JP6777584B2 - 蓄熱装置 - Google Patents
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Description
容器と、
前記容器の内部に位置する蓄熱材と、
前記容器の内部に位置し、前記蓄熱材と接触するとともに、回転することによって前記蓄熱材を攪拌させる攪拌子と、
前記蓄熱材と接触し、前記攪拌子から突出し、前記攪拌子の回転に伴って回転する突起と、を備え、
前記攪拌子が回転する期間に、前記突起は、前記蓄熱材に接触している前記容器の内表面に連続的に接触する、
蓄熱装置を提供する。
短い期間(例えば1分以内)で蓄熱材の結晶化を完了させることができれば、蓄熱材の用途はさらに広がる。例えば、アイドリングストップを自動的に行う機能を有する自動車において、アイドリングストップ時の車室の冷房のために蓄熱材を利用することが考えられる。この場合、アイドリングストップ時には、エンジンによってコンプレッサーを駆動することにより得られる冷熱の代わりに、蓄熱材に蓄えられた冷熱が利用される。つまり、自動車の走行中にコンプレッサーを利用して蓄熱材を結晶化させて冷熱を蓄えつつ、アイドリングストップ時に蓄冷材を融解させて冷熱を放出するというサイクルを繰り返す方法が考えられる。都市部における自動車の交通事情を考慮すると、交通信号機同士の間隔が短く自動車が走行する期間が短くなる場合がある。このため、蓄熱材の結晶化をより短期間で完了でき、蓄熱材の全体で短期間に冷熱を潜熱として蓄えることができることが望ましい。
容器と、
前記容器の内部に位置する蓄熱材と、
前記容器の内部に位置し、前記蓄熱材と接触するとともに、回転することによって前記蓄熱材を攪拌させる攪拌子と、
前記蓄熱材と接触し、前記攪拌子から突出し、前記攪拌子の回転に伴って回転する突起と、を備え、
前記攪拌子が回転する期間に、前記突起は、前記蓄熱材に接触している前記容器の内表面に連続的に接触する、
蓄熱装置を提供する。
前記攪拌子は、
前記攪拌子の回転軸線上に重心を有し、前記回転軸線の周りに配置された第一板と、
前記第一板の前記重心から離れた位置において前記第一板に固定され、前記第一板の主面に垂直な方向において前記第一板の厚みより大きい寸法を有する翼であって、前記攪拌子の回転方向において前記蓄熱材と接触している前面を有する翼と、を備え、
前記蓄熱装置は第一空間をさらに含み、
前記第一空間は、前記攪拌子の回転軸線方向において、前記容器の前記内表面と前記第一板との間に存在し、
前記攪拌子の前記回転軸線に最も近い前記翼の部位を第一の端と定め、前記攪拌子が回転するときに前記第一の端が描く軌跡を第一軌跡と定めるときに、
前記第一空間は、前記第一軌跡と前記突起との間に存在し、
前記攪拌子の回転により前記蓄熱材は前記第一空間を循環可能である、
蓄熱装置を提供する。
前記容器は、前記容器の前記内表面と向かい合っている対面を有し、
前記攪拌子は、前記攪拌子の前記回転軸線上に重心を有し、前記攪拌子の回転軸線方向における前記対面と前記第一板との間で前記回転軸線の周りに配置された第二板をさらに備え、
前記第一板は、第一貫通孔を有し、
前記第二板は、第二貫通孔を有する、
蓄熱装置を提供する。
図1A及び図1Bに示す通り、第1実施形態に係る蓄熱装置1aは、蓄熱材20と、容器30と、攪拌子12と、突起15とを備えている。蓄熱材20は、容器30の内部に位置している。攪拌子12は、容器30の内部に位置し、蓄熱材20と接触するとともに、回転することによって蓄熱材20を攪拌させる。図1Bに示す通り、突起15は、攪拌子12から突出している。換言すると、突起15は、攪拌子12に接続されている。突起15は、攪拌子12の回転に伴って回転する。突起15は、攪拌子12が回転する期間に、蓄熱材20に接触している容器30の内表面に連続的に接触する。この場合、典型的には突起15の先端が容器30の内表面に連続的に接触する。
蓄熱装置1aは、図2A及び図2Bに示す蓄熱装置1bのように変更されてもよい。蓄熱装置1bは、特に説明する場合を除き蓄熱装置1aと同様に構成されている。蓄熱装置1aの構成要素と同一又は対応する蓄熱装置1bの構成要素には同一の符号を付し詳細な説明を省略する。蓄熱装置1aに関する説明は技術的に矛盾しない限り蓄熱装置1bにもあてはまる。
次に、第2実施形態に係る蓄熱装置1cについて説明する。第2実施形態は、特に説明する場合を除き、第1実施形態と同様に構成される。第1実施形態に係る蓄熱装置1aの構成要素のうち同一又は対応する蓄熱装置1cの構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。第1実施形態及びその変形例に関する説明は、技術的に矛盾しない限り第2実施形態にもあてはまる。
蓄熱装置1cは、様々な観点から変更可能である。例えば、蓄熱装置1cは、図4A〜図10Bに示す通り、蓄熱装置1d〜1jのように変更されてもよい。蓄熱装置1d〜1jは、特に説明する場合を除き、蓄熱装置1cと同様に構成される。蓄熱装置1cの構成要素と同一又は対応する蓄熱装置1d〜1jの構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
図1A及び図1Bに示すような実施例1に係る蓄熱装置を作製した。まず、薄型直方体状の容器(内側寸法:縦30mm×横30mm×高さ3.0mm)を準備した。容器の一面はガラス製であり、容器の他の面はステンレス製であった。容器の壁の一部には貫通孔が形成されていた。また、攪拌子(直径:29mm、高さ:2.0mm)を準備した。高さ0.4mm(半径0.4mmの半球状)の突起部が攪拌子の中心部に取り付けられ、攪拌子の中心部に回転軸が取付けられていた。図1Bに示す通り、攪拌子の回転中心に位置する突起が容器の底面に接触し、かつ、回転軸が容器の内部から貫通孔を貫いて容器の外部に延びるように攪拌子を容器の内部に配置した。回転軸はモータに連結させた。容器の内部には蓄熱材として40質量%のTBAB水溶液を充填した。40質量%のTBAB水溶液の融点は12℃であった。このようにして実施例1に係る蓄熱装置を作製した。
実施例1に係る蓄熱装置の容器の温度を50℃に調整した後、水冷により容器を冷却した。容器の温度が7℃になった時点でモータを作動させて回転軸及び攪拌子を回転させた。回転軸及び攪拌子の回転速度は600rpm(revolutions per minute)に設定した。その後、攪拌子の回転の開始からの時間を計測しながら容器の内部の蓄熱材の様子を目視により観察した。回転の開始からの時間の経過に伴い蓄熱材の粘性が高くなった。蓄熱材の粘性力が回転軸の回転の駆動力を上回った時点で攪拌子が停止した。回転軸の駆動力が大き過ぎると、結晶を破壊する可能性があるので、回転軸の駆動力は、蓄熱材の粘性を考慮して安定的に攪拌できるように低く定めた。攪拌子が停止した時点で、結晶核は容器の内部の全体に拡散しており、結晶核が成長する段階に入ると考えた。相転移熱の除熱にある程度の時間が必要であると考え、除熱が完了した時点を蓄熱材の結晶化の完了と定めた。40質量%のTBAB水溶液は、液相から固相に変化するときに密度が大きくなり体積が縮小するので、除熱が完了すると蓄熱材の体積が収縮する。このため、攪拌子の停止からしばらくして蓄熱材の結晶の内部に微細な空洞が形成された。蓄熱材に微細な空洞が十分に形成された時点で蓄熱材の結晶化が完了したとみなした。攪拌子の回転開始から20秒経過時に攪拌子が停止した。また、攪拌子の回転開始から60秒経過時に蓄熱材の結晶化が完了した。なお、攪拌子の回転開始から攪拌子が停止するまでの時間を回転時間と定め、攪拌子の回転開始から蓄熱材の結晶化が完了するまでの時間を結晶化完了時間と定めた。動作例1についての評価結果を表1に示す。ここで、回転時間の評価、結晶化完了時間の評価、及び総合的な評価は以下の基準に基づいて評価している。
回転時間が1分未満:A
回転時間が1分以上10分未満:B
回転開始から10分経過しても攪拌子が停止しない:C
(結晶化完了時間の評価基準)
結晶化完了時間が1分以下:A
結晶化完了時間が1分〜10分:B
回転開始から10分間経過しても蓄熱材の結晶化が完了しない:C
(総合評価)
回転時間及び結晶化完了時間がともにA評価:A
回転時間及び結晶化完了時間の少なくともいずれかがB評価:B
回転時間及び結晶化完了時間の少なくともいずれかがC評価:C
次に、図11A及び図11Bに示す通り、突起が容器の底面に接触しないように攪拌子を容器の内部に配置した以外は実施例1と同様にして、比較例1に係る蓄熱装置を作製した。比較例1に係る蓄熱装置の温度を50℃に調整した後、水冷により容器を冷却した。容器の温度が7℃になった時点でモータを作動させて回転軸、攪拌子、及び突起を回転させた。回転の開始から10分経過しても、攪拌子は停止せず、蓄熱材は結晶化しなかった。攪拌子が回転するときに突起が容器の内表面に接触していないと、蓄熱材に経時的な圧力変動が生じないので蓄熱材は結晶化しなかったと考えられる。比較例1についての評価結果を表1に示す。
図2A及び2Bに示すような実施例2に係る蓄熱装置を作製した。実施例2に係る蓄熱装置の容器は、貫通孔を有しない以外、実施例1に係る蓄熱装置の容器と同様に構成されていた。容器の内側寸法は、縦30mm×横30mm×高さ3.0mmであった。また、磁性体でできた攪拌子(直径:29mm、高さ:2.0mm)を準備した。高さ0.4mm(半径0.4mmの半球状)の突起が攪拌子の中心部に取り付けられていた。この攪拌子を容器の内部に配置した。蓄熱材として40質量%のTBAB水溶液を充填した。マグネチックスターラーのコントロール部が内蔵された制御台の上に容器を載せた状態で、コントロール部を操作することにより攪拌子の回転が可能であった。このようにして、実施例2に係る蓄熱装置を作製した。
実施例2に係る蓄熱装置の温度を50℃に調整した後、水冷により容器を冷却した。容器の温度が7℃になった時点でマグネチックスターラーのコントロール部を操作して攪拌子を回転させた。攪拌子の回転速度は600rpm(revolutions per minute)に設定した。攪拌子の回転期間に突起が容器の底面に接触していた。攪拌子の回転の開始からの時間を計測しながら容器の内部の蓄熱材の様子を目視により観察した。攪拌子の回転開始から20秒経過時に攪拌子が停止した。また、攪拌子の回転開始から60秒経過時に蓄熱材の結晶化が完了した。動作例2の評価結果を表1に示す。
攪拌子の回転速度を300rpmに設定して5秒間攪拌子を回転させた後、攪拌子の回転速度を600rpmに変更した以外は、動作例2と同様にして実施例2に係る蓄熱装置を動作させた。攪拌子の回転速度を600rpmに変更してから5秒経過時に攪拌子が停止した。換言すると、攪拌子の回転開始から10秒経過時に攪拌子が停止した。また、攪拌子の回転開始から50秒経過時に蓄熱材の結晶化が完了した。動作例3の評価結果を表1に示す。
攪拌子の回転速度を400rpmに設定した以外は動作例2と同様にして実施例2に係る蓄熱装置を動作させた。攪拌子の回転開始から17秒経過時に攪拌子が停止した。また、攪拌子の回転開始から58秒経過時に蓄熱材の結晶化が完了した。
容器を、縦60mm×横60mm×高さ3.0mmの内側寸法を有する容器に変更した以外は、実施例2と同様にして実施例3に係る蓄熱装置を作製した。容器の底面に平行な方向における容器の内表面と攪拌子とのクリアランスは15.5mmであった。
実施例2に係る蓄熱装置の代わりに実施例3に係る蓄熱装置を用いた以外は動作例4と同様にして実施例3に係る蓄熱装置を動作させた。攪拌子の回転開始から19秒経過時に攪拌子が停止した。また、攪拌子の回転開始から450秒経過時に蓄熱材の結晶化が完了した。実施例3の蓄熱装置において、容器の長辺(縦又は横の内側寸法)に対する攪拌子の直径の割合は48.3%と小さかった。攪拌子が停止した時、攪拌子の近傍の蓄熱材は、結晶核の拡散により白く見えたが、攪拌子から遠い部位の蓄熱材は透明なままであった。容器の内表面と攪拌子とのクリアランスが大きいので、攪拌によっても結晶核が攪拌子から遠い部位まで拡散しにくかったと考えられる。このため、動作例5では、攪拌子の回転停止後に逐次的な発核により蓄熱材の結晶化が進行したと考えられる。その結果、結晶化完了時間が450秒になったと考えられる。結晶化完了時間の短縮化のためには攪拌子の攪拌効果が重要であり、生成された結晶核は、蓄熱材の粘度に関わらず、容器内部の蓄熱材の全体に拡散することが望ましいことが示唆された。
図3A及び図3Bに示すような実施例4に係る蓄熱装置を作製した。直方体状の容器(内側寸法:縦50mm×横100mm×高さ2.0mm)を準備した。容器の一面はガラス製であり、容器の他の面はステンレス製であった。容器の内部において底面の中心付近に攪拌子を配置した。攪拌子は、第一板と、翼とを備えていた。第一板は、直径30mm及び厚み0.5mmの円板であった。第一板の中心には高さ1.3mm及び直径0.8mmの柱状の突起が固定されていた。突起は、容器の底面に接触していた。4つの翼が、攪拌子の回転方向において等間隔で第一板の外周部に固定されていた。それぞれの翼は、第一板の半径方向に10mmの長さを有し、かつ、1.6mmの高さを有していた。第一板の半径方向に2mmの長さに相当する翼の上端部が第一板に固定され、翼の残りの上端部が第一板の半径方向外側に突出していた。翼の厚みは1.0mmであった。攪拌子の一部は磁性材料でできており、容器の外部の磁界を変化させることにより、攪拌子は回転可能であった。容器に蓄熱材として40質量%のTBAB水溶液を充填した。このようにして、実施例4に係る蓄熱装置を作製した。
動作例6として、実施例4に係る蓄熱装置を動作例2と同様に動作させた。また、動作例7として、容器の温度が3℃以下になった時点で攪拌子を回転させた以外は動作例6と同様に実施例4に係る蓄熱装置を動作させた。結果を表2に示す。動作例6及び7では、結晶化完了時間が1分以下であり、実施例4に係る蓄熱装置は優れた特性を有することが示唆された。第一板と容器の底面との距離が比較的大きいので、攪拌子の回転により、突起と翼との間の空間において蓄熱材が循環しやすかったため、実施例4に係る蓄熱装置は優れた特性を発揮できたと考えられる。
図4A及び図4Bに示すような実施例5に係る蓄熱装置を作製した。直方体状の容器(内側寸法:縦50mm×横200mm×高さ2.0mm)を準備した。容器の一面はガラス製であり、容器の他の面はステンレス製であった。容器の内部において底面の中心付近に攪拌子を配置した。攪拌子として、実施例4に係る蓄熱装置の攪拌子と同一の攪拌子を用いた。また、容器の内部にステンレス製の2つの整流板(高さ:2.0mm)を配置した。各整流板は、攪拌子が回転するときに攪拌子の回転軸線から最も遠い攪拌子の端が描く軌跡である第二軌跡L2の近傍から容器の底面の長辺に沿って延びている近位部と、攪拌子の回転方向に湾曲している遠位部とを有していた。第二軌跡L2と各整流板との最短距離は0.15mmであった。容器の内側面と各整流板との最短距離は10mmであった。攪拌子の一部は磁性材料でできており、容器の外部の磁界を変化させることにより、攪拌子は回転可能であった。容器に蓄熱材として40質量%のTBAB水溶液を充填した。このようにして、実施例5に係る蓄熱装置を作製した。一対の整流板を配置しなかった以外は、実施例5と同様にして実施例6に係る蓄熱装置を作製した。第二軌跡L2と各整流板との最短距離を3mmに変更し、かつ、容器の内側面と各整流板との最短距離を10mmに変更した以外は、実施例5と同様にして実施例7に係る蓄熱装置を作製した。
動作例8として、実施例5に係る蓄熱装置を動作例2と同様に動作させた。動作例9として、実施例6に係る蓄熱装置を動作例2と同様に動作させた。動作例10として、実施例7に係る蓄熱装置を動作例2と同様に動作させた。結果を表3に示す。動作例8〜10において、結晶化完了時間は10分未満であり、実施例5〜7に係る蓄熱装置は良好な特性を有していた。特に、動作例8では、結晶化完了時間が1分以下であり、実施例5に係る蓄熱装置は優れた特性を有していた。整流板の配置を工夫することにより、容器の底面が高いアスペクト比を有する場合でも、攪拌子の近傍から容器の隅に蓄熱材の流れを生じさせ、1分以下の結晶化完了時間が実現可能であることが示された。
図5A及び図5Bに示すような実施例8に係る蓄熱装置を作製した。まず、直方体状の容器(内側寸法:縦50mm×横200mm×高さ2.0mm)を準備した。容器の一面はガラス製であり、容器の他の面はステンレス製であった。容器の内部において底面の中心付近に攪拌子を配置した。攪拌子は、第一板と、翼とを備えていた。第一板は、直径15mm及び厚み0.5mmの円板であった。第一板の中心には高さ1.3mm及び直径0.8mmの柱状の突起が固定されていた。突起は、容器の底面に接触していた。4つの翼が、等間隔で第一板の外周部に固定されていた。それぞれの翼は、第一板の半径方向に7mmの長さを有し、かつ、1.6mmの高さを有していた。第一板の半径方向に2mmの長さに相当する翼の上端部が第一板に固定され、翼の残りの上端部が第一板の半径方向外側に突出していた。翼の厚みは1.0mmであった。容器の内部にステンレス製の2つの整流板(高さ:2.0mm)を配置した。各整流板は、攪拌子が回転するときに攪拌子の回転軸線から最も遠い攪拌子の端が描く軌跡である第二軌跡L2の近傍から容器の底面の長辺に沿って延びている近位部と、攪拌子の回転方向に湾曲している遠位部とを有していた。第二軌跡L2と各整流板との最短距離は0.15mmであった。容器の内側面と各整流板との最短距離は16mmであった。攪拌子の一部は磁性材料でできており、容器の外部の磁界を変化させることにより、攪拌子は回転可能であった。容器にステンレス製の2つの邪魔板を取り付けた。各邪魔板は第一端及び第二端を有し、邪魔板の第一端は第二軌跡L2の近傍に配置し、邪魔板の第二端は容器30の内側面に接触させた。容器に蓄熱材として40質量%のTBAB水溶液を充填した。このようにして、実施例8に係る蓄熱装置を作製した。
図6A及び図6Bに示すような実施例9に係る蓄熱装置を作製した。まず、直方体状の容器(内側寸法:縦50mm×横200mm×高さ2.0mm)を準備した。容器の一面はガラス製であり、容器の他の面はステンレス製であった。容器の底面の一方の短辺から50mm離れた位置に攪拌子を配置した。攪拌子として、実施例8に係る蓄熱装置の攪拌子と同一の攪拌子を用いた。また、容器の内部にステンレス製の2つの整流板(高さ:2.0mm)を配置した。容器の底面の長辺に平行な方向において、一方の整流板の寸法は他方の整流板の寸法よりも大きかった。各整流板は、攪拌子が回転するときに攪拌子の回転軸線から最も遠い攪拌子の端が描く軌跡である第二軌跡L2の近傍から容器の底面の長辺に沿って延びている近位部と、攪拌子の回転方向に湾曲している遠位部とを有していた。第二軌跡L2と各整流板との最短距離は0.15mmであった。容器の内側面と各整流板との最短距離は16mmであった。容器にステンレス製の2つの邪魔板を取り付けた。各邪魔板は第一端及び第二端を有し、邪魔板の第一端は第二軌跡L2の近傍に配置し、邪魔板の第二端は容器の内側面に接触させた。容器に蓄熱材として40質量%のTBAB水溶液を充填した。このようにして、実施例9に係る蓄熱装置を作製した。
図7A及び図7Bに示すような実施例10に係る蓄熱装置を作製した。まず、直方体状の容器(内側寸法:縦100mm×横100mm×高さ2.0mm)を準備した。容器の一面はガラス製であり、容器の他の面はステンレス製であった。容器の底面の中心付近に攪拌子を配置した。攪拌子として、実施例8に係る蓄熱装置の攪拌子と同一の攪拌子を用いた。また、容器の内部にステンレス製の4つの整流板(高さ:2.0mm)を放射状に配置した。各整流板は、近位部及び遠位部を有していた。近位部は、攪拌子が回転するときに攪拌子の回転軸線から最も遠い攪拌子の端が描く軌跡である第二軌跡L2の近傍から容器の底面の対角線に沿って延びていた。遠位部は、近位部の近くで攪拌子の回転方向に湾曲し、容器の底面の一辺に沿って延びていた。遠位部は、5mmの幅を有する2つのスリットを有していた。第二軌跡L2と各整流板との最短距離は0.15mmであった。容器の内側面と各整流板との最短距離は10mmであった。容器に蓄熱材として40質量%のTBAB水溶液を充填した。このようにして、実施例10に係る蓄熱装置を作製した。
図8A及び図8Bに示すような実施例11に係る蓄熱装置を作製した。まず、円筒状の容器(内側寸法:直径100mm、高さ2.0mm)を準備した。容器の一面はガラス製であり、容器の他の面はステンレス製であった。容器の底面の中心付近に攪拌子を配置した。攪拌子として、実施例8に係る蓄熱装置の攪拌子と同一の攪拌子を用いた。また、容器の内部にステンレス製の4つの整流板(高さ:2.0mm)を放射状に等間隔で配置した。各整流板は、近位部及び遠位部を有していた。近位部は、攪拌子が回転するときに攪拌子の回転軸線から最も遠い攪拌子の端が描く軌跡である第二軌跡L2の近傍から容器の底面の半径方向外側に延びていた。遠位部は、攪拌子の回転方向に湾曲していた。第二軌跡L2と各整流板との最短距離は0.15mmであった。容器の内側面と各整流板との最短距離は10mmであった。容器に蓄熱材として40質量%のTBAB水溶液を充填した。このようにして、実施例11に係る蓄熱装置を作製した。
動作例11として、実施例8に係る蓄熱装置を動作例2と同様に動作させた。動作例12として、実施例9に係る蓄熱装置を動作例2と同様に動作させた。動作例13として、実施例10に係る蓄熱装置を動作例2と同様に動作させた。動作例14として、実施例11に係る蓄熱装置を動作例2と同様に動作させた。結果を表4に示す。動作例11〜14において、結晶化完了時間は1分以下であり、実施例8〜11に係る蓄熱装置は優れた特性を有していた。
図9A及び図9Bに示すような実施例12に係る蓄熱装置を作製した。まず、直方体状の容器(内側寸法:縦50mm×横200mm×高さ2.0mm)を準備した。容器の一面はガラス製であり、容器の他の面はステンレス製であった。容器の底面の中心付近に攪拌子を配置した。攪拌子として、実施例4に係る蓄熱装置の攪拌子と同一の攪拌子を用いた。また、容器の内部にそれぞれ異なる寸法を有するステンレス製の4対(8つ)の整流板(高さ:2.0mm)を配置した。各整流板は、近位部及び遠位部を有していた。各整流板は、攪拌子に向かって開口しており、かつ、遠位部において湾曲しているU字状の形状を有していた。各対の整流板は、互いに反対方向に開口している2つの整流板を含んでいた。4対の整流板の同一方向に開口している4つの整流板において、大きい寸法を有する整流板の内側に小さい寸法を有する整流板が所定の間隔で配置されていた。これにより、整流板同士の間にU字状の流路が形成されていた。攪拌子が回転するときに攪拌子の回転軸線から最も遠い攪拌子の端が描く軌跡である第二軌跡L2と整流板との最短距離は0.15mmであった。容器の内側面と最も大きい寸法を有する整流板との最短距離は4.2mmであった。容器に蓄熱材として40質量%のTBAB水溶液を充填した。このようにして、実施例12に係る蓄熱装置を作製した。
図10A及び図10Bに示すような実施例13に係る蓄熱装置を作製した。まず、直方体状の容器(内側寸法:縦50mm×横200mm×高さ19.5mm)を準備した。容器の一面はガラス製であり、容器の他の面はステンレス製であった。容器の底面の中心付近に攪拌子を配置した。攪拌子は、30mmの直径及び0.5mmの厚みを有する6つの円板と、4つの翼と、突起(回転軸)とを備えていた。6つの円板は、攪拌子の回転軸線に沿ってその回転軸線に垂直に配置され、円板同士の距離は2.3mmであった。容器の底面に最も近い円板と底面との距離は2.5mmであり、容器の底面と向かい合っている容器の頂面に最も近い円板と頂面との距離は2.5mmであった。各円板は、10mmの直径を有する4つの円状の貫通孔を有し、4つの貫通孔の中心は円板の中心から等しい距離に位置していた。突起は、19.5mmの高さ及び0.8mmの直径を有し、各円板の中心に固定されていた。突起の一端が容器の底面に接触し、突起の他端が容器の頂面に接触していた。4つの翼は、攪拌子の回転方向において等間隔で各円板の外周部に固定されていた。それぞれの翼は、円板の半径方向に10mmの長さを有し、かつ、18.5mmの高さを有していた。円板の半径方向に2mmの長さに相当する翼の内側部分が円板に固定され、翼の残りの部分(外側部分)が円板の半径方向外側に突出していた。翼の厚みは1.5mmであった。攪拌子が回転するときに攪拌子の回転軸線から最も遠い攪拌子の端が描く軌跡である第二軌跡L2の外側において、容器の内部空間が、0.5mmの厚みを有する7対のステンレス製の仕切りによって攪拌子の回転軸線方向に仕切られていた。攪拌子の回転軸線方向において、仕切り同士の距離は2.0mmであり、容器の底面に最も近い仕切りと底面との距離は2.0mmであり、容器の頂面に最も近い仕切りと頂面との距離は2.0mmであった。仕切りによって仕切られた各空間には整流板が配置されていた。整流板は、第二軌跡L2の近傍から容器の底面の長辺に沿って延びている近位部と、攪拌子の回転方向に湾曲している遠位部とを有していた。第二軌跡L2と各整流板との最短距離は0.15mmであった。容器の内側面と各整流板との最短距離は10mmであった。攪拌子の一部は磁性材料でできており、容器の外部の磁界を変化させることにより、攪拌子は回転可能であった。容器に蓄熱材として40質量%のTBAB水溶液を充填した。このようにして、実施例13に係る蓄熱装置を作製した。
動作例15として、実施例12に係る蓄熱装置を動作例2と同様に動作させた。動作例16として、実施例13に係る蓄熱装置を動作例2と同様に動作させた。結果を表5に示す。動作例15及び16において、結晶化完了時間は1分以下であり、実施例12及び13に係る蓄熱装置は優れた特性を有していた。複数対の整流板が密に配置されていたため、実施例12に係る蓄熱装置は優れた特性を発揮できたと考えられる。実施例13に係る蓄熱装置は、その容器の内部空間の容積が比較的大きかったのにも拘らず優れた特性を発揮できた。その理由としては、(i)仕切りが2mm間隔で配置されていたことにより結晶化熱が速やかに容器の外部に放熱されたこと、(ii)結晶核が、円板の形成された貫通孔を通って仕切りによって仕切られた各空間に移動したことが考えられる。
12 攪拌子
12a 第一板
12b 翼
12c 第二板
15 突起
16 整流板
16a 近位部
16b 遠位部
18 仕切り
20 蓄熱材
30 容器
30a 内表面
30b 対面
30c 内側面
F 前面
H1 第一貫通孔
H2 第二貫通孔
L1 第一軌跡
L2 第二軌跡
S1 第一空間
Claims (20)
- 容器と、
前記容器の内部に位置する蓄熱材と、
前記容器の内部に位置し、前記蓄熱材と接触するとともに、回転することによって前記蓄熱材を攪拌させる攪拌子と、
前記蓄熱材と接触し、前記攪拌子から突出し、前記攪拌子の回転に伴って回転する突起と、を備え、
前記攪拌子が回転する期間に、前記突起は、前記蓄熱材に接触している前記容器の内表面に連続的に接触する、
蓄熱装置。 - 前記攪拌子は、前記容器の外部で生じた物理的変化に従い、当該攪拌子の回転の開始、当該攪拌子の回転の停止、及び当該攪拌子の回転速度の変更を生じさせる、請求項1に記載の蓄熱装置。
- 前記攪拌子は、磁性体を含むとともに前記容器の外部から隔絶して配置されており、前記容器の外部で発生した磁界の変化により回転する、請求項1又は2に記載の蓄熱装置。
- 前記攪拌子の回転軸線に垂直な面に対して、前記攪拌子及び前記突起をそれぞれ前記回転軸線に平行な方向に射影して得られる射影の面積をP1及びP2と表したときに、P2がP1の90%以下である、請求項1〜3のいずれか1項に記載の蓄熱装置。
- 前記攪拌子及び前記突起は、金属又は合金を含み、
前記攪拌子は、前記攪拌子が回転する期間において、前記容器の内表面に接触せず、
前記攪拌子及び前記突起の表面積の合計は、前記容器の内表面の面積の10%以上である、請求項1〜4のいずれか1項に記載の蓄熱装置。 - 前記攪拌子は、平面又は曲面を有する板状であり、
前記攪拌子の回転軸線は、前記攪拌子の重心及び前記突起の先端を通り、
前記突起は、前記回転軸線に垂直な面で切ったときの断面積が前記先端に向かって縮小する部分を含み、
前記回転軸線方向から前記攪拌子及び前記突起を見たときに、前記攪拌子と重ならない前記突起の部位は存在しない、請求項1〜5のいずれか1項に記載の蓄熱装置。 - 前記攪拌子は、
前記攪拌子の回転軸線上に重心を有し、前記回転軸線の周りに配置された第一板と、
前記第一板の前記重心から離れた位置において前記第一板に固定され、前記第一板の主面に垂直な方向において前記第一板の厚みより大きい寸法を有する翼であって、前記攪拌子の回転方向において前記蓄熱材と接触している前面を有する翼と、を備え、
前記蓄熱装置は第一空間をさらに含み、
前記第一空間は、前記攪拌子の回転軸線方向において、前記容器の前記内表面と前記第一板との間に存在し、
前記攪拌子の前記回転軸線に最も近い前記翼の部位を第一の端と定め、前記攪拌子が回転するときに前記第一の端が描く軌跡を第一軌跡と定めるときに、
前記第一空間は、前記第一軌跡と前記突起との間に存在し、
前記攪拌子の回転により前記蓄熱材は前記第一空間を循環可能である、
請求項1〜6のいずれか1項に記載の蓄熱装置。 - 前記攪拌子の前記回転軸線と前記第一の端との距離は、前記攪拌子の前記回転軸線から最も離れた前記第一板の端と前記回転軸線との距離の40%〜100%である、請求項7に記載の蓄熱装置。
- 前記容器の前記内表面と前記第一板との最短距離は、前記第一板の前記厚みの2〜100倍である、請求項7又は8に記載の蓄熱装置。
- 前記容器は、前記容器の前記内表面と向かい合っている対面を有し、
前記攪拌子の回転軸線方向において、前記容器の前記内表面と前記第一板との距離は、前記容器の前記対面と前記第一板との距離よりも大きい、請求項7〜9のいずれか1項に記載の蓄熱装置。 - 前記攪拌子の前記回転軸線から最も遠い前記攪拌子の部位を第二の端と定め、前記攪拌子が回転するときに前記第二の端が描く軌跡を第二軌跡と定めるときに、
前記容器の内部に配置され、かつ、前記回転軸線に垂直な方向において、前記第二軌跡の外側に配置された整流板であって、近位部及び前記近位部よりも前記第二軌跡から遠くに位置する遠位部を有する、整流板をさらに備えた、請求項7〜10のいずれか1項に記載の蓄熱装置。 - 前記容器は、前記容器の前記内表面の端から前記攪拌子の前記回転軸線に沿って延びて前記攪拌子を囲んでいる内側面を有し、
前記整流板は、前記内側面から離れて位置しており、
前記第二軌跡と前記整流板との最短距離は、前記容器の前記内側面と前記整流板との最短距離よりも小さい、
請求項11に記載の蓄熱装置。 - 前記容器は、前記容器の前記内表面と向かい合っている対面を有し、
前記整流板は、前記蓄熱材が有する熱伝導率よりも高い熱伝導率を有する材料でできており、
前記整流板は、前記容器の前記内表面及び前記対面に接触している、
請求項11又は12に記載の蓄熱装置。 - 前記整流板の前記遠位部は、前記攪拌子の回転方向に湾曲している、請求項11〜13のいずれか1項に記載の蓄熱装置。
- 前記容器の前記内表面は、短辺の2倍以上の長辺を有する長方形状であり、
前記近位部は前記内表面の前記長辺に沿って延びている、
請求項11〜14のいずれか1項に記載の蓄熱装置。 - 前記容器の前記内表面は、短辺の2倍未満の長辺を有する長方形状、正方形状、又は円状であり、
放射状に配置された複数の前記整流板を備えた、
請求項11〜14のいずれか1項に記載の蓄熱装置。 - 前記整流板は、前記第二軌跡に向かって開口しており、かつ、前記遠位部において湾曲しているU字状の形状を有する。請求項11〜14のいずれか1項に記載の蓄熱装置。
- 前記容器は、前記容器の前記内表面と向かい合っている対面を有し、
前記攪拌子は、前記攪拌子の前記回転軸線上に重心を有し、前記攪拌子の回転軸線方向における前記対面と前記第一板との間で前記回転軸線の周りに配置された第二板をさらに備え、
前記第一板は、第一貫通孔を有し、
前記第二板は、第二貫通孔を有する、
請求項7〜9のいずれか1項に記載の蓄熱装置。 - 前記攪拌子の前記回転軸線から最も遠い前記攪拌子の部位を第二の端と定め、前記攪拌子が回転するときに前記第二の端が描く軌跡を第二軌跡と定めるときに、
前記第二軌跡の外側に位置するとともに、前記攪拌子の回転軸線方向に前記容器の内部空間を仕切る仕切りをさらに備えた、請求項18に記載の蓄熱装置。 - 前記仕切りによって仕切られた各空間に配置され、それぞれ、近位部及び前記近位部よりも前記第二軌跡から遠くに位置する遠位部を有する、複数の整流板をさらに備えた、請求項19に記載の蓄熱装置。
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