JP2736579B2 - 固液蓄熱材の充填方法 - Google Patents

固液蓄熱材の充填方法

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JP2736579B2
JP2736579B2 JP4051950A JP5195092A JP2736579B2 JP 2736579 B2 JP2736579 B2 JP 2736579B2 JP 4051950 A JP4051950 A JP 4051950A JP 5195092 A JP5195092 A JP 5195092A JP 2736579 B2 JP2736579 B2 JP 2736579B2
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文雄 吉屋
哲義 石田
秀則 日高
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優 森川
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • Y02E60/14Thermal energy storage

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、加熱源からの熱を蓄熱
できる蓄熱槽に対し、固体よりなる第1物質と蓄熱温度
域で液体になる第2物質とよりなる固液蓄熱材の充填方
法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】この種の蓄熱槽は、蓄熱材を内蔵してお
り、前記蓄熱材に加熱源からの熱を与え、この蓄熱材か
ら熱負荷に熱を与えように使用されている。これによ
り、熱負荷に対して熱の安定供給が可能になり、加熱源
の容量等を小さくできる等の利点がある。
【0003】ところで、蓄熱槽の中には固液混合物を蓄
熱材として用いるものがある。かかる蓄熱槽の場合、蓄
熱容量の確保のために固体蓄熱材を使用し、しかも熱伝
達の向上のために液体蓄熱材を使用している。このよう
な蓄熱材を使用することにより、蓄熱槽は、小型化され
るとともに高性能となる。この固液混合物からなる蓄熱
材は、固体にマグネシアを使用し、液体蓄熱材に例えば
硝酸ナトリウム、亜硝酸ナトリウム及び硝酸カリウムが
主成分の硝酸塩を主に使用している(特願平2−845
05号)。
【0004】上述したように蓄熱材の構成物質として硝
酸塩を使用した場合、硝酸塩の融点が142であるた
め、当該硝酸塩は常温では固体状態を呈することにな
る。したがって、蓄熱槽内においてマグネシアと硝酸塩
との均一な混合物を得るためには、当該硝酸塩を加熱し
て液体状態にし、しかる後に液体状態の硝酸塩を加熱さ
れた粉砕物(クリンカ)状のマグネシア内に供給するこ
とにより蓄熱材を得る方法を取っていた。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、当該硝
酸塩は、融解及び比熱が小さく、溶解状態の硝酸塩を
クリンカ状のマグネシアの隙間に充填しようとしても、
マグネシアの温度が硝酸塩の融解点より十分高温でない
と直ちに凝固し、隙間に充填されない問題があった。こ
の問題を解消するためには、マグネシアを高温に加熱す
ればよいことになる。そこで、蓄熱槽に内蔵する電気ヒ
ータ(加熱源)を高熱負荷にしてマグネシアを加熱する
ことが考えられるが、マグネシアへの熱伝達が劣ること
から、高熱負荷で加熱すると前記電気ヒータを焼損する
問題があった。したがって、前記マグネシアを加熱する
際には、低熱負荷で加熱する必要があった。このため、
このマグネシアの加熱には、多くの時間及び労力が費や
さなければならないという不都合があった。ななわち、
上記従来技術は、固液混合物からなる蓄熱材を蓄熱槽へ
充填することについて、十分な配慮がなされていなかっ
た。
【0006】本発明の目的は、上述した不都合を解消
し、固液混合物からなる蓄熱材を簡単で、かつ安全な方
法で蓄熱槽に充填できる固液蓄熱材の充填方法を提供す
ることにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の固液蓄熱材の充填方法は、固体よりなる第
1物質と蓄熱温度域では液体であって他の温度域で
体である第2物質とよりなる蓄熱材が充填されており、
前記蓄熱材を加熱する加熱源と前記蓄熱材を介して熱を
受け取る熱媒体とを内蔵する前記蓄熱槽への固液蓄熱材
の充填方法において、前記第2物質の水溶液を作り、こ
の第2物質の水溶液と粉砕物状の前記第1物質を前記
蓄熱槽内に充填し、前記第2物質の水溶液と粉砕物状の
記第1物質を前記加熱源で加熱し、前記第2物質の
水溶液中の水分を蒸発させて溶融第2物質を形成し、該
溶融第2物質を粉砕物状の前記第1物質の隙間に充填す
ことを特徴とするものである。
【0008】ここで、前記第1物質は、マグネシアを主
成分とする物質が好適である。また、前記第2物質は硝
酸ナトリウム、亜硝酸ナトリウム及び硝酸カリウムの混
合物、あるいは亜硝酸ナトリウム及び硝酸カリウムの混
合物である物質が好適である。
【0009】
【作用】このクリンカ状のマグネシアの隙間に、硝酸塩
の水溶液を充填し、高熱負荷でマグネシア及び硝酸塩を
加熱し、徐々に、この硝酸塩水溶液の水分を溶融硝酸塩
で置き換えるようにする。これにより、固液混合物から
なる蓄熱材を簡単で、かつ安全な方法で蓄熱槽に充填
ることが達成できる。
【0010】
【実施例】以下、本発明について図示の実施例に基づい
て説明する。
【0011】図2は、本発明に係る固液蓄熱材の充填方
法で固液蓄熱材の充填した蓄熱槽を示す説明図である。
【0012】図2において、蓄熱槽1は蓄熱槽ケーシン
グ3で中空立方体に形成されている。当該蓄熱槽ケーシ
ング3の外周部は保温材5で覆われており、この保温材
5により外部との断熱が図られている。この蓄熱槽1の
蓄熱槽ケーシング3の内部には、加熱源7が設けられて
いる。加熱源7は、電気ヒータあるいは蒸気管等で構成
すればよい。また、この蓄熱槽1の蓄熱槽ケーシング3
内には、本発明による固液蓄熱材の充填方法で固液蓄熱
材9が充填されている。蓄熱槽1は、加熱源7により前
記固液蓄熱材9を加熱することにより、固液蓄熱材9が
高温となって熱エネルギーを蓄える。この蓄熱槽1の蓄
熱槽ケーシング3の内部には熱媒体の流通する伝熱管1
1が設けてあり、熱需要が生じたときに前記伝熱管11
の入口から水Wcを供給し、その伝熱管11の出口から
温水、気水混合蒸気または水蒸気Ws等を取り出す。
【0013】また、本発明の固液蓄熱材の充填方法によ
り蓄熱槽1に充填が終了した後の固液蓄熱材9は、固体
よりなる第1物質と、蓄熱温度域で液体となる第2物質
からなる。ここで、第1物質は例えばマグネシアであ
り、第2物質は例えば硝酸塩である。
【0014】次に、本発明の固液蓄熱材の充填方法を説
明する。
【0015】図1は、本発明の固液蓄熱材の蓄熱槽内へ
の充填方法を説明するために示すフローチャートであ
る。
【0016】これらの図において、まず、保温材5を被
覆した蓄熱槽ケーシング3からなる蓄熱槽1を用意する
(ステップS101)。また、所定量の硝酸塩水溶液を
作り、かつクリンカ状のマグネシアを所要量用意して、
蓄熱材の充填作業の準備をする(ステップS102)。
【0017】次に、この蓄熱槽ケーシング3の内部にマ
グネシアを120〔Kg〕だけ投入し(ステップS10
3)、ついで25〔〕の硝酸塩濃度30%の硝酸塩水
溶液26〔リットル〕だけ注入する(ステップS10
4)。その後、蓄熱槽1の内部の加熱源7である4.5
〔KW〕の電気ヒータに通電し、蓄熱槽ケーシング3の
内部のマグネシア及び硝酸塩水溶液からなる固液材料を
加熱する(ステップS105)。この加熱により、硝酸
塩水溶液中の水分は蒸発することになる。
【0018】加熱源7である電気ヒータへの通電を続け
ながら蓄熱槽ケーシング3の内部の硝酸塩水溶液レベル
を監視し(ステップS106)、この液レベルの低下が
見られたら(ステップS107)、25〔〕の硝酸塩
濃度30%の硝酸塩水溶液を追加注入する(ステップS
108)。この硝酸塩水溶液の注入は、レベル低下が
なくなるまで続けられる(ステップS106〜S10
8)。
【0019】また、硝酸塩水溶液のレベル低下がなく
なった後も(ステップS107)、水蒸気の発生がある
間は(ステップS109)、加熱源7である電気ヒータ
への通電は続けられる(ステップS106,S107,
S109)。
【0020】また、水蒸気の発生がなくなると(ステッ
プS109)、硝酸塩水溶液中の水分が溶融硝酸塩に置
換したことを意味するので、マグネシアと溶融硝酸塩の
混合物である固液蓄熱材9になる。これにより、蓄熱槽
1の蓄熱槽ケーシング3への固液蓄熱材9の充填が終了
したことになる。すなわち、マグネシア120〔K
g〕、硝酸塩(硝酸ナトリウム5%、亜硝酸ナトリウム
49%及び硝酸カリウム44%の混合物45〔Kg〕の
固液熱材9が構成されることになる。上述の方法と条
件で蓄熱槽1の蓄熱槽ケーシング3内に固液蓄熱材9の
充填を行うと、加熱源7である電気ヒータに19時間
通電時で定量のマグネシアと硝酸塩を蓄熱槽1の内
部に充填できた。
【0021】そして、硝酸塩水溶液から水蒸気の発生が
ないことが確認された後(ステップS109)、加熱源
7である電気ヒータへの通電は停止される(ステップS
110)。
【0022】なお、最初に蓄熱槽ケーシング3の内部に
注入される硝酸塩水溶液は硝酸塩濃度が0%の水であっ
てもよい。
【0023】上述したように固液蓄熱材9は蓄熱槽1の
蓄熱槽ケーシング3の内部に充填されることになる。こ
れにより、本実施例では、マグネシア及び硝酸塩を蓄熱
槽1に充填する前に、マグネシア、硝酸塩及び蓄熱槽ケ
ーシング3を硝酸塩の融点(142〔〕)以上に加熱
しておく必要がなくなる。このため、常温の状態のマグ
ネシア及び硝酸塩を使用でき、火傷対策等の安全対策が
大幅に縮小されることになる。また、マグネシア及び硝
酸塩の加熱装置が不要となる。
【0024】マグネシアと硝酸塩からなる固液蓄熱材9
は、熱伝達が良好である。このため、蓄熱槽1の内部の
加熱源7または外部の加熱源を用いて高熱負荷条件でマ
グネシア及び硝酸塩水溶液を加熱できるようになり、従
来より時間内に充填が完了できる。
【0025】次に、他の実施例について述べる。
【0026】他の実施例としては、蓄熱槽1の蓄熱槽ケ
ーシング3の内部に注入される硝酸塩水溶液を高温に
し、これにより水溶液中の硝酸塩の濃度が高い硝酸塩水
溶液を使用できるようにしたものであってもよい。これ
は、最初に、蓄熱槽1の内部にマグネシアクリンカ12
0〔Kg〕及び90〔〕の硝酸塩濃度38%の硝酸塩
水溶液26〔リットル〕を入れ、ついで、蓄熱槽1の内
部の4.5〔KW〕の電気ヒータ(加熱源7)に通電し
た。この電気ヒータ(加熱源7)の通電により水蒸気が
発生し、硝酸水溶液レベルが低下するが、このときは硝
酸塩単体を追加した。その結果、通電時間8時間で所定
量のマグネシアと硝酸塩からなる固液蓄熱材9が蓄熱槽
1の内部に充填された。
【0027】本発明の他の実施例によれば、蓄熱槽1の
蓄熱槽ケーシング3の内部に注入される硝酸塩水溶液中
の水分量が少なく、加熱源7によって加熱し、発生、除
去される水分量が少なくなるため、短時間で充填を完了
できる。
【0028】本発明のさらに他の実施例は、硝酸塩水溶
液中の水蒸気の発生による硝酸塩水溶液の液レベルが低
下したとき補充される硝酸塩水溶液を、固体の硝酸塩単
体に変えるものである。このとき、この固体硝酸塩の単
体は、硝酸塩溶液中に投入される必要がある。
【0029】本発明のさらに他の実施例によれば、液レ
ベルが低下したとき補充される硝酸塩単体には水分が含
まれないことから、加熱源7によって加熱し、発生、除
去する水分量がさらに少なくなり、いっそう短時間で充
填できる。
【0030】上述した各実施例は、非常に短時間に充填
が可能となる。このことは、従来、蓄熱槽内にマグネシ
アクリンカを例えば120〔Kg〕を入れ、蓄熱槽内の
電気ヒータに通電してマグネシアクリンカを加熱してマ
グネシアクリンカの温度を硝酸塩の融解温度以上に到達
させるまでに30時間かかること、しかもその後に硝酸
塩をマグネシアクリンカの上面に置いて融解させた場合
にさらに十数時間かかることを考えれば、上記各実施例
の充填時間が非常に短時間に確実な均一な充填が可能で
あることが分かる。
【0031】以上説明したように本発明の各実施例の利
点をまとめると、以下のとおりである。
【0032】1)充填開始前において硝酸塩及びマグネ
シアを加熱する必要がなくなる。
【0033】2)高温の硝酸塩及びマグネシアを取扱わ
なくてよくなる。
【0034】3)高熱負荷条件でマグネシア及び硝酸塩
水溶液を加熱できるため、従来より単時間で充填可能と
なる。
【0035】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、蓄
熱槽内に固液蓄熱材を簡単で、かつ安全に、しかも短時
間に充填できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る固液蓄熱材の充填方法の実施例を
示すフローチャートである。
【図2】本発明に係る実施例で固液蓄熱材を充填した蓄
熱槽の概略的構成を示す図である。
【符号の説明】
1 蓄熱槽 3 蓄熱槽ケーシング 5 保温材 7 加熱源 9 固液蓄熱材 11 伝熱管
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉屋 文雄 広島県広島市中区小町4番33号 中国電 力株式会社 営業部内 (72)発明者 石田 哲義 広島県呉市宝町3番36号 バブコック日 立株式会社 呉研究所内 (72)発明者 日高 秀則 広島県呉市宝町3番36号 バブコック日 立株式会社 呉研究所内 (72)発明者 森本 信夫 広島県呉市宝町3番36号 バブコック日 立株式会社 呉研究所内 (72)発明者 森川 優 広島県呉市宝町6番9号 バブコック日 立株式会社 呉工場内 (72)発明者 藤原 忠幸 東京都千代田区大手町二丁目6番2号 バブコック日立株式会社内 (56)参考文献 特開 平3−282101(JP,A) 特開 昭58−60191(JP,A)

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 固体よりなる第1物質と蓄熱温度域では
    液体であって他の温度域で固体である第2物質とより
    なる蓄熱材が充填されており、前記蓄熱材を加熱する加
    熱源と前記蓄熱材を介して熱を受け取る熱媒体とを内蔵
    する前記蓄熱槽への固液蓄熱材の充填方法において、
    記第2物質の水溶液を作り、この第2物質の水溶液と
    砕物状の前記第1物質を前記蓄熱槽内に充填し、前記
    第2物質の水溶液と粉砕物状の前記第1物質を前記加
    熱源で加熱し、前記第2物質の水溶液中の水分を蒸発さ
    て溶融第2物質を形成し、該溶融第2物質を粉砕物状
    の前記第1物質の隙間に充填することを特徴とする固液
    蓄熱材の充填方法。
  2. 【請求項2】 前記第1物質がマグネシアを主成分とす
    る物質であことを特徴とする請求項1記載の固液蓄熱
    材の充填方法。
  3. 【請求項3】 前記第2物質が硝酸ナトリウム、亜硝酸
    ナトリウム及び硝酸カリウムの混合物、あるいは亜硝酸
    ナトリウム及び硝酸カリウムの混合物であことを特徴
    とする請求項1記載の固液蓄熱材の充填方法。
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JPS5860191A (ja) * 1981-10-05 1983-04-09 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 熱交換装置への溶融塩の充填・抜出し方法
JP3153867B2 (ja) * 1990-03-30 2001-04-09 バブコツク日立株式会社 蒸気発生装置

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