JPH11264683A - 蓄熱形熱交換器 - Google Patents

蓄熱形熱交換器

Info

Publication number
JPH11264683A
JPH11264683A JP10068456A JP6845698A JPH11264683A JP H11264683 A JPH11264683 A JP H11264683A JP 10068456 A JP10068456 A JP 10068456A JP 6845698 A JP6845698 A JP 6845698A JP H11264683 A JPH11264683 A JP H11264683A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
heat storage
heat
phase
honeycomb
phase change
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
JP10068456A
Other languages
English (en)
Inventor
Yukihiro Yoshimura
幸宏 芳村
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.)
IHI Corp
Original Assignee
IHI Corp
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 IHI Corp filed Critical IHI Corp
Priority to JP10068456A priority Critical patent/JPH11264683A/ja
Publication of JPH11264683A publication Critical patent/JPH11264683A/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
    • 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)
  • Air Supply (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 蓄熱形熱交換器の蓄熱容量を増加するととも
に、一定加熱を実現する。 【解決手段】多数の流体流路を有するセラミックハニカ
ム2を流路3が上下方向を向くように配置し、各流路3
の1本おきに使用温度において固体と液体との間で相変
化する相変化物質4を充填した蓄熱1体を有してなる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ガスタービン用熱
交換器やボイラ、加熱炉の空気予熱器などとして使用さ
れる蓄熱形熱交換器に関する。
【0002】
【従来の技術】ガスタービン用熱交換器やボイラの空気
予熱器などとして、回転式蓄熱形熱交換器や切換式蓄熱
形熱交換器が広く用いられている。これらは(1)同容
量、同重量当たりで比較すると他の形式の熱交換器より
温度効率も高く、また、コンパクトであり、熱伝達面は
安価である、(2)流体の方向が周期的に変動するので
流れのよどみは少なく、伝熱面に自己清浄作用がある、
などの特色がある。
【0003】蓄熱形熱交換器に使用される蓄熱体は、ハ
ニカム形や小球からなるペブル形が使用されている。ま
た、潜熱を利用した蓄熱体として図5に示すように、セ
ラミックのペブル中に溶融炭酸塩等の相変化物質を分散
含有させたものが報告されている(High-Temperature C
omposite Latent/Sensible Heat Storage,Instituteof
Gas Technology IIT Center,Chicago,Illinois 60616.1
982)。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】従来の方式では、ハニ
カムやペブル中を被加熱流体が流れると、蓄熱され熱く
なったハニカムやペブルの温度が時間と共に低下する。
このため、被加熱流体の加熱温度を一定に保つことはで
きない。また、単位体積当りの蓄熱量が小さいため、寸
法が大きくなってしまう。
【0005】図5に示すような潜熱蓄熱セラミックペブ
ルは、蓄熱量の増加や加熱温度の一定化などが一応対応
可能であるが、製造することが困難でコストも高い。ま
た、相変化物質(塩)の含有量を大幅に増加することは
不可能であり、ペブルはハニカム程熱伝達も良好ではな
い。
【0006】本発明は、従来技術の以上述べた問題点に
鑑み案出されたもので、市販のセラミックハニカムを利
用して、製造が容易でコストも安く、かつ、単位体積当
りの蓄熱量が大きく、被加熱流体の加熱温度変化の少な
い蓄熱形熱交換器を提供することを目的とする。
【0007】
【問題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の蓄熱形熱交換器は、多数の流体流路を有す
るセラミックハニカムを流路が上下方向を向くように配
置し、各流路の1本おきに使用温度において固体と液体
との間で相変化する相変化物質を充填した蓄熱体を有し
てなるものである。
【0008】相変化物質をハニカム流路の1列おきに充
填してもよいし、ハニカム流路に千鳥状に充填してもよ
い。また、相変化物質は、アルカリ金属の炭酸塩である
のが好ましい。
【0009】次に本発明の作用を説明する。相変化物質
として、たとえば、高温溶融炭酸塩を市販のセラミック
ハニカムの流体流路の1本おきに充填して蓄熱体を形成
する。したがって、蓄熱体は流体流路と充填された流路
部分とが互に隣接し合っている。高温の加熱流体を蓄熱
体流路に流し、蓄熱体を加熱すると相変化物質は溶融
し、固相から液相に相変化する。相変化により大きな熱
エネルギが潜熱として蓄熱体内に蓄積される。
【0010】次に蓄熱体内を流れる流体を切替て、被加
熱流体を流す。蓄熱体内に蓄積された熱エネルギは、被
加熱流体に伝達されて被加熱液体が昇温するとともに、
蓄熱体の温度は低下し、蓄熱体内に充填された液体の相
変化物質は凝固し、液相から固相に相変化する。この
際、相変化物質は潜熱を放出するが、相変化が行われて
いる間は、相変化物質の温度は、その物質固有の融点と
して一定温度を保つので、被加熱流体の出口温度を一定
に保つことができる。
【0011】このように本発明の蓄熱形熱交換器は、
1)単位体積当りの蓄熱量が大きく全体がコンパクトに
できる、2)相変化温度(融点)を利用するため一定加
熱温度を実現することができる、3)ハニカムは水力直
径が小さく、高熱伝達が可能であり、伝熱面積が大き
い、4)相変化物質、充填するセル数とその配置などを
適宜選ぶことにより、大型化や多様な要求温度に対応す
るシステムの構築が可能である、5)相変化物質の体積
膨張があっても上部が自由表面なので、熱応力発生の問
題はない、などの特徴を有している。
【0012】
【発明の実施の形態】以下、本発明の1実施形態につい
て、図面を参照しつつ説明する。図1は、本発明の蓄熱
形熱交換器に使用される蓄熱体の図面であり、図1
(A)は斜視図、図1(B)は図1(A)のA−A矢視
断面図である。図において、1は蓄熱体である。2はア
ルミナなどのセラミック製ハニカムで、セラミック壁2
aにより多数の4角形の流路3を形成している。セラミ
ックハニカム2は、市販のものを使用するのが価格の点
で好ましい。セラミックハニカム2を流路3が上下方向
を向くように配置し、流路3の1本おきに使用温度にお
いて、固体と液体との間で相変化する相変化物質4を充
填する。充填のパターンは、図1に示すように1列おき
に充填する列毎充填でもよいし、縦横両方向に1本おき
に充填する千鳥充填でもよい。相変化物質4を充填する
ために、充填する流路3の下端にセラミック充填材5を
セラミック接着剤を使用して接着し、接着剤を乾燥して
固着する。
【0013】相変化物質4は当初に粉体を充填し、加熱
溶融する。相変化物質として、例えば使用温度が700
〜800℃であるときは、融点が723℃のLi2 CO
3 を使用するのがよく、使用温度が800〜1000℃
であるときは、融点が898℃のK2 CO3 を使用する
のがよい。
【0014】図2は、本発明の蓄熱形熱交換器を鋼材な
どの加熱炉の空気予熱に使用したときの系統図である。
図2において、6は蓄熱形熱交換器である。蓄熱形熱交
換器6は、図4として断面図に示すように、蓄熱体1を
断熱材6cにより囲繞してなる。
【0015】7は鋼材などの加熱に使用する加熱炉で、
バーナ7aを有している。8は四方切換弁である。9は
空気流である。図のように、左側の蓄熱形熱交換器6a
を放熱に使用し、右側の蓄熱形熱交換器6bを蓄熱に使
用する場合の空気流9を実線で示し、右側の蓄熱形熱交
換器6bを放熱して使用し、左側の蓄熱形熱交換器6a
を蓄熱に使用する場合の空気流9aを点線で示す。
【0016】次に図2の系統図の作用を説明する。常温
の空気流9は、切換弁8を通って左側の蓄熱形熱交換器
6aに流入する。熱交換器6aは、高温状態となってお
り蓄熱体1内の相変化物質4は液相である。蓄熱体1内
を常温の空気9が流れると、蓄熱体1は放熱し、空気流
9は加熱される。蓄熱体1が放熱している間に相変化物
質4は相変化し凝固する。相変化が行われている間は蓄
熱体1の温度は一定を保っており、したがって、熱交換
器6の出口a点での空気流9の温度は一定である。加熱
された空気流9はバーナ7aで燃料と混合され、加熱炉
7内で燃焼する。10は火炎である。加熱炉7を出た高
温の空気流9は、右側の蓄熱形熱交換器6bに流入し、
蓄熱体1を加熱する。この際、熱交換器6bは低温状態
となっており、蓄熱体1内の相変化物質4は固相であ
る。高温の空気流9により、加熱されている間に蓄熱体
1は蓄熱し、相変化物質4は相変化し、溶融する。相変
化が行われている間は、融解の潜熱として蓄熱が行われ
ているので蓄熱量が大きい。
【0017】蓄熱形熱交換器6bを出た空気流は、4方
切換弁8を通って外部に放出される。切換弁8は所要の
時間毎に切換が行われ、実線の空気流9と点線の空気流
9aが交互に流れ、蓄熱形熱交換器6a、6bは蓄熱と
放熱とを交互に行う。
【0018】次に本実施形態の作用を説明する。蓄熱体
1としてのハニカム2内は、流体流路3と相変化物質4
を充填した流路部分とが隣接し合っている。流体流路3
内に空気流9を流すと相変化物質4と空気流9との間で
伝熱が起る。加熱流体として高温の空気流を蓄熱体1の
流路3に流し、蓄熱体1を加熱すると相変化物質4は溶
融し、固相から液相に相変化する。相変化により大きな
熱エネルギが潜熱として蓄熱体1内に蓄積される。
【0019】次に蓄熱体1内を流れる流体を切替て被加
熱流体として低温の空気流9を流す。蓄熱体1内に蓄積
された熱エネルギは空気流9に伝達され、空気流9が昇
温するとともに、蓄熱体1の温度は低下し、相変化物質
4は液相から固相に相変化する。この際、相変化物質4
は潜熱を放出するが、相変化が行われている間は、相変
化物質4の温度は、その物質固有の溶点として一定温度
を保つので、蓄熱形熱交換器6を流れる空気流9の出口
温度も一定に保つことができる。
【0020】図3は、相変化物質4として、Li2 CO
3 を使用した蓄熱形熱交換器6の温度変化と蓄熱量(エ
ンタルピ)の関係と、蓄熱体としてAl23 製のハニ
カムのみを使用したときの温度変化と蓄熱量の関係を図
示している。図に示すように温度が400℃から800
℃に変化したとき、蓄熱体がハニカム(Al23 )の
みでは蓄熱量は4.8MJ/kgであるのに対し、蓄熱
体がハニカムにLi2CO3 を充填したものであるとき
には15.4MJ/kgであり、その内、潜熱分は6M
J/kgである。たとえば、相変化物質4の蒸発が問題
になる場合には蓋をすればよいなどである。
【0021】本発明は、以上述べた実施形態に限定され
るものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の
変更が可能である。
【0022】
【発明の効果】以上述べたように、本発明の蓄熱形熱交
換機は、蓄熱体としてハニカムに高温溶融炭酸塩等の相
変化物質を充填したものを使用したので、次のような優
れた効果がある。 (1)単位体積当りの蓄熱量が大きく、全体がコンパク
トにできる。 (2)相変化温度(融点)を利用するため、一定加熱温
度を実現することができる。 (3)ハニカムは水力直径が小さく高熱伝達が可能であ
り伝熱面積が大きい。 (4)相変化物質、充填セル数とその配置などを適宜選
定することにより、大型化や多様な要求温度に対応する
システムの構築が可能である。 (5)相変化物質の体積膨張は、液体上面が自由表面な
ので、吸収可能で熱応力の問題がない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の蓄熱形熱交換器の蓄熱体の図面で、
(A)は斜視図、(B)は図(A)のA−A矢視断面図
である。
【図2】本発明の蓄熱形熱交換器を加熱炉に適用したと
きの系統図である。
【図3】温度と蓄熱量との関係を示すグラフである。
【図4】蓄熱形熱交換器の断面図である。
【図5】従来の潜熱蓄熱セラミックペブルの断面図であ
る。
【符号の説明】
1 蓄熱体 2 セラミックハニカム 3 流体流路 4 相変化物質

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 多数の流体流路を有するセラミックハニ
    カムを流路が上下方向を向くように配置し、各流路の1
    本おきに使用温度において固体と液体との間で相変化す
    る相変化物質を充填した蓄熱体を有してなることを特徴
    とする蓄熱形交換器。
  2. 【請求項2】 相変化物質をハニカム流路の1列おきに
    充填してなる請求項1記載の蓄熱形熱交換器。
  3. 【請求項3】 相変化物質をハニカム流路に千鳥状に充
    填してなる請求項1記載の蓄熱形熱交換器。
  4. 【請求項4】 相変化物質はアルカリ金属の炭酸塩であ
    る請求項1ないし請求項3記載の蓄熱形熱交換器。
JP10068456A 1998-03-18 1998-03-18 蓄熱形熱交換器 Pending JPH11264683A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP10068456A JPH11264683A (ja) 1998-03-18 1998-03-18 蓄熱形熱交換器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP10068456A JPH11264683A (ja) 1998-03-18 1998-03-18 蓄熱形熱交換器

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH11264683A true JPH11264683A (ja) 1999-09-28

Family

ID=13374229

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP10068456A Pending JPH11264683A (ja) 1998-03-18 1998-03-18 蓄熱形熱交換器

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH11264683A (ja)

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003027592A1 (fr) 2001-09-25 2003-04-03 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Unite d'accumulation de chaleur et procede permettant de fabriquer cette unite
EP1426720A1 (en) * 2002-11-22 2004-06-09 HONDA MOTOR CO., Ltd. Heat storage apparatus
US7159643B2 (en) 2003-02-19 2007-01-09 Honda Motor Co., Ltd. Heat storing element and method for manufacturing heat storage apparatus using the element
JP2011037240A (ja) * 2009-08-18 2011-02-24 Ngk Insulators Ltd ハニカム構造体の製造方法
EP2293002A2 (en) 2009-09-03 2011-03-09 NGK Insulators, Ltd. Heat Accumulation Element
US8794195B2 (en) 2012-02-03 2014-08-05 Ford Global Technologies, Llc Heat storage system for an engine
CN104089512A (zh) * 2014-06-30 2014-10-08 华南理工大学 一种蓄热体及其蓄热结构、成型模具与制造方法
CN104236359A (zh) * 2014-10-09 2014-12-24 中国石油大学 一种采用金属泡沫的梯级相变蓄热放热一体化装置
US9291406B2 (en) 2011-02-11 2016-03-22 Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives Heat-absorbing device with phase-change material
WO2016076035A1 (ja) * 2014-11-10 2016-05-19 日本碍子株式会社 蓄熱材を収容する容器
CN107906993A (zh) * 2017-10-31 2018-04-13 全球能源互联网研究院有限公司 一种储热装置的支撑结构
CN108931064A (zh) * 2018-04-26 2018-12-04 福建工程学院 一种圆柱太阳能高温储能与换热吸热器

Cited By (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1431694A1 (en) * 2001-09-25 2004-06-23 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Heat accumulation unit and method of manufacturing the unit
EP1431694A4 (en) * 2001-09-25 2012-10-31 Honda Motor Co Ltd HEATING UNIT AND METHOD FOR PRODUCING THE UNIT
WO2003027592A1 (fr) 2001-09-25 2003-04-03 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Unite d'accumulation de chaleur et procede permettant de fabriquer cette unite
EP1426720A1 (en) * 2002-11-22 2004-06-09 HONDA MOTOR CO., Ltd. Heat storage apparatus
US7035532B2 (en) 2002-11-22 2006-04-25 Honda Motor Co., Ltd. Heat storage apparatus with spiral electrically heated phase change material
US7159643B2 (en) 2003-02-19 2007-01-09 Honda Motor Co., Ltd. Heat storing element and method for manufacturing heat storage apparatus using the element
JP2011037240A (ja) * 2009-08-18 2011-02-24 Ngk Insulators Ltd ハニカム構造体の製造方法
EP2293002A2 (en) 2009-09-03 2011-03-09 NGK Insulators, Ltd. Heat Accumulation Element
US9291406B2 (en) 2011-02-11 2016-03-22 Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives Heat-absorbing device with phase-change material
US8794195B2 (en) 2012-02-03 2014-08-05 Ford Global Technologies, Llc Heat storage system for an engine
CN104089512A (zh) * 2014-06-30 2014-10-08 华南理工大学 一种蓄热体及其蓄热结构、成型模具与制造方法
CN104236359A (zh) * 2014-10-09 2014-12-24 中国石油大学 一种采用金属泡沫的梯级相变蓄热放热一体化装置
CN104236359B (zh) * 2014-10-09 2016-02-03 上海交通大学 一种采用金属泡沫的梯级相变蓄热放热一体化装置
WO2016076035A1 (ja) * 2014-11-10 2016-05-19 日本碍子株式会社 蓄熱材を収容する容器
US20160282056A1 (en) * 2014-11-10 2016-09-29 Ngk Insulators, Ltd. Heat storage material container
JPWO2016076035A1 (ja) * 2014-11-10 2017-08-17 日本碍子株式会社 蓄熱材を収容する容器
EP3093603A4 (en) * 2014-11-10 2017-09-27 NGK Insulators, Ltd. Container housing heat storage material
US10359236B2 (en) 2014-11-10 2019-07-23 Ngk Insulators, Ltd. Heat storage material container
CN107906993A (zh) * 2017-10-31 2018-04-13 全球能源互联网研究院有限公司 一种储热装置的支撑结构
CN108931064A (zh) * 2018-04-26 2018-12-04 福建工程学院 一种圆柱太阳能高温储能与换热吸热器

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JPH11264683A (ja) 蓄熱形熱交換器
US5220954A (en) Phase change heat exchanger
US3289743A (en) Isothermic heat exchangers
US4329407A (en) Electrochemical storage battery
US4408659A (en) Heat storage mass for regenerative heat exchange
CN101226035A (zh) 一种利用气体作为传热介质的太阳能蓄热装置
JP2013256262A (ja) 蓄冷熱交換器
CN101932898A (zh) 改进的潜热储存设备
TWI583911B (zh) 兼具熱儲及放熱功能的熱能儲存裝置及其作為熱能儲存之用途
EP0607921B1 (en) High-cycle regenerative heat exchanger
US5323842A (en) Temperature-stabilized heat exchanger
US4126995A (en) Hot-gas engine with protected heat reservoir
CN109297335A (zh) 一种改良式混合蓄热单罐
CN214206242U (zh) 一种热管式相变一体控温机柜
JP2008261584A (ja) 蓄熱器
JPS62294897A (ja) 蓄熱式熱交換器
CN208170767U (zh) 一种储热装置及储热***
JPH11264682A (ja) 潜熱を利用した蓄熱体
ES2233510T3 (es) Dispositivo de recipiente de absorcion con envolvente flexible.
JPH11211371A (ja) 蓄熱体の保持構造
CN104266524B (zh) 一种换热装置
JP2004232897A (ja) 複合型蓄熱装置
CN110207516A (zh) 一种蓄热式储热换热器芯体
CN112212356B (zh) 一种多通道蓄热式空气预热器
JP4059527B2 (ja) 流体の加熱炉