JPH0154638B2 - - Google Patents
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- JPH0154638B2 JPH0154638B2 JP59110765A JP11076584A JPH0154638B2 JP H0154638 B2 JPH0154638 B2 JP H0154638B2 JP 59110765 A JP59110765 A JP 59110765A JP 11076584 A JP11076584 A JP 11076584A JP H0154638 B2 JPH0154638 B2 JP H0154638B2
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- heat
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- pipe
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Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
- F28D20/00—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00
- F28D20/02—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00 using latent heat
- F28D20/021—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00 using latent heat the latent heat storage material and the heat-exchanging means being enclosed in one container
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
- F28D15/00—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies
- F28D15/02—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes
- F28D15/0275—Arrangements for coupling heat-pipes together or with other structures, e.g. with base blocks; Heat pipe cores
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/14—Thermal energy storage
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E70/00—Other energy conversion or management systems reducing GHG emissions
- Y02E70/30—Systems combining energy storage with energy generation of non-fossil origin
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- Engineering & Computer Science (AREA)
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- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
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- Central Heating Systems (AREA)
- Other Air-Conditioning Systems (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明は蓄熱−熱交換装置に係り、特に太陽熱
発電装置等に用いる日射変動を吸収してプラント
を安定に運転するのに好適な蓄熱−熱交換装置に
関するものである。
発電装置等に用いる日射変動を吸収してプラント
を安定に運転するのに好適な蓄熱−熱交換装置に
関するものである。
太陽熱発電装置においては、日射変動を吸収し
てプラントを安定に運転するため、蓄熱装置が設
けてある。特に、太陽熱により過熱蒸気を発生さ
せ、その過熱蒸気により発電するようにした太陽
発電装置（「エネルギー・資源」vol.2、No.３
1981、p279〜285）においては、第１図に示すよ
うに、蒸発用集熱器１で発生した蒸気は気水分離
器２で水と分離した後過熱用集熱器３へ送り、こ
こでさらに加熱して過熱蒸気とする。そして、蓄
熱運転時には、過熱蒸気の熱を潜熱型溶融塩蓄熱
装置（以下単に潜熱型蓄熱装置という）４に高温
で蓄熱し、潜熱型蓄熱装置４から出た低温の蒸気
を熱水の形でアキユムレータ５に蓄熱する。ま
た、放熱運転時には、アキユムレータ５で飽和蒸
気を発生させ、その飽和蒸気を潜熱型蓄熱装置４
により加熱して過熱蒸気として流量調節弁６を経
てタービン発電機７に送る。なお、８はコンデン
サー、９は水タンク、１０は給水ポンプ、１１は
循環ポンプである。
てプラントを安定に運転するため、蓄熱装置が設
けてある。特に、太陽熱により過熱蒸気を発生さ
せ、その過熱蒸気により発電するようにした太陽
発電装置（「エネルギー・資源」vol.2、No.３
1981、p279〜285）においては、第１図に示すよ
うに、蒸発用集熱器１で発生した蒸気は気水分離
器２で水と分離した後過熱用集熱器３へ送り、こ
こでさらに加熱して過熱蒸気とする。そして、蓄
熱運転時には、過熱蒸気の熱を潜熱型溶融塩蓄熱
装置（以下単に潜熱型蓄熱装置という）４に高温
で蓄熱し、潜熱型蓄熱装置４から出た低温の蒸気
を熱水の形でアキユムレータ５に蓄熱する。ま
た、放熱運転時には、アキユムレータ５で飽和蒸
気を発生させ、その飽和蒸気を潜熱型蓄熱装置４
により加熱して過熱蒸気として流量調節弁６を経
てタービン発電機７に送る。なお、８はコンデン
サー、９は水タンク、１０は給水ポンプ、１１は
循環ポンプである。
第２図は従来の潜熱型蓄熱装置の構造を示す断
面図である。第２図においては、蓄熱材である
KCl−LiClの混合塩（融点352℃）２１が、パイ
プ状の容器２２内に融解による体積膨張を吸収す
るための空間２３を残して充填してあり、カプセ
ル状に密封してあり、このカプセル２４を多数本
タンク状の蓄熱容器２５に挿入した構成の潜熱型
蓄熱装置としてある。
面図である。第２図においては、蓄熱材である
KCl−LiClの混合塩（融点352℃）２１が、パイ
プ状の容器２２内に融解による体積膨張を吸収す
るための空間２３を残して充填してあり、カプセ
ル状に密封してあり、このカプセル２４を多数本
タンク状の蓄熱容器２５に挿入した構成の潜熱型
蓄熱装置としてある。
蓄熱運転時には、過熱蒸気が蓄熱容器入口２６
から導入され、多数のカプセル２４の間の隙間を
通る間にカプセル２４と熱交換して低温になつた
蒸気が蓄熱容器出口２７から出て行く、また、放
熱運転時には、低温の飽和蒸気が蓄熱容器入口２
６から導入され、カプセル２４と熱交換して過熱
蒸気となり、これが蓄熱容器出口２７から出て行
く。
から導入され、多数のカプセル２４の間の隙間を
通る間にカプセル２４と熱交換して低温になつた
蒸気が蓄熱容器出口２７から出て行く、また、放
熱運転時には、低温の飽和蒸気が蓄熱容器入口２
６から導入され、カプセル２４と熱交換して過熱
蒸気となり、これが蓄熱容器出口２７から出て行
く。
この潜熱型蓄熱装置４は、混合塩の大きな融解
潜熱を利用して蓄熱するようにしてあるため、装
置を小型化できるという利点があるが、放熱運転
時には低温の蒸気と熱交換してカプセル２４の中
の溶解した蓄熱材２１が比較的短時間のうちに凝
固し、カプセル２４の中心部と表面との間の熱伝
達率が低下し、そのため、放熱運転時の入口蒸気
温度の変動に対する熱交換の応答が悪く、出口蒸
気温度が大きく変化するという欠点がある。さら
に、蓄熱運転時および放熱運転時とも熱伝達の悪
い蒸気によつて熱交換されるため、効率よく運転
するためには伝熱面積を大きくする必要があると
いう欠点も有している。さらに、蓄熱材融解時の
体積膨張によるカプセル破損を防止するため、カ
プセル２４内の蓄熱材２１を上部より融解させる
必要があり、そのため、蓄熱運転時の過熱蒸気入
口２６を蓄熱容器２５の上部に設けておく必要が
ある。
潜熱を利用して蓄熱するようにしてあるため、装
置を小型化できるという利点があるが、放熱運転
時には低温の蒸気と熱交換してカプセル２４の中
の溶解した蓄熱材２１が比較的短時間のうちに凝
固し、カプセル２４の中心部と表面との間の熱伝
達率が低下し、そのため、放熱運転時の入口蒸気
温度の変動に対する熱交換の応答が悪く、出口蒸
気温度が大きく変化するという欠点がある。さら
に、蓄熱運転時および放熱運転時とも熱伝達の悪
い蒸気によつて熱交換されるため、効率よく運転
するためには伝熱面積を大きくする必要があると
いう欠点も有している。さらに、蓄熱材融解時の
体積膨張によるカプセル破損を防止するため、カ
プセル２４内の蓄熱材２１を上部より融解させる
必要があり、そのため、蓄熱運転時の過熱蒸気入
口２６を蓄熱容器２５の上部に設けておく必要が
ある。
第３図は潜熱型蓄熱装置の欠点を改善するよう
にした従来の顕熱型溶融塩蓄熱装置（以下単に顕
熱型蓄熱装置という）の構造を示す断面図であ
る。第３図においては、蓄熱材３１が蓄熱容器３
２の中に融解時の体積膨張を吸収するための空間
３３を残して入れてある。なお、蓄熱材３１とし
ては、その融点が必要な蒸気温度より十分低く、
かつ、必要な蒸気温度より高温でも安定な物質、
例えば、KHO3（52重量％）−NaNO3（７重量％）
−NaNO2（40重量％）の混合塩（融点142℃）等
が使用してある。
にした従来の顕熱型溶融塩蓄熱装置（以下単に顕
熱型蓄熱装置という）の構造を示す断面図であ
る。第３図においては、蓄熱材３１が蓄熱容器３
２の中に融解時の体積膨張を吸収するための空間
３３を残して入れてある。なお、蓄熱材３１とし
ては、その融点が必要な蒸気温度より十分低く、
かつ、必要な蒸気温度より高温でも安定な物質、
例えば、KHO3（52重量％）−NaNO3（７重量％）
−NaNO2（40重量％）の混合塩（融点142℃）等
が使用してある。
蓄熱容器３２の内部には、多数のＵ字管３４が
設けてあり、各Ｕ字管３４の両端は、それぞれ入
口プレナム３５、出口プレナム３６を経て蒸気入
口管３７、蒸気出口管３８につながつている。
設けてあり、各Ｕ字管３４の両端は、それぞれ入
口プレナム３５、出口プレナム３６を経て蒸気入
口管３７、蒸気出口管３８につながつている。
蓄熱容器３２内の蓄熱材３１は、通常時は溶融
しており、蓄熱材出口３９からポンプ（図示せ
ず）等により吸収され、太陽熱集熱器（図示せ
ず）等により加熱された後、蓄熱材入口４０より
蓄熱容器３２内に戻る。
しており、蓄熱材出口３９からポンプ（図示せ
ず）等により吸収され、太陽熱集熱器（図示せ
ず）等により加熱された後、蓄熱材入口４０より
蓄熱容器３２内に戻る。
第３図に示す顕熱型蓄熱装置４１を太陽熱発電
装置に適用した例を第４図に示す。第４図におい
て、蒸発用集熱器１で発生した蒸気は、気水分離
器２で水と分離された後、アキユムレーター５に
蓄熱され、アキユムレーター５からの飽和蒸気
は、顕熱型蓄熱装置４１で加熱され、過熱蒸気と
なつて流量調節弁６を経てタービン発電機７に送
られる。
装置に適用した例を第４図に示す。第４図におい
て、蒸発用集熱器１で発生した蒸気は、気水分離
器２で水と分離された後、アキユムレーター５に
蓄熱され、アキユムレーター５からの飽和蒸気
は、顕熱型蓄熱装置４１で加熱され、過熱蒸気と
なつて流量調節弁６を経てタービン発電機７に送
られる。
顕熱型蓄熱装置４１内の溶融した蓄熱材３１
は、ポンプ４２により循環され、過熱用集熱器３
内で太陽熱により直接加熱されて顕熱型蓄熱装置
４１に戻る。
は、ポンプ４２により循環され、過熱用集熱器３
内で太陽熱により直接加熱されて顕熱型蓄熱装置
４１に戻る。
したがつて、顕熱型蓄熱装置４１の場合は、通
常時には蓄熱材３１が溶融しているため、自然対
流さらにはポンプ４２による強制対流が期待で
き、Ｕ字管３４内の蒸気と蓄熱材３１との間の熱
伝達率が高く、第２図に示した従来の潜熱型蓄熱
装置４に比較して２〜３倍の熱応答特性が得られ
る。さらに、顕熱型蓄熱装置４１では、蓄熱材３
１が太陽熱により直接加熱されるため、高い効率
で蓄熱できる。
常時には蓄熱材３１が溶融しているため、自然対
流さらにはポンプ４２による強制対流が期待で
き、Ｕ字管３４内の蒸気と蓄熱材３１との間の熱
伝達率が高く、第２図に示した従来の潜熱型蓄熱
装置４に比較して２〜３倍の熱応答特性が得られ
る。さらに、顕熱型蓄熱装置４１では、蓄熱材３
１が太陽熱により直接加熱されるため、高い効率
で蓄熱できる。
しかし、顕熱型蓄熱装置４１では、潜熱の1/10
〜1/100程度の値の顕熱を利用しているので、装
置が非常に大型になるという欠点がある。さら
に、蓄熱材３１をポンプ４２によつて循環させる
場合、配管内で蓄熱材３１が凝固するのを防止す
るため、あらかじめ蓄熱材３１が融点以上の温度
になるように配管を予熱しておく必要がある。ま
た、蓄熱容器３２内の蓄熱材３１が凝固した場合
には、融解時の体積膨張により蓄熱容器３２およ
び蓄熱容器３２内の構造物が破損する恐れがある
ので、それを防止するため、Ｕ字管３４内に蒸気
を流して蓄熱材３１の上部より徐々に融解される
などの処置が必要であるという欠点を有してい
る。
〜1/100程度の値の顕熱を利用しているので、装
置が非常に大型になるという欠点がある。さら
に、蓄熱材３１をポンプ４２によつて循環させる
場合、配管内で蓄熱材３１が凝固するのを防止す
るため、あらかじめ蓄熱材３１が融点以上の温度
になるように配管を予熱しておく必要がある。ま
た、蓄熱容器３２内の蓄熱材３１が凝固した場合
には、融解時の体積膨張により蓄熱容器３２およ
び蓄熱容器３２内の構造物が破損する恐れがある
ので、それを防止するため、Ｕ字管３４内に蒸気
を流して蓄熱材３１の上部より徐々に融解される
などの処置が必要であるという欠点を有してい
る。
本発明は上記に鑑みてなされたもので、その目
的とするところは、熱応答性がよく、かつ、配管
系等を予熱する必要がなく、小型化が可能な蓄熱
−熱交換装置を提供することにある。
的とするところは、熱応答性がよく、かつ、配管
系等を予熱する必要がなく、小型化が可能な蓄熱
−熱交換装置を提供することにある。
本発明では、蓄熱容器内に設けた熱交換用配管
と、前記蓄熱容器内に充填した顕熱を利用する低
融点蓄熱材および潜熱を利用する高融点蓄熱材
と、前記２種の蓄熱材が混合しないようにする隔
壁とよりなる蓄熱−熱交換器において、前記２種
の蓄熱材の上方にそれぞれ空間を設け、前記熱交
換用配管を蓄熱用配管と放熱用配管とより構成
し、前記蓄熱用配管をヒートパイプで構成し、該
ヒートパイプの放熱部が前記蓄熱容器の低融点蓄
熱材部分に下方より上方へ挿入するとともに、前
記ヒートパイプの放熱部の内径はほぼ一定で、外
径は前記放熱部の先端ほど小さくし、前記放熱部
の外周の軸方向に放射状に複数個の放熱フインを
設けた。また、前記ヒートパイプの放熱部の先端
位置が前記低融点蓄熱材および高融点蓄熱材の凝
固時の液面より高くなるように前記放熱部を配置
した。さらに、前記高融点蓄熱材の凝固時の液面
が前記低融点蓄熱材の溶融時の液面より低く配置
した。
と、前記蓄熱容器内に充填した顕熱を利用する低
融点蓄熱材および潜熱を利用する高融点蓄熱材
と、前記２種の蓄熱材が混合しないようにする隔
壁とよりなる蓄熱−熱交換器において、前記２種
の蓄熱材の上方にそれぞれ空間を設け、前記熱交
換用配管を蓄熱用配管と放熱用配管とより構成
し、前記蓄熱用配管をヒートパイプで構成し、該
ヒートパイプの放熱部が前記蓄熱容器の低融点蓄
熱材部分に下方より上方へ挿入するとともに、前
記ヒートパイプの放熱部の内径はほぼ一定で、外
径は前記放熱部の先端ほど小さくし、前記放熱部
の外周の軸方向に放射状に複数個の放熱フインを
設けた。また、前記ヒートパイプの放熱部の先端
位置が前記低融点蓄熱材および高融点蓄熱材の凝
固時の液面より高くなるように前記放熱部を配置
した。さらに、前記高融点蓄熱材の凝固時の液面
が前記低融点蓄熱材の溶融時の液面より低く配置
した。
これにより、蓄熱開始時の高融点蓄熱材はもと
より低融点蓄熱材も凝固している状態でヒートパ
イプにより蓄熱容器が加熱される時、ヒートパイ
プ放熱部の内側温度はほぼ均一になる。このと
き、ヒートパイプの放熱部の内径はほぼ一定で、
外径は前記放熱部の先端ほど小さくしてあるの
で、ヒートパイプの内壁と低融点蓄熱材との間の
熱抵抗は、ヒートパイプ放熱部の先端ほど小さ
く、また、ヒートパイプの放熱部の先端位置が前
記低融点蓄熱材の凝固時の液面より高くなるよう
に前記放熱部が配置してあるので、低融点蓄熱材
はその上方の空間との界面より融解を開始する。
より低融点蓄熱材も凝固している状態でヒートパ
イプにより蓄熱容器が加熱される時、ヒートパイ
プ放熱部の内側温度はほぼ均一になる。このと
き、ヒートパイプの放熱部の内径はほぼ一定で、
外径は前記放熱部の先端ほど小さくしてあるの
で、ヒートパイプの内壁と低融点蓄熱材との間の
熱抵抗は、ヒートパイプ放熱部の先端ほど小さ
く、また、ヒートパイプの放熱部の先端位置が前
記低融点蓄熱材の凝固時の液面より高くなるよう
に前記放熱部が配置してあるので、低融点蓄熱材
はその上方の空間との界面より融解を開始する。
また、前記放熱部の外周の軸方向に放射状に複
数個の放熱フインが設けてあるので、その後ヒー
トパイプ放熱部の近傍で融解した低融点蓄熱材
は、融解時に体積膨張があつたとしても障害なく
ヒートパイプに沿つて上方の空間へ移動する。
数個の放熱フインが設けてあるので、その後ヒー
トパイプ放熱部の近傍で融解した低融点蓄熱材
は、融解時に体積膨張があつたとしても障害なく
ヒートパイプに沿つて上方の空間へ移動する。
低融点蓄熱材の融解後に高融点蓄熱材が融解を
開始するが、融解した低融点蓄熱材の上部ほど対
流の効果により温度が高い。したがつて、高融点
蓄熱材の凝固時の液面が前記低融点蓄熱材の溶解
時の液面より低くしてあるので、高融点蓄熱材は
その上方の空間との界面より融解を開始する。
開始するが、融解した低融点蓄熱材の上部ほど対
流の効果により温度が高い。したがつて、高融点
蓄熱材の凝固時の液面が前記低融点蓄熱材の溶解
時の液面より低くしてあるので、高融点蓄熱材は
その上方の空間との界面より融解を開始する。
したがつて、蓄熱容器の低融点および高融点蓄
熱材を空間に接した上方から常に融解させること
ができ、融解時の体積膨張分を上方の空間に逃が
すことができる。
熱材を空間に接した上方から常に融解させること
ができ、融解時の体積膨張分を上方の空間に逃が
すことができる。
以下本発明を第５図〜第７図に示した実施例お
よび第８図を用いて詳細に説明する。
よび第８図を用いて詳細に説明する。
第５図は本発明の蓄熱−熱交換装置の一実施例
を示す断面図である。第５図において、５１は円
筒縦型の蓄熱容器で、その内部に融解時の体積膨
張を吸収するための空間５２を残して低融点蓄熱
材５３が充填してある。低融点蓄熱材５３として
は、できるだけ融点が低く、かつ、高温で化学的
に安定なものが望ましく、本実施例では、KNO3
（53重量％）−NaNO3（７重量％）−NaNO2（40重
量％）の混合塩（融点142℃）を用いてある。
を示す断面図である。第５図において、５１は円
筒縦型の蓄熱容器で、その内部に融解時の体積膨
張を吸収するための空間５２を残して低融点蓄熱
材５３が充填してある。低融点蓄熱材５３として
は、できるだけ融点が低く、かつ、高温で化学的
に安定なものが望ましく、本実施例では、KNO3
（53重量％）−NaNO3（７重量％）−NaNO2（40重
量％）の混合塩（融点142℃）を用いてある。
５４は高融点蓄熱材で、パイプ状の容器５５内
に融解による体積膨張を吸収するための空間５６
を残して充填して、カプセル状に密封してある。
この高融点蓄熱材５４を密封したカプセル５７
は、蓄熱容器５１内の中央部に多数立ててカプセ
ル５７内の高融点蓄熱材５４の凝固時液面が低融
点蓄熱材５３の溶融時液面より低くなるように配
置してある。高融点蓄熱材５４としては、目標と
する出口蒸気温度によつて変えるようにするが、
本実施例では、出口蒸気温度を340℃として、融
点352℃のKCl−LiClの混合塩を用いてある。
に融解による体積膨張を吸収するための空間５６
を残して充填して、カプセル状に密封してある。
この高融点蓄熱材５４を密封したカプセル５７
は、蓄熱容器５１内の中央部に多数立ててカプセ
ル５７内の高融点蓄熱材５４の凝固時液面が低融
点蓄熱材５３の溶融時液面より低くなるように配
置してある。高融点蓄熱材５４としては、目標と
する出口蒸気温度によつて変えるようにするが、
本実施例では、出口蒸気温度を340℃として、融
点352℃のKCl−LiClの混合塩を用いてある。
５８はヒートパイプで、ヒートパイプ５８は、
蓄熱容器５１のほぼ中央部に下部から挿入してあ
り、このヒートパイプ５８の放熱部５９の先端が
低融点蓄熱材５３の凝固時の液面より高くなるよ
うにヒートパイプ５８が配置してある。そして、
ヒートパイプ５８の集熱部６０には集熱板６１が
取り付けてあり、真空に排気されたガラス管６２
内に配置してある。なお、ヒートパイプ５８内に
は、作動媒体として小量のカリウムが密封してあ
る。他のヒートパイプ５８についても同様であ
る。
蓄熱容器５１のほぼ中央部に下部から挿入してあ
り、このヒートパイプ５８の放熱部５９の先端が
低融点蓄熱材５３の凝固時の液面より高くなるよ
うにヒートパイプ５８が配置してある。そして、
ヒートパイプ５８の集熱部６０には集熱板６１が
取り付けてあり、真空に排気されたガラス管６２
内に配置してある。なお、ヒートパイプ５８内に
は、作動媒体として小量のカリウムが密封してあ
る。他のヒートパイプ５８についても同様であ
る。
６３は加熱すべき蒸気を通すＵ字管で、Ｕ字管
６３の一端は、蓄熱容器５１の上部の周辺部に設
けた入口プレナム６４を経て蒸気入口管６５につ
ながつており、他端は、蓄熱容器５１の上部の中
央部に設けた出口プレナム６６を経て蒸気出口管
６７につながつている。
６３の一端は、蓄熱容器５１の上部の周辺部に設
けた入口プレナム６４を経て蒸気入口管６５につ
ながつており、他端は、蓄熱容器５１の上部の中
央部に設けた出口プレナム６６を経て蒸気出口管
６７につながつている。
入口プレナム６４と出口プレナム６６との境界
には、円筒状の断熱壁６８が設けてある。さら
に、低融点蓄熱材５３を強制対流させるためのか
く拌器６９が蓄熱容器５１の側壁を貫通して設け
てある。
には、円筒状の断熱壁６８が設けてある。さら
に、低融点蓄熱材５３を強制対流させるためのか
く拌器６９が蓄熱容器５１の側壁を貫通して設け
てある。
第６図は第５図のヒートパイプ５８の放熱部５
９の詳細構造の一実施例を示す断面図である。第
６図において、ヒートパイプ放熱部５９の内径は
一定としてあり、その外径は放熱部５９の先端ほ
ど小さくしてあり、ヒートパイプ壁７０の肉厚
は、図示のように、基部より先端になるほど薄く
してある。さらに、放熱部５９の外周に軸方向に
伸びる放熱フイン７１が放射状に複数枚設けてあ
り、各放熱フイン７１の半径方向の幅は、放熱部
５９の先端ほど狭くなるようにしてある。第７図
は第６図のＡ−Ａ線断面図である。
９の詳細構造の一実施例を示す断面図である。第
６図において、ヒートパイプ放熱部５９の内径は
一定としてあり、その外径は放熱部５９の先端ほ
ど小さくしてあり、ヒートパイプ壁７０の肉厚
は、図示のように、基部より先端になるほど薄く
してある。さらに、放熱部５９の外周に軸方向に
伸びる放熱フイン７１が放射状に複数枚設けてあ
り、各放熱フイン７１の半径方向の幅は、放熱部
５９の先端ほど狭くなるようにしてある。第７図
は第６図のＡ−Ａ線断面図である。
以下動作および効果について説明する。本発明
に係る蓄熱・熱交換装置においては、低融点蓄熱
材５３と高融点蓄熱材５４とを同一の蓄熱容器５
１内に配置してあるので、高融点蓄熱材５４の大
きな潜熱と、通常使用時には常に溶融している低
融点蓄熱材５３の高い熱伝達率とにより、装置の
大きさを従来の顕熱型蓄熱装置の1/3〜1/5と小さ
くできるとともに、顕熱型蓄熱装置の２〜３倍の
熱応答特性を示すようにできる。
に係る蓄熱・熱交換装置においては、低融点蓄熱
材５３と高融点蓄熱材５４とを同一の蓄熱容器５
１内に配置してあるので、高融点蓄熱材５４の大
きな潜熱と、通常使用時には常に溶融している低
融点蓄熱材５３の高い熱伝達率とにより、装置の
大きさを従来の顕熱型蓄熱装置の1/3〜1/5と小さ
くできるとともに、顕熱型蓄熱装置の２〜３倍の
熱応答特性を示すようにできる。
さらに、集熱した太陽熱を蓄熱・熱交換装置に
蓄熱するための蓄熱用配管をヒートパイプ５８で
構成してあり、ヒートパイプ５８内の作動媒体は
小量としてあるので、融解時の体積膨張によつて
ヒートパイプ５８が破損することはない。また、
作動媒体が凝固しても、ヒートパイプ集熱部６０
が太陽熱によつて加熱されれば作動媒体が融解
し、ヒートパイプとして作動を開始する。そのた
め、運転開始時における配管系の予熱等は不要で
ある。
蓄熱するための蓄熱用配管をヒートパイプ５８で
構成してあり、ヒートパイプ５８内の作動媒体は
小量としてあるので、融解時の体積膨張によつて
ヒートパイプ５８が破損することはない。また、
作動媒体が凝固しても、ヒートパイプ集熱部６０
が太陽熱によつて加熱されれば作動媒体が融解
し、ヒートパイプとして作動を開始する。そのた
め、運転開始時における配管系の予熱等は不要で
ある。
さらに、ヒートパイプ放熱部５９を蓄熱容器５
１の下方より上方へ挿入してあり、かつ、ヒート
パイプ放熱部５９の内径はほぼ同一としてあり、
外径のみ軸方向に対して変化させて、ヒートパイ
プ放熱部５９の先端ほど肉厚を薄く構成してある
ので、低融点蓄熱材５３が凝固している場合に
は、ヒートパイプ放熱部５９の先端ほど放熱量が
大きい。また、ヒートパイプ放熱部５９の先端を
低融点蓄熱材５３の凝固時の液面より高くしてあ
る。これらのため、凝固している低融点蓄熱材５
３は、その上面より融解を開始し、融解時の体積
膨張は空間５２で吸収され、蓄熱容器５１等を破
損することがない。
１の下方より上方へ挿入してあり、かつ、ヒート
パイプ放熱部５９の内径はほぼ同一としてあり、
外径のみ軸方向に対して変化させて、ヒートパイ
プ放熱部５９の先端ほど肉厚を薄く構成してある
ので、低融点蓄熱材５３が凝固している場合に
は、ヒートパイプ放熱部５９の先端ほど放熱量が
大きい。また、ヒートパイプ放熱部５９の先端を
低融点蓄熱材５３の凝固時の液面より高くしてあ
る。これらのため、凝固している低融点蓄熱材５
３は、その上面より融解を開始し、融解時の体積
膨張は空間５２で吸収され、蓄熱容器５１等を破
損することがない。
さらに、ヒートパイプ放熱部５９の外周の軸方
向に放熱フイン７１を設けてあるので、ヒートパ
イプ壁７０の近傍で融解した低融点蓄熱材５３の
体積膨張分は、障害なくヒートパイプ壁７０に沿
つて上方へ移動し、融解時の体積膨張によつて構
造物を破損することがない。
向に放熱フイン７１を設けてあるので、ヒートパ
イプ壁７０の近傍で融解した低融点蓄熱材５３の
体積膨張分は、障害なくヒートパイプ壁７０に沿
つて上方へ移動し、融解時の体積膨張によつて構
造物を破損することがない。
また、蓄熱用配管であるヒートパイプ５８の放
熱部５９を蓄熱容器５１の中心部付近に配置し、
放熱用配管であるＵ字管６３の蒸気入口側を蓄熱
容器５１の周辺部に、蒸気出口側を蓄熱容器５１
の中心部付近に配置してあるので、周辺部の蓄熱
材温度が低く、中心部の蓄熱材温度が高くなるよ
うに保持することができる。これにより、蓄熱容
器５１からの自然放熱量を少なくでき、出口蒸気
温度を高く保つことができる。
熱部５９を蓄熱容器５１の中心部付近に配置し、
放熱用配管であるＵ字管６３の蒸気入口側を蓄熱
容器５１の周辺部に、蒸気出口側を蓄熱容器５１
の中心部付近に配置してあるので、周辺部の蓄熱
材温度が低く、中心部の蓄熱材温度が高くなるよ
うに保持することができる。これにより、蓄熱容
器５１からの自然放熱量を少なくでき、出口蒸気
温度を高く保つことができる。
また、カプセル５７内の高融点蓄熱材５４の凝
固時の液面が低融点蓄熱材５３の溶融時の液面よ
り低くなるようにカプセル５７を配置してあるの
で、溶融した低融点蓄熱材５３の上部の温度が下
部の温度より高くなつていることを利用して、高
融点蓄熱材５４を上面より融解させることができ
る。これより、高融点蓄熱材５４の融解時の体積
膨張を空間５６で吸収することができる。
固時の液面が低融点蓄熱材５３の溶融時の液面よ
り低くなるようにカプセル５７を配置してあるの
で、溶融した低融点蓄熱材５３の上部の温度が下
部の温度より高くなつていることを利用して、高
融点蓄熱材５４を上面より融解させることができ
る。これより、高融点蓄熱材５４の融解時の体積
膨張を空間５６で吸収することができる。
なお、第５図のＵ字管６３の一部を２重管とし
て、その外側の管内に低融点蓄熱材５３を充填
し、融解時の体積膨張を吸収するための空間を残
して密封し、高融点蓄熱材５４を蓄熱容器５１に
充填する構成としてもよく、同一効果が得られ
る。
て、その外側の管内に低融点蓄熱材５３を充填
し、融解時の体積膨張を吸収するための空間を残
して密封し、高融点蓄熱材５４を蓄熱容器５１に
充填する構成としてもよく、同一効果が得られ
る。
第８図は第５図の蓄熱・熱交換装置を用いた太
陽熱発電装置の例を示す概略システム構成図であ
る。第８図において、ヒートパイプ集熱部６０で
集熱された太陽熱は、ヒートパイプ５８によつて
運ばれ、蓄熱容器５１内のヒートパイプ５８のヒ
ートパイプ放熱部５９より放熱されて蓄熱材５
３，５４を加熱する。蓄熱・熱交換装置には、給
水ポンプ１０によつて水が送られ、Ｕ字管６３内
で蓄熱材５３，５４と熱交換して蒸発するととも
に、さらに過熱されて過熱蒸気となる。この過熱
蒸気は、流量調節弁６を経てタービン発電機７へ
送られる。このように、本発明に係る蓄熱・熱交
換装置を適用することによつて、従来の蓄熱装置
を適した第１図および第４図の太陽熱発電装置に
比較して、蓄熱・熱交換装置まわりの配管を極め
て簡単化できる。
陽熱発電装置の例を示す概略システム構成図であ
る。第８図において、ヒートパイプ集熱部６０で
集熱された太陽熱は、ヒートパイプ５８によつて
運ばれ、蓄熱容器５１内のヒートパイプ５８のヒ
ートパイプ放熱部５９より放熱されて蓄熱材５
３，５４を加熱する。蓄熱・熱交換装置には、給
水ポンプ１０によつて水が送られ、Ｕ字管６３内
で蓄熱材５３，５４と熱交換して蒸発するととも
に、さらに過熱されて過熱蒸気となる。この過熱
蒸気は、流量調節弁６を経てタービン発電機７へ
送られる。このように、本発明に係る蓄熱・熱交
換装置を適用することによつて、従来の蓄熱装置
を適した第１図および第４図の太陽熱発電装置に
比較して、蓄熱・熱交換装置まわりの配管を極め
て簡単化できる。
以上説明したように、本発明によれば、高融点
蓄熱材の大きな潜熱と、溶解している低融点蓄熱
材の高い熱伝達率とを利用するようにしてあるの
で、放熱時の熱応答特性を潜熱型蓄熱装置に比較
して大幅に改善することができ、かつ、大きさを
従来の顕熱型蓄熱装置の1/3〜1/5に小さくでき、
さらに、蓄熱容器内の蓄熱材を常に上方から融解
させることができ、しかも、融解時の体積膨張分
を上方に逃がすことができるので、構造材に無理
が加わらず、又、蓄熱材が凝固した場合でも予熱
する必要がなく、また、ヒートパイプを使用して
いるので、複雑な配管系をなくすることができ、
かつ、配管系を予熱する必要がないという効果が
ある。
蓄熱材の大きな潜熱と、溶解している低融点蓄熱
材の高い熱伝達率とを利用するようにしてあるの
で、放熱時の熱応答特性を潜熱型蓄熱装置に比較
して大幅に改善することができ、かつ、大きさを
従来の顕熱型蓄熱装置の1/3〜1/5に小さくでき、
さらに、蓄熱容器内の蓄熱材を常に上方から融解
させることができ、しかも、融解時の体積膨張分
を上方に逃がすことができるので、構造材に無理
が加わらず、又、蓄熱材が凝固した場合でも予熱
する必要がなく、また、ヒートパイプを使用して
いるので、複雑な配管系をなくすることができ、
かつ、配管系を予熱する必要がないという効果が
ある。
第１図は従来の潜熱型蓄熱装置を用いた太陽熱
発電装置の概略システム構成図、第２図は従来の
潜熱型蓄熱装置の断面図、第３図は従来の顕熱型
蓄熱装置の断面図、第４図は第３図の顕熱型蓄熱
装置を用いた太陽熱発電装置の概略システム構成
図、第５図は本発明の蓄熱・熱交換装置の一実施
例を示す断面図、第６図は第５図のヒートパイプ
の放熱部の詳細構造の一実施例を示す断面図、第
７図は第６図のＡ−Ａ線断面図、第８図は第５図
の蓄熱・熱交換装置を用いた太陽熱発電装置の一
例を示す概略システム構成図である。 ５１……蓄熱容器、５２，５６……空間、５３
……低融点蓄熱材、５４……高融点蓄熱材、５５
……パイプ状の容器、５７……カプセル、５８…
…ヒートパイプ、５９……ヒートパイプ放熱部、
６０……ヒートパイプ集熱部、６１……集熱板、
６２……ガラス管、６３……Ｕ字管、６４……入
口プレナム、６５……蒸気入口管、６６……出口
プレナム、６７……蒸気出口管、６８……断熱
壁、７０……ヒートパイプ壁、７１……放熱フイ
ン。
発電装置の概略システム構成図、第２図は従来の
潜熱型蓄熱装置の断面図、第３図は従来の顕熱型
蓄熱装置の断面図、第４図は第３図の顕熱型蓄熱
装置を用いた太陽熱発電装置の概略システム構成
図、第５図は本発明の蓄熱・熱交換装置の一実施
例を示す断面図、第６図は第５図のヒートパイプ
の放熱部の詳細構造の一実施例を示す断面図、第
７図は第６図のＡ−Ａ線断面図、第８図は第５図
の蓄熱・熱交換装置を用いた太陽熱発電装置の一
例を示す概略システム構成図である。 ５１……蓄熱容器、５２，５６……空間、５３
……低融点蓄熱材、５４……高融点蓄熱材、５５
……パイプ状の容器、５７……カプセル、５８…
…ヒートパイプ、５９……ヒートパイプ放熱部、
６０……ヒートパイプ集熱部、６１……集熱板、
６２……ガラス管、６３……Ｕ字管、６４……入
口プレナム、６５……蒸気入口管、６６……出口
プレナム、６７……蒸気出口管、６８……断熱
壁、７０……ヒートパイプ壁、７１……放熱フイ
ン。
Claims (1)
- １ 蓄熱容器内に設けた熱交換用配管と、前記蓄
熱容器内に充填した顕熱を利用する低融点蓄熱材
および潜熱を利用する高融点蓄熱材と、前記２種
の蓄熱材が混合しないようにする隔壁とよりなる
蓄熱−熱交換器において、前記２種の蓄熱材の上
方にそれぞれ空間を設け、前記熱交換用配管は蓄
熱用配管と放熱用配管とよりなり、前記蓄熱用配
管はヒートパイプで構成してあり、該ヒートパイ
プの放熱部が前記蓄熱容器の低融点蓄熱材部分に
下方より上方へ挿入してあるとともに、前記ヒー
トパイプの放熱部の内径はほぼ一定で、外径は前
記放熱部の先端ほど小さくしてあり、前記放熱部
の外周の軸方向に放射状に複数個の放熱フインが
設けてあるとともに、前記ヒートパイプの放熱部
の先端位置が前記低融点蓄熱材および高融点蓄熱
材の凝固時の液面より高くなるように配置し、前
記高融点蓄熱材の凝固時の液面が前記低融点蓄熱
材の溶融時の液面より低くしてある蓄熱−熱交換
装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59110765A JPS60256797A (ja) | 1984-06-01 | 1984-06-01 | 蓄熱−熱交換装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59110765A JPS60256797A (ja) | 1984-06-01 | 1984-06-01 | 蓄熱−熱交換装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60256797A JPS60256797A (ja) | 1985-12-18 |
| JPH0154638B2 true JPH0154638B2 (ja) | 1989-11-20 |
Family
ID=14544003
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59110765A Granted JPS60256797A (ja) | 1984-06-01 | 1984-06-01 | 蓄熱−熱交換装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60256797A (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7185698B1 (en) * | 2004-01-22 | 2007-03-06 | Bernert Jr Robert E | Thermal shield for heat exchangers |
| US7971437B2 (en) * | 2008-07-14 | 2011-07-05 | Bell Independent Power Corporation | Thermal energy storage systems and methods |
| WO2013002054A1 (ja) * | 2011-06-30 | 2013-01-03 | バブコック日立株式会社 | 太陽熱ボイラおよびそれを用いた太陽熱発電プラント |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4925547A (ja) * | 1972-06-30 | 1974-03-07 |
-
1984
- 1984-06-01 JP JP59110765A patent/JPS60256797A/ja active Granted
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4925547A (ja) * | 1972-06-30 | 1974-03-07 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60256797A (ja) | 1985-12-18 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |