(57)【要約】【課題】  潜熱蓄熱材を用いた蓄熱装置において、蓄熱材の温度を従来より高温に設定した場合にも、蓄熱材の過冷却が生じない蓄熱装置を提供する。【解決手段】  過冷却防止剤を含有する潜熱蓄熱材を充填した蓄熱容器を有し、加熱手段と加熱を制御する制御手段とを有してなる蓄熱装置において、該蓄熱容器の一部分に熱的隔離手段が設置され、蓄熱時に該部分の温度が過冷却防止剤の耐熱温度を超えない条件で加熱することができることを特徴とする蓄熱装置。【選択図】          図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
過冷却防止剤を含有する潜熱蓄熱材を充填した蓄熱容器を有し、加熱手段と加熱を制御する制御手段とを有してなる蓄熱装置において、該蓄熱容器の一部分に熱的隔離手段が設置され、蓄熱時に該部分の温度が過冷却防止剤の耐熱温度を超えない条件で加熱することができることを特徴とする蓄熱装置。
【請求項２】
加熱手段が熱流体を熱源とする加熱手段であって、蓄熱容器の一部分を断熱材で覆い伝熱を抑制することにより熱的隔離をしたところの請求項１記載の蓄熱装置。
【請求項３】
加熱手段が電熱ヒーターまたは温水パイプからなる加熱手段であって、蓄熱容器の一部分を加熱手段からの距離を長くすることによる熱的隔離をしたところの請求項１記載の蓄熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は建造物の暖房等に用いられ、潜熱蓄熱材を用いた蓄熱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
潜熱蓄熱材を用いた蓄熱装置は、料金の割安な深夜電力を用いて発生させた熱を潜熱蓄熱材に蓄え、昼間に熱を徐々に放出させる暖房用に用いられている。
【０００３】
潜熱蓄熱材を用いた蓄熱装置としては例えば、過冷却防止剤を加えた潜熱蓄熱材を充填した蓄熱容器と、蓄熱容器を加熱する加熱手段と、加熱を制御する手段とを有してなる蓄熱装置が従来用いられている。
【０００４】
ここで、潜熱蓄熱材としては具体的には、硫酸ナトリウム１０水塩、酢酸ナトリウム３水塩などの塩水和物が用いられており、これらの塩水和物は相変化に伴う発熱量（融解熱）が大きく、かつ暖房用に適当な相変化温度すなわち融点を有している。しかし、いずれの塩水和物も過冷却度が大きいという性質を有している。すなわち、加熱手段により融点以上の温度まで加熱して融液とし、次いで融点以下まで温度が低下しても凝固が生じないために潜熱の放熱が行われず、そのままでは蓄熱装置が暖房装置として機能しないことがあるという問題がある。
【０００５】
そこで、過冷却防止剤を潜熱蓄熱材に加えることにより過冷却を防止することが行われている。例えば、潜熱蓄熱材が酢酸ナトリウム３水塩である場合は、リン酸水素二ナトリウム、リン酸三ナトリウムなどのナトリウム塩を担持結晶として酢酸ナトリウム３水塩融液に加え、少なくとも一度は酢酸ナトリウム３水塩融液を固化させる操作を行うことにより、担持結晶の表面に酢酸ナトリウム３水塩の結晶を担持させる。この担持結晶が過冷却防止剤として作用する。過冷却防止剤が加えられた潜熱蓄熱材が潜熱蓄熱材の融点以上に加熱されても、この表面に酢酸ナトリウム３水塩の結晶を少なくとも１度担持した担持結晶は、過冷却防止剤として作用することが知られており（例えば、特許文献１参照。）、この過冷却防止剤が潜熱蓄熱材に加えられ、容器に充填された蓄熱装置が用いられている。
【０００６】
しかしながら、過冷却防止剤は、７０℃程度以上の高温に曝されると過冷却防止効果を失うことがあることが知られており、従来の蓄熱装置においては、潜熱蓄熱材の加熱手段による加熱温度を高く設定しようとしても設定することができないという問題があった。
【０００７】
【特許文献１】特公平２−１５５９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、潜熱蓄熱材を用いた蓄熱装置において、蓄熱材の温度を従来より高温に設定した場合にも、蓄熱材の過冷却が生じない蓄熱装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者は、過冷却防止剤を含有する潜熱蓄熱材を充填した蓄熱容器を有し、加熱手段と加熱を制御する制御手段とを有してなる潜熱蓄熱装置について鋭意検討し、該蓄熱容器の一部分に特定の手段を設置し、蓄熱時に該部分の温度が一定温度を超えない条件で加熱することができるようにすることにより、蓄熱材の温度を従来より高温に設定した場合にも、蓄熱材の過冷却が生じない蓄熱装置となることを見出し、本発明を完成させるに至った。
【００１０】
すなわち本発明は、過冷却防止剤を含有する潜熱蓄熱材を充填した蓄熱容器を有し、加熱手段と加熱を制御する制御手段とを有してなる蓄熱装置において、該蓄熱容器の一部分に熱的隔離手段が設置され、蓄熱時に該部分の温度が過冷却防止剤の耐熱温度を超えない条件で加熱することができることを特徴とする蓄熱装置を提供する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の蓄熱装置は、蓄熱材の温度を従来より高温に設定した場合にも、蓄熱材の過冷却が生じないので、本発明は工業的に極めて有用である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下これらの発明について詳しく説明する。
本発明の蓄熱装置は、過冷却防止剤を含有する潜熱蓄熱材を充填した蓄熱容器を有し、加熱手段と加熱を制御する制御手段とを有してなる蓄熱装置であって、該蓄熱容器の一部分に熱的隔離手段が設置され、蓄熱時に該部分の温度が過冷却防止剤の耐熱温度を超えない条件で加熱することができることを特徴とする。
【００１３】
本発明において加熱手段としては、加熱空気、温水の如き加熱流体、電熱ヒーターの如き発熱体が例示される。流体の場合は流路、発熱体の場合は電源も加熱手段に含まれる。
【００１４】
そして、本発明における熱的隔離手段としては、蓄熱容器の一部分を断熱材で囲む手段が挙げられる。加熱条件によって断熱の程度は異なるので一概に規定できないが、断熱材の厚みは５〜４０ｍｍ程度で、奥行きは２０〜１００ｍｍ程度である。この、蓄熱容器の一部分を断熱材で囲む熱的隔離手段は、加熱手段が加熱流体である場合に好ましい。なお、加熱流体としては通常は加熱空気が用いられ、加熱空気を加熱する手段としては、電熱ヒーターが用いられる。
【００１５】
本発明における別の熱的隔離手段としては、加熱手段からの距離を大きくすることである。加熱条件によって加熱手段からの距離は異なるが、２０〜１００ｍｍ程度である。なお、加熱手段からの距離を大きくする熱的隔離手段は、加熱手段が電熱ヒーターまたは温水パイプである場合に好ましい。また熱的隔離手段に空冷あるいは水冷などの冷却手段を追加することもできる。
【００１６】
この加熱手段からの距離を大きくする熱的隔離手段としては、蓄熱容器の一部分を凸設させて設置することもできる。図１には断熱材を用いる場合、図２には発熱体からの距離をとる場合の例を示した。図２の（１）および（２）は蓄熱材容器の一部に発熱体を設置せず加熱手段からの距離を大きくして熱的隔離手段とした例を示し、図２の（３）および（４）は、蓄熱容器の一部を凸設することにより加熱手段からの距離を大きくして熱的隔離手段とした例を示した。
【００１７】
本発明の蓄熱装置は、加熱を制御する手段を有する。加熱を制御する制御手段としては、蓄熱容器の温度を測定する温度測定部分と、その温度に応じて電源のＯＮ−ＯＦＦ、電力の調節、加熱流体の流れのＯＮ−ＯＦＦまたは加熱流体の流量の調節を行う調節部分を有する制御手段が挙げられる。調節部分としては、調節するためのプログラムを記憶させたコンピュータを組み込んだ調節部分とすることもできる。
【００１８】
本発明における蓄熱装置の加熱方法としては、熱的隔離手段を設置した一部分の温度が耐熱温度を超えない条件で加熱することが必要である。熱的隔離手段を設置した一部分の温度はその余の部分の温度が上昇すると伝熱により次第に上昇するが、その温度が耐熱温度を越える前に加熱を停止するよう制御する。あるいは加熱時間が所定である場合は加熱温度を選択することにより、熱的隔離手段を講じた一部分の温度が耐熱温度を越えないようにする。蓄熱装置において加熱時間は通常一定であって、日々変化させるものではないので上記の加熱方法はさしたる困難のあるものではない。
【００１９】
本発明において前項の加熱方法によれば、該部分が耐熱温度以下に保持されるために、過冷却防止剤の過冷却防止効果が有効に保たれ、その結果、冷却時に過冷却防止剤が作用して残余の部分も含めた蓄熱容器内の潜熱蓄熱材の過冷却が防止されることになる。
【００２０】
本発明における潜熱蓄熱材は、通常は塩水和物を含むものが用いられ、塩水和物としては酢酸ナトリウム３水塩、硫酸ナトリウム１０水塩、塩化カルシウム６水塩、チオ硫酸ナトリウム５水塩などが挙げられる。
【００２１】
本発明において用いる過冷却防止剤としては、各塩水和物に対して有効なものが選択され、具体的には、酢酸ナトリウム３水塩に対しては、リン酸水素二ナトリウム、塩化ナトリウム、臭化ナトリウム、リン酸三ナトリウム水和物などが例示される。硫酸ナトリウム１０水塩に対しては四ホウ酸ナトリウム１０水塩が例示される。塩化カルシウム６水塩に対しては塩化ストロンチウム６水塩、塩化ナトリウムなどが例示される。チオ硫酸ナトリウム５水塩に対しては塩化ナトリウム、硫酸ナトリウムが例示される。
【００２２】
本発明における潜熱蓄熱材には、固液分離防止剤を含有させることができる。固液分離防止剤としては、具体的には部分加水分解ポリアクリルアミド、カルボキシメチルセルロースなどが例示される。
【００２３】
さらに本発明における潜熱蓄熱材としては、防錆剤、防カビ剤、着色料などを含有させることができる。
【００２４】
本発明における蓄熱容器としては不透水性の材料を用いた蓄熱容器が用いられる。ポリエチレン、ポリプロピレンなどのプラスチック材料、内面被覆された金属材料などが例示される。形状は板状、円筒状などいずれでもよい。
【００２５】
本発明の蓄熱装置で用いる過冷却防止剤には耐熱温度がある。ここで、耐熱温度とは、過冷却防止剤を含有する潜熱蓄熱材をある温度と時間で加熱した後、凝固点以下に冷却したとき、過冷却防止剤の過冷却防止作用が有効である最高の温度を称する。従って耐熱温度は、加熱時間と加熱温度との組合せで規定されるものとする。例えば塩水和物が酢酸ナトリウム３水塩であり、過冷却防止剤がリン酸水素二ナトリウムの場合は、加熱時間を６時間とすると７２℃は耐熱温度である（後述の参考例１を参照。）が、８２℃は耐熱温度ではない（同比較例１参照。）。加熱時間が１２時間、２４時間とすると、７２℃よりも低い温度となる。更に過冷却防止剤が異なると耐熱温度も異なることになる。
【実施例】
【００２６】
以下に実施例によって本発明を更に詳しく説明するが本発明はこれらに限定されるものではない。
【００２７】
参考例１
２５０ｍｌビーカーに酢酸ナトリウム１１８．５ｇ、水９５．８ｇを採取し、６５℃水浴にて加熱溶解した。これに過冷却防止剤としてリン酸水素二ナトリウム６．４ｇを加え、更に個液分離防止剤として部分加水分解ポリアクリルアミド（住友化学工業（株）、スミフロックＦＡ３０（商品名））７．５ｇを加えて４０分撹拌後にポリエチレン袋（幅５５ｍｍ×長さ３７０ｍｍ）に充填し、仮シールをして室温にて３０分後に開封して種結晶を数粒添加し、直ちにシールして、平坦な板の上に静置した。一夜静置後に内容物は全体が固化していた。これを試験体として以下の加熱実験に用いた。
【００２８】
この試験体の一端（充填時の底部分）から５、８５、１５５ｍｍの箇所に熱電対を貼付し、その上から２ｍｍ厚断熱フィルム（２０ｍｍ角）でカバーし、恒温器内に設置した。恒温器を７２℃に設定し、６時間加熱したところ、１．５時間後に融解終了し、７２℃に到達した。その後、恒温器の電源を切り、自然冷却すると、３箇所とも４９〜５１℃まで降下後に５３〜５４℃まで上昇したことから、凝固による発熱があったことを示した。
【００２９】
実施例１
参考例１と同様にして試験体を調製した。この試験体の一端（充填時の底部分）から５、８５、１５５ｍｍの箇所に熱電対を貼付し、その上から２ｍｍ厚断熱フィルム（２０ｍｍ角）でカバーした。更に同じく一端から６０ｍｍまでを２０ｍｍ厚発泡スチロールでカバーして熱的隔離を行ない、恒温器内に設置した。恒温器を８２℃に設定し、６時間加熱したところ、３箇所とも融解した後に７１℃、８０℃、および８２℃（底部分からの順）に到達していた。その後、恒温器の電源を切り、自然冷却すると、熱的隔離されている底部分から５ｍｍの箇所では５１℃まで冷却後に５２℃に上昇したが、底部分から８５ｍｍ、１５５ｍｍの箇所は各々３８℃、３４℃まで冷却された後に５１℃まで上昇した。熱的隔離された部分により過冷却が防止されたことを示している。
【００３０】
比較例１
実施例１において２０ｍｍ厚発泡スチロールでカバーすることをせず（熱的隔離なし）に恒温器内に設置した。実施例１と同様に８２℃で６時間加熱したところ、３箇所とも融解した後に８２℃に到達していた。その後、恒温器の電源を切り、自然放冷すると、３箇所とも２５℃に到るまで全く発熱せず、過冷却のままであった。
【００３１】
実施例２
参考例１と同様にして試験体を調製した。この試験体の一端（充填時の底部分）から２０、６０、１６０ｍｍの箇所に熱電対を貼付し、その上から２ｍｍ厚断熱フィルム（２０ｍｍ角）でカバーした。恒温器内４０ｍｍ厚発泡スチロール（４００ｍｍ角）を設置し、その上に面状発熱体（３００ｍｍ角）を置き、更にその上に上記の試験体を一端（充填時の底部分）から６０ｍｍまでの部分を除いた残余部分を置き、長さ６０ｍｍの熱的隔離を行った。恒温器を８２℃に設定し、６．５時間加熱したところ、３箇所とも融解した後に６６℃、７８℃および８２℃（底部分からの順）に到達していた。その後、恒温器の電源を切り、自然冷却すると、熱的隔離されている底部分から２０ｍｍの箇所では４４℃まで冷却後に５１℃まで上昇し、熱的隔離の境界部分である６０ｍｍの箇所では４６℃まで冷却後に５１℃まで上昇し、発熱体上にある１６０ｍｍの箇所では４４℃まで冷却後に５２℃まで上昇した。恒温器の電源切断後の冷却過程で、発熱体上の部分は余熱のために冷却速度が遅く、熱的隔離された部分がより早く冷却されて凝固が先に始まり、その次に境界部分が凝固し、更に遅れて発熱体上の箇所が凝固した。熱的隔離された部分により過冷却が防止されたことを示している。
【００３２】
比較例２
実施例２において試験体の全部分を面状発熱体上に置き、熱的隔離を行わなかった。恒温器を８２℃に設定し、６．５時間加熱したところ、３箇所とも融解した後に８２℃に到達していた。その後、恒温器の電源を切り、自然冷却すると、３箇所とも２５℃に到るまで全く発熱せず、過冷却のままであった。
【００３３】
比較例３
参考例１において、過冷却防止剤であるリン酸水素二ナトリウムを加えず、その他は参考例１と同様にして試験体を調製した。これを参考例１と同様に恒温器内に設定し、恒温器を７２℃に設定して６時間加熱したところ、１．５時間後に融解終了し、７２℃に到達した。その後、恒温器の電源を切り、自然冷却すると、３箇所とも２５℃に到るまで全く発熱せず、過冷却のままであった。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】熱的隔離手段として断熱材（斜線部分）を用いる場合の例である。
【図２】熱的隔離手段として発熱体からの距離をとる（斜線部分）場合の例である。
【図１】
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【図２】
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