JPS635677B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は化学反応を用いて蓄熱を行なうことの
できる蓄熱装置に関する。

省エネルギー技術の一環として、各種の蓄エネ
ルギー、蓄熱技術が研究開発され、各種の方法が
提案されている。蓄熱技術には (a) 顕熱蓄熱 (b) 潜熱蓄熱 (c) 化学反応蓄熱 などに分類され、常温においても蓄熱状態を維持
し得る特徴をもつ(c)についての蓄熱物質による熱
輸送が可能な蓄熱装置が考えられている。

すなわち、次のような可逆反応 Ａ・Ｂ＋ＱＡ＋Ｂ (1) なる反応素があつたとする。

蓄熱工程では、物質Ａ・ＢにエネルギーＱを加
え、ＡとＢの物質に分解して分離・貯蔵する。Ｑ
は通常熱エネルギーが考えられるが、光、電気な
ど他のエネルギーも利用される。

放熱工程では、熱が必要な時にＡとＢの物質を
反応させることによつて反応熱Ｑを発生させ、熱
を取り出す。

この時、物質ＡとＢをそれぞれ化学変化を生じ
ない状態で貯蔵すれば、蓄熱工程と放熱工程の間
に時間的あるいは場所的な隔りがあつても、蓄・
放熱サイクルは成立するので、熱輸送が可能であ
る。

なお、ＡとＢの物質は例えばＡが固体、Ｂが液
体または気体のようにＡ〜Ｂ間が分離し易い状
態、すなわち相の異なつた状態が利用される。例
えばＡとして硫化ナトリウム、Ｂとして水（水蒸
気）が考えられる。

本発明は、このような一般的な化学反応熱を利
用した蓄熱技術のうち、次のような限定された条
件下で実施される蓄熱装置に関する。

(1) 蓄熱工程は、廃熱など余剰熱源が存在する場
所Ｘで実施され、放熱工程はＡとＢを反応させ
て発生する熱を利用熱源とする場所Ｙで実施さ
れる。場所Ｘで蓄熱された物質をＹまで輸送、
放熱し、放熱後再蓄熱のために蓄熱物質をＸに
再輸送する。

(2) 輸送される蓄熱物質はＡとＢ、もしくはＡと
考える。すなわち、反応物Ｂが水蒸気のような
通常容易に入手あるいは廃棄できる物質で、Ｘ
において分離したＢをＹまで輸送しなくてもＹ
で入手できれば放熱反応は可能となるので、こ
の場合Ａのみを輸送すれば良いことになる。本
発明では、Ｂの輸送の有無にかかわらず、蓄熱
物質Ａのみの輸送に関する。

(3) 反応条件下においては、物質Ａ・ＢおよびＡ
は固体粒子、Ｂは気体である。すなわち、蓄熱
物質Ａは、空気と長期間接触すると空気中の酸
素、炭酸ガス、水分などと反応し、変質もしく
は放熱するものである。本発明では、特に人体
と接触すると有害な物質に対して有効である。

上記のような条件下で蓄熱システムを構成する
場合、通常、蓄熱槽を輸送することになるが、こ
れを第１図を例にとつて説明する。第１図は蓄熱
槽の断面図であり、１は蓄熱槽本体、２は多極式
熱交換器の場合は伝熱管、プレート式熱交換器の
場合は伝熱プレートを表わす。３は蓄熱槽への熱
交換流体流入部、４は熱交換流体流出部、５は伝
熱管または伝熱プレート２により熱交換流体と隔
絶された蓄熱物質充填部、６は蓄熱物質充填部５
への蒸気出入部である。

蓄熱工程は次の通りである。すなわち、上記条
件(1)から場所Ｘには余剰熱源が存在するので、こ
の熱を流体熱媒体を介して流入部３から蓄熱槽へ
導入する。熱媒体は伝熱管または伝熱プレート２
内を通過する間に伝熱壁面を通して充填部５の粒
子層に熱を与えた後、流出部４から排出される。
この与えられた熱によつて反応式(1)の左から右へ
の反応が生じ、Ａなる固体とＢなる気体が生成す
る。発生した気体Ｂは蒸気出入部６に取付けられ
たバルブ７を通つて蓄熱槽外に排出され、冷却に
よる凝縮、圧縮による液化、吸収剤による吸収な
どの操作によつて貯蔵部（図示せず）に貯蔵され
る。反応が終了したならば、バルブ７を閉鎖して
充填部５を外気と遮断するとともに、熱交換流体
流入部３、流出部４、バルブ７をこれに接続する
配管部（図示せず）から切り離す。

輸送工程では、第１図に示した蓄熱槽部分と、
必要ならばＢの貯蔵部とを何らかの輸送手段例え
ばトラツク、鉄道などによつてＸからＹまで輸送
する。

放熱工程は次の通りである。すなわち、場所Ｙ
において、熱を回収するための熱媒体の流入配管
部に流入部３を、排出配管部に流出部４を接続す
るとともに、バルブ７を気体Ｂの導入部（もしく
は同時に輸送してきたＢの貯蔵部）に接続する。
そして熱回収媒体を流入部３から流出部４へ流し
ながらバルブ７を開放すると、気体Ｂが蓄熱物質
充填部５に流入し、反応式(1)の右から左に進む反
応によつて反応熱を発生する。この熱は伝熱管ま
たは伝熱プレート２を通して熱回収媒体に移動し
て回収される。反応終了後は、蓄熱工程終了と同
様、バルブ７を閉鎖し、流入部３、流出部４、バ
ルブ７をこれに接続する配管部から切り離す。

次の輸送工程では、第１図に示した蓄熱槽部分
と、必要ならばＢ貯蔵部の空容器とをＹからＸに
輸送する。そして、流入部３、流出部４、バルブ
７をそれぞれ必要部分に接続し、再び蓄熱工程を
実施する。

以上が上記条件下における通常の熱輸送可能な
蓄熱装置であるが、この場合の長所および短所を
述べると次のようになる。

長 所 (イ) 熱交換部から蓄熱物質粒子を分離しなくて良
い。もし、蓄熱物質粒子のみを輸送するとする
と、蓄・放熱工程１サイクル当り熱交換部への
粒子の充填、分離作業をそれぞれ２回ずつ行な
わなければならないが、この方法によれば、そ
の手間が省け、そのための設備も不要である。

(ロ) また、蓄・放熱工程から輸送工程に移る際に
もバルブ７を閉鎖するだけでよく、蓄熱物質が
人体に接触することもなく、外気と遮断された
状態下で作業が行なえる。

短 所 (イ) 一般に、固体粒子の熱伝導度は小さく、単位
時間当りの熱移動量を大きくしようとすると、
伝熱面積が増加し、熱交換部重量が増加する。
また、蓄・放熱反応を加圧もしくは減圧で行な
わせる場合が多いが、この時は蓄熱槽を耐圧構
造にする必要から蓄熱槽の外殻部重量も増加す
る。それ故、蓄熱物質粒子のみの輸送に比べる
とはるかに輸送重量が増加する。

(ロ) 輸送工程から蓄・放熱工程に移る際には、少
なくとも熱源あるいは熱回収のための熱媒体の
流出入部の配管部への接続と、反応気体の流出
入部の配管部への接続が必要であり、この接続
に手間がかかる。現在ワンタツチ式接手と呼ば
れるものが入手可能であるが、大口径の配管用
のものは現実には入手困難である。

本発明は、以上のような事柄を考え、効率的な
熱輸送を行なうことのできる蓄熱装置を提供する
ことを目的とするものである。

本発明は上記目的を達成するために、熱交換流
体の流入口と流出口を有する外槽と、該外槽に対
して挿抜可能に装填され、かつ内部に蓄熱物質を
充填されて輸送可能な単一または複数個の伝熱管
または伝熱プレートと、気体配管に連通連結さ
れ、伝熱管または伝熱プレートに設けた気体抜き
出し管に着脱自在に連結可能な自動弁とを具備
し、前記自動弁は、前記伝熱管または伝熱プレー
ト側の固定弁部と前記気体配管側の可動弁部とか
らなり、前記固定弁部は先端が突出する方向に付
勢されて連通口を閉鎖している弁体を有し、前記
可動部は連通口を閉鎖する方向に付勢されるとと
もに先端が前記固定弁部側に突出する弁体を有
し、前記可動弁部と固定弁部とが連結されたとき
に前記両弁体が係合してそれぞれの連通口を開放
させるように構成したもので、自動弁の固定弁と
可動弁部とを外すだけで自動的に伝熱管または伝
熱プレートの内部と気体配管とは遮断され、この
後、伝熱管または伝熱プレートを外槽から抜き出
すだけで輸送できて別の場所で熱交換が可能とな
る。このとき、輸送工程では各伝熱管または各伝
熱プレートごとに蓄熱物質を小分けして輸送で
き、熱需要側の必要量に応じて熱輸送量が調節で
き、伝熱管または伝熱プレート自身が輸送容器を
兼ねるので、輸送重量を軽減でき、しかも伝熱管
または伝熱プレートを外槽にセツトして自動弁を
接続するだけでよいので、蓄熱気体を人体あるい
は空気に接触させることなく、容易に蓄・放熱工
程に入ることができる。

以下本発明の一実施例を図面に基づいて説明す
る。第２図〜第４図はプレート熱交換器タイプの
蓄熱槽を示し、１１は熱交換部を構成する外槽、
１２は前記外槽１１に挿抜可能に装填される伝熱
プレートで、外槽１１に挿入される部分に相当す
る内部に蓄熱物質１３が充填されている。前記伝
熱プレート１２の外周にはフランジ部１４を有
し、伝熱プレート１２が外槽１１に挿入された時
にこのフランジ部１４はＯリング１５を介して外
槽１１内部空間を外気に対して密封する。また伝
熱プレート１２は上部に気体抜き出し管１６が設
けられ、これに連結された自動弁１７および該自
動弁１７に取り付けられたフレキシブルホース１
８を介して気体配管１９に連通連結されている。
２０，２１は外槽１１に設けられた熱交換流体の
流入口、流出口である。

自動弁１７の詳細を第５図に示す。この自動弁
１７はワンタツチ式の弁で、気体抜き出し管１６
に固定される固定弁部２２とフレキシブルホース
１８に接続される可動弁部２３とこれらを接続す
る連結部２４よりなり、固定弁部２２と可動弁部
２３は連結部２４を介してワンタツチ式に密封着
脱が可能である。すなわち、離脱時は固定弁部２
２の連通口２５は弁体２６がバネ２７によつて押
し上げられて閉鎖され、可動弁部２４の連通口２
８は弁体２９がバネ３０によつて押し下げられて
閉鎖され、可動弁部２３が連結部２４により固定
弁部２２に接続された状態では第５図に示すよう
に可動弁部２３の弁体２９の先端が固定弁部２２
の弁体２７を押し、それぞれの弁体２６，２９が
バネ２７，３０に抗して移動し、連通口２５，２
８が開放されて互いに連通し、気体配管１９と伝
熱プレート１２の内部とはフレキシブルホース１
８を介して気体の流通が可能となる。３１，３２
は連通口２５，２８をシールするためのＯリング
である。

蓄熱工程では、熱源流体が流入口２０が導入さ
れ、流出口２１から排出される。この時熱源流体
の有する熱は伝熱プレート１２の伝熱面を介して
蓄熱物質１３の粒子に与えられる。熱を与えられ
た粒子は反応式(1)の左辺から右辺へ進む反応によ
つて気体Ｂを発生する。この時自動弁１７の可動
弁部２３が固定弁部２２に接続された状態では、
伝熱プレート１２内部で発生した気体Ｂはフレキ
シブルホース１８、気体配管１９を経て図示して
いない気体貯蔵部に導かれ、凝縮、加圧、液など
の方法により貯蔵されるか、廃棄される。

放熱工程では、逆に気体貯蔵部から反応気体Ｂ
が気体配管１９、フレキシブルホース１８を通
り、自動弁１７から伝熱プレート１２内に入り、
蓄熱物質１３と反応し、反応式(1)の右辺から左辺
に進む反応によつて熱を発生する。この際、熱回
収入用流体を流入口２０から導入し、流出口２１
から流出させると、伝熱プレート１２内で発生し
た熱は伝熱面を介して流体に移動し、熱が回収さ
れる。

粒子抜き出し工程と装填工程および輸送工程で
は、蓄熱あるいは放熱反応終了自動弁１７の固定
弁部２２と可動弁部２３を連結部２４を外すこと
により分離すれば、自動的に伝熱プレート１２内
部と気体配管１９は遮断され、従つて伝熱プレー
ト１２を外槽１１から抜き出せば直ちに輸送可能
な形態であるので、適当な輸送手段例えばトラツ
クなどによつて蓄熱後は放熱工程が行なえる場
所、放熱後は蓄熱工程が行なえる場所に輸送す
る。そして、その場所に設定されている熱交換部
にセツトし、自動弁１７を接続すれば直ちに次の
工程を実施することが可能である。

第６図は伝熱プレート１１の内部の蓄熱物質粒
子の充填部に気体の通気管３３を配設した実施例
を示し、気体の蓄熱物質粒子層への出入りに際し
て生じる粒子層内の圧力損失軽減効果を持つ。こ
の通気管３３としては、第６図ｂに示すように、
例えば多孔パイプ３４に粒子が通過しない程度の
金網３５を巻いたものでよい。

なお、伝熱プレートの代りに伝熱管を使用して
もよい。

以上の本発明によれば、蓄・放熱を別の場所で
行う場合、次のような効果を有する。

(イ) 伝熱管または伝熱プレートに小分けされた蓄
熱物質を輸送することができるので、熱需要側
の必要量に応じて熱輸送量が調節可能となる。

(ロ) 熱交換部の一部である伝熱プレートまたは伝
熱プレート自身が輸送容器を兼ねるので、輸送
重量を軽減できる。

(ハ) 必要粒子を全量１つの容器で輸送する場合
は、粒子の荷重に耐えるだけの強度を有する厚
さの容器が必要となるが、複数の容器にして小
分けにすれば、容器厚みを薄くすることができ
る。

(ニ) 伝熱管または伝熱プレートを外槽にセツト
し、自動弁を接続するだけで蓄熱物質を人体あ
るいは空気に接触させることなく、容易に蓄熱
あるいは放熱工程に入ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は通常の蓄熱槽の一例を示す断面図、第
２図は本発明の一実施例を示す断面正面図、第３
図はその断面側面図、第４図は伝熱プレートの外
観図、第５図は自動弁の詳細断面図、第６図ａ，
ｂは他の実施例を示す伝熱プレートの断面側面図
およびそれに使用する通気管の外観図である。 １１……外槽、１２……伝熱プレート、１３…
…蓄熱物質、１６……気体抜き出し管、１７……
自動弁、１８……フレキシブルホース、１９……
気体配管、２０，２１……熱交換流体の流入口お
よび流出口、２２……固定弁部、２３……可動弁
部、２４……連結部、２５，２８……連通口、２
６，２９……弁体、２７，３０……バネ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 熱交換流体の流入口と流出口を有する外槽
   と、該外槽に対して挿抜可能に装填され、かつ内
   部に蓄熱物質を充填されて輸送可能な単一または
   複数個の伝熱管または伝熱プレートと、気体配管
   に連通連結され、伝熱管または伝熱プレートに設
   けた気体抜き出し管に着脱自在に連結可能な自動
   弁とを具備し、前記自動弁は、前記伝熱管または
   伝熱プレート側の固定弁部と前記気体配管側の可
   動弁部とからなり、前記固定弁部は先端が突出す
   る方向に付勢されて連通口を閉鎖している弁体を
   有し、前記可動弁部は連通口を閉鎖する方向に付
   勢されるとともに先端が前記固定弁部側に突出す
   る弁体を有し、前記可動弁部と固定弁部とが連結
   されたときに前記両弁体が係合してそれぞれの連
   通口を開放させることを特徴とする蓄熱装置。