蓄熱装置
【課題】蓄熱運転時における蓄熱体の温度上昇による体積膨脹分と加熱に要したエネルギーを装置外部に漏洩するのを防止すること。
【解決手段】加熱部1と、蓄熱部2と、前記蓄熱部2に接続する給水管3、給湯管4と、前記給水管3に分岐して接続された排出弁5とを有するもので、蓄熱部2の内部の水を加熱部で加熱するさいに生じる体積膨張分を、非加熱の体温水として排出弁5から排出することとなり、加熱に要したエネルギーを外部に排出するのを防止することができるので、熱損失の少ない高効率の蓄熱運転が実現できる。
【解決手段】加熱部1と、蓄熱部2と、前記蓄熱部2に接続する給水管3、給湯管4と、前記給水管3に分岐して接続された排出弁5とを有するもので、蓄熱部2の内部の水を加熱部で加熱するさいに生じる体積膨張分を、非加熱の体温水として排出弁5から排出することとなり、加熱に要したエネルギーを外部に排出するのを防止することができるので、熱損失の少ない高効率の蓄熱運転が実現できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
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。
【背景技術】
【0002】
従来、この種の蓄熱装置は、給水管から蓄熱部に給水し蓄えた低温の水を、加熱部で加熱昇温して蓄熱部上部から順に高温の湯として蓄え、必用な時に蓄熱部上部に接続する給湯管から給湯して利用していた。
【0003】
この時低温の水が高温になるに伴い水の体積が増加して、装置の内圧が上昇するが、給湯管から分岐して設けた排出弁から湯を装置外部に排出することにより、装置の内圧を一定値以下に保つことにより、装置の破壊を防止し、安全な運転をおこなっていた(例えば、特許文献1参照)。
【0004】
図8は、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8に示すように、加熱部1と、蓄熱部2と、給水管3と、給湯管4と、排水弁5とから構成されている。
【特許文献1】特開2004−324905号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、前記従来の構成では、蓄熱運転時は蓄熱部の高温の湯を、排出弁から装置外部に排出するため、水の温度を上昇するために加熱部で消費したエネルギーも排出することとなり、装置の効率が低下するなどの課題を有していた。
【0006】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、蓄熱運転時における蓄熱体の温度上昇による体積膨脹分と加熱に要したエネルギーを装置外部に漏洩するのを防止する熱損失の少ない高効率の蓄熱運転が実現できる蓄熱装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
前記従来の課題を解決するために、本発明の蓄熱装置は、加熱部と、蓄熱部と、前記蓄熱部に接続する給水管、給湯管と、前記給水管に分岐して接続された排出弁とを有するもので、これによって、加熱部で蓄熱部の水を加熱昇温する際に生じた水の体積膨張分は、装置の内圧が上昇することとなるが、一定値以上に達した場合、給水管から分岐して接続する排出弁が作動して、非加熱の低温水が外部に排出されることになり、加熱に用いたエネルギーを外部に排出するのを防止することができるので、熱損失の少ない高効率の蓄熱運転が実現できる。
【発明の効果】
【0008】
本発明によれば、蓄熱運転時における蓄熱体の温度上昇による体積膨脹分と加熱に要したエネルギーを装置外部に漏洩するのを防止する熱損失の少ない高効率の蓄熱運転が実現できる蓄熱装置を提供するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【0009】
第1の発明は、加熱部と、蓄熱部と、前記蓄熱部に接続する給水管、給湯管と、前記給水管に分岐して接続された排出弁とを有するもので、蓄熱部の内部の水を加熱部で加熱するさいに生じる体積膨張分を、非加熱の体温水として排出弁から排出することとなり、加熱に要したエネルギーを外部に排出するのを防止することができるので、熱損失の少ない高効率の蓄熱運転が実現できる。
【0010】
第2の発明は、特に第1の発明の蓄熱装置の排出弁の出口に設けた貯水部と、給水管に設けたエジェクターと、前記貯水部と前記エジェクターの吸引部とを接続する接続管とを有するもので、蓄熱部の内部の水を加熱部で加熱するさいに生じる体積膨張分を、非加熱の体温水として排出弁から排出し、貯水部に1時的に貯めておき、給湯時にエジェクターを介して給水管に戻して給水として利用することとなり、給水を装置の外部に放出することなく再利用することができる。
【0011】
第3の発明は、特に第1または第2の発明の蓄熱装置の貯水部の容積は、蓄熱部の容積の3%以上としたもので、給湯温度域での給水の加熱膨張分を貯水部で吸収することとなり、装置内部の圧力を過大に上昇させることなく安全な蓄熱運転を実現することができる。
【0012】
第4の発明は、特に第1〜第3の発明のいずれかの蓄熱装置の蓄熱部は、水流路と、蓄熱体を収納する蓄熱容器と、前記水流路と前記蓄熱容器と区画する伝熱壁と、前記蓄熱容器に設けた空間部とから形成されるもので、加熱部で加熱した水を水流路に流し、伝熱壁を介して蓄熱容器内の蓄熱体に熱を伝えて蓄熱することとなり、大部分の熱を蓄熱体で蓄熱し、蓄熱体の体積膨張を蓄熱容器内に設けた空間部で吸収して、給湯に用いる水の体積膨張分を少なくして排出弁から外部に排出する水の量を少なくすることができる。
【0013】
第5の発明は、特に第4の発明の蓄熱装置の蓄熱容器内に、蓄熱体を薄膜状の袋に分包して収納したもので、蓄熱体が空気と接触することなく、袋の内部で体積膨張収縮することとなり、腐食性の蓄熱体でも蓄熱容器を腐食させることなく使用することができる。
【0014】
第6の発明は、特に第4または第5の発明の蓄熱装置の蓄熱容器内の空間部の容積は、蓄熱体の容積の9%以上としたもので、潜熱蓄熱剤のような体積膨張の大きな材料でも蓄熱容器の空間部にて膨張分を吸収することとなり、高性能の潜熱蓄熱剤を蓄熱体として用いることができる。
【0015】
第7の発明は、特に第1〜第3の発明のいずれかの蓄熱装置の蓄熱部は、水流路と、蓄熱体を収納する蓄熱容器と、前記水流路と前記蓄熱容器と区画する伝熱壁とから形成されるとともに、前記蓄熱容器に伸縮部を設けたもので、蓄熱容器内に空間部を設けずに蓄熱体を充填することとなり、蓄熱体の膨張収縮を伸縮部の伸縮で吸収することができる。
【0016】
第8の発明は、特に第4〜第6の発明のいずれかの蓄熱装置の蓄熱容器に、大気との連通部を設けたもので、蓄熱容器内の空気は、蓄熱体の膨張収縮に応じて大気連通孔から出入りすることとなり、蓄熱容器内の圧力をほぼ一定に保つことができる。
【0017】
第9の発明は、特に第4〜第6の発明のいずれかの蓄熱装置の蓄熱容器に、排出部を設けたもので、蓄体を収納する袋が破損して蓄熱体が袋の外部に漏れた場合、蓄熱体を蓄熱容器の下部の排出孔から蓄熱容器外部に排出することとなり、袋から漏れた蓄熱体が給水に混入するのを防止することができる。
【0018】
第10の発明は、特に第4〜第6の発明のいずれかの蓄熱装置に、内部を減圧した蓄熱容器を設けたもので、加熱により蓄熱体が体積膨張した場合でも内部の圧力を低く保つこととなり、蓄熱容器の破損を防止することができる。
【0019】
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。
【0020】
(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。
【0021】
図1において、ヒータまたはヒートポンプの凝縮器などを用いる加熱部1は、蓄熱部2内の貯水を循環ポンプ6で循環して加熱する循環回路7に設けられ、蓄熱部2の底部には減圧逆止弁8を有する給水管3を接続し、蓄熱部2の頂部には給湯弁9を有する給湯管4を接続し、給水管3から分岐して排出弁5とを設けて構成している。
【0022】
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。
【0023】
まず、蓄熱運転においては、運転開始時の蓄熱部2内は給水温度と同じ低温の状態であるので、蓄熱部2内の低温の水が循環ポンプ6によって蓄熱部2の底部より加熱部1に送り加熱したあと、高温水にして蓄熱部2の上部にもどし蓄熱部2内の上部から順に高温水に置き換えて蓄熱する。
【0024】
この時、給湯管4に給湯弁9を設け、給水管3に減圧逆止弁8を設けているため装置は閉回路となり、蓄熱部2内の貯水を高温にすることにより、貯水の体積が膨脹して装置内の圧力を上昇させる。装置の内圧が一定値以上になると、排水弁5を開き給水管3内の低温の非加熱水を装置の外部に排出することにより、装置内の圧力を低下させて、装置の圧力を一定値以下に保つ。
【0025】
以上のように、本実施の形態においては、給水管3から分岐して排出弁5を設ける構成とすることにより、給水管3内の低温の非加熱水を装置の外部に排出することとなり、加熱に要したエネルギーを外部に放出することなく蓄熱することができる。
【0026】
(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。
【0027】
図2において、貯水部10は排出弁5の出口に設け、給水管3に設けたエジェクター11の吸引部とを接続する接続管12とを設けて構成している。
【0028】
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。
【0029】
まず、減圧逆止弁8と給湯弁9を閉塞した状態で蓄熱運転を行うと、蓄熱部2内の貯水の温度上昇に応じ貯水の体積が膨脹し装置の内圧が上昇する。装置の内圧が設定値以上に達した時に排出弁5を開放すると、給水管3内の低温の水が貯水部10内に流れ込み蓄えられる。蓄熱運転が終了後、給湯弁9を開き排出弁5を閉じて給湯すると、水道水を減圧逆止弁8から給水管3に供給するが、給水管3に設けたエジェクター11の吸引効果で貯水部10内にたまった低温の水を接続管12を通して吸水管3に戻すことができる。
【0030】
以上のように、本実施の形態においては、排出弁5の出口に貯水部10を設け、給水管3に設けたエジェクター11の吸引部とを接続する接続管12を設けて構成することにより、蓄熱運転時に蓄熱部2内の貯水の温度上昇に応じて生じた貯水の体積膨脹分を給水温度のまま一時的に貯水部10にためて、給湯時に再び給水として利用することとなり、給水を装置の外部に排出することなく高効率な蓄熱運転を行うことができる。
【0031】
また、図2において、貯水部10は、蓄熱部2の容積の3%以上の容積を有する構成としている。
【0032】
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。
【0033】
まず、蓄熱部2内に20℃の水を給水して、80℃に加熱して蓄熱する場合、水の比熱は20℃においては0.99820g/cm3で、80℃においては0.97180g/cm3であるので、蓄熱部2内の水の体積は約3%膨脹することとなる。
【0034】
従って、貯水部10の容積を、蓄熱部2の容積の3%以上にすることにより、熱膨張により生じた体積膨脹分を装置外部に排出することなく貯水部10で吸収することができる。
【0035】
以上のように、本実施の形態においては、貯水部10は、蓄熱部2の容積の3%以上の容積を有する構成とすることにより、蓄熱運転時に生じる貯水の熱膨脹分を貯水部10で吸収することとなり、給水および高温水を装置の外へ放出することなく蓄熱運転を行うことができる。
【0036】
(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。
【0037】
図3において、蓄熱部2は内容積の少ない水流路13として形成し、蓄熱体14を収納する蓄熱容器15と、水流路13と蓄熱容器15とを仕切る伝熱壁16と、蓄熱容器15に設けた空間部17と、給湯管4と循環回路7とを切り換える切換え弁18とを設けて構成している。
【0038】
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。
【0039】
まず、蓄熱運転時は切換え弁18を循環回路7側に切り換えて循環ポンプ6を運転することにより、加熱部1で加熱した高温水を水流路13に送る。水流路13内を流れる高温水は伝熱壁16を介して蓄熱容器15内の蓄熱体14を加熱して温度を低下させて再び加熱部1に送られ循環することとなる。この時、蓄熱体14は温度上昇して体積膨脹するが蓄熱容器15には空間部17を設けているため、蓄熱体14の体積膨脹分をこの空間部17で吸収することができる。
【0040】
以上のように、本実施の形態においては蓄熱体14を収納する蓄熱容器15に空間部17を設けた構成とすることにより、蓄熱体14の体積膨脹分をこの空間部17で吸収することとなり給水を外部に放出することなくまた加熱に要した熱エネルギーを装置外部に放出することなく高効率な蓄熱運転を行うことができる。
【0041】
(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、蓄熱容器15内に蓄熱体14を分包して収納する薄膜状の袋19を設けて構成している。
【0042】
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。
【0043】
まず、蓄熱運転時は、加熱部1で加熱した高温水を水流路13に流し、伝熱壁16を介して蓄熱容器15内の薄膜状の袋19に収納した蓄熱体14を加熱する。蓄熱体14に酢酸ナトリウム3水塩などの潜熱蓄熱剤を用いた場合は、低温では固体であるが、高温では液体となるため薄膜状の袋19内部で状態変化を行ない熱の出し入れをすることができる。
【0044】
一般的な潜熱蓄熱剤は蓄熱能力は大きいが銅やアルミ等の熱伝導率の大きな材料を腐食
する性質を有しているため蓄熱容器15や伝熱壁16の材料としてもちいることができないが、ポリエチなどの耐食性フィルムを用いて薄膜状の袋19を製作し蓄熱体14を収納することにより、銅やアルミ等の高熱伝導率材料を使用することができる。さらに蓄熱体14を分包することにより、分包された個々の蓄熱体14ごとに熱の出し入れが可能となり蓄熱容器15内全体にわたる対流を抑制することができる。
【0045】
また、蓄熱体14を液体の状態で薄膜状の袋19に充填して蓄熱容器15に収納することにより、液体状態で蓄熱容器15の容積一杯になり、固体の状態で空間部17を形成することとなり、加熱による体積膨脹分を蓄熱容器15内で吸収することができる。
【0046】
以上のように、本実施の形態においては蓄熱容器15内に蓄熱体14を分包して収納する薄膜状の袋19を設けることにより、酢酸ナトリウム3水塩などの潜熱蓄熱剤を蓄熱体として用い、銅やアルミ等の熱伝導率の大きな材料を蓄熱容器15や伝熱壁16の材料としてもちいることができ高性能で信頼性の高い蓄熱装置を実現するとともに、加熱による体積膨脹分を蓄熱容器15内で吸収することができる。
【0047】
また、図4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4において、蓄熱体14の容積の9%以上の容積を有する空間部17を蓄熱容器15内に設けて構成している。
【0048】
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。
【0049】
まず、酢酸ナトリウム3水塩などをベースとする蓄熱体14を5℃から85℃に加熱して蓄熱する時、5℃における比重は1.38g/cm3で、85℃における比重は1.27g/cm3であるので、体積は約9%膨脹する。従って、蓄熱容器15内に設けた空間部17で蓄熱体14の熱膨脹分を吸収することができる。
【0050】
以上のように、本実施の形態においては蓄熱体14の容積の9%以上の容積を有する空間部17を蓄熱容器15内に設けることにより、蓄熱容器15内に設けた空間部17で蓄熱体14の熱膨脹分を吸収することとなり、給水および加熱に要したエネルギーを装置外部に放出することがなく高効率な蓄熱運転を行うことができる。
【0051】
(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、蓄熱容器15の上部に伸縮部18を設けて構成している。
【0052】
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。
【0053】
まず、蓄熱容器15には空間部が無いように蓄熱体14を充填し、水流路13内に高温水を流して伝熱壁16を介して蓄熱容器15内の蓄熱体14を加熱すると、蓄熱体14は温度上昇するので体積が膨脹する。この時、蓄熱容器15の上部の伸縮部18が伸びて体積を増やすので、蓄熱体14の熱膨脹を吸収することができる。
【0054】
以上のように、本実施の形態においては、蓄熱容器15の上部に伸縮部18を設けることにより、伸縮部18の体積が蓄熱体14の体積変動に応じて変動することとなり、給水を外部に放出することなくまた加熱に要した熱エネルギーを装置外部に放出することなく蓄熱体14の熱膨脹を吸収することができる。
【0055】
(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
、蓄熱容器15に大気連通孔19を設けて構成している。
【0056】
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。
【0057】
まず、蓄熱体14を加熱すると体積が膨脹し、空間部17の体積を圧縮する。圧縮された空気は大気連通孔19から装置の外部に排出されるため、蓄熱容器15内の圧力上昇を抑制する。
【0058】
以上のように、本実施の形態においては、蓄熱容器15に大気連通孔19を設けることにより、蓄熱体14の体積変動に応じて、空間部17の空気を大気連通孔19から出し入れすることとなり、蓄熱容器15内部の圧力をほぼ一定の値に保つことができる。
【0059】
(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、蓄熱容器15の下部に排出孔20を設けて構成している。
【0060】
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、作用を説明すると、蓄熱容器15内に設けた蓄熱体14を収納する薄膜状の袋19が破損し亀裂が生じた場合、蓄熱体14は薄膜状の袋19から外に漏出する。漏出した蓄熱体14は蓄熱容器15内の下部に移動し排出孔20から蓄熱容器15の外部に排出される。
【0061】
以上のように、本実施の形態においては、蓄熱容器15の下部に排出孔20を設けることにより、漏出した蓄熱体14を蓄熱容器15内の外部に放出することとなり、給湯水に蓄熱体14が混入するのを防止することができる。
【0062】
また、図7において、蓄熱容器15の内部を減圧して構成している。
【0063】
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、作用を説明すると、まず、蓄熱体14を加熱すると体積が膨脹するが、空間部17を減圧しているため、蓄熱容器15内の圧力上昇は抑制される。
【0064】
以上のように、本実施の形態においては、蓄熱容器15の内部を減圧することにより、蓄熱体14が膨脹しても蓄熱容器15内の圧力上昇を低く押さえることとなり、蓄熱容器15の破損を防止することができる。
【産業上の利用可能性】
【0065】
以上のように、本発明にかかる蓄熱装置は、高効率な蓄熱運転が可能となるので、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。
【図面の簡単な説明】
【0066】
【図1】本発明の実施の形態1における蓄熱装置の構成図
【図2】本発明の実施の形態2における蓄熱装置の構成図
【図3】本発明の実施の形態3における蓄熱装置の構成図
【図4】(a)本発明の実施の形態4における蓄熱装置の薄膜状の袋の構成図(b)同蓄熱装置の構成図
【図5】本発明の実施の形態5における蓄熱装置の構成図
【図6】本発明の実施の形態6における蓄熱装置の構成図
【図7】本発明の実施の形態7における蓄熱装置の構成図
【図8】従来の蓄熱装置の構成図
【符号の説明】
【0067】
1 加熱部
2 蓄熱部
3 給水管
4 給湯管
5 排出弁
6 循環ポンプ
7 循環回路
8 減圧逆止弁
9 給湯水栓
10 貯水部
11 エジェクター
12 接続管
13 水流路
14 蓄熱体
15 蓄熱容器
16 伝熱板
17 空間部
18 切り換え弁
19 袋
20 伸縮部
21 連通孔
22 排出孔
【技術分野】
【0001】
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。
【背景技術】
【0002】
従来、この種の蓄熱装置は、給水管から蓄熱部に給水し蓄えた低温の水を、加熱部で加熱昇温して蓄熱部上部から順に高温の湯として蓄え、必用な時に蓄熱部上部に接続する給湯管から給湯して利用していた。
【0003】
この時低温の水が高温になるに伴い水の体積が増加して、装置の内圧が上昇するが、給湯管から分岐して設けた排出弁から湯を装置外部に排出することにより、装置の内圧を一定値以下に保つことにより、装置の破壊を防止し、安全な運転をおこなっていた(例えば、特許文献1参照)。
【0004】
図8は、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8に示すように、加熱部1と、蓄熱部2と、給水管3と、給湯管4と、排水弁5とから構成されている。
【特許文献1】特開2004−324905号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、前記従来の構成では、蓄熱運転時は蓄熱部の高温の湯を、排出弁から装置外部に排出するため、水の温度を上昇するために加熱部で消費したエネルギーも排出することとなり、装置の効率が低下するなどの課題を有していた。
【0006】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、蓄熱運転時における蓄熱体の温度上昇による体積膨脹分と加熱に要したエネルギーを装置外部に漏洩するのを防止する熱損失の少ない高効率の蓄熱運転が実現できる蓄熱装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
前記従来の課題を解決するために、本発明の蓄熱装置は、加熱部と、蓄熱部と、前記蓄熱部に接続する給水管、給湯管と、前記給水管に分岐して接続された排出弁とを有するもので、これによって、加熱部で蓄熱部の水を加熱昇温する際に生じた水の体積膨張分は、装置の内圧が上昇することとなるが、一定値以上に達した場合、給水管から分岐して接続する排出弁が作動して、非加熱の低温水が外部に排出されることになり、加熱に用いたエネルギーを外部に排出するのを防止することができるので、熱損失の少ない高効率の蓄熱運転が実現できる。
【発明の効果】
【0008】
本発明によれば、蓄熱運転時における蓄熱体の温度上昇による体積膨脹分と加熱に要したエネルギーを装置外部に漏洩するのを防止する熱損失の少ない高効率の蓄熱運転が実現できる蓄熱装置を提供するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【0009】
第1の発明は、加熱部と、蓄熱部と、前記蓄熱部に接続する給水管、給湯管と、前記給水管に分岐して接続された排出弁とを有するもので、蓄熱部の内部の水を加熱部で加熱するさいに生じる体積膨張分を、非加熱の体温水として排出弁から排出することとなり、加熱に要したエネルギーを外部に排出するのを防止することができるので、熱損失の少ない高効率の蓄熱運転が実現できる。
【0010】
第2の発明は、特に第1の発明の蓄熱装置の排出弁の出口に設けた貯水部と、給水管に設けたエジェクターと、前記貯水部と前記エジェクターの吸引部とを接続する接続管とを有するもので、蓄熱部の内部の水を加熱部で加熱するさいに生じる体積膨張分を、非加熱の体温水として排出弁から排出し、貯水部に1時的に貯めておき、給湯時にエジェクターを介して給水管に戻して給水として利用することとなり、給水を装置の外部に放出することなく再利用することができる。
【0011】
第3の発明は、特に第1または第2の発明の蓄熱装置の貯水部の容積は、蓄熱部の容積の3%以上としたもので、給湯温度域での給水の加熱膨張分を貯水部で吸収することとなり、装置内部の圧力を過大に上昇させることなく安全な蓄熱運転を実現することができる。
【0012】
第4の発明は、特に第1〜第3の発明のいずれかの蓄熱装置の蓄熱部は、水流路と、蓄熱体を収納する蓄熱容器と、前記水流路と前記蓄熱容器と区画する伝熱壁と、前記蓄熱容器に設けた空間部とから形成されるもので、加熱部で加熱した水を水流路に流し、伝熱壁を介して蓄熱容器内の蓄熱体に熱を伝えて蓄熱することとなり、大部分の熱を蓄熱体で蓄熱し、蓄熱体の体積膨張を蓄熱容器内に設けた空間部で吸収して、給湯に用いる水の体積膨張分を少なくして排出弁から外部に排出する水の量を少なくすることができる。
【0013】
第5の発明は、特に第4の発明の蓄熱装置の蓄熱容器内に、蓄熱体を薄膜状の袋に分包して収納したもので、蓄熱体が空気と接触することなく、袋の内部で体積膨張収縮することとなり、腐食性の蓄熱体でも蓄熱容器を腐食させることなく使用することができる。
【0014】
第6の発明は、特に第4または第5の発明の蓄熱装置の蓄熱容器内の空間部の容積は、蓄熱体の容積の9%以上としたもので、潜熱蓄熱剤のような体積膨張の大きな材料でも蓄熱容器の空間部にて膨張分を吸収することとなり、高性能の潜熱蓄熱剤を蓄熱体として用いることができる。
【0015】
第7の発明は、特に第1〜第3の発明のいずれかの蓄熱装置の蓄熱部は、水流路と、蓄熱体を収納する蓄熱容器と、前記水流路と前記蓄熱容器と区画する伝熱壁とから形成されるとともに、前記蓄熱容器に伸縮部を設けたもので、蓄熱容器内に空間部を設けずに蓄熱体を充填することとなり、蓄熱体の膨張収縮を伸縮部の伸縮で吸収することができる。
【0016】
第8の発明は、特に第4〜第6の発明のいずれかの蓄熱装置の蓄熱容器に、大気との連通部を設けたもので、蓄熱容器内の空気は、蓄熱体の膨張収縮に応じて大気連通孔から出入りすることとなり、蓄熱容器内の圧力をほぼ一定に保つことができる。
【0017】
第9の発明は、特に第4〜第6の発明のいずれかの蓄熱装置の蓄熱容器に、排出部を設けたもので、蓄体を収納する袋が破損して蓄熱体が袋の外部に漏れた場合、蓄熱体を蓄熱容器の下部の排出孔から蓄熱容器外部に排出することとなり、袋から漏れた蓄熱体が給水に混入するのを防止することができる。
【0018】
第10の発明は、特に第4〜第6の発明のいずれかの蓄熱装置に、内部を減圧した蓄熱容器を設けたもので、加熱により蓄熱体が体積膨張した場合でも内部の圧力を低く保つこととなり、蓄熱容器の破損を防止することができる。
【0019】
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。
【0020】
(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。
【0021】
図1において、ヒータまたはヒートポンプの凝縮器などを用いる加熱部1は、蓄熱部2内の貯水を循環ポンプ6で循環して加熱する循環回路7に設けられ、蓄熱部2の底部には減圧逆止弁8を有する給水管3を接続し、蓄熱部2の頂部には給湯弁9を有する給湯管4を接続し、給水管3から分岐して排出弁5とを設けて構成している。
【0022】
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。
【0023】
まず、蓄熱運転においては、運転開始時の蓄熱部2内は給水温度と同じ低温の状態であるので、蓄熱部2内の低温の水が循環ポンプ6によって蓄熱部2の底部より加熱部1に送り加熱したあと、高温水にして蓄熱部2の上部にもどし蓄熱部2内の上部から順に高温水に置き換えて蓄熱する。
【0024】
この時、給湯管4に給湯弁9を設け、給水管3に減圧逆止弁8を設けているため装置は閉回路となり、蓄熱部2内の貯水を高温にすることにより、貯水の体積が膨脹して装置内の圧力を上昇させる。装置の内圧が一定値以上になると、排水弁5を開き給水管3内の低温の非加熱水を装置の外部に排出することにより、装置内の圧力を低下させて、装置の圧力を一定値以下に保つ。
【0025】
以上のように、本実施の形態においては、給水管3から分岐して排出弁5を設ける構成とすることにより、給水管3内の低温の非加熱水を装置の外部に排出することとなり、加熱に要したエネルギーを外部に放出することなく蓄熱することができる。
【0026】
(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。
【0027】
図2において、貯水部10は排出弁5の出口に設け、給水管3に設けたエジェクター11の吸引部とを接続する接続管12とを設けて構成している。
【0028】
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。
【0029】
まず、減圧逆止弁8と給湯弁9を閉塞した状態で蓄熱運転を行うと、蓄熱部2内の貯水の温度上昇に応じ貯水の体積が膨脹し装置の内圧が上昇する。装置の内圧が設定値以上に達した時に排出弁5を開放すると、給水管3内の低温の水が貯水部10内に流れ込み蓄えられる。蓄熱運転が終了後、給湯弁9を開き排出弁5を閉じて給湯すると、水道水を減圧逆止弁8から給水管3に供給するが、給水管3に設けたエジェクター11の吸引効果で貯水部10内にたまった低温の水を接続管12を通して吸水管3に戻すことができる。
【0030】
以上のように、本実施の形態においては、排出弁5の出口に貯水部10を設け、給水管3に設けたエジェクター11の吸引部とを接続する接続管12を設けて構成することにより、蓄熱運転時に蓄熱部2内の貯水の温度上昇に応じて生じた貯水の体積膨脹分を給水温度のまま一時的に貯水部10にためて、給湯時に再び給水として利用することとなり、給水を装置の外部に排出することなく高効率な蓄熱運転を行うことができる。
【0031】
また、図2において、貯水部10は、蓄熱部2の容積の3%以上の容積を有する構成としている。
【0032】
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。
【0033】
まず、蓄熱部2内に20℃の水を給水して、80℃に加熱して蓄熱する場合、水の比熱は20℃においては0.99820g/cm3で、80℃においては0.97180g/cm3であるので、蓄熱部2内の水の体積は約3%膨脹することとなる。
【0034】
従って、貯水部10の容積を、蓄熱部2の容積の3%以上にすることにより、熱膨張により生じた体積膨脹分を装置外部に排出することなく貯水部10で吸収することができる。
【0035】
以上のように、本実施の形態においては、貯水部10は、蓄熱部2の容積の3%以上の容積を有する構成とすることにより、蓄熱運転時に生じる貯水の熱膨脹分を貯水部10で吸収することとなり、給水および高温水を装置の外へ放出することなく蓄熱運転を行うことができる。
【0036】
(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。
【0037】
図3において、蓄熱部2は内容積の少ない水流路13として形成し、蓄熱体14を収納する蓄熱容器15と、水流路13と蓄熱容器15とを仕切る伝熱壁16と、蓄熱容器15に設けた空間部17と、給湯管4と循環回路7とを切り換える切換え弁18とを設けて構成している。
【0038】
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。
【0039】
まず、蓄熱運転時は切換え弁18を循環回路7側に切り換えて循環ポンプ6を運転することにより、加熱部1で加熱した高温水を水流路13に送る。水流路13内を流れる高温水は伝熱壁16を介して蓄熱容器15内の蓄熱体14を加熱して温度を低下させて再び加熱部1に送られ循環することとなる。この時、蓄熱体14は温度上昇して体積膨脹するが蓄熱容器15には空間部17を設けているため、蓄熱体14の体積膨脹分をこの空間部17で吸収することができる。
【0040】
以上のように、本実施の形態においては蓄熱体14を収納する蓄熱容器15に空間部17を設けた構成とすることにより、蓄熱体14の体積膨脹分をこの空間部17で吸収することとなり給水を外部に放出することなくまた加熱に要した熱エネルギーを装置外部に放出することなく高効率な蓄熱運転を行うことができる。
【0041】
(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、蓄熱容器15内に蓄熱体14を分包して収納する薄膜状の袋19を設けて構成している。
【0042】
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。
【0043】
まず、蓄熱運転時は、加熱部1で加熱した高温水を水流路13に流し、伝熱壁16を介して蓄熱容器15内の薄膜状の袋19に収納した蓄熱体14を加熱する。蓄熱体14に酢酸ナトリウム3水塩などの潜熱蓄熱剤を用いた場合は、低温では固体であるが、高温では液体となるため薄膜状の袋19内部で状態変化を行ない熱の出し入れをすることができる。
【0044】
一般的な潜熱蓄熱剤は蓄熱能力は大きいが銅やアルミ等の熱伝導率の大きな材料を腐食
する性質を有しているため蓄熱容器15や伝熱壁16の材料としてもちいることができないが、ポリエチなどの耐食性フィルムを用いて薄膜状の袋19を製作し蓄熱体14を収納することにより、銅やアルミ等の高熱伝導率材料を使用することができる。さらに蓄熱体14を分包することにより、分包された個々の蓄熱体14ごとに熱の出し入れが可能となり蓄熱容器15内全体にわたる対流を抑制することができる。
【0045】
また、蓄熱体14を液体の状態で薄膜状の袋19に充填して蓄熱容器15に収納することにより、液体状態で蓄熱容器15の容積一杯になり、固体の状態で空間部17を形成することとなり、加熱による体積膨脹分を蓄熱容器15内で吸収することができる。
【0046】
以上のように、本実施の形態においては蓄熱容器15内に蓄熱体14を分包して収納する薄膜状の袋19を設けることにより、酢酸ナトリウム3水塩などの潜熱蓄熱剤を蓄熱体として用い、銅やアルミ等の熱伝導率の大きな材料を蓄熱容器15や伝熱壁16の材料としてもちいることができ高性能で信頼性の高い蓄熱装置を実現するとともに、加熱による体積膨脹分を蓄熱容器15内で吸収することができる。
【0047】
また、図4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4において、蓄熱体14の容積の9%以上の容積を有する空間部17を蓄熱容器15内に設けて構成している。
【0048】
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。
【0049】
まず、酢酸ナトリウム3水塩などをベースとする蓄熱体14を5℃から85℃に加熱して蓄熱する時、5℃における比重は1.38g/cm3で、85℃における比重は1.27g/cm3であるので、体積は約9%膨脹する。従って、蓄熱容器15内に設けた空間部17で蓄熱体14の熱膨脹分を吸収することができる。
【0050】
以上のように、本実施の形態においては蓄熱体14の容積の9%以上の容積を有する空間部17を蓄熱容器15内に設けることにより、蓄熱容器15内に設けた空間部17で蓄熱体14の熱膨脹分を吸収することとなり、給水および加熱に要したエネルギーを装置外部に放出することがなく高効率な蓄熱運転を行うことができる。
【0051】
(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、蓄熱容器15の上部に伸縮部18を設けて構成している。
【0052】
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。
【0053】
まず、蓄熱容器15には空間部が無いように蓄熱体14を充填し、水流路13内に高温水を流して伝熱壁16を介して蓄熱容器15内の蓄熱体14を加熱すると、蓄熱体14は温度上昇するので体積が膨脹する。この時、蓄熱容器15の上部の伸縮部18が伸びて体積を増やすので、蓄熱体14の熱膨脹を吸収することができる。
【0054】
以上のように、本実施の形態においては、蓄熱容器15の上部に伸縮部18を設けることにより、伸縮部18の体積が蓄熱体14の体積変動に応じて変動することとなり、給水を外部に放出することなくまた加熱に要した熱エネルギーを装置外部に放出することなく蓄熱体14の熱膨脹を吸収することができる。
【0055】
(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
、蓄熱容器15に大気連通孔19を設けて構成している。
【0056】
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。
【0057】
まず、蓄熱体14を加熱すると体積が膨脹し、空間部17の体積を圧縮する。圧縮された空気は大気連通孔19から装置の外部に排出されるため、蓄熱容器15内の圧力上昇を抑制する。
【0058】
以上のように、本実施の形態においては、蓄熱容器15に大気連通孔19を設けることにより、蓄熱体14の体積変動に応じて、空間部17の空気を大気連通孔19から出し入れすることとなり、蓄熱容器15内部の圧力をほぼ一定の値に保つことができる。
【0059】
(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、蓄熱容器15の下部に排出孔20を設けて構成している。
【0060】
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、作用を説明すると、蓄熱容器15内に設けた蓄熱体14を収納する薄膜状の袋19が破損し亀裂が生じた場合、蓄熱体14は薄膜状の袋19から外に漏出する。漏出した蓄熱体14は蓄熱容器15内の下部に移動し排出孔20から蓄熱容器15の外部に排出される。
【0061】
以上のように、本実施の形態においては、蓄熱容器15の下部に排出孔20を設けることにより、漏出した蓄熱体14を蓄熱容器15内の外部に放出することとなり、給湯水に蓄熱体14が混入するのを防止することができる。
【0062】
また、図7において、蓄熱容器15の内部を減圧して構成している。
【0063】
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、作用を説明すると、まず、蓄熱体14を加熱すると体積が膨脹するが、空間部17を減圧しているため、蓄熱容器15内の圧力上昇は抑制される。
【0064】
以上のように、本実施の形態においては、蓄熱容器15の内部を減圧することにより、蓄熱体14が膨脹しても蓄熱容器15内の圧力上昇を低く押さえることとなり、蓄熱容器15の破損を防止することができる。
【産業上の利用可能性】
【0065】
以上のように、本発明にかかる蓄熱装置は、高効率な蓄熱運転が可能となるので、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。
【図面の簡単な説明】
【0066】
【図1】本発明の実施の形態1における蓄熱装置の構成図
【図2】本発明の実施の形態2における蓄熱装置の構成図
【図3】本発明の実施の形態3における蓄熱装置の構成図
【図4】(a)本発明の実施の形態4における蓄熱装置の薄膜状の袋の構成図(b)同蓄熱装置の構成図
【図5】本発明の実施の形態5における蓄熱装置の構成図
【図6】本発明の実施の形態6における蓄熱装置の構成図
【図7】本発明の実施の形態7における蓄熱装置の構成図
【図8】従来の蓄熱装置の構成図
【符号の説明】
【0067】
1 加熱部
2 蓄熱部
3 給水管
4 給湯管
5 排出弁
6 循環ポンプ
7 循環回路
8 減圧逆止弁
9 給湯水栓
10 貯水部
11 エジェクター
12 接続管
13 水流路
14 蓄熱体
15 蓄熱容器
16 伝熱板
17 空間部
18 切り換え弁
19 袋
20 伸縮部
21 連通孔
22 排出孔
【特許請求の範囲】
【請求項1】
加熱部と、蓄熱部と、前記蓄熱部に接続する給水管、給湯管と、前記給水管に分岐して接続された排出弁とを有する蓄熱装置。
【請求項2】
排出弁の出口に設けた貯水部と、給水管に設けたエジェクターと、前記貯水部と前記エジェクターの吸引部とを接続する接続管とを有する請求項1記載の蓄熱装置。
【請求項3】
貯水部の容積は、蓄熱部の容積の3%以上とした請求項1または2記載の蓄熱装置。
【請求項4】
蓄熱部は、水流路と、蓄熱体を収納する蓄熱容器と、前記水流路と前記蓄熱容器と区画する伝熱壁と、前記蓄熱容器に設けた空間部とから形成される請求項1〜3のいずれか1項に記載の蓄熱装置。
【請求項5】
蓄熱容器内に、蓄熱体を薄膜状の袋に分包して収納した請求項4記載の蓄熱装置。
【請求項6】
蓄熱容器内の空間部の容積は、蓄熱体の容積の9%以上とした請求項4または5記載の蓄熱装置。
【請求項7】
蓄熱部は、水流路と、蓄熱体を収納する蓄熱容器と、前記水流路と前記蓄熱容器と区画する伝熱壁とから形成されるとともに、前記蓄熱容器に伸縮部を設けた請求項1〜3のいずれか1項に記載の蓄熱装置
【請求項8】
蓄熱容器に、大気との連通部を設けた請求項4〜6のいずれか1項に記載の蓄熱装置。
【請求項9】
蓄熱容器に、排出部を設けた請求項4〜6のいずれか1項に記載の蓄熱装置。
【請求項10】
内部を減圧した蓄熱容器を設けた請求項4〜6のいずれか1項に記載の蓄熱装置。
【請求項1】
加熱部と、蓄熱部と、前記蓄熱部に接続する給水管、給湯管と、前記給水管に分岐して接続された排出弁とを有する蓄熱装置。
【請求項2】
排出弁の出口に設けた貯水部と、給水管に設けたエジェクターと、前記貯水部と前記エジェクターの吸引部とを接続する接続管とを有する請求項1記載の蓄熱装置。
【請求項3】
貯水部の容積は、蓄熱部の容積の3%以上とした請求項1または2記載の蓄熱装置。
【請求項4】
蓄熱部は、水流路と、蓄熱体を収納する蓄熱容器と、前記水流路と前記蓄熱容器と区画する伝熱壁と、前記蓄熱容器に設けた空間部とから形成される請求項1〜3のいずれか1項に記載の蓄熱装置。
【請求項5】
蓄熱容器内に、蓄熱体を薄膜状の袋に分包して収納した請求項4記載の蓄熱装置。
【請求項6】
蓄熱容器内の空間部の容積は、蓄熱体の容積の9%以上とした請求項4または5記載の蓄熱装置。
【請求項7】
蓄熱部は、水流路と、蓄熱体を収納する蓄熱容器と、前記水流路と前記蓄熱容器と区画する伝熱壁とから形成されるとともに、前記蓄熱容器に伸縮部を設けた請求項1〜3のいずれか1項に記載の蓄熱装置
【請求項8】
蓄熱容器に、大気との連通部を設けた請求項4〜6のいずれか1項に記載の蓄熱装置。
【請求項9】
蓄熱容器に、排出部を設けた請求項4〜6のいずれか1項に記載の蓄熱装置。
【請求項10】
内部を減圧した蓄熱容器を設けた請求項4〜6のいずれか1項に記載の蓄熱装置。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【公開番号】特開2007−155197(P2007−155197A)
【公開日】平成19年6月21日(2007.6.21)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2005−350315(P2005−350315)
【出願日】平成17年12月5日(2005.12.5)
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】(出願人による申告)平成17年度新エネルギー・産業技術総合開発機構「高密度実装技術を用いたCO2ヒートポンプ給湯器の小型化開発」に関する委託研究、産業活力再生特別措置法第30条の適用を受ける特許出願
【出願人】(000005821)松下電器産業株式会社 (73,050)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成19年6月21日(2007.6.21)
【国際特許分類】
【出願日】平成17年12月5日(2005.12.5)
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】(出願人による申告)平成17年度新エネルギー・産業技術総合開発機構「高密度実装技術を用いたCO2ヒートポンプ給湯器の小型化開発」に関する委託研究、産業活力再生特別措置法第30条の適用を受ける特許出願
【出願人】(000005821)松下電器産業株式会社 (73,050)
【Fターム(参考)】
[ Back to top ]