JPS6023645Y2 - 蓄熱装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 この考案は例えば太陽熱利用装置に用いられる蓄熱装置
に関するものである。

第１図は太陽熱利用暖房装置の概要を示す配管図で、図
においては１は太陽熱コレクタ、２は熱媒流体である水
の貯水槽、３は給熱側ポンプで、日照時には水を矢印の
方向に循環させ、槽２の給熱側熱媒路４ａ、４ｂを介し
て、コレクタ１で集熱された熱量を槽２内の水に給熱す
る。

５は二重管よりなる蒸発器で、外管は槽２内の温水（５
〜２５℃程度が好ましい。

）が流通し、内管はフロン等の冷媒が流通する。

６は熱利用側ポンプで、槽２内では給熱側の水と混合す
る水を矢印の方向に循環し、熱利用側熱媒路７ａ、７ｂ
を介して、コレクタ１で集熱された熱を上記冷媒に与え
る。

８は冷媒圧縮機、９は凝縮器、１０は減圧機構で、蒸発
器５とともに冷媒回路を形成している。

１１は凝縮機９に対設した送風機である。

第２図は槽２内に配置される蓄熱体１２を示す断面図及
び平面図で、１３は例えば塩化カルシウムを主成分とす
る潜熱利用蓄熱材であり、所定温度例えば２０℃で溶融
し、その顕熱及び潜熱により蓄熱するものである。

１４は蓄熱材１３内を内蔵する伝熱性容器で、円筒状の
筒部１４ａ、筒部１４ａの両端を密封した端板１４ｂ、
１４ｂ及び１４ａに放射状に設けられた多数のフィン１
４ｃにより形成されている。

１５は蓄熱材１３と容器１４とよりなる蓄熱体で、槽２
内に蓄熱体１５が多数配置されている。

この上うな構成のものにおいては、コレクタ１で集熱さ
れた熱量は蒸発器５内で冷媒の蒸発熱として冷媒に与え
られ、圧縮機８により圧縮されることにより凝縮機９内
では高温液体となって空気と熱交換し、その緩められた
空気は送風機１１により所定の位置に送られて暖房とし
て利用される。

一方蒸発器５内で冷媒に熱を与えた水は低温となり、熱
媒路７ｂを通って槽２内に戻る。

日照時間が長いときには一般に上記のような動作を繰返
しながらも、槽２内の水温は次第に上昇し、蓄熱材１３
が溶融状態となって槽２内には水の顕熱とともに大量の
熱量が蓄積される。

しかし早期曇天で日照がなく、特に低温の日などにおい
ては急速に暖房したいにもかかわらず、上記構成のもの
では比較的短時間例えば３吋程度で急激に暖房能力が低
下するという欠点があった。

この現象を詳細に調査した結果、蓄熱体１５はまだ多量
の熱量を保有腰蓄熱材１３の中心部はまだ溶融状態にあ
るにもかかわらず、槽２内の水温はＯ’Ｃ近くなって暖
房能力を急速に低下させることが判った。

また槽２内の水温が５℃以下になると上記のような装置
においては局部的な水の凍結が起こる懸念があり、それ
以上運転を継続することは危険である。

上記現象は熱媒路７ｂから戻ってきた冷水が伝熱性容器
１４を介して蓄熱材１３の顕熱を奪い、更に蓄熱材１３
は上記冷水に熱を与えて容器１４内面に凝固するために
起こるものである。

この凝固層は一般に熱伝導性が悪く、またその凝固潜熱
の一部は中心部にある溶融状態の蓄熱材１３にも与えら
れるので、中心部から容器１４に向って流れる熱量が減
少したこととなり、中心部は高温の溶融状態にあるにも
かかわらず、容器１４を介して水に与える熱量が不足し
、凝縮器９から得られる熱量が急激に低下するものであ
る。

また曇天で日照時間が短かい場合など、急速に槽２に蓄
熱したいときに、上記構成のものでは蓄熱材１３の中心
部まで溶融状態にすることが困難であるという欠点があ
った。

この考案は上記事情に鑑み、上記蓄熱体の放熱または蓄
熱を有効におこなう蓄熱装置を得ることを目的とするも
のである。

第３図及び第４図はこの考案の一実施例を示す貯水槽２
の断面図及び装置の配管図で、前回と同一符号は同一ま
たは相当部分を示す。

図において１６は直方形の槽２内に配置された蓄熱体で
、熱伝導度及び比熱の大きなアル、ミニラム製の、箱体
１７ａ及びこの箱体１７ａ外面に設けられた多数のフィ
ン１７ｂとよりなる伝熱性容器１７と、この容器１７に
水密的に内蔵された従来品同様の潜熱利用蓄熱材１３と
、蓄熱材１３中に埋設された、伝熱材であるアルミニウ
ム製の蛇管状内部通路１８と、容器１７の底部に開口し
た通路１８の両端開口部１８ａ、１８ｂへの水流を容易
にする支持脚１６ａとにより形成されている。

２ａは槽２の断熱壁、１９ａ、２０ａは上面の断熱壁２
ａの左右端近傍から上方に延びる一対の断熱配管、１９
ｂ、２０ｂは両側面の断熱壁２ａの下部から夫々左右に
延びる一対の断熱配管で、配管１９ａは熱利用側熱媒路
７ａに接続された三方弁２１に、また配管２０ａは給熱
側配管４ａに接続された三方弁２２に夫々接続されてお
り、配管１９ａ、１９ｂ及び２０ａ、２０ｂは槽２を介
して２箇の第１の熱媒流路１９．２０を形成している。

２３は三方弁２１．２２を連結する配管、２４ａは通路
１８の中央部に連結され、槽２の上方に延びる断熱配管
で、槽２内に複数筒配置した蓄熱体１６の各配管２４ａ
が合流するように接続した配管２５を介して配管２３に
接続されている。

この配管２５と配管１９ｂ及び２０ｂとの間には通路１
８を介した２箇の第２の熱媒流路２４，２４が形成され
る。

なお２６，２７．２８は配管１９ａ、２０ａ、２４ａ内
部に夫々配置された温度検知素子である。

このような構成のものにおいて、先ず早朝日照のないと
きに暖房する場合につき説明する。

いま槽２内温度は、前日の太陽熱を蓄積して２３Ｃにな
っているものとする。

従って蓄熱材１３は溶融状態にある。

装置の起動スイッチをオンとする素子２６が槽２内の水
温が２３℃であることを検知し、三方弁２１を配管？ａ
、１９ａを連通ずるようにセットしてからポンプ６及び
圧縮機８を起動させる。

この場合三方弁２２は全閉の状態にあり、ポンプ３は停
止している。

従って配管１９ｂ１蓄熱材１６の外部すなわち蓄熱材１
６の外面と断熱壁２ａ内面との間の空隙部、及び配管１
９ａよりなる一方の第１の熱媒流路１９を通って、蒸発
器５には２３℃の温水が供給される。

この温水は蒸発器５中で冷媒を蒸発させて熱量を与え、
その熱量は凝縮器９から送風機１１により取出されて暖
房を開始する。

一方熱量を失った水は、配管１９ｂから槽２に戻る。

上記のようにして槽２内の水は次第に温度が低下しなが
ら、蓄熱体１６の顕熱を引出して暖房に利用される。

箱体１７ａが２０℃に達すると、蓄熱体１３は凝固熱を
放出しながら箱体１７ａ内面に凝固し始め、この凝固層
が成る程度以上厚くなると従来装置と同様に槽２内の水
温は急速に低下し始める。

この水温低下を素子２６が検知して三方弁２１が熱媒路
７ａと配管２３とを連通ずるように動作させる。

この場合素子２６と、この素子２６に接続された電気回
路（図示せず）及び三方弁２１により、第１及び第２の
熱媒流路１９，２４の切換手段が形成されている。

上記のように第１の熱媒流路１９を介して蒸発器５に水
を供給する過程においては、第２の熱媒流路２４には、
第１の熱媒流路１９との共有部分を除いて水流は勿論、
蓄熱材１３と水との熱の受授もほとんどないので、通路
１８に接した蓄熱材１３は溶融状態にある。

従って三方弁２１が配管２３側に切換えられるとき蒸発
器５には２３℃近い水が供給され、従来装置のように３
粉程度で暖房能力が低下することなく、快適な暖房が継
続される。

第２の熱媒流路２４からの給水過程では、第３図のフィ
ン１７ｂの下端より上の水はほとんど開口部１８ａから
吸入されることなく、その部分の水や、その水に接する
箱体１７ａ内面に形成された蓄熱材１３の凝固層の温度
は上昇してくる。

一方上記給水が継続されるにつれ、通路１８の外面には
蓄熱材１３の凝固層が成長してきて給水温度を次第に低
下させるが、通路１８に沿って蓄熱材１３が凝固する際
の凝固熱は、通路１８中の水に熱量を与えるとともに、
箱体１７ａに向って流れる熱流を促進する。

上記のような給水過程が継続するうちに素子２８で検知
される水温より素子２６で検知される水温の方が高くな
ってくる。

その水温差が例えば５℃に達すると三方弁２１が再び配
管７ａ、１９ａを連通ずるように動作し、蒸発器５には
再度第１の熱媒流路１９を介して給水される。

この給水期間中、蓄熱体１６内では前記のようにして熱
分布の変化が起こり、素子２８で検知される水温の方が
素子２６で検知される水温より高くなる。

この水温差が例えば３℃に達すると再び三方弁２１が配
管？ａ、２３を連通ずるように動作する。

このような動作を繰返すことにより、蒸発器５に供給す
る水温を例えば５℃以下にすることなく、槽２中に蓄積
された熱量を有効に暖房熱量として利用することができ
る。

なお蓄熱材１３中の熱量が減するに従って三方弁２１を
頻繁に切換える必要があるが、そのような制御は素子２
６．２８を入力トスるマイクロコンピュータを用いるこ
とにより容易におこなうことができる。

第５図は従来装置に比し、槽２内に同一熱量を有する上
記実施例のものが槽２内の熱量を有効に利用しているこ
とを給水温度の時間的変化で示したもので、図イは従来
装置、凶日は実施例装置に関するものである。

なお凶日の実線は素子２６の検知温度、点線は素子２８
の検知温度、図イは素子２６に相当する素子を設けた場
合の検知温度で、実線は暖房運転時 一点鎖線は運転停
止時のものである。

図に見られるように従来装置においては約ｍ分程度の運
転停止時間を数回置くことによって何とか２時間程度の
暖房が可能であるのに比し、実施例のものでは連続暖房
が可能なうえ、暖房温度のリップルも少くできるという
効果がある。

実施例のもので上記のように槽２の熱量のみで暖房をお
ぎなう間に日照が強まり、コレクタ１が利用できるよう
になったこと、例えば羽照計（図示せず）が検知すると
、三方弁２１が配管７ａ。

１９ａを、また三方弁２２が配管４ａ、２０ａを夫々連
通ずるようにセットし、ポンプ３が運転を開始する。

その状態ではコレクタ１で集熱した温水と、蒸発器５で
放熱した冷水とが槽２内で混合し、蒸発器５には適温の
水が供給され、快適な暖房がおこなわれる。

日照が更に強まり、蒸発器５の給水温度が冷媒回路の危
険温度、例えば３０℃に近付いたことを素子２６が検知
すると、例えば前記マイクロコンピュータの指令により
、三方弁２２を配管４ａ、２３が連通するように切換え
る。

すなわち給熱側の第１の熱媒流路２０が第２の熱媒流路
２４に切換えられたことになる。

この状態でも素子２６の検知温度が３０°Ｃであればポ
ンプ３を停止させて冷媒回路を保護するが、素子２６の
検知温度が低下するようであれば、通路１８近傍の蓄熱
体１３は２０°Ｃ以下で凝固状態にあるので、ポンプ３
は運転を続ける。

この場合コレクタ１で集熱した比較的高温の水は通路１
８中で上記蓄熱材１３により冷却され、更に配管１９ｂ
から流入する比較的低温の水と混合されて配管１９ａか
ら流出するので、蒸発器５には再び適温の水が供給され
るようになる。

この状態は通路１８近傍の蓄熱材１３が水から融解熱を
奪って溶融し、その溶融体温度が３０℃に近付くまで継
続する。

素子２６の検知温度が３０℃に達すると、例えば素子２
７の検知温度と比較し、その差が所定値より大きければ
三方弁２２を配管４ａ、２０ａが連通ずるように切換え
、上記差が所定値より小さければポンプ３を停止し、三
方弁２２を全閉の状態とする。

上記は日照が強く、日照時間も長い場合の動作であるが
、昼間の日照が少く、夕方の日照でできるだけ槽２内に
多量の熱量を蓄積する場合にはポンプ６及び圧縮機８を
停止し、例えば一定時間間隔で、三方弁２２が配管２０
ａと２３と交互に熱媒路４ａと連通するように、前記コ
ンピュータで制御すれば、短時間で蓄熱材１３全体を溶
融状態にして多量の熱量を槽２内に蓄積することができ
る。

上記実施例では槽２は１箇であったが、例えば第２図と
同形の２箇の槽Ａ、 Ｂを設け、熱媒路７ａに、槽Ａの
第１の熱媒流路１９、槽Ｂの第１の熱媒流路１９、槽Ａ
の第２の熱媒流路２４、槽Ｂの第２の熱媒流路２４、槽
Ａの第１の熱媒流路１９・・・・・・のようなサイクル
で温水を取出せば、利用温水温度のリップルを非常に小
さくすることも可能である。

なお上記実施例においては第１及び第２の熱媒流路１９
，２４を交互に切換えて利用したが、急激な放熱や蓄熱
の場合には流路２０または１９と流路２４とを同時に並
列に利用してもよい。

また上記実施例は正の蓄熱すなわち温水の蓄熱であった
が、負の蓄熱すなわち冷水利用の場合でもこの考案は同
様の効果を奏する。

また槽２は必ずしも必要ではない。

なお上記実施例は太陽熱利用装置に関するものであった
が、深夜電力や工場排水の利用等、種々の蓄熱装置にお
いて同様な効果が得られる。

また熱媒流路は水塩外の不凍液や空気のようなものに対
しても同様の効果が得られる。

この考案は以上説明したとおり、潜熱利用蓄熱材を内蔵
した伝熱性容器の外部を通る第１の熱媒流路と、上記蓄
熱材中を通る伝熱製内部通路を通る第２の熱媒流路と、
上記両流路の切換手段とを設けることにより、上記蓄熱
材の熱量を有効に利用できるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来装置の配管図、第２図は従来の蓄熱体の断
面図及び平面図、第３図及び第４図はこの考案の一実施
例を示す蓄熱槽の断面図及び装置の配管図、第５図は従
来装置及び上記実施例の特性図である。 図において１は太陽熱コレクタ、２は貯水槽、４ａ、４
ｂは給熱側熱媒路、５． ８．９． １０は冷媒回路、
７ａ、７ｂは熱利用側熱媒路、１３は潜熱利用蓄熱材、
１６は蓄熱体、１７は伝熱性容器、１８は内部通路、１
９，１９ａ、１９ｂ及び２０、２０ ａ、 ２０ ｂは
第１の熱媒流路、２１゜２２．２６，２７，２８は切換
手段、２４，２４ａ第２の熱媒流路である。 なお各図中同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims (3)

【実用新案登録請求の範囲】
1. （１）給熱側および熱利用側に接続された蓄熱槽この蓄
   熱槽内に配置された、伝熱性容器に潜熱利用蓄熱材を内
   蔵し、この潜熱利用蓄熱材の内部に伝熱材製の内部通路
   を設けた蓄熱材、この蓄熱体の外周壁と上記蓄熱槽内壁
   の間を熱媒体流が流れるように形成した第１の熱媒流路
   、上記内部通路を介して形成した第２の熱媒流路、及び
   両熱媒流路の温度により上記第１の熱媒流路と上記第２
   の熱媒流路とを切換える切換手段を備えた蓄熱装置。
2. （２）切換手段を介して第１及び第２の熱媒流路が熱利
   用側熱媒路に連結されたことを特徴とする実用新案登録
   請求の範囲第１項記載の蓄熱装置。
3. （３）切換手段を介して第１及び第２の熱媒流路が給熱
   側熱媒路に連結されたことを特徴とする実用新案登録請
   求の範囲第１項または第２項記載の蓄熱装置。