JP5908877B2 - 熱利用方法 - Google Patents

Description

本発明は、熱利用方法に関する。

近年、省エネルギーや温室効果ガス（とりわけエネルギー起因の炭酸ガス）の排出削減が求められるなかで、工場などから発生する廃熱の活用が着目されている。
廃熱の活用においては、熱の需要と供給の時間的または空間的ミスマッチが問題となる。これを解消するための技術として、廃熱源からの熱を蓄熱体に熱エネルギーとして貯蔵し（貯熱）、需要に応じて熱エネルギーを取り出す（放熱）、蓄熱が挙げられる。
蓄熱には、蓄熱体の一次相転移に伴う転移熱を利用する潜熱蓄熱と、転移熱を利用せずに蓄熱体の温度変化により貯熱／放熱する顕熱蓄熱とがあるが、潜熱蓄熱は、一般的に、顕熱蓄熱に比べて蓄熱密度が大きく、放熱温度が一定であるという特徴がある。
潜熱蓄熱装置では、装置構造が簡易的であるという理由から、潜熱蓄熱体と熱媒体とを直接接触させる方法が、広く採用されている。このような潜熱蓄熱装置は、例えば特許文献１に開示されている。

特開２００５−１８８９１６号公報

潜熱蓄熱装置において熱利用する場合、概略的には、容器の外部から低温の熱媒体が高温の潜熱蓄熱体内に流入し、潜熱蓄熱体と熱交換して加熱されつつ、比重差によって浮上した後、再び容器の外部に流出する。そして、容器の外部に流出した高温の熱媒体が、熱利用に供される。
このとき、例えば、熱媒体の流量が速すぎると、潜熱蓄熱体との熱交換が不十分となって温まり切らずに外部に流出してしまい、熱利用の観点から好ましくない。このため、熱媒体の流量は、熱媒体と潜熱蓄熱体との熱交換速度によって上限が決定される。
したがって、何らかの理由で一時的に熱利用量を増大させたい場合であっても、容器の外部に流出する熱媒体の流量を、熱交換速度による上限を超えて大きくできず、対応できないという問題がある。
本発明は、以上の点を鑑みてなされたものであり、潜熱蓄熱装置において一時的に熱利用量を増大できることを目的とする。

本発明は、以下の（１）〜（４）を提供する。
（１）潜熱蓄熱体を収容する下方空間と、上記下方空間よりも上側の空間であって上記潜熱蓄熱体よりも比重の小さい熱媒体が溜まる上方空間と、を有する容器と、上記下方空間に配置されて上記容器の外部と連通し、上記熱媒体を上記容器の外部から上記潜熱蓄熱体内に流入するための吐出口を外周面に有する流入管と、上記上方空間に配置されて上記容器の外部と連通し、上記上方空間にある上記熱媒体を上記容器の外部に流出するための吸入口を外周面に有する流出管と、上記上方空間にある上記熱媒体を、上記流出管の上記吸入口から上記容器の外部に流量変動自在に流出させ、廃熱を発生する廃熱エリアに設置された廃熱エリア熱交換器または当該廃熱を利用する熱利用エリアに設置された熱利用エリア熱交換器を経由して、上記流入管の上記吐出口から流量変動自在に上記潜熱蓄熱体内に流入させる流出入制御部と、上記上方空間にある上記熱媒体の液位を検出する液位センサと、を備える潜熱蓄熱装置。
（２）上記上方空間における上記吸入口よりも上側の空間である有効空間の容積が、上記容器の全容積に対して、１０〜４０％である、上記（１）に記載の潜熱蓄熱装置。

（３）上記（１）または（２）に記載の潜熱蓄熱装置を用いた熱利用方法であって、上記液位センサにより検出される上記熱媒体の液位が上記吸入口よりも高い定常位置にある状態で、上記流出入制御部を制御して、上記上方空間にある上記熱媒体を流出させて、上記廃熱エリア熱交換器で熱交換させ、当該流出の流量と同じ流量で上記潜熱蓄熱体内に流入させる貯熱運転を行なう工程と、上記液位センサにより検出される上記熱媒体の液位が上記定常位置にある状態で、上記流出入制御部を制御して、上記上方空間にある上記熱媒体を上記熱媒体と上記潜熱蓄熱体との熱交換速度により上限が決定される第１の流量で流出させて、上記熱利用エリア熱交換器で熱交換させ、当該流出の流量と同じ流量で上記潜熱蓄熱体内に流入させる放熱運転を行なう工程と、上記流出入制御部を制御して、一時的に、上記上方空間にある上記熱媒体を上記第１の流量の上限よりも大きい第２の流量で流出させて上記熱利用エリア熱交換器で熱交換させ、上記潜熱蓄熱体内に上記第１の流量で流入させる臨時放熱運転を行なう工程と、を備える熱利用方法。
（４）上記臨時放熱運転において上記熱媒体を上記第２の流量で流出させる際に、上記液位センサに上記熱媒体の液位を検出させ、当該液位が上記吸入口よりも高いうちに、上記流出入制御部を制御して、上記容器の外部に流出する上記熱媒体の流量を、上記潜熱蓄熱体内に流入する上記熱媒体の流量以下の流量にする、上記（３）に記載の熱利用方法。

本発明によれば、一時的に、熱交換速度による上限を超えた流量（第２の流量）で熱媒体を流出させて熱利用エリアの熱交換器で熱交換させることができるため、一時的に熱利用量を増大できる。

一実施形態の潜熱蓄熱装置１について一部を切り欠いて示す側面図である。

以下、本発明の一実施形態について、図１に基づいて説明する。ただし、本発明は、以下に説明する実施形態に限定されるものではない。

図１は、一実施形態の潜熱蓄熱装置１について一部を切り欠いて示す側面図である。図１では、後述する容器４の側面を切り欠いて示しており、容器４の内部が図示されている。また、後述する循環管１３（循環管１３ａ、循環管１３ｂ）の一部も切り欠いて示している。

潜熱蓄熱装置１において、概略的には、熱媒体３が、流入管５から容器４内に流入し、潜熱蓄熱体２と直接接触して熱交換しつつ、比重差によって浮上した後、流出管６から容器４の外部に流出する。
このような潜熱蓄熱装置１は、例えば、ゴミ焼却場、発電所、製鉄所等の工場２０で発生した廃熱を、工場２０とは別の建屋である施設３０においてエアコン等に利用する場合に用いられる。
以下、潜熱蓄熱装置１を詳細に説明する。

潜熱蓄熱装置１は、潜熱蓄熱容器である容器４を主体に構成されている。容器４には、潜熱蓄熱体２と熱媒体３とが収容されている。潜熱蓄熱体２としては、例えば、エリスリトール（融点：約１１８℃）、酢酸ナトリウム三水和物塩（融点：約５８℃）等が挙げられる。熱媒体３は、例えば油であり、その具体例としては、鉱油系熱媒体油等が挙げられる。

潜熱蓄熱体２と熱媒体３とは互いに混合せず、熱媒体３が潜熱蓄熱体２よりも比重が小さいため、容器４内では、上層に熱媒体３、下層に潜熱蓄熱体２と互いに分離して収容される。潜熱蓄熱体２と熱媒体３とが互いに混合しないため、潜熱蓄熱体２と熱媒体３との間には、それぞれを分離するための部材等は介在しておらず、潜熱蓄熱体２と熱媒体３とは直接接触している。

容器４における潜熱蓄熱体２の収容空間である下方空間４ａには、流入管５が配置されている。流入管５の外周面には、貫通孔である複数個の吐出口７が形成されている。容器４における下方空間４ａの上側の空間である上方空間４ｂには、熱媒体３が溜まっており、流出管６が配置されている。流出管６の外周面にも、同様に、貫通孔である複数個の吸入口８が形成されている。流入管５および流出管６は、それぞれ、容器４の外部に連通しており、容器４の外部に配置された循環管１３を介して、接続している。

循環管１３の途中には、流出入制御部としてのポンプ１０が設置されている。流出管６および流入管５は、循環管１３を介してポンプ１０に接続している。ポンプ１０の作動により、容器４の上方空間４ｂにある熱媒体３は、流出管６の吸入口８から吸入されて流出管６を流通して容器４の外部に流出し、循環管１３を経由して、容器４内の流入管５に導入される。流入管５に導入された熱媒体３は、吐出口７から吐出して、容器４の下方空間４ａに収容されている潜熱蓄熱体２内に流入する。熱媒体３の流出および流入の流量（速度）は、ポンプ１０の調整によって変動自在である。

循環管１３は、より詳細には、後述する貯熱運転時に使用される循環管１３ａと、後述する放熱運転時に使用される循環管１３ｂとに分岐している。循環管１３ａの途中には、廃熱を発生する廃熱エリアとしての工場２０に設置された廃熱エリア熱交換器（以下、単に「熱交換器」という）１２ａが配設されている。循環管１３ｂの途中には、廃熱を利用する熱利用エリアとしての施設３０に設置された熱利用エリア熱交換器（以下、単に「熱交換器」という）１２ｂが配設されている。

循環管１３の途中には、弁１４ａおよび弁１４ｂ（以下、まとめて「弁１４」ともいう）が設けられている。図１では、放熱運転時における弁１４を実線で示しており、貯熱運転時における弁１４を破線で示している。放熱運転時には、弁１４は循環管１３ａを塞いでおり、ポンプ１０の作動によって、熱媒体３は、循環管１３ｂを通る。一方、貯熱運転時には、弁１４は循環管１３ｂを塞いでおり、ポンプ１０の作動によって、熱媒体３は、循環管１３ａを通る。

循環管１３における熱交換器１２ａおよび熱交換器１２ｂ（以下、まとめて「熱交換器１２」ともいう）の下流側であって、流入管５の上流側には、流出入制御部としての流量調整タンク１１が配設されている。流量調整タンク１１は、ポンプ１０の作動により循環管１３を通る熱媒体３の一部を貯留して、流入管５に導入される熱媒体３の流量を減じたり、また、貯留した熱媒体３を放出して、流入管５に導入される熱媒体３の流量を増やしたりする。

容器４には、上方空間４ｂに溜まった熱媒体３の液位（液面の位置）を検出する液位センサ９が設けられている。液位センサ９としては特に限定されず、例えば光学的な手段や超音波を用いて非接触で熱媒体３の液位を検出するセンサが好適に挙げられる。なお、液位センサ９は、吸入口８よりも高い液位が検出できればよいが、吸入口８の位置以下にある液位も検出できるものが好ましい。

次に、潜熱蓄熱装置１を用いた熱利用方法について説明する。本発明の熱利用方法は、通常運転（貯熱運転および放熱運転）を行なう工程のほか、さらに、臨時運転を行なう工程を備える。
まず、通常運転（貯熱運転および放熱運転）を説明する。貯熱運転を行なった後に放熱運転を行なうことで、工場２０の廃熱を潜熱蓄熱体２に熱エネルギーとして貯蔵し、貯蔵した熱エネルギーを取り出して利用できる。

＜貯熱運転＞
貯熱運転を開始する前の時点では、容器４は常温である。このため、容器４の下方空間４ａに収容されている潜熱蓄熱体２は、例えばエリスリトールの場合には融点が１１８℃であるため、固相である。固相である潜熱蓄熱体２の上側の上方空間４ｂには、液相である熱媒体３が溜まっている。なお、上方空間４ｂが空である場合には、例えば容器４に設けられた図示しない栓から、液相の熱媒体３を導入すればよい。このとき、熱媒体３の液位は、液位センサ９により検出されており、吸入口８よりも高い所定の位置（以下、「定常位置」ともいう）となっている。

貯熱運転では、熱媒体３の液位が吸入口８よりも高い定常位置にある状態で、弁１４を動かして循環管１３ｂを塞ぎ、熱媒体３が循環管１３ａを流通自在な状態にする。このとき、循環管１３ａの途中に配設されている熱交換器１２ａには、工場２０で発生した廃熱（蒸気）が取り込まれている。
そして、ポンプ１０を作動させて、上方空間４ｂに溜まっている熱媒体３を、吸入口８から吸入して流出管６を通して容器４の外部に流出させる。容器４の外部に流出した熱媒体３は、循環管１３ａを流通する過程で、熱交換器１２ａにおいて、取り込まれている蒸気と熱交換して加熱される。なお、熱交換器１２ａに取り込まれている蒸気は、熱交換により除熱され、適宜排気される。

熱交換して加熱された熱媒体３（以下、便宜的に、熱交換した熱媒体３を「熱媒体３ａ」ともいう）は、続けて、ポンプ１０の作動により、流量調整タンク１１を経由して、流入管５を通り吐出口７から吐出して、容器４の下方空間４ａに収容されている潜熱蓄熱体２に流入する。なお、通常の貯熱運転においては、流量調整タンク１１による熱媒体３（熱媒体３ａ）の流量調整は行なわれない。
潜熱蓄熱体２内に流入した熱媒体３ａは、比重が潜熱蓄熱体２よりも小さいため、上方空間４ｂの熱媒体３まで浮上して、熱媒体３に取り込まれる。熱媒体３ａは、浮上中に、潜熱蓄熱体２と直接接触して熱交換する。すなわち、熱媒体３ａに供給された熱は、潜熱蓄熱体２に伝導される。

上述したように、貯熱運転の開始時点において、潜熱蓄熱体２は固相であるが、貯熱運転を継続することにより、容器４に収容されている潜熱蓄熱体２および熱媒体３の温度が上昇し、潜熱蓄熱体２の温度が融点に達すると、潜熱蓄熱体２は次第に融解し、融解の過程で、潜熱を貯熱する。こうして、工場２０で発生した廃熱が、潜熱蓄熱装置１の潜熱蓄熱体２に貯熱される。

このような貯熱運転においては、上述したように、流量調整タンク１１は作動させないでポンプ１０を作動させる。このため、流出管６を経由して上方空間４ｂから容器４の外部に流出する熱媒体３の流量（以下、「流出流量」ともいう）と、容器４の外部から流入管５を経由して容器４内の潜熱蓄熱体２に流入する熱媒体３（熱媒体３ａ）の流量（以下、「流入流量」ともいう）とは、同量である。
熱媒体３の流出流量と流入流量とが同量であるため、液位センサ９により検出される熱媒体３の液位は、貯熱運転の間、定常位置からほぼ不変である。

＜放熱運転＞
次に、通常の放熱運転を説明する。基本的な流れは、貯熱運転と同じである。
放熱運転の開始時点（貯熱運転の終了時点）では、容器４の下方空間４ａに収容されている潜熱蓄熱体２は、部分的な場合を含めて液相であり、潜熱を貯熱している。また、上方空間４ｂに溜まっている熱媒体３も、潜熱蓄熱体２の融点と同程度の高温となっており、かつ、液位が吸入口８よりも高い定常位置にある。

このような状態で、弁１４を動かして循環管１３ａを塞ぎ、熱媒体３が循環管１３ｂを流通自在な状態にする。このとき、循環管１３ａの途中に配設されている熱交換器１２ａには、施設３０において、エアコンに使用される熱媒体である気体や液体等の流体が取り込まれている。
そして、ポンプ１０を作動させて、上方空間４ｂに溜まっている高温の熱媒体３を、吸入口８から吸入して流出管６を通して容器４の外部に流出させる。容器４の外部に流出した熱媒体３は、循環管１３ｂを流通する過程で、熱交換器１２ｂに取り込まれている流体と熱交換して除熱される。熱交換器１２ｂに取り込まれている流体は、熱を帯びた熱媒体３から熱伝導されて加熱され、施設３０のエアコンの熱媒体として使用される。こうして、貯熱運転で潜熱蓄熱体２に貯熱された工場２０の廃熱が、取り出されて利用される。

熱交換した低温の熱媒体３（熱媒体３ａ）は、続けて、ポンプ１０の作動により、流量調整タンク１１を経由して、流入管５を通り吐出口７から吐出して、潜熱蓄熱体２内に流入する。なお、通常の貯熱運転と同様に、通常の放熱運転においても、流量調整タンク１１による熱媒体３（熱媒体３ａ）の流量調整は行なわれない。
潜熱蓄熱体２内に流入した低温の熱媒体３ａは、潜熱蓄熱体２との比重差によって浮上する。このとき、低温の熱媒体３ａは、浮上中に、潜熱蓄熱体２と熱交換し、液相の潜熱蓄熱体２から伝熱されて、高温の熱媒体３ａと化して、上方空間４ｂにある高温の熱媒体３に取り込まれる。

放熱運転を継続することにより、上方空間４ｂにある高温の熱媒体３を取り出して、連続的に熱利用できるが、放熱運転の期間が長くなると、容器４内の潜熱蓄熱体２および熱媒体３の温度は下降する。そして、潜熱蓄熱体２の温度が凝固点に達すると、潜熱蓄熱体２が次第に凝固し、潜熱を放熱する。

このような放熱運転においても、流量調整タンク１１は作動させないでポンプ１０を作動させるため、やはり、熱媒体３の流出流量と流入流量とは同量である。したがって、貯熱運転と同様、通常の放熱運転の間も、液位センサ９により検出される熱媒体３の液位は、定常位置からほぼ不変である。

もっとも、放熱運転における熱媒体３の流量（流出流量および流入流量）は、以下に説明するように、熱媒体３と潜熱蓄熱体２との熱交換速度によって上限が決定される。
まず、放熱運転においては、流入管５から流入した低温の熱媒体３ａが、浮上中に潜熱蓄熱体２と熱交換し、高温となって上方空間４ｂにある高温の熱媒体３に取り込まれる。 しかし、このとき、熱媒体３ａの流入速度が速すぎると、潜熱蓄熱体２との熱交換が不十分となって、高温とならないまま、上方空間４ｂにある熱媒体３に取り込まれてしまう。そうすると、上方空間４ｂにある熱媒体３の温度が低下し、低温の熱媒体３が流出することになる。低温の熱媒体３が流出すると、施設３０での熱交換器１２ｂにおける熱利用の観点から好ましくない。
このため、放熱運転における熱媒体３の流量は、流入管５から流入した低温の熱媒体３ａが、その浮上中に潜熱蓄熱体２と十分に熱交換できて高温となる流量に設定する。このように、熱媒体３と潜熱蓄熱体２との熱交換速度によって上限が決定される熱媒体３の流量を「第１の流量」とする。「第１の流量」は、この上限の流量を含む、ある程度の幅を持った流量である。
放熱運転における熱媒体３の流出流量および流入流量は、「第１の流量」の範囲で、ともに同量とする。

＜臨時放熱運転＞
ところで、貯熱運転の終了後または通常の放熱運転の途中において、例えば、冬の明け方に施設３０内に設置されているエアコンの稼働台数や設定温度を上げたい場合など、一時的に熱利用量を増大させたい場合も想定される。その場合、熱媒体３の流量を「第１の流量」の上限よりも大きくすることを要するが、そうすると、上述したように、低温の熱媒体３が容器４から流出してしまうため、熱利用の観点から問題となる。
しかしながら、このとき、潜熱蓄熱装置１において、後述する臨時放熱運転を行えば、一時的に熱利用量を増大できる。以下、臨時放熱運転について説明する。

貯熱運転の終了後または通常の放熱運転の途中においては、上方空間４ｂの熱媒体３は、潜熱蓄熱体２の融点と同程度の高温となっており、かつ、液位が吸入口８よりも高い定常位置にある。
この状態で、まず、ポンプ１０を調整して、上方空間４ｂからの熱媒体３の流出流量を、一時的に「第１の流量」の上限よりも大きい「第２の流量」にする。熱媒体３の流出流量を「第２の流量」にすれば、熱交換器１２ｂにおいて、施設３０内に設置されたエアコンの熱媒体である流体と熱交換できる熱媒体３の量も増大するため、施設３０内に設置されたエアコンの稼働台数や設定温度を上げたい場合など、一時的な熱利用量の増大に対応できる。

ところで、熱媒体３の流出流量を「第２の流量」にすると、容器４に流入する熱媒体３ａの流入流量も「第２の流量」となり得るが、このとき、流量調整タンク１１を作動して熱媒体３の一部を貯留させ、熱媒体３ａの流入流量を「第１の流量」にする。
これにより、熱媒体３ａの流入流量は、最大でも、熱媒体３と潜熱蓄熱体２との熱交換速度により決定される上限の流量となるため、流量が速すぎて潜熱蓄熱体２との熱交換が不十分で高温とならないまま、上方空間４ｂにある熱媒体３に取り込まれることがなくなる。つまり、上方空間４ｂにある熱媒体３の温度が低下して、低温の熱媒体３が流出管６から流出することが防止される。このように、臨時放熱運転では「第２の流量」で流出させて、熱利用することができる。
なお、熱媒体３の流入流量は「第１の流量」にするが、ゼロにはしない。これは、流入管５の吐出口７から吐出する熱媒体３の流量をゼロにすると、潜熱蓄熱体２が吐出口７から逆流するおそれがあるからである。

臨時放熱運転では、熱媒体３の流出流量が流入流量よりも大きくなるため、上方空間４ｂにある熱媒体３の量が減少して熱媒体３の液位が低下する。
しかし、臨時放熱運転の開始前である貯熱運転の終了後または通常の放熱運転の途中においては、上述したように、熱媒体３の液位は吸入口８よりも高い定常位置にあるので、臨時放熱運転の開始後、しばらくは、高温の熱媒体３を流出できる。

もっとも、熱媒体３の液位の低下が進み、吸入口８よりも低くなると、熱媒体３を流出できなくなる。そこで、熱媒体３を「第２の流量」で流出させる際には、液位センサ９に熱媒体３の液位を検出させる。そして、熱媒体３の液位が吸入口８よりも高いうちに、再びポンプ１０を調整し、熱媒体３の流出流量を、現状で「第１の流量」である流入流量以下の流量にする。例えば、流出流量を、「第１の流量」の範囲で、流入流量と同じにする。これにより、熱媒体３の液位が低下しすぎて熱媒体３が流出できなくなることが防止される。こうして、臨時放熱運転が終了する。

臨時放熱運転が終了した後、例えば、「第１の流量」の範囲で流出流量と流入流量とを同量にした場合には、上述した通常の放熱運転に移行することになる。
ところで、臨時放熱運転が終了した時点では、流量調整タンク１１には、流入流量を減じるために貯留していた熱媒体３が貯えられている。そこで、臨時放熱運転の終了後に移行した放熱運転において流量調整タンク１１の熱媒体３を放出してもよい。この場合、例えば、ポンプ１０を調整して、容器４から外部に流出する熱媒体３の流出流量を「第１の流量」の上限よりも小さくしつつ、流量調整タンク１１から熱媒体３を徐々に放出させ、容器４内の潜熱蓄熱体２に流入する熱媒体３の流入流量を「第１の流量」の上限以下の流量とすればよい。
また、臨時放熱運転の終了後に移行した放熱運転は、流量調整タンク１１から熱媒体３を放出させずに通常どおりに行ない、放熱運転後の貯熱運転において、流量調整タンク１１から熱媒体３を放出させるようにしてもよい。

次に、上方空間４ｂにおける、流出管６の吸入口８の位置よりも上側の空間（以下、便宜的に「有効空間４ｂ１」ともいう）について説明する。
有効空間４ｂ１の容積は、容器４および下方空間４ａの寸法が一定であれば、上方空間４ｂにおける流出管６の位置に応じて変動する。
ここで、流出管６の位置が高く、有効空間４ｂ１の容積が小さすぎる場合、上述した臨時放熱運転の際に、高温のまま流出する熱媒体３の量が相対的に少なくなってしまう。このため、臨時放熱運転を長くできる観点からは、有効空間４ｂ１の容積は大きい方が好ましい。
一方で、有効空間４ｂ１の容積が大きすぎる場合、有効空間４ｂ１の上部にある熱媒体３は、下方空間４ａにある潜熱蓄熱体２からの熱を受けにくく、冷めやすい等の問題が生じるおそれがある。
そこで、有効空間４ｂ１の容積は、容器４の全容積に対して、１０〜４０％が好ましく、２０〜３０％がより好ましい。この範囲であれば、臨時放熱運転を適宜に長くでき、かつ、熱媒体３も冷めにくくできる。

なお、流出管６の位置を変更して有効空間４ｂ１の容積を設定するに際しては、流出管６の位置が低すぎると、吸入口８から熱媒体３を吸入する際に潜熱蓄熱体２を巻き込んで吸入してしまうおそれがあるため、潜熱蓄熱体２が混入しない程度に下方空間４ｂから離れた高さにあるのが好ましい。

以上、本実施の形態では、１台の熱交換器１２ａまたは熱交換器１２ｂに対して、１台の潜熱蓄熱装置１が設置された例を示したが、複数台の潜熱蓄熱装置１が設置されていてもよい。その場合、１台目の潜熱蓄熱装置１で貯熱運転を終えた後に放熱運転を行なっている最中に、２台目の潜熱蓄熱装置１で貯熱運転を行なうことで、１台目の潜熱蓄熱装置１による放熱運転の後、連続的に、２台目の潜熱蓄熱装置１による放熱運転を行なうことができるため、効率的に熱利用できる。

以下に、実施例を挙げて本発明を具体的に説明する。ただし、本発明はこれらに限定されるものではない。

図１に基づいて説明した潜熱蓄熱装置１を用いて、高温の熱媒体３を取り出して熱利用を行なった。
このとき、容器４の寸法は、長さ０．７ｍ×幅０．７ｍ×高さ１．０ｍで、有効空間４ｂ１の容積は、容器４の全容積に対して３０％であった。
また、潜熱蓄熱体２としてエリスリトール（融点：１１８℃）３００ｋｇを用い、熱媒体３として油（ＮｅｏＳＫ−ＯＩＬ Ｌ４００（綜研テクニックス社製））を用いた。
なお、潜熱蓄熱体２と熱媒体３との熱交換速度によって決定される「第１の流量」の上限を、７０Ｌ／ｍｉｎとした。
放熱運転および臨時放熱運転において熱利用に供されて容器４内に流入する熱媒体３の温度は、９０℃で一定に保った。

（実験例１）
まず、通常の貯熱運転を行ない潜熱蓄熱体２を融解させた。
次に、通常の放熱運転として、ポンプ１０を作動させ、容器４に収容されている熱媒体３を流出流量６０Ｌ／ｍｉｎで容器４の外部に流出させて熱利用に供しつつ、流量調整タンク１１を作動させないで、流出流量と同じ流入流量６０Ｌ／ｍｉｎで容器４内に流入させた。このような放熱運転を３０分間行なったが、この間、容器４の外部に流出した熱媒体３の平均温度は、１１４℃であった。

（実験例２）
まず、通常の貯熱運転を行ない潜熱蓄熱体２を融解させた。
次に、通常の放熱運転として、ポンプ１０を作動させ、容器４に収容されている熱媒体３を流出流量１２０Ｌ／ｍｉｎで容器４の外部に流出させて熱利用に供しつつ、流量調整タンク１１を作動させないで、流出流量と同じ流入流量１２０Ｌ／ｍｉｎで容器４内に流入させた。このような放熱運転を１５分間行なったが、この間、容器４の外部に流出した熱媒体３の平均温度は、１０５℃であった。

（実験例３）
まず、通常の貯熱運転を行ない潜熱蓄熱体３を融解させた。貯熱運転の終了後における容器４の熱媒体３の温度は１１５℃であった。
次に、液位センサ９に容器４内の熱媒体３の液位を検出させて、熱媒体３の液位が吸入口８よりも高く保たれていることを確認しながら、２分間の臨時放熱運転を行なった。具体的には、ポンプ１０を作動させ、容器４に収容されている熱媒体３を流出流量１２０Ｌ／ｍｉｎで容器４の外部に流出させて熱利用に供しつつ、流量調整タンク１１を作動させて、流入流量６０Ｌ／ｍｉｎで容器４内に流入させた。この間、容器４の外部に流出した熱媒体３の温度は１１４℃であった。なお、容器４内の熱媒体３の液位は、臨時放熱運転中に低下を続けたが吸入口８よりは高く推移し、容器４の外部への熱媒体３の流出は終始可能であった。
臨時放熱運転の終了後、通常の放熱運転を行なった。具体的には、ポンプ１０を調整して、熱媒体３を流出流量６０Ｌ／ｍｉｎで容器４の外部に流出させて熱利用に供しつつ、臨時放熱運転時に流量調整タンク１１に貯えられた熱媒体３を放出させないで、流出流量と同じ流入流量６０Ｌ／ｍｉｎで容器４内に流入させた。このとき、容器４の外部に流出した熱媒体３の平均温度は、当初は１１４℃であったが、放熱の進行につれて低下した。

１：潜熱蓄熱装置
２：潜熱蓄熱体
３，３ａ：熱媒体
４：容器
４ａ：下方空間
４ｂ：上方空間
４ｂ１：有効空間
５：流入管
６：流出管
７：吐出口
８：吸入口
９：液位センサ
１０：ポンプ（流出入制御部）
１１：流量調整タンク（流出入制御部）
１２：熱交換器
１２ａ：熱交換器（廃熱エリア熱交換器）
１２ｂ：熱交換器（熱利用エリア熱交換器）
１３，１３ａ，１３ｂ：循環管（流出入制御部）
１４，１４ａ，１４ｂ：弁（流出入制御部）
２０：工場（廃熱エリア）
３０：施設（熱利用エリア）

Claims (3)

1. 潜熱蓄熱体を収容する下方空間と、前記下方空間よりも上側の空間であって前記潜熱蓄熱体よりも比重の小さい熱媒体が溜まる上方空間と、を有する容器と、
   前記下方空間に配置されて前記容器の外部と連通し、前記熱媒体を前記容器の外部から前記潜熱蓄熱体内に流入するための吐出口を外周面に有する流入管と、
   前記上方空間に配置されて前記容器の外部と連通し、前記上方空間にある前記熱媒体を前記容器の外部に流出するための吸入口を外周面に有する流出管と、
   前記上方空間にある前記熱媒体を、前記流出管の前記吸入口から前記容器の外部に流量変動自在に流出させ、廃熱を発生する廃熱エリアに設置された廃熱エリア熱交換器または当該廃熱を利用する熱利用エリアに設置された熱利用エリア熱交換器を経由して、前記流入管の前記吐出口から流量変動自在に前記潜熱蓄熱体内に流入させる流出入制御部と、
   前記上方空間にある前記熱媒体の液位を検出する液位センサと、
   を備える潜熱蓄熱装置を用いた熱利用方法であって、
   前記液位センサにより検出される前記熱媒体の液位が前記吸入口よりも高い定常位置にある状態で、前記流出入制御部を制御して、前記上方空間にある前記熱媒体を流出させて、前記廃熱エリア熱交換器で熱交換させ、当該流出の流量と同じ流量で前記潜熱蓄熱体内に流入させる貯熱運転を行なう工程と、
   前記液位センサにより検出される前記熱媒体の液位が前記定常位置にある状態で、前記流出入制御部を制御して、前記上方空間にある前記熱媒体を前記熱媒体と前記潜熱蓄熱体との熱交換速度により上限が決定される第１の流量で流出させて、前記熱利用エリア熱交換器で熱交換させ、当該流出の流量と同じ流量で前記潜熱蓄熱体内に流入させる放熱運転を行なう工程と、
   前記流出入制御部を制御して、一時的に、前記上方空間にある前記熱媒体を前記第１の流量の上限よりも大きい第２の流量で流出させて前記熱利用エリア熱交換器で熱交換させ、前記潜熱蓄熱体内に前記第１の流量で流入させる臨時放熱運転を行なう工程と、
   を備える熱利用方法。
2. 前記臨時放熱運転において前記熱媒体を前記第２の流量で流出させる際に、前記液位センサに前記熱媒体の液位を検出させ、当該液位が前記吸入口よりも高いうちに、前記流出入制御部を制御して、前記容器の外部に流出する前記熱媒体の流量を、前記潜熱蓄熱体内に流入する前記熱媒体の流量以下の流量にする、請求項１に記載の熱利用方法。
3. 前記上方空間における前記吸入口よりも上側の空間である有効空間の容積が、前記容器の全容積に対して、１０〜４０％である、請求項１または２に記載の熱利用方法。

Images