JP2008128593A - Heat storage device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、発生した熱を蓄え、離れた場所に熱を輸送することができる熱輸送システムに用いられる蓄熱装置に関する。 The present invention relates to a heat storage device used in a heat transport system that can store generated heat and transport heat to a remote place.
工場(例えば、製鉄所、ゴミ処理場等)において発生する熱は、工場付近の様々な施設に利用されている。また、工場で発生した熱を一時的に蓄熱体等に蓄え、その蓄熱体を輸送することで、工場から離れた場所においても熱を利用することができる。 Heat generated in factories (for example, steelworks, garbage disposal plants, etc.) is used in various facilities near the factories. Moreover, the heat generated in the factory can be temporarily stored in a heat storage body or the like, and the heat storage body can be transported so that the heat can be used even in a place away from the factory.
特許文献1には、蓄熱体の融解潜熱を利用する蓄熱装置に関する技術が開示されている。特許文献1の蓄熱装置に含まれる貯蔵容器(蓄熱容器)には、エリスリトール等の蓄熱体と、蓄熱体よりも比重が小さい油(熱交換媒体)とが収容されている。蓄熱した状態にある蓄熱体は融解状態にあるため、蓄熱体より比重の小さな油とは混合することなく、上下に分離して収容される。貯蔵容器(蓄熱容器)には、油を外部から供給し、また、外部へと排出するための供給管及び排出管が貫設されており、当該供給管及び排出管に接続される熱交換器側パイプは、熱交換器へ熱的に接続されている。また、供給管及び排出管に接続される熱交換器側パイプは、熱交換器の内部で連通している。
そして、貯蔵容器(蓄熱容器)へ蓄熱する場合には、油は、供給管、排出管及び熱交換器側パイプを通り、工場側の熱交換器内部で熱供給され、その熱供給された状態で、供給管を通って蓄熱体の下方に送り込まれる。送り込まれた油は比重が小さいため、蓄熱体の上方まで上昇する。この上昇の間に、蓄熱体と油との直接接触により熱交換が行なわれ、油の熱が蓄熱体へ供給される。以上の動作を繰り返すことで、蓄熱体への蓄熱が行なわれるようになっている。 And when heat is stored in the storage container (heat storage container), the oil passes through the supply pipe, the discharge pipe and the heat exchanger side pipe, is supplied with heat inside the factory side heat exchanger, and the heat is supplied. Then, it is fed below the heat storage body through the supply pipe. Since the sent oil has a small specific gravity, it rises above the heat storage body. During this rise, heat exchange is performed by direct contact between the heat storage body and the oil, and the heat of the oil is supplied to the heat storage body. By repeating the above operation, heat storage to the heat storage body is performed.
一方、蓄熱体に蓄熱された熱を回収して利用する場合には、熱供給されていない油を、蓄熱体の下方へ送り込む。そして、送り込まれた油が蓄熱体内を上昇する間に、蓄熱体と油との直接接触により熱交換が行なわれ、蓄熱体に蓄熱された熱が、上昇する油へ供給される。そして、別途設けられた熱交換器において、上記のようにして熱供給された油の熱を回収することができる。以上の動作を繰り返すことで、蓄熱体に蓄熱された熱を回収して利用することができる。 On the other hand, when recovering and using the heat stored in the heat storage body, oil that is not supplied with heat is sent below the heat storage body. And while the sent-in oil rises in the heat storage body, heat exchange is performed by direct contact between the heat storage body and the oil, and the heat stored in the heat storage body is supplied to the rising oil. And in the heat exchanger provided separately, the heat | fever of the oil supplied with heat as mentioned above can be collect | recovered. By repeating the above operation, the heat stored in the heat storage body can be recovered and used.
そして、上記の貯蔵容器(蓄熱容器)は、トラック等により輸送可能となっているため、熱を発生する工場等と、その熱を利用する温水プール等の施設とが互いに離れている場合であっても、蓄熱された状態の蓄熱体が収容されている貯蔵容器を輸送することにより、熱輸送を行なうことができる。また、貯蔵容器内に蓄えられた熱を利用することにより、熱を利用する温水プール等の施設において、地球温暖化ガスであるCO2の排出量を削減することができる。
ところで、蓄熱体は、融解熱(固体1kgを融解して、同温度の液体にするのに必要な熱量。潜熱に相当)を利用して蓄熱を行なうために蓄熱量が大きい。蓄熱体の例として、エリスリトールは融解熱が76kcal/kgである。また、エリスリトールの比熱(物質1kgの温度を1℃上昇させるのに必要な熱量)は約0.7kcal/kg℃であり、エリスリトールのような蓄熱体では、融解熱及び比熱の両方を蓄熱に利用できる。一方、熱交換媒体(油)は、蓄熱に融解熱が利用できず、比熱(0.5〜0.6kcal/kg℃)のみを利用して蓄熱を行なうために、熱交換媒体による蓄熱への寄与は、蓄熱体による蓄熱への寄与に比べて小さい。 By the way, the heat storage body has a large amount of heat storage because heat storage is performed using the heat of fusion (the amount of heat necessary to melt 1 kg of solids into a liquid of the same temperature, corresponding to latent heat). As an example of a heat storage body, erythritol has a heat of fusion of 76 kcal / kg. In addition, the specific heat of erythritol (the amount of heat required to raise the temperature of 1 kg of substance by 1 ° C) is about 0.7 kcal / kg ° C. In a heat storage body such as erythritol, both heat of fusion and specific heat are used for heat storage. it can. On the other hand, the heat exchange medium (oil) cannot use heat of fusion for heat storage, and uses only specific heat (0.5 to 0.6 kcal / kg ° C.) to store heat. The contribution is small compared to the contribution to heat storage by the heat storage body.
熱交換媒体は、上記のように蓄熱に対する寄与が小さいので、蓄熱装置全体として蓄熱密度を向上させるためには、蓄熱体の含有量をより多くし、且つ、熱交換媒体の含有量をより少なくする方が良い(蓄熱体及び熱交換媒体において、蓄熱体の比率が高い方が良い)。そのため、熱交換媒体の体積は少しでも小さいことが望ましい。 Since the heat exchange medium has a small contribution to the heat storage as described above, in order to improve the heat storage density as the whole heat storage device, the content of the heat storage body is increased and the content of the heat exchange medium is decreased. (It is better that the ratio of the heat storage body is higher in the heat storage body and the heat exchange medium). Therefore, it is desirable that the volume of the heat exchange medium is as small as possible.
また、別観点において、蓄熱体と熱交換媒体とを確実に分離して、循環流通する熱交換媒体、又は、回収した熱交換媒体に蓄熱体が混入することを防止する必要がある。ここで、蓄熱体と接触している熱交換媒体の高さが低い(熱交換媒体層が薄い)場合には、蓄熱体と熱交換媒体との分離が困難であるが、熱交換媒体の高さ(厚さ)が適度に確保されていれば、蓄熱体と熱交換媒体とを容易且つ効率的に分離できる。 In another aspect, it is necessary to reliably separate the heat storage body and the heat exchange medium and prevent the heat storage body from being mixed into the circulating heat exchange medium or the recovered heat exchange medium. Here, when the height of the heat exchange medium in contact with the heat storage medium is low (the heat exchange medium layer is thin), it is difficult to separate the heat storage medium from the heat exchange medium. If the thickness (thickness) is appropriately secured, the heat storage body and the heat exchange medium can be easily and efficiently separated.
以上から、蓄熱装置においては、熱交換媒体の体積ができるだけ小さく、且つ、熱交換媒体の高さができるだけ高いことが望ましい。しかし、特許文献1に開示されている貯蔵容器(蓄熱容器)は直方体状で、容器内面の鉛直方向断面が四角形状となっており、熱交換媒体の体積を小さくすると、それだけ熱交換媒体の高さは低くなり(熱交換媒体の分の厚さが薄くなり)、蓄熱体と熱交換媒体との分離が効率的に行なわれない。
From the above, in the heat storage device, it is desirable that the volume of the heat exchange medium is as small as possible and the height of the heat exchange medium is as high as possible. However, the storage container (heat storage container) disclosed in
そこで、本発明の目的は、熱交換媒体の体積を減少しつつ、蓄熱体と熱交換媒体とを効率的に分離できる蓄熱装置を提供することである。 Then, the objective of this invention is providing the thermal storage apparatus which can isolate | separate a thermal storage body and a heat exchange medium efficiently, reducing the volume of a heat exchange medium.
上記の目的を達成するために、本発明に係る蓄熱装置は、潜熱蓄熱により蓄熱する蓄熱体と、前記蓄熱体に接触することで熱交換し、前記蓄熱体よりも比重が小さく前記蓄熱体とは分離する熱交換媒体と、前記蓄熱体及び前記熱交換媒体を収容する蓄熱容器と、を有し、前記蓄熱容器の少なくとも一つの鉛直方向断面において、前記蓄熱容器の内面の水平方向幅は、底部側よりも上部側の方が小さくなっており、前記底部側から前記上部側にかけて、前記水平方向幅が徐々に減少する部分を有する。 In order to achieve the above object, a heat storage device according to the present invention performs heat exchange by contacting a heat storage body that stores heat by latent heat storage and the heat storage body, and has a smaller specific gravity than the heat storage body and the heat storage body. Has a heat exchange medium to be separated, and a heat storage container that houses the heat storage body and the heat exchange medium, and in at least one vertical section of the heat storage container, the horizontal width of the inner surface of the heat storage container is: The upper side is smaller than the bottom side, and has a portion in which the horizontal width gradually decreases from the bottom side to the upper side.
この構成によると、熱交換媒体の体積を減少しても、蓄熱容器の鉛直方向断面が四角形状である場合に比べて、熱交換媒体の高さを高くすることができる。そのため、熱交換媒体の体積を減少しつつ、蓄熱体と熱交換媒体とを効率的に分離できる。その結果、容器内の蓄熱体の比率が向上して蓄熱装置の蓄熱密度が向上し、且つ、循環流通する熱交換媒体又は回収した熱交換媒体に蓄熱体が混入し難くなる。また、蓄熱への寄与が小さい熱交換媒体分の重量を低減できるので、熱交換媒体を蓄熱容器と共に輸送する場合であっても、熱輸送効率が向上する。 According to this configuration, even if the volume of the heat exchange medium is reduced, the height of the heat exchange medium can be increased as compared with the case where the vertical cross section of the heat storage container is a square shape. Therefore, it is possible to efficiently separate the heat storage body and the heat exchange medium while reducing the volume of the heat exchange medium. As a result, the ratio of the heat storage body in the container is improved, the heat storage density of the heat storage device is improved, and the heat storage body is less likely to be mixed into the circulating heat exchange medium or the recovered heat exchange medium. Moreover, since the weight of the heat exchange medium with a small contribution to heat storage can be reduced, the heat transport efficiency is improved even when the heat exchange medium is transported together with the heat storage container.
前記鉛直方向断面は、前記蓄熱容器の長手方向に垂直な方向についての鉛直方向断面であってもよい。これによると、蓄熱体と熱交換媒体とをより効率的に分離できる。 The vertical cross section may be a vertical cross section in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the heat storage container. According to this, a heat storage body and a heat exchange medium can be more efficiently separated.
前記蓄熱容器は、その内面が、前記鉛直方向断面において台形状となるように形成されていてもよい。これによると、簡易な形状により、熱交換媒体の体積を減少しつつ、蓄熱体と熱交換媒体とを効率的に分離できる。 The heat storage container may be formed such that an inner surface thereof has a trapezoidal shape in the vertical cross section. According to this, it is possible to efficiently separate the heat storage body and the heat exchange medium while reducing the volume of the heat exchange medium with a simple shape.
前記蓄熱容器は、その内面が、前記鉛直方向断面において下方側の四角形状部と上方側の台形状部とを有する六角形状になるように形成されており、前記蓄熱体と前記熱交換媒体との間の界面は、前記台形状の部分の下部に位置するように設定されていてもよい。これによると、熱交換媒体については、熱交換媒体の体積を減少し、且つ、熱交換媒体の高さを高くすることができる。一方、蓄熱体については、蓄熱体の体積を増大し、且つ、蓄熱体の高さを最小限にすることができる。そのため、蓄熱体と熱交換媒体とを効率的に分離でき、且つ、蓄熱容器全体の高さが不必要に高くなることを防止することができる。また、界面が四角形状部よりも上方にあることによりこのような効果が得られ、且つ、熱交換媒体の流れが阻害されないために蓄熱効率が良くなる。 The heat storage container is formed so that an inner surface thereof has a hexagonal shape having a lower quadrangular portion and an upper trapezoidal portion in the vertical cross section, and the heat storage body and the heat exchange medium The interface between the two may be set to be positioned below the trapezoidal portion. According to this, for the heat exchange medium, the volume of the heat exchange medium can be reduced and the height of the heat exchange medium can be increased. On the other hand, about the heat storage body, the volume of the heat storage body can be increased and the height of the heat storage body can be minimized. Therefore, the heat storage body and the heat exchange medium can be efficiently separated, and the height of the entire heat storage container can be prevented from becoming unnecessarily high. In addition, since the interface is above the quadrangular portion, such an effect is obtained, and the heat exchange efficiency is improved because the flow of the heat exchange medium is not hindered.
前記蓄熱容器は、前記鉛直方向断面において、前記水平方向幅が徐々に減少する部分に湾曲部を有するように形成されていてもよい。これによると、湾曲部を有することにより、熱交換媒体の流れが阻害されることがなく、蓄熱効率が良くなる。 The heat storage container may be formed so as to have a curved portion in a portion where the horizontal width gradually decreases in the vertical cross section. According to this, by having the curved portion, the flow of the heat exchange medium is not hindered, and the heat storage efficiency is improved.
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しつつ説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(第1実施形態)
まず、本発明の第1実施形態に係る蓄熱装置について説明する。図1は、本発明の第1実施形態に係る蓄熱装置を含む熱輸送システムの全体構成を示す概略図である。
(First embodiment)
First, the heat storage device according to the first embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 is a schematic diagram showing an overall configuration of a heat transport system including a heat storage device according to the first embodiment of the present invention.
(全体構成)
本実施形態に係る蓄熱装置は、例えば、図1に示すように、熱を発生する工場(熱源)80とその熱を利用する施設(熱利用機構)85とが互いに離れている場合に適用される。まず、蓄熱装置1(蓄熱容器1a)への蓄熱についての概要を説明する。蓄熱装置1は、蓄熱体及び熱交換媒体(後述)を収容する可搬式の蓄熱容器1aを含んで構成される。この場合、蓄熱容器1aは熱交換器5aに対して、接続口51、52を介して着脱可能に接続され、蓄熱の完了した(蓄熱済みの)蓄熱容器1aは、トラック等の輸送機構50の荷台50bに搭載され、工場80から施設85へと輸送される。工場80は、具体的には製鉄所等であり、その他、ごみ焼却場や発電所等であってもよい。そして、そこで排出される熱が熱交換器5a及び熱交換媒体を介して蓄熱容器1aに蓄えられる。また、熱交換器5aは、工場80の熱を、熱交換器5a中を流通する熱交換媒体へ伝導するためのものである。一つの蓄熱容器1aの蓄熱が完了した後、待機している未蓄熱状態の蓄熱容器1aの接続口を、熱交換器5aとの接続口51、52へ接続することで、次の未蓄熱状態の蓄熱容器1aに対して同様に蓄熱が行なわれる。このようにして工場80の熱を順次蓄熱容器1aに蓄熱することができる。
(overall structure)
The heat storage device according to the present embodiment is applied, for example, when a factory (heat source) 80 that generates heat and a facility (heat utilization mechanism) 85 that uses the heat are separated from each other, as shown in FIG. The First, the outline | summary about the thermal storage to the thermal storage apparatus 1 (
次に、蓄熱容器1aに蓄えられた熱の利用(以下、これを放熱と記す)についての概要を説明する。この場合、蓄熱容器1aは、熱交換器5bに対して、接続口53、54を介して着脱可能に接続され、放熱の完了した蓄熱容器1aは、トラック等の輸送機構50により、施設85から工場80へと輸送される。施設85は、温水プールや病院等の施設であり、蓄熱容器1aに蓄えられた熱が熱交換媒体及び熱交換器5bを介して放熱されることで、施設85内の温調設備等に適用される。また、熱交換器5bは、蓄熱容器1aに蓄積された熱を施設85へ伝導するためのものである。一つの蓄熱容器1aの放熱が完了した後、待機している次の蓄熱済み蓄熱容器1aの接続口を、熱交換器5bとの接続口53、54へ接続することで、施設85において、さらに熱を利用することができる。このようにして、施設85において、順次蓄熱容器1aに蓄えられた熱を放熱して利用することができる。
Next, an outline of utilization of heat stored in the
(蓄熱装置について)
次に、図2、3を参照しながら、蓄熱装置1の具体的な構成について説明する。図2は蓄熱装置1を含む熱輸送システムの蓄熱側を示す鉛直方向断面概略図である。図2においては、工場80を省略して示している。また、図3は図2の蓄熱装置1の断面概略図であり、(a)は長手方向についての鉛直方向断面を示し、(b)は(a)のA−A’線の位置における断面を示している。
(About heat storage device)
Next, a specific configuration of the
蓄熱装置1は、図2、3に示すように、蓄熱容器1a、供給管4、排出管6を含んで構成されている。
As shown in FIGS. 2 and 3, the
(蓄熱容器)
まず、蓄熱容器1aの構成について説明する。蓄熱時及び放熱時において、蓄熱容器1aには、油(熱交換媒体)2と、エリスリトール(蓄熱体)3とが収容される。また、蓄熱容器1aには、供給管4及び排出管6が、蓄熱容器1a内部に連通して設けられている(詳細は後述する)。そして、熱交換器側内部を通る熱交換器側パイプと、供給管4及び排出管6とが接続されて、熱交換媒体である油2が、蓄熱容器1aの内部及び熱交換器の内部を経由しつつ循環流通できるようになっている。また、蓄熱容器1aは、供給管4及び排出管6が蓄熱容器1aに取り付けられている状態で、上記の輸送機構50により輸送可能となっている。なお、本実施形態においては、蓄熱容器1aに、供給管4及び排出管6が貫通設置されているが、例えば、蓄熱、放熱時にのみ、供給管及び排出管を蓄熱容器内部へ挿入し、運搬時には供給管、排出管を取り外す、という形態であってもよい。
(Heat storage container)
First, the configuration of the
蓄熱容器1aの形状は図3のようになっている。すなわち、蓄熱容器1aは、底部、上部、及び四方の側部を構成する複数の板状部材から成る。そして、蓄熱容器1aの鉛直方向断面(図3(b)参照)において、蓄熱容器1aの内面1iの水平方向幅は、底部側(図3(b)のWa参照)よりも上部側(図3(b)のWb参照)の方が小さくなっている。さらに、蓄熱容器1aは、鉛直方向断面において、底部側から上部側にかけて、内面1iの水平方向幅が(段階的でなく)徐々に減少する部分を有する(図3(b)のP1部分参照)。また、蓄熱容器1aは、図3(b)において台形状となるように形成されている。
The shape of the
また、本実施形態においては、蓄熱容器1aの鉛直方向断面の内、長手方向(図3(a)の矢印方向参照)に垂直な方向についての鉛直方向断面である図3(b)において、蓄熱容器1aの内面1iの水平方向幅は、底部側よりも上部側の方が小さい。しかし、蓄熱容器の(無数に採ることができる鉛直方向断面の内)少なくとも一つの鉛直方向断面において、蓄熱容器内面の水平方向幅が底部側よりも上部側の方が小さくなっていればよく、例えば図9の変形例に係る蓄熱容器601aのように、蓄熱容器601aの長手方向についての鉛直方向断面である図9(a)において、蓄熱容器601aの内面601iの水平方向幅が、底部側よりも上部側の方が小さくなるように構成されていてもよい。また、蓄熱容器の長手方向についての鉛直方向断面、及び、蓄熱容器の長手方向に垂直な方向についての鉛直方向断面の両方の断面において、蓄熱容器内面の水平方向幅が、底部側よりも上部側の方が小さくなるように構成されていてもよい(図3(b)及び図9(a)の両方の断面を有するような形状であってもよい)。
Moreover, in this embodiment, in FIG.3 (b) which is a vertical direction cross section about a direction perpendicular | vertical to a longitudinal direction (refer arrow direction of Fig.3 (a)) among the vertical direction cross sections of the
そして、蓄熱容器1aが上記のように構成される結果として、蓄熱容器1aに、油2及びエリスリトール3が収容された状態においては、蓄熱容器1aの鉛直方向断面において、高さ方向(鉛直方向)についての油2の領域(図3(b)のHa参照)では、蓄熱容器1aの内面1iの水平方向幅が、底部側(Wa参照)よりも小さくなる。
And as a result of the
(供給管)
次に供給管4について説明する。供給管4は、蓄熱容器1aの外部から内部へ貫通して設けられている。また、供給管4は、収容された油2が位置する蓄熱容器1aの上層部分において蓄熱容器1aへ取り付けられており、油2とエリスリトール3との間の境界面(界面)を垂直下方へ横切ってエリスリトール3内に進入し、さらにL字型に折れ曲がって水平方向に伸びるように形成されている。すなわち、供給管4は、先端部においてエリスリトール3と接触するように配置されている。また、供給管4は内部空間を有しており、熱交換器5aに熱供給された油2が当該内部空間を流通するようになっている。また、図3(b)に示すように、供給管4は、パイプ状に形成され、且つ、先端部については複数(4つ)配置されている。また、このように供給管4の先端部は複数設けられているが、接続口41及び端部4mは、これら複数の先端部に対して共通に用いられるように一つのみ設けられていてもよいし(すなわち、一つの端部4mから複数の先端部が分岐していてもよいし)、複数の先端部に対応して複数個設けられていても良い。
(Supply pipe)
Next, the
また、供給管4の複数の先端部は、それぞれ、放出孔4hをその軸方向に沿って複数有しており、供給管4の内部を流通する油2はこの放出孔4hから放出される。なお、供給管4の、L字型に折れ曲がり水平に延在している部分に設けられた放出孔4hは、上向きに開口するように設けられている。
Each of the plurality of tip portions of the
なお、放出孔の配置はこのようなものには限られない。また、本実施形態においては、図3(a)、図3(b)に示すように、熱交換媒体の供給機構としてパイプ状の供給管4を用いているが、供給機構はこのようなパイプ状のものには限られず、図8の変形例に係る蓄熱装置501のように、油2が流通する内部空間を有する直方体状(ボックス状)で、表面に複数の放出口504hが設けられた供給部(先端部)504tを有している供給機構504であってもよい。
The arrangement of the discharge holes is not limited to this. In the present embodiment, as shown in FIGS. 3A and 3B, a pipe-
(排出管)
次に排出管6について説明する。排出管6もまた、蓄熱容器1aの外部から内部へ貫通して設けられている。また、排出管6は、収容された油2が位置する蓄熱容器1aの上層部分において蓄熱容器1aへ取り付けられており、蓄熱容器1a内の油2は、排出管6を通して蓄熱容器1aの外部へ排出される。また、排出管6は、油2と接触するように配置されており、蓄熱容器1a内部の油2は、排出管6の先端に設けられた排出口6hより排出管6へ取り込まれるようになっている。
(Discharge pipe)
Next, the
また、図2に示すように、蓄熱時には、供給管4の接続口41が、熱交換器側パイプ8aとの接続口51に着脱可能に接続され、排出管6の接続口61が、熱交換器側パイプ7aとの接続口52に着脱可能に接続された状態となる。
In addition, as shown in FIG. 2, during heat storage, the
(熱交換媒体(油))
本実施形態において熱交換媒体として用いられる油2は、エリスリトール3との間で、直接接触による熱交換を行なう。まず、蓄熱時には、油2は排出管6、熱交換器側パイプ7aを通り、熱交換器5a内で熱供給された後、パイプ8a、供給管4を通ってエリスリトール3内に放出される(以下の説明において、蓄熱時に熱交換器5aで熱供給された油2を特に油2aと、また、放熱時に蓄熱容器1aでエリスリトール3から熱供給された油2を特に油2bと記す)。放出された油2aは、比重がエリスリトール3よりも小さいため、上層の油2の位置にまで上昇し、油2に取込まれる。この上昇中に、エリスリトール3との直接接触により、油2aの熱がエリスリトール3に伝導されるようになっている。
(Heat exchange medium (oil))
The
また、放熱時には、油2は排出管6、熱交換器側パイプを通り、熱交換器5b(図1参照)内で放熱後、供給管4を通ってエリスリトール3内に放出される。この放出された(放熱後の)油2は、比重がエリスリトール3よりも小さいため、上層の油2の位置にまで上昇し、油2に取込まれる。この上昇中に、エリスリトール3との直接接触により、エリスリトール3に蓄熱された熱が油2に伝導されるようになっている。
Further, at the time of heat dissipation, the
(蓄熱体(エリスリトール))
エリスリトール3は、蓄熱時には、上記の油2aから伝導された熱を蓄える。また、放熱時には、放熱後の油2へ熱を伝導する。エリスリトール3の融点は約121度であり、平時には(室温状態では)固体となっている。そして、油2aから直接接触により熱が伝導されることにより、固体から液体に状態変化し、液体状態のときに蓄熱されるようになっている。すなわち、エリスリトール3は、潜熱蓄熱を利用して蓄熱するものである。一方、エリスリトール3は、液体から固体へ状態変化するときに放熱するので、熱を取り出すことができる。ここで、エリスリトールは、融解熱が76kcal/kgと高いことから、その蓄熱量が大きいために蓄熱体として望ましい。ここではエリスリトールを用いているが、蓄熱体としては、その他にも、酢酸ナトリウム(融解熱:63kcal/kg)、糖アルコール類等、融解熱(潜熱)が大きいものを用いることができる。
(Heat storage body (erythritol))
The
(油及びエリスリトール)
油2とエリスリトール3とは互いに混合せず、油2がエリスリトール3よりも比重が小さいため、蓄熱容器1a内では、油2が上層、エリスリトール3が下層となるように収容される。また、油2とエリスリトール3とが互いに混合しないため、油2とエリスリトール3との間には、夫々を分離するための部材等は介在せず、油2とエリスリトール3とは直接接触している。
(Oil and erythritol)
The
(熱交換器)
図1、2に示すように、蓄熱側の熱交換器5aは、工場80で発生した熱を油2へ伝導するためのものである。そして、熱交換器側パイプ8a、7aには、接続口51、52において、供給管4及び排出管6の接続口41、61がそれぞれ着脱可能に接続される。また、熱交換器側パイプ8a、7aは、熱交換器5aの内部において連通するように構成されている。そして、蓄熱容器1a内部の油2が蓄熱容器1a側から熱交換機5a内部へと取り込まれる。一方、工場80から排出された高温の蒸気や空気等の熱媒体が熱交換器5a内部へ送り込まれる。そして、取り込まれた油2が流通する熱交換器側パイプ7a、8a、及び、熱媒体が流通するパイプが、熱交換器5aの内部で互いに接触するように設けられており、且つ、これらの配管が熱伝導率の高い部材から形成されているために、パイプの壁を通して、熱媒体の熱が間接的に油2に伝導される。このようにして、蒸気や空気等の熱媒体を介して送り込まれた熱が、熱交換器5a内での熱交換により、熱交換器側パイプ7a、8a中を流通する油2へ伝導される。そして、熱交換器側パイプ7a、8a及び油2により熱を取り除かれた蒸気等の熱媒体が、再び工場80へ還流するようになっている。そのため、工場(熱源)80と熱交換器側パイプ7a、8aとは、熱的に接続されているといえる。
(Heat exchanger)
As shown in FIGS. 1 and 2, the
また、放熱側の熱交換器5bは、蓄熱容器1aに蓄えられた熱を、施設85へ伝達するためのものである。そして、蓄熱側と同様に、熱交換器側パイプには、接続口53、54において、供給管4及び排出管6の接続口41、61がそれぞれ着脱可能に接続される。また、熱交換器側パイプは、熱交換器5bの内部において連通するように構成されている。そして、熱交換器5bには、蓄熱容器1aのエリスリトール3に蓄えられた熱が供給された油2bが、蓄熱容器1a側から取り込まれる。一方で、熱交換器5bには、施設85に熱を伝導するための熱媒体が施設85側から取り込まれる。ここで、取り込まれた油2bが流通する熱交換器側パイプ、及び、熱媒体が流通するパイプが、熱交換器5bの内部で互いに接触するように設けられており、且つ、これらの配管が熱伝導率の高い部材から形成されているために、パイプの壁を通して、油2bの熱が間接的に熱媒体に伝導される。そして、このような熱交換により熱を与えられた熱媒体が、パイプを通って施設85へ還流するようになっている。以上から、施設85と熱交換器側パイプとは、熱的に接続されているといえる。
Moreover, the
(熱輸送システムにおける各行程について)
次に、熱輸送システムによる蓄熱、輸送、放熱の各工程について説明する。
(Each process in the heat transport system)
Next, each process of heat storage, transportation, and heat dissipation by the heat transport system will be described.
(蓄熱)
まず、蓄熱工程において、蓄熱容器1aへの蓄熱が行なわれる。このとき、蓄熱容器1aには、予め熱交換媒体である油2が注入・供給された状態となっている。蓄熱工程においては、工場80から蒸気として排出された熱が、熱交換器5aにおいて、油2へと伝導される。
(Heat storage)
First, in the heat storage process, heat storage to the
そして、熱供給された油2aが、熱交換器側パイプ8a及び供給管4を通って、放出孔4hから、エリスリトール3が位置する蓄熱容器1aの下層部分に供給される。ここで、油2aは、エリスリトール3よりも比重が小さいため、油2aが放出孔4hから蓄熱容器1aの下層部分へ導入されたときに、エリスリトール3と直接接触しつつ、蓄熱容器1aの上層部分へと上昇する。このときに、エリスリトール3が、高温の油2aと直接接触することで、エリスリトール3に油2aの熱が供給される。
Then, the heat-supplied
そして、エリスリトール3に熱を供給した油2は、排出口6hから排出管6に流入する。そして、油2は、排出管6、熱交換器側パイプ7a、8a内を流通し、そこで工場80から排出された熱が、油2へと伝導されて熱供給される。蓄熱工程では、以上のようにして蓄熱が行なわれる。
The
次に、エリスリトール3への蓄熱が完了したかどうかが判断される。具体的には、例えばエリスリトール3の平均温度をモニタリングしておき、これがある基準値以上となった場合に蓄熱完了とする等の判断手法が考えられる。判断手法はこれ以外であってもよい。これにより、蓄熱が未だ完了していなければ、再び蓄熱工程が繰り返される。このように、蓄熱工程を繰り返すことで、工場80で発生した熱を蓄熱容器1aに十分蓄えることができる。一方、蓄熱が完了していると判断されれば、蓄熱工程が終了し、次の工程が行なわれる。
Next, it is determined whether or not the heat storage in
(熱輸送)
次に、輸送工程において、蓄熱容器1aの輸送が行なわれる。これは、蓄熱の完了した蓄熱容器1aを搭載したトラック等の輸送機構50により行なわれるもので、蓄熱容器1aが、工場80から熱が利用される施設85へと輸送される。ここで、輸送機構50はトラック等の陸上走行車両には限られず、船舶や航空機であってもよい。また、蓄熱容器1aは、接続口51、52における接続を解除して輸送される。以上のようにして、蓄熱及び蓄熱容器1aの輸送が行なわれる。ここで、後述するように、蓄熱容器1aにおいて、蓄熱に対する寄与の小さい油2の含有量を少なくすることにより、油2が大量に含まれる場合に比べて、蓄熱容器1aの重量が小さくなり熱輸送効率が高くなる。
(Heat transport)
Next, in the transport process, the
(放熱)
次に、放熱工程では、施設85において、蓄熱容器1aに蓄えられた熱が回収・利用される。まず、接続口53、54において、熱交換器側パイプと、輸送工程により施設85へ運び込まれた蓄熱容器1aとが接続される。
(Heat dissipation)
Next, in the heat dissipation process, the heat stored in the
そして、蓄熱容器1aに蓄えられた熱の放熱が行なわれる。すなわち、施設85において、蓄熱容器1aの熱が利用される。放熱工程においては、蓄熱容器1aに蓄えられた熱が、熱交換器5bを介して、施設85へと伝導されることになる。
The heat stored in the
そして、熱供給後の油2が、熱交換器側パイプ8a及び供給管4を通って、放出孔4hから、エリスリトール3が位置する蓄熱容器1aの下層部分に供給される。ここで、油2はエリスリトール3よりも比重が小さいため、油2が、放出孔4hから蓄熱容器1aの下層部分へ導入されたときに、エリスリトール3と直接接触しつつ、蓄熱容器1aの上層部分へと上昇する。このときに、高温のエリスリトール3が、油2と直接接触することで、油2にエリスリトール3の熱が供給される。
Then, the
そして、エリスリトール3から熱供給された油2bは、排出口6hから排出管6に流入する。そして、排出管6、熱交換器側パイプ7aへ送られ、そこで油2bから施設85へと熱が伝導され、施設85において、蓄熱容器1aの熱が利用される。放熱工程では、以上のようにして放熱が行なわれる。
The oil 2b supplied with heat from the
次に、放熱が完了したかどうかが判断される。具体的には、例えばエリスリトール3の平均温度等をモニタリングしておき、これがある基準値以下となった場合に放熱完了と判断する等の手法が考えられる。判断手法はこれ以外であってもよい。これにより、放熱が未だ完了していなければ再び蓄熱工程が繰り返される。このように、放熱工程を繰り返すことで、蓄熱容器1aのエリスリトール3に蓄えられた熱を、施設85において十分に利用することができる。一方、放熱が完了していると判断されれば、放熱工程が終了する。
Next, it is determined whether or not heat dissipation has been completed. Specifically, for example, a method of monitoring the average temperature of
(効果)
次に、本発明に係る蓄熱装置1が有する効果について説明する。まず、上記のように、油2による蓄熱に対する寄与は、エリスリトール3による蓄熱に対する寄与に比べて小さいので、油2の体積は小さい方が良い。また、油2の高さが低い場合には、エリスリトール3と油2との分離が困難であるので、油2の高さはできるだけ高い方が良い。
(effect)
Next, the effect which the
そして、上記のように、本実施形態に係る蓄熱装置1においては、蓄熱容器1aの形状が、図3(a)、(b)に示すように、蓄熱容器1aの(少なくとも一つの)鉛直方向断面(図3(b)参照)において、蓄熱容器1aの内面1iの水平方向幅は、底部側よりも上部側の方が小さくなっており、さらに、底部側から上部側にかけて、水平方向幅が徐々に減少する部分P1を有する。そのため、蓄熱容器1aでは、油2の体積を減少した場合に、蓄熱容器が直方体形状である場合(蓄熱容器の内部の鉛直方向断面が四角形状である場合)に比べて油2の高さを高くすることができる。そのため、油2の体積を減少しつつ、エリスリトール(蓄熱体)3と油(熱交換媒体)2とを効率的に分離できる。
And in the
蓄熱装置1におけるエリスリトール(蓄熱体)3と油(熱交換媒体)2との分離についてより具体的に説明する。例えば、蓄熱時、放熱時に、蓄熱容器1aと熱交換器5a、5bとの間で油2のみを循環流通させることを考えると、排出孔6hには油2のみが取り込まれるように(エリスリトール3が取り込まれないように)排出管6を配置する必要がある。ここで、油の高さが低い(油層が薄い)場合には、油のみを排出管内に排出し、エリスリトールは排出管へ入らないような配置にすることが困難であるが、油の高さが高い(油層が厚い)場合には、油2のみを排出管6内へ効率的に排出し、エリスリトール3が排出管6へ入らないような配置にすることが容易となる。そのため、油2の高さを高くする(油層を厚くする)ことで、油2のみを循環させられるような位置に排出孔6hを配置することが容易となり、蓄熱時、放熱時において、エリスリトール3と油2とを効率的に分離でき、循環流通する油2のみを効率的に回収できる。また、蓄熱時、放熱時に限らず、交換等のため、蓄熱容器1a内部の油2のみを回収する必要がある場合にも、油2の高さが高いことで、油2bのみを効率的に回収できる。
The separation of erythritol (heat storage body) 3 and oil (heat exchange medium) 2 in the
そして、蓄熱装置1の構成により、エリスリトール3の体積を減少しつつエリスリトール3と油2とを効率的に分離でき、その結果として、蓄熱容器が直方体形状である場合(容器内面の鉛直方向断面が四角形状である場合)に比べて、容器内のエリスリトール3の比率が向上して蓄熱装置1の蓄熱密度が向上し、且つ、循環流通する油2又は回収した油2にエリスリトール3が混入し難くなる。また、蓄熱への寄与が小さい油2分の重量を低減できるので、油2を蓄熱容器1aと共に輸送する場合であっても、熱輸送効率が向上する。
And by the structure of the
また、蓄熱容器1aにおいては、蓄熱容器1aの長手方向に垂直な方向についての鉛直方向断面において、蓄熱容器1aの内面1iの水平方向幅は、底部側よりも上部側の方が小さい。このようにすることで、蓄熱容器1aの長手方向長さに亘って上部側内面の水平方向幅がより小さくなり、エリスリトール3と油2とをより効率的に分離できる。
Further, in the
また、蓄熱容器1aは、その内面1iが、鉛直方向断面において台形状となるように形成されているので、簡易な形状により、油2の体積を減少しつつエリスリトール3と油2とを効率的に分離できる。
Moreover, since the inner surface 1i of the
また、蓄熱容器1aの内面1iの鉛直方向断面を台形状とすることで、蓄熱容器1aが転倒し難くなる。
Moreover, it becomes difficult for the
(変形例)
次に、上記の実施形態に係る蓄熱容器1の第1乃至第4変形例について、図4乃至図7を参照しながら、上記の実施形態と異なる部分を中心に説明する。
(Modification)
Next, first to fourth modified examples of the
(第1変形例)
図4は第1変形例に係る蓄熱装置101の断面概略図である。なお、上記の実施形態と同様の部分については同一の符号を付してその説明を省略する。第1変形例に係る蓄熱装置101の蓄熱容器101aは、その内面101iが、蓄熱容器101aの長手方向に垂直な方向についての鉛直方向断面(図4(b)参照)において、四角形状である下方側の四角形状部101sと、台形状である上方側の台形状部101dと、を有する六角形状となっている。そして、エリスリトール3と油2との間の界面は、台形状部101d(台形状の部分)の下部(台形状部101dと四角形状部101sとの境界よりも上方)に位置するように設定されている。このようにすることで、油2については、油2の体積を減少し、且つ、油2の高さを高くすることができる。一方、エリスリトール3については、エリスリトール3の体積を増大し、且つ、エリスリトール3の高さを最小限にすることができる。また、蓄熱容器101aも同様に、底部側から上部側にかけて、水平方向幅が徐々に減少する部分を有する(図4(b)のP2部分参照)。
(First modification)
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of the
本変形例に係る蓄熱装置1は、以上のように構成されることにより、上記の実施形態と同様の効果が得られ、さらに、エリスリトール3と油2とを効率的に分離でき、且つ、蓄熱容器101a全体の高さが不必要に高くなることを防止することができる。また、エリスリトール3と油2との間の界面が、台形状部101dよりも下方にある場合には、油2の少なくとも一部が四角形状部101sにあることになり、その部分に関しては、油2の高さを高くすることができない。そこで、本変形例のように、界面が四角形状部101sよりも上方になるようにすることで、油2の体積を減少し、且つ、油2の高さを高くすることができる。また、本変形の構成により、油2の流れが阻害されないために蓄熱効率が良くなる。
By configuring the
(第2変形例)
図5は第2変形例に係る蓄熱装置201の断面概略図である。なお、上記の実施形態と同様の部分については同一の符号を付してその説明を省略する。第2変形例に係る蓄熱容器201aは、蓄熱容器201aの長手方向に垂直な方向についての鉛直方向断面(図5(b)参照)において、容器内面201iの水平方向幅が徐々に減少する部分(図のP3部分参照)に湾曲部を有するように形成されている。このため、本変形例の構成により、上記の実施形態と同様の効果が得られ、さらに、湾曲部を有することにより、油2の流れが阻害されることがなく、蓄熱効率が良くなる。
(Second modification)
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of a
(第3変形例)
図6は第3変形例に係る蓄熱装置301の断面概略図である。なお、上記の実施形態と同様の部分については同一の符号を付してその説明を省略する。第2変形例に係る蓄熱容器301aは、その内面301iが、蓄熱容器301aの長手方向に垂直な方向についての鉛直方向断面(図6(b)参照)において、三角形状となるように構成されている。そして、蓄熱容器301aは、図6(b)の断面において、底部側から上部側にかけて、内面301iの水平方向幅が徐々に減少する部分(図のP4部分参照)を有するように形成されている。本変形例のような構成によっても、上記の実施形態と同様の効果が得られる。
(Third Modification)
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of a
(第4変形例)
図7は第4変形例に係る蓄熱装置401の断面概略図である。なお、上記の実施形態と同様の部分については同一の符号を付してその説明を省略する。第2変形例に係る蓄熱容器401aは、その内面401iが、蓄熱容器401aの長手方向に垂直な方向についての鉛直方向断面(図7(b)参照)において、側部が湾曲し、上部、下部が水平状となるように構成されている。そして、蓄熱容器301aは、図6(7)の断面において、底部側から上部側にかけて、内面401iの水平方向幅が徐々に減少する部分(図のP5部分参照)を有するように形成されている。そして、当該部分P5が湾曲部となっている。本変形例のような構成によっても、上記の実施形態と同様の効果が得られる。また、湾曲部を有することにより、油2の流れが阻害されることがなく、蓄熱効率が良くなる。
(Fourth modification)
FIG. 7 is a schematic cross-sectional view of a
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々に変更して実施することができるものである。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made as long as they are described in the claims.
例えば、上記の実施形態及びその変形例においては、鉛直方向断面を左右対称に示しているが、このような形態には限られず、左右非対称であってもよい。 For example, in the above-described embodiment and the modification thereof, the vertical section is shown symmetrically, but is not limited to such a form and may be asymmetrical.
また、蓄熱材として融解熱の高いエリスリトールを用いることで、蓄熱量が大きく、且つ、高い温度(約119度)での蓄熱が可能な熱輸送システムが得られ、熱利用施設85において、蓄熱容器1aを、例えば冷凍機に接続することにより、冷暖房に利用すること等が可能となる。 Further, by using erythritol having a high melting heat as a heat storage material, a heat transport system capable of storing heat at a high temperature (about 119 degrees) with a large amount of heat storage can be obtained. By connecting 1a to a refrigerator, for example, it can be used for air conditioning.
1、101、201、301、401、501、601 蓄熱装置
1a、101a、201a、301a、401a、501a、601a 蓄熱容器
1i、101i、201i、301i、401i、501i、601i 蓄熱容器の内面
2 油(熱交換媒体)
3 エリスリトール(蓄熱体)
P1、P2、P3、P4、P5、P6 水平方向幅が徐々に減少する部分
1, 101, 201, 301, 401, 501, 601
3 Erythritol (heat storage)
P1, P2, P3, P4, P5, P6 Parts where the horizontal width gradually decreases
Claims (5)
前記蓄熱体に接触することで熱交換し、前記蓄熱体よりも比重が小さく前記蓄熱体とは分離する熱交換媒体と、
前記蓄熱体及び前記熱交換媒体を収容する蓄熱容器と、を有し、
前記蓄熱容器の少なくとも一つの鉛直方向断面において、前記蓄熱容器の内面の水平方向幅は、底部側よりも上部側の方が小さくなっており、
前記底部側から前記上部側にかけて、前記水平方向幅が徐々に減少する部分を有することを特徴とする蓄熱装置。 A heat storage body for storing heat by latent heat storage;
Heat exchange by contacting the heat storage body, a heat exchange medium having a specific gravity smaller than the heat storage body and separated from the heat storage body;
A heat storage container that houses the heat storage body and the heat exchange medium, and
In at least one vertical section of the heat storage container, the horizontal width of the inner surface of the heat storage container is smaller on the upper side than on the bottom side,
A heat storage device comprising a portion in which the horizontal width gradually decreases from the bottom side to the upper side.
前記蓄熱体と前記熱交換媒体との間の界面は、前記台形状の部分の下部に位置するように設定されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の蓄熱装置。 The heat storage container is formed so that the inner surface thereof has a hexagonal shape having a lower quadrangular portion and an upper trapezoidal portion in the vertical section,
The heat storage device according to claim 1 or 2, wherein an interface between the heat storage body and the heat exchange medium is set to be positioned below the trapezoidal portion.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2006315587A JP2008128593A (en) | 2006-11-22 | 2006-11-22 | Heat storage device |
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Citations (2)
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JPH1151522A (en) * | 1997-08-04 | 1999-02-26 | Toshiba Corp | Ice plant |
JP2005188916A (en) * | 2003-12-02 | 2005-07-14 | Kobe Steel Ltd | Heat storage unit |
-
2006
- 2006-11-22 JP JP2006315587A patent/JP2008128593A/en active Pending
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JPH1151522A (en) * | 1997-08-04 | 1999-02-26 | Toshiba Corp | Ice plant |
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