JP2015048962A - Latent heat storage device and heat utilization method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、潜熱蓄熱装置および熱利用方法に関する。 The present invention relates to a latent heat storage device and a heat utilization method.
近年、省エネルギーや温室効果ガス(とりわけエネルギー起因の炭酸ガス)の排出削減が求められるなかで、工場などから発生する廃熱の活用が着目されている。
廃熱の活用においては、熱の需要と供給の時間的または空間的ミスマッチが問題となる。これを解消するための技術として、廃熱源からの熱を蓄熱体に熱エネルギーとして貯蔵し(貯熱)、需要に応じて熱エネルギーを取り出す(放熱)、蓄熱が挙げられる。
蓄熱には、蓄熱体の一次相転移に伴う転移熱を利用する潜熱蓄熱と、転移熱を利用せずに蓄熱体の温度変化により貯熱/放熱する顕熱蓄熱とがあるが、潜熱蓄熱は、一般的に、顕熱蓄熱に比べて蓄熱密度が大きく、放熱温度が一定であるという特徴がある。
潜熱蓄熱装置では、装置構造が簡易的であるという理由から、潜熱蓄熱体と熱媒体とを直接接触させる方法が、広く採用されている。このような潜熱蓄熱装置は、例えば特許文献1に開示されている。
In recent years, attention has been paid to the use of waste heat generated from factories and the like, while energy saving and emission reduction of greenhouse gases (especially energy-derived carbon dioxide) are required.
In utilizing waste heat, a temporal or spatial mismatch between the demand and supply of heat becomes a problem. As a technique for solving this, heat from a waste heat source is stored as heat energy in a heat storage body (heat storage), heat energy is taken out according to demand (heat dissipation), and heat storage is mentioned.
There are two types of heat storage: latent heat storage that uses the transition heat associated with the primary phase transition of the heat storage body and sensible heat storage that stores and dissipates heat by changing the temperature of the heat storage body without using the transition heat. Generally, the heat storage density is larger than the sensible heat storage, and the heat radiation temperature is constant.
In the latent heat storage device, a method of directly contacting the latent heat storage body and the heat medium is widely adopted because the device structure is simple. Such a latent heat storage device is disclosed in Patent Document 1, for example.
潜熱蓄熱装置において熱利用する場合、概略的には、容器の外部から低温の熱媒体が高温の潜熱蓄熱体内に流入し、潜熱蓄熱体と熱交換して加熱されつつ、比重差によって浮上した後、再び容器の外部に流出する。そして、容器の外部に流出した高温の熱媒体が、熱利用に供される。
このとき、例えば、熱媒体の流量が速すぎると、潜熱蓄熱体との熱交換が不十分となって温まり切らずに外部に流出してしまい、熱利用の観点から好ましくない。このため、熱媒体の流量は、熱媒体と潜熱蓄熱体との熱交換速度によって上限が決定される。
したがって、何らかの理由で一時的に熱利用量を増大させたい場合であっても、容器の外部に流出する熱媒体の流量を、熱交換速度による上限を超えて大きくできず、対応できないという問題がある。
本発明は、以上の点を鑑みてなされたものであり、潜熱蓄熱装置において一時的に熱利用量を増大できることを目的とする。
When using heat in the latent heat storage device, generally, after a low-temperature heat medium flows into the high-temperature latent heat storage body from the outside of the container, heats up with the latent heat storage body, heats up, and rises due to the difference in specific gravity Then, it flows out of the container again. Then, the high-temperature heat medium that has flowed out of the container is used for heat utilization.
At this time, for example, if the flow rate of the heat medium is too fast, heat exchange with the latent heat storage body becomes insufficient, and the heat medium flows out to the outside without being heated, which is not preferable from the viewpoint of heat utilization. For this reason, the upper limit of the flow rate of the heat medium is determined by the heat exchange rate between the heat medium and the latent heat storage body.
Therefore, even if it is necessary to temporarily increase the amount of heat used for some reason, the flow rate of the heat medium flowing out of the container cannot be increased beyond the upper limit due to the heat exchange rate, and cannot be handled. is there.
This invention is made | formed in view of the above point, and it aims at being able to increase heat utilization temporarily in a latent heat storage apparatus.
本発明は、以下の(1)〜(4)を提供する。
(1)潜熱蓄熱体を収容する下方空間と、上記下方空間よりも上側の空間であって上記潜熱蓄熱体よりも比重の小さい熱媒体が溜まる上方空間と、を有する容器と、上記下方空間に配置されて上記容器の外部と連通し、上記熱媒体を上記容器の外部から上記潜熱蓄熱体内に流入するための吐出口を外周面に有する流入管と、上記上方空間に配置されて上記容器の外部と連通し、上記上方空間にある上記熱媒体を上記容器の外部に流出するための吸入口を外周面に有する流出管と、上記上方空間にある上記熱媒体を、上記流出管の上記吸入口から上記容器の外部に流量変動自在に流出させ、廃熱を発生する廃熱エリアに設置された廃熱エリア熱交換器または当該廃熱を利用する熱利用エリアに設置された熱利用エリア熱交換器を経由して、上記流入管の上記吐出口から流量変動自在に上記潜熱蓄熱体内に流入させる流出入制御部と、上記上方空間にある上記熱媒体の液位を検出する液位センサと、を備える潜熱蓄熱装置。
(2)上記上方空間における上記吸入口よりも上側の空間である有効空間の容積が、上記容器の全容積に対して、10〜40%である、上記(1)に記載の潜熱蓄熱装置。
The present invention provides the following (1) to (4).
(1) a container having a lower space for storing the latent heat storage body, an upper space above the lower space and storing a heat medium having a specific gravity smaller than that of the latent heat storage body, and a container in the lower space Arranged and communicated with the outside of the container, and an inflow pipe having an outlet on the outer peripheral surface for allowing the heat medium to flow into the latent heat storage body from the outside of the container, and disposed in the upper space of the container. An outflow pipe that communicates with the outside and has a suction port on the outer peripheral surface for allowing the heat medium in the upper space to flow out of the container, and the heat medium in the upper space to the suction pipe in the outflow pipe Heat utilization area heat installed in a waste heat area heat exchanger installed in a waste heat area that generates waste heat or flows out of the container to the outside of the container with variable flow rate, or in a heat utilization area that uses the waste heat Via the exchange, above Latent heat storage device comprising a inflow and outflow control unit to flow from the outlet of pipe to the flow rate change freely the latent heat storage body, a liquid level sensor for detecting the liquid level of the heating medium in the upper space, the.
(2) The latent heat storage device according to (1), wherein a volume of an effective space that is a space above the suction port in the upper space is 10 to 40% with respect to a total volume of the container.
(3)上記(1)または(2)に記載の潜熱蓄熱装置を用いた熱利用方法であって、上記液位センサにより検出される上記熱媒体の液位が上記吸入口よりも高い定常位置にある状態で、上記流出入制御部を制御して、上記上方空間にある上記熱媒体を流出させて、上記廃熱エリア熱交換器で熱交換させ、当該流出の流量と同じ流量で上記潜熱蓄熱体内に流入させる貯熱運転を行なう工程と、上記液位センサにより検出される上記熱媒体の液位が上記定常位置にある状態で、上記流出入制御部を制御して、上記上方空間にある上記熱媒体を上記熱媒体と上記潜熱蓄熱体との熱交換速度により上限が決定される第1の流量で流出させて、上記熱利用エリア熱交換器で熱交換させ、当該流出の流量と同じ流量で上記潜熱蓄熱体内に流入させる放熱運転を行なう工程と、上記流出入制御部を制御して、一時的に、上記上方空間にある上記熱媒体を上記第1の流量の上限よりも大きい第2の流量で流出させて上記熱利用エリア熱交換器で熱交換させ、上記潜熱蓄熱体内に上記第1の流量で流入させる臨時放熱運転を行なう工程と、を備える熱利用方法。
(4)上記臨時放熱運転において上記熱媒体を上記第2の流量で流出させる際に、上記液位センサに上記熱媒体の液位を検出させ、当該液位が上記吸入口よりも高いうちに、上記流出入制御部を制御して、上記容器の外部に流出する上記熱媒体の流量を、上記潜熱蓄熱体内に流入する上記熱媒体の流量以下の流量にする、上記(3)に記載の熱利用方法。
(3) A heat utilization method using the latent heat storage device according to (1) or (2) above, wherein the liquid level of the heat medium detected by the liquid level sensor is higher than the suction port. In this state, the inflow / outflow control unit is controlled to cause the heat medium in the upper space to flow out, to exchange heat in the waste heat area heat exchanger, and to cause the latent heat to flow at the same flow rate as the outflow rate. In the state of performing a heat storage operation for flowing into the heat storage body, and in a state where the liquid level of the heat medium detected by the liquid level sensor is in the steady position, the inflow / outflow control unit is controlled to enter the upper space. The heat medium is caused to flow out at a first flow rate whose upper limit is determined by a heat exchange rate between the heat medium and the latent heat storage body, and heat is exchanged in the heat utilization area heat exchanger. Dissipation heat that flows into the latent heat storage body at the same flow rate And a step of controlling the inflow / outflow control unit to temporarily cause the heat medium in the upper space to flow out at a second flow rate larger than the upper limit of the first flow rate, thereby causing the heat utilization area Performing a temporary heat radiation operation for exchanging heat with a heat exchanger and causing the latent heat storage body to flow at the first flow rate.
(4) When the heat medium is allowed to flow out at the second flow rate in the temporary heat radiation operation, the liquid level sensor detects the liquid level of the heat medium, and the liquid level is higher than the suction port. The flow rate of the heat medium flowing out of the container is controlled to be equal to or lower than the flow rate of the heat medium flowing into the latent heat storage body by controlling the inflow / outflow control unit. Heat utilization method.
本発明によれば、一時的に、熱交換速度による上限を超えた流量(第2の流量)で熱媒体を流出させて熱利用エリアの熱交換器で熱交換させることができるため、一時的に熱利用量を増大できる。 According to the present invention, the heat medium can be temporarily discharged at a flow rate (second flow rate) exceeding the upper limit due to the heat exchange rate, and heat exchange can be performed in the heat exchanger in the heat utilization area. In addition, the heat utilization can be increased.
以下、本発明の一実施形態について、図1に基づいて説明する。ただし、本発明は、以下に説明する実施形態に限定されるものではない。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. However, the present invention is not limited to the embodiments described below.
図1は、一実施形態の潜熱蓄熱装置1について一部を切り欠いて示す側面図である。図1では、後述する容器4の側面を切り欠いて示しており、容器4の内部が図示されている。また、後述する循環管13(循環管13a、循環管13b)の一部も切り欠いて示している。
FIG. 1 is a side view showing a latent heat storage device 1 according to an embodiment with a part cut away. In FIG. 1, a side surface of a
潜熱蓄熱装置1において、概略的には、熱媒体3が、流入管5から容器4内に流入し、潜熱蓄熱体2と直接接触して熱交換しつつ、比重差によって浮上した後、流出管6から容器4の外部に流出する。
このような潜熱蓄熱装置1は、例えば、ゴミ焼却場、発電所、製鉄所等の工場20で発生した廃熱を、工場20とは別の建屋である施設30においてエアコン等に利用する場合に用いられる。
以下、潜熱蓄熱装置1を詳細に説明する。
In the latent heat storage device 1, schematically, the
Such a latent heat storage device 1 is used when, for example, waste heat generated in a
Hereinafter, the latent heat storage device 1 will be described in detail.
潜熱蓄熱装置1は、潜熱蓄熱容器である容器4を主体に構成されている。容器4には、潜熱蓄熱体2と熱媒体3とが収容されている。潜熱蓄熱体2としては、例えば、エリスリトール(融点:約118℃)、酢酸ナトリウム三水和物塩(融点:約58℃)等が挙げられる。熱媒体3は、例えば油であり、その具体例としては、鉱油系熱媒体油等が挙げられる。
The latent heat storage device 1 is mainly configured by a
潜熱蓄熱体2と熱媒体3とは互いに混合せず、熱媒体3が潜熱蓄熱体2よりも比重が小さいため、容器4内では、上層に熱媒体3、下層に潜熱蓄熱体2と互いに分離して収容される。潜熱蓄熱体2と熱媒体3とが互いに混合しないため、潜熱蓄熱体2と熱媒体3との間には、それぞれを分離するための部材等は介在しておらず、潜熱蓄熱体2と熱媒体3とは直接接触している。
Since the latent
容器4における潜熱蓄熱体2の収容空間である下方空間4aには、流入管5が配置されている。流入管5の外周面には、貫通孔である複数個の吐出口7が形成されている。容器4における下方空間4aの上側の空間である上方空間4bには、熱媒体3が溜まっており、流出管6が配置されている。流出管6の外周面にも、同様に、貫通孔である複数個の吸入口8が形成されている。流入管5および流出管6は、それぞれ、容器4の外部に連通しており、容器4の外部に配置された循環管13を介して、接続している。
An
循環管13の途中には、流出入制御部としてのポンプ10が設置されている。流出管6および流入管5は、循環管13を介してポンプ10に接続している。ポンプ10の作動により、容器4の上方空間4bにある熱媒体3は、流出管6の吸入口8から吸入されて流出管6を流通して容器4の外部に流出し、循環管13を経由して、容器4内の流入管5に導入される。流入管5に導入された熱媒体3は、吐出口7から吐出して、容器4の下方空間4aに収容されている潜熱蓄熱体2内に流入する。熱媒体3の流出および流入の流量(速度)は、ポンプ10の調整によって変動自在である。
A
循環管13は、より詳細には、後述する貯熱運転時に使用される循環管13aと、後述する放熱運転時に使用される循環管13bとに分岐している。循環管13aの途中には、廃熱を発生する廃熱エリアとしての工場20に設置された廃熱エリア熱交換器(以下、単に「熱交換器」という)12aが配設されている。循環管13bの途中には、廃熱を利用する熱利用エリアとしての施設30に設置された熱利用エリア熱交換器(以下、単に「熱交換器」という)12bが配設されている。
More specifically, the
循環管13の途中には、弁14aおよび弁14b(以下、まとめて「弁14」ともいう)が設けられている。図1では、放熱運転時における弁14を実線で示しており、貯熱運転時における弁14を破線で示している。放熱運転時には、弁14は循環管13aを塞いでおり、ポンプ10の作動によって、熱媒体3は、循環管13bを通る。一方、貯熱運転時には、弁14は循環管13bを塞いでおり、ポンプ10の作動によって、熱媒体3は、循環管13aを通る。
In the middle of the
循環管13における熱交換器12aおよび熱交換器12b(以下、まとめて「熱交換器12」ともいう)の下流側であって、流入管5の上流側には、流出入制御部としての流量調整タンク11が配設されている。流量調整タンク11は、ポンプ10の作動により循環管13を通る熱媒体3の一部を貯留して、流入管5に導入される熱媒体3の流量を減じたり、また、貯留した熱媒体3を放出して、流入管5に導入される熱媒体3の流量を増やしたりする。
On the downstream side of the
容器4には、上方空間4bに溜まった熱媒体3の液位(液面の位置)を検出する液位センサ9が設けられている。液位センサ9としては特に限定されず、例えば光学的な手段や超音波を用いて非接触で熱媒体3の液位を検出するセンサが好適に挙げられる。なお、液位センサ9は、吸入口8よりも高い液位が検出できればよいが、吸入口8の位置以下にある液位も検出できるものが好ましい。
The
次に、潜熱蓄熱装置1を用いた熱利用方法について説明する。本発明の熱利用方法は、通常運転(貯熱運転および放熱運転)を行なう工程のほか、さらに、臨時運転を行なう工程を備える。
まず、通常運転(貯熱運転および放熱運転)を説明する。貯熱運転を行なった後に放熱運転を行なうことで、工場20の廃熱を潜熱蓄熱体2に熱エネルギーとして貯蔵し、貯蔵した熱エネルギーを取り出して利用できる。
Next, a heat utilization method using the latent heat storage device 1 will be described. The heat utilization method of the present invention includes a step of performing a temporary operation in addition to a step of performing a normal operation (a heat storage operation and a heat dissipation operation).
First, normal operation (heat storage operation and heat radiation operation) will be described. By performing the heat dissipation operation after performing the heat storage operation, the waste heat of the
<貯熱運転>
貯熱運転を開始する前の時点では、容器4は常温である。このため、容器4の下方空間4aに収容されている潜熱蓄熱体2は、例えばエリスリトールの場合には融点が118℃であるため、固相である。固相である潜熱蓄熱体2の上側の上方空間4bには、液相である熱媒体3が溜まっている。なお、上方空間4bが空である場合には、例えば容器4に設けられた図示しない栓から、液相の熱媒体3を導入すればよい。このとき、熱媒体3の液位は、液位センサ9により検出されており、吸入口8よりも高い所定の位置(以下、「定常位置」ともいう)となっている。
<Heat storage operation>
At the time before starting the heat storage operation, the
貯熱運転では、熱媒体3の液位が吸入口8よりも高い定常位置にある状態で、弁14を動かして循環管13bを塞ぎ、熱媒体3が循環管13aを流通自在な状態にする。このとき、循環管13aの途中に配設されている熱交換器12aには、工場20で発生した廃熱(蒸気)が取り込まれている。
そして、ポンプ10を作動させて、上方空間4bに溜まっている熱媒体3を、吸入口8から吸入して流出管6を通して容器4の外部に流出させる。容器4の外部に流出した熱媒体3は、循環管13aを流通する過程で、熱交換器12aにおいて、取り込まれている蒸気と熱交換して加熱される。なお、熱交換器12aに取り込まれている蒸気は、熱交換により除熱され、適宜排気される。
In the heat storage operation, the valve 14 is moved to close the
Then, the
熱交換して加熱された熱媒体3(以下、便宜的に、熱交換した熱媒体3を「熱媒体3a」ともいう)は、続けて、ポンプ10の作動により、流量調整タンク11を経由して、流入管5を通り吐出口7から吐出して、容器4の下方空間4aに収容されている潜熱蓄熱体2に流入する。なお、通常の貯熱運転においては、流量調整タンク11による熱媒体3(熱媒体3a)の流量調整は行なわれない。
潜熱蓄熱体2内に流入した熱媒体3aは、比重が潜熱蓄熱体2よりも小さいため、上方空間4bの熱媒体3まで浮上して、熱媒体3に取り込まれる。熱媒体3aは、浮上中に、潜熱蓄熱体2と直接接触して熱交換する。すなわち、熱媒体3aに供給された熱は、潜熱蓄熱体2に伝導される。
The
Since the specific gravity of the
上述したように、貯熱運転の開始時点において、潜熱蓄熱体2は固相であるが、貯熱運転を継続することにより、容器4に収容されている潜熱蓄熱体2および熱媒体3の温度が上昇し、潜熱蓄熱体2の温度が融点に達すると、潜熱蓄熱体2は次第に融解し、融解の過程で、潜熱を貯熱する。こうして、工場20で発生した廃熱が、潜熱蓄熱装置1の潜熱蓄熱体2に貯熱される。
As described above, at the start of the heat storage operation, the latent
このような貯熱運転においては、上述したように、流量調整タンク11は作動させないでポンプ10を作動させる。このため、流出管6を経由して上方空間4bから容器4の外部に流出する熱媒体3の流量(以下、「流出流量」ともいう)と、容器4の外部から流入管5を経由して容器4内の潜熱蓄熱体2に流入する熱媒体3(熱媒体3a)の流量(以下、「流入流量」ともいう)とは、同量である。
熱媒体3の流出流量と流入流量とが同量であるため、液位センサ9により検出される熱媒体3の液位は、貯熱運転の間、定常位置からほぼ不変である。
In such a heat storage operation, as described above, the
Since the outflow rate and the inflow rate of the
<放熱運転>
次に、通常の放熱運転を説明する。基本的な流れは、貯熱運転と同じである。
放熱運転の開始時点(貯熱運転の終了時点)では、容器4の下方空間4aに収容されている潜熱蓄熱体2は、部分的な場合を含めて液相であり、潜熱を貯熱している。また、上方空間4bに溜まっている熱媒体3も、潜熱蓄熱体2の融点と同程度の高温となっており、かつ、液位が吸入口8よりも高い定常位置にある。
<Heat dissipation operation>
Next, normal heat radiation operation will be described. The basic flow is the same as in the heat storage operation.
At the start of the heat radiation operation (the end of the heat storage operation), the latent
このような状態で、弁14を動かして循環管13aを塞ぎ、熱媒体3が循環管13bを流通自在な状態にする。このとき、循環管13aの途中に配設されている熱交換器12aには、施設30において、エアコンに使用される熱媒体である気体や液体等の流体が取り込まれている。
そして、ポンプ10を作動させて、上方空間4bに溜まっている高温の熱媒体3を、吸入口8から吸入して流出管6を通して容器4の外部に流出させる。容器4の外部に流出した熱媒体3は、循環管13bを流通する過程で、熱交換器12bに取り込まれている流体と熱交換して除熱される。熱交換器12bに取り込まれている流体は、熱を帯びた熱媒体3から熱伝導されて加熱され、施設30のエアコンの熱媒体として使用される。こうして、貯熱運転で潜熱蓄熱体2に貯熱された工場20の廃熱が、取り出されて利用される。
In such a state, the valve 14 is moved to close the circulation pipe 13a, and the
Then, the
熱交換した低温の熱媒体3(熱媒体3a)は、続けて、ポンプ10の作動により、流量調整タンク11を経由して、流入管5を通り吐出口7から吐出して、潜熱蓄熱体2内に流入する。なお、通常の貯熱運転と同様に、通常の放熱運転においても、流量調整タンク11による熱媒体3(熱媒体3a)の流量調整は行なわれない。
潜熱蓄熱体2内に流入した低温の熱媒体3aは、潜熱蓄熱体2との比重差によって浮上する。このとき、低温の熱媒体3aは、浮上中に、潜熱蓄熱体2と熱交換し、液相の潜熱蓄熱体2から伝熱されて、高温の熱媒体3aと化して、上方空間4bにある高温の熱媒体3に取り込まれる。
The heat exchanged low-temperature heat medium 3 (
The low-
放熱運転を継続することにより、上方空間4bにある高温の熱媒体3を取り出して、連続的に熱利用できるが、放熱運転の期間が長くなると、容器4内の潜熱蓄熱体2および熱媒体3の温度は下降する。そして、潜熱蓄熱体2の温度が凝固点に達すると、潜熱蓄熱体2が次第に凝固し、潜熱を放熱する。
By continuing the heat radiation operation, the high-
このような放熱運転においても、流量調整タンク11は作動させないでポンプ10を作動させるため、やはり、熱媒体3の流出流量と流入流量とは同量である。したがって、貯熱運転と同様、通常の放熱運転の間も、液位センサ9により検出される熱媒体3の液位は、定常位置からほぼ不変である。
Even in such a heat radiation operation, the
もっとも、放熱運転における熱媒体3の流量(流出流量および流入流量)は、以下に説明するように、熱媒体3と潜熱蓄熱体2との熱交換速度によって上限が決定される。
まず、放熱運転においては、流入管5から流入した低温の熱媒体3aが、浮上中に潜熱蓄熱体2と熱交換し、高温となって上方空間4bにある高温の熱媒体3に取り込まれる。 しかし、このとき、熱媒体3aの流入速度が速すぎると、潜熱蓄熱体2との熱交換が不十分となって、高温とならないまま、上方空間4bにある熱媒体3に取り込まれてしまう。そうすると、上方空間4bにある熱媒体3の温度が低下し、低温の熱媒体3が流出することになる。低温の熱媒体3が流出すると、施設30での熱交換器12bにおける熱利用の観点から好ましくない。
このため、放熱運転における熱媒体3の流量は、流入管5から流入した低温の熱媒体3aが、その浮上中に潜熱蓄熱体2と十分に熱交換できて高温となる流量に設定する。このように、熱媒体3と潜熱蓄熱体2との熱交換速度によって上限が決定される熱媒体3の流量を「第1の流量」とする。「第1の流量」は、この上限の流量を含む、ある程度の幅を持った流量である。
放熱運転における熱媒体3の流出流量および流入流量は、「第1の流量」の範囲で、ともに同量とする。
However, the upper limit of the flow rate (outflow rate and inflow rate) of the
First, in the heat radiation operation, the low-
For this reason, the flow rate of the
The outflow rate and the inflow rate of the
<臨時放熱運転>
ところで、貯熱運転の終了後または通常の放熱運転の途中において、例えば、冬の明け方に施設30内に設置されているエアコンの稼働台数や設定温度を上げたい場合など、一時的に熱利用量を増大させたい場合も想定される。その場合、熱媒体3の流量を「第1の流量」の上限よりも大きくすることを要するが、そうすると、上述したように、低温の熱媒体3が容器4から流出してしまうため、熱利用の観点から問題となる。
しかしながら、このとき、潜熱蓄熱装置1において、後述する臨時放熱運転を行えば、一時的に熱利用量を増大できる。以下、臨時放熱運転について説明する。
<Temporary heat dissipation operation>
By the way, after the end of the heat storage operation or in the middle of normal heat radiation operation, for example, when it is desired to increase the number of operating air conditioners installed in the facility 30 or the set temperature at dawn in winter, the amount of heat used temporarily It is also assumed that it is desired to increase the value. In this case, it is necessary to make the flow rate of the
However, at this time, in the latent heat storage device 1, if a temporary heat radiation operation described later is performed, the amount of heat utilization can be temporarily increased. Hereinafter, the temporary heat radiation operation will be described.
貯熱運転の終了後または通常の放熱運転の途中においては、上方空間4bの熱媒体3は、潜熱蓄熱体2の融点と同程度の高温となっており、かつ、液位が吸入口8よりも高い定常位置にある。
この状態で、まず、ポンプ10を調整して、上方空間4bからの熱媒体3の流出流量を、一時的に「第1の流量」の上限よりも大きい「第2の流量」にする。熱媒体3の流出流量を「第2の流量」にすれば、熱交換器12bにおいて、施設30内に設置されたエアコンの熱媒体である流体と熱交換できる熱媒体3の量も増大するため、施設30内に設置されたエアコンの稼働台数や設定温度を上げたい場合など、一時的な熱利用量の増大に対応できる。
After the end of the heat storage operation or in the middle of the normal heat radiation operation, the
In this state, first, the
ところで、熱媒体3の流出流量を「第2の流量」にすると、容器4に流入する熱媒体3aの流入流量も「第2の流量」となり得るが、このとき、流量調整タンク11を作動して熱媒体3の一部を貯留させ、熱媒体3aの流入流量を「第1の流量」にする。
これにより、熱媒体3aの流入流量は、最大でも、熱媒体3と潜熱蓄熱体2との熱交換速度により決定される上限の流量となるため、流量が速すぎて潜熱蓄熱体2との熱交換が不十分で高温とならないまま、上方空間4bにある熱媒体3に取り込まれることがなくなる。つまり、上方空間4bにある熱媒体3の温度が低下して、低温の熱媒体3が流出管6から流出することが防止される。このように、臨時放熱運転では「第2の流量」で流出させて、熱利用することができる。
なお、熱媒体3の流入流量は「第1の流量」にするが、ゼロにはしない。これは、流入管5の吐出口7から吐出する熱媒体3の流量をゼロにすると、潜熱蓄熱体2が吐出口7から逆流するおそれがあるからである。
By the way, if the outflow flow rate of the
Thereby, since the inflow flow rate of the
In addition, although the inflow flow rate of the
臨時放熱運転では、熱媒体3の流出流量が流入流量よりも大きくなるため、上方空間4bにある熱媒体3の量が減少して熱媒体3の液位が低下する。
しかし、臨時放熱運転の開始前である貯熱運転の終了後または通常の放熱運転の途中においては、上述したように、熱媒体3の液位は吸入口8よりも高い定常位置にあるので、臨時放熱運転の開始後、しばらくは、高温の熱媒体3を流出できる。
In the temporary heat radiation operation, since the outflow rate of the
However, after the heat storage operation, which is before the start of the temporary heat radiation operation, or in the middle of the normal heat radiation operation, the liquid level of the
もっとも、熱媒体3の液位の低下が進み、吸入口8よりも低くなると、熱媒体3を流出できなくなる。そこで、熱媒体3を「第2の流量」で流出させる際には、液位センサ9に熱媒体3の液位を検出させる。そして、熱媒体3の液位が吸入口8よりも高いうちに、再びポンプ10を調整し、熱媒体3の流出流量を、現状で「第1の流量」である流入流量以下の流量にする。例えば、流出流量を、「第1の流量」の範囲で、流入流量と同じにする。これにより、熱媒体3の液位が低下しすぎて熱媒体3が流出できなくなることが防止される。こうして、臨時放熱運転が終了する。
However, when the liquid level of the
臨時放熱運転が終了した後、例えば、「第1の流量」の範囲で流出流量と流入流量とを同量にした場合には、上述した通常の放熱運転に移行することになる。
ところで、臨時放熱運転が終了した時点では、流量調整タンク11には、流入流量を減じるために貯留していた熱媒体3が貯えられている。そこで、臨時放熱運転の終了後に移行した放熱運転において流量調整タンク11の熱媒体3を放出してもよい。この場合、例えば、ポンプ10を調整して、容器4から外部に流出する熱媒体3の流出流量を「第1の流量」の上限よりも小さくしつつ、流量調整タンク11から熱媒体3を徐々に放出させ、容器4内の潜熱蓄熱体2に流入する熱媒体3の流入流量を「第1の流量」の上限以下の流量とすればよい。
また、臨時放熱運転の終了後に移行した放熱運転は、流量調整タンク11から熱媒体3を放出させずに通常どおりに行ない、放熱運転後の貯熱運転において、流量調整タンク11から熱媒体3を放出させるようにしてもよい。
After the temporary heat radiation operation is completed, for example, when the outflow flow rate and the inflow flow rate are made equal in the range of the “first flow rate”, the normal heat radiation operation described above is performed.
By the way, when the temporary heat radiation operation is completed, the
In addition, the heat radiation operation that has been shifted to after the end of the temporary heat radiation operation is performed as usual without releasing the
次に、上方空間4bにおける、流出管6の吸入口8の位置よりも上側の空間(以下、便宜的に「有効空間4b1」ともいう)について説明する。
有効空間4b1の容積は、容器4および下方空間4aの寸法が一定であれば、上方空間4bにおける流出管6の位置に応じて変動する。
ここで、流出管6の位置が高く、有効空間4b1の容積が小さすぎる場合、上述した臨時放熱運転の際に、高温のまま流出する熱媒体3の量が相対的に少なくなってしまう。このため、臨時放熱運転を長くできる観点からは、有効空間4b1の容積は大きい方が好ましい。
一方で、有効空間4b1の容積が大きすぎる場合、有効空間4b1の上部にある熱媒体3は、下方空間4aにある潜熱蓄熱体2からの熱を受けにくく、冷めやすい等の問題が生じるおそれがある。
そこで、有効空間4b1の容積は、容器4の全容積に対して、10〜40%が好ましく、20〜30%がより好ましい。この範囲であれば、臨時放熱運転を適宜に長くでき、かつ、熱媒体3も冷めにくくできる。
Next, the space above the position of the
If the dimensions of the
Here, when the position of the
On the other hand, when the volume of the effective space 4b1 is too large, the
Therefore, the volume of the effective space 4b1 is preferably 10 to 40% and more preferably 20 to 30% with respect to the total volume of the
なお、流出管6の位置を変更して有効空間4b1の容積を設定するに際しては、流出管6の位置が低すぎると、吸入口8から熱媒体3を吸入する際に潜熱蓄熱体2を巻き込んで吸入してしまうおそれがあるため、潜熱蓄熱体2が混入しない程度に下方空間4bから離れた高さにあるのが好ましい。
When changing the position of the
以上、本実施の形態では、1台の熱交換器12aまたは熱交換器12bに対して、1台の潜熱蓄熱装置1が設置された例を示したが、複数台の潜熱蓄熱装置1が設置されていてもよい。その場合、1台目の潜熱蓄熱装置1で貯熱運転を終えた後に放熱運転を行なっている最中に、2台目の潜熱蓄熱装置1で貯熱運転を行なうことで、1台目の潜熱蓄熱装置1による放熱運転の後、連続的に、2台目の潜熱蓄熱装置1による放熱運転を行なうことができるため、効率的に熱利用できる。
As described above, in the present embodiment, an example in which one latent heat storage device 1 is installed with respect to one
以下に、実施例を挙げて本発明を具体的に説明する。ただし、本発明はこれらに限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to examples. However, the present invention is not limited to these.
図1に基づいて説明した潜熱蓄熱装置1を用いて、高温の熱媒体3を取り出して熱利用を行なった。
このとき、容器4の寸法は、長さ0.7m×幅0.7m×高さ1.0mで、有効空間4b1の容積は、容器4の全容積に対して30%であった。
また、潜熱蓄熱体2としてエリスリトール(融点:118℃)300kgを用い、熱媒体3として油(NeoSK−OIL L400(綜研テクニックス社製))を用いた。
なお、潜熱蓄熱体2と熱媒体3との熱交換速度によって決定される「第1の流量」の上限を、70L/minとした。
放熱運転および臨時放熱運転において熱利用に供されて容器4内に流入する熱媒体3の温度は、90℃で一定に保った。
Using the latent heat storage device 1 described based on FIG. 1, the high-
At this time, the dimensions of the
Further, erythritol (melting point: 118 ° C.) 300 kg was used as the latent
The upper limit of the “first flow rate” determined by the heat exchange rate between the latent
The temperature of the
(実験例1)
まず、通常の貯熱運転を行ない潜熱蓄熱体2を融解させた。
次に、通常の放熱運転として、ポンプ10を作動させ、容器4に収容されている熱媒体3を流出流量60L/minで容器4の外部に流出させて熱利用に供しつつ、流量調整タンク11を作動させないで、流出流量と同じ流入流量60L/minで容器4内に流入させた。このような放熱運転を30分間行なったが、この間、容器4の外部に流出した熱媒体3の平均温度は、114℃であった。
(Experimental example 1)
First, the normal heat storage operation was performed and the latent
Next, as a normal heat radiation operation, the
(実験例2)
まず、通常の貯熱運転を行ない潜熱蓄熱体2を融解させた。
次に、通常の放熱運転として、ポンプ10を作動させ、容器4に収容されている熱媒体3を流出流量120L/minで容器4の外部に流出させて熱利用に供しつつ、流量調整タンク11を作動させないで、流出流量と同じ流入流量120L/minで容器4内に流入させた。このような放熱運転を15分間行なったが、この間、容器4の外部に流出した熱媒体3の平均温度は、105℃であった。
(Experimental example 2)
First, the normal heat storage operation was performed and the latent
Next, as a normal heat radiation operation, the
(実験例3)
まず、通常の貯熱運転を行ない潜熱蓄熱体3を融解させた。貯熱運転の終了後における容器4の熱媒体3の温度は115℃であった。
次に、液位センサ9に容器4内の熱媒体3の液位を検出させて、熱媒体3の液位が吸入口8よりも高く保たれていることを確認しながら、2分間の臨時放熱運転を行なった。具体的には、ポンプ10を作動させ、容器4に収容されている熱媒体3を流出流量120L/minで容器4の外部に流出させて熱利用に供しつつ、流量調整タンク11を作動させて、流入流量60L/minで容器4内に流入させた。この間、容器4の外部に流出した熱媒体3の温度は114℃であった。なお、容器4内の熱媒体3の液位は、臨時放熱運転中に低下を続けたが吸入口8よりは高く推移し、容器4の外部への熱媒体3の流出は終始可能であった。
臨時放熱運転の終了後、通常の放熱運転を行なった。具体的には、ポンプ10を調整して、熱媒体3を流出流量60L/minで容器4の外部に流出させて熱利用に供しつつ、臨時放熱運転時に流量調整タンク11に貯えられた熱媒体3を放出させないで、流出流量と同じ流入流量60L/minで容器4内に流入させた。このとき、容器4の外部に流出した熱媒体3の平均温度は、当初は114℃であったが、放熱の進行につれて低下した。
(Experimental example 3)
First, the normal heat storage operation was performed to melt the latent
Next, the
After the temporary heat radiation operation was completed, normal heat radiation operation was performed. More specifically, the heat medium stored in the flow
1:潜熱蓄熱装置
2:潜熱蓄熱体
3,3a:熱媒体
4:容器
4a:下方空間
4b:上方空間
4b1:有効空間
5:流入管
6:流出管
7:吐出口
8:吸入口
9:液位センサ
10:ポンプ(流出入制御部)
11:流量調整タンク(流出入制御部)
12:熱交換器
12a:熱交換器(廃熱エリア熱交換器)
12b:熱交換器(熱利用エリア熱交換器)
13,13a,13b:循環管(流出入制御部)
14,14a,14b:弁(流出入制御部)
20:工場(廃熱エリア)
30:施設(熱利用エリア)
1: Latent heat storage device 2: Latent
11: Flow rate adjustment tank (outflow / inflow control unit)
12:
12b: Heat exchanger (Heat utilization area heat exchanger)
13, 13a, 13b: Circulation pipe (inflow / outflow control unit)
14, 14a, 14b: Valve (outflow control unit)
20: Factory (waste heat area)
30: Facility (heat utilization area)
Claims (4)
前記下方空間に配置されて前記容器の外部と連通し、前記熱媒体を前記容器の外部から前記潜熱蓄熱体内に流入するための吐出口を外周面に有する流入管と、
前記上方空間に配置されて前記容器の外部と連通し、前記上方空間にある前記熱媒体を前記容器の外部に流出するための吸入口を外周面に有する流出管と、
前記上方空間にある前記熱媒体を、前記流出管の前記吸入口から前記容器の外部に流量変動自在に流出させ、廃熱を発生する廃熱エリアに設置された廃熱エリア熱交換器または当該廃熱を利用する熱利用エリアに設置された熱利用エリア熱交換器を経由して、前記流入管の前記吐出口から流量変動自在に前記潜熱蓄熱体内に流入させる流出入制御部と、
前記上方空間にある前記熱媒体の液位を検出する液位センサと、
を備える潜熱蓄熱装置。 A container having a lower space that accommodates the latent heat storage body, and an upper space that is a space above the lower space and in which a heat medium having a specific gravity smaller than that of the latent heat storage body is accumulated,
An inflow pipe which is disposed in the lower space and communicates with the outside of the container, and has an outlet on the outer peripheral surface for allowing the heat medium to flow into the latent heat storage body from the outside of the container;
An outflow pipe which is disposed in the upper space and communicates with the outside of the container, and has an inlet on the outer peripheral surface for allowing the heat medium in the upper space to flow out of the container;
A waste heat area heat exchanger installed in a waste heat area where the heat medium in the upper space flows out from the suction port of the outflow pipe to the outside of the container in a variable flow rate and generates waste heat, or An inflow / outflow control unit that flows into the latent heat storage body through the heat utilization area heat exchanger installed in the heat utilization area that uses waste heat from the discharge port of the inflow pipe so that the flow rate can be freely changed,
A liquid level sensor for detecting a liquid level of the heat medium in the upper space;
A latent heat storage device comprising:
前記液位センサにより検出される前記熱媒体の液位が前記吸入口よりも高い定常位置にある状態で、前記流出入制御部を制御して、前記上方空間にある前記熱媒体を流出させて、前記廃熱エリア熱交換器で熱交換させ、当該流出の流量と同じ流量で前記潜熱蓄熱体内に流入させる貯熱運転を行なう工程と、
前記液位センサにより検出される前記熱媒体の液位が前記定常位置にある状態で、前記流出入制御部を制御して、前記上方空間にある前記熱媒体を前記熱媒体と前記潜熱蓄熱体との熱交換速度により上限が決定される第1の流量で流出させて、前記熱利用エリア熱交換器で熱交換させ、当該流出の流量と同じ流量で前記潜熱蓄熱体内に流入させる放熱運転を行なう工程と、
前記流出入制御部を制御して、一時的に、前記上方空間にある前記熱媒体を前記第1の流量の上限よりも大きい第2の流量で流出させて前記熱利用エリア熱交換器で熱交換させ、前記潜熱蓄熱体内に前記第1の流量で流入させる臨時放熱運転を行なう工程と、
を備える熱利用方法。 A heat utilization method using the latent heat storage device according to claim 1 or 2,
In a state where the liquid level of the heat medium detected by the liquid level sensor is in a steady position higher than the suction port, the inflow / outflow control unit is controlled to cause the heat medium in the upper space to flow out. A heat storage operation in which heat is exchanged in the waste heat area heat exchanger and is allowed to flow into the latent heat storage body at the same flow rate as the outflow, and
In the state where the liquid level of the heat medium detected by the liquid level sensor is in the steady position, the inflow / outflow control unit is controlled so that the heat medium in the upper space is replaced with the heat medium and the latent heat storage body. The heat dissipation operation is performed by causing the heat flow to flow out at a first flow rate that is determined by the heat exchange speed with the heat exchange area, exchanging heat with the heat utilization area heat exchanger, and flowing into the latent heat storage body at the same flow rate as the flow rate of the outflow. Performing steps;
The inflow / outflow control unit is controlled to temporarily cause the heat medium in the upper space to flow out at a second flow rate that is larger than the upper limit of the first flow rate, and to generate heat in the heat utilization area heat exchanger. Replacing the latent heat storage body and performing a temporary heat radiation operation to flow into the latent heat storage body at the first flow rate;
A heat utilization method comprising:
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