JPH0449037B2 - - Google Patents

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JPH0449037B2
JPH0449037B2 JP59052971A JP5297184A JPH0449037B2 JP H0449037 B2 JPH0449037 B2 JP H0449037B2 JP 59052971 A JP59052971 A JP 59052971A JP 5297184 A JP5297184 A JP 5297184A JP H0449037 B2 JPH0449037 B2 JP H0449037B2
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JP
Japan
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shell
spherical
heat
expansion
heating medium
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JP59052971A
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JPS60196596A (ja
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Tadashi Matsunaga
Shigeo Hijikata
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Mitsubishi Corp
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Mitsubishi Corp
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Publication of JPH0449037B2 publication Critical patent/JPH0449037B2/ja
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    • 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
    • F28D20/023Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00 using latent heat the latent heat storage material being enclosed in granular particles or dispersed in a porous, fibrous or cellular structure
    • 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

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Thermotherapy And Cooling Therapy Devices (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は球状蓄熱体に関する。
周知の通り、一定温度で起きる物質の融解、凝
固の相変化現象に基く潜熱は一般的に大きく、コ
ンパクトに蓄熱できる利点を有するので、この潜
熱を利用する蓄熱方法又は装置が各分野で実用さ
れている。そして、これら方法又は装置に於いて
は、通常シエルと、シエル内に充填されていて、
融解、凝固の相変化に伴ない潜熱を蓄熱し、放熱
する為の熱媒体より成る蓄熱体が用いられる。
以前に於いては固いシエル内に熱媒体を満たし
て収容していた。この場合には、正味の熱媒体の
量を大とできるものの、使用上の温度により熱媒
体が体積膨張した時にシエルが破損してしまうの
で、熱媒体を充填する時は、以後の使用に於いて
体積膨張する最大の膨張を見込んで、その分だけ
空間を残して熱媒体を充填していた。例えば特公
昭56−16876号公報や、実公昭57−52551号公報に
示されている。これらの従来技術によれば、熱媒
体の凝固時体積膨張によるシエルの破損がない。
所がその空間だけ正味の熱媒体の量が少なくなり
必要な蓄熱又は放熱量を確保する上で障害とな
る。
本発明は上述の点に鑑み成されたもので、その
目的とする所は、球状シエル内に充填する熱媒
体の量を可及的大とすることができるのみなら
ず、熱媒体の凝固時体積膨張によるシエルの破損
がない球状蓄熱体を提供するにあり、特に放
熱、蓄熱の繰り返しにもかかわらず、そして熱媒
体凝固時の体積膨張に伴なう球状シエルの膨張の
みならず、熱媒体液相時の体積収縮に伴なつて球
状シエルが現状に収縮可能であり、而も、常時球
状シエルの球形状を保形できる手段を提供するに
ある。
上記目的を達成する為に本発明は球状のシエル
と、この球状のシエル内に充填される融解、凝固
の相変化時に潜熱を蓄熱し、放熱する熱媒体より
成り、而もこの熱媒体は液相から固相へ変化した
時に、その体積が膨張する性質を有し、上記熱媒
体の液相時には上記球状のシエル内に空間が残る
ように設定された球状蓄熱体に於いて; 上記熱媒体が液相時に残る上記球状シエル内の
空間の容積は、上記熱媒体が液相から固相へ変化
した時の熱媒体の体積膨張量の全てを吸収できる
ように定められていず、体積膨張量の一部のみを
吸収する大きさに定められていると共に、上記体
積膨張量全部の内の残りの体積膨張量を上記球状
のシエルの同心円的な膨張によつて吸収できるよ
うに上記シエルを上記熱媒体の体積膨張に応じて
同心円的に膨らみ得る材質によつて形成し、而も
球状シエルの同心円的な膨らみの範囲は、球状シ
エルの材質の弾性限界内に設定されている事を特
徴とする球状蓄熱体としたものである。
次に本発明の実施例を詳述する。
第1図は熱媒体が液相状態の時の球状蓄熱体の
一つの例を示した縦断側面図、第2図は熱媒体が
液相から固相に変化して体積膨張した時の球状蓄
熱体の一つの例を示した縦断側面図であり、図に
於いて1は球状蓄熱体、2は球状のシエル、3は
シエル内に充填される熱媒体を示している。上記
熱媒体3は、周知の通り、温熱を対象とする場合
には固相状態で顕熱として熱を蓄積し、次に固相
から液相に変わる時に、融解の潜熱として多量の
熱を蓄積し、完全に液相に変化すると、更に顕熱
として熱を蓄積し、更に高温の液相状態から凝固
温度までは通常に顕熱を放出し、凝固温度に於い
ては、先に融解の潜熱として蓄積した熱を、固化
の潜熱として放出し、又冷熱を対象とする場合に
は、一定温度で液相から固相に変わる時に固化の
潜熱として蓄積し、固相から液相に変わる時に、
融解の潜熱として放出するものであり、液相から
固相へ変化した時に体積膨張するものであり、例
えば次のようなものがある。
即ち、従来公知の 塩化マグネシウム(MgCl2).塩化ナトリウム
(NaCl).苛性ソーダ(NaOH).塩化カルシウ
ム6水塩(CaCl2・6H2O).炭酸ナトリウム10水
塩(Na2CO3・10H2O)等の水溶液である。
これらの熱媒体は、液相時の温度変化による体
積変化は僅かであるが、凝固時に相当体積膨張す
る。その体積膨張は周知の通り熱媒体の種類によ
つて異なるが、通常液相等の体積の5%〜8%程
度膨張する。
そして従来は、熱媒体3が液相の時にシエル2
内に空間4が残るように設定するに当り、その空
間の大きさの設定を、熱媒体が凝固した時の体積
膨張量をそつくり吸収できる程度に設定してい
た。従つてシエル2自体の大きさは常時不変であ
つた。例えば、熱媒体が凝固した時に、液体の時
の体積の1.08倍、即ち8%相当の空間を予め設定
していた。
そこで上記目的を達成する為に本発明は、熱媒
体の凝固による体積膨張時の膨張量の全部を上記
空間4で吸収することなく、その体積膨張量の一
部のみを吸収できるように空間4の容積に定め、
而も上記空間4とシエル2の同心円的な膨張の双
方によつて吸収するように定めたものである。
例えば、熱媒体3が凝固した時に、液体の時の
体積の1.08倍、即ち8%膨張したとすると、空間
4で5.5%、シエル2の膨張で2.5%その膨張量を
吸収するように空間4の大きさを定めるものであ
る。換言すれば、熱媒体3を、中空成形法、真空
成形法等で加工した球状シエル2内に注入等によ
り充填する際は、当然のように熱媒体3は液体で
あるが、その液体の熱媒体3を充填する際に、空
間4として上記の例では5.5%相当を残して充填
するものである。
そして球状シエル2自体は凝固熱媒体の膨張時
の内圧によつて、熱媒体の膨張に応じて膨張する
のみならず、熱媒体が液相に変化した時には当初
の空間を残して自然に原状に復するように構成す
る。即ちシエル2の同心円的な膨張の範囲はシエ
ル2の材質の弾性限界内にとどめる。これによつ
て、繰り返しの膨張、収縮に係わらず、球状蓄熱
体の球形が常時保たれ、且つ球状シエルの特定部
分に集中応力が残ることがなく、破壊が防止され
る。
材質としては、膨張、収縮性に富むものがよく
軟化点90℃以上の合成樹脂、中でも他の耐力性、
耐熱性、加工性をも考慮するとポリプロピレン、
高密度ポリエチレンが好適である。
次に1つの例を示す。
熱媒体3として、塩化カリウム水溶液を主液と
し、他に過冷却防止剤として炭酸カルシウム、結
晶加速剤としてヨウ化銀、相分離防止剤としてポ
リアクリル酸ソーダを添加して成るものを用い
た。この場合、凝固温度に於ける凝固時、体積膨
張は、液体時の1.08倍、即ち8%膨張することが
確認された。
他方シエル2は、高密度ポリエチレン製であ
り、外径65mm、厚さ1.2mmのものを用いた。そし
て上記熱媒体3の膨張量8%を空間4で5.5%、
シエルの膨張によつて2.5%吸収させることがで
きた。
即ち、熱媒体3の液相時は; 球状シエル2の内容積(cm3)をA、球状シエル
の内径の半径(cm)をr、熱媒体3の体積(cm3
をV、空間4の容積(cm3)をSとすると、 A=4/3πr3=4/3×3.14 ×(6.5−0.12×2)3/2≒128.44cm3 であり、且つ A=S+Vであり、 V=121.74cm3、S=6.69cm3とした。
即ち、熱媒体3を121.74cm3充填し、空間を6.69
cm3残した。
他方熱媒体3の凝固時は; 膨張時の球状シエル2の内容積(cm3)をA′、
膨張時の熱媒体3の体積(cm3)をV′とすると、 V′=131.48cm3となつた。
更に、 A′=V′故にA′≒131.48cm3であり、 且つ、S=0であつた。
従つて、シエル2の半径の延び(cm)をΔRと
すると、 ΔR=0.024cmであり、 シエルによつて、熱媒体の体積膨張の2.5%相
当分、2.95cm3吸収され、空間4によつて5.5%相
当分、6.69cm3吸収された。
換言すれば、熱媒体の体積膨張量はV′−Vに
よつて求められるからこれを解くと9.74cm3であ
り、上記シエルによる吸収分2.95cm3はその内の
30.3%に相当し空間による吸収分はその内の69.7
%に相当した。
この例の場合のシエルの材料破壊の有無につい
て検討した。
一般に薄肉球殻に於ける膜応力の計算は、 P=ΔR×2×E×t/R2×(1−ym) σ=P.r/2t 但し、 P:内部圧力Kg/cm2 ΔR:上述したように半径の延びcm r:上述したように球の内径の半径cm E:縦弾性係数Kg/cm2 ym:ポアソン比 σ:膜応力Kg/cm2 で求められる。
従つて、この上記の具体例について求めると、
E=0.56〜1.05×104Kg/cm2 ym=0.4であるから、 E;0.56×104Kg/cm2の場合 P=0.024×2×0.56×104×0.12/(3.13)2×(1−0
.4)=5.49Kg/cm2 σ=5.49×3.13/2×0.12=71.60Kg/cm2 E;1.05×104Kg/cm2の場合 P=0.024×2×1.05×104×0.12(3.13)2×(1−
0.4)=10.29Kg/cm2 σ=10.29×3.13/2×0.12=134.20Kg/cm2 他方、高密度ポリエチレンの引張り強さは245
〜385Kg/cm2であるから、 安全率fとすると、 f=245/71.60=3.42倍 f=385/134.20=2.87倍 であつた。
而も高密度ポリエチレンの弾性域内であつて、
熱媒体の体積膨張時シエルは膨張するのみなら
ず、液相時に元に復元する。
上記のように、熱媒体の体積膨張量の一部のみ
を吸収できるように球状シエル内の空間の容積を
定めたので、熱媒体を可及的多量に球状シエル中
に収容でき、蓄・放熱量を従来より多く確保で
き、同時に熱媒体の体積膨張量の全部の内の残り
を球状シエルの同心円的な膨らみによつて吸収で
きるから、球状シエルの破壊がない。即ち繰り返
し使用に於ける膨張、収縮にもかかわらず破損し
ない。
又、上述のように球状シエルの膨張後、熱媒体
が液相になつた時は球状シエルは原状に復する。
何故ならば球状シエルの材質の弾性限界内で膨
張、収縮するように定められているからである。
故に球状シエルは常時球形を保つ。
仮に、膨張、収縮しないと、局部に膨張力が集
中し、球形の状態が変形し易く、変形部分に集中
応力が残り、該部分で破壊を生じ易くなるが、こ
の点がないものである。
更に球形のものを密に集合させると、球状蓄熱
体群の間に一定の率の間隙が生じ、その間隙中を
熱交換されるべき流体が通過するものであるが、
上述のように部分的に変形すると球状蓄熱体同志
の間隙が小になり、流路抵抗が大となる。そうす
ると熱交換効率が低下するが、そのおそれもな
い。
以上詳述した如くこの発明によれば液相から固
相時への相変化時熱媒体の体積膨張を空間のみな
らずシエルの同心円的な膨張により吸収できるの
で次の効果がある。
熱媒体の液相から固相への体積膨張時破損し
ない。液相時に於ける残存空間が大きくない。
何故ならばシエルの膨張によつて吸収できるよう
にしたので、空間は予め可及的に小に定められて
いるからである。従つて熱媒体を可及的多く収容
できる。
特に球状シエルは膨張のみならず、原状に収
縮する。即ち選択された材質の弾性限界内に於い
て膨張、収縮するように定めてあるからである。
故に繰り返しの膨張、収縮に係わらず、球状蓄熱
体の球形態様は常時保形される。従つて球状シエ
ルの特定部分に集中応力が残ることがなく、破壊
のおそれがない。
加えて同じように球状蓄熱体は常時球形を保
形するから、球状蓄熱体群の間の間隙が小さくな
るおそれもなく熱交換されるべき流体の抵抗も特
に大にならない。従つて熱交換効率の低下のおそ
れもない。
等実用上各種の利点を呈するものである
【図面の簡単な説明】
添付図面は本発明の実施例を示し、第1図は熱
媒が溶相時に於ける球状蓄熱体の断面図、第2図
は熱媒体が凝固時に於ける球状蓄熱体の断面図で
あり、図中1は球状蓄熱体、2はシエル、3は熱
媒体、4は空間である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 球状シエルと、この球状のシエル内に充填さ
    れる融解、凝固の相変化時に潜熱を蓄熱し、放熱
    する熱媒体より成り、而もこの熱媒体は液相から
    固相へ変化した時に、その体積が膨張する性質を
    有し、上記熱媒体の液相時には上記球状のシエル
    内に空間が残るように設定された球状蓄熱体に於
    いて; 上記熱媒体が液相時に残る上記球状シエル内の
    空間の容積は、上記熱媒体が液相から固相へ変化
    した時の熱媒体の体積膨張量の全てを吸収できる
    ように定められていず、体積膨張量の一部のみを
    吸収する大きさに定められていると共に、上記体
    積膨張量全部の内の残りの体積膨張量を上記球状
    のシエルの同心円的な膨張によつて吸収できるよ
    うに上記シエルを上記熱媒体の体積膨張に応じて
    同心円的に膨らむ材質によつて形成し、而も球状
    シエルの同心円的な膨らみの範囲は、球状シエル
    の材質の弾性限界内に設定されている事を特徴と
    する球状蓄熱体。 2 上記シエルは軟化点90℃以上のプラスチツク
    素材であることを特徴とする請求項第1項記載の
    球状蓄熱体。 3 上記シエルはポリプロピレンにより形成され
    ていることを特徴とする請求項第2項記載の球状
    蓄熱体。 4 上記シエルは高密度ポリエチレンより形成さ
    れていることを特徴とする請求項第2項記載の球
    状蓄熱体。
JP59052971A 1984-03-19 1984-03-19 球状蓄熱体 Granted JPS60196596A (ja)

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JPS60196596A JPS60196596A (ja) 1985-10-05
JPH0449037B2 true JPH0449037B2 (ja) 1992-08-10

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