JP2007155197A

JP2007155197A - 蓄熱装置

Info

Publication number: JP2007155197A
Application number: JP2005350315A
Authority: JP
Inventors: Takashi Sawada; 敬澤田; Masahito Megata; 雅人目片; Takehiro Maruyama; 剛広丸山
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2005-12-05
Filing date: 2005-12-05
Publication date: 2007-06-21
Anticipated expiration: 2025-12-05
Also published as: JP4696882B2

Abstract

【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。
【選択図】図１

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、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。

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）。

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。
特開２００４−３２４９０５号公報

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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、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。

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。

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。

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。

（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、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。

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。

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。

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。

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／ｃｍ^３で、８０℃においては０．９７１８０ｇ／ｃｍ^３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。

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。

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。

（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、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。

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。

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。

（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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

（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。

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。

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。

（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。

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。

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。

（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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

本発明の実施の形態１における蓄熱装置の構成図本発明の実施の形態２における蓄熱装置の構成図本発明の実施の形態３における蓄熱装置の構成図（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本発明の実施の形態５における蓄熱装置の構成図本発明の実施の形態６における蓄熱装置の構成図本発明の実施の形態７における蓄熱装置の構成図従来の蓄熱装置の構成図

符号の説明

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

Claims

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。
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。
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。
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。
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。
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。
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
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。
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。
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。