JPS63118596A - 蓄熱装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術的背景〕 技術分野 本発明は蓄熱装置に関する。さらに詳しくは、本発明は
、熱源および利用系にそれぞれ独立して潜熱蓄熱剤をス
ラリー状で循環させるようにしてなる蓄熱装置に関する
。

先行技術 熱の有効利用の観点から蓄熱装置がいろいろ提案されて
いるが、その代表的なものとしては潜熱蓄熱剤を使用す
るものがある。

潜熱蓄熱剤とは物質の状態変化に伴う熱量、即ち融解熱
、転移点など、によって蓄熱、放熱するような蓄熱剤で
あって、例えば融解熱を利用するものとしてはポリエチ
レン蓄熱剤を、転移熱を利用するものとしてはペンタエ
リスリトール蓄熱剤を、挙げる事ができる。

このうちペンタエリスリトール蓄熱剤を用いた蓄熱装置
としてはペンタエリスリトールと、これとは溶は合わな
い流体を混合した流動性蓄熱物質を蓄熱槽外に循環させ
るようにしたものが本発明の発明者の一人によって提案
されている（特開昭５９−８６８９４号公報）。

この蓄熱装置は熱交換の効率がよく、また蓄熱Ｆ西と熱
交換器への熱の移動という点においても効率的なもので
ある。しかし、蓄熱された熱を利用しようとする場合に
熱利用系の熱負荷が変動すると一定温度の熱が得にくい
という問題点があった。

さらに、この装置では単一の流動性蓄熱物質をある時は
熱源へ、またある時は利用系へと循環させて蓄熱、放熱
させるようにしているので、熱源あるいは利用系に対し
て最も適切な転移点、粘度、蓄熱量などを有する流動性
蓄熱物質を選択できる傘地は少なかった。

〔発明の概要〕

要旨 本発明は前記した従来の潜熱型蓄熱装置の問題点を解決
することを目的とし、二つの蓄熱媒体をそれぞれ独立し
てスラリー状で蓄熱槽外に循環させて、蓄熱、放熱をさ
せ、さらにそれぞれの蓄熱媒体の間で熱交換させること
によってこの目的を達成しようとするものである。

従って、本発明による蓄熱装置は、流体的に絶縁された
二つの空間を有する蓄熱槽の一の空間に潜熱蓄熱剤粒子
と液状伝熱媒体との組合せからなるスラリー状蓄熱媒体
を充填し、また前記蓄熱槽の他の空間には前記蓄熱媒体
のとは異なった転移点あるいは融点の潜熱蓄熱剤粒子と
液状伝熱媒体との組合せからなるスラリー状蓄熱媒体を
充填して、蓄熱槽内部においてそれぞれの蓄熱媒体の間
で熱交換させると共に、蓄熱媒体を蓄熱槽外に循環させ
て一方を熱源と、他方を利用系と熱交換させるようにす
ること、を特徴とするものである。

効果 本発明の蓄熱装置によれば、熱源の熱供給レベルあるい
は利用系の熱負荷レベルの変動を緩和して、常に一定の
安定した熱を利用系に供給できるのである。これは、利
用系に熱を供給する蓄熱媒体（利用県側蓄熱媒体）が、
それのより高い転移点あるいは融点を有する第二の蓄熱
媒体（熱源側熱媒体）から常に熱を供給される様になっ
ているので、利用県側蓄熱媒体の蓄熱量が常に安定であ
ることによるものと考えられている。一方、熱源側蓄熱
媒体も利用系蓄熱媒体に熱を供給していることにより熱
源において潜熱蓄熱剤が過度に熱せられる危険も避ける
ことができる。

そして、本発明の蓄熱装置は熱源あるいは利用系それぞ
れに対して最も適切な蓄熱媒体を使用することができる
。

〔発明の詳細な説明〕

蓄熱槽 本発明の蓄熱装置の原理は第２図の様に表わすことがで
きる。なお、第２図において用いられている符号番号が
示すものは、第１図においてそれが示すものに対応する
ものである。本発明の要旨は前述の様に「二つの蓄熱媒
体をそれぞれ独立してスラリー状で蓄熱槽外に循環させ
て蓄熱、放熱をさせ、さらにそれぞれの蓄熱媒体の間で
熱交換させる」という点にある。従って、第２図の様な
原理であれば、本発明の目的を達成しえるが、効率的な
熱交換およびより安定な放熱特性を得る為にはそれぞれ
の蓄熱媒体の滞留部からなる蓄熱槽を設け、その内部で
効率的に熱交換させる様にすることが好ましい。

この様な好ましい蓄熱槽の具体例の一つは添付の第１図
に示した通りである。第１図は蓄熱槽の断面図であって
、その構造を原理的に示すものである。

蓄熱槽内部は伝熱性材料、例えば銅など、で形成された
隔壁】およびコイル状チューブ壁２によって流体的に絶
縁された二つの空間ＡおよびＢに区切られ、それぞれの
空間に充填された蓄熱媒体（詳細後記）が互いに混合し
ないように、そして熱交換できるようになっている。

それぞれの空間には連通口３，４および５，６が設けら
れており、蓄熱媒体がそれぞれの空間にそこから流入、
流出できる様になっている。

また、蓄熱槽の外周部には蓄熱媒体の冷却を避ける為に
保温材７を設けることが普通である。

蓄熱媒体 本発明で使用される蓄熱媒体は、実質的に蓄熱、放熱を
する潜熱蓄熱剤と、それを共に蓄熱槽および循環ライン
内に充填される伝熱媒体としての流体との組み合わせか
ら成るものである。

その−具体例としては、ペンタエリトリトール、ペンタ
グリセリン、プロピオンアミド、あるいはネオペンチル
グリコールなどの多価アルコール蓄熱剤流動物粒子を伝
熱流体、たとえばアルキルジフェニルエタンなどの炭化
水素あるいはシリコーン油等、に分散ささせたスラリー
である。

ペンタエリスリトール、ペンタグリセリンおよびネオペ
ンチルグリコールのそれぞれの転移点は１８８℃、８９
℃、４８℃、そして潜熱は３０７ＫＪ／Ｋｇ、　１３９
にＪ／Ｋｇ、　１１９ＫＪ／Ｋｇといわれている。本発
明ではこれらを単独で用いることができることは言うま
でもないが、これらを２種以上を混合して用いることも
できるので、それぞれの循環ラインに最も適した所望の
転移点、蓄熱量をＨする蓄熱媒体を得ることができる。

また、本発明では蓄熱媒体スラリーの濃度を所望により
決定することができる。一般にスラリーの濃度は蓄熱量
の面から言えば高い方が有利であると言えるが、流動性
が劣るものであるから蓄熱装置の運転にあたっては適宜
スラリー濃度を決定する必要があることは言うまでもな
い。本発明で用いるスラリーの濃度は好ましくは５〜６
０重量％、より好ましくは３０〜５０重量％である。

本発明で使用する蓄熱媒体の他の具体例の一つは、表面
のみを不融化させたポリエチレン成形体、たとえば、粒
子状、サイコロ状、その他のスラリー化が可能な形状の
もの、である。これらの成形体の表面のみの不融化は、
シラン変性ポリエチレンによる肢覆およびその架橋、イ
オンプラズマによる架橋、その他によればよい。

このようなポリエチレン成形体と組合せて使用する液状
伝熱媒体は、不融化ポリエチレンに対する非溶剤のなか
から選ばれる。上記のようなポリエチレン成形体の表面
不溶化はポリエチレンの架橋を伴うものであり、その結
果として該ポリエチレンは不溶性となっていることがふ
つうであるから、非腐蝕性の液状物質はそのほとんどが
この場合の伝熱媒体として利用することができよう。具
体的には、エチレングリコール、プロピレングリコール
、シリコーン油、水、その他、がある。

なお、本発明においては、熱源側循環蓄熱媒体から利用
系鋼循環蓄熱媒体へ熱を伝えるわけであるから、熱源側
循環蓄熱媒体の転移点あるいは融点は利用系鋼循環蓄熱
媒体のそれと等しいかあるいはそれよりも高いことが必
要である。本発明においては蓄熱媒体の転移点あるいは
融点の差は少なくとも５度以上あることが好ましい。

蓄熱装置の運転 本発明による蓄熱装置は蓄熱槽のそれぞれの空間に充填
された蓄熱媒体を蓄熱槽外に循環させて、熱源および利
用系を熱交換させるようにしてなるものである。

蓄熱槽の一方の空間に充填された蓄熱媒体は連通口を経
て蓄熱槽から流出し、熱源側循環ライン１０により熱源
（たとえばソーラーコレクター）９へ導かれ、そこで蓄
熱したのちに再び蓄熱槽の同一空間に流入するようにス
ラリーポンプ１１によって循環するようになっている。

一方、蓄熱槽の他の空間に充填された蓄熱媒体も同様に
蓄熱槽から流出し、利用県側循環ライン１４を通り、熱
交換器１３に導かれ、利用系（たとえば給湯器）１２に
熱が供給されるようになっている。熱交換器１３によっ
て放熱した蓄熱媒体は再び蓄熱槽に流入し、同ライン内
に設けられたスラリーポンプ１５によって循環を繰り返
す様になっている。

なお、本発明においては、蓄熱槽内に留まる蓄熱媒体（
蓄熱槽内蓄熱媒体）のスラリー濃度および成分比等は、
利用県側循環ラインにおいて循環されるべき蓄熱媒体（
利用県側蓄熱媒体）のそれとは、必ずしも同一である・
必要はない。例えば、蓄熱槽内に充填された蓄熱媒体ス
ラリーの上澄み部を利用系鋼循環ラインに循環させたり
、あるいは蓄熱槽の出口に網等を設けて蓄熱剤をふるい
分けたりすることによって蓄熱槽内蓄熱媒体のとは異な
った所望の熱容量、成分比、濃度を有するスラリーを循
環させる様にすることもできる。

蓄熱槽は前述の通りそれぞれの蓄熱媒体が熱交換、即ち
熱源側蓄熱媒体から利用系側熱媒体への熱伝達、ができ
るようになっているので、従って熱源の熱は蓄熱槽へ、
さらに蓄熱層から利用系へと供給されるわけである。

熱源側蓄熱媒体は蓄熱槽の外側でない空間へ充填するこ
とが好ましい。

さらに、それぞれの循環ラインの両方または一方に短絡
路１６および調整弁１７．１８を設けて、これらを調整
すればより安定に装置Ｒを運転することが容易となる。

なお、本発明では蓄熱媒体を循環させることで既にその
目的を達成されているのではあるが、攪拌機を設けて蓄
熱媒体を攪拌すれば、より効率的かつ安定的に蓄熱、放
熱をさせることができる。

しかし、本発明では攪拌は必須とされる要件ではない。

実施例 １、蓄・放熱操作 （１）　　蓄熱過程 熱源側循環ラインに熱源側蓄熱媒体（１−イ）を１０リ
ットル／分で循環させ、蓄熱槽入口３の温度を１８８〜
１９０℃に保った。はぼ１時間、蓄熱槽出口４の温度が
１６８℃前後で一定したのち昇温か始まった。これによ
り蓄熱が終了したことを確認した。

蓄熱槽内槽に充填した蓄熱媒体（蓄熱水槽内蓄熱媒体（
イー口））の上澄部の蓄熱媒体は、この間調整弁１７を
閉じて短絡路１６に流して循環させた。撹拌は、循環に
よる蓄熱槽底部からの噴流によって行なった。尚、この
時循環させられる蓄熱媒体は、はぼ後記（イーハ）の様
になる。

（２）　　放熱過程 利用系鋼循環ライン中の調整弁１８を閉じ、調整弁１７
を開き、利用系に熱を供給する。循環ライン１０リット
ル／分で流し、利用系蓄熱媒体を循環ラインの蓄熱槽出
口ラインの温度が約１６８００にほぼ１時間保たれた後
、降温し始めたので実験を終了した。

以上で、熱量的にほぼ５ＫＷＨの蓄放熱が確認できた。

尚、利用系の熱交換器でほぼ１０ｋｇ／Ｈ（圧力ｋｇ／
ｃシＧ）が回収できた。

２、　スラリー蓄熱媒体 使用熱媒：サームＳ（新日鉄化学製） （イ）熱源側蓄熱媒体 （プームＳ中にペンタエリトリトールを１５重量％混入
させたもの。） （ロ）　蓄熱槽内蓄熱媒体 （プームＳ中にペンタエリトリトール４０重量９６およ
びペンタグリセリン１０重コ９６を混入させたもの。） （ハ）　利用県側蓄熱媒体 （プームＳ中にペンタエリトリトール８重量％、ペンタ
グリセリン２重量％程度混入させたもの）３、蓄熱材使
用量（蓄熱槽内） サームＳ（新日鉄化学製）　　　　１０５ｋｇペンタエ
リトリトール　　　　　　８４　ｋｇペンタグリセリン
　　　　　　　　２１ｋｇ４、蓄熱装置（ＳＫＷＨ級） ６００ｍｍφＸ１０Ｘ１００Ｏ実容１３００ｇコイルチ
ューブによる熱交換型。

撹拌方式：底部からの噴流による撹拌

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による蓄熱装置の一具体例の平面断面
図である。 第２図は、本発明の蓄熱装置の原理を示すものである。 １・・・隔壁、２・・・コイル状チューブ、３，４，５
゜６・・・連通口、７・・・保温材、９・・・熱源、１
０・・・熱源側循環ライン、１１．１５・・・スラリー
ポンプ、１２・・・利用系、１３・・・熱交換器、１４
・・・利用系側循環ライン。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、流体的に絶縁された二つの空間を有する蓄熱槽の一
   の空間に潜熱蓄熱剤粒子と液状伝熱媒体との組合せから
   なるスラリー状蓄熱媒体を充填し、また前記蓄熱槽の他
   の空間には前記蓄熱媒体のとは異なった転移点あるいは
   融点の潜熱蓄熱剤粒子と液状伝熱媒体との組合せからな
   るスラリー状蓄熱媒体を充填して、蓄熱槽内部において
   それぞれの蓄熱媒体の間で熱交換させると共に、蓄熱媒
   体を蓄熱槽外に循環させて一方を熱源と、他方を利用系
   と熱交換させるようにしたことを特徴とする、蓄熱装置
   。 ２、蓄熱剤がペンタエリスリトール、ペンタグリセリン
   およびネオペンチルグリコールからなる群から選ばれる
   少なくとも１種ある、特許請求の範囲第１項の蓄熱装置
   。 ３、蓄熱剤がペンタエリスリトール、ペンタグリセリン
   およびネオペンチルグリコールからなる群から選ばれる
   少なくとも２種を混合して所望温度の転移点を有するよ
   うにしたものである、特許請求の範囲第１項の蓄熱装置
   。