JP2015160929A

JP2015160929A - 相変化を伴う共融混合物である溶融塩の熱伝達制御材としてのＳｉＣハニカム

Info

Publication number: JP2015160929A
Application number: JP2014038385A
Authority: JP
Inventors: 裕昭桐木; Hiroaki Kiriki
Original assignee: Ibiden Co Ltd
Current assignee: Ibiden Co Ltd
Priority date: 2014-02-28
Filing date: 2014-02-28
Publication date: 2015-09-07
Also published as: WO2015129838A1

Abstract

【課題】蓄熱に必要な時間の予測が容易な蓄熱技術および蓄熱材を提供する。
【解決手段】ＳｉＣハニカムを相変化を伴う共融混合物である溶融塩の熱伝達制御材としてもちいた蓄熱材。前記の溶融塩は例えばＫＮＯ_３とＮａＮＯ_３との混合物等を用いる。
【選択図】なし

Description

本発明は、蓄熱技術および蓄熱材に関する。

太陽熱、廃熱などを蓄熱し、利用する技術は様々な分野で利用されている。物質の相変化を利用し蓄熱する技術は、相変化に伴って大きな潜熱が必要であることから大きな熱量を蓄える技術として注目されている。

特許文献１には、太陽熱を利用した給湯、暖房システムなどに適用可能な蓄熱槽として、頂部および熱媒の導入あるいは送出用のパイプを配設してなる蓄熱槽において、蓄熱槽の上下方向にわたって平板状をした容器を複数段棚状に積層すると共に、この容器内には潜熱を利用した蓄熱体を充填し、更に容器には熱媒が流動するための通水路を特徴とする潜熱を利用した蓄熱槽が提案されている。

特開昭５０−１２４２３６号公報

一般に潜熱を利用した蓄熱槽は、蓄熱体が固体の状態にあるときの伝熱性に問題がある。特許文献１では、熱媒の流動を利用し熱交換を行っているが、蓄熱槽全体の容積に対し熱媒を通過させるための空間を要する分、蓄熱容量が低下する。

一方、近年大規模な太陽熱発電での蓄熱技術の利用が検討されている。
相変化を伴う共融混合物である溶融塩は、太陽熱発電設備等で、潜熱を利用した蓄熱材として用いられる。溶融塩のみを蓄熱材として用いた４ＭＷ・ｈｒクラスの大型蓄熱容器を設計する際、溶融塩は融解し、容器内の広い領域で自然対流を起こす。蓄熱容器の設計時、この自然対流はあらゆる箇所で起こるため、前以て、熱伝達率を考慮して必要な蓄熱時間等を予測することは困難である。

本発明では、従来の蓄熱材の課題を解決し、蓄熱に必要な時間の予測が容易な蓄熱技術および蓄熱材を提供することを目的とする。

上記課題を解決するための本発明の蓄熱材は、相変化を伴う共融混合物である溶融塩の熱伝達制御材としてＳｉＣハニカムを利用することにある。

また、本発明の蓄熱材は、前記ＳｉＣハニカムと溶融塩とからなることが好ましい。

ＳｉＣハニカムを溶融塩に混合することで、蓄熱時でもＳｉＣハニカム間の狭い領域での自然対流のみしか起こらないように、制御することができる。狭い領域での自然対流の場合、蓄熱に要する時間を予測するには、自然対流による熱伝達率の増加分を、溶融塩とＳｉＣハニカム混合物の熱伝導率に加えることで、熱移動に占める自然対流の影響を少なくすることができる。このため、溶融塩内の熱伝達率として、市販のシミュレーションソフトウエアを用いて、蓄熱容器の必要な蓄熱時間等の設計が可能になる、つまり、ＳｉＣハニカムを用いれば、溶融塩の熱伝達率を制御することができると言える。

以下、本発明の実施の形態を説明する。
本明細書において示す蓄熱量の大きさは、全体が液相から固体に相変化する際の融解潜熱の大きさを示している。

本発明の蓄熱材は、相変化を伴う共融混合物である溶融塩の熱伝達制御材としてＳｉＣハニカムを利用する。ＳｉＣハニカムとは、ＳｉＣからなるハニカム状に孔のあいた部材である。部材の大きさは、特に限定されず、例えば３０ｍｍ×３０ｍｍ×１５０ｍｍ、１００ｍｍ×１００ｍｍ×１０００ｍｍの大きさである。

また、前記孔の大きさ、形状は、特に限定されない。形状は例えば正方形、長方形、が利用でき、孔の断面の大きさは、例えば辺の長さが１〜１０ｍｍの正方形、正六角形である。

相変化を伴う共融混合物である溶融塩は、太陽熱発電設備等で、蓄熱材として用いられる。溶融塩のみを蓄熱材として用いた４ＭＷ・ｈｒクラスの大型蓄熱容器を設計する際、溶融塩は融解し、容器内の広い領域で自然対流を起こす。蓄熱容器の設計時、この自然対流はあらゆる箇所で起こるため、前以て、熱伝達率を考慮して必要な蓄熱時間等を予測することは困難である。それは、境界条件が移動変化するので市販のシミュレーションソフトウエアで自然対流による熱伝達率をもとめることが困難であるためである。しかし、例えばＳｉＣハニカムを小片状に破砕して約３０重量％となるよう溶融塩に混合することで、蓄熱時でもＳｉＣハニカム間の狭い領域での自然対流のみしか起こらないように、制御することができる。

相変化を伴う共融混合物である溶融塩とは、相図に共有点を有する混合物である。

また、本発明の蓄熱材は、前記ＳｉＣハニカムと溶融塩とからなることが好ましい。前記ＳｉＣハニカムと溶融塩との混合物は、溶融塩が狭い領域のみしか対流現象を起こしにくい。溶融塩の狭い領域での自然対流であれば、蓄熱に要する時間を予測するには、自然対流による熱伝達率の増加分を、溶融塩とＳｉＣハニカムとの混合物の熱伝導率に加えることで、熱移動に占める自然対流の影響を少なくすることができる。このため、溶融塩内の熱伝達率として、市販のＦｌｕｅｎｔ（アンシス・インコーポレイテッドの登録商標）等のシミュレーションソフトウエアを用いて、蓄熱容器の必要な蓄熱時間等の設計が可能になる、つまり、ＳｉＣハニカムを用いれば、溶融塩の熱伝達率を制御することができると言える。

また、本発明の蓄熱材は、ＳｉＣハニカムを利用することにある。ＳｉＣを粉末状や板状でなく、ハニカムを用いたのは重力による分離を防ぎ、大型蓄熱器に溶融塩とＳｉＣハニカムを均一に混合充填するのが容易であるためである。ＳｉＣハニカムの形状は特に限定されず小片に破砕して用いてもよい。

＜実施例１＞
以下に、本発明に係る実施例１について説明する。
相変化を伴う共融混合物である溶融塩、ＳｉＣハニカムとからなる蓄熱材を内容積が、１０ｍ^３の容器に充填する。溶融塩はＫＮＯ_３とＮａＮＯ_３との混合物である。蓄熱材の重量比は、ＫＮＯ_３が３５重量％、ＮａＮＯ_３が３５重量％、ＳｉＣハニカムが３０重量％である。ＳｉＣハニカムは、容器に隙間なく詰められ、ハニカムの空隙部分に相変化を伴う共融混合物である溶融塩が詰められている。

このような蓄熱材は、溶融した溶融塩が、ハニカムによって対流が阻害され、対流による伝熱はＳｉＣハニカムの熱伝導より圧倒的に小さく、ＳｉＣハニカムの熱伝導のみによる伝熱計算により容易に蓄熱に要する時間を算出できる。また、対流現象がほとんど関与しないので実験値とシミュレーションとの差異は、スケールアップしても乖離しにくく、蓄熱に要する時間を容易に予測することができる。

＜比較例１＞
以下に、比較例１について説明する。
相変化を伴う共融混合物である溶融塩からなる蓄熱材を内容積が、１０ｍ^３の容器に充填する。溶融塩はＫＮＯ_３とＮａＮＯ_３との混合物である。蓄熱材の重量比は、ＫＮＯ_３が５０重量％、ＮａＮＯ_３が５０重量％である。すなわち、容器には、相変化を伴う共融混合物である溶融塩のみが詰められている。

このような蓄熱材は、溶融した溶融塩が、あらゆる箇所で対流を始める。溶融にかかる時間は対流の発生箇所によって変動し、予測が困難である。また、対流の勢いは、容器の大きさが大きくなるにつれてより顕著に現れるので、実験値とシミュレーションとの差異は、スケールアップしても乖離しやすく、蓄熱に要する時間を予測することが困難である。

Claims

相変化を伴う共融混合物である溶融塩の熱伝達制御材であることを特徴とするＳｉＣハニカム
前記ＳｉＣハニカムと溶融塩とからなることを特徴とする蓄熱材。