專利名稱：化學(xué)儲(chǔ)熱裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及利用儲(chǔ)熱材料的化學(xué)反應(yīng)的儲(chǔ)熱裝置。
背景技術(shù)：
儲(chǔ)存能量的儲(chǔ)熱技術(shù)作為節(jié)能技術(shù)的一種而有用。近年來(lái)，利用C02熱泵或燃料 電池廢熱發(fā)電系統(tǒng)的供給熱水設(shè)備或供暖設(shè)備備受矚目。而且，正在進(jìn)行高密度儲(chǔ)熱技術(shù) 的開(kāi)發(fā)，使得通過(guò)將這些設(shè)備小型化而能夠提高設(shè)置性，同時(shí)通過(guò)使用深夜電力進(jìn)行儲(chǔ)熱 而能夠平均化一天的電力需求等。例如，在日本特開(kāi)2005-188916號(hào)公報(bào)及日本特開(kāi)2007-132534號(hào)公報(bào)中記載了 通過(guò)使儲(chǔ)熱材料(潛熱儲(chǔ)熱材料)和熱交換介質(zhì)(油)進(jìn)行直接熱交換而進(jìn)行儲(chǔ)熱的潛熱 儲(chǔ)熱裝置。在日本特開(kāi)2005-188916號(hào)公報(bào)的潛熱儲(chǔ)熱裝置中，如圖12所示，在容器la內(nèi) 分離收容有油2和儲(chǔ)熱材料3。熱交換器5a連接有2根管道4、6。管道4形成有用于排出 油2的多個(gè)開(kāi)口部4a。從管道6向熱交換器5a取出油2，從管道4向儲(chǔ)熱材料3供給油2。 從管道4排出的油2利用油2和儲(chǔ)熱材料3的比重差而在儲(chǔ)熱材料3的層中上升。此時(shí)， 油2和儲(chǔ)熱材料3進(jìn)行熱交換而進(jìn)行儲(chǔ)熱。醋酸鈉等儲(chǔ)熱材料3在儲(chǔ)熱工序開(kāi)始的時(shí)候?yàn)楣腆w，因此，管道4的開(kāi)口部4a有 可能被儲(chǔ)熱材料3堵塞。從而，管道4的端部4B向存有油2的上部空間開(kāi)口，使得即使在 開(kāi)口部4a被堵塞的狀態(tài)下，也能夠使油2流通于管道4。通過(guò)油2流通于管道4，管道4起 到熱交換器的作用，使油2和儲(chǔ)熱材料3進(jìn)行熱交換。通過(guò)儲(chǔ)熱材料3的逐漸液化，開(kāi)口部 4a的堵塞也自然消除。在日本特開(kāi)2004-3832號(hào)公報(bào)中記載有利用儲(chǔ)熱材料的化學(xué)反應(yīng)的化學(xué)儲(chǔ)熱裝 置的一例。如圖13所示，在日本特開(kāi)2004-3832號(hào)公報(bào)的化學(xué)儲(chǔ)熱裝置中，利用流通于熱 交換器11中的熱介質(zhì)來(lái)加熱儲(chǔ)熱材料9，將從儲(chǔ)熱材料9產(chǎn)生的水蒸汽向容器10外排氣并 進(jìn)行儲(chǔ)熱。由此，可以在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行高效率的儲(chǔ)熱。在散熱工序中，向固體的儲(chǔ)熱材料9 供給水，并使用熱交換器11取出儲(chǔ)熱材料9的熱量。為了提高儲(chǔ)熱材料9向水合物的變換 的反應(yīng)速度，將直徑為0. 2mm以上的水滴W從上灑于儲(chǔ)熱材料9。但是，若為對(duì)儲(chǔ)熱材料從上灑水的結(jié)構(gòu)，則儲(chǔ)熱時(shí)的儲(chǔ)熱材料的狀態(tài)為例如液體 或固液共存，并且，當(dāng)儲(chǔ)熱材料具有比水大的比重時(shí)，由于比重差而使水留存于儲(chǔ)熱材料的 上部，從而很難向儲(chǔ)熱材料均勻地供給水。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述情況，本發(fā)明的目的在于提供一種在散熱工序中能夠?qū)⑺鶆虻毓┙o于 儲(chǔ)熱材料的化學(xué)儲(chǔ)熱裝置。即，本發(fā)明提供一種化學(xué)儲(chǔ)熱裝置，具有容器，其收容有比重比水大且通過(guò)與水進(jìn)行反應(yīng)而發(fā)熱的儲(chǔ)熱材料；熱交換器，其設(shè)置在所述容器內(nèi)，在儲(chǔ)熱工序中向所述儲(chǔ)熱材料供給熱量，而在散熱工序中從所述儲(chǔ)熱材料吸收熱量；水流路，其具有向下開(kāi)口的開(kāi)口部，并且為了將應(yīng)與所述儲(chǔ)熱材料進(jìn)行反應(yīng)的水 供給于所述容器內(nèi)而在所述容器內(nèi)設(shè)置為比所述熱交換器靠下側(cè)；以及分散板，其在所述容器內(nèi)設(shè)置為比所述熱交換器靠下側(cè)且比所述開(kāi)口部靠上側(cè)， 并且，具有用于將供給于所述容器內(nèi)的水自下而上引導(dǎo)的多個(gè)通孔。在上述本發(fā)明的化學(xué)儲(chǔ)熱裝置中，從水流路供給于容器內(nèi)的水在容器內(nèi)上升的同 時(shí)與儲(chǔ)熱材料進(jìn)行反應(yīng)。由于水流路設(shè)置為比熱交換器靠下側(cè)，因此，在散熱工序中，能夠 使存在于熱交換器周圍的儲(chǔ)熱材料與水效率良好地進(jìn)行反應(yīng)。另外，由于在水流路的開(kāi)口 部與熱交換器之間設(shè)置有分散板，因此，經(jīng)由開(kāi)口部供給于容器內(nèi)的水通過(guò)分散板在水平 方向上分散且從下而上移動(dòng)。由此，能夠向儲(chǔ)熱材料均勻地供給水，即能夠?qū)崿F(xiàn)儲(chǔ)熱材料與 水的均勻混合，并且能夠有效率且迅速地取出熱量。進(jìn)而，在本發(fā)明中，由于水流路的開(kāi)口 部向下開(kāi)口，因此，儲(chǔ)熱材料很難進(jìn)入水流路。即，能夠防止儲(chǔ)熱材料進(jìn)入水流路的內(nèi)部而 在儲(chǔ)熱時(shí)引起不期望的反應(yīng)。另一方面，本發(fā)明提供一種儲(chǔ)熱系統(tǒng)，具有儲(chǔ)熱回路，其具有上述本發(fā)明所述的儲(chǔ)熱裝置、使水蒸汽凝結(jié)的凝結(jié)器、將在儲(chǔ)熱 工序中從所述儲(chǔ)熱裝置的所述儲(chǔ)熱材料產(chǎn)生的水蒸汽導(dǎo)入所述凝結(jié)器的回流流路、儲(chǔ)存凝 結(jié)水的罐、以及在散熱工序中將所述罐的水導(dǎo)入所述儲(chǔ)熱裝置的供給流路；加熱裝置，其用于在儲(chǔ)熱工序中向所述儲(chǔ)熱裝置的所述儲(chǔ)熱材料供給熱量；以及熱介質(zhì)回路，其用于在散熱工序中從所述儲(chǔ)熱裝置的所述儲(chǔ)熱材料吸收熱量。


圖1是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的儲(chǔ)熱系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。
圖2是用于圖1的儲(chǔ)熱系統(tǒng)的儲(chǔ)熱裝置的俯視圖。
圖3是上述儲(chǔ)熱裝置的III-III剖面圖。
圖4是圖2的局部放大圖。
圖5是示出分散板的變形例的剖面圖。
圖6A是圖5的局部放大圖。
圖6B是示出分散板的另一個(gè)變形例的局部放大圖。
圖7是用于計(jì)算事前反應(yīng)率的模型的說(shuō)明圖。
圖8A是示出事前反應(yīng)率的計(jì)算結(jié)果(CaCl2)的曲線圖。
圖8B是示出事前反應(yīng)率的計(jì)算結(jié)果(MgS04)的曲線圖。
圖9是圖1所示的儲(chǔ)熱系統(tǒng)的儲(chǔ)熱工序的運(yùn)行圖。
圖10是圖1所示的儲(chǔ)熱系統(tǒng)的散熱工序的運(yùn)行圖。
圖11是示出儲(chǔ)熱材料(氯化鈣水合物)的變化的相圖。
圖12是以往潛熱儲(chǔ)熱裝置的結(jié)構(gòu)圖。
圖13是以往化學(xué)儲(chǔ)熱裝置的結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式
圖1是本發(fā)明一實(shí)施方式的儲(chǔ)熱系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。儲(chǔ)熱系統(tǒng)100具有熱泵116、儲(chǔ)熱回路121和熱介質(zhì)回路122。熱泵116具有壓縮機(jī)111、散熱器112、膨脹機(jī)113、第一蒸發(fā)器114和第二蒸發(fā)器 115。這些機(jī)器由冷卻介質(zhì)管連接而形成冷卻介質(zhì)回路。第二蒸發(fā)器115被用作儲(chǔ)熱回路 121的凝結(jié)器115。冷卻介質(zhì)回路中填充有二氧化碳或氫氟碳等冷卻介質(zhì)。被壓縮機(jī)111 壓縮了的冷卻介質(zhì)在散熱器112中被冷卻后，在膨脹機(jī)113中進(jìn)行膨脹，進(jìn)而在第一蒸發(fā)器 114和第二蒸發(fā)器115中蒸發(fā)后再次回到壓縮機(jī)111。作為熱泵116以外的加熱裝置，可以采用電阻加熱裝置、燃燒式加熱裝置、利用太 陽(yáng)能或地?zé)岬茸匀荒茉吹募訜嵫b置、利用工廠或建筑物的排熱的加熱裝置。儲(chǔ)熱回路121具有儲(chǔ)熱裝置101、凝結(jié)器115、回收罐123、真空泵119、開(kāi)閉閥120、 回流流路124以及供給流路125?；亓髁髀?24是用于將在儲(chǔ)熱工序時(shí)從儲(chǔ)熱裝置101取 出的水蒸汽收集到回收罐123的回路。儲(chǔ)熱裝置101的上部、凝結(jié)器115以及回收罐123 的上部通過(guò)回流流路124按照該順序連接。從儲(chǔ)熱裝置101取出的水蒸汽在凝結(jié)器115中 凝結(jié)，凝結(jié)水儲(chǔ)存于回收罐123。供給流路125是用于在散熱工序時(shí)向儲(chǔ)熱裝置101供給回 收罐123的水(稀釋水)的回路?；厥展?23的下部與儲(chǔ)熱裝置101的水流路通過(guò)供給流 路125連接。供給流路125設(shè)置有給水泵132。熱介質(zhì)回路122是用于在儲(chǔ)熱工序時(shí)將熱泵116的熱量向儲(chǔ)熱裝置101供給并在 散熱工序時(shí)從儲(chǔ)熱裝置101取出熱量的回路。在熱介質(zhì)回路122中流通的熱介質(zhì)一般為水。 具體而言，熱介質(zhì)回路122由導(dǎo)入回路127、供給熱水回路128以及主回路129構(gòu)成。散熱 器112、第二三通閥118、儲(chǔ)熱裝置101、第一三通閥117以及循環(huán)泵126按照該順序由配管 連接，從而形成了主回路129。在儲(chǔ)熱工序時(shí)，熱介質(zhì)在主回路129中循環(huán)，將被熱泵116加熱了的熱介質(zhì)的熱量 儲(chǔ)存于儲(chǔ)熱裝置101。導(dǎo)入回路127與第一三通閥117連接，能夠通過(guò)該導(dǎo)入回路127將市 政水供給于主回路129。供給熱水回路128與第二三通閥118連接，能夠通過(guò)該供給熱水回 路128將主回路129的熱水供給于水龍頭130。在散熱工序時(shí)，來(lái)自導(dǎo)入回路127的市政水 在儲(chǔ)熱裝置101中加熱，并向供給熱水回路128導(dǎo)入。下面，對(duì)儲(chǔ)熱裝置101進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。圖2是用于圖1的儲(chǔ)熱系統(tǒng)的儲(chǔ)熱裝置的 俯視圖。圖3是上述儲(chǔ)熱裝置的III-III剖面圖。儲(chǔ)熱裝置101是被分類為化學(xué)儲(chǔ)熱裝置 的儲(chǔ)熱裝置，具體而言，采用了顯熱儲(chǔ)熱、潛熱儲(chǔ)熱和化學(xué)儲(chǔ)熱的混合方式。如圖2和圖3 所示，儲(chǔ)熱裝置101具有容器202 (儲(chǔ)熱容器)、水流路204、熱交換器209以及分散板206。從抑制散熱損失的觀點(diǎn)出發(fā)，容器202優(yōu)選絕熱性優(yōu)異。為了將水蒸汽導(dǎo)入凝結(jié) 器115 (圖1)，容器202的上部連接有回流流路124。如圖3所示，在容器202中收容了具有比水大的比重的儲(chǔ)熱材料210。儲(chǔ)熱材料 210是通過(guò)與水進(jìn)行反應(yīng)而發(fā)熱、通過(guò)脫水反應(yīng)進(jìn)行吸熱的材料，并且，在儲(chǔ)熱時(shí)、散熱時(shí)、 儲(chǔ)熱工序的實(shí)施期間以及散熱工序的實(shí)施期間的所有的時(shí)點(diǎn)均具有比水大的比重。作為這 樣的儲(chǔ)熱材料210，可以使用選自氯化鈣水合物、溴化鈣水合物和硫酸鎂水合物中的至少一 種。其中，從儲(chǔ)熱量大、取出熱量容易等理由出發(fā)，優(yōu)選氯化鈣水合物。氯化鈣水合物是可 以與水進(jìn)行可逆的解吸(脫著)的物質(zhì)，其通過(guò)水的脫離進(jìn)行吸熱，通過(guò)與水的結(jié)合進(jìn)行散 熱。尤其優(yōu)選的是通過(guò)水的脫離而成為氯化鈣四水合物并且進(jìn)而成為氯化鈣二水合物的氯 化鈣六水合物。
圖11是表示作為儲(chǔ)熱材料的一例的氯化鈣水合物的變化的相圖。橫軸是相對(duì)于 儲(chǔ)熱材料的總重量的氯化鈣的重量濃度，縱軸表示溫度。圖11中記錄了儲(chǔ)熱材料的相狀 態(tài)。例如，具有50%的重量濃度的氯化鈣水合物(六水合物)在不到30°C的溫度區(qū)域中為 固體。超過(guò)30°C時(shí)生成氯化鈣溶液。在本實(shí)施方式中，使在散熱工序開(kāi)始時(shí)的儲(chǔ)熱材料210的狀態(tài)為固液共存或液 相。具體而言，通過(guò)控制器136控制在儲(chǔ)熱工序中從容器202向凝結(jié)器115導(dǎo)入的水蒸汽 的量，使得儲(chǔ)熱材料210保持為固液共存或液相的狀態(tài)。例如，以使在80°C時(shí)氯化鈣的重量 濃度成為60 75%的范圍的方式控制從容器202取出的水蒸汽的量。具體而言，利用浮標(biāo) 傳感器等檢測(cè)器134來(lái)監(jiān)視回收罐123的水量，以回收罐123的水量達(dá)到規(guī)定范圍內(nèi)的方 式，控制儲(chǔ)熱工序的實(shí)施時(shí)間(熱泵116的運(yùn)行時(shí)間)。從而，儲(chǔ)熱材料210以固液共存的 狀態(tài)來(lái)儲(chǔ)存熱量。在儲(chǔ)熱材料210為固液共存的狀態(tài)的情況下，能夠在散熱工序中將水均 勻地供給于儲(chǔ)熱材料210。因此，通過(guò)本實(shí)施方式的儲(chǔ)熱裝置101，能夠有效且迅速地取出 熱量。另一方面，儲(chǔ)熱工序開(kāi)始時(shí)的儲(chǔ)熱材料210的狀態(tài)也可以是固相。例如，通過(guò)控 制器136來(lái)控制在散熱工序中向容器202內(nèi)供給的給水量，以使氯化鈣的重量濃度成為約 50%。具體來(lái)說(shuō)，以使回收罐123的水量達(dá)到規(guī)定范圍內(nèi)的方式控制給水泵132的運(yùn)行。充 分取出熱量后的容器202內(nèi)的溫度例如為不到30°C，析出固體氯化鈣六水合物。當(dāng)然也可 以使氯化鈣的重量濃度在50 60%的范圍，生成四水合物和六水合物的混合物。另外，也可以減少水蒸汽的排氣量(凝結(jié)量)，使儲(chǔ)熱工序結(jié)束時(shí)的儲(chǔ)熱材料210 的狀態(tài)成為液相。另外，也可以在回流流路124中設(shè)置閥，在實(shí)施儲(chǔ)熱工序時(shí)打開(kāi)該閥，其 他期間關(guān)閉該閥。這樣，能夠減少散熱損失，并防止從容器202泄漏水蒸汽以至于儲(chǔ)熱材料 210成為固相狀態(tài)。需要說(shuō)明的是，雖然圖1中省略了控制線路，但是也可以通過(guò)控制器136 對(duì)熱泵116、第一三通閥117、第二三通閥118、真空泵119、開(kāi)閉閥120以及循環(huán)泵126進(jìn)行 控制。如圖2和圖3所示，在本實(shí)施方式中，熱交換器209為具有相互平行地排列的多個(gè) 翅片207、和貫通多個(gè)翅片207的傳熱管208的翅片管式熱交換器。通過(guò)使用翅片管式熱 交換器，可以進(jìn)行迅速的儲(chǔ)熱/散熱。在儲(chǔ)熱工序中，利用熱泵116加熱的熱介質(zhì)在傳熱管 208中流動(dòng)。在散熱工序中，來(lái)自導(dǎo)入回路127的市政水在傳熱管208中流動(dòng)。水流路204設(shè)置于容器202的下部。在容器202內(nèi)的水流路204的位置比熱交換 器209靠下側(cè)。在水流路204中，作為給水用的孔形成有向下開(kāi)口的開(kāi)口部203。通過(guò)開(kāi)口 部203，水流路204中的水供給于容器202內(nèi)。開(kāi)口部203與容器202的底面202b相向，在 開(kāi)口部203與容器202的底面202b之間確保有適當(dāng)寬度的空隙。由于存在空隙，能夠通過(guò) 開(kāi)口部203向容器202內(nèi)流暢地供給水。另外，在本實(shí)施方式中，由于儲(chǔ)熱工序結(jié)束時(shí)的儲(chǔ) 熱材料210的狀態(tài)為固液共存或液相，因此，能夠從設(shè)置于容器202的下部的水流路204對(duì) 儲(chǔ)熱材料210均勻地供給水。為了防止水垢堆積(7 * —>堆積)引起的壓力損失的增大，并減少無(wú)助于儲(chǔ)熱 的無(wú)效區(qū)域，水流路204可以具有3 30mm(優(yōu)選為3 8mm)的范圍的內(nèi)徑。在本實(shí)施方 式中，在容器202中橫向筆直地插入有相互平行且水平排列的多個(gè)配管作為水流路204的 構(gòu)成部件。即，水流路204在容器202中以水平方向延伸。在各水流路204中沿長(zhǎng)度方向
7等間距形成有多個(gè)開(kāi)口部203。在容器202的外部，各水流路204匯集為一個(gè)，并與供給流 路125連接。在1根水流路204中形成的多個(gè)開(kāi)口部203的面積的合計(jì)在1根水流路204 的流路截面積的30 50%的范圍即可。由此，能夠從各開(kāi)口部203向容器202內(nèi)供給等量 的水。在容器202中，分散板206設(shè)置為比熱交換器209靠下側(cè)且比水流路204的開(kāi)口 部203靠上側(cè)。即，本實(shí)施方式中使用的分散板206的厚度小于水流路204的外徑。分散 板206的材料不特別限定，但優(yōu)選用耐腐蝕性優(yōu)異的金屬或樹(shù)脂制造分散板206。在分散板 206中形成有用于將從水流路204向容器202內(nèi)供給的水自下而上引導(dǎo)的多個(gè)通孔205。 通孔205位于相鄰的兩個(gè)翅片207之間并沿水流路204的長(zhǎng)度方向形成。在本實(shí)施方式中，水流路204的上部露出在比分散板206靠上側(cè)的位置，水流路 204的下部露出在比分散板206靠下側(cè)的位置。換言之，分散板206配置為比水流路204的 開(kāi)口部203靠上側(cè)且比水流路204的上端靠下側(cè)。即，分散板206設(shè)置為跨彼此相鄰的水 流路204和水流路204。這樣，能夠抑制因設(shè)置分散板206而引起的儲(chǔ)熱材料210的填充量 的減少，并且能夠可靠地獲得使供給于容器202內(nèi)的水沿水平方向分散的效果。如圖3所示，在分散板206的下表面206p與容器202的底面202b (內(nèi)側(cè)的底面) 之間形成有空隙G，該空隙G的高度超過(guò)從下表面206p突出的水流路204的突出量。該空 隙G中也填充有儲(chǔ)熱材料210?？障禛具有在水平方向上能夠使水流暢地流動(dòng)的高度，例如 可以具有1 3mm的高度。下面，對(duì)熱交換器209、水流路204和分散板206的相互關(guān)系進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。如圖2所示，平行排列的多個(gè)翅片207以垂直立起的狀態(tài)設(shè)置于容器202中。在 容器202中，傳熱管208的長(zhǎng)度方向與水流路204的長(zhǎng)度方向一致。另外，在與水平方向和 翅片207的面內(nèi)方向的雙方平行的方向(圖2中所示的WL方向)上，傳熱管208與水流路 204交替排列。即，在垂直于水流路204的長(zhǎng)度方向的剖面(圖3)中，傳熱管208與水流 路204呈交錯(cuò)的配置。通過(guò)這樣的配置，能夠使供給于容器202內(nèi)的水沿著翅片207流暢 地上升，使水均勻地遍及容器202內(nèi)的各個(gè)角落。其結(jié)果是，可以進(jìn)行有效且迅速的散熱。另外，如圖4的放大平面圖所示，從多個(gè)通孔205中選擇的一個(gè)通孔205與位于距 該選擇的通孔205最近位置的開(kāi)口部203之間的水平距離&對(duì)多個(gè)通孔205的每一個(gè)而 言均相同。根據(jù)這樣的位置關(guān)系，從水流路204向容器202內(nèi)供給的水以等量流過(guò)多個(gè)通 孔205的每一個(gè)。因此，能夠均勻地將水供給于在比分散板206靠上位置處存在的儲(chǔ)熱材 料210，在儲(chǔ)熱材料210中難以產(chǎn)生濃度分布。其結(jié)果是，可以有效且迅速的進(jìn)行散熱。另外，在分散板206中形成有在水流路204中形成的開(kāi)口部203的數(shù)量的2倍以 上數(shù)量的通孔205。由此，使從水流路204向容器202內(nèi)供給的水在水平方向上分散的效果 得以提高。如圖4所示，多個(gè)翅片207相對(duì)于水流路204的長(zhǎng)度方向垂直配置。在水流路204 中，以與多個(gè)翅片207的翅片節(jié)距FP相同的間隔Di形成有多個(gè)開(kāi)口部203。所謂翅片節(jié) 距FP是指將翅片207的厚度假設(shè)為零的情況下的翅片207排列的間隔。進(jìn)而，在與水流路 204的長(zhǎng)度方向平行的方向上，在分散板206中以與翅片節(jié)距FP相同的間隔Di形成有通孔 205。通過(guò)這樣的構(gòu)成，由于對(duì)各個(gè)翅片207導(dǎo)入相同量的水，有利于更有效且迅速地進(jìn)行 散熱。尤其是，在容器202的內(nèi)部被翅片207在與水流路204的長(zhǎng)度方向垂直的方向上隔開(kāi)的情況下，本結(jié)構(gòu)有效。另外，在與水平方向和翅片207的面內(nèi)方向的雙方平行的方向(圖2所示的方向 WL)上，相鄰的兩個(gè)通孔205的間隔比開(kāi)口部203的間隔Di寬。通過(guò)在該方向上以適當(dāng)寬 的間隔形成通孔205，能夠應(yīng)對(duì)水流路204的條數(shù)的削減。如果能夠削減水流路204的條 數(shù)，則可以減少無(wú)效區(qū)域，因此優(yōu)選。另外，在本實(shí)施方式中，熱交換器209 (具體而言是翅片207)與分散板206直接相 接。另外，熱交換器209 (具體而言是翅片207)與水流路204也直接相接。于是，在儲(chǔ)熱時(shí) 能夠有效地加熱水流路204和分散板206。這樣，可以可靠地加熱存在于水流路204和分散 板206的周圍的儲(chǔ)熱材料210，從而防止開(kāi)口部203和通孔205被固體的儲(chǔ)熱材料210堵例如，在翅片207從水流路204和分散板206脫離的情況下，來(lái)自熱交換器209的 熱量不能充分地傳遞到存在于容器202的下部的儲(chǔ)熱材料210，有可能在開(kāi)口部203或通孔 205被固體的儲(chǔ)熱材料210堵塞的狀態(tài)下結(jié)束儲(chǔ)熱工序。對(duì)此，根據(jù)本實(shí)施方式，由于熱交 換器209的熱量向(準(zhǔn)確的為熱介質(zhì)的熱量)水流路204或分散板206直接傳遞，因此，能 夠使存在于容器202的下部的儲(chǔ)熱材料210可靠融解，避免開(kāi)口部203和通孔205的堵塞。另外，水流路204與分散板206直接相接。具體而言，配管(水流路204)無(wú)空隙 地嵌入于分散板206，以阻止水沿著構(gòu)成水流路204的配管的表面上升。根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，通 過(guò)水流路204的開(kāi)口部203而向容器202內(nèi)供給的水的全部與分散板206的下表面206p沖 撞而在水平方向上分散，并通過(guò)通孔205而向上移動(dòng)。其結(jié)果是，能夠向比分散板206靠上 存在的儲(chǔ)熱材料210均勻地供給水。另外，由于水流路204的熱量直接傳遞到分散板206， 因此可以進(jìn)一步可靠地防止儲(chǔ)熱材料210對(duì)通孔205的堵塞。用于使水流分散的分散板不限于圖3所示的結(jié)構(gòu)。例如，可以適用為圖5所示的 雙層結(jié)構(gòu)的分散板217。如圖5所示，本變形例的分散板217由上板部211、下板部213以及在上板部211 和下板部213之間形成的內(nèi)部空間215構(gòu)成。下板部213的位置設(shè)定為使來(lái)自水流路204 的水導(dǎo)入在容器202的底面202b與其自身的下表面213p之間的空隙G。在下板部213中 形成有用于將從水流路204向容器202內(nèi)供給的水導(dǎo)入內(nèi)部空間215的多個(gè)下通孔214。 上板部211位于下板部213與水流路204的上端之間。上板部211中形成有將在內(nèi)部空間 215內(nèi)存在的水向上引導(dǎo)的多個(gè)上通孔212。從水流路204向容器202內(nèi)供給的水按順序 流過(guò)下通孔214、內(nèi)部空間215和上通孔212，并從比分散板217靠下的空間(空隙G)向比 分散板217靠上的空間移動(dòng)。通過(guò)該分散板217，由于對(duì)應(yīng)于一個(gè)下通孔214設(shè)置有多個(gè)上 通孔212，因此，將水在水平方向上分散的功能優(yōu)異。如圖6A所示，從水流路204的開(kāi)口部203至距該開(kāi)口部203最近的位置存在的 下通孔214的水平距離H2為恒定。在該變形例的分散板217中形成的下通孔214為寬口， 因此，以使水均勻地流入兩個(gè)上通孔212的方式調(diào)整下通孔214的中心的位置(調(diào)整偏差 (offset))。但是，如圖6B所示，也可以是一個(gè)下通孔214’與一個(gè)上通孔212之間的水平 距離H3對(duì)于所有上通孔212而言為恒定。如圖3等所示，在本實(shí)施方式中，由于水流路204的開(kāi)口部203向下開(kāi)口，因此，能 夠防止儲(chǔ)熱材料210通過(guò)開(kāi)口部203而進(jìn)入水流路204。其中，由于儲(chǔ)熱工序結(jié)束時(shí)的儲(chǔ)熱
9材料210的狀態(tài)為固液共存或者液相，因此，多少有可能發(fā)生儲(chǔ)熱材料210通過(guò)開(kāi)口部203 擴(kuò)散到水流路204內(nèi)而引起不希望的反應(yīng)。以下，稱這種現(xiàn)象為“事前反應(yīng)”。在本實(shí)施方式中，為了盡量防止事前反應(yīng)，限制水流路204的開(kāi)口部203的大小。 具體而言，以使1條水流路204內(nèi)的水重量A、形成于該水流路204的開(kāi)口部203的總面積 Si滿足下式(1)的關(guān)系的方式，規(guī)定開(kāi)口部203的總面積Sp500 ( (ff/Si)(單位:kg/m2)…(1)上式(1)是通過(guò)如下的研究而得到的。具體而言，為了預(yù)測(cè)儲(chǔ)熱材料的擴(kuò)散情況， 對(duì)于圖7所示的模型，基于下述擴(kuò)散方程式計(jì)算出經(jīng)過(guò)8小時(shí)后的事前反應(yīng)率。在此，所謂 “事前反應(yīng)率”是指儲(chǔ)熱材料向配管(水流路204)內(nèi)存在的水的擴(kuò)散比率的數(shù)值。例如， “事前反應(yīng)率=100%”指的是配管內(nèi)的溶液的儲(chǔ)熱材料濃度與配管外的溶液的儲(chǔ)熱材料濃 度成為相等的狀態(tài)。假設(shè)夜間進(jìn)行儲(chǔ)熱工序，白天進(jìn)行散熱工序，計(jì)算經(jīng)過(guò)8小時(shí)后的事前 反應(yīng)率。 在圖7所示的模型中，在配管204設(shè)置有一個(gè)開(kāi)口部203。對(duì)于具有3mm、8mm、16mm 以及30mm的內(nèi)徑的4種配管，分別計(jì)算出改變其長(zhǎng)度而使其中水量變化的情況下的事前反 應(yīng)率。開(kāi)口部203的直徑固定為0.3mm。將具有圖7所示的初始濃度的氯化鈣水溶液和硫 酸鎂水溶液作為計(jì)算模型中的儲(chǔ)熱材料。將計(jì)算結(jié)果示于圖8A和圖8B。圖8A為氯化鈉的計(jì)算結(jié)果，圖8B為硫酸鎂的計(jì)算 結(jié)果。曲線圖的縱軸表示事前反應(yīng)率(％)。橫軸表示將配管內(nèi)的水重量設(shè)為A、開(kāi)口部的 面積(開(kāi)口面積)設(shè)為Si時(shí)的(Wi/Si)(單位kg/m2)的數(shù)值。如圖8A和圖8B所示，配管 越粗事前反應(yīng)率越小。在具有8mm以上內(nèi)徑的配管中，8小時(shí)左右時(shí)間的事前反應(yīng)率不到 10%。但是，由于存在無(wú)效區(qū)域增加、儲(chǔ)熱量減少的問(wèn)題，因此，能夠使用的配管的粗細(xì) 是有限度的。另外，由于存在水垢堆積的問(wèn)題，因此配管不能過(guò)細(xì)。具體而言，具有3 8mm 的內(nèi)徑的配管作為水流路204是合適的。因此，根據(jù)具有3mm的內(nèi)徑的配管的計(jì)算結(jié)果來(lái)確 定適當(dāng)?shù)?W/Si)的范圍是具有一定的妥當(dāng)性的。而且，根據(jù)(p3mm的配管的計(jì)算結(jié)果，將 (Wi/Si) = 500作為界限，事前反應(yīng)率的曲線斜率急劇變化。因此，通過(guò)以滿足500 < (W/ SD的方式設(shè)計(jì)水流路204，可以將事前反應(yīng)率抑制為不到10%。(W/SD的上限值沒(méi)有特別的限制，可以從以下的觀點(diǎn)確定上限值的目標(biāo)。例如， 在將具有0. 1mm厚度的翅片用于熱交換器的情況下，為了使容器內(nèi)的儲(chǔ)熱材料的充填率在 90%以上，可以考慮將翅片節(jié)距設(shè)為1mm以上，將開(kāi)口部203的間隔設(shè)為1mm以上。另一方 面，從加工的角度考慮，配管(水流路204)優(yōu)選具有1英寸(25.4mm)以下的內(nèi)徑。結(jié)合這 些條件來(lái)考慮q>0.3mm的開(kāi)口部203的情況下，以大致滿足(Wi/s》(7000的方式對(duì)水流 路204進(jìn)行設(shè)計(jì)即可。
《儲(chǔ)熱運(yùn)行》接下來(lái)，利用圖9對(duì)于儲(chǔ)熱運(yùn)行進(jìn)行說(shuō)明。首先，打開(kāi)開(kāi)閉閥120，啟動(dòng)真空泵119，將儲(chǔ)熱裝置101的容器202、回流流路124 以及凝結(jié)器115內(nèi)進(jìn)行減壓。減壓到規(guī)定壓力時(shí)，關(guān)閉開(kāi)閉閥120，停止真空泵119。接著，設(shè)定第一三通閥117和第二三通閥118，使得水在供給熱水回路122的主回 路129中沿箭頭a的方向循環(huán)，之后，開(kāi)始運(yùn)行熱泵116。將在主回路129中循環(huán)的水利用 熱泵116的散熱器112加熱。升溫至約80°C的熱水流入儲(chǔ)熱裝置101的熱交換器209 (準(zhǔn) 確說(shuō)是傳熱管208)，加熱儲(chǔ)熱材料210。由于熱交換器209的翅片207與水流路204以及 分散板206直接相接，因此，水流路204和分散板206也被有效地加熱，存在于容器202的 下部的儲(chǔ)熱材料210也有充分的熱量到達(dá)。如圖11所示，在儲(chǔ)熱工序開(kāi)始時(shí)，儲(chǔ)熱材料210為固體(A點(diǎn))。當(dāng)繼續(xù)加熱而升 溫至30°C (B點(diǎn))以上時(shí)，儲(chǔ)熱材料210變?yōu)橐后w。由于容器202、回流流路124以及凝結(jié) 器115內(nèi)被減壓，因此，儲(chǔ)熱材料210變?yōu)橐后w后，開(kāi)始脫水。凝結(jié)器115被在熱泵116中 循環(huán)的低溫的冷卻介質(zhì)(例如0°C)所冷卻。從而，從儲(chǔ)熱材料210產(chǎn)生的水蒸汽通過(guò)在凝 結(jié)器115中與冷卻介質(zhì)進(jìn)行熱交換而被凝結(jié)。凝結(jié)熱通過(guò)熱泵116進(jìn)行回收。當(dāng)進(jìn)一步進(jìn)行加熱時(shí)，儲(chǔ)熱材料210升溫并濃縮。當(dāng)達(dá)到比溶解度曲線(C點(diǎn))高 的濃度時(shí)再次析出固體，儲(chǔ)熱材料210成為固液共存溶液。儲(chǔ)熱材料210的溫度成為80°C、 重量濃度成為61% (D點(diǎn))時(shí)，結(jié)束儲(chǔ)熱工序?！渡徇\(yùn)行》接著，利用圖10對(duì)散熱運(yùn)行進(jìn)行說(shuō)明。首先，設(shè)定第一三通閥117和第二三通閥118，使得水在供給熱水回路122中沿箭 頭b的方向流動(dòng)，從導(dǎo)入回路127向儲(chǔ)熱裝置101供給市政水。接著，從回收罐123通過(guò)供給流路125向儲(chǔ)熱裝置101供給水。從供給流路125 供給的稀釋用的水在水流路204中流動(dòng)，從開(kāi)口部203向容器202內(nèi)向下噴出?；诒戎?差，向容器202內(nèi)供給的水立刻形成向上的水流。例如，氯化鈣的重量濃度為60 75%的 儲(chǔ)熱材料210在80°C下的比重為約1. 5kg/L，向容器202內(nèi)供給的水的比重為約lkg/L。在本實(shí)施方式中，由于分散板206設(shè)置為比開(kāi)口部203靠上側(cè)，水與分散板206沖 撞而在水平方向上分散。之后，從各個(gè)通孔205向容器202的上部的儲(chǔ)熱材料210供給等 量的水。儲(chǔ)熱材料210稀釋至約50%的重量濃度，并且產(chǎn)生發(fā)熱反應(yīng)而升溫至95°C (圖11 的E點(diǎn))。此時(shí)的儲(chǔ)熱材料210的狀態(tài)為液相。通過(guò)熱交換器209的作用，在傳熱管208中流動(dòng)的市政水與儲(chǔ)熱材料210進(jìn)行熱 交換。市政水從儲(chǔ)熱材料210吸收熱量，通過(guò)供給熱水回路122導(dǎo)入水龍頭130。儲(chǔ)熱材料 210降溫，當(dāng)達(dá)到30°C (B點(diǎn))以下時(shí)變?yōu)楣腆w。散熱工序繼續(xù)至儲(chǔ)熱裝置101的出口的市 政水的溫度成為規(guī)定溫度(例如42°C以下)。工業(yè)實(shí)用性 本發(fā)明的儲(chǔ)熱裝置適用于家庭用的供給熱水設(shè)備或供暖裝置。但本發(fā)明不限定于 此，也可以廣泛用于儲(chǔ)存各種排熱的系統(tǒng)等。
權(quán)利要求
一種化學(xué)儲(chǔ)熱裝置，其特征在于，具有容器，其收容有比重比水大且通過(guò)與水進(jìn)行反應(yīng)而發(fā)熱的儲(chǔ)熱材料；熱交換器，其設(shè)置在所述容器內(nèi)，在儲(chǔ)熱工序中向所述儲(chǔ)熱材料供給熱量，而在散熱工序中從所述儲(chǔ)熱材料吸收熱量；水流路，其具有向下開(kāi)口的開(kāi)口部，并且為了將應(yīng)與所述儲(chǔ)熱材料進(jìn)行反應(yīng)的水供給于所述容器內(nèi)而在所述容器內(nèi)設(shè)置為比所述熱交換器靠下側(cè)；以及分散板，其在所述容器內(nèi)設(shè)置為比所述熱交換器靠下側(cè)且比所述開(kāi)口部靠上側(cè)，并且，具有用于將供給于所述容器內(nèi)的水自下而上引導(dǎo)的多個(gè)通孔。
2.如權(quán)利要求1所述的化學(xué)儲(chǔ)熱裝置，其中，散熱工序開(kāi)始時(shí)的所述儲(chǔ)熱材料的狀態(tài)為固液共存或者液相， 儲(chǔ)熱工序開(kāi)始時(shí)的所述儲(chǔ)熱材料的狀態(tài)為固相。
3.如權(quán)利要求1所述的化學(xué)儲(chǔ)熱裝置，其中， 所述水流路在所述容器內(nèi)水平方向延伸，所述分散板配置為比所述開(kāi)口部靠上側(cè)且比所述水流路的上端靠下側(cè)。
4.如權(quán)利要求1所述的化學(xué)儲(chǔ)熱裝置，其中，所述水流路內(nèi)的水重量巧和所述開(kāi)口部的總面積Si滿足下式(1)， 500 ( (ffi/Si)(單位:kg/m2) (1)
5.如權(quán)利要求4所述的化學(xué)儲(chǔ)熱裝置，其中， 所述水流路的內(nèi)徑為3 30mm。
6.如權(quán)利要求1所述的化學(xué)儲(chǔ)熱裝置，其中， 所述水流路具有多個(gè)所述開(kāi)口部，對(duì)于所述多個(gè)通孔中的每一個(gè)而言，從所述多個(gè)通孔中選擇的一個(gè)通孔與位于距該被 選擇的通孔最近的位置的所述開(kāi)口部之間的水平距離是相同的。
7.如權(quán)利要求6所述的化學(xué)儲(chǔ)熱裝置，其中，在所述分散板上形成有所述開(kāi)口部數(shù)量的2倍以上數(shù)量的所述通孔。
8.如權(quán)利要求6所述的化學(xué)儲(chǔ)熱裝置，其中，所述熱交換器為具有多個(gè)翅片和貫通所述多個(gè)翅片的傳熱管的翅片管式熱交換器， 所述多個(gè)翅片垂直于所述水流路的長(zhǎng)度方向配置，在與所述水流路的長(zhǎng)度方向平行的方向上，所述多個(gè)通孔以與所述多個(gè)翅片的翅片節(jié) 距相同的間距形成在所述分散板上。
9.如權(quán)利要求1所述的化學(xué)儲(chǔ)熱裝置，其中， 所述熱交換器與所述分散板直接連接。
10.如權(quán)利要求1所述的化學(xué)儲(chǔ)熱裝置，其中，所述分散板具有下板部、上板部和形成于所述下板部與所述上板部之間的內(nèi)部空間， 所述下板部的位置設(shè)定成使來(lái)自所述水流路的水被導(dǎo)入所述容器的底面與所述分散板自 身的下表面之間的空隙中，所述上板部位于所述下板部與所述水流路的上端之間，所述多個(gè)通孔包括為了將從所述水流路供給于所述容器內(nèi)的水引導(dǎo)至所述內(nèi)部空間 而形成于所述下板部的多個(gè)下通孔、以及為了將存在于所述內(nèi)部空間的水向上引導(dǎo)而形成 于所述上板部的多個(gè)上通孔。
11.如權(quán)利要求1所述的化學(xué)儲(chǔ)熱裝置，其中，所述儲(chǔ)熱材料為選自氯化鈣水合物、溴化鈣水合物以及硫酸鎂水合物中的至少一種。
12.一種儲(chǔ)熱系統(tǒng)，其特征在于，具有儲(chǔ)熱回路，其具有權(quán)利要求1所述的儲(chǔ)熱裝置、使水蒸汽凝結(jié)的凝結(jié)器、將在儲(chǔ)熱工序 中從所述儲(chǔ)熱裝置的所述儲(chǔ)熱材料產(chǎn)生的水蒸汽導(dǎo)入所述凝結(jié)器的回流流路、儲(chǔ)存凝結(jié)水 的罐、以及在散熱工序中將所述罐的水導(dǎo)入所述儲(chǔ)熱裝置的供給流路；加熱裝置，其用于在儲(chǔ)熱工序中向所述儲(chǔ)熱裝置的所述儲(chǔ)熱材料供給熱量；以及 熱介質(zhì)回路，其用于在散熱工序中從所述儲(chǔ)熱裝置的所述儲(chǔ)熱材料吸收熱量。
全文摘要
一種化學(xué)儲(chǔ)熱裝置(100)，具有容器(202)，其收容有比重比水大且通過(guò)與水進(jìn)行反應(yīng)而發(fā)熱的儲(chǔ)熱材料(210)；熱交換器(209)，其設(shè)置于所述容器(202)內(nèi)，在儲(chǔ)熱工序中向所述儲(chǔ)熱材料(210)供給熱量，而在散熱工序中從儲(chǔ)熱材料(210)吸收熱量；水流路(204)，其具有向下開(kāi)口的開(kāi)口部(203)，并且為了將應(yīng)與儲(chǔ)熱材料(210)進(jìn)行反應(yīng)的水供給于容器(202)內(nèi)而在容器(202)內(nèi)設(shè)置為比熱交換器(209)靠下側(cè)；以及分散板(206)，其在容器(202)內(nèi)設(shè)置為比熱交換器(209)靠下側(cè)且比開(kāi)口部(203)靠上側(cè)，并且，具有用于將供給于容器(202)內(nèi)的水自下而上引導(dǎo)的多個(gè)通孔(205)。
文檔編號(hào)F28D20/00GK101855508SQ20088011557
公開(kāi)日2010年10月6日 申請(qǐng)日期2008年11月13日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月13日
發(fā)明者古井美緒, 壽川徹, 柿本敦, 鈴木基啓 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社