JPH0236880B2 - - Google Patents

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JPH0236880B2
JPH0236880B2 JP56202193A JP20219381A JPH0236880B2 JP H0236880 B2 JPH0236880 B2 JP H0236880B2 JP 56202193 A JP56202193 A JP 56202193A JP 20219381 A JP20219381 A JP 20219381A JP H0236880 B2 JPH0236880 B2 JP H0236880B2
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JP
Japan
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heat
heat storage
storage material
radiator
transfer medium
Prior art date
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JP56202193A
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JPS58102097A (ja
Inventor
Takahito Ishii
Kazuo Yamashita
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority to JP56202193A priority Critical patent/JPS58102097A/ja
Publication of JPS58102097A publication Critical patent/JPS58102097A/ja
Publication of JPH0236880B2 publication Critical patent/JPH0236880B2/ja
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D20/00Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00
    • F28D20/02Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00 using latent heat
    • F28D20/025Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00 using latent heat the latent heat storage material being in direct contact with a heat-exchange medium or with another heat storage material
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/14Thermal energy storage

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Central Heating Systems (AREA)
  • Heat-Pump Type And Storage Water Heaters (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は太陽熱などの熱エネルギーを蓄熱し、
給湯、暖房などに用いられる蓄熱装置に関するも
のである。
従来この種の蓄熱装置として第4図に示すよう
に蓄熱槽1内に相変化をおこす蓄熱材2が充填さ
れ、かつこの蓄熱材2中に蓄熱材2の有する熱を
放熱するための熱交換器(以下放熱器と言う)
と、蓄熱材2を加熱するための熱交換器5(以下
加熱器と言う)とが設けられていた。
この構成においての蓄熱は蓄熱槽1の外部又は
内部の加熱器5を通して蓄熱材2に熱エネルギー
が供給される。しかし一般に蓄熱材2の結晶は熱
伝達率が悪く、しかもその融液は粘性が大きいた
め、蓄熱材2融液の自然対流によつて速やかに蓄
熱することができない。また蓄熱材2からの放熱
は、放熱器6内を流動する熱交換媒体が蓄熱材2
の潜熱を奪うことにより行われる。
しかし蓄熱材2が放熱するに伴い放熱器6の外
壁に蓄熱材の結晶11が付着して伝熱性能が低下
し、蓄熱材2の潜熱を有効に取り出すことができ
ない。
更にこのような蓄熱材2の場合は、過冷却や相
分離の問題と、蓄熱、放熱時の応答性の悪さなど
があり、実用化への大きな障害となつていた。
そこで放熱器6にフインを取付けて熱交換面積
を増したり、あるいは蓄熱材2をカプセル内に封
入して実質的に単位体積当りの表面積を増し、こ
のカプセルを蓄熱槽1内に充填したりする方法が
行われていたが、上記問題の本質的な解決には至
つていない。
本発明は相変化が生じる蓄熱材と、吸熱時に液
体から気体に、放熱時に気体から液体に変化し、
かつ凝縮液の比重が少なくとも前記蓄熱材の相転
移点近傍における液相の比重よりも大きい伝熱媒
体とを上方に空間部を残して蓄熱槽内に封入し、
前記空間部と蓄熱材充填部の両方に熱交換媒体が
通過する熱交換器を連設することにより、上記従
来の欠点を解消するものである。
以下本発明の一実施例を第1図から第3図にも
とづいて説明する。
第1図において1は蓄熱槽で、この蓄熱槽1内
には相変化がおこる蓄熱材2として例えば融点58
℃、1.44g/cm3、液体比重1.28g/cm3の酢酸ナト
リウム3水塩と、吸熱時に液体から気体に、放熱
時には気体から液体に変化し、かつ凝縮液の比重
が少なくとも蓄熱材の相転移点近傍における液相
の比重よりも大きい伝熱媒体3として、例えば沸
点47.6℃、凝固点−35℃、25℃における比重大
1.565g/cm358℃における比重1.48g/cm3のフロ
ンR−113とが上方に空間部4を残して封入され
ている。この蓄熱材充填部には蓄熱材2に熱エネ
ルギーを供給する加熱器5(熱交換器)が設けら
れ、また空間部4と蓄熱材充填部の両方にわたつ
て蓄熱材2の熱を放熱するための放熱器6(熱交
換器)が連設されている。蓄熱槽1内の空間部4
は空気などの不凝縮性ガスを排除している。
このように構成された蓄熱装置は蓄熱材2の内
部に通常放熱が伴う結晶化の際、体積変化により
生じた空隙が巣状に存在し、しかもその空隙内に
は伝熱媒体3が介在している。
このような状態において加熱器5から熱エネル
ギーを供給し蓄熱材2に蓄熱を開始する。この蓄
熱過程において最初は蓄熱材2が固相のため熱伝
達率が悪いが、伝熱媒体3が速やかに受熱し、蓄
熱材2に熱伝達しながら蓄熱槽1内を上昇してい
く。そして伝熱媒体3は空隙を通つて蒸発と凝縮
を繰り返して蓄熱材2に伝達し蓄熱する。この伝
熱媒体3は液状で蓄熱材2よりも比重が大きいた
め、たえず蓄熱溶液内を下降する。このように伝
熱媒体3は蓄熱材2中を対流して熱エネルギーを
蓄熱材2に蓄熱することによつて蓄熱槽1内が蓄
熱材融液と気、液体からなる伝熱媒体3で満され
る。
次に放熱過程について放熱器6内を熱交換媒体
として水が図中矢印a方向から流入する場合と、
矢印b方向から流入する場合について説明する。
まず水が矢印a方向から流入する場合は、空間
部4に設けられた放熱器6aの外壁で伝熱媒体3
の蒸気が凝縮し、潜熱を放出して水が加熱され
る。そして潜熱を放出した伝熱媒体3は凝縮、滴
下して蓄熱材2中を沈降する。そこで蓄熱材2か
ら受熱して再び空間部4へ蒸発していく。この過
程において伝熱媒体3が空間部4の放熱器6a外
壁で凝縮すると、この空間部4における伝熱媒体
3の蒸気圧が低下するが、これは蓄熱材2中を上
昇してくる伝熱媒体3の蒸気で補われる。水は引
き続いて蓄熱材2中に設けられた放熱器6bに入
り、ここで、蓄熱材2からの放熱で更に加熱され
る。この時伝熱媒体3は蓄熱槽1内の空間部4に
設けられた放熱器6aで凝縮し、蓄熱材2中に蒸
発するといつたサイクルが繰り返されているた
め、蓄熱材2融液は激しく撹拌される。従つて放
熱器6bを介しての熱伝達は著しく向上する。
また放熱器6b外壁に蓄熱材2の結晶が付着す
る問題については、すでに空間部4の加熱器6a
で加熱された水で蓄熱材2中の放熱器6bに流入
することと、伝熱媒体3による蓄熱材2の撹拌と
によつて著しく改善される。
更に蓄熱材2融液は過冷却、相分離をおこすこ
となく結晶化し、融解潜熱を放出する。そして融
解潜熱を放出した蓄熱材2の結晶な蓄熱槽1の下
方へ沈降し、順に堆積していく。このようにして
蓄熱材2の有する融解潜熱はもとより、顕熱をも
有効に、かつ高効率で取り出すことができる。
次に熱交換媒体である水が図中矢印b方向から
蓄熱材2中に設けられた放熱器6b内へ流入する
場合について説明する。
水が放熱器6b中に流入した直後は、蓄熱材2
融液と水との温度差が大きいため、放熱器6bを
介しての熱交換効率が高く、水は速やかに加熱さ
れるが、伝熱媒体3と水温との温度差が少なくほ
ぼ平衡状態にあるため、初期の段階では蓄熱材2
の撹拌は少ない。しかし蓄熱材2中の放熱器6b
の外壁では、融解潜熱を放出した蓄熱材2の結晶
が付着して伝熱性能が次第に低下してくる。その
ため、放熱器6b内の水温は低下するが、蓄熱槽
1の空間部4に設けられた放熱器6aに至ると、
伝熱媒体3の飽和蒸気と水との温度差が大きくな
り、放熱器6a外壁で伝熱媒体3が凝縮し、潜熱
を放出する。この伝熱媒体3の放出する潜熱によ
り水が加熱されるとともに、凝縮した伝熱媒体3
は蓄熱材2の融液中を沈降して蓄熱材2を撹拌す
る。従つて放熱器6b外壁での蓄熱材2の結晶の
成長が阻害され、結果として前述と同様高い伝熱
性能を維持することができる。
これまでに述べたように空間部4に設けられた
放熱器6aの役割は、蓄熱材2が蓄えた熱エネル
ギーを伝熱媒体3を介して蒸発潜熱の形で取り出
すこと、蓄熱材2融液を伝熱媒体3の蒸発−凝縮
の対流によつて撹拌し、蓄熱材充填部での放熱器
6bによる蓄熱材2融液との間接熱交換の熱伝達
率を高めることにある。
よつて従来の蓄熱装置における蓄熱材充填部で
の間接熱交換と比較して、非常に高い伝熱特性を
得ることができるのである。
このように蓄熱材2からの放熱を空間部4と蓄
熱材充填部の両方に設けられた放熱器6で行うこ
とができるため、例えば空間部4に設けられた放
熱器6aの表面積を少なくし、蓄熱材充填部に設
けられた放熱器6bの表面積を大きくしても、実
質的に熱効換出力を損うことなく、蓄熱槽1の空
間部4容積を小さくすることができ、蓄熱装置を
小型化することが可能となる。
一方空間部4だけに放熱器6を設けて、蓄熱材
2からの熱を放熱することも可能であるが、熱輸
送量は伝熱媒体3の蓄、放熱温度における蒸気密
度、蒸気速度、蒸気潜熱量などの熱的性質により
本来決定されるものであり、このような実用的な
伝熱媒体3の探索と実用化を考慮して限られたス
ペースで放熱器6の設計は困難さを伴う。
また、空間部4と蓄熱材充填部の境界面に位置
する蓄熱材2の少なくとも一部は溶解して、伝熱
媒体3が循環できるようにすることが必要であ
る。この空間部4と蓄熱材充填部との境界面が蓄
熱材2から析出した結果で閉ざされると、伝熱媒
体3の循環が阻害され、その結果空間部4に設け
られた放熱器6aによる熱交換特性が急激に低下
する。また一方蓄熱材充填部では依然として蓄熱
材2が放熱を続けているがこの蓄熱材2の融解潜
熱及び融点以下の顕熱については有効に活用でき
ないことになる。
第2図、第3図は第1図に示す蓄熱装置の出湯
温度Tと出湯量Lとの関係を示すもので、第2図
は水を矢印a方向から放熱器6に流入した場合、
第3図は矢印b方向から放熱器6に流入した場合
の特性図である。
この出湯温度Tは、空間部4に設けられた放熱
器6aから得られる昇温値X(deg)と、蓄熱材
充填部に設けられた放熱器6bから得られた昇温
値Y(deg)と和となる。第2図、第3図に示す
A,B,Cはそれぞれ第1図における放熱器6の
温度測定点A,B,Cの温度特性を示すものであ
る。
なお本実施例において加熱器5への熱供給は例
えば太陽熱集熱器からポンプで導けばよい。
また加熱器5中を流れる高温熱媒体と、放熱器
6中を流れる熱交換媒体とは同一媒体でも異種媒
体であつてもよい。
更に加熱器5を蓄熱用として用い、放熱器6を
蓄熱材2からの吸熱用としたものを示したが、放
熱器6を蓄熱用と吸熱用に兼用することもでき
る。例えば蓄熱時には太陽熱集熱器で得られた温
水を放熱器6に導いて蓄熱材に熱エネルギーを蓄
え、放熱時には回路切替えにより放熱器6から室
内の温風暖房器の放熱器へ導いて暖房することが
できる。
以上の説明から明らかなように本発明の蓄熱装
置は下記の効果が得られる。
1 蓄熱材中に伝熱媒体が介在するため、蓄熱時
の応答性がよく、速やかに蓄熱することができ
る。
2 蓄熱材からの放熱は、蓄熱槽の空間部に設け
られた熱交換器を介して伝熱媒体の凝縮熱伝達
と、蓄熱材充填部に設けられた熱交換器の間接
熱伝達により行われるため、高効率の熱を取り
出すことが可能となる。
3 実行的熱交換出力を損うことなく蓄熱槽内の
空間部容積を小さくすることができるため、蓄
熱装置を小型にすることができる。
4 蓄熱材が有する融解潜熱だけでなく顕熱をも
取り出すことができる。
5 蓄熱材が放熱する際、空間部伝熱面での伝熱
媒体の蒸発、凝縮過程に伴つて生じる蓄熱材融
液の撹拌効果により、蓄熱材の過冷却、相分離
をおこすことなく結晶化する。従つて放熱時の
応答性がよく過冷却防止剤など不必要となる。
6 給湯のみならず、水あるいはフロン、有機媒
体などの熱交換媒体を用いて暖房に利用するこ
とも可能であり多用途に活用できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を示す蓄熱装置の断
面図、第2図、第3図は第1図の蓄熱装置におけ
る出湯温度と出湯量の特性図、第4図は従来例を
示す蓄熱装置の断面図である。 1……蓄熱槽、2……蓄熱材、3……伝熱媒
体、4……空間部、6……放熱器(熱交換器)。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 相変化が生じる蓄熱材と、吸熱時に液体から
    気体に、放熱時に気体から液体に変化し、前記液
    体の比重が少なくとも前記蓄熱材の相変化近傍に
    おける比重よりも大きい伝熱媒体とが上方に空間
    部を残して蓄熱槽内に封入され、かつ前記空間部
    と蓄熱材充填部の両方に渡つて熱の取り出しのた
    めの熱交換器が連設された蓄熱装置。
JP56202193A 1981-12-14 1981-12-14 蓄熱装置 Granted JPS58102097A (ja)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
JP56202193A JPS58102097A (ja) 1981-12-14 1981-12-14 蓄熱装置

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JP56202193A JPS58102097A (ja) 1981-12-14 1981-12-14 蓄熱装置

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JPS58102097A JPS58102097A (ja) 1983-06-17
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JP56202193A Granted JPS58102097A (ja) 1981-12-14 1981-12-14 蓄熱装置

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN105115336A (zh) * 2015-09-07 2015-12-02 河北艺能锅炉有限责任公司 熔盐蓄热加热器

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JPS58102097A (ja) 1983-06-17

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