JP2015166639A - heat accumulator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば、自動車の暖機運転の短縮、太陽熱の蓄熱等、様々な分野で利用されている蓄熱器に関するものである。 The present invention relates to a heat accumulator that is used in various fields, such as shortening of warm-up operation of an automobile and heat storage of solar heat.
特許文献1には、優れた伝熱効率を有する蓄熱装置として、過冷却蓄熱材を備え、当該過冷却蓄熱材の相変化に伴って放出される潜熱により対象物を加熱する蓄熱装置であって、過冷却蓄熱材を収容する容器と、過冷却状態の過冷却蓄熱材を発核させて相変化させる発核装置と、を備え、容器内には、複数の細孔を有する隔壁と、当該隔壁により区分けされた複数のセルと、が設けられていることを特徴とする蓄熱装置が記載されている。なお、過冷却蓄熱材とは、液相状態から温度を下げて、その温度が凝固点以下になっても液相のままで固化しない性質を有する潜熱蓄熱材である。 Patent Document 1 is a heat storage device that includes a supercooling heat storage material as a heat storage device having excellent heat transfer efficiency, and heats an object by latent heat released with a phase change of the supercooling heat storage material, A container containing a supercooled heat storage material; and a nucleation device for nucleating the supercooled heat storage material in a supercooled state, and a partition having a plurality of pores in the container; and the partition There is described a heat storage device that is provided with a plurality of cells that are separated by the above. The supercooled heat storage material is a latent heat storage material that has the property that it remains in the liquid phase and does not solidify even when the temperature is lowered from the liquid phase state and the temperature falls below the freezing point.
さらに、略水平な第1の隔壁と、この第1の隔壁に交差する第2の隔壁とによって、過冷却蓄熱材を収容する容器内が格子状のセルに区分けされていること、第1の隔壁、第2の隔壁および外周壁は、アルミナやSiC(シリコンカーバイド)等の多孔質の熱伝導体を押出し成形することにより、一体成形されることが記載されている。
このような格子状のセルを用いることによってこれらの隔壁に対して略垂直に成長した針状結晶と各隔壁との接触面積を増大できる結果、これらの隔壁を通じて過冷却蓄熱材の潜熱をより効率良く伝熱できることが記載されている。
Furthermore, the container containing the supercooled heat storage material is divided into grid-like cells by the substantially horizontal first partition and the second partition intersecting with the first partition. It is described that the partition wall, the second partition wall, and the outer peripheral wall are integrally formed by extruding a porous heat conductor such as alumina or SiC (silicon carbide).
By using such a lattice-like cell, the contact area between the needle-like crystals grown substantially perpendicular to these partition walls and each partition wall can be increased, and as a result, the latent heat of the supercooled heat storage material can be made more efficient through these partition walls. It is described that heat can be transferred well.
しかしながら、潜熱蓄熱材は、大きな融解潜熱を有している代わりに液体の比熱がそれほど大きくない。特許文献1に開示された複数のセル(ハニカム体)と潜熱蓄熱材とが設けられた蓄熱装置は、潜熱蓄熱材が一旦溶融してしまうと熱を蓄える能力が大きくなく、熱源に近い部分では急昇温する。このため、潜熱蓄熱材の熱膨張によるセル(ハニカム体)の破損あるいは、潜熱蓄熱材の使用上限温度を超え、潜熱蓄熱材を劣化させるなどの問題がある。 However, the latent heat storage material has a large latent heat of fusion, but the specific heat of the liquid is not so large. The heat storage device provided with a plurality of cells (honeycomb bodies) and the latent heat storage material disclosed in Patent Document 1 is not large in ability to store heat once the latent heat storage material has melted, and in a portion close to the heat source The temperature rises rapidly. For this reason, there is a problem that the cell (honeycomb body) is damaged due to thermal expansion of the latent heat storage material, or the use upper limit temperature of the latent heat storage material is exceeded and the latent heat storage material is deteriorated.
本発明は、従来の問題を解決するためになされたもので、潜熱蓄熱材と、ハニカム体とを用いた蓄熱器において、潜熱蓄熱材が溶融した後に急昇温しにくくすることにより、潜熱蓄熱材の劣化あるいはハニカム体の破損が起こりにくい蓄熱器を提供することを目的とする。 The present invention has been made in order to solve the conventional problems, and in a heat storage unit using a latent heat storage material and a honeycomb body, it is difficult to rapidly raise the temperature after the latent heat storage material is melted. An object of the present invention is to provide a heat accumulator that is less susceptible to material deterioration or honeycomb body damage.
前記課題を解決するための本発明の蓄熱器は、熱媒体が流通可能な流路配管と、前記流路配管の外側面を覆うとともに内部空間を有する容器と、前記内部空間に収容され、前記流路配管の外側面と接触する蓄熱体と、からなる蓄熱器において、前記蓄熱体は、潜熱蓄熱材と、前記潜熱蓄熱材に浸漬され、連通路が並行に密集配列されたハニカム体とからなり、前記各ハニカム体は、それぞれの前記各連通路の連通方向が互いに不規則な方向を向くように配置されているものである。 The heat accumulator of the present invention for solving the above problems is accommodated in a flow path pipe through which a heat medium can flow, a container that covers an outer surface of the flow path pipe and has an internal space, and the internal space, A heat accumulator comprising a heat accumulator in contact with an outer surface of the flow pipe, wherein the heat accumulator is a latent heat accumulator and a honeycomb body that is immersed in the latent heat accumulator and the communication passages are densely arranged in parallel. Thus, the honeycomb bodies are arranged such that the communication directions of the respective communication paths face irregular directions.
本発明の蓄熱器は、熱媒体が流通可能な流路配管と、流路配管の外側面を覆うとともに内部空間を有する容器と、内部空間に収容され流路配管の外側面と接触する蓄熱体を有する。
蓄熱体は、潜熱蓄熱材と、潜熱蓄熱材に浸漬され直線状の連通路が並行に密集配列されたハニカム体を有し、ハニカム体は、各連通路の連通方向が互いに不規則な方向を向くように配置されている。
The heat accumulator of the present invention includes a flow path pipe through which a heat medium can flow, a container that covers the outer surface of the flow path pipe and has an internal space, and a heat storage body that is accommodated in the internal space and contacts the outer surface of the flow path pipe. Have
The heat storage body has a latent heat storage material and a honeycomb body in which linear communication paths are immersed in the latent heat storage material and arranged closely in parallel, and the communication directions of the communication paths are irregular to each other. It is arranged to face.
このため、複数のハニカム体に分けて潜熱蓄熱材に浸漬することにより、ハニカム体の連通路が細かく分断されて潜熱蓄熱材に浸漬される。これにより、流路配管を流れる熱媒体によって加熱されると、各連通孔の長さが短く分断されているので、各連通路の内部の潜熱蓄熱材がほぼ同時に溶融することができるので、潜熱蓄熱材が溶融した後に急昇温しにくくして、潜熱蓄熱材の劣化あるいはハニカム体の破損を防止することができる。
ハニカム体の連通路は、太さが一定の孔であるので、くびれた部分がなく潜熱蓄熱材の対流の抵抗となりにくいので、潜熱蓄熱材を効率良く対流させることができる。
また、各ハニカム体は、連通路の連通方向が互いに不規則な方向を向くように配置され連通路は、潜熱蓄熱材が存在する空間に面しているので、開口を通して溶融した潜熱蓄熱材が容易に出入り対流することができる。
For this reason, by dividing into a plurality of honeycomb bodies and immersing in the latent heat storage material, the communication path of the honeycomb body is finely divided and immersed in the latent heat storage material. As a result, when heated by the heat medium flowing through the flow path pipe, the length of each communication hole is divided so that the latent heat storage material inside each communication path can be melted almost simultaneously. It is possible to prevent a rapid increase in temperature after the heat storage material has melted, thereby preventing the deterioration of the latent heat storage material or the breakage of the honeycomb body.
Since the communication path of the honeycomb body is a hole having a constant thickness, there is no constricted portion and it is difficult for convection resistance of the latent heat storage material, so that the latent heat storage material can be efficiently convected.
Further, each honeycomb body is arranged so that the communication directions of the communication passages are irregular directions, and the communication passage faces the space where the latent heat storage material exists, so that the latent heat storage material melted through the opening is formed. Easy convection in and out.
また、本発明の蓄熱器は、以下の態様であることが望ましい。
(1)前記ハニカム体は、セラミック製である。
潜熱蓄熱材は、使用する温度域に応じて様々なものが選択され、腐食性を有するものがあるが、化学的に安定なセラミックを用いることにより、腐食されることなく安定して使用することができる。また、セラミックは、耐熱性を有しているので、高温でも腐食することなく使用することができる。
Moreover, it is desirable that the heat accumulator of the present invention has the following mode.
(1) The honeycomb body is made of ceramic.
Various latent heat storage materials are selected according to the temperature range to be used, and some have corrosive properties. However, by using a chemically stable ceramic, it should be used stably without being corroded. Can do. Further, since ceramic has heat resistance, it can be used without being corroded even at high temperatures.
(2)前記ハニカム体は、炭化珪素製である。
炭化珪素は、セラミックの中でも耐熱性が高く、化学的に安定であるので、高温でも腐食することなく使用することができる。
(2) The honeycomb body is made of silicon carbide.
Since silicon carbide has high heat resistance and is chemically stable among ceramics, it can be used without corrosion even at high temperatures.
(3)前記複数のハニカム体は、互いに点接触している。
従って、複数のハニカム体が互いに点接触するように浸漬されていることによって、潜熱蓄熱材が溶融した際に、ハニカム体が自由に浮遊しないように拘束される。また、潜熱蓄熱材が溶融して対流を開始する前にも、ハニカム体間の熱伝導によって伝熱を促進することができる。さらに、点接触するように浸漬されていることによって、ハニカム体の間に空間を形成することができ、対流を促進することができる。
(3) The plurality of honeycomb bodies are in point contact with each other.
Therefore, when the plurality of honeycomb bodies are immersed so as to be in point contact with each other, when the latent heat storage material is melted, the honeycomb bodies are constrained not to float freely. Further, heat transfer can be promoted by heat conduction between the honeycomb bodies before the latent heat storage material is melted and convection is started. Furthermore, by being immersed so as to be in point contact, a space can be formed between the honeycomb bodies, and convection can be promoted.
(4)前記ハニカム体の少なくとも一方の開口面は、凸部を有する。
開口面に設けられた凸部が、他のハニカムの外表面と対向しても空間を形成するように機能することができるので、対流を促進することができる。
(4) At least one opening surface of the honeycomb body has a convex portion.
Since the convex portion provided on the opening surface can function to form a space even when facing the outer surface of another honeycomb, convection can be promoted.
(5)前記ハニカム体の少なくとも一方の開口面は、破断面を有する。
開口面は平坦な面ではない破断面であるので、破断面の凸部が他のハニカムの外表面と対向しても空間を形成することができ、対流を促進することができる。
(5) At least one opening surface of the honeycomb body has a fracture surface.
Since the opening surface is a fracture surface that is not a flat surface, a space can be formed even if the convex portion of the fracture surface faces the outer surface of another honeycomb, and convection can be promoted.
本発明では、蓄熱体は、潜熱蓄熱材と、潜熱蓄熱材に浸漬され直線状の連通路が並行に密集配列されたハニカム体を有するとともに、ハニカム体は、各連通路の連通方向が互いに不規則な方向を向くように配置されている。このため、複数のハニカム体に分けて潜熱蓄熱材に浸漬することにより、ハニカム体の連通路が細かく分断されて潜熱蓄熱材に浸漬されるので、流路配管を流れる熱媒体によって加熱されると、各連通路の内部の潜熱蓄熱材がほぼ同時に溶融することができ、ハニカムの連通路を通って潜熱蓄熱材が対流するようになるので、潜熱蓄熱材が溶融した後に急昇温しにくくして、潜熱蓄熱材の劣化あるいはハニカム体の破損を防止することができる。また、ハニカム体は、各連通路の連通方向が互いに不規則な方向を向くように配置されているので、潜熱蓄熱材の対流に要する空間を形成できるという効果を有する蓄熱器を提供できる。 In the present invention, the heat storage body has a latent heat storage material and a honeycomb body in which linear communication paths are densely arranged in parallel and immersed in the latent heat storage material. It is arranged to face a regular direction. For this reason, by dividing into a plurality of honeycomb bodies and immersing in the latent heat storage material, the communication path of the honeycomb body is finely divided and immersed in the latent heat storage material. The latent heat storage material inside each communication passage can be melted almost simultaneously, and the latent heat storage material convects through the honeycomb communication passage, so that it is difficult for the latent heat storage material to rise rapidly after the latent heat storage material is melted. Thus, deterioration of the latent heat storage material or damage to the honeycomb body can be prevented. Moreover, since the honeycomb body is disposed so that the communication directions of the respective communication passages are irregular directions, it is possible to provide a heat accumulator having an effect that a space required for convection of the latent heat storage material can be formed.
(第1実施形態)
以下、本発明に係る第1実施形態の蓄熱器について、図面を用いて説明する。
図1に示すように、第1実施形態の蓄熱器10Aは、内部空間201を有する例えば円柱や矩形等の箱状の容器20を有する。容器20は、例えばステンレスや鉄等の金属で形成することができる。あるいは、容器20は、アルミナや陶磁器等のセラミックで形成することもできる。
(First embodiment)
Hereinafter, the heat accumulator of 1st Embodiment which concerns on this invention is demonstrated using drawing.
As shown in FIG. 1, the regenerator 10 </ b> A of the first embodiment includes a box-
容器20には、内部空間201を貫通する流路配管21が設けられている。流路配管21は、例えば直管状、クランク状、U字状、L字状、サーペンタイン構造、並列構造、螺旋状等の形状を取ることができる。図1では、直管状の流路配管21を示しており、流路211を熱媒体が流通する。
また、流路配管21は、例えば、鉄、ステンレス、銅、アルミニウム等の金属で形成することができる。あるいは、流路配管21は、アルミナ、ジルコニア、マグネシア、炭化珪素、窒化アルミニウム、窒化珪素、黒鉛等のセラミックで形成することもできる。
The
Moreover, the
容器20の内部空間201には、蓄熱体30が収容されており、流路配管21の外側面212と接触している。
蓄熱体30は、潜熱蓄熱材31と、潜熱蓄熱材31に浸漬された複数個のハニカム体32を有する。
潜熱蓄熱材31は、最初に加熱される前は例えば粉体であり、流路配管21内を高熱の熱媒体が通過することにより加熱されると液化する性質を有する。潜熱蓄熱材31としては、図2に示すように、例えば、硝酸ナトリウム+硝酸カリウム、塩化マグネシウム六水和物、塩化カルシウム六水和物、ナフタリン等が使用できる。なお、一旦溶融した潜熱蓄熱材31は、凝固すると粉体にはならず、塊状になる。このため2回目以降に使用される際は、溶融前の潜熱蓄熱材は塊状の固体である。
The
The
The latent
図3に示すように、ハニカム体32は、例えば矩形箱状の筐体321を有し、筐体321の内部には、直線状の複数の連通路322が並行に密集配列されている。連通路322の両端は、筐体321の両開口面323に位置する。
また、ハニカム体の連通路は、直線状であっても、湾曲していてもよい。
ハニカム体32は、例えば、鉄、ステンレス、アルミニウム、銅等の金属で形成することができる。あるいは、炭化珪素、アルミナ、コージェライト、陶磁器等のセラミックで形成することができる。ここでは、ハニカム体32はセラミックで形成するのが望ましい。さらに、ハニカム体32を炭化珪素で形成するのが一層望ましい。炭化珪素は熱伝導率が高く、耐熱性があり、化学的に安定な物質であるので好適に利用できる。
As shown in FIG. 3, the
Further, the communication path of the honeycomb body may be linear or curved.
The
また、図4(A)〜図4(C)に示すように、ハニカム体32は、少なくとも一方の開口面323に凸部33を有する。
図4(A)に示すハニカム体32では、一部の連通路322の長さが長く形成されており、開口面323から流通方向に突出して凸部331が形成されている。なお、ここでは、両開口面323に凸部331が設けられているが、一方の開口面323にのみ設けることもできる。また、2本の連通路322が突出する場合を例示したが、連通路322の本数は、これに限るものではない。
Further, as shown in FIGS. 4A to 4C, the
In the
図4(B)に示すハニカム体32は、全ての連通路322の長さが等しく、全体として平行四辺形に形成されている。このため、両開口面323において凸部332が形成される。
また、図4(C)に示すハニカム体32は、全ての連通路322の長さが等しく、幅方向の一端側において、連通路322が流通方向にずれている。このため、開口面323から突出する部分に凸部333が形成される。
In the
In the
図1に示すように、各ハニカム体32は、潜熱蓄熱材31の内部において、それぞれの各連通路322の連通方向が互いに不規則な方向を向くように配置されている。
このため、ハニカム体32は、近接する別のハニカム体32に一部が接触するので、両ハニカム体32の間に空間Sが生じる。特に、凸部33を設けた場合には、近接する別のハニカム体32に接触した際に点接触になりやすいため、大きな空間Sが形成されやすくなる。
As shown in FIG. 1, the
For this reason, a part of the
従って、流路配管21に熱媒体を流して蓄熱体30の潜熱蓄熱材31加熱すると、潜熱蓄熱材31は塊状の固体から溶融して液体に相変化する。このとき、複数のハニカム体32の間には空間Sが設けられているので、各ハニカム体32の各連通路322の内部の潜熱蓄熱材31が、ほぼ同時に加熱されて溶融し、液化した潜熱蓄熱材31がすぐに対流を開始し、各ハニカム体32を加熱する。
Accordingly, when the heat medium is passed through the
次に、蓄熱器10Aの作用効果について説明する。
蓄熱器10Aは、熱媒体が流通可能な流路配管21と、流路配管21の外側面212を覆うとともに内部空間201を有する容器20と、内部空間201に収容され流路配管21の外側面212と接触する蓄熱体30を有する。
蓄熱体30は、潜熱蓄熱材31と、潜熱蓄熱材31に浸漬され直線状の連通路322が並行に密集配列された複数のハニカム体32を有する。そして、ハニカム体32は、各連通路322の連通方向が互いに不規則な方向を向くように配置されている。
Next, the function and effect of the
The
The
このため、複数のハニカム体32に分けて潜熱蓄熱材31に浸漬することにより、ハニカム体32の連通路322が細かく分断されて潜熱蓄熱材31に浸漬される。これにより、流路配管21を流れる熱媒体によって加熱されると、各連通路322の内部の潜熱蓄熱材31がほぼ同時に溶融することができるので、潜熱蓄熱材31が溶融した後に急昇温しにくくして、潜熱蓄熱材31の劣化あるいはハニカム体32の破損を防止することができる。
For this reason, by dividing into a plurality of
また、各ハニカム体32は、連通方向が互いに不規則な方向を向くように配置されているので、各ハニカム体32は不規則に当接して、各ハニカム体32の間には潜熱蓄熱材31の対流に要する空間Sを形成することができる。これにより、潜熱蓄熱材31は、効率良く対流することができる。
各連通路322の内部の潜熱蓄熱材31は、ほぼ同時に溶融することができるので、連通路322またはハニカム体32の間の空間Sを利用して対流し、潜熱蓄熱材31が加熱されることを防止することができる。
Further, since the
Since the latent
また、蓄熱器10Aでは、ハニカム体32は、セラミック製である。
潜熱蓄熱材31は、使用する温度域に応じて様々なものが選択され、腐食性を有するものがあるが、化学的に安定なセラミックを用いることにより、腐食されることなく安定して使用することができる。また、セラミックは、耐熱性を有しているので、高温でも腐食することなく使用することができる。
In the
Various latent
蓄熱器10Aでは、ハニカム体32は、炭化珪素製である。
炭化珪素は、セラミックの中でも耐熱性が高く、化学的に安定であるので、高温でも腐食することなく使用することができる。
In the
Since silicon carbide has high heat resistance and is chemically stable among ceramics, it can be used without corrosion even at high temperatures.
蓄熱器10Aでは、複数のハニカム体32は、互いに点接触している。
複数のハニカム体32が互いに点接触するように浸漬されていることによって、潜熱蓄熱材31が溶融した際に、ハニカム体32が自由に浮遊しないよう拘束する。また、潜熱蓄熱材31が溶融して対流を開始する前にも、ハニカム体32間の熱伝導によって伝熱を促進することができる。さらに、点接触するように浸漬されていることによって、ハニカム体32の間に空間Sを形成することができ、対流を促進することができる。全面が接触していないので、対流に必要な充分な空間Sを形成することができる。なお、点接触が好ましいのは、ハニカム体32の開口面323に限定されず、ハニカム体の側面でも点接触することによって空間Sを確保でき、潜熱蓄熱材の対流を促進することができる。
In the
By immersing the
蓄熱器10Aでは、ハニカム体32の少なくとも一方の開口面323は、凸部を有する。
このため、ハニカムの開口面が他のハニカムの外表面と対向しても凸部が開口面323の間に空間Sを形成するように機能することができる。
In the
For this reason, even if the opening surface of the honeycomb faces the outer surface of another honeycomb, the convex portion can function to form a space S between the opening surfaces 323.
(第2実施形態)
次に、図5に示す第2実施形態の蓄熱器10Bについて説明する。
なお、前述した第1実施形態の蓄熱器10Aと共通する部位には同じ符号を付して、重複する説明を省略することとする。
第1実施形態の蓄熱器10Aでは、ハニカム体32の開口面323に凸部33を設けてハニカム体32の間に空間Sを設けた(図4参照)が、第2実施形態の蓄熱器10Bでは、図5に示すように、凸部33を設ける代わりに、開口面323に破断面34を設けた。
(Second Embodiment)
Next, the
In addition, suppose that the same code | symbol is attached | subjected to the site | part which is common in the
In the
蓄熱器10Bでは、ハニカム体32の少なくとも一方の開口面323は、破断面34を有する。
このため、開口面323は平坦な面ではない破断面34となるので、ハニカム体32の開口面323が他のハニカム体32の外表面と対向しても破断面34の凸部341が接触することにより、開口面323の間に空間Sを形成することができ、対流を促進することができる。
In the heat accumulator 10 </ b> B, at least one
For this reason, since the opening
本発明の蓄熱器は、前述した各実施形態に限定されるものでなく、適宜な変形、改良等が可能である。 The heat accumulator of the present invention is not limited to the above-described embodiments, and appropriate modifications and improvements can be made.
本発明の蓄熱器は、例えば、自動車の暖機運転の短縮、太陽熱の蓄熱等、様々な分野で利用されている蓄熱器として利用することができる。 The heat accumulator of the present invention can be used as a heat accumulator utilized in various fields, for example, shortening of warm-up operation of an automobile and heat storage of solar heat.
10A、10B 蓄熱器
20 容器
201 内部空間
21 流路配管
212 外側面
30 蓄熱体
31 潜熱蓄熱材
32 ハニカム体
322 連通路
323 開口面
33 凸部
34 破断面
10A,
Claims (6)
前記流路配管の外側面を覆うとともに内部空間を有する容器と、
前記内部空間に収容され、前記流路配管の外側面と接触する蓄熱体と、からなる蓄熱器において、
前記蓄熱体は、潜熱蓄熱材と、前記潜熱蓄熱材に浸漬され、直線状の連通路が並行に密集配列されたハニカム体とからなり、
前記各ハニカム体は、それぞれの前記各連通路の連通方向が互いに不規則な方向を向くように配置されていることを特徴とする蓄熱器。 A flow path pipe through which a heat medium can flow;
A container that covers the outer surface of the flow pipe and has an internal space;
In the heat accumulator comprising the heat accumulator housed in the internal space and in contact with the outer surface of the flow path pipe,
The heat storage body comprises a latent heat storage material, and a honeycomb body that is immersed in the latent heat storage material and linear communication paths are densely arranged in parallel,
Each said honeycomb body is arrange | positioned so that the communication direction of each said each communicating path may face an irregular direction mutually.
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