JP4870733B2 - Heat dissipation system using direct contact heat storage device and operation method thereof - Google Patents
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Description
本発明は、熱を一時的に蓄熱することができる直接接触式蓄熱装置を用いた放熱システムおよびその運転方法に関する。 The present invention relates to a heat dissipation system using a direct contact heat storage device capable of temporarily storing heat and an operation method thereof.
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、その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。この蓄熱装置に関する技術としては、例えば、下記特許文献1に記載されているものがある。
Heat generated in factories and treatment plants such as steelworks and waste incineration facilities is used in various facilities near the factories and treatment plants. Further, by temporarily storing heat generated in a factory or processing plant in a heat storage device and transporting the heat storage device, it is possible to use heat even in a place away from the factory or processing plant. As a technique regarding this heat storage device, for example, there is one described in
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を直接接触させることにより蓄熱材に蓄熱する蓄熱方法である。 Conventionally, a technique relating to a heat storage method for storing heat from steam generated in a waste heat boiler of a waste incineration facility in a heat storage device has been proposed (see, for example, Patent Document 1). The heat storage method for this heat storage device is the heat generated from the waste heat recovery from the waste combustion exhaust gas in the waste heat boiler of the waste incineration facility and the heat from the storage container that stores the heat storage material (heat storage body). In this heat storage method, heat is supplied to the heat exchange medium by exchanging heat with the exchange medium, and heat is stored in the heat storage material by directly contacting the heat exchange medium and the heat storage material in the storage container.
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、熱交換器を介してその熱利用設備へ熱供給を行うのである。熱利用設備側においても、貯蔵容器内において熱交換媒体と蓄熱材とが直接接触することにより熱交換が行われる。そして、熱利用設備側での熱供給運転(放熱運転)を終えると、蓄熱装置を熱源設備である廃棄物焼却施設に輸送し、再度、蓄熱装置に蓄熱する。 Then, the stored heat storage device is transported to a heat utilization facility such as a hospital, a school, or a hot water pool located away from the waste incineration facility, and heat is supplied to the heat utilization facility via a heat exchanger. Do it. On the heat utilization equipment side as well, heat exchange is performed by direct contact between the heat exchange medium and the heat storage material in the storage container. When the heat supply operation (heat radiation operation) on the heat utilization facility side is completed, the heat storage device is transported to a waste incineration facility that is a heat source facility, and heat is stored in the heat storage device again.
ここで、特許文献1に記載された蓄熱装置においては、蓄熱材と熱交換媒体とが貯蔵容器内で直接接触することによる熱交換が行われるため、蓄熱材が熱交換媒体とともに貯蔵容器から流出することがある。この蓄熱材の流出は、熱利用設備側での熱供給運転(放熱運転)の際に問題となる。放熱運転が終わると熱交換器の温度は下がる。熱交換器の温度が下がると、貯蔵容器から流出してきた熱交換器内に存在する蓄熱材が固化する。固化した蓄熱材は、熱交換器内の熱交換媒体の流路を狭くし、その結果として熱交換媒体を一定流量流すことが困難になってくる。そして、熱交換媒体を一定流量流すための動力が増加することになる。
Here, in the heat storage device described in
そのため、放熱運転開始時には、熱交換器内の蓄熱材などの閉塞物を除去するためにフラッシング運転を毎回行っている。フラッシング運転は、高温の熱交換媒体を熱交換器内に流して当該熱交換器内の閉塞物を除去する運転である。ここで、フラッシング運転直後は熱交換器内が高温となり、熱交換器に被加熱流体を流して加熱する熱供給運転にすぐに移行することが従来できなかった。例えば、フラッシング運転直後の高温の熱交換器内では水が沸騰してしまうため、熱交換器をある程度冷やす必要があった。すなわち、熱利用設備への熱供給開始に時間がかかっていた。また、熱供給運転への移行遅れは、放熱ロスにもつながり熱供給効率が悪くなる。 Therefore, at the start of the heat radiation operation, the flushing operation is performed every time in order to remove obstructions such as the heat storage material in the heat exchanger. The flushing operation is an operation in which a high-temperature heat exchange medium is allowed to flow through the heat exchanger to remove the blockage in the heat exchanger. Here, immediately after the flushing operation, the inside of the heat exchanger becomes a high temperature, and it has not been possible to immediately shift to the heat supply operation in which the fluid to be heated is supplied to the heat exchanger and heated. For example, since water boils in a high-temperature heat exchanger immediately after the flushing operation, it is necessary to cool the heat exchanger to some extent. That is, it took time to start supplying heat to the heat utilization facility. Moreover, the delay in the transition to the heat supply operation leads to a heat dissipation loss and the heat supply efficiency is deteriorated.
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、フラッシング運転から熱供給運転へスムーズに移行することができ、熱交換器内の閉塞を十分に抑制することができる放熱システムおよびその運転方法を提供することである。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and its purpose is to allow a smooth transition from a flushing operation to a heat supply operation, and to sufficiently dissipate blockage in the heat exchanger. It is to provide a system and its operating method.
本発明者らは、前記課題を解決すべく鋭意検討した結果、被加熱流体を間接加熱する熱交換器を2つ並列に設置して、熱供給運転用・フラッシング運転用と当該2つの熱交換器を相互に切り替えて運転することで、前記課題を解決できることを見出し、この知見に基づき本発明が完成するに至ったのである。 As a result of intensive studies to solve the above-mentioned problems, the present inventors have installed two heat exchangers for indirectly heating the fluid to be heated in parallel, for heat supply operation / flushing operation and for the two heat exchange operations. The present inventors have found that the above-mentioned problems can be solved by switching the devices to each other, and the present invention has been completed based on this finding.
すなわち、上記課題を解決するために本発明は、潜熱蓄熱に用いられる蓄熱材と、当該蓄熱材と直接接触することにより熱交換を行う熱交換媒体とを収容する直接接触式蓄熱装置と、前記直接接触式蓄熱装置に接続され、前記熱交換媒体が循環する熱媒循環経路と、前記熱媒循環経路中に並列に設けられ、被加熱流体を間接加熱する第1熱交換器および第2熱交換器と、前記熱媒循環経路中に設けられ、前記熱交換媒体を循環させる熱媒循環ポンプと、を備え、前記第1熱交換器および第2熱交換器を、前記被加熱流体を間接加熱する熱供給運転用、熱交換器内で固化している前記蓄熱材を溶解させて前記直接接触式蓄熱装置内へ戻すフラッシング運転用と、相互に切り替えて運転してなる放熱システムを提供する。 That is, in order to solve the above problems, the present invention provides a direct contact heat storage device that houses a heat storage material used for latent heat storage and a heat exchange medium that performs heat exchange by directly contacting the heat storage material, A heat medium circulation path that is connected to a direct contact heat storage device and in which the heat exchange medium circulates, and a first heat exchanger and a second heat that are provided in parallel in the heat medium circulation path and indirectly heat the fluid to be heated. An exchanger, and a heat medium circulation pump that is provided in the heat medium circulation path and circulates the heat exchange medium, and the first heat exchanger and the second heat exchanger are indirectly connected to the fluid to be heated. Provided is a heat dissipation system for heating operation for heating, for flashing operation for melting the heat storage material solidified in a heat exchanger and returning it to the direct contact type heat storage device, and for switching operation. .
この構成によると、被加熱流体を間接加熱する熱交換器が、熱媒循環経路中に2つ並列に設けられるので、放熱運転開始時に、例えば、一方の第1熱交換器(または第2熱交換器)をフラッシングし、フラッシング運転終了後、他方の第2熱交換器(または第1熱交換器)で被加熱流体を間接加熱して熱供給運転することができる。したがって、フラッシング運転から熱供給運転へ移行するに際し、フラッシング運転直後の高温となった熱交換器を用いることなく熱供給運転へ移行することができる。すなわち、フラッシング運転から熱供給運転へスムーズに移行することができる。また、2つ並列に設けた熱交換器を熱供給運転用・フラッシング運転用と相互に切り替えて運転することにより、熱交換器内の閉塞を十分に抑制することができる。 According to this configuration, since two heat exchangers for indirectly heating the fluid to be heated are provided in parallel in the heat medium circulation path, for example, at the start of the heat radiation operation, one of the first heat exchangers (or the second heat exchanger) is provided. After the flushing operation is completed, the fluid to be heated can be indirectly heated with the other second heat exchanger (or the first heat exchanger) to perform a heat supply operation. Therefore, when shifting from the flushing operation to the heat supply operation, it is possible to shift to the heat supply operation without using a heat exchanger that has become a high temperature immediately after the flushing operation. That is, it is possible to smoothly shift from the flushing operation to the heat supply operation. In addition, by operating two heat exchangers provided in parallel with each other for heat supply operation and flushing operation, blockage in the heat exchanger can be sufficiently suppressed.
また本発明において、前記第1熱交換器および第2熱交換器の上流側の前記熱媒循環経路と、前記第1熱交換器および第2熱交換器の下流側の前記熱媒循環経路と、の間を連通させるバイパス経路と、前記バイパス経路に設けられ、前記直接接触式蓄熱装置からの前記熱交換媒体の流れを、熱交換器側または前記バイパス経路側に切り替えるバイパスバルブと、を備えることが好ましい。 In the present invention, the heat medium circulation path on the upstream side of the first heat exchanger and the second heat exchanger, and the heat medium circulation path on the downstream side of the first heat exchanger and the second heat exchanger, And a bypass valve that is provided in the bypass path and switches the flow of the heat exchange medium from the direct contact heat storage device to the heat exchanger side or the bypass path side. It is preferable.
この構成によると、フラッシング運転から熱供給運転へ移行する際に(熱交換媒体を流す熱交換器を変更する際に)、一旦、熱交換媒体をバイパス経路に流すことで、熱媒循環ポンプを停止させる必要がなくなる。すなわち、フラッシング運転から熱供給運転へ移行する際に、熱媒循環ポンプを停止・起動させることなく一定回転で運転し続けることができ、フラッシング運転から熱供給運転へよりスムーズに移行することができる。 According to this configuration, when shifting from the flushing operation to the heat supply operation (when changing the heat exchanger that flows the heat exchange medium), the heat medium circulation pump is temporarily turned on by flowing the heat exchange medium to the bypass path. No need to stop. That is, when shifting from the flushing operation to the heat supply operation, the heat medium circulation pump can be continuously operated without stopping and starting, and the flushing operation can be more smoothly shifted to the heat supply operation. .
また本発明は、その第2の態様によれば、本発明の放熱システムを備えている熱輸送システムを提供する。この熱輸送システムによると、熱利用設備への熱供給をスムーズに行うことができ、熱利用設備側の熱交換器内の閉塞も十分に抑制することができる。 Moreover, according to the 2nd aspect, this invention provides the heat transport system provided with the thermal radiation system of this invention. According to this heat transport system, the heat supply to the heat utilization facility can be smoothly performed, and the blockage in the heat exchanger on the heat utilization facility side can be sufficiently suppressed.
さらに本発明は、その第3の態様によれば、潜熱蓄熱に用いられる蓄熱材と、当該蓄熱材と直接接触することにより熱交換を行う熱交換媒体とを収容する直接接触式蓄熱装置と、前記直接接触式蓄熱装置に接続され、前記熱交換媒体が循環する熱媒循環経路と、前記熱媒循環経路中に並列に設けられ、被加熱流体を間接加熱する第1熱交換器および第2熱交換器と、前記熱媒循環経路中に設けられ、前記熱交換媒体を循環させる熱媒循環ポンプと、を備える放熱システムの運転方法であって、前記第1熱交換器および第2熱交換器のうちの一方の熱交換器と、前記直接接触式蓄熱装置との間で前記熱交換媒体を循環させて、当該熱交換器内で固化している前記蓄熱材を溶解させ前記直接接触式蓄熱装置内へ戻すフラッシング工程と、前記フラッシング工程の後、前記第1熱交換器および第2熱交換器のうちの他方の熱交換器と、前記直接接触式蓄熱装置との間で前記熱交換媒体を循環させて、当該熱交換器内を流れる被加熱流体を間接加熱する熱供給工程と、を備え、前記フラッシング工程および前記熱供給工程を、前記第1熱交換器および第2熱交換器に対して相互に切り替えて行う放熱システムの運転方法を提供する。 Furthermore, according to the third aspect of the present invention, a direct contact heat storage device that houses a heat storage material used for latent heat storage and a heat exchange medium that performs heat exchange by directly contacting the heat storage material, A heat medium circulation path that is connected to the direct contact heat storage device and through which the heat exchange medium circulates, and a first heat exchanger and a second heat exchanger that are provided in parallel in the heat medium circulation path and indirectly heat the fluid to be heated. An operation method of a heat dissipation system comprising a heat exchanger and a heat medium circulation pump provided in the heat medium circulation path and circulating the heat exchange medium, wherein the first heat exchanger and the second heat exchange The heat exchange medium is circulated between one of the heat exchangers and the direct contact heat storage device, and the heat storage material solidified in the heat exchanger is dissolved, and the direct contact type A flushing step for returning to the heat storage device; After the sing process, the heat exchange medium is circulated between the other heat exchanger of the first heat exchanger and the second heat exchanger and the direct contact heat storage device, and the heat exchanger A heat supply process for indirectly heating the fluid to be heated flowing therein, wherein the flushing process and the heat supply process are switched between the first heat exchanger and the second heat exchanger. Provide driving methods.
この構成によると、例えば、一方の第1熱交換器(または第2熱交換器)をフラッシングし、このフラッシング工程終了後、他方の第2熱交換器(または第1熱交換器)で被加熱流体を間接加熱して熱供給運転することになる。したがって、フラッシング工程から熱供給工程へ移行するに際し、フラッシング工程直後の高温となった熱交換器を用いることなく熱供給工程へ移行することができる。すなわち、フラッシング運転から熱供給運転へスムーズに移行することができる。また、上記フラッシング工程および熱供給工程を2つ並列に設けた熱交換器に対して相互に切り替えて行うことにより、熱交換器内の閉塞を十分に抑制することができる。 According to this configuration, for example, one first heat exchanger (or second heat exchanger) is flushed, and after the flushing process is finished, the other second heat exchanger (or first heat exchanger) is heated. The fluid is indirectly heated to perform heat supply operation. Therefore, when shifting from the flushing process to the heat supply process, it is possible to shift to the heat supply process without using a heat exchanger that has become a high temperature immediately after the flushing process. That is, it is possible to smoothly shift from the flushing operation to the heat supply operation. Moreover, the blockage in the heat exchanger can be sufficiently suppressed by switching the flushing process and the heat supply process to two heat exchangers provided in parallel.
また本発明において、前記フラッシング工程の前に、フラッシング対象の熱交換器内の前記被加熱流体を抜く被加熱流体排出工程を備えることが好ましい。 Moreover, in this invention, it is preferable to provide the to-be-heated fluid discharge | emission process which extracts the to-be-heated fluid in the heat exchanger of flushing object before the said flushing process.
この構成によると、フラッシング工程において熱交換媒体の熱が被加熱流体に取られることはない。すなわち、被加熱流体への放熱ロスを防止することができる。また、フラッシング媒体である高温の熱交換媒体の温度低下を防止できるので、より確実なフラッシング(閉塞物除去)を行うことができる。 According to this configuration, heat of the heat exchange medium is not taken by the heated fluid in the flushing process. That is, it is possible to prevent heat loss to the heated fluid. Moreover, since the temperature fall of the high temperature heat exchange medium which is a flushing medium can be prevented, more reliable flushing (clogging removal) can be performed.
さらに本発明において、前記放熱システムは、前記第1熱交換器および第2熱交換器の上流側の前記熱媒循環経路と、前記第1熱交換器および第2熱交換器の下流側の前記熱媒循環経路と、の間を連通させるバイパス経路と、前記バイパス経路に設けられ、前記直接接触式蓄熱装置からの前記熱交換媒体の流れを、熱交換器側または前記バイパス経路側に切り替えるバイパスバルブと、を備え、前記フラッシング工程から前記熱供給工程へ移行する際に、前記バイパスバルブを前記バイパス経路側に一旦切り替えるバイパスバルブ切替工程を備えることが好ましい。 Furthermore, in the present invention, the heat dissipation system includes the heat medium circulation path upstream of the first heat exchanger and the second heat exchanger, and the downstream of the first heat exchanger and the second heat exchanger. A bypass path that communicates with the heat medium circulation path, and a bypass that is provided in the bypass path and switches the flow of the heat exchange medium from the direct contact heat storage device to the heat exchanger side or the bypass path side And a bypass valve switching step of temporarily switching the bypass valve to the bypass path side when shifting from the flushing step to the heat supply step.
この構成によると、フラッシング工程から熱供給工程へ移行する際に(熱交換媒体を流す熱交換器を変更する際に)、バイパスバルブをバイパス経路側に一旦切り替えて熱交換媒体をバイパス経路に流すことで、熱媒循環ポンプを停止させる必要がなくなる。すなわち、フラッシング運転から熱供給運転へ移行する際に、熱媒循環ポンプを停止・起動させることなく一定回転で運転し続けることができ、フラッシング運転から熱供給運転へよりスムーズに移行することができる。 According to this configuration, when shifting from the flushing process to the heat supply process (when changing the heat exchanger that flows the heat exchange medium), the bypass valve is temporarily switched to the bypass path side to flow the heat exchange medium to the bypass path. Thus, it is not necessary to stop the heat medium circulation pump. That is, when shifting from the flushing operation to the heat supply operation, the heat medium circulation pump can be continuously operated without stopping and starting, and the flushing operation can be more smoothly shifted to the heat supply operation. .
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、直接接触式蓄熱装置(以下、「蓄熱装置」と呼ぶ)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、当該蓄熱装置を用いた放熱システムおよびその運転方法について説明する。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. Here, first, a heat transport system using a direct contact heat storage device (hereinafter referred to as “heat storage device”) and a heat storage device will be described, and then a heat dissipation system using the heat storage device and an operation method thereof. explain.
(熱輸送システム)
図1は、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などの輸送車両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へ搬送する(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へ搬送する(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。なお、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。この熱輸送システムは、後述する放熱システム50を包含するものであり、放熱システム50は熱利用設備200側にある。
(Heat transport system)
FIG. 1 is a schematic diagram for explaining a heat transport system. As shown in FIG. 1, this heat transport system uses, for example, exhaust heat generated in a
(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、潜熱蓄熱に用いられる蓄熱材12と、蓄熱材12を収容する貯蔵容器11と、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。
(Heat storage device)
Next, an outline of the heat storage device will be described. FIG. 2 is a schematic diagram showing the
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、エリスリトールが挙げられる。エリスリトールは、凝固点:約119℃、融解熱:約340kJ/kg、の物質であり、常温で固体となっている。なお以降の説明では、特記なき限り、蓄熱材12としてエリスリトールを採用したものとする。また、熱交換媒体13としては、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。なお以降の説明では、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。
As the
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へ放熱した)熱交換媒体13は、図2に示す供給菅14から、貯蔵容器11に収容されている蓄熱材12内へ供給され、蓄熱材12に対して直接接触することで当該蓄熱材12と熱交換しながら、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、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(受熱)した熱交換媒体13は、熱源設備100の排熱により加熱されるために(または、熱利用設備200へ放熱するために)排出管15から外部に排出される。
The
(放熱システム)
次に、放熱システムについて説明する。図3は、蓄熱装置1を用いた放熱システム50を示すブロック図である。前記したように、熱源設備100で発生した排熱を、蓄熱装置1(搬送可能に形成された蓄熱装置)に蓄え、この蓄熱装置1を熱利用設備200へ搬送する。そして、本放熱システム50により、蓄熱装置1から熱利用設備200へ熱供給するのである。このように、本実施形態で示す放熱システム50は、熱輸送システムの中の1つのシステムである。なお、本発明の放熱システムは、固定設置された(常設設置された)直接接触式蓄熱装置から熱利用設備200へ熱供給するシステムとして用いることもできる。
(Heat dissipation system)
Next, the heat dissipation system will be described. FIG. 3 is a block diagram showing a
図3に示すように、放熱システム50は、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中に並列に設けられた第1熱交換器21および第2熱交換器22と、熱媒循環経路6中に設けられ熱交換媒体13を循環させる熱媒循環ポンプ5とを備えている。
As shown in FIG. 3, the
(熱媒循環経路)
熱媒循環経路6は、フレキシブルホース2を介して蓄熱装置1に接続されている。フレキシブルホース2は、蓄熱装置1を輸送車両4に搭載した状態で熱媒循環経路6に着脱するのに便利である。また熱媒循環経路6は、第1熱交換器21および第2熱交換器22の上流側の熱媒循環経路6aと、第1熱交換器21および第2熱交換器22の下流側の熱媒循環経路6bとに分けて把握することができる。上流側の熱媒循環経路6aと、下流側の熱媒循環経路6bとは、バイパス経路7で結ばれている。
(Heating medium circulation route)
The heat
バイパス経路7には、蓄熱装置1からの熱交換媒体13の流れを、熱交換器21,22側またはバイパス経路7側に切り替えるバイパスバルブ23が取り付けられている。このバイパスバルブ23は、上流側の熱媒循環経路6aとバイパス経路7との交差部に取り付けられている。バイパスバルブ23は、電動の三方弁であり、任意の開度調整が電動で可能なバルブである。
A
また、バイパスバルブ23よりも下流側の熱媒循環経路6aには、蓄熱装置1からの熱交換媒体13の流れを、第1熱交換器21側または第2熱交換器22側に切り替える切替バルブ24が取り付けられている。熱媒循環経路6aは、この切替バルブ24を分岐部として第1熱交換器21側と第2熱交換器22側とに分岐している。切替バルブ24は、電動の三方弁であり、全開・全閉の2位置制御のバルブである。
Further, a switching valve that switches the flow of the
(第1,2熱交換器)
第1熱交換器21および第2熱交換器22は、被加熱流体(例えば、水)を間接加熱する間接熱交換器である。この間接熱交換器の種類としては、多管円筒形熱交換器、二重管式熱交換器、プレート式熱交換器などが挙げられる。そして第1熱交換器21および第2熱交換器22には、内部を被加熱流体が循環する流体循環経路8がそれぞれ接続されている。また、第1熱交換器21および第2熱交換器22の入口側の流体循環経路8には、それぞれバルブ26およびバルブ28が取り付けられ、出口側の流体循環経路8には、それぞれバルブ25およびバルブ27が取り付けられている。本実施形態のバルブ25〜28は手動バルブであるが、電動バルブとしてもよい。また、第1熱交換器21とバルブ26との間の流体循環経路8には、ドレン用バルブ29が取り付けられている。同様に、第2熱交換器22とバルブ28との間の流体循環経路8にもドレン用バルブ30が取り付けられている。本実施形態のドレン用バルブ29,30は手動バルブであるが、電動バルブとしてもよい。
(First and second heat exchanger)
The
(熱媒循環ポンプ)
熱媒循環ポンプ5は、蓄熱装置1とバイパスバルブ23との間の熱媒循環経路6中に設けられている。この熱媒循環ポンプ5は、起動・停止制御を行うのみの回転数一定のポンプである。なお、必ずしも回転数一定のポンプとする必要はなく、可変回転数のポンプとしても支障はない。
(Heat medium circulation pump)
The heat medium circulation pump 5 is provided in the heat
(放熱システムの運転方法)
まず、蓄熱装置1から熱利用設備200への熱供給の仕組みについてその概要を説明する。蓄熱装置1の高温の熱交換媒体13は、熱媒循環ポンプ5を運転することにより、熱媒循環経路6aを経由して、第1熱交換器21(または、第2熱交換器22)に達する。一方、熱利用設備200からの低温の被加熱流体は、流体循環経路8を経由して第1熱交換器21(または、第2熱交換器22)に達する。そして、第1熱交換器21(または、第2熱交換器22)内で高温の熱交換媒体13から低温の被加熱流体に熱が移動し、温められた被加熱流体は、流体循環経路8を経由して熱利用設備200に戻る。また放熱した熱交換媒体13は、熱媒循環経路6bを経由して蓄熱装置1に戻り、再び蓄熱材12と直接接触することで蓄熱材12から熱を受け取る。
(How to operate the heat dissipation system)
First, an outline of a mechanism for supplying heat from the
ここで、蓄熱装置1に戻り蓄熱材12中を上昇する熱交換媒体13の流れに起因して、液体に状態変化している貯蔵容器11内の蓄熱材12の層が攪拌され、その排出管15内を流れる熱交換媒体13中に蓄熱材12が混入してしまうことがある(蓄熱材12が流出してしまうことがある)。流出した蓄熱材12は、熱媒循環経路6aを経由して第1熱交換器21(または、第2熱交換器22)に入ってしまう。そして第1熱交換器21(または、第2熱交換器22)内の温度が蓄熱材12の凝固点を下回ったとき、第1熱交換器21(または、第2熱交換器22)内の蓄熱材12は固化する。固化した蓄熱材12は、第1熱交換器21(または、第2熱交換器22)内の熱交換媒体13の流路を狭くし、その結果として熱交換媒体13を一定流量流すことが困難となる。そして、熱交換媒体13を一定流量流すために熱媒循環ポンプ5の動力が増加することになる。。そのため、放熱運転開始時には、熱交換器内の蓄熱材12などの閉塞物を除去するためにフラッシング運転を毎回行っている。
Here, due to the flow of the
次に、放熱システム50の運転方法について説明する。なお、以下の説明では、まず第2熱交換器22内をフラッシングする場合について説明する。
Next, an operation method of the
(第1熱交換器21:熱供給運転、第2熱交換器22:フラッシング運転)
放熱システム50の運転開始にあたり、まず、第2熱交換器22前後の流体循環経路8に設けられたバルブ27,28を閉じ、そしてドレン用バルブ30を開いて、第2熱交換器22内の被加熱流体を抜く(被加熱流体排出工程)。なお、第1熱交換器21前後のバルブ25,26は開であることを確認しておく。被加熱流体排出工程により、バルブ27とバルブ28との間の被加熱流体のみが排出される。第2熱交換器22内の被加熱流体を抜いておくことで、後述するフラッシング工程において熱交換媒体13の熱が被加熱流体に取られることはない。すなわち、被加熱流体への放熱ロスを防止することができる。また、フラッシング媒体である高温の熱交換媒体13の温度低下を防止できるので、より確実なフラッシング(閉塞物除去)を行うことができる。
(First heat exchanger 21: heat supply operation, second heat exchanger 22: flushing operation)
In starting the operation of the
次に、バイパスバルブ23がバイパス経路7側:開であることを確認した上で、熱媒循環ポンプ5を起動する。これにより、蓄熱装置1からの熱交換媒体13は、熱交換器21,22側に流れず、バイパス経路7を流れて蓄熱装置1に戻る。
Next, after confirming that the
次に、切替バルブ24を第2熱交換器22側に切り替える(切替バルブ24が第2熱交換器22側:開であることを確認する)。そして、バイパスバルブ23を熱交換器21,22側に切り替える。これにより、第2熱交換器22と蓄熱装置1との間で高温の熱交換媒体13(温度は、例えば140℃〜160℃)が循環し、第2熱交換器22内で固化している蓄熱材12が熱交換媒体13中に溶解して蓄熱装置1内へ戻る(フラッシング工程)。この第2熱交換器22のフラッシングは1〜5分程度行う。
Next, the switching
その後、バイパスバルブ23をバイパス経路7側に切り替える(バイパスバルブ切替工程)。このように、フラッシング工程から後述する熱供給工程へ移行する際に、バイパスバルブ23をバイパス経路7側に一旦切り替えて熱交換媒体13をバイパス経路7に流すことで、熱媒循環ポンプ5を停止させる必要がなくなる。すなわち、フラッシング運転から熱供給運転へ移行する際に、熱媒循環ポンプ5を停止・起動させることなく一定回転で運転し続けることができ、フラッシング運転から熱供給運転へよりスムーズに移行することができる。
Thereafter, the
次に、切替バルブ24を第1熱交換器21側に切り替える。そして、バイパスバルブ23を熱交換器21,22側に切り替える。これにより、第1熱交換器21と蓄熱装置1との間で熱交換媒体13が循環し、熱利用設備200から流体循環経路8を経由して第1熱交換器21内を流れる被加熱流体が間接加熱される(熱供給工程)。被加熱流体である例えば水は、例えば60℃〜90℃に加熱される。
Next, the switching
蓄熱装置1から熱利用設備200への熱供給が終了すれば、バイパスバルブ23をバイパス経路7側に切り替えて、その後、熱媒循環ポンプ5を停止する。また、第2熱交換器22前後のバルブ27,28を開け温水を第2熱交換器22に充填する。なお、ドレン用バルブ30は閉にする。
When the heat supply from the
本運転方法によると、第1熱交換器21をフラッシングし、フラッシング終了後、第1熱交換器21とは別の熱交換器である第2熱交換器22で被加熱流体を間接加熱して熱供給運転することになる。したがって、フラッシング運転から熱供給運転へ移行するに際し、フラッシング運転直後の高温となった第1熱交換器21を用いることなく熱供給運転へ移行することができる。すなわち、フラッシング運転から熱供給運転へ時間ロスなくスムーズに移行することができる。
According to this operation method, the
(第1熱交換器21:フラッシング運転、第2熱交換器22:熱供給運転)
蓄熱装置1から熱利用設備200への次回の熱供給の際には、前回熱利用設備200への熱供給に用いた第1熱交換器21内をフラッシングし、前回フラッシングした第2熱交換器22で熱利用設備200に熱供給する。
(First heat exchanger 21: flushing operation, second heat exchanger 22: heat supply operation)
In the next heat supply from the
まず、第1熱交換器21前後の流体循環経路8に設けられたバルブ25,26を閉じ、そしてドレン用バルブ29を開いて、第1熱交換器21内の被加熱流体を抜く(被加熱流体排出工程)。なお、第2熱交換器22前後のバルブ27,28は開であることを確認しておく。
First, the
次に、バイパスバルブ23がバイパス経路7側:開であることを確認した上で、熱媒循環ポンプ5を起動する。これにより、蓄熱装置1からの熱交換媒体13は、熱交換器21,22側に流れず、バイパス経路7を流れて蓄熱装置1に戻る。
Next, after confirming that the
次に、切替バルブ24が第1熱交換器21側:開であることを確認する。そして、バイパスバルブ23を熱交換器21,22側に切り替える。これにより、第1熱交換器21と蓄熱装置1との間で高温の熱交換媒体13(温度は、例えば140℃〜160℃)が循環し、第1熱交換器21内で固化している蓄熱材12が熱交換媒体13中に溶解して蓄熱装置1内へ戻る(フラッシング工程)。この第1熱交換器21のフラッシングは、第2熱交換器22のフラッシングと同様に1〜5分程度行う。
Next, it is confirmed that the switching
その後、バイパスバルブ23をバイパス経路7側に切り替える(バイパスバルブ切替工程)。次に、切替バルブ24を第2熱交換器22側に切り替える。そして、バイパスバルブ23を熱交換器21,22側に切り替える。これにより、第2熱交換器22と蓄熱装置1との間で熱交換媒体13が循環し、熱利用設備200から流体循環経路8を経由して第2熱交換器22内を流れる被加熱流体が間接加熱される(熱供給工程)。
Thereafter, the
蓄熱装置1から熱利用設備200への熱供給が終了すれば、バイパスバルブ23をバイパス経路7側に切り替えて、その後、熱媒循環ポンプ5を停止する。また、第1熱交換器21前後のバルブ25,26を開け温水を第1熱交換器21に充填する。なお、ドレン用バルブ29は閉にする。
When the heat supply from the
このように、放熱システム50は、第1熱交換器21および第2熱交換器22を、被加熱流体を間接加熱する熱供給運転用、熱交換器内で固化している蓄熱材12を溶解させて蓄熱装置1内へ戻すフラッシング運転用と、放熱運転ごとに交互に切り替えて運転してなるシステムである。フラッシング工程および熱供給工程を2つ並列に設けた熱交換器21,22に対して、放熱運転ごとに交互に切り替えて行うことにより、熱交換器21,22内の閉塞を十分に抑制することができる。なお、フラッシング工程および熱供給工程を熱交換器21,22に対して放熱運転ごとに必ずしも交互に行う必要はなく、一方の熱交換器のフラッシング運転を所定回数行った後、他方の熱交換器のフラッシング運転を行ってもよい。
Thus, the
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。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made as long as they are described in the claims. .
例えば、被加熱流体を間接加熱する熱交換器を3つ以上並列に設けて、相互に切り替え運転を行うように構成してもよい。 For example, three or more heat exchangers for indirectly heating the fluid to be heated may be provided in parallel, and the switching operation may be performed mutually.
また、上記実施形態においては、バイパスバルブ23および切替バルブ24を三方弁とした例を示したが、通常の2方弁を2つ用いてバイパスバルブ23(または切替バルブ24)を構成してもよい。
In the above-described embodiment, an example in which the
1:蓄熱装置(直接接触式蓄熱装置)
5:熱媒循環ポンプ
6:熱媒循環経路
12:蓄熱材
13:熱交換媒体
21:第1熱交換器
22:第2熱交換器
50:放熱システム
1: Thermal storage device (direct contact thermal storage device)
5: Heat medium circulation pump 6: Heat medium circulation path 12: Heat storage material 13: Heat exchange medium 21: First heat exchanger 22: Second heat exchanger 50: Heat dissipation system
Claims (6)
前記直接接触式蓄熱装置に接続され、前記熱交換媒体が循環する熱媒循環経路と、
前記熱媒循環経路中に並列に設けられ、被加熱流体を間接加熱する第1熱交換器および第2熱交換器と、
前記熱媒循環経路中に設けられ、前記熱交換媒体を循環させる熱媒循環ポンプと、を備え、
前記第1熱交換器および第2熱交換器を、前記被加熱流体を間接加熱する熱供給運転用、熱交換器内で固化している前記蓄熱材を溶解させて前記直接接触式蓄熱装置内へ戻すフラッシング運転用と、相互に切り替えて運転してなる放熱システム。 A direct contact heat storage device that houses a heat storage material used for latent heat storage and a heat exchange medium that performs heat exchange by directly contacting the heat storage material;
A heat medium circulation path connected to the direct contact heat storage device and through which the heat exchange medium circulates;
A first heat exchanger and a second heat exchanger that are provided in parallel in the heat medium circulation path and indirectly heat the fluid to be heated;
A heat medium circulation pump provided in the heat medium circulation path for circulating the heat exchange medium,
The first heat exchanger and the second heat exchanger are for heat supply operation for indirectly heating the fluid to be heated, and the heat storage material solidified in the heat exchanger is dissolved in the direct contact heat storage device. A heat dissipation system that operates by switching between flushing operation and returning to the other.
前記バイパス経路に設けられ、前記直接接触式蓄熱装置からの前記熱交換媒体の流れを、熱交換器側または前記バイパス経路側に切り替えるバイパスバルブと、
を備える、請求項1に記載の放熱システム。 Communicating between the heat medium circulation path upstream of the first heat exchanger and the second heat exchanger and the heat medium circulation path downstream of the first heat exchanger and the second heat exchanger A bypass path,
A bypass valve provided in the bypass path, for switching the flow of the heat exchange medium from the direct contact heat storage device to a heat exchanger side or the bypass path side;
The heat dissipation system according to claim 1, comprising:
前記直接接触式蓄熱装置に接続され、前記熱交換媒体が循環する熱媒循環経路と、
前記熱媒循環経路中に並列に設けられ、被加熱流体を間接加熱する第1熱交換器および第2熱交換器と、
前記熱媒循環経路中に設けられ、前記熱交換媒体を循環させる熱媒循環ポンプと、を備える放熱システムの運転方法であって、
前記第1熱交換器および第2熱交換器のうちの一方の熱交換器と、前記直接接触式蓄熱装置との間で前記熱交換媒体を循環させて、当該熱交換器内で固化している前記蓄熱材を溶解させ前記直接接触式蓄熱装置内へ戻すフラッシング工程と、
前記フラッシング工程の後、前記第1熱交換器および第2熱交換器のうちの他方の熱交換器と、前記直接接触式蓄熱装置との間で前記熱交換媒体を循環させて、当該熱交換器内を流れる被加熱流体を間接加熱する熱供給工程と、を備え、
前記フラッシング工程および前記熱供給工程を、前記第1熱交換器および第2熱交換器に対して相互に切り替えて行う、放熱システムの運転方法。 A direct contact heat storage device that houses a heat storage material used for latent heat storage and a heat exchange medium that performs heat exchange by directly contacting the heat storage material;
A heat medium circulation path connected to the direct contact heat storage device and through which the heat exchange medium circulates;
A first heat exchanger and a second heat exchanger that are provided in parallel in the heat medium circulation path and indirectly heat the fluid to be heated;
A heat medium circulation pump that is provided in the heat medium circulation path and circulates the heat exchange medium;
The heat exchange medium is circulated between one of the first heat exchanger and the second heat exchanger and the direct contact heat storage device, and solidified in the heat exchanger. A flushing step of melting the heat storage material and returning it into the direct contact heat storage device;
After the flushing step, the heat exchange medium is circulated between the other heat exchanger of the first heat exchanger and the second heat exchanger and the direct contact heat storage device, and the heat exchange is performed. A heat supply process for indirectly heating the fluid to be heated flowing in the vessel,
An operation method of a heat dissipation system, wherein the flushing step and the heat supply step are performed by switching between the first heat exchanger and the second heat exchanger.
前記第1熱交換器および第2熱交換器の上流側の前記熱媒循環経路と、前記第1熱交換器および第2熱交換器の下流側の前記熱媒循環経路と、の間を連通させるバイパス経路と、
前記バイパス経路に設けられ、前記直接接触式蓄熱装置からの前記熱交換媒体の流れを、熱交換器側または前記バイパス経路側に切り替えるバイパスバルブと、を備え、
前記フラッシング工程から前記熱供給工程へ移行する際に、前記バイパスバルブを前記バイパス経路側に一旦切り替えるバイパスバルブ切替工程を備える、請求項4または5に記載の放熱システムの運転方法。 The heat dissipation system is
Communicating between the heat medium circulation path upstream of the first heat exchanger and the second heat exchanger and the heat medium circulation path downstream of the first heat exchanger and the second heat exchanger A bypass path,
A bypass valve that is provided in the bypass path and switches the flow of the heat exchange medium from the direct contact heat storage device to a heat exchanger side or the bypass path side;
The operating method of the heat radiating system according to claim 4 or 5, further comprising a bypass valve switching step of temporarily switching the bypass valve to the bypass path side when shifting from the flushing step to the heat supply step.
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