JP2015083882A - Accumulator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態は、蓄熱装置に関する。 Embodiments described herein relate generally to a heat storage device.
相変化が可能な蓄熱材の過冷却を利用して、この蓄熱材に過冷却状態で熱を貯蔵し、放熱要求がされた時に、過冷却状態を解除して蓄熱材を液相状態から固相状態に変化させ、それに伴って放出される潜熱で対象物を加熱する蓄熱装置が知られている。この蓄熱装置では、蓄熱材の過冷却を解除する発核動作において、その発核を起こすために電圧が印加される銅電極に、その端面近傍の周面から端面にかけて徐々に深くなる断面V字状の複数の溝からなる傷を設ける方法が提案されている。この銅電極に電圧を印加することにより、銅電極の傷が付与された箇所を起点として結晶核の生成が起こって、蓄熱材を発核させることができる。 Using the supercooling of the heat storage material capable of phase change, heat is stored in this heat storage material in the supercooled state, and when the heat release is requested, the supercooling state is released and the heat storage material is fixed from the liquid phase state. 2. Description of the Related Art A heat storage device that changes a phase state and heats an object with latent heat released along with the phase state is known. In this heat storage device, in the nucleation operation for canceling the supercooling of the heat storage material, the copper electrode to which a voltage is applied in order to cause the nucleation has a V-shaped cross section that gradually becomes deeper from the peripheral surface to the end surface in the vicinity of the end surface. There has been proposed a method of providing a scratch composed of a plurality of grooves. By applying a voltage to the copper electrode, crystal nuclei are generated starting from the spot where the copper electrode is scratched, and the heat storage material can be nucleated.
過冷却されて液相状態にある蓄熱材の過冷却状態を解除して、蓄熱材を液相状態から固相状態に変化させることは、「発核」と称されている。蓄熱材が液相状態にあるときに発核動作を開始すると過冷却されて液相状態にある蓄熱材を固相状態に変化させることができる。 Canceling the supercooled state of the heat storage material that has been supercooled and in the liquid phase state to change the heat storage material from the liquid phase state to the solid phase state is referred to as “nucleation”. When the nucleation operation is started when the heat storage material is in the liquid phase, the heat storage material that is supercooled and in the liquid phase can be changed to the solid phase.
過冷却を有する蓄熱材を用いた蓄熱装置で、発核操作により電極に電圧が印加されたときに、電極近傍で結晶核を生成させる確率が低いと、結晶核を生成する時間を長く要することがあり、或いは、一定時間電圧を印加しても結晶核が生成されない課題がある。 In a heat storage device that uses a heat storage material with supercooling, when a voltage is applied to the electrode by a nucleation operation, if the probability of generating a crystal nucleus near the electrode is low, it takes a long time to generate the crystal nucleus. There is a problem that crystal nuclei are not generated even when a voltage is applied for a certain period of time.
結晶核の生成時間(言い換えば、発核が開始されるまでの時間)が長い場合は、過冷却の制御性が低下する。即ち、発核のために電圧を印加した後、過冷却されて液相状態にある蓄熱材の過冷却状態が解除されるまでに要する時間が長く掛かる。このため、発核操作後速やかに、蓄熱材に蓄えられた潜熱を放出することはできない。 When the generation time of crystal nuclei (in other words, the time until nucleation is started) is long, the controllability of supercooling is lowered. That is, it takes a long time for the heat storage material in the liquid phase state to be released from the supercooled state after the voltage is applied for nucleation. For this reason, the latent heat stored in the heat storage material cannot be released immediately after the nucleation operation.
電圧印加に拘わらず結晶核が生成されず発核ができない場合は、蓄熱材の過冷却を解除する制御ができない。即ち、発核操作を行なった後も、蓄熱材は、固相状態に変化せず、過冷却された液相状態を維持する。このように蓄熱材が凝固されないので、蓄熱材に蓄えられた潜熱を放出することはできない。 When crystal nuclei are not generated regardless of voltage application and nucleation is not possible, control for canceling the supercooling of the heat storage material cannot be performed. That is, even after performing the nucleation operation, the heat storage material does not change to the solid phase but maintains the supercooled liquid phase. Since the heat storage material is not solidified in this way, the latent heat stored in the heat storage material cannot be released.
このため、電圧が印加される電極近傍での結晶核の生成確率を高めることは、過冷却の制御性向上と、過冷却を解除する信頼性の向上に貢献できる。したがって、こうした課題を解決できる蓄熱装置の開発が望まれている。 For this reason, increasing the generation probability of crystal nuclei in the vicinity of an electrode to which a voltage is applied can contribute to improvement in controllability of supercooling and improvement in reliability for canceling supercooling. Therefore, development of a heat storage device that can solve these problems is desired.
実施形態は、過冷却された蓄熱材を素早くかつ確実に発核させることが可能な蓄熱装置を提供することにある。 Embodiment is providing the thermal storage apparatus which can nucleate the supercooled thermal storage material quickly and reliably.
実施形態は、過冷却された蓄熱材を素早くかつ確実に発核させることが可能な蓄熱装置を提供することにある。 Embodiment is providing the thermal storage apparatus which can nucleate the supercooled thermal storage material quickly and reliably.
前記課題を解決するために、実施形態の蓄熱装置は、蓄熱槽と、蓄熱材と、アノード電極と、カソード電極と、電圧印加手段を具備する。蓄熱材は過冷却を有するものを使用し、この蓄熱材を蓄熱槽に収容する。アノード電極は発核起点部を有する。この発核起点部は先細り状の突起で形成される。発核起点部が蓄熱材に接した状態にアノード電極を配置する。カソード電極をアノード電極から離しかつ蓄熱材に接した状態に配置する。電圧印加手段はアノード電極とカソード電極との間に電圧を印加する。過冷却されて液相状態にある蓄熱材を電圧印加手段による電圧の印加で発核させることを特徴としている。 In order to solve the above-described problem, the heat storage device of the embodiment includes a heat storage tank, a heat storage material, an anode electrode, a cathode electrode, and voltage application means. A heat storage material having supercooling is used, and this heat storage material is accommodated in a heat storage tank. The anode electrode has a nucleation starting point. This nucleation starting point portion is formed by a tapered protrusion. An anode electrode is arranged in a state where the nucleation starting point portion is in contact with the heat storage material. The cathode electrode is disposed away from the anode electrode and in contact with the heat storage material. The voltage applying means applies a voltage between the anode electrode and the cathode electrode. It is characterized in that the heat storage material in a liquid phase state that has been supercooled is nucleated by the application of voltage by the voltage application means.
(第1の実施の形態)
以下、第1の実施の形態に係る蓄熱装置を、図1〜図8を参照して詳細に説明する。
(First embodiment)
Hereinafter, the heat storage device according to the first embodiment will be described in detail with reference to FIGS.
蓄熱装置の構成を示す図1の模式図のように蓄熱装置1は、蓄熱部2と制御部11を具備している。
As shown in the schematic diagram of FIG. 1 showing the configuration of the heat storage device, the heat storage device 1 includes a
蓄熱部2は、蓄熱槽3と、蓄熱材4と、アノード電極5と、カソード電極6とを備えている。
The
蓄熱槽3の内部に蓄熱材4が収容されている。蓄熱材4には、過冷却を有する潜熱蓄熱材(PCM;Phase change material)が用いられている。この蓄熱材4は、液相の状態から温度が下がって融点以下になっても凝固せずに液相状態を維持する特性を有している。このような蓄熱材は、過冷却を有する潜熱蓄熱材又は相変化蓄熱材と称される。
A
こうした蓄熱材4として、例えば酢酸ナトリウム水和物等の酢酸ソーダや、硫酸ナトリウム水和物等の硫酸ソーダを挙げることができる。蓄熱温度が高い場合、酢酸ナトリウム水和物を用いることが望ましい。酢酸ナトリウム水和物の一般的な物性は、融点が40〜58℃、潜熱が100〜264kj/kg、比熱が1〜4kJ/kg/Kである。
Examples of the
アノード電極5は、蓄熱材4に正電圧を印加するために導電性を有する材料で作られている。このアノード電極5はその一部に発核起点部7を有している。発核起点部7は、丸棒状のアノード電極本体5aの周面に、例えば図2のアノード電極5の一部を拡大して示す側面図に示すように螺旋状をなして一体に設けられている。
The
アノード電極5は、蓄熱材4に正電圧を印加するために導電性を有する材料で作られている。このアノード電極5はその一部に発核起点部7を有している。発核起点部7は、丸棒状のアノード電極本体5aの周面に、例えば図2のアノード電極5の一部を拡大して示す側面図に示すように螺旋状をなして一体に設けられている。
The
発核起点部7は、先細り状の突起で形成されており、具体例としては図3に示すように断面三角形の突起からなる。螺旋状の発核起点部7の延びる方向と直交する方向に沿う断面形状は、図3の発核起点部の第1態様に示すように三角形であり、この三角形の二つの斜辺7a,7bが挟む角度θは、90°以下である。これとともに、発核起点部7の高さhは、5μm以上100μm以下の範囲にある。ここで、発核起点部7の高さhは、JIS B0601-2001の算出平均粗さRaで定義される。即ち、h=Raであるので、発核起点部7の高さhは算出平均粗さRaの値で表すことができる。
The nucleation
図3に示した発核起点部7の断面形状は、先端が尖った二等辺三角形であるが、これには制約されず、発核起点部7の先端部位に歪みを有した形状であってもよい。そのような形状の例として、例えば図4〜図6のアノード電極の発核起点部第2の実施態様〜第4の実施態様の断面図に示した発核起点部7の形状を挙げることができる。
The cross-sectional shape of the nucleation
即ち、図4に示す先細り状の突起で形成された発核起点部7は、その先端に丸みを帯びた先端面7cを有している。なお、図4において発核起点部7の先端面は、曲がった先端面に代えて平面からなる先端面とすることも可能である。
That is, the nucleation
図5に示す先細り状の突起で形成された発核起点部7は、その先端部位に凹み7dを有している。図6に示す先細り状の突起で形成された発核起点部7は、曲がった先端部位7eを有して形成されている。
The nucleation
更に、発核起点部7は図7のアノード電極の発核起点部の第5態様を示す側面図に示した形状とすることも可能である。
Further, the nucleation
図7に示す発核起点部7は、図3〜図6のようにアノード電極本体5aの側面に突設されるのではなく、アノード電極本体5aの下端部で形成されている。この発核起点部7は円錐形状に尖った形状をなしている。これら図4〜図7に示す発核起点部7の角度θは90°以下であることが好ましい。
The nucleation
発核起点部7は一つ以上あればよく、例えば図3〜図6の夫々は、螺旋状に形成された一つの発核起点部7をアノード電極5が有している場合を示している。又、図7は、円錐状に形成された一つの発核起点部7をアノード電極5が有している場合を示している。
One or more nucleation
電位腐食によるアノード電極5の耐久性を確保するために、発核起点部7は複数設けることが好ましい。ちなみに、螺旋状の発核起点部7をアノード電極5に複数設ける場合、図3〜図6の夫々においては、多条ねじのように、アノード電極本体5aの軸方向に所定ピッチずらして螺旋状の発核起点部7を複数条形成すれば良い。
In order to ensure the durability of the
更に、複数の発核起点部7を、螺旋状ではなく、アノード電極本体5aの周面に沿って一回り連続する環状として、この発核起点部をアノード電極本体5aの軸方向に位置をずらして複数突設することも可能である。同様に、アノード電極本体5aの側面から突出される断面三角形の先細り形状をなす発核起点部を、アノード電極本体5aの軸方向又は周方向に位置をずらして複数突設することも可能である。
Further, the plurality of nucleation
図4〜図6に示したように発核起点部7の形状が歪みを有している場合、これら発核起点部7は、その体積Sと高さhが以下の条件を満たす形状にするとよい。
0<S≦(πh3)/3
5μm≦h≦100μm
なお、発核起点部7の高さhは、既述のようにJISの算出平均粗さRaで定義できる。したがって、h=Raである。
When the shape of the nucleation
0 <S ≦ (πh3) / 3
5μm ≦ h ≦ 100μm
Note that the height h of the nucleation
以上説明した形状の発核起点部7を有するアノード電極5において、発核起点部7の表面は、アノード電極本体5aをなす金属とは異なる金属材で形成することができる。この場合、後述のように蓄熱材4と接したアノード電極5に印加される電圧が増えるに従い発核起点部7に電位腐食を生じる虞が高まるため、この腐食を防止する上で、発核起点部7の表面を耐腐食性の高い金属材で形成することが好ましい。このような金属材として、銀及び金などが挙げられる。
In the
耐腐食性を有するアノード電極5は、例えばアノード電極本体5aをステンレス製とし、このアノード電極本体5aが一体に有する先細りの状の突起(発核起点部7のベース部位)の表面に、銀や金などをスパッタリングにより被着させて耐腐食層を形成することで、得ることが可能である。こうしたアノード電極を採用することは、アノード電極5全体を銀や金で形成した場合と比較して、金や銀の使用量を削減できる。このため、アノード電極5のコスト、ひいては蓄熱装置1のコストを低減できるので好ましい。
The
図1に示すようにアノード電極5は例えば全体が蓄熱材4に接する状態に配置されている。そのため、発核起点部7も蓄熱材4に接している。
As shown in FIG. 1, the
カソード電極6は、蓄熱材4に負電圧を印加するために用いられており、例えばステンレスや銀等の導電性を有する金属材で形成されている。図1に示すようにカソード電極6は、アノード電極5から離れて例えば全体が蓄熱材4に接する状態に配置されている。このカソード電極6とアノード電極5とは、例えば上下方向に延びているとともに略平行となるように配置されている。
The
制御部11は、電圧印加手段12と、制御手段13を備えている。制御部11は例えばユニットをなしていて、例えば蓄熱槽3の外面に配設されている。なお、制御部11は、蓄熱槽3から離れて配設することが可能であるとともに、本実施形態の蓄熱装置1を備える例えば空気調和機の制御システム、又は、空気調和機及びその他の家電製品全体を制御するネットワーク家電制御システムなどの他のシステムに、接続ないしは組込まれていてもよい。
The control unit 11 includes voltage application means 12 and control means 13. The control unit 11 forms a unit, for example, and is disposed on the outer surface of the
電圧印加手段12の正極は第1給電線14を経由してアノード電極5に接続されているとともに、電圧印加手段12の負極は第2給電線15を経由してカソード電極6に接続されている。即ち、電圧印加手段12は、アノード電極5とカソード電極6間に電圧を印加することができるように設けられている。電圧印加手段12には、電池又は定電圧電源等を使用することが可能である。
The positive electrode of the voltage application means 12 is connected to the
制御手段13は、図示しないがメモリ、演算部、及び印加電圧コントローラ等を有して形成されている。この制御手段13のメモリには、蓄熱装置1を制御する上で必要な各種のデータが記憶されている。制御手段13の印加電圧コントローラと電圧印加手段12とは信号線16を経由して電気的に接続されている。
Although not shown, the control means 13 includes a memory, a calculation unit, an applied voltage controller, and the like. The memory of the control means 13 stores various data necessary for controlling the heat storage device 1. The application voltage controller of the control means 13 and the voltage application means 12 are electrically connected via a
前記構成の蓄熱装置1は、既知の冷凍サイクルにより暖房運転が可能なヒートポンプ式の空気調和機(図示しない)に備えられることが可能である。この場合、蓄熱装置1は、空気調和機が有する圧縮機と熱交換ができるように、圧縮機の周面の少なくとも一部に蓄熱槽3の側壁を接触させて配設されている。
The heat storage device 1 having the above-described configuration can be provided in a heat pump type air conditioner (not shown) capable of heating operation by a known refrigeration cycle. In this case, the heat storage device 1 is disposed with the side wall of the
これにより、蓄熱槽3内の蓄熱材4は、冬季における空気調和機の暖房運転中に、高温となる圧縮機によって蓄熱材4の融点以上の温度となるように加熱される。言い換えれば、空気調和機の運転中、蓄熱材4は圧縮機の排熱によって温度上昇される。それによって、蓄熱材4は溶解して液相状態となる。
Thereby, the
暖房運転が停止された状態が維持されると、蓄熱材4はその融点を下回る温度にまで下がる。既述のように蓄熱材4は過冷却が可能な物質で形成されている。このため、蓄熱材4は、液相の状態から温度が下がって融点以下になっても、凝固せずに液相状態を維持して過冷却された状態となり、潜熱を蓄える。
If the state where the heating operation is stopped is maintained, the
蓄熱材4を過冷却状態に保持する場合、制御手段13は、両電極(アノード電極5とカソード電極6)間に予め設定された電圧が印加されないように、電圧印加手段12による電圧の印加動作を停止させる制御をする。この制御で蓄熱材4が過冷却状態に保持されている間、蓄熱材4は過冷却された液相状態で安定していて、蓄熱材4は結晶化(発核)されない。このため、蓄熱材4に蓄えられた潜熱は放出されない。
When the
蓄熱材4の潜熱を取り出す指令が、制御手段13に対してその外部から与えられた場合、制御手段13は、電圧印加手段12に印加電圧を設定させ、この設定電圧を、電圧印加手段12を介して両電極間に印加する制御をする。この場合の印加は、設定電圧を一定時間印加し続けて実行でき、又は、印加される電圧をパルス状にして複数回に分けて印加することでも実行できる。
When a command for taking out the latent heat of the
電圧印加手段により両電極間に印加される電圧が増えるに従い、蓄熱材4と接したアノード電極5及びカソード電極6が電位腐食により劣化する虞がある。このため、電圧印加手段12により両電極間に印加される電圧は、液相状態にある蓄熱材4の過冷却を解除させる(言い換えれば、蓄熱材4を発核させる)上で必要最低限の電圧を用いることが好ましい。
As the voltage applied between both electrodes by the voltage applying means increases, the
酢酸ナトリウム水和物からなる蓄熱材4に接しているアノード電極5とカソード電極6間に所定の電圧が印加されると、発核起点部7の表面が少なくとも銀製のアノード電極5において銀の還元反応が起こり、カソード電6側において水の還元反応が起こって蓄熱材4に電流が流れる。
When a predetermined voltage is applied between the
蓄熱材4の発核は、アノード電極5が有する発核起点部7が起点となって開始される。発核が起こると、過冷却状態の蓄熱材4は、液相状態から固相状態に相変位し、それに伴い潜熱を放出する。放出された潜熱は、暖房運転を開始した空気調和機の圧縮機に供給されるので、蓄熱材4から放出された潜熱により、圧縮機の温度が速やかに上昇される。それにより、冷媒の温度が速やかに上昇するので、暖房運転の開始を起点として空気調和機の室内機から温風が吹き出されるまでに要する時間を短くすることが可能である。
Nucleation of the
本発明者は、発核起点部7の形状が異なるアノード電極5の各種サンプルと発核開始時間との関係を調べた。この調査のために用意されたサンプルA〜サンプルJが有する発核起点部の条件、つまり、形状、角度θ、及び高さh(又は深さh)を、表1に示す。
この調査では、蓄熱材4に酢酸ナトリウム水和物を用いるとともに、アノード電極5及びカソード電極6をいずれも銀製とした。用意されたサンプルA〜サンプルJを図1に示した蓄熱装置のアノード電極5に用いた。サンプルA〜サンプルFに形成された凸(突起)は、図2及び図3に示した形状の発核起点部7であり、この発核起点部7はアノード電極を切削加工して形成した。サンプルG〜サンプルJのアノード電極に形成された凹(くぼみ)は、アノード電極本体の厚みを減じるようにV字状に削って形成された溝である。このため、サンプルG〜サンプルJでの発核起点部の角度θはV字状の溝の角度であり、同サンプルでの発核起点部の高さhはV字状の溝の深さである。
In this investigation, sodium acetate hydrate was used for the
更に、この調査では、図1の蓄熱装置1で両電極(アノード電極5とカソード電極6)間に、1.7Vの定電圧をパルス波形にして印加するとともに、この印加が開始された時点から蓄熱材4の結晶化が始まるまでの時間を、発核開始時間として測定した。発核開始時間が60秒を経過した場合は、結晶化不能(発核不能)であるとして判断した。
Further, in this investigation, a constant voltage of 1.7 V was applied in a pulse waveform between both electrodes (the
これと共に、この調査では、初期1サイクルの発核開始時間と、50サイクルでの発核開始時間を測定した。ここで、1サイクルとは、蓄熱材4が結晶化して固相状態となった後、結晶を溶融させ蓄熱材4を液相状態とした上で、この蓄熱材4が過冷却するまでの過程を、指している。そして、初期1サイクルとは、1回目の測定が実行された最初のサイクルであり、50サイクルとは前記過程を50回繰り返したことを指している。
At the same time, in this investigation, the initial nucleation start time in one cycle and the nucleation start time in 50 cycles were measured. Here, one cycle is a process until the
以上の条件で、サンプルA〜サンプルJと発核開始時間との関係を測定した結果を図8に示す。 FIG. 8 shows the results of measuring the relationship between Sample A to Sample J and the nucleation start time under the above conditions.
図8により、サンプルB〜サンプルDは、初期1サイクルの場合及び50サイクル後の場合でも、サンプルA及びサンプルE〜サンプルJと比較して、発核開始時間が大幅に短いことが確かめられた。これとともに、発核起点部が突起からなるサンプルA〜サンプルEでは、蓄熱材4の結晶化(発核)が認められたのに対して、発核起点部がくぼみからなるサンプルF〜サンプルJでは、蓄熱材4の結晶化(発核)は認められなかった。
From FIG. 8, it was confirmed that Sample B to Sample D had a significantly shorter nucleation start time than Sample A and Sample E to Sample J even in the case of the first cycle and after 50 cycles. . At the same time, in Samples A to E where the nucleation starting portion is formed of protrusions, crystallization (nucleation) of the
先細り状の突起からなる発核起点部7が蓄熱材4の結晶化(発核)に貢献できる理由は、アノード電極5に印加された電圧が発核起点部7に集中され、この発核起点部7とカソード6との間に強い電場が形成されることで、発核起点部7の近傍で結晶核が生成される確実性が高められるからである、と推定されている。
The reason why the nucleation
図8に示された結果と表1の条件により、アノード電極5が有する先細り状の発核起点部7は、その角度θが90°以下で、高さhが5μm以上100μm以下であれば、蓄熱材4の過冷却状態を解除して、この蓄熱材4を結晶化させる上で好ましいことが確かめられた。更に、サンプルB〜サンプルDの結果により、発核起点部7の高さhを、12μm以上25μmとすることは、より短い発核開始時間を得る上で好ましいことが確かめられた。
According to the results shown in FIG. 8 and the conditions shown in Table 1, the tapered nucleation
したがって、既述のように先細り状に形成された発核起点部7の角度θを0°<θ≦90°とするとともに、発核起点部7の高さhを5μm≦h≦100μmとしたアノード電極5を備える第1実施形態の蓄熱装置1によれば、過冷却された蓄熱材4を素早くかつ確実に発核させることが可能である。
Therefore, as described above, the angle θ of the nucleation
又、既述のように第1実施形態の蓄熱装置1においては、蓄熱材4と接したアノード電極5の発核起点部7は、アノード電極5とカソード電極6間に印加される電圧が増えるに従い、電位腐食により劣化する虞がある。しかし、アノード電極5の発核起点部7は独立峰のような突起ではなく、単一ではあるが、螺旋状に設けられている。
Further, as described above, in the heat storage device 1 of the first embodiment, the nucleation
このため、アノード電極5の発核起点部7は、カソード電極6に対向する箇所を実質的に複数有している、とみなせる。これにより、前記電位腐食が一箇所の発核起点部に集中する場合と比較して、長い発核起点部7全体に電位腐食が分散される。その結果、螺旋状の発核起点部7の電位腐食による劣化が抑制される。したがって、アノード電極5に発核起点部7を複数設けた場合と同様に耐久性を向上させることが可能である。
For this reason, it can be considered that the nucleation
(第2の実施の形態)
図9は第2の実施の形態を示している。第2実施形態の蓄熱装置は以下の説明以外は第1実施形態と同じである。このため、第1実施形態と同一ないしは同様の機能を奏する構成については、第1実施形態と同じ符号を付してその説明を省略する。
(Second Embodiment)
FIG. 9 shows a second embodiment. The heat storage device of the second embodiment is the same as that of the first embodiment except for the following description. For this reason, about the structure which show | plays the same or same function as 1st Embodiment, the code | symbol same as 1st Embodiment is attached | subjected and the description is abbreviate | omitted.
第2実施形態は、カソード電極6の構成が第1実施形態とは異なる。即ち、カソード電極6は、軸方向両端が夫々開放された例えば円筒等の筒状をなしている。このカソード電極6の内側中央部にアノード電極5が配置されている。言い換えれば、カソード電極6はアノード電極5を囲んで配置されている。この場合、カソード電極6の配置は、螺旋状の発核起点部7とカソード電極6の内周面との距離が略均等となるようにすることが好ましい。
The second embodiment is different from the first embodiment in the configuration of the
このようなカソード電極6を備えた第2実施形態によれば、螺旋状の発核起点部7とカソード電極6の内周面との距離が略均等となる。このため、アノード電極5とカソード電極6との間に電圧が印加されることに伴い、発核起点部7の各部とカソード電極6の内周面との間に形成される電場に強弱を生じない。
According to the second embodiment including such a
これに対し、第1実施形態の構成では、カソード電極6と螺旋状の発核起点部7のカソード電極6に対向している部位との間の距離は、以下の他の部位とカソード電極6との間の距離より短い。ここに「他の部位」とは、前記部位に対してアノード電極本体5aを境に反対側に位置されてカソード電極6に対向していない発核起点部7の部位である。このため、両電極間に電圧が印加されることに伴い形成される電場は、相対的に前記距離が短い方が強いとともに前記距離が長い方が弱くなる。
On the other hand, in the configuration of the first embodiment, the distance between the
以上のようにアノード電極5の発核起点部7の各部とカソード電極6の内周面との間の距離が略等しい第2実施形態によれば、両電極間に電圧が印加されることに伴って、アノード電極5の周方向に連続した発核起点部7の各部とカソード電極6との間に形成される強い電場によって、過冷却された蓄熱材4の発核を促進させることが可能である。
As described above, according to the second embodiment, the distance between each portion of the nucleation
第2実施形態の蓄熱装置1で以上説明した以外の構成は、図9に示されない構成を含めて第1実施形態と同じである。したがって、この第2実施形態においても、アノード電極5が先細り状に形成された発核起点部7を有することで、過冷却された蓄熱材4を素早く かつ確実に発核させることが可能である。
The configurations other than those described above in the heat storage device 1 of the second embodiment are the same as those of the first embodiment, including the configuration not shown in FIG. Therefore, also in the second embodiment, the
以上、発核起点部7を切削加工で形成した例について述べたが、発核起点部7の製造方法はこれに限られることなく、以下の実施の形態のように、発核起点部7をせん断加工や研磨加工で形成することもできる。
As described above, the example in which the nucleation
(第3の実施の形態)
図10から図12を参照して、せん断加工によって発核起点部材7を形成する第3の実施の形態について説明する。
(Third embodiment)
A third embodiment in which the
凸状の発核起点部7は、ニッパーなどを用いて、図10に矢印で示す方向に棒状のアノード電極5を押しつぶすことで、切断部分がアノード電極5の長手方向に引き伸ばされて形成される。アノード電極5の材質として、例えば、柔らかい銀を用いた場合には、低速でせん断した際にこのように伸びを生じることとなる。このため、切断面がゆがんで、図11に示すように細かな凸部(発核起点部7)が複数個所に形成される。
The convex nucleation
図12に示すように、略三角形状の発核起点部7の先端部の斜辺20a、20bが挟む角度(或いは、発核起点部7の先端部の接線10同士が挟む角度)θは、例えば、0°よりも大きく、例えば90°以下の所定の値である。
As shown in FIG. 12, the angle θ between the
本実施形態のアノード電極5は、例えば、ニッパーを用い、例えば直径2mmの銀棒を例えば3秒程かけて手作業で低速で切断して作成することができる。これによって、ドリルで加工する方法に対して簡易に発核起点部7を形成することができる。このように作成したアノード電極5の発核性能を評価したところ、発核が安定して起こることが確認された。
The
(第4の実施の形態)
図13、図14を参照して、第4の実施の形態について説明する。第4の実施の形態では、第3の実施の形態と同様に、せん断加工(プレス加工)によって凸状の発核起点部材7を形成する。
(Fourth embodiment)
A fourth embodiment will be described with reference to FIGS. In the fourth embodiment, similarly to the third embodiment, the convex
第4の実施の形態では、棒状のアノード電極5に対して、カッターによって十字状の溝21を刻むことで、例えば0°よりも大きく90°以下の角度θをなした凸部(7a、7b)、すなわち凸形状の発核起点部7が形成される。例えば、アノード電極5に銀を用いた場合には、銀の柔らかい特性のためプレス加工で容易に溝21を形成できる。発核起点部7(7a、7b)の斜辺20a、20bが挟む角度θが、0°よりも大きく90°以下の角度をなすように、カッターの刃の角度が設定される。アノード電極5の高さh(溝21の深さ)は、5μm以上で100μm以下であることが好ましい。
In the fourth embodiment, by projecting a
本実施形態のアノード電極5は、例えば、直径2mmの銀棒に対して刃幅0.3mmのカッター刃を押し付ける加工(プレス加工)をすることで形成できる。このように作成したアノード電極5の発核性能を評価したところ、発核起点部7(7a、7b)から安定して発核が起こることが確認された。
The
本発明にいう突起には、立体的に形成されるもののほか、本実施形態に代表されるように、ある面(本実施形態では棒状のアノード電極5の外周面)内に形成される突起(平面的な突起)も含まれる。 In addition to the projection formed in the present invention, the projection formed on a certain surface (in this embodiment, the outer peripheral surface of the rod-shaped anode electrode 5), as represented by the present embodiment, ( Flat projections) are also included.
(第5の実施の形態)
図15から図17を参照して、研磨加工によって発核起点部材7を形成する第5の実施の形態について説明する。
(Fifth embodiment)
A fifth embodiment in which the
第5の実施の形態では、アノード電極5が薄板状の銀板で形成される。アノード電極5の表面には、凸形状の発核起点部7が複数個所に形成される。複数の発核起点部7は、アノード電極5の表面をヤスリで研磨して、複数の溝31を形成することで形成される。上述したように高さhが5μm以上で100μm以下の範囲の発核起点部7を形成するため、#80〜#200の粗い布ヤスリで表面を研磨する。発核起点部7のうち、斜辺20a、20bが挟む角度θが、0°よりも大きく90°以下の角度をなす発核起点部7が、安定して発核を起こすのに好適である。
In the fifth embodiment, the
本実施形態によれば、ドリルで加工する方法に対して簡易かつ安価に発核起点部7を形成することができる。また、発核起点の数を増やせるため、耐久性を上げることが可能となる。
According to the present embodiment, the nucleation
#80、#200の粗いヤスリで研磨した銀板(アノード電極5)は、高さhが5μm以上で100μm以下の凸を含んでおり、発核が安定して起こることが確認された。一方、上記銀板(アノード電極5)をヤスリで研磨した方法にて表面粗さと発核性能を評価したところ、#1000の細かいヤスリで研磨した銀板は5μm以下の凸となり、発核が安定しないことが確認された。 The silver plate (anode electrode 5) polished with a coarse file of # 80 and # 200 includes protrusions having a height h of 5 μm or more and 100 μm or less, and it was confirmed that nucleation occurs stably. On the other hand, when the surface roughness and nucleation performance were evaluated by the method of polishing the silver plate (anode electrode 5) with a file, the silver plate polished with a fine # 1000 file became convex of 5 μm or less, and nucleation was stable. It was confirmed not to.
上記した第1、第2の実施形態のようにアノード電極本体5aの周面に螺旋状の発核起点部7を形成する加工、第3の実施形態のようにニッパーなどを用いて細かな凸部状の発核起点部7を形成する加工、第4の実施形態のようにカッターによって発核起点部7を形成する加工、あるいは第5の実施形態のようにヤスリで研磨して発核起点部7を形成する加工の前に、予め蓄熱材の粒子を付着させてもよい。
As in the first and second embodiments described above, a process for forming the spiral nucleation
以上のように本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することを意図していない。これら新規な実施形態は、その他様々な形態で実施されることが可能であるとともに、発明の要旨を逸脱しない限り、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形などは、発明の範囲に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 Although several embodiments of the present invention have been described above, these embodiments are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the gist of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope of the invention, and also included in the invention described in the claims and the equivalent scope thereof.
1…蓄熱装置、3…蓄熱槽、4…蓄熱材、5…アノード電極、6…カソード゛電極、7…発核起点部、7a,7b…発核起点部の斜辺、θ…発核起点部の角度、h…発核起点部の高さ、12…電圧印加手段 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Thermal storage apparatus, 3 ... Thermal storage tank, 4 ... Thermal storage material, 5 ... Anode electrode, 6 ... Cathode electrode, 7 ... Nucleation origin part, 7a, 7b ... Hypothesis of nucleation origin part, (theta) ... Nucleation origin part , H: height of the nucleation starting point, 12: voltage applying means
Claims (7)
この蓄熱槽に収容され過冷却可能な蓄熱材と、
先細り状の突起で形成された発核起点部を有し、この発核起点部を前記蓄熱材に接して配置されたアノード電極と、
このアノード電極から離れて前記蓄熱材に接して配置されたカソード電極と、
前記両電極間に電圧を印加する電圧印加手段と、
を具備することを特徴とする蓄熱装置。 A heat storage tank,
A heat storage material accommodated in the heat storage tank and capable of being supercooled;
An anode electrode having a nucleation starting point portion formed by a tapered protrusion, the nucleation starting point portion being disposed in contact with the heat storage material;
A cathode electrode disposed away from the anode electrode and in contact with the heat storage material;
Voltage applying means for applying a voltage between the electrodes;
A heat storage device comprising:
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2017020679A (en) * | 2015-07-08 | 2017-01-26 | パナソニック株式会社 | Heat storage device and heat storage method |
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- 2013-09-27 JP JP2013202685A patent/JP2015083882A/en active Pending
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