JP4469208B2 - 熱貯蔵ユニット - Google Patents

Description

本発明は、発生した熱を蓄え、離れた場所に熱を輸送することができる熱貯蔵ユニットに関するものである。

工場、例えば、製鉄所、ゴミ処理場等において発生する熱は工場付近の様々な施設に利用されている。また、工場で発生した熱を一時的に蓄熱体等に蓄え、その蓄熱体を輸送することで、工場から離れた場所においても熱を利用することができる。熱を貯蔵する装置としては、熱供給された油等の媒体と金属水和物とを直接接触することにより熱交換をし、金属水和物に熱を蓄えていく装置などがある。

例えば特許文献１の貯蔵容器には、酢酸ナトリウム等の蓄熱体と蓄熱体よりも比重が小さい油とが収容されている。油の比重の方が小さく、油と蓄熱体とは混合しないため、上下に分離して収容される。そして、油内と蓄熱体内とにパイプが配設され、夫々熱交換器に接続されている。一方のパイプから油を熱交換機に取込み、熱供給し、その熱供給された油をもう一方のパイプから蓄熱体内に排出している。排出された油は比重が小さいため、上部の油まで上昇する。上昇する間に、蓄熱体と油との直接接触により、熱交換される。以上の動作を繰り返すことで、蓄熱体に蓄熱されるようになっている。そして、特許文献１のパイプは、パイプ内や熱交換器内に不純物が混入するのを防ぐために二重管構造となっている。

国際公開番号 ＷＯ ０３／０１９０９９（図１）

熱を蓄える酢酸ナトリウム等の蓄熱体は、融解潜熱を利用するものであり、熱を加えていくことで、蓄熱体が固体から液体へと状態変化を起こし、蓄熱されるようになっている。このため、特許文献１において、熱の供給開始時は、蓄熱体は固体であるため、熱供給された油を蓄熱体内に配置されたパイプから排出しようとしても、排出孔が固体の蓄熱体に塞がれてしまい、蓄熱体が熱を加えられて液体にとなるまで、油を排出できなくなり、蓄熱体に熱供給することができない。これにより、蓄熱に多大な時間を費やしてしまう。

そこで、本発明の目的は、短時間で効率よく蓄熱することができる熱貯蔵ユニットを提供することである。

課題を解決するための手段及び効果

本発明は、固体と液体との状態変化により蓄熱する蓄熱体と、蓄熱体に直接接触することにより熱交換し、蓄熱体よりも比重が小さく、蓄熱体と混合しない熱交換媒体とを収容する貯蔵容器と、少なくとも貯蔵容器に収容された蓄熱体内を通り、熱交換媒体を貯蔵容器内に供給する供給管と、貯蔵容器に収容された熱交換媒体を貯蔵容器の外部に排出する排出管とを備えており、供給管は、貯蔵容器に収容された熱交換媒体と蓄熱体との境界面を横切り、供給された熱交換媒体を排出する排出孔を複数有し、排出孔は、少なくとも１つが前記熱交換媒体内に位置する。

この構成によれば、熱交換媒体側に排出孔が設けられていることで、蓄熱体の状態に関わらず、熱交換媒体を供給管から排出することができる。蓄熱体は、平時は固体であり、蓄熱していくことで液体へと変化する。このため、蓄熱開始時は、蓄熱体内に配置した供給管に排出孔を設けていても排出孔は固体の蓄熱体により塞がれている。そこで、熱交換媒体側に排出孔を設けることで供給された熱交換媒体を排出することができ、蓄熱体に熱を伝導させることができる。そして、蓄熱体が固体から液体へと変化すると、蓄熱体側に設けられた排出孔からも熱交換媒体を排出させることがでる。これにより、短時間で蓄熱体と熱交換媒体とを接触させることができるため、蓄熱時間を短縮することができる。また、熱交換媒体に排出孔が設けられていない場合、蓄熱体側に設けた排出孔が塞がれることにより、供給管を通る熱交換媒体が排出されず蓄熱できないおそれがあるが、そのおそれをなくすことができる。

本発明の供給管が、境界面に対して垂直に横切っていることが好ましい。これによると、供給管が垂直に境界面を横切ることで、供給管に沿って熱交換媒体を排出することができ、供給管近傍の蓄熱体から蓄熱することができる。これにより、熱交換媒体による蓄熱体への熱交換を効率よく行うことができる。

この場合、供給管が、排出孔を有する部分の外周に同軸状に配設され、排出孔から排出された熱交換媒体を鉛直方向に上昇させる循環管を有していることが好ましい。この構成によると、供給された熱交換媒体を循環管に沿って鉛直方向に排出させることで、循環管の周囲には、温度変化に伴う循環流が発生するようになる。これにより、効率よく熱を蓄熱体に伝導させることができ、蓄熱時間を短縮させることができる。

別の観点において、本発明は、固体と液体との状態変化により蓄熱する蓄熱体と、蓄熱体に直接接触することにより熱交換し、蓄熱体よりも比重が小さく、蓄熱体と混合しない熱交換媒体とを収容する貯蔵容器と、少なくとも貯蔵容器に収容された蓄熱体内を通り、熱交換媒体を貯蔵容器内に供給する供給管と、貯蔵容器に収容された熱交換媒体を貯蔵容器の外部に排出する排出管とを備えており、供給管は、供給された熱交換媒体を蓄熱体内に排出する排出孔を有する第１の供給管と、貯蔵容器に収容された熱交換媒体と蓄熱体との境界面を横切り、熱交換媒体内に出口を有する第２の供給管とを備えている。

この構成によると、第１及び第２の流通管を用いることで、蓄熱時間を短縮させることができる。蓄熱体は、固体から液体に状態変化することで、蓄熱することができる。このため、蓄熱開始時において、蓄熱体は固体となっているので、第１の供給管に設けられた排出孔が蓄熱体により塞がれ、供給された熱交換媒体を排出することができない。一方、第２の供給管は、熱交換媒体内に出口を有しているため、常に供給された熱交換媒体を排出することができる。このため、第２の供給管を流通する熱交換媒体の間接接触により蓄熱体に熱伝導し、蓄熱体を固体から液体にすることができる。そして、蓄熱体が液体になることで、第１の供給管の排出孔から熱交換媒体を排出することができる。このように２つの供給管を切替えて蓄熱体に蓄熱することで、蓄熱時間を短縮することができる。

本発明は、蓄熱体内において、第２の供給管が、第１の供給管の排出孔を含む少なくとも一部を囲繞し、排出孔を熱交換媒体に導く連通部を有していることが好ましい。これによると、第２の供給管が第１の供給管に囲繞されることで、第２の供給管を流通する熱交換媒体によって、第２の供給管の周囲及び第１の供給管の熱交換媒体排出孔の周囲を加熱することが可能となる。これらの部分を早期に加熱し、固体の蓄熱体を融解させることによって、早期に第１の供給管から熱交換媒体の排出をし、蓄熱体に熱交換媒体を直接接触させることにより、蓄熱時間を短縮することができる。

本発明は、蓄熱体の状態に応じて、第１及び第２の供給管に対して熱交換媒体の供給と遮断とを切替える切替弁がそれぞれに設けられていることが好ましい。この構成によると、蓄熱体の状態に応じて、供給管を切替えるタイミングをかえることができ、より効果的に蓄熱することができる。例えば、蓄熱開始時には、第１の供給管と第２の供給管との両方に熱交換媒体を供給し、その後、第１の供給管のみに供給するなどの切替えができ、効率よく蓄熱することができる。

本発明は、供給管又は第１の供給管の少なくとも一部が水平方向に延在する場合において、水平方向に延在する部分に、鉛直下方向に開口するように排出孔が設けられていてもよい。これによると、熱交換媒体の比重が蓄熱体よりも小さいため、排出孔が下方に向くことで、蓄熱体が排出孔から供給管内部に浸入するおそれがなくなる。

本発明は、蓄熱体内において、供給管又は第１の供給管が、末広がり形状で、かつ、底面に前記排出孔が設けられた拡形部を有していることが好ましい。この構成によると、熱交換媒体の比重が蓄熱体よりも小さいため、排出孔が下方に向くことで、蓄熱体が排出孔から供給管内部に浸入するおそれがなくなる。さらに、末広がり形状にすることで、より多くの熱交換媒体を排出することができ、蓄熱時間を短縮することができる。

また、別の観点において、本発明は、固体と液体との状態変化により蓄熱する蓄熱体と、蓄熱体に直接接触することにより熱交換し、蓄熱体よりも比重が小さく、蓄熱体と混合しない熱交換媒体とを収容する貯蔵容器と、少なくとも貯蔵容器に収容された蓄熱体内を通り、熱交換媒体を貯蔵容器内に供給する供給管と、貯蔵容器に収容された熱交換媒体を貯蔵容器の外部に排出する排出管とを備えており、供給管は、供給された熱交換媒体を、収容された蓄熱体内に排出する出口を有する第１の供給管と、第１の供給管の少なくとも一部を内部に有し、供給された熱交換媒体を蓄熱体内に排出する排出孔を有する第２の供給管とを備えている。

この構成によると、蓄熱体の状態に関わらず、熱交換媒体は、第１の供給管を常に流通することができるため、第２の供給管内の熱交換媒体に熱を伝導することができ、高温を維持することができる。これにより、排出孔から高温の熱交換媒体を排出できるため、十分に蓄熱することができる。

本発明は、蓄熱体内で供給管が並設されている場合において、供給管間にある蓄熱体に、供給管の熱を伝導するための熱伝導部材を備えていることが好ましい。これによると、より短時間で蓄熱体に熱を供給することができ、蓄熱時間を短縮することができる。

本発明の供給管の少なくとも一部が、貯蔵容器の底面に設けられていることが好ましい。この構成によると、排出される熱交換媒体は、蓄熱体よりも比重が軽いため上昇していくが、供給管を底部に設けることで、排出された熱交換媒体と蓄熱体との接触時間をより長くすることができる。また、本発明において、第２の供給管が、貯蔵容器の底面を覆うように底面に設けられていることが好ましい。これによると、第２の供給管と蓄熱体との接触面が大きく、蓄熱体の底部から蓄熱できるため、蓄熱時間を短縮することができる。

本発明の供給管の接続口が、排出管の接続口よりも上方に位置していることが好ましい。この構成によると、供給管の接続口を排出管の接続口よりも高く位置させることで、蓄熱体又は熱交換媒体が逆流した場合、先に排出管から熱交換媒体を逆流させることができ、蓄熱されている蓄熱体が逆流するという危険を回避することができる。

本発明は、蓄熱体と熱交換媒体との境界面に沿って、境界面と垂直に平行配置され、境界面における攪拌を防止する消波プレートを有していることが好ましい。この構成によると、蓄熱状態での輸送中に伴う震動による境界面における攪拌を防止することができる。

本発明の排出管が、蓄熱体と熱交換媒体とを分離する分離機構を備えていることが好ましい。この構成によると、貯蔵容器の外部に排出する熱交換媒体に、蓄熱体が混じっている場合、取除くことができる。この場合、分離機構が、取り込んだ熱交換媒体と蓄熱体とを一方向に水平流通させる分離体と、沈殿する蓄熱体を分離体から排出する排出穴とを有しており、分離体は、沈殿した蓄熱体を排出穴に導く形状を有していることが好ましい。これにより、簡単な構造で蓄熱体と熱交換媒体とを分離することができる。

また、本発明の蓄熱体が、エリスリトールであってもよい。これによると、短時間で効率よく蓄熱することができる。

以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。

（第１の実施形態）
本発明の第１の実施の形態に係る熱貯蔵ユニット１は、可搬式の熱貯蔵ユニットに好適に使用される。例えば、図１に示すように、熱を発生する工場６０とその熱を利用する施設７０とが互いにはなれている場合に、熱を輸送する熱輸送システム等に適用される。熱貯蔵ユニット１は、熱貯蔵ユニット１に対し蓄熱・放熱をする熱交換器５ａ・５ｂの接続口５１・５２に対して着脱可能となっており、トラック等の輸送機５０により、工場６０と施設７０との間を輸送されるようになっている。工場６０は、ごみ焼却場や発電所や製鉄所等であり、そこで発生する熱が熱交換器５ａを介して熱貯蔵ユニット１に蓄えられる。また、施設７０は、温水プールや病院等の施設であり、熱貯蔵ユニット１に蓄えられた熱が熱交換器５ｂを介して施設７０内の温調設備等に適用される。以下の説明において、工場６０側における熱交換について説明する。

熱貯蔵ユニット１は、油２（熱交換媒体）と酢酸ナトリウム三水和塩３（蓄熱体）（以下、酢酸ナトリウム３と称する）とが収容された熱貯蔵容器１ａ（貯蔵容器）と、供給管４と、排出管６とを備えている。油２と酢酸ナトリウム３とは互いに混合せず、油２が酢酸ナトリウム３よりも比重が小さいため、熱貯蔵容器１ａ内では、上層に油２、下層に酢酸ナトリウム３と互いに分離して収容されるようになっている。また、油２と酢酸ナトリウム３とが互いに混合しないため、油２と酢酸ナトリウム３との間には夫々を分離するための部材等は介在しておらず、油２と酢酸ナトリウム３とは直接接触している。

油２は、酢酸ナトリウム３との直接接触により、酢酸ナトリウム３との間で熱交換する。油２は、後述する排出管６から熱交換器５ａに取込まれ、熱交換器５ａ内で熱供給されると（以下の説明で、熱交換器５ａで熱供給された油２を油２ａと称す）、供給管４を介して酢酸ナトリウム３内に排出される。排出された油２ａは、比重が酢酸ナトリウム３よりも小さいため、上層の油２まで上昇し、油２に取込まれる。この上昇中に、酢酸ナトリウム３との直接接触により、油２ａに供給された熱が酢酸ナトリウム３に伝導されるようになっている。

酢酸ナトリウム３は、上述した油２ａから伝導された熱を蓄える。酢酸ナトリウム３の融点は約５８度であり、平時（室温状態）では固体となっている。そして、油２ａから直接接触により熱が伝導されることにより、固体から液体に状態変化し、液体状態のときに蓄熱されるようになっている。

供給管４は、収容された油２が位置する熱貯蔵容器１ａの上層部分に貫設されており、さらに、接続口４１が熱交換器５ａの接続口５１に着脱可能に接続されている。熱貯蔵容器１ａに貫設された供給管４は、油２と酢酸ナトリウム３との境界面を垂直に横切って酢酸ナトリウム３内に進入し、さらに、Ｌ字型に折れ曲がり水平に延びている。供給管４は内部空間を有しており、熱交換器５ａに熱供給された油２ａが内部空間を流通するようになっている。

また、供給管４は、内部を流通する油２ａを排出する排出孔４ａ・４ｂをその軸方向に沿って複数有している。排出孔４ａは、油２と酢酸ナトリウム３との境界面を境に、境界面よりも上方、つまり油２側にある供給管４に複数設けられている。また、排出孔４ｂは、境界面よりも下方、つまり酢酸ナトリウム３側ある供給管４に１個以上設けられている。尚、供給管４のＬ字型に折れ曲がり水平に延在している部分に設けられた排出孔４ｂは、鉛直下方向に開口するように設けられている。これにより、酢酸ナトリウム３は油２ａよりも比重が大きいため、排出孔４ｂから排出される油２ａを押しのけて、酢酸ナトリウム３が供給管４内に浸入することがなく、供給管４の内部で酢酸ナトリウム３が固まって詰まるなどを防止することができるようになっている。

排出管６は、収容された油２が位置する熱貯蔵容器１ａの上層部分に貫設されている。そして、排出管６の接続口６１が、熱交換器５ａの接続口５２に着脱可能に接続されており、熱貯蔵容器１ａ内の油２を熱交換器５ａに取込むようになっている。このとき、排出管６の接続口６１が供給管４の接続口４１よりも下方となる、つまり、排出管６が供給管４の下方となるように熱貯蔵容器１ａに配設されている。間違えた手順で供給管４及び排出管６を熱交換器５ａから取外した場合、外部と熱貯蔵容器１ａ内部との圧力の相異により、油２又は酢酸ナトリウム３が逆流する場合がある。このため、排出管６を供給管４よりも下方に配置することで、排出管６から先に熱を帯びていない油２が逆流するようにしている。これにより、外部との圧力差がなくなり、蓄熱されている酢酸ナトリウム３が供給管４から逆流する危険を抑えることができる。

熱交換器５ａは、工場６０で発生した熱を熱貯蔵容器１ａに蓄熱する。上述したように、熱交換器５ａには着脱可能に供給管４及び排出管６が接続されている。そして、熱交換器５ａ内で供給管４と排出管６とが連通している。さらに、熱交換器５ａには、工場６０で発生した熱を蒸気として取込む図示しないパイプと、熱を取除いた蒸気を排出する同じく図示しないパイプがそれぞれ接続されており、これらのパイプは熱交換器５ａ内で、供給管４と排出管６との連通部分を囲繞するように配置されたパイプを介して連通している。また、熱交換器５ａの接続口５１には、図示しないポンプが配設されており、熱交換器５ａを油２取り込み、取込んだ油２を熱貯蔵容器１ａに送り込んでいる。

熱交換器５ａは、排出管６を介して熱貯蔵容器１ａ内の油２をポンプにより取込み、一方で、パイプを介して工場６０で発生した蒸気を取込む。取込まれた蒸気は、供給管４と排出管６との連通部分においてパイプ同士の間接接触により、取込んだ油２に熱を伝導する。その後、熱供給された油２ａを、供給管４を介して熱貯蔵容器１ａ内に供給する。また、熱が取除かれた蒸気は、パイプを介して排気される。熱交換器５ａが以上の動作を繰り返すことにより、工場６０で発生した熱を熱貯蔵ユニット１の酢酸ナトリウム３に蓄えることができるようになっている。

次に、熱貯蔵ユニット１への蓄熱方法について説明する。

工場６０で発生した蒸気が熱交換器５ａに取込まれる。一方で、熱貯蔵容器１ａ内の油２が排出管６を介して熱交換器５ａに取込まれる。そして、熱交換器５ａ内において、蒸気の熱が取込まれた油２に伝導される。熱供給された油２ａが供給管４を介して熱貯蔵容器１ａに戻される。

油２ａは、供給管４内を流通し、排出孔４ａ・４ｂから排出される。蓄熱開始時の酢酸ナトリウム３は固体であり、排出孔４ｂは酢酸ナトリウム３側に設けられているため、排出孔４ｂが固体の酢酸ナトリウム３により塞がれる状態となっている。このため、蓄熱開始時において、排出孔４ｂからは油２ａが排出されない。

一方、排出孔４ａは、油２側に設けられているため、排出孔４ａが塞がれることなく油２ａを排出することができる。そして、排出孔４ａから排出された油２ａは、油２と酢酸ナトリウム３との境界面付近で、酢酸ナトリウム３に熱を伝導する。これにより、酢酸ナトリウム３は、上部から徐々に固体から液体へと状態変化していき、排出孔４ｂからも油２ａが排出されるようになる。排出された油２ａとの直接接触により、酢酸ナトリウム３に熱が蓄えられる。また、供給管４を流通する油２ａは、供給管４を介して間接接触により、酢酸ナトリウム３に熱を伝導する。これにより、より早く酢酸ナトリウム３を固体から液体へと変化させることができ、蓄熱時間を短縮することができる。

酢酸ナトリウム３が液体状態となり、酢酸ナトリウム３内に油２ａが排出されると、油２ａの比重は酢酸ナトリウム３よりも小さいため、上層の油２まで上昇し取込まれる。油２ａは、上昇しながら酢酸ナトリウム３に熱を伝導している。以上の動作を繰り返すことにより、酢酸ナトリウム３に蓄熱することができる。

なお、これまでは、工場６０側における熱交換について説明してきたが、施設７０側における熱交換についても同様である。即ち、酢酸ナトリウム３は、蓄熱された状態では液体となっており、この液体から、蓄えられた熱を取出すことが可能となる。熱貯蔵ユニット１の供給管４と排出管６とは、熱貯蔵ユニット１に蓄えられた熱を取出す熱交換器５ｂに着脱可能に接続され、さらに、熱交換器５ｂには、気体又は液体を取込むパイプと、加熱された気体又は液体に供給し、施設７０の温調設備に供給するパイプとが接続されている。

熱交換器５ｂは、供給管４を介して蓄熱されている酢酸ナトリウム３内に油２を排出する。排出された油２は、上昇しながら直接接触により酢酸ナトリウム３から熱が伝導される。これにより、上層の油２に熱が供給され、排出管６から熱交換器５ｂに取込まれる。一方で、熱交換器５ｂには気体又は水などの液体が取込まれる。そして、熱を帯びた油２から気体又は液体に熱伝導される。熱伝導された気体又は液体は、パイプを通り施設７０内の温調設備に供給される。以上の動作と繰り返すことにより酢酸ナトリウム３に蓄えられた熱を取出すことができる。

次に、第１の実施の形態に係る熱貯蔵ユニット１を用いた熱輸送システムについて説明する。工場６０でゴミ焼却などにより発生した熱を、上述した動作を繰り返すことにより、熱貯蔵ユニット１に蓄える。熱貯蔵ユニット１は着脱可能に熱交換器５ａに接続されているため、蓄熱完了後、取り外されて、トラック等の輸送機５０により、蓄熱した熱を必要とする施設７０まで輸送する。輸送された熱貯蔵ユニット１を、熱交換器５ｂに接続し熱貯蔵ユニット１に蓄えられた熱を取出して、施設７０の温調設備等に用いる。

以上説明したように、本実施の形態において、供給管４の油２側に排出孔４ａが設けられていることで、蓄熱開始時において酢酸ナトリウム３が固体であっても、油２ａを排出孔４ａから排出することで、固体の酢酸ナトリウム３をより短い時間で液体に変えることができる。これにより、酢酸ナトリウム３に対する蓄熱時間を短縮することができる。

また、供給管４を油２と酢酸ナトリウム３との境界面を垂直に横切ることにより、排出孔４ａから排出される油２ａにより、供給管４のより近傍の酢酸ナトリウム３を固体から液体状態にすることができ、より早く排出孔４ｂから油２ａを排出することができる。従って、蓄熱時間をより短縮することができる。

尚、本実施の形態の変形例として、図３に示すように、循環管４ｃを設けるようにしてもよい。循環管４ｃは、油２と酢酸ナトリウム３との境界面を垂直に横切る供給管４の外周を取り囲むように設けられており、酢酸ナトリウム３が液体に状態変化した後、排出孔４ｂから排出される油２ａを鉛直方向に上昇させるガイドの役割を果たしている。排出孔４ｂにより排出される熱供給された油２ａが循環管４ｃに沿って上昇することで、温度の低い液体の酢酸ナトリウム３が循環管４ｃの下部に移動し、図中矢印のように、循環管４ｃの周囲には循環流が発生するようになる。これにより、熱を循環させることができ、熱を酢酸ナトリウム３内に効率よく蓄えることにより、蓄熱時間を短縮するという効果を奏する。

また、本実施の形態の別の変形例として、図４に示すように、複数のプレート１１（消波プレート）を油２と酢酸ナトリウム３との境界面を垂直に横切るように設けるようにしてもよい。プレート１１を設けることにより、熱貯蔵ユニット１の輸送時に、油２と酢酸ナトリウム３とが振動することにより波が発生し、境界面における攪拌を防止することができるようになっている。攪拌を防止することで、酢酸ナトリウム３に蓄えられた熱を維持しておくことができる。

さらに、別の変形例として、排出管６の途中に分離装置１２を設けるようにしてもよい。分離装置１２は、取込んだ油２中に酢酸ナトリウム３が混合していた場合に、油２と酢酸ナトリウム３とを分離する装置である。例えば、図示しないが、分離装置１２は、取込んだ油２をらせん状に回転させながら、分離装置１２の上部から取出す構造となっている。この場合、酢酸ナトリウム３は油２よりも比重が大きいため、遠心力により分離装置１２の側壁面に当たると、側壁面に沿って酢酸ナトリウム３が分離装置１２の下部にある出口から排出され、熱交換器５ａには油２のみが取込まれるようになっている。これにより、熱交換器５ａに取り込む油２から酢酸ナトリウム３を除去することができ、熱交換器５ａ内に酢酸ナトリウム３が浸入して起こる故障等のおそれがなくなる。上記の変形例は、後述の実施形態にも適用することができる。

尚、上述の本実施の形態では、供給管４は、油２と酢酸ナトリウム３との境界面を垂直に横切っているが、垂直でなく、斜めに横切るようにしてもよい。また、供給管４がＬ字型に折れ曲がり、水平方向に延在しているが、水平方向に延在していなくてもよい。酢酸ナトリウム３内に油２ａを排出できる形状であればよい。さらに、図６に示すように、側面が末広がり形状であってもよいし、供給管４の途中に末広がり形状の供給部１３（拡形部）を設けるようにしてもよい。この場合、円錐形状であってもよいし、半球状であってもよい。また、この場合、底面部分に排出孔１３ａを設けるようにすることで、内部に酢酸ナトリウム３が浸入するおそれがなくなる。

また、本実施の形態では、酢酸ナトリウム３内において水平に延在する供給管４の部分に設けられている排出孔４ｂは、供給管４の下方に設けられているが、上方であってもよい。さらに、本実施の形態では、蓄熱するための物質として酢酸ナトリウム、熱伝導するための物質として油を用いているが、これに限定されることはない。例えば、蓄熱体をエリスリトールとしてもよい。エリスリトールは、１２０℃以上の温度の油での加熱ができるため、短時間で効率よく蓄熱することができるという効果を奏する。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施の形態に係る熱貯蔵ユニットについて説明する。本実施の形態に係る熱貯蔵ユニットは、供給管を２つ備えている点に関して、第１の実施の形態と相違する。以下、その相違点についてのみ説明する。尚、第１の実施の形態と同一の部材には同一の符号を付記してその説明を省略する。

図７に示すように、本実施の形態に係る熱貯蔵ユニット１には、第１供給管７（第１の供給管）と第２供給管８（第２の供給管）とを備えている。第１供給管７及び第２供給管８は、収容された油２が位置する熱貯蔵容器１ａの上層部分に貫設されており、さらに、熱交換器５ａに着脱可能に接続されている。具体的には、１本の供給管２１の接続口が熱交換器５ａの接続口５１と着脱可能に接続されており、供給管２１から、第１供給管７及び第２供給管８に枝分かれしている。熱貯蔵容器１ａに貫設された第１供給管７及び第２供給管８は、油２と酢酸ナトリウム３との境界面を垂直に横切って酢酸ナトリウム３内に進入し、さらに、Ｌ字型に折れ曲がり水平に延びている。さらに、第２供給管８は、水平に延びている部分の端部から、油２と酢酸ナトリウム３との境界面を垂直に横切っている。第１供給管７及び第２供給管８は、内部空間を有しており、熱交換器５ａにより熱供給された油２ａが流通するようになっている。

第１供給管７は、供給された油２ａを酢酸ナトリウム３内に排出する複数の排出孔７ａを軸方向に沿って有している。また、第２供給管８は、供給された油２ａを油２内に排出する出口８ａを有している。出口８ａは、第２供給管８の終端部に設けられており、熱交換器５ａから供給された油２ａが第２供給管８を流通し、出口７ａから油２内に排出するようになっている。第１供給管７の水平方向に延在している部分に設けられた排出孔４ｂは、鉛直下方向に設けられている。尚、第１供給管７は、第１の実施の形態と同様に、油２側に排出孔を有していてもよい。

上述したように、供給管２１は、熱交換器５ａに着脱可能に接続されており、第１供給管７と第２供給管８とに分離している。そして、第１供給管７及び第２供給管８には、それぞれバルブ９ａ・９ｂ（切替弁）が配設されている。バルブ９ａ・９ｂを開閉することで、それぞれ第１供給管７、第２供給管８に対して油２ａの供給と遮断とを切替られるようになっている。

バルブ９ａ・９ｂは、酢酸ナトリウム３の状態に応じて開閉する。具体的には、酢酸ナトリウム３が固体のときには、第１供給管７のみに油２ａが供給されるように、バルブ９ｂを締めて第２供給管８に油２ａが供給されないようにしている。また、酢酸ナトリウム３が液体のときには、バルブ９ａを締め、バルブ９ｂを開放し、第２供給管８にのみ油２ａが供給されるようになっている。バルブ９ａ・９ｂは、作業者による手動で開閉してもよいし、コントローラを接続して自動で開閉してもよい。尚、他の部材に関しては第１の実施の形態と同様であるため説明は省略する。

次に、熱貯蔵ユニット１への蓄熱方法について説明する。

工場６０から蒸気がパイプを通って熱交換器５ａに取込まれる。一方で、熱貯蔵容器１ａ内の油２が排出管６を介して熱交換器５ａに取込まれる。そして、熱交換器５ａ内において、蒸気の熱が取込まれた油２に熱伝導により供給される。蓄熱開始時においては、バルブ９ｂのみを開放し、第２供給管８にのみ油２ａが供給され、熱供給された油２ａが第２供給管８内を流通する。油２ａは、第２供給管８を流通し、出口８ａから油２内に排出される。第２供給管８を流通する油２ａが、第２供給管８を介して間接接触により酢酸ナトリウム３に熱を伝導することにより、固体である酢酸ナトリウム３が液体へと変化する。

酢酸ナトリウム３が略液体になると、バルブ９ｂを閉じ、バルブ９ａを開放することで、第２供給管８が遮断され、第１供給管７に油２ａが供給されるようになる。第１供給管７に供給された油２ａは、第１供給管７を流通し、排出孔７ａから酢酸ナトリウム３内に排出される。油２ａが排出されると、上層の油２まで上昇し取込まれる。その上昇中に酢酸ナトリウム３との直接接触により、酢酸ナトリウム３に熱が伝導される。これにより、酢酸ナトリウム３に蓄熱することができる。

以上の説明のように、本実施の形態において、熱供給された油２ａを供給する供給管を第１供給管７と第２供給管８との２本用いて、酢酸ナトリウム３の状態に応じて切替えることで、効率よく酢酸ナトリウム３に蓄熱することができる。蓄熱開始時は、酢酸ナトリウム３は固体であるため、酢酸ナトリウム３内に設けられた排出孔からは油２ａが排出されなくなっている。このため、酢酸ナトリウム３が固体のときには、第２供給管８に油２ａを供給し、間接接触により酢酸ナトリウム３に熱伝導させ、酢酸ナトリウム３が液体となると、第１供給管７に油２ａを供給して排出し、直接接触により酢酸ナトリウム３に熱伝導させることで、効率よく酢酸ナトリウム３に蓄熱することができる。

また、蓄熱開始時は、排出孔７ａから供給された油２ａが排出されないことにより、第１供給管７が破裂する場合がある。このため、第１供給管７と第２供給管８とを切替えることで、第１供給管７の破裂などを防ぐことができ、安全に熱貯蔵ユニット１を使用することができる。

尚、本実施の形態において、酢酸ナトリウム３の状態に応じて第１供給管７と第２供給管８とのいずれか一方にのみ油２を供給するようにしているが、これに限定されない。例えば、蓄熱開始時に、第２供給管８にのみ油２ａを供給し、その後、第１供給管７と第２供給管８との両方に油２ａを供給するようにしてもよい。また、上述の実施の形態では、第１供給管７ａは排出孔を有していないが、排出孔を有していてもよい。さらには、バルブ９ａ・９ｂを有していなくてもよい。

（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施の形態に係る熱貯蔵ユニットについて説明する。本実施の形態に係る熱貯蔵ユニットは、供給管を２つ備えている点で、第２の実施の形態と同じであるが、一方の供給管が他方の供給管を囲繞しているという点で相違している。以下、その相違点についてのみ説明する。尚、第１、第２の実施の形態と同一の部材については同一の符号を付記してその説明を省略する。

図８に示すように、本実施の形態に係る熱貯蔵ユニット１は、２つの第１供給管７及び第２供給管１０を有している。第１供給管７及び第２供給管１０は、収容された油２が位置する熱貯蔵容器１ａの上層部分に貫設されており、さらに、熱交換器５ａに着脱可能に接続されている。具体的には、１本の供給管２１の接続口が熱交換器５ａの接続口５１に着脱可能に接続されており、供給管２１から、第１供給管７及び第２供給管１０に枝分かれしている。そして、熱貯蔵容器１ａ内において、第１供給管７が、第２供給管１０を囲繞するように配置されている。第１供給管７及び第２供給管１０は、油２と酢酸ナトリウム３との境界面を垂直に横切って酢酸ナトリウム３内に進入し、さらに、Ｌ字型に折れ曲がり水平に延びている。第１供給管７及び第２供給管１０は、内部空間を有しており、熱交換器５ａにより熱供給された油２ａが流通するようになっている。上述したように、この第２供給管１０の内部空間に第１供給管７が配置されている。

第２供給管１０の水平に延びている部分には、さらに、油２と酢酸ナトリウム３との境界面を垂直に横切る複数の供給筒１０ａが配設されている。供給筒１０ａは、油２側に出口１０ｂを有しており、図９に示すように、第２供給管１０を流通する油２ａが供給筒１０ａを通り、出口１０ｂから油２内に排出されるようになっている。また、図１０に示すように、第２供給管１０には、囲繞する第１供給管７の排出孔７ａと重合する位置に、第１供給管７を流通する油２ａを酢酸ナトリウム３内に排出するための連通部１０ｃが設けられている。尚、他の部材に関しては第１の実施の形態と同様であるため説明は省略する。

次に、熱貯蔵ユニット１への蓄熱方法について説明する。

工場６０から蒸気がパイプを通って熱交換器５ａに取込まれる。一方で、熱貯蔵容器１ａ内の油２が排出管６を介して熱交換器５ａに取込まれる。そして、熱交換器５ａ内において、蒸気の熱が取込まれた油２に供給される。蓄熱開始時においては、バルブ９ｂのみを開放し、第２供給管１０にのみ油２ａが供給されるようになっている。従って、熱供給された油２ａが第２供給管１０内を流通し、さらに、供給筒１０ａを通り、出口１０ｂから油２内に排出される。

熱供給された油２ａが、第２供給管１０及び供給筒１０ａを流通する際に、油２ａは、第２供給管１０及び供給筒１０ａを介して間接接触により、酢酸ナトリウム３に熱を伝導する。これにより、酢酸ナトリウム３は固体から液体へと徐々に変化する。酢酸ナトリウム３が液体となると、バルブ９ｂを閉じ、バルブ９ａを開放する。これにより、油２ａは第１供給管７に供給されるようになる。酢酸ナトリウム３が液体となることで、排出孔７ａ及び連通部１０ｃが塞がれることがなく、排出孔７ａ及び連通部１０ｃから油２ａを排出できるようになる。また、第１供給管７を油２ａが流通する際に、囲繞している第２供給管１０を流通する油２ａから熱が伝導される。これにより、さらに温度が上昇し、酢酸ナトリウム３に蓄熱する時間をさらに短縮することができる。

以上説明したように、本実施の形態において、第２の実施の形態の効果に加え、第２供給管１０により第１供給管７が囲繞されることで第１供給管７を流通する油２ｂが、第２供給管１０によりさらに熱が供給され、その油２ａを酢酸ナトリウム３に排出することで、より早く蓄熱することができる。さらに、酢酸ナトリウム３内に配置される第１供給管７及び第２供給管１０の領域を少なくすることができる。

尚、本実施の形態では、第２供給管１０は、酢酸ナトリウム３内において、第１供給管７の略全てを囲繞しているが、第１供給管７の一部のみを囲繞するものであってもよい。また、第２の実施の形態と同様に、酢酸ナトリウム３が液体に変化した後、第１供給管７と第２供給管１０との両方に油２ａを供給するようにしてもよい。さらに、バルブ９ａ・９ｂを有していなくてもよい。

（第４の実施形態）
次に、本発明の第４の実施の形態に係る熱貯蔵ユニットについて説明する。本実施の形態に係る熱貯蔵ユニットは、供給管を２つ備えており、一方の供給管が他方の供給管を囲繞している点では第３の実施形態と同じであるが、それぞれの供給管の構造が相違している。以下、その相違点についてのみ説明する。尚、第１〜第３の実施の形態と同一の部材については同一の符号を付記してその説明を省略する。

図１１に示すように、本実施の形態に係る熱貯蔵ユニット１は、２つの第１供給管１５及び第２供給管１６を有している。第１供給管１５及び第２供給管１６は、収容された油２が位置する熱貯蔵容器１ａの上層部分に貫設されており、さらに、熱交換器５ａに着脱可能に接続されている。具体的には、１本の供給管２１の接続口が熱交換器５ａの接続口５１に着脱可能に接続されており、供給管２１から、第１供給管１５及び第２供給管１６に枝分かれしている。

第１供給管１５及び第２供給管１６は、油２と酢酸ナトリウム３との境界面を垂直に横切って酢酸ナトリウム３内に進入し、さらに、Ｌ字型に折れ曲がり水平に延びている。第１供給管１５は、さらに、Ｌ字型に折れ曲がり、再び境界面を垂直に横切り、Ｌ字型に折れ曲がった先端に油２ａを排出する出口１５ａが設けられている。第１供給管１５及び第２供給管１６は、内部空間を有しており、熱交換器５ａにより熱供給された油２ａが流通するようになっている。供給管１５・１６が水平に延びている部分において、第２供給管１６が、第１供給管１５を囲繞するようになっている。

供給管１５・１６の水平に延びている部分は、貯蔵容器１ａの底面に配置されている。これにより、排出孔１６ａから排出された油２ａと酢酸ナトリウム３との接触時間をより長くすることができ、油２ａの熱を十分に酢酸ナトリウム３に伝導することができる。また、酢酸ナトリウム３が液化していくと、油２ａは酢酸ナトリウム３よりも比重が小さいため、排出孔１６ａから排出されると上昇してしまうため、熱貯蔵容器１ａの底面近傍の酢酸ナトリウム３に熱伝導しにくくなり、蓄熱に時間を要するが、供給管１５・１６を底面に配置することにより、底面近傍の酢酸ナトリウム３にも十分に蓄熱することができ、蓄熱時間を短縮することができるようになっている。

また、第２供給管１６には、貯蔵容器１ａの底面側と反対方向に、油２ａを酢酸ナトリウム３内に排出する排出孔１６ａが設けられている。これにより、供給管２１に供給された油２ａは、第１供給管１５を通り出口１５ａから油２内に排出され、一方で、第２供給管１６を通り、排出孔１６ａから酢酸ナトリウム３内に排出されるようになっている。

次に、熱貯蔵ユニット１への蓄熱方法について説明する。

工場６０から蒸気がパイプを通って熱交換器５ａに取込まれる。一方で、熱貯蔵容器１ａ内の油２が排出管６を介して熱交換器５ａに取込まれる。そして、熱交換器５ａ内において、蒸気の熱が取込まれた油２に供給される。その後、熱供給された油２ａが供給管２１に供給され、第１供給管１５と第２供給管１６とを流通する。第１供給管１５を流通する油２ａは、出口１５ａから油２内に排出される。また、第２供給管１６を流通する油２ａは、排出孔１６ａから酢酸ナトリウム３内へと排出される。

蓄熱開始時は、酢酸ナトリウム３が固体のため、排出孔１６ａから油２ａが排出されにくいため出口が塞がってしまい、油２ａは第２供給管１６を十分に流通しにくくなる。そして、その間に油２ａの温度が低下してしまうおそれがある。一方、第１供給管１５の出口１５ａが油２内に設けられているため、蓄熱開始時の酢酸ナトリウム３の状態に関わらず、油２ａは第１供給管１５を常に流通することができ、第１供給管１５内の油２ａは常に高温の油２ａが流通している。このため、第２供給管１６内の油２ａは、常に高温の油２ａが流通する第１供給管１５と接触することにより熱が伝導され、温度が低下することなく高温を維持できる。これにより、酢酸ナトリウム３には排出孔１６ａから高温の油２ａを排出できる。また、第２供給管１６も高温を維持できるようになり、第２供給管１６の近傍の酢酸ナトリウム３にも熱が伝導することができる。

尚、本実施の形態では、供給管１５・１６が熱貯蔵容器１ａの底面に配置されているが、底面に配置されていなくてもよい。この場合、排出孔１６ａの配設位置は、上述のように限定されない。供給管１５・１６が底面に配置されていない場合は、供給管１５・１６は底面に近接して配置することが好ましい。

以上説明したように、本実施の形態において、排出孔１６ａから排出される油２ａが、第１供給管１５から熱伝導されるため、常に高温を維持することができ、蓄熱時間を短縮することができる。また、供給管が貯蔵容器１ａの底面に配置されることにより、排出された油２ａと酢酸ナトリウム３との接触時間をより長くすることができる。そして、油２ａは、比重がかるいため排出後上昇してしまい、下方の酢酸ナトリウム３に蓄熱されにくくなるが、供給管を底面に配置することにより、酢酸ナトリウム３全体に蓄熱することができるようになる。

また、本実施の形態の変形例として、図１２に示すように、供給管１５・１６を横方向に等間隔で並設するようにしてもよい。並設することにより、より広範囲に渡って油２ａや供給管１５・１６と酢酸ナトリウム３とを直接接触させることができ、蓄熱時間をより短くすることができる。この場合、波型の伝導板１７（熱伝導部材）を、各供給管１５・１６に連なるように設けることが好ましい。

伝導板１７は、円弧が交互に逆に連なった波型の形状を有しており、円弧部分に第２供給管１６が嵌合し、溶接などにより密着させて底面に配置されている。これにより、第２供給管１６と伝導板１７との接触面積が大きくなり、伝導板１７に伝導される熱量が大きくなるため、供給管１５・１６の間にある酢酸ナトリウム３に十分に熱を伝導させることができる。これにより、蓄熱時間をより短くすることができる。伝導板１７は、銅、アルミ、鉄などの熱伝導性の高い金属で構成されていることが好ましい。なお、伝導板１７は、波型形状でなく板状であってもよい。さらに、供給管１５・１６は、縦方向に並設するようにしてもよいし、隣り合う供給管１５・１６が等間隔でなくてもよい。

また、別の変形例として、図１３及び図１４に示すように、第２供給管１６が貯蔵容器１ａの底面の略全体を覆うようにし、さらに、底面を覆っている第２供給管１６内に第１供給管１５を張り巡らせるようにしてもよい。第２供給管１６が底面を略覆うように配置することで、酢酸ナトリウム３を下部全体から熱を伝導させることができ、蓄熱時間をより短くすることができる。さらに、第１供給管１５が第２供給管１６全体を流通するようになっているため、第２供給管１６内の油２ａを高温に維持することができる。また、この場合、第１供給管１５は、排出孔１６ａの近傍を通るようにすることが好ましい。これにより、排出孔１６ａから排出される油２ａも可能な限り高温に維持することができ、蓄熱時間を短くすることができる。

さらに、別の変形例として、第１供給管１５の出口１５ａと排出管６との間に、図１５に示すような分離装置１４（分離機構）を設けるようにしてもよい。分離装置１４は、取込んだ油２中に酢酸ナトリウム３が混合していた場合に、油２と酢酸ナトリウム３とを分離する装置である。分離装置１４は、酢酸ナトリウム３を含んだ油２を取り込む本体１４ａ（分離体）を有している。本体１４ａには油２が充填されており、水平に取込まれた油２が、水平に一方向に流通し、その後排出されるようになっている。また、本体１４ａの底面は、水平面と傾斜面とを有しており、水平面には、酢酸ナトリウム３を排出する穴１４ｂが設けられている。後に詳述するが、底面が傾斜面を有していることにより、沈殿する酢酸ナトリウム３が穴１４ｂに導かれるようになっている。

油２に酢酸ナトリウム３が含まれた場合、本体１４ａ内を水平に流通しているあいだに、油２よりも比重の大きな酢酸ナトリウム３は沈殿する。沈殿した酢酸ナトリウム３は穴１４ｂから排出されるようになっている。また、本体１４ａの底面が傾斜面を有していることにより、傾斜面上に沈殿した酢酸ナトリウム３も、穴１４ｂに向かって摺動し、穴１４ｂから排出されるようになっている。分離装置１４を出口１５ａと排出管６との間に設けることで、油２ａに酢酸ナトリウム３が含まれることがなくなり、また、酢酸ナトリウム３が含まれた場合であっても、酢酸ナトリウム３を沈殿除去することができるため、熱交換器５ａ内に酢酸ナトリウム３が浸入して起こる故障等のおそれがなくなる。尚、分離装置１４を排出管６の途中に設けるようにしてもよい。

本発明は、上記の好適な実施形態に記載されているが、本発明はそれだけに制限されない。本発明の精神と範囲から逸脱することのない様々な実施形態が他になされることは理解されよう。さらに、本実施形態において、本発明の構成による作用および効果を述べているが、これら作用および効果は、一例であり、本発明を限定するものではない。

本発明の熱輸送システムの全体概略図。 本発明の第１の実施の形態に係る熱貯蔵ユニットの断面図。 第１の実施の形態に係る熱貯蔵ユニットの変形例。 第１の実施の形態に係る熱貯蔵ユニットの別の変形例。 第１の実施の形態に係る熱貯蔵ユニットの別の変形例。 第１の実施の形態に係る熱貯蔵ユニットの別の変形例。 本発明の第２の実施の形態に係る熱貯蔵ユニットの断面図。 本発明の第３の実施の形態に係る熱貯蔵ユニットの断面図。 図８のＩＸ−ＩＸ線における断面図。 図８のＸ−Ｘ線における断面図。 本発明の第４の実施の形態に係る熱貯蔵ユニットの断面図。 第４の実施の形態に係る熱貯蔵ユニットの変形例で、図１１のＸII−ＸII線における断面図。 第４の実施の形態に係る熱貯蔵ユニットの別の変形例で、図１１のＸIII−ＸIII線における断面図。 第４の実施の形態に係る熱貯蔵ユニットの別の変形例で、図１１のＸIV−ＸIV線における断面図。 第４の実施の形態に係る熱貯蔵ユニットの別の変形例で、分離装置の拡大断面図。

符号の説明

１ 熱貯蔵ユニット
１ａ 熱貯蔵容器
２ 油
２ａ （熱供給された）油
３ 酢酸ナトリウム
４ 供給管
４ａ・４ｂ 排出孔
５ａ、５ｂ 熱交換器
６ 排出管

Claims (9)

1. 固体と液体との状態変化により蓄熱する蓄熱体と、前記蓄熱体に直接接触することにより熱交換し、前記蓄熱体よりも比重が小さく、前記蓄熱体と混合しない熱交換媒体とを収容する可搬式の貯蔵容器と、
   少なくとも前記貯蔵容器に収容された前記蓄熱体内を通り、前記熱交換媒体を前記貯蔵容器内に供給する供給管と、
   前記貯蔵容器に収容された前記熱交換媒体を前記貯蔵容器の外部に排出する排出管と、
   前記貯蔵容器に収容された前記熱交換媒体と前記蓄熱体との境界面に沿って、前記境界面と垂直に平行配置され、前記境界面における攪拌を防止する消波プレートと、
   を備えており、
   前記供給管は、
   前記境界面を横切り、供給された前記熱交換媒体を排出する排出孔を複数有し、
   前記排出孔の少なくとも１つが前記熱交換媒体内に位置することを特徴とする熱貯蔵ユニット。
2. 前記供給管が、前記境界面に対して垂直に横切っていることを特徴とする請求項１に記載の熱貯蔵ユニット。
3. 前記供給管が、前記排出孔を有する部分の外周に同軸状に配設され、前記排出孔から排出された前記熱交換媒体を鉛直方向に上昇させる循環管を有していることを特徴とする請求項２に記載の熱貯蔵ユニット。
4. 前記供給管の少なくとも一部が水平方向に延在する場合において、
   該水平方向に延在する部分に、鉛直下方向に開口するように前記排出孔が設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の熱貯蔵ユニット。
5. 前記蓄熱体内において、
   前記供給管が、末広がり形状で、かつ、底面に前記排出孔が設けられた拡形部を有していることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の熱貯蔵ユニット。
6. 前記供給管の接続口が、前記排出管の接続口よりも上方に位置していることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の熱貯蔵ユニット。
7. 前記蓄熱体が、エリスリトールであることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の熱貯蔵ユニット。
8. 前記排出孔の少なくとも１つが、前記境界面よりも下方の前記蓄熱体内に位置する他の前記排出孔よりも上流側であって、かつ、前記境界面よりも上方の前記熱交換媒体内に位置することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の熱貯蔵ユニット。
9. 前記供給管はその一部が鉛直方向に延在し、
   前記供給管のうち鉛直方向に延在する部分は、前記熱交換媒体内に位置する前記排出孔、および前記蓄熱体内に位置する他の前記排出孔を有することを特徴とする請求項８に記載の熱貯蔵ユニット。

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