JPS60196596A

JPS60196596A - 球状蓄熱体

Info

Publication number: JPS60196596A
Application number: JP59052971A
Authority: JP
Inventors: Tadashi Matsunaga; 匡史松永; Shigeo Hijikata; 土方　滋雄
Original assignee: TECHNO KK; Mitsubishi Corp; Kameyama Tekkosho KK
Current assignee: TECHNO KK; Mitsubishi Corp; Kameyama Tekkosho KK
Priority date: 1984-03-19
Filing date: 1984-03-19
Publication date: 1985-10-05
Also published as: JPH0449037B2

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】本発明は球状蓄熱体に関する。周知の通り、一定温度で
起きる物質の融解、凝固の相変化現象に基づく潜熱は一
般的に大きく、コンパクトに蓄熱できる利点を有するの
で、この潜熱を利用する蓄熱方法又は装置が各分野で研
究されている。この潜熱を利用する蓄熱方法の実施の為
には、多くの場合、通常シェルと、シェル内に充填され
ていて、融解、凝固の相変化にともなう潜熱を蓄熱し、
放熱する為の熱媒体より成る蓄熱体が用いられる。

この場合、熱媒体については、過冷却防止、相分離防ト
等実用上重要な研究が相当程度進められているが、シェ
ルについてはほとんど研究されていない。従って形状、
大きさもまちまちであり、僅かに貯蔵性や輸送性を考慮
して球状に構成したものが提案されている。

本発明もこの球状シェルを有する球状蓄熱体に係るもの
であるが、従来の球状蓄熱体は次のようなものである。

即ち、球状シェル内に充填する熱媒体は、液相から固相
に変化する吟に体積膨張する。従って、従来はシェルの
大Ｓさを、体積膨張した時の固相の熱媒体を十分収容で
きる大きさに設定していた。このようにすると、当然な
がら内容の熱媒体の体積変化に十分応じられるが、反面
熱媒体が液相の時には体積が収縮するからその収縮部（
膨張Ｍ）そのままの空間が残ることになる。

換言すれば、シェル内の熱媒体の州が空間性だけ少い。

その為に、一定容積の槽の中に一定数の球状蓄熱体を収
容した場合、正味の熱媒体の容量が空間性だけ少くなり
、蓄熱装置の条件側から要求される必要な蓄熱量又は放
熱量を満足する為の球状蓄熱体の数が比較的多くなる。

本発明はこれらの点に鑑み成されたもので、その要旨と
する所は融解、凝固の相変化にともなう潜熱を利用して
蓄熱し、放熱する熱媒体を、球状のシェル内に充填して
成る球状蓄熱体に於いて、上記シェル内に液相の熱媒体
を封入する際にシェル内に空間が存するように定めて封
入するとともに、熱媒体の液相から固相への変化による
熱媒体の体積膨張時には、その膨張量を一１＝、配布間
と熱媒体の体積膨張に応するシェルの同心円的な膨張に
熱媒体が、液相から固相に変化する時の体積膨張にも十
分応じられると共に、同時に熱媒体が液相に変化した時
に形成される空間も可及的に少く、無駄な空間が少く蓄
熱装置の条件側から要求される必要な蓄熱量又は放熱量
を比較的満足し易い、球状シェルを有する球状蓄熱体を
提供するにある。

次に本発明の実施例を詳述する。

第１図は熱媒体が液相状態の時の球状蓄熱体の一つの例
を示した縦断側面図、第２図は熱媒体が液相から固相に
変化して体積膨張した時の球状蓄熱体の一つの例を示し
た縦断側面図であり、図に於いて１は球状蓄熱体、２は
球状のシェル、３はシェル内に充填される熱媒体を示し
ている。上記熱媒体３は、周知の通り、温熱を対象とす
る場合には固相状態で顕熱として熱を蓄積し、次に固相
から液相に変わる時に、融解の潜熱として多量の熱を蓄
熱し、完全に液相に変化すると、更に顕熱として熱を蓄
積し、更に高温の液相状態から凝固温度までは通常に顕
熱を放出し、凝固温度に於いては、先に融解の潜熱とし
て蓄積した熱を、固化の潜熱とじて放出し、又冷熱を対
象とする場合には、一定温度で液相から固相に変わる時
に固化の潜熱として冷熱を蓄積し、固相から液相に変わ
る時に、融解の潜熱として放出するものであり、例えば
次のようなものがある。

塩化マグネシウム（ＭｇＣ１２）　、　ｔｌ化ナトリウ
ム（ＮａＣ１）　、苛性ソーダ（Ｍａｉｌ（）　、塩化
カルシウム６水塩　（ＣａＣ１２８８２０）　、　炭酸
ナトリウム１０水塩（Ｎａ２　ｃｏ３ＨｌＯＨ２，０）
等又は有機系熱媒体、その他である。

これらの熱媒体は、液相時の温度変化による体積変化は
僅かであるが、凝固時に相当体積膨張する。その体積膨
張は周知の通り熱媒体の種類によって異なるが、通常液
相時の体積の５％〜８％程度膨張する。

又、上記球状シェルの材質としては、金属、合成樹脂等
種々あり、外力及び内力に抗して球状を保持できる点や
、耐熱性の点、生産加工上の点等から選んで用いられる
。

さて、本発明は上記の目的を達成する為に次のようにし
たものである。

本発明も、熱媒体３が液相の時に、シェル２内に熱媒体
３非占有の空間４が形成するようにシェル２の大きさを
定めるものである。従来は、この空間の大きさの設定を
、熱媒体が凝固した時の体積膨張量をそっくり吸収でき
る程度に設定していた。従ってシェル２内体の大きさは
常時不変であった。例えば、熱媒体が凝固した時に、液
体の時の体積の１．０８倍、即ち８％相当の空間を予め
設定していた。

これに対し、本発明は、熱媒体の凝固による体積膨張時
の膨張量を上記空間４とシェル２の膨張によって吸収す
るように空間４の大きさを定めたものである。シェル２
の膨張は凝固熱媒体の膨張時の圧力によって可能にされ
、又熱媒体が固相から液相に変わった時にはシェル２も
収縮するがシェル２は当初設定した大きさの空間４を残
して収縮を１１−める。例えば、熱媒体３が凝固した時
に、液体の時の体積の１．０８倍、即ち８％膨張したと
すルト、空間４で５．５％、シェル２の膨張で２．５％
その膨張量を吸収するように空間４の大きさを定めるも
のである。換言すれば、熱媒体３を、中空成形法、真空
成形法等で加工した球状シェル２内に注入等により充填
する際は、当然のように熱媒体３は液体であるが、その
液体の熱媒体３を充填する際に、空間４として上記の例
では５．５％相当を残して充填するものである。

球状シェル２自体は固い球殻であるが、薄肉に形成され
るので、凝固熱媒体の膨張時の内圧によって、熱媒体の
膨張に応じて膨張し、熱媒体が液相に変化した時には当
初の空間を残して自然に原状に復するから、材質的には
金属、合成樹脂等種々選択できるが、上記のシェル膨張
をより容易にする為に膨張、収縮性に富むものがよく、
軟化点９０°Ｃ以−にの合成樹脂、中でも他の耐力性、
耐熱性。

加工性をも考慮するとポリプロピレン、高密度ポリエチ
レンが好適である。丈にシェル２の−Ｆ記の膨張に関し
ては、設計上次の事を考慮する。

即ち、凝固熱媒体３の体積膨張時の内部圧力によってシ
ェル２を膨張させるものであるが、その際材料破壊を生
しない程度のシェル２の膨張度合を定め得るように、用
いる熱媒体の体積膨張量を考慮して空間４の大きさを定
める。この為には、シェル２の膨張、収縮をシェル２の
材質、半径、薄い肉厚の厚さ等によって定まる弾性域の
範囲にととめるとか、シェル２の材質等によって定まる
引っ張強さく極限強さ）に安全率を見込んだ範囲内で膨
張を可能ならしめるとかの種々のＴ学的手法を用いるも
のである。

次に１つの例を示す。

熱媒体３として、土ｎ化カリウム水溶液を主液とし、他
に過冷却防止剤、結晶加速剤、相分離防止剤等を添加し
て成るものを用いる。この場合、凝固温度に於ける凝固
時、体積１彰張は、液体時の１．０８倍、即ち、８％膨
張することが確認された。

他方シェル２を高密度ポリエチレン製であり、外径６５
ｍｍ、厚さ１．２　ｍｍのものを加工した。

そして−Ｉ−記熱奴体３の膨張量８％を空間４で５．５
％シェルの膨張によって２．５％吸収させることにした
。従って、熱媒体３の液相時は：球状シェル２の内容積（ａｍ’）をＡ、球状シェルの内
径の半径（ｃｍ）をｒ、熱媒体３の体積（ｃｍ’）をＶ
、であり、Ａ＝Ｓ＋ＶＳ　＝　０．０５５　Ｖ　テ１６カラ、コレラ解くト、
Ｖ　＝　１２１．７４　ｃ　ｍ’　Ｓ　＝　８．８９　
ｃ　ｍ’即ち、熱媒体３を１２１．７４　ｃ　ｒｒｉ’
充填し、空間を６．８９ｃｒｎ’残した。

熱媒体３の凝固時は；膨張時の球状シェル２の内容積（ｃ　ｍ’　）をＡ′、
膨張時の熱媒体３の体積（ｃｍ’）をＶ′とすると、Ｖ
’＝　１．０８Ｖ’＝　１．０８Ｘ　１２１．７４＝　
１３１．４８　ｃ　ｍ′Ａ’、＝Ｖ’　故に　Ａ’　４
１３１．４８　ｃ　ｍ’Ｓ＝Ｑ　である。

従ってシェル２の半径の延び（ａｍ）をΔＲとすると、 ΔＲ＝０．０２４　ｃ　ｍ　テあり、シェルによって、熱媒体の体積膨張の２．５％相当分、
２．９５ｃｍ’吸収され、空間４によって５．５％相ψ
１分、Ｅｉ、Ｅｉ９ｃｍ’吸収された。

換言すれば、熱媒体の体積膨張量はｖ’−ｖによってめられるからこ
れを解くと９．７４ｃｍ’であり、上記シェルによる吸
収分２．９５ｃｍ”はその内の３０．３％に相当し、空
間による吸収分はその内の６９．７％に相当する。

この例の場合のシェルの材料破壊の有無について検詞す
る。

一般に薄肉球殻に於ける膜応力の計算は但し、Ｐ：内部
圧力　ｋｇ／ｃＩ１１２△Ｒ：」−述したように土、径
の延び　ｃｍｒ：上述したように球の内径の￥−径　Ｃ
ｆｆ１Ｅ：ｍりｉ性係数　ｋｇ／ｃｍ’ ７Ｄ：ポアソン比６：膜応力　ｋｇ７ｃｍ’ でめられる。

従って、この上記の具体例についてめると、Ｅ　＝　０
．５６−１．０５　Ｘ　１０４ｋｇ／ｃｍ２；ｆｍ＝０
．４　であるから、Ｅ　；　０．５８Ｘ１０４ｋｇ７ｃｍ２の場合Ｅ　；　
１．０５Ｘ　１０’　Ｌｇ／ｃｍ’の場合他方、高密１
隻ポリエチレンの引張り強さは２４５〜３８５　ｋ　ｇ
／ｃｍ２　であるから、安全率ｆとすると、である。

従って、十分耐え得る。

このように、この発明は、融解、凝固の相変化にともな
う潜熱を利用して蓄熱し、放熱する熱媒体を、球状のシ
ェル内に充填して成る球状蓄熱体に於いて、並記シェル
内に液相の熱媒体を封入する際にシェル内に空間が存す
るように定めて封入するとともに、熱媒体の液相から固
相への変化による熱媒体の体積膨張時には、その膨張廣
を一１―配布間と熱媒体の体積膨張に応するシェルの同
心円的な膨張により吸収するようにしたことを特徴とす
る球状蓄熱体なので、シェル内の熱媒体が液相から固相
に変化する時の体積膨張にも十分応じられると共に、熱
媒体が液相に変化した時に形成される空間も可及的に少
く、無駄な空間が少く、蓄熱装置の条件側から要求され
る必要な蓄熱殖又は放熱量を比較的満足し易い球状シェ
ルをもつ球状蓄熱体を提供できる等実用−ヒ種々の利点
を有するものである。

【図面の簡単な説明】

添付図面は本発明の実施例を示し、第１図は熱媒が液相
時に於ける球状蓄熱体の断面図、第２図は熱媒体が凝固
持に於ける球状蓄熱体の断面図であり、図中１は球状蓄
熱体、２はシール、３は熱媒体、４は空間である。特許出願人　三菱商事株式会社株式会社　亀山鉄工所＄１　閏４第２図

Claims

【特許請求の範囲】 ■融解、凝固の相変化にともなう潜熱を利用して蓄熱し
、放熱する熱媒体を、球状のシェル内に充填して成る球
状蓄熱体に於いて、　−１−記シエル内に液相の熱媒体
を封入する際にシェル内に空間が存するように定めて封
入するとともに、熱媒体の液相から面相への変化による
熱媒体の体積膨張ｌＩνには、その膨張量を上記空間と
熱媒体の体積膨張に応するシェルの同心円的な１彰張に
より吸収するようにしたことを特徴とする球状蓄熱体。 ■上記シェルは軟化点９０°Ｃ以上のプラスチック素材
であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の球
状蓄熱体。 ■」−記シエルはポリプロピレンにより形成されている
ことを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の球状蓄熱
体。に）上記シェルは高密度ポリエチレンにより形成されて
いることを特徴とする特許請求の範囲第２　ｘｎ記載の
球状蓄熱体。