JPS6346392A - 自然循環式迅速熱蓄熱および蓄冷の方法と装置 - Google Patents

自然循環式迅速熱蓄熱および蓄冷の方法と装置

Info

Publication number
JPS6346392A
JPS6346392A JP61188372A JP18837286A JPS6346392A JP S6346392 A JPS6346392 A JP S6346392A JP 61188372 A JP61188372 A JP 61188372A JP 18837286 A JP18837286 A JP 18837286A JP S6346392 A JPS6346392 A JP S6346392A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
pcm
liquid
layer
container
vapor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP61188372A
Other languages
English (en)
Inventor
Yoshiro Uko
義郎 宇高
Akio Saito
斎藤 彬夫
Masaru Niimi
新美 勝
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Priority to JP61188372A priority Critical patent/JPS6346392A/ja
Publication of JPS6346392A publication Critical patent/JPS6346392A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • 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

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (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】 この発明は、高速・高性能な熱移動能力を有するな潜熱
蓄熱あるいは蓄冷を行うための方法およびその方法にも
とすく装置の構造に関するものである。従来は、潜熱蓄
熱器の構造として、カプセル形、シェルチューブ形に代
表されるように、伝熱壁を介して壁面からのPCMの凝
固・融解の相変化を行わせることにより蓄放熱を行うも
のが主に考えられてきたが、これらの構造にもとすく蓄
熱器の伝熱特性は避けがたい欠点を有する。すなわち、
現在までに有望視されているPCMは一般に非常に熱伝
導率が小さく、特に放熱(PCMの凝固)過程において
は、固相の発達に伴って凝固層自体が大きな熱抵抗層を
形成し、熱流束が短時間のうちに急激に減少し、放熱に
要する時間が非常に長くなる。これまでこの点を補うた
めの種々の工夫がなされているが、十分とはいいがたい
本発明の目的は、例えば、夏の昼間の冷房に要するピー
ク電力値の減少を計るため、深夜において短時間のうち
に高速・高効率に蓄冷を行うこと、あるいは、高速・高
効率の太陽熱利用蓄熱を行うこと等において有効な方法
および装置を実現することである6本方法および本装置
を用いることにより、蓄熱器に内の熱移動が非常に大き
な熱コンダクタンスのもとに行われるため、伝熱面積等
の値を調節することにより蓄・放熱速度の非常に高速な
ものから遅いものまでにわたって自由度の大きな設計・
制作が可能となる。
第1図示のものは、本発明の方法を利用する装置の構造
の一例を示したものである。放熱あるいは蓄冷(PCM
の凝固)時には、PCMの融点より低温の冷却媒体9を
凝縮部6に流すことにより、凝縮用壁面は冷却され、容
器1のWM蒸気は凝縮部6内壁に凝縮し、凝縮潜熱は冷
却媒体9により運搬される。凝縮液は受・送液部7の受
液板11上に滴下し集受され、液戻し管12を通ってW
M  。
液Wj5に戻る。この結果として容器1内圧力は低下し
、WM飽和温度がPCMの融点以下になる。
このため、PCM液層4は低温のWM液液5と液液直接
接触することになり、PCM液は凝固潜熱を失い固化し
、生成された固相は自らの浮力および気泡の上昇により
PCM液層4の上方に多孔質状態でgA積する(なお、
この場合にはPCM固相はPCM液相より密度が大きい
ため生成固相はPCM液層4の上方に蓄積するが、密度
の逆の場合には気泡の上昇力によりそれぞれが混合した
状態で存在する)、このことにより、PCM液とWM液
の直接接触面は、熱抵抗物の増加することなしに放熱終
了まで維持され、かつ、蒸発した気体はスムースにWM
蒸気層2に移動する0以上のように、本発明では、密閉
容器中にWMを封入しWM蒸気の凝縮・WM液の蒸発と
いう自然循環サイクルを利用するため熱抵抗の小さな系
を実現でき、迅速な放熱を可能とする。また、蓄熱ある
いは放冷(PCM固相の融解)時には、PCMの融点よ
り高温の加熱媒体10を蒸発部8に流すことにより、蒸
発壁は加熱され、容器1内のWM液は蒸発部8の容器1
の内壁面から蒸発し、加熱媒体10は蒸発潜熱を奪われ
冷却される。この結果として、容器1内圧力は上昇し飽
和温度がPCM融点以上になるため、放熱あるいは蓄冷
過程で生成された多孔質状のPCM固相が冷却面として
作用し、固相表面にWM蒸気が直接凝縮し、固相は融解
する。
その際に凝縮液はWM液層5に戻り、また融解したPC
MはPCM液!4を形成する。このように、PCM固相
の融解過程においても、蒸発部8におけるWM液の蒸発
沸騰・PCM固相へのWM蒸気の直接接触凝縮の自然循
環サイクルを利用するため、PCMの凝固過程と同様に
熱抵抗の非常に小さな系を実現することが可能となり、
迅速な蓄熱あるいは放冷を行うことができる。なお、蓄
熱過程では、固相温度、作動媒体の量あるいは凝縮潜熱
の大きさ等の条件により、蒸発したWMが多孔性の面相
関に凝縮したまま留まりWM液層5のWM液が不足しW
Mの相変化サイクルが停止する場合が生じる。この場合
には、容器1を固相の沈降を妨害しないような構造とし
、自重により固相が蒸発部8の壁面に押し付けられなが
ら融解する比較的大きい熱伝達率を有する接触溶融伝熱
現象をあわせて利用することにより、WMの相変化サイ
クルを生じさせる。
本装置は非常に熱抵抗の小さい特徴を有しているが、こ
のことをさらに高めるため、蓄冷装置とヒートポンプを
直接組み合わせる方式が有効であり、また、このような
系においては、エネルギー節約のためヒートポンプの成
績係数を可能な限り高めた状態で使用することが望まし
い、このためには、PCMの融点との温度差の小さな条
件における使用が理想的でありヒートポンプから凝縮部
6へ冷却媒体9としての冷媒液を直接流入させることに
より実現され、また、凝縮部6において。
伝熱壁の両側ともに、蒸発と凝縮の熱伝達率の大きな現
象を利用するので、熱通過率が非常に大きな系となり、
小温度差でも迅速な蓄冷が可能となる。
また、液液接触界面における沸騰には比較的大きな温度
差を必要とする場合が多く、PCM液層4とWM液層5
の液液接触界面における伝熱特性を通常の液液接触状態
に比べて改善する(小温度差で蒸発・沸騰を起こす)た
めの工夫により効果が増大する。このため、積極的に液
液界面に発泡点となる添加物を加え、蒸発促進を進める
。さらに、蒸発部10あるいは凝縮部9における容器1
内側伝熱面に、いわゆる小温度差において相変化の活性
化がなされる伝熱促進面を用いることによりさらに本装
置の効果が促進される。
第2図示および第3図示のものは、本発明の有効性を確
認するための実施例の装置を示したものであり、それぞ
れ正面断面図および第2図示のもののA−A断面平面図
を表している。これらは凝縮部6として凝縮4W12を
、蒸発部8として蒸発管13を、また全凝縮液を受液板
14と送液管15によりWM液層5に直接戻す形式の装
置である。
この装置では、ステンレス製の気密容器11(内径26
0mm)内に、内径13mmの9本の凝縮管12.5本
の蒸発管13、アクリル製の受液板14および送液管1
5が設置されている。第4図示のグラフは、第2および
第3図示の装置にWMとしてフロン−12を、PCMと
して水(1,3kg)を入れたときの放・蓄熱時の熱流
束の経時変化の測定結果を示している。約1010の状
態から凝縮管に−9,7°Cのブラインを冷却媒体とし
て流したときの放熱(蓄冷)過程の結果を図中の16に
示した。約20分程度の短時間でほとんどの熱移動が完
了していることがわかる。また、図中18は蓄熱(放冷
)過程の結果を示しており、上記の放熱過程の終了直後
に、蒸発管内に20”Cの水を加熱媒体として通して加
熱した場合である。このように蓄熱完了時間はわずか1
0分強であることがわかる0以上から、本発明による潜
熱蓄熱(蓄冷)方法を用いることにより迅速な放・蓄熱
が可能となることが証明された。
以上説明したように、潜熱蓄熱(蓄冷)に、密閉容器内
に伝熱用の気液相変化を行う作動媒体と潜熱蓄熱材を封
入し、作動媒体の気液相変化伝熱。
潜熱蓄熱材との直接接触伝熱を有効に利用することによ
り、放・蓄熱の迅速・高効率化を実現することができる
【図面の簡単な説明】
図はこの発明の原理・構造および実施例を示すものであ
る。第1図示のものはこの発明の方法の構成を説明する
ための例示である。第2図示のものは、この発明を実際
に適用した実施装置の正面断面図である。第3図示のも
のは、第2図示のも1:気密性密閉容器 2:作動媒体(WM)蒸気層 3:潜熱蓄熱材(PCM)固層 4:潜熱蓄熱材(PCM)液層 5:作動媒体(WM)液層 6:凝縮部 7:受・送液部 8:蒸発部 9:冷却媒体 10:加熱媒体 11:気密性容器(ステンレス) 12:凝縮管(ステンレス) 13:蒸発管(ステンレス) 14:受液板(アクリル) 15:送液管(アクリル) 16:断熱材 17:放熱(蓄冷)時の熱流束の経時変化18:蓄熱(
放冷)時の熱流束の経時変化19:潜熱蓄熱材(PCM
)層

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 以下に記述する構成部分からなる、作動媒体の自然
    循環を利用し、蓄熱容器内で放・蓄熱を行うための動力
    を必要としない自然循環式迅速潜熱蓄熱(蓄冷)方法。 外部との気密性を有する密閉容器(以下容器1と呼ぶ)
    内に、固液の相変化潜熱を利用する潜熱蓄熱物質(以下
    PCMと略す)、およびPCMの固液相変化を行う際の
    気液相変化を利用する熱伝達用物質である作動媒体(以
    下WMと略す)が封入される。それらは3層に成層化し
    た状態で存在する。すなわち、容器1内上方から密度の
    小さな順に、WM蒸気層2、PCM層19、WM液層5
    から構成される。ただし、PCM層19はPCM固層3
    とPCM液層4が混在するかまたはどちらか単層だけの
    場合も存在する。 WM蒸気層2中のWM蒸気を凝縮させるための凝縮部6
    を有し、容器1外部の低温(PCM融点以下)の冷却媒
    体9により凝縮部を冷却すことにより放熱あるいは蓄冷
    (PCMの凝固)を行う。WM液層5中のWM液の蒸発
    を行うための蒸発部8を有し、容器1外部の高温(PC
    M融点以上)の加熱媒体10により蒸発部8を加熱する
    ことにより蓄熱あるいは放冷(PCMの融解)を行う。 2、以下に記述する構成部分からなる、作動媒体の自然
    循環を利用し、蓄熱容器内で放・蓄熱を行うための動力
    を必要としない自然循環式迅速潜熱蓄熱(蓄冷)方法。 外部との気密性を有する密閉容器(以下容器1と呼ぶ)
    内に、固液の相変化潜熱を利用する潜熱蓄熱物質(以下
    PCMと略す)、およびPCMの固液相変化を行う際の
    気液相変化を利用する熱伝達用物質である作動媒体(以
    下WMと略す)が封入される。それらは密度の小さな順
    に、WM蒸気、PCM、WM液から構成される。ここで
    、それぞれの成層化した状態をそれぞれWM蒸気層2、
    PCM層19およびWM液層5と呼ぶ。ただし、PCM
    層19はPCM固層3とPCM液層4が混在するかまた
    はどちらか単層だけの場合も存在する。WM蒸気層2中
    のWM蒸気を凝縮させるための凝縮部6を有し、容器1
    外部の低温(PCM融点以下)の冷却媒体9により凝縮
    部を冷却することにより放熱あるいは蓄冷(PCMの凝
    固)を行う。WM液層5中のWM液の蒸発を行うための
    蒸発部8を有し、容器1外部の高温(PCM融点以上)
    の加熱媒体10により蒸発部8を加熱することにより蓄
    熱あるいは放冷(PCMの融解)を行う。蓄熱過程にお
    いて、自重により固相が蒸発部8の壁面に押し付けられ
    ながら融解する接触溶融伝熱をあわせて利用する。 3 放熱(PCMの凝固)過程で、凝縮液の落下・接触
    蒸発によるPCM層19上方からのPCM液の凝固によ
    る閉塞を防ぐため、WM蒸気層2中において全部あるい
    は大部分の凝縮液を集受し、重力によりそれを凝縮液用
    の流路を通してWM液層5中に直接戻す作用を行う受・
    送液部7を有する特許請求の範囲第1項または第2項の
    いずれかに記載した方法 4 放熱(PCMの凝固)過程で、凝縮液の落下・接触
    蒸発によるPCM層19上方からのPCM液の凝固によ
    る閉塞を防ぐため、WM蒸気層2中において一部の凝縮
    液を集受し、重力によりそれを凝縮液層の流路を通して
    WM液層5中に直接戻す作用を行う受・送液部7を有し
    、また残りの凝縮液を直接PCM層19に滴下させるよ
    うにした特許請求の範囲第1項から第2項のいずれかに
    記載した方法。 5 以下に記述する構成部分からなる、作動媒体の自然
    循環を利用し、蓄熱容器内で放・蓄熱を行うための動力
    を必要としない自然循環式迅速潜熱蓄熱(蓄冷)装置。 外部との気密性を有する密閉容器(以下容器1と呼ぶ)
    内に、固液の相変化潜熱を利用する潜熱蓄熱物質(以下
    PCMと略す)、およびPCMの固液相変化を行う際の
    熱伝達用物質である作動媒体(以下WMと略す)が封入
    され、それらは3層に成層化した状態で存在する。 すなわち、容器1内上方から密度の小さな順に、WM蒸
    気層2、PCM層19、WM液層5から構成される(た
    だし、PCM層19はPCM固層3とPCM液層4を合
    わせたものを意味し、またどちらか単層だけの場合も存
    在する)。WM蒸気を凝縮させるための凝縮部6として
    WM蒸気層2中に存在する容器1上壁内面あるいは上側
    壁内面をWM蒸気の凝縮用表面として使い、容器1上壁
    あるいは上側壁の外面を直接利用するか熱抵抗の小さな
    状態で外面に接続する形式の冷却媒体9用の流路を設け
    る。あるいは、WM蒸気を凝縮させるための凝縮部6と
    してWM蒸気層2中に凝縮管を設置し、管外面をWM蒸
    気の凝縮用表面として使い、管内面を冷却媒体9用の流
    路とする。凝縮液を集受し直接WM液層5中に戻すため
    の受・送液部7として凝縮部6の形状・寸法に応じた(
    すなわち、凝縮液の一部分、大部分あるいは全量を集受
    できるような)受液板を容器1内の凝縮用表面の下部に
    設置し、さらに受液板に比較的断熱性の高い材質の液戻
    し流路を取り付けることによりWM液層5に凝縮液を直
    接戻す。また、蒸発部8として容器1下壁内面あるいは
    下側壁内面をWM液の蒸発用表面として使い、容器1下
    壁あるいは下側壁の外面を直接利用するか熱抵抗の小さ
    な状態で外面に接続する形式の加熱媒体10用流路を設
    ける。あるいは、蒸発部8としてWM液層5中に蒸発管
    を設置し、管外面をWM液の蒸発用表面として使い、管
    内面を加熱媒体10用の流路とする。 PCMの凝固点より低温の冷却媒体9を凝縮部6に通す
    ことにより放熱を行い、PCMの融点より高温の加熱媒
    体10を蒸発部8に通すことにより蓄熱を行う。 6 容器1を、固相の自重による沈降を妨害しないよう
    な形状にするとともに、容器の内下面全て(蒸発管の存
    在する場合には蒸発管を含む)を蒸発用表面として使う
    特許請求の範囲第5項に記載した装置。 7 受・送液部7として、凝縮部6の凝縮面を故意に傾
    斜させることにより凝縮液の流れを制御し(一部、大部
    分あるいは全量の凝縮液下方への滴下を防ぎ)、受液板
    の存在なしに、あるいは液の集合部分に小規模のものを
    取り付けるだけで凝縮液を集受し、それを液戻し流路に
    接続した特許請求の範囲第5項または第6項に記載した
    装置。 8 WM液層5とPCM液層4の液液直接接触部分に、
    小温度差における蒸発・沸騰促進のための核生成点を供
    給する混合物を添加した特許請求の範囲第1項から第7
    項のいずれかに記載した方法あるいは装置。 9 特許請求の範囲第1項から第4項のいずれかにに記
    載した方法による装置とヒートポンプを組み合わせ、蓄
    冷装置として利用する場合には、冷却媒体9としてヒー
    トポンプの冷媒液を使い、また蓄熱装置として利用する
    場合には加熱媒体10としてヒートポンプの冷媒蒸気を
    用いる方法。
JP61188372A 1986-08-13 1986-08-13 自然循環式迅速熱蓄熱および蓄冷の方法と装置 Pending JPS6346392A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP61188372A JPS6346392A (ja) 1986-08-13 1986-08-13 自然循環式迅速熱蓄熱および蓄冷の方法と装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP61188372A JPS6346392A (ja) 1986-08-13 1986-08-13 自然循環式迅速熱蓄熱および蓄冷の方法と装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPS6346392A true JPS6346392A (ja) 1988-02-27

Family

ID=16222463

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP61188372A Pending JPS6346392A (ja) 1986-08-13 1986-08-13 自然循環式迅速熱蓄熱および蓄冷の方法と装置

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPS6346392A (ja)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5849894A (ja) * 1981-09-18 1983-03-24 Matsushita Electric Ind Co Ltd 潜熱利用蓄熱装置

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5849894A (ja) * 1981-09-18 1983-03-24 Matsushita Electric Ind Co Ltd 潜熱利用蓄熱装置

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4696338A (en) Latent heat storage and transfer system and method
US20170268829A1 (en) Method and apparatus for absorbing thermal energy
JPS6346392A (ja) 自然循環式迅速熱蓄熱および蓄冷の方法と装置
JPS62294897A (ja) 蓄熱式熱交換器
JP3013481B2 (ja) 冷温熱装置
US7775066B2 (en) Method and device for rapid and high-power cold production
JPH0238116B2 (ja)
JPS58106393A (ja) 蓄熱装置
JPS58178149A (ja) 潜熱型蓄熱蓄冷システム
JP3729876B2 (ja) 空気調和装置の低温再生器
JPS58221386A (ja) 潜熱蓄熱装置
JPS58102097A (ja) 蓄熱装置
JP3723051B2 (ja) 蓄熱材の製造方法
JPH0115783B2 (ja)
JPS58142194A (ja) 蓄熱装置
UTAKA et al. A Method of Efficient Ice Cool Energy Storage Using Heat Transfer of Direct Contact Phase Change Between Working Medium and PCM in an Enclosure
JPS59200192A (ja) 潜熱蓄熱装置
JPS59180289A (ja) 潜熱形蓄熱装置
JPH08136170A (ja) ヒートパイプ式冷却器
JPS5843394A (ja) 潜熱形蓄熱槽の熱交換方法
JPS59180287A (ja) 潜熱蓄熱装置
JPS6044799A (ja) 蓄熱体
JPH0313514B2 (ja)
JPS6141377B2 (ja)
JPS5929989A (ja) 潜熱蓄熱装置