JP4725164B2 - 蓄熱装置 - Google Patents

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Description

本発明は、給湯および暖房等に利用する蓄熱装置に関するものである。
従来、この種の蓄熱装置は、蓄熱剤を充填した蓄熱槽に熱交換器を設け、熱源で加熱した循環水を循環ポンプで蓄熱槽の熱交換器に送り蓄熱剤に蓄熱し、給湯は給水管から給水して熱交換器を介して蓄熱剤から熱を取り出し給湯管から給湯して利用していた（例えば、特許文献１参照）。
図１０は、上記特許文献１に記載された従来の蓄熱装置を示すものである。図１０に示すように、蓄熱槽１と、蓄熱剤２と、熱交換器３と、循環ポンプ４と、熱源５と、給水管６と、給湯管７とから構成されている。
特開２００３−２３２５６３号公報
しかしながら、前記従来の構成では、熱交換器３を介して蓄熱材に熱の出し入れを行うため、蓄熱剤の利用率が低下し、特にヒートポンプを熱源とする装置では間接的な熱交換を行って蓄熱を行うため著しく効率が低下するなどの課題を有していた。
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、蓄熱剤の利用率を向上して高効率な蓄熱装置を提供することを目的とする。
前記従来の課題を解決するために、本発明の蓄熱装置は、１次側流体流路を有する蓄熱パネルと２次側流体流路を有する流路平板とで、前記蓄熱パネルの表面に形成した突起部にて保持した蓄熱体を挟んで順に積層し、前記蓄熱体と、前記蓄熱パネル、前記流路平板とを密着させ、前記蓄熱パネルの前記１次側流体路内を流れる高温の前記１次側流体にて、前記蓄熱体を加熱して前記蓄熱体に蓄熱し、前記蓄熱体から、前記流路平板の前記２次側流体流路内を流れる低温の２次側流体に放熱する構成としたもので、蓄熱体を、１次側流体流路を有する蓄熱パネルと、２次側流体流路を有する流路平板とで挟み、積層することにより、蓄熱剤を高密度に充填することができ、熱源の熱を蓄熱体に直接伝えて蓄熱剤への熱の出し入れを高効率に行うことができる。
本発明によれば、蓄熱剤の利用率を向上して高効率な蓄熱装置を提供できる。
第１の発明は、１次側流体流路を有する蓄熱パネルと２次側流体流路を有する流路平板とで、前記蓄熱パネルの表面に形成した突起部にて保持した蓄熱体を挟んで順に積層し、前記蓄熱体と、前記蓄熱パネル、前記流路平板とを密着させ、前記蓄熱パネルの前記１次側流体路内を流れる高温の前記１次側流体にて、前記蓄熱体を加熱して前記蓄熱体に蓄熱し、前記蓄熱体から、前記流路平板の前記２次側流体流路内を流れる低温の２次側流体に放熱することにより、蓄熱剤を高密度に充填することができ、熱源の熱を蓄熱体に直接伝えて蓄熱剤への熱の出し入れを高効率に行うことができる。
また、１次側流体流路を有する蓄熱パネルを、蓄熱体で保持することで、蓄熱剤を高密度に充填することができ、熱源の熱を蓄熱体に直接伝えて蓄熱剤への熱の出し入れを高効率に行うことができる。
第２の発明は、蓄熱パネルは、外表面に腐食防止皮膜を設けたアルミ押し出し型材で形成したもので、装置を軽量化し１次流体から蓄熱剤への伝熱性を高めて、腐食性のある蓄熱材からアルミ型材の腐食を防止することとなり、軽量で信頼性の高い高効率の蓄熱装置を実現することができる。
第３の発明は、流路平板は、外表面に腐食防止皮膜を設けた銅板で形成したもので、蓄熱剤から２次流体への伝熱性を高め、腐食性のある蓄熱材から銅板の腐食を防止することとなり、信頼性の高い高効率の蓄熱装置を実現することができる。
第４の発明は、薄膜の袋状容器に蓄熱剤を収納して蓄熱体を形成したもので、蓄熱パネルや流路平板を構成する金属と蓄熱剤とが、直接接触するのを防止することとなり、金属の腐食を防止し金属から溶出するイオンが蓄熱剤を劣化させるのを防止することができる。
第５の発明は、蓄熱パネルの型材側面に貫通穴を有する貫通用凸部とメネジを形成する固定用凸部とを設け、前記蓄熱パネルと流路平板とを締結する構成としたもので、蓄熱パネルを積層して、貫通用凸部の貫通穴に締結体となるボルトを通して固定用凸部のメネジにボルトを締めこんで固定することとなり、特別な部材を用いることなく積層する蓄熱パネル間で強固に固定することができる。
第６の発明は、蓄熱剤温度検出手段と、蓄熱剤振動装置と、前記蓄熱剤温度検出手段の出力に基づいて、前記蓄熱剤振動装置の動作を制御する制御装置とを設けたもので、蓄熱剤が凝固温度または融解温度近い温度になったのを蓄熱剤温度検出手段で検出して、制御装置で蓄熱剤振動装置を振動して蓄熱剤を振動することとなり、蓄熱剤に機械的振動を与えて過冷却を防止し所定の温度で確実に潜熱を利用することができる。
第７の発明は、装置外周を接合材で接合して真空断熱材で覆ったもので、装置からの放熱を少なくすることとなり、高効率な運転をすることができる。
第８の発明は、圧縮機、放熱器、減圧手段、蒸発器を順次接続するとともに、前記放熱器の下流側と前記蒸発器の下流側とを熱交換する内部熱交換器を設けたヒートポンプ冷媒回路を備え、前記放熱器を、請求項１〜７のいずれか１項に記載の蓄熱パネルで形成したヒートポンプ給湯機で、２次的な熱媒を介さずにヒートポンプ回路の冷媒で直接に蓄熱体を加熱することとなり、高効率な蓄熱運転ができる。
第９の発明は、蓄熱パネルと流路平板とを順に積層して締結保持する端版を備え、前記端版に内部熱交換器の圧縮機吸入管流路と放熱器出口管流路とを設けたもので、端板と内
部熱交換器を一体化することとなり、小型で高性能な蓄熱装置を実現することができる。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものでない。
（実施の形態１）
図１は本発明の第１の実施の形態における蓄熱装置の構成図を示すものである。
図１において、蓄熱パネル８は、１次側流体流路９を有する型材１０からなり、前記型材１０の両側または片側に、蓄熱剤２を有する蓄熱体１１を保持したものであり、２次側流体流路１２を有する流路平板１３を突起部１４で挟んで順に積層し、蓄熱体１１を蓄熱パネル８や流路平板１３に密着させて、最終端を端板１５としボルトなどの締結体１６で締結固定して構成している。
以上のように構成された蓄熱装置について、以下その動作、作用を説明する。
まず、蓄熱は高温の１次側流体を蓄熱パネル８の型材１０の１次側流体流路９に流して蓄熱体１１を加熱して蓄熱剤２に蓄熱する。放熱は低温の２次側流体を流路平板１３の２次側流体流路１２に流して蓄熱体１１の蓄熱剤２から２次側流体に放熱する。
以上のように、本実施の形態においては蓄熱体１１を保持する蓄熱パネル８と流路平板１３を順に成層して締結体で締結することにより、流路平板１３を突起部１４で強固に挟んで固定し、型材１０と流路平板１３の表面に蓄熱体１１を密着して積層することとなり、流路平板１３の耐圧性を向上し、蓄熱剤２を高密度に充填して蓄熱と放熱時の熱の出し入れを高効率に行うことができる。
（実施の形態２）
図２は本発明の第２の実施の形態の蓄熱装置の構成図を示すものである。
図２において、蓄熱パネル８の型材１０はアルミ押し出し型材で構成し、酢酸ナトリウム３水塩などの蓄熱剤２からなる蓄熱体１１と流路平板１３が接触する外表面に樹脂等の腐食防止皮膜１７を設けて構成している。
以上のように構成された蓄熱装置について、以下その動作、作用を説明する。
まず、アルミ押し出し型材の型材１０の両面に酢酸ナトリウム３水塩などの蓄熱剤２からなる蓄熱体１１が接触しているが、型材１０の両面に腐食防止皮膜１７を設けているため蓄熱剤２とアルミが直接接触してアルミから蓄熱剤２にイオンが溶出してアルミが腐食し蓄熱剤が劣化するのを防止することができる。
以上のように、本実施の形態においてはアルミ押し出し型材で構成する型材１０の外表面に腐食防止皮膜１７を形成することにより、アルミと蓄熱剤２が直接接触するのを防止することとなり、アルミの腐食を防止して蓄熱剤２の劣化を防止することができる。
（実施の形態３）
図３は本発明の第３の実施の形態の蓄熱装置の構成図を示すものである。
図３において、流路平板１３は銅板で構成し、蓄熱剤２と型材１０が接触する外表面をクロムメッキなどの腐食防止皮膜１７を設けて構成している。
以上のように構成された蓄熱装置について、以下その動作、作用を説明する。
まず、蓄熱パネル８と流路平板１３とを積層するとき、流路平板１３の表面とは蓄熱剤２と型剤９の突起部１４が接触するが、流路平板１３を熱伝導性の良い銅板で構成しているため蓄熱剤２から２次側流体へ熱を良く伝えることができ、流路平板１３の表面に腐食防止皮膜１７を施しているので、銅板が腐食するのを防止することができる。
以上のように、本実施の形態においては流路平板１３を銅板で構成し外表面に腐食防止皮膜１７を設けて構成することにより、蓄熱剤２と銅板とが直接接触するのを防止することとなり、蓄熱剤２と２次側流体との熱交換性能を向上し銅板が腐食するのを防止し蓄熱剤２の劣化を防止することができる。
（実施の形態４）
図４は本発明の第４の実施の形態の蓄熱装置の構成図を示すものである。
図４において、蓄熱体１１はポリエチレンなどの薄膜の袋状容器１８に複数の蓄熱剤２を区分して収納している。
以上のように構成された蓄熱装置について、以下その動作、作用を説明する。
まず、袋状容器１８に複数の板状の蓄熱剤２を収納し、袋状容器１８を熱融着などの手段により個々の蓄熱剤２を区分けして充填することにより、蓄熱パネル８への装着が容易になり、アルミや銅の金属の腐食を防止することができる。
以上のように、本実施の形態においては袋状容器１８に複数の蓄熱剤２を区分して収納することにより、装置を組み立てた後に蓄熱体１１を充填することができ、蓄熱剤２が構成材料に直接接触することなくが袋状容器１８を介して接触することとなり、構成材料として熱伝導性の良いアルミや銅を表面処理することなく用いることができる。
（実施の形態５）
図５は本発明の第５の実施の形態の蓄熱装置の構成図を示すものである。
図５において、蓄熱パネル８は型材１０の両側面に貫通穴１９を設けた貫通用凸部２０とメネジ２１を設けた固定用凸部２２とを設けて構成している。
以上のように構成された蓄熱装置について、以下その動作、作用を説明する。
まず、蓄熱パネル８と流路平板１３を積層するときに、型材１０の両側面に設けた貫通用凸部２０の貫通穴１９にボルトなどの締結体１６を通してもう一方の型材１０の固定用凸部２２のメネジ２１に締結体１６のボルトをねじ込んで固定する。以上のように、本実施の形態においては、型材１０の貫通穴１９にボルトなどの締結体１６を通してもう一方の型材１０のメネジ２１に締結体１６のボルトをねじ込んで固定することにより、蓄熱体１１と型材１０が強固に密着し一方で流路平板１３は型材１０の突起部１４にはさまれて強固に固定され蓄熱体１１とも強固に密着することとなり、流路平板１３の耐圧が向上し２次側流体流路１２に大量の２次側流体を流すことができ、蓄熱体１１からの熱の出し入れも効率的に行うことができる。
（実施の形態６）
図６は本発明の第６の実施の形態の蓄熱装置の構成図を示すものである。
図６において、蓄熱パネル８は蓄熱体１１収納部の側壁に蓄熱剤温度検出手段２３と、
蓄熱剤振動装置２４とを装着し、蓄熱剤温度検出手段２３の出力に応じて蓄熱剤振動装置２４を制御する制御装置２５を設けて構成している。
以上のように構成された蓄熱装置について、以下その動作、作用を説明する。
まず、放熱時は蓄熱体１１の蓄熱剤２は高温で溶融した状態であり、流路平板１３の２次側流体流路１２に低温の水を流すことにより、蓄熱剤２から水に熱移動が生じ水は温度を上げながら移動し蓄熱剤２は熱を放出して徐々に温度を下げて凝固温度に近づくが酢酸ナトリウム３水塩などの潜熱蓄熱材料を蓄熱剤２に用いた場合は過冷却現象が現れ凝固温度になっても凝固しないで温度を下げていき、潜熱を取り出せなくなることがあるが、蓄熱剤温度検出手段２３で蓄熱剤２の温度が凝固温度になったことを検出して制御装置２５で蓄熱剤振動装置２４を振動させることにより、蓄熱剤２を振動させて凝固反応を促進させて所定の温度で潜熱を確実に取りだす。
以上のように、本実施の形態においては蓄熱剤温度検出手段２３と蓄熱剤振動装置２４と制御装置２５を設けて蓄熱剤２が凝固温度に達したときに蓄熱剤２を振動することにより、蓄熱剤２の凝固反応を促進することとなり、所定の温度で蓄熱剤２から潜熱を取り出すことができる。
（実施の形態７）
図７は本発明の第７の実施の形態の蓄熱装置の構成図を示すものである。
図７において、ヒートポンプ回路で構成される熱源４は、圧縮機２６と減圧手段である膨張弁２７と蒸発器２８と内部熱交換器２９と放熱器となる蓄熱パネル８とを設けて構成している。
以上のように構成された蓄熱装置について、以下その動作、作用を説明する。
まず、圧縮機２６で高温高圧にした冷媒ガスを蓄熱パネル８の１次側流体流路９に流して蓄熱体１１に放熱し温度さげて内部熱交換器２９で圧縮機２６の吸入ガスを加熱した後、膨張弁２７で低温低圧の液にして蒸発器２８で吸熱し蒸発してガスの状態で再び圧縮機２６に吸入する。
以上のように、本実施の形態においては圧縮機２６で高温高圧にした冷媒ガスを蓄熱パネル８の１次側流体流路９に直接流すことにより、ヒートポンプ回路で構成する熱源４で発生した熱を直接的に蓄熱体１１に伝えることとなり、２次的な熱媒を必要とせず簡単な構成で効率的に蓄熱体１１に蓄熱することができる。冷媒に炭酸ガスを用いた場合は、１次側流体流路９を液化することなく通過して放熱器という作用はなくなるが同様の効果をうることができ、内部熱交換器２９で圧縮機２６の吸入ガスの温度を高温化することにより、１次側流体流路９に入る温度も高温にすることができるので、蓄熱剤２を効率的に利用することができる。
（実施の形態８）
図８は本発明の第８の実施の形態の蓄熱装置の構成図を示すものである。
図８において、蓄熱パネル８と流路平板１３とを順に積層して締結体１６で締結保持する端板１５は内部熱交換器２９の圧縮機吸入管流路３０と放熱器出口管流路３１を設けて構成している。
以上のように構成された蓄熱装置について、以下その動作、作用を説明する。
まず、蓄熱パネル８と流路平板１３とを順に積層して締結体１６で締結するときに積層の始めと終わりの少なくとも一方に端板１５を設けて保持する必要があるが、圧縮機吸入管流路３０と放熱器出口管流路３１を設けた端板１５で保持することにより圧縮機吸入ガスと凝縮液とを熱交換している。
以上のように、本実施の形態においては端板１５に圧縮機吸入管流路３０と放熱器出口管流路３１とを設けた構成とすることにより、簡単な構成で圧縮機吸入ガスと凝縮液とを熱交換することとなり、装置を小型化して高効率な蓄熱運転を実現することができる。
（実施の形態９）
図９は本発明の第９の実施の形態の蓄熱装置の構成図を示すものである。
図９において、積層した蓄熱パネル８の外周を板状真空断熱材２９で覆い板状真空断熱材２９の接合部をテープまたは板状真空断熱材２９のパッキング材料で構成する接合材３０で接合している。
以上のように構成された蓄熱装置について、以下その動作、作用を説明する。
まず、蓄熱パネル８を積層して締結した角型の蓄熱槽１の周囲に板状真空断熱材３２を密着して設け、各板状真空断熱材３２の接する部分を接合体３３で接合して蓄熱パネル８を保温断熱する。
以上のように、本実施の形態においては蓄熱パネル８を積層して締結した角型の蓄熱槽１の各構成面を板状真空断熱材３２で覆って接合体３３で接合とすることにより、断熱性に優れているが曲げ加工の難しい板状真空断熱材３２を断熱材として使用することが可能となり、放熱の少ない高性能で小型の蓄熱装置が実現できる。
以上のように、本発明にかかる蓄熱装置は、高効率で信頼性の高い装置が実現できるので、住宅の暖房、浴室暖房乾燥、衣類乾燥機および産業用の廃熱回収装置などの用途にも適用できる。
本発明の実施の形態１における蓄熱装置の正面断面図 （ａ）本発明の実施の形態２における蓄熱装置の正面図（ｂ）図２（ａ）のＡ−Ａ断面図 （ａ）本発明の実施の形態３における蓄熱装置の正面図（ｂ）図３（ａ）のＡ−Ａ断面図 （ａ）本発明の実施の形態４における蓄熱装置の一部断面図（ｂ）図４（ａ）のＡ−Ａ断面図 本発明の実施の形態５における蓄熱装置の正面断面図 本発明の実施の形態６における蓄熱装置の正面断面図 本発明の実施の形態７におけるヒートポンプ給湯機の回路構成図 （ａ）本発明の実施の形態８における蓄熱装置の正面図（ｂ）図８（ａ）のＡ−Ａ断面図 本発明の実施の形態９における蓄熱装置の正面断面図 従来の蓄熱装置の構成図
１ 蓄熱槽
２ 蓄熱剤
３ 熱交換器
８ 蓄熱パネル
９ １次側流体流路
１１ 蓄熱体
１２ ２次側流体流路
１３ 流路平板
１４ 突起部
１５ 端板
１６ 締結体
１７ 腐食防止皮膜
１８ 袋状容器
１９ 貫通穴
２０ 貫通用凸部
２１ メネジ
２２ 固定用凸部
２３ 蓄熱剤温度検出手段
２４ 蓄熱剤振動装置
２５ 制御装置
２６ 圧縮機
２７ 膨張弁
２８ 蒸発器
２９ 内部熱交換器
３０ 圧縮機吸入管流路
３１ 放熱器出口管流路
３２ 板状真空断熱材
３３ 接合材

Claims (9)

  1. １次側流体流路を有する蓄熱パネルと２次側流体流路を有する流路平板とで、前記蓄熱パネルの表面に形成した突起部にて保持した蓄熱体を挟んで順に積層し、前記蓄熱体と、前記蓄熱パネル、前記流路平板とを密着させ、前記蓄熱パネルの前記１次側流体路内を流れる高温の前記１次側流体にて、前記蓄熱体を加熱して前記蓄熱体に蓄熱し、前記蓄熱体から、前記流路平板の前記２次側流体流路内を流れる低温の２次側流体に放熱する構成とした蓄熱装置。
  2. 蓄熱パネルは、外表面に腐食防止皮膜を設けたアルミ押し出し型材で形成した請求項１に記載の蓄熱装置。
  3. 流路平板は、外表面に腐食防止皮膜を設けた銅板で形成した請求項１に記載の蓄熱装置。
  4. 薄膜の袋状容器に蓄熱剤を収納して蓄熱体を形成した請求項１〜３のいずれか１項に記載の蓄熱装置。
  5. 蓄熱パネルの型材側面に貫通穴を有する貫通用凸部とメネジを形成する固定用凸部とを設け、前記蓄熱パネルと流路平板とを締結する構成とした請求項１〜４のいずれか１項に記載の蓄熱装置。
  6. 蓄熱剤温度検出手段と、蓄熱剤振動装置と、前記蓄熱剤温度検出手段の出力に基づいて、前記蓄熱剤振動装置の動作を制御する制御装置とを設けた請求項１〜５のいずれか１項に記載の蓄熱装置。
  7. 装置外周を接合材で接合して真空断熱材で覆った請求項１〜６のいずれか１項に記載の蓄熱装置。
  8. 圧縮機、放熱器、減圧手段、蒸発器を順次接続するとともに、前記放熱器の下流側と前記蒸発器の下流側とを熱交換する内部熱交換器を設けたヒートポンプ冷媒回路を備え、前記放熱器を、前記請求項１〜７のいずれか１項に記載の蓄熱パネルで形成したヒートポンプ
    給湯機。
  9. 蓄熱パネルと流路平板とを順に積層して締結保持する端版を備え、前記端版に内部熱交換器の圧縮機吸入管流路と放熱器出口管流路とを設けた請求項８に記載のヒートポンプ給湯機。
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