(57)【要約】      （修正有）【課題】高効率、大容量、小型化で寒冷地での暖房・給湯・空調・熱搬送装置に提供する。【解決手段】乾燥蒸気発生機及び排熱を熱導入管２で容器４内に導入して、熱交換機と相移転熱１２０℃から１８０℃の範囲で熱の吸収／放出するペンタエリトリト−ル・ペンタエリスリト−ル・エリスリト−ルの単独または複合から選択するを、外気と遮断した状態で密閉して、容器内に一体で充足固着する支持体３の潜熱蓄熱構造体容器を構成した。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外断熱と機密性を所要する容器に、熱媒導入管に金属翼の複数を担持固着して、相転移熱で吸収／放出を行う潜熱蓄熱組成物に、ペンタエリトリト−ル化学式Ｃ（ＣＨ２ＯＨ）４・ペンタエリスリト−ルの化学式Ｃ１４Ｈ２４Ｏ４・エリスリト−ルの化学式Ｃ４Ｈ１０Ｏ４等で示される該系類組成物を単独あるいは複合と結晶化補助剤を充足、一体的に構成して支持している。容器の開口上部を開閉自在な金属板で覆って固定金具で固着し、外気と遮断し密閉状態を維持して熱交換機能を支持する潜熱蓄熱構造体容器に関する。
【請求項２】
相変化化合物の化学式がＣ（ＣＨ２ＯＨ）４・化学式Ｃ１４Ｈ２４Ｏ４・化学式Ｃ４Ｈ１０Ｏ４になる各物質の単独又は複合１００重量％に対して、結晶化促進補助剤にコハク酸、化学式ＨＯＯＣ（ＣＨ２）２ＣＯＯＨを０．０１〜２０重量％範囲とアミン類に、ジフェニルアミン・ジメチルアミン・トリメチルアミンから選ばれる単独又は複合なるを０．０１〜２０重量％の範囲で調整して充足した請求項１に関する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、系固有の融点付近の相転移熱により出入りの潜熱物質の化学式が、Ｃ（ＣＨ２ＯＨ）４・化学式Ｃ１４Ｈ２４Ｏ４・化学式Ｃ４Ｈ１０Ｏ４の単体又は複合体系類の化学組成物であり、単位当りの融解潜熱量が３２２ｊ／ｇから３１９Ｊ／ｇの範囲又、融点が１８０℃から１１９℃の範囲を所要する潜熱放熱組成物及び熱交換構造体を一体的に支持する蓄熱容器である。熱源の温度が２００℃範囲の温度を供給できる高温乾燥蒸気や排熱を該構造体容器で蓄熱し熱の吸収と放出を利用して、住宅、ビル等の暖房、給湯、空調に供給を行うに提供する。
【背景的技術】
【０００２】  既存の貯湯方式には温度成層貯熱方式（密閉型）が多用されている。理由の一つにピストンフロ−が熱の出入りで効率的である事や熱源のタイムラグにあった。例として、大気中の熱を吸収した冷媒を超高圧の圧縮熱で、高温水を作るＣＯ２冷媒を使用するヒ−トポンプが電力の３倍以上の熱効率で９０℃の熱水を製造し貯湯装置があり、貯水温を水圧で作動するピストンフロ−タンクに貯湯して効率よく利用、給湯や暖房で実用化している。従来ヒ−トポンプの５０℃の貯湯に比べ約４０％能力アップし、容積を約５０％削減したと公表されている。しかし、ヒ−トポンプの給湯能力は供給に対してタイムラグを生じていた。特に寒冷値においては傾向は顕著なものがある。リカバリ−手段として、貯湯タンクの大型化と夜間電力を用いた運転で需要不足を補う技術背景があった。また貯湯タンクの大型化は、設定温度ゼロ度の寒冷地は外気温と蓄熱槽の温度差で放熱を促進する、熱損失は所要熱量の実に３８．８％に達するとの、熱の効率的運用に係る調査報告かある。（日本建築学術研究資料）
【０００３】  係る課題に対して、従来から設備の小型化と熱容量が大きい潜熱蓄熱組成素材として、各種各様の研究成果が報告されている。相変化による融解熱は氷の融解熱と同程度のペンタエリトリト−ル（融点２６０℃）やペンタエリスリト−ル及びその１０〜１５％の混成物は（融点１８０℃）３２２Ｊ／ｇまたエリスリト−ル化学式Ｃ４Ｈ１０Ｏ４は（融点１１９℃）融解潜熱量３１９．２Ｊ／ｇがある。一般的に化合水和物例えば酢酸ナトリウム結晶・ハイポ・芒硝が多用されているが、課題は融点が低温、相分離、過冷却の技術的クリアが欠かせないものであった。該系類の長所は、相転移熱で出入りする熱の吸収・放出の過程での安定性で過冷却や、相分離現象を起こしにくく、常温の大気中で安定な多糖類アルコ−ル種に属する事が知られて、安全性と安定的性状から蓄熱素材の対象とされてきた。
【０００４】  該系類蓄熱素材の短所として、該系類は空気雰囲気中でオイルや空気を熱媒体として、高温で熱履歴を繰返すと、酸化傾向が著しく短期間に蓄熱能力が減少して、熱を蓄えられなくなるなど分子構造上の耐久機能性に課題を抱えていた。この劣化防止には酸化防止剤を用いる手段が既に公知である。また該剤を多用すると蓄熱素材所要の熱量や機能を低下あるいは喪失のリスクがあった。一方、該蓄熱材の利用技術として、スラリ−状で使用の油にシリコ−ンオイル・ハイサ−ム・サ−ムエスカロリア等は熱効率に優れるとして知られているが、該方法でも同様に該系類に酸化現象が発生していた。又、本剤をプラスチック製カプセルに充填して空気からの隔離の手段も単位熱容量や熱伝達と耐熱強度と安全性又は製造工程の難易度等の諸点で課題を解決できていなかった。
【０００５】  更に、スラリ−状で使用オイル熱媒類は特に高温度で安定度が高く特に多用されているシリコ−ンオイルにおいて、アルカリ反応でゲル化現象が起こす事が判明している。熱媒体としての流動性を損なう不具合により安定した使用は不可能となる。またオイルを熱媒とする場合、熱素取入口側と排出口側の両サイドで適宣の組合わせた熱交換装置の設置が技術的、経済的リスクの要因となっていた。
【発明の開示】
【発明が解決しょうとする課題】
【０００６】  予てより、該系類組成物は空気雰囲気中で高温加熱が繰り返されると空気との熱反応によりイオン化傾向化によりその機能を著しく劣化させていた。本発明は該系類において、要因となる空気との接触を完全に遮断して、熱の出入りに支障を来さない有功な手立てとして、密閉構造の小型容器で良好な結果を得た。採用の該系類の潜熱蓄熱材の熱伝達機能を損なわずに空気層と遮断隔離した環境で、酸化防止剤を必要とせずに融解／凝固の繰り返しによる劣化現象を防止する事ができた。熱伝達が向上し、該系類の組成物に耐久性を付与したものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】  しかし、充填時、仮に５％の残存空気が含まれると想定して、予め残存の空気量が該系類に与える反応に適応するに足りる防止補助剤を適量添加すれば性状への影響を削除できる。このような手段で該系類組成物は熱による相転移熱の過程で吸収／放出によるエントロピ−や元質固有の融点に変化がなくなる。該蓄熱容器に採用した当該系類（１）は比重０．９８で水とほぼ同等、融点１１９℃時の単位熱容量は既存の温度成層貯熱方式になる体積比の約５倍と熱収量を増量できる等の優位性がある。蓄熱容量の増量と相まって小型化を可能にして解決している。該容器は高温高熱量で、瞬間給湯機能の所要を可能にして、省スペ−スで大型タンクに替わって、使用規模に適応した小設備で、経済性と利便性を兼ね備えた製品を提供できる。
【０００８】  本発明は蓄熱容器の１００重量％の容積に古める該系類組成物の充填容積率は８５％最大で熱媒体の導入に占める容積割合１５％と非常に大きい特徴を持っている。カプセル方式の４５％やオイル混合のスラリ−方式の７０％に比べ熱質量で２０％以上の増量を可能とし設備機器の小型化に特徴的効果を発揮する。熱媒には熱伝導度が大きい蒸気や水を使用するので、環境衛生上も安全熱交換に措ける熱ロスも大幅に軽減できる利点がある。従来から用いられているプラスチック容器の蓄熱カプセルやオイル熱媒のスラリ−は同一タンク内に混載あるいは混合で熱交換を行う手段である。本発明はこれらと異なり、物質汚染の危険性が少なく、飲料水としても使用できる構造となっている。該系類組成物の酸化による商品劣化を皆無として使用上長期の安定性を確立できるものである。また該容器に装着の熱媒導入管に担持した熱伝導支持体（３）と該蓄熱組成物（１）が高密度で一体的に良好な熱伝導体壁を隔て構成している。熱媒体（２）との構成密度は製品化の事前調整により、より熱伝達効果を向上できるものとしている。因って、利用上の利便性やコストの軽減の効果を具現化するものである。該器は既存の貯湯槽技術に比べて、単位当たりの蓄熱体積も従来の温度成層型貯湯槽の１／５と小型化を可能にできる事から従来技術に比較して、約３０％の熱損失の軽減や省エネルギ−を実現するものである。
【０００９】  また、本発明の蓄熱容器は該容器内に装着した該系類の物質（１）の化学式がＣ（ＣＨ２ＯＨ）４・Ｃ１４Ｈ２４Ｏ４あるいはＣ４Ｈ１０Ｏ４の融点の単体および複合体は１８０℃〜１１９℃の範囲で設定される。電気式／燃焼式いずれにも適合性を保有して、ベストにマッチングの熱源機を用いればよく、床暖房用途や給湯用の瞬間給湯蓄熱容器として利用提供できる。また排熱の再利用などオフラインの熱搬送インフラ用の蓄熱容器としても本原理において解決できるものである。
【００１０】  潜熱蓄熱組成物がペンタエリトリト−ル化学式がＣ（ＣＨ２ＯＨ）４・ペンタエリスリト−ル化学式Ｃ１４Ｈ２４Ｏ４・エリスリト−ル化学式Ｃ４Ｈ１０Ｏ４の単体あるいは複合体の各系類（１）は水との密度比でほぼ同等で、既存の温度成層型貯湯槽蓄熱装置△Ｔ９０℃時の所要熱量及び放熱量と比べて、５．０倍と大きく、蓄熱にかかる装置の小型化を可能とした。該系類は物質固有の融点で吸熱して融解、と放熱をしながら凝固の熱反応を顕すもので、吸熱と放熱は可逆的な状態変化が終了するまで、大きい蓄熱量と一定温度を持続する性状を有している。本発明は単独又は相和した混合物を主材とする系を適用している。ペンタエリトリト−ル・ペンタエリスリト−ル・エリスリト−ルの性状理論値は融点１１９℃〜２６０℃の範囲、融解潜熱量３１９〜３２８ジュ−ル／グラムの範囲である。しかしながら、一般的に該系類物質（１）には程度の差はあるが、概して固体の熱伝導度は０．３５ｍ．ｋと良好ではなかった。
【００１１】  手段として熱媒体導入管（２）に担持する熱伝導翼（３）と熱伝導翼複数の間隔幅を０．５ｍｍから２５ｍｍの範囲が所要熱量や熱伝導上から好ましい。しかしながら該間隔があまり狭すぎると（１）の熱量が減少、広すぎると熱伝達機能が低下する。可変上好ましくは０．７ｍｍから１０ｍｍの距離間隔が熱量保持と熱伝導度上好ましい。蓄熱材（１）と熱媒（２）の事前に吸収／放出を司る支持体（３）の翼と翼の間隔を適正な距離に設定できるようにして解決している。すなわち、系と熱媒体の熱交換効率は支持体（３）との接触面の状態でより熱効率がに左右される。融解熱の単位当たりの熱媒体流量の差に比例して、エントロピ−の生成を大幅に短縮できて集熱成果を上げる事ができる。蓄熱組成物と構造体に耐熱及び防錆処置やイオン化傾向の防止を採用して、熱履歴機能、機器の安定保全を確保し、省スペ−ス蓄熱容器の特徴を有するようにした。
【特許文献１】特許第１２４９７９号
【特許文献２】特許第４５２０２号
【特許文献３】特許第１６３９８９号
【特許文献４】特開平２００７−２２５６８
【研究文献５】
日本建築学会学術研究資料
【課題を解決するための手段】
【００１２】  本発明の熱交換容器に選択される部位の熱媒体導入通水管及び該管（２）に担持する熱伝導の素材が良好な金属翼（３）及びこれを内蔵する容器等にＣｕ、ＡＬ、ＳＵＳ、Ｆｅから選択して用いて熱吸収／放出の効率を向上させている。
【００１３】  蓄熱材の主材にペンタエリトリ−ル・ペンタエリスリト−ル・エリスリト−ル系類の単独あるいは複合（１）であり、該系類の潜熱蓄熱組成物（１）は固有の融点以上で熱吸収で液化し、それ以下の温度に下がると熱放出して凝固の可逆的エントロピ−を生成する。熱源及び負荷から送られるエネルギ−は熱媒体導入通水管を介して担持する熱伝導翼から該系類蓄熱材に熱伝達される。該管の熱媒温度（２）が蓄熱組成物固有の融点より高ければ、蓄熱組成物（１）は熱を吸収しながら液化して、蓄熱状態を保ち、系の融点温度より低くくなれば、原子の組み替えにより物質の融点の熱量を放熱して、凝固（固化）と共に放熱は完了するエントロピ−の生成過程で出入りする潜熱を暖房や給湯に利用する。放熱後は再加熱により繰り返し使用できるものである。
【００１４】  すなわち、熱の出入りは該系の蓄熱材ペンタエリトリト−ル・ペンタエリスリト−ル・エリスリト−ル系類単独又は複合体（１）と，熱媒導入通水管（２）に担持した熱伝達翼（３）を介して、該蓄熱材（１）と熱媒（２）間で可逆的に蓄熱及び放熱の熱交換が行われる。所要の熱伝達翼（３）の使用数の増減をを可変する手段で、熱媒体（２）及び系類の蓄熱材（１）との接触する単位面積を増せば、熱伝達効率を効果に影響を与えることができる。特に寒冷地に措ける熱流量負荷に対応できる蓄熱容器として給湯や床暖房、空気調和で顕熱型蓄熱利用に比べて軽量、コンパクト、大容量である。
【発明の効果】
【００１５】  以上の様に、本発明の蓄熱容器は熱媒体を導入する管（２）に銅・アルミ・ステンレスなどの良好な熱伝導金属翼の複数を担持した支持（３）なる構造内に、ペンタエリトリト−ル・ペンタエリスリト−ル・エリスリト−ルの単独または複含の系類組成物（１）を一体に担持している。蓄熱／放熱の熱伝達の効率に措いて該系類蓄熱材（１）と熱媒体（２）の熱接触面積を増幅の選択により、蓄熱／放熱の熱交換効率を向上させたものである。熱温水の供給／蓄熱において熱媒導入管翼支持体（３）と該系類蓄熱材（１）の一体構成により、熱接地面積の拡大に改善している。安価な夜間電力を利用して、水蒸気発生機の蒸気熱媒体の放出熱を導入管に担持した金属翼（３）を介して、該系類潜熱蓄熱物質（１）で吸収される。負荷供給時は可逆的に蓄熱部（１）から導入管（３）に放出されヘッダ−を介して効率よく負荷に供給できる。該方式はスラリ−状熱交換蓄熱方式に比べて、単位あたりのペンタエリトリト−ル・ペンタエリスリト−ル・エリスリト−ル系類単独又は複合（１）での充填容積量を約２０％以上増量できる結果、小型で省スペ−ス、熱損失を大幅に軽減できる。本発明は以上の方法において余剰な貯水設備を廃して、熱容積を増量又はコンパクト性を特徴を保持して設置施工性を容易にする外、所要負荷に応じた適時の対応を可能にできるものである。図示しない集配水ヘッダ−の設置や温度センサ−制御、ポンプや電磁調整弁を制御して、効率的な温度管理と使用に係る消費熱流量の供給を適正な手段で解決できるようにした。未利用なスペ−ス活用や厳寒対策で利便性に優れた給湯や床暖房用に提供できるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】  該容器内（４）に熱媒導入管（２）の流れ方向に従って、直角に担持した複数の熱伝達翼を連続して、一定の間隔距離で担持（３）する支持体に該蓄熱材（１）を一体的かつ濃密な状態で充足して固着している。該蓄熱材（１）と熱媒体（２）は、接触面積に比例して熱伝導効率が向上する。すなわち翼と翼の距離間（３）の適宣な選定になる長短と調整や熱媒流量の調整で熱の出入りを効果的に実施して解決できる。因って給湯及び暖房への熱供給を迅速なレスポンスで効率的に行う事ができる。
【実施例１】
【００１７】本発明の実施例である。
熱交換を有する蓄熱容器として、外断熱を施したＳＵＳ製容器（４）６，０００ｍｌの容積内にアルミ製熱伝導翼（寸法幅１５０／高５０／厚０．５ｍｍ×幅間隔ｍｍ×ｎ数）を熱媒導入流通管の流れ方向に対して、直角に５ｍｍ間隔で担持している支持体（３）を装着した構造体に該固有の融点を有するエリスリト−ルを（１）を定量５ｌ（４．９Ｋｇ）を一体になるように濃密に充填して密封した容器、同じく構造体容器に前項と同様の系になるエリスリト−ル（比較用１）を空気に接触面を解放するように開口部を解放したままの容器に定量５ｌ（４．９Ｋｇ）を充填して、電気式蒸気発生加熱器を設置して、加熱水蒸気温１４５℃を試料部に循環、温度センサ−を接続して、デ−タ−ロガ−により計測し該組成物の機能変化を比較検証を実施した。該蓄熱主材にペンタエリトリト−ル・エリスリト−ル系のうちエリスリト−ルを選定し用いた。本発明の実施試料１・２に該系類のエリスリト−ルを主材とした組成物の実施例である。選ばれる該系は比熱２．７３［Ｊ／ｇ℃］密度平均０．９８、熱容量３１９Ｊ／ｃａｌである。蓄熱容器に該系を充填した後、密封状態になるものと、同、充填後内部が解放状態の２点を試料とした。採用の潜熱蓄熱素材が熱履歴にによって受けるダメ−ジと防止効果を試みた。電気蒸気発生装置で発生温度を１４５℃の加圧乾燥蒸気を流水管内に導入して、実験試料の温度を２０度℃から５時間掛けて１４０℃に加熱し、その温度を８時間持続保持した後、吸熱／放熱の切替弁で蓄熱部の放熱を６時間掛けて２５℃まで降温して、２５℃の温度を５時間に渉って保持した後、再び１５０℃に昇温するを１日１回、２カ月に渡り繰返し実施した。その間、熱移動の変化と有効性及び、単位熱容量の変化基準に熱流量計とデ−タ−ロガ−で測定した。該試料系の熱容量はＤＳＣ計測方法による結果は、事前に記録した該数値とほほ一致した値を示し、結果から実施例に採用の該系（１）の熱量は元相数値に比較しても熱容量に変化は認められなかった。尚、該蓄熱材系になる組成物試料（１）を作成して、△Ｔ＝２０℃環境温度に措いて、繰り返しの実用を想定した熱履歴を実施、該容器性能の効果と該系類の計測した分析結果は系の原型理論値とほぼ近い値を示した。試料１密閉容器に措けるエリスリト−ル組成物、試料２解放型に調整した容器に措けるエリスリト−ル組成物の熱履歴比較試験に措ける機能変化試験では、試料１のエリスリト−ル組成物についての熱量減少等の変化は認められなかった。
【実施例２】  試料２解放型容器に措けるエリスリト−ル組成物の熱履歴による影響度の比較試験では試料１と同様な条件で潜熱蓄熱素材に与える熱履歴回数による劣化影響について容器の効果を試みた。蒸気発生装置を用いて、加熱温度が１５０℃の加圧乾燥蒸気を流水管内に導入して、試料１の試料と平行して実施した。温度を２０度℃から５時間掛けて１４０℃に加熱し、その温度を８時間持続して保持した後、吸熱／放熱の切替弁により２０℃の常温水で冷却して、蓄熱部からの放熱を行い、その温度を２５℃まで６時間掛けて放熱降温した後、２５℃の温度を５時間に渉って持続保持した後、再び２５℃から１５０℃に昇温を１日１回、２カ月に渡り繰返しを予定して実施しが、期間は１５日で中断した。その間の熱移動の変化と有効性及び、単位熱容量の変化を熱流量計とデ−タ−ロガ−で測定したが、酸化による素材の劣化が表面化による蓄熱機能低下で、実験継続に耐えられないと判断し、当該比較試験を中止した、
【業務上の利用可能性】
【００１８】  熱源及び負荷に拘わる金属製通水管（２）に熱伝導が良好な金属翼（３）の必要数量を担持した支持体と該支持体に潜熱蓄熱組成物（１）が密着担持した状態で構成することにより、熱媒体（２）や融解潜熱（１）からのエネルギ−を効率よく供給する。採用の蓄熱材ペンタエリトリト−ル・ペンタエリスリト−ル・エリスリト−ルからから選択（１）は所要熱量７６〜７８ｃａｌ／ｇの融解潜熱温度１１９℃〜１８０℃を一定時間放熱を維持する熱供給機能を有する。なお、密閉効果により、該蓄熱物質の酸化を防止し耐久性を持続できる。電気スチ−ム発生装置の熱源機で該蓄熱容器に貯める運用方法として、潜熱割合の大きい高温の利用手段として、冷暖房の交換型蓄熱装置の小型化を可能にした。本発明の熱源は電気に限定されるものではなく、太陽光発電時の抵抗熱や太陽熱・工場排熱・バイオマスなどの環境エネルギ−の利用ができる。無論、燃焼式ボイラ−等の熱利用を排除するものでもはない。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図面は高密度に密閉容器に熱を取り入れたり、放熱する熱交換蓄熱容器（４）単体の平面図である。熱源のスチ−ム発生装置により導かれるスチ−ム蒸気を流水導入管を通過させて、金属製流水導入管（２）に担持したアルミニウム等金属製熱伝導翼（３）の複数を配置した状態を示す。潜熱蓄熱組成物（１）と（３）は高密度で一体に担持した状態で熱伝達を充足してなる支持体の蓄熱装置の構成平面図である。
【図２】蒸気出入口の通水管（２）の配置を示す熱交換蓄熱装置を積層した状態を示す図１の側面の断面図である。
【図３】熱源出入り口通水管（２）及び容器（４）と蓋部（７）の密閉板と（４）を接続する金具（６）の状態を保持した蓄熱構造容器を示す側面断面図。
【符号の説明】
【００２０】  図１〜図３に係る符号
１〜潜熱蓄熱組成物／潜熱放熱          ５〜容器断熱部
２〜通水導入用流通パイプ及び熱媒体    ６〜密封用蓋固定用／留め金具
３〜アルミ製等伝熱翼／担持した支持体  ７〜容器本体の蓋部と留め金具
４〜蓄熱容器本体
【図１】
2010014396.tif 000003
【図２】
2010014396.tif 000004
【図３】
2010014396.tif 000005