(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
塩水和物を含有する蓄熱材を１つの容器に充填してなる蓄熱装置であって、（Ａ）放冷もしくは冷却装置を有する種晶部分、（Ｂ）加熱装置あるいは加熱および冷却装置を有し加熱操作あるいは加熱および冷却操作が可能なスイッチ部分、（Ｃ）加熱装置を有する蓄熱および放熱可能な本体部分、の隣接した３部分を有し、かつ前記１つの容器の形状が円筒状、コイル状、または平板状であることを特徴とする放熱制御可能な蓄熱装置。
【請求項２】
塩水和物を含有する蓄熱材を１つの容器に充填してなる蓄熱装置であって、（Ａ）放冷もしくは冷却装置を有する種結晶が保持されている種晶部分、（Ｂ）加熱装置あるいは加熱および冷却装置を有し加熱操作あるいは加熱および冷却操作が可能なスイッチ部分、（Ｃ）加熱装置を有する蓄熱および放熱可能な本体部分、の隣接した３部分を有し、かつ前記１つの容器の形状が円筒状、コイル状、または平板状である蓄熱装置に対して、（Ａ）種晶部分から（Ｃ）本体部分への結晶伝播を（Ｂ）スイッチ部分の加熱および加熱停止操作あるいは加熱および冷却操作によって制御することを特徴とする塩水和物を含有する蓄熱材を用いてなる蓄熱装置の放熱制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は建造物の暖房等に用いられる潜熱蓄熱材の放熱制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
蓄熱材として具備すべき条件は、蓄熱量が大きいこと、所定の温度レベルで蓄放熱がなされること、長期間安定であること、安価であること、毒性がないこと、腐食性がないこと等が挙げられる。
【０００３】
これらの条件を満たすものとして、相変化性の塩水和物が最もよく検討されているが、硫酸ナトリウム１０水塩、リン酸水素二ナトリウム１２水塩、酢酸ナトリウム３水塩などが代表的なもので、一部は既に実用化されている。これらの塩水和物は相変化に伴う発熱量が大きく、かつ適当な相変化温度を有しているが、いずれも過冷却が大きいという特徴がある。この過冷却が大きいということは放熱に至るまでに温度が低下しすぎるという点で実用的でないと考えられ、従って、これまで塩水和物の欠点とみなされ、過冷却防止剤の探索が長くなされてきた。
【０００４】
しかし、この過冷却が大きいことは、放熱時期を選ぶことができるという点では有利であり、長時間の蓄熱を目的として２，３の提案がなされてきた。例えば放熱させたいときに種結晶を添加することは古くから提案されている。この方法は任意の時点で確実な放熱が得られるが、種結晶を繰り返し添加することによって組成が変化すること、添加操作によって系が開放され水分蒸散があること、添加操作が頻繁な場合は煩雑であり実用的でないことなどの問題点があった。
【０００５】
また、酢酸ナトリウム３水和物の水溶液に対して、電極を挿入して電極間に電圧をかけることによって結晶化させる方法が提案されている。ところがこの方法も電極材の溶出の可能性、通電によるガスの発生の可能性、繰り返し使用に限界があるなどの問題点があった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は前記した従来の技術の問題点を解決しようとするものである。即ち本発明は、塩水和物を主材とする蓄熱材の過冷却状態から放熱させる時期を制御する方法において、蓄熱材の組成変化をもたらさず、長期サイクルに対して安定であり、操作が煩雑でない方法を提供すること、およびその方法を可能とする蓄熱装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
即ち本発明は、塩水和物を含有する蓄熱材を１つの容器に充填してなる蓄熱装置であって、（Ａ）放冷もしくは冷却装置を有する種晶部分、（Ｂ）加熱装置あるいは加熱および冷却装置を有し加熱操作あるいは加熱および冷却操作が可能なスイッチ部分、（Ｃ）加熱装置を有する蓄熱および放熱可能な本体部分、の隣接した３部分を有し、かつ前記１つの容器の形状が円筒状、コイル状、または平板状であることを特徴とする放熱制御可能な蓄熱装置、並びに、該蓄熱装置に対して、（Ａ）種晶部分から（Ｃ）本体部分への結晶伝播を（Ｂ）スイッチ部分の加熱および加熱停止操作あるいは加熱および冷却操作によって制御することを特徴とする塩水和物を含有する蓄熱材を用いてなる蓄熱装置の放熱制御方法に関するものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下本発明について詳しく説明する。
本発明の蓄熱材は加熱・冷却によって固液相変化を呈する塩水和物を含有するものである。該蓄熱材は通常、容器内に充填して使用され、透湿性のない容器に充填して用いることが好ましい。容器の形状は、円筒状、コイル状、平板状のいずれかである。床内部に埋設されて使用される場合には、荷重に耐える十分な強度を有することが好ましい。
【０００９】
塩水和物としては硫酸ナトリウム１０水塩、リン酸水素二ナトリウム１２水塩、酢酸ナトリウム３水塩、塩化カルシウム６水塩、硝酸カルシウム４水塩などが例示される。非調和性塩水和物の場合は低次水和物の生成を避けるために、小過剰の水と固液分離防止剤とを添加することが好ましい。小過剰の水は、塩水和物と水との溶解平衡によって定まる塩水和物の安定領域から選定されるが、多くの場合、塩水和物の水和モル数の１／１０〜１／３程度である。固液分離防止剤としては、水溶性高分子、水膨潤性高分子、高吸水性樹脂、シリカ系増粘剤などが用いられる。これらの塩水和物の他に融点調整剤、分散剤、消泡剤、腐食防止剤、着色剤などを添加することができる。
【００１０】
本発明の蓄熱装置はかかる蓄熱材を用いてなる蓄熱装置であって、該蓄熱材は通常１つの容器の中に充填されており、機能の異なる３つの隣接した部分に分類される。
それら３つの部分は、加熱や冷却といった操作により異なる機能を発現する。加熱や冷却のための装置は、該蓄熱材を充填した容器の外側に設置しても内側に設置しても良い。加熱や冷却の装置を容器の内側に設置する場合は、該装置が蓄熱材と化学反応を起こさないものであることが好ましい。加熱や冷却の装置は、容器の外側に設置する方が、製造が容易であり好ましい。
【００１１】
（Ａ）種晶部分は塩水和物結晶を含み、常に融点以下に保持される。融点以下の温度に保持するために、融点に応じて、強制冷却、放冷あるいは断熱などの方法を採用してもよい。この部分の大きさは隣接する、加熱や冷却といった操作をする（Ｂ）スイッチ部分からの熱の流入の影響を受けても融点以下に保つのに必要な大きさがあればよく、例えば厚さ１０ｍｍ、幅３００ｍｍ、長さ６００ｍｍ程度の平板状の容器であれば、（Ａ）種晶部分の長さは２０ｍｍ以上であることが好ましく、より好ましくは５０ｍｍ以上である。
【００１２】
（Ｂ）スイッチ部分は外部からの操作によって加熱操作あるいは加熱および冷却操作が可能な構造を有する部分であって、（Ａ）種晶部分から（Ｃ）本体部分への結晶伝播を可能とするか、不可とするかのスイッチの機能を有する。加熱には通常、電熱または温水が使用され、冷却には通常、電子冷却、水冷、空冷などが使用される。（Ｂ）スイッチ部分としては、これらの加熱装置を有するか、あるいは加熱および冷却装置を有することが好ましい。この部分の形状は（Ａ）種晶部分と同様のものでもよいし、異なっていても良い。この部分の大きさは、加熱時に少なくとも一部分が完全に融解できるほどの大きさがあればよく、例えば前記の平板状の容器であれば、この部分の長さは１０ｍｍ以上が好ましく、より好ましくは２０ｍｍ以上である。
【００１３】
（Ｃ）本体部分は蓄熱および放熱が可能な蓄熱放熱の主たる部分であり、通常、蓄熱のための加熱装置、例えば電熱または温水などの設備を有する。（Ｃ）本体部分は蓄熱された後、加熱を停止すると冷却されて過冷却状態となる。冷却されてかなり低温になり、その結果、過冷却が破れる恐れがある場合には、過冷却を保持するために適度な断熱を行うことが好ましい。
【００１４】
これら（Ａ）〜（Ｃ）の３つの部分から構成される蓄熱材は、空気層や断熱材等で隔離されていることはなく、当然のことながら連続している。また蓄熱材を充填した容器は（Ａ）種晶部分から（Ｂ）スイッチ部分を通って（Ｃ）本体部分へ結晶伝播しうる形状のものでなければならない。断面形状については、円形、距形などいずれでもよく、特に指定はない。断面積は結晶伝播に必要な広さを有するものであればよい。
【００１５】
次に放熱制御方法の一例の詳細を述べる。蓄熱の際には（Ｃ）本体部分と（Ｂ）スイッチ部分を融点以上に加熱する。両部分が十分融解されたのち、（Ｃ）本体部分の加熱が停止され（Ｂ）スイッチ部分の加熱は持続される。かくして（Ｃ）本体部分は放冷されて融点以下となる。この場合（Ｃ）本体部分は過冷却状態となっている。次に放熱させたい場合は、（Ｂ）スイッチ部分の加熱を停止するか、あるいは冷却する。これによって、（Ｂ）スイッチ部分が冷却されて融点以下になると、（Ａ）種晶部分から結晶が伝播して（Ｂ）スイッチ部分を経て（Ｃ）本体部分へと結晶化が進む。かくして結晶化の進展と共に結晶化熱が放熱される。（Ｃ）本体部分の一端と他端との放熱時間の差が大きいことが問題とされる用途では、（Ｃ）本体部分の長さを短くするか小区分に分割するなどの方法が好ましい。逆に放熱時間の差を積極的に利用したい場合は、（Ｃ）本体部分の長さを長くする方法が好ましい。
【００１６】
【実施例】
以下実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００１７】
実施例１
（（Ｂ）部分のスイッチ操作による放熱制御の例）
アクリル酸を水酸化ナトリウムでｐＨ７．０まで中和して得たアクリル酸ナトリウム２０重量％の水溶液７．５０ｇ、水２４．００ｇ、リン酸水素二ナトリウム無水物１５．８４ｇを採取し、５０℃の水浴中で加熱して透明な溶液を得た。Ｎ，Ｎ’−メチレンビスアクリルアミド０．０２５ｇ、ペルオキソ二硫酸カリウム０．０３ｇを溶解させた後、水２．０１ｇに亜硫酸ナトリウム０．０３ｇを溶解させたものを上記溶液に添加して直ちに幅２５ｍｍ、長さ３００ｍｍの一端をシールしたポリエチレン袋に注入したところ、２分後には流動性のない含水ゲル（長さ２４５ｍｍ、厚さ１０ｍｍ）となった。これを４０℃で一夜保持後、１５℃に冷却して全体を固化させた。この組成物中のリン酸水素二ナトリウム無水物１モルに対する水のモル数は１６モルであった。
固化した組成物の一端から順に長さが（Ａ）９５ｍｍ、（Ｂ）５０ｍｍ、（Ｃ）１００ｍｍとなる部分に印をつけて３つの部分に分け、各々の中央部分に熱電対を貼りつけた。（Ｂ）と（Ｃ）の部分の下に各々面状発熱体を設置し、（Ｂ）と（Ｃ）の上下を２０ｍｍ厚断熱材で包み込んだ。（Ｂ）と（Ｃ）を４５℃に４時間加熱して十分に融解せしめた後、（Ｃ）の面状発熱体の電源を切ったところ、（Ｃ）の中央部分の温度は１時間後に室温（２１℃）まで低下したが、（Ｂ）の中央部分は４５℃に維持された。
次に２時間後に（Ｂ）の面状発熱体の電源を切ったところ、（Ｂ）の中央部分の温度は３０℃まで低下した直後に再び上昇して３３℃に達し、９０分間温度を保った後に徐々に室温まで低下した。（Ｃ）中央部分の温度は（Ｂ）の再上昇より２分間遅れて急上昇して、２９℃に至った。
【００１８】
比較例１
（スイッチ部分がないため放熱が制御されない例）
実施例１と同じ組成物について、（Ｂ）と（Ｃ）を４５℃に４時間加熱して十分に融解せしめたた後、（Ｂ）と（Ｃ）の面状発熱体の電源を同時に切ったところ、（Ｂ）中央部分の温度は３１℃まで低下した直後に再び上昇して３２℃に達し（Ｃ）中央部分の温度は（Ｂ）中央部分の再上昇より２分間遅れて急上昇した（３０℃から３１℃へ）。
【００１９】
実施例２
（（Ｂ）部分のスイッチ操作による放熱制御の例）
酢酸ナトリウム無水物２７．５１ｇ、水２２．５１ｇを採取し、６０℃の水浴中で加熱して透明な溶液を得た。これにポリアクリルアミド部分加水分解物である「スミフロック  ＦＮ−１５Ｈ」（住友化学工業（株）製）１．５０ｇを加え５分間撹拌したのち、幅２５ｍｍ、長さ２７０ｍｍの一端をシールしたポリエチレン袋に注入し、シールした。これを６０℃水浴中に２時間侵漬したのち、室温に放冷し、開封して数粒の種結晶を添加して全体を結晶化させて再びシールした。この組成物中の酢酸ナトリウム無水物１モルに対する水のモル数は３．７モルであった。
固化した組成物を実施例１と同様に３部分に区分して面状発熱体と断熱材とを配置した。（Ｂ）と（Ｃ）を６５℃に４時間加熱して十分に融解せしめた後、（Ｃ）の面状発熱体の電源を切ったところ、（Ｃ）の中央部分の温度は６時間後に１９℃まで低下したが、（Ｂ）の中央部分は６５℃に維持された。
次に６時間後に（Ｂ）の面状発熱体の電源を切ったところ、（Ｂ）中央部分の温度は４６℃まで低下した直後に再び上昇して４８℃に達した。（Ｃ）中央部分の温度は（Ｂ）の再上昇より１１分間遅れて急上昇して４４℃に達した。
【００２０】
【発明の効果】
本発明により、塩水和物を主剤とする蓄熱材の放熱制御が可能となり、建造物の暖房において必要とするときに熱を取り出すことができるために、より経済的な運転が可能となる。