JP4690951B2

JP4690951B2 - 蓄熱式熱源システム

Info

Publication number: JP4690951B2
Application number: JP2006164729A
Authority: JP
Inventors: 健司町澤
Original assignee: Hitachi Building Systems Co Ltd
Current assignee: Hitachi Building Systems Co Ltd
Priority date: 2006-06-14
Filing date: 2006-06-14
Publication date: 2011-06-01
Anticipated expiration: 2026-06-14
Also published as: JP2007333284A

Description

本発明は、深夜電力などの余剰電力を利用する蓄熱式熱源システムに関するものである。

従来、昼間と深夜の電力負荷の違いを平準化するために深夜電力を利用する蓄熱式熱源システムとしては、蓄熱材が充填された蓄熱容器内にヒータと伝熱管を埋設し、ヒータに通電することによって蓄熱しておき、出熱運転時に蓄熱装置の伝熱管内に一次側熱媒体である流体、すなわち水をポンプにより供給して過熱蒸気を取り出し、この過熱蒸気に、タンクから分岐した配管から流れる水を混合して飽和蒸気とした後、熱交換器に導入する。さらに、この熱交換器の負荷側である２次側の熱媒体を加熱して温水を生成するとともに、熱交換器で２次側の熱媒体を加熱して凝縮した水は、再びポンプにより蓄熱容器の伝熱管に供給するようにしたシステムが提案されている（特許文献１参照）。
特開２００２−１９５６５６公報

上記の従来の蓄熱式熱源システムにおいては、出熱運転を停止する場合は、ポンプを停止するとともにポンプ出口側と伝熱管入口との間の制御弁を閉じるようになっている。ところが、伝熱管は、蓄熱材内に埋設しているので、加熱される水の流れが止まった場合、一気に蒸発する状態となる。そのため、伝熱管の入口側、すなわち伝熱管の入口から制御弁に滞留する水はなかなか排除されない。すなわち、１次側の蒸気の生成が不要であるにも拘らず、伝熱管の入口側に滞留した水を蒸発させない限り、伝熱管の外に水を排出できない。したがって、無駄に蓄熱を消費することとなり、蓄熱効率が低下する。

本発明は、このような従来技術における実状からなされたもので、その目的は、出熱運転の停止時に、蓄熱槽の伝熱管内及び伝熱管の入口側に滞留する流体を速やかに排出できる蓄熱式熱源システムを提供することにある。

この目的を達成するために、蓄熱槽内に電気ヒータ及び伝熱管を配置するとともに、蓄熱材を充填し、前記伝熱管内を通す熱媒体として気液相変化する流体を用いて熱エネルギーを発生する蓄熱式熱源システムにおいて、前記蓄熱槽の前記伝熱管の出入口に第１配管及び第２配管を介して連絡された温水・蒸気供給用の熱交換器と、前記熱交換器と前記蓄熱槽内の前記伝熱管の入口とを連絡する前記第１配管に配置された熱媒体ポンプと、前記熱交換器と並列に前記第１配管及び前記第２配管に連結されたタンクと、このタンクと前記蓄熱槽内の前記伝熱管の入口側とを連絡し、開閉制御される開閉制御弁を有するバイパス通路手段を備えたことを特徴としている。

このように構成した本発明は、通常の出熱運転時には、開閉制御弁が閉じられることにより、熱媒体ポンプからの熱媒体である流体が第１配管を介して、蓄熱槽の伝熱管に供給される。これによって所望の熱エネルギーを発生させることができる。また、出熱運転を停止させた際に、開閉制御弁を開くことによって、蓄熱槽の伝熱管内および伝熱管の入口側に滞留する熱媒体である流体は、伝熱管内と伝熱管入口との圧力差により、伝熱管の入口方向に押し出される。したがって、蓄熱槽の伝熱管内および伝熱管の入口側に滞留する熱媒体である流体は、伝熱管を経由せずに、バイパス通路手段を介して、速やかにタンクに排出される。

また、本発明は前記発明において、前記バイパス通路手段は、前記タンクと前記蓄熱槽内の前記伝熱管の入口側とを連絡するバイパス管を含み、このバイパス管に前記開閉制御弁を配置するとともに、前記バイパス管に、前記タンクから前記蓄熱槽内の前記伝熱管の入口方向への前記流体の流れを阻止する逆止弁を備えたことを特徴としている。このように構成した本発明は、タンクから伝熱管への熱媒体である流体の逆流をバイパス管路に備えた逆止弁で確実に阻止できる。

本発明は、タンクと蓄熱槽内の伝熱管の入口側とを連絡し、開閉制御弁を有するバイパス通路手段を備えたことから、出熱運転の停止時に、蓄熱槽の伝熱管内及び伝熱管の入口側に滞留する流体を速やかに排出できる。したがって、従来のように無駄に蓄熱を消費することがなく、従来に比べて蓄熱効率を向上させることができる。

以下、本発明に係る蓄熱式熱源システムを実施するための最良の形態を図に基づいて説明する。

［本実施形態の構成］
図１は、本発明に係る蓄熱式熱源システムの一実施形態を示す概略説明図である。

本実施形態は、図１に示す深夜電力などの余剰電力を利用する蓄熱槽１と、必要な時に、蓄熱槽１に蓄えた熱を蒸気や温水として取り出し、これを他の熱源として供給する温水・蒸気供給用の熱交換器２とを備えている。また、この熱交換器２で生成した温水を循環させる循環ポンプ２ａと、熱交換器２と蓄熱槽１とをつなぐ第１配管３ａと、この第１配管３ａに設けられ、蓄熱槽１に水を供給する熱媒体ポンプ５とを備えている。さらに、この熱媒体ポンプ５から供給される水と混合することにより飽和温度まで減温する減温器７と、この減温器７と熱交換器２をつなぐ第２配管３ｂと、熱交換器２と並列に、この第２配管３ｂと前述した第１配管３ａとに接続されるタンク４と、このタンク４に配置され、蓄熱槽１で発生した過熱蒸気とタンク４内の水位を検知して動作する安全弁４ａと安全スイッチ４ｂとを備えている。

また、第１配管３ａに設けられ、熱交換器２で生成される温水または蒸気の出口温度に応じて開度が可能となる制御弁６と、この制御弁６と蓄熱槽１の入口との間に配置され、制御弁６方向への水の流れを阻止する逆止弁６ａと、減温器７と熱媒体ポンプ５とを連結する減温流体管８と、この減温流体管８に配置され、圧力変化を軽減する絞り８ａ、及び開閉可能な開閉弁８ｂとを備えている。

本実施形態は特に、タンク４（液相部、気相部の何れでもよい）の気相部と蓄熱槽１内の後述する伝熱管１２の入口側とを連絡するバイパス通路手段を備えている。このバイパス通路手段は、バイパス管９と、このバイパス管９に設けられ、このバイパス管９を開閉する開閉制御弁９ａと、タンク４から蓄熱槽１の伝熱管１２の入口方向への流れは阻止し、これと反対方向の流れは、出入口間の差圧が所定圧を超えたときに開放して流れを許容する逆止弁９ｂとを含んでいる。

なお、熱媒体の循環経路から熱交換器２、熱媒体ポンプ５、蓄熱槽１などの機器を取り外す場合に利用される複数の区分弁１０も備えている。これらの区分弁１０は、通常は全開の状態になっている。

前述した蓄熱槽１は、温度ヒューズ１１ａを上部に備えた底付き容器１１と、この底付き容器１１内に配置された伝熱管１２及び電気ヒータ１３と、底付き容器１１内に充填された蓄熱材１４とを備えている。

［本実施形態の動作］
このように構成した本実施形態においては、深夜または電力余剰時に蓄熱運転により、電気ヒータ１３に通電し、蓄熱材１４を加熱して蓄熱する。出熱運転の際には、開閉制御弁９ａを閉じ、熱媒体ポンプ５を起動させ、熱媒体として気液相変化する流体、すなわち水を蓄熱槽１内の伝熱管１２に第１配管３ａを介して供給する。伝熱管１２に流入した水は、伝熱管１２内を通過する間に蓄熱材１４から放出される熱により加熱され、蒸気となり減温器７に流入する。この減温器７では、熱媒体ポンプ５と減温器７間に配置された減温流体管８を流れる水と混合することで適温に調整する。ここで適温に調整された蒸気は、減温器７から第２配管３ｂを介して熱交換器２を通過する際に、循環ポンプ２ａによって循環する水と熱交換され、温水または蒸気を発生させる。この熱交換器２で水となった蒸気は、第１配管３ａを通って熱媒体ポンプ５の吸い込み側に流れる。そして、制御弁６は、熱交換器２で生成する温水または蒸気の出口温度に応じて開度を制御し、出口温度を設定温度に保つように制御する。

本実施形態では特に、出熱運転を停止する際には、熱媒体ポンプ５を停止させた後、開閉制御弁９ａを全開にする操作が行われる。熱媒体ポンプ５の停止により、伝熱管１２への水の供給は停止する。そして、伝熱管１２内に滞留している水は、蓄熱材１４の熱により集中的に加熱されることにより、出熱運転時よりも激しく蒸発する。これにより伝熱管１２内の圧力が高くなる。したがって、第１配管３ａの伝熱管１２の入口と逆止弁６ａとの間の水は、伝熱管１２の内部と、伝熱管１２の入口側との圧力差により、伝熱管１２内の蒸気に一気に押し出され、この伝熱管１２内の蒸気とともにバイパス管９を通り、タンク４に速やかに流れ込む。

［本実施形態の効果］
このように構成した本実施形態によれば、出熱運転の停止時に、蓄熱槽１の伝熱管１２内及び第１配管３ａの伝熱管１２の入口側と、逆止弁６ａとの間の蒸気と水を運転停止後に速やかに、しかも伝熱管１２を経由することなく排出できるので、蓄熱材１４との熱交換が行われない。したがって、無駄に蓄熱を消費することがなく、これによって蓄熱効率を向上させることができる。

また、開閉制御弁９ａと逆止弁９ｂとが並列に接続されているので、出熱運転の停止時に万一、開閉制御弁９ａが故障等により開かなくなっても、蒸気を逆止弁９ｂを通してタンク４に速やかに、しかも伝熱管１２を経由することなく排出できる。

本発明に係る蓄熱式熱源システムの本実施形態を示す概略説明図である。

符号の説明

１蓄熱槽
２熱交換器
３ａ第１配管
３ｂ第２配管
４タンク
４ａ安全弁
４ｂ安全スイッチ
５熱媒体ポンプ
６制御弁
６ａ逆止弁
７減温器
８減温流体管
８ａ絞り
８ｂ開閉弁
９バイパス管（バイパス通路手段）
９ａ開閉制御弁（バイパス通路手段）
９ｂ逆止弁（バイパス通路手段）
１０区分弁
１１底付き容器
１１ａ温度ヒューズ
１２伝熱管
１３電気ヒータ
１４蓄熱材

Claims

蓄熱槽内に電気ヒータ及び伝熱管を配置するとともに、蓄熱材を充填し、前記伝熱管内を通す熱媒体として気液相変化する流体を用いて熱エネルギーを発生する蓄熱式熱源システムにおいて、
前記蓄熱槽の前記伝熱管の出入口に第１配管及び第２配管を介して連絡された温水・蒸気供給用の熱交換器と、前記熱交換器と前記蓄熱槽内の前記伝熱管の入口とを連絡する前記第１配管に配置された熱媒体ポンプと、前記熱交換器と並列に前記第１配管及び前記第２配管に連結されたタンクと、このタンクと前記蓄熱槽内の前記伝熱管の入口側とを連絡し、開閉制御される開閉制御弁を有するバイパス通路手段を備えたことを特徴とする蓄熱式熱源システム。
前記請求項１に記載の発明において、前記バイパス通路手段は、前記タンクと前記蓄熱槽内の前記伝熱管の入口側とを連絡するバイパス管を含み、このバイパス管に前記開閉制御弁を配置するとともに、前記バイパス管に、前記タンクから前記蓄熱槽内の前記伝熱管の入口方向への前記流体の流れを阻止する逆止弁を備えたことを特徴とする蓄熱式熱源システム。