(57)【要約】【課題】効率よく蓄放熱することが可能な蓄熱装置を提供する。【解決手段】潜熱蓄熱材１３と熱媒油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を供給する供給部と、蓄熱タンク１２内の熱媒油層１５から熱媒油１４を回収する回収部２３とを有し、供給部から潜熱蓄熱材層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、供給部が、潜熱蓄熱材層１６の下側に設けた第２熱媒油層２１と、その第２熱媒油層２１と潜熱蓄熱材層１６とを仕切る多孔質膜２０とを有し、第２熱媒油層２１中の熱媒油１４を、多孔質膜２０を通して潜熱蓄熱材層１６中に供給するようにする。【選択図】図２
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【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）を供給する供給部と、前記蓄熱タンク（１２）内の熱媒油層（１５）から熱媒油（１４）を回収する回収部（２３）とを有し、前記供給部から潜熱蓄熱材層（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、前記供給部が、前記潜熱蓄熱材層（１６）の下側に設けた第２熱媒油層（２１）と、その第２熱媒油層（２１）と前記潜熱蓄熱材層（１６）とを仕切る多孔質膜（２０）とを有し、前記第２熱媒油層（２１）中の熱媒油（１４）を、前記多孔質膜（２０）を通して潜熱蓄熱材層（１６）中に供給するようにしたことを特徴とする蓄熱装置。
【請求項２】
前記多孔質膜（２０）として、精密ろ過膜を用いた請求項１に記載の蓄熱装置。
【請求項３】
前記多孔質膜（２０）を疎水性とした請求項１または２に記載の蓄熱装置。
【請求項４】
多数の貫通開口（１８）を有するスクリーン（１７）または多孔質膜を、前記潜熱蓄熱材層（１６）と熱媒油層（１５）の境界に沿って設けた請求項１から３のいずれかに記載の蓄熱装置。
【請求項５】
前記潜熱蓄熱材層（１６）と熱媒油層（１５）の境界のスクリーン（１７）または多孔質膜を疎水性とした請求項４に記載の蓄熱装置。
【請求項６】
前記スクリーンの貫通開口（１８）を水平方向に開口させた請求項４または５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、主として、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、供給管から供給された熱媒油は、潜熱蓄熱材層中で液泡となり、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。
【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】
【０００５】
ところで、上記蓄熱装置の供給管は、潜熱蓄熱材層中に開放する吐出口が、供給管の長手方向に間隔をおいて複数設けられている。また、各吐出口を下向きに設けることにより、吐出口から熱媒油を吐出するのを停止したときに、潜熱蓄熱材層中の潜熱蓄熱材が、供給管内の熱媒油に入り込むのを防止している。
【０００６】
しかし、この蓄熱装置は、熱媒油の吐出口が供給管に局所的に設けられているので、潜熱蓄熱材層中の熱媒油の通り道も局所的となり、その通り道から離れた潜熱蓄熱材は、熱媒油と熱交換しにくい。そのため、この蓄熱装置は、蓄熱タンク内の潜熱蓄熱材に均一に蓄放熱するのが難しく、蓄放熱の効率が悪かった。
【０００７】
また、上記蓄熱装置は、熱源施設または熱利用施設と蓄熱タンクとの間で熱媒油を循環させたときに、潜熱蓄熱材層中に上昇流が生じ、その上昇流にのった潜熱蓄熱材が熱媒油層中をさらに上昇して、回収管で回収される熱媒油に混入し、蓄熱タンクから流出するおそれがあった。蓄熱タンクから潜熱蓄熱材が流出すると、その潜熱蓄熱材が蓄熱タンク外の配管内で冷却されて固相となり、その潜熱蓄熱材が配管の内面に付着して配管を閉塞するおそれがある。
【０００８】
この発明が解決しようとする課題は、効率よく蓄放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】
【０００９】
上記の課題を解決するため、前記供給部を、前記潜熱蓄熱材層の下側に設けた第２熱媒油層と、その第２熱媒油層と前記潜熱蓄熱材層とを仕切る多孔質膜とを有する構成とし、前記第２熱媒油層中の熱媒油を、前記多孔質膜を通して潜熱蓄熱材層中に供給するようにしたのである。
【００１０】
この蓄熱装置は、次の構成を加えることができる。
１）前記多孔質膜として、精密ろ過膜を用いる。
２）前記多孔質膜を疎水性とする。
３）多数の貫通開口を有するスクリーンまたは多孔質膜を、前記潜熱蓄熱材層と熱媒油層の境界に沿って設ける。
【００１１】
上記３）の構成を加える場合、潜熱蓄熱材層と熱媒油層の境界に沿って設けるスクリーンまたは多孔質膜は、疎水性とすると好ましい。また、スクリーンと多孔質膜のうち、スクリーンを設ける場合、そのスクリーンの貫通開口は、水平方向に開口させると好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
この発明の蓄熱装置は、第２熱媒油層中の熱媒油が多孔質膜を通して潜熱蓄熱材層中に供給されるので、潜熱蓄熱材層中の熱媒油の通り道が、多孔質膜の上方全域に形成される。そのため、この蓄熱装置は、蓄熱タンク内の潜熱蓄熱材に均一に蓄放熱しやすく、蓄放熱の効率に優れる。
【００１３】
さらに、前記多孔質膜として精密ろ過膜を用いたものは、潜熱蓄熱材層と第２熱媒油層の間に差圧をかけないと、潜熱蓄熱材層中の潜熱蓄熱材が多孔質膜を通過しないので、潜熱蓄熱材層中への熱媒油の供給を停止したときに、潜熱蓄熱材層中の潜熱蓄熱材が第２熱媒油層に入り込みにくい。
【００１４】
さらに、前記多孔質膜を疎水性としたものは、多孔質膜を親水性とした場合と比べて、潜熱蓄熱材が多孔質膜を通過しにくい。そのため、潜熱蓄熱材層中への熱媒油の供給を停止したときに、潜熱蓄熱材層中の潜熱蓄熱材が第２熱媒油層に入り込むのを、より効果的に防止することができる。
【００１５】
さらに、多数の貫通開口を有するスクリーンまたは多孔質膜を、前記潜熱蓄熱材層と熱媒油層の境界に沿って設けたものは、そのスクリーンまたは多孔質膜が、潜熱蓄熱材層中で生じる上昇流の勢いを止めるので、回収部で回収される熱媒油に潜熱蓄熱材が混入しにくく、蓄熱タンクから潜熱蓄熱材が流出しにくい。
【００１６】
さらに、前記潜熱蓄熱材層と熱媒油層の境界のスクリーンまたは多孔質膜を疎水性としたものは、そのスクリーンまたは多孔質膜に固相の潜熱蓄熱材が付着しにくい。そのため、スクリーンまたは多孔質膜を親水性とした場合と比べて、スクリーンまたは多孔質膜が目詰まりを起こしにくい。
【００１７】
さらに、前記スクリーンの貫通開口を水平方向に開口させたものは、潜熱蓄熱材層中の上昇流の勢いを効果的に止めて、蓄熱タンクからの潜熱蓄熱材の流出をより確実に防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
蓄熱装置６は、図２に示すように、水平円筒状の蓄熱タンク１２を有する。蓄熱タンク１２内には、潜熱蓄熱材１３と、潜熱蓄熱材１３よりも比重の小さい熱媒油１４とが収容され、潜熱蓄熱材１３と熱媒油１４は、その比重差によって上下二層に分離し、熱媒油層１５と潜熱蓄熱材層１６とを形成している。
【００２３】
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。
【００２４】
蓄熱タンク１２内には、熱媒油層１５と潜熱蓄熱材層１６の境界に沿ってスクリーン１７が設けられている。スクリーン１７は、全面にわたって多数の貫通開口１８が形成されており、疎水性のコーティング（例えば、ＰＴＦＥ等のフッ素樹脂コーティング）が施されている。スクリーン１７を金属板で形成する場合、例えば、図３に示すように、平行な切れ目１９，１９の間をブリッジ状に曲げて貫通開口１８を形成することができ、その貫通開口１８の幅は、０．３ｍｍ〜３ｍｍとすることができる。
【００２５】
潜熱蓄熱材層１６の下側には、多孔質膜２０で仕切られた第２熱媒油層２１が設けられている。多孔質膜２０は、精密ろ過膜であり、潜熱蓄熱材層１６と第２熱媒油層２１の間に差圧をかけないと、潜熱蓄熱材層１６中の潜熱蓄熱材１３が多孔質膜２０を通過しないようになっている。このような多孔質膜２０は、例えば、繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）で形成することができる。第２熱媒油層２１は、熱媒油層１５を形成する熱媒油１４と同じ熱媒油１４からなる。
【００２６】
第２熱媒油層２１は、供給管２２を介して蓄熱タンク１２の外側に連通しており、供給管２２を通じて第２熱媒油層２１中に熱媒油１４を送り込むことにより、第２熱媒油層２１中の熱媒油１４を、多孔質膜２０を通して潜熱蓄熱材層１６中に供給可能となっている。ここで、第２熱媒油層２１と多孔質膜２０と供給管２２は、潜熱蓄熱材層１６中に熱媒油１４を供給する供給部を構成する。
【００２７】
一方、熱媒油層１５は、回収管２３を介して蓄熱タンク１２の外側に連通しており、熱媒油層１５から回収管２３を通じて熱媒油１４を送り出すことにより、熱媒油層１５から熱媒油１４を回収可能となっている。
【００２８】
蓄熱タンク１２内には空気層２４が設けられており、その空気層２４で、熱媒油層１５と潜熱蓄熱材層１６の体積変化を吸収するようになっている。
【００２９】
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２２と回収管２３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、第２熱媒油層２１中の熱媒油１４が多孔質膜２０全面から液泡の状態となって潜熱蓄熱材層１６中に吐出され、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、潜熱蓄熱材層１６中の潜熱蓄熱材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。
【００３０】
このとき、潜熱蓄熱材層１６中に上昇流が生じるので、その上昇流にのった潜熱蓄熱材１３が熱媒油層１５中をさらに上昇し、回収管２３で回収される熱媒油１４に混入する可能性がある。しかし、潜熱蓄熱材層１６中の上昇流は、熱媒油層１５と潜熱蓄熱材層１６の境界でスクリーン１７によって勢いを止められ、上昇する勢いを失った潜熱蓄熱材１３と熱媒油１４は、その比重差によって上下に分離する。そのため、回収管２３で回収される熱媒油１４に潜熱蓄熱材１３が混入しにくく、蓄熱タンク１２から潜熱蓄熱材１３が流出しにくい。
【００３１】
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２２と回収管２３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、多孔質膜２０全面から熱媒油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。
【００３２】
このときも、スクリーン１７が、潜熱蓄熱材層１６中で生じる上昇流の勢いを止めるので、回収管２３で回収される熱媒油１４に潜熱蓄熱材１３が混入しにくく、蓄熱タンク１２から潜熱蓄熱材１３が流出しにくい。
【００３３】
この蓄熱装置６は、第２熱媒油層２１中の熱媒油１４が多孔質膜２０全面から吐出されるので、潜熱蓄熱材層１６中の熱媒油１４の通り道が、多孔質膜２０の上方全域に形成される。そのため、この蓄熱装置６は、蓄熱タンク１２内の潜熱蓄熱材１３に均一に蓄放熱しやすく、蓄放熱の効率に優れる。
【００３４】
また、この蓄熱装置６は、多孔質膜２０として精密ろ過膜を用いているので、潜熱蓄熱材層１６と第２熱媒油層２１の間に差圧をかけないと、潜熱蓄熱材層１６中の潜熱蓄熱材１３が多孔質膜２０を通過しない。そのため、潜熱蓄熱材層１６中への熱媒油１４の供給を停止したときに、潜熱蓄熱材層１６中の潜熱蓄熱材１３が第２熱媒油層２１に入り込まない。
【００３５】
また、この蓄熱装置６は、潜熱蓄熱材層１６と熱媒油層１５の境界に沿って設けたスクリーン１７が、潜熱蓄熱材層１６中で生じる上昇流の勢いを止めるので、回収管２３で回収される熱媒油１４に潜熱蓄熱材１３が混入しにくく、蓄熱タンク１２から潜熱蓄熱材１３が流出しにくい。そのため、潜熱蓄熱材層１６中に供給する熱媒油１４の流量を増やして、蓄熱効率を向上させることができる。
【００３６】
また、この蓄熱装置６は、スクリーン１７を疎水性としているので、固相の潜熱蓄熱材１３がスクリーン１７に付着しにくい。そのため、スクリーン１７を親水性とした場合と比べて、スクリーン１７の貫通開口１８が目詰まりを起こしにくい。
【００３７】
多孔質膜２０は、疎水性の高い素材（例えば、ＰＶＤＦ，ＰＰ，ＰＥ，ＰＳ，ＰＴＦＥ）で形成した疎水性膜を用いると好ましい。このようにすると、多孔質膜２０を親水性とした場合と比べて、潜熱蓄熱材１３が多孔質膜２０を通過しにくいので、潜熱蓄熱材層１６中への熱媒油１４の供給を停止したときに、潜熱蓄熱材層１６中の潜熱蓄熱材１３が第２熱媒油層２１に入り込むのを、より効果的に防止することができる。
【００３８】
スクリーン１７としては、金属板に打ち抜き加工を施して貫通開口を形成したものや、複数枚の網を積層し、その網の目を貫通開口としたものなどを用いてもよいが、図３に示すように、平行な切れ目１９，１９の間をブリッジ状に曲げて貫通開口１８を形成し、貫通開口１８が、水平方向に開口するようにすると好ましい。このようにすると、潜熱蓄熱材層１６中の上昇流の勢いを効果的に止めて、蓄熱タンク１２からの潜熱蓄熱材１３の流出をより確実に防止することができる。
【００３９】
スクリーン１７は、潜熱蓄熱材層１６と熱媒油層１５の境界に一致するように配置してもよく、潜熱蓄熱材層１６と熱媒油層１５の境界と平行となるように熱媒油層１５内に配置してもよい。要は、潜熱蓄熱材層１６と熱媒油層１５の境界に沿って設ければよい。
【００４０】
上記実施形態では、潜熱蓄熱材層１６と熱媒油層１５の境界に沿ってスクリーン１７を設けた蓄熱装置を例に挙げて説明したが、スクリーン１７にかえて、多孔質膜２０と同様の多孔質膜を設けてもよい。この場合、多孔質膜は、疎水性の高い素材（例えば、ＰＶＤＦ，ＰＰ，ＰＥ，ＰＳ，ＰＴＦＥ）で形成した疎水性膜を用いると好ましい。このようにすると、固相の潜熱蓄熱材１３が多孔質膜に付着しにくいので、多孔質膜として親水性膜を用いた場合と比べて、多孔質膜が目詰まりを起こしにくい。
【００４１】
また、上記実施形態では、蓄熱タンク１２内の熱媒油層１５から熱媒油１４を回収する回収部として、蓄熱タンク１２の内外を連通する回収管２３を例に挙げて説明したが、回収管２３は、別の構成の回収部に置き換えてもよく、例えば、熱媒油層１５から熱媒油１４を回収すると同時に、その熱媒油１４に混入した潜熱蓄熱材１３を分離して潜熱蓄熱材層１６に戻す機能を備えた回収装置に置き換えてもよい。このようにすると、蓄熱タンク１２からの潜熱蓄熱材１３の流出をより確実に防止することができる。
【００４２】
また、上記実施形態では、熱源施設１の廃熱を熱利用施設２で利用可能とする熱搬送システムを例に挙げて蓄熱装置６を説明したが、この発明の蓄熱装置は、太陽熱、地熱などの自然エネルギーを熱利用施設で利用可能とする熱搬送システムでも使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【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に示すスクリーンの拡大斜視図
【符号の説明】
【００４４】
６        蓄熱装置
１２      蓄熱タンク
１３      潜熱蓄熱材
１４      熱媒油
１５      熱媒油層
１６      潜熱蓄熱材層
１７      スクリーン
１８      貫通開口
２０      多孔質膜
２１      第２熱媒油層
２３      回収管
【図１】
2009109160.tif 000003
【図２】
2009109160.tif 000004
【図３】
2009109160.tif 000005