(57)【要約】【課題】蓄熱タンク内の潜熱蓄熱量を測定可能とする。【解決手段】潜熱蓄熱材１７とその潜熱蓄熱材１７よりも比重の小さい熱媒油１８とを潜熱蓄熱材１７の表面に熱媒油１８が浮いた状態で収容する蓄熱タンク１４と、その蓄熱タンク１４の外側から蓄熱タンク１４内の潜熱蓄熱材１７中に熱媒油１８を流入させる入口管１５と、蓄熱タンク１４内の熱媒油１８を蓄熱タンク１４の外側へ流出させる出口管１６とを有し、入口管１５から流入した熱媒油１８と蓄熱タンク１４内の潜熱蓄熱材１７とを直接接触させて熱交換を行なう蓄熱装置４において、潜熱蓄熱材１７の表面に浮いた熱媒油１８の液面高さに基づき蓄熱タンク１４内の潜熱蓄熱材１７の潜熱蓄熱量を測定する熱量計２３を設ける。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
潜熱蓄熱材（１７）とその潜熱蓄熱材（１７）よりも比重の小さい熱媒油（１８）とを潜熱蓄熱材（１７）の表面に熱媒油（１８）が浮いた状態で収容する蓄熱タンク（１４）と、その蓄熱タンク（１４）の外側から蓄熱タンク（１４）内の潜熱蓄熱材（１７）中に熱媒油（１８）を流入させる入口管（１５）と、蓄熱タンク（１４）内の熱媒油（１８）を蓄熱タンク（１４）の外側へ流出させる出口管（１６）とを有し、入口管（１５）から流入した熱媒油（１８）と蓄熱タンク（１４）内の潜熱蓄熱材（１７）とを直接接触させて熱交換を行なう蓄熱装置（４）において、潜熱蓄熱材（１７）の表面に浮いた熱媒油（１８）の液面高さに基づき蓄熱タンク（１４）内の潜熱蓄熱材（１７）の潜熱蓄熱量を測定する熱量計（２３）を設けたことを特徴とする蓄熱装置。
【請求項２】
潜熱蓄熱材（１７）とその潜熱蓄熱材（１７）よりも比重の小さい熱媒油（１８）とを潜熱蓄熱材（１７）の表面に熱媒油（１８）が浮いた状態で収容する蓄熱タンク（１４）と、その蓄熱タンク（１４）の外側から蓄熱タンク（１４）内の潜熱蓄熱材（１７）中に熱媒油（１８）を流入させる入口管（１５）と、蓄熱タンク（１４）内の熱媒油（１８）を蓄熱タンク（１４）の外側へ流出させる出口管（１６）とを有し、入口管（１５）から流入した熱媒油（１８）と蓄熱タンク（１４）内の潜熱蓄熱材（１７）とを直接接触させて熱交換を行なう蓄熱装置（４）の前記蓄熱タンク（１４）内の潜熱蓄熱量測定方法において、潜熱蓄熱材（１７）の表面に浮いた熱媒油（１８）の液面高さを検出し、その液面高さに基づき蓄熱タンク（１４）内の潜熱蓄熱材（１７）の潜熱蓄熱量を測定することを特徴とする蓄熱タンク（１４）内の潜熱蓄熱量測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、発電所や廃棄物焼却場などの熱源施設で発生する廃熱を蓄熱タンク内の潜熱蓄熱材に蓄熱し、その蓄熱タンク内の潜熱蓄熱量を測定可能とした蓄熱装置、および蓄熱タンク内の潜熱蓄熱量測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
発電所や廃棄物焼却場、製鉄所、化学プラントなどの熱源施設で生じる廃熱を、オフィスビルや病院、ホテル、クアハウスなどの熱利用施設で有効利用するため、熱源施設の廃熱を蓄熱タンク内の潜熱蓄熱材に蓄熱して、熱利用施設に運搬し、その蓄熱タンク内の潜熱蓄熱材を熱源として給湯や暖房等を行なうことを可能とした蓄熱装置が知られている。この蓄熱装置は、蓄熱タンクと熱源施設または熱利用施設との間で熱媒油を循環させることにより、熱のやり取りを行なう。
【０００３】
このような蓄熱装置として、上記熱源施設または熱利用施設から蓄熱タンク内の潜熱蓄熱材中に熱媒油を流入させる入口管と、蓄熱タンク内の熱媒油を熱源施設または熱利用施設へ流出させる出口管とを有し、入口管から流入した熱媒油を、蓄熱タンク内に収容した潜熱蓄熱材に直接接触させて熱交換を行なう蓄熱装置が知られている（非特許文献１）。この蓄熱装置は、潜熱蓄熱材と熱媒油を蓄熱タンク内に収容しており、蓄熱タンク内の熱媒油は、熱媒油と潜熱蓄熱材の比重差により潜熱蓄熱材の表面に浮いた状態となっている。
【０００４】
上記蓄熱タンクに収容する潜熱蓄熱材は、固相から液相に相変化（融解）するときに周りから熱を吸収し、液相から固相に相変化（凝固）するときに放熱する。このような潜熱蓄熱材として、例えば、エリスリトールや酢酸ナトリウム三水和物、塩化マグネシウム六水和物などが用いられる。
【非特許文献１】河合  篤、外3名、“潜熱蓄熱搬送システム「トランスヒートコンテナ」による熱輸送実験報告”、栗本技報、栗本鐵工株式会社、2006年3月、No.54号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記蓄熱タンク内に蓄えた熱を熱利用施設で利用する場合、蓄熱タンク内の潜熱蓄熱量が分らないと、熱利用施設側では蓄熱タンク内の潜熱蓄熱材からどのくらいの熱量を取り出し可能か知ることができない。また、上記蓄熱タンク内の潜熱蓄熱材に熱を蓄える場合も、蓄熱タンク内の潜熱蓄熱量が分らないと、熱源施設側では蓄熱タンク内の潜熱蓄熱材にどのくらいの熱量を蓄熱可能か知ることができない。そのため、蓄熱タンク内の潜熱蓄熱量を測定可能とする技術が求められていた。
【０００６】
しかし、潜熱蓄熱材は、固相と液相の間で相変化するとき、潜熱蓄熱量によらず温度が一定であるため、上記蓄熱装置は、潜熱蓄熱材の温度に基づいて蓄熱タンク内の潜熱蓄熱量を測定することができない。
【０００７】
また、供給管を流れる熱媒油の温度・流量と、排出管を流れる熱媒油の温度・流量とを測定すれば、その測定した温度・流量に基づいて、蓄熱タンクと熱源施設または熱利用施設との間でやり取りした熱量を測定することは可能であるが、蓄熱タンク内の潜熱蓄熱量を測定することはできない。
【０００８】
この発明が解決しようとする課題は、蓄熱タンク内の潜熱蓄熱量を測定可能とすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、蓄熱タンク内の潜熱蓄熱材が相変化するときに、潜熱蓄熱量に応じて潜熱蓄熱材の体積が変化して、その体積変化によって蓄熱タンク内の熱媒油の液面高さが変化することを見出し、その熱媒油の液面高さに基づいて蓄熱タンク内の潜熱蓄熱量を測定するようにした。
【発明の効果】
【００１０】
この発明の蓄熱装置は、蓄熱タンク内の潜熱蓄熱材が相変化するときに、蓄熱タンク内の潜熱蓄熱量に応じて熱媒油の液面高さが変化するので、熱媒油の液面高さに基づき蓄熱タンク内の潜熱蓄熱量を測定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１に、熱源施設１（たとえば、発電所や廃棄物焼却場、製鉄所、化学プラント）で生じる廃熱を、熱源施設から離れた熱利用施設２（たとえば、オフィスビル、病院、ホテル、クアハウス）で利用可能とする熱搬送システムを示す。
【００１２】
この熱搬送システムは、熱源施設１側に、熱源施設１で生じる廃熱媒体（たとえば温水や蒸気）が流れる廃熱管３と、この発明の実施形態の蓄熱装置４に着脱可能に接続される熱媒管５と、廃熱管３と熱媒管５の間で熱交換を行なう熱交換器６とが設けられており、熱媒管５に蓄熱装置４を接続した状態で循環ポンプ７を作動させることによって、熱媒管５内の熱媒油が蓄熱装置４と熱交換器６の間で循環可能となっている。このとき、廃熱管３を流れる廃熱媒体から熱媒管５を流れる熱媒油に熱が伝達され、その熱媒油の熱が蓄熱装置４に蓄熱される。
【００１３】
熱媒管５は、蓄熱装置４を着脱可能な接続部５ａを両端に有し、各接続部５ａには、蓄熱装置４を切り離したときに熱媒管５を閉鎖するバルブ（図示せず）が設けられている。このため、蓄熱装置４を切り離したときに熱媒管５内の熱媒油が接続部５ａから流出せず、熱媒管５に蓄熱装置４を再び接続したときに、蓄熱装置４の熱媒油が減少しない。
【００１４】
また、この熱搬送システムは、熱利用施設２側に、熱利用施設２と接続している熱利用管８と、蓄熱装置４に着脱可能に接続される熱媒管９と、熱利用管８と熱媒管９の間で熱交換を行なう熱交換器１０とが設けられており、熱媒管９に蓄熱装置４を接続した状態で循環ポンプ１１を作動させることによって、熱媒管９内の熱媒油が蓄熱装置４と熱交換器１０の間で循環可能となっている。このとき、熱媒管９を流れる熱媒油から熱利用管８を流れる給湯用水や暖房用水に熱が伝達され、その熱によって給湯や暖房を行なう。熱媒管９は、熱媒管５と同様に、蓄熱装置４を切り離したときに熱媒管９を閉鎖するバルブ（図示せず）が接続部９ａに設けられている。
【００１５】
この熱搬送システムは、たとえば次のようにして、熱源施設１と熱利用施設２の間で熱のやり取りを行なう。まず、熱源施設１の廃熱を蓄熱装置４に蓄え、蓄熱装置４を熱利用施設２にトラック１２で搬送し、蓄熱装置４を熱源として給湯や暖房を行なう。蓄熱装置４の蓄熱量が少なくなると、再びトラック１２で蓄熱装置４を元の熱源施設１または他の熱源施設１に搬送し、熱源施設１の廃熱を蓄熱装置４に蓄える。その後、蓄熱装置４をトラック１２で元の熱利用施設２または他の熱利用施設２に搬送し、蓄熱装置４を熱源として給湯や暖房を行なう。このように、熱源施設１と熱利用施設２の間で蓄熱装置４を行き来させて、熱源施設１の廃熱を熱利用施設２で利用する。
【００１６】
蓄熱装置４は、図２に示すように、断熱壁１３で覆われた蓄熱タンク１４と、蓄熱タンク１４内に熱媒油を流入させる入口管１５と、蓄熱タンク１４から熱媒油を流出させる出口管１６とを有する。
【００１７】
蓄熱タンク１４内には、潜熱蓄熱材１７と熱媒油１８が収容されている。潜熱蓄熱材１７は、固相から液相に相変化する（融解）ときに周りから熱を吸収して体積を増加させ、液相から固相に相変化する（凝固）ときに放熱して体積を減少させる。このような潜熱蓄熱材１７としては、例えば、エリスリトールや酢酸ナトリウム三水和物、塩化マグネシウム六水和物などを用いることができる。
【００１８】
蓄熱タンク１４内の潜熱蓄熱材１７は、蓄熱を行なう前は、固体と液体が共存した状態となっている。また、蓄熱タンク１４内の熱媒油１８は、潜熱蓄熱材１７よりも比重が小さく、蓄熱タンク１４内の潜熱蓄熱材１７の表面に浮いた状態で層を形成している。
【００１９】
入口管１５は、蓄熱タンク１４の外側から蓄熱タンク１４内の潜熱蓄熱材１７中に至っており、蓄熱タンク１４の外側から供給される熱媒油を、蓄熱タンク１４の内側で入口管１５に形成された吐出口１９を通じて、蓄熱タンク１４内の潜熱蓄熱材１７中に流入させる。
【００２０】
出口管１６は、蓄熱タンク１４の外側から蓄熱タンク１４内の熱媒油１８の層の中に至っており、蓄熱タンク１４内の熱媒油１８の層から蓄熱タンク１４外へ熱媒油１８を流出させる。
【００２１】
また、蓄熱タンク１４には、蓄熱タンク１４内の熱媒油１８の液面高さを検出するレベル計２０と、蓄熱タンク１４内の潜熱蓄熱材１７の温度を検出する温度計２１と、レベル計２０および温度計２１に接続された演算装置２２が設けられ、蓄熱タンク１４内の蓄熱量は、レベル計２０と温度計２１と演算装置２２からなる熱量計２３で測定する。
【００２２】
入口管１５は、蓄熱タンク１４の外側に、熱媒管５の接続部５ａまたは熱媒管９の接続部９ａに接続する接続部１５ａを有し、接続部１５ａには、熱媒管５，９を切り離したときに入口管１５を閉鎖するバルブ（図示せず）が設けられている。このため、入口管１５から熱媒管５，９を切り離したときに、入口管１５から蓄熱タンク１４内に空気が入らない。出口管１６も、入口管１５と同様に、熱媒管５の接続部５ａまたは熱媒管９の接続部９ａに接続する接続部１６ａに、熱媒管５，９を切り離したときに出口管１６を閉鎖するバルブ（図示せず）が設けられている。
【００２３】
この蓄熱装置４に蓄熱するときは、熱源施設１の熱媒管５を入口管１５と出口管１６に接続する。その状態で、循環ポンプ７を作動させ、蓄熱装置４と熱交換器６の間で熱媒油を循環させる。このとき、熱媒管５内の熱媒油が、入口管１５を通って蓄熱タンク１４内の潜熱蓄熱材１７中に流入し、潜熱蓄熱材１７の表面に浮かんだ熱媒油が、出口管１６を通って熱媒管５に流出する。また、入口管１５を通って潜熱蓄熱材１７中に流入した熱媒油は、潜熱蓄熱材１７との比重差によって潜熱蓄熱材１７中を浮き上がり、その浮き上がる過程で潜熱蓄熱材１７と直接接触して熱交換を行なう。蓄熱タンク１４から出口管１６を通って熱媒管５に流出した熱媒油は、熱媒管５内を流れて熱交換器６を通過し、再び入口管１５を通って蓄熱タンク１４内の潜熱蓄熱材１７中に流入する。このように、蓄熱装置４への蓄熱は、入口管１５から流入した熱媒油と蓄熱タンク１４内の潜熱蓄熱材１７とを直接接触させることにより行なう。
【００２４】
この蓄熱装置４を熱源として利用するときは、熱利用施設２の熱媒管９の一端を入口管１５に接続するとともに、他端を出口管１６に接続し、その状態で、循環ポンプ１１を作動させて蓄熱装置４と熱交換器１０の間で熱媒油を循環させ、熱媒管９から入口管１５を通って蓄熱タンク１４内に流入する熱媒油と蓄熱タンク１４内の潜熱蓄熱材１７とを直接接触させて熱交換を行なう。
【００２５】
ここで、蓄熱タンク１４内の蓄熱量は、蓄熱装置４への蓄熱を行なったときに増加し、蓄熱装置４を熱源として利用したときに減少する。この蓄熱タンク１４内の蓄熱量は、蓄熱タンク１４内の潜熱蓄熱量と顕熱蓄熱量をそれぞれ測定し、その潜熱蓄熱量と顕熱蓄熱量の和を算出することにより求めることができる。
【００２６】
蓄熱タンク１４内の潜熱蓄熱量は、レベル計２０で検出した熱媒油１８の液面高さと、潜熱蓄熱材１７が全て固体のときの熱媒油１８の液面高さとに基づいて、潜熱蓄熱材１７が全て固体のときの潜熱蓄熱材１７の体積に対する体積増加率を求め、その体積増加率に、潜熱蓄熱材１７が全て液体のときの蓄熱タンク１４内の潜熱蓄熱量を乗じて算出することができる。ここで、潜熱蓄熱材１７が全て液体のときの蓄熱タンク１４内の潜熱蓄熱量は、蓄熱タンク１４内の潜熱蓄熱材１７の重量に単位重量当たりの融解潜熱を乗じて求めることができる。
【００２７】
潜熱蓄熱材１７が全て固体のときの潜熱蓄熱材１７の体積に対する体積増加率の算出は、例えば、蓄熱タンク１４が直方体形状の場合、レベル計２０で検出した熱媒油１８の液面高さＨと、潜熱蓄熱材１７が全て固体のときの熱媒油１８の液面高さＨＳと、潜熱蓄熱材１７が全て液体のときの熱媒油１８の液面高さＨＬとに基づいて、（Ｈ−ＨＳ）／（ＨＬ−ＨＳ）を演算することにより行なうことができる。
【００２８】
また、蓄熱タンク１４が水平円筒形状の場合など、蓄熱タンク１４内の潜熱蓄熱材１７の体積とその表面高さが比例しない場合は、その蓄熱タンク１４の形状と寸法に基づいて、潜熱蓄熱材１７が固体と液体の間で相変化するときの潜熱蓄熱材１７の体積と潜熱蓄熱材１７の表面高さの対応関係をあらかじめ算出し、さらに、熱媒油１８の体積に基づいて、潜熱蓄熱材１７の体積と熱媒油１８の液面高さの対応関係を算出する。次に、その対応関係と、レベル計２０で検出した熱媒油１８の液面高さＨとに基づいて潜熱蓄熱材１７の体積Ｖを算出し、その体積Ｖと、潜熱蓄熱材１７が全て固体のときの潜熱蓄熱材１７の体積ＶＳと、潜熱蓄熱材１７が全て液体のときの潜熱蓄熱材１７の体積ＶＬとに基づいて、（Ｖ−ＶＳ）／（ＶＬ−ＶＳ）を演算することにより、潜熱蓄熱材１７が全て固体のときの潜熱蓄熱材１７の体積に対する体積増加率を算出することができる。
【００２９】
また、蓄熱タンク１４内の顕熱蓄熱量は、演算装置２２が、温度計２１で検出した潜熱蓄熱材１７の温度に蓄熱タンク１４内の潜熱蓄熱材１７の重量および比熱を乗じて算出する。
【００３０】
このように、蓄熱装置４は、蓄熱タンク１４内の潜熱蓄熱材１７が相変化するときに潜熱蓄熱材１７自身の体積を変化させ、蓄熱タンク１４内の潜熱蓄熱材１７の表面に浮いた熱媒油１８の液面高さを変化させるので、その熱媒油１８の液面高さに基づいて、蓄熱タンク１４内の潜熱蓄熱量を測定することができる。そのため、上記の熱搬送システムにおいて、蓄熱装置４を、熱源施設１と熱利用施設２の間で行き来させたときに、蓄熱を行なうタイミングを把握することができる。
【００３１】
ここで、潜熱蓄熱材１７の表面高さを直接レベル計で検出し、その検出値に基づいて蓄熱タンク１４内の潜熱蓄熱量を測定することも可能であるが、このようにすると、レベル計で検出する位置の潜熱蓄熱材１７が固体であるか液体であるかによってレベル計の検出値に差異が生じ、蓄熱タンク１４内の潜熱蓄熱量の測定値に誤差を生じやすい。しかし、この蓄熱装置４は、蓄熱タンク１４内の潜熱蓄熱材１７が固体と液体の共存状態のときにも、潜熱蓄熱材１７の表面に浮いた熱媒油１８は液体なので、その熱媒油１８の液面高さを検出するレベル計２０の検出値が安定し、正確に蓄熱タンク１４内の潜熱蓄熱量を測定することができる。
【００３２】
レベル計２０は、図では、蓄熱タンク１４内の熱媒油１８の液面に超音波を照射し、その超音波が反射して戻ってくるまでの時間に基づいて熱媒油１８の液面高さを検出する超音波レベル計を用いているが、他の形式のレベル計２０を用いてもよい。たとえば、揺動可能に支持されたアームの先端に設けたフロートを熱媒油に浮かべ、そのフロートの高さに応じて変化するアームの揺動角度に基づいて熱媒油の液面高さを検出するフロート式レベル計を用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】この発明の実施形態の蓄熱装置を利用した熱搬送システムを示す図
【図２】図１に示す蓄熱装置の断面図
【符号の説明】
【００３４】
４    蓄熱装置
１４  蓄熱タンク
１５  入口管
１６  出口管
１７  潜熱蓄熱材
１８  熱媒油
２３  熱量計
【図１】
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【図２】
2008241107.tif 000004