JP2016211831A - 高温並びに低温蓄熱装置の安定した利用法 - Google Patents

Abstract

【課題】地球温暖化、二酸化炭素排出量の低減に寄与する貯湯槽、貯湯技術を提供する。【解決手段】二重構造に於ける缶体の外側の筒を横縞の波状にして、間を真空にした時に、内側に潰れ込まない様にしておく。商品名、ＭＨＳ，ＰＣＭ，又は、硫黄、硫酸マグネシウム６水和塩、２燐酸ナトリウム１０水和塩等の潜熱蓄熱材を隙間無く封入した、素材がポリプロピレン、ポリエチレン、ポリエステル等で拵えたテトラボールとも呼べるカプセルを決められた場所に据えられた蓄熱槽内に投入して、熱運搬液を満たしておく。【選択図】図２

Description

本発明は、従来の貯湯式タンクの熱媒体（水）の温度差だけの貯蔵であるのに対して、高低両蓄熱剤の相変化による蓄温冷熱エネルギー即ち、潜熱を利用することによって、数十倍のエネルギーを貯蔵し、利用出来る様にするものである。

本装置は、相変化の潜熱を利用して熱エネルギーを蓄えて置こうとする物で、この相の変化に際しては、同一温度で体積が変化する、特に水に至っては、約１０％もの体積の変動が有り、従って、潜熱物質を入れておく容器は、それに耐え得るものにするもので、尚且つ、１００℃以上と０℃以下のそれぞれに軟化や脆さに対して耐え得る物で、尚且つ、形状に於いても球形でなく、平面を含んだ形にして、容器自体が体積の変化に応じられる物にしておく必要がある。

従来の貯湯式の場合は、その容器内の体積×温度差分のエネルギー量のみの利用しか出来ない、水１リットルの１℃の比熱は１キロカロリー、４６０リットルの温水タンクの８０％有効として約３７０×水の常温２０℃から８５℃の差６５℃を乗じた約２４，０００キロカロリーの熱量に対して、此の３７０リットル氷になった熱量は１６８万キロカロリーになり、暖と冷の差はあるものの、潜熱の量の大きさが分かる。
因みに、高温潜熱物質としては、商品名で、エリスリトール、ＰＣＭ，や硫酸マグネシウム６水和塩、２燐酸ナトリウム１０水和塩、硫黄等の物質がある。

従来品には、冷剤の封入されたカプセルのエネルギーを熱・冷媒体に運ばせるか、或いはマイクロカプセル内に封入冷媒剤を媒体と共にエネルギー運搬をさせるものであろうが、そのカプセルの形状の指定がなく、おそらく球体で在ろうと思われるが、温度変化や相変化に長期に亘っての使用に耐えるには無理が生じるものと思われる。

現在最も一般的なのが、エコ給湯と言われているものだが、これは、缶内の湯をその儘、配管で送り貯蔵された湯それ自体を利用する。

以上の様な方法では、缶体に架かる圧力が高くなり、缶体自体を丈夫にする必要がある。

貯湯式の給湯器方式では、熱貯蔵する容器の強度が、貯蔵する水の圧に耐え得るだけの十分な厚みが必要であり、現在よく使用されている４６０リットルの貯湯タンクで、８５℃湯が８０％有るとした場合、８５℃温水は約３００強であり、その全てを４２℃の湯として使うと、８５℃×３００＋水道水２０℃×６１０＝４２℃の湯が約９００リットルで、これは、３乃至４人の家庭でほぼ使い切る程度の量で、此が、今のエコ給湯として利用されている姿である。

エコ給湯では、利用する熱の逆の熱を室外機から放出し大気の温度を押し上げ、大都会やその後背地のヒートアイランド現象を誘発している。

空調に於いては、直接、電気やガスで賄い、まして冷房に至っては、今の所、殆ど電気であって、利用する時は一斉に利用するので、需給にアンバランスが生ずる。

課題を解決する為の手段

深夜電力や、再生可能エネルギーを電力として蓄電するに、努力がなされてはいるが、容量的にはまだ無理があり、バッテリーの寿命の事も考えると、出来る時に、別技術（整理番号１５０１）を利用した高温熱及び低温熱両熱を、物質の二相間の潜熱を利用した、蓄熱方式で貯蔵し、それを任意な時空で利用する技術である。

その際、物質（水等）をただ単に凝固させると膨張に依る容器の破損等の障害や、熱の移動の支障を除く貯めに、高級アルコール等の水溶液を熱移送手段とする方法で、此の運搬液の中に、潜熱物質、硫黄やパラフィン、硫酸マグネシウム６水和塩、又は２燐酸ナトリウム１０水和塩等を内蔵したカプセルを入れておき、体積の変化を熱運搬液に依存し、カプセル自体も球体の正４面体化された形で、この中に隙間無く前述の潜熱材を封入しておく。

此の様にカプセルの形状を、膨張、収縮に耐えるように、球を正四面状に整形し、テトラバルブ、テトラスフェアーともいえる形にして、その球面上の四ヶ所の平面部分が内外方向に変化して、体積の変化に耐える状態にしておく事に依って、装置全体の寿命にも関わってくる。

本技術の蓄熱槽は缶体を２重にしたもので、内側はストレートに、外側は横縞のリブ構造にし、上下面は２重球面構造で、内缶と外缶の間を真空にし、外側缶体が内側缶体に圧縮されるのを防止すると共に、外缶の更に外側に発泡保温材で覆う。

内缶と外缶の間の真空部分に缶体安定の補強材を３乃至６ヶ所（槽の大きさに応じて）挿入し、缶内蔵物の重量にも耐える様にしておく。

当槽のカプセルと熱運搬液の投入口は丈夫１ヶ所とし、当液の運搬移動のために、蓋に長短２本のパイプを装置しておき、蓄熱に際しては、高温は短パイプ側から、低温は兆パイプ側から送り込む構造にしておき、これを直列に設置して、高温は高温用の第１槽の上部から徐々に溜まっていき、下まで溜まれば第２槽に蓄え、低温は、低温用の第１槽の底部から徐々に溜まっていき、上まで溜まれば同じく第２槽に蓄え、高温低温両方とも必要とされる分まで数を並べて蓄熱を測る。

この両熱を利用するときは、共に、第１槽の蓄熱の液注入時と同じパイプから各所の負荷機器に循環させるのに熱運搬液の送り込みを行い、双方ともに戻り液は注入時と逆の最後尾の槽へと戻す様装置し、別にオーバーフローの容器を備えておく。

当運搬液用の循環ポンプは、ギヤ−ポンプを用いるが、此のギヤ−の送り側のギヤ−軸と戻り側のギヤ−軸とを連結固定して、送り戻りの同期を図り、液の落下の防止を阻止しようとする物で有る。

両熱同時獲得装置と蓄熱利用法の概略図 蓄熱槽の構造図 大型蓄熱装置の熱運搬法 熱運搬液の輸送法 本装置の設置形態概略図

発明を実施する為の形態

従前のヒートポンプ式冷暖房の利用する片方の熱を大気中に逃していたのを、熱として取り込み、（整理番号１５０１）その取り込んだ高温、低温の両熱を蓄熱装置で蓄え、任意の時空で使用し、利用する為の方法として、整理番号１５０１の方法と同様に、ビルの最深部の地下や、住宅の床下等に、出来れば、基礎部分を少し深くして本装置が収まる様に建築の最初に仕込んでおけば非常に簡単に設置、利用が容易になる。

本装置は、高層階にも利用出来る様にする為に、高層階用の水圧を分離する為に、高温、低温両第１蓄熱槽の代わりに熱交換用コイル状パイプの装置された槽を備えておく事で、蓄熱槽に水圧負担を加えずに蓄熱槽の利用が出来るので、利用範囲が非常に広がり、一般の生活や、事務所、ビル、役所等の重工業以外の殆どで利用出来る。

本装置を使用するに当たって、再生可能エネルギーの利用も併せて用いれば、利用する時空と関係なく、発電可能時に発電蓄熱しておき、好みの時空に利用する事が出来るし、又、両熱獲得装置本体が、外部に熱を出さないので、どのような場所にでも設置出来るので好みの場所に設置スペースと配管用のダクトスペースを用意しておけばより簡単になる。

将来、蓄熱技術が進歩すれば、高温地帯と寒冷地帯との熱の交換まで進むと良いのだが。

課題を解決する為の手段

先ず、貯蔵槽として、長期に使用する為の防錆効果の有るステンレス等の材料で缶体を作るので有るが、内筒は平板で、外筒は薄板でも強度を持たす為に横縞状の波板を使用して、二重の筒を作り、上下に二重の球面構造の底と蓋を合わせ、二重構造の隙間に槽の大きさに依って、３ヶ所から６ヶ所のスペーサーなる物を設置し、その間を真空状態にし、発泡保温材で周りを覆う事で断熱効果を高め、缶体の上部に潜熱カプセルを投入する蓋を設け、此の蓋に予め、槽の底近く迄達する長いパイプと、蓋の直ぐ下迄の短いパイプとを装置しておく。

この蓄熱槽を、縦列状にパイプ、チューブで連結し、最後の槽は最初の槽の近く迄ループ状になるように設置し、最後にオーバーフロータンクをおき、別技術の高低両熱同時獲得装置で拵えた高温液と低温液は、高温液は短いパイプから注ぎ入れ、徐々に槽の下迄高温が達したら、次の段の槽へ送り込む、此を最終段まで送り込む事で高温潜熱カプセルを液化蓄熱を行い、低温液は、長いパイプに送り込んで徐々に低温液が缶上部に達したら次の槽に進む事で、最後の槽まで達したら、潜熱蓄熱が全うされる。

熱カロリーの利用に際しては、先頭槽の注入口側から熱運搬液を取り出し、循環ポンプで各負荷機器に供給し、最終槽にもどすのだが、使用する循環ポンプは、一般に使われているインボリュウトギヤポンプであるが、送り液用と戻り液用ギヤポンプの駆動軸を直結にして、送り量と戻り量の同期を図る。

大容量タイプの装置に於いては、前記蓄熱槽の底面側二重半球体部を小型タイプとは逆に、お椀を被せた様に球頂が上に位置する様に設置する事で、槽内容物の重量に耐えうる方法を採る。

同じく、大容量タイプの装置には、第１槽の蓄熱槽内に、熱交換コイルを備えておき、此のコイルを通して熱運搬液を中間熱交換槽に蓄え、この中間槽を１０米以内毎に順次送り貯める事で、負荷機器への配管、チューブ内な真空状態になるのを防ぐと同時に、高層階のパイプ、チューブ内の熱搬送液の落下を防止する。

上記負荷機器への循環２連パイプ、２連チューブ内の熱運搬液は高級アルコール水溶液等の不凍液や、難気化液を使用し、将来、より良い運搬液が出来たら、希望に合った液に入れか変える事で、より高温や低温の熱を利用出来る様にすればよい。

発明に依る効果

本装置は、蓄熱槽の構造に、真空断熱、発泡断熱、その上、この槽を纏めて設置する事で熱の放散が減り、この設置場所にも断熱材を使用して、長期間の利用で、設置場所の周りも熱勾配が安定していくので、熱損失によるロスがより減少する。

別技術（整理番号１５０１）に依る獲得した熱を、本装置に蓄える事で、どの様な時間帯に於いても、エネルギーの発生する毎に蓄熱して、常に少しずつでも溜まっていくので発生ロスも減り、特に、別技術の高低両熱同時獲得に依って、従前は大気中に棄てていた温冷熱を、この蓄熱槽に貯めて置く事が出来るので、両技術の相互作用で熱の発生貯蔵が効率よく行われる。

別技術（１５０１）の運転に際しても、共に、外部に余分な熱を出さないので、両方の装置を一緒に並べて隔壁だけで可能で有り、密閉された空間でも設置可能で、万一少々の音が出ても収まるで有ろうかと思います。

本装置の類似した物はまだ知りませんので、使用例として、図５に表しておきます。

大規模の設置例としては、地域冷暖房としてもいけるとおもいます。

Claims (6)

1. 二重構造に於ける缶体の外側の筒を横縞の波状にして、間を真空にした時に、内側に潰れ込まない様にしておく。
2. 二重構造の間に、断面が三角形をした外側缶材の波形に合わした隙間安定材兼補強材としての部材を、３ヶ所乃至大型で６ヶ所いれる。
3. 缶体に於ける底部分二重の間に間隙に合わし、放射状に湾曲した補強材を３本から６本入れておく。
4. 商品名、ＭＨＳ，ＰＣＭ，又は、硫黄、硫酸マグネシウム６水和塩、２燐酸ナトリウム１０水和塩等の潜熱蓄熱材を隙間無く封入した、素材がポリプロピレン、ポリエチレン、ポリエステル等で拵えたテトラボールとも呼べるカプセルを決められた場所に据えられた蓄熱槽内に投入して、熱運搬液を満たしておく。
5. 蓄熱槽の蓋に据えられた熱運搬液の注入口側は濃色、送り口側は淡色の色でカバーして置いて、高温側は赤色、低温側は青色にして、色と濃淡とで誤接続を防ぐ。
6. 循環２連ポンプは送り側と戻り側の駆動軸を、上方向に行く送り側の方はギヤの数が１個多い方のギヤ軸と、下方向に向かう戻り側の方は歯車が１個少ない方のギヤ軸とを直結固定しておく。