JPH0438998B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

〔発明の利用分野〕 非分解溶融物質を有する潜熱式蓄熱装置は、通
常のエネルギ発生系の負荷を軽減又は補足し、エ
ネルギ発生量とエネルギ需要量間の時間変動を調
節する有効な系である。 従つて、この発明による潜熱式蓄熱装置は、特
に熱消費系をエネルギ源によつて定まる熱量の利
用条件に合わせるため、即ち熱の発生量と熱の需
要量とを時間的に調節するため、及び蓄熱するた
めに使用される。 〔従来技術の解決策の特徴〕 通常の蓄熱装置は、主として検出できる熱に基
づいて動作する。 これに利用する水、油、岩石、鋳鉄、マグネサ
イト、土壌等のような蓄熱材料は何れも熱容量が
少ないので、このような蓄熱系を採用すると、特
に大きな熱量を蓄熱する際、異常に大きな蓄熱容
積となり、不経済な浪費状況になる。実際的見地
から、通常の蓄熱系には次の重大な欠点がある。 − 蓄熱装置の蓄熱と放熱は蓄熱温度の上昇又
は低下につながり、蓄熱と放出時に実際には非
常に不利であるが、蓄熱温度と熱伝達効率を常
に変化させ、採用すべき制御技術のコストを増
加させることになる。 − 蓄熱材料に共通する低い熱容量のため、重
量／出力の比が以後に説明する潜熱式蓄熱装置
に比べて非常に不利である。 − 大きな熱量を蓄積することは、大きな蓄熱装
置の容積に結び付き、この容積は今日の技術で
しばしば実現不可能か、あるいは多額の費用を
掛けてのみ実現する（補助建築物の構築）か、
又はコストに非常に不利な影響を与える。 − 蓄熱容積を技術的に実現可能な程度に低減さ
せるには、蓄熱と放熱状態の間の大きな温度差
を許容する必要があり、その場合に必要な蓄熱
温度を必要な熱消費系の運転温度以上に高め、
熱源のエネルギ特質（蓄熱量）を無にすること
を甘受することになる。 − 最も頻繁に利用される蓄熱材料として水を使
用する場合には、特に工業利用に必要な蓄熱温
度が、例えば暖房設備に対して90〜70℃のよう
な温度上限（常圧で約90℃）に位置する場合、
特に多量のエネルギを蓄積することが大切にな
る。水温を上げて蓄熱能力を高めることは、常
圧で不可能で、技術及び装置上の大きな出費に
通じ、そうでなくても不利なコスト状況を更に
悪化させる。 これ等の欠点を克服できる可能性は、検出でき
る熱にあまり基づかず、溶解熱、凝固熱、気化
熱、凝縮熱、反応熱、水和熱、溶解熱、結晶化熱
等のような潜熱に基づいて動作する蓄熱装置によ
つて提供される。 この種の蓄熱装置は文献で「潜熱式蓄熱装置」
と称されている。 これ等の蓄熱装置には、通常の蓄熱装置に比べ
て以下の欠点がある。 − 蓄熱及び放熱を行う場合、蓄熱温度が吸熱又
は放熱中狭い範囲で一定に維持される。 − 熱伝達効率も技術解決策の各々に応じて狭い
範囲で一定に維持される。 − 通常の蓄熱装置に比べて、吸熱能力は使用さ
れる蓄熱材料に応じて、また吸熱と放熱が生じ
る全温度範囲の幅に応じて、２〜40倍大きい。 最も明確な改善は、特に融解熱と凝固熱に基づ
いて動作するような潜熱式蓄熱装置である。この
ような蓄熱装置に対して、溶融性材料を伴い、よ
く知られた熱物理及び物理化学的な問題を排除す
る一連の解決策がある。 これ等の解決策には、西独特許第2648678号、
東独特許第154125号、西独特許第1928694号、西
独特許第2523234号、西独特許第2517920号及び西
独特許第2517921号並びに東独経済特許出願WP
Ｃ 09K／243619号明細書が属している。これ等
は蓄熱材料の材質選別、過冷却、層状化等の抑制
に関する改良を開示している。 以下の問題は未だ解決されていない。 非分解溶融する、例えば共晶状態又は定組成状
態の種々の溶融物質は、凝固する時に生じる結晶
が体積の大きい集塊になる傾向、熱の出入りで著
しく低下した熱伝達効率を生じる傾向、被膜形成
を生じる傾向、溶融物の不透過、蓄熱装置内部の
熱応力と圧力上昇が生じる傾向がある。 更に、文献から、弗素を含有する表面活性物質
を添加すると、非定組成状態で溶融したグラウバ
ー塩（Na₂SO₄・10H₂Ｏ）が凝固する時に生じる
結晶の大きさを小さくできることが知られてい
る。この対応特許は、米国特許第4267879号明細
書である。 これに反して、分解せずに（例えば定組成）溶
融する蓄熱材料の結晶粒径を小さくする具体的な
解決策は知られていない。Na₂Ｓ・5H₂Ｏのよう
な定組成溶融する材料への移行は成功していな
い。 〔発明の目的〕 この発明の目的は、機械的手段を使用すること
なく、大容積の集塊、被膜形成及び不透過が生じ
ることを阻止すると同時に、放熱・吸熱効率を高
める非分解溶融物質を有する潜熱式の蓄熱装置を
提供することにある。 〔発明の本質の説明〕 例えば、定組成状態及び共晶状態で溶融する物
質のような非分解溶融物質を有する潜熱式蓄熱装
置は、凝固する時、体積の大きい集塊となる結晶
を形成する傾向がある。このことは、低い放熱・
吸熱効率と蓄熱装置内部の熱応力との原因にな
る。上記難点を抑制するには、この発明により４
種の物質から成る活性蓄熱充填物によつて行われ
る。 物質系 融解熱（又は一般的な変換熱）と顕著な熱容量
により蓄熱特性を示し、非分解溶融し、しかも蓄
熱材料として採用できる一つ又はそれ以上の物質
から成る。 活性蓄熱充填物の全容積での物質系の割合は
この発明では50〜95vol％になる。 物質系 前記物質系が不溶か、あるいはただ制限され
た下で可溶性である一つ又はそれ以上の成分で構
成されている液状の熱媒体から成る。この場合、
物質系の密度（ρ_II）と物質系の溶融した液
相密度（ρ_I）とは、この発明により、 ρ_I≦ρ_II，例えば0.8ρ_I， の条件を満たし、物質系の蒸気圧P_DIと物質系
の蒸気圧P_DIIとはこの発明により、 P_DI≪P_DII の条件を満たす。物質系の割合は蓄熱装置の活
性蓄熱充填物の全体積に対して５〜50vol％にな
る。 物質系 一つ又はそれ以上の表面活性物質から成る。潜
熱式蓄熱装置の活性蓄熱充填物の全体積に対する
物質系の割合は、0.01〜5vol％になる。物質系
には、物質系が凝固するとき微結晶を形成さ
せず、成長及び被膜形成を防止する役目がある。 物質系 格子構造のため核形成現象を誘起するか、異種
核形成を開始させる一つ又はそれ以上の核形成物
から成る。この発明によれば、潜熱式蓄熱装置の
活性蓄熱充填物の全体積に対する物質系の割合
は０〜20vol％である。 物質系を過冷却又は僅かに過冷却する場合に
は、活性蓄熱充填物に対する物質系の割合は零
になる。 〔実施例〕 この発明による潜熱式蓄熱装置は三種の蓄熱充
填物に対して以下の13種の変形種に基づき説明す
る。

【表】

【表】 これ等の物質系の作用を第１図の基本構造を有
する潜熱式蓄熱装置に基づき説明する。 四つの物質系は熱絶縁された耐圧容器１ちゆに
活性蓄熱充填物の混合物として充填されている。
熱の導入は蓄熱充填物で取り囲まれた熱伝達装置
３を介して行われ、熱の放出は熱伝達媒体の蒸気
に取り囲まれた熱伝達装置４を介して行われる。
熱の出入りは三種の相変換の下に進行する。溶融
温度以上での熱が導入される場合には、物質系
が気化する。物質系の未だ溶融していない物質
に出会うと、この系は凝縮し物質系を溶融させ
る。物質系から出た凝縮熱は物質系によつて
溶融熱として受け取られる。 溶融温度以下で熱を放出する場合には、再び物
質系が気化し、この場合、熱を導入する時より
も低い圧力である。 これに必要な気化熱は蓄熱物質（物質系）か
ら取り出す。この物質はこのとき凝固する。物質
系の蒸気は熱伝達装置４のところで凝縮し、生
じた凝縮熱がこの熱伝達装置によつて受け取られ
る。 熱の伝達は、両方の場合、蓄熱充填物を強力に
混合させて著しい発泡形成の下に進行する。従つ
て、蓄熱物質全体にわたつて一様に分布した熱の
受入と放出が生じる。このそれ自体公知の過程は
非分解溶融物質の場合、物質系の存在しないけ
れば大きな体積の集塊の形成、成長及び層状化の
下に進行する。 物質系を添加すると、上記の状況は防止され
る。発泡形成の強度と物質系の量に応じて、目
の粗い透過性の隙間を蓄熱装置内部に形成する小
さい結晶が生じる。 物質系は、熱を取り出す時、結晶形成を開始
させ、過冷却を防止するために必要である。 他の実施例は、物質系として以下の非分解溶
融物質を用いて実現できる。 −KF・2H₂Ｏ −Na₂S₂O₃・5H₂Ｏ −CH₃COONa・3H₂Ｏ 熱を蓄積する物質（物質系）はこの活性蓄熱
充填物の主成分を決定する。物質系の品位は判
定基準条件、 −ρ_II＜ρ_I −P_DI≪P_DII −物質が混合しないこと、 に応じて物質系〜を選定するので、特許請求
の範囲に記載した活性蓄熱充填物となる。

【図面の簡単な説明】

第１図、この発明による一実施例の潜熱式の蓄
熱送致の模式断面図。 図中引用記号：１……容器、２……四種の物質
系を含む充填物、３……熱供給用の熱伝達装置、
４……熱取り出し用の熱伝達装置、５……中空
室。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 閉じた蓄熱容器中に非分解溶融物質と混合す
   べき活性充填物を有する潜熱式蓄熱装置におい
   て、 活性充填物は物質系，，と場合によつて
   を保有し、その場合、 − 物質系は、共晶状態又は定組成状態で溶融
   し、蓄熱充填物の全体積の50〜95vol％である
   一つ又はそれ以上の蓄熱物質から成り、 −物質系は、物質系には溶解しなく、条件 ρ_II＞ρ_Iの溶融相で、 P_DI≪P_DII を満たし、蓄熱充填物の全体積の３〜50vol％で
   ある熱媒体から成り、 − 物質系は、蓄熱充填物の全体積の0.01〜
   5vol％である表面活性物質から成り、 − 物質系は、蓄熱充填物の全体積の０〜
   20vol％で、物質系が過冷却しない場合には
   0vol％である核形成物質である、 ことを特徴とする潜熱式蓄熱装置。