JP2007132569A - 潜熱蓄熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】潜熱蓄熱材の容器外への排出を防止する。
【解決手段】熱媒体１３を廃熱発生施設又は熱需要施設と潜熱蓄熱材１２充填の容器１１との間を循環させ、容器１１内で、熱媒体１３と潜熱蓄熱材１２を直接接触させて熱交換をおこない、廃熱発生施設又は熱需要施設と容器１１内との間で熱を移動可能とした潜熱蓄熱装置１０において、潜熱蓄熱材１２と熱媒体１３とは前者が後者より比重が高く設定されており、容器１１内で２層を形成する。この場合に、排出部１４ｂの吸い込み口に、底面に貫通孔１５ａを有する升状体１５を設けると、升状体１５周壁が堰となって、その堰を乗り越えて升状体１５内部に流入した潜熱蓄熱材１２と熱媒体１３との混合体は、升状体１５内で比重差により２層に分離し、比重の高い潜熱蓄熱材１２が沈下することにより、升状体１５底面の貫通孔１５ａから升状体１５外部に流出し、潜熱蓄熱材１２層に向けて返戻されるため、潜熱蓄熱材１２の容器１１外への排出が防がれる。
【選択図】図２

Description

この発明は、工場等から排出される廃熱及び太陽熱、地熱等の自然エネルギーを蓄熱し、ホテルや病院、学校、事務所、温水プール等の熱を必要とする施設に搬送、放熱することで、廃熱の有効利用を図る潜熱蓄熱装置に関する。

従来から、工場や発電所、廃棄物処理施設等の廃熱発生施設においては、発生する廃熱の有効利用が種々なされているが、通常、２００℃以下の低温排ガスは廃棄されるか、廃熱発生施設近隣にパイプライン等により搬送され利用される程度であって、有効利用されているとは言い難い。

このため、その低温排ガスを有効利用すべく、低温排ガスの持つ廃熱を潜熱蓄熱材に蓄熱し、その潜熱蓄熱材を、熱を必要とする熱需要施設へ車両等の搬送手段を用いて搬送し、そこで放熱させることで廃熱を利用する潜熱蓄熱装置が提案されている(特許文献１参照)。
ここで潜熱蓄熱材とは、相変化により蓄熱するものであって、例えば、酢酸ソーダ３水和物や塩化マグネシウム６水和物のように、融解時に潜熱を蓄熱して液体となり、凝固時に潜熱を放熱して固体となるものが使用される。
特開２０００−３１０４３２号公報

この装置によれば、上記したパイプライン等と異なり、場所的制限を受けることがないため、廃熱発生施設から離れた場所の熱需要施設においても、廃熱を有効利用することができる。また、インフラ整備コストも大幅に削減することができる。

この潜熱蓄熱材に蓄熱又は放熱させるには、熱媒体を廃熱発生施設又は熱需要施設と潜熱蓄熱材との間を循環させて、潜熱蓄熱材と熱媒体の間で熱交換することが必要である。その熱交換の方式として、潜熱蓄熱材をカプセルに収納した状態で循環する熱媒体との間で熱交換を行うカプセル方式、潜熱蓄熱材中にチューブを通し、チューブ内に熱媒体を循環させることにより熱交換を行うシェルチューブ方式、潜熱蓄熱材と循環する熱媒体とを直接接触させることにより熱交換を行う直接接触方式の３つの方式がある。

このうち、直接接触方式は、潜熱蓄熱材と熱媒体とが直接接触するため、他の方式に比べて熱交換の効率がよく、また、カプセルやチューブが不要なため、同じ容量であれば他の方式より多くの蓄熱材を充填可能であり、搬送のコストも低廉で済む。

ところが、直接接触方式によると、潜熱蓄熱材と熱媒体とを直接接触させているため、比重差をつけて両者を分離したとしても、熱媒体を勢いよく循環させた場合などに、熱媒体に潜熱蓄熱材が随伴して一緒に容器外に排出され、蓄熱材の減少による潜熱蓄熱装置の性能の低下を引き起こす問題があった。

そこで、この発明は、潜熱蓄熱材の容器外への排出を防止することをその課題とする。

上記課題を解決するため、この発明は、潜熱蓄熱装置において、潜熱蓄熱材を収めた容器の内外に熱媒体を循環させる循環管の、容器内における潜熱蓄熱材排出防止手段を設けたのである。
このようにすれば、熱媒体に潜熱蓄熱材が混合された状態であっても、潜熱蓄熱材が容器外に排出されるのを防止することができる。

具体的には、搬送可能な容器に潜熱蓄熱材を収め、熱媒体を廃熱発生施設又は熱需要施設と前記容器との間を循環させることによって、前記容器内で、前記熱媒体と前記潜熱蓄熱材を直接接触させて、熱媒体と潜熱蓄熱材の間で熱交換をおこない、前記廃熱発生施設又は熱需要施設と前記容器内との間で熱を移動可能とした潜熱蓄熱装置において、前記潜熱蓄熱材と熱媒体とは前者が後者より比重が高く、前記容器内において２層を形成するものとし、前記容器内と前記廃熱発生施設又は熱需要施設間に熱媒体を循環させるための循環管の、容器内への熱媒体の供給部は、前記潜熱蓄熱材層内にあるものとし、容器内からの熱媒体の排出部は前記潜熱蓄熱材層の上位にあり、その排出部に潜熱蓄熱材排出防止手段を設けたものとしたのである。

この潜熱蓄熱材排出防止手段としては、排出部の吸い込み口に、上面が開口し、底面に貫通孔を有する升状体を設けるのが簡便である。
このようにすれば、升状体周壁が堰となって、その堰を乗り越えて升状体内部に流入した潜熱蓄熱材と熱媒体との混合体は、升状体内で比重差により２層に分離し、比重の高い潜熱蓄熱材が沈下することにより、升状体底面の貫通孔から升状体外部に流出し、潜熱蓄熱材層に向けて返戻されることとなり、潜熱蓄熱材の容器外への排出が防がれる。

上記した構成において、さらに、容器内における熱媒体の供給部の吐出口を、下向き又は横向きに設けることとすると、吐出口が上向きでないため、比重の高い潜熱蓄熱材が沈下することで循環管内に入り込んで固化し、熱媒体の循環の妨げとなることを防止できる。

上記解決手段を講じることにより、潜熱蓄熱材を容器外に排出させることがなく、蓄熱材の減少による熱交換効率の低下を防止できる。

図１に、この発明にかかる潜熱蓄熱装置１０の使用概略図を示す。図示のように、工場等の廃熱発生施設２０から排出される排ガスの持つ廃熱を、熱交換器２１を介して熱媒体１３に移動させ、搬送可能な容器１１に収納された潜熱蓄熱材１２にこの熱媒体１３を直接接触させて蓄熱させ、この潜熱蓄熱材１２を収めた容器１１を病院等の熱需要施設３０へ車両等の搬送手段４０により移動し、再度潜熱蓄熱材１２に熱媒体１３を直接接触させて放熱させ熱交換器３１を介して湯を沸かすなどして利用に供する。

さらに詳細には、図示のように、熱媒体１３は循環管１４を通じ、廃熱発生施設２０又は熱需要施設３０と容器１１との間を循環させられており、容器１１内には、下方に循環管１４につながる供給部１４ａが、上方に循環管１４につながる排出部１４ｂがそれぞれ設けられている。ここで、潜熱蓄熱材１２と熱媒体１３とは混ざり合わない物質を使用する。そして、前者は後者より比重が高く調節されているため、容器内１１において、潜熱蓄熱材１２層が下方に、熱媒体１３層が上方に、２層が分離して形成される。
このようにして、循環管１４の供給部１４ａは潜熱蓄熱材１２が沈下して形成される潜熱蓄熱材１２層中に位置することとなり、供給部１４ａの吐出口から吐き出された熱媒体１３は潜熱蓄熱材１２層中を潜熱蓄熱材１２と直接接触しながら上昇することで、熱媒体１３と潜熱蓄熱材１２との間で熱交換が行われ、上昇し終えた熱媒体１３は熱媒体１３層に吸収され、排出部１４ｂの吸い込み口から吸い込まれ、ポンプ１４ｃにより容器１１外に排出される。容器１１外に排出された熱媒体１３は、循環管１４を通り、熱交換器２１、３１を介して廃熱発生施設２０の排ガス等や熱需要施設３０の湯等と熱交換される。これを繰り返すことにより、潜熱蓄熱材１２に蓄熱又は放熱が行われる。

図２に、潜熱蓄熱装置１０の一例を示す。図示のように、この例においては、容器１１内の熱媒体１３層内であって、循環管１４の排出部１４ｂの吸い込み口は、容器１１内壁面に固定された升状体１５に挿し込まれている。
升状体１５は、上面が開口し、閉じられた底面に貫通孔１５ａが設けられており、升状体１５周壁が堰となり、図中矢印で示すように、その堰を乗り越えて潜熱蓄熱材１２と熱媒体１３との混合体が升状体１５内部に流入した場合には、図示のように、升状体１５内で比重差により２層に分離する。
このように、熱媒体１３より比重の高い潜熱蓄熱材１２が沈下することにより、図示のように、升状体１５底面の貫通孔１５ａから升状体１５内の沈下した潜熱蓄熱材１２は升状体１５外部に流出し、容器１１内下部の潜熱蓄熱材１２層に向けて返戻されることとなり、潜熱蓄熱材１２の容器１１外への排出が防がれることとなる。
なお、循環管１４の熱媒体１３の供給部１４ａの吐出口は、循環管１４内に潜熱蓄熱材１２が入り込んで固化するのを防止すべく、下向きあるいは横向きに設けられてある。

また、排出部１４ｂの吸い込み口に遠心分離器等の分離器を備え付け、これにより、潜熱蓄熱材１２と熱媒体１３とを分離し、潜熱蓄熱材１２のみを吸引して容器１１内に返戻するなどしてもよく、潜熱蓄熱材排出防止の手段はこの実施例に限られない。

潜熱蓄熱装置の使用概略図 潜熱蓄熱装置の一例の断面図

符号の説明

１０ 潜熱蓄熱装置
１１ 容器
１２ 潜熱蓄熱材
１３ 熱媒体
１３ａ 液泡
１４ 循環管
１４ａ 供給部
１４ｂ 排出部
１４ｃ ポンプ
１５ 升状体
１５ａ 貫通孔
２０ 廃熱発生施設
３０ 熱需要施設

Claims (3)

1. 搬送可能な容器（１１）に潜熱蓄熱材（１２）を収め、熱媒体（１３）を廃熱発生施設（２０）又は熱需要施設（３０）と前記容器（１１）との間を循環させることによって、前記容器（１１）内で、前記熱媒体（１３）と前記潜熱蓄熱材（１２）を直接接触させて、熱媒体（１３）と潜熱蓄熱材（１２）の間で熱交換をおこない、前記廃熱発生施設（２０）又は熱需要施設（３０）と前記容器（１１）内との間で熱を移動可能とした潜熱蓄熱装置（１０）において、
   前記潜熱蓄熱材（１２）と熱媒体（１３）とは前者（１２）が後者（１３）より比重が高く、前記容器（１１）内において２層を形成するものとし、前記容器（１１）内と前記廃熱発生施設（２０）又は熱需要施設（３０）間に熱媒体（１３）を循環させるための循環管（１４）の、前記容器（１１）内への熱媒体（１３）の供給部（１４ａ）は、前記潜熱蓄熱材（１２）層内にあり、容器（１１）内からの熱媒体（１３）の排出部（１４ｂ）は前記潜熱蓄熱材（１２）層の上位にあり、その排出部（１４ｂ）に潜熱蓄熱材（１２）排出防止手段を設けたことを特徴とする潜熱蓄熱装置。
2. 上記潜熱蓄熱材(１２)排出防止手段は、排出部(１４ｂ)の吸い込み口に設けられて、上面が開口し、底面に貫通孔(１５ａ)を有する升状体(１５)であって、
   升状体(１５)周壁が堰となって、その堰を乗り越えて升状体(１５)内部に流入した潜熱蓄熱材（１２）と熱媒体（１３）との混合体が升状体(１５)内で比重差により２層に分離し、比重の高い潜熱蓄熱材（１２）が沈下することにより、前記貫通孔(１５ａ)から升状体(１５)外部に流出して、上記潜熱蓄熱材（１２）層に向けて返戻されるものであることを特徴とする請求項１に記載の潜熱蓄熱装置。
3. 上記容器（１１）内における熱媒体（１３）の供給部（１４ａ）の吐出口を、下向き又は横向きに設けたことを特徴とする請求項１または２に記載の潜熱蓄熱装置。

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