JP2856246B2 - 熱回収・供給装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、作動流体の潜熱
として熱輸送するヒートパイプを用いて熱源流体から熱
を採取して一旦蓄えた後、取り出して各種熱関連設備等
へ熱を供給することのできる熱回収・供給装置に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、各種の熱関連設備や製造設備等に
おいて、それらで消費された後排出される廃水から産業
用温排熱、都市廃熱等を回収して、その回収した熱を再
利用することが、省エネルギ化やエネルギ有効利用の観
点から広く行われている。すなわち機器を効率良く運転
させるために、回収した熱を再利用することが行われて
いる。また最近ではこの回収した熱を必要なときに取り
出せるように蓄熱する技術が研究され、回収した熱を溜
める技術も広く開発されている。

【０００３】そして、その一例として、作動流体の潜熱
によって大量の熱輸送ができるヒートパイプにより排熱
を回収し、前記蓄熱槽あるいは蓄冷槽にその熱が蓄えら
れるように構成された熱回収装置がある。

【０００４】このように構成された熱回収装置によれ
ば、ヒートパイプは、その加熱部となる一端部で得た所
定温度の熱を低下させることなく、目的とする箇所に輸
送することができるので熱効率が良く、また熱の移動は
ヒートパイプを介して生じるので、ヒートパイプを長尺
のものとすることによって、熱源から大きく離れた箇所
へ熱輸送する場合であっても効率の良い熱輸送を行うこ
とができ、所定温度の熱を蓄熱することができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
熱回収装置では、熱回収効率を主眼として構成されてお
り、熱源媒体から低温の回収用熱媒体への熱伝達を行う
ことができるものの、この回収用熱媒体の温度は熱源媒
体の温度によって必ずしも一定にはならない。そのため
回収した熱を利用するにあたっては、利用箇所で供給さ
れる熱量あるいは温度等に応じて調温設備すなわち加熱
もしくは冷却の設備、さらには熱源媒体の形態の変更の
ための設備等を必要とし、熱回収することができるもの
の、その利用にあたってはさらに各種の装置、設備が必
要であり、全体としての構成が複雑化するとともに、設
備コストが高くなる不都合があった。

【０００６】この発明は上記の事情に鑑みてなされたも
ので、熱回収効率に優れ、しかも温度の異なる複数の熱
源を得ることのできる熱回収・供給装置を提供すること
を目的とするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段およびその作用】上記の目
的を達成するためにこの発明は、単一の熱源流体が流動
する経路内に、複数のヒートパイプの一端部が前記熱源
流体の流動方向に沿って配列されるとともに、それらの
ヒートパイプの他端部が、各ヒートパイプごとに設けた
潜熱蓄熱材に熱授受可能に連結され、かつそれらの潜熱
蓄熱材の融点が、前記熱源流体の流動方向で上流側に一
端部を配置したヒートパイプに対応する潜熱蓄熱材ほど
高く設定されていることを特徴とする熱回収・供給装置
である。

【０００８】したがって、この熱回収・供給装置によれ
ば、前記流動経路内の単一の熱源流体の流動方向に沿っ
て複数のヒートパイプの一端部が配置されているから、
それぞれのヒートパイプを介して、経路内の熱源流体の
熱が輸送される。すなわち、熱源流体は各ヒートパイプ
によって、その熱を奪われることになるので、熱源流体
はその流動方向に進むにつれて、その温度が徐々に低下
する。

【０００９】そして、各ヒートパイプの他端部はそれぞ
れに対応する潜熱蓄熱材に熱授受可能に連結されている
から、前記経路内から輸送されてきた熱が、各潜熱蓄熱
材に向けて放出される。

【００１０】なお、この場合、各潜熱蓄熱材の融点がそ
れぞれのヒートパイプが輸送してくる熱に対応して設定
されているから、すなわち熱源流体の流動方向で下流側
に一端部を配置したヒートパイプに対応する潜熱蓄熱材
ほど融点が低くなるようにして設定されているから、熱
源流体の温度が、各ヒートパイプによって奪われて、徐
々に温度低下したとしても、各ヒートパイプでの両端部
での温度差が一定に確保され、それぞれのヒートパイプ
の一端部における温度に対応した融点の潜熱蓄熱材への
熱輸送が生じる。

【００１１】その結果、前記経路内の温度上昇がそれ以
上生じることなく、各ヒートパイプによって生じた流動
方向での温度変化が一定に維持され、各潜熱蓄熱材に各
ヒートパイプの配置位置に対応する温度で熱がそれぞれ
蓄熱される。

【００１２】つまり、ある温度の熱源流体から、利用形
態にそった複数種の所要温度の熱が取り出されて各蓄熱
槽に蓄熱され、その結果、複数の温度の相違する熱源が
得られる。

【００１３】

【発明の実施の形態】つぎに、この発明の実施例の具体
例を図に示す実施例に基づいて具体的に説明する。図１
および図２に示す熱回収・供給装置は、この発明の一実
施例を示す図であり、熱源流体には、例えば熱関連設備
や製造設備等から排出される廃水１が採用されている。

【００１４】この実施例では、熱源流体流動経路中に、
廃水１を所定量保持できる単一容器が配置されている。
この容器には、一例として、水槽２が採用されており、
その水槽２は防水加工や防錆加工等が施された金属板な
どの所定の耐食性材料によって凹形状にかつ水槽２の高
さ方向に所定の温度分布が生じる程度の深さに構成され
ている。そして水槽２の内部には廃水１が所定量溜めら
れている。

【００１５】そして、水槽２の重力方向での上側すなわ
ち開口部には、この水槽２の内部に所定流量の温廃水１
が供給されるように温廃水供給管３が配置されている。
さらに水槽２の重力方向の端部すなわち底部分には、水
槽２の内部に溜められた廃水１を外部に排出する排水管
４が液密状態に接続されている。

【００１６】なお、水槽２内の廃水１の容量は所定温度
分布が生じる程度に設定されており、常時一定に保つこ
とが好ましい。そのためには自動的に液面を保つ適宜の
システムを採用することが望ましく、その一例として、
排水管４の断面積の大きさを調整したり、排水管４にバ
ルブを設けてそのバルブの絞り具合により排水量を調整
したり、さらにはオーバーフロー管を連通させて、その
オーバーフロー管の上端高さによって液面高さを保持さ
せたりすること等が可能である。

【００１７】したがって、前記水槽２の内部に所定量の
廃水１が常時維持できるように温廃水１の供給量が設定
されるとともに、適宜のシステムにより、排水量の調整
が図られている。すなわち、供給管３から供給される温
廃水１の流量に対して、廃水１が水槽２の内部に所定深
さ分、溜められるように構成されている。

【００１８】つまり、供給管３から温廃水１が供給さ
れ、水槽２の内部の廃水１が所定量を越えた場合のみ、
その超過分が排出されるよう構成されている。

【００１９】またこの場合、温廃水１の給排出によって
水槽２の内部に温度分布が生じかつその分布が維持され
るように供給量および排水量に対応して緩やかな流速が
得られるように供給管３および排水管４の径や流速等が
設定されて、水槽２の内部の廃水１の表面層に緩やかに
温廃水１が供給されるとともに緩やかに水槽２内から廃
水１が排出されるように構成されている。なお、廃水１
が接触する水槽２の壁面および管内部の荒さ、廃水１の
粘性、比重なども考慮して所定流量が得られるように供
給管３や排水管４等が形成されている。

【００２０】前記水槽２の側壁部には、一例として３本
のヒートパイプ５の蒸発部６となる一端部がその外壁面
を貫通してその内部に挿入されている。すなわち、熱源
流体流動経路となる水槽２内に各ヒートパイプ５の一端
部が配置されている。そしてこれらのヒートパイプ５は
水槽２に対して高さ方向に間隔を開けて３段となるよう
にかつ該水槽２の廃水面とほぼ平行に配列されている。

【００２１】具体的には、水槽２の内部に滞留した廃水
１は深度が深い程、その温度が低くなるので、ヒートパ
イプ５を配置する位置によって伝達される熱が異なる。
すなわち前述したように温廃水１を給排出することによ
って得られる温度分布に対して所定温度が取り出せる位
置に各ヒートパイプ５の蒸発部６が挿入されている。

【００２２】そして前記水槽２の側壁部のヒートパイプ
５が貫通している部分には、例えばパッキンなどのシー
ル手段７が設けられており、これにより貫通部分での液
漏れを防止している。すなわちヒートパイプ５が水槽２
に対して液密状態にかつ廃水１と熱授受可能に挿入され
ている。

【００２３】なお、ヒートパイプ５としては、ここでは
円形断面の単管タイプのものが採用されており、そのコ
ンテナ８の内部に封入する作動流体としては、後述する
各蓄熱槽９に充填されている蓄熱媒体１０の蓄熱開始温
度に近い動作開始温度のものが選定されている。

【００２４】また具体的には、一例としてそれまで収集
した熱エネルギが逆流しないように作用し、蒸発部６か
ら凝縮部１１に向けてのみ熱輸送を行う熱ダイオード型
のヒートパイプすなわち熱サイフォン式ヒートパイプが
採用されている。このヒートパイプ５は、例えば真空脱
気した密閉管の内部に所定温度が取り出せるように選定
された水、フロン、アルコールなどの目的温度範囲で蒸
発・凝縮する流体を作動流体として封入し、高温部側で
蒸発した作動流体を低温部側で凝縮させることにより低
温部側にその潜熱を与えて熱輸送を行うものであり、特
に熱ダイオード型のヒートパイプ５は液相の作動流体を
重力の作用で蒸発部６に還流されるように構成されてい
る。

【００２５】前記ヒートパイプ５の他端部すなわち凝縮
部１１となる端部は、前記水槽２から外部に突出し、か
つそれぞれに対応して設けられた各蓄熱槽９の内部に挿
入されている。

【００２６】したがって、各蓄熱槽９の内部の蓄熱媒体
１０と各ヒートパイプ５の凝縮部１１とが熱授受可能に
構成され、ヒートパイプ５を介して水槽２の内部の廃水
１の熱が蓄熱槽９の内部の蓄熱媒体１０に熱伝達される
ようになっている。すなわち各ヒートパイプ５が得た水
槽２の深度に対応した温度がそれぞれの蓄熱槽９におい
て蓄熱されるようになっており、ヒートパイプ５を介し
て水槽２の内部と蓄熱槽９の内部とが熱授受可能となっ
ている。

【００２７】各蓄熱槽９は、その外周部が蓄熱媒体１０
から周囲への熱放出や蓄熱槽９の内部への水等の侵入を
防止する断熱性に優れた断熱材で覆われた矩形容器の内
部に、所定量に蓄熱媒体１０を封入したのものであり、
図１に示す具体例では、３個の蓄熱槽９が備えられてい
る。

【００２８】そしてこれら蓄熱槽９は水槽２の内部に生
じた温度分布に対応した各配置箇所の温度に従って融点
の異なる蓄熱媒体１０が選定されている。すなわち、水
槽２内の廃水１の温度は、比重差に基づいて水槽２の深
度が深くなるに従って低くなるので、各ヒートパイプ５
の配置箇所の深度が深いほど、各蓄熱槽９内に充填され
る蓄熱媒体１０の融点が低くなるように設定されてい
る。

【００２９】なお、この蓄熱媒体１０には、一例として
潜熱蓄熱材が採用されており、所要の温度での熱を得る
ためにそれぞれ融点が異なり、熱伝導率が高くかつ蓄熱
性が大きい潜熱蓄熱材がそれぞれ選定されている。例え
ば、温廃水１の温度が８０℃である場合、融点は図１の
左側の蓄熱媒体１０から順に６０℃，５０℃，４０℃に
設定されている。

【００３０】また、蓄熱媒体１０の量は熱源流体となる
廃水１から供給される熱によって全部が融解されない程
度の量である。すなわちこの場合、供給管３から供給さ
れた温廃水１から得られた熱によって蓄熱槽９の内部の
全ての蓄熱媒体１０が溶解されない程度すなわち蓄熱媒
体１０の状態変化のみに供給熱が利用される程度の量が
蓄熱槽９に充填されているので、蓄熱媒体１０自体の温
度上昇に供給熱が使われることにはならない。つまり顕
熱には利用されないので、各蓄熱槽９の内部が所定温度
以上に温度上昇されずに各蓄熱槽９に蓄熱されるから、
所定温度が維持される。なお、各蓄熱槽９に充填する蓄
熱媒体１０の容量は、入熱量に応じて入熱量と出熱量と
のバランスの上で設定されており、それに合せて各蓄熱
槽９の大きさも設定されている。

【００３１】また、蓄熱槽９の外壁のヒートパイプ５の
貫通部分にも、例えばパッキンなどのシール手段１２が
設けられており、これによりヒートパイプ５の貫通部分
における蓄熱槽９の液密性が担保されている。

【００３２】そして、各蓄熱槽９に蓄えられた所要温度
の熱を外部に伝達させるために熱伝達管路１３がそのヒ
ートパイプ５が挿入された側と反対側の端部に設けら
れ、各蓄熱槽９からそれぞれ使用目的に応じた何等かの
手段や装置等に熱伝達されるように構成されている。す
なわちこの各蓄熱槽９の内部の各蓄熱媒体１０が複数段
の所要温度での熱を得て複数熱源となるよう構成されて
いる。

【００３３】また、水槽２の内部に温度分布を生じさせ
てその状態を維持できるように、供給管３および排水管
４から給排出される廃水１の流量が設定されるととも
に、水槽２内の熱をヒートパイプ５によって輸送させ、
蓄熱槽９側に放熱させるよう構成しているが、この場
合、ヒートパイプ５は基本的には温度差によって動作す
るから、入熱温度と蓄熱媒体１０の状態変化温度との間
である一定の温度差が保てるように入熱温度との比較の
上で各部材やその容量等が設定されている。すなわち、
入熱量に応じて入熱量と出熱量とのバランスの上でこの
廃水１の水槽２への供給量、給排水管３，４の断面積、
廃水の水槽２からの排出量、ヒートパイプ５等を設定す
ればよい。

【００３４】次に上記のように構成された熱回収・供給
装置の作用について説明する。まず、水槽２に対して供
給管３から温廃水１が少量づつ供給され、また排出管４
から同量の廃水１が排出される。すなわち水槽２の内部
で撹拌作用が生じない程度にゆっくりと廃水１が給排さ
れる。この廃水１の温度（例えば、８０℃）に対して各
蓄熱槽の蓄熱媒体１０の融点が低く設定されているの
で、廃水１から各蓄熱媒体１０に対してヒートパイプ５
を介した熱輸送が生じる。

【００３５】そして、各蓄熱槽９の蓄熱媒体１０に熱を
奪われることによって廃水１の温度が次第に低下する
が、水槽２の内部では廃水１の撹拌流動が実質的には生
じていないので、温度の低下に伴って比重の増大した廃
水１が、水槽２の底に向かって次第に下降する。その結
果、水槽２の内部に温度分布が生じる。

【００３６】このようにして生じた温度分布に対応して
各蓄熱槽９の蓄熱媒体１０の融点が水槽２の深度が深く
なるに従って低く設定されているので、深度に応じて３
段階に配置されたヒートパイプ５に対応して３種類の温
度での熱が得られる。

【００３７】具体的には、各蓄熱槽９の内部の蓄熱媒体
１０は、それぞれ水槽２の内部のヒートパイプ５を介し
て熱を受けてその融点に到達すると次第に溶解し、溶解
熱として熱を吸収する。なおこの場合、水槽２内の温度
分布によって深度方向に温度が低く、またそれに従って
ヒートパイプ５が水槽２の上・中・下に所要温度（例え
ば、６０℃，５０℃，４０℃）での熱が得られるように
配置されているから、それぞれのヒートパイプ５を介し
て伝達されてくる熱と、各蓄熱槽９内の蓄熱媒体１０の
融点との温度差は均一である。そして各蓄熱槽９内では
蓄熱媒体１０の溶解している間は、その融点に維持さ
れ、従前と同様な温度差で水槽２の内部を冷却するとと
もに、水槽２の内部の温水の保有する温度が蓄熱され
る。なおこの場合、供給熱に対して全体が溶解されない
程度に蓄熱媒体１０の量が蓄熱槽９内に充填されている
から、供給された熱が顕熱として消費されることはな
い。すなわち各ヒートパイプ５を介して水槽２の内部の
廃水１の熱が各蓄熱媒体１０に輸送され、水槽２内の廃
水１の上層部から下層部にかけての３種類の熱が蓄熱さ
れて、各蓄熱槽９がそれぞれ水槽２の深度に対応した別
々の所要温度を保有する。

【００３８】したがって、水槽２の高さ方向に生じた温
度分布によって供給された一定温度（例えば、８０℃）
の単一廃水１から使用目的に応じて複数の温度（例え
ば、６０℃，５０℃，４０℃）が有効に取り出され、各
蓄熱槽９に溜められる。その結果、各蓄熱槽９が熱源と
なるので、単一熱源から複数熱源が得られる。

【００３９】なお、水槽２の内部に温廃水１の供給が停
止された後に、水槽２の内部の温度が蓄熱槽９の内部の
蓄熱媒体１０の温度より低下したとしても、各ヒートパ
イプ５には熱ダイオード型の熱サイフォン式ヒートパイ
プが採用されているから、このヒートパイプ５によって
蓄熱槽９内の所要温度の熱が水槽２の内部に逆輸送され
ることはない。

【００４０】以上の説明から明らかなように、この実施
例の熱回収・供給装置によれば、熱源流体の給排出によ
って容器内に生じる温度分布を利用して、単一熱源を複
数段階に温度分配し多段階の所要温度を取り出すことが
できるから、複数の利用目的に応じた所要温度での熱を
得ることができる。すなわち単一熱源を複数の熱源に変
換することができ、複数の利用目的に合った所要温度の
熱を供給することができる。

【００４１】次に、パイプ内部の流体に対して連続的に
加熱と冷却とを繰り返すことにより流体に流れを作る従
来一般的に使用されている熱駆動ポンプ１４を、熱源流
体流動経路として、この熱駆動ポンプ１４を上記実施例
に記載の熱回収・供給装置に適用した場合について図２
を参照して説明する。

【００４２】熱駆動ポンプ１４は熱を利用して熱と液体
との同時輸送を行う装置であって、図２に示すように、
上下に平行に配設された上部加熱管１５と下部加熱管１
６との各一端である吐出端１７，１８を結んで上方に延
びた後、下方に垂下する一連の吐出管１９、同じく吸込
端２０，２１を結んだ吸込管２２を、それぞれ吐出管１
９、吸込管２２の屈曲部２３，２４が上部加熱管１５よ
り上方位置になるように設けられている。そして吐出管
１９には屈曲部２３に逆止弁２５、吸込管２２にはその
端部に逆止弁２６が介設されるとともに、吐出管１９、
吸込管２２の端部をそれぞれ温度供給装置の水槽２の上
層、下層に連通されている。なお、上部加熱管１５と下
部加熱管１６とは機能的に加熱部２７を形成している。

【００４３】前記吐出管１９の水槽２側に向けた端部
は、温度供給装置の水槽２の上部の開口部から水槽２の
内部に溜められた熱源流体となる水２８に挿入されてお
り、前記吸込管２２の水槽２側に向けた端部は温度供給
装置の水槽２の下部に液密状態に挿入されている。

【００４４】なお水槽２、蓄熱槽９およびそれらを接続
するヒートパイプ５の基本構成は図１に示す実施例と同
様であり、水槽２の内部に深さ方向に間隔を開けて３本
のヒートパイプ５の蒸発部６となる一端部が配置され、
その各ヒートパイプ５のそれぞれの凝縮部１１となる他
端部が対応する３つの蓄熱槽９内にそれぞれ熱授受可能
に接続されている。

【００４５】また、この場合においても、水槽２の内部
の温度分布が維持されるように熱駆動ポンプ１４では、
給排水量、吐出・吸引速度等が設定されるとともに、温
度供給装置では、それに対応するように入熱量と出熱量
とのバランスの上で各ヒートパイプ５や、各蓄熱槽９の
容量、蓄熱材、各部材の材質等が設定されている。

【００４６】次に上記のように構成された装置の作用に
ついて説明する。まず熱駆動ポンプ１４において、各種
熱発生装置からの供給熱、高温排ガス等任意の熱源によ
って上部加熱管１５と下部加熱管１６とを加熱する。す
ると上部加熱管１５および下部加熱管１６の内部の水２
８が沸騰し、発生した気泡がこの両加熱管１５，１６内
あるいは加熱管１５，１６を出た際、圧力の変化を生
じ、上部加熱管１５から水２８を吸引するとともに、下
部加熱管１６にも水２８が流入する。そして水槽２では
その内部の水２８が吸込管内に流入するとともに、吐出
管から上部加熱管１５および下部加熱管１６で加熱を受
けた水２８すなわち温水が供給される。このような動作
が連続的に繰り返されることにより、水２８が熱を吸収
しながら輸送されることになる。なお、この場合、吸い
込まれる水２８は水槽２の内部から吸引されるがその同
量が熱駆動ポンプ１４の内部を循環し、水槽２の内部に
供給されることになるから、水槽２の内部の水２８は所
定量に維持されている。

【００４７】そして、水槽２の内部で撹拌作用が生じな
い程度にゆっくりと水２８が給排されると、この水２８
の温度に対して各蓄熱槽９の蓄熱媒体１０の融点が低く
設定されているので、水２８から各蓄熱媒体１０に対し
てヒートパイプ５を介した熱輸送が生じる。

【００４８】そして、各蓄熱槽９の蓄熱媒体１０に熱を
奪われることによって廃水１の温度が次第に低下する
が、水槽２の内部では水２８の撹拌流動が実質的には生
じていないので、温度の低下に伴って比重の増大した水
２８が、水槽２の底に向かって次第に下降する。その結
果、水槽２の内部に温度分布が生じる。

【００４９】このようにして生じた温度分布に対応して
各蓄熱槽９の蓄熱媒体１０の融点が水槽２の深度が深く
なるに従って低く設定されているので、深度に応じて３
段階に配置されたヒートパイプ５に対応して３種類の温
度での熱が得られる。

【００５０】したがって、パイプ内部の流体に対して連
続的に加熱と冷却とを繰り返すことにより、流体に流れ
を作る熱駆動ポンプ１４と本発明とを組み合わせること
によって、無動力で輸送された単一熱源から多段階温度
を取り出すことができる。すなわち単一熱源から複数熱
源を得ることができるシステムを構築することができ
る。

【００５１】次に、図３に示す他の実施例について説明
する。図３に示す実施例は、上記実施例の熱源流体の流
動経路中の構成を変更したものである。すなわち、熱源
流体流動経路中に、廃水１が所定量保持できる容器が一
例として３個連なって配置されている。

【００５２】この３個の容器には、図３に示すように、
矩形断面の水槽２９が採用されており、これら水槽２９
は、前記実施例と同様に、防水加工や防錆加工等が施さ
れた金属板などの所定の耐食性材料によって構成されて
いる。

【００５３】そして、各水槽２９の長手方向での一端部
には、この各水槽２９の内部に所定流量の温廃水１が供
給されるように温廃水供給孔３０が形成され、さらに各
水槽２９の他端部には、各水槽２９の内部を流通した廃
水１を排出する排出孔３１が形成されるとともに、それ
らの孔に流通管３２が接続されて、各水槽２９同士が液
密状態に連結されている。

【００５４】すなわち、各水槽２９内において、供給さ
れてきた廃水１が、その一端部から他端部に向けて流動
できるように、供給孔３０および排出孔３１の位置が設
定されている。

【００５５】なお、各水槽２９内の廃水１の容量は所定
温度が維持できる程度に設定されており、常時一定に保
つことが好ましい。そのためには自動的に水槽２９内の
液量を保つ適宜のシステムを採用することが望ましく、
一例として、流通管３２の断面積の大きさを調整した
り、流通管３２にバルブを設けてそのバルブの絞り具合
により排水量を調整したり等が可能である。

【００５６】したがって、前記各水槽２９の内部に所定
量の廃水１が常時維持できるように温廃水１の供給量が
設定されるとともに、適宜のシステムにより、各水槽２
９からの排水量の調整が図られている。すなわち、供給
孔３０から供給される温廃水１の流量に対して、廃水１
が各水槽２９の内部に所定量溜められるように構成され
ている。

【００５７】つまり、供給孔３０から温廃水１が供給さ
れ、各水槽２９の内部の廃水１が所定量を越えた場合の
み、その超過分が次の水槽２９に向けて排出されるよう
構成されている。

【００５８】またこの場合、供給量および排水量に対応
し、かつ廃水１が接触する各水槽２９の壁面および流通
管３２の内部の荒さ、廃水１の粘性、比重なども考慮し
て、各水槽２９内で所定流速および所定流量が得られる
ように流通管３２が形成されている。

【００５９】そして前記各水槽２９の側壁部には、一例
としてヒートパイプ５の蒸発部６となる一端部がその外
壁面を貫通して、それぞれその内部に挿入されており、
具体的には、各水槽２９内を流動する廃水１の流動方向
と、ヒートパイプ５の長手方向とがほぼ一致するように
挿入されている。

【００６０】そして前記各水槽２９の側壁部のヒートパ
イプ５が貫通している部分には、例えばパッキンなどの
シール手段３３がそれぞれ設けられており、これにより
貫通部分での液漏れを防止している。すなわち各ヒート
パイプ５が各水槽２９に対して液密状態にかつ廃水１と
熱授受可能に挿入されている。

【００６１】したがって、各水槽２９内に、それぞれヒ
ートパイプ５の蒸発部６が配置されることによって、各
水槽２９内を流動する廃水１の温度が、流動方向に進行
するに従って低くなるようになっている。すなわち水槽
２９の配列順に伴って、廃水１の流動方向における下流
であるほど、廃水１の温度が低くなり、下流側のヒート
パイプ５の蒸発部６で得られる温度が低くなることにな
り、水槽２９の配列順によってヒートパイプ５に伝達さ
れる熱が異なるようになっている。

【００６２】すなわち各水槽２９内に各ヒートパイプ５
の蒸発部６が挿入された流動経路中を温廃水１が流動す
ることによって、温廃水１の温度が低下し、各水槽２９
で得られる温度変化に対応して複数の所定温度がヒート
パイプ５によって取り出せるようになっている。

【００６３】なお、ヒートパイプ５としては、前記実施
例と同様に、円形断面の単管タイプのものが採用されて
おり、そのコンテナ８の内部に封入する作動流体として
は、後述する各蓄熱槽９に充填されている蓄熱媒体１０
の蓄熱開始温度に近い動作開始温度のものが選定されて
いる。そして具体的には、前記実施例と同様に、熱の逆
流すなわち蓄熱槽９から水槽２９内に向かっての熱輸送
を防止するため、一例として熱ダイオード型のヒートパ
イプすなわち熱サイフォン式ヒートパイプが採用されて
いる。

【００６４】前記ヒートパイプ５の他端部すなわち凝縮
部１１となる端部は、前記各水槽２９から外部に突出
し、かつ前記実施例と同様に、それぞれに対応して設け
られた各蓄熱槽９の内部に挿入されている。なお、各蓄
熱槽９には、前記実施例と同様なものが採用され、３個
の蓄熱槽９が備えられている。

【００６５】したがって、各蓄熱槽９の内部の蓄熱媒体
１０と各ヒートパイプ５の凝縮部１１とが熱授受可能に
構成され、各ヒートパイプ５を介して各水槽２９の内部
の廃水１の熱が各蓄熱槽９の内部の各蓄熱媒体１０に熱
伝達されるようになっている。すなわち各ヒートパイプ
５が得た各水槽２９に対応した温度での熱がそれぞれの
蓄熱槽９において蓄熱されるようになっており、各ヒー
トパイプ５を介して各水槽２９の内部と各蓄熱槽９の内
部とが熱授受可能となっている。

【００６６】そしてこれら蓄熱槽９は各水槽２９の内部
の廃水１から得られる温度に対応して、融点の異なる蓄
熱媒体１０が選定されている。すなわち、廃水１の温度
は、流動経路中に、ヒートパイプ５を備えた各水槽２９
を配置することによって、流動方向下流側に向かって低
くなるので、流動方向における水槽２９の配置順序が下
流側であるほど、そこでのヒートパイプ５によって得ら
れる温度が低くなる。したがって各蓄熱槽９内に充填さ
れる蓄熱媒体１０の融点は、それに連結されるヒートパ
イプ５が得られる温度に合わせて設定されている。

【００６７】なお、この蓄熱媒体１０には、前記実施例
と同様に一例として潜熱蓄熱材が採用されており、所要
の温度での熱を得るためにそれぞれ融点が異なり、熱伝
導率が高くかつ蓄熱性が大きい潜熱蓄熱材がそれぞれ選
定されている。例えば、温廃水１の温度が８０℃である
場合、融点は図３の左側の蓄熱媒体１０から順に６０
℃，５０℃，４０℃に設定されている。

【００６８】また、蓄熱媒体１０の量は熱源流体となる
廃水１から供給される熱によって全部が融解されない程
度の量が使用されている。すなわちこの場合においても
前記実施例と同様に、蓄熱媒体１０の状態変化のみに供
給熱が利用される程度の量が各蓄熱槽９に充填されてい
る。つまり顕熱に利用されない程度の量が、各蓄熱槽９
の内部に充填されているので、各蓄熱槽９の内部が、所
定温度以上に温度上昇されずに、各蓄熱槽９に蓄熱され
所定温度が維持される。

【００６９】なお、各蓄熱槽９に充填する蓄熱媒体１０
の容量は、入熱量に応じて入熱量と出熱量とのバランス
の上で設定されており、それに合せて各蓄熱槽９の大き
さも設定されている。

【００７０】また、各蓄熱槽９の外壁のヒートパイプ５
の貫通部分にも、前記実施例と同様に例えばパッキンな
どのシール手段１２が設けられており、これによりヒー
トパイプ５の貫通部分における各蓄熱槽９の液密性が担
保されている。

【００７１】そして、各蓄熱槽９に蓄えられた所要温度
の熱を外部に伝達させるために熱伝達管路１３が、その
ヒートパイプ５が挿入された側と反対側の端部に設けら
れ、各蓄熱槽９からそれぞれ使用目的に応じた何等かの
手段や装置等に熱伝達されるように構成されている。す
なわち各蓄熱槽９に熱伝達管路１３を設けることによっ
て、各蓄熱槽９内に充填された蓄熱媒体１０から所定温
度で熱を取り出すことができるように、つまり、その各
蓄熱媒体１０が複数段の所要温度の熱源となるように構
成されている。

【００７２】また、各水槽２９の内部の所定温度が維持
できるように、流通管３２から給排出される廃水１の流
量が設定されるとともに、各水槽２９内の熱をヒートパ
イプ５が輸送し、蓄熱槽９側に放熱するよう構成してい
るが、この場合、ヒートパイプ５は基本的には温度差に
よって動作するから、入熱温度と蓄熱媒体１０の状態変
化温度との間で、ある一定の温度差が保てるように入熱
温度との比較の上で各部材やその容量等が設定されてい
る。すなわち、入熱量に応じて入熱量と出熱量とのバラ
ンスの上でこの廃水１の各水槽２９への供給量、流通管
３２の断面積、廃水１の各水槽２９からの排出量、ヒー
トパイプ５等を設定すればよい。

【００７３】次に上記のように構成された熱回収・供給
装置の作用について説明する。まず、流動方向における
最初の水槽（以下、第１水槽）２９に対して温廃水１が
供給孔３０を介して供給される。第１水槽２９に供給さ
れた温廃水１は、その水槽２９内をその供給孔３０の形
成された一端部から排出孔３１が形成された他端部に向
けて流動する。

【００７４】そして廃水１の流動に伴って、第１水槽２
９内に配置したヒートパイプ５の蒸発部６となる一端部
に、その廃水１が保有する熱が伝達される。この場合、
ヒートパイプ５の放熱部１１となる他端部は、第１水槽
２９内に供給される廃水１の温度（例えば、８０℃）に
対応した融点（例えば、６０℃）の蓄熱媒体１０内に挿
入されているため、第１水槽２９内とそれに対応する蓄
熱槽９内との温度差は所定の温度差に保たれ、蒸発部６
で得た熱が放熱部１１を介して蓄熱槽９内に伝達され
る。

【００７５】なお、この場合、廃水１は、その流動に伴
ってヒートパイプ５によって徐々に熱を奪われることに
なるから、排出孔３１の形成された他端部に到達するま
での間に徐々に温度が低下することになる。

【００７６】そしてヒートパイプ５によって前記蓄熱槽
９へ伝達された廃水１の熱は、その蓄熱槽９の内部に放
出される。そしてその温度が蓄熱槽９の内部の蓄熱媒体
１０の融点に到達すると、蓄熱媒体１０が次第に融解
し、そのときの融解熱が蓄熱される。

【００７７】そして第１水槽２９を流通した廃水１は、
その排出孔３１から排出され、排出された廃水１は、流
通管３２を経由して、次の水槽（以下、第２水槽）２９
内に供給される。

【００７８】なお、この場合、第１水槽２９内で撹拌作
用等が生じていたとしても流通管３２を経由した後、第
２水槽２９に廃水１が供給されることになるので、第１
水槽内での流動変動が第２水槽２９内に伝達されること
はなく、第２水槽２９内の温度が第１水槽２９内の撹拌
等によって変動することはない。

【００７９】また、第２水槽２９に、その供給孔３０を
介して供給される廃水１は、前記第１水槽２９内を流通
した後、すなわち前述したように第１水槽２９内のヒー
トパイプ５によって所定量の熱を奪われた後、供給され
るため、幾分温度が低下して、所定の温度（第１水槽２
９に対応する蓄熱媒体１０の融点に近い温度）となって
いる。すなわち第１水槽２９へ流入する前に保有してい
た温度よりも温度の低い廃水１が供給される。

【００８０】そして廃水１の流動に伴って、第２水槽２
９内に配置したヒートパイプ５の蒸発部６となる一端部
に、その廃水１が保有する熱が伝達される。この場合、
ヒートパイプ５の放熱部１１となる他端部は、その第２
水槽２９で得られる温度に対応して、第１水槽２９に対
応する蓄熱槽９よりも融点の低く設定された蓄熱媒体１
０（例えば、融点５０℃）に挿入されているため、第２
水槽２９で得られる温度とそれに対応する蓄熱槽９との
温度差が、所定の温度差に保たれ、蒸発部６で得た熱が
放熱部１１を介して蓄熱槽９内に伝達される。

【００８１】なお、この場合も、第１水槽２９と同様に
第２水槽２９の一端部から他端部へ向けて廃水１が流動
し、その際に、ヒートパイプ５に廃水１の熱が奪われ
る。

【００８２】そして、そのヒートパイプ５が連結された
蓄熱槽９内の蓄熱媒体１０へ伝達された廃水１の熱は、
その蓄熱槽９の内部に放出されて、その温度が蓄熱槽９
の内部の蓄熱媒体１０の融点に到達すると、蓄熱媒体１
０が次第に融解し、そのときの融解熱が蓄熱される。

【００８３】そして、第２水槽２９で熱伝達された分、
さらに温度低下した廃水１は排出孔３１を介して排出さ
れて、流通管３２を経由して、最後の水槽（以下、第３
水槽）２９内に供給される。

【００８４】なお、この場合においても、第２水槽２９
内で撹拌作用等が生じていたとしても流通管３２を経由
して廃水１が供給されるので、第３水槽２９内の温度が
第２水槽２９内の撹拌等による影響を受けることはな
い。

【００８５】また、第３水槽２９に、その供給孔３０を
介して供給される廃水１は、前記第２水槽２９内のヒー
トパイプ５によって所定量の熱を奪われた後、供給され
るため、さらに温度が低下して、所定の温度（第２水槽
２９に対応する蓄熱媒体１０の融点に近い温度）となっ
ている。すなわち第２水槽２９へ流入する前に保有して
いた温度よりも温度の低い廃水１が供給される。

【００８６】そして廃水１の流動に伴って、第３水槽２
９内に配置したヒートパイプ５の蒸発部６となる一端部
に、その廃水１が保有する熱が伝達される。この場合、
ヒートパイプ５の放熱部１１となる他端部は、その第３
水槽２９で得られる温度に対応して、第１および第２水
槽２９に対応する蓄熱槽９よりも融点が低く設定された
蓄熱媒体１０（例えば、融点４０℃）内に挿入されてい
るため、第３水槽２９で得られる温度とそれに対応する
蓄熱槽９との温度差が、所定の温度差に保たれ、蒸発部
６で得た熱が放熱部１１を介して蓄熱槽９内に伝達され
る。

【００８７】なお、この場合も、第３水槽２９の一端部
から他端部へ向けて廃水１が流動し、その際に、ヒート
パイプ５に熱が奪われ、そのヒートパイプ５が連結され
た蓄熱槽９内の蓄熱媒体１０へ伝達された廃水１の熱
は、その蓄熱槽９の内部に放出されて、その温度が蓄熱
槽９の内部の蓄熱媒体１０の融点に到達すると、蓄熱媒
体１０が次第に融解し、そのときの融解熱が蓄熱され
る。

【００８８】すなわち廃水１は、順に各水槽２９を経由
するにつれて、各水槽２９に挿入されたヒートパイプ５
によって、その保有熱が奪われて各蓄熱槽９内に輸送さ
れ、各蓄熱媒体１０の融解温度すなわち融点（例えば、
６０℃，５０℃，４０℃）に到達した際に、各蓄熱媒体
１０が次第に融解し、その時の融解熱が蓄熱される。

【００８９】したがって、それぞれの水槽２９で得られ
る温度に対応した融点に各蓄熱槽９内の蓄熱媒体１０が
設定されているから、熱源流体流動経路中に流動方向に
順に配置した各水槽２９内の廃水１の上流から下流にか
けての３種類の温度での熱が蓄熱されて、各蓄熱槽９が
それぞれ各水槽２９に対応した別々の所要温度（例え
ば、６０℃，５０℃，４０℃）での熱を得る。

【００９０】つまり、廃水１の流動方向に順に配置した
これら水槽２９内を流動する廃水１は、流動方向下流に
なるに従って低くなるから、それに対応して、各蓄熱槽
９の蓄熱媒体１０の融点が設定され、流動方向への水槽
２９の配置順に配置された各ヒートパイプ５に対応して
上・中・下流での３種類の温度での熱が得られる。

【００９１】なお、廃水１の流動方向に沿って、上・中
・下流に配置された各水槽２９内を廃水１が流動するに
伴って、その保有熱がヒートパイプ５によって奪われ、
各蓄熱槽９内に熱輸送されることによって、廃水１の温
度が次第に低下するが、各水槽２９の内部では廃水１が
順次供給されるとともに、排出されるから、各水槽２９
内の温度は一定に保たれている。また、各蓄熱槽９で
は、各ヒートパイプ５の配置位置で得られる所要温度で
の熱に対応した融点の蓄熱媒体１０がそれぞれ選択され
ているから、各ヒートパイプ５を介して伝達されてくる
熱と、各蓄熱槽９内の蓄熱媒体１０の融点との温度差は
均一に保たれている。

【００９２】また、各蓄熱槽９内では蓄熱媒体１０の溶
解している間は、その融点に維持され、従前と同様な温
度差で各水槽２９の内部を冷却するとともに、各水槽２
９の内部の温水の保有する温度が蓄熱される。なおこの
場合、供給熱に対して全体が溶解されない程度に蓄熱媒
体１０の量が蓄熱槽９内に充填されているから、供給さ
れた熱が顕熱として消費されることはない。

【００９３】したがって、３個の水槽２９をその廃水１
の流動方向での上・中・下流の三箇所に配置し、かつ各
水槽２９内にヒートパイプ５の一端部を配置し、その流
動経路内に廃水１を流動させることによって、一定温度
（例えば、８０℃）の単一の廃水１から使用目的に応じ
た３種類の温度（例えば、６０℃，５０℃，４０℃）が
ヒートパイプ５によって有効に取り出され、各蓄熱槽９
に溜められる。その結果、各蓄熱槽９が熱源となるの
で、単一の熱源から３つの熱源が得られる。

【００９４】なお、この実施例の場合においても、これ
ら水槽２９の内部に温廃水１の供給が停止された後に、
各水槽２９の内部の温度が各蓄熱槽９の内部の各蓄熱媒
体１０の温度より低下したとしても、各ヒートパイプ５
には熱ダイオード型の熱サイフォン式ヒートパイプが採
用されているから、このヒートパイプ５によって蓄熱槽
９内の所要温度の熱が各水槽２９の内部に逆輸送される
ことはない。

【００９５】また、この実施例の熱回収・供給装置にお
いても前記実施例と同様に、熱駆動ポンプ１４と組み合
わせることができ、単一の熱源から複数の熱源を取り出
すことができるシステムを構築することができ、図２と
同様な効果が得られる（図４参照）。

【００９６】以上の説明から明らかなように、この実施
例の熱回収・供給装置によれば、熱源流体となる廃水１
の流動経路中に、複数の水槽２９を配置し、かつその内
部にそれぞれヒートパイプ５を配置して廃水１を水槽２
９に対して給排出することによって、単一熱源を複数段
階に温度分配し多段階の所要温度を取り出すことができ
るから、複数の利用目的に応じた所要温度での熱を得る
ことができる。すなわち単一熱源を複数の熱源に変換す
ることができ、複数の利用目的に合った所要温度の熱を
供給することができる。

【００９７】また、流動方向上流から順に、各水槽２９
に廃水１が供給されるが、その場合、各水槽２９への廃
水１の供給は、各水槽２９を連結している流通管３２を
介して行われるので、各水槽２９内で廃水１に撹拌作用
が生じたとしても、流動経路に対する流動方向への温度
変動には影響せず、撹拌作用が生じないように廃水１の
流速を設定しなくとも良い。すなわち、各水槽２９内で
撹拌作用が生じたとしても、各水槽２９内で各ヒートパ
イプ５によって得られる温度が、その撹拌作用によって
変化することはない。したがって、供給する廃水１の流
速等を考慮した細かな設計をしなくとも良く、前記実施
例に比べ、熱回収・供給装置を比較的容易に設計するこ
とができる。

【００９８】なお、上記各実施例においてヒートパイプ
５および蓄熱槽９をそれぞれ３つ設けたが、これに限定
されず、使用目的に応じて複数設けてあれば良い。

【００９９】また、上記各実施例において熱源となる流
体に廃水１あるいは水２８が採用されているが、これら
に限定されず、利用目的に準じた温度の熱を保有する熱
源流体であれば良く、任意に熱源流体を選択できる。ま
たそれに合わせて、容器、蓄熱槽、蓄熱媒体、ヒートパ
イプ等の所要の部材を選定すれば良い。

【０１００】さらに、上記各実施例においてヒートパイ
プ５には、熱の逆流すなわち蓄熱槽９から水槽２，２９
内に向かっての熱輸送を防止するため、熱ダイオード型
の熱サイフォン式ヒートパイプを採用したが、この温度
供給装置の使用目的、使用状況に応じて、熱輸送を行っ
ているヒートパイプに何等かの手段を施すことによって
所定温以上に熱を受けないように熱流を遮断するよう構
成された可変コンダクタンスヒートパイプ（ＶＣＨＰ）
や熱スイッチ型のヒートパイプを採用することもでき
る。また、適宜手段によってフィンを取り付けたり、コ
ンテナ８としてコルケード管等を採用することもでき、
またそれらによって供給熱の調整を図っても良い。

【０１０１】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、この発
明の熱回収・供給装置によれば、単一の熱源流体が流動
する経路内に、その流動方向に沿って複数のヒートパイ
プの一端部が配列されることによって、単一の熱源流体
の温度を複数段階の温度に変換することができるととも
に、その多段階の所要温度での熱を取り出すことができ
る。

【０１０２】また各ヒートパイプの他端部が、各ヒート
パイプごとに設けた潜熱蓄熱材に熱授受可能に連結さ
れ、かつそれらの潜熱蓄熱材の融点が、前記熱源流体の
流動方向で上流側に一端部を配置したヒートパイプに対
応する潜熱蓄熱材ほど高く設定されているから、各ヒー
トパイプの一端部から取り出した多段階の所要温度での
熱を各潜熱蓄熱材に蓄熱すなわち回収することができ
る。

【０１０３】つまり、この発明の熱回収・供給装置によ
れば、単一の熱源を複数の温度の熱源に変換することが
でき、利用目的に合った複数の温度の熱源を得ることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例を示す概略図である。

【図２】この発明の実施例における温度供給装置と熱駆
動ポンプとを組み合わせた場合の一例を示す概略図であ
る。

【図３】この発明の他の実施例を示す概略図である。

【図４】この発明の他の実施例における温度供給装置と
熱駆動ポンプとを組み合わせた場合の一例を示す概略図
である。

【符号の説明】

１…廃水、 ２，２９…水槽、 ３…供給管、 ４…排
水管、 ５…ヒートパイプ、 ６…蒸発部、 ７，１
２，３３…シール手段、 ８…コンテナ、 ９…蓄熱
槽、 １０…蓄熱媒体、 １１…凝縮部、 １３…熱伝
達管路、 １４…熱駆動ポンプ、 ３０…供給孔、 ３
１…排出孔、 ３２…流通管。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 望月 正孝 東京都江東区木場１丁目５番１号 株式 会社フジクラ内 (72)発明者 益子 耕一 東京都江東区木場１丁目５番１号 株式 会社フジクラ内 (72)発明者 後藤 和彦 東京都江東区木場１丁目５番１号 株式 会社フジクラ内 (72)発明者 斎藤 祐士 東京都江東区木場１丁目５番１号 株式 会社フジクラ内 審査官 千壽 哲郎 (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F28D 15/02 F28D 20/02

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 単一の熱源流体が流動する経路内に、複
   数のヒートパイプの一端部が前記熱源流体の流動方向に
   沿って配列されるとともに、それらのヒートパイプの他
   端部が、各ヒートパイプごとに設けた潜熱蓄熱材に熱授
   受可能に連結され、かつそれらの潜熱蓄熱材の融点が、
   前記熱源流体の流動方向で上流側に一端部を配置したヒ
   ートパイプに対応する潜熱蓄熱材ほど高く設定されてい
   ることを特徴とする熱回収・供給装置。