(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
貯湯タンクと、該貯湯タンク内の液体を加熱する第一のヒートポンプと、該貯湯タンクと接続されてなる熱交換器と、蓄熱槽と、該蓄熱槽内の液温を調節するための冷却液が貯蔵されてなる冷却液タンクと、該冷却液タンクと接続されてなる第二のヒートポンプとから構成され、前記熱交換器において、前記貯湯タンクから送られた加熱液体の熱が前記蓄熱槽へと送り込まれる液体へと伝えられる蓄熱機構であって、前記蓄熱槽内に密閉容器に封入されたポリエチレングリコールが配入されてなることを特徴とする蓄熱機構。
【請求項２】
ポリエチレングリコールの凝固温度が５〜７０℃の範囲の任意の温度であることを特徴とする請求項１記載の蓄熱機構。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は蓄熱機構に係り、その目的は、蓄熱能力に優れエネルギーの高効率利用が可能であるとともに蓄熱槽や熱源機器、或いは冷凍機やボイラーなどを小さくすることができ、設備全体を小型化することができて小スペースで設置可能な蓄熱機構を提供することにある。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、オフィスビルや団地などの地域冷暖房のための設備として大型の蓄熱槽が設置されていることがあり、安価な深夜電力を利用して蓄熱槽を温めたり冷却することにより、エネルギーの効率的な利用が図られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記したような従来の蓄熱槽には水によって蓄熱されているのが一般的である。これは水の比熱は他の物質と比較して大きいため蓄熱能力に優れており、現在のところ水に代わる優れた蓄熱剤が見いだされていないためである。
しかしながら、水を使用した蓄熱槽を使用して充分な蓄熱能力を得るためには大型の蓄熱槽を設置しなければならず、広い設置スペースを必要とすることから住宅密集地などでは設置できない場合もあり、また槽の大型化が全体の設備コストの上昇にもつながっていた。
このような実情に鑑みて、業界では高い蓄熱能力を備えエネルギーの高効率利用が可能であるとともに小スペースで設置可能な蓄熱槽を有し、従来の蓄熱槽をそのまま利用して季節に応じて蓄熱能力を向上させることも可能な蓄熱機構の創出が望まれていた。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであって、請求項１に係る発明は、貯湯タンクと、該貯湯タンク内の液体を加熱する第一のヒートポンプと、該貯湯タンクと接続されてなる熱交換器と、蓄熱槽と、該蓄熱槽内の液温を調節するための冷却液が貯蔵されてなる冷却液タンクと、該冷却液タンクと接続されてなる第二のヒートポンプとから構成され、前記熱交換器において、前記貯湯タンクから送られた加熱液体の熱が前記蓄熱槽へと送り込まれる液体へと伝えられる蓄熱機構であって、前記蓄熱槽内に密閉容器に封入されたポリエチレングリコールが配入されてなることを特徴とする蓄熱機構に関する。
また請求項２に係る発明は、ポリエチレングリコールの凝固温度が５〜７０℃の範囲の任意の温度であることを特徴とする請求項１記載の蓄熱機構に関する。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る蓄熱機構の好適な実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
図１は本発明に係る蓄熱機構の実施形態の一例を示す構成図である。
本発明に係る蓄熱機構は、図示の如く、貯湯タンク（１）と、この貯湯タンク（１）内の液体を加熱する第一のヒートポンプ（２）と、貯湯タンク（１）と接続された熱交換器（３）と、蓄熱剤が貯蔵されてなる蓄熱槽（４）と、蓄熱槽（４）内の液温を調節するための冷却液が貯蔵された冷却液タンク（６）と、この冷却液タンク（６）と接続された第二のヒートポンプ（７）とから構成されている。
【０００６】
貯湯タンク（１）内の液体は、適宜、ポンプ（１０）の駆動で第一のヒートポンプ（２）内へと送り込まれ、約６０℃に加熱されて還流されることにより常時約５５℃に保たれている。
この温度制御は、貯湯タンク（１）内に設けられた温度センサー（８）とこれに接続された温度制御器（９）により自動的に行われる。
貯湯タンク（１）の構造は特に限定されないが、その外壁にはグラスウール等の断熱層が設けられる。また、貯湯タンク（１）の容量についても限定されず必要に応じて適宜設定すればよいが、通常約１０ｔ〜２０ｔ程度とされる。尚、図中（３７）は地下水槽から水を組み上げるためのポンプであり、（３８）は流量計である。
【０００７】
貯湯タンク（１）内の加熱液体は、ポンプ（１１）の駆動により熱交換器（３）へと送られる。なお図示例では、熱交換器（３）としてプレート型の熱交換器を略示しているが、公知の構成の熱交換器がいずれも好適に使用可能である。
熱交換器（３）においては、貯湯タンク（１）から送られてきた加熱液体の熱が、後述する蓄熱槽（４）内へ送り込まれる液体へと伝えられる。
熱交換器（３）の出口と、熱交換器（３）へ液体を送り込むポンプ（１１）の吸い込み側の間には、分流型電動三方弁（１２）が接続されている。
また、貯湯タンク（１）と熱交換器（３）との接続管には、温度センサー（１３）、（１４）が設けられ、これらの温度センサーと接続された温度制御器（１５）と分流型電動三方弁（１２）により、熱交換器（３）の出入口における液体温度と流量を自動制御するように構成されている。
【０００８】
また、熱交換器（３）により温められる液体の熱交換器（３）への出入口温度は、温度センサー（１６）、（１７）及び温度制御器（１８）により制御される。
この温度制御は（熱交換器入口温度−熱交換器出口温度）が一定となるように行われる。このとき、入口温度と出口温度の差が大きい場合には電動二方弁（１９）により流量を小さくし、差が小さい場合には流量を大きくする。
【０００９】
熱交換器（３）から蓄熱槽（４）へ繋がる通路には２台のポンプ（５）と２つのバイパス弁（２０）が設けられている。
２台のポンプ（５）は前記した入口温度と出口温度の差が一定値以上となった場合に同時運転される。ポンプ運転中に配管内の圧力が一定値を超えるとリリーフ弁（３５）の作動によりバイパス配管に流出させる。
そして、ポンプの吐出流量が大きい場合には揚程が小さくなってバイパス弁（１９）が閉じ、吐出流量が小さい場合には揚程が大きくなってバイパス弁（１９）が開くようになる。
【００１０】
蓄熱槽（４）は図示の如く内部が６つの小区画に分割されており、内部には蓄熱材として、水と密閉容器に封入されたポリエチレングリコールが貯蔵されている。なお、密閉容器内に入れるポリエチレングリコールは、後述するように夏と冬即ち冷房用と暖房用とで使い分ける。
密閉容器についてはその形状、容量は全く限定されず、ポリプロピレンフィルム、ポリ塩化ビニルフィルム等の密封可能な袋体や市販のポリタンクや飲料用のＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）製容器などを密封して使用すれば全て好適に使用可能である。
蓄熱槽（４）内にポリエチレングリコールを封入した密閉容器を入れる理由はポリエチレングリコールは水の約３５倍（分子量５００前後のとき）という高い蓄熱能力を有するため、この蓄熱能力に優れたポリエチレングリコールを蓄熱槽内に入れておくことにより、水のみを入れた場合に比べて大きな蓄熱効果を得ることができるためである。
すなわち、ポリエチレングリコールの融解熱は、例えば重合度ｎ（後述する）が１３〜１４のとき３５ｃａｌ／ｇ、ｎが８〜９のとき３６ｃａｌ／ｇであって水の１ｃａｌ／ｇと比較して約３５倍であり、これにより水の約３５倍という高い蓄熱能力を有することとなる。
また、重合度ｎを変えることにより自由に凝固温度を設定できるという水では得られない性質を有することもポリエチレングリコールが好適に使用できる理由であり、例えば、上記したｎが１３〜１４のとき凝固温度（融点）は２３℃、ｎが８〜９のとき凝固温度は４〜８℃となる。
他の理由としては、ポリエチレングリコールは、臭気や揮発性が無く比重も水と同程度であり引火点も高いため扱い易いことも挙げられる。
また、ポリエチレングリコールを直接蓄熱槽（４）内に入れず、密閉容器に入れた状態で蓄熱槽（４）内に入れる理由は、ポリエチレングリコールは水に比べて粘度が高いため流動性が悪く、ヒートポンプ等の配管内を流通させるのに適していないからである。なお、蓄熱槽（４）内に入れるポリエチレングリコールの量（体積）は、蓄熱槽の約３分の１程度とすることが好ましい。
この理由は、蓄熱槽（４）内に入れるポリエチレングリコールの量を蓄熱槽の３分の１以上とすると蓄熱槽（４）内の水の量が少なくなりヒートポンプなどに循環させる水量が充分に得られないためであり、３分の１以下とすると蓄熱能力が充分に得られないからである。
但し、本発明においては蓄熱槽（４）内に入れるポリエチレングリコールの量は蓄熱槽の３分の１に限定されるものではなく、必要に応じて適宜変更可能である。ポリエチレングリコールの凝固温度は５〜７０℃の範囲の任意の温度に設定され、夏即ち冷房の場合は５〜３０℃、より好ましくは５〜１８℃、冬即ち暖房の場合は３０〜７０℃の範囲の任意の温度、より好ましくは３０〜６０℃の範囲の任意の温度に設定される。
この凝固温度は次式１（化１）で表されるポリエチレングリコールの重合度ｎを調整することにより設定される。
【化１】
ＨＯ（ＣＨ２ＣＨ２Ｏ）ｎＨ
ちなみに、例えば凝固温度を７０℃に設定する場合はｎを６９〜７０に、５℃に設定する場合はｎを８〜９とすればよい。
【００１１】
冷却液タンク（６）内には１４℃以下の温度に維持された冷却液が貯蔵されており、この冷却液タンク（６）から取り出された冷却液は、ポンプ（２１）の駆動により電動三方弁（２２）で一部がバイパスされて第二のヒートポンプ（７）へと送られる。
ヒートポンプ（７）への出入口通路には温度センサー（２３）、（２４）が設置され、これらの温度センサーと接続された温度制御器（２５）、（２６）と電動三方弁（２０）、電動二方弁（２７）によってヒートポンプ（７）の出入口液体温度が自動的に制御される。
また、冷却液タンク（６）の出入口液体温度は、温度センサー（２８）、（２９）とこれらの温度センサーと接続された温度制御器（３０）、（３１）及び電動三方弁（３２）、電動二方弁（３３）の流量調整によって自動的に制御される。冷却液タンク（６）の容量は通常約５ｔ〜１０ｔ程度とされるが、特に限定されない。
【００１２】
蓄熱槽（４）には、複数の温度センサー（３４）が取り付けられており、これらの温度センサーに接続された温度制御器（３６）により、ヒートポンプ（７）の駆動を制御するように構成されている。尚、蓄熱槽（４）内の三角印は吸い込み口に取り付けられたフート弁を示している。
【００１３】
上記説明は、主に昼間運転即ち負荷運転の際の作用に基づいたものであるが、夜間運転即ち蓄熱運転の際には、ヒートポンプ（２）を運転することにより貯湯タンク（１）内に約５５℃の温水を貯蔵しておくことができる。
また、蓄熱槽（４）の終端側から貯蔵液を吸い上げ、ヒートポンプ（７）により冷却した後、蓄熱槽（４）の始端側へと還流させることにより、蓄熱槽（４）内に冷熱を蓄熱することができる。
【００１４】
本発明に係る蓄熱機構は暖房、冷房いずれにも好適に使用可能であるが、暖房専用、冷房専用に使用することも勿論可能である。
【００１５】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に係る発明は、貯湯タンクと、該貯湯タンク内の液体を加熱する第一のヒートポンプと、該貯湯タンクと接続されてなる熱交換器と、蓄熱剤が貯蔵されてなる蓄熱槽と、該蓄熱槽内の液温を調節するための冷却液が貯蔵されてなる冷却液タンクと、該冷却液タンクと接続されてなる第二のヒートポンプとから構成され、前記熱交換器において、前記貯湯タンクから送られた加熱液体の熱が前記蓄熱槽へと送り込まれる液体へと伝えられる蓄熱機構であって、前記蓄熱剤が密閉容器内に封入されたポリエチレングリコールとされてなることを特徴とする蓄熱機構であるから、蓄熱槽内に貯蔵されたポリエチレングリコールの優れた蓄熱作用により、小スペースで設置可能で且つ高い蓄熱能力を備えエネルギーの高効率利用が可能な蓄熱機構を得ることができ、しかも蓄熱槽内に配入する密閉容器の数を調整することにより、蓄熱能力を自在に変化させることができる。
【００１６】
請求項２に係る発明は、ポリエチレングリコールの凝固温度が５〜７０℃の範囲の任意の温度であることを特徴とする請求項１記載の蓄熱機構であるから、ポリエチレングリコールの凝固温度を用途に応じて設定することにより優れた蓄熱機構を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る蓄熱機構の実施形態の一例を示す構成図である。
【符号の説明】
１      貯湯タンク
２      第一のヒートポンプ
３      熱交換器
４      蓄熱槽
６      冷却液タンク
７      第二のヒートポンプ
【図１】
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