JPH0490499A - 蓄熱器 - Google Patents
蓄熱器Info
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Classifications
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/14—Thermal energy storage
Landscapes
- Thermal Insulation (AREA)
- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野］
この発明は蓄熱器に関し、特に伝熱性能が高く、かつ蓄
熱、放熱を高い効率で行うことができる蓄熱器に関する
ものである。
熱、放熱を高い効率で行うことができる蓄熱器に関する
ものである。
［従来の技術ｊ
蓄熱器は化学反応を生じる物質、相変化に伴う潜熱を利
用する物質、顕熱を利用する物質等の蓄熱物質を、何ら
かの形で蓄熱器内に充填し、伝熱媒体によって間接的あ
るいは直接的に蓄熱物質と熱交換するものである。
用する物質、顕熱を利用する物質等の蓄熱物質を、何ら
かの形で蓄熱器内に充填し、伝熱媒体によって間接的あ
るいは直接的に蓄熱物質と熱交換するものである。
第４図は従来の蓄熱器の一例を示す概略断面図である。
蓄熱物質１は容器２内に均一な分布状態で充填されてい
る。熱媒体３は蓄熱器ケース４に設けられた入口５から
ケース内に入り、容器２の壁面と接触して熱交換を行い
ながら出口６から比で行（。
る。熱媒体３は蓄熱器ケース４に設けられた入口５から
ケース内に入り、容器２の壁面と接触して熱交換を行い
ながら出口６から比で行（。
一般に、上述のような蓄熱器では蓄熱物質における熱伝
導が良好でないため、熱交換が十分に行われず、従って
蓄・放熱の効率が低い。この点を改善スるため、伝熱促
進手段としてフィンの設置、熱伝導のよいマトリクス（
例えば金属繊維等）の充填が行われ、さらに最近では蓄
熱物質とセラミクスや炭素繊維との複合化が試みられた
りしている。
導が良好でないため、熱交換が十分に行われず、従って
蓄・放熱の効率が低い。この点を改善スるため、伝熱促
進手段としてフィンの設置、熱伝導のよいマトリクス（
例えば金属繊維等）の充填が行われ、さらに最近では蓄
熱物質とセラミクスや炭素繊維との複合化が試みられた
りしている。
しかしながら、従来の蓄熱器では蓄熱器の構造上の問題
から、また蓄・放熱条件等によって、蓄熱物質の加熱、
冷却は均一に行われることはまずなく、その結果充填し
ている蓄熱物質のうち十分に蓄・放熱に寄与できない部
分が多く、蓄熱器の本来の伝熱性能、蓄熱密度を示すこ
とができない場合が大半であった。
から、また蓄・放熱条件等によって、蓄熱物質の加熱、
冷却は均一に行われることはまずなく、その結果充填し
ている蓄熱物質のうち十分に蓄・放熱に寄与できない部
分が多く、蓄熱器の本来の伝熱性能、蓄熱密度を示すこ
とができない場合が大半であった。
第５図（ａ） 、 （ｂ）は、典型例として伝熱管の周
囲に円環状に蓄熱物質が配置された蓄熱器の伝熱管を示
したものである。これらの構造は、内管７と外管８との
間に充填された蓄熱物質を外側から一様に加熱して蓄熱
し、内側から熱媒体３によって冷却して放熱する構造で
ある。第５図（ａ）の例では軸方向の熱伝導が悪いため
に、熱媒体入口付近と出口付近では蓄・放熱状態が著し
く異なり、蓄・放熱に寄与しない蓄熱物質が、図中斜線
で示すように分布している。一方第５図（ｂ）は径方向
の熱伝導が悪い場合の例を示し、斜線で示す外周部の蓄
熱物質は蓄・放熱に寄与しない。
囲に円環状に蓄熱物質が配置された蓄熱器の伝熱管を示
したものである。これらの構造は、内管７と外管８との
間に充填された蓄熱物質を外側から一様に加熱して蓄熱
し、内側から熱媒体３によって冷却して放熱する構造で
ある。第５図（ａ）の例では軸方向の熱伝導が悪いため
に、熱媒体入口付近と出口付近では蓄・放熱状態が著し
く異なり、蓄・放熱に寄与しない蓄熱物質が、図中斜線
で示すように分布している。一方第５図（ｂ）は径方向
の熱伝導が悪い場合の例を示し、斜線で示す外周部の蓄
熱物質は蓄・放熱に寄与しない。
［発明が解決しようとする課題）
このように、従来の蓄熱器は蓄熱物質の熱伝導が低いた
めに、蓄熱物質のうちの約５０％は蓄・放熱に寄与でき
なかった。本発明はこの様な従来の問題を解決し、蓄・
放熱効率の高い蓄熱器を提供することを目的とする。
めに、蓄熱物質のうちの約５０％は蓄・放熱に寄与でき
なかった。本発明はこの様な従来の問題を解決し、蓄・
放熱効率の高い蓄熱器を提供することを目的とする。
［課題を解決するための手段Ｊ
かかる目的を達成するために、本発明は、蓄熱体中の蓄
熱物質が不均一な分布を有することを特徴とする。
熱物質が不均一な分布を有することを特徴とする。
さらに本発明は蓄熱体が、蓄熱物質と不均一な組成また
は分布を有する炭素材料、あるいは不均一な組成または
分布を有するセラミクスとの複合材料であることを特徴
とする。
は分布を有する炭素材料、あるいは不均一な組成または
分布を有するセラミクスとの複合材料であることを特徴
とする。
ここで蓄熱体は蓄熱物質と炭素あるいはセラミクスの複
合材料であってもよい。蓄熱物質としては、例えばＮ１
Ｃｊ２−６ＮＨａ、 Ｎ１Ｃｊ２−２ＮＨｘ、ＧａＢｒ
２２Ｈ２０，Ｃａ（Ｊ２２−２ＣＨ３ＨＮ２． ＣａＣ
ρ２６ＣＨ３ＮＨ２等の化学反応を伴う熱の吸収・放出
を行う物質あるいは、例えばＬｉＦ、 ＭｇＦ２． Ｃ
ａＦｚ、 Ｂｅ、 ＫＦあるいはそれらの混合物などの
相変化を伴う熱の吸収・放出を行う物質を用いることが
できる。
合材料であってもよい。蓄熱物質としては、例えばＮ１
Ｃｊ２−６ＮＨａ、 Ｎ１Ｃｊ２−２ＮＨｘ、ＧａＢｒ
２２Ｈ２０，Ｃａ（Ｊ２２−２ＣＨ３ＨＮ２． ＣａＣ
ρ２６ＣＨ３ＮＨ２等の化学反応を伴う熱の吸収・放出
を行う物質あるいは、例えばＬｉＦ、 ＭｇＦ２． Ｃ
ａＦｚ、 Ｂｅ、 ＫＦあるいはそれらの混合物などの
相変化を伴う熱の吸収・放出を行う物質を用いることが
できる。
［作 用１
本発明においては、蓄・放熱に寄与できない部分が生じ
ないように、予め蓄熱物質の分布のしかたを蓄熱器の場
所ごとに変化させ、または組成、分布の状態を蓄熱器の
場所ごとに変化させた炭素材料、セラミクスを始めとし
たマトリクスと蓄熱物質との複合材料を用いている。
ないように、予め蓄熱物質の分布のしかたを蓄熱器の場
所ごとに変化させ、または組成、分布の状態を蓄熱器の
場所ごとに変化させた炭素材料、セラミクスを始めとし
たマトリクスと蓄熱物質との複合材料を用いている。
その結果、例えば円環状に配置された蓄熱体の軸方向、
あるいは径方向の熱伝導を高めたり、軸方向あるいは径
方向の蓄熱物質の充填率を変化させることによって従来
の問題の解決を図ることができる。さらに、蓄熱物質中
に設けたフィンのピッチ、厚さ等を変えることによって
も、同様の効果を得ることができる。
あるいは径方向の熱伝導を高めたり、軸方向あるいは径
方向の蓄熱物質の充填率を変化させることによって従来
の問題の解決を図ることができる。さらに、蓄熱物質中
に設けたフィンのピッチ、厚さ等を変えることによって
も、同様の効果を得ることができる。
要するに、本発明に係る蓄熱器においては、蓄熱体中の
蓄熱物質、マトリクス、伝熱促進材料等の分布状態、形
状、特性等を任意に制御し、蓄熱物質における見かけの
熱伝導率、蓄熱密度を局所的に制御することによって、
蓄熱物質が蓄・放熱特性に十分寄与する効果が得られる
。
蓄熱物質、マトリクス、伝熱促進材料等の分布状態、形
状、特性等を任意に制御し、蓄熱物質における見かけの
熱伝導率、蓄熱密度を局所的に制御することによって、
蓄熱物質が蓄・放熱特性に十分寄与する効果が得られる
。
このように本発明は、特に熱交換部分での温度分野が大
きい高温における蓄・放熱や、熱負荷の変動が激しい応
用分野において、特に顕著な効果を得ることができる。
きい高温における蓄・放熱や、熱負荷の変動が激しい応
用分野において、特に顕著な効果を得ることができる。
［実施例１
以下、この発明を図示の実施例に基づいて説明する。
第１図（ａ） 、 （ｂ）はそれぞれ本発明の実施例を
示す図である。これらの実施例は、第５図（ａ） 、
（ｂ）に示した伝熱管における蓄熱物質を炭素繊維と蓄
熱物質との複合材料で置き換えた例である。第１図（ａ
）は複合材料のマトリクスである炭素繊維９を繊維の方
向が軸方向に沿う様に配置して軸方向の熱伝導性を高め
、かつ蓄熱物質ｌの軸方向の充填率を変えている。図示
するように、炭素繊維９の密度を熱媒体３の下流側で高
く、従って蓄熱物質１の充填率を下流側で低くするとよ
い。第１図（ｂ）は炭素繊維９を繊維の方向が径方向に
並ぶ様に配置した例である。この場合は蓄熱物質１の充
填率を外周側で低くするとよい。充填する蓄熱物質の組
成を場所に応じて変化させてもよい。
示す図である。これらの実施例は、第５図（ａ） 、
（ｂ）に示した伝熱管における蓄熱物質を炭素繊維と蓄
熱物質との複合材料で置き換えた例である。第１図（ａ
）は複合材料のマトリクスである炭素繊維９を繊維の方
向が軸方向に沿う様に配置して軸方向の熱伝導性を高め
、かつ蓄熱物質ｌの軸方向の充填率を変えている。図示
するように、炭素繊維９の密度を熱媒体３の下流側で高
く、従って蓄熱物質１の充填率を下流側で低くするとよ
い。第１図（ｂ）は炭素繊維９を繊維の方向が径方向に
並ぶ様に配置した例である。この場合は蓄熱物質１の充
填率を外周側で低くするとよい。充填する蓄熱物質の組
成を場所に応じて変化させてもよい。
このような炭素繊維と蓄熱物質と・の複合材料は、有機
繊維を炭化して炭素繊維とする際に蓄熱物質を予め混合
しておいても、炭素繊維に蓄熱物質を含浸または注入さ
せても、作ることができる。溶融状態の蓄熱物質に炭素
繊維を含浸して蓄熱物質を含浸させる時は、炭素繊維の
表面にＳｉＣを化学気相堆積法によって堆積させてお（
とよい。こうすると溶融状態の蓄積物質に対する濡れ性
が改善され、含浸率を高めることができる。
繊維を炭化して炭素繊維とする際に蓄熱物質を予め混合
しておいても、炭素繊維に蓄熱物質を含浸または注入さ
せても、作ることができる。溶融状態の蓄熱物質に炭素
繊維を含浸して蓄熱物質を含浸させる時は、炭素繊維の
表面にＳｉＣを化学気相堆積法によって堆積させてお（
とよい。こうすると溶融状態の蓄積物質に対する濡れ性
が改善され、含浸率を高めることができる。
蓄熱物質としては先に述べた化学反応を伴う熱の吸収・
放出を行う各種の物質または相変化を伴う熱の吸収・放
出を伴う各種の物質を用いることができる。蓄熱物質と
してＬｉＦを用いたＣ／ＬｉＦ蓄熱体の吸収・放熱特性
を第２図に示す。約８６０℃における吸熱ピークおよび
約８２０℃における放熱ピークが顕著である。
放出を行う各種の物質または相変化を伴う熱の吸収・放
出を伴う各種の物質を用いることができる。蓄熱物質と
してＬｉＦを用いたＣ／ＬｉＦ蓄熱体の吸収・放熱特性
を第２図に示す。約８６０℃における吸熱ピークおよび
約８２０℃における放熱ピークが顕著である。
第１図（ａ）および（ｂ）に示した構造において、蓄熱
物質としてＬｉＦを用い、周期的な加熱冷却を繰り返し
た場合、蓄・放熱に寄与する蓄熱物質の比は、計算によ
れば８０〜９０％であった。これは従来の蓄熱器におい
て、蓄熱物質としてＬｉＦ単独を用いた場合の寄与率が
約５０％であり、炭素繊維とＬｉＦとの複合材料を均一
に充填した場合の寄与率が６０〜６５％であるのと比較
すると大きな改善である。
物質としてＬｉＦを用い、周期的な加熱冷却を繰り返し
た場合、蓄・放熱に寄与する蓄熱物質の比は、計算によ
れば８０〜９０％であった。これは従来の蓄熱器におい
て、蓄熱物質としてＬｉＦ単独を用いた場合の寄与率が
約５０％であり、炭素繊維とＬｉＦとの複合材料を均一
に充填した場合の寄与率が６０〜６５％であるのと比較
すると大きな改善である。
複合材料のマトリクスとしては、炭素繊維以外に炭化ケ
イ素、酸化アルミニウムなどのセラミクスを用いること
もできる。
イ素、酸化アルミニウムなどのセラミクスを用いること
もできる。
第３図（ａ）および（ｂ）はそれぞれ本発明の他の実施
例を示した図である。これらの実施例は蓄熱物質１中に
、例えばグラファイト、銅などからなる熱伝導性の高い
フィン１０を設けたものである。
例を示した図である。これらの実施例は蓄熱物質１中に
、例えばグラファイト、銅などからなる熱伝導性の高い
フィン１０を設けたものである。
第３図（ａ）の例は軸方向にフィンｌＯを設けた例であ
る。この場合はフィン１０の厚さを熱媒体３の下流方向
が厚（なるように、軸方向に沿って変化させ、軸方向の
熱伝導および軸方向の蓄熱物質の分布状態を制御すると
よい。第３図（ｂ）の例は径方向にフィン１０を設けた
例である。この場合は、図示するようにフィンｌＯの厚
さおよび間隔を軸方向に沿って変化させるとよい。例え
ば熱媒体３の上流側では薄いフィンを粗に、下流側では
厚いフィンを密に配列することによって第５図（ｂ）に
示した様な径方向の不均一な蓄・放熱特性を改善するこ
とができた。
る。この場合はフィン１０の厚さを熱媒体３の下流方向
が厚（なるように、軸方向に沿って変化させ、軸方向の
熱伝導および軸方向の蓄熱物質の分布状態を制御すると
よい。第３図（ｂ）の例は径方向にフィン１０を設けた
例である。この場合は、図示するようにフィンｌＯの厚
さおよび間隔を軸方向に沿って変化させるとよい。例え
ば熱媒体３の上流側では薄いフィンを粗に、下流側では
厚いフィンを密に配列することによって第５図（ｂ）に
示した様な径方向の不均一な蓄・放熱特性を改善するこ
とができた。
［発明の効果１
以上説明した様に、本発明によれば、従来の蓄熱器で生
じていた十分に蓄・放熱に寄与しない部分の蓄熱物質が
、十分に蓄・放熱に寄与できるようになり、伝熱特性が
良好で、蓄熱密度の高い蓄熱器が可能となった。特に、
不均一な温度場の生じやすい高温での利用、熱負荷変動
の激しい場所での応用においてその効果が著しい。
じていた十分に蓄・放熱に寄与しない部分の蓄熱物質が
、十分に蓄・放熱に寄与できるようになり、伝熱特性が
良好で、蓄熱密度の高い蓄熱器が可能となった。特に、
不均一な温度場の生じやすい高温での利用、熱負荷変動
の激しい場所での応用においてその効果が著しい。
３・・・熱媒体、
４・・・蓄熱器ケース、
９・・・炭素繊維マトリクス、
１０・・・フィン。
第１図（ａ）および（ｂ）はそれぞれ本発明の実施例の
模式的断面図、 第２図は本発明に用いた蓄熱体の吸・放熱特性の一例を
示す図、 第３図（ａ）および（ｂ）はそれぞれ本発明の他の実施
例の模式的斜視図および断面図、 第４図は従来の蓄熱器構造を示す断面図、第５図（ａ）
および（ｂ）はそれぞれ従来例における蓄熱物質の蓄・
放熱に寄与する部分を示す模式的断面図である。 指定代理人 工業技術院電子技術総合研究所長 １・・・蓄熱物質、 ２・・・容器、 ９炭東繊維 （Ｇ） 第１図 第２ １０フイン 第 図 第 図
模式的断面図、 第２図は本発明に用いた蓄熱体の吸・放熱特性の一例を
示す図、 第３図（ａ）および（ｂ）はそれぞれ本発明の他の実施
例の模式的斜視図および断面図、 第４図は従来の蓄熱器構造を示す断面図、第５図（ａ）
および（ｂ）はそれぞれ従来例における蓄熱物質の蓄・
放熱に寄与する部分を示す模式的断面図である。 指定代理人 工業技術院電子技術総合研究所長 １・・・蓄熱物質、 ２・・・容器、 ９炭東繊維 （Ｇ） 第１図 第２ １０フイン 第 図 第 図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １）蓄熱体中の蓄熱物質が不均一な分布を有することを
特徴とする蓄熱器。 ２）前記蓄熱体が蓄熱物質と炭素材料、または蓄熱物質
とセラミクスの複合材料であることを特徴とする請求項
１に記載の蓄熱器。 ３）前記蓄熱物質が、化学反応を伴う熱の吸収・放出を
行う物質であることを特徴とする請求項２に記載の蓄熱
器。 ４）前記蓄熱物質が相変化を伴う熱の吸収・放出を行う
物質であることを特徴とする請求項２に記載の蓄熱器。 ５）蓄熱体が、蓄熱物質と不均一な組成または分布を有
する炭素材料、あるいは不均一な組成または分布を有す
るセラミクスとの複合材料であることを特徴とする蓄熱
器。 ６）前記蓄熱物質が化学反応を伴う熱の吸収・放出を行
う物質であることを特徴とする請求項５に記載の蓄熱器
。 ７）前記蓄熱物質が相変化を伴う熱の吸収・放出を行う
物質であることを特徴とする請求項５に記載の蓄熱器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2207258A JPH0756433B2 (ja) | 1990-08-03 | 1990-08-03 | 蓄熱器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2207258A JPH0756433B2 (ja) | 1990-08-03 | 1990-08-03 | 蓄熱器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0490499A true JPH0490499A (ja) | 1992-03-24 |
| JPH0756433B2 JPH0756433B2 (ja) | 1995-06-14 |
Family
ID=16536819
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2207258A Expired - Lifetime JPH0756433B2 (ja) | 1990-08-03 | 1990-08-03 | 蓄熱器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0756433B2 (ja) |
Cited By (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05296676A (ja) * | 1992-04-15 | 1993-11-09 | Ntc Kogyo Kk | 蓄熱装置 |
| JP2008020177A (ja) * | 2006-06-15 | 2008-01-31 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 蓄熱システム |
| JP2009030912A (ja) * | 2007-07-30 | 2009-02-12 | Dainichi Co Ltd | 蓄熱装置 |
| JP2009221289A (ja) * | 2008-03-14 | 2009-10-01 | Toyota Central R&D Labs Inc | 化学蓄熱材成形体及びその製造方法 |
| JP2009256517A (ja) * | 2008-04-18 | 2009-11-05 | Toyota Central R&D Labs Inc | 化学蓄熱材料、及びその製造方法 |
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