(57)【要約】      （修正有）【課題】各種潜熱蓄熱材の調和型を有する潜熱蓄熱組成物を用い、該蓄熱材の適性に応じて、暖冷房空調及び給湯用に適用する伝熱効率が良好で、定廉な夜間電力で大気熱や太陽熱を該蓄熱体に貯めて、必要時住宅やビル、農業等の冷暖房及び給湯の熱源等を目的に小型で高密度、高効率な熱伝達機能を発揮する潜熱蓄熱材の形態を提供する。【解決手段】潜熱蓄熱材とする各々の組成材で融点が摂氏３２℃以下（主に７℃〜２０℃）の範囲、５８．５℃以下（主に３５℃〜５８℃）の範囲、９３．５℃以下（主に７０℃〜８５℃）の各範囲で転移点を変更して、用途目的に適応するように融点調整を施した潜熱蓄熱材を軟質で軽薄軽量な不透過性合成樹脂シ−ト間の中間に総厚に比例した断面の径状が角又は円状の切口を成し、独立した中空構造複数を並列状に担持した一体射出成型で構成された該中空構造内に、各々の潜熱蓄熱組成物を注入充填し、密閉してなる潜熱蓄熱体。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
潜熱蓄熱材とする各々の組成材で融点が摂氏３２℃以下（主に７℃〜２０℃）の範囲、５８．５℃以下（主に３５℃〜５８℃）の範囲、９３．５℃以下（主に７０℃〜８５℃）の各範囲で転移点を変更して、用途目的に適応するように融点調整を施した潜熱蓄熱材を軟質で軽薄軽量な不透過性合成樹脂シ−ト間の中間に総厚に比例した断面の径状が角又は円状の切口を成し、独立した中空構造複数を並列状に担持した一体射出成型で構成された該中空構造内に、各々の潜熱蓄熱組成物を注入充填し、密閉してなる潜熱蓄熱体である。該シ−トの一方の面に突起部を配置付帯する潜熱蓄熱体に係る特許請求に関する。
【請求項２】
融点３２℃の組成物が硫酸ナトリウム水和物、融点５７．５℃の組成物が酢酸ナトリウム水和物であり、融点９４℃の組成物が明礬水和物である。各該組成物の使用目的に機能調整剤が各主材１００重量部に対して、相分離阻止剤と破過冷却阻止剤及び転移点変更に係る調製剤の添加量が各０．１重量％以上３０重量％の範囲を添加混合してなる潜熱蓄熱材に係る特許請求第１項記載に関する。
【請求項３】
分離防止剤が、合成ゼオライト・パリゴルスカイト・アタパルジャイト・セピオライト・合成スメクタイトで微細な多孔質や繊維状のセラミックスであり、各々の粒度が０．１μから１００メッシュの範囲を単独又は複合物を各々０．１重量％以上３０重量％の範囲で調合の潜熱蓄熱材に係る特許請求第１項及び第２項の記載に関する。
【請求項４】
破過冷却促進に硼酸・コハク酸・フッ化物（リチウム、カリウム、ナトリウム）・酢酸リチウム・明礬・キレ−ト材系（クベロンエチレンジアミン四酢酸／２Ｎａ塩ニトリロトリ酢酸・２Ｎａ塩トリエタノ−ルアミン）塩類（塩化カリウム／リチウム／ナトリウム）から選ばれるを０．１重量％以上３０重量％の範囲で調合を各々の組成物に適性量添加混合し調合の潜熱蓄熱材とする。温度変調材にアンモニウム塩・硝酸ナトリウムを用いた蓄熱材調製に係る特許請求第１項、３項記載に関する。
【請求項５】
容器が、軟質で軽薄軽量の合成樹脂製シ−ト間の中空間に複数の同空間が並列して構成の一体型成型物でる。単体／或いは異なる合成樹脂加工を押出射出成型で有効総厚は２．５ｍｍ〜１５ｍｍの範囲でシ−ルド処理が施されたポリエチレン、ポリプロピレン、ポリカ−ボネ−ト、ポリフタレン酸エステル等の合成樹脂、或いは硬質アルミニウムを素材とする。積層時の熱媒体の流路を確保する突起物を板面に付帯する蓄熱材容器に係る特許請求第１項記載に関する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、各系固有の融点で相変化し、凝固潜熱を有する硫酸ナトリウム系の蓄熱密度が３８９（ＭＪ／ｍ３）融点３２．４℃の融解熱２４６（ＫＪ／Ｋｇ）・酢酸ナトリウム系蓄熱密度が３６４（ＭＪ／ｍ３）融点５８．５℃の融解熱２５１（ＫＪ／Ｋｇ）の包晶型及び各種の明礬系の蓄熱密度が４００（ＭＪ／ｍ３）で融点９４℃の融解熱２３２（ＫＪ／Ｋｇ）の調和型を有する潜熱蓄熱組成物を用いた潜熱蓄熱体である、該各系の適性に応じて、暖冷房空調及び給湯用に適用する伝熱効率が良好な潜熱蓄熱材形態である。定廉な夜間電力で大気熱や太陽熱を該蓄熱体に貯めて、必要時住宅やビル、農業等の冷暖房及び給湯の熱源等を目的に小型で高密度、高効率な熱伝達機能を発揮する潜熱蓄熱材の形態を提供する。
【背景技術】
【先行技術文献】
【０００２】  蓄熱の手段に、従来から蓄熱材の容器はポリエチレンやポリプロピレン等合成樹脂製になるブロ−成型になる容器の形態が、球状、中空板状や、押出成型の包装フィルムによる手段が代表的である。夜間電力を利用した直接付設方式の床暖房等に実用化されてきた。しかし、蓄熱材本来の熱量や所要の性能に係る温度伝達性に課題があり、保有潜熱温度の性能を発揮できていなかった。理由は保有熱容量に比べ、温度伝導度か小さく、取出し熱流量の確保には、温度取入口と出口に温度差が生じる、調整上熱媒体の流量調整を必要とし、貯蓄装置の大型化は避けられなかった。又、貯湯の課題として、温度差の大きい冬季、特に外気温が０℃時の貯湯槽は自然放熱による温度ロスは毎時約０．５℃低下する事が知られている。貯湯槽の特性が温度成層型であれば、一日の熱損失は内外温度差、貯湯槽の表面積と外気温度にさらされる接触面積の影響を受けて、残存湯量に比例して、熱損失も増大していた。周囲温度＝供給水温＝１０℃の条件下で、熱損失は理論上の必要量熱量Ｋｃａｌに対し熱損失率は実に３８．８％に達するとの建築協会の研究がある。需要傾向は多機能化で湯量の需要増でタンクの大型化により、設置場所の選定を困難にしていた。蓄熱を保有しないヒ−トポンプは、単独では性能上、立ち上がりの温度追従にタイムラグが生じるなど温度利用で利便性を欠く不都合な課題も抱えていた。
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】  特公告２８９０１９７
【特許文献２】  特公告２５６６４４５
【特許文献３】  特開平１０−２３７４３３
【特許文献４】  特開２００６−７５５７９
【特許文献５】  特開昭５７−１９８７８０
【特許文献６】  特開昭５９−１９７４８６
【特許文献７】  特開昭５７−０７４３８０
【特許文献８】  特開昭５７−０７４３８０
【特許文献９】  特開昭６３−１３５７４７
【特許文献１０】  特開２０１０−１２１８１４
【非特許文献１】  財団法人日本建築学会建築研究会
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】  本発明の蓄熱装置に採用の潜熱蓄熱材は物質固有の融点が変化する事なく、液化した状態から温度が融点より下がると、凝固のエントロピ−生成状態が終了するまで、潜熱を放熱して、質量に応じたエネルギ−の放出と吸収を行う。また融解時は蓄熱物質（１）が完全に液化するまで、熱を吸収する性状の可逆性を保有する。該蓄熱装置に使用する電解水和組成物（１）の系は水の容量に比べ、比重で１．４５倍以上、周囲温度＝供給水温＝１０℃の条件時、△Ｔ／１０℃差の単位熱量は水の約３倍であり、コンパクトで熱量が大きい利点があり、容器の小型化による放熱表面負荷を削減できる。また該蓄熱組成物は各々が独立した中空層構造（１）内に担持され、熱媒体（２）と該蓄熱体の接触面積及び断面の熱伝達抵抗値を改善し温度伝達効率を促進する。この試みにより、熱抵抗率負荷を軽減して、温度伝達効率を改善し熱供給機能を向上する。又装置の小型化は熱損失を軽減し、定廉な装置を提供する利点がある。既存の従来型の貯湯槽との所要熱量比て約７０％削減が可能との試算根拠があり、省スペ−ス、省エネルギ−に寄与する。【０００５】  本発明の潜熱蓄熱組成物（１）の種類は低温域に採用する硫酸ナトリウム系は融点３２℃以下から７℃の範囲である。中温度域に酢酸ナトリウム系は融点５７．５℃以下から３５℃の転移点の範囲であり、高温度域には各種の明礬系水和物は融点９４℃であり、摂氏９４℃以下から７５℃の利用に有用である。多岐に渉る熱源の内、特に冷凍ヒ−トポンプチラ−による低温度の５℃から太陽熱、圧縮ヒ−トポンプの回収熱７０〜９０℃での熱利用に適応性を所要し、除湿乾燥に係る冷房／暖房／給湯の蓄熱用装置として有用である。【０００６】  本発明の各該潜熱蓄熱水和物質は水との密度比で平均１．４倍以上、△Ｔ／１０℃時の所要熱量と放熱量は１．６倍から５．０倍と大きく、当該蓄熱に係る装置の小型化ができる。該各系蓄熱物質は物質固有の融点で吸熱して融解、融点以下で潜熱を放熱しながら凝固の熱反応作用を顕すので、吸熱と放熱は可逆的な状態（相）変化が完了するまで、所要の融点付近で一定温度の潜熱放熱を持続する性状を示す。本発明は単独又は相和した混合物を主材に、調理調合した各系の水和物を適用できる。本発明の一例とする該放熱体の内、酢酸ナトリウム水和物の性状理論値は融点５８．５℃、潜熱量６０Ｋｃａｌ／ｋｇは包晶型であり、融解の過程は高温である。結果、融解／凝固等の熱履歴過程で分子間分離や過飽和に係る過冷却が発生する、尚、固体の熱伝導度が０．３５ｍ．ｋ程度と熱抵抗による伝熱係数は氷の約３５％程度等と効率化に係る課題を抱えていた。
【課題を解決するための手段】
【０００７】  潜熱蓄熱組成材は蓄熱体（１）として、熱媒体（２）の接触表面積率と蓄熱材固有の熱伝導度により接触面の積に比例して温度伝達効率は決定されるから、固有の温度伝達抵抗を緩和する有効手段として、該潜熱蓄熱組成物と外部負荷接触値、即ち、容器厚を最適値化と該潜熱蓄熱材の伝熱の効率化処置が課題であった。容器厚を削減することで、温度伝達効率を改善可能とするが、一方所要熱量の不足が発生する。この不足量の確保の手段に該容器になる蓄熱体を何層にも積層することで補う。温度伝達効率化に、１．容器表面積の拡大と確保、２．質量の増量と確保の相乗効果で達成を可能にする。結果、系固有の熱伝導抵抗を減少させる手段により、エントロピ−の生成を短縮し、ＣＯＰ向上にも寄与する。しかし、一般的に電解性水和物の内、酢酸ナトリウム水和物は相分離や過冷却が顕著で特異な分子構造から系単独での機能で蓄熱材としての機能は持続できない。対応として、他系にも共通的連鎖機能を所持する添加剤としてパリゴスカイト、スメクタイト、ゼオライト、セピオラト等の精製物中の調合手段により解決している。また融点以下に降温しても凝固しない過冷却現象の防止に核生成材として、耐熱性に優れる各種コハク酸・フッ化リチウム・酢酸リチウム・フッ化カリウム複合物・明礬・硫酸コバルト・硼酸等から適栓されるを各系に単独又は複合して、適応する有効性を確立している。一方の各種明礬系は溶解液は酸性であり、耐食課題の解決が先行したが、蓄熱体及び蓄熱槽を合成樹脂に置換えてることで、熱履歴や蓄熱装置機器の保全確保と低コストを達成する。【０００８】  本発明の潜熱蓄熱体に採用するは容器は軟質シ−ト間に中空間を一体に成型した中空（２）内に蓄熱組成物を挿入充填し、内蔵の支持体（１）がポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリカ−ボネ−ト（ＰＣ）、ポリフタル酸エステル、硬質アルミニウムより選択した素材容器を採用する。【０００９】  採用の主材が硫酸ナトリウム水和物系、酢酸ナトリウム水和物系、各種明礬水和物系になる。該各系組成物（１ｃ）は固有の融点以上で液化し、それ以下では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−は熱媒体を介して蓄熱材に温度伝達される。即ち、熱媒体の温度（２）が蓄熱組成物固有の融点より高ければ、蓄熱体（１）は温度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ければ、原子の組み替えにより物質の融点の凝固潜熱量を放熱し固形化と共に放熱は完了する。エントロピ−生成過程で出入りする潜熱を冷暖房や給湯に利用する。放熱後は再加熱により融解の繰り返しの可逆性を有する。【００１０】  即ち、熱の出入りは該系の潜熱蓄熱材（１）と熱媒体（２）との間で、温度差を介して、可逆的に熱吸収と放熱が行われる。従って所要の蓄熱体の使用量（数）を可変することで、負荷に適正な対応を可能し、熱媒体（２）と蓄熱材（１）の効率的な熱伝達を達成する事ができる。所要熱量の増量と相俟って、熱伝達機能の高度化と熱流量負荷に対応した温度と流量能力を効果的に発揮する。【００１１】  熱媒体と蓄熱体の接触面を介して、蓄熱材への温度伝達で熱の受渡しを行う。熱伝導効率の向上手段として、熱��体と接触する蓄熱体の厚みを良好な許容厚に設定して、温度伝達抵抗を抑制する。また該蓄熱体の積層効果により熱媒体との接触面の拡大と保持熱量の増量と温度伝達効率の向上を達成できる。一般的に融解は熱伝導度に比例し、熱抵抗に反比例する、熱伝導λと温度伝導率はａ＝λ／ＰＣの関係原則に起因し、蓄熱体の単位数量の増減に関わる、即ち、蓄熱量の高密度化と高出入力により、設置機器等のＣＯＰの向上に寄与する。従来の球状の合成樹脂プロ−成型カプセルやボ−ドに比べて、単位あたりの蓄熱の温度伝達能を約５倍から１６倍に改善し、省スペ−ス化を促進する。実施において、内外温度差△Ｔ２０℃で、容積１４０ｌの蓄熱材の潜熱量と水の比熱量の比較に措ける高温水７０℃の熱量は７，０００Ｋｃａｌ／Ｋｌに対して、該、該系の５８℃時の潜熱体５ｍｍ×容器量の１３５ｌは１３．８００Ｋｃａｌ／Ｋｌであり、密度に於いて保有熱量差は約２倍に値する優位性を発揮し、省スペ−スと省エネ成果が期待できる。
【発明の効果】
【００１２】  熱源及び負荷に係わる潜熱蓄熱材（１）に容器容積に限定されないが、厚み選択例として５ｍｍ厚を使用の場合の熱抵抗幅はほぼ水と同等乃至し接近した伝熱効果で良好な吸放熱効果が得られる。潜熱蓄熱容器（１）の両面で熱媒体との熱接触で融解／放熱（１）の伝達の効率を向上できる。採用の蓄熱材酢酸ナトリウム系（１）は所要熱量６０Ｋｃａｌ／Ｋｇ５６℃の定量を定時間内に多量に熱供給機能を得た。一般的に水和物塩は包晶型が多く、融解に融点より高い加熱を必要とするが、調和型変更処置（１ｃ）の併用による熱抵抗を軽減する手段が効果的である。実験値は記載しないが、特に明礬系は調和型であり、所望の加熱温度も降温処置融点に近接できる。又該系にポリカ−ボネ−ト樹脂又は金属アルミニウムの使用により１００℃以上の高温に耐え得る事も実証した。太陽熱や夜間電力を動力に大気熱を該蓄熱容器に貯める手段としても、単位潜熱量が大きく、温度伝導度に優れる潜熱型蓄熱装置の構築が容易である。量産メリットで低価格の装置の供給と小型化による利用範囲を拡大して、各分野の冷暖房給湯設備の省スペ−ス化に寄与する。
【発明を実施するための形態】
【００１３】  本発明は、該蓄熱材を中空管内に注入して潜熱蓄熱体（１）とする手段に、液体真空充填方法や点滴ノズル注入法や再固形形状化充填法が採用できる。液体方式は予め、調製した該潜熱蓄熱組成になる溶解物を真空置換機能を応用し、液状の該組成物の充填を行う。固体方式は、予め同様に調製した該潜熱蓄熱組成になる溶解物を固形に形状化したのち、容器空間に挿入する固形化タブレット方式を採用して生産性に対処できる。尚、該蓄熱体は複数を組合わせる積層ユニット化が容易であり、該蓄熱体により構成される装置は熱量の増減等のプロセスで、分割設置やコンパクト化等の簡素化が容易で、大きい熱容量の特徴を有する。更に蓄熱体の増減で構築する装置の機能の効率化を向上する。例えば蓄熱装置の素材はＦＲＰ等複合樹脂製やプラスチックタンクの単体の採用すれば、低コストで腐食を防止し、土中への直接埋設や床下・地下室に設置すると断熱保温効果や未利用スペ−スの活用等、多様な断熱手法を可能にして寒冷地での需要効果がある。ヒ−トポンプや廃熱利用装置に組み込んで、寒冷地や太陽熱を熱源とする除湿冷却機能のタイムラグを補う蓄熱装置として有用である。
【００１４】  該蓄熱体の突起物（３）は蓄熱装置内に積層して設置する蓄熱体（１）の密着を防止して、積層物間に熱媒体との接触流路（２）の間隙作用を目的に付帯している。接触面積に比例して、該蓄熱材と熱媒体の温度伝導を接触温度流量の確保で効率を向上できる。突起物（３）の設定手段はその形状、数や先付又／或いは先付後付の手段に限定されない。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】は入熱及び放熱を行う潜熱蓄熱材を収納する一体成型の中空孔の構成を拡大した断面図である。軟質シ−ト（１ａ）と中空孔を支えて仕切る柱（１ｂ）よりなる空間で、蓄熱材（１ｃ）を充填する開口断面図である。
【図２】は潜熱蓄熱材を充填した蓄熱体の全体構成を示す斜図である。此処では図示しないが、潜熱蓄熱体（１）は注入口ともにシ−ルドが施されている。
【図３】は蓄熱体（１）を複数を積層した状態を示し、該積層密着防止用部位（３）を示し、熱媒体（２）の流路を確保して、積層又或いは並列により、外部または負荷への温度伝達流量路を形成した状態を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
【実施例１】
【００１７】  本発明の実施例である。
本発明に採用するＡ〜Ｂの内、選ばれる酢酸ナトリウム系を適性に調整した組成物の実施例である。比熱０．３５［Ｋｃａｌ／Ｋｇ／℃］密度平均１．４２で放熱量に換算を表１に蓄熱材重量として示す。シ−トの中空間内に蓄熱材（１）を充墳密封して試料とした。加熱温水ヒ−タ−で７５℃に昇温した温水の流速を電磁ポンプで一定流量に設定して、吸熱及び放熱の性状について加熱器の入口温度と出口温度をデ−タ−ロガ−で測定した計測値を表１に示す。熱量の所要はＤＳＣ計測方法とほぼ、一致した値で結果から実施例に採用の該系（１）の熱量は元相理論数値に近いものである。尚、酢酸ナトリウム３水塩の融点調整になる組成物試料（１）を作成して、繰り返しの実施例では実用を想定して熱履歴の試験を行い、性能の効果について詳細は計測表２に示す。
△Ｔ＝２０℃環境温度差に措いて実施した該系になる潜熱蓄熱体の計測結果は系の原型理論値とほぼ近い値を示した。表１に標記するＡ記号は、試料１保持容器の蓄熱材は酢酸ナトリウム３水塩組成物、Ｂ記号は、試料２同ブロ−成型構造体と酢酸ナトリウム３水塩実施に措いての試料。Ｓ、水道水を示す。
【実施例２】
【００１８】  適性に調整の潜熱蓄熱体（１）を積層した蓄熱装置に、ＦＲＰ製（４）６ｌ試料体積内に試料単位：幅３００ｍｍ／長６００ｍｍ／厚０．５ｍｍ）を１．２ｇ×３枚（３．６Ｋｇ）を積層し、該積層間を２ｍｍ或いは摘栓な間隔で熱媒体の流路を確保した装着を表１より選ばれる。該、系固有の融点を有する酢酸ナトリウム水和物を調整して成る潜熱放熱組成物（１）を定量６ｌの装置に装填した。同じく系固有の融点を有する酢酸ナトリウム水和物を調整して成る潜熱放熱組成物（１）を合成樹脂製ブロ−容器に単位３０００ｍｌ（４．３Ｋｇ）総計重量４．３Ｋｇを水量６ｌを満たした容器に装着して、熱量体積を６ｌとした。実施例の潜熱蓄熱材については表１に示す。Ａ，Ｂ，Ｓの各装置に加熱器を設置して、水温を７５℃に昇温水を電動ポンプで各試料に循環し、Ａ、Ｂの熱交換機能について計測では熱伝導度に表２に示す差異を生じた。加熱装置の温水出口と取水口、該装置の入水、出口及び本体に温度センサ−を接続して温度デ−タ−ロガ−により計測。ｎ水量の流量計を取水口に設置し、集水ヘッダ−の出口ｎ水量／秒を計測し、放熱／吸熱の機能に係る系の熱量、融点、及び装置内部温度の項目Ａ，Ｂ，Ｓの平均数値を表２に示す。
【産業上の利用可能性】
【００１９】太陽熱、大気熱、廃熱等を利用する潜熱蓄熱材として、高熱量保持の特性と温度伝熱効率の向上で、従来の１／２以下のコンパクト化で、定廉な蓄熱装置化を可能にし、省電力化と温暖化効果ガスの抑制効果に貢献する。各産業及び農業用施設や住宅用の冷暖房及び給湯用蓄熱設備として供給する。
【符号の説明】
【００２０】    図１〜図３に係る符号
１〜潜熱蓄熱体／１ａ〜軟質シ−ト・１ｂ〜独立中空間を支える柱・１ｃ〜潜熱蓄熱組成物・２〜熱媒体及び流水経路・３〜突起物部位
【配列表フリ−テキスト】【００２１】【配列表】
【表１】
2013087276.tif 000003
2013087276.tif 000004
【配列表】
【表２】
2013087276.tif 000005
【図１】
2013087276.tif 000006
【図２】
2013087276.tif 000007
【図３】
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