JP2002162182A - 蓄熱体およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来の蓄熱体は容器に蓄熱材を入れる際、最
初は開口を備えた容器内に蓄熱材を流し込み、その後開
口を閉塞する必要があり、容器に対する開口の形成、蓄
熱材充填後の開口の閉塞作業が必要であった。 【構成】 本発明による蓄熱体は、蓄熱材１の表面がそ
の蓄熱材１の透過を阻止する被覆材２で覆われた構成の
蓄熱体において、前記被覆材２の成形温度が前記蓄熱材
１の融点よりも低くなる状態で成形することができるよ
うに各材料の選定を行い、この成形温度条件で成形を行
う。それにより固体の蓄熱材１に流動化している被覆材
２を被覆し、この被覆材２を固体化することによって、
蓄熱材充填用開口の形成、及びその閉塞作業が不要とな
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、蓄熱装置や蓄熱板
に充填される蓄熱体に関する。

【０００２】

【従来の技術】図７は従来における蓄熱体の断面図であ
る。図７において、１１は蓄熱材で、水やパラフィン、
塩化カルシウム六水和物、硫酸ナトリウム十水和物など
の水和物が用いられる。１２は蓄熱材１１を密閉する容
器であり、プラスチックスや金属が用いられる。容器１
２は、蓄熱材１１に対する耐腐食性がある。１３は容器
１２の栓で、容器１２がプラスチックスの場合には同材
質のプラスチックスが溶着される場合が多い。容器１２
が金属の場合には、同材質の金属をねじ込むか、溶接さ
れる。

【０００３】次に従来の蓄熱体の製造方法について説明
する。まず、中空の容器１２を成形する。たとえば、容
器１２がプラスチックス製の場合には、図８のような形
状に成形されることが一般的である。図８において、１
２は容器であり、１４は容器１２の一部に設けられた注
入孔である。図８のような注入孔１４を用いて蓄熱材１
１を容器１２に注入する。最後に注入孔１４を溶融させ
て、図７の栓１３のように加工し、蓄熱材１１を密封す
る。容器１２が金属の場合には、蓄熱材１１を注入後
に、栓１３のようなねじ込み栓をするか、注入孔１４の
ような口を溶接する。

【０００４】上述のように構成された蓄熱体の一般的な
利用形態として、蓄熱体を利用した蓄熱装置の断面図
を、図９に示す。図９において、１５は上述のような手
順で蓄熱材１１が充填された容器１２からなる蓄熱体で
ある。１６は蓄熱体を充填した蓄熱槽である。１７、１
８は一端が蓄熱槽の内部に接続された管路であり、管路
１７、１８の他端は、図９では省略してあるが熱源と熱
利用装置に接続されている。１９は、蓄熱体と外部との
熱交換を媒介する熱媒体である。蓄熱槽１６と外部にあ
る熱源との間に熱媒体１９を循環させて熱を供給する
と、蓄熱体１５、すなわちその内部に充填されている蓄
熱材１１の温度が上昇し、蓄熱材１１の熱容量と温度差
に起因する顕熱が貯蔵されて行く。蓄熱材１１が使用温
度範囲内で相変化する物質の場合には、初め固相にあっ
た蓄熱材１１の温度が徐々に上昇し、やがて蓄熱材１１
の転移点（融点）まで上昇すると、蓄熱材１１は固相か
ら液相へと相変化し、相変化に起因する潜熱が貯蔵され
る。蓄熱材１１の転移（融解）が完了すると、蓄熱材１
１の温度は上昇を再開し、蓄熱材１１の熱容量と温度差
に起因する顕熱が貯蔵されていく。熱媒体の循環を停止
させると、蓄熱体１５の温度上昇は停止し、蓄熱した熱
を保存する。貯蔵した熱が必要になれば、蓄熱槽１６と
外部にある熱利用装置との間に熱媒体１９を循環させて
熱を抽出すると、蓄熱体１５、即ちその内部に充填され
ている蓄熱材１１の温度が低下するとともに、貯蔵して
いた顕熱や潜熱が熱利用設備に供給され、利用される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述のように構成され
た蓄熱体において、蓄熱材１１は、熱を貯蔵するという
蓄熱体の基本作用発現のために不可欠のものである。容
器１２は、蓄熱体の使用過程において蓄熱材１１が流出
して蓄熱機能が低下することを防止する作用を持つ。蓄
熱体の蓄熱材１１は容器１２に一旦充填されると、蓄熱
体を廃棄するまで再び容器１２から取り出すことは無い
のが通常である。このため、蓄熱材１１を充填する前の
容器１２には図８のような注入孔１４が設けられている
が、蓄熱材１１の充填後には注入孔１４が栓１３に完全
に変形、あるいは交換され、元に戻ることはない。すな
わち、注入孔１４や栓１３の製造工程は、蓄熱体の製造
過程において必要なものであり、蓄熱体の使用過程にお
いては必要のないものとなる。言い換えれば、使用中の
蓄熱体として必須でもない部分の製造と加工に、手間と
時間を掛けていることになる。

【０００６】本発明は上述のような問題点を解決するた
めになされたもので、蓄熱体の製造上の都合から使用さ
れている注入孔１４や栓１３を無くすことで、従来より
も単純な構造、単純な製造工程の蓄熱体を提供すること
を目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明による蓄熱体は、
上記課題を解決するために、蓄熱材の表面が該蓄熱材の
透過を阻止する被覆材で覆われており、前記被覆材の成
形温度は前記蓄熱材の融点よりも低いことを特徴とす
る。また、前記被覆材と前記蓄熱材との間には、隙間が
設けられていることを特徴とする。また、前記被覆材の
表面が該被覆材の強度や耐食性を高める保護材で覆われ
ていることを特徴とする。

【０００８】また、前記蓄熱材は、水あるいは水と有機
溶媒との溶液であることを特徴とする。また、前記蓄熱
材は、パラフィンであることを特徴とする。また、前記
蓄熱材は、水和物あるいは相分離防止剤が添加された水
和物あるいは過冷却防止剤が添加された水和物であるこ
とを特徴とする。また、前記蓄熱材は、有機溶媒である
ことを特徴とする。また、前記蓄熱材は、プラスチック
スであることを特徴とする。また、前記蓄熱材は、溶融
塩であることを特徴とする。また、前記蓄熱材は、金属
であることを特徴とする。

【０００９】また、前記被覆材は、気硬性セメントある
いはい水硬性セメントあるいはモルタルあるいはコンク
リートあるいは石膏であることを特徴とする。また、前
記被覆材は、ゴムであることを特徴とする。また、前記
被覆材は、プラスチックスであることを特徴とする。ま
た、前記被覆材は、セラミックスであることを特徴とす
る。また、前記被覆材は、金属であることを特徴とす
る。また、前記保護材は、気硬性セメントあるいはい水
硬性セメントあるいはモルタルあるいはコンクリートあ
るいは石膏であることを特徴とする。また、前記保護材
は、ゴムであることを特徴とする。また、前記保護材
は、プラスチックスであることを特徴とする。また、前
記保護材は、セラミックスであることを特徴とする。ま
た、前記保護材は、金属であることを特徴とする。

【００１０】さらに、本発明による蓄熱体の製造方法に
おいては、前記被覆材を設けるときに、前記蓄熱材は内
部に中空を含有することを特徴とする。さらに、本発明
による蓄熱体の製造方法においては、前記被覆材を設け
るときに、前記被覆材となる材料の温度を、該材料が固
化するまでは前記蓄熱材の融点よりも低い温度に維持す
ることを特徴とする。

【００１１】

【作用】本発明による蓄熱体では、蓄熱体の透過を阻止
する被覆材の成形温度が充填する蓄熱材の融点よりも低
く、かつ成形後の被覆材の耐熱温度が充填する蓄熱材の
融点よりも高くなっている。蓄熱体を製造する際には、
まず液相あるいは塑性変形可能な固相となっている蓄熱
材を所要の形状の型枠に流し込んだ後に蓄熱材の凝固点
以下の温度に冷却して固化させるか、固相となっている
蓄熱材を適当な形状に切断・加工することで、適当な形
状の固相の蓄熱材を製造する。次に、蓄熱材の周囲に被
覆材となる材料の膜を張る。被覆材となる材料は、成形
前は液相あるいは液相と固相の混合相、あるいは容易に
塑性変形可能な固相となっているので、蓄熱材の回りに
容易に塗り広げたり、膜を形成することができる。この
際、蓄熱材の温度は融点よりも低く、固相となっている
ので、蓄熱材が流出したり、蓄熱材と被覆材となる材料
が混合したりすることはない。被覆材となる材料は、蓄
熱材の回りに塗り広げられてから一定時間後に、乾燥や
被覆材となる材料内の化学反応、焼成操作などによって
固化する。固化の過程においても、蓄熱材の温度は融点
よりも低く、固相となっているので、蓄熱材が流出した
り、蓄熱材と被覆材となる材料が混合したりすることは
ない。もしも被覆材となる材料の乾燥や反応、焼結操作
などで発生する熱によって、蓄熱材の温度が蓄熱材の融
点以上になる可能性がある場合には、蓄熱材の温度が蓄
熱材の融点よりも低い温度になるように、冷却操作を加
える。被覆材となる材料が一旦固化すれば、蓄熱材は固
相の被覆材の中に密閉されることになる。

【００１２】成形後の蓄熱体が使用される場合の蓄熱材
の様子は、従来例と基本的に同様である。ただし、蓄熱
体の使用温度は成形温度とは無関係であり、成形後の被
覆材の耐熱温度を越えない限り、蓄熱材の融点より低い
温度範囲だけで使用することも、蓄熱材の融点より高い
温度範囲だけで使用することも、あるいは蓄熱材の融点
を含む温度範囲で使用することも可能である。以下に、
それぞれの場合について、蓄熱材の様子を記述する。

【００１３】蓄熱材の融点より低い温度範囲だけで使用
する場合は、蓄熱材が常に固相の状態になる。蓄熱材は
固相のままであるので、使用中において蓄熱材と被覆材
が混合したりすることはない。蓄熱体に外部から熱を供
給すると、蓄熱材の温度が上昇し、蓄熱材の熱容量と温
度差に起因する固相の顕熱が貯蔵されて行く。外部から
の熱供給が停止すると、蓄熱材の温度上昇は停止し、蓄
熱した熱を保存する。貯蔵した熱が必要になれば、蓄熱
材から熱を抽出すると、蓄熱材の温度が低下するととも
に、貯蔵していた固相の顕熱が蓄熱材から放出され、利
用することができる。２回目以降の熱の供給と放出は、
上記の繰り返しとなる。

【００１４】蓄熱材の融点より高く、沸点よりも低い温
度範囲だけで使用する場合は、蓄熱材が常に液相の状態
になる。成形後に蓄熱体を使用温度に上昇させると、蓄
熱材の融点で蓄熱材は融解し、液相となる。液相となっ
た蓄熱材は形が無くなるが、蓄熱材が融解前の固相状態
で占めていた空間の形は、固相の被覆材で保持されたま
まであるので、被覆材が容器となって蓄熱体からの蓄熱
材の流出を阻止する。蓄熱体に外部から熱交換器等を用
いて熱を供給すると、蓄熱材の温度が上昇し、蓄熱材の
熱容量と温度差に起因する液相の顕熱が貯蔵されて行
く。外部からの熱供給が停止すると、蓄熱材の温度上昇
は停止し、蓄熱した熱を保存する。貯蔵した熱が必要に
なれば、蓄熱材から熱を抽出すると、蓄熱材の温度が低
下するとともに、貯蔵した液相の顕熱が蓄熱材から放出
され、利用することができる。２回目以降の熱の供給と
放出は、上記の繰り返しとなる。蓄熱材の沸点よりも高
い温度範囲だけで使用する場合は、蓄熱材が常に気相の
状態になるが、基本的な作用は上記と同様である。

【００１５】蓄熱材の融点を含む温度範囲で使用する場
合は、蓄熱材は温度や時刻に応じて固相か液相、あるい
はその混合相のいずれかの状態になる。蓄熱体に外部か
ら熱を供給すると、蓄熱材の温度が上昇し、蓄熱材の熱
容量と温度差に起因する固相の顕熱が貯蔵されて行く。
蓄熱材の温度が蓄熱材の融点まで上昇すると、蓄熱材は
固相から液相へと相変化し、相変化に起因する潜熱が貯
蔵される。液相となった蓄熱材は形が無くなるが、蓄熱
材が融解前の固相状態で占めていた空間の形は、固相の
被覆材で保持されたままであるので、被覆材が容器とな
って蓄熱体からの蓄熱材の流出を阻止する。蓄熱材の融
解が完了し、蓄熱材が完全に液相になると、蓄熱材の温
度は上昇を再開し、蓄熱材の熱容量と温度差に起因する
液相の顕熱が貯蔵されて行く。外部からの熱供給が停止
すると、蓄熱材の温度上昇は停止し、蓄熱した熱を保存
する。

【００１６】貯蔵した熱が必要になれば、蓄熱材から熱
を抽出すると、まず蓄熱材の温度が低下するとともに、
貯蔵した液相の顕熱が蓄熱材から放出される。蓄熱材の
温度が低下し、融点あるいは結晶核生成温度に達する
と、蓄熱材は液相から固相へと相変化し、貯蔵した潜熱
が蓄熱体から放出される。液相の蓄熱材は被覆材の形成
する空間に保持されているので、被覆材の空間の形、す
なわち融解前の固相の蓄熱材と同じ形に凝固する。蓄熱
材の凝固が完了し、蓄熱材が完全に固相になると、蓄熱
材の温度は下降を再開し、貯蔵した固体の顕熱が蓄熱体
から放出される。２回目以降の熱の供給と放出は、上記
の繰り返しとなる。蓄熱材の沸点を含む温度で使用する
場合は、蓄熱材は温度や時刻に応じて液相か気相、ある
いはその混合相のいずれかの状態になるが、基本的な作
用は上記と同様である。

【００１７】蓄熱材と被覆材との間に設けられている隙
間は、蓄熱体が使用される際に、蓄熱材と被覆材の熱膨
張の差によって発生する応力を、緩和することができ
る。すなわち、蓄熱体の利用時に、蓄熱材は固相や液相
などの相に関わらず、温度に応じて密度が変化する。一
般に、物質の密度は温度が上昇するほど小さくなるの
で、体積は温度が高くなるほど大きくなる。製造段階に
固相であった蓄熱材の体積は、使用時の温度が製造時よ
りも高くなれば、膨張して大きくなる。被覆材の体積も
温度上昇に合わせて大きくなるが、使用時の温度におい
て、被覆材の膨張よりも蓄熱材の膨張の方が大きけれ
ば、両者の膨張差によって蓄熱材には圧縮応力が作用
し、逆に被覆材には引張応力が作用して、被覆材に亀裂
を生じさせる可能性もある。ところが、蓄熱材と被覆材
との間に空隙があれば、空隙の体積は蓄熱材に比べて容
易に膨張・収縮できるので、蓄熱材と被覆材の熱膨張差
を吸収し、被覆材の応力破壊を防止することができる。

【００１８】被覆材の表面を保護材で覆うことにより、
被覆材すなわち蓄熱体の強度や被覆材の耐食性を高める
ことができる。たとえば、蓄熱体を蓄熱槽中で多数積み
上げる場合には、蓄熱体の重みのために下層の蓄熱体に
大きな圧縮力が働くが、保護材で蓄熱体の強度を強化し
てあれば、蓄熱体の積み上げによって蓄熱体がつぶれて
しまうことを防ぐことができる。また、蓄熱体を蓄熱槽
に充填して熱媒体を流す際に、熱媒体が被覆材を腐食す
る恐れがある場合に、保護材で蓄熱体の耐食性を強化し
てあれば、腐食性の熱媒体によって被覆材が腐食される
ことを防ぐことができる。

【００１９】蓄熱材に水を用いれば、氷点下から１００
℃程度までの顕熱あるいは潜熱蓄熱機能を安定的かつ安
価かつ安全に利用することができる。また、蓄熱材にパ
ラフィンを用いれば、常温から７０℃程度までの顕熱あ
るいは潜熱蓄熱機能を安定的に利用することができる。
また、蓄熱材に水和物あるいは相分離防止剤が添加され
た水和物あるいは過冷却防止剤が添加された水和物を用
いれば、常温付近から１２０℃程度までの顕熱あるいは
潜熱蓄熱機能を安価に有効利用することができる。ま
た、蓄熱材に有機溶媒を用いれば、低温から１００℃程
度までの顕熱あるいは潜熱蓄熱機能を安定的に利用する
ことができる。また、蓄熱材にプラスチックスを用いれ
ば、常温から２００℃程度までの顕熱あるいは潜熱蓄熱
機能を安定的に利用することができる。また、蓄熱材に
溶融塩を用いれば、２００℃から１３００℃程度までの
高温の顕熱あるいは潜熱蓄熱機能を利用することができ
る。また、蓄熱材に金属を用いれば、１００℃から１６
００℃程度までの高温の顕熱あるいは潜熱蓄熱機能を利
用することができる。

【００２０】また、被覆材や保護材に気硬性セメントあ
るいはい水硬性セメントあるいはモルタルあるいはコン
クリートあるいは石膏を用いれば、常温付近で成形、固
化することができ、１００℃から１０００℃程度までの
耐熱機能を利用することができる。また、被覆材や保護
材にゴムを用いれば、常温付近で成形、固化することが
でき、常温付近の温度で弾性の高い被覆あるいは保護機
能を利用することができる。また、被覆材や保護材にプ
ラスチックスを用いれば、常温から２００℃付近で成
形、固化することができ、常温付近から２００℃程度の
温度で耐食性や強度の高い被覆あるいは保護機能を利用
することができる。また、被覆材や保護材にセラミック
スを用いれば、常温付近で成形し、７００〜１０００℃
程度で焼成することができ、１０００℃から２０００℃
程度までの耐熱機能を利用することができる。また、被
覆材や保護材に金属を用いれば、常温付近で成形し、１
０００℃程度で焼成することができ、１００℃から１２
００℃程度までの耐熱機能を利用することができる。

【００２１】さらに、蓄熱体の製造において被覆材を設
けるときに、蓄熱材の内部が中空になるようにすれば、
蓄熱材と被覆材の熱膨張の差によって発生する応力を緩
和するために、蓄熱材と被覆材との間に隙間を容易に形
成させることができる。すなわち、蓄熱体の製造時には
蓄熱材の正味の体積に、蓄熱材中に設けた中空の体積を
加えた体積の空間を被覆材が覆うことになるので、蓄熱
体の使用時に蓄熱材が固相のままで膨張すると、膨張に
よる応力を蓄熱材中の中空で緩和することができ、ある
いは蓄熱材が融解して液相になると、製造時に設けてい
た中空は浮力差で蓄熱材の上部に移動して、被覆材の中
に蓄熱材のない空間を部分的に形成し、膨張による応力
を蓄熱材のない空間で緩和することができる。さらに、
蓄熱体の製造において被覆材を設けるときに、被覆材と
なる材料の温度を該材料が固化するまでは前記蓄熱材の
融点よりも低い温度になるように維持すれば、固化の際
に乾燥や被覆材となる材料内の化学反応、焼成操作など
によって蓄熱材の温度が融点以上になり、液相になって
被覆材となる材料にとけ込んだり、漏洩することを防止
することができる。

【００２２】

【実施例】実施例１.図１（ａ）は本発明による蓄熱体
の断面図であり、図２は図１（ａ）の蓄熱体の製造装置
の一例を示す断面図である。図１（ａ）において、１は
蓄熱体の蓄熱材、２は蓄熱材１の周囲を取り囲む被覆材
であり、両者で蓄熱体を構成する。図１（ａ）では蓄熱
体の形状を球体としてあるが、蓄熱体の形状は他に立方
体や円柱など、使用目的に応じて種々の形状にすること
ができる。蓄熱材１と被覆材２となる物質の組み合わせ
は後述するが、選択条件として、被覆材２は蓄熱材１に
対して不溶性・耐食性があり、蓄熱材１の融点が被覆材
２の成形温度よりも高いことを必須とする。なお、ここ
での成形温度とは、液体あるいは液体と固体の混合物、
あるいは塑性変形が容易な固体の物質が固体状に変化す
るときの温度を示す。図２において３と４はそれぞれ、
被覆材２となる物質を注入し、必要な形状に固化させる
際に使用する下型枠と上型枠であり、５は上型枠４に設
けられている通気口であり、５’はその通気口を適宜塞
ぐ栓である。６は、下型枠３に取り付けられた下型枠３
の回転軸である。

【００２３】次に、図１の蓄熱体の製造工程について説
明する。まず、適当な大きさの固相の蓄熱材１を製造す
る。固相の蓄熱材１の製造には、液相の状態でたこ焼き
器のような型枠に入れてから冷却し、固相にした後に型
枠から取り出す方法や、液相を一つの型枠に入れて冷却
し、固相にした後に型枠から取り出して適当な大きさに
分割・成形する方法など、種々の方法を採ることができ
る。次に、被覆材２となる物質を流体状で図２（ａ）の
ような下型枠３に流し込む。被覆材２となる物質の流し
込み量は、たとえば図２において下型枠３と上型枠４の
作る空間の体積から、蓄熱材１の体積を減じた量であ
る。次に、流し込んだ被覆材２となる材料の上に、蓄熱
材１を置く。この際、蓄熱材１は融点よりも温度が低い
固相状態であるので、蓄熱材１と被覆材２となる材料が
混合することはない。次に、下型枠３に上型枠４を挿入
する。通気口５は、下型枠３に上型枠４を挿入する際
に、両者の隙間に残っていて逃げ場の無くなった気体を
逃がす働きをする。下型枠と上型枠のはめ合いを適切に
すれば、下型枠３に滞留している被覆材２となる材料の
一部が蓄熱材１と上型枠４との隙間に流れ込み、蓄熱材
１は被覆材２となる材料に周囲を完全に覆われることに
なる。

【００２４】最後に、被覆材２となる材料の固化処理を
する。被覆材２にセメントや樹脂を選択すれば、被覆材
２を室内で静置するだけで固化処理を完了させることが
できる。被覆材２にセラミックスや金属を選択すれば、
被覆材２を炉内で焼結させることで固化処理を完了させ
ることができる。この際、上型枠３および下型枠４との
間に挟まれた蓄熱材１の重力による位置の偏りを緩和し
たり、蓄熱材１と上型枠３および下型枠４との間の隙間
に被覆材２となる材料が行き渡り、蓄熱材１が被覆材２
となる材料に完全に覆われるように、下型枠３と上型枠
４の組み合わせた型枠全体に振動を与えたり、下型枠３
と上型枠４の組み合わせた型枠全体を回転軸６の回りに
回転させたりすれば、より効果的である。図示のように
回転軸６の回りに回転させる際には、必要に応じて通気
口５に栓５’を施す。被覆材２が固化すれば、上型枠４
を下型枠３から外し、被覆材２で被覆された蓄熱材１を
取り外すことで、蓄熱体の製造が完了する。

【００２５】蓄熱体の製造において重要なことは、被覆
材２となる物質の物性である。必要な機能を発揮する蓄
熱材１の凝固点がＴ１であり、蓄熱体の使用温度の上限
がＴ２であり、被覆材２の成形温度がＴ３であり、被覆
材２の固化処理後の耐熱温度がＴ４であるとすると、こ
れに対応する被覆材２に求められる条件は、成形温度Ｔ
３が凝固点Ｔ１よりも低く、かつ耐熱温度Ｔ４が使用温
度の上限Ｔ２よりも高いことである。すなわち、Ｔ３＜
Ｔ１かつＴ２＜Ｔ４が必要条件となる。この温度関係の
一例を図１（ｂ）に示している。このような被覆材２と
蓄熱材１を選択すれば、固相の蓄熱材１は、蓄熱体の製
造時に被覆材２に混ぜても固相状態を維持でき、蓄熱材
１と被覆材２とは化学的に混じり合うことがない。よっ
て、従来例のような蓄熱材１１を密閉するための容器１
２を用いる必要が無く、蓄熱体の製造および構造を単純
化することが可能である。

【００２６】次に、蓄熱体の使用方法について説明す
る。まず、蓄熱体に熱を注入するために、熱交換器や電
熱器等を用いて蓄熱体に外部から熱を供給する。これに
より蓄熱材１の温度は徐々に上昇し、作用で述べたよう
に使用温度域に応じた蓄熱材１の変化と熱の貯蔵が行わ
れる。この際、作用で述べたように、たとえ蓄熱材１が
液相や気相になったとしても、被覆材２が蓄熱材１の容
器として作用するので、蓄熱材１が蓄熱体から漏洩する
ことはない。また、熱の供給が停止した後は、蓄熱材１
に貯蔵した熱は保存される。蓄熱体から熱を抽出する際
には、蓄熱材１に貯蔵された熱が被覆材２を通して外部
に放出され、作用で述べたように蓄熱材１は加熱前と全
く同じ状態に復帰する。２回目以降の熱の供給と放出
は、上記の繰り返しとなる。

【００２７】次に、本発明で適用される蓄熱材１と被覆
材２の組み合わせ例を示す。 組み合わせ例 蓄熱材１：ポリエチレングリコール（＃６００） 被覆材２：ウレタンゴム 成 形 前：常温でポリエチレングリコールは固体、ウレ
タンゴム素材は液体 成 形 時：常温でポリエチレングリコールは固体、ウレ
タンゴム素材は硬化 使 用 時：２５℃未満でポリエチレングリコールは固
体、ウレタンゴムは固体 ２５℃以上でポリエチレングリコールは液体、ウレタン
ゴムは固体 耐熱温度：８０℃程度

【００２８】蓄熱材１：燐酸ソーダ（燐酸水素二ナトリ
ウム十二水和物） 被覆材２：シリコンゴム 成 形 前：常温で燐酸ソーダは固体、シリコンゴム素材
は液体 成 形 時：常温で燐酸ソーダは固体、シリコンゴム素材
は硬化 使 用 時：３６℃未満で燐酸ソーダは固体、シリコンゴ
ムは固体 ３６℃以上で燐酸ソーダは液体、シリコンゴムは固体 耐熱温度：２５０℃程度

【００２９】蓄熱材１：パラフィン（４８−５０℃） 被覆材２：モルタル 成 形 前：常温でパラフィンは固体、モルタル素材は流
動固体 成 形 時：常温でパラフィンは固体、モルタル素材は固
化 使 用 時：４８℃未満でパラフィンは固体、モルタルは
固体 ４８℃以上でパラフィンは液体、モルタルは固体 耐熱温度：１００℃程度

【００３０】蓄熱材１：高密度ポリエチレン 被覆材２：エポキシ樹脂 成 形 前：常温で高密度ポリエチレンは固体、エポキシ
樹脂素材は液体 成 型 時：常温で高密度ポリエチレンは固体、エポキシ
樹脂素材は硬化 使 用 時：１２７℃未満で高密度ポリエチレンは固体、
エポキシ樹脂は固体 １２７℃以上で高密度ポリエチレンは流動体、エポキシ
樹脂は固体 耐熱温度：２００℃程度

【００３１】上記例のような組み合わせは、他に種々の
物質から選択することができる。たとえば、蓄熱材１に
は硫酸ナトリウム十水和物、炭酸ナトリウム十水和物、
チオ硫酸ナトリウム五水和物、酢酸ナトリウム三水和
物、塩化マグネシウム六水和物、硫酸アルミニウム十水
和物、硝酸マグネシウム六水和物、硫酸アルミニウムア
ンモニウム十二水和物、硫酸アルミニウムカリウム十二
水和物、硝酸ニッケル（II）六水和物、塩化カルシウム
六水和物、炭酸カルシウム六水和物、ふっ化カリウム四
水和物、燐酸水素二カルシウム六水和物、硝酸カルシウ
ム四水和物などの水和物、マンニトール、エリスリトー
ルなどのアルコール、ｎ−トリアコンタン、ｎ−オクタ
コサン、ｎ−ヘプタコサン、ｎ−ヘキサコサン、ｎ−テ
トラコサン、ｎ−ドコサン、ｎ−ヘネイコサン、ｎ−ノ
ナデカン、ｎ−オクタデカン、ｎ−ヘキサデカン、ｎ−
テトラデカン、ｎ−ドデカン等の各種パラフィン、水、
ペンタエリストール、ポリエチレン、アセトアミド、プ
ロピオナミド、ナフタレン、ステアリン酸、ビフェニ
ル、ポリエチレングリコール、ポリミチン酸、カンフェ
ン、３−ヘプタデカノン、エライジン酸、シアナミド、
ラウリン酸、トリミリスチン、カプリン酸、乳酸、グリ
セリン、酢酸、カプリル酸、エチレンジアミン、ギ酸等
の各種有機物、包接化合物、およびそれらの混合物、あ
るいはそれらに相分離防止剤や酸化防止剤等が添加され
た物質など、種々の物質が所要の使用温度や蓄熱量に応
じて選択、利用することができる。

【００３２】たとえば、被覆材２には気硬性セメント、
水硬性セメント、コンクリート、石膏、耐熱モルタル、
アルミナセメント、水硬性アルミナなどに水や粘結材な
どの副原料を混合した物、土石と接着剤（にかわ、つの
また、こんにゃくのり、アラビアゴムのり等）の混合
物、ポリエチレンやポリプロピレン等の樹脂、各種のゴ
ムやエポキシ系樹脂など、種々の物質が所要の使用温度
や蓄熱材１の材質などに応じて選択、利用することがで
きる。

【００３３】蓄熱材１：塩化ナトリウム 被覆材２：粘土 成 形 前：２０℃で塩化ナトリウムは固体、粘土は流動
固体 成 形 時：９００℃で塩化ナトリウムは固体、粘土は固
化 使 用 時：１０７０℃未満で塩化ナトリウムは固体、粘
土は固体（煉瓦） １０７０℃以上で塩化ナトリウムは液体、粘土は固体
（煉瓦） 耐熱温度：１３００℃程度

【００３４】蓄熱材１：鉄 被覆材２：アルミナ（酸化アルミニウム） 成 形 前：２０℃で鉄は固体、アルミナ素材は流動固体 成 形 時：１０００℃で鉄は固体、アルミナ素材は固化 使 用 時：１５３５℃未満で鉄は固体、アルミナは固体 １５３５℃以上で鉄は液体、アルミナは固体 耐熱温度：２０００℃程度

【００３５】上記例のような組み合わせは、他に種々の
物質から選択することができる。たとえば、蓄熱材１に
は水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウ
ム、亜硝酸ナトリウム、硝酸カリウム、硝酸リチウム、
硝酸ナトリウム、塩化リチウム、塩化カリウム、塩化マ
グネシウム、塩化カルシウム、フッ化リチウム、フッ化
ナトリウム、フッ化カリウム、フッ化カルシウム、フッ
化マグネシウム、炭酸リチウム、炭酸ナトリウム、炭酸
カリウム等の溶融塩あるいはそれらの混合物、亜鉛、ア
ルミニウム、アンチモン、硫黄、インジウム、カドニウ
ム、カリウム、ガリウム、カルシウム、金、銀、珪素、
ゲルマニウム、コバルト、サマリウム、錫、ストロンチ
ウム、セシウム、セリウム、セレン、タリウム、チタ
ン、テルル、銅、ナトリウム、鉛、ニッケル、バリウ
ム、ビスマス、砒素、ベリリウム、マグネシウム、マン
ガン、ヨウ素、ランタン、リチウム、燐、ルビジウム等
の金属あるいはそれらの混合物など、種々の物質が所要
の使用温度や蓄熱量に応じて選択、利用することができ
る。

【００３６】たとえば、被覆材２には窒化珪素、炭化珪
素、窒化ホウ素、酸化ジルコニウム、ホウ化ジルコニウ
ム、ホウ化物サーメット等のセラミックス、チタン酸ア
ルミニウム、チタン酸バリウム、マンガン／コバルト／
ニッケル混合物、五酸化バナジウム／金属酸化物等の金
属など、種々の物質が所要の使用温度や蓄熱材１の材質
などに応じて選択、利用することができる。

【００３７】実施例２.図３は本発明の他の実施例を示
す蓄熱体の断面図であり、図４は図３の蓄熱体の製造装
置の一例を示す断面図である。また、図５は、本実施例
の製造方法をより安定的に行わせるための、蓄熱体の断
面図を表している。図３において、１と２は実施例図１
と同一あるいは相当する部分を示す。７は被覆材２の内
部にあって、蓄熱材１の存在しない空隙である。図４に
おいて、１〜５は図２に示す実施例と同一あるいは相当
する部分を示す。８は蓄熱材１に設けられた窪みであ
る。図５において、９は蓄熱材１の中に設けられた空隙
である。

【００３８】蓄熱体の利用時に、蓄熱材１は固相や液相
などの相に関わらず、温度に応じて密度が変化する。作
用で説明したように、製造段階に固相であった蓄熱材１
の体積は、使用時の温度が製造時よりも高くなれば、膨
張して大きくなる。被覆材２の体積も温度上昇に合わせ
て大きくなるが、使用時の温度において、被覆材２の膨
張よりも蓄熱材１の膨張の方が大きければ、両者の膨張
差によって被覆材２に引張応力が発生し、被覆材２に亀
裂を生じさせる可能性もある。本実施例は、このような
問題を解決するための例を示す。

【００３９】まず、図３の蓄熱体の製造工程について説
明する。実施例１と同様に、適当な大きさの固相の蓄熱
材１を製造する。その際、蓄熱材１には図４に示される
ような空隙８を設ける。空隙８の形状は、任意に設定す
ることができる。次に、被覆材２となる物質を流体状で
下型枠３に流し込み、流し込んだ被覆材２となる材料の
上に、蓄熱材１を図４のように窪み８を下向きにして置
く。蓄熱材１が下型枠３内で回転しないように、蓄熱材
１や下型枠３、上型枠４の形状を図４のような非対称形
にすれば、蓄熱材１の窪み８には被覆材２となる物質が
流れ込まないので、窪み８の中の空隙が保たれたままで
蓄熱材１の被覆が行われる。次に、実施例１と同様に下
型枠３に上型枠４を挿入し、最後に、被覆材２となる材
料の固化処理をする。被覆材２が固化すれば、上型枠４
を下型枠３から外し、被覆材２で被覆された蓄熱材１を
取り外すことで、蓄熱体の製造が完了する。

【００４０】上述のように製造した蓄熱体の使用方法
は、実施例１と同様である。ただし、本実施例の場合に
は、被覆材２の内部に蓄熱材１と空隙７が図３のように
存在する。この空隙７は、固相や液相にある蓄熱材１と
比較して、容易に収縮、膨張できる。このため、蓄熱材
１の相に関わらず、蓄熱体の使用時に蓄熱材１と被覆材
２の膨張差による圧力を空隙７で緩和することが可能で
ある。

【００４１】上述のような蓄熱体の製造において、図５
のように蓄熱材１の製造段階で蓄熱材１の中に空隙９を
設けておけば、本実施例の製造方法をより安定的に行わ
せることができる。たとえば回転成形法を用いれば、図
５のような中空の蓄熱材１を容易に製造することができ
る。図５の蓄熱材であれば、図４のように被覆材成型時
の蓄熱材１の向きを配慮する必要もなく、図２で示した
ような単純な操作で膨張圧の差による圧力を緩和するた
めの空隙９を、被覆材２の中に設けることができる。空
隙９は、蓄熱体を固相のままで使用する場合には、図５
の位置で変わりなく、蓄熱体を一度でも融解させる場合
には、密度差によって空隙９は図３の空隙７と同様の位
置に移動するが、圧力を緩和する機能は空隙の位置に関
わらずほぼ同様である。

【００４２】実施例３.図６は本発明の他の実施例を示
す蓄熱体の断面図である。図６において、１と２は実施
例図１と同一あるいは相当する部分を示す。１０は被覆
材２の表面に設けられた保護材である。保護材の材質
は、所要の機能により、実施例１の被覆材２と同様の種
々の材料を選択し、利用することができる。

【００４３】まず、図６の蓄熱体の製造工程について説
明する。蓄熱材１を被覆材２で被覆し、固化させるまで
は実施例１と同様である。保護材１０の製作は、被覆材
２を固化させた後に、被覆材２の表面をさらに別の材料
で被覆することにより行う。前述のように被覆材２の成
形温度は蓄熱材１の融点よりも低くする必要があり、蓄
熱材１に対して選択できる被覆材２の材料は制限を受け
るが、被覆材２が固化した後は、蓄熱体の温度が蓄熱材
１の融点よりも高くなって、蓄熱材１が融解し、液相に
なっても、被覆材２が蓄熱材１の容器となって、蓄熱材
１の外部への流出は防止されるので、保護材１０の成形
は、蓄熱材１の融点に関わらず、被覆材２の耐熱温度ま
で許容される。このため、被覆材２よりも容易に、自由
に保護材１０を成形させることができる。

【００４４】上述のように製造した蓄熱体の使用方法
は、実施例１と同様である。ただし、本実施例の場合に
は、保護材１０の作用によって耐熱性や耐食性、耐圧性
を高くでき、より厳しい周囲温度、周囲雰囲気、周囲圧
力の環境下に対しても、本発明の蓄熱体を適用すること
が可能になる。

【００４５】

【発明の効果】本発明による蓄熱体は、蓄熱材の融点よ
りも成形温度の低い被覆材で蓄熱材の表面を被覆するの
で、製造過程において蓄熱材は固相のままで存在するこ
とができる。このため、従来のように使用段階では何の
役にも立たない蓄熱容器の煩雑な細工を製造過程から排
除した上で、従来と同様の機能を持つ単純な構造の蓄熱
体を提供することができる。

【００４６】また、蓄熱材と被覆材との間、あるいは蓄
熱材中に空隙を設けることにより、蓄熱材と被覆材の熱
膨張差に起因する応力を緩和し、被覆材の破壊を防止す
ることができる。さらに、被覆材の表面を保護材でさら
に被覆することにより、蓄熱体の耐熱性や耐食性、耐圧
性を高めて、より厳しい周囲温度、周囲雰囲気、周囲圧
力の環境下においても蓄熱体を使用することが可能にな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による蓄熱体の実施例を示し、（ａ）は
その断面図であり、（ｂ）はその温度特性を示す図であ
る。

【図２】本発明による蓄熱体の製造装置の断面図であ
り、（ａ）は上型枠を取り付ける前の状態を示し、
（ｂ）は上型枠と栓を取り付けた状態を示す図である。

【図３】本発明による蓄熱体の他の実施例の断面図であ
る。

【図４】本発明による蓄熱体の製造装置の他の実施例の
断面図である。

【図５】本発明による蓄熱体の更に他の実施例の断面図
である。

【図６】本発明による蓄熱体の更に他の実施例の断面図
である。

【図７】従来の蓄熱体の断面図である。

【図８】従来の蓄熱体容器の断面図である。

【図９】従来から用いられている蓄熱装置の断面図であ
る。

【符号の説明】

１ 蓄熱材 ２ 被覆材 ３ 下型枠 ４ 上型枠 ５ 通気口 ６ 回転軸 ７ 空隙 ８ 窪み ９ 空隙 １０ 保護材

Claims (22)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 蓄熱材の表面が該蓄熱材の透過を阻止す
   る被覆材で覆われており、前記被覆材の成形温度は前記
   蓄熱材の融点よりも低いことを特徴とする蓄熱体。
2. 【請求項２】 前記蓄熱材と前記被覆材との間には、隙
   間が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の
   蓄熱体。
3. 【請求項３】 前記被覆材の表面が該被覆材の強度や耐
   食性を高める保護材で覆われていることを特徴とする請
   求項１乃至請求項２に記載の蓄熱体。
4. 【請求項４】 前記蓄熱材は、水あるいは水と有機溶媒
   との溶液であることを特徴とする請求項１乃至請求項３
   に記載の蓄熱体。
5. 【請求項５】 前記蓄熱材は、パラフィンであることを
   特徴とする請求項１乃至請求項３に記載の蓄熱体。
6. 【請求項６】 前記蓄熱材は、水和物あるいは相分離防
   止剤が添加された水和物あるいは過冷却防止剤が添加さ
   れた水和物であることを特徴とする請求項１乃至請求項
   ３に記載の蓄熱体。
7. 【請求項７】 前記蓄熱材は、有機溶媒であることを特
   徴とする請求項１乃至請求項３に記載の蓄熱体。
8. 【請求項８】 前記蓄熱材は、プラスチックスであるこ
   とを特徴とする請求項１乃至請求項３に記載の蓄熱体。
9. 【請求項９】 前記蓄熱材は、溶融塩であることを特徴
   とする請求項１乃至請求項３に記載の蓄熱体。
10. 【請求項１０】 前記蓄熱材は、金属であることを特徴
    とする請求項１乃至請求項３に記載の蓄熱体。
11. 【請求項１１】 前記被覆材は、気硬性セメントあるい
    はい水硬性セメントあるいはモルタルあるいはコンクリ
    ートあるいは石膏であることを特徴とする請求項３乃至
    請求項２に記載の蓄熱体。
12. 【請求項１２】 前記被覆材は、ゴムであることを特徴
    とする請求項１乃至請求項３に記載の蓄熱体。
13. 【請求項１３】 前記被覆材は、プラスチックスである
    ことを特徴とする請求項１乃至請求項３に記載の蓄熱
    体。
14. 【請求項１４】 前記被覆材は、セラミックスであるこ
    とを特徴とする請求項１乃至請求項３に記載の蓄熱体。
15. 【請求項１５】 前記被覆材は、金属であることを特徴
    とする請求項１乃至請求項３に記載の蓄熱体。
16. 【請求項１６】 前記保護材は、気硬性セメントあるい
    はい水硬性セメントあるいはモルタルあるいはコンクリ
    ートあるいは石膏であることを特徴とする請求項３に記
    載の蓄熱体。
17. 【請求項１７】 前記保護材は、ゴムであることを特徴
    とする請求項３に記載の蓄熱体。
18. 【請求項１８】 前記保護材は、プラスチックスである
    ことを特徴とする請求項３に記載の蓄熱体。
19. 【請求項１９】 前記保護材は、セラミックスであるこ
    とを特徴とする請求項３に記載の蓄熱体。
20. 【請求項２０】 前記保護材は、金属であることを特徴
    とする請求項３に記載の蓄熱体。
21. 【請求項２１】 請求項１乃至請求項３の蓄熱体におい
    て、前記被覆材を設けるときに、前記蓄熱材は内部に中
    空を含有することを特徴とする蓄熱体の製造方法。
22. 【請求項２２】 請求項１乃至請求項３の蓄熱体におい
    て、前記被覆材を設けるときに、前記被覆材となる材料
    の温度を、該材料が固化するまでは前記蓄熱材の融点よ
    りも低い温度に維持することを特徴とする蓄熱体の製造
    方法。