准胶囊熔融盐蓄热材料的制作方法

准胶囊熔融盐蓄热材料的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种耐于高温的准胶囊熔融盐蓄热材料。本发明的准胶囊熔融盐蓄热材料主要由SiC蜂窝单元和所述胶囊及所述流道中所具备的熔融盐构成，所述SiC蜂窝单元通过具有由细孔构成的胶囊的隔壁形成有流道。使用SiC蜂窝的准胶囊熔融盐蓄热材料使用具有1200℃的耐热性及耐蚀性的SiC，因此通过改变熔融盐的种类，还能够在高温下使用，其中，所述熔融盐包含共融混合物。
【专利说明】
准胶囊熔融盐蓄热材料
技术领域
[0001] 本发明涉及一种蓄热技术及蓄热材料。
[0002] 本专利的目的在于强调具有以下优点，并将这些优点作为专利内容：当为在 SiC蜂窝中以70%的重量混合比混合熔融盐或其共融混合物（PCM)而制作的PCM+30% P-SCH(SiC-honeycomb produced by IBIDEN ;IBIDEN 制造 SiC 蜂窝）复合材料时，PCM 通 过浸渍并浸透而被均质封入于SCH孔室孔和多孔质孔室隔壁内，能够看作是准胶囊化熔融 盐，熔融PCM的自然对流得到抑制，且如后述的"补充"所记载，表示PCM+P-SCH复合材料的 传热能够以复合材料的测定导热率加上基于自然对流的增加量的实际导热率来表达，若将 该准胶囊熔融盐用于太阳热发电设备和工场的排热用蓄热器，则能够设计并制作出能够在 已确定的时间内进行所需蓄热量和散热量的蓄热和散热的蓄热器，还节省蓄热材料的浪费 等。在准胶囊熔融盐的制作中使用的P-SCH定义为能够通过使PCM均质地浸渍并浸透于 SCH的孔室孔和多孔质孔室隔壁内而将PCM准胶囊化的材料。由此，熔融PCM的自然对流得 到抑制，且可以以复合材料的测定导热率加上基于自然对流的增加量的实际导热率给出复 合材料的传热，并且具有在进行模拟试验时复合材料能够作为均质介质来进行处理，且使 蓄热器的设计也变轻松的特性。SiC在成为1150Γ为止耐热及耐蚀性优异，因此通过使用 不同熔点的硝酸盐，还能够制作出高温用蓄热材料。
【背景技术】
[0003] 太阳热的利用从家庭用热水器至具有110万kW的核电厂输出的太阳热发电设备 涉及许多方面，但缺点是太阳热源在夜间和天气异常时太阳热照射量会下降或消失，无法 得到目标输出。蓄热器就是为了消除该缺点并维持规定的输出而开发的。
[0004] 将太阳热、工场的排热等蓄热而加以利用的技术中有各种观点。利用物质的相变 化来蓄热的技术中，伴随相变化的潜热较大，且可以积蓄较大的热量，因此备受瞩目（将相 变化物质命名为Phase Change Material (PCM))。蓄热器需要由在所需的温度区域中蓄热 密度较大且将热量稳定地蓄热和散热的材料构成。满足该目的的材料之一为相变化时的潜 热较大的熔融盐，但熔融盐的导热率较小，因此以加大导热率为目的，尝试了将金属制的散 热器和膨胀黑铅等与熔融盐进行组合或混合，很多文献中对该技术作了介绍（非专利文献 1 ~5) 〇
[0005] 非专利文献
[0006] 非专利文献 1 :Francis Agyenim，Neil Hewitt, Philip Eames，Mervyn Smyth, "A review of materials, heat transfer and phase change problem formulation for latent heat thermal energy storage systems (LHTESS) "，Renewable and Sustainable Energy Reviews 14(2010)615-628
[0007] 非专利文献 2 :Antoni Gil，Marc Medrano,Ingrid Martorell，Ana La ' zaro,Pablo Dolado, Bele ' n Zalba, Luisa F.Cabeza, αState of the art on high temperature thermal energy storage for power generation. Part 1 - Concepts, materials and modellization", Renewable and Sustainable Energy Reviews 14(2010)31-55
[0008] 非专利文献3 :Marc Medrano, Antoni Gil, Ingrid Martorell, Xavi Potau, Luisa F.Cabeza, "State of the art on high-temperature thermal energy storage for power generation. Part2-Case studies", Renewable and Sustainable Energy Reviews 14(2010)56-72
[0009] 非专利文献 4 :Zoubir Acem, J6r0nie Lopez, Elena Palomo DelBarrio, "KN03/ NaN03_Graphite materials for thermal energy storage at high temperature:Part I.-Elaboration methods and thermal properties"，Applied Thermal Engineering 30(2010)1580-1585
[0010] 非专利文献 5: JerSme Lopez, Zoubir Acem, Elena Palomo Del Barrio, "KN03/NaN03_Graphite materials for thermal energy storage at high temperature:Part II.-Phase transition properties"，Applied Thermal Engineering 30(2010) 1586-1593.
[0011] 在现有技术中，使用膨胀黑铅的传热控制材料中膨胀黑铅的比重较小，且在 1000kW规模的蓄热器中长时间使用时，因比重之差而有可能引起与熔融盐的分离，并且当 暴露于550°C以上的高温时，有可能与熔融盐引起化学反应。
[0012] 为了解决上述课题，本发明提供一种耐于高温的准胶囊熔融盐蓄热材料。
[0013] 用于解决上述课题的本发明的解决手段为如下准胶囊熔融盐蓄热材料。

【发明内容】

[0014] 一种准胶囊熔融盐蓄热材料，其通过使上述熔融盐浸透并浸渍于多孔质且由多个 孔室构成的SiC蜂窝单元而制作。
[0015] 发明效果
[0016] 本发明的准胶囊熔融盐蓄热材料使用SiC蜂窝单元。SiC蜂窝单元具有以下特征： 具有1200°C的耐热性及耐蚀性，且通过改变熔融盐（包含共融混合物）的种类，还能够在高 温下使用。由于SiC蜂窝单元为结构材料，因此关于被封入于孔室内或多孔质孔室隔壁内 的熔融盐，只要SiC蜂窝单元无间隙地填充蓄热器内，即使熔融盐熔融，熔融盐也会被封入 于蜂窝结构内。并且，准胶囊熔融盐
[0017] (1)抑制熔融的熔融盐在蓄热器内的对流，
[0018] (2)可以以主要由SiC蜂窝和熔融盐构成的复合材料的测定导热率+ α (基于自然 对流的增加量）=实际导热率给出蓄热材料的热导率，因此
[0019] (3)在设计蓄热器时，使用Fluent (Ansys Inc.的注册商标）等模拟试验软件，能 够将传热材料所通过的管道之间的距离作为参数来轻松地预测并改变蓄热和散热时间等，
[0020] (4)即使在高温下与熔融盐的反应性也较小，因此将熔融盐直接作为传热材料而 使用时也能够使用。
【附图说明】
[0021] 图1是填充于容器之前的SiC蜂窝（SCH)的形状；是因改变与PCM的混合比而形 状变得不同的SCH结合体的外观图，图1 (a)是SCH相对于PCM的混合比为30%的情况，图 1 (b)是混合比为20%的情况，图1 (c)是混合比为10%的情况。
[0022] 图2表示构成SCH结合体的SCH单元的一例，图2 (a)是外观图，图2 (b)是图（a) 的A部放大图。
[0023] 图3是为了对由PCM与SCH的产品（P-SCH)构成的PCM+P-SCH复合体的传热机构 进行调查而使用的蓄热单元（Thermal Energy Storage Unit(TESU))容器（罐）的尺寸图， 图3 (a)是纵剖视图，图3 (b)是图3 (a)的A-A剖视图。
[0024] 图4是表示PCM+SCH复合材料的结构的由扫描电子显微镜法（SEM)得到的照片， 图4 (a)是再熔融后的混合物的侧视图，图4 (b)表示SiC蜂窝的壁，图4 (c)表示PCM+P-SCH 复合材料的壁侧面。
[0025] 图5是表示填充于蓄热容器的PCM+P-SCH复合蓄热材料的照片，左上侧为 PCM+10% P-SCH复合材料，右上侧为PCM+20% P-SCH复合材料，下侧为PCM+30% P-SCH复 合材料。
[0026] 图6是由用于使作为热源的维持为一定温度的油供给并循环至用Swagelok公司 制造的气密封连接器纵式连结并组合的3个蓄热单元的油（oil)循环系统、连接于蓄热单 元的热电偶、以及用于数据收集的机器类构成的实验装置的框图，其中，为了调查P-SCH混 合比对PCM+P-SCH的传热机构的影响，将混合比为10 %、20 %、30 %的蓄热单元从下依次标 注号码 No. 1、No. 2、No. 3。
[0027] 图7(a)是蓄热单元（TESU)的概略图，图7(b)是表示为了测定温度随时间的变化 而插入到TESU内的热电偶的位置的图。
[0028] 注；记号说明：最初的P是指SCH的产品，仅使用PCM时表示为S，下一个号码1、2、 3表示是P-SCH相对于PCM的混合比为10%、20%、30 %的蓄热单元，下一个号码是在1个 蓄热单元内的从下朝上附加的号码1、2、3,表示底部、中间部、顶部的位置，最右侧的号码表 示底部、中间部、顶部的位置，1表示容器（罐）壁附近，2表示中点，3表示油（oil)管壁附 近的位置，例如P321表示是使用SCH产品且在P-SCH混合于30% PCM的蓄热单元的中间部 位置上设置的罐壁附近的热电偶。
[0029] 图8表示P-SCH混合比不同的3个TESU在各中间位置处的温度随时间的变化。 其示出P-SCH的混合比对温度随时间的变化带来的影响。图8(a)表示靠近油管的位置处 的值，图8 (b)表示靠近罐壁的位置处的值。注；针对任一 TESU的纵向位置，使用底部、中间 部、顶部，针对这些点的半径方向，则以油管附近、中点、罐壁附近来表达。
[0030] 图9是表示填充有PCM+10 % P-SCH和30 % P-SCH的各TESU在顶部位置、中间 位置、底部位置的罐壁附近位置处的温度随时间的变化的曲线图，图9(a)表示PCM+10% P-SCH的情况，图9 (b)表示PCM+30% P-SCH的情况。
[0031] 图10是表示30% P-SCHTESU在顶部位置、中间位置、底部位置处的温度随时间的 变化的曲线图，图10(a)表示罐壁附近位置处的值，图10(b)表示传热材料即油所流过的油 管附近位置处的值。
[0032] 图11是表示在PCM中分别混合并填充有10% P-SCH、20% P-SCH、30% P-SCH的 TESU的散热过程中的各TESU中间位置处的温度随时间的变化的曲线图，图11 (a)表示油管 附近位置处的值，图11(b)表示罐壁附近位置处的值。
[0033] 图12是表示分别填充有PCM+10 % P-SCH和PCM+30 % P-SCH的各TESU的罐壁附 近位置处的温度随时间的变化的曲线图，图12(a)表示PCM+10% P-SCH的情况，图12(b)表 示 PCM+30% P-SCH 的情况。
[0034] 图13是表示填充有PCM+30% P-SCH复合材料的TESU的顶部位置的油管附近位 置及罐壁附近位置处的、蓄热和散热过程中油的流量对温度变化带来的影响的曲线图，图 13(al)表示蓄热过程中的顶部位置的油管附近位置的值，图13(a2)表示蓄热过程中的罐 壁附近位置处的值，图13 (bl)表示散热过程中的顶部且油管附近位置的值，图13 (b2)表示 散热过程中的罐壁附近位置处的值。
[0035] 图13是表示包含PCM+30%P-SCH复合材料的TESU的顶部位置的油管附近的位置 及罐壁附近的位置处的、蓄热和散热过程中油的流速对温度变化带来的影响的曲线图，图 13(a)表示蓄热过程，图13(b)表示散热过程，（1)表示顶部且油管附近位置的值，（2)表示 罐壁附近位置处的值。
[0036] 图14是表示在蓄热过程中仅填充有PCM的TESU内部的温度随时间的变化的曲线 图，图14(a)表示罐壁附近位置处的值，图14(b)表示油管附近位置的值。
[0037] 图15是表示PCM为液体状态时的、底部、中间部、顶部的半径方向的温度梯度的曲 线图，图15 (a)表示仅填充PCM时的值，图15 (b)表示PCM+30% P-SCH复合材料时的值。
[0038] 图16是表示用于模拟试验的TESU的物理模型的示意图。
[0039] 图17是作为PCM+30% P-SCH复合材料的导热率利用测定值的3WAmK)时的、蓄热 过程的模拟试验（实线）与实验结果（实线和标绘）的比较曲线图，图17(a)表示罐壁附 近位置处的值，图17(b)表示中点位置处的值，图17(c)表示油管附近位置处的值。
[0040] 图18是作为PCM+30% P-SCH复合材料的导热率利用测定值的3WAmK)的、散热过 程的模拟试验（实线）与实验结果（实线和标绘）的比较曲线图，图18(a)表示罐壁附近 位置处的值，图18(b)表示中点位置处的值，图18(c)表示油管附近位置处的值。
[0041] 图19是通过蓄热过程的模拟试验得到的PCM+30% P-SCH的二维温度分布的曲线 图，图中左侧为表示固体状态的值，中央为表示湿稠混合状态的值，右侧为表示液体状态的 值。
[0042] 图20是通过散热过程的模拟试验得到的PCM+30% P-SCH的二维温度分布的曲线 图，图中左侧为表示固体状态的值，中央为表示湿稠混合状态的值，右侧为表示液体状态的 值。
[0043] 图中：l_SiC蜂窝结合体，2-SiC蜂窝单元，3-孔室结构，3a_多孔质孔室隔壁， 3b-孔室孔，5-罐（容器），10-油循环系统，30-PCM+30 % P-SCH复合材料，31-绝热材料， 32-轴。
【具体实施方式】
[0044] <略语的定义>
[0045] 本说明书中使用的略语的定义如下。
[0046] DTA =差热分析
[0047] DSC =差示扫描量热法
[0048] HTF =向蓄热材料传递热量的传热流体
[0049] PCM =相变化物质
[0050] P_SCH = SiC蜂窝的产品PTST =在抛物面式聚热镜的中心位置具备使传热材料流 动的槽形管道的类型的太阳热发电设备
[0051] SCH=SiC 蜂窝
[0052] SEM=扫描电子显微镜
[0053] TEST =蓄热器
[0054] TESU =蓄热单元
[0055] 并且，后述的表、公式、以及其他说明等中使用的略语的含义如下。
[0056] Cp=比热（J/kgK)
[0057] D =绝热材料的厚度（mm)
[0058] Fb =浮力（N)
[0059] F =液体分数（liquid fraction)
[0060] G =重力加速度（m/s2)
[0061] Η =总洽（J/kg)
[0062] HT(]= TESU的底部与热电偶之间的垂直距离（mm)
[0063] Η =热导率（X/(m2K))
[0064] hs =显热洽（J/kg)
[0065] hAIR =空气的热导率 〇^(m2K))
[0066] href =基准洽（J/kg)
[0067] K=导热率（W/mK)
[0068] L = TESU 的长度（mm)
[0069] 1 =具有相当直径的流道的因次（m)
[0070] Q =流量（L/min)
[0071] q"=热通量（W/m2)
[0072] RTC =油管的外壁与热电偶之间的半径方向距离（mm)
[0073] r =半径（mm)或矢径坐标（mm)
[0074] rin =油管的半径（mm)
[0075] rw= TESU 的半径（mm)
[0076] T =温度（Γ )
[0077] L =初始液体状态的PCM的温度（°C )
[0078] L =完全液体状态的PCM的温度（°C )
[0079] Tref =基准温度（°C )
[0080] T=时间（s)
[0081] UT=实验误差（％)
[0082] U=流速（m/s)
[0083] Y =轴坐标（mm)
[0084] 并且，所使用的希腊文字如下。
[0085] α =热扩散率（m2/s)
[0086] β =热膨胀系数a/°c)
[0087] γ =潜热（kj/kg)
[0088] ?ι =紊流扩散率（m2/s)
[0089] 么!1=潜热焓〇/1^)
[0090] δ =误差
[0091] λ =有效（实际）导热率（W(mK))
[0092] μ =动态粘度（Pa · s)
[0093] v =运动粘度率（m2/s)
[0094] P =密度（kg/m3)
[0095] 另外，下标文字如下。
[0096] Μ =熔融
[0097] TC=热电偶
[0098] W =壁位置
[0099] 远离壁表面的位置
[0100] 并且，无因次的公式如下。
[0101] [式 1]
[0102] Gr =格拉斯霍夫数
[0103]
[0104]
[0105]
[0106]
[0107]
[0108]
[0109]
[0110] 在本发明中，准胶囊熔融盐并不是熔融盐完全被SCH胶囊化的状态，能够看作是 熔融盐浸渍并浸透于SCH而被封入的状态，但SCH的孔室孔和多孔质孔室隔壁的细孔具有 外部和内部连通的部分，因此将其称为准胶囊化，并将准胶囊化的熔融盐命名为准胶囊熔 融盐。
[0111]当前能量资源的枯竭令人担忧，若在热照射密度较高的地区利用使用作为可再生 能量的实际候补的太阳热能的太阳热发电，则会具有能够担负向该地区供给的部分电力 的较高的发电能力。但是，该热照射密度依赖于阴天和雨天等天气。为了弥补该缺点并 使发电量稳定而利用蓄热器。作为蓄热材料，使用物质的比热和相变化的潜热较大的材 料。尤其，能够利用潜热的共融混合物，例如KN03/NaN03(50-50mol% ) (PCM;Phase Change Material)的蓄热密度较大，为106J/g，熔点也比较高，为220°C，因此用于抛物面式槽型太 阳热发电设备。但是，该物质在熔融时产生对流，根据蓄热器的形状和大小，难以提前预测 并控制蓄热材料整体的传热机构和热导率。这是因为边界条件移动复杂。并且，在蓄热器 的设计中，将所需的蓄热量/散热量蓄热/散热所需的时间是重要的参数，需要在进行设计 时确定。从该观点考虑，关于准胶囊熔融盐蓄热材料的热导率，由于熔融盐浸渍并浸透于蜂 窝孔室内和多孔质孔室隔壁内而被封入，因此即使产生熔融PCM的自然对流也会在狭小的 区域内产生而得到抑制，系统的热导率以由熔融盐和SCH构成的复合材料的测定导热率加 上基于对流的表观上的导热率增加量的有效（实际）导热率来表示，因此可以轻松地进行 蓄热器的设计，具有还能够提前预测蓄热和散热所需的时间的优点。因此，也不会浪费蓄热 材料的容量等，且能够在进行设计时确定，还能够期待削减Cost的效果。
[0112] 图1及图2所示的SiC蜂窝（SCH)结合体（接合体）1的外观形状由圆筒形和长 方形状等构成，且由多个SCH单元2构成。SCH单元2由多个孔室孔3b构成，孔室孔3b被 孔室隔壁3a包围，且孔室隔壁3a也是多孔质，因此能够使熔融盐浸渍浸透于内部，有助于 熔融盐的准胶囊化。另外，孔室孔和隔壁的细孔与外部相通，因此即使在熔融盐熔融时压 力增加也能够承受。SCH单元2的大小例如为34mmX34mmX150mm，孔室孔3b的大小为 1. 41謹X 1. 41謹，孔室隔壁3a的厚度为0· 25謹。
[0113] 制作结合若干个该SCH而成的SCH接合体，使PCM浸渍并浸透于其中，若将其作为 准胶囊熔融盐蓄热材料而使用，则熔融PCM的自然对流得到抑制，且可以以PCM浸透于SCH 接合体而作成的PCM+SCH复合材料的测定导热率+ α =实际导热率给出其热导率。若以实 际导热率给出热导率，则也可以使用市售的软件轻松地求出将所需的蓄热量/散热量蓄热 /散热所需的时间，可以轻松地进行蓄热器的设计。
[0114] 另外，由于SCH的密度较小，为0. 741g/cm3,因此若在PCM中混合以重量比为30% 的SCH，即，PCM以重量比计为70 %，则会均匀地浸透于SCH的孔室孔3b和多孔质孔室隔壁 3a内而被封入。将如此制作的PCM+30% SCH复合材料称为"准胶囊熔融盐蓄热材料"。
[0115] 该准胶囊熔融盐蓄热材料的特性如下。
[0116] (1)熔融PCM在蓄热容器内的自然对流得到抑制。
[0117] (2)可以以实际导热率给出复合材料的热导率。
[0118] (3)重量比为70%的PCM均匀地浸透于SCH。
[0119] (4)另外，在熔融盐中混合有30重量％的SCH的复合材料能够无间隙地填充蓄热 容器内，并且，由于SCH接合体为结构材料，因此即使熔融盐与SCH存在比重差，两者也不会 在容器内分离。
[0120] (5) SCH即使在1150°C的高温下其耐热、抗氧化及耐蚀性也优异，因此通过改变浸 透的熔融盐的种类，能够使高熔点熔融盐和共融混合物准胶囊化，具有可以作为高温区域 的蓄热材料而利用的特征。
[0121] 即，根据顾客的需要，能够改变蓄热器的运行温度。若利用粘接剂结合SiC蜂窝单 元2并通过机械加工制作适合于蓄热器的内部结构的SCH接合体，则能够将在量方面也适 当的准胶囊熔融盐填充于蓄热器内，且通过改变准胶囊化熔融盐的种类，还能够制作能够 应对高温温度区域的高温用准胶囊蓄热材料。
[0122] 用于本发明的准胶囊熔融盐蓄热材料的熔融盐没有特别限定。例如，可以利用硝 酸盐。作为硝酸盐，也可以利用例如謂03、似繼3、〇8繼3、0 &(繼3)2、以及这些的两种以上的共 融混合物。
[0123] 可以利用以下：
[0124] (1)例如，当在180°C _300°C的温度区域中使用时为KN03/NaN03:50_50mol% ;
[0125] (2)当在300°C _450°C的温度区域中使用时为NaN03(熔点：306°C，熔解潜热： 182J/g)、KN03(熔点：334°C，熔解潜热：266J/g)等；
[0126] (3)当在400°C-550°C的温度区域中使用时为CsN03(熔点：409°C，熔解潜热：71J/ g);
[0127] (4)当在500°C _650°C的温度区域中使用时为Ca(N03)2 (熔点：560°C，熔解潜热： 145J/g)等。
[0128] 并且，构成熔融盐蓄热器的容器的至少内表面由不锈钢、涂布有耐热涂料的钢材、 陶瓷或玻璃制成。这种材料针对硝酸盐具有耐蝕性，因此可以加以利用。
[0129] 在本发明中，用于熔融盐的浸渍、浸透及填充的多孔质SiC单元结构体只要具有 使熔融盐封入且能够抑制熔融盐的自然对流的细孔，则可以加以利用。也可以利用例如海 绵状、如煤球的管状结构体等。其中，优选该结构体的密度较小。这是因为，若填充于蓄热器 内时结构体的密度较小，则填充的熔融盐量增加，能够使容器容积相对于所需蓄热量变小。
[0130] 本发明的准胶囊熔融盐蓄热材料的细孔由孔室孔3b或多孔质孔室隔壁3a构成。 孔室孔3b、多孔质孔室隔壁3a的细孔与外部相通，因此即使在浸渍并浸透于内部的熔融盐 熔融时内压上升，也不会因内压上升而引起孔室隔壁3a的破损。
[0131] 本发明的准胶囊熔融盐蓄热材料能够利用粘接剂粘接SiC单元并制作成适于蓄 热器的内部结构的形状，因此能够在蓄热器内无间隙地排列并填充，还能够利用于蓄热容 量较大的熔融盐蓄热器。
[0132] 本发明的熔融盐是将粉末状熔融盐填充于根据蓄热器内部结构而制作的SiC蜂 窝接合体1中，并进行再熔融、固化而得到的，由于熔融盐浸渍并浸透于SiC蜂窝单元2的 孔室孔3b及多孔质孔室隔壁3a内而被封入，因此该复合材料能够看作是准胶囊熔融盐。
[0133] 为了制作本发明中使用的SiC蜂窝单元2而使用的粘接剂为陶瓷系。这是因为陶 瓷与SiC同样具有耐热及耐蚀性。
[0134] 优选本发明的准胶囊熔融盐蓄热材料的粘接层含有由陶瓷纤维构成的骨材。因为 由陶瓷纤维构成的骨材能够防止粘接层的龟裂、剥离，且能够确保较高的粘接强度。
[0135] 在本说明书中示出的蓄热量的大小表示整体从液相向固体相变化时的熔解潜热 的大小。
[0136] 为了抑制伴随相变化的共融混合物熔融盐熔融时的自然对流，本发明的准胶 囊熔融盐蓄热材料中利用SiC蜂窝。SiC蜂窝是指具有蜂巢状的多个孔室孔3b的结 构体。并且，SiC蜂窝单元部件的大小并没有特别限定，例如为30mmX30mmX 150mm、 100mm X 100mm X 1000mm 的大小。
[0137] 并且，所述孔室孔的大小、形状并没有特别限定。形状可以利用例如正方形、长方 形，孔室孔截面的大小例如是边的长度为1~l〇mm的正方形、正六边形。
[0138] 伴随相变化的共融混合物即熔融盐在太阳热发电设备等中作为蓄热材料而使用。 在设计仅将熔融盐作为蓄热材料而使用的4MW *hr级别的大型蓄热容器时，熔融盐熔解，从 而在容器内的较宽区域产生自然对流。在设计蓄热容器时，在所有部位产生该自然对流，因 此难以预先考虑其传热机构和热导率来预测所需的蓄热时间等。这是因为自然对流依赖于 蓄热器的形状和结构，且边界条件移动变化，因此利用市售的模拟试验软件也难以进行预 测。但是，例如若熔融盐能够浸渍并浸透于SiC蜂窝的孔室孔3b及多孔质孔室隔壁3a内 而被封入，则能够抑制其自然对流，且能够控制整个系统的传热机构。
[0139] 伴随相变化的共融混合物即熔融盐是指在相图中具有共同点的混合物。
[0140] 并且，本发明的准胶囊熔融盐蓄热材料为由所述SiC蜂窝和熔融盐构成的复合 材料。所述SiC蜂窝与熔融盐的复合材料中熔融盐被封入狭小的区域，且熔融盐的自然 对流得到抑制。基于得到抑制的自然对流的复合材料的热导率可以以复合材料的测定导 热率加上若干基于自然对流传热的增加量的实际导热率来表示。因此，利用市售的软件 Fluent (Ansys Inc.的注册商标）也能够轻松地预测蓄热和散热所需的时间。
[0141] 并且，本发明的准胶囊熔融盐蓄热材料的特征在于利用SiC蜂窝。不使用粉末状 和板状的SiC而使用蜂窝SiC是为了防止由与熔融盐的比重之差引起的分离，通过将熔融 盐封入狭小的区域，能够抑制熔融盐的自然对流。SiC蜂窝的形状并没有特别限定，也可以 是完全不同形状的煤球状、海绵状，但是优选SiC结构体的密度较小。
[0142] 在本实施例中，通过使用在由SiC蜂窝单元2构成的SiC蜂窝接合体中填充有熔 融盐的准胶囊熔融盐蓄热材料及熔融盐蓄热器，能够抑制熔融的熔融盐的自然对流，因此 可以轻松地进行传热模拟试验，且能够确认基于模拟试验的实验值的再现（参考图17、图 18) 〇
[0143] 相对于此，对于未使用SiC蜂窝单元2的仅填充有熔融盐的熔融盐蓄热材料及熔 融盐蓄热器，由于液相与固相的边界发生移动，且在液相中产生自然对流，因此难以进行模 拟试验，结果实验值无法再现。
[0144] 下面，对于本发明所涉及的准胶囊熔融盐蓄热材料及熔融盐蓄热器的实施例的一 例，对比实验及模拟试验进行详述。
[0145] < 实验 >
[0146] < PCM+SCH复合材料的制造、以及在用于调查复合材料的传热机构的TESU不锈钢 罐中填充复合材料为止的工序>
[0147] 以1:1的混合摩尔比混合硝酸钾（ΚΝ03，纯度彡99%，UBE Industries, Ltd.，产品 编码 CAS RN7757-79-1)和硝酸钠（NaN03,纯度彡 99%，UBE Industries，Ltd.，产品编码： CAS RN7631-99-4)。
[0148] 使该混合物熔融并固化而制造共融混合物（PCM)。该PCM的熔点为220°C，其通过 Rigaku Corporation的差热分析（DTA，Thermo Plus EV02)得到了验证。制作条件参考表 1〇
[0149] [表 1]
[0150] 由硝酸钾和硝酸钠制作共融混合物的条件
[0151]

[0152] <PCM的粉碎法>
[0153] 按照表2的条件，粉碎通过上述方法得到的共融混合物。
[0154] [表 2]
[0155]
[0156] D10、D50、D90表示经过该筛子之后的粒径分布中的粒子的累积重量百分比。艮口， D50是以重量比计50%通过该筛时的残留在筛子中的粒子的平均粒径。
[0157] <用于从SiC蜂窝单元将PCM准胶囊化的SiC蜂窝接合体（结合体）的制造方法 >
[0158] 图1所示的PCM准胶囊化用的SiC蜂窝结合体1用于制作不同SCH混合比的准胶 囊蓄热材料，对应于30% (图1(a))、20% (图1(b))、10% (图1(c))的SCH混合比而由图 2所示的SiC蜂窝单元2构成。使用具有最高1150°C的耐热性的A1203结合粘接剂系列中 的一种，由SiC蜂窝单元2制作SiC蜂窝结合体1。
[0159] < PCM+SCH复合材料的制造工序>
[0160] 在被称作TESU的由SUS-316L构成的蓄热单元5中塞满SiC蜂窝结合体1，并在其 中填充粉碎的PCM。图1 (a)的SiC蜂窝结合体1表示SiC蜂窝（SCH)的混合比为30%的 情况，是一种能够无间隙地填充TESU容器5内的空间的结构。TESU容器5的尺寸示于图 3 (单位为mm)。
[0161] 当将以重量比计为70 %的PCM混合并填充于SCH时，PCM浸渍并浸透于孔室孔和 多孔质孔室隔壁内而被准胶囊化。此时的SCH结合体（接合体）的结构示意图为图1(a)。 为了调查混合比对PCM+P-SCH复合材料的传热机构的影响，图1 (b)中示出用钻头在SiC蜂 窝结合体1中开设直径为20mm的16个孔并调整为SCH混合比成为20%的SiC蜂窝结合体 1，并且，将为了将SCH混合比设为10%而由4个SiC蜂窝单元2制作SiC蜂窝结合体1的 情况示于图1 (c)。此时，在SiC蜂窝结合体1的外部区域仅存在PCM，会显现出自然对流的 效果。
[0162] 通过将粉碎的PCM填充于SCH之后进行再熔融，如图4所示，PCM均质地浸渍并浸 透于SCH的孔室孔和多孔质孔室隔壁内而被准胶囊化。这可以从PCM+SCH复合材料的侧面 SEM照片图4 (a)得知。图4 (b)及图4 (c)是SiC蜂窝的孔室隔壁和PCM+P-SCH复合材料浸 透时的孔室隔壁SEM图像。可以观察到PCM均质地分布于孔室孔中且还浸渍于多孔质孔室 隔壁内的样子。
[0163] 在表3中记载SiC蜂窝的性质。作为SiC蜂窝的最重要的特性，可以举出0.741g/ cm3的低密度。由此，PCM相对于SCH的混合比上升至70重量％，能够制作蓄热密度较大的 蓄热材料。另一特性是，当以70:30的重量混合比混合PCM和SCH时，从传热的观点考虑， 能够将PCM-SCH复合材料作为均质介质来处理，可以轻松地进行模拟试验。
[0164] 在上述情况下，熔融PCM的自然对流得到抑制，且PCM+P-SCH复合材料的传热能够 以实际导热率来表示，并且，能够使PCM均质地浸渍于孔室孔和多孔质孔室隔壁内而被封 入，因此在进行模拟试验时，能够当作均质介质。
[0165] 在表4中记载在塞进TESU容器内的SiC蜂窝结合体（接合体）中填充粉碎的PCM 之后使PCM再熔融时的条件。
[0166] [表 3]
[0167]
[0168] [表 4]
[0169]
[0170] < PCM+30% P-SCH复合材料的导热率的测定>
[0171] 使用 17. 15mmX34. 3mX30mm尺寸的试样，根据 IS0-8894-l、JIRSR2616-2001 并通 过瞬态热丝法测定PCM+30% P-SCH的导热率。通过与在TESU中填充PCM+30% P-SCH的工 序相同的方法来制作该试样。使用差示扫描量热仪（DSC，Perkin Elmer，DSC-7)测定潜热。 将导热率和潜热的测定结果与PCM单体的测定结果一同示于表5。
[0172] [表 5]
[0173]
[0174] 将PCM+SCH复合材料填充于TESU容器时的容器内表面的外观示于图5。为 PCM+10% P-SCH时，SCH结合体1的外侧区域仅被PCM占据。为PCM+20% P-SCH时，在SiC 蜂窝结合体1中开设的孔的白色部分为PCM。为PCM+30% P-SCH时，可知PCM的薄膜因凝 固而浮游在结合体的表面上。
[0175] <实验器械>
[0176] 实验装置由以下构成：油循环器，作为使用于对蓄热材料进行加热和散热的热源 的油进行循环；及3个TESU，利用Swagelok公司制造的两个压缩环方式的连接器相互连结 且被垂直装配。将其示于图6。
[0177] 利用数据收集系统11收集TESU内的温度随时间的变化等数据，并利用计算机12 进行数据处理。除此之外，实验装置中还具备用于冷却被加热的油的冷却器13、油栗14、电 加热器15、电控阀16、压力计17、流速计18等。
[0178] 在本实验中，由于比合成油的价格便宜，因此将能够在300°C以下的温度区域中使 用的矿物油用作传热流体（HTF)。本实验的目的在于，评价当使PCM在SCH中浸渍并浸透最 大70重量％时，能否抑制熔融PCM的自然对流，且能否以PCM+SCH复合材料的测定导热率 加上基于PCM的对流的导热率的增加量的实际导热率给出复合材料的传热。并且，TESU容 器的外壁被绝热材料覆盖。使用图7(b)和表6所示的位置上设置的9个K型热电偶（精 确度：±0. 1°C )测定蓄热和散热过程中的TESU内部的温度随时间的变化。TESU的概略图 示于图7(a)。
[0179] 利用流量计（误差：±2% )测定热源的油的流量。利用数据收集系统 (Agilent34970A) 11，每隔10秒收集数据。
[0180] [表 6]
[0181]
[0182] (注）表6中，用*表示的RTC为热电偶距离油管外壁的半径方向距离，H TC为热电 偶距离TESU底部表面的垂直距离。
[0183] 油循环系统10具备对在最上侧的顶部位置上设置的TESU入口的油的温度和流 量进行自动控制的自动控制装置。另外，安装有用于冷却高温HTF的冷却器13。热源的油 (oil)从上朝下在油管内自顶部位置的TESU向最下侧的底部位置的TESU油管流动落入。 在蓄热过程中加热至300°C的油自顶部位置的TESU油管入口向底部位置的TESU油管出口 流动落入。在散热过程中冷却至180°C的油向与蓄热过程相同的方向流动。为了调查复合 材料的传热机构，流量设定为l〇L/min，比较研究在TESU内填充PCM+30% P-SCH复合材料 时的情况和仅填充PCM的情况下的TESU内的半径方向的温度梯度。如图15(a)所示，只有 PCM时的温度梯度平坦，这表示因自然对流而热导率变大，当为复合材料时，如图15 (b)所 示，在狭小的区域形成温度梯度，表示自然对流得到抑制，且通过热传导进行传热。
[0184] 热电偶的位置如下表示。P-TESU号码1、2、3表示沿垂直方向组装的3个TESU中 的最下侧、正中央（中间位置）、最上侧设置的TESU，在这些TESU内分别从下侧依次填充有 SCH混合比为10、20、30%的PCM+P-SCH复合材料。TESU号码的下一个号码1、2、3分别表 示各TESU内的垂直方向的底部、中间部、顶部的位置。最后的号码1、2、3表示各TESU的半 径方向的位置，1表示热电偶设置于容器（罐）壁附近，2表示设置于中点，3表示设置于油 管附近。P表示使用SCH的产品，当为仅填充有PCM的TESU时，表示热电偶的位置时使用S 来代替P。例如，P333是指3个TESU中在最上侧的SCH混合比为30%的TESU的顶部位置 且油管附近设置的热电偶。
[0185] 测定温度的精确度依赖于流量计和热电偶，根据基于Kline-McClintock法的精 确度分析进行计算。
[0186] 「式：
[0187]
[0188] 其中，δ 4是针对热电偶的精确度，为±0. 1°C，流量计的精确度为±2%，因此整 体的精确度测定为±2.03%。
[0189] <油的流量为10L/min时的TESU内的温度随时间的变化>
[0190] 将油的流量设定为10L/min来调查P-SCH的混合比对TESU内部的温度随时间的 变化带来的影响。图8表示蓄热过程中的3个TESU在中间位置处的温度随时间的变化。关 于混合比对TESU内部的温度随时间的变化带来的影响，油管附近位置（图8(a))小于罐壁 附近位置（图8 (b))，若超过250°C则影响减小。
[0191] 如图8(b)所示，设置于最下侧的TESU(10% P-SCH)中的罐壁附近温度随时间的 变化与混合比为20、30%的情况不同。这是因为，当为10%混合比时，在靠近罐壁的区域仅 存在PCM而不存在P-SCH(图5)。并且，其他情况时的差异是因为传热机构依赖于P-SCH 的混合比。若SCH的混合比增加则复合材料的导热率也增加，但SCH的最大混合比为30重 量％。本专利的目的在于强调具有以下优点，并将这些优点作为专利内容：当为PCM+30% P-SCH复合材料时，PCM通过浸渍并浸透而均质地被封入SCH孔室孔和多孔质孔室隔壁内， 能够看作是准胶囊化熔融盐，熔融PCM的自然对流得到抑制，且如后述的"补充"所记载，表 示PCM+P-SCH复合材料的传热能够以复合材料的测定导热率加上基于自然对流的增加量 的实际导热率来表达，若将该准胶囊熔融盐用于太阳热发电设备和工场的排热用蓄热器， 则能够设计并制作出能够在已确定的时间内蓄热和散热所需的蓄热和散热量的蓄热器，还 节省蓄热材料的浪费等。
[0192] 当将P-SCH混合于30 % PCM时，以重量比计70 %的PCM浸渍并浸透于P-SCH的 孔室孔和多孔质孔室隔壁内，由此被P-SCH均质地准胶囊化。此时，即使在孔室内产生自 然对流，也是被封入如P-SCH的孔室孔等小区域的自然对流，因此成为得到抑制的自然对 流。因此，可以以复合材料的测定导热率加上基于自然对流的增加量的实际导热率表示 PCM+P-SCH复合材料的传热，模拟试验也变得简单，还可以轻松地进行实验数据的再现，能 够确定1000kW规模的模块型蓄热器的蓄热和散热量并轻松地设计成在需要该蓄热和散热 量的时间内蓄热和散热。
[0193] 用于制作准胶囊熔融盐的P-SCH定义为能够通过使PCM均质地浸渍并浸透于SCH 的孔室孔和多孔质孔室隔壁内而将PCM准胶囊化的材料。由此，熔融PCM的自然对流得到 抑制，且可以以复合材料的测定导热率加上基于自然对流的增加量的实际导热率给出复合 材料的传热，并且具有在进行模拟试验时复合材料能够作为均质介质来进行处理，且还可 以轻松地进行蓄热器的设计的特性。SiC在成为1150Γ为止耐热及耐蚀性优异，因此通过 使用不同熔点的硝酸盐，还能够制作出高温用蓄热材料。
[0194] 热量通过覆盖TESU外表面的绝热材料而释放出，就热量的进入与通过绝热材料 的热损失保持平衡而使TESU内的温度变稳定为止的蓄热时间而言，可以由图8 (b)的标绘 黑色四边形的曲线计算为约14000秒即约4小时。这表示当配置于蓄热器（TEST)的油管 之间的距离为15厘米时，蓄热时间为约4小时。蓄热和散热时间能够通过改变油管的间隔 来进行调整。
[0195] 图9 (a)表示填充PCM+10% P-SCH复合材料时的TESU内的罐壁附近的温度随时间 的变化，图9(b)表示为PCM+30% P-SCH复合材料时的TESU内的罐壁附近的温度随时间的 变化。当为PCM+10% P-SCH复合材料时，该区域只有PCM，相对于此，当为30% P-SCH时，该 区域为PCM+P-SCH复合材料。当为10% P-SCH时，PCM呈现熔融状态的过程在顶部位置和 中间位置并不是很明确，而在底部位置明显呈现。认为由于在底部位置油的温度稍低，因此 液体的移动变慢，熔融过程变明显。
[0196] 当为30% P-SCH时，在罐壁附近的温度随时间的变化中，在顶部位置，PCM的熔融 过程不是很明确，而在中间位置及底部位置很明显。并且，在顶部，固体状态下的温度上升 也较缓。这认为是由于，顶部位置处的温度高于中间点和底部，且PCM的小规模自然对流也 比其他位置更早产生。在固体状态下，顶部位置处的各热电偶之间的温度差大于其他位置， 因此通过绝热材料的向外部的热损失也变大。
[0197] 但是，如图10(a)及图10(b)所示，该效果在中点位置和管壁附近位置较小。这是 因为，SiC蜂窝单元的长度为15厘米，相对于此，TESU的高度为54厘米，孔室孔未必一定纵 向相互连结，因此从自然对流的观点考虑，未必一定在TESU纵向上均质。
[0198] 在图11仏)、图11〇3)中分别示出填充有？-501的混合比分别为10、20、30%的 PCM+P-SCH的各TESU的中间点位置处的罐壁及油管附近位置处的散热过程的温度随时间 的变化。关于蓄热材料冷却至190°C的散热时间，当为PCM+30% P-SCH复合材料时，由图 11 (b)中标绘黑色四边形的曲线可知为约10500秒（~3小时）。
[0199] 即，当将以重量比计为约30%的SCH产品与PCM混合时，散热时间比蓄热时间的4 小时稍短。这基于通过绝热材料的热损失。当设计大型蓄热器时，周围的效果随着容积的 增加而减少，因此其影响减小。
[0200] 图12中示出在散热过程中SCH混合比为10%时的罐壁附近的TESU内部的温度随 时间的变化也与30%混合比时没有较大差异。
[0201] <油流量对TESU内部的温度随时间的变化的影响>
[0202] 关于油流量对蓄热和散热时间带来的影响，当流量为5L/min时稍微变大。相对于 此，如图13所示，当流量为10~15L/min时，油流量对蓄热和散热时间带来的影响减小。
[0203] <与仅使用PCM的情况的比较>
[0204] 为了进行比较而测定仅填充有PCM的TESU内部的温度随时间的变化。HTF的流量 为10L/min，结果示于图14。为了区别只有PCM的情况和PCM+P-SCH复合材料的情况，且当 为PCM-TESU时为了表示填充物只有PCM，热电偶的位置记号使用S来代替P。
[0205] 图14中示出仅填充有PCM的TESU内部的油管附近的温度随时间的变化。在PCM 的熔点附近出现显著的温度上升。这表示很早就开始产生PCM的自然对流。当将P-SCH与 PCM混合时，由图14与图9(b)及图10(b)的比较可知，即使出现自然对流也被限制在狭小 的区域，得到了抑制。其结果也由将在下一张叙述的半径方向的温度梯度得到了证实。
[0206] < PCM和PCM+30 % P-SCH中的半径方向的温度梯度的比较>
[0207] 图15中示出将HTF流量设定为lOL/min且只有PCM的情况和PCM+30% P-SCH的 情况的半径方向的温度梯度。当为PCM+30%P-SCH时，半径方向的温度梯度如图15(b)所 示，在热电偶之间4厘米的小区域具有两个不同的温度梯度。由此可以得出以下结论：即使 产生自然对流，自然对流也得到抑制。
[0208] 根据该结果可以明确，如图1及图2所示，当以重量比为70 %的PCM混合于P-SCH 时，PCM均质地浸渍浸透于P-SCH的孔室内及多孔质孔室隔壁内，熔融PCM的自然对流也在 狭小的区域产生，因此可以以复合材料的测定导热率加上基于自然对流的增加量的实际导 热率给出PCM+30% P-SCH复合材料的传热，能够将复合材料看作是均质的介质。与实际导 热率相关的说明示于后述的"补充"。这还可以由使用该实际导热率进行的模拟试验中再现 实验值这一现象明确可知。
[0209] 当只有PCM时，自然对流在熔融前后产生，由于基于自然对流的热导率较大，因此 半径方向的温度梯度变小，这可以从图15(a)得知。在TESU的底部位置处的温度梯度中 出现中点位置处的隆起，这是因为油管附近的朝上流动的速度和罐壁附近的朝下流动的速 度在中点位置相抵消，流动在中点位置停滞，与油管附近和罐壁附近相比，温度变化发生较 晚。
[0210] <模拟试验〉
[0211] 如上述所记载，以PCM70重量％、SCH30重量％的混合比将PCM准胶囊化于SCH 的复合材料中可知，自然对流得到抑制，且可以以复合材料的测定导热率加上基于自然对 流的增加量的实际导热率给出其传热，因此使用软件Fluent，并将系统作为具有实际导 热率的均质介质而进行模拟试验。其中，在该模拟试验中，将由IBIDEN Co.，Ltd.测定的 PCM+30% P-SCH复合材料的导热率3WAmK)用作实际导热率。
[0212] 热力学性质和物理模型示于表7和图16。图16中示出PCM+30% P-SCH复合材料 30、绝热材料31及轴32。
[0213] [表 7]
[0214]
TESU的物理模型轴对称。油流过位于TESU的中央部的管道内，管道半径（rin)为 13. 6mm。填充有PCM+30% P-SCH复合材料30的TESU由厚度⑶为100mm的绝热材料所覆 盖。TESU的半径（rw)及长度（L)分别为69. 9mm及500mm。假设PCM均质地浸渍并浸透于 蜂窝孔室内和孔室隔壁内，在长度方向上SiC蜂窝结合体的孔室孔也相互连结，整个系统 为均质介质。并且，假设热量仅通过热传导进行传递。
[0216] 利用基于Fluent6. 3所包含的有限容积法的焓法来进行模拟试验。为了区别PCM 的状态，利用表示液体比例的参数#反复进行计算。在液体状态下/=1，在固体状态下
[0217] 能量方程式如下。
[0218] [式 3]
[0219]
[0220] 总焓Η为显热焓匕与潜热焓#￥之和，以下述公式（3)给出。
[0221] [式 4]
[0222] H = hs+ Δ H = hs+f γ (3)
[0223] 另外，hs如下述公式⑷所示。
[0224] [式 5]
[0225]
[0226] 其中，hraf为基准温度T 下的基准焓。在熔融/固化过程中，液体分数#如下。
[0227] [式 6]
[0228]
[0229] 本实施例中的最小雷诺数为12700,油的流动设为紊流，使用标准的k-epsilon模 型进行模拟试验。当时间t = 0时，蓄热过程中的PCM+30% P-SCH复合材料的初始温度设 为30°C，且最上侧位置的TESU的油入口温度设为在300°C下保持恒定。油的流量为10L/ min。在散热过程中，当t = 0时，PCM+30% P-SCH复合材料的初始温度设为290°C。最上 侧位置的TESU的油入口温度为180°C，流量同样是10L/min。
[0230] 假设从绝热材料的表面向周围的传热在边界处产生空气的对流来模型化。假设该 区域中的热导率hAIR为5WAm 2K)，且远离绝热材料的表面的位置处的温度为30°C。油管及 TESU容器的壁厚分别为2mm和3mm。
[0231] 利用Fluent6. 3的处理软件Gambit生成网眼。网格的节点数在y方向、r方向上 分别为700和170,时间步长为0. 1秒。
[0232] 针对能量方程式的剰余收敛基准设定为1 X 10 6。按每一时间步长确认是否收敛。
[0233] <模拟试验与实验的比较>
[0234] 图17及图18中示出填充有PCM+30% P-SCH复合材料的TESU内部的蓄热和散热过 程中的温度随时间的变化的模拟试验结果和实验数据。作为复合材料的实际导热率使用测 定导热率的值3WAmK)。这些结果表示模拟试验结果再现实验数据。即，表示PCM在P-SCH 中被准胶囊化，且熔融PCM的自然对流得到了抑制。根据该结果可知，若PCM在P-SCH中被 准胶囊化，则可以以复合材料小片试样的测定导热率加上基于PCM的自然对流的增加量的 实际导热率给出PCM+30% P-SCH复合材料的热导率，在进行模拟试验时，能够处理成均质 介质，并且，能够解释为复合材料的传热机构基于热传导，因此在设计lOOOkWth ?hr级的蓄 热器（TEST)时，能够利用市售的软件轻松地预测并设计所需的蓄热和散热量、以及将该热 量蓄热和散热所需的时间等。
[0235] IBIDEN Co.，Ltd.制造的SiC蜂窝的密度较小，为0. 741g/cm3,若使PCM浸渍并浸 透于该31(：蜂窝中而将？01准胶囊化，则能够使以重量比计70%为止的？01在？-301中准 胶囊化，并且，通过实验和模拟试验还明确了如下：如此制作的准胶囊共融混合物抑制熔融 PCM的自然对流，且复合材料的传热可以以热传导给出，并且可以以使用复合材料的小片试 样的测定导热率加上基于自然对流的增加量的实际导热率给出。
[0236] 《补充》
[0237] 以下进行补充说明。
[0238] <对流传热>
[0239] 液体内的温度差导致密度差，该密度差会产生引起液体流动的浮力。将此称为对 流，其中，仅通过浮力产生的对流称为自然对流或自由对流。另一方面，当使用栗等使液体 强制流动时称为强制对流。当低温流体与高温固体接触时，热量在高温固体的表面附近通 过热传导从固体传递至液体。但是，若处于远离固体表面的区域，则热量通过对流而被传 递。将基于对流的传热称为对流热传递。热导率h的因次为[WAm2K)]。
[0240] 从高温固体向低温液体的传热受到固体与液体的温度差、接触区域、固体表面的 粗糙度、流体的种类与性质、流量、流动的状态（层流/紊流）等各种主要因素的影响。
[0241] <对流热导率的计算方法>
[0242] 在分析理论方面难以导出对流热导率h，下面考虑到影响对流热导率的因素，利用 因次分析求出。
[0243] 作为影响对流热导率的独立因素，考虑流体密度P、粘度μ、流体导热率k、比热 cp、流体速度u、流道的相当直径1。这些因次可以利用单位因次、长度L、质量M、时间T、温 度Θ、热量Η来表示。
[0244] [式 7]
[0245]
12345 即，基础因素为7个，单位因次为5个，但Η及Θ可以表示为〔Η/Θ〕，因此看作是 一个。因此，单位因次成为4个。 2 若如上考虑，则对流热导率可以作为6个参数的函数并以公式（Α1)给出。 3
[式 8] 4 h = f (k, cp, P , μ , u, 1) (Al) 5 若利用无因次参数进行因次分析，则方程式（Al)可以以公式（A2)给出。很多教 科书中对因次分析法作了介绍。
[0251] [式 9]
[0252]
[0253]
[0254]
[0255]
[0256] 广' r ：〇
[0257] 上述公式的Re表示流动的状态。即，若Re超过临界值，则流动从层流变为紊流。
[0258] [式 11]
[0259]
[0260]
[0261]
[0262]
[0263] 当为自然对流时，必须考虑浮力Fb来代替流体速度。浮力以下述公式（A4)求出。
[0264] [式 13]
[0265] Fb= g(p oo-pj = PgP (VT^ ) (A4)
[0266] 其中，g、P、β为重力加速度、流体密度、热膨胀系数，下标分别是指壁表面 上的位置和远离壁表面的位置。
[0267] [式 14]
[0268]
[0269]
[0270]
[0271] 通过因次分析，
[0272] [式 I6]
[0273] Nu = f (Gr, Pr) (A6)
[0274] [式 17]
[0275]
[0276] 上述公式（A7)的右边的第一个项
[0277] [式 18]
[0278]
[0279] 称为格拉斯霍夫数。
[0280] Gr可以从在小区域产生自然对流时的动量平衡公式导出。即，表示基于系统的温 度不相等时所产生的浮力的速度分布。
[0281] [式 19]
[0282] Nu = f (Gr, Pr) (A8)
[0283] 上述公式（A8)的Gr及Pr之积称为瑞利数。
[0284] 但是，当系统具有复杂的结构时，边界会移动，此时，难以直接计算与基于自然对 流的流体的温度分布和速度分布有关的Gr及Pr。因此，利用简单的方法推断自然对流对传 热的效果。
[0285] 为此，考虑Pr及Gr数所包含的参数、热扩散率、
[0286] [式 20]
[0287] 2 二我.+、/Χ;Λ
[0288] 动态粘度、
[0289] [式 21]
[0290] ￥ =- Ρ
[0291] 以及Pcp的含义。
[0292] Pcp表示流体的热吸收能力及热运搬能力，并且，α表示法线方向的基于液体的 热传导的传热。另一方面，Gr表示基于液体分子的不规则运动的紊流传热。当为在小区域 产生的自然对流时，将热导率分为两个部分，能够以它们的和即有效导热率表示。
[0293] [式 22]
[0294] Λ 二左(A9)
[0295] 其中，'h具有L2/T的因次，被称作紊流扩散率或旋涡扩散率。因此，沿法线方向的 热通量y成为如下。
[0296] [式 23]
[0297]
[0298]
[0299]
[0300] α表示通过热传导从流体分子向相邻分子的传热。实际上，若知道k，则能够根据 实验数据求出基于热扩散率的热导率。即，能够将模拟试验和实验结果结合起来求出λ，且 从λ-k导出基于热扩散率的导热率。
【主权项】
1. 一种准胶囊熔融盐蓄热材料，其主要由Sic蜂窝单元和所述胶囊及所述流道中所具 备的熔融盐构成，所述Sic蜂窝单元通过具有由细孔构成的胶囊的隔壁形成有流道。2. 根据权利要求1所述的准胶囊熔融盐蓄热材料，其特征在于， 所述细孔由贯穿所述隔壁的开气孔构成。
【文档编号】F28D20/02GK105838329SQ201510524112
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2015年8月24日
【发明人】桐木裕昭
【申请人】日本揖斐电株式会社