JPH04268194A - 熱エネルギーの輸送方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、熱エネルギーを効率的
に輸送し利用する熱エネルギーの輸送方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】熱エネルギーの輸送方法としては、地域
冷暖房において採用されている配管を用いる輸送方法が
広く知られている。これ以外にも、温泉水をタンクロー
リを用いて輸送したり、氷そのものを断熱ケースに収納
して輸送することが小規模に行われている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】配管を用いる熱エネル
ギーの輸送方法が成立するためには、熱エネルギーの供
給側と利用側とが近い位置にあることと利用側の熱密度
が高いことが必要条件である。これは、土地と人件費の
高騰により配管設備費用が高いことに起因している。

【０００４】また、温泉水のタンクローリによる輸送は
、水道水の加熱水と異なり種々の薬効等の付加価値ゆえ
に経済的に成立している。

【０００５】一方、清掃工場や発電所等においては、莫
大の量の熱エネルギーが有効利用されることなく環境中
に放出され、地球環境の温暖化を促しており、地球環境
の温暖化を規制する上で、その熱エネルギーの有効利用
が研究機関等において研究開発されているが、所望の目
的を達成するものはいまだ開発されていない。

【０００６】本発明は上記した点に鑑みてなされたもの
で、清掃工場や発電所等における未利用熱エネルギーを
それら施設から離れて位置する熱利用者（消費者）に対
して効率的に輸送する熱エネルギーの輸送方法を提供す
ることを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段と作用】本発明の熱エネル
ギーの輸送方法は、所定の温度で均一な氷結反応を促す
各種薬剤を混合溶解させた水溶液を密封したカプセルを
大型容器に多数収容したカプセル方式熱交換器を設け、
大型容器の出入り口ノズルを介して大型容器の内部に伝
熱流体を導入流通し、この伝熱流体によりカプセルに密
封した水溶液を氷結させることでカプセルの潜熱蓄熱を
行い、ついで、カプセル方式熱交換器からの伝熱流体の
排出が終わったら、カプセルを潜熱蓄熱したカプセル方
式熱交換器を目的地に輸送し、目的地において、カプセ
ル方式熱交換器に伝熱流体を導入流通し、導入流通する
伝熱流体によりカプセルに密封した氷結水溶液を溶かす
ことで、カプセルに密封された水溶液の潜熱蓄熱を伝熱
流体を介して回収するように構成される。

【０００８】また、本発明の熱エネルギー輸送方法は、
所定の温度での均一な氷結反応を促す各種薬剤を混合溶
解させた水溶液を密封したカプセルを収容した開放形カ
プセル収容容器を設け、この開放形カプセル収容容器に
伝熱流体を導入流通させ、カプセルに密封した水溶液を
伝熱流体を氷結させることで潜熱蓄熱を行い、潜熱蓄熱
したカプセルを収容した開放形カプセル収容容器を輸送
用断熱箱に収納し、この輸送用断熱箱を目的地に輸送し
、目的地において、輸送用断熱箱から潜熱蓄熱したカプ
セルを収容した開放形カプセル収容容器を取り出し、こ
の開放形カプセル収容容器を回収用熱交換器に収容し、
潜熱蓄熱したカプセルの熱エネルギーを回収するように
構成される。

【０００９】

【実施例】以下本発明の一実施例を図面につき説明する
。

【００１０】図１は本発明の熱エネルギーの輸送方法に
使用されるカプセル形熱交換器を示し、このカプセル形
熱交換器１は、圧力隔壁を兼ねる容器２と、この容器２
の内部に収容されるテニスボールの大きさの樹脂製球状
カプセル３とを有し、この樹脂製球状カプセル３には、
水和塩，共融混合物，有機化合物，過冷却防止剤，相分
離防止剤等の各種薬剤を混合溶解させた水溶液が充填密
閉されている。この水溶液の氷結温度は薬剤を選定する
ことにより−２１℃から＋６４℃までの温度レベルのも
のが実用化されている。

【００１１】一方上記容器２の内部には、両端部に空間
４，４を形成するように整流板５、５が設けられ、この
容器２の両端部に設けた空間４，４に連通するように流
体を導入および流通させるための出入り口ノズル６、６
が連結されている。また、容器２の上部にはカプセル投
入口７が、容器２の下部にはカプセル排出口８がそれぞ
れ形成されている。このカプセル排出口８にはドレンラ
イン９が連結されている。なお、図１において、符号１
０は容器２の支持脚、１１は吊り耳である。

【００１２】つぎに作用を説明する。

【００１３】まず、カプセル形熱交換器１を、清掃工場
や発電所等の熱供給側に配置し、カプセル形熱交換器１
の容器２の出入り口ノズル６、６を、清掃工場や発電所
等の熱回収ループに接続する。そして、熱回収ループを
流れる伝熱流体をカプセル形熱交換器１の容器２に導入
流通させ、容器２内にてカプセル３と伝熱流体とを接触
させることにより、カプセル３に充填密閉され各種薬剤
を混合溶解させた水溶液に伝熱流体の熱エネルギーが潜
熱の状態で蓄熱される。

【００１４】カプセル３への熱エネルギーの蓄熱が所要
量に達したと判断したら、伝熱流体の導入を中断し、容
器２の出入り口ノズル６、６やカプセル排出口８に設け
たドレンライン９を介して、容器２内の伝熱流体を外部
に排出する。伝熱流体の排出が終了したら、容器２の吊
り耳１１にクレーン（図示せず）のフックを掛け、容器
２を持ち上げることで、カプセル形熱交換器１をトラッ
クの荷台に置き、これにより、カプセル形熱交換器１を
熱利用側へ輸送する。

【００１５】熱利用側へ輸送されたカプセル形熱交換器
１は、トラックの荷台から下ろされ、熱利用側の図示し
ない熱利用ループに出入り口ノズル６、６を介して接続
され、伝熱流体が導入され、伝熱流体がカプセルに接触
し、カプセルの潜熱が伝熱流体に伝えられ、これにより
熱利用が行われることになる。

【００１６】しかして、輸送時には、熱密度の低い伝熱
流体は排出され、熱密度の高いカプセルが熱交換器本体
とともに輸送され、単位輸送重量当たりの熱量が大幅に
向上する。

【００１７】単位輸送重量当たりの熱量を試算し比較す
ると下記の通りである。 カプセル形熱交換器１の仕様 外形寸法　　　　　　　　直径２．２ｍ×長さ８．２８
ｍ容量　　　　　　　　　　　　３０ｍ３　運転重量　
　　　　　　　３３３００ｋｇカプセル充填後の空間率
　　　　３５％潜熱温度　　　　　　　　０℃ 蓄熱量　　　　　　　　　　４００００ｋカロリ／ｍ３
　顕熱を加味した蓄熱量　　　　４４４００ｋカロリ／
ｍ３　伝熱流体を残したまま輸送する場合は 輸送重量は運転重量に等しく３３３００ｋｇ輸送熱量は
４４４００ｋカロリ／ｍ３　×３０ｍ３　＝１３３２０
００ｋカロリ 単位輸送重量当たりの熱量は　　１３３２０００ｋカロ
リ／３３３００ｋｇ＝４０ｋカロリ／ｋｇ伝熱流体を排
出して輸送する場合は輸送重量は運転重量から伝熱流体
を引いたものに等しく ３３３００ｋｇ＝３０ｍ３　×１０００ｋｇ／ｍ３　×
３５／１００＝２２８００ｋｇ 輸送熱量は４００００ｋカロリ／ｍ３　×３０ｍ３　＝
１２０００００ｋカロリ 単位輸送重量当たりの熱量は　　１２０００００ｋカロ
リ／２２８００ｋｇ＝５２．６ｋカロリ／ｋｇこの両者
の比を求めると、５２．６／４０＝１．３２このように
、伝熱流体を排出して輸送する方式では、伝熱流体を残
したまま輸送する方式に比べて、単位輸送重量当たりの
熱量が約３０％向上する。

【００１８】なお、上記実施例では、カプセルの形状を
球状としたが、この形状は必要に応じて、板状または筒
状とすることができる。また、伝熱流体としては、エチ
レングリコールやプロピレングリコール等の薬剤を水に
溶解して凝固点を低下させた水溶液が一般である。

【００１９】つぎに蓄熱剤と伝熱流体との熱交換方式に
ついて説明する。蓄熱剤と伝熱流体との熱交換方式は、
図２に示すようにシェルチューブ方式、カプセル方式、
直接接触方式がある。シェルチューブ方式は、断熱材で
覆った密閉容器（シェル）１５内に蓄熱剤１６を収容し
、密閉容器１５の内部に熱交換チューブ１７を通して構
成されるものであり、伝熱流体（熱媒体）の占める容積
が小さく、蓄熱剤１６の充填率が大きいという利点を有
しているが、潜熱蓄熱剤を用いた場合には、体積膨脹に
より熱交換器が破損したり、相変化が局部的に発生し、
蓄熱の進行が遅れるという問題がある。また輸送の振動
によっても熱交換器の破損が生じることがあり、本発明
に適していない。

【００２０】カプセル方式は、カプセル１８を容器１９
内に配置して構成されるものであり、伝熱流体（熱媒体
）の占める容積が大きく、蓄熱剤の充填率が小さくなる
という欠点があるが、カプセル１８に収容される潜熱蓄
熱剤の相変化に伴う容積変化をカプセルの収縮で吸収し
、蓄熱が均一化でき、構造が簡単で輸送によって破損が
生じることがなく、本発明に適している。

【００２１】直接接触方式は、容器１９に収容された蓄
熱剤１６と熱媒体２０を直接接触させるものであり、蓄
熱剤１０と熱媒体２０の密度差や分離性を検討して選定
する必要があり、輸送時に熱媒体２０を排出する本発明
に適していない。

【００２２】図３は本発明の熱エネルギー輸送方法に使
用される蓄熱用熱交換器の他の変形例を示し、この蓄熱
用熱交換器３０は、周囲を厚い断熱材で覆った上方開口
のシェル３１と、このシェル３１の上端および下端に一
体に形成した出入り口ノズル３２，３３と、シェル３１
の内部に積み重ねるように配置されたカプセル収容容器
３４と、シェル３１の開口端を覆う上蓋３５とを有して
いる。上記カプセル収容容器３４は、図４および図５に
示すように、ケーシング３６とケーシング３６の下面に
設けた脚を兼ねるスペーサ３７とケーシング３６の上部
に設けた吊り上げジョイント３８とを有し、ケーシング
３６の内部には多数のカプセル３９が収納される。この
カプセル３９には、上記カプセル３と同様に、水和塩，
共融混合物，有機化合物，過冷却防止剤，相分離防止剤
等の各種薬剤を混合溶解させた水溶液が充填密閉されて
いる。

【００２３】蓄熱用熱交換器３０の作動に際しては、シ
ェル３１をシェル３１に設けた出入り口ノズル３２，３
３を介して工場等の熱源に配管により接続し、伝熱流体
をシェル３１の内部を循環するようにし、シェル３１内
を通過する伝熱流体によりカプセル３９に充填密閉され
た水溶液を冷却または加熱し、カプセル３９の潜熱蓄熱
を行う。シェル３１の内部に積み重ねられるカプセル収
容容器３４のスペーサ３７はケーシング３６の外径より
僅かに大きくなっていて、積み上げの時にはサポートと
しての働きと隣接する他のカプセル収容容器３４との間
隔を保つための働きをする。また、最下段に位置するカ
プセル収容容器３４のスペーサ３７は、伝熱流体の流路
を確保しかつ整流するために作用する。

【００２４】カプセル収容容器３４を蓄熱用熱交換器３
０から出し入れするには、ケーシング３６の上部に設け
た吊り上げジョイント３８に図示しないクレーンの係止
フックを係着することにより行う。そして、クレーンに
より吊り下げられたカプセル収容容器３４は、たとえば
トラックの荷台に設けた輸送用断熱箱に収納され目的地
である熱利用先に運ばれる。この場合、複数個のカプセ
ル収容容器３４を図示しないキャスクに収納し、キャス
ク単位で輸送するようにすれば、カプセル収容容器単体
を輸送するのに比べて大幅に省力化できる。またキャス
クの内部に固定枠を設けることによりスペーサが不要に
なる。キャスクに設けたカプセル収容容器３４を入れる
ための開口を大きくすることで、蓄熱用熱交換器３０に
収納した場合の流体抵抗を必要最小限に抑えることがで
きる。

【００２５】図６は熱利用の一例を示す図であり、この
場合、家屋４０の図示しない熱利用先（たとえば空調用
のファンコイルユニット）と回収用熱交換器４１とを配
管４２で接続している。そして、蓄熱カプセルを収容し
たカプセル収容容器３４が、図示しないトラック等の輸
送手段により熱利用先に送られ、送られたカプセル収容
容器３４は回収用熱交換器４１に収容された使用済カプ
セル収容容器と交換される。

【００２６】上記実施例では、熱交換器を固定したまま
で、多数のカプセルの輸送配分に供するカプセル収容容
器を導入した結果、輸送重量を大幅に軽減でき、単位輸
送重量当たりの熱量を前記実施例より改善することがで
きる。また、カプセルを成形するための樹脂材料として
、透明ないし白色のものを選び、この樹脂材料に融点に
おいて色変化する化学物質を混入することで、熱エネル
ギーの利用状況を可視により検出し、カプセルの交換時
期を判断できる。場合によっては、有機物または無機物
の固形状で蓄熱密度の高い蓄熱材を球状、棒状、板状に
成形することにより、容器を不要としたカプセルとする
ことも可能である。

【００２７】なお、カプセル収容容器としては、伝熱流
体の流路が確保され、均一な流れを形成し、軽量でしか
も輸送に耐える強度を有し、錆びにくく取扱いが容易で
あることを必要な条件とする。カプセル収容容器の形状
としては円柱形、長方体、立方体が適当であり、材質と
してはステンレス鋼の金属やプラスチック材料が適当で
ある。

【００２８】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、未利
用エネルギーをカプセルに充填した水溶液を潜熱の状態
で蓄熱し、蓄熱したカプセルをカプセル収容容器により
輸送して利用に供するため、単位輸送重量当りの熱量を
飛躍的に向上することができ、経済的かつ容易に輸送で
きるので、未利用エネルギーの利用の促進を図ることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の熱エネルギーの輸送方法に用いられる
カプセル方式熱交換器の一部を切り欠いて示す側面図。

【図２】エネルギー蓄熱方式を示す図。

【図３】カプセル方式熱交換器の他の変形例を示す図。

【図４】図３のカプセル方式熱交換器に収容されるカプ
セル収容容器を示す図。

【図５】カプセル収容容器の斜視図。

【図６】熱利用の一例を示す図。

【符号の説明】

１　　カプセル形熱交換器 ２　　容器 ３　　球状カプセル ３４　　カプセル収容容器 ３７　　スペーサ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】所定の温度で均一な氷結反応を促す各種薬
   剤を混合溶解させた水溶液を密封したカプセルを大型容
   器に多数収容したカプセル方式熱交換器を設け、大型容
   器の出入り口ノズルを介して大型容器の内部に伝熱流体
   を導入流通し、この伝熱流体によりカプセルに密封した
   水溶液を氷結させることでカプセルの潜熱蓄熱を行い、
   ついで、カプセル方式熱交換器からの伝熱流体の排出が
   終わったら、カプセルを潜熱蓄熱したカプセル方式熱交
   換器を目的地に輸送し、目的地において、カプセル方式
   熱交換器に伝熱流体を導入流通し、導入流通する伝熱流
   体によりカプセルに密封した氷結水溶液を溶かすことで
   、カプセルに密封された水溶液の潜熱蓄熱を伝熱流体を
   介して回収することを特徴とする熱エネルギーの輸送方
   法。
2. 【請求項２】所定の温度での均一な氷結反応を促す各種
   薬剤を混合溶解させた水溶液を密封したカプセルを収容
   した開放形カプセル収容容器を設け、この開放形カプセ
   ル収容容器を蓄熱用熱交換器に収容し、蓄熱用熱交換器
   に伝熱流体を導入流通させ、この伝熱流体によりカプセ
   ルに密封した水溶液を氷結させることで潜熱蓄熱を行い
   、潜熱蓄熱したカプセルを収容した開放形カプセル収容
   容器を輸送用断熱箱に収納し、この輸送用断熱箱を目的
   地に輸送し、目的地において、輸送用断熱箱から潜熱蓄
   熱したカプセルを収容した開放形カプセル収容容器を取
   り出し、この開放形カプセル収容容器を回収用熱交換器
   に収容し、潜熱蓄熱したカプセルの熱エネルギーを回収
   することを特徴とする熱エネルギーの輸送方法。