JPS6152397B2 - - Google Patents
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- JPS6152397B2 JPS6152397B2 JP56205410A JP20541081A JPS6152397B2 JP S6152397 B2 JPS6152397 B2 JP S6152397B2 JP 56205410 A JP56205410 A JP 56205410A JP 20541081 A JP20541081 A JP 20541081A JP S6152397 B2 JPS6152397 B2 JP S6152397B2
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Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
- F28D20/00—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00
- F28D20/02—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00 using latent heat
- F28D20/025—Heat 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
-
- 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
-
- 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
- Y02E70/00—Other energy conversion or management systems reducing GHG emissions
- Y02E70/30—Systems combining energy storage with energy generation of non-fossil origin
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Other Air-Conditioning Systems (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、太陽熱・電気ヒータなどの熱エネル
ギーを蓄熱し、給湯・暖房などに用いられる蓄熱
素子に関するものである。
ギーを蓄熱し、給湯・暖房などに用いられる蓄熱
素子に関するものである。
従来のこのような蓄熱素子としては、例えば、
第１図に示すように合成樹脂あるいは金属からな
るカプセル容器１内に相変化を起こす蓄熱材２と
過冷却防止剤３が充填されていた。また、容器１
の上部には蓄熱材２の融解時の体積変化吸収のた
めの空間部４が設けられていた。この構成におい
て、蓄熱は、容器１の外部より熱エネルギーが供
給されることにより行なわる。しかしながら、一
般に、蓄熱材２の固相は熱伝達率が低く、しかも
その融液は粘性が大きいため蓄熱材２の融液の自
然対流伝熱によつては速やかな蓄熱ができない。
また、放熱は、蓄熱材２が放出する融解潜熱及び
顕熱を容器１の外部を流れる熱交換媒体が奪うこ
とにより行なわれる。しかし、その際、容器１の
壁面に蓄熱材２の結晶５が付着して伝熱性能の低
下をまねき、有効に熱を取り出すことができな
い。さらに、こうした融解潜熱を利用する蓄熱材
２の場合、過冷却・相分離の問題があり、再現性
の良い過冷却防止剤３の探索の困難さと前述した
蓄放熱時の応答性の悪さが実用化への大きな障害
となつていた。
第１図に示すように合成樹脂あるいは金属からな
るカプセル容器１内に相変化を起こす蓄熱材２と
過冷却防止剤３が充填されていた。また、容器１
の上部には蓄熱材２の融解時の体積変化吸収のた
めの空間部４が設けられていた。この構成におい
て、蓄熱は、容器１の外部より熱エネルギーが供
給されることにより行なわる。しかしながら、一
般に、蓄熱材２の固相は熱伝達率が低く、しかも
その融液は粘性が大きいため蓄熱材２の融液の自
然対流伝熱によつては速やかな蓄熱ができない。
また、放熱は、蓄熱材２が放出する融解潜熱及び
顕熱を容器１の外部を流れる熱交換媒体が奪うこ
とにより行なわれる。しかし、その際、容器１の
壁面に蓄熱材２の結晶５が付着して伝熱性能の低
下をまねき、有効に熱を取り出すことができな
い。さらに、こうした融解潜熱を利用する蓄熱材
２の場合、過冷却・相分離の問題があり、再現性
の良い過冷却防止剤３の探索の困難さと前述した
蓄放熱時の応答性の悪さが実用化への大きな障害
となつていた。
本発明は、以上述べたような従来の蓄熱素子の
問題点である伝熱特性を大幅に改善し、蓄・放熱
時の応答性を向上させることを目的とする。
問題点である伝熱特性を大幅に改善し、蓄・放熱
時の応答性を向上させることを目的とする。
本発明は、以上述べたような従来の蓄熱装置の
問題点である伝熱特性を大幅に改善し、蓄熱材が
貯えた熱を高効率で放熱することを目的とする。
問題点である伝熱特性を大幅に改善し、蓄熱材が
貯えた熱を高効率で放熱することを目的とする。
この目的を達成するために本発明は、相変化を
起こす蓄熱材と、熱吸収の時に液体から気体に、
熱放出の時に気体から液体になり、かつ、その凝
縮液の比重が少なくとも前記蓄熱材の相転移点近
傍における比重よりも大きい伝熱媒体とを、上方
に空間部を残して容器内に封入し、前記容器の内
部を貫通する熱交換媒体通過用の通路を設けたも
のである。
起こす蓄熱材と、熱吸収の時に液体から気体に、
熱放出の時に気体から液体になり、かつ、その凝
縮液の比重が少なくとも前記蓄熱材の相転移点近
傍における比重よりも大きい伝熱媒体とを、上方
に空間部を残して容器内に封入し、前記容器の内
部を貫通する熱交換媒体通過用の通路を設けたも
のである。
この構成によつて、放熱の際、蓄熱素子容器の
外壁と内部を貫通して流れる熱交換媒体は、蓄熱
材より受熱して気体となつた伝熱媒体の空間部伝
熱面での凝縮伝熱と蓄熱材充填部伝熱面での間接
熱交換により効率よく加温される。
外壁と内部を貫通して流れる熱交換媒体は、蓄熱
材より受熱して気体となつた伝熱媒体の空間部伝
熱面での凝縮伝熱と蓄熱材充填部伝熱面での間接
熱交換により効率よく加温される。
以下、本発明の実施例を第２図及び第３図を用
いて説明する。なお、両図において同一部品につ
いては同一番号を付している。蓄熱素子容器６の
内部には、相変化を起こす蓄熱材７として、例え
ば酢酸ナトリウム・３水塩（融点58℃、比重（固
体）1.44ｇ／cm3（液体）1.28ｇ／cm3）と、熱吸収
の時に液体から気体に、熱放出の時に気体から液
体になり、かつ、その凝縮液の比重が少なくとも
前記蓄熱材７の相転移点近傍における比重よりも
大きい伝熱媒体８として、例えば、フロン−113
（沸点47.6℃、融点−35℃、比重（25℃）1.565
ｇ／cm3）が、上方に空間部Ａを残して封入されて
いる。そして、熱交換媒体〒が通過する通路１０
を蓄熱素子容器６の内部を貫通して設けている。
第２図は、空間部Ａと蓄熱材充填部Ｂに渡り通路
１０を設けたものであり、第３図は、空間部Ａと
蓄熱材充填部Ｂに並列して通路１０を設けたもの
である。なお、空間部Ａは空気などの排凝縮性ガ
スを排除している。
いて説明する。なお、両図において同一部品につ
いては同一番号を付している。蓄熱素子容器６の
内部には、相変化を起こす蓄熱材７として、例え
ば酢酸ナトリウム・３水塩（融点58℃、比重（固
体）1.44ｇ／cm3（液体）1.28ｇ／cm3）と、熱吸収
の時に液体から気体に、熱放出の時に気体から液
体になり、かつ、その凝縮液の比重が少なくとも
前記蓄熱材７の相転移点近傍における比重よりも
大きい伝熱媒体８として、例えば、フロン−113
（沸点47.6℃、融点−35℃、比重（25℃）1.565
ｇ／cm3）が、上方に空間部Ａを残して封入されて
いる。そして、熱交換媒体〒が通過する通路１０
を蓄熱素子容器６の内部を貫通して設けている。
第２図は、空間部Ａと蓄熱材充填部Ｂに渡り通路
１０を設けたものであり、第３図は、空間部Ａと
蓄熱材充填部Ｂに並列して通路１０を設けたもの
である。なお、空間部Ａは空気などの排凝縮性ガ
スを排除している。
上記構成において蓄熱材充填部Ｂの内部には、
通常放熱に伴う結晶化の際、体積変化により生じ
た蓄熱材７の空隙が巣状に存在し、しかもその空
隙内には伝熱媒体８が介在している。この状態か
ら蓄熱素子容器６の外部及び内部通路１０を高温
の熱交換媒体９、例えば温水が通過することによ
り熱を蓄熱素子に供給し蓄熱を開始する。この蓄
熱過程において、一般に、蓄熱材７の固相は熱伝
達率が低く、代わつて伝熱媒体８がすばやく受熱
し、熱を蓄熱材７に伝達しつつ蓄熱素子容器６内
を上昇してゆく。伝熱媒体８は、前記空隙を通つ
て蒸発と凝縮を繰り返しながら蓄熱材７に熱を伝
達する。伝熱媒体８は、液体状態では蓄熱材７よ
りも比重が大きいためにたえずその凝縮液は下降
する傾向をもつ。こうして蓄熱材７中を上下方向
に対流しながら熱を伝えてゆく。その結果、供給
された熱をすみやかに蓄熱し、蓄熱素子容器６の
内部は蓄熱材７の融液と液・気体からなる伝熱媒
体８の飽和蒸気で満たされる。
通常放熱に伴う結晶化の際、体積変化により生じ
た蓄熱材７の空隙が巣状に存在し、しかもその空
隙内には伝熱媒体８が介在している。この状態か
ら蓄熱素子容器６の外部及び内部通路１０を高温
の熱交換媒体９、例えば温水が通過することによ
り熱を蓄熱素子に供給し蓄熱を開始する。この蓄
熱過程において、一般に、蓄熱材７の固相は熱伝
達率が低く、代わつて伝熱媒体８がすばやく受熱
し、熱を蓄熱材７に伝達しつつ蓄熱素子容器６内
を上昇してゆく。伝熱媒体８は、前記空隙を通つ
て蒸発と凝縮を繰り返しながら蓄熱材７に熱を伝
達する。伝熱媒体８は、液体状態では蓄熱材７よ
りも比重が大きいためにたえずその凝縮液は下降
する傾向をもつ。こうして蓄熱材７中を上下方向
に対流しながら熱を伝えてゆく。その結果、供給
された熱をすみやかに蓄熱し、蓄熱素子容器６の
内部は蓄熱材７の融液と液・気体からなる伝熱媒
体８の飽和蒸気で満たされる。
次に、放熱過程について、低温の熱交換媒体９
が蓄熱素子容器６の外壁及び内壁通路１０を通過
すると空間部Ａの伝熱面で伝熱媒体８の蒸気が凝
縮し、蒸発潜熱を放出する。これにより熱交換媒
体９は加温される。また、同時に蓄熱材充填部Ｂ
の伝熱面で蓄熱材７との間接熱交換により加温さ
れる。上記過程において、空間部Ａの伝熱面で蒸
発潜熱を放出した伝熱媒体８は凝縮・滴下して蓄
熱材７中に戻る。そこで再び受熱して空間部に蒸
発してゆく。伝熱媒体８が空間部Ａの伝熱面で凝
縮すると空間部Ａにおける伝熱媒体８の蒸気圧が
低下するが、これは蓄熱材７中を上昇してくる伝
熱媒体８の蒸気により補われる。その時、蓄熱材
７の融液は、空間部Ａでの伝熱媒体８の蒸発・凝
縮サイクルにおける対流により激しく撹拌されて
おり、蓄熱材充填部Ｂの伝熱面への蓄熱材７の固
相の付着は阻害され、蓄熱材７との間接熱交換に
よる熱伝達率は著しく向上する。さらに、蓄熱材
７の融液は過冷却・相分離を起こすことなく結晶
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７の結晶は蓄熱素子容器６の下降に
沈降し順に推積してゆく。こうして、蓄熱材７が
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。
が蓄熱素子容器６の外壁及び内壁通路１０を通過
すると空間部Ａの伝熱面で伝熱媒体８の蒸気が凝
縮し、蒸発潜熱を放出する。これにより熱交換媒
体９は加温される。また、同時に蓄熱材充填部Ｂ
の伝熱面で蓄熱材７との間接熱交換により加温さ
れる。上記過程において、空間部Ａの伝熱面で蒸
発潜熱を放出した伝熱媒体８は凝縮・滴下して蓄
熱材７中に戻る。そこで再び受熱して空間部に蒸
発してゆく。伝熱媒体８が空間部Ａの伝熱面で凝
縮すると空間部Ａにおける伝熱媒体８の蒸気圧が
低下するが、これは蓄熱材７中を上昇してくる伝
熱媒体８の蒸気により補われる。その時、蓄熱材
７の融液は、空間部Ａでの伝熱媒体８の蒸発・凝
縮サイクルにおける対流により激しく撹拌されて
おり、蓄熱材充填部Ｂの伝熱面への蓄熱材７の固
相の付着は阻害され、蓄熱材７との間接熱交換に
よる熱伝達率は著しく向上する。さらに、蓄熱材
７の融液は過冷却・相分離を起こすことなく結晶
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７の結晶は蓄熱素子容器６の下降に
沈降し順に推積してゆく。こうして、蓄熱材７が
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。
なお、上記実施例においては、本発明の蓄熱素
子を蓄熱槽内に充填して用いる場合を示したが、
一個の蓄熱素子をスケールアツプして蓄熱装置と
して用いる場合も可能である。また、蓄熱素子へ
の熱の供給は、例えば、太陽熱集熱器からポンプ
により導けばよい。
子を蓄熱槽内に充填して用いる場合を示したが、
一個の蓄熱素子をスケールアツプして蓄熱装置と
して用いる場合も可能である。また、蓄熱素子へ
の熱の供給は、例えば、太陽熱集熱器からポンプ
により導けばよい。
以上に説明したように本発明による蓄熱素子は
(1) 蓄熱材中に伝熱媒体が介在するため蓄熱時の
応答性が良く、速やかな蓄熱ができる。
応答性が良く、速やかな蓄熱ができる。
(2) 放熱は空間部を利用しての伝熱媒体の凝縮伝
熱と、蓄熱材充填部での間接熱交換により行な
うため高効率の熱の取り出しができる。
熱と、蓄熱材充填部での間接熱交換により行な
うため高効率の熱の取り出しができる。
(3) 放熱の際、空間部での伝熱媒体の蒸発・凝縮
過程によつて蓄熱材融液を撹拌することができ
るため、発核剤を用いる必要はなく、したがつ
てその構造は簡単となり、また前記蓄熱材融液
の撹拌により蓄熱材は過冷却・相分離を起こす
ことなく結晶化し、融解潜熱を放出する。した
がつて、放熱時の応答性が向上する。また、特
に、過冷却防止剤を必要としない。
過程によつて蓄熱材融液を撹拌することができ
るため、発核剤を用いる必要はなく、したがつ
てその構造は簡単となり、また前記蓄熱材融液
の撹拌により蓄熱材は過冷却・相分離を起こす
ことなく結晶化し、融解潜熱を放出する。した
がつて、放熱時の応答性が向上する。また、特
に、過冷却防止剤を必要としない。
(4) 蓄熱容量の大きい大型蓄熱槽は、一定量の蓄
熱材を封入した蓄熱素子を複数個用いればよ
く、その設計が容易となる。
熱材を封入した蓄熱素子を複数個用いればよ
く、その設計が容易となる。
(5) 給湯のみならず水あるいはその他の熱交換媒
体、例えば、フロン・有機媒体などを用いて暖
房に利用することも可能であり、応用範囲が広
い。
体、例えば、フロン・有機媒体などを用いて暖
房に利用することも可能であり、応用範囲が広
い。
などの多くの効果を有する。
第１図ａ，ｂは、従来の蓄熱素子の断面図およ
び平面図、第２図ａ，ｂは本発明の蓄熱素子の一
実施を示す断面図および平面図、第３図ａ，ｂは
本発明の他の実施例を示す断面図および側面図で
ある。 ６……蓄熱素子容器、７……蓄熱材、８……伝
熱媒体、９……熱交換媒体、１０……内部通路
（通路）、Ａ……空間部、Ｂ……蓄熱材充填部。
び平面図、第２図ａ，ｂは本発明の蓄熱素子の一
実施を示す断面図および平面図、第３図ａ，ｂは
本発明の他の実施例を示す断面図および側面図で
ある。 ６……蓄熱素子容器、７……蓄熱材、８……伝
熱媒体、９……熱交換媒体、１０……内部通路
（通路）、Ａ……空間部、Ｂ……蓄熱材充填部。
Claims (1)
- １ 相変化を起こす蓄熱材と、熱吸収の時に液体
から気体に、熱放出の時に気体から液体になり、
かつ、その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比重よりも大きい伝熱媒
体とを上方に空間部を残して容器内に封入し、前
記容器の内部を貫通して熱交換媒体通過用の通路
を設けた蓄熱素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56205410A JPS58106392A (ja) | 1981-12-18 | 1981-12-18 | 蓄熱素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56205410A JPS58106392A (ja) | 1981-12-18 | 1981-12-18 | 蓄熱素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58106392A JPS58106392A (ja) | 1983-06-24 |
| JPS6152397B2 true JPS6152397B2 (ja) | 1986-11-13 |
Family
ID=16506376
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56205410A Granted JPS58106392A (ja) | 1981-12-18 | 1981-12-18 | 蓄熱素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58106392A (ja) |
-
1981
- 1981-12-18 JP JP56205410A patent/JPS58106392A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS58106392A (ja) | 1983-06-24 |
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