JP3583479B2 - Thermal storage capsule - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、潜熱蓄熱システムに用いられる蓄熱材収納カプセルに関するものであり、詳しくは、内容積に比して内表面積が大きく、伝熱特性に優れ且つランダム充填可能な蓄熱カプセルに関する。
【０００２】
【従来の技術と課題】
潜熱蓄熱システムの蓄熱槽は、大別してシェルアンドチューブ型とカプセル型に分けられる。シェルアンドチューブ型は、通常のシェルアンドチューブ型熱交換器のシェル側に蓄熱材が入っており、チューブ側に熱媒体が流れる形式のものである。カプセル型は、蓄熱材が円柱状、平板状または球状等の比較的小さな容器（カプセル）の中に収納されており、シェル内に多数配置された該容器外を熱媒体が流れる形式のものである。
シェルアンドチューブ型は氷蓄熱用としては数多く研究されているが、氷以外の無機水和塩を蓄熱材に用いる場合は、無機塩の腐食性などの問題から、圧倒的にカプセル型が多く研究開発および実用化されている。
【０００３】
カプセル型蓄熱システムに使用されるカプセルの形状についても、各種のものが検討されている。例えば、平板状カプセルとしては、該カプセルを前後及び上下に組み合わせるための凹凸部分を備えた容器が提案されている（米国特許第４，８７２，５５７号明細書参照）。
平板状カプセルは、容器の厚みが全体に薄いため伝熱特性がよく、蓄熱時間及び放熱時間を短縮することが可能である。また、該容器を蓄熱槽内に層状に積み重ねることができ、熱媒体の流路が整然と確保されるために、整流効果により伝熱特性が向上する効果が期待される。しかしながら、平板状カプセルはその形状からランダム充填は不可能であるので、蓄熱槽内に該カプセルを充填するには、規模にもよるが数人で２〜３週間の工期を要してカプセルを容器内に敷き詰める必要があり、蓄熱カプセルの充填行程だけで多くの人役と時間を要する欠点があった。
【０００４】
また、既設の水蓄熱槽の能力増強策として、潜熱蓄熱材が収納された蓄熱カプセルを既設の水槽に追加設置する方法が検討されている。この場合、既設の水槽には開口部としてマンホールしかないので、その構造上、平板状カプセルの追加充填は不可能であり、充填するには水槽の改修工事から始めなければならない。従って、既設水蓄熱槽の能力増強のために、平板状カプセルを用いることは実際上不可能であると言える。
【０００５】
一方、球状カプセルはその形状からランダム充填が可能であり、且つ耐圧性能からも優れた形状であることは明らかである。しかしながら、球は内容積に対する表面積が最も小さくなることから、他の形状に比べて伝熱性能が悪いという欠点がある。伝熱性能を向上させるためにはその径を小さくすればよいが、必要量の蓄熱材を蓄熱槽に充填するには、小さなボール（カプセル）を数多く充填しなければならないので、該カプセル（外皮）を構成する材料の容積（使用量）が大きくなり、また該容積を少なくしようとすれば充填される蓄熱材の量が減ってしまう結果となる。従って、球状カプセルの伝熱性能を高めるためにその径を小さくすると、槽当たりの蓄熱量が減少し、反対にカプセル材料（例えば、樹脂）の量が増加することや、カプセル個数の増加によるコスト高は避けられない。
【０００６】
本発明の目的は、上記したような従来のカプセルの問題点を改良し、伝熱性能が優れ且つランダム充填可能な蓄熱カプセルを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、下記（１）〜（３）の条件を同時に満足する、ランダム充填可能な円筒状蓄熱カプセルが提供される。
（１）単位容積当たりの容器の内表面積が１（ｃｍ２／ｃｍ３）以上であること、
（２）内容積が２００ｃｍ３以上であること、および
（３）３次元座標のＸ方向、Ｙ方向およびＺ方向に相当する容器の長さの内で、最長の長さを最短の長さで割った値が２以下であること。
【０００８】
［発明の具体的説明］
上記したように、ランダム充填が可能なカプセルとして球状カプセルが知られているが、球形状では単位容積当たりの表面積が最小になるため伝熱特性が良くない。例えば、氷のように融解したとき粘性も低く、対流による伝熱の効果が期待できる蓄熱材である場合は、樹脂製カプセルで直径１００ｍｍ程度まで大きくすることが可能である。ところが、氷以外の無機水和塩を蓄熱材として利用する場合は、相分離防止のためカルボキシメチルセルロースや高吸水性樹脂等を添加して系の粘度を高くすることが多い。そのために、蓄熱材自体の熱伝導率が悪くなり、対流による伝熱の効果も期待できないので、別途、カプセルの伝熱性能を向上させる必要がある。無機水和塩を利用した蓄熱材を、蓄熱契約制度の限られた時間（通常は夜間）内で凝固融解させることができ、且つ相分離現象を最小に押さえるためには、球状カプセルの直径は５０〜６０ｍｍまで小さくしなければならない。
【０００９】
しかし、容器はそれを構成する材料の厚さがあることから、容器を小径化すればするほど蓄熱槽に占める容器材料の体積が大きくなり、蓄熱材の充填率が低下する。例えば、１ｍ３の蓄熱槽に充填率６０％で容積１００ｃｍ３の球状カプセルを充填する場合、カプセルは６０００個必要となる。同一条件で容積２００ｃｍ３の球状カプセルを充填する場合、カプセルは３０００個で足りる。
従って、カプセルの製造コスト、蓄熱材のカプセルへの装填コスト等を考慮すると、蓄熱カプセルの容積は２００ｃｍ３以上が好ましい。コスト面からの蓄熱カプセルの容積の上限はないが、蓄熱契約時間（１０時間）内に蓄熱材を凝固させる点を考慮すれば、該容積は５００ｃｍ３以下、好ましくは４００ｃｍ３以下である。
【００１０】
次に、内容積が２００ｃｍ３程度になるように直径７３ｍｍの球状カプセルを考えると、内容積は２０３．６ｃｍ３、表面積は１６７．３ｃｍ２（但し、容器の厚みは計算上無視する）となり、単位容積当たりの容器の内表面積（以下、Ｓ／Ｖと略記する）は０．８２２である。内容積１００ｃｍ３の球状カプセルの場合は、その直径は５７．６ｍｍ、表面積は１０４．２ｃｍ２およびＳ／Ｖは１．０４２となる。
多数個充填されている蓄熱槽内の全てのカプセル中の蓄熱材を蓄熱契約時間（１０時間）内に完全凝固させるには、各カプセル単体の蓄熱材を６時間以内に凝固させる必要がある。
上記Ｓ／Ｖ値の異なる２つの球状カプセルについて硫酸ナトリウム１０水和塩を主成分とする蓄熱材を用いた実験を行ったところ、Ｓ／Ｖ値が大きいカプセルでは該蓄熱材は６時間内で凝固融解したが、Ｓ／Ｖ値が小さいカプセルでは該時間内には凝固融解しないことが確認された。
【００１１】
伝熱性能は表面積に比例することは良く知られているので、Ｓ／Ｖの値が大きくなるほど伝熱性能が向上する。よって、上記の結果から、蓄熱カプセルはＳ／Ｖが１以上であることが好ましいと判断される。なお、この場合、計算上容器材料の厚みを無視したが、実際の容器は材料の厚みが存在するので、計算に用いる表面積Ｓは外表面積でなく、蓄熱材と接する容器の内表面積とする。
【００１２】
蓄熱カプセルの製造コストおよび蓄熱材の装填コストを小さくするためには、１つのカプセルで内容積が２倍となる形状、つまり球が２個連結した形状が好ましいと考えられる。単純に直径５７．６ｍｍの球状カプセルを２個連結すると、容積が２００ｃｍ３で且つＳ／Ｖがおよそ１の容器となる。
この容器が球にどれだけ似ているかを表す指標として、３次元座標のＸ方向、Ｙ方向およびＺ方向に相当する容器の長さを測定し、最長軸長さ／最短軸長さ（≧１）を球似率として定義すると、球ならばＸ：Ｙ：Ｚの比は１であるので球似率は１である。球が２つ連結された容器の場合は、Ｘ：Ｙ：Ｚ＝１：１：２であるので、球似率は２．０となる。従って、カプセルをランダム充填することを考えると、容器の球似率は球が縦に２個連結された形状まで、つまり２．０以下が好ましいことになる。
【００１３】
以上の知見から、伝熱特性に優れ且つランダム充填が可能な蓄熱カプセルは、そのＳ／Ｖが１以上、内容積が２００ｃｍ３以上及び球似率が２．０以下の条件を満たすものであることが必要である。
容器の耐久性、大量生産性、充填作業性および蓄熱材の相分離防止効果等を考慮すると、図１に示すように、円筒状であり且つ円筒の中間部にくびれを有する（例えば、ひょうたん状の）ものが好ましい。
くびれの程度は、上記の条件が満たされる範囲内において任意であるが、くびれ部分における円筒直径（ｄ）が非くびれ部分の円筒直径（Ｄ）の１／３〜２／３程度であり、底面からくびれ開始点までの高さ（ｈ）は円筒全長（Ｌ）の１／３程度であることが好ましい。また、Ｌ／Ｄは２以下である。
また、くびれは１カ所に限定されるものでなく、２カ所以上のくびれを有していても差し支えない。
くびれ部分の角度（α）は４５度以下、好ましくは３０度以下である。この角度が４５度より大きいと、くびれ部分の平面に垂直にかかる力が該平面と平行に下向きに働く力よりも大きくなり、蓄熱材の相分離防止効果が小さくなる。
【００１４】
また、本発明の円筒状カプセルはその底面は平面でなくてもよく、内容積を大きくするために凸状としたり、伝熱性能を向上させるために凹状にすることもできる。さらに、蓄熱材の充填時の空気抜きを容易にするために、円筒状容器の肩部分は若干丸みをおびていた方が好ましい。
図４に示した蓄熱カプセルは本発明の好ましい態様の１つであり、容器材料として、樹脂、例えば高密度ポリエチレンを用いて容易に成形することができる。
【００１５】
本発明の蓄熱カプセルは、上記したような形状であることから、単なる円筒状容器に比べて表面積を大きくすることができ、伝熱性能が向上した容器が得られる。
また、このような形状の容器は、伝熱特性の向上のみでなく、さらに２つの効果が得られる。即ち、その１つは、蓄熱カプセルを蓄熱槽にランダム充填したときに熱媒体の流路が確保されることであり、もう１つは、蓄熱材としての無機水和塩の相分離が防止されることである。
相分離は沈降高さ、つまり容器の高さ（厚み）に依存するといわれ、長期間繰り返し使用するために容器の高さ（厚み）を低くする工夫がなされている。円筒状容器の場合は、その平面を下にして垂直に立てたとき沈降高さは非常に大きくなるので、本発明においては、円筒の中央部にくびれを設けることにより、容器が上下２相に分割され、該くびれ部分が蓄熱材の沈降に対しての抵抗となり、相分離が防止される。
【００１６】
本発明の蓄熱カプセルの製造には、従来からこの種のカプセルの製造に使用されている材料、例えば、金属、樹脂等を使用することができ、該カプセルが使用される蓄熱システムに応じて適宜選択することができる。
本カプセルは、製造の容易性からすれば、その材料として樹脂を使用することが好ましく、例えば、高密度ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリカーボネート等の樹脂を用いることができる。
本発明による樹脂製蓄熱カプセルは、例えば、ビル空調用蓄熱システム、地域冷暖房空調用蓄熱システムおよび産業用蓄熱システム等の蓄熱システムに好適に採用することができる。
【００１７】
【実施例】
１．蓄熱カプセルの製作
本発明による特定形状の蓄熱カプセルの伝熱性能を他の形状の蓄熱カプセルと比較することを目的として、厚さ２ｍｍのステンレス板（ＳＵＳ ３０４）を用いて、図１〜図３に示すような蓄熱カプセルを製作した。
図１に示した容器１は、本発明の蓄熱カプセルに相当するもので、蓄熱材挿入口（高さ２０ｍｍ×１２ｍｍφ）を有し、中央部がくびれた円筒状容器であり、Ｄ＝６５ｍｍ、ｄ＝２５ｍｍ；Ｌ＝９０ｍｍ、；ｈ＝３２．５ｍｍ；α＝２０度のサイズである。
図２に示した容器２は、比較のために作成した球状カプセルであり、直径（Ｄ０）７７ｍｍのサイズである。
図３に示した容器３も、比較のために作成した円筒状カプセルであり、中央部にくびれを有しないもので、高さ（Ｌ１）が７２．５ｍｍ、直径（Ｄ１）が６５ｍｍのサイズである。
これら三種の容器の内容積、内表面積、Ｓ／Ｖおよび球似率を表１に示す。
【００１８】
【表１】
２．蓄熱カプセルの伝熱性能評価試験
試験（１）
蓄熱材として５℃で凝固融解するｎ−テトラデカン（キシダ化学社製試薬特級）を用いて、上記で作成した三種の容器における蓄熱材の凝固時間を測定した。内容積が同じであれば、蓄熱材が完全に凝固するまでの時間は伝熱性能に比例するので、凝固時間により伝熱性能を比較した。
各容器に、それぞれ１９８ｍｌのｎ−テトラデカンを充填し、温度コントロール可能な水槽に該容器を入れ、容器の中で最も凝固しにくい部分（図１〜３の×印）の温度変化を熱電対により測定した。図５に示すように、水温を１３℃から０℃まで３０分間で降下させ、その後７．５時間０℃に維持した。そのときの各容器の蓄熱材の温度変化を図５に示す。
【００２０】
いずれの容器においても、蓄熱材は５℃で凝固し、その後水温の０℃と等しい温度となった。蓄熱材の温度が０℃まで降下するのに、容器１（本発明）では５．３時間、容器２では６．１時間、容器３では６．７時間を要した。
このように、各容器とも同一容量の蓄熱材が使用されているにも拘わらず、凝固時間に差が生じたことは、各容器の伝熱性能の違いによるものであり、この結果から、本発明の容器１は、本発明の要件を具備しない容器２および容器３よりも、伝導性能が優れていることがわかる。
【００２１】
試験（２）
１１℃付近に融解温度を有する、下記組成の蓄熱材を用いて、上記試験（１）と同様の試験を行った。
［蓄熱材の組成］
硫酸ナトリウム１０水和塩 ８０重量部
塩化アンモニウム １２重量部
塩化ナトリウム ４重量部
硫酸アンモニウム ４重量部
四ホウ酸ナトリウム１０水和塩 １．５重量部
高吸水性樹脂（三洋化成社製「サンウエットＩＭ−１０００」） １．５重量部
【００２２】
試験（１）と同様に、水槽を１５℃から４℃まで３０分間で降下させ、その後７．５時間４℃に維持した。その間の各容器の蓄熱材の温度変化を測定し、その結果を図６に示す。
いずれの容器においても、蓄熱材は６．５〜７．０℃付近で過冷却が破れ、結晶化と共に８℃付近まで温度が上昇した、その後水温と等しくなった。蓄熱材の温度が水温と等しくなるのに要した時間は、容器１（本発明）で５．４時間、容器２で６．２時間、容器３で７．０時間であった。
この結果から、硫酸ナトリウム１０水和塩を主成分とする蓄熱材を用いた場合においても、本発明の容器１は他の容器２および容器３よりも伝熱性能が優れていることがわかる。
【００２３】
【発明の効果】
本発明の蓄熱カプセルは、その形状から伝熱性能に優れ、且つランダム充填が可能であるという顕著な効果を有するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例で使用した蓄熱カプセルを示す断面図である。
【図２】比較のために使用した球状の蓄熱カプセルを示す断面図である。
【図３】比較のために使用した円筒状の蓄熱カプセルを示す断面図である。
【図４】本発明の蓄熱カプセルの一態様を示す断面図である。
【図５】蓄熱材の凝固パターンを示すグラフである。
【図６】蓄熱材の凝固パターンを示すグラフである。[0001]
[Industrial applications]
The present invention relates to a heat storage material storage capsule used for a latent heat storage system, and more particularly, to a heat storage capsule that has a large internal surface area compared to an internal volume, has excellent heat transfer characteristics, and can be randomly filled.
[0002]
[Prior art and problems]
The heat storage tank of the latent heat storage system is roughly classified into a shell and tube type and a capsule type. The shell and tube type is a type in which a heat storage material is contained in a shell side of a normal shell and tube type heat exchanger, and a heat medium flows to the tube side. The capsule type is a type in which a heat storage material is accommodated in a relatively small container (capsule) such as a column, a plate, or a sphere, and a heat medium flows outside the containers arranged in a number of shells. is there.
Many shell-and-tube types have been studied for ice heat storage, but when using inorganic hydrates other than ice for the heat storage material, the capsule type is overwhelmingly studied due to the corrosive nature of the inorganic salts. It has been developed and put into practical use.
[0003]
Various types of capsules used in the capsule-type heat storage system have been studied. For example, as a flat capsule, a container provided with an uneven portion for combining the capsules back and forth and up and down has been proposed (see US Pat. No. 4,872,557).
The flat capsule has a good heat transfer characteristic because the thickness of the container is thin as a whole, and can shorten the heat storage time and the heat radiation time. In addition, since the containers can be stacked in layers in the heat storage tank, and the flow path of the heat medium is maintained in an orderly manner, the effect of improving the heat transfer characteristics by the rectification effect is expected. However, since a flat capsule cannot be filled randomly because of its shape, filling the heat storage tank with a capsule requires a few weeks' work period depending on the scale, depending on the scale. There is a drawback that it is necessary to spread the container in the container, and it takes a lot of time and labor to fill the heat storage capsule.
[0004]
Further, as a measure for increasing the capacity of the existing water heat storage tank, a method of additionally installing a heat storage capsule containing a latent heat storage material in the existing water tank is being studied. In this case, since the existing water tank has only a manhole as an opening, additional filling of the plate-shaped capsule is impossible due to its structure, and the filling must be started by repair work of the water tank. Therefore, it can be said that it is practically impossible to use a flat capsule for enhancing the capacity of the existing water heat storage tank.
[0005]
On the other hand, it is clear that the spherical capsule can be randomly filled due to its shape, and is also excellent in pressure resistance performance. However, the sphere has the disadvantage that the heat transfer performance is poorer than other shapes because the surface area with respect to the internal volume is the smallest. To improve the heat transfer performance, the diameter may be reduced. However, in order to fill the heat storage tank with a required amount of heat storage material, a large number of small balls (capsules) must be filled. )), The volume (use amount) of the material constituting it increases, and an attempt to reduce the volume results in a decrease in the amount of the heat storage material to be filled. Therefore, when the diameter of the spherical capsule is reduced in order to enhance the heat transfer performance, the heat storage amount per tank decreases, and conversely, the amount of capsule material (eg, resin) increases, and the cost due to the increase in the number of capsules increases. High is inevitable.
[0006]
An object of the present invention is to improve the above-mentioned problems of the conventional capsule and to provide a heat storage capsule having excellent heat transfer performance and capable of being randomly filled.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the cylindrical heat storage capsule which can satisfy | fill the conditions of following (1)-(3) simultaneously and can be filled at random is provided.
(1) The inner surface area of the container per unit volume is 1 (cm 2 / cm 3 ) or more,
(2) The inner volume is 200 cm 3 or more, and (3) The longest length is the shortest length among the container lengths corresponding to the X, Y, and Z directions of the three-dimensional coordinates. Divide value is 2 or less.
[0008]
[Specific description of the invention]
As described above, spherical capsules are known as capsules that can be randomly filled, but a spherical shape has poor heat transfer characteristics because the surface area per unit volume is minimized. For example, in the case of a heat storage material that has a low viscosity when melted like ice and can be expected to have an effect of heat transfer by convection, it can be increased to about 100 mm in diameter by a resin capsule. However, when an inorganic hydrate salt other than ice is used as a heat storage material, carboxymethyl cellulose, a highly water-absorbing resin, or the like is often added to prevent phase separation, thereby increasing the viscosity of the system. For this reason, the thermal conductivity of the heat storage material itself deteriorates, and the effect of heat transfer by convection cannot be expected. Therefore, it is necessary to separately improve the heat transfer performance of the capsule. In order to solidify and melt the heat storage material using inorganic hydrated salt within the limited time of the heat storage contract system (usually at night), and to minimize the phase separation phenomenon, the diameter of the spherical capsule must be Must be reduced to 50-60 mm.
[0009]
However, since the container has the thickness of the material constituting the container, the smaller the diameter of the container, the larger the volume of the container material occupying the heat storage tank, and the lower the filling rate of the heat storage material. For example, when a 1 m 3 heat storage tank is filled with a spherical capsule having a filling rate of 60% and a volume of 100 cm 3 , 6000 capsules are required. When filling a spherical capsule having a volume of 200 cm 3 under the same conditions, 3000 capsules are sufficient.
Therefore, the volume of the heat storage capsule is preferably 200 cm 3 or more in consideration of the manufacturing cost of the capsule, the cost of loading the heat storage material into the capsule, and the like. There is no upper limit to the volume of the heat storage capsule from the viewpoint of cost, but considering the solidification of the heat storage material within the heat storage contract time (10 hours), the volume is 500 cm 3 or less, preferably 400 cm 3 or less.
[0010]
Next, considering a spherical capsule having a diameter of 73 mm so that the inner volume is about 200 cm 3 , the inner volume is 203.6 cm 3 , and the surface area is 167.3 cm 2 (however, the thickness of the container is ignored for calculation), The inner surface area of the container per unit volume (hereinafter abbreviated as S / V) is 0.822. In the case of a spherical capsule having an inner volume of 100 cm 3 , its diameter is 57.6 mm, its surface area is 104.2 cm 2 and its S / V is 1.042.
In order to completely solidify the heat storage material in all the capsules in the heat storage tank filled with many pieces within the heat storage contract time (10 hours), it is necessary to solidify the heat storage material of each capsule alone within 6 hours.
When an experiment was performed using a heat storage material containing sodium sulfate decahydrate as a main component for the two spherical capsules having different S / V values, the heat storage material in a capsule having a large S / V value was within 6 hours. Although it was coagulated and melted, it was confirmed that the capsule having a small S / V value did not coagulate and melt within the time.
[0011]
It is well known that the heat transfer performance is proportional to the surface area. Therefore, as the value of S / V increases, the heat transfer performance improves. Therefore, it is determined from the above results that the heat storage capsule preferably has an S / V of 1 or more. In this case, the thickness of the container material was neglected in the calculation, but since the actual container has the thickness of the material, the surface area S used for the calculation is not the outer surface area but the inner surface area of the container in contact with the heat storage material.
[0012]
In order to reduce the manufacturing cost of the heat storage capsule and the cost of loading the heat storage material, a shape in which the inner volume is doubled by one capsule, that is, a shape in which two spheres are connected is considered preferable. Simply connecting two spherical capsules having a diameter of 57.6 mm results in a container having a volume of 200 cm 3 and an S / V of about 1.
As an index indicating how much the container resembles a sphere, the length of the container corresponding to the X, Y and Z directions of the three-dimensional coordinates is measured, and the longest axis length / the shortest axis length (≧ 1) ) Is defined as a spherical similarity, and if the sphere is a sphere, the ratio of X: Y: Z is 1, so the spherical similarity is 1. In the case of a container in which two spheres are connected, X: Y: Z = 1: 1: 2, and the sphere resemblance ratio is 2.0. Therefore, considering random filling of capsules, the spherical similarity of the container is preferably up to a shape in which two spheres are connected vertically, that is, 2.0 or less.
[0013]
From the above findings, a heat storage capsule that is excellent in heat transfer characteristics and capable of random filling satisfies the conditions that the S / V is 1 or more, the internal volume is 200 cm 3 or more, and the sphere ratio is 2.0 or less. It is necessary.
In consideration of the durability of the container, mass productivity, filling workability, the effect of preventing phase separation of the heat storage material, and the like, as shown in FIG. 1, the container is cylindrical and has a constriction in the middle of the cylinder (for example, a gourd-like shape). Are preferred.
The degree of constriction is arbitrary within a range where the above condition is satisfied, but the cylindrical diameter (d) of the constricted part is about １ ／ to ／ of the cylindrical diameter (D) of the non-constricted part, and The height (h) from the constriction start point is preferably about 1/3 of the entire length (L) of the cylinder. L / D is 2 or less.
Further, the constriction is not limited to one location, and it may have two or more constrictions.
The angle (α) of the constricted portion is 45 degrees or less, preferably 30 degrees or less. If this angle is greater than 45 degrees, the force acting perpendicular to the plane of the constricted portion will be greater than the force acting downward parallel to the plane, and the effect of preventing phase separation of the heat storage material will be reduced.
[0014]
In addition, the bottom surface of the cylindrical capsule of the present invention may not be flat, but may be convex to increase the internal volume or concave to improve the heat transfer performance. Further, it is preferable that the shoulder portion of the cylindrical container is slightly rounded in order to facilitate air release at the time of filling the heat storage material.
The heat storage capsule shown in FIG. 4 is one of preferred embodiments of the present invention, and can be easily molded using a resin, for example, high-density polyethylene as a container material.
[0015]
Since the heat storage capsule of the present invention has the above-described shape, the surface area can be increased as compared with a simple cylindrical container, and a container with improved heat transfer performance can be obtained.
In addition, the container having such a shape can not only improve the heat transfer characteristics but also obtain two effects. That is, one is to secure a flow path of the heat medium when the heat storage capsule is randomly filled in the heat storage tank, and the other is to prevent the phase separation of the inorganic hydrate salt as the heat storage material. Is Rukoto.
It is said that the phase separation depends on the sedimentation height, that is, the height (thickness) of the container, and a device for reducing the height (thickness) of the container for repeated use over a long period has been devised. In the case of a cylindrical container, the sedimentation height becomes extremely large when the container is set upright with its plane down, so in the present invention, by providing a constriction at the center of the cylinder, the container can be placed in two upper and lower phases. The heat storage material is divided and the constricted portion serves as resistance to the sedimentation of the heat storage material, thereby preventing phase separation.
[0016]
In the production of the heat storage capsule of the present invention, materials conventionally used in the production of this type of capsule, for example, metals, resins, and the like can be used, and appropriate according to the heat storage system in which the capsule is used. You can choose.
For ease of manufacture, the capsule is preferably made of a resin, for example, a resin such as high-density polyethylene, polypropylene, or polycarbonate.
The resin-made heat storage capsule according to the present invention can be suitably used for a heat storage system such as a heat storage system for building air conditioning, a heat storage system for district heating / cooling air conditioning, and an industrial heat storage system.
[0017]
【Example】
1. Production of Thermal Storage Capsules In order to compare the heat transfer performance of the thermal storage capsules of a specific shape according to the present invention with those of other shapes, a stainless steel plate (SUS 304) having a thickness of 2 mm was used and FIGS. A heat storage capsule as shown in FIG.
The
The
The
Table 1 shows the inner volume, inner surface area, S / V, and sphericity of these three types of containers.
[0018]
[Table 1]
2. Heat transfer performance evaluation test of heat storage capsule
Test (1)
Using n-tetradecane (special grade reagent manufactured by Kishida Chemical Co.) that solidifies and melts at 5 ° C. as a heat storage material, the solidification time of the heat storage material in the three types of containers prepared above was measured. If the internal volume is the same, the time required for the heat storage material to completely solidify is proportional to the heat transfer performance, so the heat transfer performance was compared by the solidification time.
Each container is filled with 198 ml of n-tetradecane, and the container is placed in a water tank whose temperature can be controlled. The temperature change in the portion of the container that is hardest to coagulate (marked by x in FIGS. 1 to 3) is measured by a thermocouple. It was measured. As shown in FIG. 5, the water temperature was lowered from 13 ° C. to 0 ° C. in 30 minutes, and then maintained at 0 ° C. for 7.5 hours. FIG. 5 shows the temperature change of the heat storage material in each container at that time.
[0020]
In each case, the heat storage material solidified at 5 ° C., and then reached a temperature equal to the water temperature of 0 ° C. It took 5.3 hours for Container 1 (the present invention), 6.1 hours for
As described above, the difference in the solidification time was caused by the difference in the heat transfer performance of each container despite the fact that the same volume of heat storage material was used in each container. It can be seen that the
[0021]
Test (2)
A test similar to the above test (1) was performed using a heat storage material having a melting temperature around 11 ° C. and having the following composition.
[Composition of heat storage material]
Sodium sulfate decahydrate 80 parts by weight Ammonium chloride 12 parts by
As in the test (1), the water tank was lowered from 15 ° C. to 4 ° C. in 30 minutes, and then maintained at 4 ° C. for 7.5 hours. During that time, the temperature change of the heat storage material of each container was measured, and the results are shown in FIG.
In each of the containers, the supercooling of the heat storage material was broken at around 6.5 to 7.0 ° C, and the temperature rose to around 8 ° C with crystallization, and then became equal to the water temperature. The time required for the temperature of the heat storage material to become equal to the water temperature was 5.4 hours in the container 1 (the present invention), 6.2 hours in the
From this result, it can be seen that the
[0023]
【The invention's effect】
The heat storage capsule of the present invention has a remarkable effect of being excellent in heat transfer performance due to its shape and capable of being randomly filled.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a sectional view showing a heat storage capsule used in an example.
FIG. 2 is a sectional view showing a spherical heat storage capsule used for comparison.
FIG. 3 is a sectional view showing a cylindrical heat storage capsule used for comparison.
FIG. 4 is a cross-sectional view showing one embodiment of the heat storage capsule of the present invention.
FIG. 5 is a graph showing a solidification pattern of a heat storage material.
FIG. 6 is a graph showing a solidification pattern of a heat storage material.
Claims (1)
（１）単位容積当たりの容器の内表面積が１（cm２/cm３）以上であること、
（２）内容積が２００cm３以上であること、
（３）３次元座標のＸ方向、Ｙ方向およびＺ方向に相当する容器の長さの内で、最長の長さを最短の長さで割った値が２以下であること、
（４）くびれ部分における円筒直径（ｄ）／非くびれ部分の円筒直径（Ｄ）が１／３〜２／３であること、および
（５）くびれ部分の角度（α）が４５度以下であること。 A heat storage capsule having a cylindrical shape capable of being randomly filled and having a constriction at an intermediate portion of the cylinder , which simultaneously satisfies the following conditions (1) to (5) :
(1) The inner surface area of the container per unit volume is 1 (cm 2 / cm 3 ) or more,
(2) the inner volume is 200 cm 3 or more;
(3) A value obtained by dividing the longest length by the shortest length among the lengths of the containers corresponding to the X, Y, and Z directions of the three-dimensional coordinates is 2 or less;
(4) The cylindrical diameter (d) of the constricted portion / the cylindrical diameter (D) of the non-constricted portion is 1/3 to 2/3, and
(5) The angle (α) of the constricted portion is 45 degrees or less.
Priority Applications (1)
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| JP23344994A JP3583479B2 (en) | 1994-09-28 | 1994-09-28 | Thermal storage capsule |
Applications Claiming Priority (1)
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| JP23344994A JP3583479B2 (en) | 1994-09-28 | 1994-09-28 | Thermal storage capsule |
Publications (2)
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|---|---|
| JPH0894269A JPH0894269A (en) | 1996-04-12 |
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| JP6247564B2 (en) * | 2014-02-27 | 2017-12-13 | 大阪瓦斯株式会社 | Thermal storage material composition and thermal storage device using the same |
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| JPH0894269A (en) | 1996-04-12 |
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