JP2003240465A - 潜熱蓄熱装置 - Google Patents
潜熱蓄熱装置Info
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Abstract
る潜熱蓄熱装置を提供すること。 【解決手段】 箱型の蓄熱タンク13の対角位置に、排
熱温水を循環させる排熱回収回路12を接続するための
排熱温水入口15と排熱温水出口16を設ける。そし
て、排熱温水入口15と排熱温水出口16との間を遮る
ように、潜熱蓄熱材が充填された板状の蓄熱容器14を
蓄熱タンク13内に所定の間隔を持って交互にずらして
配設し、排熱温水が蓄熱容器14に沿って蓄熱タンク1
3内を蛇行して流れるようにする。そして、給湯水が流
れる給湯水循環通路17を蓄熱容器14に沿って設け、
蓄熱タンク13内で給湯水が加熱されるようにする。
Description
る物質の融解、凝固の相変化現象に基づく潜熱を利用し
た潜熱蓄熱装置に関する。
熱装置としては、例えば、図12に示すものがある。図
12の潜熱蓄熱装置100は、蓄熱タンク101に排熱
回収回路102と排熱利用回路103を接続したもので
ある。蓄熱タンク101には、蓄熱カプセル104が多
数収納されている。蓄熱カプセル104は、伝熱面積を
確保するために球状に形成され、充填された潜熱蓄熱材
の相変化に伴う体積膨張に対応するようポリオレフィン
系の剛性樹脂で形成されている。また、排熱回収回路1
02は、蓄熱タンク101と熱源機105とを接続する
ものであり、排熱回収用循環ポンプ106を駆動させる
ことにより、熱源機105と蓄熱タンク101との間で
排熱温水を循環させるようになっている。さらに、排熱
利用回路103は、蓄熱タンク101と熱交換器107
とを接続するものであり、排熱利用循環ポンプ108を
駆動させることにより、蓄熱タンク101と熱交換器1
07との間で排熱温水を循環させるようになっている。
尚、熱交換器107には、給湯水循環回路109が接続
している。
は、排熱回収用循環ポンプ106を作動させると、排熱
温水が熱源機105において熱を吸収し、その熱を蓄熱
タンク101において蓄熱カプセル104に伝達するた
め、潜熱蓄熱材が固相から液相に相変化して蓄熱する。
一方、排熱利用循環ポンプ108を作動させると、蓄熱
タンク101内の排熱温水が熱交換器107に送り出さ
れて給湯水と熱交換し、蓄熱タンク101に戻される。
排熱温水は、給湯水に熱を与えて温度が下がっているた
め、潜熱蓄熱材は排熱温水に放熱し、排熱温水を加熱す
る。そして、潜熱蓄熱材は、温度低下に伴って液相から
固相に相変化する。
の潜熱蓄熱装置100は、以下の点で問題であった。 (1)図12の潜熱蓄熱装置100は、設置容易性の観
点から箱型のパッケージに納められることが多かった。
それに対して、蓄熱タンク101は、球状の蓄熱カプセ
ル104を少しでも多く収納して潜熱蓄熱材の充填率を
高くするために、円筒形状に形成されていた。こうした
円筒形状の蓄熱タンク101を箱型のパッケージに収納
した場合、蓄熱タンク101の外側面とパッケージの内
側面との間に形成されるデッドスペースが大きくなって
しまい、パッケージ全体から見た蓄熱密度が小さくなっ
てしまっていた。 (2)また、球状の蓄熱カプセル104を単に蓄熱タン
ク101に詰め込んだ構造であるため、蓄熱タンク10
1の内部において、排熱温水が流れやすい部分と流れに
くい部分が生じてしまっていた。そのため、排熱温水
が、全ての蓄熱カプセル104と同等に熱交換をするこ
とができず、潜熱蓄熱材全体を有効に利用することがで
きなかった。蓄熱タンク101内で蓄熱カプセル104
が偏在する場合、潜熱蓄熱材全体を有効に利用すること
がさらに難しくなる。 (3)さらに、球状の蓄熱カプセル104は、表面積が
容積に比して小さいため、潜熱蓄熱材の熱伝達率が小さ
く、短時間で蓄熱及び放熱することができなかった。具
体的には、例えば、放熱時に、潜熱蓄熱材の外周面が内
部より先に液相から固相に相変化し、潜熱蓄熱材から排
熱温水に熱移動しにくくなってしまっていた。
めになされたものであり、蓄熱特性及び放熱特性を向上
させることができる潜熱蓄熱装置を提供することを目的
とする。
に、請求項1に記載の発明は、潜熱蓄熱材を充填した蓄
熱容器を多数収納した蓄熱タンクを備え、蓄熱タンクに
熱媒体流体を循環させて、熱媒体流体と潜熱蓄熱材との
間で熱交換を行うことにより、潜熱蓄熱材を相変化させ
て蓄熱を行う潜熱蓄熱装置において、蓄熱タンクを箱型
に形成する一方、蓄熱容器を板状に形成し、蓄熱タンク
に蓄熱容器を所定の間隔を持たせてずらして連設したこ
と、を特徴とする。
め、箱型のパッケージに蓄熱容器を納めたときに、パッ
ケージと蓄熱容器との間に形成されるデッドスペースが
小さくなり、パッケージ全体から見た蓄熱密度を向上さ
せることができる。そして、蓄熱タンクは、板状の蓄熱
容器で内部を仕切られて、熱媒体流体が蓄熱容器に沿っ
て蓄熱タンク内を蛇行するように流れるので、熱媒体流
体の偏流を防止することができる。このとき、熱媒体流
体は、全ての蓄熱容器に充填された潜熱蓄熱材と熱交換
を行うが、板状の蓄熱容器は表面積が容積に比して大き
いため、潜熱蓄熱材の相変化を促すことができる。従っ
て、請求項1に記載の発明によれば、蓄熱密度を向上さ
せることができるとともに、熱伝達効率を向上させるこ
とができるので、蓄熱特性及び放熱特性を向上させるこ
とができる。
に記載の発明であって、蓄熱タンクに給湯水が循環する
給湯水循環通路を設けたこと、を特徴とする。よって、
給湯水は、蓄熱タンクを通過する際に給湯水循環通路を
介して熱媒体流体から熱伝達されるので、熱媒体流体と
給湯水との間で熱交換を行うための熱媒体流体を循環さ
せる排熱利用回路、熱媒体流体と給湯水とが熱交換を行
う熱交換器、排熱利用回路に熱媒体流体を循環させるポ
ンプ等を設ける必要がなく、構造を簡素化して、装置サ
イズを小さくすることができる。
又は請求項2に記載の発明であって、蓄熱容器の内壁と
外壁に伝熱フィンを設けることを特徴とする。よって、
潜熱蓄熱材と熱媒体流体が、蓄熱容器の側面の他に潜熱
容器の内壁及び外壁に設けられた伝熱フィンを介して熱
伝達を行うので、伝熱面積が増大し、潜熱蓄熱材の伝熱
特性を向上させることができる。
又は請求項2に記載の発明であって、蓄熱容器に熱媒体
流体が流れる流路を形成したことを特徴とする。よっ
て、熱媒体流体が、蓄熱容器の側面の他に蓄熱容器に形
成された流路内壁を介して熱伝達を行うので、蓄熱容器
の伝熱面積が増大し、潜熱蓄熱材の伝熱特性を向上させ
ることができる。
の潜熱蓄熱装置の第1実施の形態を図面を参照して詳細
に説明する。第1実施の形態では、潜熱蓄熱装置は、都
市ガスによる家庭用コージェネレーションシステムと組
み合わせて使用される。図1は、第1実施の形態の潜熱
蓄熱装置3を使用した家庭用コージェネレーションシス
テム1の概略構成図である。図1のガスコージェネレー
ションシステム1は、燃料電池2、潜熱蓄熱装置3など
を接続し、燃料電池2が発電した電力を電気機器Dに供
給するとともに、発電時に発生する排熱を回収して潜熱
蓄熱装置3に蓄熱し、その熱で水道水を加熱して追い焚
きバーナ23に供給するよう構成されたものである。
6、直流・交流変換器7等で構成されている。改質器5
は、燃料電池本体6を冷却する冷却水系8から水蒸気を
抽出し、その水蒸気と都市ガスとを反応させて、水素を
主成分とするガスを生成するものである。燃料電池本体
6は、改質器5で生成した水素と大気中の酸素とを取り
入れ、直流電力を発生するものである。直流・交流変換
器7は、燃料電池本体6で発生した直流電力を交流電力
に変換し、電気機器Dに供給するものである。
体6と改質器5から排熱を回収するよう構成されてい
る。燃料電池本体6は、発電時にジュール熱が発生する
が、固体高分子膜の劣化を防止するために、温度を80
℃程度に抑えるよう冷却水系8が接続され、冷却水系8
上に設けられた熱交換器9から70℃程度の温水が回収
されるようになっている。一方、改質器5は、吸熱反応
である改質反応を維持するために、燃料電池本体6で未
反応の水素を燃焼させて加熱するが、その際に発生する
排気ガスを大気放散するための排気管10が接続し、そ
の排気管10上に熱交換器11が設けられている。熱交
換器9と熱交換器11には、「熱媒体流体」に相当する
排熱温水を潜熱蓄熱装置3に循環させるための排熱回収
回路12が接続し、排気ガスなどから70℃程度の排熱
温水が回収されるようになっている。
す。潜熱蓄熱装置3は、蓄熱タンク13に蓄熱容器14
…を収納したものであって、蓄熱容器14に充填された
潜熱蓄熱材の潜熱を利用して蓄熱又は放熱するよう構成
されている。蓄熱タンク13は、箱型に形成され、排熱
回収回路12上に配設されている。蓄熱タンク13に
は、排熱回収回路12を接続するための排熱温水入口1
5と排熱温水出口16が設けられ、常時満水状態にされ
ている。排熱温水入口15と排熱温水出口16は、蓄熱
タンク13の対角位置に設けられ、高温の排熱温水が蓄
熱タンク13の上部に供給され、低温の排熱温水が蓄熱
タンク13の底部から排出されるようになっている。
空の板状に形成したものであって、潜熱蓄熱材が充填さ
れている。蓄熱タンク13は、収納する蓄熱容器14の
数を調節することにより潜熱蓄熱材の充填率を任意に設
定することが可能であり、その際、それらの蓄熱容器1
4は、排熱温水入口15と排熱温水出口16との間を遮
るように等間隔に並べられ、排熱温水が排熱温水入口1
5から排熱温水出口16に向かって蛇行して流れるよう
に交互にずらして連設される。
ように、給湯水が流れる給湯水循環通路17の一部が内
設され、給湯水循環通路17内を流れる水道水と蓄熱タ
ンク13内の排熱温水とが熱交換するようになってい
る。給湯水循環通路17は、図2に示すように、蓄熱容
器14…の側面に接して蓄熱タンク13内を蛇行するよ
うに設けられ、伝熱面積を増大させるために蓄熱タンク
13内を往復している。給湯水循環通路17は、排熱温
水の温度低下を極力抑えて加熱した給湯水を効率よく取
り出すために、図2に示すように、排熱温水出口16付
近に設けられた蓄熱タンク13の給湯水入口19から蓄
熱タンク13に挿入され、給湯水入口19より上部に設
けられた給湯水出口20から蓄熱タンク13の外部に取
り出されている。
には、図1に示すように、蓄熱タンク13をバイパスす
る水道水通路22も接続され、混合弁21で給湯水が設
定温度になるように調節される。尚、混合弁21の下流
には、給湯水の温度が低い場合に追い焚きを行うための
追い焚きバーナ23が設けられている。
を使用する家庭用コージェネレーションシステム1の作
用について説明する。燃料電池2は、改質器5において
生成した水素と大気中の酸素とから直流電力を発生し、
その直流電力を交流に変換して家庭の電気機器Dに供給
する(図1参照)。このとき、改質器5は、排気ガスを
排気管10に排出するが、その排気ガスから70℃程度
の排熱温水が回収される。また、熱交換器9において燃
料電池本体2で発生したジュール熱から70℃程度の排
熱温水が回収される。これらの排熱温水は、排熱回収回
路12に循環される(図2参照)。
潜熱蓄熱材に熱伝達する。排熱温水は、排熱回収回路1
2から排熱温水入口15を介して蓄熱タンク13に入力
すると、蓄熱容器14の側面や蓄熱タンク13の内壁な
どにぶつかりながら蛇行して流れ、蓄熱タンク13から
排熱温水出口16を介して排熱回収回路12に排出され
る(図2参照)。このとき、蓄熱容器14は、その外周
面に沿って流れる排熱温水と熱交換を行い、容器全体が
熱伝導により均一な温度になって潜熱蓄熱材の外周面全
体を加熱する。蓄熱容器14は、表面積が容積に比して
大きく、外周面全体から内部に熱移動しやすいため、潜
熱蓄熱材の相変化が促進される。
水道水が給湯水入口19から蓄熱タンク13内に入力す
る。蓄熱タンク13では、潜熱蓄熱材が蓄熱容器14の
全体を均一な温度に加熱し、その蓄熱容器14から給湯
水循環通路17と排熱温水に熱伝達されるため、給湯水
は、給湯水循環通路17、排熱温水、蓄熱容器14を介
して潜熱蓄熱材に加熱されることになる。加熱された給
湯水は給湯水出口20から混合弁21に導入され、設定
温度を超える場合には水道水と混合して適温にする。
尚、給湯水が設定温度に満たない場合には、追い焚きバ
ーナ23で給湯水を加熱する。
態の潜熱蓄熱装置3の有効性を確認するために、蓄熱容
器の蓄熱性能及び放熱性能に関する実験、及び、潜熱蓄
熱装置の蓄熱特性及び放熱特性に関する実験を行った。
以下に、これらの実験について図面を参照しながら説明
する。
関する実験について説明する。本実験では、第1実施の
形態の蓄熱容器14と、従来技術で説明した蓄熱カプセ
ル104を使用しており、それらの仕様を表1に示す。
S304を縦幅120(mm)、横幅30(mm)、高
さ170(mm)、厚さ1(mm)の箱型に成形したも
のであり、容積612(mL)に対して潜熱蓄熱材を6
60(g)充填している。一方、蓄熱カプセル104
は、ポリプロピレンを直径67(mm)、厚さ2(m
m)の球状に成形したものであり、容積157(mL)
に対して潜熱蓄熱材を167(g)充填している。
5℃の温水中に蓄熱容器14、蓄熱カプセル104を浸
し、蓄熱が完了するまでの時間(潜熱蓄熱材が固相から
液相に相変化するまでの時間)を測定した。なお、容器
内に充填した潜熱蓄熱材の温度が融点(58℃)を越え
た時点(60℃)で、蓄熱が完了したものとする。図3
にその実験結果を示す。蓄熱容器14は、実線で示すよ
うに、116分程度で蓄熱が完了しているのに対して、
蓄熱カプセル104は、一点鎖線で示すように、204
分程度で蓄熱を完了しており、蓄熱容器14は、蓄熱カ
プセル104の潜熱蓄熱材(167g)の約4倍の潜熱
蓄熱材(660g)が充填されているにもかかわらず、
蓄熱カプセル104の蓄熱時間の半分程度の時間で蓄熱
を完了することができる。
SUS304で形成されているため、温水から潜熱蓄熱
材に熱伝達しやすいのに対して、蓄熱カプセル104
は、熱伝導率が低いポリプロピレンで形成されているた
め、温水から潜熱蓄熱材に熱伝達しにくく、蓄熱容器1
4は蓄熱カプセル104より熱伝達率が優れているから
である。また、箱型の蓄熱容器14は、容積に対する表
面積の割合が球状の蓄熱カプセル104より大きいた
め、潜熱蓄熱材の外周面全体から内部への熱移動が促進
されやすいからである。
は、潜熱蓄熱材を65℃にまで加温して液化させた蓄熱
容器14、蓄熱カプセル104を20℃の水道水に浸
し、放熱が完了するまでの時間(液相から固相に相変化
するまでの時間)を測定した。なお、潜熱蓄熱材の温度
が54℃を下回った時点で、放熱が完了したものとす
る。図4にその実験結果を示す。蓄熱容器14は、実線
で示すように、12分程度で放熱を完了し、蓄熱カプセ
ル104は、74分程度で放熱を完了しており、蓄熱容
器14は、蓄熱カプセル104の潜熱蓄熱材(167
g)の約4倍の潜熱蓄熱材(660g)が充填されてい
るにもかかわらず、蓄熱カプセル104の放熱時間の6
分の1程度の時間で放熱を完了することができる。
SUS304で形成されているため、潜熱蓄熱材から水
道水に熱伝達しやすいのに対して、蓄熱カプセル104
は、熱伝導率が低いポリプロピレンで形成されているた
め、潜熱蓄熱材から水道水に熱伝達しにくく、蓄熱容器
14は蓄熱カプセル104より熱伝達率が優れているか
らである。また、箱型の蓄熱容器14は、容積に対する
表面積の割合が球状の蓄熱カプセル104より大きいた
め潜熱蓄熱材の外周面全体から外部への熱移動が促進さ
れやすいからである。
蓄熱材を充填することにより、潜熱蓄熱材の充填量を増
大させて蓄熱能力の向上を図りつつ、蓄熱性能及び放熱
性能を飛躍的に向上させることができることを確認でき
た。
性に関する実験について説明する。図5は、潜熱蓄熱装
置の蓄熱特性及び放熱特性に関する実験で使用される潜
熱蓄熱装置50である。図6は、潜熱蓄熱装置の蓄熱特
性及び放熱特性に関する実験で使用される潜熱蓄熱装置
60である。本実験では、第1実施の形態の潜熱蓄熱装
置3に相当する図5の潜熱蓄熱装置50と、従来技術で
説明した蓄熱カプセル104に相当する球状の蓄熱容器
62を収納する図6の潜熱蓄熱装置60とを使用し、そ
の仕様を表2に示す。
ように、縦幅320(mm)、横幅170(mm)、高
さ170(mm)、容積9.2(L)の箱型に形成され
た蓄熱タンク51に、SUS304製の板状の蓄熱容器
52…が所定の間隔をあけて交互にずらして配設されて
いる。潜熱蓄熱材の総量は、4.0(kg)であり、蓄
熱タンク51に対する潜熱蓄熱材の充填率は32.6%
である。また、蓄熱タンク51には、排熱温水入口53
と排熱温水出口54が対角位置に設けられ、給湯水循環
通路55が蓄熱容器52に沿って蛇行するように設けら
れている。また、潜熱蓄熱装置60は、図6及び表2に
示すように、縦幅330(mm)、横幅330(m
m)、高さ900(mm)、容積98(L)の箱型に形
成された蓄熱タンク61に、ポリプロピレン製の球状の
蓄熱容器62が多数収納されている。潜熱蓄熱材の総量
は、22.7(kg)であり、蓄熱タンク61に対する
潜熱蓄熱材の充填率は21.8%である。また、蓄熱タ
ンク61には、排熱温水入口63と排熱温水出口64が
上下に設けられ、給湯水循環通路65が全ての蓄熱容器
62を囲うように螺旋状に設けられている。
いて説明する。表3に実験条件を示す。
熱装置50に対しては、給湯は行わずに、400(W)
で加熱した排熱温水を1.0(L/min)で蓄熱タン
ク51に供給して行った。一方、潜熱蓄熱装置60に対
しては、給湯は行わずに、1000(W)で加熱した排
熱温水を4.5(L/min)で蓄熱タンク61に供給
して行った。ここで、加熱量及び排熱温水流量が相違す
るのは、装置サイズの相違を考慮したためである。図7
に潜熱蓄熱装置50の実験結果を示し、図8に潜熱蓄熱
装置60の実験結果を示す。
50,60の何れも蓄熱が完了する時点(排熱温水入口
の温度が75℃になる時点)において潜熱蓄熱材への蓄
熱が完了(潜熱蓄熱材が固体から液体に完全に変化した
状態)し、目標仕様(蓄熱速度:潜熱蓄熱装置50は1
00W、潜熱蓄熱装置60は1000W)を満足してい
る。しかし、潜熱蓄熱装置50では、図7に示すよう
に、潜熱蓄熱材が実験開始後100分頃から潜熱蓄熱を
開始し、実験開始後160分頃に潜熱蓄熱を完了し、潜
熱蓄熱に要した時間は60分程度である。それに対し
て、潜熱蓄熱装置60では、図8に示すように、潜熱蓄
熱材が実験開始後180分頃から潜熱蓄熱を開始し、実
験開始後420分頃に潜熱蓄熱を完了し、潜熱蓄熱に要
した時間は240分程度である。加熱量を増やせば、潜
熱蓄熱に要する時間を短縮することは可能であるが、加
熱量が潜熱蓄熱材への蓄熱量を上回ると、潜熱蓄熱材へ
の蓄熱が完了する前に、排熱温水入口の温度が75℃に
到達することになる。潜熱蓄熱装置50と潜熱蓄熱装置
60とでは、加熱量が異なるが、それぞれ、排熱温水入
口温度が75℃に達する時点で潜熱蓄熱材への蓄熱が完
了している。潜熱蓄熱装置50は、潜熱蓄熱装置60よ
り潜熱蓄熱材の充填率が10%程度高いにもかかわら
ず、潜熱蓄熱に要した時間は4分の1程度である。よっ
て、潜熱蓄熱装置50は、潜熱蓄熱装置60より蓄熱速
度が4倍程度速いといえる。
2より蓄熱性能の優れた蓄熱容器52を使用しているか
らである(図3参照)。それに加えて、潜熱蓄熱装置5
0では、排熱温水が蓄熱容器52…に沿って蛇行して流
れるのに対して、潜熱蓄熱装置60では排熱温水が蓄熱
容器62…の隙間に入り込むようにして流れており、潜
熱蓄熱装置50は、潜熱蓄熱装置60より排熱温水の流
速が速く、高効率で熱伝達を行うからである。また、潜
熱蓄熱装置50は、蓄熱容器52…が蓄熱タンク51内
に分散して設けられ、排熱温水が潜熱蓄熱材全体と熱交
換するのに対して、潜熱蓄熱装置60は、蓄熱容器62
が蓄熱タンク61の中心部に偏在しているため、排熱温
水が蓄熱タンク61の中心部に存在する潜熱蓄熱材と熱
交換しにくく、潜熱蓄熱装置50は、潜熱蓄熱装置60
と比較して排熱温水と潜熱蓄熱材全体との熱交換率が高
いからである。
験について説明する。表4に実験条件を示す。
熱装置50に対しては、給湯開始時における潜熱蓄熱材
の温度を60℃、排熱温水の温度を60℃に設定し、排
熱温水を加熱せずに1.0(L/min)で蓄熱タンク
51に供給するとともに、給湯水を1.0(L/mi
n)で給湯水循環通路55に供給して行った。一方、潜
熱蓄熱装置60に対しては、給湯開始時における潜熱蓄
熱材の温度を60℃、排熱温水の温度を65℃に設定
し、排熱温水を加熱せずに4.5(L/min)で蓄熱
タンク61に供給するとともに、給湯水を10.0(L
/min)で給湯水循環通路65に供給して行った。こ
こで、給湯開始時の排熱温水の温度及び給湯量が相違す
るのは、装置サイズの相違を考慮したためである。尚、
本実験では、一般的に、給湯水は、入浴や炊事などで使
用され、40℃程度の給湯水の需要が高いので、給湯水
入口と給湯水出口の温度差を20℃以上に維持できる時
間(以下、「給湯可能時間」という。)について確認し
た。図9にその実験結果を示す。
は、給湯可能時間が7分程度であるのに対して、潜熱蓄
熱装置60では、給湯可能時間が4分程度であり、潜熱
蓄熱装置50は、給湯可能時間を3分程度長くすること
ができる。一般的に給湯水は、炊事や洗面などで使用さ
れ、給湯可能時間を4分から7分に長くできれば、長く
できた時間(本実験では、3分間)は、排熱温水を追い
焚きバーナ23で加熱する必要がなく、省エネルギー効
果に有効である。
置60より給湯可能時間を長くできるのは、潜熱蓄熱装
置50は、潜熱蓄熱装置60の蓄熱容器62より放熱性
能が優れた蓄熱容器52を使用しているからである(図
4参照)。それに加えて、潜熱蓄熱装置50では、排熱
温水が蓄熱容器52…に沿って蛇行して流れるのに対し
て、潜熱蓄熱装置60では、排熱温水が蓄熱容器62…
の隙間に入り込むようにして流れており、潜熱蓄熱装置
50は、潜熱蓄熱装置60より排熱温水の流速が速く、
高効率で熱伝達を行うからである。
52を箱状の蓄熱タンク51に所定の間隔をもってずら
して配置することにより、蓄熱タンク51に対する潜熱
蓄熱材の充填率を高くして蓄熱能力の向上を図りつつ、
蓄熱特性及び放熱特性を飛躍的に向上させることができ
ることを確認できた。
の潜熱蓄熱装置3によれば、蓄熱タンク13を箱型に形
成したので、箱型のパッケージに納めたときに、蓄熱タ
ンク13とパッケージとの間に形成されるデッドスペー
スを小さくすることができ、パッケージ全体から見た蓄
熱密度を大きくすることができる。それに加えて、箱型
の蓄熱容器14に潜熱蓄熱材を充填し、潜熱蓄熱材の容
積に対する表面積の割合を向上させたので、潜熱蓄熱材
の外周面と内部とを同程度に相変化させることができ
る。そして、そうした蓄熱容器14を蓄熱タンク13に
所定の間隔をもってずらして配置し、潜熱蓄熱材を蓄熱
タンク13内に分散させたので、排熱温水の流速が速く
なり、蓄熱容器14との相乗効果により、潜熱蓄熱装置
3の蓄熱特性及び放熱特性を飛躍的に向上させることが
できる。
る際に給湯水循環通路17を介して排熱温水から熱伝達
されて加熱されるので、従来技術で説明した排熱利用回
路103、熱交換器107、排熱利用循環ポンプ108
等を別途設ける必要がなく、構造を簡素化して、装置サ
イズを小さくすることができる。
蓄熱装置の第2実施の形態について説明する。第2実施
の形態の潜熱蓄熱装置は、第1実施の形態の潜熱蓄熱装
置3と蓄熱容器が相違し、その他は第1実施の形態の潜
熱蓄熱装置3と同様の構造である。よって、ここでは、
第1実施の形態の潜熱蓄熱装置3と相違する点について
のみ説明し、第1実施の形態の潜熱蓄熱装置3と同様の
構成には同一符号を付することにする。
で使用される蓄熱容器30の概略構成図である。蓄熱容
器30は、熱伝達率が高い金属を板状に形成したもので
あって、金属製の伝熱フィン31…,32…が外壁と内
壁にそれぞれ垂設されている。外壁の伝熱フィン31…
は、蓄熱タンク13内を流れる排熱温水の流れと平行に
設けられる一方、内壁の伝熱フィン32…は、潜熱蓄熱
材が融解する際に液相の自然対流を妨げないように垂直
方向に設けられている。蓄熱容器30は、第1実施の形
態の蓄熱容器14と同様に、蓄熱タンク13に収納され
る。
施の形態の潜熱蓄熱装置では、蓄熱タンク13の排熱温
水入口15に供給された排熱温水が、蓄熱容器30に沿
って蛇行して流れ、排熱温水出口16から燃料電池2の
熱交換器11に排出される。各々の蓄熱容器30では、
排熱温水の熱が伝熱フィン31と側面に伝達され、伝熱
フィン32を含めた蓄熱容器30全体が短時間で均一な
温度になるため、潜熱蓄熱材は、蓄熱容器30の側面に
接した部分が加熱されるとともに、伝熱フィン32によ
り内部も加熱される。
環させ、給湯水循環通路17を介して給湯水を排熱温水
で加熱する。このとき、潜熱蓄熱材が保有している熱
は、蓄熱容器30の側面と伝熱フィン32に熱伝達さ
れ、その後、蓄熱容器30の側面及び伝熱フィン31か
ら排熱温水に熱伝達される。
おいては、伝熱フィン31,32を蓄熱容器30に設け
たので、第1実施の形態の潜熱蓄熱装置3の蓄熱容器1
4より伝熱面積が増大し、第1実施の形態の潜熱蓄熱装
置3より伝熱特性を向上させることができる。
蓄熱装置の第3実施の形態について説明する。第3実施
の形態の潜熱蓄熱装置は、第1実施の形態の潜熱蓄熱装
置3と蓄熱容器の相違し、その他は第1実施の形態の潜
熱蓄熱装置3と同様の構造である。よって、ここでは、
第1実施の形態の潜熱蓄熱装置3と相違する点について
のみ説明し、第1実施の形態の潜熱蓄熱装置3と同一の
構成については同一符号を付することにする。
で使用される蓄熱容器40の概略構成図である。蓄熱容
器40は、幅の異なる板状の小型容器40a,40b,
40cを連設したものであり、小型容器40b,40c
と蓄熱タンク13との間に排熱温水が流入するよう構成
されている。そして、小型容器40a,40b,40c
の間に流路41,42が形成され、小型容器40b,4
0cと蓄熱タンク13との間に流入した排熱温水が流れ
るようになっている。蓄熱容器40は、第1実施の形態
の蓄熱容器14と同様に蓄熱タンク13に収納される。
施の形態の潜熱蓄熱装置は、排熱温水入口15から蓄熱
タンク13に供給された排熱温水が、蓄熱容器40に沿
って蛇行して流れ、排熱温水出口16から排熱回収回路
12を介して燃料電池2の熱交換器11に排出される。
ここで、排熱温水は、蓄熱タンク13の内壁に衝突して
方向転換するときに、蓄熱タンク13の内壁と小型容器
40b,40cとの間に形成された隙間に入り込み、流
路41,42に沿って流れる。蓄熱容器40では、小型
容器40a,40b,40cが排熱温水に加熱されて均
一な温度になり、潜熱蓄熱材をそれぞれ加熱するため、
蓄熱容器40の潜熱蓄熱材を内部から加熱することがで
きる。
環させると、排熱温水が給湯水循環通路17を介して給
湯水に熱伝達し、給湯水を加温する。これに伴って、蓄
熱容器40では、小型容器40a,40b,40cが潜
熱蓄熱材から排熱温水に熱伝達するため、潜熱蓄熱材の
内部から排熱温水に速やかに熱伝達される。
おいては、蓄熱容器40は、流路41,42を形成され
たことにより、第1実施の形態の潜熱蓄熱装置3の蓄熱
容器14より伝熱面積が増大したので、第1実施の形態
の蓄熱容器14と比較して伝熱特性を向上させることが
できる。
ものではなく、発明の趣旨を逸脱することのない範囲
で、例えば、以下のように実施することもできる。
装置3を家庭用コージェネレーション装置1に使用し
た。それに対し、燃料電池又はガスエンジン、ガスター
ビン等の熱源機を備える様々なシステムに使用すること
も可能である。
40を分割するようにして流路41,42を設けた。そ
れに対し、板状の蓄熱容器にチューブを貫通させて、排
熱温水の流路を形成するようにしてもよい。
蓄熱容器の偏在や熱媒体流体の偏流を防止して全ての潜
熱蓄熱材を有効利用できるとともに、パッケージ全体か
ら見た蓄熱密度を増大させることができるので、蓄熱特
性及び放熱特性を向上させることができる。
庭用ガスコージェネレーションシステムの概略構成図で
ある。
ある。
あって、縦軸に潜熱蓄熱材温度(℃)を示し、横軸に経
過時間(min)を示す。
あって、縦軸に潜熱蓄熱材温度(℃)を示し、横軸に経
過時間(min)を示す。
実験で使用される潜熱蓄熱装置を示す図である。
実験で使用される潜熱蓄熱装置を示す図である。
果であって、縦軸に温度(℃)を示し、横軸に経過時間
(min)を示す。
果であって、縦軸に温度(℃)を示し、横軸に経過時間
(min)を示す。
果であって、縦軸に温度差(℃)、横軸に給湯時間(m
in)を示す。
用される蓄熱容器の概略構成図を示す。
用される蓄熱容器の概略構成図を示す。
Claims (4)
- 【請求項1】 潜熱蓄熱材を充填した蓄熱容器を多数収
納した蓄熱タンクを備え、前記蓄熱タンクに熱媒体流体
を循環させて、前記熱媒体流体と前記潜熱蓄熱材との間
で熱交換を行うことにより、前記潜熱蓄熱材を相変化さ
せて蓄熱を行う潜熱蓄熱装置において、 前記蓄熱タンクを箱型に形成する一方、前記蓄熱容器を
板状に形成し、 前記蓄熱タンクに前記蓄熱容器を所定の間隔を持たせて
ずらして連設したこと、を特徴とする潜熱蓄熱装置。 - 【請求項2】 請求項1に記載の潜熱蓄熱装置であっ
て、 前記蓄熱タンクに給湯水が循環する給湯水循環通路を設
けたこと、を特徴とする潜熱蓄熱装置。 - 【請求項3】 請求項1又は請求項2に記載の潜熱蓄熱
装置であって、 前記蓄熱容器の内壁と外壁に伝熱フィンを設けることを
特徴とする潜熱蓄熱装置。 - 【請求項4】 請求項1又は請求項2に記載の潜熱蓄熱
装置であって、 前記蓄熱容器に前記熱媒体流体が流れる流路を形成した
ことを特徴とする潜熱蓄熱装置。
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---|---|---|---|
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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CN110332723A (zh) * | 2019-07-04 | 2019-10-15 | 天津大学 | 一种双级圆环折流式太阳能相变储能装置 |
-
2002
- 2002-02-20 JP JP2002042834A patent/JP4388253B2/ja not_active Expired - Fee Related
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