JPS591948B2 - 蓄熱装置 - Google Patents

蓄熱装置

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JPS591948B2
JPS591948B2 JP55030667A JP3066780A JPS591948B2 JP S591948 B2 JPS591948 B2 JP S591948B2 JP 55030667 A JP55030667 A JP 55030667A JP 3066780 A JP3066780 A JP 3066780A JP S591948 B2 JPS591948 B2 JP S591948B2
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JP
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heat
heat storage
metal
storage device
compound
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JP55030667A
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JPS56127192A (en
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一郎 藤原
藤太郎 後藤
義弘 中嶋
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National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
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Agency of Industrial Science and Technology
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Publication date
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    • 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

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は蓄熱装置に関し、より詳細には蓄熱媒体の物理
的、又は化学的変化の際の発熱、又は吸熱を利用した蓄
熱装置に関する。
従来、蓄熱装置け、たとえば湯たんぽのように、蓄熱媒
体である水に熱エネルギーを与えて、これを利用したり
、或は熱容量の大きい低融点物質をあらかじめ冷却して
おいて、この顕熱を利用すること等が主として用いられ
ており、蓄熱密度が比較的小さく、蓄熱したエネルギー
を比較的長時間かげて他に伝達するものであった。
しかし近年のようにエネルギー価格が高騰した時代にお
いては、工場廃熱または太陽熱などのように、一時的に
大量に得られる余剰エネルギーを蓄熱しておいて必要な
ときに使うために、長時間安定に熱エネルギーを貯蔵し
、蓄熱密度を極力大きクシ、かつ迅速に熱エネルギーの
貯蔵と放出ができることを特色とする蓄熱装置を求める
社会的要望が強くなった。
そこで本発明は、かかる現状にかんがみなされたもので
あり、一時的に余剰になったエネルギーを蓄熱しておい
て、必要なときに使用することによって高価な熱エネル
ギー、又は電気エネルギーの使用を低減できると共に、
製作が容易、安価であり、かつ必要に応じて変形、組合
せも容易である等の特徴を有するものである。
すなわち本発明は蓄熱媒体が物理的、又は化学的変化を
する際に生ずる発熱、又は吸熱に着目してなされたもの
であり、蓄熱装置本体の内部に蓄熱エレメントを棚段状
に積層して設け、この蓄熱エレメントは複数の並列した
伝熱管と、この伝熱管に接触もしくは接続するように設
けられる全板状又は板状のフィンとから構成されており
、この全板状又は板状のフィンに化学的又は物理的変化
により発熱又は吸熱を行なう固体又は液体の蓄熱媒体を
接触させたものである。
以下、本発明の実施例を図面にもとづき説明する。
第1図は第1の実施例の一部切開斜視図であり、蓄熱装
置1は蓄熱装置本体2の内部に蓄熱エレメント3が棚段
状に積層して構成されている。
そして蓄熱エレメント3ば、それぞれが第2図の如く構
成されている。
この蓄熱エレメント3は、並列に設けたヘッダー4を複
数の伝熱管5が梯子状に連通し、この伝熱管5に全板状
フィン6が一体的に密に接触せしめられ、前記ヘッダー
4には熱媒体供給管7および熱媒体排出管8が設けであ
る。
第3図は第2図のA−A矢視断面図であり、全板状フィ
ン6が波板状に成形され、伝熱管5上に密に載置されて
いる。
この伝熱管5と全板状フィン6との結合は、熱伝導を良
好にする必要があり、上記第3図の如く全板状フィン6
を伝熱管5上に密に載置する他、第4図の如く全板状フ
ィン6を伝熱管5にかしめて密着させたシ、又は第5図
に示す如く個々の伝熱管5の間に板状部材6Aを溶接し
、最終的に全板状フィン6を形成せしめても良く、或は
第6図に示す如く、伝熱管5を全板状フィン6の上に位
置せしめ、接合部を溶接して伝熱管5を全板状フィン6
に固定しても良い。
そして上記の如く構成された全板状フィン6には蓄熱媒
体9、たとえば金属・・ロゲン化合物のアンミン錯体、
又はその分解物である金属・・ロゲン化物が積載されて
いる。
第7図は蓄熱装置本体2と蓄熱エレメント3との関係を
示す平面図であり、蓄熱装置本体2にはアンモニア供給
管10およびアンモニア排出管11が設けである。
このアンモニア供給管10からは全板状フィン6に積載
された蓄熱媒体9、すなわち金属ハロゲン化物と反応し
てアンミン錯体を形成するアンモニアが供給され、又、
アンモニア排出管11からはアンミン錯体から放出され
るアンモニアが排出される。
これらアンモニア供給管10およびアンモニア排出管1
1は蓄熱装置本体2の容量、又は蓄熱エレメント3の個
数等に応じて任意の数を設けることができ、アンモニア
ガスを用いるときはアンモニア供給管10を蓄熱装置本
体2の下半部に、アンモニア供給管11を下半部に設け
られる。
液安を用いるときはアンモニア供給管10が下半部に、
排出管11が下半部に設けられる。
又、熱媒体供給管7および熱媒体排出管8は第7図ある
いは第1図に示す如く、蓄熱エレメント3ごとに個別に
蓄熱装置本体2の外に導いても良いし、任意数の蓄熱エ
レメントの単位でまとめた後に蓄熱装置本体2の外に取
り出しても良い。
本発明の第1の実施例で用いる蓄熱媒体9は化合物の分
解熱および生成熱を利用するものであって、上記に例示
した金属ハロゲン化物のアンミン錯体以外に、金属水酸
化物、金属水素化物、結晶水含有金属塩、金属炭酸塩、
金属ピロ硫酸塩が含まれる。
そして、アンミン錯体としては、たとえばNa1−nN
H3、cact2 ・nNH3,Fec/!、3 jn
NH3,Lict−nNH3yBaBr2’nNH3゜
MnCl2・nNH3等、金属水酸化物としては、たと
えばMg(OH)2 、Ca(OH)2等、金属水素化
物としては、たとえばLaN i5 H6yMg 2
N iH4等、結晶水含有金属塩としてはたとえばCa
Ct2・2H2052H2O5・4H20等、金属炭酸
塩としては、たとえばCaCO32MgCO3等、金属
ピロ硫酸塩としては、たとえばNa2S2O7等がそれ
ぞれあげられ、これらの化合物は通常では液体、又は固
体である。
アンミン錯体は後述の如く、アンモニアの放出および付
加により金属ハロゲン化物との間に発生する熱量が利用
され、同様に金属水酸化物はたとえば、 Mg(OH) 2;MgO+H20 金属水素化物では、たとえば LaNi5H6:LaNi、+3H2 結晶水含有金属塩では、たとえば CtaC12・2H2C)’:2CaC12+2H20
金属炭酸塩では、たとえば MgCO3−MgO+C02 金属ピロ硫酸塩では、たとえば Na2 S207 、ff1Na2so4+ SO3の
反応で、それぞれ発生する熱量が利用される。
次に第8図は第2の実施例の一部切開斜視図であり、蓄
熱装置21は蓄熱装置本体22の内部に蓄熱媒体(図示
せず)を充填し、この蓄熱媒体の中に蓄熱エレメント2
3を棚段状に積層し、浸漬して構成されている。
第9図は第8図のB−B矢視断面図であり、蓄熱媒体2
9、たとえば結晶水含有金属塩の中に蓄熱エレメント2
3が浸漬している状態を示すものである。
そしてこの蓄熱エレメント23は第1の実施例における
と同様に並列したヘッダー24を連通ずる複数の伝熱管
25に板状フィン26を一体的に密に接触せしめて固定
しである。
そして板状フィン26は たとえば前記第3図に示した
第1の実施例の全板状フィン6において、周囲のエツジ
部分Aを欠いたものであり、板状フィン26と伝熱管2
5との結合状態も第3〜第6図に示した第1の実施例の
場合と全く同様である。
又、蓄熱装置本体22と蓄熱エレメント23との関係も
前記第7図に示した第1の実施例と同様であるが、この
第2の実施例では、アンモニア供給管10およびアンモ
ニア排出管11は設ける必要はない。
かかる第2の実施例で使用する蓄熱媒体29は化合物の
液体、固体間の相変化潜熱、又は化合物の状態変化に伴
う転移熱を利用するものであって、相変化潜熱を利用す
る蓄熱媒体としては CH3COONa ’ 3H,,0,Na2so、’
10H20゜Ba(OH)2・8H20,Na2S2O
3・5H20等の結晶水含有金属塩、NaF 2Mgc
Z2等の金属・・ロゲン化物、LiOH,NaOH等の
金属水酸化物およびBaCO3,Na2CO3等の金属
炭酸塩等があげられ、転移熱を利用するものとしては、
Li2SO4゜KC,404等のアルカリ金属塩、Ca
C2等のアルカリ土類金属塩、およびNa2CO3,B
aCO3等の金属炭酸塩がそれぞれあげられる。
そして、これら相変化潜熱、又は転移熱利用化合物は単
一の化合物、或は混合物で用いても良く、更には相変化
潜熱利用化合物と転移熱利用化合物を混合して用いるこ
ともできる。
次に本発明に係る蓄熱装置の機能について説明する。
例えば工場廃熱の余剰エネルギーを1時蓄熱するために
本発明を適用する場合について考える。
まず、第1の実施例につき、第7図を参照して述べれば
、全板状フィン6には蓄熱媒体9として、たとえばNa
I・nNH3を積載しである。
NaI とNaI・nNH3との間には次式の関係が
ある。
NaI 十nNHNa1−nNH3+△H(I)3 ← け)式において工場廃熱を熱源として反応を←方向に進
行させれば、熱エネルギー△Hが吸熱されてNaI が
再生され、アンモニアガスが放出される。
この反応は通常、温度50℃以上、圧力1〜3 (ky
/crIL” a) において行われる。
これによって熱エネルギーを蓄えることができる。
すなわち、熱媒体供給管7から例えば温廃水を供給すれ
ば、吸熱反応により温廃水の顕熱が蓄熱される。
一方、アンモニア排出管11からは離脱したアンモニア
が排出される。
次に蓄熱された熱エネルギーを利用する場合には、アン
モニア供給管10からアンモニアガスを供給するとNa
I はアンモニアと反応して、上記(I)式の→方向に
反応が進行してアンミン錯体、NaI・nNH3が形成
される。
この(I)式の反応は通常では温度30〜60°C1圧
力1−3 (ky/Cr112a )の条件で円滑に行
なわれ、同時に多量の熱、△Hを発生する。
この熱エネルギーを熱源として利用する。
なお、過剰のアンモニアガスはアンモニア排出管11か
ら排出される。
このようにアンミン錯体の形成による発熱が行なわれて
いる間に熱媒体供給管7から、例えば水を供給し、発熱
量△Hを回収すれば熱媒体排出管8から温熱水が得られ
る。
なお、一般に金属・・ロゲン化物のアンミン錯体は固体
または粘性液体であり、△Hの熱伝達係数は一般に低い
しかし、本発明においては伝熱管5に全板状フィン6が
一体的に密に接着固定、あるいは溶接しであるので、伝
熱面積が増大し、伝熱管5と蓄熱媒体9との間の伝熱が
迅速に行なわれる。
又、固体である金属・・ロゲン化物(蓄熱媒体)中への
アンモニアガスの拡散は極めておそいから、全板状フィ
ン6に積載される金属・・ロゲン化物の量は伝熱管5を
おおう程度とするのが好ましい。
次に第2の実施例の機能を第8図および第9図を参照し
て述べる。
蓄熱媒体、たとえばCH3COONa・3H20を蓄熱
装置本体22の内部に充填する。
このCH3COONa・3H20は、相変化に伴なって
下記(IO式の如く潜熱を発生する。
CH3COONa・3H20(液体)= CH3COONa・3H20(固体)+△H(II)す
なわち、廃熱を利用してCH3COONa・3H20(
固体)を約58℃以上に加熱すると←方向に相変化して
液体となる。
一方、融解したCH3COONa・3H20(液体)は
△Hを放出し、→方向に相変化して固体となる。
そして、熱媒体供給管27から伝熱管25に、例えば温
廃水、又は冷却水を供給することによってこのような可
逆的相変化を起すことができ、熱媒体排出管28からは
冷却水、または温熱水が得られる。
このプロセスを利用して、熱エネルギーを一時的に蓄え
、又はとり出して利用することができる。
同様にして、たとえばLi2SO4等を蓄熱媒体として
用い、その転移熱を利用することもできる。
この第2の実施例においても、蓄熱媒体が固体あるいは
粘性液体であるので、伝熱管25との伝熱係数は一般に
低いが、板状フィンが前記の如く伝熱管25にとりつげ
であるので熱媒体29と伝熱管25との伝熱が円滑に行
なわれる。
なお、前述した第1および第2の実施例において、たと
えば第1図および第8図に示したように、各蓄熱エレメ
ントの伝熱管がそれぞれ平行になるように蓄熱エレメン
トを積層する以外に、伝熱管がそれぞれ直交する如く蓄
熱ニレミントを積層しても良く、その場合には蓄熱装置
本体内に特別な蓄熱エレメントの支持部材なしに蓄熱エ
レメントを直接積み重ねても、蓄熱エレメントの間に蓄
熱媒体を積載し、かつアンモニアが流通するための空間
を確保できる。
かかる本発明の蓄熱装置によれば、蓄熱媒体として金属
−・ロゲン化物、金属−・ロゲン化物のアンミン錯体、
または結晶水含有金属塩などを用い、これら蓄熱媒体の
化学的、物理的変化に伴う発熱吸熱を利用しているので
、熱エネルギーを保持し続ける蓄熱時間が長く、工場廃
熱などの余剰エネルギーを一時蓄熱しておいて、必要な
時に利用することができ、かつ反応熱、および相変化潜
熱は、従来の単なる顕熱を利用した一時的保有の熱エネ
ルギー貯蔵方式と比較して単位重量当りの蓄熱密度が高
く、それによって蓄熱損失も小さく、高価なエネルギー
の削減をはかることができる。
又、伝熱管にはフィンが盆板状あるいは板状で、かつ伝
熱管に密に接着するように設けであるので、蓄熱媒体と
伝熱管との間の伝熱係数が高められ、蓄熱媒体からの熱
のとり出し、貯蔵を円滑に行うことができる。
更に、装置が単純であるので、製作、保守が容易であり
、製作に特別の熟練を必要とすることもなく、製作費を
安価にすることができ、かつ必要に応じて適宜糾合せる
ことも容易である。
かつ蓄熱媒体と蓄かエレメントは蓄熱装置本体の中で板
状に積層されており、蓄熱装置の中の死空間を最も小さ
くできるので、幾何学的にも、単位容積あたりの発熱、
吸熱量、すなわち蓄熱密度を高く保持することができる
更に又、本発明の装置は蓄熱エレメントが板状で、多数
積層されているので、蓄熱量に応じて、蓄熱装置本体中
の上方の蓄熱エレメントから順に蓄熱を行ない、熱をと
り出すときには、上方の蓄熱エレメントから順に熱をと
り出すことによって蓄熱装置を部分的に使用する温度成
層型蓄熱槽として使うことができる。
【図面の簡単な説明】
第1図〜第7図は本発明の第1の実施例を示す図であっ
て、第1図はその一部切開斜視図、第2図はその蓄熱エ
レメントの平面図、第3図〜第6図は第2図のA −A
矢視断面図で伝熱管と盆板状フィンとの取付は状態を示
す図、第7図は蓄熱装置本体と蓄熱エレメントとの取付
は状態を示す平面図、第8図および第9図は第2の実施
例を示す図であって、第8図はその一部切開斜視図、第
9図は第8図のB−B矢視断面図である。 1.21・・・蓄熱装置、2,22・・・蓄熱装置本体
、3.23・・・蓄熱エレメント、5,25・・・伝熱
管、6・・・盆板状フィン、9,29・・・蓄熱媒体、
26・・・板状フィン。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 蓄熱装置本体の内部に蓄熱エレメントを棚段状に積
    層して設け、該蓄熱エレメントは複数の並列した伝熱管
    と該伝熱管に接触もしくは接続するように設けられる全
    板状又は板状のフィンとから構成されており、該全板状
    又は板状のフィンに化学的又は物理的変化により発熱又
    は吸熱を行なう固体又は液体の蓄熱媒体を接触させたこ
    とを特徴とする蓄熱装置。 2 蓄熱媒体が化合物の分解熱および生成熱を利用する
    ものであって、該化合物が金属・・ロゲン化物のアンミ
    ン錯体、金属水酸化物、金属水素化物。 結晶水含有金属塩、金属炭酸塩および金属ピロ硫酸塩か
    らなる群から選ばれた一種の化合物である前記特許請求
    の範囲第1項記載の蓄熱装置。 3 蓄熱媒体が化合物の相変化潜熱、又は転移熱を利用
    するものであって、該化合物が結晶水含有金属塩、アル
    カリ金属塩、アルカリ土類金属塩、金属・・ロゲン化物
    、金属炭酸塩、金属水酸化物からなる群から選ばれた少
    くとも一種の化合物である前記特許請求の範囲第1項記
    載の蓄熱装置。
JP55030667A 1980-03-10 1980-03-10 蓄熱装置 Expired JPS591948B2 (ja)

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