JP2018166451A - Stored heat utilization structure - Google Patents

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Abstract

To provide a stored heat utilization structure that can uniformize an energy balance through the year.SOLUTION: A stored heat utilization structure comprises: a power generator 1; a heat storage tank 2; a heat utilization facility 3; a heat storage unit 5 which stores exhaust heat generated in the power generator 1 in the heat storage tank 2 mainly during summer; an exhaust heat utilization unit 6 which utilizes exhaust heat generated in the power generator 1 in the heat utilization facility 3 mainly during seasons from autumn until spring with winter between them; and a stored heat utilization unit 10 which takes out and utilizes the stored heat stored in the heat storage tank 2 in the heat utilization facility 3 mainly during winter in addition to the utilization of exhaust heat by the exhaust heat utilization unit 6. During summer when exhaust heat from the power generator 1 is left over, the left-over exhaust heat is stored in the heat storage tank 2, and the stored heat is taken out and utilized in winter when heat is in short supply. This makes it possible to uniformize energy balance between winter and summer.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、発電で生じた排熱を蓄熱して利用する蓄熱利用構造に関するものである。   The present invention relates to a heat storage utilization structure that stores and uses exhaust heat generated by power generation.

日本ではいま盛んに、未利用の間伐材を木質バイオマスとして有効利用することが検討されている。その一部について運用もはじまっている。
主伐や間伐で木材を伐採したあと、間伐材や枝条が未利用のまま林地に残置されている。そうして発生する未利用木材は、年間約2000万mほどにもなる。これらの新たな需要を開拓し、有効利用することがかねてから問題であった。最近になって、このような間伐材を発電に利用する木質バイオマス発電が行われはじめている。
In Japan, active utilization of unused thinned wood as woody biomass is now being studied. Some of them are also in operation.
After timber is cut down by main cutting or thinning, the thinned wood and branches are left unused in the forest. Then unused wood that occurs, it becomes approximately 20 million m 3 per year. It has been a problem for a long time to cultivate these new demands and make effective use of them. Recently, woody biomass power generation using such thinned wood for power generation has begun.

木質バイオマス発電については、下記の林野庁ホームページに紹介記事がある。
http://www.rinya.maff.go.jp/j/sanson/kassei/pdf/shishin_s2−2_1 ̄2.pdf
About woody biomass power generation, there is an introduction article on the following Forestry Agency homepage.
http: // www. rinya. maff. go. jp / j / sanson / kassei / pdf / shishin_s2-2_1 ̄2. pdf

木質バイオマス発電には、出力5000kW以上の規模の「蒸気ボイラー・タービン方式」と、出力100〜2000kW規模の「ガス化・エンジン方式」がある。いずれの方式も、建材などへの利用が難しい間伐材をストックヤードに集積し、乾燥してチップ状に加工したものを燃料にする。これをチップサイロから蒸気ボイラーやガス化炉に供給し、発電機を作動させて発電する。発電の副産物として発電排熱が生じる。蒸気ボイラー・タービン方式では蒸気を冷却したあとに温水が排出される。ガス化・エンジン方式ではエンジンを冷却したあとに温水が排出される。それぞれ温排水というかたちで発電排熱が生じている。   Woody biomass power generation includes a “steam boiler / turbine system” with an output of 5000 kW or more and a “gasification / engine system” with an output of 100 to 2000 kW. In both methods, thinned wood, which is difficult to use for building materials, is accumulated in the stockyard, dried and processed into chips. This is supplied from the chip silo to a steam boiler or gasifier, and the generator is operated to generate electricity. Power generation waste heat is generated as a by-product of power generation. In the steam boiler / turbine system, hot water is discharged after the steam is cooled. In the gasification / engine system, hot water is discharged after the engine is cooled. Power generation waste heat is generated in the form of warm wastewater.

これらの発電排熱は、発電所を運用するためのエネルギーとして利用される。ところが、それでも使い切れない余剰排熱が生じてしまう。この余剰排熱は、エネルギー資源として有効に活用すべきである。
上記林野庁ホームページでは、木質バイオマス発電の発電所に農業用ハウスを併設し、余剰排熱を農業用ハウスの加温などに利用する方法が提案されている。
These power generation exhaust heat is used as energy for operating the power plant. However, excessive exhaust heat that still cannot be used is generated. This excess waste heat should be used effectively as an energy resource.
On the Forestry Agency website, a method has been proposed in which an agricultural house is attached to a power plant for woody biomass power generation, and excess waste heat is used for heating the agricultural house.

しかし、木質バイオマス発電と同時に農業用ハウスを安定に稼動させようとすると、いくつか問題が生じる。   However, several problems arise when trying to operate an agricultural house stably at the same time as woody biomass power generation.

まず、環境温度の低い冬期には、農業用ハウスの加温熱源として余剰排熱だけでは足りなくなる。したがって、農業用ハウスの加温を補助するため、余剰排熱と別に加温設備を準備しなければならない。加温設備には一般にボイラーが用いられ、結局、石油などの化石燃料を燃やすことになる。
一方、環境温度の高い夏期に、農業用ハウスの加温は必要がない。このため、余剰排熱が使い切れずにあまることになる。そうすると結果的に、あまった余剰排熱を冷却しなければならず、冷却用にエネルギーが必要になる。冷却用のエネルギーを節減するには、発電排熱を減らさなければならない。そうすると結局、発電出力を抑制することになり、年間を通して安定した出力で稼動できない発電所になってしまう。年間を通して安定した出力で稼動すれば、夏期には余剰排熱を廃棄することになり、極めて無駄の多い施設になる。
First, in the winter when the environmental temperature is low, surplus exhaust heat alone is insufficient as a heating heat source for agricultural houses. Therefore, in order to assist the heating of the agricultural house, a heating facility must be prepared separately from the excess exhaust heat. Boilers are generally used for heating equipment, and eventually, fossil fuels such as oil are burned.
On the other hand, it is not necessary to heat the agricultural house in the summer when the environmental temperature is high. For this reason, excess exhaust heat is used up. As a result, surplus exhaust heat must be cooled, and energy is required for cooling. In order to save energy for cooling, the exhaust heat generated must be reduced. As a result, the power generation output is suppressed, and the power plant cannot operate at a stable output throughout the year. If it operates at a stable output throughout the year, excess waste heat will be discarded in the summer, making it a very wasteful facility.

発電所は、一年をとおして安定した出力を維持することが望まれる。ところが、木質バイオマス発電所でそのような発電を続けると、余剰排熱が、夏期にあまり冬期に足りなくなるのである。このように、木質バイオマス発電所において、安定した発電出力と余剰排熱の利用とをバランスした、有効なエネルギーリサイクルプロセスは確立していない。つまり、年間をとおして発電機を安定的に稼動しながら、余剰排熱も年間をとおして有効活用できる、そんな木質バイオマス発電所はできていないのが実情である。   It is desirable for power plants to maintain a stable output throughout the year. However, if such power generation is continued at the woody biomass power plant, the excess exhaust heat becomes insufficient in the summer and in the winter. Thus, in the woody biomass power plant, an effective energy recycling process that balances stable power generation output and use of excess exhaust heat has not been established. In other words, there is no such woody biomass power plant that can operate the generators stably throughout the year and effectively utilize the excess exhaust heat throughout the year.

上述した林野庁ホームページでも紹介されたように、発電で発生する余剰排熱は農業等に利用することが考えられる。そのとき、生じた排熱をそのまま利用するだけでなく、余剰排熱を一旦蓄熱槽に蓄熱しておき、それを取り出して利用することが考えられる。
このような余剰排熱の農業利用や蓄熱に関する先行技術文献として、出願人は下にあげる特許文献1〜3を把握している。
As introduced on the Forestry Agency website mentioned above, surplus waste heat generated by power generation can be used for agriculture. At that time, it is conceivable not only to use the generated exhaust heat as it is, but also to store the excess exhaust heat once in a heat storage tank and take it out for use.
As prior art documents relating to agricultural use and heat storage of such excess exhaust heat, the applicant has grasped Patent Documents 1 to 3 listed below.

特許文献1には、つぎの記載がある。
[要約]
[課題]貯留された水の断熱効果を高めて、熱損失を抑制することができる蓄熱タンクを提供する。
[解決手段]ベースコンクリート12の上面にタンク本体13を装設し、このタンク本体13を構築する側壁14と底壁15の構造を、断熱構造とする。側壁14を構成する内側及び外側型枠パネル24,25内に断熱材としてのポーラスコンクリート27を充填する。ベースコンクリート12の上面に断熱材としてのポーラスコンクリート30を打設して、この上面に底板31を支持する。又、屋根16を内側パネル34、断熱材層35及び外側パネル36により構成する。
[0024]
前記蓄熱タンク11の内部には図示しない給水配管から貯留流体としての水が供給されて貯留される。この水は前記ポーラスコンクリート27,30及び断熱材層35によって断熱され、外部への熱の伝達あるいは外部からタンク内に貯留した貯水への熱の伝達が抑制され、保温効果が高められる。
Patent Document 1 has the following description.
[wrap up]
[Problem] To provide a heat storage tank capable of enhancing the heat insulation effect of stored water and suppressing heat loss.
[Solution] A tank body 13 is installed on the upper surface of the base concrete 12, and the structure of the side wall 14 and the bottom wall 15 for constructing the tank body 13 is a heat insulating structure. Porous concrete 27 as a heat insulating material is filled in the inner and outer mold panels 24 and 25 constituting the side wall 14. Porous concrete 30 as a heat insulating material is placed on the upper surface of the base concrete 12, and the bottom plate 31 is supported on the upper surface. Further, the roof 16 is constituted by an inner panel 34, a heat insulating material layer 35 and an outer panel 36.
[0024]
The heat storage tank 11 is supplied with water as a stored fluid from a water supply pipe (not shown) and stored. This water is insulated by the porous concrete 27, 30 and the heat insulating material layer 35, and the heat transfer to the outside or the heat transfer from the outside to the stored water stored in the tank is suppressed, and the heat retaining effect is enhanced.

特許文献2には、つぎの記載がある。
[請求項1]基板、該基板の下面に配設されたパイプ、及び前記基板上に設置された温室を備え、前記パイプの中に温室内の空気を循環させて温室内の空調を行うように構成したことを特徴とする水上温室。
[公報第2頁右欄第12〜18行目]
上記の如き構成の水上植物工場を、例えば海や川、湖等の水面上に浮かべることによつて、気温と水温との温度差を利用してパイプによる熱交換器で植物工場1内の空気を温め、夜間暖房を行うことができる。また、例えば原子力発電所等から出る温排水の放出口付近の水面上に本発明の水上植物工場を浮かべることによって、原子力発電所等の排熱エネルギーを有効に利用できる。
Patent Document 2 has the following description.
[Claim 1] A substrate, a pipe disposed on a lower surface of the substrate, and a greenhouse installed on the substrate are provided, and air in the greenhouse is circulated through the pipe to perform air conditioning in the greenhouse. A floating greenhouse characterized by that.
[Publication, page 2, right column, lines 12-18]
The floating plant factory having the above-described structure is floated on the surface of water such as the sea, river, lake, etc., and the air in the plant factory 1 is exchanged by a heat exchanger using pipes utilizing the temperature difference between the temperature and the water temperature. The room can be heated and heated at night. Further, for example, by floating the water plant factory of the present invention on the surface of the water near the discharge port of the warm water discharged from the nuclear power plant or the like, the exhaust heat energy of the nuclear power plant or the like can be used effectively.

特許文献3には、つぎの記載がある。
[請求項1]
内側に空間を形成する外殻体を備え、前記外殻体の少なくとも一部が光透過性の外周材からなる温室構造体であって、
前記空間に温度調整部材が配置されており、前記温度調整部材が、蓄熱材層と、前記蓄熱材層と当接するように積層されてなる保水性材層とを備えていることを特徴とする温室構造体。
[請求項4]
前記蓄熱材層が、モルタル、コンクリート、アスファルト、大理石、レンガ、滑石、蝋石、蛇紋岩、角閃岩からなる群より選択される少なくとも1以上からなる請求項1乃至3のいずれか一に記載の温室構造体。
Patent Document 3 has the following description.
[Claim 1]
It is provided with an outer shell that forms a space inside, and at least a part of the outer shell is a greenhouse structure made of a light-transmitting outer peripheral material,
A temperature adjustment member is disposed in the space, and the temperature adjustment member includes a heat storage material layer and a water retention material layer laminated so as to contact the heat storage material layer. Greenhouse structure.
[Claim 4]
The greenhouse according to any one of claims 1 to 3, wherein the heat storage material layer includes at least one selected from the group consisting of mortar, concrete, asphalt, marble, brick, talc, wax, serpentine, and amphibolite. Structure.

特開2004−60995号公報JP 2004-60995 A 特公平7−110186号公報Japanese Patent Publication No.7-110186 特開2013−39123号公報JP2013-39123A

上記特許文献1には、蓄熱タンクが開示されている。この蓄熱タンクは、温水や冷水を貯留蓄熱材として用いる。この温水や冷水を蓄えるためにベースコンクリートに加え、多くの部分がコンクリートで形成されている。タンク本体を構成する側壁と底壁の内部に断熱材を充填し、貯留された温水または冷水の断熱効果を高めて、熱損失を抑制する。これは、水を蓄熱材として用いた例である。
しかしながら、特許文献1には、蓄えた熱に関する利用プロセスについて、言及されていない。
Patent Document 1 discloses a heat storage tank. This heat storage tank uses hot water or cold water as a storage heat storage material. Many parts are made of concrete in addition to the base concrete to store hot and cold water. The inside of the side wall and the bottom wall constituting the tank main body is filled with a heat insulating material to enhance the heat insulating effect of the stored hot water or cold water, thereby suppressing heat loss. This is an example using water as a heat storage material.
However, Patent Document 1 does not mention a utilization process related to stored heat.

上記特許文献2には、水上温室が開示されている。この水上温室は、水の潜熱を利用して温室を加温するものである。植物工場を水面上に浮かべ、水温と気温の温度差を利用して植物工場内の空調を行う。すなわち、基板とその基板の下面に配設されたパイプからなるバージ(浮体)上に温室を設置し、パイプを熱交換器として空調に利用する。例えば海や川、湖等の水面上に浮かべることにより、パイプによる熱交換器で植物工場内の空気を温め、夜間暖房を行う。また、例えば原子力発電所等から出る温排水の放出口付近の水面上に水上植物工場を浮かべ、排熱エネルギーが有効活用できることを開示する。
しかしながら、特許文献2の技術は、海や川、湖等といった自然現象に依存し、地域や季節に左右される。すなわち、年間をとおしてエネルギーをバランスさせることを示唆しない。また、発電排熱の利用の一例として、原子力発電所の温排水を示すに過ぎず、エネルギーバランスについて一切の言及がない。
The above Patent Document 2 discloses a floating greenhouse. This floating greenhouse warms the greenhouse using the latent heat of water. The plant factory is floated on the surface of the water, and the air conditioning in the plant factory is performed using the temperature difference between the water temperature and the temperature. That is, a greenhouse is installed on a barge (floating body) composed of a substrate and a pipe disposed on the lower surface of the substrate, and the pipe is used for air conditioning as a heat exchanger. For example, by floating on the surface of the sea, rivers, lakes, etc., the air in the plant factory is warmed by a heat exchanger using pipes, and night heating is performed. In addition, for example, a floating plant factory is floated on the surface of the water near the discharge port of warm wastewater from a nuclear power plant or the like to disclose that waste heat energy can be effectively utilized.
However, the technique of Patent Document 2 depends on natural phenomena such as the sea, rivers, and lakes, and depends on the region and season. It does not suggest balancing energy throughout the year. In addition, as an example of the use of power generation waste heat, it only shows the warm drainage of a nuclear power plant, and there is no mention of energy balance.

上記特許文献3は、温室構造体を開示する。この温室構造体は、野菜、果物、園芸植物などの施設栽培に用いられる光透過性の外周材を備えたいわゆるビニールハウスに蓄熱材層を用いる。この蓄熱材層に、モルタル、大理石、レンガなどを用いることが開示されている。
しかしながら、特許文献3は、あくまで、温室構造体に用いる蓄熱材層にモルタルやレンガなどを用いることを開示するに過ぎない。
The said patent document 3 discloses a greenhouse structure. This greenhouse structure uses a heat storage material layer in a so-called plastic house provided with a light-transmitting peripheral material used for facility cultivation of vegetables, fruits, garden plants and the like. It is disclosed that mortar, marble, brick, or the like is used for the heat storage material layer.
However, Patent Document 3 merely discloses the use of mortar, brick, or the like for the heat storage material layer used for the greenhouse structure.

このように、特許文献1〜3は、水やレンガなどを蓄熱材として挙げるに過ぎない。季節をまたいだ年間をとおした規模で発電排熱を有効利用する手段を開示するものではない。   Thus, Patent Documents 1 to 3 merely list water, bricks, and the like as heat storage materials. It does not disclose a means for effectively using the exhaust heat generated on a scale across seasons.

〔目的〕
本発明は上記課題を解決するものであり、つぎの目的でなされたものである。
年間をとおしてエネルギー収支を均一化できる蓄熱利用構造を提供する。
〔the purpose〕
The present invention solves the above problems and has been made for the following purpose.
To provide a heat storage utilization structure that can make the energy balance uniform throughout the year.

請求項1の蓄熱利用構造は、上記目的を達成するため、つぎの構成を採用した。
発電機と、
蓄熱槽と、
熱利用施設と、
主として夏期のあいだ、上記発電機で発生した排熱を上記蓄熱槽に蓄える蓄熱ユニットと、
主として秋期から冬期をはさんで春期までのあいだ、上記熱利用施設において、上記発電機で発生した排熱を利用する排熱利用ユニットと、
主として冬期のあいだ、上記熱利用施設において、上記排熱利用ユニットによる排熱の利用に加え、上記蓄熱槽に蓄えられた蓄熱を取り出して利用する蓄熱利用ユニットとを備えた。
The heat storage utilization structure of claim 1 employs the following configuration in order to achieve the above object.
A generator,
A heat storage tank,
Heat utilization facilities;
A heat storage unit for storing waste heat generated by the generator in the heat storage tank mainly during the summer season;
A waste heat utilization unit that uses the waste heat generated by the generator at the heat utilization facility, mainly from autumn to winter and between spring,
Mainly during the winter, the heat utilization facility includes a heat storage utilization unit that takes out the heat stored in the heat storage tank and uses it in addition to the use of waste heat by the waste heat utilization unit.

請求項2の蓄熱利用構造は、請求項1記載の構成に加え、つぎの構成を採用した。
上記蓄熱利用ユニットは、蓄熱槽に蓄えられた蓄熱を取り出すためのヒートポンプを含んで構成される。
The heat storage utilization structure according to claim 2 adopts the following structure in addition to the structure according to claim 1.
The said heat storage utilization unit is comprised including the heat pump for taking out the heat storage stored in the heat storage tank.

請求項3の蓄熱利用構造は、請求項1または2記載の構成に加え、つぎの構成を採用した。
上記蓄熱槽は、蓄熱材として液体蓄熱材を使用したものである。
The heat storage utilization structure of claim 3 employs the following structure in addition to the structure of claim 1 or 2.
The heat storage tank uses a liquid heat storage material as a heat storage material.

請求項4の蓄熱利用構造は、請求項1または2記載の構成に加え、つぎの構成を採用した。
上記蓄熱槽は、蓄熱材として固体蓄熱材を使用したものである。
The heat storage utilization structure according to claim 4 adopts the following structure in addition to the structure according to claim 1 or 2.
The heat storage tank uses a solid heat storage material as a heat storage material.

請求項5の蓄熱利用構造は、請求項1〜4のいずれか一項に記載の構成に加え、つぎの構成を採用した。
上記蓄熱槽は地下に設けられ、上記熱利用施設は地上に設けられている。
In addition to the structure as described in any one of Claims 1-4, the heat storage utilization structure of Claim 5 employ | adopted the following structure.
The heat storage tank is provided in the basement, and the heat utilization facility is provided on the ground.

請求項6の蓄熱利用構造は、請求項1〜5のいずれか一項に記載の構成に加え、つぎの構成を採用した。
上記熱利用施設は、農業施設である。
In addition to the structure as described in any one of Claims 1-5, the following structure was employ | adopted for the heat storage utilization structure of Claim 6.
The heat utilization facility is an agricultural facility.

請求項1の蓄熱利用構造は、主として夏期のあいだ、蓄熱ユニットにより上記発電機で発生した排熱を上記蓄熱槽に蓄える。環境温度が高い夏期のあいだは、発電機の排熱があまるので、それを蓄熱槽に蓄える。
主として秋期と春期は、上記熱利用施設では、排熱利用ユニットにより、上記発電機で発生した排熱を利用する。秋期と春期は、発電機の排熱を熱利用施設で利用する。
主として冬期のあいだ、上記熱利用施設では、上記排熱利用ユニットによる排熱の利用に加え、蓄熱利用ユニットにより、上記蓄熱槽に蓄えられた蓄熱を取り出して利用する。環境温度が低い冬期のあいだは、発電機の排熱だけでは熱利用施設で利用する熱をまかないきれないため、足りない分を夏期のあいだ蓄熱槽に蓄えてあった蓄熱を取り出して利用する。
このように、発電機の排熱があまる夏期のあいだは、そのあまった排熱を蓄熱槽に蓄え、その蓄えた蓄熱を熱が足りなくなる冬期に取り出して利用する。これにより、冬期と夏期のエネルギー収支を均一化できる。
The heat storage utilization structure of claim 1 stores, in the heat storage tank, waste heat generated by the power generator by the heat storage unit mainly during summer. During the summer, when the environmental temperature is high, the exhaust heat of the generator is accumulated and stored in a heat storage tank.
Mainly in autumn and spring, the heat utilization facility uses the exhaust heat generated by the generator by the exhaust heat utilization unit. In the fall and spring season, the waste heat from the generator will be used at the heat utilization facility.
Mainly during the winter, in the heat utilization facility, in addition to the use of the exhaust heat by the exhaust heat utilization unit, the heat storage utilization unit extracts and uses the heat accumulation stored in the heat storage tank. During the winter, when the environmental temperature is low, the exhaust heat from the generator alone cannot be used to cover the heat used in the heat utilization facility. Therefore, the heat stored in the heat storage tank during the summer is taken out and used.
In this way, during the summer season when the exhaust heat of the generator is full, the excess heat is stored in a heat storage tank, and the stored heat storage is taken out and used in winter when there is not enough heat. Thereby, the energy balance in winter and summer can be made uniform.

請求項2の蓄熱利用構造は、上記蓄熱利用ユニットが蓄熱槽に蓄えられた蓄熱を取り出すためのヒートポンプを含み、効率的に蓄熱を取り出して利用できる。   The heat storage utilization structure according to claim 2 includes a heat pump for taking out heat storage stored in the heat storage tank by the heat storage use unit, and can efficiently take out and use the heat storage.

請求項3の蓄熱利用構造は、上記蓄熱槽が蓄熱材として液体蓄熱材を使用するため、蓄熱材の設置が容易である。   The heat storage utilization structure of claim 3 is easy to install the heat storage material because the heat storage tank uses a liquid heat storage material as the heat storage material.

請求項4の蓄熱利用構造は、上記蓄熱槽が蓄熱材として固体蓄熱材を使用するため、上記固体蓄熱材は一定の形状を保つため熱交換の設計が行いやすい。   In the heat storage utilization structure according to claim 4, since the heat storage tank uses a solid heat storage material as a heat storage material, the solid heat storage material maintains a certain shape, so that heat exchange can be easily designed.

請求項5の蓄熱利用構造は、上記蓄熱槽は地下に設けられ、上記熱利用施設は地上に設けられている。蓄熱槽を設ける地下は、年間の温度変化が地上に比べて少ないため、蓄熱量の設計がしやすい。また、地下は、放熱による蓄熱のロスも地上に比べて少ない。上記熱利用施設を設ける地上は、設備をさまざまな形態で利用しやすい。   In the heat storage utilization structure of claim 5, the heat storage tank is provided in the basement, and the heat utilization facility is provided on the ground. In the basement where the heat storage tank is installed, the annual temperature change is small compared to the ground, so it is easy to design the amount of heat storage. In addition, the underground has less heat storage loss due to heat dissipation than the ground. On the ground where the heat utilization facility is provided, it is easy to use the equipment in various forms.

請求項6の蓄熱利用構造は、上記熱利用施設が農業施設である。このため、発電の排熱を農業利用でき、年間をとおして発電機を安定的に稼動しながら、余剰排熱も年間をとおして有効活用できる。
In the heat storage utilization structure according to claim 6, the heat utilization facility is an agricultural facility. For this reason, the exhaust heat of power generation can be used for agriculture, and surplus heat can be effectively utilized throughout the year while the generator is stably operated throughout the year.

本発明の第1実施形態の蓄熱利用構造の構成を説明する図である。It is a figure explaining the structure of the heat storage utilization structure of 1st Embodiment of this invention. 上記第1実施形態の運用状態を説明する図である。It is a figure explaining the operation state of the said 1st Embodiment. 第2実施形態の蓄熱利用構造の構成を説明する図である。It is a figure explaining the structure of the heat storage utilization structure of 2nd Embodiment. 上記第2実施形態の運用状態を説明する図である。It is a figure explaining the operation state of the said 2nd Embodiment. 具体例で用いたシミュレーションを説明する図である。It is a figure explaining the simulation used by the specific example.

つぎに、本発明を実施するための形態を説明する。   Next, an embodiment for carrying out the present invention will be described.

〔第1実施形態〕
図1は、本発明が適用された第1実施形態の蓄熱利用構造の構成を説明する図である。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a heat storage utilization structure according to the first embodiment to which the present invention is applied.

〔基本構造〕
第1実施形態の蓄熱利用構造は、発電機1と、蓄熱槽2と、熱利用施設3とを備えている。
〔Basic structure〕
The heat storage utilization structure of the first embodiment includes a generator 1, a heat storage tank 2, and a heat utilization facility 3.

〔発電機〕
上記発電機1は、たとえば木質バイオマス発電機を適用することができる。上記発電機1の発電方式としては、蒸気タービン方式,ガス化−エンジン方式,オーガニックランキンサイクル方式等を採用することができる。発電方式としては、特に排熱として排出される温水が70〜80℃程度以上となる方式が好ましい。具体的には、ガス化−エンジン方式,オーガニックランキンサイクル方式が好ましい。蓄熱槽2の容量を小さくし、工事費などを節約できるからである。
熱利用施設3の温度を室温とすると、蓄熱槽2において夏期に蓄熱すべき熱量は、(蓄熱槽2の容量)と(蓄熱温度−室温)の積である。たとえば蒸気タービン方式のように、排熱として排出される温水が35℃程度であれば、上述したガス化−エンジン方式やオーガニックランキンサイクル方式よりも、5.5倍以上の蓄熱槽2の容量が必要になる。仮に、ガス化−エンジン方式やオーガニックランキンサイクル方式用に設計された容量の小さな蓄熱槽2を蒸気タービン方式に適用すると、夏期に発電機1の冷却ができなくなって発電機1を停止せざるをえなくなるのである。
〔Generator〕
As the generator 1, for example, a woody biomass generator can be applied. As the power generation method of the generator 1, a steam turbine method, a gasification-engine method, an organic Rankine cycle method, or the like can be employed. As a power generation method, a method in which warm water discharged as exhaust heat is about 70 to 80 ° C. or higher is particularly preferable. Specifically, a gasification-engine system and an organic Rankine cycle system are preferable. This is because the capacity of the heat storage tank 2 can be reduced to save construction costs.
Assuming that the temperature of the heat utilization facility 3 is room temperature, the amount of heat to be stored in the summer in the heat storage tank 2 is the product of (capacity of the heat storage tank 2) and (heat storage temperature-room temperature). For example, if the hot water discharged as exhaust heat is about 35 ° C. as in the steam turbine system, the capacity of the heat storage tank 2 is 5.5 times or more than that of the gasification-engine system or organic Rankine cycle system described above. I need it. If the heat storage tank 2 with a small capacity designed for the gasification-engine system or the organic Rankine cycle system is applied to the steam turbine system, the generator 1 cannot be cooled in the summer and the generator 1 must be stopped. It will be impossible.

〔蓄熱槽〕
上記蓄熱槽2は、地下に設けられている。上記蓄熱槽2は、内部空間に蓄熱材14が収容されている。蓄熱槽2の周囲には断熱層13が設けられ、蓄熱材14に蓄えられた熱が周辺の地中に放熱されるロスをできるだけ少なくするようにしている。
[Heat storage tank]
The heat storage tank 2 is provided underground. The heat storage tank 2 contains a heat storage material 14 in the internal space. A heat insulating layer 13 is provided around the heat storage tank 2 so as to minimize the loss of heat stored in the heat storage material 14 to the surrounding ground.

この例では、上記蓄熱材14として液体蓄熱材を使用している。液体蓄熱材としては、たとえば水,不凍液などを使用することができる。   In this example, a liquid heat storage material is used as the heat storage material 14. As the liquid heat storage material, for example, water, antifreeze or the like can be used.

〔熱利用施設〕
上記熱利用施設3は、地上に設けられている。この例では、上記熱利用施設3は、農業施設である。上記農業施設としては、作物栽培施設,動物飼育施設,加工・調製施設および貯蔵施設などがあげられる。これらのなかでも特に、作物栽培施設を好適に適用することができる。具体的には、農作物を栽培するためのガラス室,ビニルハウス,各種作物の育苗施設などがあり、それに付随した灌水装置や運搬用モノレール等を含めることができる。
[Heat utilization facility]
The heat utilization facility 3 is provided on the ground. In this example, the heat utilization facility 3 is an agricultural facility. Examples of the agricultural facility include a crop cultivation facility, an animal breeding facility, a processing / preparation facility, and a storage facility. Among these, a crop cultivation facility can be suitably applied. Specifically, there are a glass room for cultivating agricultural crops, a vinyl house, a seedling facility for various crops, etc., and an accompanying irrigation device, a monorail for transportation, and the like can be included.

〔熱利用ユニット〕
第1実施形態の蓄熱利用構造は、熱利用ユニットとして、蓄熱ユニット5と、排熱利用ユニット6と、蓄熱利用ユニット10とを備えている。
[Heat utilization unit]
The heat storage utilization structure of 1st Embodiment is equipped with the heat storage unit 5, the waste heat utilization unit 6, and the heat storage utilization unit 10 as a heat utilization unit.

上記排熱利用ユニット6は、主として秋期から冬期をはさんで春期までのあいだ、上記熱利用施設3において、上記発電機1で発生した排熱を利用する。
図では上記排熱利用ユニット6を、熱利用施設3内の空気と熱的に接触する通水管として示している。上記排熱利用ユニット6(通水管)は、発電機1から排出される排温水を流通させる。上記排温水の熱は発電機1が排出する排熱である。発電機から排温水として排出された排熱は、排熱利用ユニット6(通水管)を流通するときの熱交換により、熱利用施設3内の空気を加温する。
The exhaust heat utilization unit 6 uses the exhaust heat generated in the generator 1 in the heat utilization facility 3 mainly from autumn to winter and spring.
In the figure, the exhaust heat utilization unit 6 is shown as a water pipe that is in thermal contact with the air in the heat utilization facility 3. The exhaust heat utilization unit 6 (water pipe) distributes the warm exhaust water discharged from the generator 1. The heat of the waste water is waste heat discharged from the generator 1. The exhaust heat discharged from the generator as exhaust hot water heats the air in the heat utilization facility 3 by heat exchange when the exhaust heat utilization unit 6 (water pipe) is circulated.

上記蓄熱ユニット5は、主として夏期のあいだ、上記発電機1で発生した排熱を上記蓄熱槽2に蓄える。
図では上記蓄熱ユニット5を、蓄熱槽2の蓄熱材14と熱的に接触する通水管として示している。上記蓄熱ユニット5(通水管)は、発電機1から排出される排温水を流通させる。上記排温水の熱は発電機1が排出する排熱である。発電機から排温水として排出された排熱は、蓄熱ユニット5(通水管)を流通するときの熱交換により蓄熱材14に蓄えられる。
The heat storage unit 5 stores the exhaust heat generated in the generator 1 in the heat storage tank 2 mainly during summer.
In the figure, the heat storage unit 5 is shown as a water pipe that is in thermal contact with the heat storage material 14 of the heat storage tank 2. The heat storage unit 5 (water pipe) distributes the warm water discharged from the generator 1. The heat of the waste water is waste heat discharged from the generator 1. The exhaust heat discharged from the generator as the exhaust water is stored in the heat storage material 14 by heat exchange when flowing through the heat storage unit 5 (water pipe).

上記蓄熱利用ユニット10は、主として冬期のあいだ、上記熱利用施設3において、上記排熱利用ユニット6による排熱の利用に加え、上記蓄熱槽2に蓄えられた蓄熱を取り出して利用する。
上記蓄熱利用ユニット5は、蓄熱槽2に蓄えられた蓄熱を取り出すためのヒートポンプ11と、吸熱管17および放熱管18を含んで構成される。
The heat storage use unit 10 takes out and uses the heat stored in the heat storage tank 2 in addition to the use of the exhaust heat by the exhaust heat use unit 6 in the heat use facility 3 mainly during the winter season.
The heat storage utilization unit 5 includes a heat pump 11 for taking out the heat stored in the heat storage tank 2, a heat absorption pipe 17, and a heat radiating pipe 18.

上記ヒートポンプ11は、熱媒体の気化熱と凝縮熱を利用するものを適用することができる。図では上記吸熱管17を、蓄熱槽2の蓄熱材14と熱的に接触する流通管として示している。同じく図では上記放熱管18を、熱利用施設3内の空気と熱的に接触する流通管として示している。   As the heat pump 11, a heat pump that uses heat of vaporization and heat of condensation of the heat medium can be applied. In the figure, the heat absorption pipe 17 is shown as a flow pipe in thermal contact with the heat storage material 14 of the heat storage tank 2. In the same figure, the heat radiating pipe 18 is shown as a circulation pipe that is in thermal contact with the air in the heat utilization facility 3.

減圧して周囲より温度を下げた熱媒体を吸熱管17に流通させ、蓄熱槽2の蓄熱材14との熱交換させ、蓄熱材14に蓄えられた熱を熱媒体に吸熱する。吸熱管17で吸熱した熱媒体を加圧して温度を上げて放熱管18に流通させる。加圧により加熱された熱媒体が放熱管18を流通するときの熱交換により、熱利用施設3内の空気を加温する。   A heat medium having a reduced pressure and a temperature lower than that of the surroundings is circulated through the heat absorption pipe 17 to exchange heat with the heat storage material 14 of the heat storage tank 2, and the heat stored in the heat storage material 14 is absorbed by the heat medium. The heat medium absorbed by the heat absorption tube 17 is pressurized to increase the temperature and circulate through the heat dissipation tube 18. The air in the heat utilization facility 3 is heated by heat exchange when the heat medium heated by pressurization flows through the heat radiating pipe 18.

図示した例では、発電機1およびヒートポンプ11は、地上に建設された設備室8に収容されている。   In the illustrated example, the generator 1 and the heat pump 11 are accommodated in an equipment room 8 constructed on the ground.

〔運用〕
図2は、第1実施形態の蓄熱利用構造の運用状態を説明する図である。(A)は夏期、(B)は春期および秋期、(C)は冬期の運用状態を示す。
[Operation]
FIG. 2 is a diagram illustrating an operational state of the heat storage utilization structure of the first embodiment. (A) shows the operational state in the summer, (B) shows the operational state in the spring and autumn, and (C) shows the operational state in the winter.

図2(A)に示すように、夏期のあいだ、上記発電機1で発生した排熱を蓄熱ユニット5によって蓄熱槽2に蓄える。発電機1から排出される排温水を蓄熱ユニット5(通水管)に流通させ、発電機1が排出する排熱(排温水の熱)を熱交換で蓄熱材14に蓄える。   As shown in FIG. 2A, the exhaust heat generated by the generator 1 is stored in the heat storage tank 2 by the heat storage unit 5 during the summer. Waste heat water discharged from the generator 1 is circulated through the heat storage unit 5 (water pipe), and waste heat discharged from the generator 1 (heat of waste water) is stored in the heat storage material 14 by heat exchange.

図2(B)に示すように、春期と秋期は、上記発電機1で発生した排熱を排熱利用ユニット6によって熱利用施設3で利用する。発電機1から排出される排温水を排熱利用ユニット6(通水管)に流通させ、発電機1が排出する排熱(排温水の熱)によって熱利用施設3内の空気を加温する。   As shown in FIG. 2 (B), in the spring and autumn, the exhaust heat generated in the generator 1 is used in the heat utilization facility 3 by the exhaust heat utilization unit 6. Waste heat water discharged from the generator 1 is circulated to the waste heat utilization unit 6 (water pipe), and the air in the heat utilization facility 3 is heated by the waste heat discharged from the generator 1 (heat of the waste water temperature).

図2(C)に示すように冬期は、上述した春期・秋期と同様に、上記発電機1で発生した排熱を排熱利用ユニット6によって熱利用施設3で利用する。これと併せて、蓄熱利用ユニット10により、上記蓄熱槽2に蓄えられた蓄熱を取り出して利用する。   As shown in FIG. 2C, in the winter season, the exhaust heat generated in the generator 1 is used in the heat utilization facility 3 by the exhaust heat utilization unit 6 in the same manner as in the spring and autumn periods described above. At the same time, the heat storage use unit 10 takes out and uses the heat stored in the heat storage tank 2.

排熱利用ユニット6では、上述した春期・秋期と同様に、発電機1が排出する排熱(排温水の熱)によって熱利用施設3内の空気を加温する。
蓄熱利用ユニット10では、ヒートポンプ11の動作により、減圧して周囲より温度を下げた熱媒体を吸熱管17に流通させ、蓄熱材14に蓄えられた熱を熱媒体に吸熱する。吸熱管17で吸熱した熱媒体を加圧して温度を上げて放熱管18(温水)に流通させ、熱利用施設3内の空気を加温する。放熱管18(温水)に換えてヒートポンプ11から温風を流通させて熱利用施設3内の空気を加温することもできる。
In the exhaust heat utilization unit 6, the air in the heat utilization facility 3 is heated by the exhaust heat (heat of exhaust water) discharged from the generator 1 as in the above-described spring and autumn periods.
In the heat storage utilization unit 10, by the operation of the heat pump 11, the heat medium whose pressure is reduced and the temperature is lowered from the surroundings is circulated through the heat absorption pipe 17, and the heat stored in the heat storage material 14 is absorbed by the heat medium. The heat medium absorbed by the heat absorption tube 17 is pressurized to raise the temperature and circulate through the heat radiating tube 18 (hot water) to heat the air in the heat utilization facility 3. It is also possible to heat the air in the heat utilization facility 3 by circulating hot air from the heat pump 11 instead of the heat radiating pipe 18 (warm water).

〔第1実施形態の効果〕
第1実施形態の蓄熱利用構造は、つぎの作用効果を奏する。
[Effects of First Embodiment]
The heat storage utilization structure of the first embodiment has the following operational effects.

第1実施形態の蓄熱利用構造は、主として夏期のあいだ、蓄熱ユニットにより上記発電機で発生した排熱を上記蓄熱槽に蓄える。環境温度が高い夏期のあいだは、発電機の排熱があまるので、それを蓄熱槽に蓄える。
主として秋期と春期は、上記熱利用施設では、排熱利用ユニットにより、上記発電機で発生した排熱を利用する。秋期と春期は、発電機の排熱を熱利用施設で利用する。
主として冬期のあいだ、上記熱利用施設では、上記排熱利用ユニットによる排熱の利用に加え、蓄熱利用ユニットにより、上記蓄熱槽に蓄えられた蓄熱を取り出して利用する。環境温度が低い冬期のあいだは、発電機の排熱だけでは熱利用施設で利用する熱をまかないきれないため、足りない分を夏期のあいだ蓄熱槽に蓄えてあった蓄熱を取り出して利用する。
このように、発電機の排熱があまる夏期のあいだは、そのあまった排熱を蓄熱槽に蓄え、その蓄えた蓄熱を熱が足りなくなる冬期に取り出して利用する。これにより、冬期と夏期のエネルギー収支を均一化できる。
The heat storage utilization structure of the first embodiment stores waste heat generated by the power generator by the heat storage unit in the heat storage tank mainly during summer. During the summer, when the environmental temperature is high, the exhaust heat of the generator is accumulated and stored in a heat storage tank.
Mainly in autumn and spring, the heat utilization facility uses the exhaust heat generated by the generator by the exhaust heat utilization unit. In the fall and spring season, the waste heat from the generator will be used at the heat utilization facility.
Mainly during the winter, in the heat utilization facility, in addition to the use of the exhaust heat by the exhaust heat utilization unit, the heat storage utilization unit extracts and uses the heat accumulation stored in the heat storage tank. During the winter, when the environmental temperature is low, the exhaust heat from the generator alone cannot be used to cover the heat used in the heat utilization facility. Therefore, the heat stored in the heat storage tank during the summer is taken out and used.
In this way, during the summer season when the exhaust heat of the generator is full, the excess heat is stored in a heat storage tank, and the stored heat storage is taken out and used in winter when there is not enough heat. Thereby, the energy balance in winter and summer can be made uniform.

第1実施形態の蓄熱利用構造は、上記蓄熱利用ユニットが蓄熱槽に蓄えられた蓄熱を取り出すためのヒートポンプを含み、効率的に蓄熱を取り出して利用できる。   The heat storage utilization structure of 1st Embodiment contains the heat pump for taking out the heat storage by which the said heat storage utilization unit was stored in the heat storage tank, and can take out and use heat storage efficiently.

第1実施形態の蓄熱利用構造は、上記蓄熱槽が蓄熱材として液体蓄熱材を使用するため、蓄熱材の設置が容易である。   In the heat storage utilization structure of the first embodiment, since the heat storage tank uses a liquid heat storage material as a heat storage material, installation of the heat storage material is easy.

第1実施形態の蓄熱利用構造は、上記蓄熱槽は地下に設けられ、上記熱利用施設は地上に設けられている。蓄熱槽を設ける地下は、年間の温度変化が地上に比べて少ないため、蓄熱量の設計がしやすい。また、地下は、放熱による蓄熱のロスも地上に比べて少ない。上記熱利用施設を設ける地上は、設備をさまざまな形態で利用しやすい。   In the heat storage utilization structure of the first embodiment, the heat storage tank is provided underground, and the heat utilization facility is provided above the ground. In the basement where the heat storage tank is installed, the annual temperature change is less than that on the ground, so it is easy to design the amount of heat storage. In addition, the underground has less heat storage loss due to heat dissipation than the ground. On the ground where the heat utilization facility is provided, it is easy to use the equipment in various forms.

第1実施形態の蓄熱利用構造は、上記熱利用施設が農業施設である。このため、発電の排熱を農業利用でき、年間をとおして発電機を安定的に稼動しながら、余剰排熱も年間をとおして有効活用できる。   In the heat storage utilization structure of the first embodiment, the heat utilization facility is an agricultural facility. For this reason, the exhaust heat of power generation can be used for agriculture, and surplus heat can be effectively utilized throughout the year while the generator is stably operated throughout the year.

〔第2実施形態〕
図3は、本発明が適用される第2実施形態の蓄熱利用構造を説明する図である。
第2実施形態では、上記蓄熱槽2が蓄熱材14として固体蓄熱材を使用したものである。
[Second Embodiment]
FIG. 3 is a diagram illustrating a heat storage utilization structure according to the second embodiment to which the present invention is applied.
In the second embodiment, the heat storage tank 2 uses a solid heat storage material as the heat storage material 14.

この例の蓄熱槽2は、内部空間に固体蓄熱材が収容されている。
この例では、蓄熱ユニット5(通水管)は、上記固体蓄熱材と熱的に接触するよう、固体蓄熱材の表面近傍に配置されている。
また、蓄熱利用ユニット10を構成するヒートポンプ11が、地下の蓄熱槽2内に収容されている。蓄熱利用ユニット10を構成する吸熱管17は、上記固体蓄熱材と熱的に接触するよう、固体蓄熱材の表面近傍に配置されている。
In the heat storage tank 2 of this example, a solid heat storage material is accommodated in the internal space.
In this example, the heat storage unit 5 (water pipe) is disposed near the surface of the solid heat storage material so as to be in thermal contact with the solid heat storage material.
A heat pump 11 constituting the heat storage utilization unit 10 is accommodated in the underground heat storage tank 2. The heat absorption pipe | tube 17 which comprises the heat storage utilization unit 10 is arrange | positioned in the surface vicinity of the solid heat storage material so that it may contact with the said solid heat storage material thermally.

上記固体蓄熱材としては、各種の材質のものを用いることができる。たとえば、レンガ、コンクリート、モルタル、石等を使用することができる。   As the solid heat storage material, various materials can be used. For example, brick, concrete, mortar, stone and the like can be used.

それ以外は、上記第1実施形態と同様であり、同様の部分には同じ符号を付している。   Other than that is the same as that of the said 1st Embodiment, and attaches | subjects the same code | symbol to the same part.

〔運用〕
図4は、第2実施形態の蓄熱利用構造の運用状態を説明する図である。(A)は夏期、(B)は春期および秋期、(C)は冬期の運用状態を示す。
[Operation]
FIG. 4 is a diagram illustrating an operational state of the heat storage utilization structure of the second embodiment. (A) shows the operational state in the summer, (B) shows the operational state in the spring and autumn, and (C) shows the operational state in the winter.

図4(A)に示すように、夏期のあいだ、上記発電機1で発生した排熱を蓄熱ユニット5によって蓄熱槽2に蓄える。発電機1から排出される排温水を蓄熱ユニット5(通水管)に流通させ、発電機1が排出する排熱(排温水の熱)を熱交換で蓄熱材14に蓄える。   As shown in FIG. 4A, the exhaust heat generated by the generator 1 is stored in the heat storage tank 2 by the heat storage unit 5 during the summer. Waste heat water discharged from the generator 1 is circulated through the heat storage unit 5 (water pipe), and waste heat discharged from the generator 1 (heat of waste water) is stored in the heat storage material 14 by heat exchange.

図4(B)に示すように、春期と秋期は、上記発電機1で発生した排熱を排熱利用ユニット6によって熱利用施設3で利用する。発電機1から排出される排温水を排熱利用ユニット6(通水管)に流通させ、発電機1が排出する排熱(排温水の熱)によって熱利用施設3内の空気を加温する。   As shown in FIG. 4 (B), in the spring and autumn, the exhaust heat generated in the generator 1 is used in the heat utilization facility 3 by the exhaust heat utilization unit 6. Waste heat water discharged from the generator 1 is circulated to the waste heat utilization unit 6 (water pipe), and the air in the heat utilization facility 3 is heated by the waste heat discharged from the generator 1 (heat of the waste water temperature).

図4(C)に示すように冬期は、上述した春期・秋期と同様に、上記発電機1で発生した排熱を排熱利用ユニット6によって熱利用施設3で利用する。これと併せて、蓄熱利用ユニット10により、上記蓄熱槽2に蓄えられた蓄熱を取り出して利用する。   As shown in FIG. 4C, in the winter season, the exhaust heat generated in the generator 1 is used in the heat utilization facility 3 by the exhaust heat utilization unit 6 in the same manner as in the spring and autumn seasons described above. At the same time, the heat storage use unit 10 takes out and uses the heat stored in the heat storage tank 2.

排熱利用ユニット6では、上述した春期・秋期と同様に、発電機1が排出する排熱(排温水の熱)によって熱利用施設3内の空気を加温する。
蓄熱利用ユニット10では、ヒートポンプ11の動作により、減圧して周囲より温度を下げた熱媒体を吸熱管17に流通させ、蓄熱材14に蓄えられた熱を熱媒体に吸熱する。吸熱管17で吸熱した熱媒体を加圧して温度を上げて放熱管18(温水)に流通させ、熱利用施設3内の空気を加温する。放熱管18(温水)に換えてヒートポンプ11から温風を流通させて熱利用施設3内の空気を加温することもできる。
In the exhaust heat utilization unit 6, the air in the heat utilization facility 3 is heated by the exhaust heat (heat of exhaust water) discharged from the generator 1 as in the above-described spring and autumn periods.
In the heat storage utilization unit 10, by the operation of the heat pump 11, the heat medium whose pressure is reduced and the temperature is lowered from the surroundings is circulated through the heat absorption pipe 17, and the heat stored in the heat storage material 14 is absorbed by the heat medium. The heat medium absorbed by the heat absorption tube 17 is pressurized to raise the temperature and circulate through the heat radiating tube 18 (hot water) to heat the air in the heat utilization facility 3. It is also possible to heat the air in the heat utilization facility 3 by circulating hot air from the heat pump 11 instead of the heat radiating pipe 18 (warm water).

〔第2実施形態の効果〕
第2実施形態の蓄熱利用構造は、上記蓄熱槽が蓄熱材として固体蓄熱材を使用するため、上記固体蓄熱材は一定の形状を保つため熱交換の設計が行いやすい。
それ以外は上記第1実施形態と同様の作用効果を奏する。
[Effects of Second Embodiment]
In the heat storage utilization structure of the second embodiment, since the heat storage tank uses a solid heat storage material as a heat storage material, the solid heat storage material maintains a certain shape, so that heat exchange can be easily designed.
Other than that, there exists an effect similar to the said 1st Embodiment.

〔具体例〕
上述した蓄熱利用構造の一具体例を説明する。
〔Concrete example〕
A specific example of the heat storage utilization structure described above will be described.

本具体例は、上述した各実施形態における熱利用施設3が農業用ハウスであり、木質バイオマス発電から発生する余剰排熱を農業用ハウスに用いるモデルである。木質バイオマス発電に用いる発電機1は、排熱を出す温排水の温度が80℃となるガス化−エンジン方式を採用した。   This specific example is a model in which the heat utilization facility 3 in each of the above-described embodiments is an agricultural house, and surplus exhaust heat generated from woody biomass power generation is used for the agricultural house. The generator 1 used for woody biomass power generation employs a gasification-engine system in which the temperature of the hot waste water that generates exhaust heat becomes 80 ° C.

本具体例は、主として夏期に、農業用ハウスに利用してもさらにあまる余剰排熱を蓄熱する。この蓄熱を、主として冬期に、農業用ハウスの加温に利用する。
つまり、木質バイオマス発電から発生する余剰排熱を、農業用ハウスの加温に有効利用するにあたって、季節変化にともなう環境温度の変化に柔軟に対応させ、年間をとおして利用できる蓄熱プロセスである。
In this specific example, excessive surplus heat is stored even when used in an agricultural house, mainly in summer. This heat storage is used to heat agricultural houses, mainly in winter.
In other words, it is a heat storage process that can be used throughout the year by flexibly responding to changes in the environmental temperature due to seasonal changes when surplus waste heat generated from woody biomass power generation is effectively used for heating an agricultural house.

春期および秋期は、発電排熱をそのまま農業用ハウスの加温に利用すればエネルギー収支が合う。
外気温が高い夏期は、農業用ハウスの加温が必要なくなる。発電排熱がそのまま余剰排熱となるため、蓄熱槽2に蓄える。
外気温が低い冬期は、発電排熱だけでは農業用ハウスの加温が足りないため、蓄熱槽2の蓄熱を取り出して補う。
In spring and autumn, if the generated heat is used as it is for heating the agricultural house, the energy balance will match.
In summer, when the outside air temperature is high, heating of the agricultural house is no longer necessary. Since the generated heat exhaust heat becomes surplus exhaust heat as it is, it is stored in the heat storage tank 2.
In winter, when the outside air temperature is low, heating of the agricultural house is not enough with just the heat generated from the power generation, so the heat stored in the heat storage tank 2 is taken out and supplemented.

図5は、本具体例で用いた熱計算の基本概念の図とその計算方法を示す。以下のシミュレーションは、この基本概念と計算方法に基づいて行う。   FIG. 5 shows a diagram of the basic concept of heat calculation used in this specific example and its calculation method. The following simulation is performed based on this basic concept and calculation method.

〔シュミレーション1〕
まず、蓄熱槽2は地下に設け、蓄熱材として水を使用したプール形式とした。ヒートポンプ11は冬季のみ使用する。
日本国内の代表的な寒冷地の一つである札幌市に設置することを想定した。
[Simulation 1]
First, the heat storage tank 2 was provided in the basement, and was in the form of a pool using water as a heat storage material. The heat pump 11 is used only in winter.
It was assumed to be installed in Sapporo, one of the typical cold regions in Japan.

上記の方法でシュミレーションした結果を表1に示す。   Table 1 shows the result of simulation by the above method.

Figure 2018166451
Figure 2018166451

1月から12月までの札幌市の月別の平均気温をもとに、本システムでの熱の出入りを検討した。農業用ハウス内の温度は通年25℃とし、面積は46225m、発電能力は689kW、地下プール深さは2.5m、地下プールの断熱材は0.36W/m・℃の10cmスタイロフォーム、ヒートポンプのCOPは3.0とした。ここで用いた札幌市の月別の平均気温は、気象庁のホームページの「各種データ・資料」(http://www.jma.go.jp/jma/menu/menureport.html)の項目から、札幌市の各月ごとの平年値(統計期間:1981〜2010年)で示されている値を用いた。なお、8月は発電の定期メンテナンスのために、発電は停止させている。 Based on the average monthly temperature in Sapporo City from January to December, we examined the heat input and output with this system. The temperature in the farmhouse is 25 ° C throughout the year, the area is 46225 m 2 , the power generation capacity is 689 kW, the depth of the underground pool is 2.5 m, and the insulation of the underground pool is 10 cm styrofoam and heat pump of 0.36 W / m 2 · ° C The COP was 3.0. The average monthly temperature of Sapporo City used here is based on the “Data / Materials” (http://www.jma.go.jp/jma/menu/menuport.html) item on the website of the Japan Meteorological Agency. The values indicated by the normal value for each month (statistical period: 1981 to 2010) were used. In August, power generation was stopped for regular power generation maintenance.

表1の結果からわかるように、日本国内の代表的な寒冷地の一つである札幌市でもこの具体例で運転することが可能である。また例えば、今回のケースより地下プールの水温が変動するような地域では、地下プールの水面の高さを調整することで、対応が可能となる。   As can be seen from the results in Table 1, it is possible to operate in this specific example even in Sapporo, one of the typical cold regions in Japan. Further, for example, in an area where the water temperature of the underground pool fluctuates from this case, it is possible to cope by adjusting the water level of the underground pool.

〔シュミレーション2〕
次に、地下プロセスに蓄熱材として、レンガを用いることを検討した。
このケースでは、ヒートポンプ11は地下に設置し、レンガ部分とヒートポンプ11を空気で熱交換することを想定した。ここで用いたレンガは、例えば日本工業規格(JIS)のJIS R1250普通レンガ、JIS A5213建築用レンガ、JIS R2204 耐火レンガなど、粘土や頁岩、泥を型に入れ、窯で焼き固めて、あるいは圧縮して作られるものである。ヒートポンプ11を駆動させるのは冬季のみである。
[Simulation 2]
Next, we examined the use of brick as a heat storage material in the underground process.
In this case, it is assumed that the heat pump 11 is installed in the basement, and heat is exchanged between the brick portion and the heat pump 11 with air. The bricks used here are, for example, JIS R1250 ordinary brick, JIS A5213 building brick, JIS R2204 refractory brick of Japanese Industrial Standard (JIS), put clay, shale, mud in a mold, baked and hardened in a kiln, or compressed Is made. The heat pump 11 is driven only in winter.

先の例と同様に札幌市でこの具体例を行うことを想定し、シミュレーションした結果を表2に示す。   Table 2 shows the simulation results assuming that this specific example is performed in Sapporo as in the previous example.

Figure 2018166451
Figure 2018166451

1月から12月までの札幌市の月別の平均気温をもとに、本システムでの熱の出入りを検討した。農業用ハウス内の温度は通年25℃とし、面積は44100m、発電能力は689kW、レンガ合計厚さは2.5m、レンガの比熱は1.0kJ/kg・℃、地下室の断熱材は0.36W/m・℃の10cmスタイロフォーム、ヒートポンプのCOPは3.0として求めている。なお、8月は発電の定期メンテナンスのために発電は停止させている。 Based on the average monthly temperature in Sapporo City from January to December, we examined the heat input and output with this system. The temperature in the agricultural house is 25 ° C. throughout the year, the area is 44100 m 2 , the power generation capacity is 689 kW, the total thickness of the brick is 2.5 m, the specific heat of the brick is 1.0 kJ / kg · ° C., and the heat insulation of the basement is 0.00. The COP of a 10 cm styrofoam and heat pump of 36 W / m 2 · ° C. is obtained as 3.0. In August, power generation was stopped for regular power generation maintenance.

表1の結果からわかるように、日本国内の代表的な寒冷地の一つである札幌市でもこの具体例で運転することが可能である。   As can be seen from the results in Table 1, it is possible to operate in this specific example even in Sapporo, one of the typical cold regions in Japan.

〔具体例の効果〕
本具体例では、余計な化石燃料由来のエネルギーを外部から投入することなく、木質バイオマス発電から発生する余剰排熱を有効利用できる。余剰排熱を利用して農業用ハウスを加温し、季節の変化による外気温の変化に柔軟に対応し、年間をとおして利用できる蓄熱プロセスである。通年でのエネルギー収支を均一化した栽培システムに適用できる。
[Effects of specific examples]
In this specific example, surplus exhaust heat generated from woody biomass power generation can be effectively used without inputting extra fossil fuel-derived energy from the outside. This is a heat storage process that can be used throughout the year by heating agricultural houses using surplus waste heat and flexibly responding to changes in the outside air temperature due to seasonal changes. It can be applied to a cultivation system with a uniform energy balance throughout the year.

〔変形例〕
以上は本発明の特に好ましい実施形態について説明したが、本発明は図示した実施形態に限定する趣旨ではなく、各種の態様に変形して実施することができ、本発明は各種の変形例を包含する趣旨である。
[Modification]
The above has described a particularly preferred embodiment of the present invention. However, the present invention is not intended to be limited to the illustrated embodiment, and can be implemented by being modified in various aspects, and the present invention includes various modifications. This is the purpose.

たとえば、蓄熱材としては、一般に水、コンクリートなどの汎用素材を用いることができる。他には、水酸化マグネシウムMg(OH)や水酸化カルシウムCa(OH)、エリスリトールC10、酢酸ナトリウム3水塩CHCOONa・3HO、硫酸ナトリウム10水塩NaSO・10HOなどの化学物質を用いることができる。 For example, general materials such as water and concrete can be used as the heat storage material. Other, magnesium hydroxide Mg (OH) 2 and calcium hydroxide Ca (OH) 2, erythritol C 4 H 10 O 4, sodium acetate trihydrate CH 3 COO 4 Na · 3H 2 O, sodium 10 sulfate dihydrate Chemical substances such as Na 2 SO 4 .10H 2 O can be used.

上述した各実施形態では、木質バイオマス発電の余剰排熱を蓄熱するという観点から、ある程度の大容量化が可能であって、かつコスト面を満足できるものから選定した。
In each embodiment mentioned above, from the viewpoint of storing the excess waste heat of woody biomass power generation, it selected from the thing which can increase a certain amount of capacity and can satisfy the cost aspect.

1:発電機
2:蓄熱槽
3:熱利用施設
5:蓄熱ユニット
6:排熱利用ユニット
8:設備室
10:蓄熱利用ユニット
11:ヒートポンプ
13:断熱層
14:蓄熱材
17:吸熱管
18:放熱管
1: Generator 2: Heat storage tank 3: Heat utilization facility 5: Heat storage unit 6: Waste heat utilization unit 8: Equipment room 10: Heat storage utilization unit 11: Heat pump 13: Heat insulation layer 14: Heat storage material 17: Heat absorption pipe 18: Heat radiation tube

Claims (6)

発電機と、
蓄熱槽と、
熱利用施設と、
主として夏期のあいだ、上記発電機で発生した排熱を上記蓄熱槽に蓄える蓄熱ユニットと、
主として秋期から冬期をはさんで春期までのあいだ、上記熱利用施設において、上記発電機で発生した排熱を利用する排熱利用ユニットと、
主として冬期のあいだ、上記熱利用施設において、上記排熱利用ユニットによる排熱の利用に加え、上記蓄熱槽に蓄えられた蓄熱を取り出して利用する蓄熱利用ユニットとを備えた
ことを特徴とする蓄熱利用構造。
A generator,
A heat storage tank,
Heat utilization facilities;
A heat storage unit for storing waste heat generated by the generator in the heat storage tank mainly during the summer season;
A waste heat utilization unit that uses the waste heat generated by the generator at the heat utilization facility, mainly from autumn to winter and between spring,
In the heat utilization facility mainly during the winter, in addition to the use of exhaust heat by the exhaust heat utilization unit, a heat storage utilization unit for taking out and using the heat accumulation stored in the heat storage tank is provided. Usage structure.
上記蓄熱利用ユニットは、蓄熱槽に蓄えられた蓄熱を取り出すためのヒートポンプを含んで構成される
請求項1記載の蓄熱利用構造。
The heat storage utilization structure according to claim 1, wherein the heat storage utilization unit is configured to include a heat pump for taking out heat accumulation stored in the heat storage tank.
上記蓄熱槽は、蓄熱材として液体蓄熱材を使用したものである
請求項1または2記載の蓄熱利用構造。
The heat storage utilization structure according to claim 1 or 2, wherein the heat storage tank uses a liquid heat storage material as a heat storage material.
上記蓄熱槽は、蓄熱材として固体蓄熱材を使用したものである
請求項1または2記載の蓄熱利用構造。
The heat storage utilization structure according to claim 1 or 2, wherein the heat storage tank uses a solid heat storage material as a heat storage material.
上記蓄熱槽は地下に設けられ、上記熱利用施設は地上に設けられている
請求項1〜4のいずれか一項に記載の蓄熱利用構造。
The heat storage utilization structure according to any one of claims 1 to 4, wherein the heat storage tank is provided in the basement, and the heat use facility is provided on the ground.
上記熱利用施設は、農業施設である
請求項1〜5のいずれか一項に記載の蓄熱利用構造。
The heat storage facility according to any one of claims 1 to 5, wherein the heat utilization facility is an agricultural facility.
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