JPH0271052A

JPH0271052A - 顕熱蓄熱装置

Info

Publication number: JPH0271052A
Application number: JP22247288A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Tomita; 冨田　勉; Yoshiaki Tamura; 田村　善昭; Bunzo Tada; 多田　文三
Original assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Current assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Priority date: 1988-09-07
Filing date: 1988-09-07
Publication date: 1990-03-09

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】産、上の１本発明は、漬水の顕熱を利用して蓄熱する蓄熱装置に関
する。

願胆炎糺外部熱源で加熱して蓄熱し、必要に応じてＭ熱した熱を
取出して利用する蓄熱装置に使用する蓄熱材としては、
物質の融解潜熱を利用した潜熱蓄熱材と、物質の比熱を
利用した顕熱蓄熱材とがある。

水はあらゆる物質中で抜群に比熱が大きく、化学的に安
定し、そのま１利用することができ、かつ価格が極めて
安い等の種々の利点を備えているところから、昔から湯
婆（ゆたんば）に利用され、現在では深夜電力を利用し
た温水器の蓄熱材として専ら利用されている。

しかし、水は１００℃で蒸発するので、産業用の高圧蒸
気等を発生するための熱源としては蓄熱温度が低く、数
百度の蓄熱温度をもった顕熱蓄熱装置としては、蓄熱温
度でも発生しない特殊な油の類等が使用される。

ところで、顕熱蓄熱装置では、蓄熱槽の中に熱交換用配
管を設けて蓄熱材に蓄熱された熱を利用流体や熱媒体流
体で取出した場合は、蓄熱材の温度は漸次低下し、一定
温度で一定量の熱を取出すことが困難であるという難点
がある。

この点を解決し、蓄熱された熱を取出しても常に蓄熱材
の温度を一定に保持することのできる顕熱蓄熱装置とし
て、例えばｌＥＣＥＣ（ＩｎｔｅｒｓｏｃｉｅｔｙＥｎ
ｅｒｇｙ　　Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ　　Ｅｎｇｉｎｅｅ
ｒｉｎｇ　Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ）の論文集に所載の’
Ｔｈｅｒｍａｌ　Ｅｎｅｒｇｙ　　Ｓｔｏｒａｇｅ　ａ
ｔ９００℃”と題する論文に、２槽型顕熱蓄熱装置（ｔ
ｗｏ　　　　ｇｅｎｅｒｉｃ　　ｔｙｐｅ　　　ｏｆ　
　　Ｌｈｅｒｍａｌ　　ｓｔｏｒａｇｅｔａｎｋ　　）
が紹介されている。このシステムは、高温液槽と低温液
槽の２つの液槽を設け、高温液槽に所定の蓄熱温度に加
熱された蓄熱液を貯溜し、熱利用時には高温液槽に貯溜
された液を取出して放熱させて利用し、これにより温度
が低下した液を低温液槽に移送して貯溜し、蓄熱時には
低温液槽から液を取出し、外部熱源により所定の蓄熱温
度に加熱して高温液槽に貯溜するものである。

このシステムでは、高温液槽と低温液槽との内部に貯溜
される蓄熱液の合計は一定である。そこで、このシステ
ムの１つの型式として、同論文には竪型円筒状貯槽の内
部にその断面全体に拡がる筏を昇降可能に設け、貯槽内
空間を上下２つの部分に分割し、筏の上部を高温液空間
とし、筏の下部を低温液空間とし、高温液空間には例え
ば（Ｌｉ−Ｎａ−に）２ＣＯ３の９００℃の溶融塩を貯
溜し、低温液空間には４２５℃の同じ溶融塩を貯溜する
ようにしたシステムが開示されている。

が　′しようと　る問題本発明は、上述の竪型円筒状貯槽の内部を昇降可能なフ
ロート（筏）で上下に２分して夫々高温液空間と低温液
空間とした型式の顕熱貯蔵装置を使用して外部の熱を蓄
熱し、貯蔵した熱を取出して利用するための具体的な構
成を提供することを課題とする。

課　達成のための本発明は、上記の課題を達成させるため、上述の型式の
顕熱蓄熱装置において、フロート（筏）で仕切られた貯
槽内空間の一方の高温液空間より他方の低温液空間に蓄
熱液を移送する管路と、その途中に設けられ管内を流れ
る液より放熱する放熱器と、低温液空間より高温液空間
に蓄熱液を移送する管路と、その途中又は高温液空間内
に設けられ外部熱源により液を加熱する加熱器とを有す
ることを特徴とする。

１−匪上記の構成により、蓄熱液は加熱器を介して外部熱源に
より所定の蓄熱温度に加熱されて高温液空間内に貯溜さ
れ、熱を取出す際には、高温液空間内に貯溜する高温液
を管路を経て低温液空間に移送し、その間に放熱器を介
して所要の熱を取出し、温度の下った液を低温液空間に
貯溜する。その結果、高温液は減少し、低温液は増加す
るが、フロートの昇降により、雨空間の容積は液量に応
じて変化する。

上記発明の実施態様構成及び作用は以下に図面を参照し
て詳細に述べる実施例の説明により明らかにされるであ
ろう。

支１λ 第１図は、本発明の実施例の全体構成を示す図である。

基Ｆａｌ上に設置された竪型円筒タンク２の外周壁は適
宜断熱３を施されており、その内部空間はその水平断面
の概ね全体に拡がり、上下に移動可能なフロート４によ
り上下２つの空間に分割されている。この実施例では、
フロート４の上側空間が高温液空間５、下側空間が低温
液空間６となっている。フロートの上面（すなわち高温
液空間側の面）の中心には凹部が設けられ、その底から
フロートを貫通して設けられた貫通孔の下端からスイベ
ルジヨイントにより屈曲可能な管８が低温液空間６内を
経てその側壁下部より貯槽２外に出て、移送ポンプ９、
放熱器ＥＸ−２を経た後貯槽２内の低温液空間に開口し
ている。

一方、低温液空間６の側壁下部より外部に出て移送ポン
プ１０、外部熱源による加熱器ＥＸ−１を経て高温液空
間の側壁内に開口する管路１１が設けられている。

貯槽２内には、所定の蓄熱温度及び圧力で蒸発しない液
体、例えばダウサム、Ｎｅｏ　ＳＫ、カロリア（いずれ
も商品名）等の高温でも気化しない熱媒体液体が蓄熱材
として高温液空間５と低温液空間６にわたって充填され
ている。

貯槽２内空間の上部には貯槽壁を貫通し外部に延びる管
１２を介してブリージングタンク１３が接続されている
。プリージングタンク１３の内部はゴム膜１４により上
下に分かれ、ゴム膜の中央には重錘１５が載せられ、こ
れによりゴム膜の下側の空間に充填された気体、例えば
窒素ガスは所定の圧力に加圧され、管１２を介して貯槽
２内空間をその圧力で加圧する。

貯槽２は金属製、コンクリート製、ファインセラミック
レンガ製、又はこれらの組合せによるハイブリッド方式
等任意のものとすることができる。又、図には地上タン
クとして示したが、地下式、半地下式とすることも可能
である。

又、上記の例ではフロート４の上方の空間を高温液空間
、下方の空間を低温液空間としたがその逆であっても差
支えない。

フロート４の比重を、貯蔵する蓄熱液の比重と概ね等し
くすれば、任意の位置に自動的に停止させることができ
、蓄熱、放熱過程で、フロートの上下両空間の貯液量が
増減すれば自動的に雨空間の容積が所要の容積になるよ
うにフロートが移動する。

フロートの位置を制御して移動させる場合は、高温液空
間の液温を検知し、その温度とあらかじめ定めた高温液
貯蔵温度とを比較し、その温度差が零になるように液移
送ポンプ９．１．０の流量とともにフロートの位置を制
御すればよい。あるいは加熱器ＥＸ−１又は放熱器ＥＸ
−２の加熱量又は放熱量を検知して、その値によりフロ
ートの昇降量を制御することも可能である。

フロートを常に水平に保持するには、第２図（ａ）（ｂ
）に示すような綱取りの平衡ワイヤ１６．１７を設ける
のがよい。又、フロートを駆動源で移動させる場合は、
第３図（ａ）（ｂ）に示す如く、平衡ワイヤの一方に設
けたブー１１８を駆動源１つにより駆動すればよい。

又、竪型円筒貯槽の中に円形のフロートを設けた場合は
、フロートが貯槽内で中心の周りに回動するので、例え
ば側壁内面に鉛直方向にフレームを設け、フロートにこ
れと係合する切込みを設けて噛合せる等のフロートの回
転止めを設けることが必要である。

フロートで仕切られる高温液空間と低温液空間の夫々の
空間内の蓄熱液の温度差は、例えば高温液の温度が３０
０℃、低温液の温度が１００℃とすれば２００℃になり
、極めて大きな温度差となる。したがって、フロートは
内部に断熱材を充填したり、真空にしてスーパーインシ
ュレーションを施す等の配慮をすることが望ましい。ま
た、フロートの上下面の温度差に伴う熱膨張差を調整す
るために少なくとも一方の面をしわをつけたメンブレン
形状とすることが望ましい。

さらに、貯槽側壁内面とフロート外周縁との間に大きな
隙間があると、これを通じて両空間内の貯液が混り合う
ので、フロートの周縁にシール手段を設けるのがよい。

シール手段としては第・１図（ａ）に示す如くフロート
の縁に複数の平衡なリング状の水平突出板２０を貯槽壁
内面と僅かな間隙で近接するように設けてラビリンスを
形成する方法や、第４図（ｂ）に示すように、弾性を有
する金属薄板２１を円弧状断面に曲げて弾発的に貯槽壁
内面に圧接させたり、（ｃ）図に示す如く柔軟な膜２２
の内部に気泡材２３を充填したものが使用可能である。

これらのシール部材の材質は貯液の液温に耐えるものと
すべきことは云う迄もないしかし、フロートの上側の空間が高温液空間で、下側の
空間が低温液空間である場合は、第５図に示す如く、フ
ロート４に適当な大きさの貫通孔２４を明けても上下の
空間の間に対流が発生することはないので、フロートの
位置を機械操作により制御する場合は、上下方向の移動
抵抗を減少させるためにフロート４に適当な大きさの孔
を適数箇設けることも却って効果がある。なお、第１図
例において加熱器ＥＸ−１、放熱器ＥＸ−２は別個のも
のとして示したが、設計によっては両者を共用化して一
つの熱交換器にまとめ、配管並にバルブの操作により加
熱、放熱の使い分けをしてもよい。

第１図に示す実施例では、加熱器ＥＸ−１は低温液空間
６から高温液空間５への管路１１の途中に設けるものと
したが、第６図に示す実施例では、高温液空間５をフロ
ート４の下側空間とし、底面の位置を一定位置に固定す
ることによ、りその底部に加熱器ＥＸ−１を設置可能と
している。この装置では、低温液空間６よりポンプ１０
により管路１１を経て高温液空間に流入した液は、加熱
器ＥＸ−１により所定のＮ熱温度に昇温され対流で上方
に上り、かつ、フロート４も高温液空間５に流入した液
量に応じて上昇する。なお、第６図において加熱器ＥＸ
−１を貯槽外に設は放熱器ＥＸ−２を貯槽内に設は高温
液空間をフロート４の上方、低温液空間をフロート４の
下方にすることも可能である。

フロートの構造は１重甲板構造、２重甲板構造あるいは
、周囲に環状の剛性構造を設けその内部にメンブレンを
設けたもの等任意の構成とする、二とができるが、前述
の如く、フロートに浮力を持たせることと、フロートの
上下空間の間の断熱を考慮すれば２重甲Ｗ、構造としそ
の内部に断熱を施す構造とするのが好都合である。

又、貯槽の形状は竪型円筒状に限らず、正方形や長方形
等の水平断面の筒状の公知の各種の貯槽とすることがで
き、まｆ、：圧力容器型とすることもできる。貯槽内面
及びフロートの材質は蓄熱温度に１が（える（Ａ科、例
えば耐火煉瓦やｌＮＣ０ＮＥＬ（庸品名）等を１吏用す
ることが必要である。

効果以上の如く、本発明の構成により高温／α空間に貯蔵さ
れた蓄熱液の熱を取出し、温度の低ドした蓄熱７αを低
温・液空間に移送し、外部熱源の熱を低温の蓄熱液に与
えて加熱し高温／Ｉ！空間に移送し、フロートをそれに
応じて安定して昇降させることにより単一の貯槽で全体
の容積を変えることなく高低温液を一定温度で貯蔵し、
一定の蓄熱温度を維持して放熱を行なうことが可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の全体構成を示す系統図を禽む
断面図、第２図（ａ）、＜ｂ）はそのフロートの転覆防
止用平衡ワイヤの網収りの例を示す側面図、第３図＜ａ
）、（ｂ）はフロートの昇降駆動装置の１例を示す側面
図、第４図（ａ）。＜ｂ）、（Ｃ）は夫々フロートの周縁と貯槽側壁内面と
の間のシール装置の例分示ず断面図、第５図はフロート
にその」１耶及び下部空間音連通ずる化分設けた実施例
を示す断面図、第６図は池の実施例の全体構成を示す系
統図を含む断面図である。２・・貯槽、３・・・断熱、４−・・フロート、５・・・高温液空間、６・・低温液空間、８．１１・・・管路、９．１０・・・移送ポンプ、１゛３・・−ブリージングタンク、１６．１７・・・平衡ワイヤ、１９・・・駆動モータ、２０　２Ｌ、２２．２３・・・シール手段、２４・・・
連通開口、ＥＸ−Ｌ・・・加熱器、 □□八［− 考

Claims

【特許請求の範囲】

（１）断熱を施した竪型貯槽と、その内部空間の水平断
面の概ね全体に拡がり上下に移動可能なフロートとを有
し、該フロートにより上下に仕切られた貯槽内空間の一
方を高温液空間とし、他方を低温液空間とし、所定の蓄
熱温度及び圧力で蒸発しない液体を蓄熱液として使用し
、該蓄熱液を所定の蓄熱温度圧力で上記高温液空間に貯
溜し、熱利用時は高温液空間内に貯溜された蓄熱液を取
出して放熱し、所定の低温に低下した蓄熱液を低温液空
間に貯溜し、蓄熱時には低温液空間内の蓄熱液を取出し
て加熱し、高温液空間に貯溜する竪型顕熱蓄熱装置にお
いて、上記の蓄熱槽の高温液空間より低温液空間に蓄熱
液を移送する管路と、その途中に設けられ管内を流れる液より放熱する放熱器
と、低温液空間より高温液空間に蓄熱液を移送する管路と、その途中に設けられ管内を流れる液を熱源により加熱す
る加熱器とを有することを特徴とする顕熱蓄熱装置。
（２）上記フロートの上側の空間を高温液空間とし、下
側の空間を低温液空間としたことを特徴とする請求項１
に記載の装置。
（３）上記のフロートの下側の空間を高温液空間とし、
上側の空間を低温液空間としたことを特徴とする請求項
１に記載の装置。
（４）上記のフロートの位置を高温液空間の液温を検知
し、その液温が所定の蓄熱温度になるように操作するこ
とを特徴とする請求項１に記載の装置。
（５）上記のフロートの位置を上記加熱器による加熱量
及び放熱器による放熱量により操作することを特徴とす
る請求項１に記載の装置。
（６）上記のフロートの比重を蓄熱液の比重と概ね等し
くしたことを特徴とする請求項１に記載の装置。
（７）上記のフロートは該フロートの上下の空間の間の
液の移送により自然に移動し、その際フロートが転覆す
ることを防止する平衡ワイヤが設けられていることを特
徴とする請求項１に記載の装置。
（８）上記のフロートは外部より平衡ワイヤに駆動力を
与えて水平状態を保持して上下移動するようにしたこと
を特徴とする請求項１に記載の装置。
（９）フロートが竪方向の貯槽の中心線の回りに回転す
ることを防止する回転止め手段が設けられていることを
特徴とする請求項１に記載の装置。
（１０）上記のフロートに断熱を施したことを特徴とす
る請求項１に記載の装置。
（１１）上記のフロートの周縁に貯槽壁内面との間をシ
ールするシール手段を設けたことを特徴とする請求項１
に記載の装置。
（１２）上記フロートにその上下空間を連通させる開口
を設けたことを特徴とする請求項１に記載の装置。
（１３）上記フロートの上下空間間の蓄熱液の移送手段
を貯槽内に設けたことを特徴とする請求項１に記載の装
置。
（１４）請求項１に記載の装置における加熱器が高温液
空間内に設けられていることを特徴とする装置。