JP3842413B2 - 顕熱回収装置及び蓄熱タンク - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱利用ユニットにおける顕熱回収装置及び蓄熱タンクに関するものである。
【0002】
【従来の技術及びその課題】
従来の蓄熱タンクとして、図5に示すものが提案されている。すなわち、蓄熱タンク100の密閉された内部空間110が、左右方向に延在する横境壁101によつて複数の収容空間102に分割され、蓄熱タンク100の上端部に熱媒体の上部出入口103が形成され、蓄熱タンク100の下端部に熱媒体の下部出入口104が形成されている。各横境壁101は、蓄熱タンク1の内壁に所定間隔で固着され、上下に隣接する収容空間102同士を連通する隙間を含む開口101aが形成されている。
【0003】
しかして、上部出入口103又は下部出入口104の一方からの熱媒体の流入に伴つて、他方から熱媒体が流出する。この熱媒体の出入りにより、各横境壁101に形成した開口部101aを流れながら、上下の横境壁101によつて区画される収容空間102の間でも熱媒体が移動する。この内部空間110に貯留させる熱媒体により、熱媒体が図外の熱利用ユニットから奪つた顕熱を蓄熱タンク100に回収することができる。そして、熱媒体が溜まる内部空間110が横境壁101によつて複数の収容空間102に区画されて、収容空間102の上下幅が狭幅をなしているので、内部空間110の全体で熱媒体に自然対流を生じることが抑制される。これにより、各収容空間102内での温度分布の保持性能が向上し、各収容空間102内に回収した顕熱を熱利用ユニットの温度変化に有効利用することが可能となる。
【0004】
しかしながら、このような従来の蓄熱タンク100にあつては、熱利用ユニットに付属させて熱利用ユニットの顕熱を回収させる際に、次のような技術的課題を有している。すなわち、各横境壁101が固定位置に設けられ、収容空間102の容積が変動しない構造となつていたため、蓄熱タンク100内への熱媒体の流入速度が大きい場合には流れが乱れ、温度分布の成層状態が崩れて熱拡散を起こして蓄える有効エネルギが減少し、流入速度が小さい場合には、顕熱回収に長時間を要するのみならず流出入の間に蓄熱タンク100を通して外部への熱放出が大きくなる。また、横境壁101の開口101aを大きく形成した場合には、待機中に熱媒体の自然対流が生じて有効エネルギが減少し、横境壁101の開口101aが小さい場合には、蓄熱タンク100での熱媒体の流出入速度が低下すると同時に、各収容空間102での流れが乱れてエネルギロスを生じる。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明は、このような従来の技術的課題に鑑みてなされたものであり、その構成は次の通りである。
請求項1の発明の構成は、加熱装置33による加熱状態と冷却装置34による冷却状態とが交互に与えられると共に、熱媒体通路15aを付属する熱利用ユニット(15)と、
蓄熱タンク1の内部空間60に上下動自在に収容され、該内部空間60を下部空間61及び上部空間62に区画し、下部空間61への熱媒体の流入に伴つて上昇して上部空間62内の熱媒体を流出させ、上部空間62への熱媒体の流入に伴つて下降して下部空間61内の熱媒体を流出させるラムセパレータ4と、
熱媒体よりも比重が大に設定されて蓄熱タンク1の下部空間61に配設され、変形可能な接続手段20によつてラムセパレータ4に接続され、ラムセパレータ4の上昇によつて下部空間61内を複数の熱媒体収容室66に区画する少なくとも1個の下部仕切部材7と、
熱媒体よりも比重が小に設定されて蓄熱タンク1の上部空間62に配設され、変形可能な接続手段20によつてラムセパレータ4に接続され、ラムセパレータ4の下降によつて上部空間62内を複数の熱媒体収容室67に区画する少なくとも1個の上部仕切部材8と、
上部空間62の上端部を該熱媒体通路15aの一端部に接続させる第1の流路系(74,76)及び下部空間61の下端部を該熱媒体通路15aの他端部に接続させる第2の流路系(75,77)と、
蓄熱タンク1の下部空間61と蓄熱タンク1の上部空間62との間で熱媒体を交互に移送させる移送装置(52)とを有することを特徴とする顕熱回収装置である。
請求項2の発明は、内部空間60を有し、上端部の上部熱媒体出入口6b及び下端部の下部熱媒体出入口6cが形成された筒状のタンク本体6aと、
該内部空間60に上下動自在に収容され、該内部空間60を下部空間61及び上部空間62に区画し、下部空間61への熱媒体の流入に伴つて上昇して上部空間62内の熱媒体を流出させ、上部空間62への熱媒体の流入に伴つて下降して下部空間61内の熱媒体を流出させるラムセパレータ4と、
熱媒体よりも比重が大に設定されて蓄熱タンク1の下部空間61に配設され、変形可能な接続手段20によつてラムセパレータ4に接続され、ラムセパレータ4の上昇によつて下部空間61内を複数の熱媒体収容室66に区画する少なくとも1個の下部仕切部材7と、
熱媒体よりも比重が小に設定されて蓄熱タンク1の上部空間62に配設され、変形可能な接続手段20によつてラムセパレータ4に接続され、ラムセパレータ4の下降によつて上部空間62内を複数の熱媒体収容室67に区画する少なくとも1個の上部仕切部材8とを有することを特徴とする蓄熱タンクである。
請求項3の発明は、下部熱媒体出入口6cが、上下方向に間隔を有して下部空間61内に開口する下側の下流出穴10a及び上側の下流入穴9aを有し、該下流出穴10aに、流出方向の流れを許容し、流入方向への流れを制限する逆止弁11が設けられ、かつ、ラムセパレータ4の下面に、ラムセパレータ4が最下降した状態で下流入穴9aを受け入れる切欠部4aが形成されると共に、
上部熱媒体出入口6bが、上下方向に間隔を有して上部空間62内に開口する上側の上流出穴10b及び下側の上流入穴9bを有し、該上流出穴10bに、流出方向の流れを許容し、流入方向への流れを制限する逆止弁11が設けられ、かつ、ラムセパレータ4の上面に、ラムセパレータ4が最上昇した状態で上流入穴9bを受け入れる切欠部4bが形成されることを特徴とする請求項2の蓄熱タンクである。
請求項4の発明は、タンク本体6aの内部に、タンク本体6aの中心軸線方向に延在するラムガイド12を設け、該ラムガイド12によつてラムセパレータ4、下部仕切部材7及び上部仕切部材8の昇降を案内させると共に、該ラムガイド12に、下流出穴10a及び下流入穴9a並びに上流出穴10b及び上流入穴9bが形成されることを特徴とする請求項3の蓄熱タンクである。
【0006】
【発明の実施の形態】
本発明の1実施の形態について図1〜図4を参照して説明する。
先ず、本発明に係る蓄熱タンクを備える顕熱回収装置について、図1を参照して説明する。図1中において符号15は熱利用ユニットとしての水素回収容器であり、内部に水素吸蔵合金Mを収容すると共に、水素吸蔵合金Mを加熱又は冷却するための熱媒体通路15aを有している。熱媒体通路15aの一端は、熱媒体供給口30に接続され、熱媒体通路15aの他端は、熱媒体排出口31に接続されている。熱媒体供給口30と熱媒体排出口31との間には、加熱装置33、冷却装置34及び蓄熱タンク1がそれぞれ接続される。
【0007】
加熱装置33は、開閉バルブ40及びポンプ50を備える流路70によつて熱媒体供給口30に接続されると共に、開閉バルブ41を備える流路71によつて熱媒体排出口31に接続されている。冷却装置34は、開閉バルブ42及びポンプ51を備える流路72によつて熱媒体供給口30に接続されると共に、開閉バルブ43を備える流路73によつて熱媒体排出口31に接続されている。
【0008】
蓄熱タンク1は、次のようにして熱媒体供給口30及び熱媒体排出口31に接続されている。すなわち、開閉バルブ45及び熱媒体を一方向に移送する移送装置であるポンプ52を備える第1の流路74の一端部が、熱媒体供給口30に接続され、開閉バルブ46を備える第2の流路75の一端部が、熱媒体排出口31に接続されている。また、第1,第2の流路74,75の各他端部が、4方切換弁44を介して第3,第4の流路76,77の一端部に選択的に切換え接続が可能であり、第3の流路76の他端部は蓄熱タンク1の後記する上部熱媒体出入口6bに接続され、第4の流路77の他端部は後記する下部熱媒体出入口6cに接続されている。これらの熱媒体通路15a、熱媒体供給口30、熱媒体排出口31及び各流路70,71,72,73,74,75,76,77並びに蓄熱タンク1内には、液体からなる熱媒体が収容されている。
【0009】
4方切換弁44は、流路切換装置としての機能を有し、図1に示すように第1ポート44aを第1の流路74に接続させ、第2ポート44bを第3の流路76に接続させ、第3ポート44cを第2の流路75に接続させ、第4ポート44dを第4の流路77に接続させることにより、蓄熱タンク1の上部熱媒体出入口6bが熱媒体供給口30に接続され、蓄熱タンク1の下部熱媒体出入口6cが熱媒体排出口31に接続される。また、図1に示す状態から4方切換弁44を反時計周り方向に90度だけ切換え操作して、第1ポート44aを第4の流路77に接続させ、第2ポート44bを第1の流路74に接続させ、第3ポート44cを第3の流路76に接続させ、第4ポート44dを第2の流路75に接続させることにより、蓄熱タンク1の下部熱媒体出入口6cが熱媒体供給口30に接続され、上部熱媒体出入口6bが熱媒体排出口31に接続される。
【0010】
しかして、一対の開閉バルブ40,41を開いた状態でポンプ50を駆動することにより、加熱装置33によつて加熱された熱媒体が、熱媒体供給口30から熱媒体通路15aに導かれ、水素吸蔵合金Mを加熱し、熱媒体排出口31から流出して循環するので、水素吸蔵合金Mから水素を放出させることができる。また、一対の開閉バルブ42,43を開いた状態でポンプ51を駆動することにより、冷却装置34によつて冷却された熱媒体が、熱媒体供給口30から熱媒体通路15aに導かれ、水素吸蔵合金Mを冷却し、熱媒体排出口31から流出して循環するので、水素吸蔵合金Mに水素を吸蔵させることができる。吸蔵又は放出される水素は、水素回収容器15に接続させた他の水素回収容器、水素利用装置等の水素装置(図示せず)との間で授受が行なわれる。
【0011】
蓄熱タンク1について説明する。蓄熱タンク1は、図2に示すように筒状をなすタンク本体6aの上端部を上蓋6dによつて閉塞させ、下端部を下蓋6eによつて閉塞させて、密閉された内部空間60を形成している。上蓋6dには、上部熱媒体出入口6bが形成され、下蓋6eには、下部熱媒体出入口6cが形成されている。この内部空間60には、ラムセパレータ4が上下動自在に収容され、ラムセパレータ4によつて内部空間60を下部空間61と上部空間62とに区画している。ラムセパレータ4は、内部空間60に適合する外形を有してタンク本体6aの内面に沿つて昇降移動が自在であり、下部空間61への熱媒体の流入又は上部空間62からの熱媒体の流出によつて上昇し、上部空間62への熱媒体の流入又は下部空間61からの熱媒体の流出によつて下降する。ラムセパレータ4は、熱媒体の流出入によつて円滑な作動が得られるように、熱媒体とほぼ同一の比重を与えることが望ましい。
【0012】
また、下部空間61には、少なくとも1個(図上では8個)の板状の下部仕切部材7が配設され、上部空間62には、少なくとも1個(図上では8個)の板状の上部仕切部材8が配設される。下・上部仕切部材7,8は、低熱伝導率の材料(例えばプラスチック)によつて製作され、いずれも内部空間60に適合する外形を有してタンク本体6aの内面に沿つて昇降移動が自在である。下部仕切部材7は、上端の下部仕切部材7が可撓性を有して変形可能な接続手段20によつてラムセパレータ4の下面に接続され、上下位置の下部仕切部材7同士が同様の接続手段20によつて接続されている。上部仕切部材8は、下端の上部仕切部材8が可撓性を有して変形可能な接続手段20によつてラムセパレータ4の下面に接続され、上下位置の上部仕切部材8同士が同様の接続手段20によつて接続されている。接続手段20は、可撓性を有するワイヤ、チェーン、治具(折曲自在なリンク)等によつて構成することができる。
【0013】
下部仕切部材7は、その比重が熱媒体の比重よりも大に設定され、上部仕切部材8は、その比重が熱媒体の比重よりも小に設定されている。但し、特に、上部仕切部材8の比重は、接続手段20の比重を考慮してあり、上部仕切部材8に下側に接続する接続手段20の重さによつて降下しないようになつている。下部仕切部材7は、ラムセパレータ4の上昇動により、接続手段20によつて上側位置のものから順次に引き上げられ、下部空間61内を複数の熱媒体収容室66に区画する。上部仕切部材8は、ラムセパレータ4の下降動により、接続手段20によつて下側位置のものから順次に引き下げられ、上部空間62内を図1,図4に示す複数の熱媒体収容室67に区画する。なお、図示の例では、下端の下部仕切部材7を同様の接続手段20によつて下蓋6eに接続させ、上端の上部仕切部材8を同様の接続手段20によつて上蓋6dに接続させてある。
【0014】
しかして、4方切換弁44を適宜に切換えると共に、両開閉バルブ45,46を開いてポンプ52を駆動することにより、下部空間61又は上部空間62の内のいずれか一方の熱媒体を下部熱媒体出入口6c又は上部熱媒体出入口6bの一方から流出させ、第1の流路74及び熱媒体供給口30を通して熱媒体通路15aに導いた後に、熱媒体排出口31及び第2の流路75を通して下部空間61又は上部空間62の他方に流入させることができる。
【0015】
下・上部仕切部材7,8は、ラムガイド12に案内させてある。ラムガイド12は、タンク本体6aの中心軸線方向に延在させて内部空間60に配設され、上蓋6dと下蓋6eとを連結し、下・上部仕切部材7,8及びラムセパレータ4を相対移動自在に貫通している。更に、ラムガイド12には、上部熱媒体出入口6b及び下部熱媒体出入口6cの一部をなす流路が上下両端部に形成され、ラムガイド12の下端部の流路には、下方から順次に2個の下流出穴10a及び1個の下流入穴9aが形成され、ラムガイド12の上端部の流路には、上方から順次に2個の上流出穴10b及び1個の上流入穴9bが形成されている。
【0016】
ラムガイド12の下端部の流路に設けた下流出穴10aは、最下端の熱媒体収容室66に位置させて設けられ、図3に示すように熱媒体収容室66から下部熱媒体出入口6cに向かう流出方向の流れを許容し、流入方向への流れを制限する逆止弁11を有する。また、ラムガイド12の上端部の流路に設けた上流出穴10bは、最上端の熱媒体収容室67に位置させて設けられ、図3に示すように熱媒体収容室67から上部熱媒体出入口6bに向かう流出方向の流れを許容し、流入方向への流れを制限する逆止弁11を有する。なお、下・上流出穴10a,10bは、図3に示すようにラムガイド12の周方向に複数箇所(図上では3箇所)に形成されている。下・上流入穴9a,9bも、同様にラムガイド12の周方向に複数箇所に形成されている。
【0017】
一方、下・上流入穴9a,9bは、各接続手段20がたわんで下・上部仕切部材7,8がそれぞれ重なり合つた状態で、ラムセパレータ4の下面と最上位置の下部仕切部材7との間、及びラムセパレータ4の上面と最下位置の上部仕切部材8との間に、それぞれ熱媒体を流入させるように形成する。このため、ラムガイド12の周囲となるラムセパレータ4の下面及び上面に、それぞれ円形状断面をなす切欠部4a,4bを形成し、下・上部仕切部材7,8がそれぞれ重なり合つた状態で、各流入穴9a,9bを各切欠部4a,4bに位置させるようになつている。図2には、上部空間62に位置する上流入穴9bが、重なり合つた状態の上部仕切部材8よりも下方に位置し、かつ、切欠部4bに位置する状態が示されている。
【0018】
このように、内部空間60の上下端部のそれぞれに複数段をなすように熱媒体が通る各穴9a,9b,10a,10bを設け、ラムセパレータ4から遠い位置の流出穴10a,10bに流出方向にのみ媒体が流れるように逆止弁11を備えさせることにより、ラムセパレータ4から遠い位置の熱媒体収容室66,67の熱媒体を残らず流出(排出)させることが可能になる。また、ラムセパレータ4のラムガイド12周りの上下面に切欠部4a,4bを設け、下・上部仕切部材7,8がそれぞれ重なり合つた状態で、各流入穴9a,9bを各切欠部4a,4bに位置させるので、ラムセパレータ4に近い熱媒体収容室66,67から順次にスムーズに流入が開始できるようになる。なお、ラムガイド12を蓄熱タンク1内に複数本設けることも可能である。また、ラムガイド12を省略し、下・上流出穴10a,10b及び下・上流入穴9a,9bを内部空間60に開口させてタンク本体6aに形成することも可能である。更に、各流入穴9a,9bに、下・上部熱媒体出入口6c,6bから熱媒体収容室66,67に向かう流入方向の流れを許容し、流出方向への流れを制限する逆止弁を備えさせることも可能である。
【0019】
次に、このような顕熱回収装置の作用について説明する。
水素回収容器15の熱媒体通路15aに、加熱装置33で加熱した熱媒体と冷却装置34で冷却した熱媒体とを交互に供給して、水素回収容器15内の水素吸蔵合金Mに温度変化を与える。水素吸蔵合金Mから水素を放出させる際には、一対の開閉バルブ40,41のみを開いた状態でポンプ50を駆動し、加熱装置33によつて加熱された熱媒体を熱媒体通路15aに導き、水素吸蔵合金Mを加熱する。また、水素吸蔵合金Mに水素を吸蔵させる際には、一対の開閉バルブ42,43のみを開いた状態でポンプ51を駆動し、冷却装置34によつて冷却された熱媒体を熱媒体通路15aに導き、水素吸蔵合金Mを冷却する。吸蔵又は放出される水素は、前述したように水素回収容器15に接続させた他の水素装置との間で授受が行なわれる。
【0020】
このようにして水素回収容器15内の水素吸蔵合金Mを昇温又は降温させて温度変化を与える際に、次の操作を行なつて水素回収容器15内の温熱及び冷熱を蓄熱タンク1に回収する。すなわち、加熱装置33で加熱した熱媒体を導入して水素回収容器15内の水素吸蔵合金Mを昇温させた後であつて、冷却装置34で冷却した熱媒体を導入して水素回収容器15内の水素吸蔵合金Mを降温させる前、つまり水素吸蔵合金Mから水素を放出させた後に、上部空間62に予め貯留させた熱媒体を水素回収容器15の熱媒体通路15aに通し、熱媒体通路15aから流出する熱媒体を下部空間61に導いて貯留させる。
【0021】
その際、4方切換弁44を図1に示すように切り換えて、下部空間61を熱媒体排出口31に接続させ、上部空間62を熱媒体供給口30に接続させると共に、一対の開閉バルブ45,46のみを開いた状態でポンプ52を駆動する。これにより、上部空間62内の熱媒体が第3流路76、4方切換弁44、第1流路74及び熱媒体供給口30を通つて熱媒体通路15aに導入され、熱媒体排出口31、第2流路75、4方切換弁44及び第4流路77を通つて下部空間61に流入するので、比較的高温状態にある水素吸蔵合金Mが次第に冷却されると共に、水素回収容器15内の顕熱が熱媒体によつて回収されて蓄熱タンク1に貯留される。このとき、ラムセパレータ4の下側に区画される下部空間61に流入・貯留される熱媒体の温度分布は、図1に示すように上部が比較的高温で下部が比較的低温状態となる。
【0022】
熱媒体が下部熱媒体出入口6cから流入して上部熱媒体出入口6bから流出する際には、熱媒体に押されてラムセパレータ4が上昇するので、内部空間60の下部空間61にある下部仕切部材7が伸び状態になつた接続手段20によつて引かれて上昇し、ラムセパレータ4と上端の下部仕切部材7(及び下部仕切部材7同士、下端の下部仕切部材7と下蓋6e)の間に熱媒体収容室66を形成してゆくと共に、上部空間62にある上部仕切部材8が浮き上がりながら上昇し、熱媒体収容室67が消滅してゆく。
【0023】
また、冷却装置34で冷却した熱媒体を導入して水素回収容器15内の水素吸蔵合金Mを降温させた後であつて、加熱装置33で加熱した熱媒体を導入して水素回収容器15内の水素吸蔵合金Mを昇温させる前、つまり水素吸蔵合金Mに水素を吸蔵させた後に、下部空間61に予め貯留させた熱媒体を下部熱媒体出入口6cから流出させて水素回収容器15の熱媒体通路15aに通し、流出する熱媒体を上部熱媒体出入口6bから上部空間62に流入・貯留させる。その際、4方切換弁44を切り換えて、下部空間61を熱媒体供給口30に接続させ、上部空間62を熱媒体排出口31に接続させると共に、一対の開閉バルブ45,46のみを開いた状態でポンプ52を駆動する。これにより、比較的低温状態にある水素吸蔵合金Mが次第に加熱されると共に、水素回収容器15内の顕熱が熱媒体によつて回収されて蓄熱タンク1に貯留される。なお、下部空間61には、既に、図1に示すように上部が比較的高温で下部が比較的低温状態の熱媒体が貯留されている。
【0024】
これにより、比較的低温状態にある水素吸蔵合金Mが次第に昇温すると共に、水素回収容器15内の顕熱が熱媒体によつて回収されて上部空間62に貯留される。このとき、ラムセパレータ4の上側に区画される上部空間62に貯留される熱媒体は、上部が比較的高温で下部が比較的低温状態となる。図1に矢印Aで示す下部空間61の下端の温度と上部空間62の上端の温度との差は、主として水素回収容器15内の温度変更に消費された熱量に対応している。
【0025】
このように、熱媒体が下部熱媒体出入口6cから流出し、上部熱媒体出入口6bから流入してラムセパレータ4が下降する際には、熱媒体収容室66,67が次のように変化する。すなわち、熱媒体が下部熱媒体出入口6cから流出しながら下端の下部仕切部材7が次第に降下し、下部空間61の底蓋6eに接した後に接続手段20がたわみ、下部仕切部材7が底蓋6eに密着状態となり、その後、(下部仕切部材7と底蓋6e、下部仕切部材7同士及び)ラムセパレータ4と下部仕切部材7との間の熱媒体収容室66が消滅して、熱媒体の全てが流出する。また、熱媒体が上部熱媒体出入口6bから流入しながら上部仕切部材8が伸び状態になつた接続手段20によつて引かれて下降し、ラムセパレータ4と下端の上部仕切部材8(及び上部仕切部材8同士、上部仕切部材8と上蓋6d)の間に熱媒体収容室67を形成してゆく。
【0026】
しかして、熱媒体が溜まる下部空間61及び上部空間62がラムセパレータ4及び下・上部仕切部材7,8によつて区画されて上下が狭幅をなしているので、上下に隣接する熱媒体収容室66,67の間で熱媒体に自然対流を生じることが抑制される。これにより、各熱媒体収容室66,67内での温度分布の保持性能が向上し、各熱媒体収容室66,67内に回収蓄熱した顕熱をその後に有効利用することが可能となる。
【0027】
また、熱媒体が下部熱媒体出入口6cから流入する際には、下流出穴10aには流入方向への流れを制限する逆止弁11が設けられているので、下流入穴9aからのみ流入する。いま、下部仕切部材7が下部空間61の底部つまり下蓋6e上に積み重なつた状態にあれば、最上端に位置する下部仕切部材7の上面側に開口する下流入穴9aからラムセパレータ4と最上端の下部仕切部材7との間に熱媒体が流入する。ラムセパレータ4に、ラムセパレータ4が最下降した状態で下流入穴9aを受け入れる切欠部4aを形成することにより、ラムセパレータ4と最上端の下部仕切部材7との間に熱媒体が確実に流入し、熱媒体収容室66が形成される。下部仕切部材7は、その比重が熱媒体の比重よりも大に設定されているので、上位置の接続手段20が適当に伸びた後に引き上げられて次第に上昇する。そして、引き上げられた下部仕切部材7が下流入穴9aを越えて上昇したときに、この下部仕切部材7と次位の下部仕切部材7との間に熱媒体が流入し、次位の熱媒体収容室66を形成する。このようにして、次々に熱媒体収容室66が形成されてゆく。
【0028】
一方、熱媒体が下部熱媒体出入口6cから流出する際には、下流出穴10a及び下流入穴9aの両者から流出する。従つて、下流入穴9aよりも下位置を採る下流出穴10aからの熱媒体の流出により、各熱媒体収容室66内の熱媒体が十分に流出する。なお、下部熱媒体出入口6cの下流出穴10a及び下流入穴9aと上下対称位置となるように、上部熱媒体出入口6bにも逆止弁11を有する上側の上流出穴10b及び下側の上流入穴9bを備えさせ、かつ、ラムセパレータ4の上面に、ラムセパレータ4が最上昇した状態で上流入穴9bを受け入れる切欠部4bを形成してあるので、上部熱媒体出入口6bからの熱媒体の流出入作用もほぼ同様に得られる。
【0029】
このような操作を繰り返して与えることにより、水素回収容器15内の顕熱が下部空間61又は上部空間62に交互に貯留されると共に、その後に水素回収容器15内の水素吸蔵合金Mの温度変更に有効活用される。すなわち、加熱した水素吸蔵合金Mを降温させる前に、蓄熱タンク1の上部空間62に上部が比較的高温で下部が比較的低温状態として貯留されている熱媒体が、上部側つまり高温側から次第に流出して、高温状態の水素吸蔵合金Mを次第に降温させるので、水素吸蔵合金Mの降温が効果的に行なわれる。また、冷却した水素吸蔵合金Mを昇温させる前に、蓄熱タンク1の下部空間61に上部が比較的高温で下部が比較的低温状態として貯留されている熱媒体が、下部側つまり低温側から次第に流出して、低温状態の水素吸蔵合金Mを次第に昇温させるので、水素吸蔵合金Mの昇温が効果的に行なわれる。
【0030】
かくして、水素回収容器15内の多量の熱エネルギーを1個の蓄熱タンク1に回収可能であり、水素回収容器15の加熱装置33による加熱及び冷却装置34による冷却を最小限のエネルギー消費で行なうことが可能になる。すなわち、加熱装置33による加熱時及び冷却装置34による冷却時には、顕熱回収後の温度差を補う分及びその後の温度維持分のみのエネルギでよく、顕熱回収時にはポンプ52運転分のみのエネルギでよい。
【0031】
ところで、上記顕熱回収装置にあつては、水素回収容器15の熱媒体通路15aを、蓄熱タンク1の熱媒体を通すためのみならず、冷却装置34で冷却した熱媒体及び加熱装置33で加熱した熱媒体を交互に通すことにも共用したが、冷却装置34で冷却した熱媒体、加熱装置33で加熱した熱媒体及び蓄熱タンク1の熱媒体を通す熱媒体通路を個別に備えさせることも可能である。更に、冷却装置34で冷却した熱媒体及び加熱装置33で加熱した熱媒体を交互に水素回収容器15の熱媒体通路15aに通すことに代えて、冷却装置34で水素回収容器15の外壁を直接冷却し、また、加熱装置33で水素回収容器15の外壁を直接加熱し、熱媒体及び熱媒体通路15aを蓄熱タンク1にのみ使用することも可能である。
【0032】
また、上記1実施の形態において、冷却装置34で冷却した熱媒体を導入して水素回収容器15内の水素吸蔵合金Mを降温させる前に、上部空間62に貯留させた熱媒体を熱媒体通路15aに通し、熱媒体通路15aから流出する熱媒体を下部空間61に導いて貯留させ、また、冷却装置34で冷却した熱媒体を導入して水素回収容器15内の水素吸蔵合金Mを降温させた後であつて、加熱装置33で加熱した熱媒体を導入して水素回収容器15内の水素吸蔵合金Mを昇温させる前に、下部空間61に予め貯留させた熱媒体を下部熱媒体出入口6cから流出させて水素回収容器15の熱媒体通路15aに通し、流出する熱媒体を上部熱媒体出入口6bから上部空間62に流入・貯留させた。
【0033】
これによれば、下部空間61及び上部空間62の両者において、上層部が高温で下層部が低温となるように熱媒体を流入・貯留させ、蓄熱タンク1内に熱媒体の乱れが少ない状態で熱媒体を流入させることができ、流出入速度を高めることができると共に、熱媒体収容室66,67間の下・上部仕切部材7,8とタンク本体6aの内壁との間の隙間や、下・上部仕切部材7,8自体に開設する熱媒体用の通路が理論的に不要であることとも相まつて、蓄熱タンク1の待機時に蓄熱タンク1内の熱媒体に自然対流も起こしにくく、顕熱回収装置として蓄える有効エネルギの減少を大幅に抑えることができる。
【0034】
しかしながら、顕熱の回収量を若干犠牲にして、下部空間61と上部空間62とを交換することも可能である。すなわち、加熱装置33で加熱した熱媒体を導入して水素回収容器15内の水素吸蔵合金Mを昇温させた後であつて、冷却装置34で冷却した熱媒体を導入して水素回収容器15内の水素吸蔵合金Mを降温させる前に、下部空間61に貯留させた熱媒体を熱媒体通路15aに通し、熱媒体通路15aから流出する熱媒体を上部空間62に導いて貯留させ、また、冷却装置34で冷却した熱媒体を導入して水素回収容器15内の水素吸蔵合金Mを降温させた後であつて、加熱装置33で加熱した熱媒体を導入して水素回収容器15内の水素吸蔵合金Mを昇温させる前に、上部空間62に予め貯留させた熱媒体を上部熱媒体出入口6bから流出させて水素回収容器15の熱媒体通路15aに通し、流出する熱媒体を下部熱媒体出入口6cから下部空間61に流入・貯留させることも可能である。
【0035】
更に、上記1実施の形態において、上部熱媒体出入口6b又は下部熱媒体出入口6cの一方と熱媒体供給口30との間を4方切換弁44、開閉バルブ45及びポンプ52を備える第1の流路74によつて接続させ、また、上部熱媒体出入口6b又は下部熱媒体出入口6cの他方と熱媒体排出口31との間を4方切換弁44及び開閉バルブ46を備える第2の流路75によつて接続させたが、上部熱媒体出入口6b又は下部熱媒体出入口6cと熱媒体供給口30又は熱媒体排出口31とを選択的に切換え接続させればよく、4方切換弁44に代えて2個の3ポート2位置切換弁を流路切換装置として使用することも可能である。
【0036】
また、ポンプ52に熱媒体を正又は逆に送る双方向ポンプとしての機能を付与すれば、4方切換弁44を省略することが可能であり、その場合には、上部空間62の上部熱媒体出入口6bを熱媒体通路15aの一端部に接続させる第1の流路系(74,76)と、下部空間61の下部熱媒体出入口6cを熱媒体通路15aの他端部に接続させる第2の流路系(75,77)とを備えさせ、移送装置としての双方向ポンプ(52)により、蓄熱タンク1の下部空間61と上部空間62との間で熱媒体を交互に移送させる。
【0037】
【発明の効果】
以上の説明によつて理解されるように、本発明に係る顕熱回収装置及び蓄熱タンクによれば、次の効果が得られる。
(1)請求項1に係る顕熱回収装置によれば、加熱・冷却の変更に伴つて無駄にしていた熱利用ユニットのもつ大きな顕熱エネルギを効果的に再利用できる。特に、蓄熱タンクの内部空間をラムセパレータによつて下部空間及び上部空間に区画し、下部空間と上部空間とに個別に熱媒体を貯留させるので、既に流入していた熱媒体と新たに流入する熱媒体との間での混合が防止され、高度の顕熱回収を行なうことが可能になる。
【0039】
(2)加えて、上部空間の上端部を熱媒体通路の一端部に接続させる第1の流路系及び下部空間の下端部を熱媒体通路の他端部に接続させる第2の流路系を備えるので、蓄熱タンクの下部空間と蓄熱タンクの上部空間との間で熱媒体を交互に移送させる移送装置を使用して、熱利用ユニットの顕熱エネルギを回収することが可能になる。
【0040】
加えて、下部空間内を複数の熱媒体収容室に区画する少なくとも1個の下部仕切部材と、上部空間内を複数の熱媒体収容室に区画する少なくとも1個の上部仕切部材とを有するので、熱媒体の乱れを抑制させた状態で流出入速度を高めることができ、また、熱媒体収容室間の仕切部材に隙間や通路を設けることが理論的に不要であることとも相まつて、待機時に下部空間内の熱媒体及び上部空間内の熱媒体に自然対流を起こしにくく、顕熱回収装置として蓄える有効エネルギの減少を大幅に抑えることができる。
【0041】
(3)請求項2に係る蓄熱タンクによれば、下部空間内を複数の熱媒体収容室に区画する少なくとも1個の下部仕切部材と、上部空間内を複数の熱媒体収容室に区画する少なくとも1個の上部仕切部材とを有するので、熱媒体の乱れを抑制させた状態で流出入速度を高めることができ、また、熱媒体収容室間の仕切部材に隙間や通路を設けることが理論的に不要であることとも相まつて、待機時に下部空間内の熱媒体及び上部空間内の熱媒体に自然対流を起こしにくく、蓄える有効エネルギの減少を大幅に抑えることが可能になる。
【0042】
(4)請求項3に係る蓄熱タンクによれば、ラムセパレータに近い側の仕切部材から順次に熱媒体収容室を区画させ、ラムセパレータから遠い側の熱媒体収容室から順次に熱媒体を流出させることができるので、各熱媒体収容室毎に良好な温度差を与えた状態で顕熱を回収し、かつ、有効利用することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の1実施の形態に係る顕熱回収装置を示す概略図。
【図2】 同じく蓄熱タンクを示す断面図。
【図3】 同じくラムガイドの流出穴を示す断面図。
【図4】 同じく作用説明図。
【図5】 従来の蓄熱タンクを示す断面図。
【符号の説明】
1:蓄熱タンク、4:ラムセパレータ、4a,4b:切欠部、6a:タンク本体、6b:上部熱媒体出入口、6c:下部熱媒体出入口、7:下部仕切部材、8:上部仕切部材、9a:下流入穴、9b:上流入穴、10a:下流出穴、10b:上流出穴、12:ラムガイド、15:水素回収容器(熱利用ユニット)、15a:熱媒体通路、20:接続手段、33:加熱装置、34:冷却装置、44:4方切換弁(流路切換装置)、52:ポンプ(移送装置)、60:内部空間、61:下部空間、62:上部空間、74:第1の流路(第1の流路系)、75:第2の流路(第2の流路系)、76:第3の流路(第1の流路系)、77:第4の流路(第2の流路系)、66,67:熱媒体収容室。
Claims (4)
- 加熱装置(33)による加熱状態と冷却装置(34)による冷却状態とが交互に与えられると共に、熱媒体通路(15a)を付属する熱利用ユニット(15)と、
蓄熱タンク(1)の内部空間(60)に上下動自在に収容され、該内部空間(60)を下部空間(61)及び上部空間(62)に区画し、下部空間(61)への熱媒体の流入に伴つて上昇して上部空間(62)内の熱媒体を流出させ、上部空間(62)への熱媒体の流入に伴つて下降して下部空間(61)内の熱媒体を流出させるラムセパレータ(4)と、
熱媒体よりも比重が大に設定されて蓄熱タンク(1)の下部空間(61)に配設され、変形可能な接続手段(20)によつてラムセパレータ(4)に接続され、ラムセパレータ(4)の上昇によつて下部空間(61)内を複数の熱媒体収容室(66)に区画する少なくとも1個の下部仕切部材(7)と、
熱媒体よりも比重が小に設定されて蓄熱タンク(1)の上部空間(62)に配設され、変形可能な接続手段(20)によつてラムセパレータ(4)に接続され、ラムセパレータ(4)の下降によつて上部空間(62)内を複数の熱媒体収容室(67)に区画する少なくとも1個の上部仕切部材(8)と、
上部空間(62)の上端部を該熱媒体通路(15a)の一端部に接続させる第1の流路系(74,76)及び下部空間(61)の下端部を該熱媒体通路(15a)の他端部に接続させる第2の流路系(75,77)と、
蓄熱タンク(1)の下部空間(61)と蓄熱タンク(1)の上部空間(62)との間で熱媒体を交互に移送させる移送装置(52)とを有することを特徴とする顕熱回収装置。 - 内部空間(60)を有し、上端部の上部熱媒体出入口(6b)及び下端部の下部熱媒体出入口(6c)が形成された筒状のタンク本体(6a)と、
該内部空間(60)に上下動自在に収容され、該内部空間(60)を下部空間(61)及び上部空間(62)に区画し、下部空間(61)への熱媒体の流入に伴つて上昇して上部空間(62)内の熱媒体を流出させ、上部空間(62)への熱媒体の流入に伴つて下降して下部空間(61)内の熱媒体を流出させるラムセパレータ(4)と、
熱媒体よりも比重が大に設定されて蓄熱タンク(1)の下部空間(61)に配設され、変形可能な接続手段(20)によつてラムセパレータ(4)に接続され、ラムセパレータ(4)の上昇によつて下部空間(61)内を複数の熱媒体収容室(66)に区画する少なくとも1個の下部仕切部材(7)と、
熱媒体よりも比重が小に設定されて蓄熱タンク(1)の上部空間(62)に配設され、変形可能な接続手段(20)によつてラムセパレータ(4)に接続され、ラムセパレータ(4)の下降によつて上部空間(62)内を複数の熱媒体収容室(67)に区画する少なくとも1個の上部仕切部材(8)とを有することを特徴とする蓄熱タンク。 - 下部熱媒体出入口(6c)が、上下方向に間隔を有して下部空間(61)内に開口する下側の下流出穴(10a)及び上側の下流入穴(9a)を有し、該下流出穴(10a)に、流出方向の流れを許容し、流入方向への流れを制限する逆止弁(11)が設けられ、かつ、ラムセパレータ(4)の下面に、ラムセパレータ(4)が最下降した状態で下流入穴(9a)を受け入れる切欠部(4a)が形成されると共に、
上部熱媒体出入口(6b)が、上下方向に間隔を有して上部空間(62)内に開口する上側の上流出穴(10b)及び下側の上流入穴(9b)を有し、該上流出穴(10b)に、流出方向の流れを許容し、流入方向への流れを制限する逆止弁(11)が設けられ、かつ、ラムセパレータ(4)の上面に、ラムセパレータ(4)が最上昇した状態で上流入穴(9b)を受け入れる切欠部(4b)が形成されることを特徴とする請求項2の蓄熱タンク。 - タンク本体(6a)の内部に、タンク本体(6a)の中心軸線方向に延在するラムガイド(12)を設け、該ラムガイド(12)によつてラムセパレータ(4)、下部仕切部材(7)及び上部仕切部材(8)の昇降を案内させると共に、該ラムガイド(12)に、下流出穴(10a)及び下流入穴(9a)並びに上流出穴(10b)及び上流入穴(9b)が形成されることを特徴とする請求項3の蓄熱タンク。
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