どのようにして熱を集めるか。


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これまで熱を作る方法は、火を使うことで安価で簡単に作り出すことができました。しかし、二酸化炭素などの温暖化ガス排出をコストと考えた場合、これからは安価とは言えなくなるかもしれません。
火とは別にすでに身近なところで、熱を集める技術は活躍しています。冷蔵庫やエアコンなどの冷房の技術が熱を集める技術になります。
冷蔵庫やエアコンは、科学反応で熱を発する火とは違い、エネルギーである電気を必要とします。そのため長い間冷やすことには使われてきましたが、暖めることに利用され始めたのは最近のことです。
ヒートポンプについては、一般財団法人 ヒートポンプ・蓄熱センターのWEB講座が非常に判りやすいと思います。
現在の利用範囲は、冷やす方が主で加熱は暖める程度(100℃)ですが、多段にすることで更に温度を上げげられる気がします。
  • 基本構造
    圧縮機は蒸気タービンと同等の構造で、最初は電気でモーターを回すことで低温部を低圧、高温部を高圧の状態にする。膨張弁はノズル式で、圧縮機により低圧にされている高温の熱交換器に冷水を少量ずつ吹き付けることによって気化による膨張を促す。逆に高圧にされている熱交換器内の水蒸気は、冷水を吹き付けられることにより液化し収縮する。
    膨張するエネルギーと収縮するエネルギーの差により圧縮機のモーターが必要とする電気エネルギーが少なくなることを期待。
  • 冷媒
    ヒートポンプに使う冷媒としては、環境を考え"水"が最適と思います。
  • 2個1構成
    お互いに一方が集めた熱を、もう一つのヒートポンプが更に集めることで低温部と高温部の温度差を大きくできる(例えば1つだけだと0℃の水を50℃までしか上げられないところを2つだと80℃まで上がる)ことを期待。温度差が大きくなるほど必要な台数や部品が減り生産コストや稼動コストが下がることが期待できる。
  • 加熱方法
    先ずヒートポンプでもっとも温度が低い部分で外部の熱で加熱する。次にもう一方のヒートポンプが集めた熱で加熱することで熱エネルギーを集約し、温度が上がることを期待。
  • 運動エネルギーへの転換
    温度差が大きくなることで、冷水と熱水の熱交換により爆発
  • 耐圧容器
    温度が上がると、圧力も上がるため、高圧に耐えられる容器が必要になります。