蓄熱装置
【課題】短時間で無駄なく蓄熱することが可能な蓄熱装置を提供する。
【解決手段】潜熱蓄熱材13と熱媒油14とを上下二層に分離した状態で収容する蓄熱タンク12と、その蓄熱タンク12内の潜熱蓄熱材層16中に熱媒油14を供給する供給管18と、蓄熱タンク12内の熱媒油層17から熱媒油14を回収する回収管19とを有し、供給管18から潜熱蓄熱材層16中に供給された熱媒油14を潜熱蓄熱材13に直接接触させて熱交換を行なう蓄熱装置6において、蓄熱タンク12の形状が、潜熱蓄熱材層16中の熱媒油14の通過しない領域22にある固相の潜熱蓄熱材13を、熱媒油14の通過する領域21に滑り落とすように傾斜した傾斜内面23を有する形状であり、その傾斜内面23に、固相の潜熱蓄熱材13との摩擦を低減する低摩擦皮膜24を設ける。
【解決手段】潜熱蓄熱材13と熱媒油14とを上下二層に分離した状態で収容する蓄熱タンク12と、その蓄熱タンク12内の潜熱蓄熱材層16中に熱媒油14を供給する供給管18と、蓄熱タンク12内の熱媒油層17から熱媒油14を回収する回収管19とを有し、供給管18から潜熱蓄熱材層16中に供給された熱媒油14を潜熱蓄熱材13に直接接触させて熱交換を行なう蓄熱装置6において、蓄熱タンク12の形状が、潜熱蓄熱材層16中の熱媒油14の通過しない領域22にある固相の潜熱蓄熱材13を、熱媒油14の通過する領域21に滑り落とすように傾斜した傾斜内面23を有する形状であり、その傾斜内面23に、固相の潜熱蓄熱材13との摩擦を低減する低摩擦皮膜24を設ける。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
この発明は、発電所や廃棄物焼却場などの熱源施設で発生する廃熱を蓄熱する蓄熱装置に関する。
【背景技術】
【0002】
熱源施設(例えば、発電所や廃棄物焼却場、製鉄所、化学プラント)で生じる廃熱を、熱利用施設(例えば、オフィスビルや病院、ホテル、クアハウス)で有効利用するため、熱源施設の廃熱を蓄熱タンク内に蓄熱し、その蓄熱タンクを熱利用施設に運搬し、その蓄熱タンクを熱源として給湯や暖房等を行なうことを可能とした蓄熱装置が知られている(特許文献1)。
【0003】
この蓄熱装置は、潜熱蓄熱材と熱媒油とを上下二層に分離した状態で収容する蓄熱タンクと、その蓄熱タンク内の潜熱蓄熱材層中に熱媒油を供給する供給管と、前記蓄熱タンク内の熱媒油層から熱媒油を回収する回収管とを有し、その供給管と回収管を通じて、熱源施設(または熱利用施設)と蓄熱タンクの間で熱媒油を循環させて使用する。このとき、供給管から潜熱蓄熱材層中に供給された熱媒油は、熱媒油と潜熱蓄熱材の比重差により潜熱蓄熱材層中を上昇しながら、潜熱蓄熱材と直接接触して熱交換を行なう。
【0004】
ここで、潜熱蓄熱材は、物質が固相と液相の間で相変化するときに吸収・排出する熱(潜熱)を利用して蓄熱と放熱を行なう蓄熱材であり、固相から液相に相変化するときに周りから熱を吸収し、液相から固相に相変化するときに放熱する。また、潜熱蓄熱材は、固相と液相の間で相変化するときに温度が変化しないので、一定した温度での放熱が可能である。このような潜熱蓄熱材として、例えば、酢酸ナトリウム三水和物や、塩化マグネシウム六水和物、エリスリトール、マンニトールが用いられる。
【0005】
また、蓄熱タンクの形状としては、例えば、中心軸が略水平の筒状であり、かつ、その中心軸に直交する断面が円形、楕円形、または下部が窄まる多角形のものが挙げられる。
【特許文献1】特開2007−132569号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
ところで、上記の蓄熱装置に蓄熱する場合、図5に示すように、蓄熱タンク31内の潜熱蓄熱材層32には、供給管33から供給された熱媒油の通過する領域34と通過しない領域35とが生じ、熱媒油の通過する領域34にある固相の潜熱蓄熱材36は、熱媒油と直接接触して熱を受け取るので、短時間で融けるが、熱媒油の通過しない領域35にある固相の潜熱蓄熱材37は、熱媒油の通過する領域34にある液相の潜熱蓄熱材38を介して熱を受け取るので、なかなか融けない。そのため、潜熱蓄熱材37がすべて融けるまで長時間を要し、熱媒油の通過しない領域35にある潜熱蓄熱材を無駄なく利用するのが難しかった。
【0007】
この発明が解決しようとする課題は、短時間で無駄なく蓄熱することが可能な蓄熱装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0008】
上記の課題を解決するため、前記蓄熱タンクの形状が、潜熱蓄熱材層中の熱媒油の通過しない領域にある固相の潜熱蓄熱材を、熱媒油の通過する領域に滑り落とすように傾斜した傾斜内面を有する形状であり、その傾斜内面に、固相の潜熱蓄熱材との摩擦を低減する摩擦低減手段を設けた構成を蓄熱装置に採用した。
【0009】
この蓄熱装置は、潜熱蓄熱材層がほぼすべて固相になった状態から、廃熱をもつ熱媒油を供給管から潜熱蓄熱材層中に供給すると、潜熱蓄熱材層中の熱媒油が通過する領域では、潜熱蓄熱材が短時間で融けて液相になるが、熱媒油の通過しない領域では、潜熱蓄熱材が固相のまま、蓄熱タンクの傾斜内面に乗った状態となる。ここで、傾斜内面の摩擦力は摩擦低減手段で低く抑えられているので、熱媒油の通過しない領域にある固相の潜熱蓄熱材は、その自重で熱媒油の通過する領域に滑り落ち、熱媒油と直接接触して短時間で融ける。
【0010】
前記摩擦低減手段としては、例えば、前記傾斜内面に形成した低摩擦皮膜、前記傾斜内面に形成した研磨面、前記傾斜内面を加熱する加熱機構などが挙げられる。前記加熱機構としては、例えば、蓄熱タンクの外面に沿って設けた熱源流体の流路が挙げられる。
【0011】
また、前記蓄熱装置から熱を取り出すときに、熱媒油の通過しない領域にある固相の潜熱蓄熱材が、熱媒油の通過する領域に滑り落ちると、その潜熱蓄熱材が成長することにより、供給管からの熱媒油の供給が妨げられる恐れがある。そのため、前記加熱機構による加熱は解除可能とすると好ましい。このようにすると、蓄熱装置から熱を取り出すときは、加熱機構による加熱を解除することにより、傾斜内面と固相の潜熱蓄熱材との間の摩擦力を確保することができ、その結果、潜熱蓄熱材の滑り落ちを防止することが可能となる。
【0012】
また、前記蓄熱タンクの形状としては、例えば、中心軸が略水平の筒状であり、かつ、その中心軸に直交する断面が円形、楕円形、または下部が窄まる多角形のものが挙げられる。ここで、略水平とは、厳密な意味での水平である必要がなく、蓄熱タンク内の液体を排出するための傾斜を許容する意味での水平である。
【発明の効果】
【0013】
この発明の蓄熱装置は、潜熱蓄熱材層中の熱媒油の通過しない領域にある固相の潜熱蓄熱材が、熱媒油の通過する領域に滑り落ちやすく、滑り落ちた潜熱蓄熱材は、熱媒油と直接接触して短時間で融ける。そのため、この蓄熱装置は、蓄熱タンク内の潜熱蓄熱材に、短時間で無駄なく蓄熱することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0014】
図1に、熱源施設1(例えば、発電所や廃棄物焼却場、製鉄所、化学プラント)で生じる廃熱を、熱源施設1から離れた熱利用施設2(例えば、オフィスビル、病院、ホテル、クアハウス)で利用可能とする熱搬送システムを示す。
【0015】
この熱搬送システムは、熱源施設1側に、熱源管3と、熱媒管4と、熱源管3と熱媒管4の間で熱交換を行なう熱交換器5とが設けられている。熱源管3は熱源施設1に接続されており、熱源施設1と熱交換器5の間で、廃熱を有する熱源流体(例えば、温水や蒸気)が循環するようになっている。熱媒管4は、この発明の実施形態の蓄熱装置6に着脱可能に接続されており、熱媒管4の途中に設けた循環ポンプ7を作動させると、熱交換器5と蓄熱装置6の間で熱媒油が循環し、その熱媒油を介して熱源管3から蓄熱装置6に熱が伝達され、蓄熱される。
【0016】
また、この熱搬送システムは、熱利用施設2側に、熱利用管8と、熱媒管9と、熱利用管8と熱媒管9の間で熱交換を行なう熱交換器10とが設けられている。熱利用管8は、熱利用施設2に接続されており、熱利用施設2と熱交換器10の間で、熱利用媒体(例えば、給湯用水や暖房用水)が循環するようになっている。熱媒管9は、蓄熱装置6に着脱可能に接続されており、熱媒管9の途中に設けた循環ポンプ11を作動させると、蓄熱装置6と熱交換器10の間で熱媒油が循環し、その熱媒油を介して蓄熱装置6から熱利用管8に熱が伝達され、その熱を利用して熱利用施設2での給湯や暖房が可能となる。
【0017】
この熱搬送システムは、上述した熱源施設1と熱利用施設2の間で、蓄熱装置6を行き来させることにより、熱源施設1の廃熱を熱利用施設2の熱エネルギーとして利用することができる。
【0018】
蓄熱装置6は、図2、図3に示すように、中心軸が略水平の筒状であり、かつ、その中心軸に直交する断面が円形の蓄熱タンク12を有する。蓄熱タンク12内には、潜熱蓄熱材13と熱媒油14とが上下二層に分離した状態で収容されている。潜熱蓄熱材13は、固相から液相に相変化するときに周りから熱を吸収し、液相から固相に相変化するときに放熱する。このような潜熱蓄熱材13として、例えば、エリスリトールやマンニトール、酢酸ナトリウム三水和物、塩化マグネシウム六水和物などを用いることができる。
【0019】
熱媒油14は、潜熱蓄熱材13よりも比重が小さいものが用いられ、潜熱蓄熱材13との比重差によって潜熱蓄熱材13の表面に浮いた状態となっている。また、蓄熱タンク12内には空気層15が設けられており、その空気層15が、潜熱蓄熱材層16と熱媒油層17の体積変化を吸収するようになっている。
【0020】
また、蓄熱タンク12には、潜熱蓄熱材層16中に熱媒油14を供給する供給管18と、熱媒油層17から熱媒油14を回収する回収管19とが設けられている。供給管18は、蓄熱タンク12の中心軸と略平行に配置され、潜熱蓄熱材層16中に熱媒油14を吐出する下向きの吐出口20が、長手方向に間隔をおいて多数形成されている。
【0021】
蓄熱タンク12内の潜熱蓄熱材層16には、図3に示すように、供給管18から供給された熱媒油14が通過する領域21と、その熱媒油14が通過しない領域22とがある。蓄熱タンク12は、熱媒油14が通過しない領域22にある固相の潜熱蓄熱材13を、潜熱蓄熱材層16中の熱媒油14の通過する領域21に滑り落とすように傾斜した傾斜内面23を有し、その傾斜内面23を含む蓄熱タンク12の内面全体に、固相の潜熱蓄熱材13との摩擦を低減する低摩擦皮膜(例えば、フッ素樹脂コーティングやシリコン樹脂コーティング等の疎水性皮膜)24が施されている。
【0022】
この蓄熱装置6に熱を蓄えるときは、蓄熱装置6の供給管18と回収管19を、熱源施設1の熱媒管4に接続し、その状態で循環ポンプ7を作動させ、蓄熱装置6と熱交換器5の間で熱媒油14を循環させる。このとき、供給管18から潜熱蓄熱材層16中に熱媒油14が吐出され、その熱媒油14が、潜熱蓄熱材13との比重差によって潜熱蓄熱材層16中を上昇する。その上昇過程において、熱媒油14が通過する領域21の潜熱蓄熱材13は、熱媒油14と直接接触して熱を受け取り、固相から液相に変化する。また、熱媒油14が通過しない領域22にある固相の潜熱蓄熱材13は、蓄熱タンク12の傾斜内面23に沿って、熱媒油14が通過する領域21に滑り落ち、滑り落ちた潜熱蓄熱材13は、供給管18から吐出された熱媒油14と直接接触して短時間で融ける。また、固相の潜熱蓄熱材13が滑り落ちるときに生じる蓄熱タンク12内の流動により、潜熱蓄熱材13と熱媒油14との間の接触が促進される。
【0023】
一方、この蓄熱装置6から熱を取り出すときは、蓄熱装置6の供給管18と回収管19を、熱利用施設2の熱媒管9に接続し、その状態で循環ポンプ11を作動させ、蓄熱装置6と熱交換器10の間で熱媒油14を循環させる。このとき、供給管18から潜熱蓄熱材層16中に熱媒油14が吐出され、その熱媒油14が、潜熱蓄熱材13との比重差によって潜熱蓄熱材層16中を上昇し、その上昇過程において、潜熱蓄熱材13と直接接触して熱を受け取る。
【0024】
この蓄熱装置6は、熱媒油14が通過しない領域22にある固相の潜熱蓄熱材13が、蓄熱タンク12の傾斜内面23に沿って、潜熱蓄熱材層16中の熱媒油14の通過する領域21に滑り落ちやすく、滑り落ちた固相の潜熱蓄熱材13は、熱媒油14と直接接触して短時間で融ける。そのため、この蓄熱装置6は、熱媒油14が通過しない領域22にある潜熱蓄熱材13に、短時間で無駄なく蓄熱することが可能である。
【0025】
上記実施形態では、蓄熱タンク12の内面全体に低摩擦皮膜24を施しているが、低摩擦皮膜24は、蓄熱タンク12の内面のうち、少なくとも、熱媒油14の通過しない領域22にある固相の潜熱蓄熱材13を、熱媒油14の通過する領域21に滑り落とすように傾斜した部分に施していればよい。
【0026】
また、上記実施形態では、固相の潜熱蓄熱材13との摩擦を低減するため、傾斜内面23に低摩擦皮膜24を形成したが、低摩擦皮膜24にかえて、研磨面を形成してもよい。このようにしても、その研磨面に沿って、熱媒油14の通過しない領域22にある固相の潜熱蓄熱材13が、潜熱蓄熱材層16中の熱媒油14の通過する領域21に滑り落ちやすくなる。
【0027】
また、傾斜内面23に低摩擦皮膜24を形成するかわりに、図4に示すように、蓄熱タンク12の外面に沿って熱源流体(温水や蒸気など)の流路25を設けてもよい。このようにすると、蓄熱装置6に熱を蓄えるときは、熱源施設1の廃熱を有する熱源流体を流路25に流すことによって、蓄熱タンク12の傾斜内面23を加熱することができ、その傾斜内面23に沿って融けた液相の潜熱蓄熱材が、固相の潜熱蓄熱材13と傾斜内面23との間に介在することによって、固相の潜熱蓄熱材13と傾斜内面23との間の摩擦を低減することができる。
【0028】
一方、蓄熱装置6から熱を取り出すときは、熱媒油14の通過しない領域22にある固相の潜熱蓄熱材13が、熱媒油14の通過する領域21に滑り落ちると、その潜熱蓄熱材13が成長することにより、供給管18からの熱媒油14の吐出が妨げられる恐れがある。そこで、蓄熱装置6から熱を取り出すときは、流路25に熱源流体を流さないことによって、傾斜内面23と固相の潜熱蓄熱材13との間の摩擦力を確保し、潜熱蓄熱材13の滑り落ちを防止する。
【0029】
上記実施形態では、蓄熱タンク12の形状として、中心軸が略水平の筒状であり、かつ、中心軸に直交する断面が円形のものを例に挙げて説明したが、この発明は、中心軸に直交する断面が楕円形の蓄熱タンクや、中心軸に直交する断面が、下部が窄まる多角形の蓄熱タンクにも適用することができる。要は、蓄熱タンクの形状が、潜熱蓄熱材層16中の熱媒油14の通過しない領域22にある固相の潜熱蓄熱材13を、潜熱蓄熱材層16中の熱媒油14の通過する領域21に滑り落とすように傾斜した傾斜内面23を有する形状であればよい。
【0030】
上記実施形態は、本発明の実施形態の一例であり、本発明の技術的範囲は、上記実施形態に限定されない。本発明の技術的範囲は、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲の記載と均等の意味及びその範囲内でのすべての変形を含むものである。
【図面の簡単な説明】
【0031】
【図1】この発明の実施形態の蓄熱装置を利用した熱搬送システムを示す図
【図2】図1に示す蓄熱装置の断面図
【図3】図2のIII−III線に沿った断面図
【図4】図3の蓄熱装置の変形例を示す断面図
【図5】従来の蓄熱装置を示す断面図
【符号の説明】
【0032】
6 蓄熱装置
12 蓄熱タンク
13 潜熱蓄熱材
14 熱媒油
16 潜熱蓄熱材層
17 熱媒油層
18 供給管
19 回収管
21 熱媒油の通過する領域
22 熱媒油の通過しない領域
23 傾斜内面
24 低摩擦皮膜
25 流路
【技術分野】
【0001】
この発明は、発電所や廃棄物焼却場などの熱源施設で発生する廃熱を蓄熱する蓄熱装置に関する。
【背景技術】
【0002】
熱源施設(例えば、発電所や廃棄物焼却場、製鉄所、化学プラント)で生じる廃熱を、熱利用施設(例えば、オフィスビルや病院、ホテル、クアハウス)で有効利用するため、熱源施設の廃熱を蓄熱タンク内に蓄熱し、その蓄熱タンクを熱利用施設に運搬し、その蓄熱タンクを熱源として給湯や暖房等を行なうことを可能とした蓄熱装置が知られている(特許文献1)。
【0003】
この蓄熱装置は、潜熱蓄熱材と熱媒油とを上下二層に分離した状態で収容する蓄熱タンクと、その蓄熱タンク内の潜熱蓄熱材層中に熱媒油を供給する供給管と、前記蓄熱タンク内の熱媒油層から熱媒油を回収する回収管とを有し、その供給管と回収管を通じて、熱源施設(または熱利用施設)と蓄熱タンクの間で熱媒油を循環させて使用する。このとき、供給管から潜熱蓄熱材層中に供給された熱媒油は、熱媒油と潜熱蓄熱材の比重差により潜熱蓄熱材層中を上昇しながら、潜熱蓄熱材と直接接触して熱交換を行なう。
【0004】
ここで、潜熱蓄熱材は、物質が固相と液相の間で相変化するときに吸収・排出する熱(潜熱)を利用して蓄熱と放熱を行なう蓄熱材であり、固相から液相に相変化するときに周りから熱を吸収し、液相から固相に相変化するときに放熱する。また、潜熱蓄熱材は、固相と液相の間で相変化するときに温度が変化しないので、一定した温度での放熱が可能である。このような潜熱蓄熱材として、例えば、酢酸ナトリウム三水和物や、塩化マグネシウム六水和物、エリスリトール、マンニトールが用いられる。
【0005】
また、蓄熱タンクの形状としては、例えば、中心軸が略水平の筒状であり、かつ、その中心軸に直交する断面が円形、楕円形、または下部が窄まる多角形のものが挙げられる。
【特許文献1】特開2007−132569号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
ところで、上記の蓄熱装置に蓄熱する場合、図5に示すように、蓄熱タンク31内の潜熱蓄熱材層32には、供給管33から供給された熱媒油の通過する領域34と通過しない領域35とが生じ、熱媒油の通過する領域34にある固相の潜熱蓄熱材36は、熱媒油と直接接触して熱を受け取るので、短時間で融けるが、熱媒油の通過しない領域35にある固相の潜熱蓄熱材37は、熱媒油の通過する領域34にある液相の潜熱蓄熱材38を介して熱を受け取るので、なかなか融けない。そのため、潜熱蓄熱材37がすべて融けるまで長時間を要し、熱媒油の通過しない領域35にある潜熱蓄熱材を無駄なく利用するのが難しかった。
【0007】
この発明が解決しようとする課題は、短時間で無駄なく蓄熱することが可能な蓄熱装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0008】
上記の課題を解決するため、前記蓄熱タンクの形状が、潜熱蓄熱材層中の熱媒油の通過しない領域にある固相の潜熱蓄熱材を、熱媒油の通過する領域に滑り落とすように傾斜した傾斜内面を有する形状であり、その傾斜内面に、固相の潜熱蓄熱材との摩擦を低減する摩擦低減手段を設けた構成を蓄熱装置に採用した。
【0009】
この蓄熱装置は、潜熱蓄熱材層がほぼすべて固相になった状態から、廃熱をもつ熱媒油を供給管から潜熱蓄熱材層中に供給すると、潜熱蓄熱材層中の熱媒油が通過する領域では、潜熱蓄熱材が短時間で融けて液相になるが、熱媒油の通過しない領域では、潜熱蓄熱材が固相のまま、蓄熱タンクの傾斜内面に乗った状態となる。ここで、傾斜内面の摩擦力は摩擦低減手段で低く抑えられているので、熱媒油の通過しない領域にある固相の潜熱蓄熱材は、その自重で熱媒油の通過する領域に滑り落ち、熱媒油と直接接触して短時間で融ける。
【0010】
前記摩擦低減手段としては、例えば、前記傾斜内面に形成した低摩擦皮膜、前記傾斜内面に形成した研磨面、前記傾斜内面を加熱する加熱機構などが挙げられる。前記加熱機構としては、例えば、蓄熱タンクの外面に沿って設けた熱源流体の流路が挙げられる。
【0011】
また、前記蓄熱装置から熱を取り出すときに、熱媒油の通過しない領域にある固相の潜熱蓄熱材が、熱媒油の通過する領域に滑り落ちると、その潜熱蓄熱材が成長することにより、供給管からの熱媒油の供給が妨げられる恐れがある。そのため、前記加熱機構による加熱は解除可能とすると好ましい。このようにすると、蓄熱装置から熱を取り出すときは、加熱機構による加熱を解除することにより、傾斜内面と固相の潜熱蓄熱材との間の摩擦力を確保することができ、その結果、潜熱蓄熱材の滑り落ちを防止することが可能となる。
【0012】
また、前記蓄熱タンクの形状としては、例えば、中心軸が略水平の筒状であり、かつ、その中心軸に直交する断面が円形、楕円形、または下部が窄まる多角形のものが挙げられる。ここで、略水平とは、厳密な意味での水平である必要がなく、蓄熱タンク内の液体を排出するための傾斜を許容する意味での水平である。
【発明の効果】
【0013】
この発明の蓄熱装置は、潜熱蓄熱材層中の熱媒油の通過しない領域にある固相の潜熱蓄熱材が、熱媒油の通過する領域に滑り落ちやすく、滑り落ちた潜熱蓄熱材は、熱媒油と直接接触して短時間で融ける。そのため、この蓄熱装置は、蓄熱タンク内の潜熱蓄熱材に、短時間で無駄なく蓄熱することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0014】
図1に、熱源施設1(例えば、発電所や廃棄物焼却場、製鉄所、化学プラント)で生じる廃熱を、熱源施設1から離れた熱利用施設2(例えば、オフィスビル、病院、ホテル、クアハウス)で利用可能とする熱搬送システムを示す。
【0015】
この熱搬送システムは、熱源施設1側に、熱源管3と、熱媒管4と、熱源管3と熱媒管4の間で熱交換を行なう熱交換器5とが設けられている。熱源管3は熱源施設1に接続されており、熱源施設1と熱交換器5の間で、廃熱を有する熱源流体(例えば、温水や蒸気)が循環するようになっている。熱媒管4は、この発明の実施形態の蓄熱装置6に着脱可能に接続されており、熱媒管4の途中に設けた循環ポンプ7を作動させると、熱交換器5と蓄熱装置6の間で熱媒油が循環し、その熱媒油を介して熱源管3から蓄熱装置6に熱が伝達され、蓄熱される。
【0016】
また、この熱搬送システムは、熱利用施設2側に、熱利用管8と、熱媒管9と、熱利用管8と熱媒管9の間で熱交換を行なう熱交換器10とが設けられている。熱利用管8は、熱利用施設2に接続されており、熱利用施設2と熱交換器10の間で、熱利用媒体(例えば、給湯用水や暖房用水)が循環するようになっている。熱媒管9は、蓄熱装置6に着脱可能に接続されており、熱媒管9の途中に設けた循環ポンプ11を作動させると、蓄熱装置6と熱交換器10の間で熱媒油が循環し、その熱媒油を介して蓄熱装置6から熱利用管8に熱が伝達され、その熱を利用して熱利用施設2での給湯や暖房が可能となる。
【0017】
この熱搬送システムは、上述した熱源施設1と熱利用施設2の間で、蓄熱装置6を行き来させることにより、熱源施設1の廃熱を熱利用施設2の熱エネルギーとして利用することができる。
【0018】
蓄熱装置6は、図2、図3に示すように、中心軸が略水平の筒状であり、かつ、その中心軸に直交する断面が円形の蓄熱タンク12を有する。蓄熱タンク12内には、潜熱蓄熱材13と熱媒油14とが上下二層に分離した状態で収容されている。潜熱蓄熱材13は、固相から液相に相変化するときに周りから熱を吸収し、液相から固相に相変化するときに放熱する。このような潜熱蓄熱材13として、例えば、エリスリトールやマンニトール、酢酸ナトリウム三水和物、塩化マグネシウム六水和物などを用いることができる。
【0019】
熱媒油14は、潜熱蓄熱材13よりも比重が小さいものが用いられ、潜熱蓄熱材13との比重差によって潜熱蓄熱材13の表面に浮いた状態となっている。また、蓄熱タンク12内には空気層15が設けられており、その空気層15が、潜熱蓄熱材層16と熱媒油層17の体積変化を吸収するようになっている。
【0020】
また、蓄熱タンク12には、潜熱蓄熱材層16中に熱媒油14を供給する供給管18と、熱媒油層17から熱媒油14を回収する回収管19とが設けられている。供給管18は、蓄熱タンク12の中心軸と略平行に配置され、潜熱蓄熱材層16中に熱媒油14を吐出する下向きの吐出口20が、長手方向に間隔をおいて多数形成されている。
【0021】
蓄熱タンク12内の潜熱蓄熱材層16には、図3に示すように、供給管18から供給された熱媒油14が通過する領域21と、その熱媒油14が通過しない領域22とがある。蓄熱タンク12は、熱媒油14が通過しない領域22にある固相の潜熱蓄熱材13を、潜熱蓄熱材層16中の熱媒油14の通過する領域21に滑り落とすように傾斜した傾斜内面23を有し、その傾斜内面23を含む蓄熱タンク12の内面全体に、固相の潜熱蓄熱材13との摩擦を低減する低摩擦皮膜(例えば、フッ素樹脂コーティングやシリコン樹脂コーティング等の疎水性皮膜)24が施されている。
【0022】
この蓄熱装置6に熱を蓄えるときは、蓄熱装置6の供給管18と回収管19を、熱源施設1の熱媒管4に接続し、その状態で循環ポンプ7を作動させ、蓄熱装置6と熱交換器5の間で熱媒油14を循環させる。このとき、供給管18から潜熱蓄熱材層16中に熱媒油14が吐出され、その熱媒油14が、潜熱蓄熱材13との比重差によって潜熱蓄熱材層16中を上昇する。その上昇過程において、熱媒油14が通過する領域21の潜熱蓄熱材13は、熱媒油14と直接接触して熱を受け取り、固相から液相に変化する。また、熱媒油14が通過しない領域22にある固相の潜熱蓄熱材13は、蓄熱タンク12の傾斜内面23に沿って、熱媒油14が通過する領域21に滑り落ち、滑り落ちた潜熱蓄熱材13は、供給管18から吐出された熱媒油14と直接接触して短時間で融ける。また、固相の潜熱蓄熱材13が滑り落ちるときに生じる蓄熱タンク12内の流動により、潜熱蓄熱材13と熱媒油14との間の接触が促進される。
【0023】
一方、この蓄熱装置6から熱を取り出すときは、蓄熱装置6の供給管18と回収管19を、熱利用施設2の熱媒管9に接続し、その状態で循環ポンプ11を作動させ、蓄熱装置6と熱交換器10の間で熱媒油14を循環させる。このとき、供給管18から潜熱蓄熱材層16中に熱媒油14が吐出され、その熱媒油14が、潜熱蓄熱材13との比重差によって潜熱蓄熱材層16中を上昇し、その上昇過程において、潜熱蓄熱材13と直接接触して熱を受け取る。
【0024】
この蓄熱装置6は、熱媒油14が通過しない領域22にある固相の潜熱蓄熱材13が、蓄熱タンク12の傾斜内面23に沿って、潜熱蓄熱材層16中の熱媒油14の通過する領域21に滑り落ちやすく、滑り落ちた固相の潜熱蓄熱材13は、熱媒油14と直接接触して短時間で融ける。そのため、この蓄熱装置6は、熱媒油14が通過しない領域22にある潜熱蓄熱材13に、短時間で無駄なく蓄熱することが可能である。
【0025】
上記実施形態では、蓄熱タンク12の内面全体に低摩擦皮膜24を施しているが、低摩擦皮膜24は、蓄熱タンク12の内面のうち、少なくとも、熱媒油14の通過しない領域22にある固相の潜熱蓄熱材13を、熱媒油14の通過する領域21に滑り落とすように傾斜した部分に施していればよい。
【0026】
また、上記実施形態では、固相の潜熱蓄熱材13との摩擦を低減するため、傾斜内面23に低摩擦皮膜24を形成したが、低摩擦皮膜24にかえて、研磨面を形成してもよい。このようにしても、その研磨面に沿って、熱媒油14の通過しない領域22にある固相の潜熱蓄熱材13が、潜熱蓄熱材層16中の熱媒油14の通過する領域21に滑り落ちやすくなる。
【0027】
また、傾斜内面23に低摩擦皮膜24を形成するかわりに、図4に示すように、蓄熱タンク12の外面に沿って熱源流体(温水や蒸気など)の流路25を設けてもよい。このようにすると、蓄熱装置6に熱を蓄えるときは、熱源施設1の廃熱を有する熱源流体を流路25に流すことによって、蓄熱タンク12の傾斜内面23を加熱することができ、その傾斜内面23に沿って融けた液相の潜熱蓄熱材が、固相の潜熱蓄熱材13と傾斜内面23との間に介在することによって、固相の潜熱蓄熱材13と傾斜内面23との間の摩擦を低減することができる。
【0028】
一方、蓄熱装置6から熱を取り出すときは、熱媒油14の通過しない領域22にある固相の潜熱蓄熱材13が、熱媒油14の通過する領域21に滑り落ちると、その潜熱蓄熱材13が成長することにより、供給管18からの熱媒油14の吐出が妨げられる恐れがある。そこで、蓄熱装置6から熱を取り出すときは、流路25に熱源流体を流さないことによって、傾斜内面23と固相の潜熱蓄熱材13との間の摩擦力を確保し、潜熱蓄熱材13の滑り落ちを防止する。
【0029】
上記実施形態では、蓄熱タンク12の形状として、中心軸が略水平の筒状であり、かつ、中心軸に直交する断面が円形のものを例に挙げて説明したが、この発明は、中心軸に直交する断面が楕円形の蓄熱タンクや、中心軸に直交する断面が、下部が窄まる多角形の蓄熱タンクにも適用することができる。要は、蓄熱タンクの形状が、潜熱蓄熱材層16中の熱媒油14の通過しない領域22にある固相の潜熱蓄熱材13を、潜熱蓄熱材層16中の熱媒油14の通過する領域21に滑り落とすように傾斜した傾斜内面23を有する形状であればよい。
【0030】
上記実施形態は、本発明の実施形態の一例であり、本発明の技術的範囲は、上記実施形態に限定されない。本発明の技術的範囲は、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲の記載と均等の意味及びその範囲内でのすべての変形を含むものである。
【図面の簡単な説明】
【0031】
【図1】この発明の実施形態の蓄熱装置を利用した熱搬送システムを示す図
【図2】図1に示す蓄熱装置の断面図
【図3】図2のIII−III線に沿った断面図
【図4】図3の蓄熱装置の変形例を示す断面図
【図5】従来の蓄熱装置を示す断面図
【符号の説明】
【0032】
6 蓄熱装置
12 蓄熱タンク
13 潜熱蓄熱材
14 熱媒油
16 潜熱蓄熱材層
17 熱媒油層
18 供給管
19 回収管
21 熱媒油の通過する領域
22 熱媒油の通過しない領域
23 傾斜内面
24 低摩擦皮膜
25 流路
【特許請求の範囲】
【請求項1】
潜熱蓄熱材(13)とその潜熱蓄熱材(13)よりも比重の小さい熱媒油(14)とを上下二層に分離した状態で収容する蓄熱タンク(12)と、その蓄熱タンク(12)内の潜熱蓄熱材層(16)中に熱媒油(14)を供給する供給管(18)と、前記蓄熱タンク(12)内の熱媒油層(17)から熱媒油(14)を回収する回収管(19)とを有し、前記供給管(18)から潜熱蓄熱材層(16)中に供給された熱媒油(14)を潜熱蓄熱材(13)に直接接触させて熱交換を行なう蓄熱装置(6)において、前記蓄熱タンク(12)の形状が、潜熱蓄熱材層(16)中の熱媒油(14)の通過しない領域(22)にある固相の潜熱蓄熱材(13)を、熱媒油(14)の通過する領域(21)に滑り落とすように傾斜した傾斜内面(23)を有する形状であり、その傾斜内面(23)に、固相の潜熱蓄熱材(13)との摩擦を低減する摩擦低減手段(24)を設けたことを特徴とする蓄熱装置。
【請求項2】
前記摩擦低減手段が、前記傾斜内面(23)に形成した低摩擦皮膜(24)である請求項1に記載の蓄熱装置。
【請求項3】
前記摩擦低減手段が、前記傾斜内面(23)に形成した研磨面である請求項1に記載の蓄熱装置。
【請求項4】
前記摩擦低減手段が、前記傾斜内面(23)を加熱する加熱機構(25)である請求項1に記載の蓄熱装置。
【請求項5】
前記加熱機構が、蓄熱タンク(12)の外面に沿って設けた熱源流体の流路(25)である請求項4に記載の蓄熱装置。
【請求項6】
前記加熱機構(25)による加熱を解除可能とした請求項4または5に記載の蓄熱装置。
【請求項7】
前記蓄熱タンク(12)の形状が、中心軸が略水平の筒状であり、かつ、その中心軸に直交する断面が円形、楕円形、または下部が窄まる多角形である請求項1から6のいずれかに記載の蓄熱装置。
【請求項1】
潜熱蓄熱材(13)とその潜熱蓄熱材(13)よりも比重の小さい熱媒油(14)とを上下二層に分離した状態で収容する蓄熱タンク(12)と、その蓄熱タンク(12)内の潜熱蓄熱材層(16)中に熱媒油(14)を供給する供給管(18)と、前記蓄熱タンク(12)内の熱媒油層(17)から熱媒油(14)を回収する回収管(19)とを有し、前記供給管(18)から潜熱蓄熱材層(16)中に供給された熱媒油(14)を潜熱蓄熱材(13)に直接接触させて熱交換を行なう蓄熱装置(6)において、前記蓄熱タンク(12)の形状が、潜熱蓄熱材層(16)中の熱媒油(14)の通過しない領域(22)にある固相の潜熱蓄熱材(13)を、熱媒油(14)の通過する領域(21)に滑り落とすように傾斜した傾斜内面(23)を有する形状であり、その傾斜内面(23)に、固相の潜熱蓄熱材(13)との摩擦を低減する摩擦低減手段(24)を設けたことを特徴とする蓄熱装置。
【請求項2】
前記摩擦低減手段が、前記傾斜内面(23)に形成した低摩擦皮膜(24)である請求項1に記載の蓄熱装置。
【請求項3】
前記摩擦低減手段が、前記傾斜内面(23)に形成した研磨面である請求項1に記載の蓄熱装置。
【請求項4】
前記摩擦低減手段が、前記傾斜内面(23)を加熱する加熱機構(25)である請求項1に記載の蓄熱装置。
【請求項5】
前記加熱機構が、蓄熱タンク(12)の外面に沿って設けた熱源流体の流路(25)である請求項4に記載の蓄熱装置。
【請求項6】
前記加熱機構(25)による加熱を解除可能とした請求項4または5に記載の蓄熱装置。
【請求項7】
前記蓄熱タンク(12)の形状が、中心軸が略水平の筒状であり、かつ、その中心軸に直交する断面が円形、楕円形、または下部が窄まる多角形である請求項1から6のいずれかに記載の蓄熱装置。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【公開番号】特開2009−198138(P2009−198138A)
【公開日】平成21年9月3日(2009.9.3)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2008−42900(P2008−42900)
【出願日】平成20年2月25日(2008.2.25)
【出願人】(000142595)株式会社栗本鐵工所 (566)
【出願人】(000001834)三機工業株式会社 (316)
【公開日】平成21年9月3日(2009.9.3)
【国際特許分類】
【出願日】平成20年2月25日(2008.2.25)
【出願人】(000142595)株式会社栗本鐵工所 (566)
【出願人】(000001834)三機工業株式会社 (316)
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