JPS645239B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は変動する熱源（太陽熱等）を利用する
冷暖房器に使用される蓄熱装置の改良に関するも
のである。

従来、冷暖房等の比較的低い温度領域で蓄熱す
る場合、水等の顕熱を利用することとが行われて
来たが、最近無機塩又は有機塩特にその水和塩の
融解熱を利用する方法が試みられている。

しかし、無機塩又は有機塩を蓄熱材料とする場
合は蓄熱密度が大であると共に所定の温度で放熱
出来るという利点を有するものの、上記蓄熱材は
一般に過冷却が著しく、融解蓄熱後、適当な温度
で凝固せず放熱が効率良く出来ない難点がある。

かかる過冷却防止の対策として核生成助剤を添
加したり、機械的刺激を与える付属装置いわゆる
過冷却防止器を蓄熱槽内に備え付けることが行わ
れているが、その効果は必ずしも充分でない。

しかるに本発明者等は無機塩又は有機塩を主剤
とする蓄熱材の過冷却を小さく抑え蓄熱−放熱サ
イクルを効率良く行ない得る手段を見出すべく鋭
意研究を行つたところ、蓄熱槽内に収納された蓄
熱材と同一の無機塩又は有機塩を、細孔をもつ容
器に封入し且つ該塩と接触させて電極を設けた過
冷却防止器を蓄熱槽内に具備してなる蓄熱装置を
用いる場合かかる目的を容易に達成し得ることを
見出し本発明を完成するに至つた。

まず本発明で使用する過冷却防止器の構成につ
いて説明する。

該防止器は前述した様に細孔をもつ容器に無機
塩又は有機塩を封入し、且つ該塩に接触させて電
極を設けていなければならない。

該塩は蓄熱槽内の蓄熱材と同一であることが有
利であるが、少量の他成分を含有する場合であつ
ても実質上、蓄熱材の性能に大きな変化を与えな
い限り、単一の塩である必要はない。容器はその
材質あるいは形状の限定はなく、任意のものであ
つても良く、要は無機塩又は有機塩を収納出来さ
えすれば良い。好ましくは、イオン不透性又は選
択透過性があり、熱伝導度が良好な材質が用いら
れる。材質はプラスチツク、金属、炭素材、ガラ
ス、陶磁器等が例示される。形状としては立方体
型、長方体型、球型、パイプ状型、ソーセージ
型、パネル型等任意の型が挙げられる。但し本発
明はこれらの形状のみに限定されない。

しかして、該容器には少くとも一個の細孔を設
けなければならない。通常その大きさは10Å〜５
mm好ましくは10μ〜1000μが適当である。かかる
細孔を通じて蓄熱槽内の塩と過冷却防止器内の塩
とが連絡出来る。

又、該防止器には収納された無機塩又は有機塩
と接触して電極が付設されなければならない。電
極は少くとも一対必要であるが、一対とも防止器
内に付設しても、あるいは一方の極のみを防止器
内に付設し、他極は防止器外、例えば蓄熱槽の容
器に付設することもいずれも可能である。電極は
容器のどの位置でも良く、容器自体が一方又は両
方の電極を形成していても差支えない。しかして
一対の電極においてその間に電圧が印加出来る様
に設計されることが不可欠である。本発明ではか
かる点が最大の特徴であり、該電極を組み入れる
ことによつて、過冷却防止器の機能が発揮され、
蓄熱槽内の蓄熱材の過冷却が防止出来、望ましい
温度で溶融液の結晶化即ち凝固が始まり、効率の
良い放熱を発現させ得るのである。

電極の材質は特定されないが水素過電圧の大き
いものが好ましい。無定形炭素、人造黒鉛、珪化
銅、鉛、鉛アンチモン合金、鉛銀合金、鉄、鉄珪
素合金、熔融マグネタイト、白金、銀、アルミニ
ウム、銅、亜鉛、アンチモン、スズ、水銀、各種
アマルガム、クロム、カドミウム等が例示され
る。特に銅アマルガム、銅合金（例えば銅と鉄、
亜鉛、スズ、ニツケル、マンガン、クロム、アル
ミニウム、モリブデン、アンチモン等の少くとも
一種の合金）アマルガムが有効に用いられる。ア
マルガム電極は上記の如く過冷却防止効果を顕著
に発揮するにとどまらず、仮に電極成分の一部が
溶出しても過冷却防止器内にとどまるので蓄熱槽
内の蓄熱材を汚染する心配が全くない点でも個有
の効果を有する。一対の電極においてその形状は
同一であつても異形であつても良い。又電極材料
は異種電極の組合せであつても差支えない。

過冷却の防止のために電圧をかけるが、その電
圧は1μV〜10V好ましくは0.2〜3Vが適当である。
電圧の印加時間は1n秒〜100秒程度である。電源
の種類は直流、交流（低周波、高周波）、パルス
のいずれであつても差支えない。電圧の印加時機
は過冷却状態が認められる時が最も有効である。
又過冷却防止器の内部にはゲル化剤、グラスウー
ル、活性白土等の充填剤を添加しても良い。

本発明で使用する過冷却防止器の代表的な例を
図に示す。該図に基いて過冷却防止機構を説明す
る。第１〜４図は本発明の過冷却防止器を蓄熱槽
内に具備した蓄熱装置である。

１は蓄熱槽、２は蓄熱材、３は過冷却防止器、
４は電極、５は蓄熱材と同一の塩類、６は過冷却
防止器のフタ（絶縁体）、７は細孔をそれぞれ示
す。

加熱溶融した槽内及び過冷却防止器内の塩２及
び５は放熱しながら冷却する。冷却が進むと凝固
点付近で結晶化が始まり放熱が更に継続するはず
であるが、通常は過冷却が認められ結晶化が発現
せず放熱量が著しく低下する。

この時、電極４間に電圧を印加するとまず過冷
却防止器内の過冷却が破壊されて塩の析出が始ま
る。結晶化が次第に進みやがて防止器壁に設けた
細孔７を通過して結晶が蓄熱槽内の塩と接触する
と、槽内の塩も過冷却が破壊され結晶化し、発熱
が再び継続する。

過冷却防止器は蓄熱槽内の任意の場所に具備出
来る。防止器は通常は１個で充分効果があるが必
要であれば複数個具備しても良い。いずれの場合
であつても防止器の細孔部が蓄熱槽内の塩と接し
ていなければならない。電極の一部は勿論、槽外
の電源と接続して配置されておかねばならない。
蓄熱槽の容器の材質あるいは形状に限定はなく任
意のものであつても良い。過冷却防止器と同一で
あつても差支えない。材質はプラスチツク、金
属、炭素材、ガラス、コンクリート、レンガ等が
例示される。形状としては立方体型、長方体型、
球型、パイプ状型、ソーセージ型、パネル型等任
意の型が挙げられる。但し本発明はこれらの形状
のみに限定されない。

次に蓄熱材として使用される無機塩又は有機塩
としては、その目的とする温度範囲によつて多少
差はあるが、例えば30〜60℃用の蓄熱材として塩
化カルシウム６水塩、硫酸ナトリウム10水塩、炭
酸ナトリウム10水塩、リン酸水素２ナトリウム12
水塩、硝酸カルシウム４水塩、チオ硫酸ナトリウ
ム５水塩、酢酸ナトリウム３水塩等が、80〜120
℃用の蓄熱材としては、硝酸マグネシウム６水
塩、カリ明パン（12水塩）、アンモニウム明パン
（12水塩）、塩化マグネシウム６水塩、硝酸カリウ
ム／硝酸リチウム、硝酸カリウム／硝酸リチウ
ム／硝酸ナトリウム等がそれぞれ挙げられる。

上記した蓄熱装置は１個あるいは普通は複数個
を直列および／又は並列に組み合せて用いられ
る。

第５図は最も簡単なモデル蓄熱器の１例を示し
たもので、（勿論本発明がかかる例のみに限定さ
れるものではない）１は本発明の蓄熱装置で内部
に無機塩又は有機塩２が充填収納されている。４
は電極、８は電源、９は電源開閉器、１０は銅製
のパイプをコイル状にした熱交換器、Ｐはポン
プ、１１は水槽で水が充填されておりポンプによ
り熱交換器と水槽及び放熱器１２を循環するよう
になつている。又、１３は循環水切替えのコツク
である。

まず昼間、太陽熱によつて加熱された１１中の
水はパイプを通じて１中に送られる。熱交換器１
０により１中の蓄熱材２が溶融され蓄熱される。
熱交換した水は１１に循環され、加熱後再び１中
に導入される。夜間、コツク１３を切り替えて循
環水が放熱器１２に流れる様にする。１中の蓄熱
材２が放熱を始め、熱交換器１０により循環水が
加温され、これが放熱器１２に入り暖房用に使用
される。放熱が進み過冷却が認められ凝固熱の発
生がない時点で９の開閉器を閉じて電極４の間に
電圧をかける。すると数秒後には過冷却防止器内
において過冷却が破壊されて凝固が始まる。過冷
却防止器内で結晶化が次第に進み、やがて細孔７
を通じて蓄熱材と接触する。すると蓄熱材の過冷
却が破壊されて凝固熱の発生により、引きつづき
循環水の加温が行われる。

上記の如き蓄熱装置には、蓄熱材料の温度を確
認するための温度検知装置、電圧を調節するため
の加電圧制御装置等、任意の付属装置を併設する
ことによつて、より実用的なものに出来る。

以下、実例を挙げて本発明を更に詳しく説明す
る。

実例 １ 過冷却防止器の作製 内径30mm、長さ100mm、厚さ0.3mmのステンレス
製試験管（底面より30mmの所に径0.2mmの細孔を
50個有する）に60ｇの酢酸ナトリウム３水塩を充
填し、一対の銅アマルガム電極を挿入して試験管
上部を絶縁体でフタをした。電極間には電源を接
続し、任意の時点で電圧が印加出来る様に設定し
た。

蓄熱装置の作製及び試験結果 たて40cm、横30cm、高さ50cmの鉄製容器に60Kg
の酢酸ナトリウム３水塩を充填し、更に水分蒸発
防止剤として流動パラフインを添加した。この酢
酸ナトリウム３水塩中に過冷却防止器の細孔が浸
漬する様に過冷却防止器を設置し蓄熱装置を組立
てた。

80℃に加熱して酢酸ナトリウム３水塩を溶融し
たのち放冷し、内温が50℃まで下降した時電極に
1.8Vの直流を印加したところ、10秒後に過冷却
防止器内の酢酸ナトリウム３水塩の結晶が析出し
て凝固が始まり更に５秒後には蓄熱槽内の酢酸ナ
トリウム３水塩が凝固し始め内温が58℃に上昇し
た。

尚、電圧を印加しないでいると25〜30℃までに
過冷却がおこる。まれに自然的に結晶の析出がお
こることもあるが、その温度は不確定である。

実例 ２ 電極をニツケルアマルガム対に代えた以外、実
例１と同一の実験を行つたところ同様の結果を得
た。

実例 ３ 実例１において2.5V、0.1ヘルツの矩形波電圧
をかけたところ１分後には過冷却防止器内の更に
５秒後には蓄熱槽内の過冷却が破壊された。

実例 ４ 酢酸ナトリウム３水塩に代えて塩化カルシウム
６水塩を用いて実例１と同一の実験を行つた。

内温が21℃の点で電圧2.0Vを印加したところ
18秒後に過冷却防止器内で塩化カルシウム６水塩
の析出が、更に10秒後には蓄熱槽内に析出が認め
られた。

実例 ５ 酢酸ナトリウム３水塩に代えてリン酸水素２ナ
トリウム10水塩を用いた以外は実例１と同じ実験
を行つた。

内温が27℃の点で電圧１・8Vを印加したとこ
ろ45秒後に過冷却防止器内でリン酸水素２ナトリ
ウム10水塩の析出がおこり、更に８秒後には蓄熱
槽内のリン酸水素２ナトリウム10水塩の過冷却が
破壊された。

【図面の簡単な説明】

第１図から第４図は本発明の蓄熱装置を示し、
蓄熱槽内に過冷却防止器を具備させたものであ
る。第５図は本発明の蓄熱装置を使用する暖房シ
ステムのモデル図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 蓄熱槽内に収納された蓄熱材と同一の無機塩
   又は有機塩を、細孔をもつ容器に封入し且つ該塩
   と接触させて電極を設けた過冷却防止器を蓄熱槽
   内に具備してなる蓄熱装置。