特開 2022-131165 化学蓄熱システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022131165

(43)【公開日】2022-09-07

(54)【発明の名称】化学蓄熱システム

(51)【国際特許分類】

   F28D 20/00 20060101AFI20220831BHJP

   F24S 23/70 20180101ALI20220831BHJP

   F24S 20/30 20180101ALI20220831BHJP

   F24S 60/20 20180101ALI20220831BHJP

   F24S 90/00 20180101ALI20220831BHJP

【ＦＩ】

F28D20/00 G

F24S23/70

F24S20/30

F24S60/20

F24S90/00 300

【審査請求】未請求

【請求項の数】2

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021029966

(22)【出願日】2021-02-26

(71)【出願人】

【識別番号】390013033

【氏名又は名称】三鷹光器株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100083806

【弁理士】

【氏名又は名称】三好 秀和

(74)【代理人】

【識別番号】100098327

【弁理士】

【氏名又は名称】高松 俊雄

(72)【発明者】

【氏名】中村 勝重

(57)【要約】

【課題】太陽熱を有効利用でき且つ輸送容器に収納されて持ち運びされる化学蓄熱材に対して最適な化学蓄熱システムを提供する。
【解決手段】ヘリオスタット３で太陽光Ｌを加熱部２に集光して加熱し、その熱を加熱流体Ｒを介して輸送容器１０の内部に導入すると共に、乾燥空気供給装置２２から乾燥空気Ａを輸送容器１０内に供給することで、輸送容器１０内の化学蓄熱材Ｃを脱水反応させて化学的に蓄熱することができる。熱を利用する場合は輸送容器１０内に高湿空気Ｂを供給することにより熱を容易に取り出すことができる。そのため太陽熱を有効利用でき且つ輸送容器１０に収納されて持ち運びされる化学蓄熱材Ｃに対して最適である。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

所定の高さを有するタワーの頂部に設置された加熱部と、
タワーの周囲の地上領域に設置され、太陽光を加熱部に向けて反射して加熱する複数のヘリオスタットと、
タワーの下部に設置され、加熱部との間で循環された加熱流体を収容するタンクと、
両端に開閉自在な開口を有し、両方の開口の開成時に一方から他方へ通気可能な構造で、内部に化学蓄熱材が通気可能な状態で収容されている輸送容器とを備えている化学蓄熱システムであって、
前記輸送容器内にタンクと接続自在で且つ接続時にタンク内の加熱流体を循環して輸送容器内を加熱する循環流路が設けられ、
輸送容器のいずれか一方の開口に接続自在で且つ接続時に乾燥空気を輸送容器内に供給する乾燥空気供給装置が設けられていることを特徴とする化学蓄熱システム。

【請求項2】

輸送容器の内部が上下方向で多段に区画され、一方の開口から他方の開口へ向けて連通する通気路が複数形成され、
各通気路に、両端の開口部分にそれぞれ位置する開閉バルブと、通気自在な化学蓄熱材と、循環流路がそれぞれ設けられていることを特徴とする請求項１記載の化学蓄熱システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は化学蓄熱システムに関する。

【背景技術】

【0002】

製鉄工場、ゴミ焼却施設、火力発電所などの排熱を利用した高温の乾燥空気を輸送容器内に収容された化学蓄熱材に供給して蓄熱する技術が知られている。蓄熱された輸送容器を必要な場所まで輸送し、そこで輸送容器内に高湿空気を供給することにより化学蓄熱材を水和発熱させ、その熱を取り出して利用する。このような化学蓄熱システムにおける熱源としては前述のような施設の排熱の他に太陽熱などの利用も示唆されている（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１７－８９９４６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、このような従来の関連技術にあっては、化学蓄熱システムのための熱源として太陽熱が示唆されているものの、その具体的手段、特に輸送容器に収納されて持ち運びされる化学蓄熱材に対して最適な化学蓄熱システムは何ら示されておらず、その有効な提案が待たれている。

【0005】

本発明は、このような関連技術に着目してなされたものであり、太陽熱を有効利用でき且つ輸送容器に収納されて持ち運びされる化学蓄熱材に対して最適な化学蓄熱システムを提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の第１の技術的側面によれば、所定の高さを有するタワーの頂部に設置された加熱部と、タワーの周囲の地上領域に設置され、太陽光を加熱部に向けて反射して加熱する複数のヘリオスタットと、タワーの下部に設置され、加熱部との間で循環された加熱流体を収容するタンクと、両端に開閉自在な開口を有し、両方の開口の開成時に一方から他方へ通気可能な構造で、内部に化学蓄熱材が通気可能な状態で収容されている輸送容器とを備えている化学蓄熱システムであって、前記輸送容器内にタンクと接続自在で且つ接続時にタンク内の加熱流体を循環して輸送容器内を加熱する循環流路が設けられ、輸送容器のいずれか一方の開口に接続自在で且つ接続時に乾燥空気を輸送容器内に供給する乾燥空気供給装置が設けられていることを特徴とする。

【0007】

本発明の第２の技術的側面によれば、輸送容器の内部が上下方向で多段に区画され、一方の開口から他方の開口へ向けて連通する通気路が複数形成され、各通気路に、両端の開口部分にそれぞれ位置する開閉バルブと、通気自在な化学蓄熱材と、循環流路がそれぞれ設けられていることを特徴とする。

【発明の効果】

【0008】

本発明の第１の技術的側面によれば、ヘリオスタットにより集光した太陽光によりタワー頂部の加熱部を加熱し、その加熱部の熱を循環する加熱流体によりタワー下部のタンクに導く。そしてタンク内に導かれた加熱流体を輸送容器の循環流路に循環することにより、輸送容器の内部を加熱する。それと同時に乾燥空気供給装置から乾燥空気を輸送容器内に供給するため、輸送容器内に収容された化学蓄熱材は脱水反応を起こして化学的に蓄熱される。蓄熱された輸送容器は熱が必要な場所へ輸送され、そこで高湿空気を一方の開口から輸送容器内に供給することで内部の化学蓄熱材が水和反応を起こして発熱し、反対側の開口から熱を取り出すことができる。

【0009】

本発明の第２の技術的側面によれば、輸送容器の内部が上下で複数の通気路に区画されているため、全ての通気路の開閉バルブを開いて乾燥空気を輸送容器内へ供給することで全ての化学蓄熱材を一度に蓄熱状態にすることができる。そして熱を利用する場合は、輸送された場所における熱の必要量に合わせて、通気路の開閉バルブを個別に開き、その通気路だけに高湿空気を供給すれば、必要な量の熱だけを取り出すことができ、蓄熱した輸送容器を長時間使用することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】化学蓄熱システムを示す全体斜視図。

【図2】化学蓄熱システムを示す断面図。

【図3】蓄熱作業前の輸送容器及びその周辺構造を示す斜視図。

【図4】蓄熱作業時の輸送容器及びその周辺構造を示す斜視図。

【図5】蓄熱作業時の輸送容器を示す断面図。

【図6】輸送容器を示す断面図。

【図7】開閉バルブを全閉した状態を示す輸送容器の断面図。

【図8】図７中矢示ＳＡ－ＳＡ線に沿う断面図。

【図9】ステンレスウール中に化学蓄熱材が分散された状態を示す断面図。

【図10】蓄熱作業時の輸送容器を示す一部省略の断面図。

【図11】熱利用時の輸送容器を示す一部省略の断面図。

【発明を実施するための形態】

【0011】

図１～図１１は本発明の好適な実施形態を示す図である。

【0012】

この実施形態に係る化学蓄熱システムの中心には所定高さ（約１０ｍ）のタワー１が立設されている。タワー１の頂部には耐熱セラミック製の加熱部２が設けられている。タワー１の周囲の地上には、太陽Ｓを追尾しながら、太陽光Ｌを常に加熱部２に向けて反射するヘリオスタット３が複数設置されている。ヘリオスタット３はタワー１を中心にその北側を取り巻く状態でそれぞれ南向きに設置され、太陽光Ｌを効率よく加熱部２に集光することができる。

【0013】

タワー１の下部にはタンク４が設置されている。タンク４の内部には合成油である加熱流体Ｒが保持されている。加熱流体Ｒは約４００度程度まで粘性が変化しない耐熱性を有している。タンク４内の加熱流体Ｒは循環パイプ５により上方の加熱部２まで循環される。加熱部２はヘリオスタット３からの太陽光Ｌにより高温になっており、そこを通過する循環パイプ５内の加熱流体Ｒを約３００度程度まで加熱する。タンク４の近くには副タンク６も設けられ、この副タンク６内にも配管７を介して加熱流体Ｒが循環される。副タンク６の側面には上下に接続口８が形成されている。

【0014】

副タンク６の前側には大型の重量計９が設けられ、その上に輸送容器１０が載せられている。重量計９の上面はトラック１１の荷台と同じ高さであり、輸送容器１０はトラック１１の荷台から容易に重量計９に載せることができる。逆に重量計９の上面からトラック１１の荷台に載せることもできる。輸送容器１０にはロック付きの車輪１２が設けられており、この車輪１２により移動可能で、移動先では車輪１２をロックすることにより位置を固定できる。

【0015】

輸送容器１０は金属製の概略角筒状で、両端に断面が収束した開口１３、１４、を有している。輸送容器１０の内部は上下方向で４段に区画されており、それぞれ両端が開口１３、１４に至る通気路１５となっている。通気路１５の開口１３、１４部分にはそれぞれ開閉バルブ１６、１７が設けられている。この開閉バルブ１６、１７は個別に開閉することができる。

【0016】

各通気路１５の下面には蛇行した状態の循環流路１８が設けられている。各通気路１５における循環流路１８の端部はそれぞれ上下で連続しており、全体として一本の連続した流路となっている。その連続した循環流路１８の一番上の端部と、一番下の端部は、それぞれ接続口１９として、輸送容器１０の側面から突出している。この接続口１９と副タンク６の接続口８は耐熱性の連結配管２０により必要時に連結される。

【0017】

各通気路１５における循環流路１８の上には、通気可能で耐熱性のあるステンレスウール２１が収納されている。このステンレスウール２１にはペレット状に成形された化学蓄熱材（水酸化マグネシウム）Ｃが分散されている。化学蓄熱材Ｃとしては、その他にも硫酸カルシウム水和物、塩化カルシウム水和物、水酸化カルシウムなど、蓄熱に伴って水蒸気を揮発する物質が使用可能である。

【0018】

重量計９の手前には乾燥空気供給装置２２が設定されている。この乾燥空気供給装置２２は一端を中心に回動自在なコ字状のダクト２３を有している。ダクト２３の先端には輸送容器１０と接続するためのジャバラ２４が設けられている。このダクト２３は不使用時は重量計９とは反対側に回転させた状態で収納されている。

【0019】

次に実際に輸送容器１０を使用する場合の手順を説明する。

【0020】

熱の利用が済んだ輸送容器１０内の化学蓄熱材Ｃは吸湿して水酸化マグネシウムの状態になっている。輸送容器１０の開閉バルブ１６、１７は輸送のために全て閉状態とし、輸送容器１０は密閉状態にしておく（図７参照）。この化学蓄熱材Ｃを再度蓄熱状態に戻すには、まず輸送容器１０をトラック１１で重量計９まで運び、トラック１１の荷台から重量計９の上に載せる（図３参照）。

【0021】

輸送容器１０の開閉バルブ１６、１７は重量計９に載せた後に全て開状態にする。次に輸送容器１０の２本の接続口１９と副タンク６の接続口８とを連結配管２０により接続する。そして乾燥空気供給装置２２のダクト２３を輸送容器１０側に回転させてそのジャバラ２４を輸送容器１０の一方の開口１３に接続する。副タンク６からは３００度に加熱された加熱流体Ｒが輸送容器１０の循環流路１８に循環され、乾燥空気供給装置２２からはダクト２３を介して乾燥空気Ａが輸送容器１０内に供給される（図４参照）。

【0022】

輸送容器１０内に供給された乾燥空気Ａは輸送容器１０内で加熱された状態となり、全ての通気路１５のステンレスウール２１を通過する。ステンレスウール２１を通過する際に化学蓄熱材Ｃは脱水反応を起こして、水酸化マグネシウムから酸化マグネシウムに変化し、輸送容器１０内の全ての化学蓄熱材Ｃが化学的に蓄熱された状態となる。

【0023】

そして輸送容器１０の反対側の開口１４からは高湿空気Ｂが排出される（図１０参照）。輸送容器１０内の化学蓄熱材Ｃの脱水蓄熱が進むと輸送容器１０全体の重量が軽くなる。そのためその重量変化を重量計９で測定して、蓄熱が完了した時点を判別し、加熱流体Ｒの循環と乾燥空気Ａの供給を停止すると共に、全ての開閉バルブ１６、１７を閉状態にする。副タンク６との接続及びダクト２３との接続を解除して、輸送容器１０を再び重量計９からトラック１１に載せる。そして熱が必要な場所に搬送する。

【0024】

輸送された先で大量の熱が必要な場合は、輸送容器１０の全ての開閉バルブ１６、１７を開状態にする。そして一方の開口１３から高湿空気Ｂを供給する。高湿空気Ｂが全ての通気路１５のステンレスウール２１を通過する間に化学蓄熱材Ｃは水和発熱反応を起こし、高温の乾燥空気Ａが反対側の開口１４から放出される（図１１参照）。その排出された乾燥空気Ａの熱を利用することができる。寒冷地での施設の暖房や、農業ハウスの暖房などに使用することができる。

【0025】

一度に大量の熱を必要としない場合は、各通気路１５の開閉バルブ１６、１７を個別開き、各通気路１５ごとに高湿空気Ｂを供給して熱を少しずつ取り出すこともできる。そうすることで輸送容器１０内に蓄熱された熱を長時間にわたって使用することができる。熱の利用が終了した輸送容器１０は再度開閉バルブ１６、１７を全閉状態にし、トラック１１により重量計９まで輸送し、そこで太陽熱により繰り返し蓄熱することができる。

【符号の説明】

【0026】

１ タワー
２ 加熱部
３ ヘリオスタット
４ タンク
５ 循環パイプ
１０ 輸送容器
１３、１４ 開口
１５ 通気路
１６、１７ 開閉バルブ
１８ 循環流路
２２ 乾燥空気供給装置
Ａ 乾燥空気
Ｂ 高湿空気
Ｃ 化学蓄熱材
Ｌ 太陽光
Ｒ 加熱流体
Ｓ 太陽

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】