JP7269583B2 - Steam generator and steam generation system - Google Patents
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Description
本発明は、ケミカルヒートポンプを備える蒸気発生装置、及び蒸気発生システムに関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a steam generator equipped with a chemical heat pump and a steam generation system.
特許文献1に開示されるように、工場等で発生する排熱の再利用に用いることのできる装置として、ケミカルヒートポンプが知られている。このようなケミカルヒートポンプの熱輸送や特許文献2,3に開示される蓄熱装置の熱輸送にヒートパイプが用いられる場合がある。 As disclosed in Patent Document 1, a chemical heat pump is known as a device that can be used to reuse waste heat generated in factories and the like. A heat pipe may be used for heat transport of such a chemical heat pump or heat transport of a heat storage device disclosed in Patent Documents 2 and 3.
ケミカルヒートポンプでは、放熱動作で得られる熱を利用して蒸気を発生されることもできる。このようにケミカルヒートポンプで、排熱を利用して蒸気を発生させる場合、ケミカルヒートポンプにおける熱の利用効率を高めることは、例えば、より効率的に排熱を利用したり、より高い温度の蒸気を発生させたりするという観点で重要である。 In the chemical heat pump, steam can also be generated using the heat obtained from the heat dissipation operation. In this way, when exhaust heat is used to generate steam with a chemical heat pump, increasing the efficiency of heat utilization in the chemical heat pump can be achieved by, for example, using exhaust heat more efficiently or producing steam at a higher temperature. It is important from the viewpoint of causing it to occur.
本発明の目的は、ケミカルヒートポンプの蓄熱動作及び放熱動作における熱の利用効率を高めることを可能にした蒸気発生装置、及び蒸気発生システムを提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a steam generator and a steam generation system that are capable of enhancing the efficiency of heat utilization in the heat storage operation and heat release operation of a chemical heat pump.
上記課題を解決する蒸気発生装置は、蒸気を発生させるケミカルヒートポンプと、前記蒸気を供給先へ供給する蒸気供給部と、前記ケミカルヒートポンプから前記蒸気供給部へ前記蒸気を送る蒸気移送パイプ部と、を備える蒸気発生装置であって、前記ケミカルヒートポンプは、排熱を回収する排熱回収部と、脱水反応により蓄熱し、かつ水和反応により放熱する化学蓄熱材が収容される反応器と、前記排熱回収部から前記反応器へ熱を輸送する熱輸送経路と、を備え、前記熱輸送経路は、前記排熱回収部内に配置される第1ヒートパイプ部と、前記反応器内に配置される第2ヒートパイプ部と、前記第1ヒートパイプ部と前記第2ヒートパイプ部との間で熱輸送する中間ヒートパイプ部と、を備え、前記蒸気移送パイプ部は、前記ケミカルヒートポンプの放熱動作時に前記第2ヒートパイプ部の内部で発生させた蒸気を前記蒸気供給部へ送る。 A steam generator for solving the above problems comprises a chemical heat pump for generating steam, a steam supply section for supplying the steam to a supply destination, a steam transfer pipe section for sending the steam from the chemical heat pump to the steam supply section, The chemical heat pump includes an exhaust heat recovery unit for recovering exhaust heat, a reactor containing a chemical heat storage material that stores heat by dehydration reaction and releases heat by hydration reaction, and a heat transport path for transporting heat from an exhaust heat recovery unit to the reactor, wherein the heat transport path includes a first heat pipe unit arranged in the exhaust heat recovery unit and a heat pipe unit arranged in the reactor. and an intermediate heat pipe portion that transfers heat between the first heat pipe portion and the second heat pipe portion, wherein the vapor transfer pipe portion performs heat dissipation operation of the chemical heat pump. At times, steam generated inside the second heat pipe section is sent to the steam supply section.
この構成によれば、ケミカルヒートポンプの蓄熱動作時には、排熱回収部で回収した排熱を第1ヒートパイプ部、中間ヒートパイプ部、及び第2ヒートパイプ部によって反応器23へ熱輸送することができる。また、ケミカルヒートポンプの放熱動作時には、第2ヒートパイプ部で発生させた蒸気を蒸気移送パイプ部によって蒸気放出部へ移送することができる。すなわち、反応器において、蓄熱動作時に熱輸送する第2ヒートパイプ部を放熱動作時に蒸気を発生させる蒸気発生部として用いている。このようにケミカルヒートポンプの動作時における反応器の熱の出入りを共通の第2ヒートパイプ部で行うことで、反応器から外部への不要な熱放出を抑えることができる。
According to this configuration, during the heat storage operation of the chemical heat pump, the exhaust heat recovered by the exhaust heat recovery section can be heat-transported to the
上記蒸気発生装置において、前記ケミカルヒートポンプは、蓄熱動作時に前記第2ヒートパイプ部の内部で凝縮した凝縮水を貯留する貯留槽と、前記ケミカルヒートポンプの放熱動作時に前記貯留槽から第2ヒートパイプ部に送水する送水部と、をさらに備えることが好ましい。 In the above steam generator, the chemical heat pump includes a storage tank for storing condensed water condensed inside the second heat pipe section during heat storage operation, and a storage tank for storing condensed water condensed inside the second heat pipe section during heat storage operation, and the second heat pipe section from the storage tank during heat radiation operation of the chemical heat pump. It is preferable to further include a water feeding unit that feeds water to.
この構成によれば、凝縮水の清浄度は比較的高いため、貯留槽に貯留される水の清浄度を容易に高めることができる。この凝縮水を含む水を第2ヒートパイプ部に送水し、第2ヒートパイプ部内で蒸気を発生させることで、水を再利用することができるとともに、清浄度の比較的高い蒸気を蒸気供給部に供給することができる。 According to this configuration, since the cleanliness of the condensed water is relatively high, it is possible to easily improve the cleanliness of the water stored in the storage tank. The water containing the condensed water is sent to the second heat pipe section and steam is generated in the second heat pipe section, so that the water can be reused and the relatively clean steam is supplied to the steam supply section. can be supplied to
上記蒸気発生装置において、前記蒸気供給部は、前記蒸気移送パイプ部から送られる蒸気の圧力を検出する検出器と、前記供給先への蒸気の供給を制御する制御弁と、を備えることが好ましい。 In the above steam generator, the steam supply section preferably includes a detector for detecting the pressure of the steam sent from the steam transfer pipe section, and a control valve for controlling the supply of the steam to the supply destination. .
この構成によれば、例えば、検出器の検出値が所定の圧力となったとき制御弁を開放することで、供給先に適切な圧力の蒸気を供給することができる。また、蒸気供給部に送られる蒸気の圧力が不足した場合、制御弁を閉鎖することで、供給先から蒸気供給部へ蒸気が逆流することを防止することができる。 According to this configuration, for example, by opening the control valve when the detected value of the detector reaches a predetermined pressure, it is possible to supply steam at an appropriate pressure to the supply destination. Further, when the pressure of the steam sent to the steam supply unit is insufficient, by closing the control valve, it is possible to prevent the steam from flowing back from the supply destination to the steam supply unit.
上記蒸気発生装置において、前記ケミカルヒートポンプの放熱動作時に前記反応器内において前記水和反応に用いられる蒸気は、エゼクタから導入されることが好ましい。
この構成によれば、外部電力で動作する圧縮機を用いずに蒸気を圧縮し、その蒸気を用いて化学蓄熱材の水和反応を促進させることができる。
In the above steam generator, it is preferable that the steam used for the hydration reaction in the reactor is introduced from an ejector during the heat dissipation operation of the chemical heat pump.
According to this configuration, steam can be compressed without using a compressor that operates on external power, and the steam can be used to accelerate the hydration reaction of the chemical heat storage material.
上記蒸気発生装置において、前記熱輸送経路は、前記第1ヒートパイプ部の内部で発生させた蒸気を前記エゼクタに吸入させるように接続されることが好ましい。
この構成によれば、ケミカルヒートポンプの放熱動作時に反応器内の化学蓄熱材と水和反応させるための蒸気の生成と、ケミカルヒートポンプの蓄熱動作時に反応器内の化学蓄熱材を加熱するための蒸気の生成とを共通の排熱回収部で行うことができる。
In the above steam generator, it is preferable that the heat transport path is connected so that the steam generated inside the first heat pipe portion is sucked into the ejector.
According to this configuration, steam is generated for causing a hydration reaction with the chemical heat storage material in the reactor during the heat radiation operation of the chemical heat pump, and steam for heating the chemical heat storage material within the reactor during the heat storage operation of the chemical heat pump. can be performed in a common waste heat recovery unit.
上記課題を解決する蒸気発生システムは、上記蒸気発生装置と、前記化学蓄熱材の水和反応を進行させる蒸気を前記反応器内に導入する導入経路と、前記化学蓄熱材の脱水反応で生じる蒸気を前記反応器内から回収する回収経路と、を備える。 A steam generation system for solving the above problems includes the above steam generator, an introduction path for introducing steam for advancing the hydration reaction of the chemical heat storage material into the reactor, and steam generated by the dehydration reaction of the chemical heat storage material. and a recovery path for recovering from within the reactor.
本発明によれば、ケミカルヒートポンプの放熱動作で得られる熱を効率的に利用して蒸気を得ることが可能となる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it becomes possible to obtain steam by efficiently using the heat obtained by the heat radiation operation of a chemical heat pump.
以下、蒸気発生装置の実施形態について図面を参照して説明する。
図1に示すように、蒸気発生システム11の一部を構成する蒸気発生装置12は、蒸気を発生させるケミカルヒートポンプ21と、蒸気を供給先へ供給する蒸気供給部31とを備えている。蒸気発生装置12は、ケミカルヒートポンプ21から蒸気供給部31へ蒸気を送る蒸気移送パイプ部41とを備えている。
Hereinafter, embodiments of a steam generator will be described with reference to the drawings.
As shown in FIG. 1, a
ケミカルヒートポンプ21は、排熱を回収する排熱回収部22と、化学蓄熱材HMが収容される反応器23と、排熱回収部22から反応器23へ熱を輸送する熱輸送経路24とを備えている。
The
排熱回収部22は、外部からの排熱が導入される熱交換器を備えている。排熱回収部22に導入される排熱の形態は、液体(排水等)であってもよいし、気体であってもよい。
反応器23に収容される化学蓄熱材HMは、ケミカルヒートポンプ21の蓄熱動作時に脱水反応し、ケミカルヒートポンプ21の放熱動作時に水和反応する材料である。反応器23は、化学蓄熱材HMの水和反応に用いられる蒸気が導入されるように構成されている。また、反応器23は、化学蓄熱材HMの脱水反応で生じる蒸気が排出されるように構成されている。
The exhaust
The chemical heat storage material HM accommodated in the
化学蓄熱材HMとしては、周知の固体材料を用いることができる。化学蓄熱材HMは、化学蓄熱物質のみから構成してもよいし、粒子状の化学蓄熱物質を水蒸気透過性樹脂等の水蒸気透過性のバインダーで結合した材料であってもよい。化学蓄熱物質としては、例えば、塩化カルシウム、硫酸カルシウム等が挙げられる。化学蓄熱材HMは、一種を用いてもよいし、複数種を組み合わせて用いてもよい。化学蓄熱材HMは、200℃以上の耐熱性を有していることが好ましい。 A well-known solid material can be used as the chemical heat storage material HM. The chemical heat storage material HM may be composed of only a chemical heat storage material, or may be a material obtained by binding a particulate chemical heat storage material with a water vapor permeable binder such as a water vapor permeable resin. Chemical heat storage substances include, for example, calcium chloride and calcium sulfate. One type of chemical heat storage material HM may be used, or a plurality of types may be used in combination. The chemical heat storage material HM preferably has heat resistance of 200° C. or more.
熱輸送経路24は、排熱回収部22内に配置される第1ヒートパイプ部24aと、反応器23内に配置される第2ヒートパイプ部24bと、第1ヒートパイプ部24aと第2ヒートパイプ部24bとの間で熱輸送する中間ヒートパイプ部24cとを備えている。
The
第1ヒートパイプ部24aの内部には、毛細管現象を利用して作動流体(水)を中間ヒートパイプ部24c側に送るウィックが配置されている。周知のようにウィックは、毛細管構造を有する多孔質体であり、熱輸送経路24において作動流体を一方向に送る役割を果たす。排熱回収部22では、排熱と第1ヒートパイプ部24aとの間で熱交換される。排熱回収部22は、排熱の流体が流通するパイプを備えることが好ましく、パイプと第1ヒートパイプ部24aとは伝熱板に接続されることがより好ましい。これにより、排熱と第1ヒートパイプ部24aとの間の熱交換を効率的に行うことができる。
Inside the first
第2ヒートパイプ部24bは、反応器23内において複数の伝熱板に接続されることが好ましい。これにより、第2ヒートパイプ部24bと化学蓄熱材HMとの間の熱交換を効率的に行うことができる。なお、反応器23内では、化学蓄熱材HMの形状を維持するために、化学蓄熱材HMと第2ヒートパイプ部24bと伝熱板とを網目構造を有する支持材で覆うことが好ましい。
The second
蒸気供給部31は、供給先としての蒸気ヘッダSHに連結される部分である。蒸気供給部31は、蒸気移送パイプ部41から送られる蒸気の圧力を検出する検出器P1と、供給先への蒸気の供給を制御する制御弁32とを備えている。制御弁32を制御する制御部は、例えば、検出器P1で検出された圧力の閾値に基づいて制御弁32を開閉動作させる。
The
なお、制御部は、検出器P1で検出された圧力と、供給先の蒸気ヘッダSH内の圧力(検出器P2で検出される圧力)との対比結果に基づいて制御弁32を開閉動作させるものであってもよい。例えば、蒸気ヘッダSH内の蒸気の圧力よりも、蒸気供給部31内の蒸気の圧力が高くなったとき、制御弁32を開動作する供給開始の制御を行うように制御部を構成することができる。また、例えば、蒸気ヘッダSH内の蒸気の圧力よりも、蒸気供給部31内の蒸気の圧力が低くなったとき、制御弁32を閉動作する供給停止の制御を行うように制御部を構成することができる。
The control unit opens and closes the
蒸気移送パイプ部41は、ケミカルヒートポンプ21の放熱動作時に第2ヒートパイプ部24bの内部で発生させた蒸気を蒸気供給部31へ送る。すなわち、蒸気移送パイプ部41は、ケミカルヒートポンプ21の中間ヒートパイプ部24cに接続されている。
The steam
ケミカルヒートポンプ21は、蓄熱動作時に第2ヒートパイプ部24bの内部で凝縮した凝縮水を貯留する貯留槽25と、ケミカルヒートポンプ21の放熱動作時に貯留槽25から第2ヒートパイプ部24bに送水する送水部26とを備えている。送水部26は、貯留槽25内の水を第2ヒートパイプ部24bに送る送液ポンプ26aと、第2ヒートパイプ部24bと貯留槽25との間で水を循環させることを可能にした循環路26bをさらに備えている。貯留槽25は、外部から水を補充可能に構成されている。
The
次に、蒸気発生システム11について説明する。
蒸気発生システム11は、化学蓄熱材HMの水和反応を進行させる蒸気を反応器23内に導入する導入経路L1と、化学蓄熱材HMの脱水反応で生じる蒸気を反応器23内から回収する回収経路L2とを備えている。導入経路L1は、エゼクタEJ及びボイラBを備えている。回収経路L2は、蒸気回収部SRを備えている。
Next, the
The
エゼクタEJに吸入させる蒸気は、例えば、排熱を利用した蒸発器を別途設けることで発生させてもよいが、蒸気発生システム11の簡素化や小型化という観点から、蒸気発生装置12における排熱回収部22を利用して発生させることが好ましい。すなわち、蒸気発生装置12の熱輸送経路24は、第1ヒートパイプ部24aの内部で発生させた蒸気をエゼクタEJに吸入させるように接続されることが好ましい。エゼクタEJの駆動蒸気としては、ボイラBで発生する蒸気の一部を用いることができる。ボイラBとしては、工場等の施設において、別の用途で既設されているものを用いることができる。なお、エゼクタEJの駆動蒸気を既設の蒸気配管から供給することもできる。
The steam sucked into the ejector EJ may be generated, for example, by separately providing an evaporator that utilizes exhaust heat. It is preferable to generate it using the
蒸気回収部SRは、ケミカルヒートポンプ21の蓄熱動作時において、反応器23内の化学蓄熱材HMの脱水反応により生じた蒸気を回収する。蒸気回収部SRとしては、例えば、回収材を収容した蒸気回収器、又は減圧ポンプを用いることができる。ここでは、蒸気回収部SRとして蒸気回収器を用いる場合を一例として説明する。回収材としては、反応器23内の化学蓄熱材HMの脱水反応により生じた蒸気(水)と水和反応させることが可能な材料を用いることができる。蒸気回収器内には、外部からの排温水、冷水等の熱媒体が流入される熱交換器が設けられ、回収材は、熱交換器により加熱又は冷却されるように蒸気回収器内に配置される。回収材による蒸気の回収は、例えば、冷水により回収材を冷却することで促進される。
The steam recovery unit SR recovers steam generated by the dehydration reaction of the chemical heat storage material HM in the
蒸気回収器内の回収材が水和反応することで、蒸気回収器内の圧力を低下させることができる。これにより、反応器23内の化学蓄熱材HMから発生する蒸気が比較的低圧(低温)であったとしても、その低圧の蒸気と水和反応可能な回収材を用いることで、化学蓄熱材HMの脱水反応を好適に進行させることができる。
The hydration reaction of the recovery material in the steam recovery device can reduce the pressure in the steam recovery device. As a result, even if the steam generated from the chemical heat storage material HM in the
回収材としては、周知の固体材料を用いることができる。回収材は、水和反応及び脱水反応し得る回収用物質のみから構成してもよいし、粒子状の回収用物質を水蒸気透過性樹脂等の水蒸気透過性のバインダーで結合した材料であってもよい。 A well-known solid material can be used as the collected material. The recovery material may be composed only of a recovery substance capable of hydration reaction and dehydration reaction, or may be a material in which a particulate recovery substance is bound with a water vapor permeable binder such as a water vapor permeable resin. good.
回収材(回収用物質)としては、例えば、大気圧未満の圧力条件において蒸気が凝縮する温度よりも高い温度で水和反応する物質を好適に用いることができる。これにより、ケミカルヒートポンプ21の操作条件を大気圧未満(減圧下)とし、蒸気を凝縮させることが可能な温度よりも高い温度の冷水を蒸気回収器の熱交換器に供給したとしても、蒸気回収器内で蒸気を回収することが可能となる。なお、ケミカルヒートポンプ21の系内の操作条件(蓄熱動作の条件)を大気圧未満(減圧下)にすることで、ケミカルヒートポンプ21の安全対策費用を削減することが可能となる。
As the recovery material (substance for recovery), for example, a substance that undergoes a hydration reaction at a temperature higher than the temperature at which steam condenses under pressure conditions below atmospheric pressure can be suitably used. As a result, even if the operating condition of the
ここで、本明細書でいう回収材の水和反応は、回収材としての多孔質材料を用いた蒸気(水分)の吸着も含まれる。すなわち、回収材の脱水反応は、回収材としての多孔質材料を用いた蒸気(水分)の脱着も含まれる。回収用物質としては、例えば、ゼオライト、水酸化リチウム、硫酸マグネシウム、シュウ化ストロンチウム、活性炭、多孔性金属錯体(MOF)等が挙げられる。回収材は、一種を用いてもよいし、複数種を組み合わせて用いてもよい。回収材は、200℃以上の耐熱性を有していることが好ましい。 Here, the hydration reaction of the recovery material referred to in this specification also includes adsorption of steam (moisture) using a porous material as the recovery material. That is, the dehydration reaction of the recovery material includes desorption of steam (moisture) using the porous material as the recovery material. Examples of recovery materials include zeolite, lithium hydroxide, magnesium sulfate, strontium oxalate, activated carbon, and porous metal complexes (MOF). One type of collected material may be used, or a plurality of types may be used in combination. The collected material preferably has heat resistance of 200° C. or higher.
なお、例えば、ケミカルヒートポンプ21の放熱動作中に、排熱を利用して回収材の脱水反応を行うことで、回収材を水和反応可能な状態に再生し、再利用することができる。
蒸気発生システム11(蒸気発生装置12)における流体の流路には、開閉弁又は流量調整弁等の制御弁が設けられている。蒸気発生システム11(蒸気発生装置12)におけるケミカルヒートポンプ21の蓄熱動作と放熱動作は、制御弁の開閉により切り替えることができる。また、蒸気発生システム11(蒸気発生装置12)では、配管や容器内の温度や圧力を計測するセンサの検出値に基づいて、流量調整弁の開度を調整してもよい。
For example, by dehydrating the recovered material using the exhaust heat during the heat radiation operation of the
A control valve such as an on-off valve or a flow control valve is provided in a fluid flow path in the steam generation system 11 (steam generator 12). The heat storage operation and heat dissipation operation of the
次に、蒸気発生装置12及び蒸気発生システム11の動作について説明する。
図2には、ケミカルヒートポンプ21が蓄熱動作している状態を示している。ケミカルヒートポンプ21の蓄熱動作には、排熱が利用される。排熱回収部22で回収された排熱は、熱輸送経路24である第1ヒートパイプ部24a、中間ヒートパイプ部24c、及び第2ヒートパイプ部24bによって反応器23へ熱輸送される。詳述すると、排熱回収部22内の第1ヒートパイプ部24aの内部で蒸発した作動流体(水)は、中間ヒートパイプ部24cを通じて反応器23内の第2ヒートパイプ部24bに流入する。第2ヒートパイプ部24b内において、作動流体は、反応器23内の化学蓄熱材HMと熱交換することで凝縮する。第2ヒートパイプ部24b内で凝縮した作動流体は、貯留槽25に貯留される。貯留槽25に貯留された作動流体は、第1ヒートパイプ部24a内に供給される。このように熱輸送経路24は、作動流体が一方向に還流するループ型ヒートパイプとして動作する。
Next, operations of the
FIG. 2 shows a state in which the
反応器23内では、反応器23(第2ヒートパイプ部24b)に輸送された熱によって、化学蓄熱材HMが加熱される。これにより、化学蓄熱材HMの脱水反応が行われる。化学蓄熱材HMの脱水反応で発生した蒸気は、蒸気回収部SRによって回収される。
Inside the
図3には、ケミカルヒートポンプ21が放熱動作している状態を示している。ケミカルヒートポンプ21の放熱動作時に発生する熱によって、反応器23内の第2ヒートパイプ部24bの内部で蒸気を発生し、この蒸気は、蒸気移送パイプ部41を通じて蒸気供給部31へ送ることができる。
FIG. 3 shows a state in which the
ケミカルヒートポンプ21の放熱動作時では、排熱回収部22の第1ヒートパイプ部24aの内部で蒸気を発生させる。具体的には、第1ヒートパイプ部24aに貯留槽25から水を供給し、排熱で水を加熱することで蒸気を発生することができる。
During the heat dissipation operation of the
一方、ボイラBで発生する蒸気の一部をエゼクタEJに駆動蒸気として供給し、エゼクタEJに第1ヒートパイプ部24aの内部で発生した蒸気を吸引させる。これにより、ボイラBで発生する蒸気よりも圧力が低く、第1ヒートパイプ部24aの内部で発生する蒸気よりも圧力の高い蒸気がエゼクタEJから吐出され、この蒸気が反応器23内に導入される。反応器23内に導入された蒸気によって、反応器23内の化学蓄熱材HMの水和反応が行われる。
On the other hand, part of the steam generated in the boiler B is supplied to the ejector EJ as driving steam, and the ejector EJ is made to suck the steam generated inside the first
反応器23内では、化学蓄熱材HMの水和反応の発熱によって第2ヒートパイプ部24b内の水を加熱し、第2ヒートパイプ部24b内で蒸気を発生させる。第2ヒートパイプ部24b内で発生した蒸気は、蒸気移送パイプ部41を通じて蒸気供給部31に送られる。蒸気供給部31に送られた蒸気が所定の圧力になったとき、制御弁32を開動作させることで、供給先(蒸気ヘッダSH)に蒸気を供給する。
In the
第2ヒートパイプ部24b内への水の供給は、貯留槽25及び送水部26を利用することができる。詳述すると、第2ヒートパイプ部24b内に水を供給する場合は、第2ヒートパイプ部24bから蒸気移送パイプ部41への流路を閉鎖するとともに送水部26の循環路26bを開放する。これにより、貯留槽25内の水を送液ポンプ26aで送液することができる。一方、第2ヒートパイプ部24b内の蒸気を蒸気供給部31へ移送する際には、送水部26の循環路26bを閉鎖し、第2ヒートパイプ部24bから蒸気移送パイプ部41への流路を開放する。このような流路の切替操作は、例えば、三方弁を用いることで容易に行うことができる。
Water can be supplied to the inside of the second
本実施形態の作用及び効果について説明する。
(1)蒸気発生装置12は、ケミカルヒートポンプ21と蒸気供給部31と蒸気移送パイプ部41とを備えている。ケミカルヒートポンプ21は、排熱回収部22と、反応器23と、熱輸送経路24とを備えている。熱輸送経路24は、排熱回収部22内に配置される第1ヒートパイプ部24aと、反応器23内に配置される第2ヒートパイプ部24bと、第1ヒートパイプ部24aと第2ヒートパイプ部24bとの間で熱輸送する中間ヒートパイプ部24cとを備えている。蒸気移送パイプ部41は、ケミカルヒートポンプ21の放熱動作時に第2ヒートパイプ部24bの内部で発生させた蒸気を蒸気供給部31へ送る。
The action and effect of this embodiment will be described.
(1) The
この構成によれば、ケミカルヒートポンプ21の蓄熱動作時には、排熱回収部22で回収した排熱を第1ヒートパイプ部24a、中間ヒートパイプ部24c、及び第2ヒートパイプ部24bによって反応器23へ熱輸送することができる。また、ケミカルヒートポンプ21の放熱動作時には、第2ヒートパイプ部24bで発生させた蒸気を蒸気移送パイプ部41によって蒸気放出部へ移送することができる。すなわち、反応器23において、蓄熱動作時に熱輸送する第2ヒートパイプ部24bを放熱動作時に蒸気を発生させる蒸気発生部として用いている。このようにケミカルヒートポンプ21の動作時における反応器23の熱の出入りを共通の第2ヒートパイプ部24bで行うことで、反応器23から外部への不要な熱放出を抑えることができる。これにより、熱の利用効率を高めることが可能となる。
According to this configuration, during the heat storage operation of the
(2)ケミカルヒートポンプ21は、貯留槽25と送水部26とをさらに備えている。貯留槽25には、蓄熱動作時に第2ヒートパイプ部24bの内部で凝縮した凝縮水が貯留される。凝縮水の清浄度は、比較的高いため、貯留槽25に貯留される水の清浄度を容易に高めることができる。この凝縮水を含む水を第2ヒートパイプ部24bに送水し、第2ヒートパイプ部24b内で蒸気を発生させることで、清浄度の比較的高い蒸気を蒸気供給部31に供給することができる。従って、水の清浄度を要因とした設備トラブルを削減することが可能となる。また、ケミカルヒートポンプ21の蓄熱動作時に使用した水を再利用することができるため、水の使用量を削減することも可能となる。
(2) The
(3)蒸気供給部31は、蒸気移送パイプ部41から送られる蒸気の圧力を検出する検出器P1と、供給先への蒸気の供給を制御する制御弁32とを備えている。この場合、例えば、検出器P1の検出値が所定の圧力となったとき制御弁32を開放することで、供給先に適切な圧力の蒸気を供給することができる。また、蒸気供給部31に送られる蒸気の圧力が不足した場合、制御弁32を閉鎖することで、供給先から蒸気供給部31へ蒸気が逆流することを防止することができる。
(3) The
(4)ケミカルヒートポンプ21の放熱動作時に反応器23内において化学蓄熱材HMの水和反応に用いられる蒸気は、エゼクタEJから導入されている。この場合、外部電力で動作する圧縮機を用いずに蒸気を圧縮し、その蒸気を用いて化学蓄熱材HMの水和反応を促進させることができる。従って、外部電力の使用量を削減して効率的に蒸気を発生させることが可能となる。
(4) Steam used for the hydration reaction of the chemical heat storage medium HM in the
(5)熱輸送経路24は、第1ヒートパイプ部24aの内部で発生させた蒸気をエゼクタEJに吸入させるように接続されている。この場合、ケミカルヒートポンプ21の放熱動作時に反応器23内の化学蓄熱材HMと水和反応させるための蒸気の生成と、ケミカルヒートポンプ21の蓄熱動作時に反応器23内の化学蓄熱材HMを加熱するための蒸気の生成とを共通の排熱回収部22で行うことができる。従って、蒸気発生システム11を簡素化又は小型化することが可能となる。
(5) The
また、化学蓄熱材HMと水和反応させる蒸気の少なくとも一部に、排熱(排熱回収部22)を用いて発生させた蒸気を利用することで、排熱の利用率を高めることができる。
(変更例)
上記実施形態を次のように変更してもよい。本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
In addition, by using the steam generated using the exhaust heat (exhaust heat recovery unit 22) as at least a part of the steam to be hydrated with the chemical heat storage material HM, it is possible to increase the utilization rate of the exhaust heat. .
(Change example)
The above embodiment may be modified as follows. This embodiment and the following modified examples can be implemented in combination with each other within a technically consistent range.
・上記実施形態では、ケミカルヒートポンプ21の放熱動作時において、排熱回収部22を用いているが、放熱動作時において排熱回収部22を用いずに、別途準備した蒸発器を用いてもよい。
- In the above-described embodiment, the exhaust
・蒸気回収部SRとして、水和反応する回収材を収容した蒸気回収器を用いる場合、回収材を収容しない補助回収器をさらに設けることで、蒸気の回収能力を高めることもできる。なお、補助回収器は、例えば、冷水等の冷媒が供給される熱交換器を備え、蒸気を凝縮させて回収するように構成することができる。 When a steam recovery unit containing a recovery material that reacts with hydration is used as the steam recovery unit SR, the steam recovery capacity can be enhanced by further providing an auxiliary recovery unit that does not store the recovery material. The auxiliary recovery device can be configured to have a heat exchanger supplied with a refrigerant such as cold water, for example, and to condense and recover the steam.
・ケミカルヒートポンプ21における熱輸送経路24(第1ヒートパイプ部24a、第2ヒートパイプ部24b、及び中間ヒートパイプ部24c)の数は、単数に限定されず、例えば、回収及び放熱する熱量に応じて複数の熱輸送経路24に変更することもできる。
The number of heat transport paths 24 (the first
・第1ヒートパイプ部24a、第2ヒートパイプ部24b、及び中間ヒートパイプ部24c、並びに蒸気移送パイプ部41の形状は、円筒状に限定されず、流体が流通可能な他の形状に変更することもできる。
- The shapes of the first
・蒸気発生システム11は、複数の蒸気発生装置12を備えていてもよい。例えば、二つの蒸気発生装置12,12を備え、一方の蒸気発生装置12のケミカルヒートポンプ21の放熱動作と、他方の蒸気発生装置12のケミカルヒートポンプ21の放熱動作とを交互に行うように蒸気発生システム11を構成することもできる。この場合、供給先に連続して蒸気を供給することが可能となる。
- The
11…蒸気発生システム、12…蒸気発生装置、21…ケミカルヒートポンプ、22…排熱回収部、23…反応器、24…熱輸送経路、24a…第1ヒートパイプ部、24b…第2ヒートパイプ部、24c…中間ヒートパイプ部、25…貯留槽、26…送水部、31…蒸気供給部、32…制御弁、41…蒸気移送パイプ部、EJ…エゼクタ、HM…化学蓄熱材、L1…導入経路、L2…回収経路、P1…検出器、SH…蒸気ヘッダ(供給先)。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記ケミカルヒートポンプは、
排熱を回収する排熱回収部と、
脱水反応により蓄熱し、かつ水和反応により放熱する化学蓄熱材が収容される反応器と、
前記排熱回収部から前記反応器へ熱を輸送する熱輸送経路と、を備え、
前記熱輸送経路は、
前記排熱回収部内に配置される第1ヒートパイプ部と、
前記反応器内に配置される第2ヒートパイプ部と、
前記第1ヒートパイプ部と前記第2ヒートパイプ部との間で熱輸送する中間ヒートパイプ部と、を備え、
前記蒸気移送パイプ部は、
前記ケミカルヒートポンプの放熱動作時に前記第2ヒートパイプ部の内部で発生させた蒸気を前記蒸気供給部へ送る構成であり、
前記ケミカルヒートポンプは、蓄熱動作時に前記第2ヒートパイプ部の内部で凝縮した凝縮水を貯留する貯留槽と、前記ケミカルヒートポンプの放熱動作時に前記貯留槽から前記第2ヒートパイプ部に送水する送水部と、をさらに備えることを特徴とする蒸気発生装置。 A steam generator comprising: a chemical heat pump for generating steam; a steam supply section for supplying the steam to a supply destination; and a steam transfer pipe section for sending the steam from the chemical heat pump to the steam supply section,
The chemical heat pump is
an exhaust heat recovery unit for recovering exhaust heat;
a reactor containing a chemical heat storage material that stores heat through a dehydration reaction and releases heat through a hydration reaction;
a heat transport path for transporting heat from the exhaust heat recovery unit to the reactor,
The heat transport path is
a first heat pipe section disposed in the exhaust heat recovery section;
a second heat pipe section disposed within the reactor;
an intermediate heat pipe section that transfers heat between the first heat pipe section and the second heat pipe section;
The vapor transfer pipe section is
a configuration in which steam generated inside the second heat pipe portion is sent to the steam supply portion during heat dissipation operation of the chemical heat pump;
The chemical heat pump includes a storage tank for storing condensed water condensed inside the second heat pipe section during a heat storage operation, and a water supply section for supplying water from the storage tank to the second heat pipe section during a heat radiation operation of the chemical heat pump. and a steam generator, further comprising :
前記ケミカルヒートポンプは、
排熱を回収する排熱回収部と、
脱水反応により蓄熱し、かつ水和反応により放熱する化学蓄熱材が収容される反応器と、
前記排熱回収部から前記反応器へ熱を輸送する熱輸送経路と、を備え、
前記熱輸送経路は、
前記排熱回収部内に配置される第1ヒートパイプ部と、
前記反応器内に配置される第2ヒートパイプ部と、
前記第1ヒートパイプ部と前記第2ヒートパイプ部との間で熱輸送する中間ヒートパイプ部と、を備え、
前記蒸気移送パイプ部は、
前記ケミカルヒートポンプの放熱動作時に前記第2ヒートパイプ部の内部で発生させた蒸気を前記蒸気供給部へ送る構成であり、
前記蒸気供給部は、
前記蒸気移送パイプ部から送られる蒸気の圧力を検出する検出器と、
前記供給先への蒸気の供給を制御する制御弁と、を備えることを特徴とする蒸気発生装置。 A steam generator comprising: a chemical heat pump for generating steam; a steam supply section for supplying the steam to a supply destination; and a steam transfer pipe section for sending the steam from the chemical heat pump to the steam supply section,
The chemical heat pump is
an exhaust heat recovery unit for recovering exhaust heat;
a reactor containing a chemical heat storage material that stores heat through a dehydration reaction and releases heat through a hydration reaction;
a heat transport path for transporting heat from the exhaust heat recovery unit to the reactor,
The heat transport path is
a first heat pipe section disposed in the exhaust heat recovery section;
a second heat pipe section disposed within the reactor;
an intermediate heat pipe section that transfers heat between the first heat pipe section and the second heat pipe section;
The vapor transfer pipe section is
a configuration in which steam generated inside the second heat pipe portion is sent to the steam supply portion during heat dissipation operation of the chemical heat pump;
The steam supply unit
a detector for detecting the pressure of the steam sent from the steam transfer pipe;
and a control valve for controlling supply of steam to the supply destination.
前記ケミカルヒートポンプは、
排熱を回収する排熱回収部と、
脱水反応により蓄熱し、かつ水和反応により放熱する化学蓄熱材が収容される反応器と、
前記排熱回収部から前記反応器へ熱を輸送する熱輸送経路と、を備え、
前記熱輸送経路は、
前記排熱回収部内に配置される第1ヒートパイプ部と、
前記反応器内に配置される第2ヒートパイプ部と、
前記第1ヒートパイプ部と前記第2ヒートパイプ部との間で熱輸送する中間ヒートパイプ部と、を備え、
前記蒸気移送パイプ部は、
前記ケミカルヒートポンプの放熱動作時に前記第2ヒートパイプ部の内部で発生させた蒸気を前記蒸気供給部へ送る構成であり、
前記ケミカルヒートポンプの放熱動作時に前記反応器内において前記水和反応に用いられる蒸気は、エゼクタから導入されることを特徴とする蒸気発生装置。 A steam generator comprising: a chemical heat pump for generating steam; a steam supply section for supplying the steam to a supply destination; and a steam transfer pipe section for sending the steam from the chemical heat pump to the steam supply section,
The chemical heat pump is
an exhaust heat recovery unit for recovering exhaust heat;
a reactor containing a chemical heat storage material that stores heat through a dehydration reaction and releases heat through a hydration reaction;
a heat transport path for transporting heat from the exhaust heat recovery unit to the reactor,
The heat transport path is
a first heat pipe section disposed in the exhaust heat recovery section;
a second heat pipe section disposed within the reactor;
an intermediate heat pipe section that transfers heat between the first heat pipe section and the second heat pipe section;
The vapor transfer pipe section is
a configuration in which steam generated inside the second heat pipe portion is sent to the steam supply portion during heat dissipation operation of the chemical heat pump;
A steam generator according to claim 1, wherein steam used for the hydration reaction in the reactor is introduced from an ejector when the chemical heat pump is operated to release heat.
前記第1ヒートパイプ部の内部で発生させた蒸気を前記エゼクタに吸入させるように接続されることを特徴とする請求項3に記載の蒸気発生装置。 The heat transport path is
4. The steam generator according to claim 3 , wherein the first heat pipe section is connected so as to suck the steam generated inside the first heat pipe section into the ejector.
前記化学蓄熱材の水和反応を進行させる蒸気を前記反応器内に導入する導入経路と、
前記化学蓄熱材の脱水反応で生じる蒸気を前記反応器内から回収する回収経路と、を備えることを特徴とする蒸気発生システム。 The steam generator according to any one of claims 1 to 4 ;
an introduction path for introducing steam for advancing the hydration reaction of the chemical heat storage material into the reactor;
and a recovery path for recovering steam generated by a dehydration reaction of the chemical heat storage material from within the reactor.
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