JPS63201494A - 蓄熱熱交換器 - Google Patents
蓄熱熱交換器Info
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- JPS63201494A JPS63201494A JP62033324A JP3332487A JPS63201494A JP S63201494 A JPS63201494 A JP S63201494A JP 62033324 A JP62033324 A JP 62033324A JP 3332487 A JP3332487 A JP 3332487A JP S63201494 A JPS63201494 A JP S63201494A
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Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/40—Solar thermal energy, e.g. solar towers
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/14—Thermal energy storage
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は熱交換器に係り、特に、蓄熱の機能を持つ蓄熱
熱交換器に関する。
熱交換器に関する。
蓄熱機能をもつ熱交換器は、太陽熱、あるいは、廃熱の
ように熱の供給が間欠的である熱源からの熱を有効に利
用する目的で設けられるが、従来の代表例として太陽熱
発電用のシステム構成を第２図に、また、蓄熱熱交換器
の概略構造を第３図に示す。
ように熱の供給が間欠的である熱源からの熱を有効に利
用する目的で設けられるが、従来の代表例として太陽熱
発電用のシステム構成を第２図に、また、蓄熱熱交換器
の概略構造を第３図に示す。
第２図において、熱源例の集熱媒体２は循環ポンプ４に
より太陽熱コレクタ１へ送られて熱を受け、高温になっ
た集熱媒体２′は蓄熱熱交換器３に入る。一方、負荷側
である発電システムでは。
より太陽熱コレクタ１へ送られて熱を受け、高温になっ
た集熱媒体２′は蓄熱熱交換器３に入る。一方、負荷側
である発電システムでは。
給水ポンプ５で給水６が蓄熱熱交換器３に送られ加熱さ
れ、蒸気６′となってタービン７により仕事をし、発電
機８を回転させて発電が行われる。
れ、蒸気６′となってタービン７により仕事をし、発電
機８を回転させて発電が行われる。
タービン７を出た蒸気は復水器９で凝縮する。蓄熱熱交
換□器３は、第３図に示すように、蓄熱材１２を管１２
ａに収容し、これを温水１１に浸し、温水に同様に浸さ
れた配管２ａ内を集熱媒体２′を流して温水１１及び蓄
熱材１２に熱を伝える。
換□器３は、第３図に示すように、蓄熱材１２を管１２
ａに収容し、これを温水１１に浸し、温水に同様に浸さ
れた配管２ａ内を集熱媒体２′を流して温水１１及び蓄
熱材１２に熱を伝える。
この装置から熱を取り出す場合は、給水管１３により給
水６を供給し、温水１１及び蓄熱材１２がらの熱を利用
し、蒸気１４を発生させ、蒸気管１５よりタービンを作
動させる蒸気６′を取り出す。なお、１９は断熱、材、
１６．１８は真空断熱層、１７は温水層で、入口管２０
．出口管２１により適宜温水を取り出せる。
水６を供給し、温水１１及び蓄熱材１２がらの熱を利用
し、蒸気１４を発生させ、蒸気管１５よりタービンを作
動させる蒸気６′を取り出す。なお、１９は断熱、材、
１６．１８は真空断熱層、１７は温水層で、入口管２０
．出口管２１により適宜温水を取り出せる。
上記従来技術では、蓄熱熱交換器３から取り出せる蒸気
６′は飽和蒸気のエンタルピ以上のエンタルピをもち得
ず、従って、温度も温水１１の飽和温度以上になり得な
い。発電プラントでの作動媒体の温度は高いほど高効率
が得られるが、高温を得るには温水１１の圧力を高める
必要があり、蓄熱熱交換器は耐圧性の高い圧力容器にな
る。
６′は飽和蒸気のエンタルピ以上のエンタルピをもち得
ず、従って、温度も温水１１の飽和温度以上になり得な
い。発電プラントでの作動媒体の温度は高いほど高効率
が得られるが、高温を得るには温水１１の圧力を高める
必要があり、蓄熱熱交換器は耐圧性の高い圧力容器にな
る。
また、高温の集熱媒体２′が得られる場合、温水１１と
蓄熱材１２を一様に熱して蓄熱が行われるため温度が下
がり、高温で再生できない。すなわち、高温の蒸気が取
り出せない。
蓄熱材１２を一様に熱して蓄熱が行われるため温度が下
がり、高温で再生できない。すなわち、高温の蒸気が取
り出せない。
さらに、断熱に真空層を設けることは、装置構成を複雑
化し、高価な設備となる。
化し、高価な設備となる。
本発明の目的は、小型で、高温蓄熱、従って。
高温の熱の取り出しが可能で、熱損失の少ない蓄熱熱交
換器を提供することにある。
換器を提供することにある。
上記目的は、蓄熱材の相変化に伴う潜熱、あるいは、転
位熱を積極的に利用することにより達成される。すなわ
ち、熱源側の最高作動温度（集熱媒体の取り得る最高温
度）と負荷側の最低温度（給水温度の取り得る最低温度
）の温度範囲に融点、あるいは、転移点ををもつ物質を
複数種類選定して蓄熱材とし、融点、あるいは、転位点
が高い蓄熱材を同心円筒の中心に近い円筒内に充填し、
多層円筒構成とする。なお、各円筒は断熱材で構成し最
外筒も断熱材を施す。このような構成の蓄熱材設置にお
いて、熱源側の集熱媒体を流す伝熱管を、中心に近い円
筒側から順次外側円筒に向って配設する一方、負荷側の
作動媒体を流す管を外側円筒より中心に向って配設する
。さらに、熱源側の集熱媒体が温度低下した場合、集熱
媒体の温度より高い融点、あるいは、転移点の蓄熱材の
層をう廻するバイパス路を熱源側に設ける。
位熱を積極的に利用することにより達成される。すなわ
ち、熱源側の最高作動温度（集熱媒体の取り得る最高温
度）と負荷側の最低温度（給水温度の取り得る最低温度
）の温度範囲に融点、あるいは、転移点ををもつ物質を
複数種類選定して蓄熱材とし、融点、あるいは、転位点
が高い蓄熱材を同心円筒の中心に近い円筒内に充填し、
多層円筒構成とする。なお、各円筒は断熱材で構成し最
外筒も断熱材を施す。このような構成の蓄熱材設置にお
いて、熱源側の集熱媒体を流す伝熱管を、中心に近い円
筒側から順次外側円筒に向って配設する一方、負荷側の
作動媒体を流す管を外側円筒より中心に向って配設する
。さらに、熱源側の集熱媒体が温度低下した場合、集熱
媒体の温度より高い融点、あるいは、転移点の蓄熱材の
層をう廻するバイパス路を熱源側に設ける。
一方、大気温より低い蓄冷を行う場合は、上記とは逆に
、中心側に融点、あるいは、転位点の低い蓄熱材を配設
する。又、蓄熱材の体積変化を考慮し、Ｗ熱槽上部に空
隙を設ける。
、中心側に融点、あるいは、転位点の低い蓄熱材を配設
する。又、蓄熱材の体積変化を考慮し、Ｗ熱槽上部に空
隙を設ける。
本発明の蓄熱熱交換器では、熱源側の高温の集熱媒体は
同心円筒状の中心層に、先ず、送られ、高温の熱を蓄熱
材に与え、順次外側の円筒内にある蓄熱材に熱を放出し
つつ最外筒まで流れる。この過程で蓄熱材は中心側が高
く、外側に行くに従い低い温度の熱が蓄えられる。ここ
で蓄熱材は集熱媒体の作動温度範囲内に融点、あるいは
、転位点をもつので、蓄熱材は受けた熱で融解あるいは
転移し、この間、蓄熱材は微少の温度上昇で多量の熱を
吸収できる。−袋、負荷側の作動媒体１例えば、給水は
、最外部側から供給され、蓄熱材より熱を受けつつ、中
心筒へ向って流れ、負荷装置に適した温度に上昇する。
同心円筒状の中心層に、先ず、送られ、高温の熱を蓄熱
材に与え、順次外側の円筒内にある蓄熱材に熱を放出し
つつ最外筒まで流れる。この過程で蓄熱材は中心側が高
く、外側に行くに従い低い温度の熱が蓄えられる。ここ
で蓄熱材は集熱媒体の作動温度範囲内に融点、あるいは
、転位点をもつので、蓄熱材は受けた熱で融解あるいは
転移し、この間、蓄熱材は微少の温度上昇で多量の熱を
吸収できる。−袋、負荷側の作動媒体１例えば、給水は
、最外部側から供給され、蓄熱材より熱を受けつつ、中
心筒へ向って流れ、負荷装置に適した温度に上昇する。
また、熱源側の温度が変動し、温度が低下した場合は、
その温度と同程度の温度の蓄熱材の円筒に供給でき、よ
り高温状態にある蓄熱材の温度を低下させることなく蓄
熱できる。
その温度と同程度の温度の蓄熱材の円筒に供給でき、よ
り高温状態にある蓄熱材の温度を低下させることなく蓄
熱できる。
また、熱は高温物体から低温物体へ向って流れるが、中
心側が高温であるため、隣接した外筒部蓄熱材が熱を吸
収し、蓄熱熱交換器からの熱損失は、最外筒の温度で決
まることになり、熱損失を小さくできる。
心側が高温であるため、隣接した外筒部蓄熱材が熱を吸
収し、蓄熱熱交換器からの熱損失は、最外筒の温度で決
まることになり、熱損失を小さくできる。
一方、大気温以下の冷熱を蓄える場合は熱の流れ方法が
逆となるだけで、同様の作用となり熱損失（この場合は
流入熱）に関しても、最外筒が最も大気温に近い温度で
あり、流入熱を小さく抑えられる。
逆となるだけで、同様の作用となり熱損失（この場合は
流入熱）に関しても、最外筒が最も大気温に近い温度で
あり、流入熱を小さく抑えられる。
なお、この場合の蓄熱材は作動中は体積変化をするが、
蓄熱槽上部に空隙部があるため、体積変化を吸収でき、
蓄熱槽を破壊することはない。
蓄熱槽上部に空隙部があるため、体積変化を吸収でき、
蓄熱槽を破壊することはない。
以下、本発明の一実施例を太陽熱発電システムの蓄熱熱
交換器に適用した場合について第１図により説明する。
交換器に適用した場合について第１図により説明する。
蓄熱熱交換器３の容体３６は上下端閉鎖の円筒状をなし
、保温材が施されている。内部は同心状に断熱材３５で
数種に仕切られており、各種には中心側はど高温の融点
あるいは転移点を持つ蓄熱材で充填されている。各種を
中心部より外側に向って仮に高温蓄熱槽３２．中温蓄熱
槽３３．低温菩熱槽３４と呼ぶ。熱源側集熱媒体２′は
配管２２、ヘッダ２３を経由し、適当な数の熱源側伝熱
管２４に分配され、順次、各蓄熱槽３２，３３゜３４を
通って各種の蓄熱材に熱を与えつつヘッダ２５、配管２
６を通って熱源側へ戻る。一方、タービン作動媒体であ
る給水６は配管２７．ヘッダ２８を経由し、適当な数の
負荷側伝熱管２９へ分配され、最外筒の低温蓄熱槽３４
に先ず入り、熱源側集熱媒体とは逆方向に、各蓄熱槽３
３．３２の順に通過し、各種で蓄熱材より熱を受けて気
化し高温の蒸気となり、ヘッダ３０．配管３１を経てタ
ービンへ供給される。
、保温材が施されている。内部は同心状に断熱材３５で
数種に仕切られており、各種には中心側はど高温の融点
あるいは転移点を持つ蓄熱材で充填されている。各種を
中心部より外側に向って仮に高温蓄熱槽３２．中温蓄熱
槽３３．低温菩熱槽３４と呼ぶ。熱源側集熱媒体２′は
配管２２、ヘッダ２３を経由し、適当な数の熱源側伝熱
管２４に分配され、順次、各蓄熱槽３２，３３゜３４を
通って各種の蓄熱材に熱を与えつつヘッダ２５、配管２
６を通って熱源側へ戻る。一方、タービン作動媒体であ
る給水６は配管２７．ヘッダ２８を経由し、適当な数の
負荷側伝熱管２９へ分配され、最外筒の低温蓄熱槽３４
に先ず入り、熱源側集熱媒体とは逆方向に、各蓄熱槽３
３．３２の順に通過し、各種で蓄熱材より熱を受けて気
化し高温の蒸気となり、ヘッダ３０．配管３１を経てタ
ービンへ供給される。
ここで各蓄熱槽へ充填される蓄熱材には、Ｌｉ。
Ｋ、Ｎａ、Ｍｇ等の金属とＦ、ＣＩ２．ＢｒやＮ Ｏａ
等との化合物の単体、あるいは、共晶混合物等が考えら
れ、集熱媒体やタービン作動媒体の温度レベルにより一
種、あるいは、複数種選ぶことができる。これらの蓄熱
材は融解等のため体積が変化するので、この変化を吸収
するため各蓄熱槽の上端部に空隙３７を設け、この中に
は蓄熱材の酸化等の変質を防止するため、ＮＺ等の不活
性ガスが充填される。
等との化合物の単体、あるいは、共晶混合物等が考えら
れ、集熱媒体やタービン作動媒体の温度レベルにより一
種、あるいは、複数種選ぶことができる。これらの蓄熱
材は融解等のため体積が変化するので、この変化を吸収
するため各蓄熱槽の上端部に空隙３７を設け、この中に
は蓄熱材の酸化等の変質を防止するため、ＮＺ等の不活
性ガスが充填される。
このような構成の蓄熱熱交換器において、各種に充填さ
れた蓄熱材は、高温の集熱媒体から熱を受けることによ
り、温度上昇し、融点、あるいは、転移点に達すると潜
熱、あるいは、転位熱として小さな温度変化で多量の熱
を吸収し融解、あるいは、転移する。その後、さらに熱
源側から熱供給があれば、顕熱の形で温度上昇し蓄熱が
進む、一方、タービン作動媒体である給水６が供給され
ると、蓄熱材は熱を奪われ、温度低下し、蓄熱時と逆の
経過をたどる。
れた蓄熱材は、高温の集熱媒体から熱を受けることによ
り、温度上昇し、融点、あるいは、転移点に達すると潜
熱、あるいは、転位熱として小さな温度変化で多量の熱
を吸収し融解、あるいは、転移する。その後、さらに熱
源側から熱供給があれば、顕熱の形で温度上昇し蓄熱が
進む、一方、タービン作動媒体である給水６が供給され
ると、蓄熱材は熱を奪われ、温度低下し、蓄熱時と逆の
経過をたどる。
熱源側の熱量が不足し集熱媒体の温度が高温蓄熱槽の温
度より低い場合は、集熱媒体が高温蓄熱槽の温度を下げ
ることになり、高温の熱を取り出せなくなる。このよう
な場合のために第４図に示すように高温側の蓄熱槽をバ
イパスさせるラインを設けておくとよい。すなわち、集
熱媒体の温度により、バルブｖｉ、Ｖ２．Ｖ３のうちｖ
２のみ、あるいはｖ３のみを開け、高温側の蓄熱槽の温
度を下げないようにすることができる。
度より低い場合は、集熱媒体が高温蓄熱槽の温度を下げ
ることになり、高温の熱を取り出せなくなる。このよう
な場合のために第４図に示すように高温側の蓄熱槽をバ
イパスさせるラインを設けておくとよい。すなわち、集
熱媒体の温度により、バルブｖｉ、Ｖ２．Ｖ３のうちｖ
２のみ、あるいはｖ３のみを開け、高温側の蓄熱槽の温
度を下げないようにすることができる。
上記の実施例は大気温より高温の熱を菩熱し熱交換する
場合であるが、空調等、大気温より低い温度レベルで蓄
熱、熱交換する場合がある。これは、廃熱、太陽熱、あ
るいは、夜間電力等を利用し冷熱を一時的に多量に発生
させ、負荷のある時間常に負荷に応じて冷熱を放出する
場合である。
場合であるが、空調等、大気温より低い温度レベルで蓄
熱、熱交換する場合がある。これは、廃熱、太陽熱、あ
るいは、夜間電力等を利用し冷熱を一時的に多量に発生
させ、負荷のある時間常に負荷に応じて冷熱を放出する
場合である。
この場合は、融点、あるいは、転移点の低い蓄熱材を中
心に近い方へ充填するほかは第１図に示した構成と同じ
構成で本発明の目的は達せられる。
心に近い方へ充填するほかは第１図に示した構成と同じ
構成で本発明の目的は達せられる。
蓄熱材の挙動は蓄冷する場合に凝固し、負荷側の作動媒
体が流れると逆に融解することになる。
体が流れると逆に融解することになる。
本発明によれば、
（１）それぞれの温度で単位体積当り多量の熱を蓄積で
き、蓄熱材充填量が少なくて済み、蓄熱熱交換器が小型
化できる。
き、蓄熱材充填量が少なくて済み、蓄熱熱交換器が小型
化できる。
（２）タービン作動媒体等、高圧で作動する媒体が全て
管状容器内を流れるため耐圧性が高く圧力容器が不要と
なる。
管状容器内を流れるため耐圧性が高く圧力容器が不要と
なる。
（３）蓄熱又は蓄冷状態で、高温部又は空調等で利用す
る低温部が円筒構造の中心部にあり、熱損失が小さく抑
えられる。
る低温部が円筒構造の中心部にあり、熱損失が小さく抑
えられる。
第１図は本発明の一実施例の蓄熱熱交換器の概略断面図
、第２図は太陽熱発電システムの系統図、第３図は従来
技術による蓄熱器の断面図、第４図は本発明による太陽
熱発電システムの一例を示す概略図である。 １・・・太陽コレクタ、２，２′・・・集熱媒体、２４
゜毛ｌ 図 ＄２１！］
、第２図は太陽熱発電システムの系統図、第３図は従来
技術による蓄熱器の断面図、第４図は本発明による太陽
熱発電システムの一例を示す概略図である。 １・・・太陽コレクタ、２，２′・・・集熱媒体、２４
゜毛ｌ 図 ＄２１！］
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、熱供給と熱利用に時間的差があり、この差を吸収す
る蓄熱熱交換器において、 熱源側及び負荷側の作動媒体の作動温度範囲内に融点あ
るいは転移点をもつ数種類の蓄熱材を同心円筒状の仕切
りを介して大気温との差のより大きい融点あるいは転移
点をもつ蓄熱材を中心側に配列し、前記熱源側作動媒体
を前記中心側蓄熱材より前記外周側蓄熱材に向つて流し
、前記負荷側作動媒体を前記外周側蓄熱材より前記中心
側蓄熱材に向つて流すように構成したことを特徴とする
蓄熱熱交換器。 ２、特許請求の範囲第１項において、 前記熱源側の作動媒体の温度が低下した場合、中心部に
近い前記蓄熱材を迂回させるようにして供給する装置を
設けたことを特徴とする蓄熱熱交換器。 ３、特許請求の範囲第１項において、 前記各同心円筒状の仕切りにより仕切られた槽内の前記
蓄熱材の上部に、体積変化を吸収するための空隙部を設
けたことを特徴とする蓄熱熱交換器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62033324A JPS63201494A (ja) | 1987-02-18 | 1987-02-18 | 蓄熱熱交換器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62033324A JPS63201494A (ja) | 1987-02-18 | 1987-02-18 | 蓄熱熱交換器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63201494A true JPS63201494A (ja) | 1988-08-19 |
Family
ID=12383377
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62033324A Pending JPS63201494A (ja) | 1987-02-18 | 1987-02-18 | 蓄熱熱交換器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63201494A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0583618U (ja) * | 1992-04-15 | 1993-11-12 | エヌテーシー工業株式会社 | パネルヒーター |
| GB2459955A (en) * | 2008-05-16 | 2009-11-18 | Sunamp Ltd | A system and method for energy storage using phase change material. |
| JP2010281561A (ja) * | 2009-06-05 | 2010-12-16 | Valeo Systemes Thermiques | 熱交換装置および熱管理システム |
| CN102971600A (zh) * | 2010-07-12 | 2013-03-13 | 西门子公司 | 具有利用压缩气体的换热器装置的热能储存和回收设备及系统 |
| CN105202959A (zh) * | 2009-11-16 | 2015-12-30 | 苏纳珀有限公司 | 能量存储系统 |
| JP2017040461A (ja) * | 2015-08-21 | 2017-02-23 | Ｊｆｅスチール株式会社 | 蓄熱器及び蓄熱バーナー |
-
1987
- 1987-02-18 JP JP62033324A patent/JPS63201494A/ja active Pending
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