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JPS6342196B2 - - Google Patents
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JPS6342196B2 - - Google Patents

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Publication number
JPS6342196B2
JPS6342196B2 JP54003423A JP342379A JPS6342196B2 JP S6342196 B2 JPS6342196 B2 JP S6342196B2 JP 54003423 A JP54003423 A JP 54003423A JP 342379 A JP342379 A JP 342379A JP S6342196 B2 JPS6342196 B2 JP S6342196B2
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JP
Japan
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heat storage
heat
storage tank
heat insulating
storage device
Prior art date
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Application number
JP54003423A
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English (en)
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JPS5596854A (en
Inventor
Junjiro Kai
Hiroshi Kimura
Hirobumi Ikeo
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.)
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Original Assignee
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】 この発明は潜熱型、蓄熱式冷暖房装置等に用い
られる蓄熱装置に関し、さらに詳しくは蓄熱材の
過冷却を防止し、液相から固相への相変化をすみ
やかに行わせるようにした蓄熱装置に関する。
なお、本書において蓄熱材とは蓄冷熱および蓄
温熱作用を有する潜熱型蓄熱材料のことを総称し
ていう。
蓄熱材の融解潜熱を利用して、蓄熱する蓄熱装
置においては、融解熱が大きく、融点が使用条件
に適合している例えば特公昭53−20708号公報に
記載のようなハイポ(Na2S2O3・5H2O;融解熱
48cal/gr、融点48℃)や硝酸カルシウム(Ca
(NO32・4H2O;融解熱34cal/gr、融点42℃)、
或いはアンモニウム・ミヨウバン(NH4Al
(SO42・12H2O;融解熱60cal/gr、融点94℃)
のような結晶水をもつた無機化合物が蓄熱材とし
て用いられているが、これらの物質は一般に過冷
却の度合が大きく蓄熱式冷暖房装置に対して重大
な障害となつている。すなわち暖房時に蓄熱槽か
ら熱を取り出すとき、蓄熱材が過冷却をおこすと
潜熱として蓄熱されている熱がとり出せない。一
方冷房時には蓄熱材が蓄熱槽に入つてくる冷媒温
度以下に過冷却すると液相から固相への相変化が
おこらず冷熱を潜熱の形で蓄熱することは不可能
である。従つて過冷却をいかに防止するかが実用
上の大きな問題である。その為各種の過冷却防止
法が試みられているが最も確実な方法は蓄熱状態
にある蓄熱材料の融液に対して、その材料自体の
結晶を接触させることである。これを実現するに
はこの種結晶を蓄熱装置に温存しておくことが必
要であり、このため、例えば実開昭52−126651号
公報に記載のように断熱壁部の一部に貫通細孔を
形成し、この貫通細孔の外側端部(槽壁に触れる
部分)における蓄熱材を結晶状態に維持し放熱時
にこの部分から結晶させるものが提案されている
が、外側端部(槽壁に触れる部分)での余分な熱
損失を伴なうなど必ずしも十分なものではなかつ
た。
本発明は種結晶を温存する新規な装置を有し、
これによつて蓄熱材の過冷却を効果的に防止した
蓄熱槽を提供することを目的とするもので、その
特徴とするところは、余分な熱損失を伴なうこと
なく種結晶の温存が可能なことと、液相から固相
への相変化に対して多量の二次種結晶を発生・供
給し、すみやかな相変化を可能としたことであ
る。次に本発明の実施例を図面を用いて説明す
る。
第1図において1は蓄熱槽、2は熱交換器(ブ
ライン管のみ示し、フインは図示を省略してい
る)、3はアンモニウム・ミヨウバンからなる蓄
熱材、4は保温のための蓄熱槽外側断熱層、5は
熱交換器2の上部に、上記断熱層4と熱伝導的に
結合すると共に少なくとも一部が上記蓄熱材3に
浸漬するように設けられたガラスウールマツトか
らなる断熱材である。この断熱材5は多孔性もし
くは通液性を有しアンモニウム・ミヨウバン3に
接していてその微小結晶を含有しており、種結晶
供給を行なうものである。
以上のように構成された本発明の蓄熱装置にお
いて、今蓄熱状態にあり、蓄熱材3の温度Tが融
点TM以上になつており、断熱層4の温度は融点
TM以下になつているとする。断熱材5の上面は
断熱層4と熱伝導的に結合しているので、その上
面の温度Tsは蓄熱材3の融点以下になり、多孔
性もしくは通液性の材料からなる断熱材5中に浸
透している蓄熱材3は断熱材5の上部で種結晶と
して温存される。次に放熱が行われ、TがTM
下になつたとすると、温存されていた種結晶から
結晶成長がおこり断熱材5の中で図の下方へ向つ
て、固化が進行する。断熱材5は小は1μm、大は
数百μm程度の種々の大きさの複雑な連続空孔を
もち、この中にアンモニウム・ミヨウバンなどの
蓄熱材が含浸されているため固化の進行に伴ない
温存されていた種結晶から多数の2次種結晶を生
じこの断熱材を構成するガラスウールマツト面下
部の全面から非常に小さい微細粒の2次種結晶が
熱交換器2の部分に供給される。かくして蓄熱槽
1内全域に渡つて、過冷却の度合が小さくてスム
ーズな結晶生成が進行する。これが本発明の骨子
であり、上記実施例では断熱材5としてガラスウ
ールマツトを用いたがシリカないしシリカアルミ
ナ系ウール、ガラス繊維、アスベスト、焼結ガラ
ス、多孔性磁器シヤモツトレンガ、或はまた温度
が低い場合にはポリウレタン等、要するに連続空
孔を多く含んだ多孔質体もしくは通液性の断熱材
料を用いることでこの効果が得られる。なお本書
においてはこれらを総称して「断熱材」という。
種結晶の温存のためには、蓄熱材3の融点より
も低温の部分をつくる必要があり、このために通
常の方法では余分の熱損失を伴ない蓄熱装置とし
ての性能をそこなう一面がある。本発明のもう一
つの特徴は、余分の熱損失を伴わずに種結晶の温
存を行なうことであり、以下に上記第1図に基本
構成を示した第1の実施例についてさらに詳細に
説明する。
第2図に示したように外気温度をTa、蓄熱材
の温度をT、蓄熱槽外側の断熱層4の厚さをd、
またその熱伝導率をKとすると、この断熱層4を
通しての単位面積あたりの熱損失Q0は、 Q0=T−Ta/dK ………(1) で表わされる。
本発明においては前述のように蓄熱槽1内部に
設けられた断熱材5に蓄熱材3が含浸してある。
今、断熱材5の厚さをd1とし、その熱伝導率を
K1、断熱材5の上面部51の温度をTsとする。
また上記断熱材5の部分の断熱層4の厚さをd2
すると、これらの層を通じての単位面積あたりの
熱損失Qは Q=T−Ts/d1K1=Ts−Ta/d2K ………(2) で表わされる。
Q≦Q0 ………(3) すなわち T−Ts/d1K1≦T−Ta/dK ………(4) なる条件を満足させつつTsを融点以下にするこ
とにより余分の熱損失を伴わずに種結晶の温存が
できる。アンモニウム・ミヨウバンを用いた本実
施例では T=97℃ Ta=30℃ Ts=91℃ ………(5) とできればよく、また断熱層4は、 d=0.08(m) K=0.04(Kcal/m.h.℃)………(6) である。(4)式から K1/d1≦T−Ta/T−TsK/d=67/6×0.04/0.
08=5.58 を満足する必要がある。この関係から断熱材5の
厚さd1はその熱伝導率K1が小さい程小さくてす
むことがわかる。断熱材5にはアンモニウム・ミ
ヨウバンが含浸されているので、K1はアンモニ
ウム・ミヨウバンに近い値をとると思われるが、
実験の結果はK1=0.22(Kcal/m.h.℃)となつ
た。また、断熱材5に含浸されているため対流に
よる熱伝達は起らぬことがわかつた。この結果、
この実施例ではd1として0.04m、d2として0.073m
とすることが出来た。このようにして第1の実施
例の蓄熱槽を設計し、テストの結果ほぼ(5)式に示
した温度分布が得られた。この実施例における放
熱特性を第4図曲線イに示す。この図で縦軸には
断熱材5の直下の温度をまた横軸には放熱開始後
の時間を目盛つてある。曲線イからわかるように
第1の実施例では約83℃で過冷却が破れ92℃まで
温度が上昇した。
第2の実施例の要部断面図を第3図に示す。こ
の実施例では第1の実施例とほぼ同じ構成の蓄熱
槽に撹拌用プロペラ6とこれを駆動するための機
構として、プロペラ直結デイスク形多極マグネツ
ト7、モータ直結デイスク型多極マグネツト8、
軸受機構9、モータ10を付加したものである。
この撹拌機構によりアンモニウム・ミヨウバンの
水分蒸発を防止するために密閉構造とした蓄熱槽
の外部から適当なトルクの結合でプロペラ6を回
転し、蓄熱材3を撹拌することができる。その結
果、断熱材5からの2次結晶の供給速度を大きく
でき、また撹拌されている液中での種結晶の増殖
効果を伴うので、過冷却度を一層小さくする効果
を生ずる。この効果は第4図の冷却曲線に現われ
ている。すなわちこの実施例における冷却曲線は
曲線ロで示されており、88℃で過冷却が破れ、曲
線イに比べてより速い応答で放熱が行われている
ことがわかる。プロペラ6の回転動力を蓄熱槽の
外側からマグネツトカツプリングで導入すること
により、第1に密閉槽構造におけるシールの問題
の解決と、第2に蓄熱材の固化に伴なうプロペラ
の停止をプロペラへの回転に対する抵抗の増加に
応じて行うという2つの効果を実現することがで
きた。
第3の実施例の要部断面図を第5図に示す。こ
の例では第1の実施例とほぼ同じ構成の蓄熱槽1
に、断熱材5を揺動せしめる装置11を附加した
ものである。これにより、断熱材5からの2次種
結晶の供給速度を大きくでき、過冷却度を小さく
できる効果がうまれた。この結果は第4図の冷却
曲線ハに現われている。すなわち、この実施例に
おいては86℃で過冷却が破れ、曲線ロよりは遅い
が曲線イよりは速い応答で放熱が行なわれている
ことがわかる。揺動装置は撹拌装置よりもかなり
簡単に構成できる利点がある。
第4の実施例の要部断面図を第6図に示す。こ
の例では第1の実施例とほぼ同じ構成の蓄熱槽の
熱交換器2と断熱材5の間に振動板12を設けこ
れをシヤフト14によつて電磁振動装置11に結
合させ、シヤフトはベローフラム13によつて、
蓄熱槽1に上下自在に気密に封じられている。こ
の振動板としては厚さ0.5mmの銅円板又は銅円板
に多数個の穴を50%程度の開孔度で設けたものを
用いた。放熱運転時に振動板を振動装置によつて
60Hzで振動巾0.3mmで上下動させると、断熱材5
の付近のアンモニウム・ミヨウバン融液は激しく
上下等に動かされ、断熱材5の下面に達した結晶
につねに新しい融液がふれるようになり、この結
果2次核形成が促進され、振動板12に設けた穴
を通して下方の熱交換器2側に2次種結晶が盛ん
に供給される。この結果、第4図の冷却曲線ハと
同程度の効果が得られた。
第7図は、蓄熱槽1への振動の導入を磁気的結
合によつて行なつた例である。すなわち、電磁石
16と、バネ板17に接着された鉄片15によつ
て振動を導入し、バネ板17からシヤフト14に
よつて多孔質断熱材5の下方4mmの所に支持され
た振動板12を振動させた。このような構造にす
ることにより、蓄熱材3の固化完了後に振動用電
力が印加されていても機械的な無理がかゝらずに
すむようになつた。また、密封構造の信頼性を向
上させることができた。
第8図は、他の振動板の例を示す。すなわち、
振動板12の開孔が穴ではなく、切り込んでヒレ
形に押出した形の開孔18になつている。このよ
うな構造にすることにより、蓄熱材の撹拌効果が
さらに向上し、断熱材5からの2次種結晶の発生
もより盛んとなることが認められた。
なお上記説明において、断熱材を蓄熱槽の上部
全面に設ける例を説明したが、一部でもよくさら
に側面あるいは下面など任意の部分に1またはそ
れ以上の面に設けてもよいことは云うまでもな
い。蓄熱材もアンモニウム・ミヨウバンに限定さ
れないことは当然である。
以上詳述したように、本発明によれば、余分の
熱損失増加等の性能低下を伴わずに、確実に過冷
却を防止でき、信頼性の高い融解潜熱利用蓄熱装
置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図、第3図、第5図及び第6図はいずれも
本発明の蓄熱装置の実施例を示す要部断面図、第
2図はこの発明の原理を説明するための図、第4
図は本発明装置の冷却特性を示す図、第7図は揺
動手段の一実施例を示す部分図、また第8図は、
振動板の一実施例を示す斜視図である。 図中1…蓄熱槽、2…熱交換器、3…蓄熱材、
4…蓄熱槽外側断熱層、5…断熱材、6…撹拌用
プロペラ、11…振動装置、12…振動板、13
…ベローフラム、14…シヤフト。なお、図中、
同一符号は同一、又は相当部分を示す。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 周囲が外側断熱層で覆われ内部に蓄熱材を収
    容する蓄熱槽、この蓄熱槽の内側に該蓄熱槽を介
    して上記外側断熱層と熱伝導的に結合ししかも少
    なくとも一部が上記蓄熱材に浸漬するように設け
    られてある連続空孔を多く含んだ多孔性の断熱材
    もしくは通液性の断熱材を備えたことを特徴とす
    る蓄熱装置。 2 断熱材は、ガラスウール、シリカないしシリ
    カ−アルミ系ウール、アスベスト、焼結ガラス、
    耐火レンガ、多孔性磁気およびポリウレタンの少
    なくとも一つであることを特徴とする特許請求の
    範囲第1項記載の蓄熱装置。 3 周囲が外側断熱層で覆われ内部に蓄熱材を収
    容する蓄熱槽、この蓄熱槽の内側に該蓄熱槽を介
    して上記外側断熱層と熱伝導的に結合ししかも少
    なくとも一部が上記蓄熱材に浸漬するように設け
    られてある連続空孔を多く含んだ多孔性の断熱材
    もしくは通液性の断熱材、及び上記蓄熱材を撹拌
    する撹拌手段を備えたことを特徴とする蓄熱装
    置。 4 撹拌手段は、蓄熱槽の内部に回動自在に設け
    られたプロペラとこのプロペラを磁気結合装置を
    介して回動する駆動部からなることを特徴とする
    特徴請求の範囲第3項記載の蓄熱装置。 5 撹拌手段は、蓄熱槽の内部に設けられた振動
    板、この振動板を振動する駆動部からなることを
    特徴とする特許請求の範囲第3項記載の蓄熱装
    置。 6 振動板は、複数の開孔を有することを特徴と
    する特許請求の範囲第5項記載の蓄熱装置。
JP342379A 1979-01-18 1979-01-18 Heat accumulating apparatus Granted JPS5596854A (en)

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JPS5596854A JPS5596854A (en) 1980-07-23
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JPS5760196A (en) * 1980-09-29 1982-04-10 Karumatsuku Mfg Corp Cold heat storage apparatus by phase changing material
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JP4830572B2 (ja) * 2006-03-27 2011-12-07 Jfeエンジニアリング株式会社 潜熱蓄熱材

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