JPS63189786A

JPS63189786A - 蓄熱装置

Info

Publication number: JPS63189786A
Application number: JP62021043A
Authority: JP
Inventors: Koji Kashima; 弘次鹿島; Koichi Yamaguchi; 広一山口; Akio Mitani; 三谷　明男
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1987-01-31
Filing date: 1987-01-31
Publication date: 1988-08-05

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】〔発明の目的〕（産業上の利用分野）この発明は相変化温度より低い温度で安定した過冷却状
態を保持する潜熱蓄熱材を用いた蓄熱装置に係り、特に
過冷却状態を解除する手段に関する。

（従来の技術）熱エネルギーを蓄積し、必要なときにそれを取出して使
用できる蓄熱装置には、顕然蓄熱材を使用するものと潜
熱蓄熱材を使用するものとがある。潜熱蓄熱材は相変化
に伴ない熱エネルギーを放出するものであり、顕然蓄熱
材に比べて３〜５倍程度の蓄熱密度を有するため、蓄熱
装置がコンパクトになるという特長を持っている。

潜熱蓄熱材の一例としては酢酸ナトリウム系の水和塩の
ように、相変化温度より低い温度において凝固せずに安
定な過冷却状態を保持するものが知られている。この潜
熱蓄熱材は過冷却状態を解除し、液相から固相に相転移
する際に潜熱を放出するため、過冷却状態を解除するこ
とで任意の時に熱エネルギーを取出すことができる。

この種の潜熱蓄熱材の過冷却状態を解除するには、過冷
却状態にある潜熱蓄熱材に適当な刺激を与えればよい。

この刺激付与による過冷却解除手段として、（１）鋭利
な金属棒を蓄熱材に接触させる方法、（′２Ｊ蓄熱材に
電極を介して電圧を印加する方法、（３蓄熱材の種材を
蓄熱材に添加する方法等が従来知られている。

しかしながら、（１）（２１の方法は過冷却解除に必要
な核生成の機構が十分解明されておらず、実際にこれら
の方法は刺激を与えても過冷却が解除されないことがあ
り、信頼性に欠けるという問題がある。

一方、（ａの種材を添加する方法は、過冷却解除に必要
な核そのものを添加するため、過冷却解除を確実に行な
うことができるが、添加した種材が蓄熱材中に蓄積して
ゆくことにより、やがて蓄熱材の相分離を引起こし、安
定な過冷却状態を保持できなくなるという問題がある。

（発明が解決しようとする問題点）このように従来の潜熱蓄熱材の過冷却解除手段のうち、
機械的あるいは電気的な刺激を蓄熱材に付与するものは
信頼性に乏しく、また種材を蓄熱材に添加する方法は蓄
熱材を劣化させるという問題があった。

本発明はこのような従来の問題点を解消し、潜熱蓄熱材
の過冷却状態を確実に、しかも蓄熱材の劣化を伴わずに
解除する手段を備えた蓄熱装置を提供することを目的と
する。

［発明の構成］（問題点を解決するための手段）本発明は相変化温度より低い温度で安定した過冷却状態
を保持する潜熱蓄熱材を蓄熱槽内に充填してなる蓄熱装
置において、潜熱蓄熱材をその過冷却限界温度以下に局
部的に冷却することにより、潜熱蓄熱材の過冷却状態を
解除する過冷却解除手段を備えたことを特徴とする。

（作用）潜熱蓄熱材を局部的に過冷却限界濃度以下、すなわち過
冷却状態を維持できる最低温度以下の温度に冷却すると
、その冷却された局部領域の過冷却状態が解除され、そ
の作用が蓄熱槽内の蓄熱材全域に伝搬することにより、
蓄熱材の保有している熱エネルギーが放出される。

このような潜熱蓄熱材を過冷却限界濃度以下に冷却する
ことによる過冷却解除は、潜熱蓄熱材の基本的な性質を
利用したもので、非常に信頼性が高く、また蓄熱材を劣
化させることもない。

さらに、本発明における過冷却解除手段によれば、一部
の過冷却状態が解除されるとそれが全体に波及するとい
う潜熱蓄熱材の特徴を利用して、蓄熱材を局部的に冷却
することから、蓄熱槽内の蓄熱材を全体的にあるいは広
い領域にわたって冷却する場合に比較して、より速く全
体の過冷却状態が解除され、冷却源も能力の低い小型な
ものでよい。

（実施例）以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する。第１図
は本発明の一実施例に係る蓄熱装置の構成を示す断面図
である。

第１図において、蓄熱槽１は金属製の容器２の外部を断
熱層３で慴っだものであり、容器２に潜熱蓄熱材４が充
填されている。容！ＩＳ２の周囲に潜熱蓄熱材４を加熱
するための電気ヒータ（この例ではシースヒータ）５が
巻かれている。ヒータ５はスイッチ６を介してヒータ電
源７に接続されている。

一方、過冷却解除手段８は潜熱蓄熱材４を過冷却限界温
度以下に局部的に冷却してその過冷却を解除するための
ものであり、この例では電子冷却素子９によって構成さ
れている。すなわら、電子冷却素子９はベルチェ効果を
利用したもので、フィン付きの放熱部１０と棒状の冷却
部１１とからなり、冷却部１１は先端部１２が露出する
ように断熱材１３によって覆われ、先端部１２から所定
長さの部分が蓄熱１１内の潜熱蓄熱材４中に挿入されて
いる。また、冷却部１１と蓄熱槽１との間にはシール部
１４が設けられ、蓄熱槽１の内部を密閉している。電子
冷却素子９はスイッチ１５を介して冷却用電源１６に接
続されている。

潜熱蓄熱材４は例えば酢酸ナトリウム三水和塩に増粘剤
としてのキサンタンガムを１〜２％混ぜたものである。

第３図はこの潜熱蓄熱材４の加熱・冷却曲線を示したも
のであり、相変化温度（Ｍ点）ＴＭ（５９℃程度）以上
の温度に加熱されると液相となるが、その後ＴＭ未渦の
温度に冷却された場合、温度ＴＭを通過しても凝固せず
、ＴＭより低い１度、例えば−１０℃まで安定な過冷却
状態を保持する。そして、この潜熱蓄熱材４は過冷却限
界温度ＴＬ　（−２０℃程度）以下に冷却されると、過
冷却状態が解除される。

上記のように構成された蓄熱装置の動作を説明する。ス
イッチ６を閏じて電気ヒータ５に通電を行ない、容器２
を介して潜熱蓄熱材４を相変化温度ＴＭ以上の温度まで
加熱した後放置すると、蓄熱材４は断Ｉ！％Ｗ１３を介
して外気で冷却されて放熱するが、断熱槽３により過冷
却限界温度より高い温度に保たれるため、過冷却状態と
なって潜熱を保持する。

この状態でスイッチ１５を閉じて電子冷却素子９に通電
を行なうと、冷却部１１の温度が低下し、その先端部１
２によって潜熱蓄熱材４の該先端部１２に接触している
部分が局部的に冷却される。

この場合、冷却部１１による蓄熱材４の冷却温度を蓄熱
材４の過冷却限界温度より低い′ａ度とすると、冷却部
１１の先端部１２に接触しているｆｆ４ｊｉ！の蓄熱材
４は過冷却状態が解除されて凝固する。

そして、この作用は急速に蓄熱槽１内の蓄熱材４全体に
及び、保持している熱を放出する。スイッチ１６は蓄熱
材４の過冷却が局部的に解除された直後に開かれ、電子
冷却素子９による蓄熱材４の冷却は停止される。

なお、上記実施例では電子冷却素子９の冷却部１１の先
端部１３が平坦な形状となっているが、第２図に示すよ
うに冷却部１１の先端部に凹部１７を形成すると冷却効
果を高めることができる。

すなわち、凹部１７があるとその最深部１８に位画する
蓄熱材は凹部１７の壁面周囲から効果的に冷却され、先
端部が平坦な場合に比較してより速く、過冷却限界温度
より低い濃度に冷却される。

本発明は上記実施例に限定されるものではなく、例えば
過冷却解除手段８を蓄熱？１１の底面あるいは側面に取
付けてもよい。その他、本発明は要旨を逸脱しない範囲
で種々変形して実施することが可能である。

［発明の効果］本発明によれば、潜熱蓄熱材を過冷却限界温度以下に局
部的に冷却して過冷却状態を解除する構成としたことに
より、機械的または電気的な刺激を蓄熱材に与える方法
に比べて確実に、しかも種材を添加する方法のような蓄
熱材の劣化を伴なうことなく過冷却の解除を行なうこと
が可能である。

さらに、本発明では特に過冷却解除のための蓄熱材の冷
却を局部的に行なうため、電子冷が素子のような小型の
冷却源を用いながら速やかに過冷却の解除ができ、適冷
Ｗ解除手段を含めた蓄熱装置全体の小型化を図ることが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る蓄熱装置の構成を示す
断面図、第２図は本発明の他の実施例の要部の構成を示
す図、第３図は本発明で使用する潜熱蓄熱材の加熱・冷
却特性を示す図である。１・・・蓄熱槽、２・・・金属製容器、３・・・断熱槽
、４・・・潜熱蓄熱材、５・・・電気ヒータ、８・・・
過冷却解除手段、９・・・電子冷却素子、１０・・・放
熱部、１１・・・冷却部、１２・・・先端部、１３・・
・断熱材、１４・・・シール部、１７・・・凹部。出願人代理人　弁理士　鈴江武彦第　１　目温度

Claims

【特許請求の範囲】

（１）相変化温度より低い温度で安定した過冷却状態を
保持する潜熱蓄熱材を蓄熱槽内に充填してなる蓄熱装置
において、前記潜熱蓄熱材をその過冷却限界温度以下に
局部的に冷却することにより、潜熱蓄熱材の過冷却状態
を解除する過冷却解除手段を備えたことを特徴とする蓄
熱装置。
（２）過冷却解除手段は電子冷却素子であり、その冷却
部が蓄熱材中に挿入されていることを特徴とする特許請
求の範囲第１項記載の蓄熱装置。
（３）冷却部は棒状に形成され、その先端部が蓄熱材中
に挿入されていることを特徴とする特許請求の範囲第２
項記載の蓄熱装置。
（４）棒状の冷却部の先端部は凹部を有することを特徴
とする特許請求の範囲第３項記載の蓄熱装置。
（５）冷却部は蓄熱材中への挿入部の一部を除いて断熱
材により覆われていることを特徴とする特許請求の範囲
第２項、第３項または第４項記載の蓄熱装置。