JPH0571887A - 蓄熱方法 - Google Patents

蓄熱方法

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JPH0571887A
JPH0571887A JP3231926A JP23192691A JPH0571887A JP H0571887 A JPH0571887 A JP H0571887A JP 3231926 A JP3231926 A JP 3231926A JP 23192691 A JP23192691 A JP 23192691A JP H0571887 A JPH0571887 A JP H0571887A
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JP3231926A
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Tetsuo Furukawa
哲郎 古川
Shiro Inoue
司朗 井上
Kenji Yasuda
賢士 保田
Yoshinori Wakiyama
良規 脇山
Toshihiko Yasuda
俊彦 安田
Yoshihide Kawamura
義秀 川村
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TECHNOL RES ASSOC SUPER HEAT PUMP ENERG ACCUM SYST
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TECHNOL RES ASSOC SUPER HEAT PUMP ENERG ACCUM SYST
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    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D20/00Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00
    • F28D20/003Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00 using thermochemical reactions
    • YGENERAL 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
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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Abstract

(57)【要約】 【構成】 固体無機化合物を蓄熱媒体として用い、水和
状態の蓄熱媒体を脱水反応に付すことによって蓄熱を行
なわせ、一部ないし全部脱水した蓄熱媒体を水蒸気との
水和反応に付すことによって放熱を行わせる蓄熱システ
ムの蓄熱過程において、蓄熱媒体を減圧下で加熱し脱水
再生する蓄熱反応器(1) と、脱水反応によって発生した
水蒸気を冷却し凝縮させて復水する凝縮器(6) の間にメ
カニカルブースター(9) を設けることにより、脱水再生
温度を下げると共に凝縮温度を上昇させることを特徴と
する蓄熱方法。 【効果】 本発明の方法によると、メカニカルブースタ
ーが設けられているので、低温熱源でも蓄熱が可能とな
る。その結果、蓄熱過程の熱源温度の自由度が増し、各
熱源温度に対応して蓄熱反応あるいはケミカルヒートポ
ンプの設計を行うことが可能になる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、固体無機化合物の水和
反応熱を利用する蓄熱方法あるいはこの蓄熱方法の応用
技術であるケミカルヒートポンプに関し、さらに詳しく
は、固体無機化合物を蓄熱媒体として用い、水和状態の
蓄熱媒体を脱水反応に付すことによって蓄熱を行なわ
せ、一部ないし全部脱水した蓄熱媒体を水蒸気との水和
反応に付すことによって放熱を行わせる蓄熱システムの
蓄熱過程に関する。
【0002】
【従来の技術】始めに、固体無機化合物の水和反応熱を
利用する蓄熱システムの原理を図1と図2を用いて説明
する。図1は従来の蓄熱方法の装置図であり、図2は従
来の蓄熱方法における水と無機水和物の飽和水蒸気圧曲
線を示すグラフである。蓄熱システムは、蓄熱過程と放
熱過程とからなる。
【0003】 (蓄熱過程) 反応器(1) 側 A・nH2 O(固)+Q1(熱)→ A・(n−a)H2 O(固)+aH2 O(気) (1) 凝縮器(6) 側 aH2 O(気)→aH2 O(液)+Q2(熱) (2) 図1において、反応器(1) 内に充填された蓄熱媒体であ
るA・nH2 O(固)で表わされる固体無機水和物(2)
を反応器(1) 内に設けられた熱交換部(3) に温度TS1
熱源流体(4) を流すことによりTE1℃に加熱する。この
時、蓄熱媒体A・nH2 O(固)は図2に示すTE1℃の
平衡水蒸気圧力PE1を示す。一方、この圧力PE1はTC1
℃の水の飽和水蒸気圧力と等しく、反応器(1) と凝縮器
(6) を結ぶ管路(12)に備えられたバルブ(5) を開け、凝
縮器(6) 側の熱交換部(7) にTC1℃よりも低温のTW1
の冷却水を流すと(2) 式の反応により、水蒸気は冷却さ
れ凝縮し復水するので、(1) の反応式右辺の水蒸気が減
少し、(1) 式の反応は右に進むことになる。反応器器
(1) 内のA・nH2 O(固)からaモルの水蒸気が脱水
された状態でバルブ(5) を閉めれば蓄熱過程は終了す
る。
【0004】なお、ここで述べた蓄熱過程はケミカルヒ
ートポンプの場合、再生過程に相当する。
【0005】 (放熱過程) 蒸発器(6) 側 aH2 O(液)+Q2(熱)→aH2 O(気) (3) 反応器(1) 側 A・(n−a)H2 O(固)+aH2 O(気)→ A・nH2 O(固)+Q1(熱) (4) 蓄熱された熱を放熱する場合は、蓄熱時に分離された凝
縮器(6) 内の水を別に設けられた蒸発器に移動するか、
もしくは凝縮器(6) をそのまま蒸発器として使用して、
蒸発器(6) の熱交換部(7) にTW2℃の補助熱源流体(通
常は水)(8) を流すと、(3) 式の反応によりTC2℃の飽
和水蒸気圧に相当するPE2の水蒸気を発生する。バルブ
(5) を開けて反応器(1) 内にこの水蒸気を導入すると
(1) 式の逆反応、すなわち(4) 式の反応が起こり、元の
無機水和物A・nH2 O(固)が生成すると共に水和反
応熱Q1が発生するので、この熱Q1を熱交換部(3) を
介して熱回収流体(4) によってTS2℃の温度の熱を回収
する。この時の蓄熱媒体の温度は、PE2に相当する平衡
温度TE2まで上昇する。
【0006】以上が無機水和物を利用する蓄熱システム
の原理であり、補助熱源流体としてやや高温の温度の熱
を用いて蓄熱時の熱源温度よりも高い温度を回収する場
合は昇温型ケミカルヒートポンプとなる。
【0007】図2に示した水の飽和水蒸気圧曲線と無機
水和物の飽和水蒸気圧曲線の間の隔たりを温度差で表わ
したもの(例えばTE1−TC1、TE2−TC2)を一般に昇
温幅と呼んでいるが、昇温幅は当然のことながら無機水
和物の種類によって異なり、それぞれに固有の値とな
る。
【0008】この蓄熱システムでは昇温幅が大きい程蓄
熱できる温度は高温となるが、逆に高温熱源がなければ
蓄熱あるいは無機化合物を再生できないことになる。例
えば、(1) 式のA・nH2 OがCaBr2 ・2H2 Oで
あり、A・(n−a)H2 OがCaBr2 ・H2 Oであ
る場合、CaBr2 ・2H2 OのTE1とTC1は、概略 TE1=1.24×TC1+87 (5) の関係がある。従って、昇温幅ΔTは、 ΔT=TE1−TC1=0.24×TC1+87 (6) となる。この蓄熱方法を実用する場合、通常は冷却水に
クーリングタワー循環水を用いることが多く、夏場には
C1が40℃程度になる。従って、(5) 式からTE1は1
37℃となり、伝熱温度差を仮に10℃とすると147
℃以上の温度の熱源でないと原理的に蓄熱できないこと
になる。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】このように脱水水蒸気
の凝縮温度が決まれば、蓄熱あるいは再生用熱源として
の必要な温度が決まってしまうので、これより低温の熱
源による蓄熱反応あるいはケミカルヒートポンプの構成
はできなかった。
【0010】また、このように熱源温度が高いことによ
り、蓄熱反応装置の材料についても問題がある。すなわ
ち、軽量のアルミニウムは耐食限界温度150℃であ
り、例えば前述のCaBr2 ・2H2 Oを蓄熱媒体とし
て利用する場合はその腐蝕性のために、従来は装置材料
としてアルミニウムを使用することができず、ステンレ
スを使用していた。このため、装置の軽量化が望まれて
いた。
【0011】本発明はこのような蓄熱方法の欠点を改良
し、より低温の熱源でも蓄熱可能な方法を提供しようと
することを目的とする。
【0012】本発明者らは、鋭意研究した結果、上記目
的を達成する手段を見出だした。
【0013】
【課題を解決するための手段】すなわち、本発明は、固
体無機化合物を蓄熱媒体として用い、水和状態の蓄熱媒
体を脱水反応に付すことによって蓄熱を行なわせ、一部
ないし全部脱水した蓄熱媒体を水蒸気との水和反応に付
すことによって放熱を行わせる蓄熱システムの蓄熱過程
において、蓄熱媒体を減圧下で加熱し脱水再生する蓄熱
反応器(1) と、脱水反応によって発生した水蒸気を冷却
し凝縮させて復水する凝縮器(6) の間にメカニカルブー
スター(9) を設けることにより、脱水再生温度を下げる
と共に凝縮温度を上昇させることを特徴とする蓄熱方法
である。
【0014】本発明において、メカニカルブースター
(9) とは、蒸気圧縮機(9) である。
【0015】以下の実施例により、本発明をより具体的
に説明するが、これによって本発明が限定されるもので
はない。
【0016】
【実施例】図3は本発明の蓄熱方法の装置図であり、図
4は本発明の蓄熱方法における水と無機水和物の飽和水
蒸気圧曲線を示すグラフである。
【0017】図3において、蓄熱反応器(1) と凝縮器
(6) を結ぶ管路(12)からバルブ(10)(11)を介してメカニ
カルブースターと呼ばれる蒸気圧縮器(9) が設けられて
いる。このメカニカルブースター(9) は水蒸気吸引圧力
よりもΔP(mmHg)だけ圧縮する能力をもつものと
する。図中の他の構成は、図1と同様である。
【0018】(蓄熱過程)凝縮器(6) 側には図1におい
て述べたと同じTW1℃の冷却水を流し、メカニカルブー
スター(9) を運転しながらバルブ(10)と(11)を開ける。
反応器(1) 側には温度TS1' ℃の熱源流体を流す。TC1
℃で水蒸気が凝縮されるとすると、凝縮器(6) 内の圧力
はPC1を示し、(図1の例では反応器側の圧力PE1と等
しかったのであるが、)メカニカルブースター(9) を運
転すると、図4のように反応器(1)側の圧力PE1' は、 PE1' =(PC1−ΔP)(mmHg) となる。従って、反応器側の蓄熱媒体はPE1' に相当す
る平衡温度TE1' ℃で脱水反応が生ずることになる。す
なわち、(TE1−TE1' )=ΔTD 分だけ脱水反応温度
が低下する。
【0019】それゆえ、反応器に流す熱源流体の温度T
S1' ℃はTE1' ℃よりもやや高い温度であればよいこと
になり、メカニカルブースター(9) が設けられていない
図1に述べた場合の熱源温度TS1℃よりも低温で蓄熱が
可能となる。
【0020】例えば、TC1=40℃とすると、PC1=5
5.3(mmHg)となるが、ΔP=17(mmHg)
のメカニカルブースター(9) を介在させると吸引側(反
応器(1) 側)の圧力PE1'は、 PE1' =55.3−17=38.3(mmHg) となり、TC1=33.3(℃)で凝縮させるのと同じこ
とになる。従って、 TE1' =1.24×33.3+87=121.5(℃) であり、図1に述べた場合と同様に伝熱温度差を10℃
とすると蓄熱用熱源流体の必要温度は132℃となり、
メカニカルブースター(9) を介在させない場合に比べて
15℃低下させることができる。
【0021】(放熱過程)バルブ(11)と(10)を閉とし、
バルブ(5) を開として図1において述べたと同じ方法で
放熱する。
【0022】
【発明の効果】本発明の方法によると、メカニカルブー
スターが設けられているので、低温熱源でも蓄熱が可能
となる。その結果、蓄熱過程の熱源温度の自由度が増
し、各熱源温度に対応して蓄熱反応あるいはケミカルヒ
ートポンプの設計を行うことが可能になる。
【0023】また、本発明の方法により低温熱源でも蓄
熱が可能となるので、蓄熱反応装置の材料としてアルミ
ニウムを使用することができ、装置軽量化が可能とな
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来の蓄熱方法の装置図である。
【図2】従来の蓄熱方法の操作線図を表わすグラフであ
る。
【図3】本発明の蓄熱方法の装置図である。
【図4】本発明の蓄熱方法の操作線図を表わすグラフで
ある。
【符号の説明】 (1) …反応器 (2) …固体無機水和物 (3) …熱交換部 (4) …熱源流体 (5) …バルブ (6) …凝縮器 (7) …熱交換部 (8) …補助熱源流体 (9) …メカニカルブースター (10)(11)…バルブ (12)…管路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 保田 賢士 大阪市此花区西九条5丁目3番28号 日立 造船株式会社内 (72)発明者 脇山 良規 大阪市此花区西九条5丁目3番28号 日立 造船株式会社内 (72)発明者 安田 俊彦 大阪市此花区西九条5丁目3番28号 日立 造船株式会社内 (72)発明者 川村 義秀 大阪市此花区西九条5丁目3番28号 日立 造船株式会社内

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 固体無機化合物を蓄熱媒体として用い、
    水和状態の蓄熱媒体を脱水反応に付すことによって蓄熱
    を行なわせ、一部ないし全部脱水した蓄熱媒体を水蒸気
    との水和反応に付すことによって放熱を行わせる蓄熱シ
    ステムの蓄熱過程において、蓄熱媒体を減圧下で加熱し
    脱水再生する蓄熱反応器(1) と、脱水反応によって発生
    した水蒸気を冷却し凝縮させて復水する凝縮器(6) の間
    にメカニカルブースター(9) を設けることにより、脱水
    再生温度を下げると共に凝縮温度を上昇させることを特
    徴とする蓄熱方法。
JP3231926A 1991-09-11 1991-09-11 蓄熱方法 Pending JPH0571887A (ja)

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Effective date: 19961022