(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
潜熱蓄熱材（１３）とその潜熱蓄熱材（１３）よりも比重の小さい熱媒油（１４）とを上下二層に分離した状態で収容する蓄熱タンク（１２）と、その蓄熱タンク（１２）内の潜熱蓄熱材層（１６）中に熱媒油（１４）を供給する供給管（１８）と、前記蓄熱タンク（１２）内の熱媒油層（１７）から熱媒油（１４）を回収する回収管（１９）とを有し、前記供給管（１８）から潜熱蓄熱材層（１６）中に供給された熱媒油（１４）を潜熱蓄熱材（１３）に直接接触させて熱交換を行なう蓄熱装置（６）において、前記蓄熱タンク（１２）の形状が、潜熱蓄熱材層（１６）中の熱媒油（１４）の通過しない領域（２２）にある固相の潜熱蓄熱材（１３）を、熱媒油（１４）の通過する領域（２１）に滑り落とすように傾斜した傾斜内面（２３）を有する形状であり、その傾斜内面（２３）に、固相の潜熱蓄熱材（１３）との摩擦を低減する摩擦低減手段（２４）を設けたことを特徴とする蓄熱装置。
【請求項２】
前記摩擦低減手段が、前記傾斜内面（２３）に形成した低摩擦皮膜（２４）である請求項１に記載の蓄熱装置。
【請求項３】
前記摩擦低減手段が、前記傾斜内面（２３）に形成した研磨面である請求項１に記載の蓄熱装置。
【請求項４】
前記摩擦低減手段が、前記傾斜内面（２３）を加熱する加熱機構（２５）である請求項１に記載の蓄熱装置。
【請求項５】
前記加熱機構が、蓄熱タンク（１２）の外面に沿って設けた熱源流体の流路（２５）である請求項４に記載の蓄熱装置。
【請求項６】
前記加熱機構（２５）による加熱を解除可能とした請求項４または５に記載の蓄熱装置。
【請求項７】
前記蓄熱タンク（１２）の形状が、中心軸が略水平の筒状であり、かつ、その中心軸に直交する断面が円形、楕円形、または下部が窄まる多角形である請求項１から６のいずれかに記載の蓄熱装置。
【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する蓄熱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
熱源施設（例えば、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、熱利用施設（例えば、オフィスビルや病院、ホテル、クアハウス）で有効利用するため、熱源施設の廃熱を蓄熱タンク内に蓄熱し、その蓄熱タンクを熱利用施設に運搬し、その蓄熱タンク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（特許文献１）。
【０００３】
この蓄熱装置は、潜熱蓄熱材と熱媒油とを上下二層に分離した状態で収容する蓄熱タンクと、その蓄熱タンク内の潜熱蓄熱材層中に熱媒油を供給する供給管と、前記蓄熱タンク内の熱媒油層から熱媒油を回収する回収管とを有し、その供給管と回収管を通じて、熱源施設（または熱利用施設）と蓄熱タンクの間で熱媒油を循環させて使用する。このとき、供給管から潜熱蓄熱材層中に供給された熱媒油は、熱媒油と潜熱蓄熱材の比重差により潜熱蓄熱材層中を上昇しながら、潜熱蓄熱材と直接接触して熱交換を行なう。
【０００４】
ここで、潜熱蓄熱材は、物質が固相と液相の間で相変化するときに吸収・排出する熱（潜熱）を利用して蓄熱と放熱を行なう蓄熱材であり、固相から液相に相変化するときに周りから熱を吸収し、液相から固相に相変化するときに放熱する。また、潜熱蓄熱材は、固相と液相の間で相変化するときに温度が変化しないので、一定した温度での放熱が可能である。このような潜熱蓄熱材として、例えば、酢酸ナトリウム三水和物や、塩化マグネシウム六水和物、エリスリトール、マンニトールが用いられる。
【０００５】
また、蓄熱タンクの形状としては、例えば、中心軸が略水平の筒状であり、かつ、その中心軸に直交する断面が円形、楕円形、または下部が窄まる多角形のものが挙げられる。
【特許文献１】特開２００７−１３２５６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上記の蓄熱装置に蓄熱する場合、図５に示すように、蓄熱タンク３１内の潜熱蓄熱材層３２には、供給管３３から供給された熱媒油の通過する領域３４と通過しない領域３５とが生じ、熱媒油の通過する領域３４にある固相の潜熱蓄熱材３６は、熱媒油と直接接触して熱を受け取るので、短時間で融けるが、熱媒油の通過しない領域３５にある固相の潜熱蓄熱材３７は、熱媒油の通過する領域３４にある液相の潜熱蓄熱材３８を介して熱を受け取るので、なかなか融けない。そのため、潜熱蓄熱材３７がすべて融けるまで長時間を要し、熱媒油の通過しない領域３５にある潜熱蓄熱材を無駄なく利用するのが難しかった。
【０００７】
この発明が解決しようとする課題は、短時間で無駄なく蓄熱することが可能な蓄熱装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するため、前記蓄熱タンクの形状が、潜熱蓄熱材層中の熱媒油の通過しない領域にある固相の潜熱蓄熱材を、熱媒油の通過する領域に滑り落とすように傾斜した傾斜内面を有する形状であり、その傾斜内面に、固相の潜熱蓄熱材との摩擦を低減する摩擦低減手段を設けた構成を蓄熱装置に採用した。
【０００９】
この蓄熱装置は、潜熱蓄熱材層がほぼすべて固相になった状態から、廃熱をもつ熱媒油を供給管から潜熱蓄熱材層中に供給すると、潜熱蓄熱材層中の熱媒油が通過する領域では、潜熱蓄熱材が短時間で融けて液相になるが、熱媒油の通過しない領域では、潜熱蓄熱材が固相のまま、蓄熱タンクの傾斜内面に乗った状態となる。ここで、傾斜内面の摩擦力は摩擦低減手段で低く抑えられているので、熱媒油の通過しない領域にある固相の潜熱蓄熱材は、その自重で熱媒油の通過する領域に滑り落ち、熱媒油と直接接触して短時間で融ける。
【００１０】
前記摩擦低減手段としては、例えば、前記傾斜内面に形成した低摩擦皮膜、前記傾斜内面に形成した研磨面、前記傾斜内面を加熱する加熱機構などが挙げられる。前記加熱機構としては、例えば、蓄熱タンクの外面に沿って設けた熱源流体の流路が挙げられる。
【００１１】
また、前記蓄熱装置から熱を取り出すときに、熱媒油の通過しない領域にある固相の潜熱蓄熱材が、熱媒油の通過する領域に滑り落ちると、その潜熱蓄熱材が成長することにより、供給管からの熱媒油の供給が妨げられる恐れがある。そのため、前記加熱機構による加熱は解除可能とすると好ましい。このようにすると、蓄熱装置から熱を取り出すときは、加熱機構による加熱を解除することにより、傾斜内面と固相の潜熱蓄熱材との間の摩擦力を確保することができ、その結果、潜熱蓄熱材の滑り落ちを防止することが可能となる。
【００１２】
また、前記蓄熱タンクの形状としては、例えば、中心軸が略水平の筒状であり、かつ、その中心軸に直交する断面が円形、楕円形、または下部が窄まる多角形のものが挙げられる。ここで、略水平とは、厳密な意味での水平である必要がなく、蓄熱タンク内の液体を排出するための傾斜を許容する意味での水平である。
【発明の効果】
【００１３】
この発明の蓄熱装置は、潜熱蓄熱材層中の熱媒油の通過しない領域にある固相の潜熱蓄熱材が、熱媒油の通過する領域に滑り落ちやすく、滑り落ちた潜熱蓄熱材は、熱媒油と直接接触して短時間で融ける。そのため、この蓄熱装置は、蓄熱タンク内の潜熱蓄熱材に、短時間で無駄なく蓄熱することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１に、熱源施設１（例えば、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１から離れた熱利用施設２（例えば、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。
【００１５】
この熱搬送システムは、熱源施設１側に、熱源管３と、熱媒管４と、熱源管３と熱媒管４の間で熱交換を行なう熱交換器５とが設けられている。熱源管３は熱源施設１に接続されており、熱源施設１と熱交換器５の間で、廃熱を有する熱源流体（例えば、温水や蒸気）が循環するようになっている。熱媒管４は、この発明の実施形態の蓄熱装置６に着脱可能に接続されており、熱媒管４の途中に設けた循環ポンプ７を作動させると、熱交換器５と蓄熱装置６の間で熱媒油が循環し、その熱媒油を介して熱源管３から蓄熱装置６に熱が伝達され、蓄熱される。
【００１６】
また、この熱搬送システムは、熱利用施設２側に、熱利用管８と、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とが設けられている。熱利用管８は、熱利用施設２に接続されており、熱利用施設２と熱交換器１０の間で、熱利用媒体（例えば、給湯用水や暖房用水）が循環するようになっている。熱媒管９は、蓄熱装置６に着脱可能に接続されており、熱媒管９の途中に設けた循環ポンプ１１を作動させると、蓄熱装置６と熱交換器１０の間で熱媒油が循環し、その熱媒油を介して蓄熱装置６から熱利用管８に熱が伝達され、その熱を利用して熱利用施設２での給湯や暖房が可能となる。
【００１７】
この熱搬送システムは、上述した熱源施設１と熱利用施設２の間で、蓄熱装置６を行き来させることにより、熱源施設１の廃熱を熱利用施設２の熱エネルギーとして利用することができる。
【００１８】
蓄熱装置６は、図２、図３に示すように、中心軸が略水平の筒状であり、かつ、その中心軸に直交する断面が円形の蓄熱タンク１２を有する。蓄熱タンク１２内には、潜熱蓄熱材１３と熱媒油１４とが上下二層に分離した状態で収容されている。潜熱蓄熱材１３は、固相から液相に相変化するときに周りから熱を吸収し、液相から固相に相変化するときに放熱する。このような潜熱蓄熱材１３として、例えば、エリスリトールやマンニトール、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。
【００１９】
熱媒油１４は、潜熱蓄熱材１３よりも比重が小さいものが用いられ、潜熱蓄熱材１３との比重差によって潜熱蓄熱材１３の表面に浮いた状態となっている。また、蓄熱タンク１２内には空気層１５が設けられており、その空気層１５が、潜熱蓄熱材層１６と熱媒油層１７の体積変化を吸収するようになっている。
【００２０】
また、蓄熱タンク１２には、潜熱蓄熱材層１６中に熱媒油１４を供給する供給管１８と、熱媒油層１７から熱媒油１４を回収する回収管１９とが設けられている。供給管１８は、蓄熱タンク１２の中心軸と略平行に配置され、潜熱蓄熱材層１６中に熱媒油１４を吐出する下向きの吐出口２０が、長手方向に間隔をおいて多数形成されている。
【００２１】
蓄熱タンク１２内の潜熱蓄熱材層１６には、図３に示すように、供給管１８から供給された熱媒油１４が通過する領域２１と、その熱媒油１４が通過しない領域２２とがある。蓄熱タンク１２は、熱媒油１４が通過しない領域２２にある固相の潜熱蓄熱材１３を、潜熱蓄熱材層１６中の熱媒油１４の通過する領域２１に滑り落とすように傾斜した傾斜内面２３を有し、その傾斜内面２３を含む蓄熱タンク１２の内面全体に、固相の潜熱蓄熱材１３との摩擦を低減する低摩擦皮膜（例えば、フッ素樹脂コーティングやシリコン樹脂コーティング等の疎水性皮膜）２４が施されている。
【００２２】
この蓄熱装置６に熱を蓄えるときは、蓄熱装置６の供給管１８と回収管１９を、熱源施設１の熱媒管４に接続し、その状態で循環ポンプ７を作動させ、蓄熱装置６と熱交換器５の間で熱媒油１４を循環させる。このとき、供給管１８から潜熱蓄熱材層１６中に熱媒油１４が吐出され、その熱媒油１４が、潜熱蓄熱材１３との比重差によって潜熱蓄熱材層１６中を上昇する。その上昇過程において、熱媒油１４が通過する領域２１の潜熱蓄熱材１３は、熱媒油１４と直接接触して熱を受け取り、固相から液相に変化する。また、熱媒油１４が通過しない領域２２にある固相の潜熱蓄熱材１３は、蓄熱タンク１２の傾斜内面２３に沿って、熱媒油１４が通過する領域２１に滑り落ち、滑り落ちた潜熱蓄熱材１３は、供給管１８から吐出された熱媒油１４と直接接触して短時間で融ける。また、固相の潜熱蓄熱材１３が滑り落ちるときに生じる蓄熱タンク１２内の流動により、潜熱蓄熱材１３と熱媒油１４との間の接触が促進される。
【００２３】
一方、この蓄熱装置６から熱を取り出すときは、蓄熱装置６の供給管１８と回収管１９を、熱利用施設２の熱媒管９に接続し、その状態で循環ポンプ１１を作動させ、蓄熱装置６と熱交換器１０の間で熱媒油１４を循環させる。このとき、供給管１８から潜熱蓄熱材層１６中に熱媒油１４が吐出され、その熱媒油１４が、潜熱蓄熱材１３との比重差によって潜熱蓄熱材層１６中を上昇し、その上昇過程において、潜熱蓄熱材１３と直接接触して熱を受け取る。
【００２４】
この蓄熱装置６は、熱媒油１４が通過しない領域２２にある固相の潜熱蓄熱材１３が、蓄熱タンク１２の傾斜内面２３に沿って、潜熱蓄熱材層１６中の熱媒油１４の通過する領域２１に滑り落ちやすく、滑り落ちた固相の潜熱蓄熱材１３は、熱媒油１４と直接接触して短時間で融ける。そのため、この蓄熱装置６は、熱媒油１４が通過しない領域２２にある潜熱蓄熱材１３に、短時間で無駄なく蓄熱することが可能である。
【００２５】
上記実施形態では、蓄熱タンク１２の内面全体に低摩擦皮膜２４を施しているが、低摩擦皮膜２４は、蓄熱タンク１２の内面のうち、少なくとも、熱媒油１４の通過しない領域２２にある固相の潜熱蓄熱材１３を、熱媒油１４の通過する領域２１に滑り落とすように傾斜した部分に施していればよい。
【００２６】
また、上記実施形態では、固相の潜熱蓄熱材１３との摩擦を低減するため、傾斜内面２３に低摩擦皮膜２４を形成したが、低摩擦皮膜２４にかえて、研磨面を形成してもよい。このようにしても、その研磨面に沿って、熱媒油１４の通過しない領域２２にある固相の潜熱蓄熱材１３が、潜熱蓄熱材層１６中の熱媒油１４の通過する領域２１に滑り落ちやすくなる。
【００２７】
また、傾斜内面２３に低摩擦皮膜２４を形成するかわりに、図４に示すように、蓄熱タンク１２の外面に沿って熱源流体（温水や蒸気など）の流路２５を設けてもよい。このようにすると、蓄熱装置６に熱を蓄えるときは、熱源施設１の廃熱を有する熱源流体を流路２５に流すことによって、蓄熱タンク１２の傾斜内面２３を加熱することができ、その傾斜内面２３に沿って融けた液相の潜熱蓄熱材が、固相の潜熱蓄熱材１３と傾斜内面２３との間に介在することによって、固相の潜熱蓄熱材１３と傾斜内面２３との間の摩擦を低減することができる。
【００２８】
一方、蓄熱装置６から熱を取り出すときは、熱媒油１４の通過しない領域２２にある固相の潜熱蓄熱材１３が、熱媒油１４の通過する領域２１に滑り落ちると、その潜熱蓄熱材１３が成長することにより、供給管１８からの熱媒油１４の吐出が妨げられる恐れがある。そこで、蓄熱装置６から熱を取り出すときは、流路２５に熱源流体を流さないことによって、傾斜内面２３と固相の潜熱蓄熱材１３との間の摩擦力を確保し、潜熱蓄熱材１３の滑り落ちを防止する。
【００２９】
上記実施形態では、蓄熱タンク１２の形状として、中心軸が略水平の筒状であり、かつ、中心軸に直交する断面が円形のものを例に挙げて説明したが、この発明は、中心軸に直交する断面が楕円形の蓄熱タンクや、中心軸に直交する断面が、下部が窄まる多角形の蓄熱タンクにも適用することができる。要は、蓄熱タンクの形状が、潜熱蓄熱材層１６中の熱媒油１４の通過しない領域２２にある固相の潜熱蓄熱材１３を、潜熱蓄熱材層１６中の熱媒油１４の通過する領域２１に滑り落とすように傾斜した傾斜内面２３を有する形状であればよい。
【００３０】
上記実施形態は、本発明の実施形態の一例であり、本発明の技術的範囲は、上記実施形態に限定されない。本発明の技術的範囲は、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲の記載と均等の意味及びその範囲内でのすべての変形を含むものである。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【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
【図３】図２のIII−III線に沿った断面図
【図４】図３の蓄熱装置の変形例を示す断面図
【図５】従来の蓄熱装置を示す断面図
【符号の説明】
【００３２】
６        蓄熱装置
１２      蓄熱タンク
１３      潜熱蓄熱材
１４      熱媒油
１６      潜熱蓄熱材層
１７      熱媒油層
１８      供給管
１９      回収管
２１      熱媒油の通過する領域
２２      熱媒油の通過しない領域
２３      傾斜内面
２４      低摩擦皮膜
２５      流路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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