JP2015048393A - Heat reservoir - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、蓄熱体に関し、特に、蓄熱量を維持しつつ優れた耐久性を有する蓄熱体に関する。 The present invention relates to a heat storage body, and particularly to a heat storage body having excellent durability while maintaining a heat storage amount.
近年、太陽エネルギーや工場廃熱を利用したクリーンかつエコロジカルなエネルギー源として、熱を貯蔵・放出できる蓄熱材料が注目されている。蓄熱材料として、相変化に伴う潜熱を利用して蓄熱できる潜熱蓄熱材料(以下、PCMともいう。)が知られており、この潜熱蓄熱材料を蓄熱容器内に収容したものを蓄熱体として利用すること行われている。蓄熱体を太陽エネルギーや工場廃熱からの温熱ないし冷熱により蓄熱し、それを槽体等に収容して槽体内で熱を放出することにより、冷熱ないし温熱を有効利用することができる。 In recent years, heat storage materials that can store and release heat have attracted attention as clean and ecological energy sources using solar energy and factory waste heat. As a heat storage material, a latent heat storage material (hereinafter also referred to as PCM) that can store heat using latent heat accompanying phase change is known, and a material that stores this latent heat storage material in a heat storage container is used as a heat storage body. That has been done. By storing the heat storage body with warm energy or cold heat from solar energy or factory waste heat, storing it in a tank body or the like and releasing the heat in the tank body, it is possible to effectively use the cold heat or heat.
このような潜熱を利用して蓄熱する蓄熱体として、例えば、その内部に潜熱蓄熱物質を有するカプセル状の蓄熱体が提案されている(例えば、特許文献1参照)。 As a heat storage body that stores heat using such latent heat, for example, a capsule-shaped heat storage body having a latent heat storage material therein has been proposed (for example, see Patent Document 1).
特許文献1には、蓄熱性を有する物質からなる内部蓄熱体と、セラミックスからなる外殻とを備えた蓄熱体が提案されている。この蓄熱体は、溶融する前の内部蓄熱体の顕熱、内部蓄熱体の潜熱、溶融状態の内部蓄熱体の顕熱、及び外殻の顕熱を利用して、優れた蓄熱性(高い蓄熱量)を実現するようにしている。 Patent Document 1 proposes a heat storage body including an internal heat storage body made of a material having heat storage properties and an outer shell made of ceramics. This heat storage body uses the sensible heat of the internal heat storage body before melting, the latent heat of the internal heat storage body, the sensible heat of the internal heat storage body in the molten state, and the sensible heat of the outer shell, and has excellent heat storage properties (high heat storage Amount).
上述したような蓄熱体は、蓄熱して高温となった内部蓄熱体を急冷して内部蓄熱体からの放熱を効率良くできるように、外殻の大きさは、直径が例えば5〜50mm程度の小型の球体としているため、蓄熱体の蓄熱量は小さく、冷え易いため、熱の保持量が低い。 The size of the outer shell has a diameter of, for example, about 5 to 50 mm so that the heat storage body as described above can efficiently cool the internal heat storage body that has been stored and becomes high temperature and can efficiently dissipate heat from the internal heat storage body. Since it is a small sphere, the heat storage amount of the heat storage body is small and it is easy to cool, so the heat retention amount is low.
ところで、内部蓄熱体であるPCMは、融解・凝固の相変化を利用して蓄熱を行うものであるため、相変化の過程でPCMが体積変化して外殻と接すると、PCMと外殻とが反応して界面において侵食を起こし、外殻に侵食層が形成される。この侵食層がPCMと外殻とを接合するため、外殻とPCMとの熱膨張差により侵食層中のPCMが相変化の過程で体積変化して膨張すると、外殻に亀裂等を発生させ、外殻を破損する可能性がある。特に、蓄熱体の蓄熱量を大きくするために蓄熱体を大型化した場合であっても、外殻の厚さは外殻の大きさに関わらずほぼ一定の厚さであるため、外殻の厚さは相対的に小さくなり、外殻の内壁に形成される浸食層中のPCMが体積変化して膨張することにより、外殻に亀裂等を発生させ易くなり、外殻を破損する可能性が高くなる。 By the way, the PCM, which is an internal heat storage body, stores heat using the phase change of melting and solidification, so when the volume of the PCM changes and contacts the outer shell during the phase change process, Reacts to cause erosion at the interface, and an erosion layer is formed in the outer shell. Since this erosion layer joins the PCM and the outer shell, if the PCM in the erosion layer expands due to a volume change in the process of phase change due to the difference in thermal expansion between the outer shell and the PCM, a crack or the like is generated in the outer shell. There is a possibility of damaging the outer shell. In particular, even when the heat storage body is enlarged in order to increase the amount of heat stored in the heat storage body, the thickness of the outer shell is almost constant regardless of the size of the outer shell. The thickness becomes relatively small, and the PCM in the erosion layer formed on the inner wall of the outer shell changes in volume and expands, making it easier to crack the outer shell and possibly damaging the outer shell. Becomes higher.
今後、蓄熱体の更なる有効利用を図る上で、蓄熱体を大型化しても外殻を破損することなく安定して使用することができる蓄熱体が希求されている。 In the future, there is a need for a heat storage body that can be used stably without damaging the outer shell even when the heat storage body is enlarged in order to further effectively use the heat storage body.
本発明は、上述した問題に鑑みてなされたものであり、蓄熱量を維持しつつ優れた耐久性を有する蓄熱体を提供するものである。 This invention is made | formed in view of the problem mentioned above, and provides the thermal storage body which has the outstanding durability, maintaining a heat storage amount.
上述の課題を解決するため、本発明は、蓄熱性を有する蓄熱材料と、前記蓄熱材料を内部に収容する蓄熱容器と、前記蓄熱材料と前記蓄熱容器との間に設けられ、前記蓄熱材料が前記蓄熱容器に加える応力を緩和する緩衝部材と、を備えていることを特徴とする蓄熱である。 In order to solve the above-described problems, the present invention is provided between a heat storage material having heat storage properties, a heat storage container that accommodates the heat storage material therein, the heat storage material and the heat storage container, and the heat storage material is And a buffer member that relieves stress applied to the heat storage container.
本発明においては、前記緩衝部材が、Al、Ti、Si、Na、K、及びZrからなる群より選ばれる金属の酸化物、W、Mo、または窒化ホウ素を少なくとも含んでなることが好ましい。 In the present invention, the buffer member preferably includes at least a metal oxide selected from the group consisting of Al, Ti, Si, Na, K, and Zr, W, Mo, or boron nitride.
本発明においては、前記緩衝部材が、窒化ホウ素を10質量%以上含むことが好ましい。 In this invention, it is preferable that the said buffer member contains 10 mass% or more of boron nitride.
本発明においては、前記蓄熱材料が、Al、Mg、Si、Cu、Zn、及びSn、並びにこれら金属の何れか1つを含有する合金からなる群より選ばれる少なくとも一種を含んでなることが好ましい。 In the present invention, the heat storage material preferably includes at least one selected from the group consisting of Al, Mg, Si, Cu, Zn, and Sn, and an alloy containing any one of these metals. .
本発明においては、前記蓄熱材料が、K、Li、Na、Ca、及びMgからなる群より選ばれるアルカリ金属又はアルカリ土類金属の炭酸化合物、水酸化物、又は塩化物を少なくとも含んでなることが好ましい。 In the present invention, the heat storage material comprises at least an alkali metal or alkaline earth metal carbonate, hydroxide, or chloride selected from the group consisting of K, Li, Na, Ca, and Mg. Is preferred.
本発明においては、前記蓄熱容器は、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、チタン酸アルミニウム、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、二酸化ケイ素、炭化ケイ素、及び炭化ホウ素からなる群より選ばれるセラミックスを含んでなることが好ましい。 In the present invention, the heat storage container preferably comprises a ceramic selected from the group consisting of aluminum oxide, magnesium oxide, aluminum titanate, aluminum nitride, silicon nitride, silicon dioxide, silicon carbide, and boron carbide.
本発明においては、前記蓄熱容器が円筒形状であり、円筒の断面形状における直径が50mm以上であることが好ましい。 In this invention, it is preferable that the said thermal storage container is cylindrical shape and the diameter in the cross-sectional shape of a cylinder is 50 mm or more.
本発明においては、前記蓄熱容器が球状であり、前記蓄熱容器の直径が50mm以上であることが好ましい。 In this invention, it is preferable that the said thermal storage container is spherical and the diameter of the said thermal storage container is 50 mm or more.
本発明の蓄熱体は、蓄熱材料と蓄熱容器との間に緩衝部材を備えているため、蓄熱材料が蓄熱容器に加える応力を緩衝部材により緩和して、蓄熱容器に破損が生じることを抑制することができるので、蓄熱量を維持しつつ優れた耐久性を有することができる。これにより、本発明の蓄熱体は、蓄熱容器が大型化して、例えば直径が50mm以上となり、蓄熱容器内の蓄熱材料の充填量が増大した場合でも、高い耐久性を維持しつつ蓄熱量を増大させることができる。 Since the heat storage body of the present invention includes a buffer member between the heat storage material and the heat storage container, the buffer member relieves the stress applied to the heat storage container by the heat storage material and suppresses damage to the heat storage container. Therefore, it is possible to have excellent durability while maintaining the heat storage amount. Thereby, the heat storage body of the present invention increases the amount of heat storage while maintaining high durability even when the heat storage container is enlarged, for example, the diameter becomes 50 mm or more and the filling amount of the heat storage material in the heat storage container increases. Can be made.
以下、本発明を実施するための形態(以下、実施形態という)を図面に基づいて詳細に説明する。なお、下記実施形態により本発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、下記実施形態で開示した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。また、蓄熱体の内部構造等の説明の便宜上、下記に示す例においては蓄熱体が設置される面を下に配置した図と共に説明がなされるが、本発明は、必ずしもこの配置で使用等がなされるわけではない。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, modes for carrying out the present invention (hereinafter referred to as embodiments) will be described in detail with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited by the following embodiment. In addition, constituent elements in the following embodiments include those that can be easily assumed by those skilled in the art and those that are substantially the same. Furthermore, the constituent elements disclosed in the following embodiments can be appropriately combined. In addition, for convenience of explanation of the internal structure of the heat storage body, in the example shown below, the explanation will be made with a diagram in which the surface on which the heat storage body is installed is placed below, but the present invention is not necessarily used in this arrangement. It is not done.
[実施形態]
<蓄熱体>
本実施形態に係る蓄熱体の実施形態について説明する。図1は、本発明の実施形態に係る蓄熱体の斜視図であり、図2は、図1のA−A断面図である。図1、2に示すように、蓄熱体10Aは、蓄熱材料11と、蓄熱容器(外殻)12と、緩衝部材13とを備えている。また、本実施形態においては、図3に示すように、蓄熱体10Bは、緩衝部材13が複数の層(図2では、緩衝部材13A、13Bの二層)からなるものであってもよい。
[Embodiment]
<Heat storage body>
Embodiment of the thermal storage body which concerns on this embodiment is described. FIG. 1 is a perspective view of a heat storage body according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA of FIG. As shown in FIGS. 1 and 2, the heat storage body 10 </ b> A includes a
[蓄熱材料]
蓄熱材料11は、蓄熱性を有している。蓄熱材料11は、蓄熱容器12の内部に収容され、緩衝部材13によって覆われている。
[Heat storage material]
The
蓄熱材料11は、蓄熱性を有する物質からなるものであれば特に制限されるものではないが、相変化により溶融して蓄熱若しくは放熱する金属、合金、及び塩からなる群より選ばれる少なくとも一種を含んでなることが好ましい。なお、蓄熱は、蓄熱材料11が固相から液相に相変化する際に生じる顕熱、蓄熱材料11の潜熱、及び溶融状態の蓄熱材料11の顕熱を利用して行われる。放熱は、蓄熱材料11が液相から固相に相変化する際に生じる顕熱、蓄熱材料11の潜熱、及び溶融状態の蓄熱材料11の顕熱を利用して行われる。
The
溶融して蓄熱若しくは放熱する金属としては、例えば、Al、Mg、Si、Cu、Zn、及びSnからなる群より選ばれる少なくとも一種の金属を挙げることができる。溶融して蓄熱若しくは放熱する合金としては、前記金属の何れか1つを含有する合金を挙げることができる。蓄熱材料11として合金を用いる場合、AlとSiとの合金(Al−Si合金)を用いることが好ましい。Al−Si合金は、融点及び蓄熱量が蓄熱材料として十分であると共に、融解時の体積膨張が他の合金等よりも低いため、蓄熱材料11と緩衝部材13との間に生じる隙間を小さくすること、またはこの隙間を無くすることができる。Al−Si合金中のAlとSiとの比は、5:95〜30:70であることが好ましく、より好ましくは10:90〜20:80であり、最も好ましくは12:88である。
Examples of the metal that stores heat or releases heat by melting include at least one metal selected from the group consisting of Al, Mg, Si, Cu, Zn, and Sn. Examples of the alloy that melts and stores or dissipates heat include alloys containing any one of the above metals. When an alloy is used as the
溶融して蓄熱若しくは放熱する塩としては、例えば、K、Li、Na、Ca、及びMgからなる群より選ばれるアルカリ金属又はアルカリ土類金属の炭酸化合物、水酸化物、又は塩化物を挙げることができる。前記アルカリ金属又はアルカリ土類金属の炭酸化合物、水酸化物、又は塩化物は、一種単独で使用してもよいし、二種以上を組み合わせて使用してもよい。前記アルカリ金属又はアルカリ土類金属の炭酸化合物、水酸化物、又は塩化物として、好ましくは、水酸化ナトリウム(NaOH)、塩化ナトリウム(NaCl)、炭酸カリウム(K2CO3)−炭酸リチウム(Li2CO3)−水酸化リチウム(LiOH)、塩化マグネシウム(MgCl2)−塩化ナトリウム(NaCl)、水素化リチウム(LiH)−塩化ナトリウム(NaCl)、塩化カリウム(KCl)−フッ化リチウム(LiF−NaF)等を挙げることができる。 Examples of the salt that melts and stores or dissipates heat include carbonates, hydroxides, or chlorides of alkali metals or alkaline earth metals selected from the group consisting of K, Li, Na, Ca, and Mg. Can do. The alkali metal or alkaline earth metal carbonate compound, hydroxide, or chloride may be used alone or in combination of two or more. The alkali metal or alkaline earth metal carbonate, hydroxide, or chloride is preferably sodium hydroxide (NaOH), sodium chloride (NaCl), potassium carbonate (K 2 CO 3 ) -lithium carbonate (Li 2 CO 3) - lithium hydroxide (LiOH), magnesium chloride (MgCl 2) - sodium chloride (NaCl), lithium hydride (LiH) - sodium chloride (NaCl), potassium chloride (KCl) - lithium fluoride (LIF- NaF) and the like.
蓄熱材料11としては、このような金属、合金、又は塩の中から一種を単独で使用してもよいし、二種以上を組み合わせて使用してもよい。蓄熱材料11は、蓄熱体10Aの使用条件と、蓄熱材料11の融点や沸点等とを考慮して適宜選択することが好ましい。
As the
蓄熱材料11は、上記のような金属、合金、又は塩を用いて構成されることにより、溶融前の蓄熱材料11の顕熱、蓄熱材料11の潜熱、及び溶融状態の蓄熱材料11の顕熱を利用して蓄熱を行うことができる。
The
蓄熱材料11の融点は、400〜900℃であることが好ましい。蓄熱材料11が上記温度範囲内で相変化することにより、蓄熱体10Aを蓄熱する温度範囲において、溶融前の蓄熱材料11の顕熱、蓄熱材料11の潜熱、及び溶融状態の蓄熱材料11の顕熱を利用することで蓄熱体10Aに蓄熱される。
The melting point of the
蓄熱材料11の形状については特に制限されるものではなく、蓄熱容器12の内部に収納される大きさのものであればよい。蓄熱材料11は、相変化により溶融して蓄熱若しくは放熱する金属、合金、又は塩を用いて形成されているため、蓄熱と放熱との繰り返しにより、蓄熱材料11は固相から液相、または液相から固相に相変化する。そのため、蓄熱材料11は、蓄熱容器12の内部の空間の形状に応じて適宜形状が変化することとなる。
The shape of the
[蓄熱容器]
蓄熱容器12は、蓄熱材料11を内部に収容している。蓄熱容器12は、セラミックスで構成されている。蓄熱容器12を構成するセラミックスの種類は特に制限されるものではないが、酸化アルミニウム(Al2O3)、酸化マグネシウム(MgO)、チタン酸アルミニウム(Al2TiO5)、窒化アルミニウム(AlN)、二酸化ケイ素(SiO2)、窒化ケイ素(Si3N4)、炭化ケイ素(SiC)、及び炭化ホウ素(B4C)からなる群より選ばれる少なくとも一種、又は前記群より選ばれる少なくとも一種を含む複合物を用いることができる。複合物として、Al2O3とSi3N4とSiO2とからなるサイアロン(SiAlON)、Al2O3及びSiO2からなるムライト(Al6O13Si2)、MgO、Al2O3及びSiO2からなるコージエライト(2MgO・2Al2O3・5SiO2)等を用いることができる。本実施形態においては、Al2O3、Al2TiO5、AlN、Si3N4、SiC、SiAlONを好適に用いることができる。特に、熱伝導性が低く、赤外線の吸収力も高く、蓄熱材料11との反応性が低くという観点から、AlNをより好適に用いることができる。蓄熱容器12を上記のような材料で形成することにより、耐熱性に優れると共に強度が高く、安定した蓄熱体10Aとすることができる。また、蓄熱容器12の顕熱も蓄熱に有効に利用することができる。
[Heat storage container]
The
本実施形態では、蓄熱容器12は内部に空間を有する円筒形状としているが、蓄熱容器12の形状は特に限定されるものではなく、その内部に蓄熱材料11を収納可能な形状であれば種々の形状とすることができる。蓄熱容器12の形状は、円筒形状以外に、例えば、図4に示すように、蓄熱体10Cの蓄熱容器12の形状が球状であってもよいし、図5に示すように、蓄熱体10Dの蓄熱容器12の断面形状が四角形等多角形であってもよい。なお、蓄熱効率が高く、取り扱いが容易である等の観点から、蓄熱容器12の形状は、図4に示すような球体形状であることが好ましい。
In the present embodiment, the
また、蓄熱容器12は、図6に示すように、2つに分割された一対の第1蓄熱容器12a、第2蓄熱容器12bで形成されていてもよい。第1蓄熱容器12a、第2蓄熱容器12bは、それぞれの接合面15a、15bで接合させる。なお、接合面15a、15bの位置は、これに限定されるではなく他の位置でもよい。
Moreover, as shown in FIG. 6, the
接合面15a、15bの接合方法としては、蓄熱容器12を第1蓄熱容器12a、第2蓄熱容器12bが共晶反応する温度まで加熱して、第1蓄熱容器12a、第2蓄熱容器12bの接合面15a、15b付近を凝固して接合面15a、15bを接合することが好ましい。第1蓄熱容器12a、第2蓄熱容器12bを共晶反応する温度まで加熱すると、結晶が緻密となるため、接合面15a、15bを強固に接合することができる。
As a joining method of the joining
また、接合面15a、15bは、耐熱性を有する接着剤を用いて封止してもよい。接着剤として、例えば、Ba、Si、Mgを含む接着剤を用いることができる。これにより、他の蓄熱体10Aとの接触等によって外部から蓄熱体10Aに衝撃が加わっても、接合面15a、15bが外れることを抑制し、溶融した蓄熱材料11が蓄熱容器12の外側に漏れることを抑制することができる。
Further, the bonding surfaces 15a and 15b may be sealed using a heat-resistant adhesive. As the adhesive, for example, an adhesive containing Ba, Si, and Mg can be used. Thereby, even if an impact is applied to the
蓄熱容器12の厚さは、蓄熱容器12の強度、熱伝導率に応じて適宜決定され、特に限定されるものではないが、蓄熱容器12の強度確保の観点から、蓄熱容器12の厚さは、0.5〜10mmであることが好ましく、2〜4mmであることが更に好ましい。蓄熱容器12の厚さが0.5mm未満の場合には、蓄熱容器12の強度が低下して溶融した蓄熱材料11が蓄熱容器12をから外部に漏えいする可能性がある。蓄熱容器の殻の厚さが10mmを超えると、蓄熱容器12の容積が増大するため、同等の大きさの蓄熱体10Aで比較した場合、相対的に蓄熱容器12内部の蓄熱材料11の含有量が減少するため、蓄熱体10Aの蓄熱性能が低下してしまう。
The thickness of the
蓄熱容器12の大きさは、特に限定されるものではなく、図1、2等に示すように蓄熱容器12が円筒形状の場合、蓄熱容器12の断面形状における直径T1は、従来より用いられている蓄熱容器と同様、5mm以上でもよいが、50mm以上の場合でも好適に用いることができる。蓄熱容器12の断面形状の直径T1は、より好ましくは50〜200mmであり、更に好ましくは100〜150mmである。蓄熱体10Aは、蓄熱容器12の大きさを上記範囲内として、内包される蓄熱材料11の容積を増大させ、蓄熱量を増大させても、蓄熱容器12の耐久性を維持することができる。
The size of the
また、蓄熱容器12が図4に示すような球状である場合、蓄熱容器12の中心を通る断面における直径T2は、蓄熱容器12が円筒形状の場合と同様、5mm以上でもよいし、50mm以上でも好適に用いることができ、より好ましくは50〜200mmであり、更に好ましくは100〜150mmである。
When the
なお、第1蓄熱容器12a、第2蓄熱容器12bの接合面15a、15bは、フラットな平面としているが、これに限定されるものではなく、蓄熱容器12は、図7に示すように、第1蓄熱容器12a、第2蓄熱容器12bの分割面に互いに嵌合する嵌合部16a、16bを設け、一対の第1蓄熱容器12a、第2蓄熱容器12bの内部に蓄熱材料11を充填後、嵌合部16a、16bを互いに嵌合させるようにしてもよい。蓄熱容器12をこのような構成とすることにより、蓄熱材料11が内包された蓄熱体10を容易に製造することができる。
In addition, although the joining
[緩衝部材]
緩衝部材13は、蓄熱材料11と蓄熱容器12との間に設けられている。緩衝部材13は、Al、Ti、Si、Na、K、及びZrからなる群より選ばれる金属の酸化物、W、Mo、または窒化ホウ素(BN)を少なくとも含んでなることが好ましい。緩衝部材13としては、より好ましくは、Al2O3、酸化チタン(TiO2)、SiO2、酸化ナトリウム(Na2O)、及び酸化カリウム(K2O)の複合物、Al2O3、TiO2、SiO2、及びジルコニア(ZrO2)の複合物、またはBNを用いることが好ましい。緩衝部材13がBNを含んで形成される場合、BNを含む原料中のBNの濃度は10質量%以上であることが好ましい。
[Buffer member]
The
緩衝部材13は、蓄熱材料11と蓄熱容器12との間に設けられ、蓄熱材料11が蓄熱容器12に加える応力を緩和している。そのため、蓄熱材料11と蓄熱容器12との熱膨張率の差によって蓄熱材料11と蓄熱容器12との界面に働く応力を抑制することができる。これにより、蓄熱容器12に破損が生じるのを抑制することができる。また、蓄熱容器12が大型化して、蓄熱容器12内の蓄熱材料11の充填量が増大すると、蓄熱量を増大させることができるが、蓄熱材料11と蓄熱容器12との熱膨張率の差が大きくなるため、蓄熱材料11と蓄熱容器12との界面に働く応力も大きくなり、蓄熱容器12に亀裂等が発生して蓄熱容器12を破損する可能性が高くなる。緩衝部材13が蓄熱材料11と蓄熱容器12との間に設けられ、蓄熱材料11が蓄熱容器12に加える応力を緩和することで、蓄熱容器12内の蓄熱材料11の充填量が増大した場合でも、蓄熱体10Aは高い耐久性を維持しつつ蓄熱量を増大させることができる。
The
緩衝部材13の厚さは、特に限定されるものではないが、蓄熱容器12内の蓄熱材料11の含有量を確保する観点から、緩衝部材13の厚さは、0.5〜4mmであることが好ましく、2mm程度であることが特に好ましい。緩衝部材13の厚さが0.5mm未満の場合には、緩衝部材13は蓄熱材料11が蓄熱容器12に加える応力を十分緩和できない可能性がある。緩衝部材13の厚さが4mを超えると、蓄熱容器12内の蓄熱材料11の含有量が減少するため、蓄熱体10Aの蓄熱性能が低下してしまう。
Although the thickness of the
<蓄熱体の蓄熱方法>
次に、蓄熱体10Aの蓄熱方法を説明する。蓄熱体10Aを加熱すると、溶融前の蓄熱材料11の顕熱及び潜熱、溶融状態の蓄熱材料11の顕熱、及び蓄熱容器12の顕熱が、蓄熱材料11に蓄熱される。
<Heat storage method of heat storage body>
Next, a heat storage method of the
<蓄熱体の製造方法>
次に、蓄熱体10Aの製造方法の一例を説明する。まず、蓄熱容器12を形成するための成形原料(セラミックス原料)を調製する。例えば、セラミックス粉末に、バインダー等を加えて混練し、蓄熱容器形成用の成形原料を調製する。バインダーとしては、例えば、アクリル樹脂やワックスを用いることができる。次に、この成形原料を用いて、図8に示すように、蓄熱容器12の形状に応じた円筒型の成形体16を作製する。成形方法については特に制限はないが、例えば、射出成形、押出成形、押出ブロー成形、射出ブロー成形、延伸ブロー成形、あるいはガスアシストインジェクション成形等、公知の成形方法を用いて形成することができる。次に、成形体16を、図9に示すように、2つに一対の第1成形体16a、第2成形体16bに分割する。そして、得られた第1成形体16a、第2成形体16bを成形原料の焼結温度以上において焼成して、セラミックスからなる蓄熱容器12(図1等参照)を形成する。なお、本実施形態では、蓄熱容器12をセラミックス原料を用いて任意の形状に成形して製造しているが、これに限定されるものではなく、例えば、蓄熱容器12は既製品を用いてもよい。
<Manufacturing method of heat storage body>
Next, an example of a manufacturing method of the
次に、図10に示すように、蓄熱容器12の内壁に緩衝部材13の原料を塗布して乾燥し、第1蓄熱容器12a及び第2蓄熱容器12bの内側に緩衝部材13を形成する。なお、本実施形態では、緩衝部材13の原料を蓄熱容器12の内壁に塗布して形成するようにしているが、これに限定されるものではなく、例えば、既に蓄熱容器12の内側の形状に合わせて成型された緩衝部材13を用いてもよい。
Next, as shown in FIG. 10, the material of the
次に、図11に示すように、蓄熱材料を構成する粉体状の原料17を第1蓄熱容器12a及び第2蓄熱容器12bの内部に充填した後、第1蓄熱容器12aの接合面15aと第2蓄熱容器12bの接合面15aとを接合して蓄熱体10Aを製造する(図1等参照)。第1蓄熱容器12aの接合面15aと第2蓄熱容器12bの接合面15bとの接合は、例えば接合面15a、15b付近を溶融して共晶反応を起こして凝固させ、接合面15a、15bを接合する。これにより、蓄熱容器12の内部形状に対応した蓄熱材料11が作製される。なお、本実施形態では、粉体状の原料17を用いて第1蓄熱容器12a及び第2蓄熱容器12bの内部に充填しているが、これに限定されるものではなく、例えば、溶融した蓄熱材料を第1蓄熱容器12a及び第2蓄熱容器12bの内部に流し込んでもよいし、蓄熱材料のインゴットを第1蓄熱容器12a及び第2蓄熱容器12bの内部に投入するようにしてもよい。
Next, as shown in FIG. 11, the powdery
また、蓄熱材料11が複数の成分によって構成される場合には、蓄熱材料11を構成する複数の成分の粉体状の原料を第1蓄熱容器12a、第2蓄熱容器12bの内部に充填することによって作製する。
Moreover, when the
また、接合面15a、15bの接合は、接合面15a、15b付近を溶融して凝固させる他に、耐熱性を有する接着剤を用いて封止し、接合面15a、15bを接合するようにしてもよい。
In addition, the joining
なお、蓄熱材料11の製造方法は上記方法に限定されることはなく、例えば、蓄熱容器12の内部空間の形状に成形した蓄熱材料11を予め形成して、蓄熱材料11の周囲に緩衝部材13を塗布して形成する。その後、蓄熱材料11及び緩衝部材13を覆うように、予め形成した蓄熱容器12で覆うことによって、蓄熱体10Aを製造することができる。また、予め形成した蓄熱材料11の周囲に緩衝部材13の原料を塗布して緩衝部材13を形成した後、更にセラミックス原料を塗り、加熱して固化させることによって蓄熱容器12を形成するようにしてもよい。
In addition, the manufacturing method of the
このように、蓄熱体10Aは、相変化により溶融して蓄熱若しくは放熱する金属、合金、又は塩の何れか一つを含む蓄熱材料11とセラミックスで構成されている蓄熱容器12との間に緩衝部材13を備えている。このため、蓄熱体10Aは、蓄熱材料11が相変化の過程で蓄熱材料11が体積変化しても蓄熱材料11が蓄熱容器12に直接接することを防止することができるため、蓄熱材料11が蓄熱容器12と反応して蓄熱容器12の界面を侵食し、侵食層が形成されることを防止することができる。このため、蓄熱材料11が相変化の過程で体積変化して膨張しても、蓄熱容器12は蓄熱材料11から加わる応力を緩衝部材13で緩和することができると共に、蓄熱容器12に亀裂等が生じることを抑制し、蓄熱容器12に破損が生じることを抑制することができる。この結果、蓄熱量を維持しつつ優れた耐久性を有することができる。よって、蓄熱容器12が大型化して、例えば蓄熱容器12の直径T1、T2を50mm以上として、蓄熱容器12内の蓄熱材料11の充填量が増大した場合でも、高い耐久性を維持しつつ、蓄熱量を増大させることができる。したがって、蓄熱体10Aが大型化して蓄熱量が増大しても、蓄熱容器12を破損することなく、安定して使用することができる。
In this way, the
また、従来から用いられている公知の蓄熱体のように、直径が例えば5〜50mm程度の小型のカプセルのセラミックスを用いる場合、成形が困難であるため製造コストが高くなる。蓄熱容器12は、直径T1、T2を50mm以上と大型にしても用いることができるため、蓄熱容器12の製造を容易に行うことができ、例えば、従来から用いられている公知の蓄熱体の外殻の1/20程度にまで蓄熱容器12の製造コストを低減することができる。
In addition, when a small-sized capsule ceramic having a diameter of, for example, about 5 to 50 mm is used as in a known heat storage body that has been conventionally used, the manufacturing cost is increased because the molding is difficult. Since the
以上、蓄熱体10Aは、例えば、太陽光発電システムの高温蓄熱器、転炉や次世代火力発電システムにおける廃熱利用、冷熱や温熱を蓄熱させて冷熱や温熱を供給する冷暖房システムの熱源、熱電変換システム、冷蔵・冷凍庫、電気製品、OA機器、浴槽・浴室、クーラーボックス、クッション、カーテン、じゅうたん、寝具、カーペット等の熱源、防寒着、帽子、手袋等の衣類や履物の熱源、保温器具の熱源、食材の加熱または保温を行う食器、建材の熱源、ガスタービンの熱交換器、ボイラや加熱炉の空気予熱器、自動車等の排ガス浄化装置、機械・機器等の工業製品等に好適に用いることができる。
As described above, the
次に、本発明を実施例により具体的に説明する。ただし、本発明は、これらの例によって、何ら限定されるものではない。 Next, the present invention will be specifically described with reference to examples. However, the present invention is not limited by these examples.
<実施例1>
(蓄熱体の製造)
蓄熱容器を形成するためのセラミックス原料の調製を行った。具体的には、アルミナ粉末(商品名「AL−160SG4」、昭和電工製)に対して、アクリル樹脂及びワックスを用いたバインダーを、体積比で55:45(アルミナ粉末:バインダー)となるように合計で約3000g秤量した。これをバインダーの融点以上で加熱しながら加圧ニーダで十分混練処理を行った。十分混練した後、得られたセラミックス原料を冷却固化させた。次に、冷却固化させたセラミックス原料を、ペレット状に破砕した。このペレット状に破砕したセラミックス原料を、射出成形機に投入し、内部に円筒状の空間を有する円筒形状の成形体を作製した。この円筒形状の成形体の断面形状の直径は、50mmであった。次に、円筒形状の成形体を、アルゴンガス中で、温度600℃で加熱して脱脂処理を行った。次に、大気中で、1600℃まで加熱して焼結し、セラミックスからなる蓄熱容器を作製した。得られた蓄熱容器は、高さが50mmで、断面の直径が50mmで、肉厚が3mm、内部の空洞部分の直径は約43mmであった。得られた蓄熱容器を、2つに分割し、第1蓄熱容器と第2蓄熱容器とした。なお、第1蓄熱容器と第2蓄熱容器との接合面は平面とした。
<Example 1>
(Manufacture of heat storage body)
A ceramic raw material for forming a heat storage container was prepared. Specifically, the binder using acrylic resin and wax is 55:45 (alumina powder: binder) with respect to alumina powder (trade name “AL-160SG4”, manufactured by Showa Denko). A total of about 3000 g was weighed. While this was heated above the melting point of the binder, it was sufficiently kneaded with a pressure kneader. After sufficiently kneading, the obtained ceramic raw material was cooled and solidified. Next, the cooled and solidified ceramic material was crushed into pellets. The ceramic raw material crushed into pellets was put into an injection molding machine to produce a cylindrical shaped body having a cylindrical space inside. The cylindrical shaped body had a cross-sectional diameter of 50 mm. Next, the cylindrical shaped body was degreased by heating at 600 ° C. in an argon gas. Next, it heated and sintered to 1600 degreeC in air | atmosphere, and produced the thermal storage container which consists of ceramics. The obtained heat storage container had a height of 50 mm, a cross-sectional diameter of 50 mm, a wall thickness of 3 mm, and an internal cavity portion diameter of about 43 mm. The obtained heat storage container was divided | segmented into two and it was set as the 1st heat storage container and the 2nd heat storage container. In addition, the joining surface of the 1st heat storage container and the 2nd heat storage container was made into the plane.
次に、得られた第1蓄熱容器及び第2蓄熱容器の内壁に緩衝部材1(商品名「ISOPLAST PH61」、キンセイマテック(株)社製)の原料を塗布して乾燥し、第1蓄熱容器及び第2蓄熱容器の内壁に緩衝部材を形成した。 Next, the raw material of the buffer member 1 (trade name “ISOPLAST PH61”, manufactured by Kinsei Matec Co., Ltd.) is applied to the inner walls of the obtained first heat storage container and second heat storage container, and then dried. And the buffer member was formed in the inner wall of the 2nd heat storage container.
次に、内壁に緩衝部材を形成した第1蓄熱容器及び第2蓄熱容器の内部に、第1蓄熱容器及び第2蓄熱容器の内部空間に収まるように、蓄熱材料を構成する粉体状の原料としてAl粉末を充填した。次に、第1蓄熱容器と第2蓄熱容器とをそれぞれの接合面付近を溶融して共晶反応を起こして凝固させ、接合した。これにより、図1に示すような、蓄熱材料及び緩衝部材を内包した蓄熱容器を備えた蓄熱体を製造した。蓄熱材料、蓄熱容器及び緩衝部材のそれぞれの原料を表1に示す。 Next, the powdery raw material constituting the heat storage material so as to fit in the internal space of the first heat storage container and the second heat storage container inside the first heat storage container and the second heat storage container in which the buffer member is formed on the inner wall Al powder was filled as Next, the first heat storage container and the second heat storage container were melted in the vicinity of their joint surfaces to cause a eutectic reaction to be solidified and joined. Thereby, the heat storage body provided with the heat storage container which included the heat storage material and the buffer member as shown in FIG. 1 was manufactured. Table 1 shows the raw materials for the heat storage material, the heat storage container, and the buffer member.
(評価)
こうして得られた蓄熱体を、600℃で、2時間加熱した後、冷却し、蓄熱容器に亀裂が発生しているか否かを観察した。蓄熱容器の亀裂の有無の観察結果を表1に示す。
(Evaluation)
The heat storage body thus obtained was heated at 600 ° C. for 2 hours and then cooled, and it was observed whether or not a crack was generated in the heat storage container. Table 1 shows the observation results of the presence or absence of cracks in the heat storage container.
<実施例2〜20、比較例1〜10>
実施例1において、蓄熱材料をAl−Si合金(Al:Si=88:12、金星社製)、蓄熱容器をチタン酸アルミナ(商品名「2−7905−03」、アズワン社製)、Si3N4(金星社製)、SiC(商品名「5−56−3−11」、アズワン社製)またはサイアロン(金星社製)、緩衝部材1を緩衝部材2(商品名「ZYP BNコーティング」、(株)パイロテック・ジャパン製)に変更したこと以外は実施例1と同様にして蓄熱体を製造した。
<Examples 2 to 20, Comparative Examples 1 to 10>
In Example 1, the heat storage material is an Al—Si alloy (Al: Si = 88: 12, manufactured by Venus), the heat storage container is alumina titanate (trade name “2-7905-03”, manufactured by ASONE), Si 3. N 4 (manufactured by Venus), SiC (trade name “5-56-3-11”, manufactured by ASONE) or Sialon (manufactured by Venus), buffer member 1 as buffer member 2 (trade name “ZYP BN coating”, A heat accumulator was produced in the same manner as in Example 1 except that the product was changed to Pyrotech Japan Co., Ltd.
表1に示すように、緩衝部材1または緩衝部材2を用いた蓄熱体の蓄熱容器には亀裂等の破損を生じることはなかった(実施例1〜20参照)。一方、緩衝部材1及び緩衝部材2を設けていない蓄熱体の蓄熱容器には亀裂等の破損が生じた(比較例1〜10参照)。よって、蓄熱容器と蓄熱材料との間に緩衝部材を設けることで、蓄熱容器に亀裂等が生じることを抑制できることができる。 As shown in Table 1, the heat storage container of the heat storage body using the buffer member 1 or the buffer member 2 did not cause breakage such as cracks (see Examples 1 to 20). On the other hand, damage such as cracks occurred in the heat storage container of the heat storage body in which the buffer member 1 and the buffer member 2 were not provided (see Comparative Examples 1 to 10). Therefore, by providing a buffer member between the heat storage container and the heat storage material, it is possible to suppress the occurrence of cracks or the like in the heat storage container.
10A〜10D 蓄熱体
11 蓄熱材料
12、12a、12b 蓄熱容器(外殻)
13、13A、13B 緩衝部材
15a、15b 接合面
16a、16b 嵌合部
17 原料
10A to 10D
13, 13A,
Claims (8)
前記蓄熱材料を内部に収容する蓄熱容器と、
前記蓄熱材料と前記蓄熱容器との間に設けられ、前記蓄熱材料が前記蓄熱容器に加える応力を緩和する緩衝部材と、
を備えていることを特徴とする蓄熱体。 A heat storage material having heat storage properties;
A heat storage container that houses the heat storage material therein;
A buffer member that is provided between the heat storage material and the heat storage container and relaxes the stress that the heat storage material applies to the heat storage container;
A heat storage body characterized by comprising:
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