JPS591948B2 - 蓄熱装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は蓄熱装置に関し、より詳細には蓄熱媒体の物理
的、又は化学的変化の際の発熱、又は吸熱を利用した蓄
熱装置に関する。

従来、蓄熱装置け、たとえば湯たんぽのように、蓄熱媒
体である水に熱エネルギーを与えて、これを利用したり
、或は熱容量の大きい低融点物質をあらかじめ冷却して
おいて、この顕熱を利用すること等が主として用いられ
ており、蓄熱密度が比較的小さく、蓄熱したエネルギー
を比較的長時間かげて他に伝達するものであった。

しかし近年のようにエネルギー価格が高騰した時代にお
いては、工場廃熱または太陽熱などのように、一時的に
大量に得られる余剰エネルギーを蓄熱しておいて必要な
ときに使うために、長時間安定に熱エネルギーを貯蔵し
、蓄熱密度を極力大きクシ、かつ迅速に熱エネルギーの
貯蔵と放出ができることを特色とする蓄熱装置を求める
社会的要望が強くなった。

そこで本発明は、かかる現状にかんがみなされたもので
あり、一時的に余剰になったエネルギーを蓄熱しておい
て、必要なときに使用することによって高価な熱エネル
ギー、又は電気エネルギーの使用を低減できると共に、
製作が容易、安価であり、かつ必要に応じて変形、組合
せも容易である等の特徴を有するものである。

すなわち本発明は蓄熱媒体が物理的、又は化学的変化を
する際に生ずる発熱、又は吸熱に着目してなされたもの
であり、蓄熱装置本体の内部に蓄熱エレメントを棚段状
に積層して設け、この蓄熱エレメントは複数の並列した
伝熱管と、この伝熱管に接触もしくは接続するように設
けられる全板状又は板状のフィンとから構成されており
、この全板状又は板状のフィンに化学的又は物理的変化
により発熱又は吸熱を行なう固体又は液体の蓄熱媒体を
接触させたものである。

以下、本発明の実施例を図面にもとづき説明する。

第１図は第１の実施例の一部切開斜視図であり、蓄熱装
置１は蓄熱装置本体２の内部に蓄熱エレメント３が棚段
状に積層して構成されている。

そして蓄熱エレメント３ば、それぞれが第２図の如く構
成されている。

この蓄熱エレメント３は、並列に設けたヘッダー４を複
数の伝熱管５が梯子状に連通し、この伝熱管５に全板状
フィン６が一体的に密に接触せしめられ、前記ヘッダー
４には熱媒体供給管７および熱媒体排出管８が設けであ
る。

第３図は第２図のＡ−Ａ矢視断面図であり、全板状フィ
ン６が波板状に成形され、伝熱管５上に密に載置されて
いる。

この伝熱管５と全板状フィン６との結合は、熱伝導を良
好にする必要があり、上記第３図の如く全板状フィン６
を伝熱管５上に密に載置する他、第４図の如く全板状フ
ィン６を伝熱管５にかしめて密着させたシ、又は第５図
に示す如く個々の伝熱管５の間に板状部材６Ａを溶接し
、最終的に全板状フィン６を形成せしめても良く、或は
第６図に示す如く、伝熱管５を全板状フィン６の上に位
置せしめ、接合部を溶接して伝熱管５を全板状フィン６
に固定しても良い。

そして上記の如く構成された全板状フィン６には蓄熱媒
体９、たとえば金属・・ロゲン化合物のアンミン錯体、
又はその分解物である金属・・ロゲン化物が積載されて
いる。

第７図は蓄熱装置本体２と蓄熱エレメント３との関係を
示す平面図であり、蓄熱装置本体２にはアンモニア供給
管１０およびアンモニア排出管１１が設けである。

このアンモニア供給管１０からは全板状フィン６に積載
された蓄熱媒体９、すなわち金属ハロゲン化物と反応し
てアンミン錯体を形成するアンモニアが供給され、又、
アンモニア排出管１１からはアンミン錯体から放出され
るアンモニアが排出される。

これらアンモニア供給管１０およびアンモニア排出管１
１は蓄熱装置本体２の容量、又は蓄熱エレメント３の個
数等に応じて任意の数を設けることができ、アンモニア
ガスを用いるときはアンモニア供給管１０を蓄熱装置本
体２の下半部に、アンモニア供給管１１を下半部に設け
られる。

液安を用いるときはアンモニア供給管１０が下半部に、
排出管１１が下半部に設けられる。

又、熱媒体供給管７および熱媒体排出管８は第７図ある
いは第１図に示す如く、蓄熱エレメント３ごとに個別に
蓄熱装置本体２の外に導いても良いし、任意数の蓄熱エ
レメントの単位でまとめた後に蓄熱装置本体２の外に取
り出しても良い。

本発明の第１の実施例で用いる蓄熱媒体９は化合物の分
解熱および生成熱を利用するものであって、上記に例示
した金属ハロゲン化物のアンミン錯体以外に、金属水酸
化物、金属水素化物、結晶水含有金属塩、金属炭酸塩、
金属ピロ硫酸塩が含まれる。

そして、アンミン錯体としては、たとえばＮａ１−ｎＮ
Ｈ３、ｃａｃｔ２ ・ｎＮＨ３，Ｆｅｃ／！、３ ｊｎ
ＮＨ３，Ｌｉｃｔ−ｎＮＨ３ｙＢａＢｒ２’ｎＮＨ３゜
ＭｎＣｌ２・ｎＮＨ３等、金属水酸化物としては、たと
えばＭｇ（ＯＨ）２ 、Ｃａ（ＯＨ）２等、金属水素化
物としては、たとえばＬａＮ ｉ５ Ｈ６ｙＭｇ ２
Ｎ ｉＨ４等、結晶水含有金属塩としてはたとえばＣａ
Ｃｔ２・２Ｈ２０５２Ｈ２Ｏ５・４Ｈ２０等、金属炭酸
塩としては、たとえばＣａＣＯ３２ＭｇＣＯ３等、金属
ピロ硫酸塩としては、たとえばＮａ２Ｓ２Ｏ７等がそれ
ぞれあげられ、これらの化合物は通常では液体、又は固
体である。

アンミン錯体は後述の如く、アンモニアの放出および付
加により金属ハロゲン化物との間に発生する熱量が利用
され、同様に金属水酸化物はたとえば、 Ｍｇ（ＯＨ） ２；ＭｇＯ＋Ｈ２０ 金属水素化物では、たとえば ＬａＮｉ５Ｈ６：ＬａＮｉ、＋３Ｈ２ 結晶水含有金属塩では、たとえば ＣｔａＣ１２・２Ｈ２Ｃ）’：２ＣａＣ１２＋２Ｈ２０
金属炭酸塩では、たとえば ＭｇＣＯ３−ＭｇＯ＋Ｃ０２ 金属ピロ硫酸塩では、たとえば Ｎａ２ Ｓ２０７ 、ｆｆ１Ｎａ２ｓｏ４＋ ＳＯ３の
反応で、それぞれ発生する熱量が利用される。

次に第８図は第２の実施例の一部切開斜視図であり、蓄
熱装置２１は蓄熱装置本体２２の内部に蓄熱媒体（図示
せず）を充填し、この蓄熱媒体の中に蓄熱エレメント２
３を棚段状に積層し、浸漬して構成されている。

第９図は第８図のＢ−Ｂ矢視断面図であり、蓄熱媒体２
９、たとえば結晶水含有金属塩の中に蓄熱エレメント２
３が浸漬している状態を示すものである。

そしてこの蓄熱エレメント２３は第１の実施例における
と同様に並列したヘッダー２４を連通ずる複数の伝熱管
２５に板状フィン２６を一体的に密に接触せしめて固定
しである。

そして板状フィン２６は たとえば前記第３図に示した
第１の実施例の全板状フィン６において、周囲のエツジ
部分Ａを欠いたものであり、板状フィン２６と伝熱管２
５との結合状態も第３〜第６図に示した第１の実施例の
場合と全く同様である。

又、蓄熱装置本体２２と蓄熱エレメント２３との関係も
前記第７図に示した第１の実施例と同様であるが、この
第２の実施例では、アンモニア供給管１０およびアンモ
ニア排出管１１は設ける必要はない。

かかる第２の実施例で使用する蓄熱媒体２９は化合物の
液体、固体間の相変化潜熱、又は化合物の状態変化に伴
う転移熱を利用するものであって、相変化潜熱を利用す
る蓄熱媒体としては ＣＨ３ＣＯＯＮａ ’ ３Ｈ，，０，Ｎａ２ｓｏ、’
１０Ｈ２０゜Ｂａ（ＯＨ）２・８Ｈ２０，Ｎａ２Ｓ２Ｏ
３・５Ｈ２０等の結晶水含有金属塩、ＮａＦ ２Ｍｇｃ
Ｚ２等の金属・・ロゲン化物、ＬｉＯＨ，ＮａＯＨ等の
金属水酸化物およびＢａＣＯ３，Ｎａ２ＣＯ３等の金属
炭酸塩等があげられ、転移熱を利用するものとしては、
Ｌｉ２ＳＯ４゜ＫＣ，４０４等のアルカリ金属塩、Ｃａ
Ｃ２等のアルカリ土類金属塩、およびＮａ２ＣＯ３，Ｂ
ａＣＯ３等の金属炭酸塩がそれぞれあげられる。

そして、これら相変化潜熱、又は転移熱利用化合物は単
一の化合物、或は混合物で用いても良く、更には相変化
潜熱利用化合物と転移熱利用化合物を混合して用いるこ
ともできる。

次に本発明に係る蓄熱装置の機能について説明する。

例えば工場廃熱の余剰エネルギーを１時蓄熱するために
本発明を適用する場合について考える。

まず、第１の実施例につき、第７図を参照して述べれば
、全板状フィン６には蓄熱媒体９として、たとえばＮａ
Ｉ・ｎＮＨ３を積載しである。

ＮａＩ とＮａＩ・ｎＮＨ３との間には次式の関係が
ある。

ＮａＩ 十ｎＮＨＮａ１−ｎＮＨ３＋△Ｈ（Ｉ）３ ← け）式において工場廃熱を熱源として反応を←方向に進
行させれば、熱エネルギー△Ｈが吸熱されてＮａＩ が
再生され、アンモニアガスが放出される。

この反応は通常、温度５０℃以上、圧力１〜３ （ｋｙ
／ｃｒＩＬ” ａ） において行われる。

これによって熱エネルギーを蓄えることができる。

すなわち、熱媒体供給管７から例えば温廃水を供給すれ
ば、吸熱反応により温廃水の顕熱が蓄熱される。

一方、アンモニア排出管１１からは離脱したアンモニア
が排出される。

次に蓄熱された熱エネルギーを利用する場合には、アン
モニア供給管１０からアンモニアガスを供給するとＮａ
Ｉ はアンモニアと反応して、上記（Ｉ）式の→方向に
反応が進行してアンミン錯体、ＮａＩ・ｎＮＨ３が形成
される。

この（Ｉ）式の反応は通常では温度３０〜６０°Ｃ１圧
力１−３ （ｋｙ／Ｃｒ１１２ａ ）の条件で円滑に行
なわれ、同時に多量の熱、△Ｈを発生する。

この熱エネルギーを熱源として利用する。

なお、過剰のアンモニアガスはアンモニア排出管１１か
ら排出される。

このようにアンミン錯体の形成による発熱が行なわれて
いる間に熱媒体供給管７から、例えば水を供給し、発熱
量△Ｈを回収すれば熱媒体排出管８から温熱水が得られ
る。

なお、一般に金属・・ロゲン化物のアンミン錯体は固体
または粘性液体であり、△Ｈの熱伝達係数は一般に低い
。

しかし、本発明においては伝熱管５に全板状フィン６が
一体的に密に接着固定、あるいは溶接しであるので、伝
熱面積が増大し、伝熱管５と蓄熱媒体９との間の伝熱が
迅速に行なわれる。

又、固体である金属・・ロゲン化物（蓄熱媒体）中への
アンモニアガスの拡散は極めておそいから、全板状フィ
ン６に積載される金属・・ロゲン化物の量は伝熱管５を
おおう程度とするのが好ましい。

次に第２の実施例の機能を第８図および第９図を参照し
て述べる。

蓄熱媒体、たとえばＣＨ３ＣＯＯＮａ・３Ｈ２０を蓄熱
装置本体２２の内部に充填する。

このＣＨ３ＣＯＯＮａ・３Ｈ２０は、相変化に伴なって
下記（ＩＯ式の如く潜熱を発生する。

ＣＨ３ＣＯＯＮａ・３Ｈ２０（液体）＝ ＣＨ３ＣＯＯＮａ・３Ｈ２０（固体）＋△Ｈ（ＩＩ）す
なわち、廃熱を利用してＣＨ３ＣＯＯＮａ・３Ｈ２０（
固体）を約５８℃以上に加熱すると←方向に相変化して
液体となる。

一方、融解したＣＨ３ＣＯＯＮａ・３Ｈ２０（液体）は
△Ｈを放出し、→方向に相変化して固体となる。

そして、熱媒体供給管２７から伝熱管２５に、例えば温
廃水、又は冷却水を供給することによってこのような可
逆的相変化を起すことができ、熱媒体排出管２８からは
冷却水、または温熱水が得られる。

このプロセスを利用して、熱エネルギーを一時的に蓄え
、又はとり出して利用することができる。

同様にして、たとえばＬｉ２ＳＯ４等を蓄熱媒体として
用い、その転移熱を利用することもできる。

この第２の実施例においても、蓄熱媒体が固体あるいは
粘性液体であるので、伝熱管２５との伝熱係数は一般に
低いが、板状フィンが前記の如く伝熱管２５にとりつげ
であるので熱媒体２９と伝熱管２５との伝熱が円滑に行
なわれる。

なお、前述した第１および第２の実施例において、たと
えば第１図および第８図に示したように、各蓄熱エレメ
ントの伝熱管がそれぞれ平行になるように蓄熱エレメン
トを積層する以外に、伝熱管がそれぞれ直交する如く蓄
熱ニレミントを積層しても良く、その場合には蓄熱装置
本体内に特別な蓄熱エレメントの支持部材なしに蓄熱エ
レメントを直接積み重ねても、蓄熱エレメントの間に蓄
熱媒体を積載し、かつアンモニアが流通するための空間
を確保できる。

かかる本発明の蓄熱装置によれば、蓄熱媒体として金属
−・ロゲン化物、金属−・ロゲン化物のアンミン錯体、
または結晶水含有金属塩などを用い、これら蓄熱媒体の
化学的、物理的変化に伴う発熱吸熱を利用しているので
、熱エネルギーを保持し続ける蓄熱時間が長く、工場廃
熱などの余剰エネルギーを一時蓄熱しておいて、必要な
時に利用することができ、かつ反応熱、および相変化潜
熱は、従来の単なる顕熱を利用した一時的保有の熱エネ
ルギー貯蔵方式と比較して単位重量当りの蓄熱密度が高
く、それによって蓄熱損失も小さく、高価なエネルギー
の削減をはかることができる。

又、伝熱管にはフィンが盆板状あるいは板状で、かつ伝
熱管に密に接着するように設けであるので、蓄熱媒体と
伝熱管との間の伝熱係数が高められ、蓄熱媒体からの熱
のとり出し、貯蔵を円滑に行うことができる。

更に、装置が単純であるので、製作、保守が容易であり
、製作に特別の熟練を必要とすることもなく、製作費を
安価にすることができ、かつ必要に応じて適宜糾合せる
ことも容易である。

かつ蓄熱媒体と蓄かエレメントは蓄熱装置本体の中で板
状に積層されており、蓄熱装置の中の死空間を最も小さ
くできるので、幾何学的にも、単位容積あたりの発熱、
吸熱量、すなわち蓄熱密度を高く保持することができる
。

更に又、本発明の装置は蓄熱エレメントが板状で、多数
積層されているので、蓄熱量に応じて、蓄熱装置本体中
の上方の蓄熱エレメントから順に蓄熱を行ない、熱をと
り出すときには、上方の蓄熱エレメントから順に熱をと
り出すことによって蓄熱装置を部分的に使用する温度成
層型蓄熱槽として使うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第７図は本発明の第１の実施例を示す図であっ
て、第１図はその一部切開斜視図、第２図はその蓄熱エ
レメントの平面図、第３図〜第６図は第２図のＡ −Ａ
矢視断面図で伝熱管と盆板状フィンとの取付は状態を示
す図、第７図は蓄熱装置本体と蓄熱エレメントとの取付
は状態を示す平面図、第８図および第９図は第２の実施
例を示す図であって、第８図はその一部切開斜視図、第
９図は第８図のＢ−Ｂ矢視断面図である。 １．２１・・・蓄熱装置、２，２２・・・蓄熱装置本体
、３．２３・・・蓄熱エレメント、５，２５・・・伝熱
管、６・・・盆板状フィン、９，２９・・・蓄熱媒体、
２６・・・板状フィン。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 蓄熱装置本体の内部に蓄熱エレメントを棚段状に積
   層して設け、該蓄熱エレメントは複数の並列した伝熱管
   と該伝熱管に接触もしくは接続するように設けられる全
   板状又は板状のフィンとから構成されており、該全板状
   又は板状のフィンに化学的又は物理的変化により発熱又
   は吸熱を行なう固体又は液体の蓄熱媒体を接触させたこ
   とを特徴とする蓄熱装置。 ２ 蓄熱媒体が化合物の分解熱および生成熱を利用する
   ものであって、該化合物が金属・・ロゲン化物のアンミ
   ン錯体、金属水酸化物、金属水素化物。 結晶水含有金属塩、金属炭酸塩および金属ピロ硫酸塩か
   らなる群から選ばれた一種の化合物である前記特許請求
   の範囲第１項記載の蓄熱装置。 ３ 蓄熱媒体が化合物の相変化潜熱、又は転移熱を利用
   するものであって、該化合物が結晶水含有金属塩、アル
   カリ金属塩、アルカリ土類金属塩、金属・・ロゲン化物
   、金属炭酸塩、金属水酸化物からなる群から選ばれた少
   くとも一種の化合物である前記特許請求の範囲第１項記
   載の蓄熱装置。