JP4870634B2 - 熱交換システム用エア抜き装置、熱交換システム用エア抜き方法、熱交換システム、および熱輸送システム - Google Patents

Description

本発明は、熱を一時的に蓄熱することができる蓄熱装置を用いた熱交換システムに設けられるエア抜き装置に関し、特に、蓄熱装置の着脱を頻繁に行う場合に好適な熱交換システム用のエア抜き装置に関する。

例えば、製鉄所、廃棄物焼却施設などの工場や処理場において発生する熱は、工場や処理場付近の様々な施設に利用されている。また、工場や処理場で発生した熱を一時的に蓄熱装置に蓄え、その蓄熱装置を輸送することで、工場や処理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。ここで、蓄熱装置への蓄熱方法として、例えば、下記の特許文献１に開示されているような方法が提案されている。

従来、廃棄物焼却施設の廃熱ボイラにて生成された蒸気からの熱を蓄熱装置へ蓄熱する蓄熱方法に関する技術が提案され、開示されている（例えば、特許文献１参照）。この蓄熱装置への蓄熱方法は、廃棄物焼却施設の廃熱ボイラにて廃棄物燃焼排ガスから廃熱を回収して生成された蒸気と、蓄熱材（蓄熱体）を収容する貯蔵容器からの熱交換媒体との間で熱交換することにより熱交換媒体に熱供給し、そして、貯蔵容器内において、この熱交換媒体と蓄熱材との間で熱交換することにより蓄熱材に蓄熱する蓄熱方法である。

そして、蓄熱させた蓄熱装置を、廃棄物焼却施設から離れた場所に位置する例えば病院、学校、温水プールなどの熱利用設備に輸送し、熱交換媒体を介してその熱利用設備へ熱供給を行うのである。熱供給を終えると、蓄熱装置を廃棄物焼却施設に輸送し、再度、蓄熱装置に蓄熱する。

特開２００７−４０６９５号公報

このように、蓄熱装置は、廃棄物焼却施設などの熱源設備と、温水プールなどの熱利用設備との間を必要に応じて繰り返し輸送され、そして、その都度、例えばフレキシブルホースなどを用いて熱源設備（または、熱利用設備）と脱着されることになる。このため、蓄熱装置と熱源設備（または、熱利用設備）との間を連結するフレキシブルホースやその前後の配管などには空気が混入し易く、熱交換媒体を循環させる循環ポンプがエア噛みを起こして、熱交換媒体を適切に循環させることができない場合がある。対策として、例えば、ロートを利用して循環ポンプに熱交換媒体を供給し循環ポンプのエア噛みを解消させたり、別途循環ポンプを設けて熱交換媒体の循環を適切ならしめたりする方法も行われているが、十分な対策とは言えない。特に、複雑な配管系統中の空気を抜くことは、これら対策をもってしても困難である。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、熱交換媒体を循環させる循環ポンプの運転に影響がでないよう、熱媒循環経路中の空気を確実に除去することが可能な、蓄熱装置を用いた熱交換システムに設けられるエア抜き装置、およびこの熱交換システム用のエア抜き方法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、蓄熱装置を用いた熱交換システムに設けられるエア抜き装置であって、前記熱交換システムの熱媒循環経路に対して一方の端部が接続される熱媒経路と、前記熱媒経路の他方の端部が接続または内部に挿入されると共に密閉可能に形成される減圧容器と、前記減圧容器に接続され、当該減圧容器の内部を減圧することにより前記熱媒経路を介して前記熱媒循環経路内を減圧する減圧手段と、前記熱媒循環経路内の減圧後に、当該熱媒循環経路内を常圧に戻すと共に当該熱媒循環経路内に熱交換媒体を供給する熱媒供給手段と、を備えている熱交換システム用エア抜き装置である。尚、上述の蓄熱装置を用いた熱交換システムとは、熱源設備から蓄熱装置に蓄熱するための蓄熱システム、または蓄熱装置から熱利用設備へ熱を供給するための熱供給システムのことをいう。

この構成によると、減圧手段を用いて減圧容器の内部を減圧することにより、熱媒循環経路内の空気は、熱交換媒体と共に熱媒経路を介して減圧容器内に吸引される。このとき、熱媒循環経路内も熱媒経路を介して減圧されるため、熱媒循環経路内の空気は膨張し減圧容器内に排出され易い。また、熱媒循環経路内の熱交換媒体中の溶存空気は気化し易くなり、その気化した空気も、熱媒経路を介して減圧容器内に排出される。

また、熱媒循環経路内の減圧後に、熱媒供給手段を用いて当該熱媒循環経路内を常圧に戻すと共にその経路内に熱交換媒体を供給することにより、一旦気化した空気は熱交換媒体中に溶け込む。さらに、熱媒循環経路内に熱交換媒体が補充され、熱媒循環経路内のエア抜き前の空隙は熱交換媒体で満たされる。したがって、本発明によると、熱交換媒体が循環する熱媒循環経路中の空気を、循環ポンプの運転に影響がでないよう確実に除去することが可能となる。

また好適には、前記熱媒供給手段は、前記減圧容器の内部と外部とを連通させるためのリーク手段であり、当該リーク手段の端部が前記減圧容器に接続されまたは当該減圧容器の内部に挿入され、前記減圧容器は、前記熱交換媒体を収容する容器であり、前記熱媒経路の他方の端部は、減圧された前記減圧容器内が常圧に戻される際に、当該減圧容器内に収容された前記熱交換媒体中に浸漬可能となるよう配置されている。

この構成によると、上記リーク手段により、減圧された減圧容器の内部とその外部とは連通させられ、減圧容器内および熱媒経路を介して減圧容器に接続する熱媒循環経路内は、常圧に戻される。また、熱媒循環経路内が常圧に戻される際に、減圧容器から熱媒循環経路内に熱交換媒体が圧力差により供給される。したがって、上記リーク手段を用いて、熱媒循環経路内を常圧に戻すと共に当該熱媒循環経路内に熱交換媒体を供給することができる。また、このリーク手段は、減圧容器に付属されるものであるため、本発明のエア抜き装置はコンパクトな装置となる。尚、熱媒経路の他方の端部は、減圧した減圧容器内を常圧に戻す際に、当該減圧容器内に収容された熱交換媒体中に浸漬可能に配置されているため、熱媒経路を介して減圧容器内の空気が熱媒循環経路内に混入することを防止できる。

さらに好適には、前記リーク手段の前記端部は、前記減圧容器内の上部に配置されている。この構成によると、リーク手段を用いて、減圧容器内を常圧に戻す際に、減圧容器の外部からの空気が、減圧容器内に収容された熱交換媒体中に吹き込むことを防止できる。これにより、リーク手段を経由して減圧容器内へ吹き込んだ空気が、熱媒経路を介して熱媒循環経路内に入ることを抑制できる。

さらに好適には、本発明のエア抜き装置は、前記減圧容器内に収容された前記熱交換媒体の液面レベル調整手段を備えている。この構成によると、熱交換媒体が、減圧容器内を所定量以上満たした際には、液面レベルを下げる調整を行い、減圧容器から熱交換媒体があふれたり、熱交換媒体が減圧手段により吸引されたりすることを防止できる。また、熱交換媒体の液面レベルが下がったときには、液面レベルを上げる調整を行い、減圧容器内の空気が熱媒経路を介して熱媒循環経路内に入ることを防止できる。すなわち、液面レベル調整手段を用いて、減圧容器内の熱交換媒体の液面レベルを適正範囲に調整することができる。

さらに好適には、前記減圧容器内に収容された前記熱交換媒体の液面レベルを下げる前記液面レベル調整手段は、前記熱媒経路中に配置され前記熱媒循環経路内を減圧状態に維持する減圧保持手段と、前記減圧容器の下部に配置され前記減圧容器内から前記熱交換媒体を排出する排出手段と、を備えている。

この構成によると、減圧容器の内部が減圧されることで、熱媒循環経路内から減圧容器内に吸引された熱交換媒体が減圧容器内を所定量以上満たした際には、減圧保持手段および排出手段を操作して液面レベルを下げる調整を行い、減圧容器から熱交換媒体があふれたり、熱交換媒体が減圧手段により吸引されたりすることを防止できる。

さらに好適には、前記減圧容器内に収容された前記熱交換媒体の液面レベルを上げる前記液面レベル調整手段は、前記減圧容器に接続され前記熱交換媒体を収容する熱媒タンクと、当該熱媒タンクから前記減圧容器内に前記熱交換媒体を供給する熱媒供給手段と、を備えている。

この構成によると、減圧容器内および熱媒循環経路内が減圧状態から常圧状態に戻る際に、減圧容器内から熱交換媒体が熱媒循環経路内に吸引されて、減圧容器内の熱交換媒体の液面レベルが下がったときには、熱媒タンクから減圧容器内に熱交換媒体を補充することにより液面レベルを上げ、減圧容器内の空気が熱媒経路を介して熱媒循環経路内に入ることを防止できる。

また本発明は、その第２の態様によれば、蓄熱装置を用いた熱交換システムの熱媒循環経路のエア抜き方法であって、前記熱媒循環経路に接続された減圧容器の内部を減圧することにより、当該熱媒循環経路内を減圧する減圧工程と、前記熱媒循環経路内の減圧後に、当該熱媒循環経路内を常圧に戻すと共に当該熱媒循環経路内に熱交換媒体を供給する熱媒供給工程と、を備えている熱授受システム用エア抜き方法である。

この構成によると、減圧容器の内部を減圧することにより、熱媒循環経路内の空気は、熱交換媒体と共に減圧容器内に吸引される。このとき、熱媒循環経路内も減圧されるため、熱媒循環経路内の空気は膨張し減圧容器内に排出され易い。また、熱媒循環経路内の熱交換媒体中の溶存空気は気化し易くなり、その気化した空気も減圧容器内に排出される。また、熱媒循環経路内の減圧後に、熱媒循環経路内を常圧に戻すと共にその経路内に熱交換媒体を供給することにより、一旦気化した空気は熱交換媒体中に溶け込む。さらに、熱媒循環経路内に熱交換媒体が補充され、熱媒循環経路内のエア抜き前の空隙は熱交換媒体で満たされる。したがって、本発明によると、熱交換媒体が循環する熱媒循環経路中の空気を、循環ポンプの運転に影響がでないよう確実に除去することが可能となる。

また好適には、前記熱媒供給工程は、減圧された前記減圧容器の内部と外部とを連通させることにより、当該減圧容器内および前記熱媒循環経路内を常圧に戻すと共に当該減圧容器から前記熱媒循環経路内に前記熱交換媒体を供給する工程である。

この構成によると、減圧容器の内部と外部とを連通させるという極めて簡易な方法により、減圧容器を介して、減圧された熱媒循環経路内を常圧に戻すと共に熱媒循環経路内に熱交換媒体を供給することができる。

さらに本発明は、その第３の態様によれば、蓄熱装置を用いた熱交換システムであって、前記した熱交換システム用エア抜き装置を備えている熱交換システムである。この熱交換システムによると、熱媒循環経路中のエア抜きを確実に行えることができ、その結果、熱の授受を円滑に行える。

さらに本発明は、その第４の態様によれば、熱源設備および熱利用設備のうちの少なくともいずれか一方に上記熱交換システムを備え、前記熱源設備において前記蓄熱装置に蓄熱した熱を、当該蓄熱装置を介して前記熱利用設備へ輸送する熱輸送システムである。この熱輸送システムによると、熱源設備から熱利用設備へ円滑に熱を輸送することができる。

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しつつ説明する。ここでは、まず、蓄熱装置を用いた熱輸送システム、および蓄熱装置について説明し、そのあと、蓄熱装置を用いた熱交換システム、ならびに本発明の一実施形態に係る熱交換システム用エア抜き装置および熱授受システム用エア抜き方法について説明する。

（熱輸送システム）
図１は、蓄熱装置を用いた熱輸送システムを説明するための模式図である。図１に示すように、この熱輸送システムは、例えば製鉄所、発電所、および廃棄物焼却施設などの熱源設備１００で発生した排熱を、例えば病院、学校、温水プール、およびビルの暖房設備などの熱利用設備２００へ輸送するためのシステムである。まず、熱源設備１００で発生した排熱をトラック等の輸送車両４の荷台３に搭載した蓄熱装置１に蓄え、この蓄熱装置１を熱利用設備２００へ輸送する（図１（ａ）参照）。そして、蓄熱装置１から熱利用設備２００へ熱供給し、熱供給完了後、蓄熱装置１を熱源設備１００へ輸送する（図１（ｂ）参照）。このように、蓄熱装置１は、輸送車両４の荷台３に搭載された状態で、熱源設備１００と熱利用設備２００との間を必要に応じて繰り返し往復する。尚、図１における矢印のうち、点線の矢印は輸送車両４の移動方向を示し、実線の矢印は熱の移動方向を示す。

上述したように、作業効率の観点から、通常、蓄熱装置１を輸送車両４の荷台３に搭載した状態で、蓄熱装置１と熱源設備１００側（または、熱利用設備２００）とを、例えばフレキシブルホース２などで連結し、フレキシブルホース２内を流れる熱交換媒体を介して熱源設備１００から蓄熱装置１への蓄熱（または、蓄熱装置１から熱利用設備２００への熱供給）が行われる。尚、蓄熱装置１と熱源設備１００（または、熱利用設備２００）との間の熱の授受に関する熱交換システムについては後述する。また、この熱輸送システムは、後述する熱交換システムを包含するものであって、熱源設備１００および熱利用設備２００のうちの少なくともいずれか一方に後述の熱交換システムを備えている。

このように、蓄熱装置１は、熱源設備１００と熱利用設備２００との間を必要に応じて繰り返し輸送され、その都度、フレキシブルホース２などを用いて熱源設備１００側（または、熱利用設備２００側）と脱着されることになる。このため、蓄熱装置１と熱源設備１００側（または、熱利用設備２００側）とをフレキシブルホース２で連結した際に、フレキシブルホース２やその前後の配管などに空気が混入し易く、熱交換媒体を循環させる例えば循環ポンプにエア噛みが生じ、熱交換媒体を適切に循環させることができないという問題があった。

（蓄熱装置）
次に、蓄熱装置について、その概略を説明する。図２は、蓄熱装置１を示す模式図である。図２に示すように、蓄熱装置１は、潜熱蓄熱による蓄熱に用いられる潜熱蓄熱材１２と、潜熱蓄熱材１２を収容する貯蔵容器１１と、潜熱蓄熱材１２と比較して比重の小さい熱交換媒体１３を貯蔵容器１１の外部から貯蔵容器１１の内部へ供給するための供給管１４と、貯蔵容器１１の内部に供給された熱交換媒体１３を貯蔵容器１１の外部へ排出するための排出管１５とを備えている。

上記の潜熱蓄熱材１２としては、潜熱（融解熱）が大きく常温で固体となる物質を採用することが好ましく、このような物質として、例えば、エリスリトールや酢酸ナトリウム三水和物などが挙げられる。エリスリトールは、融点：約１２１℃、融解熱：約３４０ｋＪ／ｋｇ、酢酸ナトリウム三水和物は、融点：約５８℃、融解熱：約２５０ｋＪ／ｋｇ、の物質であり、いずれも常温で固体となっている。尚、以降の説明では、特記なき限り、潜熱蓄熱材１２として上記エリスリトールを採用したものとする。

また、上記の熱交換媒体１３としては、潜熱蓄熱材１２と完全に分離した状態を維持できる物質を採用することが好ましく、このような物質として、例えば、鉱物油が挙げられる。この熱交換媒体１３は、貯蔵容器１１内に収容していてもよいし、別途、準備した貯留タンク（不図示）などに貯留していもよい。貯留タンク（不図示）などに貯留しておくことで、蓄熱装置１の全体重量を低減することができる。尚、以降の説明では、特記なき限り、熱交換媒体１３として鉱物油を採用したものとする。

熱源設備１００からの排熱により加熱された（または、熱利用設備２００に抜熱された）熱交換媒体１３は、図２に示す供給管１４から、貯蔵容器１１に収容されている潜熱蓄熱材１２内へ供給され、潜熱蓄熱材１２に対して直接接触することで潜熱蓄熱材１２に熱を供給（潜熱蓄熱材１２と熱交換）しながら、潜熱蓄熱材１２と熱交換媒体１３との比重差により上昇（浮上）する。そして、熱交換媒体１３は、潜熱蓄熱材１２の上方に形成された熱交換媒体１３の層へ到達するようになっている。熱交換媒体１３の層に到達し、放熱した（受熱した）した熱交換媒体１３は、熱源設備１００の排熱に蓄熱した熱により加熱されるために（または、熱利用設備２００に抜熱されるために）排出管１５から外部に排出される。

（熱交換システム）
次に、蓄熱装置１を用いた熱交換システムについて、その概略を説明する。図３は、蓄熱装置１を用いた蓄熱システム５０を示すブロック図である。ここでは、熱交換システムのうち、熱源設備１００から蓄熱装置１に蓄熱するための蓄熱システム５０を例にとって説明する。尚、蓄熱装置１から熱利用設備２００へ熱を供給するための熱供給システムは、図３に示す熱源設備１００を熱利用設備２００に置き換えることで示されるシステムであり、熱の移動方向が逆になる以外は蓄熱システム５０と同様の説明となるため、熱供給システムに関する説明は適宜省略することとする。

図３に示すように、蓄熱システム５０（熱交換システム）は、輸送可能に形成された蓄熱装置１と、蓄熱装置１に接続され内部を熱交換媒体１３が循環する熱媒循環経路６と、熱媒循環経路６中に配置され熱交換媒体１３を循環させる循環ポンプＰと、熱媒循環経路６に接続する熱交換器１０１と、熱交換器１０１に接続され内部を熱交換媒体が循環する熱源側循環経路７と、熱源側循環経路７に接続する熱源設備１００と、熱媒循環経路６に接続する熱交換システム用エア抜き装置５（以下、エア抜き装置５と記載する）とからなるシステムである。また、熱媒循環経路６は、蓄熱装置１を接続するためのフレキシブルホース２と、フレキシブルホース２（２ａ、２ｂ）と蓄熱装置１との間に設けられるバルブ１０ａ、１０ｂなどの複数のバルブと、管材とからなる。フレキシブルホース２は、蓄熱装置１を輸送車両に搭載した状態で熱媒循環経路６に着脱するためのものである。
なお、熱源側循環経路の内部を流れる熱交換媒体は通常、熱媒循環経路６の内部を流れる熱交換媒体１３とは異なるものが利用され、特に限定されないが例えば水が利用される。

また、エア抜き装置５は、循環ポンプＰの吸い込み（サクション）口付近の熱媒循環経路６にバルブ９ａを介して接続されている。前記したように、蓄熱装置１を繰り返し着脱するため、熱媒循環経路６のうち、フレキシブルホース２やその前後の配管などに空気が混入し易い。また、図２に示すように、蓄熱装置１の貯蔵容器１１内部の上部には空気溜まりがあり、蓄熱装置１の排出管１５から空気が熱交換媒体１３と共に排出されてくる場合がある。このため、熱媒循環経路６に混入した空気で熱交換媒体１３を循環させる循環ポンプＰにエア噛みが生じる。したがって、循環ポンプＰのエア噛みを防止するには、エア抜き装置５を循環ポンプＰの吸い込み口付近に設けることが好ましい。尚、エア抜き装置５を、蓄熱装置１の排出管１５に接続するフレキシブルホース２ａと循環ポンプＰとの間であって、フレキシブルホース２ａに近い熱媒循環経路６に接続してもよい。また、エア抜き装置５の接続位置は、これら位置に限られるものではなく、例えば、熱媒循環経路６中の高い位置に接続してもエア抜き効果が高い。

次に、熱源設備１００の排熱が蓄熱装置１に蓄熱される仕組みについてその概要を説明する。熱源設備１００からの排熱により加熱された高温の熱交換媒体は、熱源側循環経路７を経由して熱交換器１０１に達する。一方、貯蔵容器１１内の潜熱蓄熱材１２に蓄熱するための低温の熱交換媒体１３は、熱媒循環経路６を経由して熱交換器１０１に達する。そして、熱交換器１０１内で高温の熱交換媒体から低温の熱交換媒体１３に熱が移動し、高温となった熱交換媒体１３は、熱媒循環経路６を経由して貯蔵容器１１に入り潜熱蓄熱材１２と直接接触することにより潜熱蓄熱材１２に熱が蓄えられる。尚、熱交換器１０１の代わりに、例えば図２に示したような蓄熱装置１を用いて直接接触方式により、熱源設備１００からの排熱を熱交換媒体１３に移動させることもできる。

（熱交換システム用エア抜き装置、および熱授受システム用エア抜き方法）
図４は、図３に示す本発明の一実施形態に係るエア抜き装置５の詳細を説明するためのブロック図である。尚、図４における矢印のうち、実線の矢印は熱交換媒体１３の流れ方向を示し、点線の矢印は空気の流れ方向を示す。図４に示すように、本実施形態のエア抜き装置５は、蓄熱システム５０の熱媒循環経路６に対して一方の端部が接続された熱媒経路２１と、熱媒経路２１の他方の端部Ｃ１が天井面から内部に挿入されると共に密閉可能に形成された減圧容器２２と、減圧容器２２の天井面にバルブ２７を介して接続された減圧手段である真空ポンプＰ２と、減圧容器２２の天井面を貫通し減圧容器２２の内部と外部とを連通させるためのリーク手段２３と、リーク手段２３を介して減圧容器２２に接続され熱交換媒体１３を収容する熱媒タンク２５とを備えている。

熱媒経路２１は、フレキシブルホース２１ａと、フレキシブルホース２１ａと減圧容器２２との間に配置されるバルブ２１ｂと、管材２１ｃとからなる。尚、熱媒経路２１の減圧容器２２側の端部は、図４中に点線で示すように、減圧容器２２の下部側面（底面であってもよい）に接続されてもよい。

減圧容器２２は、真空ポンプＰ２によってその内部が減圧されたとしても破壊しないだけの十分な強度を有する容器である。尚、減圧容器２２の内部は、完全に真空にされなくてもよく、減圧の程度は適宜決定される。また、減圧容器２２は、図４に示すように、熱交換媒体１３を収容する容器でもあり、その下部側面（底面であってもよい）には熱交換媒体１３を排出するためのドレンバルブ２４が設けられている。

リーク手段２３は、減圧容器２２の天井面を貫通して端部Ｃ２が減圧容器２２の内部に挿入配置されるリーク経路２３ａと、リーク経路２３ａの端部に設けられたリークバルブ２３ｂとからなる。リーク経路２３ａは管材であり、リークバルブ２３ｂはボール弁、蝶形弁、仕切弁などである。
なお、図４においてはリーク手段２３を介して減圧容器２２と熱媒タンク２５を接続する構成としたが、これに限定されず、減圧容器２２と熱媒タンク２５をバルブ２６を介して直接接続し、別途リーク手段２３を減圧容器２２に設ける構成としても良い。

熱媒タンク２５は、いわゆるドラム缶であり、熱交換媒体１３を減圧容器２２に送れるように配管が接続されている。熱媒タンク２５の天井面に設けられたバルブ２８は、熱交換媒体１３が抜かれることによるタンク内部の負圧を防止するためのものである。尚、熱媒タンク２５を減圧容器２２よりも上方に配置し、かつ図４中に点線で示すように、熱媒タンク２５から減圧容器２２へ熱交換媒体１３を送る経路の熱媒タンク２５側端部をバルブ２６’を介して熱媒タンク２５の下部側面（底面であってもよい）に接続すれば、バルブ２６’の開閉により高低差を利用して熱交換媒体１３を減圧容器２２へ送ることができる。尚、熱媒タンク２５は、減圧容器２２内の熱交換媒体１３が減少したときに熱交換媒体１３を補充するためのものであり、熱媒タンク２５を設けることにより、減圧容器２２の容量を必要最小限に抑えることができる。また、熱媒タンク２５はドラム缶に限られるものではなく、他の鋼板製タンクとしてもよい。
また、配管途中にポンプＰ３を設置して強制的に熱交換媒体を供給できる構成としても良い。

そして、エア抜き装置５は、熱媒タンク２５を除き、１つのユニットとして持ち運び可能に形成されるものであり、１箇所に常設固定されるものではない。尚、１箇所に常設固定してもよい。

次に、熱媒循環経路６の熱交換媒体１３中に混入した空気のエア抜き方法（熱授受システム用エア抜き方法）について説明する。

まず、熱媒循環経路６に熱媒経路２１を介して接続された減圧容器２２の内部を減圧することにより、熱媒循環経路６内を減圧する減圧工程を行う。この減圧工程では、予め、バルブ９ａ、２１ｂ、２７を開にし、バルブ１０ａ、１０ｂ、２３ｂ、２６、２４を閉にしておく。そして、真空ポンプＰ２を起動させ減圧容器２２の内部を減圧することにより熱媒経路２１を介して熱媒循環経路６内を減圧する。これにより、熱媒循環経路６内の空気は、熱交換媒体１３と共に熱媒経路２１を介して減圧容器２２内に吸引される。このとき、熱媒循環経路６内も減圧されているため、熱媒循環経路６内の空気は膨張し減圧容器２２内に排出され易い。また、熱媒循環経路６内の熱交換媒体１３中の溶存空気は気化し易くなり、その気化した空気も、熱媒経路２１を介して減圧容器２２内に排出される。

次に、熱媒循環経路６内の減圧後バルブ２７を閉にし、熱媒循環経路６内を常圧に戻すと共に熱媒循環経路６内に熱交換媒体１３を供給する熱媒供給工程を行う。この熱媒供給工程では、リーク手段２３のバルブ２３ｂを開にすることで、減圧された減圧容器２２の内部と外部とを連通させる（減圧容器２２の内部を大気開放する）ことにより、減圧容器２２内および熱媒循環経路６内を常圧に戻す。熱媒循環経路６内が常圧に戻る際、減圧容器２２から熱媒循環経路６内へ熱交換媒体１３が圧力差により供給される。このとき、リーク手段２３の減圧容器２２側の端部Ｃ２から空気が減圧容器２２内に吹き込むが、この端部Ｃ２は、図４に示したように、熱交換媒体１３中に浸漬しないよう、減圧容器２２内の上部に配置されているため、減圧容器２２内に吹き込んだ空気が、熱交換媒体１３中に混入することは防止される。したがって、リーク手段２３を経由して減圧容器２２内へ吹き込んだ空気が、熱媒経路２１を介して熱媒循環経路６内に入ることを抑制でき、また減圧容器内で熱交換媒体が発泡することを抑制できる。尚、リーク手段２３の端部Ｃ２は、減圧容器２２の天井面に接続された形態であってもよい。また、常圧とは、特別に減圧も加圧もしないときの圧力であって、通常、大気圧に等しい圧力のことをいう。

また、熱媒循環経路６内を減圧させることでエア抜きを行い、その後、熱媒循環経路６内を常圧に戻すことにより、一旦気化した空気は熱交換媒体１３中に溶け込む。さらに、熱媒循環経路６内に熱交換媒体１３が圧力差により補充され、熱媒循環経路６内のエア抜き前の空隙は熱交換媒体１３で満たされる。したがって、本エア抜き装置５によると、熱交換媒体１３が循環する熱媒循環経路６中の空気を、循環ポンプＰの運転に影響がでないよう確実に除去することが可能となる。

尚、前記したように、減圧容器２２の内部を減圧することにより、熱媒循環経路６内の熱交換媒体１３が減圧容器２２内に吸引される。また、熱媒経路２１の端部Ｃ１は、減圧された減圧容器２２内が常圧に戻される際に、減圧容器２２内に収容された熱交換媒体１３中に浸漬可能となるよう減圧容器２２の下部に配置されていれば、熱媒循環経路６内に空気が混入していくことはない。したがって、必ずしも、減圧容器２２内に予め熱交換媒体１３を収容しておく必要はない。尚、本実施の形態においては、リーク手段２３が、熱媒循環経路６内の減圧後に、熱媒循環経路６内を常圧に戻すと共に熱媒循環経路６内に熱交換媒体１３を供給する熱媒供給手段に相当する。そして、熱媒循環経路６内が常圧状態に戻ったことを確認後、バルブ１０ａ、１０ｂを開にもどす。尚、通常、供給管１４の一端が潜熱蓄熱材１２内に浸漬しているため、蓄熱装置１内から熱媒循環経路６中への空気吸引防止の観点からは、蓄熱装置１の供給管１４側のバルブ１０ｂは、必ずしも上記減圧工程の際に、閉にしておく必要はない。しかしながら、蓄熱装置１内から熱媒循環経路６中への熱交換媒体１３の流出防止の観点からは、バルブ１０ｂを閉にしておくことが好ましい。また、排出管１５の一端が、熱交換媒体１３内に十分な深さ浸漬されている場合には、蓄熱装置１の排出管１５側のバルブ１０ａも、必ずしも上記減圧工程の際に、閉にしておく必要はない。しかしながら、排出管１５の一端が、熱交換媒体１３内に十分な深さ浸漬されていない場合や、蓄熱装置１内上部の空気溜まり中に開放されている場合を考慮すると、空気の吸引を防ぐため、バルブ１０ａを閉にしておくことが好ましい。また、熱媒循環経路６中のエア抜きは、熱媒循環経路６に蓄熱装置１が連結されていない場合にも実施可能であり、そのときは、当然、バルブ１０ａ、１０ｂは閉にされている。

（液面レベル調整手段）
次に、エア抜き装置５の液面レベル調整手段について説明する。液面レベル調整手段は、減圧容器２２内に収容された熱交換媒体１３の液面レベルを下げる手段と、その液面レベルを上げる手段とに大別される。

まず、減圧容器２２内に収容された熱交換媒体１３の液面レベルを下げる液面レベル調整手段は、熱媒経路２１中に配置され熱媒循環経路６内を減圧状態に維持する減圧保持手段であるバルブ２１ｂと、減圧容器２２の下部に配置され減圧容器２２内から熱交換媒体１３を排出する排出手段であるドレンバルブ２４とからなる。バルブ２１ｂ、ドレンバルブ２４は、ボール弁、蝶形弁、仕切弁などである。また、これらバルブ（２１ｂ、２４）は、電動であってもよいし手動であってもよい。

減圧容器２２の内部が真空ポンプＰ２により減圧されることで、熱媒循環経路６内から減圧容器２２内に吸引された熱交換媒体１３が減圧容器２２内を所定量以上満たした際には、バルブ２７及びバルブ２１ｂを閉にして熱媒循環経路６内の減圧状態を保持し、真空ポンプＰ２の運転を停止する。その後、リークバルブ２３ａを開いて減圧容器内の圧力を常圧に戻し、ドレンバルブ２４を徐々に開にして熱交換媒体１３を排出する。そして、熱交換媒体１３の液面レベルが所定レベルまで下がればドレンバルブ２４及びリークバルブ２３ａを閉にする。その後、バルブ２１ｂ及びバルブ２７を開に戻し、再度減真空ポンプＰ２を運転し、減圧容器２２内を減圧する。

次に、減圧容器２２内に収容された熱交換媒体１３の液面レベルを上げる液面レベル調整手段は、前記の熱媒タンク２５と、熱媒タンク２５から減圧容器２２内に熱交換媒体１３を供給する熱媒供給ライン及びバルブ２６とからなる。減圧容器２２内および熱媒循環経路６内が減圧状態から常圧状態に戻る際に、減圧容器２２内から熱交換媒体１３が熱媒循環経路６内に吸引されて、減圧容器２２内の熱交換媒体１３の液面レベルが所定レベル以下に下がったときには、バルブ２１ｂを閉、バルブ２７を開とし、真空ポンプＰ２を運転することにより減圧容器内を減圧する。十分減圧された状態で、真空ポンプの運転を停止し、バルブ２７を閉、バルブ２６を開とすることで、圧力差により熱媒タンクから減圧容器内へ熱交換媒体が補充される。
なお、別の方法としては、図４中に点線で示すように、熱媒タンク２５と減圧容器の間に熱媒供給ポンプＰ３を設け、熱媒タンク２５から減圧容器２２内に熱交換媒体１３をポンプＰ３で強制的に補充することにより減圧容器２２内の液面レベルを上げることもできる。尚、前記したように、熱媒タンク２５を減圧容器２２よりも上方に配置し、かつ図４中に点線で示すように、熱媒タンク２５から減圧容器２２へ熱交換媒体１３を送る経路の熱媒タンク２５側端部をバルブ２６’を介して熱媒タンク２５の下部側面に接続すれば、バルブ２６’の開閉により高低差を利用して熱交換媒体１３を減圧容器２２へ送ることができ、すなわち、減圧容器２２内の液面レベルを上げることができる。バルブ２６、２６’としては、ボール弁、蝶形弁、仕切弁などが挙げられ、電動であってもよいし手動であってもよい。

このように、これら液面レベル調整手段を用いることで、減圧容器２２内の熱交換媒体１３の液面レベルを適正範囲に調整することができ、減圧容器２２から熱交換媒体１３があふれたり、減圧容器２２内の空気が熱媒経路２１を介して熱媒循環経路６内に混入したりすることを防止できる。

（蓄熱システムの変形例）
図５は、図３に示した蓄熱装置１を用いた蓄熱システム５０の変形例を示すブロック図である。図３に示した蓄熱システム５０は、蓄熱装置１と熱源設備１００とが１対１の関係にある蓄熱システム５０の熱媒循環経路６にエア抜き装置５を接続したシステムであるが、本発明のエア抜き装置５は、図５に示すような、複数の蓄熱装置１’と１つの熱源設備１００とを熱媒循環経路６’で接続した蓄熱システム５０’の熱媒循環経路６’に接続して用いることも当然可能である。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々に変更して実施することが可能なものである。

例えば、熱媒循環経路６内の減圧後に、熱媒循環経路６内を常圧に戻すと共に熱媒循環経路６内に熱交換媒体１３を供給する熱媒供給手段として、前記のリーク手段２３ではなく、熱媒循環経路６や熱媒経路２１に別途接続させたポンプを用いてもよい。

蓄熱装置を用いた熱輸送システムを説明するための模式図である。 蓄熱装置を示す模式図である。 蓄熱装置を用いた蓄熱システムを示すブロック図である。 図３に示す本発明の一実施形態に係る熱交換システム用エア抜き装置の詳細を説明するためのブロック図である。 図３に示す蓄熱装置を用いた蓄熱システムの変形例を示すブロック図である。

符号の説明

１：蓄熱装置
５：エア抜き装置
６：熱媒循環経路
２１：熱媒経路
２２：減圧容器
２３：リーク手段（熱媒供給手段）
５０：蓄熱システム（熱交換システム）
Ｐ：循環ポンプ
Ｐ２：真空ポンプ（減圧手段）

Claims (10)

1. 蓄熱装置を用いた熱交換システムに設けられるエア抜き装置であって、
   前記熱交換システムの熱媒循環経路に対して一方の端部が接続される熱媒経路と、
   前記熱媒経路の他方の端部が接続または内部に挿入されると共に密閉可能に形成される減圧容器と、
   前記減圧容器に接続され、当該減圧容器の内部を減圧することにより前記熱媒経路を介して前記熱媒循環経路内を減圧する減圧手段と、
   前記熱媒循環経路内の減圧後に、当該熱媒循環経路内を常圧に戻すと共に当該熱媒循環経路内に熱交換媒体を供給する熱媒供給手段と、
   を備えていることを特徴とする、熱交換システム用エア抜き装置。
2. 前記熱媒供給手段は、前記減圧容器の内部と外部とを連通させるためのリーク手段であり、当該リーク手段の端部が前記減圧容器に接続されまたは当該減圧容器の内部に挿入され、
   前記減圧容器は、前記熱交換媒体を収容する容器であり、
   前記熱媒経路の他方の端部は、減圧された前記減圧容器内が常圧に戻される際に、当該減圧容器内に収容された前記熱交換媒体中に浸漬可能となるよう配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の熱交換システム用エア抜き装置。
3. 前記リーク手段の前記端部は、前記減圧容器内の上部に配置されていることを特徴とする、請求項２に記載の熱交換システム用エア抜き装置。
4. 前記減圧容器内に収容された前記熱交換媒体の液面レベル調整手段を備えていることを特徴とする、請求項２又は請求項３に記載の熱交換システム用エア抜き装置。
5. 前記減圧容器内に収容された前記熱交換媒体の液面レベルを下げる前記液面レベル調整手段は、前記熱媒経路中に配置され前記熱媒循環経路内を減圧状態に維持する減圧保持手段と、前記減圧容器の下部に配置され前記減圧容器内から前記熱交換媒体を排出する排出手段と、を備えていることを特徴とする、請求項４に記載の熱交換システム用エア抜き装置。
6. 前記減圧容器内に収容された前記熱交換媒体の液面レベルを上げる前記液面レベル調整手段は、前記減圧容器に接続され前記熱交換媒体を収容する熱媒タンクと、当該熱媒タンクから前記減圧容器内に前記熱交換媒体を供給する熱媒供給手段と、を備えていることを特徴とする、請求項４又は請求項５に記載の熱交換システム用エア抜き装置。
7. 蓄熱装置を用いた熱交換システムの熱媒循環経路のエア抜き方法であって、
   前記熱媒循環経路に接続された減圧容器の内部を減圧することにより、当該熱媒循環経路内を減圧する減圧工程と、
   前記熱媒循環経路内の減圧後に、当該熱媒循環経路内を常圧に戻すと共に当該熱媒循環経路内に熱交換媒体を供給する熱媒供給工程と、
   を備えていることを特徴とする、熱交換システム用エア抜き方法。
8. 前記熱媒供給工程は、減圧された前記減圧容器の内部と外部とを連通させることにより、当該減圧容器内および前記熱媒循環経路内を常圧に戻すと共に当該減圧容器から前記熱媒循環経路内に前記熱交換媒体を供給する工程であることを特徴とする、請求項７に記載の熱交換システム用エア抜き方法。
9. 蓄熱装置を用いた熱交換システムであって、
   請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の熱交換システム用エア抜き装置を備えていることを特徴とする、熱交換システム。
10. 熱源設備および熱利用設備のうちの少なくともいずれか一方に、請求項９に記載の熱交換システムを備え、
    前記熱源設備において前記蓄熱装置に蓄熱した熱を、当該蓄熱装置を介して前記熱利用設備へ輸送することを特徴とする、熱輸送システム。

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