팽창변(42) 및 실외 열교환기(34)를 접속하고, 실외 열교환기(34)는, 제4배관(304)을 통해서 압축기(26)의 흡입구(도시하지 않음)에 접속되어 있다. 또한, 제4배관(304)에 있어서의 압축기(26)측에는, 액상 냉매 및 기상 냉매를 분리하기 위한 어큐뮬레이터(36)가 설치되어 있다. 또한, 압축기(26)의 토출구는, 제1배관(301)에 접속되어 있음과 더불어, 제1배관(301)에 있어서의 압축기(26)의 토출구와 사방변(41) 사이에서는, 제5배관(305)이 분기되고 있다. 제5배관(305)에는 제1전자변(43)이 설치되어 있다. 제1배관(301)은, 압축기(26)의 토출구로부터 실내 열교환기(33)의 중간 위치의, 실외기(32)의 측에 배치되어 있다.

제2배관(302)으로부터 분기된 제6배관(306)은, 상기한 바와 같이, 축열용 열교환기(24)의 유입구부(도시하지 않음)에 접속되어 있지만, 축열용 열교환기(24)의 유출구부(도시하지 않음)는, 제7배관(307)을 통해서 제4배관(304)에 접속되어 있다. 제7배관(307)은, 어큐뮬레이터(36)로부터 봐서 상류측의 위치에서, 제4배관(304)으로부터 분기되고 있다.

또한, 제1배관(301) 및 제4배관(304)의 중간부는, 사방변(41)에 의해 접속되어 있다. 구체적으로는, 제1배관(301)에 있어서는, 제5배관(305)이 분기되는 위치로부터 상류측에 사방변(41)이 설치되고, 제4배관(304)에 있어서는, 제7배관(307)이 분기되는 위치로부터 상류측에서, 실외 열교환기(34)에 접속하는 위치로부터 하류측이 되는 위치에 사방변(41)이 설치되어 있다.

여기서, 실외기 내부 배관 중, 제4배관(304)은 히트 펌프 순환로를 구성하고, 제5배관(305) 및 제6배관(306)은, 냉매 바이패스로를 구성하고 있다. 즉, 본 실시형태에 따른 공기 조화 장치(30)는, 히트 펌프식의 구성을 갖고 있다. 이 구성이면, 후술하는 바와 같이, 제상(除霜) 운전에 병행하여 논스톱으로 난방 운전을 행할 수 있다. 이 점에 관해서는 후술한다.

한편, 압축기(26) 및 축열 장치(20B)를 제외한 각 기기 또는 부재(냉매 배관, 관 이음새(40), 실내 열교환기(33), 송풍 팬, 상하 날개, 좌우 날개, 실외 열교환기(34), 스트레이너(35), 팽창변(42), 사방변(41), 제1전자변(43), 제2전자변(44), 어큐뮬레이터(36) 등)의 구체적인 구성은 특별히 한정되지 않고, 공지된 구성을 적합하게 이용할 수 있다. 또한, 압축기(26) 및 축열 장치(20B)를 포함하는 각 기기 및 부재의 개수, 배치 등에 관해서도, 도 5에 나타내는 구성에 한정되지 않고, 히트 펌프식의 구성을 실현할 수 있는 다른 배치이더라도 좋다.

또한, 압축기(26), 송풍 팬, 상하 날개, 좌우 날개, 사방변(41), 팽창변(42), 제1전자변(43), 제2전자변(44) 등은, 제어 장치(도시하지 않음, 예컨대 마이크로컴퓨터)에 전기적으로 접속되어 있고, 상기 제어 장치에 의해 제어된다.

[공기 조화 장치의 동작]

다음으로 상기 구성의 공기 조화 장치(30)의 동작에 대하여, 통상 난방 운전, 및, 제상·난방 운전을 예로 들어, 도 5를 참조하여 구체적으로 설명한다.

우선, 통상 난방 운전에 대하여 설명한다. 이 경우, 제1전자변(43) 및 제2전자변(44)은 폐쇄 제어되어 있고, 압축기(26)의 토출구로부터 토출된 냉매는, 제1배관(301)을 흘러 사방변(41)으로부터 외부 배관(310), 실내기 내부 배관(311)을 통해서 실내 열교환기(33)에 달한다. 실내 열교환기(33)에서는, 실내 공기와의 열교환에 의해 냉매가 응축된다. 이 냉매는, 실내 열교환기(33)로부터, 제2배관(302)을 흘러 팽창변(42)에 달하여, 팽창변(42)에서 감압된다. 감압된 냉매는, 제3배관(303)을 통하여 실외 열교환기(34)에 달한다. 실외 열교환기(34)에서는, 실외 공기와의 열교환에 의해 냉매가 증발하고, 이 냉매는, 제4배관(304)을 흘러 사방변(41)으로부터 압축기(26)의 흡입구로 되돌아간다. 압축기(26)에서 발생한 열(폐열)은, 압축기(26)의 외벽으로부터 열전도성 부재(25)를 통해서, 축열 용기(23) 내의 축열 용액층(11)에 축적된다.

다음으로, 제상·난방 운전에 대하여 설명한다. 상기 통상 난방 운전 중에 실외 열교환기(34)에 착상(着霜)이 발생하고, 더욱이 착상된 서리가 성장하면, 실외 열교환기(34)의 통풍 저항이 증가하여 풍량이 감소하여, 실외 열교환기(34) 내의 증발 온도가 저하된다. 그래서, 실외 열교환기(34)의 배관 온도를 검출하는 온도 센서(도시하지 않음)가, 비착상시에 비하여, 증발 온도가 저하된 것을 검출하면, 제어 장치로부터 통상 난방 운전으로부터 제상·난방 운전으로의 지시가 출력된다.

통상 난방 운전으로부터 제상·난방 운전으로 이행하면, 제1전자변(43) 및 제2전자변(44)은 개방 제어되어, 상술한 통상 난방 운전시의 냉매의 흐름에 더하여, 압축기(26)의 토출구로부터 나간 기상 냉매의 일부는 제5배관(305) 및 제1전자변(43)을 흘러, 제3배관(303)을 흐르는 냉매에 합류하여, 실외 열교환기(34)를 가열하고, 응축되어 액상화된다. 그 후, 제4배관(304)을 흘러 사방변(41) 및 어큐뮬레이터(36)를 통해서 압축기(26)의 흡입구로 되돌아간다.

또한, 제2배관(302)에 있어서의 실내 열교환기(33) 및 스트레이너(35) 사이에서 분류(分流)한 액상 냉매의 일부는, 제6배관(306) 및 제2전자변(44)을 통해서, 축열용 열교환기(24)로 축열 용액층(11)으로부터 흡열함으로써, 증발 및 기상화된다. 기상 냉매는, 제7배관(307)을 흘러, 제4배관(304)을 흐르는 냉매에 합류하여, 어큐뮬레이터(36)로부터 압축기(26)의 흡입구로 되돌아간다.

어큐뮬레이터(36)로 되돌아가는 냉매에는, 실외 열교환기(34)로부터 되돌아가는 액상 냉매가 포함되어 있지만, 이 액상 냉매에, 축열용 열교환기(24)로부터 되돌아가는 고온의 기상 냉매가 혼합됨으로써 액상 냉매의 증발이 촉진되어, 어큐뮬레이터(36)를 통과하여 액상 냉매가 압축기(26)에 되돌아가는 것이 회피되어, 압축기(26)의 신뢰성의 향상을 꾀할 수 있다.

제상·난방 개시시에 서리의 부착에 의해 영하로 된 실외 열교환기(34)의 온도는, 압축기(26)의 토출구로부터 나간 기상 냉매에 의해서 가열되어, 영도 부근에서 서리가 융해된다. 서리의 융해가 끝나면, 실외 열교환기(34)의 온도는 다시 상승하기 시작한다. 이 실외 열교환기(34)의 온도 상승을 상기 온도 센서로 검출하면, 제어 장치는 제상이 완료되었다고 판단하여, 상기 제어 장치로부터 제상·난방 운전으로부터 통상 난방 운전으로의 지시가 출력된다.

이와 같이, 본 실시형태에서는, 공기 조화 장치(30)가 히트 펌프식이기 때문에, 난방 운전시, 또는, 동계에 실외 열교환기(34)에 착상이 생긴 경우이더라도, 냉매 바이패스로인 제5배관(305) 및 제6배관(306)에 냉매를 흘려, 축열의 회수 및 제상을 행할 수 있다. 그러므로, 제상 운전에 병행하여 난방 운전을 행할 수 있기 때문에, 예컨대, 동계의 추운 아침 등이더라도, 단시간에 난방을 행할 수 있다. 또한, 압축기(26)로부터의 폐열을 유효하게 회수할 수 있기 때문에, 생에너지의 운전이 가능해진다.

또한, 축열 장치(20F)는, 상기 실시형태 6에서 설명한 바와 같이, 축열 용기(23) 내에 증발 방지층(13)이 형성되어 있기 때문에, 축열 용액의 지나친 증발을 유효하게 방지할 수 있음(증발 방지 기능의 실현)과 더불어, 축열 용액이 축열 용기(23)의 외부로 새어나가거나 공기층(12)에 노출되거나 하는 것을 억제할 수 있고 (누출 방지 기능의 실현), 또한, 축열 용액층(11)의 압력이 크게 상승하더라도, 증기 또는 유리 기체의 일부가 액상의 증발 방지층(13)으로부터 공기층(12)으로 빠져 나오기 때문에, 압력이 지나치게 상승하는 일이 없어, 축열 용액의 압력 상승에도 충분히 대응할 수 있다(압력 완화 기능의 실현).

한편, 본 실시형태에서는, 공기 조화 장치(30)가 히트 펌프식의 구성으로 되어 있지만, 이것에 한정되지 않고, 히트 펌프식 이외의 구성이더라도 좋은 것은 말할 필요도 없다. 또한, 축열 장치(20F) 대신, 상기 실시형태 1∼5에서 설명한 축열 장치(20A∼20E) 중 어느 것인가를 구비하더라도 좋고, 본 발명의 범위 내인 다른 구성의 축열 장치를 구비하더라도 좋다. 또한, 본 실시형태에서는, 가열원으로서 압축기(26)를 이용하고 있지만, 가열원으로서는, 전기 히터 등의 다른 기기를 사용할 수 있다.

또한, 본 실시형태에서는, 본 발명에 따른 축열 장치(20A∼20F)를 적용하는 예로서 공기 조화 장치를 예시했지만, 물론 본 발명은 이것에 한정되지 않고, 공기 조화 장치 이외에도, 축열 장치를 구비하는 각종 기기에 적합하게 이용할 수 있다. 구체적으로는, 예컨대, 냉장고, 급탕기, 히트 펌프식 세탁기를 들 수 있다.

또한, 본 발명은 상기 각 실시형태의 기재에 한정되는 것이 아니고, 특허청구의 범위에 나타낸 범위 내에서 여러 가지 변경이 가능하고, 다른 실시형태나 복수의 변형예에 각각 개시된 기술적 수단을 적절히 조합하여 얻어지는 실시형태에 관해서도 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.

본 출원은, 일본국 특허 출원, 특원 제2010-216443호, 특원 제2010-248071호 및 특원 제2010-216441호를 기초 출원으로 하는 우선권 주장과 수반한다. 특원 제2010-216443호, 특원 제2010-248071호 및 특원 제2010-216441호는 참조하는 것에 의해 본 명세서에 받아들인다.

본 발명은, 축열 장치 및 공기 조화 장치에 적합하게 이용할 수 있을 뿐 아니라, 냉장고, 급탕기, 히트 펌프식 세탁기 등에도 유효하게 이용할 수 있다.

11: 축열 용액층
12: 공기층
13: 증발 방지층
18: 열교 접속구
20A, 20B, 20C, 20D, 20E, 20F: 축열 장치
21, 23: 축열 용기
22, 24: 축열용 열교환기
25: 열전도성 부재
26: 압축기(가열원, 가열기)
214, 234: 통기공
214A: 내압 조정 수단

Claims (22)

1. 물을 포함하여 이루어지는 축열 용액으로 구성되는 축열 용액층과, 상기 축열 용액층에 침지된 열교환기와, 상기 축열 용액층의 상부에 배치된 증발 방지층과, 상기 증발 방지층의 상부에 배치된 공기층을, 그 내부 공간에 배치한 축열 용기를 구비하고,
   상기 증발 방지층은, 1종 이상의 불수용성 용매로 이루어지는 용매 조성물을 포함하여 구성되고, 상기 용매 조성물은 그 유동점이 상온보다 낮고, 상기 불수용성 용매는 탄소수가 24∼44의 범위 내에 있는 탄화수소를 1종 이상 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 축열 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 용매 조성물의 유동점은, 상기 축열 용액의 응고점보다 낮은 것을 특징으로 하는 축열 장치.
3. 물을 포함하여 이루어지는 현열형의 축열 용액으로 구성되는 축열 용액층과, 상기 축열 용액층에 침지된 열교환기와, 상기 축열 용액층의 상부에 배치된 주증발 방지층과, 상기 주증발 방지층의 상부에 배치된 공기층을 그 내부 공간에 배치한 축열 용기를 구비하고,
   상기 주증발 방지층은, 상기 축열 용액에 대하여 불용이며, 비중이 상기 축열 용액보다 작고, 또한, 융점이 상온 이상인 1종 이상의 유기 화합물을 포함하여 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 축열 장치.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 유기 화합물은, 상기 축열 용액에 대하여 불용인 것을 특징으로 하는 축열 장치.
5. 제 3 항에 있어서,
   상기 유기 화합물의 융점은, 상기 축열 용액의 비점보다 낮은 것을 특징으로 하는 축열 장치.
6. 제 3 항에 있어서,
   상기 축열 용기 내에는, 추가로 적어도 1층의 부증발 방지층이, 상기 주증발 방지층과 혼합되거나, 또는, 상기 주증발 방지층의 하방에 독립층으로서 형성되고,
   상기 부증발 방지층은, 1종 이상의 불수용성 용매로 이루어지는 용매 조성물을 포함하여 구성되고, 상기 용매 조성물의 융점은 상온보다 낮은 것을 특징으로 하는 축열 장치.
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 유기 화합물의 비중은, 상기 용매 조성물의 비중보다도 작은 것을 특징으로 하는 축열 장치.
8. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,
   상기 용매 조성물의 융점은, 상기 축열 용액의 응고점보다 낮은 것을 특징으로 하는 축열 장치.
9. 제 6 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 용매 조성물은, 상기 불수용성 용매로서 탄소수가 24∼44의 범위 내에 있는 탄화수소를 1종 이상 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 축열 장치.
10. 제 1 항, 제 3 항 또는 제 6 항에 있어서,
    상기 축열 용액층, 상기 증발 방지층, 상기 주증발 방지층 및 상기 부증발 방지층으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1층과 상기 공기층의 계면에 접하도록 배치되어, 상기 계면으로부터 상기 열교환기를 격리하는 보호 수단을 설치한 것을 특징으로 하는 축열 장치.
11. 제 10 항에 있어서,
    상기 축열 용기는, 상기 열교환기가 관통하는 개구를 구비한 뚜껑부를 갖고,
    상기 보호 수단은 상기 뚜껑부와 상기 열교환기를 접속하는 열교 접속구인 것을 특징으로 하는 축열 장치.
12. 제 10 항에 있어서,
    상기 축열 용기는, 상기 열교환기가 관통하는 개구를 갖는 뚜껑부를 갖고,
    상기 개구가 상기 뚜껑부의 일부에 설치된 오목부에 배치되고, 상기 오목부가 상기 계면에 접하도록 배치되어 상기 보호 수단을 구성하고 있는 것을 특징으로 하는 축열 장치.
13. 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서,
    상기 뚜껑부가, 상기 공기층과 접하는 위치에 있어서, 상기 공기층과 대기를 연통시키는 내압 조정 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 축열 장치.
14. 제 10 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열교환기는 그 일부가 구리 또는 알루미늄으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 축열 장치.
15. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 축열 용액이, 2가 알코올을 포함하는 수용액인 것을 특징으로 하는 축열 장치.
16. 제 15 항에 있어서,
    상기 축열 용액이, 2가 알코올의 산화를 방지하는 산화 방지제를 포함하는 수용액인 것을 특징으로 하는 축열 장치.
17. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 축열 용액이, PH 6∼11의 수용액인 것을 특징으로 하는 축열 장치.
18. 제 15 항에 있어서,
    상기 축열 용액은, 물과 부동성 2가 알코올의 혼합액을 주성분으로 하는 것을 특징으로 하는 축열 장치.
19. 제 18 항에 있어서,
    상기 부동성 2가 알코올이, 에틸렌 글리콜 및/또는 프로필렌 글리콜인 축열 장치.
20. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 축열 용기는, 가열원을 둘러싸도록 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 축열 장치.
21. 제 20 항에 있어서,
    상기 축열 용기는, 열전도성 부재를 통해서 상기 가열원과 접촉하고 있는 것을 특징으로 하는 축열 장치.
22. 제 1 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 기재된 축열 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 공기 조화 장치.
    

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