JP2009097746A - Heat storage device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、潜熱蓄熱剤を搭載した蓄熱装置に関するものである。 The present invention relates to a heat storage device equipped with a latent heat storage agent.
蓄熱を行う方法として、非蓄熱時には固体となり蓄熱時には液体となる潜熱蓄熱剤の相変化を利用した蓄熱装置は良く知られており、この潜熱蓄熱剤をカプセル状の容器内に充填した蓄熱カプセルと被加熱流体を熱交換させることにより、蓄熱、放熱を行う装置はすでに実用化されている。 As a method of performing heat storage, a heat storage device that uses a phase change of a latent heat storage agent that becomes a solid when not storing heat and becomes a liquid when storing heat is well known, and a heat storage capsule in which this latent heat storage agent is filled in a capsule-like container and An apparatus for storing and releasing heat by exchanging heat of a fluid to be heated has already been put into practical use.
ここで、カプセル状の容器に潜熱蓄熱剤を充填した場合、熱交換を行う伝熱面との間の熱抵抗が大きくなる可能性があり、また容器の占める体積が大きくなる傾向となるため、体積当たりの潜熱蓄熱剤の充填量が減少することになる。 Here, when the capsule-shaped container is filled with the latent heat storage agent, there is a possibility that the thermal resistance between the heat transfer surface that performs heat exchange may increase, and the volume occupied by the container tends to increase. The filling amount of the latent heat storage agent per volume will decrease.
この課題を解決するため、潜熱蓄熱剤を薄いアルミラミネートフィルムにより成型された袋に充填し、真空パックする試みが示されている(例えば、特許文献1参照)。
ここで、特許文献1記載の蓄熱装置を加熱、冷却するためには蓄熱装置に直接接触する伝熱壁と、伝熱壁を通じて水等の熱源と熱交換を行うための流体通路が必要である。通常、伝熱壁と流体通路は一体成型されているが、耐圧性能を高めるために伝熱壁に凹凸を設け、流体通路内を流れる水等の圧力によって伝熱壁が変形することを防止している。
Here, in order to heat and cool the heat storage device described in
しかし、この構造を採用することにより、蓄熱手段と伝熱壁との接触面積が減少し、加熱、冷却する際に余計な時間を費やしてしまうことが予想される。 However, by adopting this structure, the contact area between the heat storage means and the heat transfer wall is reduced, and it is expected that extra time will be spent when heating and cooling.
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、伝熱壁の耐圧性能を高めながら蓄熱手段と伝熱壁との接触面積を拡大し、熱交換性能を高めることを目的とする。 This invention solves the said conventional subject, and it aims at expanding the contact area of a thermal storage means and a heat-transfer wall, improving heat exchange performance, improving the pressure | voltage resistant performance of a heat-transfer wall.
前記従来の課題を解決するために、本発明の蓄熱装置は、非蓄熱時には固体となり蓄熱時には液体となる潜熱蓄熱剤と、前記潜熱蓄熱剤を平板状に成型し真空パックを施した蓄熱手段と、前記蓄熱手段を挟み込むように保持し前記潜熱蓄熱剤に対して熱の授受を行う表面に凹凸を設けた伝熱壁とを備え、前記伝熱壁に設けた凹凸に対向するように、前記蓄熱手段の表面に凹凸を設けたことを特徴とするもので、蓄熱手段と伝熱壁との接触面積を拡大することができ、伝熱壁と効果的に熱の授受を行うことができるようになるものである。 In order to solve the above-mentioned conventional problems, a heat storage device of the present invention includes a latent heat storage agent that is solid when not storing heat and becomes liquid when storing heat, and a heat storage unit that forms the latent heat storage agent into a flat plate shape and applies a vacuum pack. A heat transfer wall provided with unevenness on the surface for holding the heat storage means and transferring heat to the latent heat storage agent, and facing the unevenness provided on the heat transfer wall, The surface of the heat storage means is provided with irregularities so that the contact area between the heat storage means and the heat transfer wall can be expanded, and heat can be effectively exchanged with the heat transfer wall. It will be.
本発明によれば、伝熱壁の耐圧性能を高めながら蓄熱手段と伝熱壁との接触面積を拡大し、熱交換性能を高めた蓄熱装置を提供できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the contact area of a heat storage means and a heat transfer wall can be expanded, improving the pressure | voltage resistant performance of a heat transfer wall, and the heat storage apparatus which improved the heat exchange performance can be provided.
第1の発明は、非蓄熱時には固体となり蓄熱時には液体となる潜熱蓄熱剤と、前記潜熱蓄熱剤を平板状に成型し真空パックを施した蓄熱手段と、前記蓄熱手段を挟み込むように保持し前記潜熱蓄熱剤に対して熱の授受を行う表面に凹凸を設けた伝熱壁とを備え、前記
伝熱壁に設けた凹凸に対向するように、前記蓄熱手段の表面に凹凸を設けたことを特徴とするもので、潜熱蓄熱剤と伝熱壁との接触面積を増やすと共に、伝熱壁を通じて蓄熱手段と熱交換を行う流体通路の耐圧性能を向上させることができる。
The first invention comprises a latent heat storage agent that becomes a solid when not storing heat and becomes a liquid when storing heat, a heat storage means that forms the flat plate shape of the latent heat storage agent and applies a vacuum pack, and holds the heat storage means so as to sandwich the heat storage means. A heat transfer wall provided with unevenness on the surface for transferring heat to the latent heat storage agent, and provided with unevenness on the surface of the heat storage means so as to face the unevenness provided on the heat transfer wall. It is characterized by increasing the contact area between the latent heat storage agent and the heat transfer wall and improving the pressure resistance performance of the fluid passage that exchanges heat with the heat storage means through the heat transfer wall.
第2の発明は、特に、第1の発明の蓄熱手段の内部に、潜熱蓄熱剤よりも熱伝導率の大きい材料によって構成されている伝熱促進材を有するもので、蓄熱手段全体の熱伝導率を向上させ、熱の授受性能を向上させることができる。 In particular, the second invention has a heat transfer promoting material made of a material having a higher thermal conductivity than the latent heat storage agent inside the heat storage means of the first invention. The rate can be improved and the heat transfer performance can be improved.
第3の発明は、特に、第1の発明または第2の発明の潜熱蓄熱剤の主成分が、酢酸ナトリウム三水和物としたことにより、高効率な蓄熱性能及び放熱性能を実現することができる。 In the third invention, in particular, the main component of the latent heat storage agent of the first invention or the second invention is sodium acetate trihydrate, so that highly efficient heat storage performance and heat dissipation performance can be realized. it can.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本実施の形態によって本発明が限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the present embodiment.
(実施の形態1)
図1は本発明の実施の形態1における蓄熱装置の正面断面図、図2は本発明の実施の形態1における蓄熱装置の側面断面図、図3は本発明の実施の形態1における蓄熱装置を用いた給湯機の構成図、図4は本発明の実施の形態1における蓄熱手段の斜視図である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a front cross-sectional view of a heat storage device in
蓄熱装置1は大きくアルミラミネートフィルム製の袋2に真空パックされ平板状に成型された潜熱蓄熱剤3を封入した蓄熱手段4、蓄熱手段4を両側から挟み込むような構造で保持し蓄熱手段4に対して熱の授受を行うための伝熱壁5、2枚の伝熱壁5内部に空間が設けられ蓄熱手段4を加熱または冷却するための流体(ここでは水)が流れる流体通路6、蓄熱手段4、伝熱壁5及び流体通路6から外部への熱リークを防止するためウレタンフォームまたはウレタンスラブ等により構成される断熱手段7、蓄熱手段4に蓄熱を行うための湯を加熱する加熱手段8により構成される。
The
伝熱壁5は2枚の銅板を貼り合わせたような構造をしており、はんだ付けまたはロウ付けにより接着されている。2枚の銅板の間に水または湯が流れる流体通路6が形成されているが、単位体積当たりの蓄熱剤充填量を大きくするために銅板の板厚は0.3〜0.5mm程度のものを使用しており、そのままでは水道圧をかけると変形してしまう恐れがあるため、一定間隔で凹凸を設け凹部をはんだ付けまたはロウ付けにより接着することで耐圧性能を向上させている。
The
流体通路6には蓄熱時には湯、放熱時には水が流される。蓄熱手段4の寸法は取り扱い及び持ち運びが容易である幅200mm、高さ200mm、厚さ20mmの寸法に成型されており、蓄熱手段4内に封入されている潜熱蓄熱剤3は現在一般家庭で使用されている貯湯タンクを有した給湯機の貯湯温度と同等温度である60℃前後に融点を有する主成分が酢酸ナトリウム三水和物で構成されているものを使用している。
Hot water flows through the
酢酸ナトリウム三水和物は熱伝導率が約0.7W/mKと小さく、このままでは伝熱壁5から伝わってきた熱が潜熱蓄熱剤3全体に充分伝わらないことが予想される。このため、潜熱蓄熱剤3内部に酢酸ナトリウム三水和物よりも熱伝導率が大きい伝熱促進材9を充填することにより、熱伝導率を向上させている。伝熱促進材9は酢酸ナトリウム三水和物よりも熱伝導率が大きい物質であれば使用可能であるが、高熱伝導率で入手が容易であり比較的低コストである銅製金網を内部に充填して使用することにより、蓄熱手段4の熱伝導率を10倍以上に向上させることができる。
Sodium acetate trihydrate has a low thermal conductivity of about 0.7 W / mK, and it is expected that heat transferred from the
蓄熱手段4の表面は伝熱壁5の表面に設けている凹凸に対応するように凹凸を設けてあ
り、伝熱壁5の凹部に蓄熱手段4の凸部、伝熱壁5の凸部に蓄熱手段4の凹部が収まる構造としている。この構造により潜熱蓄熱剤3の充填可能量を増やすことができるとともに伝熱壁5との接触面積を増やすことにより、熱交換性能を向上させることができるようになる。
The surface of the heat storage means 4 is provided with unevenness so as to correspond to the unevenness provided on the surface of the
伝熱促進材9の周囲にはアルミラミネートフィルムを金網の端面で破損させないように保護の目的として1mm厚のゴム板を20mm幅に切断加工し両側面と底面の保護材10として使用している。蓄熱時に利用される湯は加熱手段8によって常温の水から65〜80℃程度の湯に昇温される。加熱手段8はボイラーや電気ヒーター等でももちろん問題ないが、近年の省エネルギー化の流れを考えるとヒートポンプによる加熱がエネルギー効率も優れており望ましい。
A 1 mm thick rubber plate is cut into a width of 20 mm for the purpose of protection so that the aluminum laminate film is not damaged at the end face of the wire mesh around the heat transfer promoting material 9 and used as a
蓄熱手段4、伝熱壁5及び流体通路6は外部との温度差が大きくこのままでは外部への熱リークによって蓄熱性能の悪化が予想されるため、グラスウール、発泡スチロール及び硬質ウレタンスラブ等によって構成される断熱手段7によって外部との熱の出入りを遮断する構造としている。
Since the heat storage means 4, the
この蓄熱装置1を一般家庭の給湯用に用いる場合、家庭環境、設置スペース等にもよるが潜熱蓄熱剤3の必要量は100〜300kg程度になるため、上記の寸法の蓄熱手段4が90〜270個程度必要となる。この数量の蓄熱手段4を一定のスペースに設置するため、蓄熱手段4と断熱壁5及び流体通路6は厚さ方向に積層する構造によって省スペース化を図っている。
When this
まず端部に内部に流体通路6を有した伝熱壁5が設置され、その横に一定数量の蓄熱手段4が並べられる。その横にさらに伝熱壁5、その横に蓄熱手段4というような構造により、無駄な空間を有することなく一定体積に最大限潜熱蓄熱剤3を充填することができる。
First, a
この蓄熱装置1を用いた給湯機の作用を説明する。蓄熱運転を行う場合、流体通路6に加熱手段8で加熱された高温の湯が循環ポンプ11を通じて流され、潜熱蓄熱剤3に蓄熱を行う。潜熱蓄熱剤3の温度が湯の温度に対して低い場合は、湯が有する熱は伝熱壁5を通じて潜熱蓄熱剤3に移動する。潜熱蓄熱剤3は温度が上昇するにつれて固体から液体へと相変化を行い、潜熱領域の蓄熱を行うが、融解すると体積が膨張するため、液化した潜熱蓄熱剤3は袋2内の余裕空間に移動を行う。
The operation of the water heater using the
このとき厚さ方向への移動が断熱手段7等によって外部から規制されている場合、潜熱蓄熱剤3の自重によって伝熱壁5を押す方向に加重が加わり、伝熱壁5の凹凸部に潜熱蓄熱剤3がさらに移動を行うことにより、伝熱壁5と蓄熱手段4の密着性を向上させ、熱伝導性をさらに向上させることができる。この動作を連続して行うと、酢酸ナトリウム三水和物系の潜熱蓄熱剤3の場合、融点が約60℃であるため、この温度を上回ると蓄熱完了である。
At this time, when the movement in the thickness direction is restricted from the outside by the heat insulating means 7 or the like, a load is applied in the direction of pushing the
蓄熱が完了すると必要時に所定の温度の湯を使用することができる。湯を使用するため蛇口等が開けられた場合、水道から供給された水は伝熱壁5を通じて蓄熱手段4内の潜熱蓄熱剤3と熱交換することにより加熱され、その後混合弁12により水と混合され所定の温度に調整した後、利用系に送られ風呂、シャワー等に使用される。潜熱蓄熱剤3の有する熱が充分に利用され放熱されると液体から固体へと相変化を行う。潜熱蓄熱剤3は相変化により凝固すると体積が減少するため、蓄熱手段4内の潜熱蓄熱剤3は上部に空間を残した状態で伝熱壁5との密着を保ちながら固体へと相変化を行う。
When the heat storage is completed, hot water having a predetermined temperature can be used when necessary. When a faucet or the like is opened to use hot water, the water supplied from the water supply is heated by exchanging heat with the latent heat storage agent 3 in the heat storage means 4 through the
なお、本実施の形態に示した各種材料や数値などは必ずしもこれに限定されるものではなく、所定の役割を果たすことができるならば別の材料や数値で何ら問題はない。 Note that the various materials and numerical values shown in this embodiment are not necessarily limited to these, and there is no problem with other materials and numerical values as long as they can play a predetermined role.
以上のように、本発明にかかる蓄熱装置は、伝熱壁の耐圧性能を高めながら潜熱蓄熱剤と伝熱壁との間の熱の授受性能を向上させることができるため、液体等の流動性を持つ物質を用いた熱交換装置全般に利用可能である。 As described above, the heat storage device according to the present invention can improve the heat transfer performance between the latent heat storage agent and the heat transfer wall while improving the pressure resistance performance of the heat transfer wall. It can be used in general heat exchange equipment using materials with
1 蓄熱装置
2 袋
3 潜熱蓄熱剤
4 蓄熱手段
5 伝熱壁
6 流体通路
9 伝熱促進材
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