JPS635675B2 - - 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) なる反応系があつたとする。

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、熱輪送が可能であ
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、発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）を貯蔵され
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、挿抜可能
な内殻槽を持つた外殻槽と、前記外殻槽に取り外
し自在に連結されるとともに、伝熱管または伝熱
プレートとその先端に着脱自在に取り付けられる
同一直径の伝熱管ダミーとを上下方向に有し、こ
れらが前記内殻槽内部空間に収められた熱交換部
とを具備し、前記内殻槽の上下方向中間部に前記
伝熱管ダミーが貫通可能な隔壁を設け、前記隔壁
上の内殻槽内に充填された蓄熱物質は前記熱交換
部の伝熱管または伝熱プレートと接触可能である
とともに、前記熱交換部を上方に抜き出して前記
伝熱管ダミーを前記伝熱管または伝熱プレートよ
り離脱させた時に前記蓄熱物質は前記伝熱管ダミ
ーに接触して隔壁上に保持されるように構成し、
前記熱交換部に前記内殻槽内の蓄熱物質充填空間
に連通する気体出入口を設けたものであり、熱交
換部を引き上げ、伝熱管ダミーを蓄熱物質の中に
残して伝熱管または伝熱プレートを取り外し、そ
の後に前記伝熱管ダミーの接続部に係合可能な嵌
め合い部をもつた上蓋を内殻槽に取付ければ、内
殻槽は輸送できて、別の場所で熱交換が可能とな
る。このとき、輸送工程では熱交換部と外殻槽を
輸送しなくても良いので、輸送重量が大巾に軽減
できるとともに、熱交換部の反応気体の出入口
や、熱交換流体の流入口、流出口はフレキシブル
ホースなどを利用して接続しておくだけでよいの
で、輸送の度に配管部と着脱する必要がなく、さ
らに、蓄熱物質粒子の分離作業は人体を直接接触
することがなく、また長時間空気と接触すること
もない状態で行なえるので、都合がよい。

以下本発明の一実施例を図面に基づいて説明す
る。第２図はその断面図である。１１は鉄、ステ
ンレス鋼などの金属製の熱交換部、１２は必要な
らば耐圧のための厚さを持つ金属製の外殻槽で、
フランジ部１１ａ，１２ａを介して取り外し自在
に連結されている。熱交換部１１は複数の伝熱管
１３を有し、その先端に同一直径の伝熱管ダミー
１４が着脱自在に取り付けられており、熱交換部
１１と外殻槽１２がフランジ部１１ａ，１２ａを
介して連結されたときに、前記伝熱管１３及び伝
熱管ダミー１４の全長は外殻槽１２に挿抜可能に
内装された内殻槽１５の内部空間に収まる程度の
長さを有している。前記伝熱管１３は２重管構造
に構成され、先端部で円筒部と外筒部は互いに連
通するとともに基部で円筒部は熱交換流体流入口
１６に接続され、外筒部は熱交換流体流出口１７
に接続されている。また、内殻槽１５の上下方向
中間部に、例えば前記伝熱管１３と伝熱管ダミー
１４との接続点相当位置の高さに、前記伝熱管１
３およびび伝熱管ダミー１４が貫通可能でかつ、
内殻槽１５の内部空間を上下に２分する隔壁１８
が設けられ、上部の伝熱管間空間が蓄熱物質１９
を収納するための蓄熱物質充填部２０に構成さ
れ、その中に蓄熱物質１９が外殻槽１２のフラン
ジ部１２ａを越えない程度に充填され、熱交換部
１１の伝熱管１３と接触するようになつている。
２１は熱交換部１１に設けられた気体出入口で、
内殻槽１５の蓄熱物質充填部２０に連通するよう
に構成されており、バルブ２２が設けられてい
る。２３はフランジ部１１ａ，１２ａに介装され
るＯリング、２４は後述するボルト用のネジ穴、
２５は吊り下げ具である。前記内殻槽１５と伝熱
管ダミー１４はプラスチツクなどの非金属材料も
しくは比重4.6以下の軽量金属材料からなる。

蓄熱工程では、熱源流体が流入口１６から流入
し、伝熱管１３を通過する間に蓄熱物質１９の粒
子層に熱を与え、流出口１７から流出する。一
方、従来例と同じく熱の授受によつて気体Ｂが粒
子層から発生し、この気体Ｂの移動は気体出入口
２１を通して行なわれる。放熱工程では、逆に気
体出入口２１から気体Ｂが供給され、蓄熱物質１
９の粒子層に吸収され、熱を発生し、この熱は流
入口１６から流入する熱回収用流体に伝熱され、
流出口１７から回収される。

蓄熱物質１９の取出し工程では、蓄熱もしくは
放熱工程終了後、外殻槽１２から熱交換部１１を
分離するために、吊り下げ具２５によつて上方に
引き抜く操作を行なう。この時伝熱管１３の先端
部に接続した伝熱管ダミー１４も上方に移動し、
前に蓄熱物質１９の粒子層内の伝熱管１３の存在
した部分に粒子層の崩れのない状態ではまり込
む。この状態を示したものが第４図である。な
お、第３図は伝熱管１３と伝熱管ダミー１４の接
続部の例を示したもので、互いに嵌め合い・取り
外しが自在になつており、伝熱管１３の軸方向の
引張りもしくは押し出し動作に対しては分離せ
ず、伝熱管軸に対して直角もしくはその他の方向
の動作に対してはワンタツチ式に着脱できる構造
になつていれば、第３図以外の構造でも良い。例
えば第４図の状態から熱交換部１１を矢印Ａ方向
に移動させれば、伝熱管とダミーが分離できる。

次に、第５図のように、伝熱管１３と同じ位置
で、同じ構造の嵌め合い部２６をもつた上蓋２７
を外殻槽１２上で第４図の矢印Ａ方向と逆の方向
からかぶせて嵌め合い部２６を伝熱管ダミー１４
の接続部に係合させるとともに、ネジ穴２４に合
うボルト２８をもつて上蓋２７を内殻槽１５に固
定する。そして吊り下げ具２９を利用して内殻槽
１５ごと上方に引き抜く操作を行ない、外殻槽１
２と分離する。

輸送工程は、蓄熱物質が充填された内殻槽１５
のみを場所ＸからＹもしくはＹからＸへ適当な輸
送手段によつて輸送する。

充填工程は、蓄・放熱を行なう場所ＸとＹに同
一構造の大きさを持つ外殻槽と熱交換部を準備し
ておき、抜き出し工程と逆の工程で第２図に示し
た状態にセツトする。

なお、伝熱管１３は伝熱プレートであつてもよ
い。

以上本発明によれば、蓄・放熱を別の場所で行
なう場合、次のような効果を得ることができる。

(イ) 蓄熱物質の粒子の充填された内殻槽への熱交
換部の装脱作業は必要であるが、熱交換部と外
殻槽を輸送しなくて良いので、大巾に輸送重量
が軽減できる。

(ロ) 蓄熱物質の粒子を直接取り出したり、充填し
たりする必要がないので、蓄熱物質が人体と接
触することはなく、また空気との長時間の接触
も避けられ、操作も簡単である。

(ハ) 熱交換部は輸送しないので、気体出入口、熱
交換流体流入口および流出口にフレキシブルホ
ースなどを利用して接続すれば、取り外しする
必要はない。

【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図、第３図〜
第５図は輸送工程を説明するための断面図であ
る。 １１……熱交換部、１２……外殻槽、１３……
伝熱管、１４……伝熱管ダミー、１５……内殻
槽、１６……熱交換流体流入口、１７……熱交換
流体流出口、１８……隔壁、１９……蓄熱物質、
２０……蓄熱物質充填部、２１……気体出入口、
２４……ネジ穴、２５……吊り下げ具、２６……
嵌め合い部、２７……上蓋、２８……ボルト、２
９……吊り下げ具。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 挿抜可能な内殻槽を持つた外殻槽と、前記外
   殻槽に取り外し自在に連結されるとともに、伝熱
   管または伝熱プレートとその先端に着脱自在に取
   り付けられる同一直径の伝熱管ダミーとを上下方
   向に有し、これらが前記内殻槽内部空間に収めら
   れる熱交換部とを具備し、前記内殻槽の上下方向
   中間部に前記伝熱管ダミーが貫通可能な隔壁を設
   け、前記隔壁上の内殻槽内に充填された蓄熱物質
   は前記熱交換部の伝熱管または伝熱プレートと接
   触可能であるとともに、前記熱交換部を上方に抜
   き出して前記伝熱管ダミーを前記伝熱管または伝
   熱プレートより離脱させた時に前記蓄熱物質は前
   記伝熱管ダミーに接触して隔壁上に保持されるよ
   うにし、前記熱交換部に、前記内殻槽内の蓄熱物
   質充填空間に連通する気体出入口を設けたことを
   特徴とする蓄熱装置。