JPS6136696A - 定常熱発生用熱交換器 - Google Patents

定常熱発生用熱交換器

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JPS6136696A
JPS6136696A JP15686684A JP15686684A JPS6136696A JP S6136696 A JPS6136696 A JP S6136696A JP 15686684 A JP15686684 A JP 15686684A JP 15686684 A JP15686684 A JP 15686684A JP S6136696 A JPS6136696 A JP S6136696A
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JP
Japan
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heat
heat exchanger
phase change
transition
temperature
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Pending
Application number
JP15686684A
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English (en)
Inventor
Yoshinori Wakiyama
脇山 良規
Tetsumasa Umetani
梅谷 哲正
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Hitachi Zosen Corp
Original Assignee
Hitachi Zosen Corp
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Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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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
    • F28D20/023Heat 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 enclosed in granular particles or dispersed in a porous, fibrous or cellular structure
    • 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)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing Of Micro-Capsules (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。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は定常熱発生用熱交換′aに関するものである。
従来例の構成とその問題点 潜熱蓄熱は蓄熱密度が比較的高く、一定温度で熱の出し
入れができるという特徴がある。しかし、従来の潜熱蓄
熱方法はほとんど物質の固相−液相間の相変化を利用し
たものであ如、このような相変化を利用した蓄熱装置は
熱又換器を構成する伝熱管の周囲に固体が固着し、熱交
換を行う上で、温度の低下、熱量の低下、熱移動速度の
低下を伴うという問題があった。
このような問題を解消するため近年、同相の相転移物質
や固−1&相の変化を行う物質をマイクロカプセルに封
入し、これらを流体中に懸濁分散させて熱交換性を改善
しようという試みがなされている。その代表的なものと
して、特開昭59−86894号公報にみられるように
ペンタエリスリトール■(CH,(H) 4)を用いた
ものがある。ペンタエリスリトールは樹脂、化粧品、爆
薬等の原料となるもので、固体相転移温度188℃転移
熱280に¥、であシ、前記発明はこのペンタエリスI
J)−ルを蓄熱物質として使用し、蓄熱を行った後に放
熱して熱を利用するよう和なっている。
トコ口で、ペンタエリスリトーIVIri固体の状態で
炭化水素系液体もしくはシリコン油に懸濁・攪拌され、
蓄熱される前は若干黄色味を帯び白濁した状1mにある
。これに熱を加えていくと固体の状態で相転移が起こ)
、蓄熱されるが、このペンタエリスリトールの懸濁流体
はやや透明感のある若干べとついた状部にある。これを
放熱させると元のやや白濁した状態に戻るが、攪拌が不
足したり、冷却面に接するところでは粒子14士が固結
したりする。したがってペンタエリスリトールを蓄熱体
トして用りるときには、壁面やパイプ等を完全に保温り
また攪拌を十分に行って懸濁状!Iを保つことが必要で
ある。しかしながら、この所要攪拌動力は蓄熱時常に必
要であり、ペンタエリスリトールの蓄熱量(280”4
. )と比べた場合、蓄熱保有時間が少し長くなるとむ
しろ所要攪拌動力が蓄熱量を上回ることがあり蓄熱の意
義がないという問題があった。
発明の目的 本発明は上記従来の問題を勘案し、本原理を応用した機
器を実用に供するため定常熱発生用熱交換器として提供
したものである。
発明の構成 上記目的を達成するため本発明の定常熱発生用熱交換器
は、保温容器と、この保温容器内に導設され、鉛直軸心
周りに円弧を描く高温熱源用慈父換器のコイル状伝熱管
と、前記保温容器内に導設され、前記コイlし状伝熱管
と同一鉛直軸心周りに円弧を描く放熱用熱変換器のコイ
ル状伝熱管と、前記保温容器内の両コイM状伝熱管が囲
う空間内にその攪拌翼を備えた鉛直回転軸を挿入して設
けられた攪拌機と、前記保温容器内に充填されたスラリ
ー状蓄熱媒体とを有し、前記スラリー状蓄熱媒体を、加
熱および冷却に応じて潜熱の吸収および放出を行う相変
化物質を封入したマイクロカプセルまたは加熱および冷
却に応じて固体相での転移熱の吸収および放出を行う転
移物質の粉末を、前記相変化物質の相変化温度または前
記転移物質の転移温度において液状の、かつ熱機関の作
動媒体となる媒体に@濁させて構成したものであル、温
度や熱量が大きく変動する高温熱源をこの装置に導入し
て定常化された使用し易り熱出方とじて取出すこと°が
できるのは勿論、自然対流を誘起することによりペンタ
エリスリトール等の懸濁媒体を少い攪拌動力で保持する
ことができることを特徴としている。
実施例と作用 以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。な
お、本定常熱発生用熱変換器は、高温熱源用慈父換器お
よび放熱用熱交換dgに常に熱源用流体および熱回収用
流体が流通した状態で使用されるものである。
第1図におりて、(1)は本発明に係る定常熱発生用熱
交換器、【2)はその円筒状保温容器、(3)は保温容
器(2)内下部に導設された高温熱源用熱交換dgのコ
イル状伝熱管で鉛直軸心周りに円弧を描いている。f4
)は保温容aN (21内上部に導設された放熱用慈父
換器のコイル状伝熱管で、前記コイル状伝熱管(3)と
同−鉛直軸心周りに円弧を描すている。15)は保温容
器(2)の上部に設けられた攪拌機で、その攪拌翼(6
)を備えた鉛直回転軸(7)が両コイ〃状伝熱蓄f31
141が囲う空間内に挿入せしめられている。そして保
温容器(2)内にはスラリー状蓄熱媒体(8)が充填さ
れている。
次にスラリー状蓄熱媒体(8)の構成例について述べる
。スラリー状蓄熱媒体(8)の構成例には次の二種のも
のがある。
一つは、加熱および冷却に応じて潜熱の吸収および放出
を行う相変化物質を封入したマイクロカプセルを、相変
化物質の相変化温度において、液状のかつ熱機関の作動
媒体となる媒体に懸濁させてなるものである。ここでマ
イクロカプセル材料としては、合成樹脂、合成ゴム、金
属、ガラス等が採用可能である。相変化物質としては、
ポリ1〜キレングリコール(例えばポリプロピレングリ
コール、ポリエチレングリコール)、パラフィン畢ワッ
クス、無機塩水和物(列えば、硫酸ナトリウムの10水
和物、炭酸ナトリウムの10水和物−7水和物硫酸マグ
ネシウムの7水和物、硝酸マグネシウムの6水和物、&
L酸アMミニウムーアンモニウムの12水和物、塩化力
Vシウムの6水和物等に適当な生核剤を添加したもの)
、塩水化物、硝酸カリウム、硝酸リチュームー硝酸ナト
リウム゛の共晶混合物、高密度ポリエチレン等が革げら
れる。
作動媒体の具体例としては、水、フロリノ−7し85、
フロン113 、フロン11.フロン114、ノルマル
ブタン、イソブタン、フロン12、アンモニア、フロン
22等が使用可能である。なお、マイクロカプセルと相
変化物質は必ずしも別体でなくて本よく、例えば粉状の
ポリエチレンの表面に、イオンプラズマによる架橋また
は電子機照射等による放射線架橋あるいは過酸化物を使
用した化学架橋等の処理を施してもよい。
もう一つは、加熱および冷却に応じて転移熱の吸収およ
び放出を行う転移物質の粉末を、転移物質の転移温度に
おいて液状で、かつ熱機関の作動媒体と表る媒体に懸濁
させてなるものである。ここで転移物質としては、前述
のペンタエリスリトールが挙げられる。また、懸濁媒体
としては、炭化水素系液体もしくはシリコン油が挙げら
れるうこのような構成で、次に作用について説明する。
まず、攪拌機(5)を運転し、スラリー状蓄熱媒体(8
)をかき上げる。また、高温熱源用熱交換器の伝熱管(
3)に高温熱源流体を通し、ある程度蓄熱されたところ
で、高温熱源流体を流通させたまま、放熱用熱交換器に
も放熱用流体を流し、熱を取出す。
このような状態を継続することによシ、上部がやや低温
、下部がやや高温となって自然対流効果を誘起し、この
状態で変動熱源から定常熱出力を取出すことができる。
スラリー状蓄熱媒体(8)は攪拌機+5) &Cよる攪
拌作用と、温度の違いによる対流の相乗効果によって積
極的に流動することになり、スラリー状蓄熱媒体(8)
が一種の゛熱バッファー物質の働きをなした状態で変動
熱源が熱交換されて、定常熱出力として利用される。
したがって、従来では変動する高温熱源を直接熱変換し
て変動値以下の例えばずっと温度が低く熱量の小さb所
で用いるかあるいは変動があるまま使用してhたのに対
し、本発明に係る定常熱発生用熱交換器(1)を通すこ
とにより、第2図(aJTblに示すように、温度も熱
量もそれ程損なうことなく、使用側の使用条件に合わせ
て変動熱を利用することが可能となる。
また、第3図は本発明の一つの変形例であり、第1図の
ように上部に放熱用熱交換器のコイル状伝熱管(4)下
部に高温熱源用熱交換器のコイル状伝熱管(3)を設置
するかわ)に、外側に高温熱源用熱交換器のコイル状伝
熱管(3)内側に放熱用熱交換器のコイル状伝熱管(4
)を設置し、その内部に攪拌機(5)の鉛直回転軸(7
)を設けたものである。
このような装置の構成によシ、第4図に示すような対流
効果が、第1および第3図の装置構成によって得られ、
攪拌動力をより節減することが可能となる。ペンタエリ
スリトー〃を懸濁したスラリー状蓄熱媒体においては、
固体状態で転移することにより熱を出し入れするが、こ
の際攪拌力が弱かったシ、冷却面に接するところ(例え
ば容器壁など、〉では固結現象が生じ、装置運転上支障
となってくる。しかし、本発明の第3図の装置構成では
、容器壁外側に高温熱源用熱交換器を配置するため、容
器壁での固結現象を全く心配することなく、懸濁状態を
保ち得る最低攪拌動力で運転することが可能となる。
本熱交換器はスラリー状蓄熱媒体を保有しているが、そ
の全体量は非常に小さく、蓄熱した後放熱を行い、その
後蓄熱するといった運転法は全くできず、高温熱源用流
体、放熱用流体の同時流動が不可欠である。また、蓄熱
、放熱の繰り返しサイクルでは、第2図に示したような
運転特性は得ることが不可能である。
発明の効果 以上本発明によれば、温度や熱量が大きく変動する高温
熱源を定常化して使用し易い熱出力に置換することがで
きるのは勿論、自然対流の相乗効果によシベンタエリス
リトーy等をより少い攪拌動力で有効利用することがで
きる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係る定常熱発生用熱交換器の縦断面図
、第2図(a)は変動性高温熱源側の状恵をあられす図
、第2図(blは使用側の状飽をあられす図、第3図は
第1図の変形例を示す縦断面図、第4図(al(blは
それぞれ自然対流効果をあられす模式%式%(3) (4)・・・コイル状伝熱管、(5)・・・攪拌機、(
6)・・・攪拌翼、(7)・・・鉛直回転軸、(8)・
・・スラリー状蓄熱媒体代理人   森  本  義 
 弘 第1図 第2図 (a)                  (b)B
& PJI         B午M第j図 ! 第4図 手続補正書<@l@) 昭和59年9月13日

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1、保温容器と、この保温容器内に導設され、鉛直軸心
    周りに円弧を描く高温熱源用熱交換器のコイル状伝熱管
    と、前記保温容器内に導設され、前記コイル状伝熱管と
    同一鉛直軸心周りに円弧を描く放熱用熱交換器のコイル
    状伝熱管と、前記保温容器内の両コイル状伝熱管が囲う
    空間内にその攪拌翼を備えた鉛直回転軸を挿入して設け
    られた攪拌機と、前記保温容器内に充填されたスラリー
    状蓄熱媒体とを有し、前記スラリー状蓄熱媒体を、加熱
    および冷却に応じて潜熱の吸収および放出を行う相変化
    物質を封入したマイクロカプセルまたは加熱および冷却
    に応じて固体相での転移熱の吸収および放出を行う転移
    物質の粉末を、前記相変化物質の相変化温度または前記
    転移物質の転移温度において液状のかつ熱機関の作動媒
    体となる媒体に懸濁させて構成したことを特徴とする定
    常熱発生用熱交換器。
JP15686684A 1984-07-26 1984-07-26 定常熱発生用熱交換器 Pending JPS6136696A (ja)

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