JPH11264682A - 潜熱を利用した蓄熱体 - Google Patents
潜熱を利用した蓄熱体Info
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- JPH11264682A JPH11264682A JP10068455A JP6845598A JPH11264682A JP H11264682 A JPH11264682 A JP H11264682A JP 10068455 A JP10068455 A JP 10068455A JP 6845598 A JP6845598 A JP 6845598A JP H11264682 A JPH11264682 A JP H11264682A
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-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
- F28D20/00—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00
- F28D20/02—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00 using latent heat
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
- F28F2265/00—Safety or protection arrangements; Arrangements for preventing malfunction
- F28F2265/14—Safety or protection arrangements; Arrangements for preventing malfunction for preventing damage by freezing, e.g. for accommodating volume expansion
-
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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- General Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 被加熱流体の定温加熱を実現する。
【解決手段】 蓄熱形熱交換器に使用される蓄熱体１で
あって、該蓄熱体１はケーシング内に多数の小径球状の
蓄熱ペブル３を収容してなり、該蓄熱ペブル３は使用温
度において、固体と液体との間で相変化する球状の相変
化物質１２の表面にセラミックをコーティング１１して
なり、該セラミックコーティング１１は内側がポーラス
な層１１ａであり、外側が緻密な層１１ｂである。
あって、該蓄熱体１はケーシング内に多数の小径球状の
蓄熱ペブル３を収容してなり、該蓄熱ペブル３は使用温
度において、固体と液体との間で相変化する球状の相変
化物質１２の表面にセラミックをコーティング１１して
なり、該セラミックコーティング１１は内側がポーラス
な層１１ａであり、外側が緻密な層１１ｂである。
Description
【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、加熱炉等の空気予熱器などとして使
用される蓄熱形熱交換器を構成する蓄熱体に係り、特に
蓄熱量の増加と定温加熱を実現するための融解潜熱を利
用した蓄熱体に関する。
交換器や、ボイラ、加熱炉等の空気予熱器などとして使
用される蓄熱形熱交換器を構成する蓄熱体に係り、特に
蓄熱量の増加と定温加熱を実現するための融解潜熱を利
用した蓄熱体に関する。
【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、伝熱面に自己洗浄作用があ
る、などの特色がある。
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、伝熱面に自己洗浄作用があ
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４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）。
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４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。
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４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、毛細管現象を利用して、ポーラスなセラ
ミックに溶融した塩を含浸させるので相変化物質（塩）
の含有量を大幅に増加することは不可能である。
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、毛細管現象を利用して、ポーラスなセラ
ミックに溶融した塩を含浸させるので相変化物質（塩）
の含有量を大幅に増加することは不可能である。
【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、溶融炭酸塩等の相変化物質を利
用して蓄熱量が大きく、定温加熱が可能な蓄熱形熱交換
器に使用される蓄熱体を提供することを目的とする。
鑑み案出されたもので、溶融炭酸塩等の相変化物質を利
用して蓄熱量が大きく、定温加熱が可能な蓄熱形熱交換
器に使用される蓄熱体を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の潜熱を利用した蓄熱体は、蓄熱形熱交換器
に使用される蓄熱体であって、該蓄熱体はケーシング内
に多数の小径球状の蓄熱ペブルを収容してなり、該蓄熱
ペブルは使用温度において、固体と液体との間で相変化
する球状の相変化物質の表面にセラミックの外殻をコー
ティングしてなり、該セラミック外殻は内側がポーラス
な層であり、外側が緻密な層であるものである。
め、本発明の潜熱を利用した蓄熱体は、蓄熱形熱交換器
に使用される蓄熱体であって、該蓄熱体はケーシング内
に多数の小径球状の蓄熱ペブルを収容してなり、該蓄熱
ペブルは使用温度において、固体と液体との間で相変化
する球状の相変化物質の表面にセラミックの外殻をコー
ティングしてなり、該セラミック外殻は内側がポーラス
な層であり、外側が緻密な層であるものである。
【０００８】次に本発明の作用を説明する。蓄熱ペブル
を収容したケーシング内に加熱流体を流す。蓄熱ペブル
は加熱されて昇温し、内部の相変化物質は溶融し、固相
から液相に相変化する。相変化している間は同一温度を
保ち、熱エネルギは潜熱として吸収される。相変化物質
が溶融するとき体積膨張するが、セラミック外殻の内側
の層がポーラスになっているので、膨張量はそこで吸収
され、内圧が過度に上昇することがなく、したがって、
セラミックの外殻が破壊するおそれがない。相変化が完
了すると再び蓄熱ペブルの温度が上昇し、加熱流体の温
度に達する。
を収容したケーシング内に加熱流体を流す。蓄熱ペブル
は加熱されて昇温し、内部の相変化物質は溶融し、固相
から液相に相変化する。相変化している間は同一温度を
保ち、熱エネルギは潜熱として吸収される。相変化物質
が溶融するとき体積膨張するが、セラミック外殻の内側
の層がポーラスになっているので、膨張量はそこで吸収
され、内圧が過度に上昇することがなく、したがって、
セラミックの外殻が破壊するおそれがない。相変化が完
了すると再び蓄熱ペブルの温度が上昇し、加熱流体の温
度に達する。
【０００９】次に流れを切替て蓄熱ペブルを収容したケ
ーシング内に被加熱流体を流す。蓄熱ペブルは放熱して
温度が低下し、内部の相変化物質は凝固し、液相から固
相に相変化する。相変化している間は同一温度を保ち、
相変化物質中に潜熱として貯えられた熱エネルギが放出
される。したがって、その間被加熱流体の出口温度は一
定に保たれる。
ーシング内に被加熱流体を流す。蓄熱ペブルは放熱して
温度が低下し、内部の相変化物質は凝固し、液相から固
相に相変化する。相変化している間は同一温度を保ち、
相変化物質中に潜熱として貯えられた熱エネルギが放出
される。したがって、その間被加熱流体の出口温度は一
定に保たれる。
【００１０】相変化物質の融点の付近で蓄熱と放熱を交
互に行うことにより、被加熱流体の定温加熱が可能にな
る。
互に行うことにより、被加熱流体の定温加熱が可能にな
る。
【００１１】
【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は本発明の蓄熱体
の断面図であり、図２は蓄熱ペブルの断面図である。図
１に示すように本発明の蓄熱体１は、ケーシング２内に
多数の小径球状のペブル３を収容したものである。ペブ
ル３は、ケーシング２の下部に金鋼４を架設し、その上
に流し込むだけでよい。ペブル３は、直径が３ｍｍ程度
が好ましく、構造は図２に示すようになっている。すな
わち、高温溶融塩などの相変化物質１２を小径の球に造
粒し、その表面に溶射やＣＶＤなどにより、セラミック
の外殻１１をコーティングする。高温溶融塩は、アルカ
リ金属の炭酸塩が好ましく、使用温度が７００〜８００
℃であるときは、融点が７２３℃のＬｉ2 ＣＯ3 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Ｋ2ＣＯ3 を使用するのがよ
い。セラミックの外殻１１の材質はアルミナ、窒化けい
素などがよい。セラミックの外殻１１は、内側がポーラ
スな層１１ａ、外側が緻密な層１１ｂになっており、ポ
ーラスな層１１ａにより、相変化物質１２が固層から液
相に相変化するとき生じる体積膨張を吸収し、外殻１１
内に過大な内圧の発生を防止している。５は被加熱流
体、５ａは加熱流体の流れである。
て、図面を参照しつつ説明する。図１は本発明の蓄熱体
の断面図であり、図２は蓄熱ペブルの断面図である。図
１に示すように本発明の蓄熱体１は、ケーシング２内に
多数の小径球状のペブル３を収容したものである。ペブ
ル３は、ケーシング２の下部に金鋼４を架設し、その上
に流し込むだけでよい。ペブル３は、直径が３ｍｍ程度
が好ましく、構造は図２に示すようになっている。すな
わち、高温溶融塩などの相変化物質１２を小径の球に造
粒し、その表面に溶射やＣＶＤなどにより、セラミック
の外殻１１をコーティングする。高温溶融塩は、アルカ
リ金属の炭酸塩が好ましく、使用温度が７００〜８００
℃であるときは、融点が７２３℃のＬｉ2 ＣＯ3 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Ｋ2ＣＯ3 を使用するのがよ
い。セラミックの外殻１１の材質はアルミナ、窒化けい
素などがよい。セラミックの外殻１１は、内側がポーラ
スな層１１ａ、外側が緻密な層１１ｂになっており、ポ
ーラスな層１１ａにより、相変化物質１２が固層から液
相に相変化するとき生じる体積膨張を吸収し、外殻１１
内に過大な内圧の発生を防止している。５は被加熱流
体、５ａは加熱流体の流れである。
【００１２】図３は、本発明の蓄熱体を使用した蓄熱形
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３において、６は蓄熱形熱交換器で
ある。蓄熱形交換機６は、図５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。
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３において、６は蓄熱形熱交換器で
ある。蓄熱形交換機６は、図５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。
【００１３】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を放熱に使用し、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。
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を放熱に使用し、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。
【００１４】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内に収容されるペブル３内の相変化物質
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１２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１２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
１２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るので蓄熱量が大きい。
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内に収容されるペブル３内の相変化物質
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１２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１２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
１２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るので蓄熱量が大きい。
【００１５】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。
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。
【００１６】次に本実施形態の作用を説明する。蓄熱ペ
ブル３を収容したケーシング２内に加熱流体５ａを流
す。蓄熱ペブル３は昇温し、内部の相変化物質は溶融
し、固相から液相に相変化する。相変化している間は同
一温度を保ち、熱エネルギは潜熱として吸収される。相
変化物質１２が溶融するとき、体積膨張するがセラミッ
クの外殻１１の内側の層１１ａがポーラスになっている
ので、膨張量はそこで吸収され、外殻１１内の圧力が過
度に上昇することがなく、したがって、セラミック外殻
１１が破壊するおそれがない。相変化が完了すると蓄熱
ペブル３の温度は再び上昇し、加熱流体５ａの温度に達
する。
ブル３を収容したケーシング２内に加熱流体５ａを流
す。蓄熱ペブル３は昇温し、内部の相変化物質は溶融
し、固相から液相に相変化する。相変化している間は同
一温度を保ち、熱エネルギは潜熱として吸収される。相
変化物質１２が溶融するとき、体積膨張するがセラミッ
クの外殻１１の内側の層１１ａがポーラスになっている
ので、膨張量はそこで吸収され、外殻１１内の圧力が過
度に上昇することがなく、したがって、セラミック外殻
１１が破壊するおそれがない。相変化が完了すると蓄熱
ペブル３の温度は再び上昇し、加熱流体５ａの温度に達
する。
【００１７】次に流れを切替て、蓄熱ペブル３を収容し
たケーシング２内に被加熱流体５を流す。蓄熱ペブル３
は放熱して温度が低下し、内部の相変化物質は凝固し、
液相から固相に相変化する。相変化している間は同一温
度を保ち、相変化物質１２中に潜熱として貯えられた熱
エネルギが放出される。したがって、被加熱流体５の出
口温度は一定に保たれる。相変化物質１２の融点の付近
で蓄熱と、放熱を交互に行うことにより、被加熱流体の
定温加熱が可能になる。
たケーシング２内に被加熱流体５を流す。蓄熱ペブル３
は放熱して温度が低下し、内部の相変化物質は凝固し、
液相から固相に相変化する。相変化している間は同一温
度を保ち、相変化物質１２中に潜熱として貯えられた熱
エネルギが放出される。したがって、被加熱流体５の出
口温度は一定に保たれる。相変化物質１２の融点の付近
で蓄熱と、放熱を交互に行うことにより、被加熱流体の
定温加熱が可能になる。
【００１８】本発明は、以上説明し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。例えば、本発明の蓄熱体を切換式
蓄熱形熱交換器に使用する例について説明したが、回転
式蓄熱形熱交換器に使用してもよいなどである。
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。例えば、本発明の蓄熱体を切換式
蓄熱形熱交換器に使用する例について説明したが、回転
式蓄熱形熱交換器に使用してもよいなどである。
【００１９】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の潜熱を利
用した蓄熱体は、使用温度で固体から液体に相変化する
相変化物質をセラミックの外殻に内蔵する多数の蓄熱ペ
ブルをケーシング内に収容してなるものであるから、次
のような優れた効果がある。 （１）相変化物質の潜熱を利用しているので、被加熱流
体の定温加熱が可能であるとともに、単位体積当りの蓄
熱量が大きいので、全体を小型にできる。 （２）熱容量を大きくしたい場合は、単にペブルの量を
多くすればよいので、大形の熱交換器にも容易に対応で
きる。
用した蓄熱体は、使用温度で固体から液体に相変化する
相変化物質をセラミックの外殻に内蔵する多数の蓄熱ペ
ブルをケーシング内に収容してなるものであるから、次
のような優れた効果がある。 （１）相変化物質の潜熱を利用しているので、被加熱流
体の定温加熱が可能であるとともに、単位体積当りの蓄
熱量が大きいので、全体を小型にできる。 （２）熱容量を大きくしたい場合は、単にペブルの量を
多くすればよいので、大形の熱交換器にも容易に対応で
きる。
【図１】本発明の蓄熱体の断面図である。
【図２】蓄熱ペブルの断面図である。
【図３】本発明の蓄熱体を使用した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。
熱炉に適用したときの系統図である。
【図４】従来の潜熱蓄熱セラミックペブルの断面図であ
る。
る。
【図５】本発明の蓄熱体を使用した蓄熱形熱交換器の断
面図である。
面図である。
１ 蓄熱体 ２ ケーシング ３ 蓄熱ペブル １１ セラミックの外殻 １２ 相変化物質
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉田 徹 神奈川県横浜市磯子区新中原町１番地 石 川島播磨重工業株式会社横浜エンジニアリ ングセンタ内 (72)発明者 森 和美 神奈川県横浜市磯子区新中原町１番地 石 川島播磨重工業株式会社横浜エンジニヤリ ングセンタ内
Claims (1)
- 【請求項１】 蓄熱形熱交換器に使用される蓄熱体であ
って、該蓄熱体はケーシング内に多数の小径球状の蓄熱
ペブルを収容してなり、該蓄熱ペブルは使用温度におい
て固体と液体との間で相変化する球状の相変化物質の表
面にセラミックの外殻をコーティングしてなり、該セラ
ミックの外殻は内側がポーラスな層であり、外側が緻密
な層であることを特徴とする潜熱を利用した蓄熱体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10068455A JPH11264682A (ja) | 1998-03-18 | 1998-03-18 | 潜熱を利用した蓄熱体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10068455A JPH11264682A (ja) | 1998-03-18 | 1998-03-18 | 潜熱を利用した蓄熱体 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11264682A true JPH11264682A (ja) | 1999-09-28 |
Family
ID=13374200
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10068455A Pending JPH11264682A (ja) | 1998-03-18 | 1998-03-18 | 潜熱を利用した蓄熱体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11264682A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101788239A (zh) * | 2010-03-04 | 2010-07-28 | 武汉理工大学 | 一种包裹相变材料的陶瓷蓄热球的制备方法 |
| WO2024203304A1 (ja) * | 2023-03-24 | 2024-10-03 | 国立大学法人北海道大学 | 反応熱利用システムおよび反応熱利用方法 |
-
1998
- 1998-03-18 JP JP10068455A patent/JPH11264682A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101788239A (zh) * | 2010-03-04 | 2010-07-28 | 武汉理工大学 | 一种包裹相变材料的陶瓷蓄热球的制备方法 |
| WO2024203304A1 (ja) * | 2023-03-24 | 2024-10-03 | 国立大学法人北海道大学 | 反応熱利用システムおよび反応熱利用方法 |
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