JP2016217664A - Heat storage system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、熱の貯蔵に用いる蓄熱システムに関するものである。 The present invention relates to a heat storage system used for heat storage.
太陽熱発電や、太陽光発電、風力発電等の自然エネルギーを利用した発電設備では、日照条件や気象条件等の変化に起因する出力電力の過渡的な変化を抑制するために、蓄熱システムを備えることが行われている。 In power generation facilities that use natural energy such as solar thermal power generation, solar power generation, and wind power generation, a heat storage system should be provided to suppress transient changes in output power caused by changes in sunshine conditions and weather conditions. Has been done.
この種の蓄熱システムとしては、たとえば、蓄熱槽に、蓄熱温度範囲で固相と液相との相変化を生じる蓄熱材を充填し、この蓄熱材の潜熱を利用して蓄熱を行うことで、蓄熱密度の向上化を図ったものが従来知られている。 As this type of heat storage system, for example, a heat storage tank is filled with a heat storage material that causes a phase change between a solid phase and a liquid phase in a heat storage temperature range, and heat storage is performed using the latent heat of this heat storage material, The thing which aimed at the improvement of a thermal storage density is conventionally known.
更に、蓄熱槽(蓄熱ユニット)を複数組み合わせて使用することがあり、その場合、各蓄熱槽で蓄熱材と水との熱交換を行うようにしてある各蓄熱槽の放熱用の伝熱管が直列に接続されて使用されている(たとえば、特許文献1参照)。 Furthermore, there are cases where a plurality of heat storage tanks (heat storage units) are used in combination, and in that case, heat transfer tubes for heat radiation of each heat storage tank are arranged in series so as to exchange heat between the heat storage material and water in each heat storage tank. (See, for example, Patent Document 1).
又、蓄熱温度範囲で固相と液相との相変化を生じる蓄熱材としては、たとえば、CsNO3とNaNO3、LiNO3とLiOH、LiNO3とNaNO3、KNO3とNaNO3、NaNO3とRbNO3、LiBrとLiOH、LiBrとNaNO3といった組み合わせの2成分系で非共晶の組成の混合塩による蓄熱材を用いることが従来提案されている(たとえば、特許文献2参照)。 Examples of the heat storage material that causes a phase change between the solid phase and the liquid phase in the heat storage temperature range include CsNO 3 and NaNO 3 , LiNO 3 and LiOH, LiNO 3 and NaNO 3 , KNO 3 and NaNO 3 , NaNO 3 and Conventionally, it has been proposed to use a heat storage material composed of a mixed salt having a non-eutectic composition of two components such as RbNO 3 , LiBr and LiOH, and LiBr and NaNO 3 (see, for example, Patent Document 2).
ところで、複数の蓄熱槽を、放熱用の伝熱管を直列に接続して使用する場合、各蓄熱槽の伝熱管に放熱用熱媒体を順次流通させるときの熱媒体流通順序が最初の蓄熱槽は、放熱用伝熱管に、熱媒体供給手段等から供給される初期温度の放熱用熱媒体が流通する。これに対し、熱媒体流通順序が2番目以降の蓄熱槽は、放熱用伝熱管に、熱媒体流通順序が先の蓄熱槽の放熱用伝熱管を通過した後の放熱用熱媒体が流通するようになる。このため、各蓄熱槽より放熱用熱媒体を介して放熱を行うときには、蓄熱槽ごとに、伝熱管を流通する放熱用熱媒体の温度差が異なるため、蓄熱材との熱交換による放熱量に差が生じる。したがって、各蓄熱槽の蓄熱量には、ばらつきが生じることになる。 By the way, when using a plurality of heat storage tanks by connecting heat transfer tubes for heat dissipation in series, the heat storage tank having the first heat medium distribution order when the heat transfer heat medium is sequentially distributed to the heat transfer tubes of each heat storage tank is The heat radiating heat medium having an initial temperature supplied from the heat medium supplying means or the like flows through the heat radiating heat transfer tubes. On the other hand, in the heat storage tanks in which the heat medium distribution order is the second or later, the heat dissipation heat medium after the heat medium distribution order has passed through the heat dissipation heat transfer pipes of the previous heat storage tank flows through the heat dissipation heat transfer pipes. become. For this reason, when radiating heat from each heat storage tank via the heat dissipation heat medium, the temperature difference of the heat dissipation heat medium flowing through the heat transfer tubes differs for each heat storage tank. There is a difference. Therefore, variation occurs in the amount of heat stored in each heat storage tank.
しかも、従来提案されている、複数の蓄熱槽を直列に接続して用いる場合は、各蓄熱槽の蓄熱量にばらつきが生じた状態から、各蓄熱槽への蓄熱と各蓄熱槽からの放熱とが単に繰り返して行われると、すべての蓄熱槽が、設定されている蓄熱容量の上限と下限との間の蓄熱量になることが懸念されている。 Moreover, when a plurality of heat storage tanks that have been proposed in the past are connected in series, the heat storage amount to each heat storage tank and the heat release from each heat storage tank from the state in which the amount of heat stored in each heat storage tank varies. Is simply repeated, there is a concern that all the heat storage tanks have a heat storage amount between the upper limit and the lower limit of the set heat storage capacity.
また、蓄熱槽は、蓄熱容量の上限からの蓄熱量の低下に伴って、取り出し可能な放熱用熱媒体の温度が低下する。そのため、たとえ、複数の蓄熱槽の蓄熱量の合計値が一つの蓄熱槽の蓄熱容量の上限に達しているとしても、個々の蓄熱槽が温度低下している状態では、最終的に取り出される放熱用熱媒体の温度は、蓄熱容量が上限の蓄熱量となっている蓄熱槽から取り出される放熱用熱媒体に比して大幅に低下してしまう。 Moreover, the temperature of the heat-dissipating heat medium that can be taken out of the heat storage tank decreases as the heat storage amount decreases from the upper limit of the heat storage capacity. Therefore, even if the total value of the heat storage amount of the plurality of heat storage tanks reaches the upper limit of the heat storage capacity of one heat storage tank, in the state where the temperature of each heat storage tank is lowered, the heat radiation finally taken out The temperature of the heat transfer medium is greatly reduced as compared to the heat dissipation heat medium taken out from the heat storage tank whose heat storage capacity is the upper limit heat storage amount.
なお、特許文献2には、複数の蓄熱槽を統合して運用する考えは示されていない。
In addition,
そこで、本発明は、複数の蓄熱槽の蓄熱材と熱交換して最終的に取り出される放熱用熱媒体の温度を、長時間に亘り高温化を図ることができる蓄熱システムを提供しようとするものである。 Therefore, the present invention intends to provide a heat storage system capable of increasing the temperature of the heat-dissipating heat medium finally exchanged with heat storage materials of a plurality of heat storage tanks over a long period of time. It is.
本発明は、前記課題を解決するために、槽内に入れた蓄熱材と、前記槽内で、前記蓄熱材よりも低温の放熱用熱媒体を流通させて前記蓄熱材との熱交換を行う放熱用伝熱管と、前記蓄熱槽に設けられて、前記蓄熱材に対し蓄熱用の加熱を行う加熱手段と、を有する蓄熱槽を複数備え、前記複数の蓄熱槽は、前記放熱用伝熱管が、前記放熱用熱媒体が順に流通するよう直列に接続され、更に、前記複数の蓄熱槽の加熱手段の制御を行う制御装置を備え、前記制御装置は、前記放熱用伝熱管が直列に接続された前記複数の蓄熱槽に対し蓄熱を行う際に、前記直列に接続された放熱用伝熱管に前記放熱用熱媒体が流通するときの放熱用熱媒体流通順序が最後となる蓄熱槽から、前記放熱用熱媒体流通順序とは逆の順序で、前記複数の蓄熱槽にそれぞれ設定される高蓄熱状態までの蓄熱を個別に行う機能を備えるものとした構成を有する蓄熱システムとする。 In order to solve the above problems, the present invention performs heat exchange with the heat storage material by circulating a heat storage material placed in a tank and a heat-dissipating heat medium having a temperature lower than that of the heat storage material in the tank. A plurality of heat storage tanks, each of which is provided in the heat storage tube and a heating unit that heats the heat storage material for heat storage, and the plurality of heat storage tanks include the heat transfer tubes The heat dissipating heat medium is connected in series so that it flows in order, and further includes a control device that controls the heating means of the plurality of heat storage tanks, and the control device includes the heat dissipating heat transfer tubes connected in series. In addition, when performing heat storage on the plurality of heat storage tanks, from the heat storage tank in which the heat dissipation heat medium circulation sequence is the last when the heat dissipation heat medium flows through the heat dissipation heat transfer tubes connected in series, The heat storage tanks are arranged in the reverse order to the heat dissipation heat medium distribution order. The heat storage of up to a high heat storage state is set to the thermal storage system having the configuration as having the function of performing separately.
前記蓄熱材は、前記蓄熱槽の蓄熱温度範囲で固液の相変化を生じるものとし、前記各蓄熱槽は、前記蓄熱材を入れた槽内空間の底部側に前記加熱手段を備えると共に、前記槽内空間の上部寄りに前記放熱用伝熱管を備える構成としてある。 The heat storage material causes a solid-liquid phase change in the heat storage temperature range of the heat storage tank, and each of the heat storage tanks includes the heating means on the bottom side of the space in the tank containing the heat storage material, and It is set as the structure provided with the said heat exchanger tube for heat radiation near the upper part of the space in a tank.
前記各蓄熱槽の前記加熱手段は、加熱用熱媒体を流通させる熱媒体流路を備え、該熱媒体流路は、開閉弁を介して加熱用熱媒体供給ラインに接続され、前記制御装置は、前記各蓄熱槽の前記熱媒体流路ごとの前記開閉弁を個別に開閉操作する機能を備える構成としてある。 The heating means of each heat storage tank includes a heat medium flow path for circulating a heat medium for heating, the heat medium flow path is connected to a heating heat medium supply line via an on-off valve, and the control device The open / close valve for each heat medium flow path of each heat storage tank has a function of opening / closing individually.
前記各蓄熱槽の前記加熱手段は、電気ヒータを備え、前記制御装置は、前記各蓄熱槽の前記電気ヒータごとの給電と給電停止とを個別に操作する機能を備える構成としてある。 The heating means of each heat storage tank includes an electric heater, and the control device has a function of individually operating power supply and power supply stop for each electric heater of each heat storage tank.
本発明の蓄熱システムによれば、複数の蓄熱槽の蓄熱材と熱交換して最終的に取り出される放熱用熱媒体の温度を、長時間に亘り高温化を図ることができる。 According to the heat storage system of the present invention, it is possible to increase the temperature of the heat-dissipating heat medium finally taken out by exchanging heat with the heat storage materials of the plurality of heat storage tanks over a long period of time.
以下、本発明を実施するための形態を図面を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.
[第1実施形態]
図1は蓄熱システムの第1実施形態を示す概略切断側面図である。図2は本実施形態における制御装置による蓄熱処理のフロー図である。図3(a)(b)(c)は本実施形態の蓄熱システムの蓄熱時の状態を示す図である。図4(a)(b)(c)は本実施形態の蓄熱システムの放熱時の状態を示す図である。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a schematic cut side view showing a first embodiment of a heat storage system. FIG. 2 is a flow chart of heat storage heat treatment by the control device in the present embodiment. FIGS. 3A, 3B, and 3C are views showing a state during heat storage of the heat storage system of the present embodiment. FIGS. 4A, 4B, and 4C are views showing a state during heat dissipation of the heat storage system of the present embodiment.
本実施形態の蓄熱システムは、概説すると、図1に示すように、複数の蓄熱槽1a,1b,1cを備えている。図1には、3台の蓄熱槽1a,1b,1cとした構成例が示してある。
In summary, the heat storage system of the present embodiment includes a plurality of
蓄熱槽1a,1b,1cは、槽内に入れた蓄熱材2と、槽内の蓄熱材2に対して蓄熱用の加熱を行う加熱手段3a,3b,3cと、放熱用伝熱管4a,4b,4cとを備えた構成とされている。
The
放熱用伝熱管4a,4b,4cは、槽内の蓄熱材2よりも低い温度の放熱用熱媒体5を流通させて、この放熱用熱媒体5と槽内の蓄熱材2との熱交換を行わせ、この熱交換によって加熱された放熱用熱媒体5を得るための伝熱管である。
The
各蓄熱槽1a,1b,1cは、放熱用伝熱管4a,4b,4cが直列に接続されていて、外部の図示しない放熱用熱媒体供給手段より供給される放熱用熱媒体5が、各蓄熱槽1a,1b,1cの放熱用伝熱管4a,4b,4cを、順に流通するようになっている。このように各蓄熱槽1a,1b,1cの放熱用伝熱管4a,4b,4cに放熱用熱媒体5が流通する順序は、以下、各蓄熱槽1a,1b,1cについての放熱用熱媒体流通順序という。
Each of the
本実施形態の蓄熱システムは、更に、各蓄熱槽1a,1b,1cの蓄熱量を測定する蓄熱量測定手段6a,6b,6cと、各蓄熱槽1a,1b,1cの加熱手段3a,3b,3cを統合して制御する制御装置7とを備えた構成とされている。
The heat storage system of the present embodiment further includes heat storage amount measuring means 6a, 6b, 6c for measuring the heat storage amount of each
本実施形態の蓄熱システムでは、蓄熱槽1a,1b,1cの槽内に入れる蓄熱材2は、たとえば、設定される蓄熱温度範囲(Tmin<T<Tmax)において固相と液相との間で相変化を生じ、且つ固相の密度が液相の密度よりも大となる蓄熱材2を用いる。図1では、蓄熱材2の固相にハッチングを付して示してある。なお、この蓄熱材2の詳細については後述する。
In the heat storage system of this embodiment, the
蓄熱槽1a,1b,1cの槽内空間8の容積は、蓄熱槽1a,1b,1cに望まれる蓄熱容量と、蓄熱材2の種類等に応じて適宜設定されている。
The volume of the in-
加熱手段3a,3b,3cは、槽内空間8の底部にホットプレート状に設けられている。この加熱手段3a,3b,3cは、たとえば、槽内空間8の内底面をフラットな面として形成するためのプレート部材9と、プレート部材9の下側に設けて、加熱用熱媒体11を流通させる熱媒体流路10とを備えた構成とされている。
The heating means 3a, 3b, 3c are provided in a hot plate shape at the bottom of the in-
プレート部材9を備える構成とするのは、蓄熱槽1a,1b,1cの温度低下時に槽内空間8で生じて沈降する蓄熱材2の固相をプレート部材9の上側に分散させて堆積させ、この堆積物の荷重を、プレート部材9の面で分散して受けることが好ましいためである。なお加熱手段3a,3b,3cは、プレート部材9の下側に、プレート部材9に作用する堆積物の荷重を、加熱手段3a,3b,3cの下端部となる熱媒体流路10の下部に伝えて支持させるための上下の柱状や壁状の部材を備えるようにしてもよい。
The
熱媒体流路10は、加熱用熱媒体11の有する熱によりプレート部材9の全面をできるだけ均等に加熱できるように、プレート部材9の面内についての加熱用熱媒体11の流通経路の配置、形状、流路断面積等が適宜設定されている。なお、図1では、図示する便宜上、熱媒体流路10は簡略化した記載としてある。したがって、熱媒体流路10は、流通経路の配置、形状、流路断面積等が図示した以外の任意の設定とされていてもよいことは勿論である。
The
各蓄熱槽1a,1b,1cの熱媒体流路10の入口には、外部の図示しない加熱用熱媒体供給手段より加熱用熱媒体11を導く加熱用熱媒体供給ライン12が、個別の開閉弁13a,13b,13cを介して並列に接続されている。
At the inlet of the heat
又、各蓄熱槽1a,1b,1cの熱媒体流路10の出口の下流側には、熱媒体流路10を流通した後の加熱用熱媒体11を、加熱用熱媒体供給手段へ戻す加熱用熱媒体戻しライン14が接続されている。更に、加熱用熱媒体供給手段は、太陽熱発電の集熱部のような熱源(図示せず)の熱を加熱用熱媒体11に与えて加熱するための熱交換部が備えられている。
Further, on the downstream side of the outlet of the heat
加熱用熱媒体11は、蓄熱温度範囲(Tmin<T<Tmax)の全域、更には、それよりも高い温度域まで液相となる熱媒体を選定して用いるか、あるいは、スチームを用いるようにすればよい。スチームはその圧力を調整することにより容易に温度調整が可能であることから、加熱用熱媒体11としてスチームを用いることで、加熱手段3a,3b,3cの温度調整が容易になる。
As the
これにより、加熱手段3a,3b,3cの熱媒体流路10には、加熱用熱媒体供給手段より、加熱された加熱用熱媒体11を循環供給することができる。したがって、加熱手段3a,3b,3cでは、熱媒体流路10に順次供給される加熱用熱媒体11の有する熱により、プレート部材9を介して、槽内空間8に入れた蓄熱材2を下方から加熱することができる。
Thereby, the
放熱用伝熱管4a,4b,4cは、槽内空間8の上部寄り位置に、蓄熱材2に没する配置で設けられている。放熱用伝熱管4a,4b,4cは、図示しない支持部材を介して、蓄熱槽1a,1b,1cの壁面や天井部より支持されている。放熱用伝熱管4a,4b,4cは、全体が蓄熱材2に没する範囲で、できるだけ、槽内空間8の上下方向の半分の高さ位置よりも上方に配置されることが好ましい。これは、後述するように、放熱用伝熱管4a,4b,4cの周囲で凝固して生じる蓄熱材2の固相が液相中で沈降する現象に支障が生じないようにするためである。しかし、放熱用伝熱管4a,4b,4cの管路形状や全体のサイズ等に応じて、放熱用伝熱管4a,4b,4cの下端側に位置する部分が、槽内空間8の上下方向の半分の高さ位置、あるいは、それよりも低い位置に部分的に配置されていてもよいことは勿論である。
The heat radiating
各蓄熱槽1a,1b,1cの放熱用伝熱管4a,4b,4cは、コネクタや接続管のような接続部材15を介して順次直列に接続されている。図1では、放熱用伝熱管4aの下流側端部と、放熱用伝熱管4bの上流側端部とが接続され、放熱用伝熱管4bの下流側端部と、放熱用伝熱管4cの上流側端部とが接続された構成となっている。
The
各放熱用伝熱管4a,4b,4cのうち、最も上流側に配置された放熱用伝熱管4aの上流側端部には、外部の図示しない放熱用熱媒体供給手段より放熱用熱媒体5を導く放熱用熱媒体供給ライン16が接続されている。又、最も下流側に配置された放熱用伝熱管4cの下流側端部には、各蓄熱槽1a,1b,1cの放熱用伝熱管4a,4b,4cを流通した後の放熱用熱媒体5を、所望の熱負荷(図示せず)へ送る放熱用熱媒体送出ライン17が接続されている。熱負荷に熱を供給した後の放熱用熱媒体5は、放熱用熱媒体供給手段へ戻すようにしてもよいし、戻さなくてもよい。
Of each heat-dissipating
放熱用熱媒体5は、液相の熱媒体を選定して用いるか、あるいは、スチームを用いるようにすればよい。又、放熱用熱媒体5として液相の熱媒体を用いて、この液相の放熱用熱媒体5を、放熱用伝熱管4a,4b,4c内で蒸発させるようにしてもよい。
As the heat
これにより、放熱用伝熱管4a,4b,4cには、放熱用熱媒体供給手段より放熱用熱媒体5が連続的に供給される。したがって、放熱用伝熱管4a,4b,4cを流通する放熱用熱媒体5は、放熱用伝熱管4a,4b,4cの周囲に存在している蓄熱材2との熱交換により順次加熱され、加熱状態で放熱用熱媒体送出ライン17に回収される放熱用熱媒体5の保有する熱が、熱負荷へ与えられるようになる。
Thereby, the heat-dissipating
このように、放熱用伝熱管4a,4b,4cを流通する放熱用熱媒体5が、放熱用伝熱管4a,4b,4cの周囲に存在している蓄熱材2との熱交換により加熱されるときには、蓄熱材2は、相対的に温度低下する。この蓄熱材2の温度低下が、液相と固相との相変化温度で生じると、図1に示すように、放熱用伝熱管4a,4b,4cの周囲では、蓄熱材2が液相より凝固して固相が生じる。この蓄熱材2の固相は、液相よりも密度が大きいために、液相中を沈降するようになる。
Thus, the heat-dissipating
槽内空間8では、その上部寄り位置に放熱用伝熱管4a,4b,4cを設けた構成としてあるので、放熱用伝熱管4a,4b,4cの周囲に温度低下した蓄熱材2の固相が生じても、この固相は槽内空間8を底部まで沈降して、加熱手段3a,3b,3cの上側に堆積される。
In the
したがって、蓄熱槽1a,1b,1cでは、放熱用伝熱管4a,4b,4cの周囲に蓄熱材2の固相が留まることはないため、蓄熱材2と、放熱用伝熱管4a,4b,4cを流通する放熱用熱媒体5との間の熱伝達の効率が蓄熱材2の固相の存在によって低下することは抑制される。
Therefore, in the
蓄熱槽1a,1b,1cの側壁18には、図1に示すように、側壁18の温度を上昇させるための側壁用ヒータ19が設けられていることが好ましい。
As shown in FIG. 1,
側壁用ヒータ19は、槽内空間8の下端側から少なくとも槽内空間8の上下方向の半分の高さ位置に達する配置で設けられていることが好ましい。又、側壁用ヒータ19は、側壁18の周方向の全周に亘り設けられていることが好ましい。なお、側壁用ヒータ19は、図1に示すように側壁18の外面に設ける構成のほか、図示しないが、側壁18の内面に沿って設けるようにしてもよい。更に、図示しないが、側壁用ヒータ19は、槽内空間8における蓄熱材2が貯留されている上下方向範囲の全体に亘って設けられていてもよい。
It is preferable that the
側壁用ヒータ19は、たとえば、電気ヒータを用いるようにすればよい。あるいは、側壁用ヒータ19は、加熱手段3a,3b,3cと同様に、スチームやその他の液相の熱媒体を流通させる熱媒体流路を備えた構成のヒータとしてもよい。
The
更に、側壁用ヒータ19は、加熱手段3a,3b,3cによる蓄熱材2の加熱時、すなわち、蓄熱槽1a,1b,1cへの蓄熱時に、側壁用ヒータ19による側壁18の加熱も一緒に行うように設定されている。
Further, the
側壁用ヒータ19による側壁18の加熱温度は、蓄熱材2が固相から液相になる温度に設定されていればよい。
The heating temperature of the
これにより、加熱手段3a,3b,3cによる加熱時には、槽内空間8で加熱手段3a,3b,3cの上側に堆積している蓄熱材2の固相が、下方から加熱されて、先ず、加熱手段3a,3b,3cの上面に接している部分から融解して液相となる。
Thereby, at the time of heating by the heating means 3a, 3b, 3c, the solid phase of the
このとき、側壁用ヒータ19を一緒に運転することにより、側壁18の内面近傍に存在している蓄熱材2の固相が溶融して、液相になる。このため、蓄熱材2の固相の堆積物は、側壁18の内面への固着が解消される。更に、加熱手段3a,3b,3cの上面に接する部分で生じる蓄熱材2の液相は、側壁18の内周に沿う位置で流動して、蓄熱材2の固相の堆積物の上方へ移動する。
At this time, by operating the
その結果、槽内空間8では、蓄熱材2の固相の堆積物を、自重により加熱手段3a,3b,3cの上面に押し付けることができ、その際、加熱手段3a,3b,3cの上面と堆積物との間に形成される蓄熱材2の液相の層を薄くすることができる。これにより、加熱手段3a,3b,3cから蓄熱材2の固相への熱伝達の効率を高めることが可能になる。
As a result, in the
更に、加熱手段3a,3b,3cの上面に接する部分に存在している蓄熱材2に、固相から液相への相変化に伴って体積膨張が生じるとしても、その体積変化分は、蓄熱材2の液相の固相上方への移動によって容易に吸収させることができる。したがって、蓄熱材2の加熱時に、蓄熱槽1a,1b,1cや側壁18に対して局所的に過大な圧力が作用する虞は防止される。
Furthermore, even if volume expansion occurs with the phase change from the solid phase to the liquid phase in the
更に、不測の事態により、万一、蓄熱槽1a,1b,1c全体が、蓄熱温度範囲(Tmin<T<Tmax)よりも温度低下して、槽内空間8に入れた蓄熱材2がすべて固相になった場合には、側壁用ヒータ19を運転することにより、蓄熱材2を上下方向の広い範囲で融解させながら、蓄熱槽1a,1b,1c内を昇温させて、蓄熱温度範囲まで復帰させることが可能になる。
Furthermore, due to an unforeseen situation, the
次に、蓄熱材2について説明する。
Next, the
蓄熱材2の保有する熱を、放熱用伝熱管4a,4b,4cを流通する放熱用熱媒体5を用いて放熱させる際、放熱用伝熱管4a,4b,4cの周囲で凝固する蓄熱材2の固相が放熱用伝熱管4a,4b,4cの表面に付着すると、蓄熱材2の固相の存在によって伝熱効率が低下する。
The
このような伝熱効率の低下に対する対策の研究結果として、特許文献2に示されているように、放熱用伝熱管4a,4b,4cの表面へ蓄熱材2の固相が付着し難くなるようにするためには、蓄熱材2として、蓄熱温度範囲(Tmin<T<Tmax)の蓄熱最低温度Tminにおいて固液共存状態となる非共晶組成の2成分混合塩からなるものを用いることが有利であるという知見が得られている。
As a research result of measures against such a decrease in heat transfer efficiency, as shown in
たとえば、太陽熱発電等の高温のシステムに適用することを想定する場合、蓄熱システムに所望される蓄熱温度範囲(Tmin<T<Tmax)の蓄熱最低温度Tminは150℃以上、好ましくは200℃以上となる。 For example, when assuming application to a high-temperature system such as solar thermal power generation, the minimum heat storage temperature T min in the heat storage temperature range (T min <T <T max ) desired for the heat storage system is 150 ° C. or higher, preferably 200 ℃ or more.
そこで、一例として、本実施形態の蓄熱システムにおける蓄熱温度範囲(Tmin<T<Tmax)は、蓄熱最高温度Tmaxが400℃、蓄熱最低温度Tminが250℃に設定される場合の例を以下に示す。 Therefore, as an example, the heat storage temperature range (T min <T <T max ) in the heat storage system of the present embodiment is an example in which the maximum heat storage temperature T max is set to 400 ° C. and the minimum heat storage temperature T min is set to 250 ° C. Is shown below.
この条件に好適な蓄熱材2としては、前記特許文献2に示されている2成分系の混合塩の組み合わせのうち、たとえば、硝酸カリウム(KNO3)と硝酸ナトリウム(NaNO3)とを、非共晶となる組成で混合した2成分混合塩がある。
As the
この硝酸カリウムと硝酸ナトリウムの混合物では、硝酸ナトリウムのモル分率が0.49となる組成で共晶となるので、この共晶となる組成以外の組成とし、且つ、蓄熱最低温度Tminである250℃において固液共存状態となるようにする。具体的な組成例としては、硝酸ナトリウムのモル分率が0.786(質量分率が0.755)となる組成のものを、蓄熱材2として用いる例について説明する。
In this mixture of potassium nitrate and sodium nitrate, a eutectic is formed with a composition in which the molar fraction of sodium nitrate is 0.49. Therefore, a composition other than the composition that becomes the eutectic is used, and the heat storage minimum temperature T min is 250. A solid-liquid coexistence state is established at ° C. As a specific composition example, an example in which a composition having a molar fraction of sodium nitrate of 0.786 (mass fraction of 0.755) is used as the
この蓄熱材2は、蓄熱最高温度Tmaxである400℃では、液相のみとなっており、この状態から徐々に冷却されると、274℃で固相が生じる。蓄熱材2は、更に冷却されると、固相の割合が徐々に増加しながら蓄熱最低温度Tminである250℃まで温度低下する。この冷却の際、蓄熱材2は、最も低温となる放熱用伝熱管4a,4b,4cの表面で固相を生じ、その固相が放熱用伝熱管4a,4b,4cの表面に沿って成長するが、固相は放熱用伝熱管4a,4b,4cの表面に付着し難くなっているため、蓄熱材2の流動等によって剥がれ落ちる。なお、蓄熱材2は、蓄熱最低温度Tminである250℃から更に冷却されると、234℃で蓄熱材2全体が固相になる。
The
したがって、この蓄熱材2を用いた蓄熱槽1a,1b,1cは、蓄熱最低温度Tminの250℃から274℃までの温度域では、蓄熱材2の顕熱と、蓄熱材2が固相から融解して液相になるときの潜熱とによって蓄熱が行われ、274℃から蓄熱最高温度Tmaxの400℃の温度域では、蓄熱材2の顕熱によって蓄熱が行われるようになる。
Therefore, the
なお、蓄熱材2としては、前記と同様に蓄熱最高温度Tmaxが400℃、蓄熱最低温度Tminが250℃に設定される場合は、前記特許文献2に示されている2成分系の混合塩の組み合わせのうち、たとえば、CsNO3とNaNO3の混合物、LiNO3とNaNO3の混合物、NaNO3とRbNO3の混合物を用いることも可能である。
In addition, as the
CsNO3とNaNO3の混合物を用いる場合は、NaNO3のモル分率を0.902(質量分率を0.801)とし、LiNO3とNaNO3の混合物を用いる場合は、NaNO3のモル分率を0.877(質量分率を0.898)とし、NaNO3とRbNO3の混合物を用いる場合は、RbNO3のモル分率を0.105(質量分率を0.169)とすることにより、蓄熱最低温度Tminである250℃において固液共存状態とすることができる。 When a mixture of CsNO 3 and NaNO 3 is used, the molar fraction of NaNO 3 is 0.902 (mass fraction is 0.801), and when a mixture of LiNO 3 and NaNO 3 is used, the molar fraction of NaNO 3 When the ratio is 0.877 (mass fraction is 0.898) and a mixture of NaNO 3 and RbNO 3 is used, the molar fraction of RbNO 3 is 0.105 (mass fraction is 0.169). Thus, a solid-liquid coexistence state can be obtained at 250 ° C., which is the lowest heat storage temperature T min .
更に、蓄熱温度範囲(Tmin<T<Tmax)の蓄熱最低温度Tminが280℃に設定される場合には、蓄熱材2として、前記特許文献2に示されている2成分系の混合塩の組み合わせのうち、LiBrとNaNO3の混合物を用いることが可能である。この場合は、NaNO3のモル分率を0.964(質量分率を0.963)とすることにより、蓄熱最低温度Tminである280℃において固液共存状態とすることができる。
Further, when the minimum heat storage temperature T min in the heat storage temperature range (T min <T <T max ) is set to 280 ° C., the
前記のような非共晶組成の2成分混合塩を蓄熱材2として用いると、放熱用伝熱管4a,4b,4cの周囲で凝固して生じた蓄熱材2の固相は、冷却面となる伝熱面である放熱用伝熱管4a,4b,4cの表面に強く付着せず、容易にはがれ落ちるようになる。
When a binary mixed salt having a non-eutectic composition as described above is used as the
これは、凝固しはじめる際に冷却面付近の固相率が局所的に大きくなるため、融点が比較的低い液相を形成している溶融塩が、冷却面と固相との間に入り込みながら凝固が進行するためであると考えられ、非共晶の溶融塩の固液共存領域が温度幅をもって存在することに起因すると考えられる。 This is because the solid fraction near the cooling surface increases locally when it begins to solidify, so that the molten salt forming a liquid phase with a relatively low melting point enters between the cooling surface and the solid phase. This is thought to be due to the progress of solidification, and is attributed to the existence of a solid-liquid coexistence region of non-eutectic molten salt with a temperature range.
したがって、本実施形態の蓄熱システムは、蓄熱槽1a,1b,1c内で、蓄熱材2が液相の状態から徐々に固相が増加するように、すなわち、徐々に温度を低下させるように制御を行うことで、固相となった蓄熱材2が放熱用伝熱管4a,4b,4cの表面に固着(密着)することを、抑制することが可能になる。
Therefore, the heat storage system of this embodiment is controlled so that the solid phase gradually increases from the liquid phase state of the
各蓄熱槽1a,1b,1cには、蓄熱量測定手段6a,6b,6cとして、たとえば、温度測定器が設けられている。温度の測定個所の数は、単数又は複数のいずれであってもよく、又、温度測定個所の配置は、適宜設定してよい。この場合、試験などを行って、蓄熱量測定手段6a,6b,6cによる温度測定結果と、蓄熱槽1a,1b,1cの蓄熱量との相関を予め求めておくようにすれば、温度測定結果から蓄熱量を測定(推定)することが可能になる。蓄熱量測定手段6a,6b,6cは、温度測定結果を制御装置7に送るようにしてある。
Each
制御装置7は、蓄熱量測定手段6a,6b,6cからの入力を基に、図2にフロー図を示す蓄熱処理を行う。
The
制御装置7には、各蓄熱槽1a,1b,1cが高蓄熱状態であるということの判断基準となる基準値が設定される(ステップS1)。たとえば、制御装置7に蓄熱量測定手段6a,6b,6cから温度測定結果が入力される場合は、この基準値は温度の値によって設定しておくことが、入力値と基準値との比較を容易にできる点で好ましい。なお、各蓄熱槽1a,1b,1cの高蓄熱状態とは、蓄熱最高温度Tmaxとなる蓄熱状態であることが好ましいが、必ずしも蓄熱最高温度Tmaxとなる蓄熱状態に限定されるものではない。
The
この状態で、制御装置7は、蓄熱処理を開始する(ステップS2)。蓄熱処理を開始すると、制御装置7には、蓄熱量測定手段6a,6b,6cから温度測定結果が入力される(ステップS3)。
In this state, the
この入力が行われると、制御装置7は、先ず、放熱用熱媒体流通順序(n=1,2,3)が最後(n=nmax、ここではn=3)の蓄熱槽1cを蓄熱対象に選定し(ステップS4)、この蓄熱対象とされた蓄熱槽1cについて、蓄熱量測定手段6cから入力される温度測定結果を設定された基準値と比較して、高蓄熱状態であるか否かを判断する(ステップS5)。
When this input is performed, the
ステップS5にて、蓄熱槽1cについての温度測定結果が基準値に達しておらず、蓄熱槽1cが高蓄熱状態ではないと判断される場合は、制御装置7は、ステップS6に進み、その時点で蓄熱対象となっている蓄熱槽1cへの蓄熱を実施する。具体的には、制御装置7は、通常はすべて閉状態とされている開閉弁13a,13b,13cについて、図3(a)に示すように、蓄熱槽1cの開閉弁13cのみを開操作する。なお、図3(a)(b)(c)では、図示する便宜上、開操作された開閉弁13cは白抜きで示し、閉状態の開閉弁13a,13bは黒塗りで示してある(図4(a)(b)(c)も同様)。
In step S5, when the temperature measurement result for the
これにより、蓄熱槽1cでは、加熱用熱媒体供給ライン12を通して導かれる加熱用熱媒体11が、熱媒体流路10に流通するようになるため、加熱手段3cによる蓄熱材2の加熱が行われて、蓄熱槽1cへの蓄熱が開始される。
As a result, in the
制御装置7は、ステップS6にて蓄熱対象の蓄熱槽1cへの蓄熱を開始すると、ステップS5へ戻り、蓄熱槽1cが高蓄熱状態であると判断されるようになるまで、ステップS5とステップS6の処理ループを順次繰り返して、蓄熱槽1cへの蓄熱を行う。
If the
一方、制御装置7は、ステップS4からステップS5に最初に進んだ時点で蓄熱槽1cが高蓄熱状態であると判断された場合、又は、ステップS6による蓄熱処理の結果、ステップS5で蓄熱槽1cが高蓄熱状態であると判断されるようになった場合は、ステップS7に進む。この際、ステップS6による蓄熱処理が行われていた場合は、制御装置7は、蓄熱槽1cの開閉弁13cを閉操作して、蓄熱槽1cの蓄熱処理は停止する。
On the other hand, when it is determined that the
ステップS7では、制御装置7は、その時点で蓄熱対象とされている蓄熱槽1cが、放熱用熱媒体流通順序が最初(n=1)の蓄熱槽であるか否か、すなわち、本実施形態では蓄熱槽1aであるか否かを判断し、蓄熱対象が放熱用熱媒体流通順序が最初の蓄熱槽1aでない場合は、ステップS8に進む。
In step S7, the
ステップS8では、制御装置7は、蓄熱対象として、放熱用熱媒体流通順序が一つ前(n=n−1)の蓄熱槽1bを選定する更新を行い、その後、ステップS5へ戻る。
In step S8, the
これにより、新たに蓄熱対象とされた蓄熱槽1bについて、前述したステップS5以降の処理が、蓄熱槽1cの場合と同様に開始される。なお、このように蓄熱槽1bが蓄熱対象となるときには、放熱用熱媒体流通順序が後の蓄熱槽1cが高蓄熱状態となっている。
Thereby, about the
ステップS5において、蓄熱量測定手段6bから入力される温度測定結果が基準値に達しておらず、蓄熱槽1bが高蓄熱状態ではないと判断される場合は、制御装置7は、ステップS6に進み、蓄熱槽1bへの蓄熱を実施する。具体的には、制御装置7は、図3(b)に示すように、蓄熱槽1bの開閉弁13bのみを開操作する。これにより、蓄熱槽1bでは、加熱用熱媒体供給ライン12を通して導かれる加熱用熱媒体11が、熱媒体流路10に流通するようになるため、加熱手段3bによる蓄熱材2の加熱が行われて、蓄熱槽1bへの蓄熱が開始される。
In step S5, when the temperature measurement result input from the heat storage
制御装置7は、ステップS6にて蓄熱対象の蓄熱槽1bへの蓄熱を開始すると、ステップS5へ戻り、蓄熱槽1bが高蓄熱状態であると判断されるようになるまで、ステップS5とステップS6の処理ループを順次繰り返して、蓄熱槽1bへの蓄熱を行う。
If the
一方、制御装置7は、蓄熱槽1bが蓄熱対象とされた後にステップS5に最初に進んだ時点、あるいは、ステップS6による蓄熱処理の結果のいずれであっても、ステップS5にて、蓄熱槽1bが高蓄熱状態であると判断された場合は、ステップS7に進む。この際、ステップS6による蓄熱処理が行われていた場合は、制御装置7は、蓄熱槽1bの開閉弁13bを閉操作して、蓄熱槽1bの蓄熱処理は停止する。
On the other hand, the
制御装置7は、ステップS7では、その時点で蓄熱対象とされている蓄熱槽1bが、放熱用熱媒体流通順序が最初(n=1)の蓄熱槽1aではないと判断されるために、ステップS8に進む。
In step S7, the
ステップS8では、制御装置7は、蓄熱対象として、放熱用熱媒体流通順序が一つ前(n=n−1)の蓄熱槽1aを選定する更新を行い、その後、ステップS5へ戻る。
In step S8, the
これにより、新たに蓄熱対象とされた蓄熱槽1aについて、前述したステップS5以降の処理が、蓄熱槽1bの場合と同様に開始される。なお、この蓄熱槽1aが蓄熱対象となるときには、放熱用熱媒体流通順序が後の各蓄熱槽1b,1cが高蓄熱状態となっている。
Thereby, about the
ステップS5において、蓄熱量測定手段6aから入力される温度測定結果が基準値に達しておらず、蓄熱槽1aが高蓄熱状態ではないと判断される場合は、制御装置7は、ステップS6に進み、蓄熱槽1aへの蓄熱を実施する。具体的には、制御装置7は、図3(c)に示すように、蓄熱槽1aの開閉弁13aのみを開操作する。これにより、蓄熱槽1aでは、加熱用熱媒体供給ライン12を通して導かれる加熱用熱媒体11が、熱媒体流路10に流通するようになるため、加熱手段3aによる蓄熱材2の加熱が行われて、蓄熱槽1aへの蓄熱が開始される。
In step S5, when the temperature measurement result input from the heat storage amount measuring means 6a does not reach the reference value and it is determined that the
制御装置7は、ステップS6にて蓄熱対象の蓄熱槽1bへの蓄熱を開始すると、ステップS5へ戻り、蓄熱槽1aが高蓄熱状態であると判断されるようになるまで、ステップS5とステップS6の処理ループを順次繰り返して、蓄熱槽1aへの蓄熱を行う。
If the
一方、制御装置7は、蓄熱槽1aが蓄熱対象とされた後にステップS5に最初に進んだ時点、あるいは、ステップS6による蓄熱処理の結果のいずれであっても、ステップS5にて、蓄熱対象とされた蓄熱槽1aが高蓄熱状態であると判断された場合は、ステップS7に進む。この際、ステップS6による蓄熱処理が行われていた場合は、制御装置7は、蓄熱槽1aの開閉弁13aを閉操作して、蓄熱槽1aの蓄熱処理は停止する。
On the other hand, the
制御装置7は、ステップS7では、その時点で蓄熱対象とされている蓄熱槽1aが、放熱用熱媒体流通順序が最初(n=1)の蓄熱槽1aであると判断される。この場合、放熱用熱媒体流通順序が最後から最初までのすべての蓄熱槽1a,1b,1cが高蓄熱状態になっているので、制御装置7は、ステップS9に進んで、蓄熱処理を終了する。
In step S <b> 7, the
更に、制御装置7は、図2にフロー図を示した蓄熱処理のいずれの時点であっても、各蓄熱槽1a,1b,1cからの放熱を行う場合は、放熱開始の時点で蓄熱処理を中断する機能を備えている。その後、各蓄熱槽1a,1b,1cへの蓄熱処理を再開する場合は、制御装置7は、図2のステップS2以降の処理を行う機能を備えている。
Furthermore, the
これにより、本実施形態の蓄熱システムでは、放熱用伝熱管4a,4b,4cが直列に接続された複数の蓄熱槽1a,1b,1cに蓄熱を行うときには、各蓄熱槽1a,1b,1cの蓄熱量にばらつきが生じていても、必ず、放熱用熱媒体流通順序が最後の蓄熱槽1cから、放熱用熱媒体流通順序とは逆の順序に従って、1台ずつ高蓄熱状態となるまでの蓄熱が行われる。
Thereby, in the heat storage system of this embodiment, when heat storage is performed on the plurality of
次に、前述のように蓄熱量が制御装置によって統合して制御される複数の蓄熱槽1a,1b,1cから放熱を行う場合について図4(a)(b)(c)を用いて説明する。なお、図4(a)(b)(c)では、制御装置7の記載は省略してある。
Next, the case where heat is dissipated from the plurality of
先ず、各蓄熱槽1a,1b,1cが高蓄熱状態で、たとえば、図4(a)に示すように、各蓄熱槽1a,1b,1cが蓄熱最高温度Tmaxである400℃の場合は、各蓄熱槽1a,1b,1cにおける蓄熱材2は、ほとんど液相になっている。この状態で、放熱用熱媒体供給ライン16から、たとえば、200℃の放熱用熱媒体5を放熱用伝熱管4a,4b,4cに供給すると、放熱用熱媒体流通順序が最初の蓄熱槽1aでは、放熱用熱媒体5の温度が蓄熱材2の温度に比して低いために、両者の温度差の大きさに応じて、蓄熱材2から放熱用熱媒体5への放熱が進む。これにより、放熱用伝熱管4aを通過した放熱用熱媒体5は、蓄熱槽1aの400℃という高い温度の蓄熱材2との熱交換によって、たとえば、350℃まで加熱される。この際、蓄熱槽1aでは、放熱用伝熱管4aの表面で、放熱用熱媒体5との熱交換によって蓄熱材2が部分的に274℃以下に温度低下すると、固相が生じ、その固相は液相中を沈降する。
First, when each
放熱用伝熱管4aを通過した放熱用熱媒体5は、その後、放熱用熱媒体流通順序が後の蓄熱槽1b,1cの放熱用伝熱管4b,4cに順次供給される。この際、放熱用熱媒体5は、蓄熱槽1aで既に350℃という高い温度まで加熱されている。そのため、蓄熱槽1b,1cでは、放熱用熱媒体5の温度と蓄熱材2の温度との温度差が小さくなるので、蓄熱材2から放熱用熱媒体5に対する放熱の進行は抑えられ、よって、蓄熱槽1b,1cでは蓄熱材2の温度低下が抑えられる。
The heat-dissipating
その後、放熱用熱媒体5の供給を継続して行うと、蓄熱槽1aでは、蓄熱材2の温度が次第に下がり、274℃以下になると、図4(b)に示すように、蓄熱材2の固相が次第に増加して堆積する。この状態では、蓄熱槽1aの放熱用伝熱管4aを流通する放熱用熱媒体5は、蓄熱槽1aで蓄熱材2との熱交換により加熱されるとしても、その温度は274℃以上にはならない。図4(b)では、たとえば、蓄熱槽1aの蓄熱材2の温度が270℃、放熱用伝熱管4aを流通した後の放熱用熱媒体5が230℃となる状態を示している。
Then, if supply of the heat-dissipating
この場合、蓄熱槽1bの蓄熱材2は400℃からの温度低下が抑えられているため、放熱用伝熱管4bに供給される放熱用熱媒体5と、蓄熱槽1bの蓄熱材2の温度との温度差が大きくなる。そのため、この状態では、放熱用熱媒体5は、放熱用伝熱管4bを通過するときに、蓄熱槽1bの400℃という高い温度の蓄熱材2との熱交換が行われて、たとえば、350℃まで加熱される。この際、蓄熱槽1bでは、放熱用伝熱管4bの表面で、放熱用熱媒体5との熱交換によって蓄熱材2が部分的に274℃以下に温度低下すると、固相が生じ、その固相は液相中を沈降する。
In this case, the temperature of the
放熱用伝熱管4bを通過した放熱用熱媒体5は、その後、放熱用熱媒体流通順序が次の蓄熱槽1cの放熱用伝熱管4cに供給される。この際、放熱用熱媒体5は、蓄熱槽1bを通過した時点で既に350℃という高い温度まで加熱されている。そのため、蓄熱槽1cでは、放熱用熱媒体5の温度と蓄熱材2の温度との温度差が小さくなるので、蓄熱材2から放熱用熱媒体5に対する放熱の進行は抑えられ、よって、蓄熱槽1cでは蓄熱材2の温度低下が抑えられる。
The heat-dissipating
放熱用熱媒体5の供給を更に継続して行うと、蓄熱槽1aは、蓄熱材2の温度が更に下がり、図4(c)に示すように、固相率が増大する。又、蓄熱槽1bでは、蓄熱材2の温度が次第に下がり、274℃以下になると、図4(c)に示すように、蓄熱材2の固相が次第に増加して堆積する。この状態では、蓄熱槽1aの放熱用伝熱管4aを流通する放熱用熱媒体5は、蓄熱槽1aで蓄熱材2との熱交換により加熱されるとしても、その温度は274℃以上にはならない。図4(c)では、たとえば、蓄熱槽1aの蓄熱材2の温度が250℃、放熱用伝熱管4aを流通した後の放熱用熱媒体5が220℃、蓄熱槽1bの蓄熱材2の温度が270℃、放熱用伝熱管4bを流通した後の放熱用熱媒体5が250℃となる状態を示してある。
When the supply of the heat radiating
この場合であっても、蓄熱槽1cの蓄熱材2は400℃からの温度低下が抑えられているため、蓄熱槽1cの放熱用伝熱管4cに供給される放熱用熱媒体5と、蓄熱槽1cの蓄熱材2の温度との温度差が大きくなる。そのため、この状態では、放熱用熱媒体5は、放熱用伝熱管4cを通過するときに、蓄熱槽1cの400℃という高い温度の蓄熱材2との熱交換が行われて、たとえば、350℃まで加熱される。この際、蓄熱槽1cでは、放熱用伝熱管4cの表面で、放熱用熱媒体5との熱交換によって蓄熱材2が部分的に274℃以下に温度低下すると、固相が生じ、その固相は液相中を沈降する。
Even in this case, the
このように、本実施形態の蓄熱システムによれば、複数の蓄熱槽1a,1b,1cのうち、放熱用熱媒体5と蓄熱材2との熱交換による放熱が主として行われる蓄熱槽1a,1b,1cを放熱用熱媒体流通順序が最初のものから順に変えることができる。したがって、放熱用熱媒体流通順序が最後の蓄熱槽1cには、放熱用熱媒体流通順序がより前の蓄熱槽1aや蓄熱槽1bで加熱又は予熱された放熱用熱媒体5が供給されるため、蓄熱槽1cは、長時間に亘り、蓄熱材2の放熱を抑えることができて、蓄熱材2の温度が高い高蓄熱状態を保持することができる。
Thus, according to the heat storage system of the present embodiment, among the plurality of
しかも、前述したように、本実施形態の蓄熱システムは、前述した蓄熱槽1a,1b,1cからの放熱処理の任意の時点で蓄熱処理を開始するときには、放熱用熱媒体流通順序が最後の蓄熱槽1cから順に、高蓄熱状態になるまでの蓄熱を行う。このことからも、放熱用熱媒体流通順序が最後の蓄熱槽1cは、蓄熱材2の温度が高い高蓄熱状態を長時間に亘り維持することができる。
Moreover, as described above, when the heat storage system of the present embodiment starts the heat storage heat treatment at an arbitrary time of the heat dissipation treatment from the
したがって、本実施形態の蓄熱システムによれば、複数の蓄熱槽1a,1b,1cの蓄熱材2と熱交換して最終的に取り出される放熱用熱媒体5の温度を、長時間に亘り高温化を図ることができる。
Therefore, according to the heat storage system of the present embodiment, the temperature of the heat-dissipating
又、本実施形態の蓄熱システムは、蓄熱槽1a,1b,1cの蓄熱材2の蓄熱のための加熱を行う熱源として、加熱用熱媒体11を用いるようにしてある。このため、本実施形態の蓄熱システムは、自然エネルギーを利用した発電設備のうち、太陽熱発電のように、自然エネルギーを利用して高温の熱を得る形式の発電設備に適用するのに好適なものとすることができる。
Moreover, the heat storage system of this embodiment uses the
[第2実施形態]
図5は蓄熱システムの第2実施形態を示す概略切断側面図である。
[Second Embodiment]
FIG. 5 is a schematic cut side view showing a second embodiment of the heat storage system.
なお、図5において、図1に示したものと同一のものには同一符号を付して、その説明を省略する。 5 that are the same as those shown in FIG. 1 are marked with the same symbols and descriptions of them will be omitted.
本実施形態の蓄熱システムは、図5に示すように、図1に示したと同様の構成において、各蓄熱槽1a,1b,1cの加熱手段3a,3b,3cを、加熱用熱媒体11を熱源として用いる構成に代えて、電気ヒータ20a,20b,20cを熱源として用いる構成としたものである。
As shown in FIG. 5, the heat storage system of the present embodiment has the same configuration as that shown in FIG. 1, the heating means 3 a, 3 b, 3 c of the
そのために、本実施形態における各蓄熱槽1a,1b,1cの加熱手段3a,3b,3cは、槽内空間8の底部に設けられたプレート部材9の下側に、電気ヒータ20a,20b,20cを備えている。電気ヒータ20a,20b,20cは、給電と給電停止とを個別に操作可能な電源装置21に接続されている。
For this purpose, the heating means 3a, 3b, 3c of the
更に、制御装置7は、電源装置21の制御を行う機能を備えている。
Further, the
具体的には、制御装置7は、図2にフロー図を示した処理手順と同様の処理手順により蓄熱槽1a,1b,1cの蓄熱処理を行うときに、ステップS6での処理のみが、以下のように変更されている。
Specifically, when the
すなわち、本実施形態では、制御装置7は、ステップS6で、その時点で蓄熱対象に選定されている蓄熱槽1c、蓄熱槽1b又は蓄熱槽1aに蓄熱を実施するときに、電源装置21を制御して、蓄熱対象の蓄熱槽1c、蓄熱槽1b又は蓄熱槽1aの電気ヒータ20c、電気ヒータ20b又は電気ヒータ20aにのみ給電を行う機能を備えている。
That is, in this embodiment, the
そのため、本実施形態の蓄熱システムによっても、蓄熱処理を行う場合は、第1実施形態と同様に、放熱用伝熱管4a,4b,4cが直列に接続された複数の蓄熱槽1a,1b,1cについて、放熱用熱媒体流通順序が最後の蓄熱槽1cから、放熱用熱媒体流通順序とは逆の順序に従って、1台ずつ高蓄熱状態となるまでの蓄熱を行うことができる。
Therefore, also by the heat storage system of this embodiment, when performing heat storage heat processing, similarly to 1st Embodiment, the several
本実施形態の蓄熱システムによる放熱処理は、第1実施形態と同様である。 The heat radiation process by the heat storage system of this embodiment is the same as that of 1st Embodiment.
したがって、本実施形態の蓄熱システムによれば、放熱用熱媒体流通順序が最後の蓄熱槽1cは、長時間に亘り、蓄熱材2の放熱を抑えることができて、蓄熱材2の温度が高い高蓄熱状態を保持することができる。よって、本実施形態の蓄熱システムによっても、第1実施形態と同様に、複数の蓄熱槽1a,1b,1cの蓄熱材2と熱交換して最終的に取り出される放熱用熱媒体5の温度を、長時間に亘り高温化を図ることができる。
Therefore, according to the heat storage system of the present embodiment, the
又、本実施形態の蓄熱システムは、蓄熱槽1a,1b,1cの蓄熱材2の蓄熱のための加熱を行う熱源として、電気ヒータ20a,20b,20cを用いるようにしてある。このため、本実施形態の蓄熱システムは、自然エネルギーを利用した発電設備のうち、太陽光発電や風力発電のように、自然エネルギーを利用して電気を直接発生させる形式の発電設備に適用するのに好適なものとすることができる。
Moreover, the heat storage system of this embodiment uses the
なお、前記各実施形態の蓄熱システムは、蓄熱槽1a,1b,1cに、放熱用伝熱管4a,4b,4cの表面に付着する固相の蓄熱材2を剥落させるための固相剥落手段として、特許文献2に示されたと同様の固相剥落手段を備える構成としてもよい。固相剥落手段は、たとえば、循環ポンプで液相の蓄熱材2を流動させることで、固相となった蓄熱材2を放熱用伝熱管4a,4b,4cの表面から剥落させる形式、蓄熱槽1a,1b,1cの放熱用伝熱管4a,4b,4cの下方で気泡を生成し、生成した気泡により、固相となった蓄熱材2を放熱用伝熱管4a,4b,4cの表面から剥落させる形式、放熱用伝熱管4a,4b,4cを通す伝熱管挿通穴が形成されたスライド板や、先端が先細となったスライド部材や、先端にベアリングを設けたスライド部材を、アクチュエータにより放熱用伝熱管4a,4b,4cの表面に沿わせて往復運動させて、固相となった蓄熱材2を機械的に放熱用伝熱管4a,4b,4cの表面から剥落させる形式等を採用すればよい。
In addition, the heat storage system of each said embodiment is as a solid-phase peeling means for peeling off the solid-phase
又、本発明は、前記各実施形態にのみ限定されるものではなく、各図に示した蓄熱槽1a,1b,1cの上下寸法や径寸法、放熱用伝熱管4a,4b,4cの太さ、その他の各部の寸法は、図示するための便宜上のものであり、実際の寸法を反映したものではない。
Further, the present invention is not limited to the embodiments described above, and the vertical and radial dimensions of the
図1、図4では、蓄熱槽1a,1b,1cは、放熱用伝熱管4a,4b,4cが側壁を貫通するように配置されている構成を示したが、放熱用伝熱管4a,4b,4cの配管経路は任意に設定してよい。
1 and 4, the
図1では、蓄熱槽1a,1b,1cの加熱手段3a,3b,3cの熱媒体流路10に外部から加熱用熱媒体供給ライン12と加熱用熱媒体戻しライン14を接続した構成を示したが、加熱用熱媒体供給ライン12と加熱用熱媒体戻しライン14のいずれか一方又は双方を、蓄熱槽1a,1b,1cの槽内を通して配置するようにしてもよい。
FIG. 1 shows a configuration in which a heating
蓄熱槽1a,1b,1cの槽内空間8の上部寄りにおける放熱用伝熱管4a,4b,4cの配置は、槽内空間8のサイズや形状等に応じて、図示した以外の任意の配置としてよい。
The arrangement of the
蓄熱材2としては、例示した非共晶組成の2成分混合塩からなるものを用いることが好ましいが、蓄熱槽1a,1b,1cの蓄熱温度範囲で固液の相変化を生じるものであり、且つ固相の密度が液相の密度よりも大きいものであれば、単成分の塩(溶融塩)、非共晶組成の3成分以上の混合塩、共晶組成の複数成分の混合塩、その他、塩以外の任意の蓄熱材を用いるようにしてもよい。
As the
蓄熱温度範囲は、熱源及び熱負荷の種類等に応じて自在に変更してよい。 The heat storage temperature range may be freely changed according to the type of heat source and heat load.
蓄熱槽1a,1b,1cは、蓄熱容量や構成が、必ずしも均一でなくてもよい。各蓄熱槽1a,1b,1cの蓄熱温度範囲は、必ずしも均一でなくてもよい。
The
蓄熱槽1a,1b,1cは、蓄熱温度範囲で固液の相変化を生じる蓄熱材を入れたものであることが好ましいが、相変化を生じない蓄熱材を入れたものであってもよい。
The
本発明の蓄熱システムを構成する複数の蓄熱槽の数は、2台であってもよく、又、4台以上としてもよい。 The number of the plurality of heat storage tanks constituting the heat storage system of the present invention may be two or four or more.
その他本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々変更を加え得ることは勿論である。 Of course, various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.
1a,1b,1c 蓄熱槽、2 蓄熱材、3a,3b,3c 加熱手段、4a,4b,4c 放熱用伝熱管、5 放熱用熱媒体、7 制御装置、10 熱媒体流路、11 加熱用熱媒体、12 加熱用熱媒体供給ライン、13a,13b,13c 開閉弁、20a,20b,20c 電気ヒータ 1a, 1b, 1c Heat storage tank, 2 Heat storage material, 3a, 3b, 3c Heating means, 4a, 4b, 4c Heat dissipating tube, 5 Heat dissipating heat medium, 7 Controller, 10 Heat medium flow path, 11 Heating heat Medium, 12 Heating medium supply line for heating, 13a, 13b, 13c On-off valve, 20a, 20b, 20c Electric heater
Claims (4)
前記槽内で、前記蓄熱材よりも低温の放熱用熱媒体を流通させて前記蓄熱材との熱交換を行う放熱用伝熱管と、
前記蓄熱槽に設けられて、前記蓄熱材に対し蓄熱用の加熱を行う加熱手段と、
を有する蓄熱槽を複数備え、
前記複数の蓄熱槽は、前記放熱用伝熱管が、前記放熱用熱媒体が順に流通するよう直列に接続され、
更に、前記複数の蓄熱槽の加熱手段の制御を行う制御装置を備え、
前記制御装置は、前記放熱用伝熱管が直列に接続された前記複数の蓄熱槽に対し蓄熱を行う際に、前記直列に接続された放熱用伝熱管に前記放熱用熱媒体が流通するときの放熱用熱媒体流通順序が最後となる蓄熱槽から、前記放熱用熱媒体流通順序とは逆の順序で、前記複数の蓄熱槽にそれぞれ設定される高蓄熱状態までの蓄熱を個別に行う機能を備えること
を特徴とする蓄熱システム。 A heat storage material placed in the tank,
In the tank, a heat-radiating heat transfer tube that circulates a heat-dissipating heat medium having a temperature lower than that of the heat storage material and performs heat exchange with the heat storage material,
A heating means provided in the heat storage tank for heating the heat storage material for heat storage;
A plurality of heat storage tanks having
The plurality of heat storage tanks are connected in series so that the heat-dissipating heat transfer tube flows in order through the heat-dissipating heat medium,
And a control device for controlling the heating means of the plurality of heat storage tanks,
When the control device performs heat storage on the plurality of heat storage tanks in which the heat radiating heat transfer tubes are connected in series, the heat radiating heat medium flows through the heat radiating heat transfer tubes connected in series. A function of individually performing heat storage from the heat storage tank in which the heat dissipation heat medium distribution order is last to the high heat storage state set in each of the plurality of heat storage tanks in the reverse order of the heat dissipation heat medium distribution order. A heat storage system characterized by comprising.
前記各蓄熱槽は、前記蓄熱材を入れた槽内空間の底部側に前記加熱手段を備えると共に、前記槽内空間の上部寄りに前記放熱用伝熱管を備えること
を特徴とする請求項1記載の蓄熱システム。 The heat storage material shall produce a solid-liquid phase change in the heat storage temperature range of the heat storage tank,
Each said heat storage tank is equipped with the said heating means in the bottom part side of the space in the tank which put the said thermal storage material, and is equipped with the said heat-radiation heat exchanger tube near the upper part of the said space in a tank. Heat storage system.
前記制御装置は、前記各蓄熱槽の前記熱媒体流路ごとの前記開閉弁を個別に開閉操作する機能を備えること
を特徴とする請求項2記載の蓄熱システム。 The heating means of each heat storage tank includes a heat medium flow path for circulating a heat medium for heating, and the heat medium flow path is connected to a heating heat medium supply line via an on-off valve,
The heat storage system according to claim 2, wherein the control device has a function of individually opening and closing the on-off valve for each of the heat medium flow paths of the heat storage tanks.
前記制御装置は、前記各蓄熱槽の前記電気ヒータごとの給電と給電停止とを個別に操作する機能を備えること
を特徴とする請求項2記載の蓄熱システム。 The heating means of each heat storage tank includes an electric heater,
The said control apparatus is provided with the function to operate separately the electric power feeding and electric power feeding stop for every said electric heater of each said heat storage tank. The heat storage system of Claim 2 characterized by these.
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