JPH0663709B2 - 蓄熱体 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は採暖・保温・加温装置の潜熱蓄熱材に関する。

従来の技術 従来より潜熱を利用する潜熱蓄熱材は単位重量当りの蓄
熱量が大きい、一定温度の出力が得られるなどの利点を
有するため、給湯分野・、暖房分野に用いられるように
なってきた。実用化にあたっては、蓄熱材の偏肉を防ぐ
ため、蓄熱体の厚みを一定とし加熱（蓄熱）効率を良く
するため、あるいは採暖装置として用いる場合、身体装
着時に可撓性をもたせ異和感を感じないようにするた
め、蓄熱材を多数の小袋に分割して用いられてきた。

蓄熱体を暖房装置として用いている従来例を第３図，第
４図により説明する。蓄熱体１は多数の小室２を連結し
て配設した構成となっている。蓄熱はそれぞれ前記小室
２に相対してほゞ同様の密度で取り付けられたヒータ３
に通電し、蓄熱材を溶解し蓄熱していた。蓄熱装置は前
記ヒータ３の外周を断熱材６で覆うことにより得てい
た。また、前記小室２には潜熱蓄熱材４とこの潜熱蓄熱
材の過冷却を防止するための過冷却防止材５とが収納さ
れている。

前記従来の構成では、蓄熱はヒータを通電、非通電する
ことにより一定温度に制御して行う。または蓄熱後もこ
の状態を保持する場合もある。

発明が解決しようとする問題点 しかし、この蓄熱方法では蓄熱体１を構成する小室２の
温度は、それが配設されている位置によって大きく異な
っていた。すなわち、温度分布には大きな高低の巾が発
生していた。

一方、過冷却防止材５は耐熱温度を有しており、その温
度以上に晒されるともはや過冷却防止材５として働らか
ないようになる。したがって、蓄熱材４をヒータ３で加
熱し蓄熱する場合、その加熱温度は蓄熱材４の融点θ_１
以上で、過冷却防止材５の耐熱温度θ_２以下で温度制御
をしなければならない。この温度範囲θ_２−θ_１は一般
にはそれ程大きくない。例えば、潜熱蓄熱材４として、
酢酸ナトリウム・３水塩を、過冷却防止材としてピロリ
ン酸ナトリウム・10水塩を用いた場合、融点θ_１は58
℃、耐熱温度θ_２は80℃と約20℃の巾しかない。温度分
布が大きい場合、容易にこの温度範囲を越えてしまう。
この温度範囲を越えないようにするには、ヒータ３の消
費電力を少なくし徐々に温度を上げ蓄熱しなければなら
ず、このために蓄熱時間が長くなるという問題があっ
た。また、蓄熱時に一部の小室２付近が局所的に保温材
で覆われると、その小室２に封入されている潜熱蓄熱材
４の温度は上昇する。温度検出装置としてサーモスタッ
トを用いる場合、前記小室２がサーモスタットの近くに
ある場合はサーモスタットにより検知されるが、サーモ
スタットより離れている場合は検知されずさらに温度は
上昇する。これを防ぐためにはサーモスタットの数を増
やせば良いがこれは実用的でない。また、温度検出装置
として温度検知線を用いる場合、温度検知線は局部的な
温度変化を測定することができない。このため、前記保
温材で局所的に覆われた小室２の温度は上昇する。この
ようにして、潜熱蓄熱材４の温度はさらに上昇し、過冷
却防止材５の耐熱温度θ_２を容易に越えることとなる。
そして潜熱蓄熱材４の放熱利用時に、融点θ_１以下にな
っても液体のまゝ潜熱を放出しない過冷却現象が発生す
るという問題点を有していた。

本発明は前記蓄熱体の課題を解決しようとするものであ
る。すなわち、蓄熱体を短時間で蓄熱すると共に、蓄熱
体に過冷却状態を発生させないようにしたものである。

問題点を解決するための手段 本発明は前記問題点を解決するために、フィルムまたは
チューブの適当箇所を接着して複数箇の小室をつくり、
これらの小室に潜熱蓄熱材と過冷却防止材が封入される
ようにし、さらに本発明の特長とするところで、前記小
室間を結ぶ接着により形成された接合部を介して、前記
小室を小室とを毛細管体により連結するようにしたもの
である。なお、本発明においては過冷却防止材はすべて
の小室に必ずしも封入する必要はない。

作 用 本発明は前記構成のため、蓄熱時間を短縮することがで
きると共に、過冷却現象が発生しない蓄熱体とすること
ができる。すなわち、前記蓄熱体は潜熱蓄熱材と過冷却
防止材とが小室に封入され、各小室が毛細管体により接
続されている構成になっている。この毛細管体は各小室
において、潜熱蓄熱材と接しているため、潜熱蓄熱材は
毛細管現象により毛細管体に吸いあげられている。すな
わち、毛細管体は潜熱蓄熱材で含浸された状態となって
いる。したがって、蓄熱体は複数の小室に区分されてい
るが、潜熱蓄熱材は実質的に蓄熱体全体にわたってつな
がっている。前記のごとき構成の蓄熱体では多数の小室
が過冷却状態となっても、少くとも一つの小室が過冷却
状態にならなければ蓄熱体は過冷却状態にならず、蓄熱
体の熱を取り出すことができる。すなわち、放熱時に一
つの小室で潜熱蓄熱材が液体から固体に相変化（結晶
化）するとこの変化は毛細管体に伝播され、次の小室に
伝えられる。この小室の潜熱蓄熱材が例えば過冷却状態
にあっても、前記変化が伝播されたということは過冷却
状態に種結晶が挿入されたことを意味するから、この過
冷却状態は容易に破壊され熱を放出する。この変化は毛
細管体を介して次々に小室全体にわたっていく。したが
って、蓄熱体より熱を取り出すことができる。

本発明の蓄熱体を従来の技術にしたがってヒータにより
加熱すると、蓄熱体の周辺部と中央部とでは大きな温度
差が生ずる。いま、周辺部の１つの小室の温度が過冷却
防止材の耐熱温度以下になるように設定し、できるだけ
短時間で蓄熱するようにヒータ加熱すると、当然中央部
の小室の温度は過冷却防止材の耐熱温度以上の温度とな
り、加熱終了後放熱させると過冷却状態が発生する。し
かるに本発明においては前述の説明でもわかるように周
辺部の１つの小室の潜熱蓄熱材は過冷却状態にならない
ようにしているため、潜熱蓄熱材の融点近傍で液体→固
体の相変化（結晶化）が起る。この変化は毛細管体を伝
わって中央部まで変化が伝わってゆくので中央部の潜熱
蓄熱材は過冷却状態を示さない。実際の放熱は周辺部の
方がはやいため、中央部が過冷却となることはない。し
たがって中央部の温度も連続的な温度変化であり過冷却
により一時的に温度がさがることはない。この場合は、
前記周辺部の一つの小室に過冷却防止材を挿入しておけ
ば充分である。

また、蓄熱体の蓄熱時に一部の小室付近が局所的に保温
材で覆われ、かつ、温度検出装置で検知されない場合
は、前記保温材で覆われた小室は温度上昇し過冷却防止
材の耐熱温度以上になることがある。しかし、前記保温
材で覆われていない正常部分は過冷却防止材の耐熱温度
以上にはならない。したがって、放熱時正常部分で液体
→固体の相変化が始まると結晶化は毛細管体を通して、
前記保温材で覆われたゝめに過冷却防止材の耐熱温度以
上になった小室に伝わっていき、その小室の潜熱を取り
だすことができる。以上のように、本発明では各小室が
毛細管体を通して連結されているので、どの小室も過冷
却状態になることはない。

実施例 以下、本発明の実施例について説明する。第１図は本発
明の蓄熱体１の平面図、第２図は断面図である。蓄熱体
１はフィルムまたはチューブ７の適当箇所を熱溶着して
得られた接合部８によって複数箇の小室２に区分された
構成となっている。この小室２に潜熱蓄熱材４と過冷却
防止材５とが封入されている。さらに小室２は毛細管体
９によりお互いに連結されている。

以下、各要素について説明する。容器７は潜熱蓄熱材５
と非反応性・非相溶性の材料でつくられる。接合部８の
作製方法としては、一対のフィルムを熱触着するか、一
枚のフィルムを折り曲げ上下２枚として熱融着するか、
またはチューブ等の適当な箇所を熱融着するかして得ら
れる。熱融着以外でも接着剤による接着でもよい。時に
採暖装置に使用する場合は可撓性を必要とするためアル
ミラミネートフィルムがよい。以下、一対のフィルムを
用いた場合を記す。小室２は周囲を接合部８で囲われた
ものであり、使用目的により任意の大きさ、任意の形と
することができる。潜熱蓄熱材４は塩化カルシウム６水
塩、硫酸ナトリウム10水塩、チオ硫酸ナトリウム５水
塩、酢酸ナトリウム３水塩などの水和塩形蓄熱材であ
り、融点以上に加熱し冷却すると過冷却状態となるた
め、これを過ぐために過冷却防止材が混入される。ま
た、必要に応じて増粘剤、安定剤または熱伝導物質が混
入される。毛細管体９は潜熱蓄熱材４と非反応性・非相
溶性の材料よりなる繊維質体、例えば、綿・セルローズ
等の天然繊維またはポリエステル、アクリル、ポリアミ
ド、芳香族ポリアミド等の合成繊維よりなる糸状体、織
布あるいは不織布、またはステンレス、銅等よりなる金
属細線体、または各種連続気泡体よりなる。熱融着は前
記毛細管体９を二枚のフィルムの間にはさみ込んで行な
われ、熱融着後容器７材料に密着し固定される。毛細管
体９は熱融着時の熱に耐える必要があり、熱融着時に融
解し容器７材料と一体となってはならない。毛細管体９
が溶解し容器７材料と一体となるともはや毛細管力がな
くなり潜熱蓄熱材４融液が浸透しなくなり過冷却の崩壊
がこゝで途切れてしまうからである。例えば、ラミネー
トフィルムの最内層（融着層）がポリエチレンの場合は
木綿，ポリエステルおよびポリアミドの糸状体がよい。
毛細管体の取り付け位置や取り付け方法は特に限定され
るものではなく、接合部８を介して小室と小室とを結ぶ
ことができたら良い。

実施例１ 具体的な一実施例を第１図を用いて示す。

最内層がポリエチレンからなる二枚のアルミラミネート
フィルムの間に毛細管体９としてポリエステルからなる
糸をはさみ、熱融着により巾5mmの接合部を４×6cmの小
室２の周囲に設ける。この熱融着にあたってすべての小
室２が毛細管体により少なくとも１ケ所で他の小室２と
連結できるように毛細管体９をあらかじめ配しておく。
これらの小室２に潜熱蓄熱材４として酢酸ナトリウム３
水塩を充填した。但し、小室2aのみ酢酸ナトリウム３水
塩以外に過冷却防止剤５としてピロリン酢ナトリウム10
水塩を充填した。それぞれの小室を減圧下で封口した。
このようにして小室２が１列当り10ケ、３列合計30ケの
小室からなる蓄熱体を作成した。この蓄熱体に第３図に
示すようにヒータ３を取り付けた。温度制御器は小室2a
上に設け、小室2aの温度が75℃以上にならないように温
度設定し、通電（蓄熱）を行なった。小室2aの蓄熱終了
時における蓄熱体の温度分布は、四隅（小室2aと対称位
置）の小室２は約75℃、前記以外の周辺部の小室２は85
〜95℃、中央部の小室２は90〜100℃であった。この温
度では小室が夫々完全に独立している場合は2a以外の小
室は全部過冷却現象を発生する温度である。また、蓄熱
時間は従来の温度制御方式に比し約半分ですんだ。蓄熱
後直ちに放熱を開始する。蓄熱体の温度低下は四隅が大
きく、次いで周辺部の小室２である。温度低下がすゝみ
潜熱蓄熱材４の融点近傍になると、小室2aで液体→固体
への相変化が始まり潜熱を放出する。次いでこの相変化
は小室2aに隣接する小室２の温度が潜熱蓄熱材４の融点
以下になると、この小室に伝播しこの小室の液体→固体
への相変化を誘発する。この現象は次々の伝播し蓄熱体
全体に及び、蓄熱体の潜熱をすべて取り出すことができ
た。また、加熱中に小室の一つに150Kgの応力を加えた
が、毛細管体により蓄熱材の流動が極端に限定されてい
るので、蓄熱材が他の小室に移動し偏肉が生ずるような
ことはなかった。

実施例２ 実施例１と同様に小室２が１列当り10ケ、３列合計30ケ
の小室よりなる蓄熱体を作成した。本実施例においては
各小室には酢酸ナトリウム３水塩とピロリン酸ナトリウ
ム10水塩とが混合され封入されている。蓄熱時、この蓄
熱体の一部が保温材で局所的に覆われ、しかもこの保温
材で局所的に覆われた場合の異常が充分に検出され制御
されない場合、この部分は局所的に温度が高く、過冷却
防止材の耐熱温度80℃をはるかに越えるものとなった。
小室２が完全に独立している場合、過冷却現象が発生
し、この部分の小室２からは潜熱を取り出すことはでき
ない。しかるに本願では毛細管体９で各小室２の潜熱蓄
熱材４が連結されているため、放熱時保温材で局所的に
保温されていない箇所の潜熱蓄熱材が液体→固体の相変
化を起こすと、これに隣接している前記保温材で覆われ
ている小室２も毛細管体を通して液体→固体への相変化
が伝播され、過冷却現象が発生することなく潜熱蓄熱材
４の潜熱を取り出すことができた。以上はヒータを配し
た場合であるが小室の一部にヒータ線を配せず、その部
分で温度制御してもよい。さらに熱源としてヒータでな
く熱風，熱湯でも同様の結果を得ることができる。

また、前記蓄熱体を人体に装着した場合、接合部を軸と
して容易に屈曲するため、なんら異和感を感じることな
く快適な暖房が得られた。

発明の効果 以上のように本発明の蓄熱体によれば次の効果が得られ
る。

すなわち、本発明の蓄熱体は複数箇の小室より形成さ
れ、しかも各小室が毛細管体で接続されているので、１
箇の小室だけでも過冷却現象にならず潜熱蓄熱材の融点
付近で液体→固体の相変化を起すならば、この変化を蓄
熱体全体に伝播し蓄熱体から潜熱を取り出すことができ
る。これは温度上昇のしにくい小室を選んで温度制御す
ればよく、他の小室の温度が過冷却防止材の耐熱温度以
上になってもよいので、熱源温度を潜熱蓄熱材の融点よ
りも相当高い温度に設定することができ蓄熱時間を短縮
することができる。また、人体に装着した場合、小室と
小室とを結ぶ接合部が屈曲し、外部応力に容易に追従す
るため、ほとんど異和感を感じない。さらに、小室と小
室とが毛細管体で連結されているため、一部の小室に大
きな圧力が加わっても蓄熱材の流動が毛細管体で阻止さ
れ他の小室に移動することがほとんどなく、蓄熱体に偏
肉が生ずることがない。

以上のごとく、本発明の蓄熱体によれば、短時間で蓄熱
でき、蓄熱体の潜熱をすべて取り出すことができる。ま
た、採暖装置として用いる場合、可撓性を有するので異
和感のない蓄熱体とすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の蓄熱体の斜視図、第２図は
同断面図、第３図は従来の蓄熱体の斜視図、第４図は同
断面図である。 １……蓄熱体、２……小室、４……潜熱蓄熱材、５……
過冷却防止材、７……フィルムまたはチューブ、８……
接合部、９……毛細管体。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】フィルムまたはチューブの適当箇所を接着
   して設けた接合部と、この接合部に区分けされた複数箇
   の小室と、前記小室に封入された潜熱蓄熱材と、前記小
   室の少なくとも一室に前記潜熱蓄熱材と共に封入された
   過冷却防止材と、前記小室間にわたって接合部を介して
   設けられた毛細管体とよりなる蓄熱体。
2. 【請求項２】毛細管体が糸状体からなる特許請求の範囲
   第１項記載の蓄熱体。