JPH0252953A - 受蓄熱器 - Google Patents

受蓄熱器

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JPH0252953A
JPH0252953A JP63201291A JP20129188A JPH0252953A JP H0252953 A JPH0252953 A JP H0252953A JP 63201291 A JP63201291 A JP 63201291A JP 20129188 A JP20129188 A JP 20129188A JP H0252953 A JPH0252953 A JP H0252953A
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JP
Japan
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heat
heat transfer
heat storage
storage material
transfer substance
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Pending
Application number
JP63201291A
Other languages
English (en)
Inventor
Yoshio Mochida
芳雄 餅田
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP63201291A priority Critical patent/JPH0252953A/ja
Publication of JPH0252953A publication Critical patent/JPH0252953A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24SSOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S20/00Solar heat collectors specially adapted for particular uses or environments
    • F24S20/20Solar heat collectors for receiving concentrated solar energy, e.g. receivers for solar power plants
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24SSOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S80/00Details, accessories or component parts of solar heat collectors not provided for in groups F24S10/00-F24S70/00
    • F24S2080/03Arrangements for heat transfer optimization
    • F24S2080/05Flow guiding means; Inserts inside conduits
    • 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
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/40Solar thermal energy, e.g. solar towers

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) 本発明は宇宙基地等に搭載される宇宙軌道上発電プラン
ト用受蓄熱器に関する。
(従来の技術) 宇宙基地等軌道上にある設備に電力を供給するための発
電方式として太陽光により流体を加熱し、ガスタービン
等の熱機関を駆動して発電を行なうものがある。この発
電方式が特に低軌道上の宇宙基地等に適用されるケース
では太陽が地球の陰に隠れてしまう時、つまり日蝕時に
は太陽から熱輻射を得ることができなくなり、発電が一
時的に停止してしまう。このため、必要な熱を予め蓄熱
材に蓄えておき、太陽光の入射がない時に放熱して流体
が加熱されるように構成した熱交換器、すなわち、受蓄
熱器が使用される。
第4図はこのような受蓄熱器を組込んだ宇宙軌道上発電
プラントの一例を示すもので、例えば、ヘリウム、キセ
ノン混合ガスからなる作動流体は、受蓄熱器1において
リフレクタ2によって集光された太陽光により加熱され
、タービン3に導かれて膨張を遂げる。このためタービ
ン3が駆動されてこれに直結されている圧縮機4および
発電機5が回される。タービン3内で仕事を終えた作動
流体は、再生器6に導入され、ここで圧縮機4から導か
れる作動流体を予熱して温度降下し、さらにラジェータ
7を通って宇宙空間に熱を放出してより低温となり、圧
縮機4に導入されて加圧されて後、再生器6に送られる
。再生器6には上述したタービン3の排気が流れており
、ここで低温の作動流体は高温の作動流体によって予熱
され、その後受蓄熱器1に供給される。
第5図はかかる発電プラントに用いられる受蓄熱器1の
一例を示している。すなわち、図において、受蓄熱器1
の胴11の一端に設けられた作動流体人口12から胴1
1内に導かれた作動流体は、環状の入口マニホールド1
3に流れてそこから各蓄熱材付伝熱管14に分配される
。この蓄熱材付伝熱管14は全体形状がU字状に形成さ
れ、作動流体は初めに蓄熱材付伝熱管14内を入口側か
ら胴11の他端に置かれるU字端部に向かって流れ、そ
の後反転して蓄熱材付伝熱管14の出口側に流れ、この
間に胴11の他端に設けられた開口部15を経て胴11
内に導かれる太陽光から熱輻射を受取り、温度が上昇す
る。
一方、蓄熱材付伝熱管14の出口側には環状の出口マニ
ホールド16が接続されており、各蓄熱材付伝熱管14
内を流れた作動流体は、この出口マニホールド16に集
められて作動流体出口17を介して外部に送気される。
なお、図中符号18は蓄熱材付伝熱管14を支持する支
持リングを、また、符号19は断熱材をそれぞれ示して
いる。
また、第6図は上述した蓄熱材付伝熱管14の配列状態
を改めて示すもので、蓄熱材付伝熱管14は胴11の内
壁面に沿って置かれる断熱材1つと接し、かつ円周方向
に等間隔に配置されている。
さらに、第7図に示されるように蓄熱材付伝熱管14は
伝熱管21と、この伝熱管21の外側を覆う蓄熱材容器
22とから構成される。蓄熱材容器22内には蓄熱材2
3が封入されており、この蓄熱材23は固液の相変化の
潜熱を利用して蓄熱を行なう相変化蓄熱材である。太陽
光は蓄熱材容器22の外表面24から入射し、その一部
は蓄熱材23に蓄えられ、残りは伝熱管21の内表面2
5から内部を入口26から出口27に向かって・流れる
作動流体に伝達されるようになっている。
(発明が解決しようとする課題) ところで、このような受蓄熱器1に用いられている蓄熱
材付伝熱管14では太陽からの熱輻射を蓄熱材23に蓄
える時に太陽光の入射方向に向いている側、つまり正射
面側と、その反対側つまり反射面側との間で入熱の不均
一が生じている。
すなわち、開口部15を経て胴11内に入射した太陽光
は入射方向に面(た蓄熱材付伝熱管14の正射面側には
大量に投射されるが、反射面側には直接投射される太陽
光はなく、僅かに反射光のみが投射されるだけであり、
円周方向に入熱の著しい偏りが生じる。この入熱の偏り
に起因して蓄熱材23がどのような影響を受けるかを調
べた結果が第8図に示されている。ここで、第8図(a
)は太陽光入射開始時(蓄熱開始)における固液の分布
状態を、同(b)は太陽光入射終了時(蓄熱終了)にお
ける同じ分布状態をそれぞれ示している。図から明らか
なように正射面側の蓄熱材23は蓄熱開始と終了との間
で多くの部分が固相Xから液相yへと変化し、相変化蓄
熱材として有効に機能しているのに対し、反射面側の蓄
熱材23は同様な時間が経過しても固相Xのままであり
、有効に働くまでに至らない。このように蓄熱材23の
相変化が全周にわたらず局部に限られると、蓄熱材23
と接している伝熱管21と蓄熱材容器22には周期的に
大きな熱応力が発生する。すなわち、第9図には蓄熱材
23の第6図に示される正射面側の頂部Aから反射面側
の頂部Bにかけての平均温度の分布を調べた結果が示さ
れている。図に示されるように頂部Aにおける蓄熱材2
3には蓄熱開始から終了までの約90分間で約200℃
の温度上昇がみられ、これらが周期的に繰返される。
特に、蓄熱終了時に円周方向の温度勾配は約300℃に
も達する。この温度変化および円周方向の温度勾配によ
り蓄熱材容器22には繰返し大きな熱応力が発生し、こ
れが疲労となって蓄積され、短時間のうちに破損が生じ
て受蓄熱器1の働きが停止してしまう危険性がある。
したがって、本発明の目的は受蓄熱器の熱交換部要素部
品に生じる円周方向の温度勾配を最小に保持し、これら
の要素部品が過大な熱応力のために破損するのを防止す
るようにした受蓄熱器を提供することにある。
[発明の構成コ (課題を解決するための手段) 本発明による受蓄熱器は、−側に開口部を有する円筒形
の胴内に外側および内側の双方1.こついて環状に連続
させ、あるいは外側について螺線状に、また内側につい
て環状に連続させ、かつ互いの間を仕切って構成される
部屋を有する中空状の伝熱体を胴の軸心と略同心に設け
、伝熱体の外側の部屋は流体流路として、また内側の部
屋は蓄熱材の収納部としてそれぞれ適合させることを特
徴とするものである。
(作用) 本発明に係る中空状の伝熱体は環状あるいは螺線状に連
続させた流体流路を環状に連続させた蓄熱材の収納部と
して適合される部屋の外側に配置して構成されるもので
、リフレクタにて集光された太陽光が胴の開口部を経て
中空状の容器の内壁面にほぼ均等に入射するので、内壁
部分には円周方向の温度勾配が生じない。これにより、
受蓄熱器における熱交換部要素部品の損傷原因となる円
周方向の温度勾配によるところの過大な熱応力の発生が
防止される。
(実施例) 以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。
第1図において、従来と同様に密閉構造に形成される円
筒形の胴31は一側に開口部(第5図参照)を備えた構
造に形成される。この胴31内には共通の仕切り壁によ
って双方が互いに仕切られた形で隣り合う部屋を有する
伝熱体32が胴31の軸心と同心に設けられている。こ
の伝熱体32の外側に位置する部屋は円周方向に区画領
域が連続した構成で、作動流体が内部を流動する流体流
路33として適合される。一方、内側の部屋も同様、に
円周方向に区画領域が連なるように形成され、ここには
蓄熱材34が封入されている。なお、図中、符号35は
断熱材を示している。
次に、上記構成によるところの本実施例の作用を説明す
る。日射時、リフレクタ2によって集光された太陽光は
中空の伝熱体32の内壁面側に入射しており、熱輻射に
より伝熱体32内の蓄熱材34が固相から液相へと相変
化を遂げる。このとき、蓄熱材34が受は取る分量外の
入熱は、太陽光の入射している間、仕切り壁によって隔
てられた流体流路33を流れる作動流体に伝えられる。
この間、太陽光は中空の伝熱体32の内壁面にほぼ均等
に入射するので、当該内壁部分には円周方向の温度勾配
は発生しない。これにより、円周方向の温度勾配に起因
する過大な熱応力のために受蓄熱器の熱交換部要素部品
が損傷し、機能を果たし得なくなる等の不具合が生じる
のが防止される。
また、第2図は他の実施例を示すもので、上記実施例で
は流体流路33を構成する伝熱体32の外壁面は平滑な
面であり、流体流路33も周方向に変化を伴なわない均
一な断面を有するものであるが、本実施例では伝熱体3
6の外壁が凹凸を持った面として構成される。すなわち
、伝熱体36の外壁は表面側から伝熱体32内の仕切り
壁の外面にかけて陥没させた螺締溝37を有し、この螺
締溝37同士の間に流体流路38用の部屋が形成される
。第3図は螺締溝37が伝熱体36の長手方向に連続し
て形成される様子を示すもので、この結果伝熱体36の
流体流路38に適合される部屋は円周方向に連続した形
状を備えることになる。
本実施例の構成によれば、作動流体が流体流路38を通
過する際に熱伝達を一層促進することが可能である。
[発明の効果コ 以上説明したように本発明においては環状あるいは螺線
状に連続させた流体流路を環状に連続させた蓄熱材の収
納部として適合される部屋の外側に配置して構成される
中空状の伝熱体を胴の軸心と同心に設けているので、受
蓄熱器の熱交換部要素部品に生じる円周方向の温度勾配
をなくすことができ、これらの要素部品が過大な熱応力
のために損傷することがない。したがって、本発明によ
れば受蓄熱器の機能が長期にわたり安定に保たれるとい
う優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明による受蓄熱器の一実施例を示す断面図
、第2図は本発明の他の実施例を示す断面図、第3図は
本発明に係る伝熱体を示す正面図、第4図は宇宙軌道上
発電プラントの概略系統図、第5図は従来の受蓄熱器の
一例を示す斜視図、第6図は従来の受蓄熱器の要部を示
す断面図、第7図は従来の蓄熱材付伝熱管の一例を示す
断面図、第8図は従来技術による蓄熱材の相変化状態を
示す説明図、第9図は同蓄熱材の温度分布を示す線図で
ある。 31・・・・・・・・・胴 32.36・・・伝熱体 33.38・・・流体流路 34・・・・・・・・蓄熱材 35・・・・・・・・・断熱材 37・・・・・・・・・螺締溝

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 一側に開口部を有する円筒形の胴内に外側および内側の
    双方について環状に連続させ、あるいは外側について螺
    線状に、内側について環状に連続させ、かつ互いの間を
    仕切って構成される部屋を有する中空状の伝熱体を該胴
    の軸心と略同心に設け、前記伝熱体の外側に位置する部
    屋は流体流路として、また内側の部屋は蓄熱材の収納部
    としてそれぞれ適合させることを特徴とする受蓄熱器。
JP63201291A 1988-08-12 1988-08-12 受蓄熱器 Pending JPH0252953A (ja)

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JP63201291A JPH0252953A (ja) 1988-08-12 1988-08-12 受蓄熱器

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010143622A1 (ja) 2009-06-09 2010-12-16 三菱重工業株式会社 太陽熱受熱器
CN104373758A (zh) * 2014-10-31 2015-02-25 东南大学 一种用于跨季节蓄热技术的太阳能保温结构
CN104620967A (zh) * 2015-02-11 2015-05-20 东南大学 一种太阳能光伏蓄热式恒温生物反应器

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