JP2008157578A - 蓄熱システム及び蓄熱装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明に係る蓄熱システム100において、蓄熱容器1aには、エリスリトール3及び油2が収容される。エリスリトール3は潜熱蓄熱により蓄熱するもので、油2は、エリスリトール3に接触することで熱交換し、エリスリトール3よりも比重が小さくエリスリトール3とは分離するものである。そして、蓄熱システム100は、蓄熱容器1aの内部へ窒素を供給する供給機構8を有する。
【選択図】図2
Description
まず、本発明の第1実施形態に係る蓄熱システム及び蓄熱装置を用いた蓄熱について、図1の概略図を参照しながら説明する。
次に、図2を参照しながら、本実施形態に係る蓄熱システム及び蓄熱装置1の具体的な構成について説明する。図2は蓄熱装置1を含む蓄熱システム100の蓄熱側を示す概略図である。図2においては、工場80を省略して示している。また、図2の蓄熱容器1a部分については、鉛直方向断面概略図として示している。
図2に示されているコンピュータ10は、例えば汎用のパーソナルコンピュータなどの情報処理装置によって構成されている。かかる情報処理装置には、CPU、ROM、RAM、ハードディスク、FDやCDの駆動装置などのハードウェアが収納されており、ハードディスクには、当該情報処理装置を機能させるためのプログラム(このプログラムは、CD−ROM、FD、MOなどのリムーバブル型記録媒体に記録しておくことにより、任意のコンピュータにインストールすることが可能である)を含む各種のソフトウェアが記憶されている。そして、これらのハードウェア及びソフトウェアが組み合わされることによって、後述するような各部が構築されている。
蓄熱容器1aの構成について説明する。蓄熱容器1aの形状は図2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の上部(上板部)には、蓄熱容器1aの内部へ不活性ガスを供給するための供給用開口部1i、及び、蓄熱容器1a内部の気体を排気するための排気用開口部1eが形成されている。また、蓄熱容器1aの側部(側板部)には、供給管4、排出管6を貫通設置するための、供給管用孔部1y、排出管用孔部1zが形成されている。
また、蓄熱容器1aは、供給管4、排出管6、蓄熱容器側供給管1r及び蓄熱容器側排気管1s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。図2の破線A部分が、この輸送可能な部分を表わしており、A部分が蓄熱装置1に相当する。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が固定設置されているが、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。蓄熱容器側供給管1r及び蓄熱容器側排気管1sについても同様である。
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、収容されたエリスリトール3が位置する蓄熱容器1aの下層部分において蓄熱容器1aへ取り付けられており、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、蓄熱容器1aの内部において全体的にエリスリトール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、供給管4はパイプ状に形成されている。なお、供給管4の先端部は一本でもよいし、複数設けられていてもよい。
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。
供給機構8は、蓄熱容器1aの内部へ不活性ガスである窒素を供給するものであり、窒素が貯蔵されている窒素貯蔵容器8a、貯蔵容器側供給管8r、蓄熱容器側供給管1rを有して構成されている。貯蔵容器側供給管8rは、窒素貯蔵容器8aの内部と連通しており、蓄熱容器側供給管1rは、蓄熱容器1aの内部空間と連通している。また、貯蔵容器側供給管8r及び蓄熱容器側供給管1rは、カップリング8c、1cを介して接続され、また、運搬時等においてカップリング8c、1cを切り離すことで、貯蔵容器側供給管8rと蓄熱容器側供給管1rとを切り離すことができる。また、貯蔵容器側供給管8rの途中にはバルブ8vが、蓄熱容器側供給管1rの途中にはバルブ1vがそれぞれ設けられている。また、バルブ1v、8vは、コンピュータ10と電気的に接続されている。このような構成により、窒素貯蔵容器8aの内部は、貯蔵容器側供給管8r及び蓄熱容器側供給管1rを介して蓄熱容器1aの内部空間と連通し、バルブ1v、8vを適宜調整制御することにより、窒素貯蔵容器8a内部の窒素を蓄熱容器1a内部へ供給することができる。また、バルブ1v、8vを調整することで、供給量を調整することもできる。運搬時には、バルブ1vは閉状態となる。
排気機構9は、蓄熱容器側排気管1s、排気管9sを有して構成されている。蓄熱容器側排気管1sは、蓄熱容器1aの内部空間と連通している。また、排気管8rは、図示しない排気部へと連通している。排気部は、例えば、外部空間への放出口等であり、途中にエアフィルター等の排気処理機構を設置してもよい。また、蓄熱容器側排気管1s及び排気管9sは、カップリング1d、9cを介して接続され、また、運搬等においてカップリング1d、9cを切り離すことで、蓄熱容器側排気管1s、排気管9sを切り離すことができる。また、蓄熱容器側排気管1sの途中にはバルブ1wが、排気管9sの途中にはバルブ9vがそれぞれ設けられている。また、バルブ1w、バルブ9vは、コンピュータ10と電気的に接続されている。このような構成により、蓄熱容器1aの内部は、蓄熱容器側排気管1s、排気管9sを介して外部空間と連通し、バルブ1w、9vを適宜調整制御することにより、蓄熱容器1a内部の気体を、容器の外部へ排気することができるようになっている。また、バルブ1w、バルブ9vを調整することで、排気量を調整することもできる。
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7b、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に伝達されるようになっている。
エリスリトール3は、蓄熱時には、上記の油2aから伝達された熱を蓄える。また、放熱時には、放熱後の油2へ熱を伝達する。エリスリトール3の融点は約119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達されることにより、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。
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。
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へ伝達するためのものである。そして、熱交換器側パイプ7b、7aには、接続口52、51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7b、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、7b、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に伝達される。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、7b中を流通する油2へ伝達される。そして、熱交換器側パイプ7a、7b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、7bとは、熱的に接続されているといえる。
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。
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へと伝達される。
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、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。
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。
次に、供給機構8及び排気機構9の動作について、図4のフローチャートを参照しながら説明する。蓄熱容器1aの内部において、エリスリトール3及び油2部分を除いた上部の空間部分1pには、供給機構8、排気機構9を動作させていない使用開始時等の状態では、空気が充填されていることになるので、この空間部分1pは酸素雰囲気であるといえる。そして、比重がエリスリトール3(比重:約1.4)よりも小さい油2(比重:約0.8)は、この空間部分1pの空気と接触しているために、油2には酸素が取り込まれ易い。この状態において、蓄熱時に140度以上となった高温の油2を循環させてエリスリトール3を加熱すると、油2中に含まれる酸素の影響によって、エリスリトール3が酸化により劣化し、その結果、エリスリトールが短寿命化してしまう。そこで、蓄熱システム100では、エリスリトール3の劣化を防止するために、供給機構8及び排気機構9を用いて、蓄熱容器1aの内部の空気を、外部から供給した窒素で置換する。以下、具体的に説明する。
本発明に係る蓄熱システム100は上記のように構成されているので、供給機構8により、蓄熱容器1a内部へ不活性ガスが供給されることで、蓄熱容器1a内部の空間部分1pにおける酸素の比率が小さくなり、且つ、窒素(不活性ガス)の比率が大きくなるために、エリスリトール3の酸化が抑止される。そのため、蓄熱体であるエリスリトール3の短寿命化を防止できる。
100 蓄熱システム
1a 蓄熱容器
1i 供給用開口部
1q 圧力調整弁
2 油(熱交換媒体)
3 エリスリトール(蓄熱体)
8 供給機構(供給手段)
9 排気機構(排気手段)
9w 酸素計(酸素量測定手段)
10b 排気制御部(排気制御手段)
10c 給排気制御部(給排気制御手段)
Claims (8)
- 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、
前記蓄熱容器の内部へ不活性ガスを供給する供給手段と、を有することを特徴とする蓄熱システム。 - 前記蓄熱容器は、前記不活性ガスが前記蓄熱容器内部へ滞留可能となるように密閉状に形成されていることを特徴とする請求項1に記載の蓄熱システム。
- 前記蓄熱容器内部の気体を排気する排気手段と、
前記供給手段により不活性ガスが供給されているときに前記蓄熱容器内部の気体が排気されるように前記排気手段を制御する排気制御手段と、をさらに有することを特徴とする請求項2に記載の蓄熱システム。 - 前記排気手段により排気された気体中の酸素量を測定する酸素量測定手段と、
前記酸素量測定手段を用いて測定された酸素量に応じて前記供給手段及び前記排気手段を制御する給排気制御手段と、をさらに有することを特徴とする請求項3に記載の蓄熱システム。 - 前記供給手段による不活性ガスの供給は、前記蓄熱体への蓄熱時において行なわれることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の蓄熱システム。
- 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、を有する蓄熱装置であって、
前記蓄熱容器には、前記蓄熱容器の内部へ不活性ガスを供給するための供給用開口部が設けられていることを特徴とする蓄熱装置。 - 前記蓄熱容器は、前記不活性ガスが前記蓄熱容器内部へ滞留可能となるように密閉状に形成されていることを特徴とする請求項6に記載の蓄熱装置。
- 前記蓄熱容器から排気される気体の圧力を調整する圧力調整弁をさらに有することを特徴とする請求項6又は7に記載の蓄熱装置。
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