JPH1073387A - 放熱制御可能な蓄熱装置および蓄熱装置の放熱制御方法 - Google Patents

放熱制御可能な蓄熱装置および蓄熱装置の放熱制御方法

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JPH1073387A
JPH1073387A JP9162674A JP16267497A JPH1073387A JP H1073387 A JPH1073387 A JP H1073387A JP 9162674 A JP9162674 A JP 9162674A JP 16267497 A JP16267497 A JP 16267497A JP H1073387 A JPH1073387 A JP H1073387A
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Kenji Saida
健二 才田
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 塩水和物を主材とする蓄熱材の過冷却状態か
ら放熱させる時期を制御する方法において、蓄熱材の組
成変化をもたらさず、長期サイクルに対して安定であ
り、操作が煩雑でない方法を提供する。その方法を可能
とする蓄熱装置を提供する。 【解決手段】 塩水和物を含有する蓄熱材を用いてなる
蓄熱装置であって、(A)種結晶が保持されている種晶
部分、(B)加熱操作あるいは加熱および冷却操作が可
能なスイッチ部分、(C)蓄熱および放熱可能な本体部
分、の隣接した3部分を有する放熱制御可能な蓄熱装
置、並びに、該蓄熱装置に対して、(A)種晶部分から
(C)本体部分への結晶伝播を(B)スイッチ部分の加
熱および加熱停止操作あるいは加熱および冷却操作によ
って制御する、塩水和物を含有する蓄熱材を用いてなる
蓄熱装置の放熱制御方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は建造物の暖房等に用
いられる潜熱蓄熱材の放熱制御方法に関する。
【0002】
【従来の技術】蓄熱材として具備すべき条件は、蓄熱量
が大きいこと、所定の温度レベルで蓄放熱がなされるこ
と、長期間安定であること、安価であること、毒性がな
いこと、腐食性がないこと等が挙げられる。
【0003】これらの条件を満たすものとして、相変化
性の塩水和物が最もよく検討されているが、硫酸ナトリ
ウム10水塩、リン酸水素二ナトリウム12水塩、酢酸
ナトリウム3水塩などが代表的なもので、一部は既に実
用化されている。これらの塩水和物は相変化に伴う発熱
量が大きく、かつ適当な相変化温度を有しているが、い
ずれも過冷却が大きいという特徴がある。この過冷却が
大きいということは放熱に至るまでに温度が低下しすぎ
るという点で実用的でないと考えられ、従って、これま
で塩水和物の欠点とみなされ、過冷却防止剤の探索が長
くなされてきた。
【0004】しかし、この過冷却が大きいことは、放熱
時期を選ぶことができるという点では有利であり、長時
間の蓄熱を目的として2,3の提案がなされてきた。例
えば放熱させたいときに種結晶を添加することは古くか
ら提案されている。この方法は任意の時点で確実な放熱
が得られるが、種結晶を繰り返し添加することによって
組成が変化すること、添加操作によって系が開放され水
分蒸散があること、添加操作が頻繁な場合は煩雑であり
実用的でないことなどの問題点があった。
【0005】また、酢酸ナトリウム3水和物の水溶液に
対して、電極を挿入して電極間に電圧をかけることによ
って結晶化させる方法が提案されている。ところがこの
方法も電極材の溶出の可能性、通電によるガスの発生の
可能性、繰り返し使用に限界があるなどの問題点があっ
た。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明は前記した従来
の技術の問題点を解決しようとするものである。即ち本
発明は、塩水和物を主材とする蓄熱材の過冷却状態から
放熱させる時期を制御する方法において、蓄熱材の組成
変化をもたらさず、長期サイクルに対して安定であり、
操作が煩雑でない方法を提供すること、およびその方法
を可能とする蓄熱装置を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】即ち本発明は、塩水和物
を含有する蓄熱材を用いてなる蓄熱装置であって、
(A)種結晶が保持されている種晶部分、(B)加熱操
作あるいは加熱および冷却操作が可能なスイッチ部分、
(C)蓄熱および放熱可能な本体部分、の隣接した3部
分を有する放熱制御可能な蓄熱装置、並びに、該蓄熱装
置に対して、(A)種晶部分から(C)本体部分への結
晶伝播を(B)スイッチ部分の加熱および加熱停止操作
あるいは加熱および冷却操作によって制御する、塩水和
物を含有する蓄熱材を用いてなる蓄熱装置の放熱制御方
法に関するものである。
【0008】
【発明の実施の形態】以下本発明について詳しく説明す
る。本発明の蓄熱材は加熱・冷却によって固液相変化を
呈する塩水和物を含有するものである。該蓄熱材は通
常、容器内に充填して使用され、透湿性のない容器に充
填して用いることが好ましい。容器の形状は特に限定さ
れず、円筒状、コイル状、平板状など任意の形状のもの
を用いることができる。床内部に埋設されて使用される
場合には、荷重に耐える十分な強度を有することが好ま
しい。
【0009】塩水和物としては硫酸ナトリウム10水
塩、リン酸水素二ナトリウム12水塩、酢酸ナトリウム
3水塩、塩化カルシウム6水塩、硝酸カルシウム4水塩
などが例示される。非調和性塩水和物の場合は低次水和
物の生成を避けるために、小過剰の水と固液分離防止剤
とを添加することが好ましい。小過剰の水は、塩水和物
と水との溶解平衡によって定まる塩水和物の安定領域か
ら選定されるが、多くの場合、塩水和物の水和モル数の
1/10〜1/3程度である。固液分離防止剤として
は、水溶性高分子、水膨潤性高分子、高吸水性樹脂、シ
リカ系増粘剤などが用いられる。これらの塩水和物の他
に融点調整剤、分散剤、消泡剤、腐食防止剤、着色剤な
どを添加することができる。
【0010】本発明の蓄熱装置はかかる蓄熱材を用いて
なる蓄熱装置であって、該蓄熱材は通常1つの容器の中
に充填されており、機能の異なる3つの隣接した部分に
分類される。それら3つの部分は、加熱や冷却といった
操作により異なる機能を発現する。加熱や冷却のための
装置は、該蓄熱材を充填した容器の外側に設置しても内
側に設置しても良い。加熱や冷却の装置を容器の内側に
設置する場合は、該装置が蓄熱材と化学反応を起こさな
いものであることが好ましい。加熱や冷却の装置は、容
器の外側に設置する方が、製造が容易であり好ましい。
【0011】(A)種晶部分は塩水和物結晶を含み、常
に融点以下に保持される。融点以下の温度に保持するた
めに、融点に応じて、強制冷却、放冷あるいは断熱など
の方法を採用してもよい。この部分の形状は、容器全体
の形状のままでもよいし、部分的に細い形状でもよく、
分枝を外部にとり出した形状でもよい。この部分の大き
さは隣接する、加熱や冷却といった操作をする(B)ス
イッチ部分からの熱の流入の影響を受けても融点以下に
保つのに必要な大きさがあればよく、例えば厚さ10m
m、幅300mm、長さ600mm程度の平板状の容器
であれば、(A)種晶部分の長さは20mm以上である
ことが好ましく、より好ましくは50mm以上である。
【0012】(B)スイッチ部分は外部からの操作によ
って加熱操作あるいは加熱および冷却操作が可能な構造
を有する部分であって、(A)種晶部分から(C)本体
部分への結晶伝播を可能とするか、不可とするかのスイ
ッチの機能を有する。加熱には通常、電熱または温水が
使用され、冷却には通常、電子冷却、水冷、空冷などが
使用される。(B)スイッチ部分としては、これらの加
熱装置を有するか、あるいは加熱および冷却装置を有す
ることが好ましい。この部分の形状は(A)種晶部分と
同様のものでもよいし、異なっていても良い。この部分
の大きさは、加熱時に少なくとも一部分が完全に融解で
きるほどの大きさがあればよく、例えば前記の平板状の
容器であれば、この部分の長さは10mm以上が好まし
く、より好ましくは20mm以上である。
【0013】(C)本体部分は蓄熱および放熱が可能な
蓄熱放熱の主たる部分であり、通常、蓄熱のための加熱
装置、例えば電熱または温水などの設備を有する。
(C)本体部分は蓄熱された後、加熱を停止すると冷却
されて過冷却状態となる。冷却されてかなり低温にな
り、その結果、過冷却が破れる恐れがある場合には、過
冷却を保持するために適度な断熱を行うことが好まし
い。
【0014】これら(A)〜(C)の3つの部分から構
成される蓄熱材は、空気層や断熱材等で隔離されている
ことはなく、当然のことながら連続している。また蓄熱
材を充填した容器は(A)種晶部分から(B)スイッチ
部分を通って(C)本体部分へ結晶伝播しうる形状のも
のでなければならない。断面形状については、円形、距
形などいずれでもよく、特に指定はない。断面積は結晶
伝播に必要な広さを有するものであればよい。
【0015】次に放熱制御方法の一例の詳細を述べる。
蓄熱の際には(C)本体部分と(B)スイッチ部分を融
点以上に加熱する。両部分が十分融解されたのち、
(C)本体部分の加熱が停止され(B)スイッチ部分の
加熱は持続される。かくして(C)本体部分は放冷され
て融点以下となる。この場合(C)本体部分は過冷却状
態となっている。次に放熱させたい場合は、(B)スイ
ッチ部分の加熱を停止するか、あるいは冷却する。これ
によって、(B)スイッチ部分が冷却されて融点以下に
なると、(A)種晶部分から結晶が伝播して(B)スイ
ッチ部分を経て(C)本体部分へと結晶化が進む。かく
して結晶化の進展と共に結晶化熱が放熱される。(C)
本体部分の一端と他端との放熱時間の差が大きいことが
問題とされる用途では、(C)本体部分の長さを短くす
るか小区分に分割するなどの方法が好ましい。逆に放熱
時間の差を積極的に利用したい場合は、(C)本体部分
の長さを長くする方法が好ましい。
【0016】
【実施例】以下実施例により本発明を具体的に説明する
が、本発明はこれらに限定されるものではない。
【0017】実施例1 ((B)部分のスイッチ操作による放熱制御の例)アク
リル酸を水酸化ナトリウムでpH7.0まで中和して得
たアクリル酸ナトリウム20重量%の水溶液7.50
g、水24.00g、リン酸水素二ナトリウム無水物1
5.84gを採取し、50℃の水浴中で加熱して透明な
溶液を得た。N,N’−メチレンビスアクリルアミド
0.025g、ペルオキソ二硫酸カリウム0.03gを
溶解させた後、水2.01gに亜硫酸ナトリウム0.0
3gを溶解させたものを上記溶液に添加して直ちに幅2
5mm、長さ300mmの一端をシールしたポリエチレ
ン袋に注入したところ、2分後には流動性のない含水ゲ
ル(長さ245mm、厚さ10mm)となった。これを
40℃で一夜保持後、15℃に冷却して全体を固化させ
た。この組成物中のリン酸水素二ナトリウム無水物1モ
ルに対する水のモル数は16モルであった。固化した組
成物の一端から順に長さが(A)95mm、(B)50
mm、(C)100mmとなる部分に印をつけて3つの
部分に分け、各々の中央部分に熱電対を貼りつけた。
(B)と(C)の部分の下に各々面状発熱体を設置し、
(B)と(C)の上下を20mm厚断熱材で包み込ん
だ。(B)と(C)を45℃に4時間加熱して十分に融
解せしめた後、(C)の面状発熱体の電源を切ったとこ
ろ、(C)の中央部分の温度は1時間後に室温(21
℃)まで低下したが、(B)の中央部分は45℃に維持
された。次に2時間後に(B)の面状発熱体の電源を切
ったところ、(B)の中央部分の温度は30℃まで低下
した直後に再び上昇して33℃に達し、90分間温度を
保った後に徐々に室温まで低下した。(C)中央部分の
温度は(B)の再上昇より2分間遅れて急上昇して、2
9℃に至った。
【0018】比較例1 (スイッチ部分がないため放熱が制御されない例)実施
例1と同じ組成物について、(B)と(C)を45℃に
4時間加熱して十分に融解せしめたた後、(B)と
(C)の面状発熱体の電源を同時に切ったところ、
(B)中央部分の温度は31℃まで低下した直後に再び
上昇して32℃に達し(C)中央部分の温度は(B)中
央部分の再上昇より2分間遅れて急上昇した(30℃か
ら31℃へ)。
【0019】実施例2 ((B)部分のスイッチ操作による放熱制御の例)酢酸
ナトリウム無水物27.51g、水22.51gを採取
し、60℃の水浴中で加熱して透明な溶液を得た。これ
にポリアクリルアミド部分加水分解物である「スミフロ
ック FN−15H」(住友化学工業(株)製)1.5
0gを加え5分間撹拌したのち、幅25mm、長さ27
0mmの一端をシールしたポリエチレン袋に注入し、シ
ールした。これを60℃水浴中に2時間侵漬したのち、
室温に放冷し、開封して数粒の種結晶を添加して全体を
結晶化させて再びシールした。この組成物中の酢酸ナト
リウム無水物1モルに対する水のモル数は3.7モルで
あった。固化した組成物を実施例1と同様に3部分に区
分して面状発熱体と断熱材とを配置した。(B)と
(C)を65℃に4時間加熱して十分に融解せしめた
後、(C)の面状発熱体の電源を切ったところ、(C)
の中央部分の温度は6時間後に19℃まで低下したが、
(B)の中央部分は65℃に維持された。次に6時間後
に(B)の面状発熱体の電源を切ったところ、(B)中
央部分の温度は46℃まで低下した直後に再び上昇して
48℃に達した。(C)中央部分の温度は(B)の再上
昇より11分間遅れて急上昇して44℃に達した。
【0020】
【発明の効果】本発明により、塩水和物を主剤とする蓄
熱材の放熱制御が可能となり、建造物の暖房において必
要とするときに熱を取り出すことができるために、より
経済的な運転が可能となる。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】塩水和物を含有する蓄熱材を用いてなる蓄
    熱装置であって、(A)種結晶が保持されている種晶部
    分、(B)加熱操作あるいは加熱および冷却操作が可能
    なスイッチ部分、(C)蓄熱および放熱可能な本体部
    分、の隣接した3部分を有することを特徴とする放熱制
    御可能な蓄熱装置。
  2. 【請求項2】塩水和物を含有する蓄熱材を容器に充填し
    てなる蓄熱装置であって、(A)放冷もしくは冷却装置
    を有する種晶部分、(B)加熱装置あるいは加熱および
    冷却装置を有し加熱操作あるいは加熱および冷却操作が
    可能なスイッチ部分、(C)加熱装置を有する蓄熱およ
    び放熱可能な本体部分、の隣接した3部分を有すること
    を特徴とする放熱制御可能な蓄熱装置。
  3. 【請求項3】(A)種結晶が保持されている種晶部分、
    (B)加熱操作あるいは加熱および冷却操作が可能なス
    イッチ部分、(C)蓄熱および放熱可能な本体部分、の
    隣接した3部分を有する蓄熱装置に対して、(A)種晶
    部分から(C)本体部分への結晶伝播を(B)スイッチ
    部分の加熱および加熱停止操作あるいは加熱および冷却
    操作によって制御することを特徴とする塩水和物を含有
    する蓄熱材を用いてなる蓄熱装置の放熱制御方法。
  4. 【請求項4】過冷却状態にある(C)本体部分へ(A)
    種晶部分から結晶伝播しないよう、(B)スイッチ部分
    の加熱を続け、該(B)スイッチ部分の加熱を停止する
    ことあるいは該(B)スイッチ部分を冷却することによ
    り(A)種晶部分から(C)本体部分へ結晶伝播させる
    ことを特徴とする請求項3記載の塩水和物を含有する蓄
    熱材を用いてなる蓄熱装置の放熱制御方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002303495A (ja) * 2001-03-30 2002-10-18 Sumika Plastech Co Ltd 蓄熱装置

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JP2002303495A (ja) * 2001-03-30 2002-10-18 Sumika Plastech Co Ltd 蓄熱装置

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