(57)【要約】  本発明の蓄熱方法は、水を脱離することによって蓄熱し、かつ、水と反応することによって放熱する蓄熱材を用いた蓄熱方法であって、（ａ）蓄熱材容器２内に収容された蓄熱材３を加熱するとともに、蓄熱材３から脱離した水を蓄熱材容器２から取り出して水貯留器１６に貯留する第１蓄熱工程と、（ｂ）蓄熱材容器２と水貯留器１６との間で脱離した水が移動することを遮断する工程と、（ｃ）遮断した状態で、蓄熱材３をさらに加熱して、蓄熱材３の温度をさらに上げるとともに、水貯留器１６に貯留されていた脱離した水を加熱する第２蓄熱工程と、（ｄ）加熱された水を蓄熱材容器２に供給し、脱離した水と蓄熱材３とを反応させる放熱工程とを含む。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水を脱離することによって蓄熱し、かつ、水と反応することによって放熱する蓄熱材を用いた蓄熱方法であって、
（ａ）蓄熱材容器内に収容された前記蓄熱材を加熱するとともに、前記蓄熱材から脱離した水を前記蓄熱材容器から取り出して水貯留器に貯留する第１蓄熱工程と、
（ｂ）前記蓄熱材容器と前記水貯留器との間で前記脱離した水が移動することを遮断する工程と、
（ｃ）前記遮断した状態で、前記蓄熱材をさらに加熱して、前記蓄熱材の温度をさらに上げるとともに、前記水貯留器に貯留されていた前記脱離した水を加熱する第２蓄熱工程と、
（ｄ）前記加熱された水を前記蓄熱材容器に供給し、前記脱離した水と前記蓄熱材とを反応させる放熱工程と
を含む蓄熱方法。
【請求項２】
前記工程（ａ）は、圧縮機、放熱器、膨張装置、蒸発器およびこれらの間で冷媒を循環させる冷媒経路を含むヒートポンプ回路の前記放熱器によって加熱された熱媒と、前記蓄熱材とを熱交換させることによって、前記蓄熱材を加熱する工程を含み、
前記工程（ｃ）は、前記水貯留器に貯留されていた前記脱離した水と、前記放熱器によって加熱される前の前記熱媒とを熱交換させることによって、前記脱離した水を加熱する工程を含む請求項１に記載の蓄熱方法。
【請求項３】
前記工程（ａ）は、前記蓄熱材と熱交換された後であって前記放熱器で加熱される前の前記熱媒の温度を計測する工程を含み、
前記工程（ｂ）は、前記計測された熱媒温度が所定の温度以上になると、前記脱離した水の移動を遮断する工程である請求項２に記載の蓄熱方法。
【請求項４】
前記工程（ｃ）において、前記脱離した水を前記蓄熱材容器から取り出すことなく、前記蓄熱材を加熱する請求項１から３のいずれかに記載の蓄熱方法。
【請求項５】
前記工程（ｃ）は、前記蓄熱材を加熱するとともに、前記蓄熱材から脱離した水を前記蓄熱材容器から取り出して他の水貯留器に貯留する工程を含む請求項１から４のいずれかに記載の蓄熱方法。
【請求項６】
蓄熱材から水を脱離することによって蓄熱し、かつ、前記脱離した水を前記蓄熱材と反応させることによって放熱する蓄熱システムであって、
前記蓄熱材を収容する蓄熱材容器と、
蓄熱運転時に、前記蓄熱材を加熱する蓄熱材加熱部と、
前記蓄熱材を加熱することによって前記蓄熱材から脱離した水を貯留する水貯留器と、
前記脱離した水を前記蓄熱材容器から前記水貯留器に移動させる水輸送経路と、
前記水輸送経路に設けられ、前記脱離した水を凝縮する凝縮部と、
前記水輸送経路に設けられ、前記蓄熱材容器と前記水貯留器との間の前記脱離した水の移動を制限する弁と、
前記水貯留器に貯留されていた前記脱離した水を加熱する貯留水加熱部と、
放熱運転時に、前記脱離した水を前記水貯留器から前記蓄熱材容器に供給する水供給経路と
を備え、
前記弁は、蓄熱運転の途中で開状態から閉状態に切り換えられ、
蓄熱運転において、前記弁が閉状態のときに、前記貯留水加熱部は前記脱離した水を加熱する蓄熱システム。
【請求項７】
前記蓄熱材加熱部は、
圧縮機、放熱器、膨張装置、蒸発器およびこれらの間で冷媒を循環させる冷媒経路を含むヒートポンプ回路と、
前記放熱器によって加熱され、前記蓄熱材と熱交換することによって冷却されるように熱媒を循環させる熱媒経路と
を有し、
前記凝縮部は、前記ヒートポンプ回路の前記冷媒と熱交換することによって、前記脱離した水を冷却するように構成されており、
前記貯留水加熱部は、前記水貯留器に貯留されていた前記脱離した水と、前記蓄熱材と熱交換した後であって前記放熱器によって加熱される前の前記熱媒とを熱交換させる貯留水／熱媒熱交換部を含む請求項６に記載の蓄熱システム。
【請求項８】
前記熱媒経路に設けられ、前記蓄熱材と熱交換した後であって前記放熱器によって加熱される前の前記熱媒の温度を計測する温度計測部をさらに備え、
蓄熱運転において、前記温度計測部による測定温度が所定温度以上になると、前記弁が開状態から閉状態に切り換えられる請求項７に記載の蓄熱システム。
【請求項９】
蓄熱運転において、前記弁が閉状態のときには、前記蓄熱材容器から前記脱離した水を取り出すことなく、前記蓄熱材を加熱する請求項６から８のいずれかに記載の蓄熱システム。
【請求項１０】
前記脱離した水を貯留する他の水貯留器と、
前記脱離した水を前記蓄熱材容器から前記他の水貯留器に移動させる他の水輸送経路と、
前記他の水輸送経路に設けられ、前記蓄熱材容器と前記他の水貯留器との間の前記脱離した水の移動を制限する他の弁と
をさらに備え、
蓄熱運転において、前記他の弁は、前記弁が開状態のとき閉状態となり、前記弁が閉状態のときに開状態となるように切り換えられる請求項６から８のいずれかに記載の蓄熱システム。
【請求項１１】
前記他の水貯留器に貯留されていた前記脱離した水を加熱する他の貯留水加熱部をさらに備える請求項１０に記載の蓄熱システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蓄熱システムおよび蓄熱方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
熱エネルギーを蓄える蓄熱システムは、従来から省エネルギー技術として有効である。また、近年、ＣＯ2ヒートポンプや燃料電池コージェネレーションシステムを利用した給湯機器が注目されているが、これらの機器を小型化し、設置性の向上を図るために、高密度蓄熱技術の開発が待望されている。【０００３】
従来からの蓄熱技術を大別すると、顕熱蓄熱、潜熱蓄熱および化学蓄熱に分類される。これらの中で顕熱蓄熱および潜熱蓄熱によると、実用上熱交換損失等の損失が発生するものの、理論的には、蓄熱時に入力した熱量と同等の熱量を必要時に取り出すことができる。【０００４】
顕熱蓄熱と潜熱蓄熱は蓄熱部に用いる蓄熱材の種類によって区別される。潜熱蓄熱に用いる潜熱蓄熱材は、顕熱型蓄熱材に比べて蓄熱密度が高く、相変化温度が一定である。そのため、熱の取り出し温度が安定であるという利点を有する。この利点を活かして、種々の潜熱蓄熱材を用いる蓄熱システムが実用化されている。従来より、特許文献１に開示されているように、熱源部の熱を熱媒回路の蓄熱部に一旦蓄熱し、この蓄熱部の熱を熱媒を介して利用側に供給する蓄熱装置が一般的に知られている。この蓄熱システムでは、例えば潜熱蓄熱材が充填された蓄熱部に熱交換部を設け、この熱交換部の伝熱管に熱媒としての水を通過させる。このようにして潜熱蓄熱材によって加熱された水は、利用側に供給され、 給湯器などに利用される。また、 特許文献１に開示されているように、潜熱蓄熱材の熱伝導率が低いため、蓄熱部にフィンアンドチューブ式の熱交換部を構成し、伝熱面を拡大することによって性能を向上させることができる。【０００５】
図１１は、ヒートポンプ回路を利用した従来の蓄熱システムの構成を例示する図である。図１１に示す蓄熱システムは、圧縮機６、第２熱交換器９、膨張装置８および蒸発器７を有する冷媒回路１０と、第２熱交換器９と潜熱蓄熱材３を収容する蓄熱容器２を含む蓄熱部１との間で熱媒を循環させる熱媒回路５０とを備えている。蓄熱部１は、熱媒と潜熱蓄熱材３との熱交換を行うための熱交換部４と、熱交換部４の伝熱面を拡大するためのフィン５を有している。【０００６】
図１１の蓄熱システムでは、ヒートポンプサイクルを行う冷媒回路１０によって熱源部を構成している。冷媒回路１０の冷媒と熱媒回路５０の熱媒とを第２熱交換部９で熱交換させることによって、熱媒を加熱する。加熱された熱媒は、第１熱交換部４で蓄熱材３と熱交換される。これにより、蓄熱材３に熱源部の熱を蓄えることができる。蓄えられた熱は、例えば給湯器などの熱回収機器で利用される。このシステムでは、蓄熱状態の蓄熱材３と市水とを熱交換し、得られた水（温水）を給湯口１２から取り出して利用する。【０００７】
一方、化学蓄熱を利用した蓄熱システムも提案されている。化学蓄熱は可逆的な化学反応による反応熱を利用する蓄熱技術である。化学蓄熱には、利用する化学反応により、吸着系、水素吸蔵合金系、有機反応系、無機反応系がある。化学蓄熱システムは、物質の吸着、水和等の化学変化を伴うため、蓄熱材自体の顕熱や潜熱による蓄熱方法と比較して単位質量当たりの蓄熱密度が高くなる特徴がある。しかし、化学蓄熱システムは上記のいずれの化学反応を利用する場合でも、気液反応もしくは気固反応を利用しており、気体の形態のまま貯蔵すると貯蔵気体の容積が極めて大きいために蓄熱密度がかなり低くなる。これに対し、蓄熱時に生成する気体を凝縮もしくは金属水素化物のような固体化合物に変換して、システムの容積を縮小することが提案されているが、凝縮または変換によって生じる熱（生成熱）を外気に逃がしている。このため、熱を利用する時、すなわち放熱過程では、液体もしくは固体化合物から気体を生じさせて蓄熱時とは逆の反応を起こす。【０００８】
例えば特許文献２には、固体の無機無水物と水蒸気とが反応して固体の水和物が生成される反応を利用した化学蓄熱システムにおいて、蓄熱時に気体の水蒸気の凝縮によって生じる生成熱（凝縮熱）を蓄熱の熱源であるヒートポンプに回収することによって、ＣＯＰの低下を抑制する方法が提案されている。【０００９】
また、特許文献３には、固体の無機無水物と水蒸気とが反応して固体の水和物が生成される反応を利用した化学蓄熱システムにおいて、蓄熱時に固体の水和物から発生した水蒸気を回収し、放熱時に固体の無機無水物と反応させることが開示されている。【００１０】
さらに、特許文献４には、蓄熱材として無機塩の水和物を使用し、かつ、熱源としてヒートポンプ回路を利用した蓄熱方法において、蓄熱時には、蓄熱材を収容する容器から、蓄熱材に含まれていた水を水タンクに取り出し、放熱時には、水タンク内の水を蓄熱材と反応させることが開示されている。また、放熱時に、水タンクの水を加熱してから蓄熱材と反応させることも提案されている。【００１１】
なお、本明細書では、蓄熱過程および放熱過程を含む熱サイクルにおいて実質的に蓄熱できる熱エネルギー（熱量）を「蓄熱量」、蓄熱材量の単位体積（または単位重量）当たりの蓄熱量を「蓄熱密度」という。
【特許文献１】特開２００１−２０７１６３号公報
【特許文献２】特公平７−６７０８号公報
【特許文献３】特許第１５６８７８０号公報
【特許文献４】国際公開第２００７／１０２３７４号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
ヒートポンプ回路を利用した従来の蓄熱システムでは、蓄熱運転時にヒートポンプサイクルの成績係数（ＣＯＰ：Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ  ｏｆ  Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ、以下「ＣＯＰ」とする。）が低下してしまうという問題が生じる。特許文献１に開示された蓄熱システム（図１１）を例に説明すると、蓄熱時において蓄熱部１の温度が上昇してくると、蓄熱部１と熱交換した後の熱媒の温度も上昇し、その結果、第２熱交換部９において熱交換される熱量が低下するからである。【００１３】
これに対し、従来は、低いＣＯＰでシステムを運転することを防止するために、蓄熱部１と熱交換した後、第２熱交換部９で加熱される前の熱媒の温度が６０℃に達すると、蓄熱運転を完了させていた。このため、蓄熱材３の温度を６０℃よりも高くすることが難しく、蓄熱量を増加させることが困難であった。【００１４】
ここで、図面を参照しながら、蓄熱時に時間経過とともにＣＯＰが低下する理由を詳しく説明する。図１２（ａ）および（ｂ）は、蓄熱時の初期および所定時間経過後の蓄熱材および冷媒の温度を示す概念図である。図１２（ａ）に示すように、蓄熱時初期には第２熱交換部９に流入する冷媒の温度（冷媒の入口温度）と蓄熱部１の温度との差は大きい。このため、第２熱交換部９における熱交換量が多くなり、第２熱交換部９から流出する冷媒の温度（冷媒の出口温度）は入口温度よりも十分に低くなる。しかし、時間が経過すると、図１２（ｂ）に示すように、蓄熱部１の温度が上昇して熱媒の温度が高くなるので、第２熱交換部９における熱交換量が少なくなり、冷媒出口温度が上昇する。【００１５】
図１３（ａ）および（ｂ）は、それぞれ、蓄熱時の初期および所定時間経過後のヒートポンプサイクルのモリエル線図である。図１３（ａ）および（ｂ）からわかるように、時間が経過するにつれて、冷媒の出口温度が上昇することにより、第２熱交換部９における熱交換量を表すｈ2−ｈ3が小さくなる。この結果、 ヒートポンプサイクルのＣＯＰを表すｈ2−ｈ3／ｈ2−ｈ1が低下してしまう。【００１６】
これに対し、特許文献２の蓄熱システムによると、凝縮熱を蓄熱の熱源であるヒートポンプに回収することにより冷媒回路のＣＯＰを向上させることができる。しかしながら、凝縮熱を回収したとしても、蓄熱部の加熱に伴う熱媒の温度上昇によって、熱源と蓄熱部との熱交換が抑制されることによるＣＯＰの低下は避けられない。【００１７】
さらに、特許文献３の蓄熱システムによると、放熱時に蓄熱部に供給する水（凝縮水）の温度が低いために、放熱運転時に取り出して利用できる熱量（取り出し熱量（放熱量））が減少してしまうという問題もある。なお、特許文献３の蓄熱システムはヒートポンプ回路を利用しないため、ＣＯＰ低下を抑制する手段に関する記載はない。【００１８】
特許文献４には、放熱時に、水タンクの水を加熱してから蓄熱材と反応させることが記載されており、これにより、取り出し熱量（放熱量）を増加させることができる。従って、蓄熱材に蓄えられた熱を効率よく取り出すことが可能である。しかしながら、特許文献４には、蓄熱時に蓄熱材の温度が上昇することに伴うＣＯＰの低下を抑制する手段について、何ら記載されていない。【００１９】
このように、従来の蓄熱システムによると、蓄熱時に時間経過とともにヒートポンプサイクルのＣＯＰが低下して、システムの効率が低下しまう。これに対し、システムの効率の低下を抑えて運転しようとすると、蓄熱量を増加させることが困難であった。【００２０】
本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、その目的は、脱水反応によって蓄熱し、吸水反応によって放熱する蓄熱材を用いて、高効率であり、かつ、蓄熱量の多い蓄熱システムおよび蓄熱方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本発明の蓄熱方法は、水を脱離することによって蓄熱し、かつ、水と反応することによって放熱する蓄熱材を用いた蓄熱方法であって、（ａ）蓄熱材容器内に収容された前記蓄熱材を加熱するとともに、前記蓄熱材から脱離した水を前記蓄熱材容器から取り出して水貯留器に貯留する第１蓄熱工程と、（ｂ）前記蓄熱材容器と前記水貯留器との間で前記脱離した水が移動することを遮断する工程と、（ｃ）前記遮断した状態で、前記蓄熱材をさらに加熱して、前記蓄熱材の温度をさらに上げるとともに、前記水貯留器に貯留されていた前記脱離した水を加熱する第２蓄熱工程と、（ｄ）前記加熱された水を前記蓄熱材容器に供給し、前記脱離した水と前記蓄熱材とを反応させる放熱工程とを含む。【００２２】
本発明の蓄熱方法によると、蓄熱運転の途中で、蓄熱材容器と水貯留器との間で水の移動を遮断した状態で第２蓄熱工程を行う。第２蓄熱工程により、同一の熱源で、蓄熱材の温度をより高い温度まで上昇させることが可能になり、蓄熱量を高めることができる。【００２３】
また、第２蓄熱工程において、蓄熱材容器と水貯留器との間で水の移動が遮断されているので、蓄熱材容器から取り出した水を加熱しても、加熱された水が蓄熱材容器内に逆流してくることを防止できる。よって、水の逆流による蓄熱量の低下を抑制できる。【００２４】
さらに、放熱工程において、加熱された水と蓄熱材とを反応させるので、蓄熱状態の蓄熱材をより高温の水と反応させることが可能になる。このため、反応させる水の温度が低いことによって取り出し熱量が減少することを抑制できる。【００２５】
従って、従来よりも蓄熱量を増加させるとともに、蓄えられた熱を効率良く取り出すことができる。【００２６】
本発明の蓄熱システムは、蓄熱材から水を脱離することによって蓄熱し、かつ、前記脱離した水を前記蓄熱材と反応させることによって放熱する蓄熱システムであって、前記蓄熱材を収容する蓄熱材容器と、蓄熱運転時に、前記蓄熱材を加熱する蓄熱材加熱部と、前記蓄熱材を加熱することによって前記蓄熱材から脱離した水を貯留する水貯留器と、前記脱離した水を前記蓄熱材容器から前記水貯留器に移動させる水輸送経路と、前記水輸送経路に設けられ、前記脱離した水を凝縮する凝縮部と、前記水輸送経路に設けられ、前記蓄熱材容器と前記水貯留器との間の前記脱離した水の移動を制限する弁と、前記水貯留器に貯留されていた前記脱離した水を加熱する貯留水加熱部と、放熱運転時に、前記脱離した水を前記水貯留器から前記蓄熱材容器に供給する水供給経路とを備え、前記弁は、蓄熱運転の途中で開状態から閉状態に切り換えられ、蓄熱運転において、前記弁が閉状態のときに、前記貯留水加熱部は前記脱離した水を加熱する。【００２７】
本発明の蓄熱システムによると、蓄熱運転の途中で、蓄熱材容器と水貯留器との間の水の移動を制限する弁を閉状態にするので、同一の熱源で、蓄熱材の温度をより高い温度まで上昇させることが可能になり、蓄熱量を高めることができる。また、蓄熱材容器から取り出した水を加熱する際に、加熱された水が蓄熱材容器内に逆流してくることを防止できる。従って、蓄熱運転時に、蓄熱材と水と反応して放熱することによる蓄熱量の低下を抑制できる。【００２８】
さらに、放熱運転時において、貯留水加熱部で加熱された水と蓄熱材とを反応させることができる。このため、蓄熱状態の蓄熱材をより高温の水と反応させることが可能になるので、放熱運転時に、反応させる水の温度が低いことによって取り出し熱量が減少することを抑制できる。【００２９】
ある好ましい実施形態において、前記蓄熱材加熱部は、圧縮機、放熱器、膨張装置、蒸発器およびこれらの間で冷媒を循環させる冷媒経路を含むヒートポンプ回路と、前記放熱器によって加熱され、前記蓄熱材と熱交換することによって冷却されるように熱媒（水）を循環させる熱媒経路とを有し、前記凝縮部は、前記ヒートポンプ回路の前記冷媒と熱交換することによって、前記脱離した水を冷却するように構成されており、前記貯留水加熱部は、前記水貯留器に貯留されていた前記脱離した水と、前記蓄熱材と熱交換した後であって前記放熱器によって加熱される前の前記熱媒とを熱交換させる貯留水／熱媒熱交換部を含む。【００３０】
このような構成によると、蓄熱運転時に、上記弁を閉状態とした後、ヒートポンプ回路の放熱器に流入する熱媒の温度を、水貯留器に貯留されていた水を利用して下げることができる。従って、蓄熱が進むに伴って熱媒の温度が上昇することを抑制できる。この結果、蓄熱材の温度が上昇しても、放熱器における冷媒と熱媒との熱交換量を確保できるので、ヒートポンプサイクルのＣＯＰの低下を抑制できる。また、ＣＯＰの低下を抑制しつつ、蓄熱材を従来よりも高い温度まで加熱することが可能となり、その結果、高効率で、蓄熱量の多い蓄熱システムを実現できる。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、蓄熱材をより高い温度まで昇温できるので、蓄熱量を増加させることができる。また、蓄熱運転時に、蓄熱材容器から取り出された水が蓄熱材容器に逆流して蓄熱材と反応することを防止できるので、水の逆流に起因する蓄熱量の減少を抑制できる。さらに、放熱時に、蓄熱材をより高温の水と反応させることができるので、蓄えられた熱を効率よく回収できる。従って、蓄熱システムの効率を大幅に改善できる。【００３２】
熱源としてヒートポンプ回路を備える場合、貯留水加熱部として貯留水／熱媒熱交換部を設けることが好ましい。これにより、蓄熱運転時に、ヒートポンプ回路の放熱器で加熱される前の熱媒の温度を低く抑えることができるので、ヒートポンプサイクルのＣＯＰの低下を抑制しつつ、蓄熱材を従来よりも高い温度まで加熱することが可能になる。よって、より高効率で、蓄熱量の多い蓄熱システムを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施形態１の蓄熱システムの構成図である。
【図２】実施形態１の蓄熱システムにおける、蓄熱運転時の蓄熱材の温度と塩濃度との関係を例示するグラフである。
【図３】（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、実施形態１において、蓄熱運転開始からの経過時間と、蓄熱材の塩濃度、熱媒の温度Ｔｍおよび蓄熱材の温度との関係を例示するグラフである。
【図４】（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、従来の蓄熱方法において、蓄熱運転開始からの経過時間と、蓄熱材の塩濃度、熱媒の温度および蓄熱材の温度との関係を例示するグラフである。
【図５】実施形態１における取出し熱量と、従来の蓄熱方法における取出し熱量とを比較するためのグラフである。
【図６】本発明の実施形態２の蓄熱システムの構成図である。
【図７】実施形態２の蓄熱システムにおいて、蓄熱運転時の蓄熱材の温度と塩濃度との関係を例示するグラフである。
【図８】蓄熱材容器内の圧力および温度と蓄熱材の塩濃度との関係を例示するグラフである。
【図９】（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、実施形態２において、蓄熱運転開始からの経過時間と、蓄熱材の塩濃度、熱媒の温度Ｔｍおよび蓄熱材の温度との関係を例示するグラフである。
【図１０】本発明の実施形態３の蓄熱システムの構成図である。
【図１１】フィンアンドチューブ式熱交換器を備えた従来の蓄熱システムの構成図である。
【図１２】（ａ）および（ｂ）は、蓄熱時の初期および所定時間経過後の蓄熱材および冷媒の温度を示す概念図である。
【図１３】（ａ）および（ｂ）は、それぞれ、蓄熱時の初期および所定時間経過後のヒートポンプサイクルのモリエル線図である。
【符号の説明】
【００３４】
１      蓄熱部
２      蓄熱材容器
３      潜熱蓄熱材
４      第１熱交換部
５      フィン
６      圧縮機
７      第１蒸発器
８      膨張弁
９      第２熱交換部（貯留水加熱部、貯留水／熱媒熱交換部）
１０    ヒートポンプ
１１    水回収部
１２    給湯口
１３    水蒸気管
１４    第１凝縮器
１５    第２凝縮器
１６    第１水貯留器
１７    第２水貯留器
１８、１９、２０    ポンプ
２１    真空ポンプ
２２〜３５          弁
３６、３７、３８    三方弁
３９    第３の熱交換部（熱媒加熱部）
４０    散水部
４１    給水口
４２    熱媒回路
４３    水排出経路
４４    貯留水加熱回路
４５    水供給経路
４６    第２蒸発器（水凝縮部）
４７    貯留水加熱回路
４８    第４熱交換部
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
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。【００３６】
（実施形態１）
以下、図面を参照しながら、本発明による蓄熱システムの第１の実施形態を説明する。【００３７】
図１は、本実施形態の蓄熱システムの構成図である。本実施形態では、蓄熱材として、脱水反応によって蓄熱し、吸水反応によって放熱する蓄熱材を用いる。【００３８】
＜蓄熱システムの構成＞
本実施形態の蓄熱システムは、蓄熱材３を収容する蓄熱材容器２を有する蓄熱部１と、蓄熱材３を加熱する蓄熱材加熱部と、蓄熱材３を加熱することによって蓄熱材３から脱離した水を貯留する水回収部１１と、蓄熱材３から脱離した水を蓄熱材容器２から水回収部１１に移動させる水排出経路４３と、水回収部１１に貯留されていた水を加熱する貯留水加熱部４４と、放熱運転時に、水回収部１１に貯留されていた水を蓄熱材容器２に供給する水供給経路４５とを備える。【００３９】
本実施形態では、蓄熱材容器２は積層化されている。また、蓄熱材容器２内には、蓄熱材３と熱媒経路４２の熱媒とを熱交換する第１熱交換部４と、熱媒から蓄熱材３への伝熱性能を向上させるためのフィン５と、水供給経路４５に接続され、放熱時に蓄熱材３に水を供給する散水部４０と、水排出経路４３に接続され、蓄熱時に蓄熱材３から脱離した水を蓄熱材容器２から排出する水蒸気管１３とが設けられている。【００４０】
蓄熱材３として、塩化物、臭化物、ヨウ化物、水酸化物、硝酸化物、硫酸化物、チオ硫酸化物、リン酸化物、ホウ酸化物および酢酸化物からなる群から選ばれた少なくとも１種の化合物を含む潜熱蓄熱材を用いることができ、例えば塩化カルシウムの水和物、臭化カルシウムの水和物などを用いてもよい。ここでは、塩化カルシウム・６水和物を用いる。      【００４１】
下記式（１）からわかるように、塩化カルシウム・６水和物は加熱されると脱水反応を生じて塩化カルシウム・４水和物になるとともに、熱（ΔＨ）を蓄える（右向きの反応）。一方、塩化カルシウム・４水和物は、水と反応して塩化カルシウム・６水和物になるとともに、熱（ΔＨ）を放出する（左向きの反応）。なお、本明細書では、蓄熱している状態（ここでは塩化カルシウム・４水和物）を単に「蓄熱状態」、放熱後の状態（ここでは塩化カルシウム・６水和物）を単に「放熱状態」という。
ＣａＣｌ2・６Ｈ2Ｏ  ＋ΔＨ  ⇔  ＣａＣｌ2・４Ｈ2Ｏ＋２Ｈ2Ｏ  （１）【００４２】
本実施形態における蓄熱材加熱部は、ヒートポンプ回路１０と、ヒートポンプ回路１０の冷媒によって加熱され、蓄熱材３とを熱交換することによって冷却されるように熱媒を循環させる熱媒経路４２とを備える。【００４３】
ヒートポンプ回路１０は、冷媒を圧縮する圧縮機６と、圧縮機６で圧縮された冷媒と熱媒経路４２の熱媒と熱交換する熱媒加熱部(第３熱交換部)３９と、熱媒と熱交換した後の冷媒を膨張する膨張弁８と、膨張された冷媒を加熱する第１蒸発器７と、これらの間で冷媒を循環させる冷媒経路とを有している。また、第１蒸発器７と圧縮機６との間には、蓄熱部１から排出された水を冷媒と熱交換させることによって冷却する水凝縮部４６が設けられている。ここでは、水凝縮部（第２蒸発器ともいう。）４６は、第１蒸発器７で加熱された冷媒と蓄熱部１から排出された水とを熱交換するように構成された凝縮器１４を含んでいる。【００４４】
熱媒経路４２は、ヒートポンプ回路１０の熱媒加熱部３９と、蓄熱部１の第１熱交換部４と、これらの間で熱媒を循環させる熱媒経路とを有している。熱媒として、例えば水を用いてもよい。また、熱媒経路４２には、第１熱交換部４で冷却された後、熱媒加熱部３９で加熱される前の熱媒と、水回収部１１に貯留されていた水との熱交換を行う第２熱交換部９が設けられている。熱媒経路４２は、さらに、給水口４１および給湯口１２と接続されていてもよい。この場合、放熱時には、給水口４１から供給された熱媒（水）を、第１熱交換部４で蓄熱状態の蓄熱材３と熱交換させることによって加熱し、得られた温水を給湯口１２に輸送するように構成されていてもよい。【００４５】
水排出経路４３は、蓄熱部１の水蒸気管１３と水回収部１１とを接続している。蓄熱材３から脱離した水（水蒸気）は、蓄熱材容器２から排出された後、水排出経路４３によって凝縮器１４に輸送され、ここで凝縮して液体状態の水となる。液体状態の水は、水貯留器１６に輸送され、ここで貯留される。また、水排出経路４３には、蓄熱材容器２と水貯留器１６との間で水が移動することを制限する弁２４が設けられている。【００４６】
貯留水加熱部４４は、水回収部１１の水貯留器１６と、第２熱交換部（貯留水／熱媒熱交換部ともいう。）９と、これらの間で水貯留器１６で貯留されていた水を循環させる貯留水経路とを有している。このような構成により、水貯留器１６で貯留されていた水は、第２熱交換部９において、熱媒経路４２の熱媒と熱交換して加熱され、その後、水貯留器１６に戻される。なお、図示する例では、貯留水を循環させて熱媒との熱交換を行っているが、熱媒経路４２を切り換えることにより、貯留水を水貯留器１６内に保持した状態で、貯留水と熱媒との熱交換を行うように構成されていてもよい。【００４７】
水供給経路４５は、水回収部１１と蓄熱部１の散水部４０とを接続している。蓄熱時に水回収部１１に回収された水は、放熱時に、水供給経路４５によって蓄熱部１の散水部４０まで輸送され、散水部４０によって蓄熱材容器２に供給される。【００４８】
＜蓄熱動作＞
次に、本実施形態の蓄熱システムの蓄熱運転時の動作を説明する。【００４９】
本実施形態では、弁２４を開けた状態で、蓄熱材３を加熱するとともに、蓄熱材３から脱離した水を蓄熱材容器２から取り出して水回収部１１に貯留する（以下、「第１の蓄熱工程」という）。続いて、弁２４を閉じることによって、蓄熱材容器２と水回収部１１との間で水が移動することを遮断する。この状態で、蓄熱材３をさらに加熱して、蓄熱材３の温度をさらに上げるとともに、水回収部１１に貯留されていた水を加熱する（以下、「第２の蓄熱工程」という。）。このようにして、２段階で蓄熱工程を行う。【００５０】
以下、図面を参照しながら、各蓄熱工程の動作をより詳しく説明する。【００５１】
図２は、蓄熱運転時における蓄熱材の温度と塩濃度との関係を例示するグラフである。図２に示す曲線（Ａ）が第１の蓄熱工程に相当し、直線（Ｂ）が第２の蓄熱工程に相当する。【００５２】
まず、第１の蓄熱工程を開始する前に、弁２２〜２４、２６、２８、３０、３２〜３５を全て閉じておく。次いで、弁２３および弁２４を開放し、真空ポンプ２１により蓄熱部１および凝縮器１４の圧力を下げる。蓄熱部１および凝縮器１４の圧力が所定の値まで下がれば、弁２３を閉じる。【００５３】
続いて、第１の蓄熱工程を開始する。ここでは、ヒートポンプ回路１０により蓄熱部１を例えば６０℃まで加熱する。このとき、水和物である潜熱蓄熱材３は固体から液体に相変化し、続いて濃縮により水和数が減少しはじめる。潜熱蓄熱材３から脱離した水分は水蒸気となり、水蒸気管１３を通じて凝縮器１４で冷却される。凝縮器１４で生成された凝縮水は水貯留器１６で貯蔵される。なお、本実施形態のように、水排出経路４３のうち圧縮機６の吸入側と第１蒸発器７との間に凝縮器１４を設ければ、ヒートポンプ回路１０のＣＯＰを向上できるので好ましい。【００５４】
第１の蓄熱工程では、図２の曲線（Ａ）で示すように、蓄熱材３の温度は６０℃まで上昇し、かつ、蓄熱材３における塩濃度は６０％まで高くなる。この工程において、蓄熱材３を相変化温度まで昇温させるための顕熱、相変化温度での蓄熱材の融解潜熱、固液共存状態の蓄熱材３を相変化温度から６０℃まで昇温させるための顕熱、および、蓄熱材３の脱水反応による反応熱を蓄えることが可能である。また、第１の蓄熱工程では、蓄熱材３で冷却された後、熱媒加熱部３９で加熱される前の熱媒の温度Ｔｍは、蓄熱材３の温度上昇に伴って上昇する。【００５５】
この後、弁２４を閉じて、蓄熱材容器２と水回収部１１との間の水の移動を遮断する。これによって、第１の蓄熱工程を終了する。【００５６】
なお、弁２４は、蓄熱材３で冷却された後、熱媒加熱部３９で加熱される前の熱媒の温度Ｔｍが所定温度（例えば６０℃）以上になると、開状態から閉状態に切り換えられることが好ましい。例えば、熱媒経路４２の第１熱交換器４と熱媒加熱部３９との間に、熱媒の温度を計測する温度計測部５２を設けておき、温度計測部５２による測定温度が所定温度に達したことを検知すると、弁２４を閉じるように制御することができる。【００５７】
代わりに、水貯留器１６に水位計を設けるか、あるいは、水排出経路４３に流量計を設けておき、蓄熱材容器２から取り出された水の量が一定量に達すると弁２４を閉じるようにしてもよい。または、第１の蓄熱工程を開始して所定の時間が経過すると、弁２４を閉じてもよい。【００５８】
続いて、第２の蓄熱工程を行う。弁２４を閉じた状態で、蓄熱材３をさらに加熱すると同時に、熱媒と水貯留器１６に貯留された水とを熱交換する動作を行う。【００５９】
第２の蓄熱工程では、まず、水貯留器１６に取り付けた弁３０を開き、水貯留器１６の圧力を大気圧まで高める。次に、弁２６および弁２８を開き、ポンプ１９により水貯留器１６内の水を第２熱交換部９に送る。第２熱交換部９において、蓄熱部１を流通した後の熱媒と水貯留器１６で貯留されていた水とが熱交換され、熱媒の温度Ｔｍを下げるとともに、貯留されていた水を加熱することができる。加熱された水は、再び水貯留器１６に戻される。【００６０】
第２の蓄熱工程が終了すると、全ての弁を閉じた状態にして、蓄熱材３の加熱を停止する。なお、第２の蓄熱工程においても熱媒の温度Ｔｍを測定し、測定温度が第２の所定温度（例えば６０℃）に達した時点で第２の蓄熱工程を終了してもよい。【００６１】
本実施形態における第２の蓄熱工程では、弁２４を閉じた状態で、すなわち、蓄熱材容器２から水が取り出されることなく、蓄熱材３の加熱が行われる。蓄熱材３の加熱は、例えば、熱媒の温度Ｔｍが再び６０℃まで上昇するまで行うことができる。このため、図２の直線（Ｂ）に示すように、蓄熱材３の塩濃度は一定のままで、第１の蓄熱工程よりも高い温度（例えば８０℃）まで蓄熱材３の温度を上昇させることができる。なお、図２からわかるように、本実施形態における蓄熱状態の蓄熱材３は固液共存状態である。【００６２】
一方、従来技術では、図２の破線で示すように、蓄熱材容器から水を取り出しながら蓄熱運転を行い、水の取り出しを停止した時点で蓄熱運転を終了する。従って、本実施形態によると、従来技術と比べて、少なくとも蓄熱材３を６０℃から８０℃まで昇温させるための顕熱分だけ、蓄熱量を増加させることが可能である。【００６３】
さらに、本実施形態では、弁２４を閉じた状態で貯留水の加熱を行うので、開いた状態で加熱を行う場合と比べて、次のような利点もある。【００６４】
蓄熱時に、弁２４を開いた状態で貯留水を加熱すると、水貯留器１６内の水の温度が高くなることよって水貯留器１６内の蒸気圧が上昇し、蓄熱材容器２内の蒸気圧よりも高くなってしまう。このため、水貯留器１６内の水（水蒸気）の逆流が起こるおそれがある。蓄熱時に水が蓄熱材容器２に逆流すると、逆流した水が蓄熱材３と反応して放熱するため、蓄熱量の低下を引き起こす可能性がある。これに対し、本実施形態では、弁２４を閉じた状態で貯留水を加熱するので、貯留水の逆流による蓄熱量の低下を抑制できる。【００６５】
ここで、図面を参照しながら、各蓄熱工程における蓄熱材３の塩濃度、蓄熱材３の温度、熱媒の温度Ｔｍの変化をより詳しく説明する。【００６６】
図３（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、蓄熱運転開始からの経過時間と、蓄熱材３の塩濃度、熱媒の温度Ｔｍおよび蓄熱材３の温度との関係を例示するグラフである。図３（ａ）〜（ｃ）では、蓄熱開始から蓄熱材の濃縮が完了する時間（濃縮完了時間）ｔまでが第１の蓄熱工程に相当し、濃縮完了時間ｔから蓄熱材の加熱を終了する時間（蓄熱完了時間）ｔ１までが第２の蓄熱工程に相当する。なお、熱媒の温度Ｔｍは、熱媒と貯留水との熱交換を行う場合（第２の蓄熱工程）には、第２熱交換部９を通過した後、熱媒加熱部３９に流入する前の熱媒の温度を指すものとする。【００６７】
図３（ｂ）からわかるように、熱媒と貯留水との熱交換を行うことによって、熱媒加熱部（ヒートポンプ回路の放熱部）３９に流入する熱媒の温度Ｔｍを低く（例えば６０℃未満）抑えることができるので、熱媒の温度Ｔｍが上昇することによるＣＯＰの低下を抑制できる。特に、前述したように、熱媒の温度Ｔｍが所定温度に達したことを検知して弁２４を閉じる場合には、その後の蓄熱工程において、ＣＯＰの低下をより効果的に抑制できる。【００６８】
蓄熱完了時間ｔ１は特に限定しないが、ＣＯＰの低下を抑えて高効率でシステムを運転するためには、図示するように、熱媒の温度Ｔｍが所定温度（例えば６０℃以上６５℃以下、ここでは６０℃）に達した時点で蓄熱を完了することが好ましい。【００６９】
比較のため、図４（ａ）〜（ｃ）に、それぞれ、特許文献３および４などに開示された従来の蓄熱方法における、蓄熱運転開始からの経過時間と、蓄熱材の塩濃度、熱媒の温度Ｔｍおよび蓄熱材の温度との関係を例示する。【００７０】
特許文献３および４に開示された蓄熱方法では、蓄熱運転中は、蓄熱材から脱離した水を取り出しながら蓄熱材を加熱し、蓄熱運転の終了時に、蓄熱材容器からの水の取り出しを停止する。従って、図４に示すように、濃縮完了時間ｔと蓄熱完了時間ｔ１とは等しくなる。【００７１】
前述したように、従来の蓄熱方法では、熱媒の温度が６０℃に達すると、ＣＯＰが低くなりすぎるため蓄熱運転を終了させていた。従って、図４（ｃ）からわかるように、蓄熱完了時間ｔ１は熱媒の温度が６０℃に達した時点となり、蓄熱完了時の蓄熱材の温度を６０℃よりも高くすることができなかった。これに対し、図３（ｂ）および（ｃ）から明らかなように、本実施形態によると、ＣＯＰの低下を抑制しつつ、蓄熱材の温度を従来よりも高い温度（８０℃）まで上昇させることができる。従って、蓄熱量を従来よりも増加させることができる。【００７２】
本実施形態では、第１の蓄熱工程では、水貯留器１６に貯留された水の加熱を行わない。蓄熱初期では、熱媒の温度Ｔｍが高くなっていないので、貯留された水と熱媒との間で熱交換を行っても、水を十分に加熱することができないからである。これに対し、第２の蓄熱工程は、熱媒の温度Ｔｍが十分高くなってから行うため、貯留された水を熱媒によって迅速に加熱できるとともに、熱媒を冷やすことによってＣＯＰの低下を抑制できる。【００７３】
また、本実施形態では、熱媒の温度Ｔｍが６０℃に達した時点で弁２４を閉じているが、弁２４を閉じる際の温度Ｔｍは６０℃に限定されず、例えば３０℃以上６５℃以下であってもよい。蓄熱材３の温度は、蓄熱材容器２における熱媒入口付近では高いが、熱媒出口付近では熱媒の温度Ｔｍと略同じ程度になる。このため、温度Ｔｍが３０℃未満であれば、熱媒出口付近に位置する蓄熱材３の温度も３０℃未満となり、脱水反応が十分に進まないおそれがある。また、凝縮器で凝縮された貯留水は９℃程度であるので、熱媒の温度Ｔｍが３０℃以上であれば、熱媒で貯留水を加熱できる。より好ましくは、温度Ｔｍは４０℃以上である。蓄熱材３の温度が４０℃未満であれば、蓄熱材３を十分に濃縮できない可能性があるからである。図２から分かるように、例えば蓄熱材として塩化カルシウムの水和物を用いる場合、蓄熱財３の温度が４０℃未満であれば、塩濃度が６０％程度に達するまで蓄熱材３を濃縮することができない。一方、温度Ｔｍが６５℃以下であれば、ヒートポンプ回路１０のＣＯＰを確保できる。【００７４】
なお、熱媒の温度Ｔｍが６０℃よりも低いときに弁２４を閉じると、蓄熱完了時の蓄熱材３の温度は、図４（ｃ）に示す温度（８０℃）よりも低くなり、蓄熱量の増加分は少なくなる。しかしながら、蓄熱運転時の熱媒の温度Ｔｍをより低くできるので、ＣＯＰをより高めることができる。【００７５】
＜放熱動作＞
次に、本実施形態の蓄熱システムの放熱運転時の動作を説明する。【００７６】
本実施形態では、上記蓄熱動作の後、水貯留器１６内の水を蓄熱材容器２に供給し、蓄熱状態の蓄熱材３と反応させることによって放熱を行う。また、放熱時に蓄熱部１で放出された熱の回収を、第１熱交換器４において、給水口４１より供給された市水と蓄熱材３とを熱交換させることにより行う。【００７７】
まず、放熱動作の第１の運転パターンを説明する。ヒートポンプ回路１０を用いて蓄熱を行う場合には、深夜電力を用いることが多い。深夜電力とは、深夜から朝にかけての電力消費が少ない時間帯のみに利用でき、契約により、通常の３分の１から４分の１の価格で使用できる電力をいう。【００７８】
第１の運転パターンでは、この深夜電力の時間帯が終了すると同時に蓄熱を終了し、水貯留器１６から蓄熱部１に水を供給する。具体的には、深夜電力の時間帯が終了すると、弁２６、３２、３３、３４、３５を開き、水貯留器１６に貯留されていた水を、ポンプ２０により、水供給経路４５を介して散水部４０に送る。散水部４０から蓄熱材容器２に水が供給されると、蓄熱状態（水和数が減少した状態）の潜熱蓄熱材３と水とが反応する。この結果、蓄熱材３が放熱状態（蓄熱前の水和数）に戻るとともに、反応熱が発生する。したがって、潜熱蓄熱材３の温度がより高くなるので、より多くの熱量を取り出すことができる。【００７９】
放熱時に蓄熱材３と反応させる水は、例えば第２熱交換部９で加熱されていることが好ましい。加熱を行っていない水や市水を供給しても放熱させることはできるが、その場合には、水の温度が低いために、蓄熱部１の温度を低下させてしまうので、たとえ蓄熱量が多くても、放熱時に回収できる熱量が減少するからである。【００８０】
次に、放熱時の第２の運転パターンを説明する。蓄熱終了後から給湯等の大きな負荷が発生するまでに長時間が経過してしまうと、蓄熱部１から外気への放熱損失が顕著となり湯切れ等の原因となる。したがって、第１の運転パターンのように蓄熱終了直後に蓄熱部１に水貯留器１６内の全ての水を供給してしまうと、熱利用時までの放熱損失が大きくなり、効率のよい運転ができない場合がある。【００８１】
そこで、第２の運転パターンでは、給湯等の大きな負荷が発生する時間帯に多くの熱量が取り出せるように、蓄熱部１への水の供給量を調整する。例えば、まず、弁２６、３２、３３、３４、３５を開き、水貯留器１６に貯留された水の一部のみを蓄熱終了直後に蓄熱部１に供給する（第１の動作）。第１の動作が終われば、弁２６、３２、３３、３４、３５を閉じる。この後、給湯等の大きな負荷が発生する時間帯に合わせて、弁２６、３２、３３、３４、３５を再び開き、水貯留器１６に残っている水を蓄熱部１に供給する。このように、水の供給を段階的に行えば、放熱損失を抑制した効率のよい運転を行うことができる。【００８２】
上述した第２の運転パターンでは、第１および第２の各動作時において、蓄熱部１に供給された水を、蓄熱部１の散水部４０に均等に分配し、蓄熱材３と反応させている。しかしながら、潜熱蓄熱材３の物性によっては、反応させる水の量が少ないと、蓄熱材３と水とが均一に混ざりにくくなり、十分な水和反応を生じさせることができないおそれがある。【００８３】
そこで、第３の運転パターンとして、水貯留器１６から段階的に供給される水を、各段階ごとに予め定められた一部の散水部４０に送ることもできる。例えば第１の動作では、弁２６、３２、３３を開き、弁３２、３３に連結されている散水部４０から蓄熱材３に水を供給する。第１の動作が終了すれば、弁２６、３２、３３を閉じる。この後、第２の動作として、給湯等の大きな負荷が発生する時間帯に合わせて、弁２６、３４、３５を開き、弁３４、３５に連結されている散水部４０から水を供給する。このような構成にすれば、蓄熱材３と反応させる水の量が少ないことによって、蓄熱材３と水とが混ざりにくくなる現象を回避することができる。【００８４】
図５は、本実施形態における放熱時の取出し熱量と、特許文献３および４に開示されたそれぞれの蓄熱方法における取出し熱量とを比較するためのグラフである。図５に示すように、本実施形態では、放熱時に蓄熱材と反応させる水（貯留水）を加熱しておくことによって、取り出し熱量を増やすことができる。さらに、上述したように、蓄熱材３を例えば８０℃まで昇温できるので、蓄熱状態の蓄熱材３に蓄えられ得る熱量（蓄熱量）が増加し、これに伴って取出し熱量も増える。この結果、放熱によって取り出され、利用可能な熱量を従来よりも大幅に増加させることができる。【００８５】
なお、前述したように、特許文献４では、熱取り出し量の低下を抑制する目的で、蓄熱材容器から回収した水を放熱時に加熱することが提案されている。これに対し、本実施形態では、貯留水の加熱を蓄熱時に行う。これにより、熱媒と貯留水との熱交換によって貯留水を加熱することが可能になるので、放熱時の熱取出し量を増加できるだけでなく、熱媒の温度Ｔｍを低く抑えることができる。従って、熱媒の温度Ｔｍが上昇することによるヒートポンプ回路１０のＣＯＰの低下を抑制できる。このように、熱の取り出しを効率よく行うだけでなく、ＣＯＰの低下も抑えることができるので、蓄熱システムの効率を大幅に改善できる。【００８６】
本実施形態の蓄熱システムの構成は、図１に示す構成に限定されない。本実施形態では、蓄熱材加熱部としてヒートポンプ回路１０を利用しているが、他の熱源を用いてもよい。他の熱源としては、動作温度が固定されている熱源を用いることが好ましく、例えば燃料電池の廃熱を利用してもよい。また、貯留水加熱部４４において、貯留水と熱媒とを熱交換させることによって貯留水の加熱を行っているが、他の熱源を用いて貯留水を加熱してもよい。例えば、ヒートポンプ回路１０の冷媒と熱交換させることによって貯留水を加熱してもよいし、他のシステムの廃熱を利用してもよい。【００８７】
さらに、蓄熱材容器３の構成も積層構造に限定されない。また、放熱時に回収された熱の利用手段も給湯に限定されず、例えば暖房機器などに利用してもよい。【００８８】
（実施形態２）
以下、図面を参照しながら、本発明による蓄熱システムの第２の実施形態を説明する。本実施形態では、水回収部１１が複数の水貯留器を有し、蓄熱材３から脱離した水を複数の水貯留器に順に回収する点で、図１に示す実施形態１の蓄熱システムと異なっている。【００８９】
図６は、本実施形態の蓄熱システムの構成図である。簡単のため、図１に示す蓄熱システムと同様の構成要素には同じ参照符号を付し説明を省略する。【００９０】
＜蓄熱システムの構成＞
本実施形態の蓄熱システムでは、水回収部１１は、蓄熱材容器２から排出された水を回収するための第１水貯留器１６と第２水貯留器１７とを有している。また、ヒートポンプ回路１０における第２蒸発器（水凝縮部）４６は、蓄熱材容器２から第１水貯留器１６に輸送される水を凝縮するための第１凝縮器１４と、第２水貯留器１６に輸送される水を凝縮するための第２凝縮器１５とを有している。蓄熱材容器２と第１水貯留器１６との間には弁２４が設けられ、蓄熱材容器２と第２水貯留器１７との間には弁２５が設けられており、これにより、蓄熱材容器２と各水貯留器との間の水の移動を制御することができる。【００９１】
貯留水加熱部４４の第２熱交換部９は、第１または第２水貯留器１６、１７に貯留された水と熱媒経路４２の熱媒と熱交換するように構成されている。水供給経路４５は、放熱時に、第１または第２水貯留器１６、１７内の水を蓄熱部１に供給するように構成されている。【００９２】
その他の構成は、図１に示す蓄熱システムと同様である。【００９３】
＜蓄熱動作＞
次に、図面を参照しながら、本実施形態の蓄熱システムの蓄熱運転時の動作を説明する。図７は蓄熱運転時における蓄熱材の温度と塩濃度との関係を例示するグラフである。【００９４】
本実施形態では、弁２２〜３５を全て閉じた状態から、第１の運転動作→第２の運転動作→第３の運転動作→第４の運転動作と推移し、蓄熱材３に蓄熱を行なう。各運転動作における弁の開閉状態を表１に示す。また、各運転動作の概要を表２に示す。【００９５】
【表１】
2009072290.tif 000003
【００９６】
【表２】
2009072290.tif 000004
【００９７】
第１の運転動作では、弁２３、弁２４、弁２５を最初に開放し、真空ポンプ２１により蓄熱部１および第１凝縮器１４、第２凝縮器１５の圧力を下げる。【００９８】
蓄熱部１および第１凝縮器１４、第２凝縮器１５の圧力が所定の値まで下がれば、第２の運転動作を行う。第２の運転動作では、弁２４を開いた状態で、弁２３および弁２５を閉じる。次いで、ヒートポンプ回路１０により蓄熱部１で加熱する。このとき、水和物である潜熱蓄熱材３は固体から液体に相変化し、続いて濃縮により水和数が減少しはじめる。潜熱蓄熱材３から脱水した水分は水蒸気となり、水蒸気管１３を通じて第１凝縮器１４で冷却される。なお、実施形態１に示すように圧縮機６の吸入側と第１蒸発器７の間に水排出経路４３の水蒸気を凝縮させる第１凝縮器１４を設ければ、ヒートポンプサイクルのＣＯＰを向上させることができる。そして、第１凝縮器１４で生成された凝縮水は、弁２４を介して第１水貯留器１６に送られ、そこで貯留される。【００９９】
第２の運転動作を所定時間行った後、弁２４を閉じて弁２５を開く。この状態で、第３の運転動作を行う。弁２４、２５を切り換えるタイミングは、第１回収部１６に貯留された水の水位、または、蓄熱材容器２内の圧力および温度をセンサー等で検知することにより決定され得る。【０１００】
具体的には、第１回収部１６に貯留された水の水位、または、蓄熱材容器２内の圧力センサーと温度センサーの検出値を用いて、蓄熱材３の塩濃度を算出する。算出した塩濃度が所定の値に達すると、弁２４、２５を切り換えてもよい。蓄熱材容器２内の圧力センサーと温度センサーの検出値を用いる場合、図８に例示するように、蓄熱材容器２内の圧力−温度と蓄熱材の塩濃度の関係を予め求めておき、この関係に基づいて、検出値から塩濃度を算出することができる。本実施形態では、算出された塩濃度が例えば５５％（蓄熱開始時の塩濃度と蓄熱終了時の塩濃度との中間点）に達した時に弁２４、２５の切り換えを行う。【０１０１】
第３の運転動作では、蓄熱材３を加熱するとともに、蓄熱材３から脱離した水を蓄熱材容器２から取り出し、第２凝縮器１５で凝縮した後、第２水貯留器１７に貯留させる。同時に、第２熱交換部９において、熱媒と第１水貯留器１６に貯留された水との熱交換を行う。具体的には、第１水貯留器１６に取り付けた弁３０を開き、第１水貯留器１６の圧力を大気圧まで上昇させる。続いて、弁２６、弁２８を開き、ポンプ１９により第１水貯留器１６で貯留されていた水を第２熱交換部９に送る。この動作により、蓄熱部１を流通させた後の熱媒と第１水貯留器１６内の水が熱交換される。これにより、熱媒の温度Ｔｍを下げることができるので、ヒートポンプサイクルのＣＯＰの低下を抑制することができる。また、第１水貯留器１６に貯留されていた水を加熱することができるので、放熱時により高温の水と蓄熱材３とを反応させることが可能になる。さらに、この運転動作は、弁２４を閉じた状態で行われるため、水貯留器１６から蓄熱材容器２に水が逆流することを防止できる。【０１０２】
第３の運転動作において、第２水貯留器１７の水位、蓄熱部１を流通した後の熱媒の温度Ｔｍまたは第１水貯留器１６の凝縮水の温度をセンサー等で検知し、所定の値に達すれば、第４の運転動作を行う。【０１０３】
第４の運転動作では、弁２５、２６、２８、３０を閉じるとともに、第２水貯留器１７に取り付けた弁３１を開き、第２水貯留器１７の圧力を大気圧まで上昇させる。この後、弁２７、２９を開き、ポンプ１９により第２水貯留器１７に貯留されていた水を第２熱交換器９に送る。この動作により、蓄熱部１を流通した後の熱媒と第２水貯留器１７に貯留されていた水との熱交換を行う。従って、熱媒の温度を下げることができるので、ＣＯＰ低下を抑制することができる。また、第２水貯留器１７に貯留されている水を加熱できる。この動作と同時に、ヒートポンプ回路１０によって蓄熱材３をさらに加熱する。ただし、第４の運転動作では、弁２４、２５が何れも閉じられているので、蓄熱材容器２から水は取り出されない。【０１０４】
第４の運転動作においても、蓄熱部１を流通した後の熱媒の温度Ｔｍまたは第２水貯留器１７の水の温度をセンサー等で検知し、所定の値に達した時点で蓄熱を終了する。蓄熱が終了すると、全ての弁を閉じた状態にする。【０１０５】
本実施形態では、第２および第３の運転動作により、図７の曲線（Ａ）に示すように、蓄熱材３は例えば６０℃まで加熱されるとともに、塩濃度が例えば６０％まで濃縮される。実施形態１と同様に、蓄熱材３には、顕熱、潜熱および反応熱が蓄えられる。続いて、第４の運転動作により、図７の直線（Ｂ）に示すように、蓄熱材３の塩濃度は維持したまま、蓄熱材３の温度が例えば７０℃まで上昇する。従って、実施形態１と同様に、従来よりも、蓄熱量を増加させることができる。【０１０６】
ここで、図面を参照しながら、各蓄熱工程における蓄熱材３の塩濃度、蓄熱材３の温度、熱媒の温度Ｔｍの変化をより詳しく説明する。【０１０７】
図９（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、蓄熱運転開始からの経過時間と、蓄熱材３の塩濃度、熱媒の温度Ｔｍおよび蓄熱材３の温度との関係を例示するグラフである。図９（ａ）〜（ｃ）では、蓄熱開始から時間ｔ’までが第２の運転動作、時間ｔ’から蓄熱材の濃縮が完了する時間（濃縮完了時間）ｔまでが第３の運転動作、濃縮完了時間ｔから蓄熱材の加熱を終了する時間（蓄熱完了時間）ｔ２までが第４の運転動作による蓄熱工程に相当する。【０１０８】
図９（ｂ）からわかるように、第２の運転動作時には、蓄熱材３の温度上昇に伴って、蓄熱材３と熱交換した後の熱媒の温度Ｔｍも上昇する。第３の運転動作時では、運転動作の初期には、蓄熱材３を流通した後の熱媒の温度Ｔｍは、水回収部１１の水によって冷却されて急激に下がるが、その後、蓄熱材３の温度上昇につれて、熱媒の温度はまた上がってくる。同様に、第４の運転動作時でも、運転動作開始時には熱媒の温度Ｔｍは低くなっているが、その後再び上昇する。この例では、熱媒の温度Ｔｍが６０℃に達した時点で、蓄熱を完了する。【０１０９】
このように、本実施形態では、熱媒の温度Ｔｍを、従来の蓄熱方法（図４（ｂ））と比べて低く抑えることができるので、熱媒の温度Ｔｍの上昇に起因するＣＯＰの低下を大幅に抑制できる。また、蓄熱材３の温度を６０℃よりも高めることができるので、従来の蓄熱方法（図４（ｃ）)よりも蓄熱量を増加させることができる。【０１１０】
なお、実施形態１の蓄熱方法（図３（ｂ）、（ｃ））と比べると、本実施形態では、実施形態１よりも熱媒の温度Ｔｍを低く抑えることができるので、ヒートポンプ回路１０のＣＯＰを向上できる。一方、第４の運転動作において、熱媒と熱交換を行う貯留水の量が実施形態１よりも少ないので（約１／２）、第４の運転動作中に熱媒の温度Ｔｍがより短時間で６０℃まで上昇してしまう。このため、蓄熱完了時における蓄熱材３の温度が実施形態１の蓄熱材３の温度よりも低くなり、蓄熱量が小さくなる。【０１１１】
従って、実施形態１および２の何れの蓄熱システムがより好ましいかは、蓄熱システムの用途などによって異なる。蓄熱量をより増加させたい場合には、図１に示す実施形態１の蓄熱システムを用い、ＣＯＰをより向上させたい場合には、図６に示す本実施形態の蓄熱システムを用いると有利である。なお、図６に示す蓄熱システムを用い、弁の開閉により、必要に応じて、水貯留器を１つのみ使用して実施形態１の蓄熱動作を行う場合と、水貯留器を２つとも使用して本実施形態の蓄熱動作を行う場合とを使い分けることも可能である。【０１１２】
なお、本実施形態のように、水凝縮部（第２蒸発器）４６および水回収部１１が、それぞれ、複数の凝縮器および水貯留器を備えていると、蓄熱運転時に、１つの凝縮器（２４、２５）および水貯留器（１６、１７）で水蒸気の冷却を行いながら、他の水貯留器（１７、１６）の水と貯留水加熱部４４とを用いて、蓄熱部加熱後の熱媒の温度Ｔｍを下げることができる。従って、ＣＯＰを低下させることができるので、熱効率に優れた蓄熱システムを実現できる。また、他の水貯留器と蓄熱部１との間に設けられた弁を閉じた状態で行うため、水貯留器内の水が蓄熱部１に逆流することを防止できる。さらに、第４の運転動作により、蓄熱材３の温度を従来よりも高くできるので、蓄熱量を増加させることができる。【０１１３】
なお、蓄熱工程として、第１〜第３の運転動作のみを行い、第４の運転動作を行わなくてもよい。この場合でも、第２および第３の運転動作時に、水の逆流を防止でき、かつ、熱媒の温度上昇を抑制できる効果を得ることができる。【０１１４】
＜放熱動作＞
次に、本実施形態の蓄熱システムの放熱運転時の動作を説明する。本実施形態でも、実施形態１で説明したような３種類の運転パターンを行うことができる。また、放熱時に蓄熱材から放出された熱は、第１熱交換器４において、給水口４１より供給された市水と蓄熱材３とを熱交換させることによって回収することができる。【０１１５】
まず、各運転パターンにおける弁の開閉状態を表３に示す。【０１１６】
【表３】
2009072290.tif 000005
【０１１７】
はじめに、第１の運転パターンについて説明する。実施形態１と同様に、第１の運転パターンでは、深夜電力の時間帯が終了と同時に蓄熱を終了し、蓄熱部１に水回収部１１で貯留していた水を供給する。具体的には、弁２６、２７、３２、３３、３４、３５を開き、第１水貯留器１６及び第２水貯留器１７に貯留されていた水をポンプ２０により散水部４０に送る。散水部４０から水が蓄熱材容器２に供給されると、水和数が減少した蓄熱状態の蓄熱材３と水とが反応し、蓄熱材３の水和数が大きくなるとともに水和反応により熱が発生する。したがって、潜熱蓄熱材３がより高い温度になるため、より多くの熱量を取り出すことができる。【０１１８】
次に、第２の運転パターンについて説明する。実施形態１と同様に、給湯等の大きな負荷が発生する時間帯に多くの熱量が取り出せるように、蓄熱材３と反応させる水の供給量を調整する。例えば蓄熱終了直後に、弁２６、３２、３３、３４、３５を開き第１水貯留器１６に貯留された水のみを蓄熱部１に供給する（第１の動作）。第１の動作が終われば、弁２６、３２、３３、３４、３５を閉じる。次いで、給湯等の大きな負荷が発生する時間帯に合わせて、弁２７、３２、３３、３４、３５を開き、第２水貯留器１７に貯留された水を蓄熱部１に供給する（第２の動作）。このように、複数の水貯留器を有していることを利用して、水の供給を段階的に行うことにより、放熱損失を抑制し、効率よく蓄熱システムを運転できる。【０１１９】
次に第３の運転パターンについて説明する。第３の運転パターンでは、水貯留器ごとに、水を供給する散水部４０を予め定めておく。具体的には、第1の動作では、弁２６、３２、３３を開き、弁３２、３３に連結されている散水部４０から蓄熱材容器２に第１水貯留器１６の水を供給する。第１水貯留器１６の水の供給が終了すれば、弁２６、３２、３３を閉じる。続いて、第２の動作として、給湯等の大きな負荷が発生する時間帯に合わせて、弁２７、３４、３５を開き、弁３４、３５に連結されている散水部４０から蓄熱材容器２に第２水貯留器１７の水を供給する。これにより、実施形態１と同様に、反応させる水の量が少ないことによって、蓄熱材３と水とが混ざりにくくなる現象を回避することができる。【０１２０】
（実施形態３）
以下、図面を参照しながら、本発明の蓄熱システムの第３の実施形態を説明する。本実施形態では、水回収部１１に貯留されている水を加熱するために、ヒートポンプ回路１０の冷媒と水（貯留水）とを熱交換させる点で、図６に示す実施形態２の蓄熱システムと異なっている。【０１２１】
図１０は、本実施形態の蓄熱システムの構成図である。簡単のため、図６に示す蓄熱システムと同様の構成要素には同じ参照符号を付し説明を省略する。【０１２２】
本実施形態の蓄熱システムでは、ヒートポンプ回路１０の膨張弁８と第３熱交換器（熱媒加熱部）３９との間に、貯留水を加熱するための第４熱交換器４８が設けられている。また、貯留水加熱部４７は、第４熱交換器４８と水貯留器１６、１７との間で貯留水を循環させる経路を有している。このように、第２熱交換部９（図６）および貯留水加熱部４４（図６）に代わって、第４熱交換部４８および貯留水加熱部４７を備えている点以外は、図６に示す蓄熱システムと同様の構成を有し、同様の動作で蓄熱および放熱を行うことができる。【０１２３】
本実施形態では、第４熱交換部４８において、第３熱交換部３９を通過した冷媒と水回収部１１で貯留されている水との熱交換を行う。これにより、膨張弁８に流入する前の冷媒の温度を下げることができるので、ヒートポンプ回路１０のＣＯＰ低下を抑制することができる。また、冷媒との熱交換により、水回収部１１で貯留されていた水を加熱することができるので、放熱時により高温の水と蓄熱材３とを反応させることができ、効率よく蓄えられた熱を回収できる。従って、前述の実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに、この構成によると、蓄熱運転終了後に水回収部１１の水を加熱する場合でも、ヒートポンプ回路１０で直接加熱できる。
【産業上の利用可能性】
【０１２４】
本発明に係る蓄熱システムは、給湯器、空調設備、工業廃熱の貯蔵等に利用することができ、特に、給湯器に好適に用いることができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【手続補正書】
【提出日】平成21年6月18日(2009.6.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蓄熱システムおよび蓄熱方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
熱エネルギーを蓄える蓄熱システムは、従来から省エネルギー技術として有効である。また、近年、ＣＯ2ヒートポンプや燃料電池コージェネレーションシステムを利用した給湯機器が注目されているが、これらの機器を小型化し、設置性の向上を図るために、高密度蓄熱技術の開発が待望されている。
【０００３】
従来からの蓄熱技術を大別すると、顕熱蓄熱、潜熱蓄熱および化学蓄熱に分類される。これらの中で顕熱蓄熱および潜熱蓄熱によると、実用上熱交換損失等の損失が発生するものの、理論的には、蓄熱時に入力した熱量と同等の熱量を必要時に取り出すことができる。
【０００４】
顕熱蓄熱と潜熱蓄熱は蓄熱部に用いる蓄熱材の種類によって区別される。潜熱蓄熱に用いる潜熱蓄熱材は、顕熱型蓄熱材に比べて蓄熱密度が高く、相変化温度が一定である。そのため、熱の取り出し温度が安定であるという利点を有する。この利点を活かして、種々の潜熱蓄熱材を用いる蓄熱システムが実用化されている。従来より、特許文献１に開示されているように、熱源部の熱を熱媒回路の蓄熱部に一旦蓄熱し、この蓄熱部の熱を熱媒を介して利用側に供給する蓄熱装置が一般的に知られている。この蓄熱システムでは、例えば潜熱蓄熱材が充填された蓄熱部に熱交換部を設け、この熱交換部の伝熱管に熱媒としての水を通過させる。このようにして潜熱蓄熱材によって加熱された水は、利用側に供給され、 給湯器などに利用される。また、 特許文献１に開示されているように、潜熱蓄熱材の熱伝導率が低いため、蓄熱部にフィンアンドチューブ式の熱交換部を構成し、伝熱面を拡大することによって性能を向上させることができる。
【０００５】
図１１は、ヒートポンプ回路を利用した従来の蓄熱システムの構成を例示する図である。図１１に示す蓄熱システムは、圧縮機６、第２熱交換器９、膨張装置８および蒸発器７を有する冷媒回路１０と、第２熱交換器９と潜熱蓄熱材３を収容する蓄熱容器２を含む蓄熱部１との間で熱媒を循環させる熱媒回路５０とを備えている。蓄熱部１は、熱媒と潜熱蓄熱材３との熱交換を行うための熱交換部４と、熱交換部４の伝熱面を拡大するためのフィン５を有している。
【０００６】
図１１の蓄熱システムでは、ヒートポンプサイクルを行う冷媒回路１０によって熱源部を構成している。冷媒回路１０の冷媒と熱媒回路５０の熱媒とを第２熱交換部９で熱交換させることによって、熱媒を加熱する。加熱された熱媒は、第１熱交換部４で蓄熱材３と熱交換される。これにより、蓄熱材３に熱源部の熱を蓄えることができる。蓄えられた熱は、例えば給湯器などの熱回収機器で利用される。このシステムでは、蓄熱状態の蓄熱材３と市水とを熱交換し、得られた水（温水）を給湯口１２から取り出して利用する。
【０００７】
一方、化学蓄熱を利用した蓄熱システムも提案されている。化学蓄熱は可逆的な化学反応による反応熱を利用する蓄熱技術である。化学蓄熱には、利用する化学反応により、吸着系、水素吸蔵合金系、有機反応系、無機反応系がある。化学蓄熱システムは、物質の吸着、水和等の化学変化を伴うため、蓄熱材自体の顕熱や潜熱による蓄熱方法と比較して単位質量当たりの蓄熱密度が高くなる特徴がある。しかし、化学蓄熱システムは上記のいずれの化学反応を利用する場合でも、気液反応もしくは気固反応を利用しており、気体の形態のまま貯蔵すると貯蔵気体の容積が極めて大きいために蓄熱密度がかなり低くなる。これに対し、蓄熱時に生成する気体を凝縮もしくは金属水素化物のような固体化合物に変換して、システムの容積を縮小することが提案されているが、凝縮または変換によって生じる熱（生成熱）を外気に逃がしている。このため、熱を利用する時、すなわち放熱過程では、液体もしくは固体化合物から気体を生じさせて蓄熱時とは逆の反応を起こす。
【０００８】
例えば特許文献２には、固体の無機無水物と水蒸気とが反応して固体の水和物が生成される反応を利用した化学蓄熱システムにおいて、蓄熱時に気体の水蒸気の凝縮によって生じる生成熱（凝縮熱）を蓄熱の熱源であるヒートポンプに回収することによって、ＣＯＰの低下を抑制する方法が提案されている。
【０００９】
また、特許文献３には、固体の無機無水物と水蒸気とが反応して固体の水和物が生成される反応を利用した化学蓄熱システムにおいて、蓄熱時に固体の水和物から発生した水蒸気を回収し、放熱時に固体の無機無水物と反応させることが開示されている。
【００１０】
さらに、特許文献４には、蓄熱材として無機塩の水和物を使用し、かつ、熱源としてヒートポンプ回路を利用した蓄熱方法において、蓄熱時には、蓄熱材を収容する容器から、蓄熱材に含まれていた水を水タンクに取り出し、放熱時には、水タンク内の水を蓄熱材と反応させることが開示されている。また、放熱時に、水タンクの水を加熱してから蓄熱材と反応させることも提案されている。
【００１１】
なお、本明細書では、蓄熱過程および放熱過程を含む熱サイクルにおいて実質的に蓄熱できる熱エネルギー（熱量）を「蓄熱量」、蓄熱材量の単位体積（または単位重量）当たりの蓄熱量を「蓄熱密度」という。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００１−２０７１６３号公報
【特許文献２】特公平７−６７０８号公報
【特許文献３】特許第１５６８７８０号公報
【特許文献４】国際公開第２００７／１０２３７４号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
ヒートポンプ回路を利用した従来の蓄熱システムでは、蓄熱運転時にヒートポンプサイクルの成績係数（ＣＯＰ：Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ  ｏｆ  Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ、以下「ＣＯＰ」とする。）が低下してしまうという問題が生じる。特許文献１に開示された蓄熱システム（図１１）を例に説明すると、蓄熱時において蓄熱部１の温度が上昇してくると、蓄熱部１と熱交換した後の熱媒の温度も上昇し、その結果、第２熱交換部９において熱交換される熱量が低下するからである。
【００１４】
これに対し、従来は、低いＣＯＰでシステムを運転することを防止するために、蓄熱部１と熱交換した後、第２熱交換部９で加熱される前の熱媒の温度が６０℃に達すると、蓄熱運転を完了させていた。このため、蓄熱材３の温度を６０℃よりも高くすることが難しく、蓄熱量を増加させることが困難であった。
【００１５】
ここで、図面を参照しながら、蓄熱時に時間経過とともにＣＯＰが低下する理由を詳しく説明する。図１２（ａ）および（ｂ）は、蓄熱時の初期および所定時間経過後の蓄熱材および冷媒の温度を示す概念図である。図１２（ａ）に示すように、蓄熱時初期には第２熱交換部９に流入する冷媒の温度（冷媒の入口温度）と蓄熱部１の温度との差は大きい。このため、第２熱交換部９における熱交換量が多くなり、第２熱交換部９から流出する冷媒の温度（冷媒の出口温度）は入口温度よりも十分に低くなる。しかし、時間が経過すると、図１２（ｂ）に示すように、蓄熱部１の温度が上昇して熱媒の温度が高くなるので、第２熱交換部９における熱交換量が少なくなり、冷媒出口温度が上昇する。
【００１６】
図１３（ａ）および（ｂ）は、それぞれ、蓄熱時の初期および所定時間経過後のヒートポンプサイクルのモリエル線図である。図１３（ａ）および（ｂ）からわかるように、時間が経過するにつれて、冷媒の出口温度が上昇することにより、第２熱交換部９における熱交換量を表すｈ2−ｈ3が小さくなる。この結果、 ヒートポンプサイクルのＣＯＰを表すｈ2−ｈ3／ｈ2−ｈ1が低下してしまう。
【００１７】
これに対し、特許文献２の蓄熱システムによると、凝縮熱を蓄熱の熱源であるヒートポンプに回収することにより冷媒回路のＣＯＰを向上させることができる。しかしながら、凝縮熱を回収したとしても、蓄熱部の加熱に伴う熱媒の温度上昇によって、熱源と蓄熱部との熱交換が抑制されることによるＣＯＰの低下は避けられない。
【００１８】
さらに、特許文献３の蓄熱システムによると、放熱時に蓄熱部に供給する水（凝縮水）の温度が低いために、放熱運転時に取り出して利用できる熱量（取り出し熱量（放熱量））が減少してしまうという問題もある。なお、特許文献３の蓄熱システムはヒートポンプ回路を利用しないため、ＣＯＰ低下を抑制する手段に関する記載はない。
【００１９】
特許文献４には、放熱時に、水タンクの水を加熱してから蓄熱材と反応させることが記載されており、これにより、取り出し熱量（放熱量）を増加させることができる。従って、蓄熱材に蓄えられた熱を効率よく取り出すことが可能である。しかしながら、特許文献４には、蓄熱時に蓄熱材の温度が上昇することに伴うＣＯＰの低下を抑制する手段について、何ら記載されていない。
【００２０】
このように、従来の蓄熱システムによると、蓄熱時に時間経過とともにヒートポンプサイクルのＣＯＰが低下して、システムの効率が低下しまう。これに対し、システムの効率の低下を抑えて運転しようとすると、蓄熱量を増加させることが困難であった。
【００２１】
本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、その目的は、脱水反応によって蓄熱し、吸水反応によって放熱する蓄熱材を用いて、高効率であり、かつ、蓄熱量の多い蓄熱システムおよび蓄熱方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
本発明の蓄熱方法は、水を脱離することによって蓄熱し、かつ、水と反応することによって放熱する蓄熱材を用いた蓄熱方法であって、（ａ）蓄熱材容器内に収容された前記蓄熱材を加熱するとともに、前記蓄熱材から脱離した水を前記蓄熱材容器から取り出して水貯留器に貯留する第１蓄熱工程と、（ｂ）前記蓄熱材容器と前記水貯留器との間で前記脱離した水が移動することを遮断する工程と、（ｃ）前記遮断した状態で、前記蓄熱材をさらに加熱して、前記蓄熱材の温度をさらに上げるとともに、前記水貯留器に貯留されていた前記脱離した水を加熱する第２蓄熱工程と、（ｄ）前記加熱された水を前記蓄熱材容器に供給し、前記脱離した水と前記蓄熱材とを反応させる放熱工程とを含む。
【００２３】
本発明の蓄熱方法によると、蓄熱運転の途中で、蓄熱材容器と水貯留器との間で水の移動を遮断した状態で第２蓄熱工程を行う。第２蓄熱工程により、同一の熱源で、蓄熱材の温度をより高い温度まで上昇させることが可能になり、蓄熱量を高めることができる。
【００２４】
また、第２蓄熱工程において、蓄熱材容器と水貯留器との間で水の移動が遮断されているので、蓄熱材容器から取り出した水を加熱しても、加熱された水が蓄熱材容器内に逆流してくることを防止できる。よって、水の逆流による蓄熱量の低下を抑制できる。
【００２５】
さらに、放熱工程において、加熱された水と蓄熱材とを反応させるので、蓄熱状態の蓄熱材をより高温の水と反応させることが可能になる。このため、反応させる水の温度が低いことによって取り出し熱量が減少することを抑制できる。
【００２６】
従って、従来よりも蓄熱量を増加させるとともに、蓄えられた熱を効率良く取り出すことができる。
【００２７】
本発明の蓄熱システムは、蓄熱材から水を脱離することによって蓄熱し、かつ、前記脱離した水を前記蓄熱材と反応させることによって放熱する蓄熱システムであって、前記蓄熱材を収容する蓄熱材容器と、蓄熱運転時に、前記蓄熱材を加熱する蓄熱材加熱部と、前記蓄熱材を加熱することによって前記蓄熱材から脱離した水を貯留する水貯留器と、前記脱離した水を前記蓄熱材容器から前記水貯留器に移動させる水輸送経路と、前記水輸送経路に設けられ、前記脱離した水を凝縮する凝縮部と、前記水輸送経路に設けられ、前記蓄熱材容器と前記水貯留器との間の前記脱離した水の移動を制限する弁と、前記水貯留器に貯留されていた前記脱離した水を加熱する貯留水加熱部と、放熱運転時に、前記脱離した水を前記水貯留器から前記蓄熱材容器に供給する水供給経路とを備え、前記弁は、蓄熱運転の途中で開状態から閉状態に切り換えられ、蓄熱運転において、前記弁が閉状態のときに、前記貯留水加熱部は前記脱離した水を加熱する。
【００２８】
本発明の蓄熱システムによると、蓄熱運転の途中で、蓄熱材容器と水貯留器との間の水の移動を制限する弁を閉状態にするので、同一の熱源で、蓄熱材の温度をより高い温度まで上昇させることが可能になり、蓄熱量を高めることができる。また、蓄熱材容器から取り出した水を加熱する際に、加熱された水が蓄熱材容器内に逆流してくることを防止できる。従って、蓄熱運転時に、蓄熱材と水と反応して放熱することによる蓄熱量の低下を抑制できる。
【００２９】
さらに、放熱運転時において、貯留水加熱部で加熱された水と蓄熱材とを反応させることができる。このため、蓄熱状態の蓄熱材をより高温の水と反応させることが可能になるので、放熱運転時に、反応させる水の温度が低いことによって取り出し熱量が減少することを抑制できる。
【００３０】
ある好ましい実施形態において、前記蓄熱材加熱部は、圧縮機、放熱器、膨張装置、蒸発器およびこれらの間で冷媒を循環させる冷媒経路を含むヒートポンプ回路と、前記放熱器によって加熱され、前記蓄熱材と熱交換することによって冷却されるように熱媒（水）を循環させる熱媒経路とを有し、前記凝縮部は、前記ヒートポンプ回路の前記冷媒と熱交換することによって、前記脱離した水を冷却するように構成されており、前記貯留水加熱部は、前記水貯留器に貯留されていた前記脱離した水と、前記蓄熱材と熱交換した後であって前記放熱器によって加熱される前の前記熱媒とを熱交換させる貯留水／熱媒熱交換部を含む。
【００３１】
このような構成によると、蓄熱運転時に、上記弁を閉状態とした後、ヒートポンプ回路の放熱器に流入する熱媒の温度を、水貯留器に貯留されていた水を利用して下げることができる。従って、蓄熱が進むに伴って熱媒の温度が上昇することを抑制できる。この結果、蓄熱材の温度が上昇しても、放熱器における冷媒と熱媒との熱交換量を確保できるので、ヒートポンプサイクルのＣＯＰの低下を抑制できる。また、ＣＯＰの低下を抑制しつつ、蓄熱材を従来よりも高い温度まで加熱することが可能となり、その結果、高効率で、蓄熱量の多い蓄熱システムを実現できる。
【発明の効果】
【００３２】
本発明によれば、蓄熱材をより高い温度まで昇温できるので、蓄熱量を増加させることができる。また、蓄熱運転時に、蓄熱材容器から取り出された水が蓄熱材容器に逆流して蓄熱材と反応することを防止できるので、水の逆流に起因する蓄熱量の減少を抑制できる。さらに、放熱時に、蓄熱材をより高温の水と反応させることができるので、蓄えられた熱を効率よく回収できる。従って、蓄熱システムの効率を大幅に改善できる。
【００３３】
熱源としてヒートポンプ回路を備える場合、貯留水加熱部として貯留水／熱媒熱交換部を設けることが好ましい。これにより、蓄熱運転時に、ヒートポンプ回路の放熱器で加熱される前の熱媒の温度を低く抑えることができるので、ヒートポンプサイクルのＣＯＰの低下を抑制しつつ、蓄熱材を従来よりも高い温度まで加熱することが可能になる。よって、より高効率で、蓄熱量の多い蓄熱システムを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の実施形態１の蓄熱システムの構成図である。
【図２】実施形態１の蓄熱システムにおける、蓄熱運転時の蓄熱材の温度と塩濃度との関係を例示するグラフである。
【図３】（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、実施形態１において、蓄熱運転開始からの経過時間と、蓄熱材の塩濃度、熱媒の温度Ｔｍおよび蓄熱材の温度との関係を例示するグラフである。
【図４】（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、従来の蓄熱方法において、蓄熱運転開始からの経過時間と、蓄熱材の塩濃度、熱媒の温度および蓄熱材の温度との関係を例示するグラフである。
【図５】実施形態１における取出し熱量と、従来の蓄熱方法における取出し熱量とを比較するためのグラフである。
【図６】本発明の実施形態２の蓄熱システムの構成図である。
【図７】実施形態２の蓄熱システムにおいて、蓄熱運転時の蓄熱材の温度と塩濃度との関係を例示するグラフである。
【図８】蓄熱材容器内の圧力および温度と蓄熱材の塩濃度との関係を例示するグラフである。
【図９】（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、実施形態２において、蓄熱運転開始からの経過時間と、蓄熱材の塩濃度、熱媒の温度Ｔｍおよび蓄熱材の温度との関係を例示するグラフである。
【図１０】本発明の実施形態３の蓄熱システムの構成図である。
【図１１】フィンアンドチューブ式熱交換器を備えた従来の蓄熱システムの構成図である。
【図１２】（ａ）および（ｂ）は、蓄熱時の初期および所定時間経過後の蓄熱材および冷媒の温度を示す概念図である。
【図１３】（ａ）および（ｂ）は、それぞれ、蓄熱時の初期および所定時間経過後のヒートポンプサイクルのモリエル線図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
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。
【００３６】
（実施形態１）
以下、図面を参照しながら、本発明による蓄熱システムの第１の実施形態を説明する。
【００３７】
図１は、本実施形態の蓄熱システムの構成図である。本実施形態では、蓄熱材として、脱水反応によって蓄熱し、吸水反応によって放熱する蓄熱材を用いる。
【００３８】
＜蓄熱システムの構成＞
本実施形態の蓄熱システムは、蓄熱材３を収容する蓄熱材容器２を有する蓄熱部１と、蓄熱材３を加熱する蓄熱材加熱部と、蓄熱材３を加熱することによって蓄熱材３から脱離した水を貯留する水回収部１１と、蓄熱材３から脱離した水を蓄熱材容器２から水回収部１１に移動させる水排出経路４３と、水回収部１１に貯留されていた水を加熱する貯留水加熱部４４と、放熱運転時に、水回収部１１に貯留されていた水を蓄熱材容器２に供給する水供給経路４５とを備える。
【００３９】
本実施形態では、蓄熱材容器２は積層化されている。また、蓄熱材容器２内には、蓄熱材３と熱媒経路４２の熱媒とを熱交換する第１熱交換部４と、熱媒から蓄熱材３への伝熱性能を向上させるためのフィン５と、水供給経路４５に接続され、放熱時に蓄熱材３に水を供給する散水部４０と、水排出経路４３に接続され、蓄熱時に蓄熱材３から脱離した水を蓄熱材容器２から排出する水蒸気管１３とが設けられている。
【００４０】
蓄熱材３として、塩化物、臭化物、ヨウ化物、水酸化物、硝酸化物、硫酸化物、チオ硫酸化物、リン酸化物、ホウ酸化物および酢酸化物からなる群から選ばれた少なくとも１種の化合物を含む潜熱蓄熱材を用いることができ、例えば塩化カルシウムの水和物、臭化カルシウムの水和物などを用いてもよい。ここでは、塩化カルシウム・６水和物を用いる。
【００４１】
下記式（１）からわかるように、塩化カルシウム・６水和物は加熱されると脱水反応を生じて塩化カルシウム・４水和物になるとともに、熱（ΔＨ）を蓄える（右向きの反応）。一方、塩化カルシウム・４水和物は、水と反応して塩化カルシウム・６水和物になるとともに、熱（ΔＨ）を放出する（左向きの反応）。なお、本明細書では、蓄熱している状態（ここでは塩化カルシウム・４水和物）を単に「蓄熱状態」、放熱後の状態（ここでは塩化カルシウム・６水和物）を単に「放熱状態」という。
ＣａＣｌ2・６Ｈ2Ｏ  ＋ΔＨ  ⇔  ＣａＣｌ2・４Ｈ2Ｏ＋２Ｈ2Ｏ  （１）
【００４２】
本実施形態における蓄熱材加熱部は、ヒートポンプ回路１０と、ヒートポンプ回路１０の冷媒によって加熱され、蓄熱材３とを熱交換することによって冷却されるように熱媒を循環させる熱媒経路４２とを備える。
【００４３】
ヒートポンプ回路１０は、冷媒を圧縮する圧縮機６と、圧縮機６で圧縮された冷媒と熱媒経路４２の熱媒と熱交換する熱媒加熱部(第３熱交換部)３９と、熱媒と熱交換した後の冷媒を膨張する膨張弁８と、膨張された冷媒を加熱する第１蒸発器７と、これらの間で冷媒を循環させる冷媒経路とを有している。また、第１蒸発器７と圧縮機６との間には、蓄熱部１から排出された水を冷媒と熱交換させることによって冷却する水凝縮部４６が設けられている。ここでは、水凝縮部（第２蒸発器ともいう。）４６は、第１蒸発器７で加熱された冷媒と蓄熱部１から排出された水とを熱交換するように構成された凝縮器１４を含んでいる。
【００４４】
熱媒経路４２は、ヒートポンプ回路１０の熱媒加熱部３９と、蓄熱部１の第１熱交換部４と、これらの間で熱媒を循環させる熱媒経路とを有している。熱媒として、例えば水を用いてもよい。また、熱媒経路４２には、第１熱交換部４で冷却された後、熱媒加熱部３９で加熱される前の熱媒と、水回収部１１に貯留されていた水との熱交換を行う第２熱交換部９が設けられている。熱媒経路４２は、さらに、給水口４１および給湯口１２と接続されていてもよい。この場合、放熱時には、給水口４１から供給された熱媒（水）を、第１熱交換部４で蓄熱状態の蓄熱材３と熱交換させることによって加熱し、得られた温水を給湯口１２に輸送するように構成されていてもよい。
【００４５】
水排出経路４３は、蓄熱部１の水蒸気管１３と水回収部１１とを接続している。蓄熱材３から脱離した水（水蒸気）は、蓄熱材容器２から排出された後、水排出経路４３によって凝縮器１４に輸送され、ここで凝縮して液体状態の水となる。液体状態の水は、水貯留器１６に輸送され、ここで貯留される。また、水排出経路４３には、蓄熱材容器２と水貯留器１６との間で水が移動することを制限する弁２４が設けられている。
【００４６】
貯留水加熱部４４は、水回収部１１の水貯留器１６と、第２熱交換部（貯留水／熱媒熱交換部ともいう。）９と、これらの間で水貯留器１６で貯留されていた水を循環させる貯留水経路とを有している。このような構成により、水貯留器１６で貯留されていた水は、第２熱交換部９において、熱媒経路４２の熱媒と熱交換して加熱され、その後、水貯留器１６に戻される。なお、図示する例では、貯留水を循環させて熱媒との熱交換を行っているが、熱媒経路４２を切り換えることにより、貯留水を水貯留器１６内に保持した状態で、貯留水と熱媒との熱交換を行うように構成されていてもよい。
【００４７】
水供給経路４５は、水回収部１１と蓄熱部１の散水部４０とを接続している。蓄熱時に水回収部１１に回収された水は、放熱時に、水供給経路４５によって蓄熱部１の散水部４０まで輸送され、散水部４０によって蓄熱材容器２に供給される。
【００４８】
＜蓄熱動作＞
次に、本実施形態の蓄熱システムの蓄熱運転時の動作を説明する。
【００４９】
本実施形態では、弁２４を開けた状態で、蓄熱材３を加熱するとともに、蓄熱材３から脱離した水を蓄熱材容器２から取り出して水回収部１１に貯留する（以下、「第１の蓄熱工程」という）。続いて、弁２４を閉じることによって、蓄熱材容器２と水回収部１１との間で水が移動することを遮断する。この状態で、蓄熱材３をさらに加熱して、蓄熱材３の温度をさらに上げるとともに、水回収部１１に貯留されていた水を加熱する（以下、「第２の蓄熱工程」という。）。このようにして、２段階で蓄熱工程を行う。
【００５０】
以下、図面を参照しながら、各蓄熱工程の動作をより詳しく説明する。
【００５１】
図２は、蓄熱運転時における蓄熱材の温度と塩濃度との関係を例示するグラフである。図２に示す曲線（Ａ）が第１の蓄熱工程に相当し、直線（Ｂ）が第２の蓄熱工程に相当する。
【００５２】
まず、第１の蓄熱工程を開始する前に、弁２２〜２４、２６、２８、３０、３２〜３５を全て閉じておく。次いで、弁２３および弁２４を開放し、真空ポンプ２１により蓄熱部１および凝縮器１４の圧力を下げる。蓄熱部１および凝縮器１４の圧力が所定の値まで下がれば、弁２３を閉じる。
【００５３】
続いて、第１の蓄熱工程を開始する。ここでは、ヒートポンプ回路１０により蓄熱部１を例えば６０℃まで加熱する。このとき、水和物である潜熱蓄熱材３は固体から液体に相変化し、続いて濃縮により水和数が減少しはじめる。潜熱蓄熱材３から脱離した水分は水蒸気となり、水蒸気管１３を通じて凝縮器１４で冷却される。凝縮器１４で生成された凝縮水は水貯留器１６で貯蔵される。なお、本実施形態のように、水排出経路４３のうち圧縮機６の吸入側と第１蒸発器７との間に凝縮器１４を設ければ、ヒートポンプ回路１０のＣＯＰを向上できるので好ましい。
【００５４】
第１の蓄熱工程では、図２の曲線（Ａ）で示すように、蓄熱材３の温度は６０℃まで上昇し、かつ、蓄熱材３における塩濃度は６０％まで高くなる。この工程において、蓄熱材３を相変化温度まで昇温させるための顕熱、相変化温度での蓄熱材の融解潜熱、固液共存状態の蓄熱材３を相変化温度から６０℃まで昇温させるための顕熱、および、蓄熱材３の脱水反応による反応熱を蓄えることが可能である。また、第１の蓄熱工程では、蓄熱材３で冷却された後、熱媒加熱部３９で加熱される前の熱媒の温度Ｔｍは、蓄熱材３の温度上昇に伴って上昇する。
【００５５】
この後、弁２４を閉じて、蓄熱材容器２と水回収部１１との間の水の移動を遮断する。これによって、第１の蓄熱工程を終了する。
【００５６】
なお、弁２４は、蓄熱材３で冷却された後、熱媒加熱部３９で加熱される前の熱媒の温度Ｔｍが所定温度（例えば６０℃）以上になると、開状態から閉状態に切り換えられることが好ましい。例えば、熱媒経路４２の第１熱交換器４と熱媒加熱部３９との間に、熱媒の温度を計測する温度計測部５２を設けておき、温度計測部５２による測定温度が所定温度に達したことを検知すると、弁２４を閉じるように制御することができる。
【００５７】
代わりに、水貯留器１６に水位計を設けるか、あるいは、水排出経路４３に流量計を設けておき、蓄熱材容器２から取り出された水の量が一定量に達すると弁２４を閉じるようにしてもよい。または、第１の蓄熱工程を開始して所定の時間が経過すると、弁２４を閉じてもよい。
【００５８】
続いて、第２の蓄熱工程を行う。弁２４を閉じた状態で、蓄熱材３をさらに加熱すると同時に、熱媒と水貯留器１６に貯留された水とを熱交換する動作を行う。
【００５９】
第２の蓄熱工程では、まず、水貯留器１６に取り付けた弁３０を開き、水貯留器１６の圧力を大気圧まで高める。次に、弁２６および弁２８を開き、ポンプ１９により水貯留器１６内の水を第２熱交換部９に送る。第２熱交換部９において、蓄熱部１を流通した後の熱媒と水貯留器１６で貯留されていた水とが熱交換され、熱媒の温度Ｔｍを下げるとともに、貯留されていた水を加熱することができる。加熱された水は、再び水貯留器１６に戻される。
【００６０】
第２の蓄熱工程が終了すると、全ての弁を閉じた状態にして、蓄熱材３の加熱を停止する。なお、第２の蓄熱工程においても熱媒の温度Ｔｍを測定し、測定温度が第２の所定温度（例えば６０℃）に達した時点で第２の蓄熱工程を終了してもよい。
【００６１】
本実施形態における第２の蓄熱工程では、弁２４を閉じた状態で、すなわち、蓄熱材容器２から水が取り出されることなく、蓄熱材３の加熱が行われる。蓄熱材３の加熱は、例えば、熱媒の温度Ｔｍが再び６０℃まで上昇するまで行うことができる。このため、図２の直線（Ｂ）に示すように、蓄熱材３の塩濃度は一定のままで、第１の蓄熱工程よりも高い温度（例えば８０℃）まで蓄熱材３の温度を上昇させることができる。なお、図２からわかるように、本実施形態における蓄熱状態の蓄熱材３は固液共存状態である。
【００６２】
一方、従来技術では、図２の破線で示すように、蓄熱材容器から水を取り出しながら蓄熱運転を行い、水の取り出しを停止した時点で蓄熱運転を終了する。従って、本実施形態によると、従来技術と比べて、少なくとも蓄熱材３を６０℃から８０℃まで昇温させるための顕熱分だけ、蓄熱量を増加させることが可能である。
【００６３】
さらに、本実施形態では、弁２４を閉じた状態で貯留水の加熱を行うので、開いた状態で加熱を行う場合と比べて、次のような利点もある。
【００６４】
蓄熱時に、弁２４を開いた状態で貯留水を加熱すると、水貯留器１６内の水の温度が高くなることよって水貯留器１６内の蒸気圧が上昇し、蓄熱材容器２内の蒸気圧よりも高くなってしまう。このため、水貯留器１６内の水（水蒸気）の逆流が起こるおそれがある。蓄熱時に水が蓄熱材容器２に逆流すると、逆流した水が蓄熱材３と反応して放熱するため、蓄熱量の低下を引き起こす可能性がある。これに対し、本実施形態では、弁２４を閉じた状態で貯留水を加熱するので、貯留水の逆流による蓄熱量の低下を抑制できる。
【００６５】
ここで、図面を参照しながら、各蓄熱工程における蓄熱材３の塩濃度、蓄熱材３の温度、熱媒の温度Ｔｍの変化をより詳しく説明する。
【００６６】
図３（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、蓄熱運転開始からの経過時間と、蓄熱材３の塩濃度、熱媒の温度Ｔｍおよび蓄熱材３の温度との関係を例示するグラフである。図３（ａ）〜（ｃ）では、蓄熱開始から蓄熱材の濃縮が完了する時間（濃縮完了時間）ｔまでが第１の蓄熱工程に相当し、濃縮完了時間ｔから蓄熱材の加熱を終了する時間（蓄熱完了時間）ｔ１までが第２の蓄熱工程に相当する。なお、熱媒の温度Ｔｍは、熱媒と貯留水との熱交換を行う場合（第２の蓄熱工程）には、第２熱交換部９を通過した後、熱媒加熱部３９に流入する前の熱媒の温度を指すものとする。
【００６７】
図３（ｂ）からわかるように、熱媒と貯留水との熱交換を行うことによって、熱媒加熱部（ヒートポンプ回路の放熱部）３９に流入する熱媒の温度Ｔｍを低く（例えば６０℃未満）抑えることができるので、熱媒の温度Ｔｍが上昇することによるＣＯＰの低下を抑制できる。特に、前述したように、熱媒の温度Ｔｍが所定温度に達したことを検知して弁２４を閉じる場合には、その後の蓄熱工程において、ＣＯＰの低下をより効果的に抑制できる。
【００６８】
蓄熱完了時間ｔ１は特に限定しないが、ＣＯＰの低下を抑えて高効率でシステムを運転するためには、図示するように、熱媒の温度Ｔｍが所定温度（例えば６０℃以上６５℃以下、ここでは６０℃）に達した時点で蓄熱を完了することが好ましい。
【００６９】
比較のため、図４（ａ）〜（ｃ）に、それぞれ、特許文献３および４などに開示された従来の蓄熱方法における、蓄熱運転開始からの経過時間と、蓄熱材の塩濃度、熱媒の温度Ｔｍおよび蓄熱材の温度との関係を例示する。
【００７０】
特許文献３および４に開示された蓄熱方法では、蓄熱運転中は、蓄熱材から脱離した水を取り出しながら蓄熱材を加熱し、蓄熱運転の終了時に、蓄熱材容器からの水の取り出しを停止する。従って、図４に示すように、濃縮完了時間ｔと蓄熱完了時間ｔ１とは等しくなる。
【００７１】
前述したように、従来の蓄熱方法では、熱媒の温度が６０℃に達すると、ＣＯＰが低くなりすぎるため蓄熱運転を終了させていた。従って、図４（ｃ）からわかるように、蓄熱完了時間ｔ１は熱媒の温度が６０℃に達した時点となり、蓄熱完了時の蓄熱材の温度を６０℃よりも高くすることができなかった。これに対し、図３（ｂ）および（ｃ）から明らかなように、本実施形態によると、ＣＯＰの低下を抑制しつつ、蓄熱材の温度を従来よりも高い温度（８０℃）まで上昇させることができる。従って、蓄熱量を従来よりも増加させることができる。
【００７２】
本実施形態では、第１の蓄熱工程では、水貯留器１６に貯留された水の加熱を行わない。蓄熱初期では、熱媒の温度Ｔｍが高くなっていないので、貯留された水と熱媒との間で熱交換を行っても、水を十分に加熱することができないからである。これに対し、第２の蓄熱工程は、熱媒の温度Ｔｍが十分高くなってから行うため、貯留された水を熱媒によって迅速に加熱できるとともに、熱媒を冷やすことによってＣＯＰの低下を抑制できる。
【００７３】
また、本実施形態では、熱媒の温度Ｔｍが６０℃に達した時点で弁２４を閉じているが、弁２４を閉じる際の温度Ｔｍは６０℃に限定されず、例えば３０℃以上６５℃以下であってもよい。蓄熱材３の温度は、蓄熱材容器２における熱媒入口付近では高いが、熱媒出口付近では熱媒の温度Ｔｍと略同じ程度になる。このため、温度Ｔｍが３０℃未満であれば、熱媒出口付近に位置する蓄熱材３の温度も３０℃未満となり、脱水反応が十分に進まないおそれがある。また、凝縮器で凝縮された貯留水は９℃程度であるので、熱媒の温度Ｔｍが３０℃以上であれば、熱媒で貯留水を加熱できる。より好ましくは、温度Ｔｍは４０℃以上である。蓄熱材３の温度が４０℃未満であれば、蓄熱材３を十分に濃縮できない可能性があるからである。図２から分かるように、例えば蓄熱材として塩化カルシウムの水和物を用いる場合、蓄熱財３の温度が４０℃未満であれば、塩濃度が６０％程度に達するまで蓄熱材３を濃縮することができない。一方、温度Ｔｍが６５℃以下であれば、ヒートポンプ回路１０のＣＯＰを確保できる。
【００７４】
なお、熱媒の温度Ｔｍが６０℃よりも低いときに弁２４を閉じると、蓄熱完了時の蓄熱材３の温度は、図４（ｃ）に示す温度（８０℃）よりも低くなり、蓄熱量の増加分は少なくなる。しかしながら、蓄熱運転時の熱媒の温度Ｔｍをより低くできるので、ＣＯＰをより高めることができる。
【００７５】
＜放熱動作＞
次に、本実施形態の蓄熱システムの放熱運転時の動作を説明する。
【００７６】
本実施形態では、上記蓄熱動作の後、水貯留器１６内の水を蓄熱材容器２に供給し、蓄熱状態の蓄熱材３と反応させることによって放熱を行う。また、放熱時に蓄熱部１で放出された熱の回収を、第１熱交換器４において、給水口４１より供給された市水と蓄熱材３とを熱交換させることにより行う。
【００７７】
まず、放熱動作の第１の運転パターンを説明する。ヒートポンプ回路１０を用いて蓄熱を行う場合には、深夜電力を用いることが多い。深夜電力とは、深夜から朝にかけての電力消費が少ない時間帯のみに利用でき、契約により、通常の３分の１から４分の１の価格で使用できる電力をいう。
【００７８】
第１の運転パターンでは、この深夜電力の時間帯が終了すると同時に蓄熱を終了し、水貯留器１６から蓄熱部１に水を供給する。具体的には、深夜電力の時間帯が終了すると、弁２６、３２、３３、３４、３５を開き、水貯留器１６に貯留されていた水を、ポンプ２０により、水供給経路４５を介して散水部４０に送る。散水部４０から蓄熱材容器２に水が供給されると、蓄熱状態（水和数が減少した状態）の潜熱蓄熱材３と水とが反応する。この結果、蓄熱材３が放熱状態（蓄熱前の水和数）に戻るとともに、反応熱が発生する。したがって、潜熱蓄熱材３の温度がより高くなるので、より多くの熱量を取り出すことができる。
【００７９】
放熱時に蓄熱材３と反応させる水は、例えば第２熱交換部９で加熱されていることが好ましい。加熱を行っていない水や市水を供給しても放熱させることはできるが、その場合には、水の温度が低いために、蓄熱部１の温度を低下させてしまうので、たとえ蓄熱量が多くても、放熱時に回収できる熱量が減少するからである。
【００８０】
次に、放熱時の第２の運転パターンを説明する。蓄熱終了後から給湯等の大きな負荷が発生するまでに長時間が経過してしまうと、蓄熱部１から外気への放熱損失が顕著となり湯切れ等の原因となる。したがって、第１の運転パターンのように蓄熱終了直後に蓄熱部１に水貯留器１６内の全ての水を供給してしまうと、熱利用時までの放熱損失が大きくなり、効率のよい運転ができない場合がある。
【００８１】
そこで、第２の運転パターンでは、給湯等の大きな負荷が発生する時間帯に多くの熱量が取り出せるように、蓄熱部１への水の供給量を調整する。例えば、まず、弁２６、３２、３３、３４、３５を開き、水貯留器１６に貯留された水の一部のみを蓄熱終了直後に蓄熱部１に供給する（第１の動作）。第１の動作が終われば、弁２６、３２、３３、３４、３５を閉じる。この後、給湯等の大きな負荷が発生する時間帯に合わせて、弁２６、３２、３３、３４、３５を再び開き、水貯留器１６に残っている水を蓄熱部１に供給する。このように、水の供給を段階的に行えば、放熱損失を抑制した効率のよい運転を行うことができる。
【００８２】
上述した第２の運転パターンでは、第１および第２の各動作時において、蓄熱部１に供給された水を、蓄熱部１の散水部４０に均等に分配し、蓄熱材３と反応させている。しかしながら、潜熱蓄熱材３の物性によっては、反応させる水の量が少ないと、蓄熱材３と水とが均一に混ざりにくくなり、十分な水和反応を生じさせることができないおそれがある。
【００８３】
そこで、第３の運転パターンとして、水貯留器１６から段階的に供給される水を、各段階ごとに予め定められた一部の散水部４０に送ることもできる。例えば第１の動作では、弁２６、３２、３３を開き、弁３２、３３に連結されている散水部４０から蓄熱材３に水を供給する。第１の動作が終了すれば、弁２６、３２、３３を閉じる。この後、第２の動作として、給湯等の大きな負荷が発生する時間帯に合わせて、弁２６、３４、３５を開き、弁３４、３５に連結されている散水部４０から水を供給する。このような構成にすれば、蓄熱材３と反応させる水の量が少ないことによって、蓄熱材３と水とが混ざりにくくなる現象を回避することができる。
【００８４】
図５は、本実施形態における放熱時の取出し熱量と、特許文献３および４に開示されたそれぞれの蓄熱方法における取出し熱量とを比較するためのグラフである。図５に示すように、本実施形態では、放熱時に蓄熱材と反応させる水（貯留水）を加熱しておくことによって、取り出し熱量を増やすことができる。さらに、上述したように、蓄熱材３を例えば８０℃まで昇温できるので、蓄熱状態の蓄熱材３に蓄えられ得る熱量（蓄熱量）が増加し、これに伴って取出し熱量も増える。この結果、放熱によって取り出され、利用可能な熱量を従来よりも大幅に増加させることができる。
【００８５】
なお、前述したように、特許文献４では、熱取り出し量の低下を抑制する目的で、蓄熱材容器から回収した水を放熱時に加熱することが提案されている。これに対し、本実施形態では、貯留水の加熱を蓄熱時に行う。これにより、熱媒と貯留水との熱交換によって貯留水を加熱することが可能になるので、放熱時の熱取出し量を増加できるだけでなく、熱媒の温度Ｔｍを低く抑えることができる。従って、熱媒の温度Ｔｍが上昇することによるヒートポンプ回路１０のＣＯＰの低下を抑制できる。このように、熱の取り出しを効率よく行うだけでなく、ＣＯＰの低下も抑えることができるので、蓄熱システムの効率を大幅に改善できる。
【００８６】
本実施形態の蓄熱システムの構成は、図１に示す構成に限定されない。本実施形態では、蓄熱材加熱部としてヒートポンプ回路１０を利用しているが、他の熱源を用いてもよい。他の熱源としては、動作温度が固定されている熱源を用いることが好ましく、例えば燃料電池の廃熱を利用してもよい。また、貯留水加熱部４４において、貯留水と熱媒とを熱交換させることによって貯留水の加熱を行っているが、他の熱源を用いて貯留水を加熱してもよい。例えば、ヒートポンプ回路１０の冷媒と熱交換させることによって貯留水を加熱してもよいし、他のシステムの廃熱を利用してもよい。
【００８７】
さらに、蓄熱材容器３の構成も積層構造に限定されない。また、放熱時に回収された熱の利用手段も給湯に限定されず、例えば暖房機器などに利用してもよい。
【００８８】
（実施形態２）
以下、図面を参照しながら、本発明による蓄熱システムの第２の実施形態を説明する。本実施形態では、水回収部１１が複数の水貯留器を有し、蓄熱材３から脱離した水を複数の水貯留器に順に回収する点で、図１に示す実施形態１の蓄熱システムと異なっている。
【００８９】
図６は、本実施形態の蓄熱システムの構成図である。簡単のため、図１に示す蓄熱システムと同様の構成要素には同じ参照符号を付し説明を省略する。
【００９０】
＜蓄熱システムの構成＞
本実施形態の蓄熱システムでは、水回収部１１は、蓄熱材容器２から排出された水を回収するための第１水貯留器１６と第２水貯留器１７とを有している。また、ヒートポンプ回路１０における第２蒸発器（水凝縮部）４６は、蓄熱材容器２から第１水貯留器１６に輸送される水を凝縮するための第１凝縮器１４と、第２水貯留器１６に輸送される水を凝縮するための第２凝縮器１５とを有している。蓄熱材容器２と第１水貯留器１６との間には弁２４が設けられ、蓄熱材容器２と第２水貯留器１７との間には弁２５が設けられており、これにより、蓄熱材容器２と各水貯留器との間の水の移動を制御することができる。
【００９１】
貯留水加熱部４４の第２熱交換部９は、第１または第２水貯留器１６、１７に貯留された水と熱媒経路４２の熱媒と熱交換するように構成されている。水供給経路４５は、放熱時に、第１または第２水貯留器１６、１７内の水を蓄熱部１に供給するように構成されている。
【００９２】
その他の構成は、図１に示す蓄熱システムと同様である。
【００９３】
＜蓄熱動作＞
次に、図面を参照しながら、本実施形態の蓄熱システムの蓄熱運転時の動作を説明する。図７は蓄熱運転時における蓄熱材の温度と塩濃度との関係を例示するグラフである。
【００９４】
本実施形態では、弁２２〜３５を全て閉じた状態から、第１の運転動作→第２の運転動作→第３の運転動作→第４の運転動作と推移し、蓄熱材３に蓄熱を行なう。各運転動作における弁の開閉状態を表１に示す。また、各運転動作の概要を表２に示す。
【００９５】
【表１】
2009072290.tif 000019
【００９６】
【表２】
2009072290.tif 000020
【００９７】
第１の運転動作では、弁２３、弁２４、弁２５を最初に開放し、真空ポンプ２１により蓄熱部１および第１凝縮器１４、第２凝縮器１５の圧力を下げる。
【００９８】
蓄熱部１および第１凝縮器１４、第２凝縮器１５の圧力が所定の値まで下がれば、第２の運転動作を行う。第２の運転動作では、弁２４を開いた状態で、弁２３および弁２５を閉じる。次いで、ヒートポンプ回路１０により蓄熱部１で加熱する。このとき、水和物である潜熱蓄熱材３は固体から液体に相変化し、続いて濃縮により水和数が減少しはじめる。潜熱蓄熱材３から脱水した水分は水蒸気となり、水蒸気管１３を通じて第１凝縮器１４で冷却される。なお、実施形態１に示すように圧縮機６の吸入側と第１蒸発器７の間に水排出経路４３の水蒸気を凝縮させる第１凝縮器１４を設ければ、ヒートポンプサイクルのＣＯＰを向上させることができる。そして、第１凝縮器１４で生成された凝縮水は、弁２４を介して第１水貯留器１６に送られ、そこで貯留される。
【００９９】
第２の運転動作を所定時間行った後、弁２４を閉じて弁２５を開く。この状態で、第３の運転動作を行う。弁２４、２５を切り換えるタイミングは、第１回収部１６に貯留された水の水位、または、蓄熱材容器２内の圧力および温度をセンサー等で検知することにより決定され得る。
【０１００】
具体的には、第１回収部１６に貯留された水の水位、または、蓄熱材容器２内の圧力センサーと温度センサーの検出値を用いて、蓄熱材３の塩濃度を算出する。算出した塩濃度が所定の値に達すると、弁２４、２５を切り換えてもよい。蓄熱材容器２内の圧力センサーと温度センサーの検出値を用いる場合、図８に例示するように、蓄熱材容器２内の圧力−温度と蓄熱材の塩濃度の関係を予め求めておき、この関係に基づいて、検出値から塩濃度を算出することができる。本実施形態では、算出された塩濃度が例えば５５％（蓄熱開始時の塩濃度と蓄熱終了時の塩濃度との中間点）に達した時に弁２４、２５の切り換えを行う。
【０１０１】
第３の運転動作では、蓄熱材３を加熱するとともに、蓄熱材３から脱離した水を蓄熱材容器２から取り出し、第２凝縮器１５で凝縮した後、第２水貯留器１７に貯留させる。同時に、第２熱交換部９において、熱媒と第１水貯留器１６に貯留された水との熱交換を行う。具体的には、第１水貯留器１６に取り付けた弁３０を開き、第１水貯留器１６の圧力を大気圧まで上昇させる。続いて、弁２６、弁２８を開き、ポンプ１９により第１水貯留器１６で貯留されていた水を第２熱交換部９に送る。この動作により、蓄熱部１を流通させた後の熱媒と第１水貯留器１６内の水が熱交換される。これにより、熱媒の温度Ｔｍを下げることができるので、ヒートポンプサイクルのＣＯＰの低下を抑制することができる。また、第１水貯留器１６に貯留されていた水を加熱することができるので、放熱時により高温の水と蓄熱材３とを反応させることが可能になる。さらに、この運転動作は、弁２４を閉じた状態で行われるため、水貯留器１６から蓄熱材容器２に水が逆流することを防止できる。
【０１０２】
第３の運転動作において、第２水貯留器１７の水位、蓄熱部１を流通した後の熱媒の温度Ｔｍまたは第１水貯留器１６の凝縮水の温度をセンサー等で検知し、所定の値に達すれば、第４の運転動作を行う。
【０１０３】
第４の運転動作では、弁２５、２６、２８、３０を閉じるとともに、第２水貯留器１７に取り付けた弁３１を開き、第２水貯留器１７の圧力を大気圧まで上昇させる。この後、弁２７、２９を開き、ポンプ１９により第２水貯留器１７に貯留されていた水を第２熱交換器９に送る。この動作により、蓄熱部１を流通した後の熱媒と第２水貯留器１７に貯留されていた水との熱交換を行う。従って、熱媒の温度を下げることができるので、ＣＯＰ低下を抑制することができる。また、第２水貯留器１７に貯留されている水を加熱できる。この動作と同時に、ヒートポンプ回路１０によって蓄熱材３をさらに加熱する。ただし、第４の運転動作では、弁２４、２５が何れも閉じられているので、蓄熱材容器２から水は取り出されない。
【０１０４】
第４の運転動作においても、蓄熱部１を流通した後の熱媒の温度Ｔｍまたは第２水貯留器１７の水の温度をセンサー等で検知し、所定の値に達した時点で蓄熱を終了する。蓄熱が終了すると、全ての弁を閉じた状態にする。
【０１０５】
本実施形態では、第２および第３の運転動作により、図７の曲線（Ａ）に示すように、蓄熱材３は例えば６０℃まで加熱されるとともに、塩濃度が例えば６０％まで濃縮される。実施形態１と同様に、蓄熱材３には、顕熱、潜熱および反応熱が蓄えられる。続いて、第４の運転動作により、図７の直線（Ｂ）に示すように、蓄熱材３の塩濃度は維持したまま、蓄熱材３の温度が例えば７０℃まで上昇する。従って、実施形態１と同様に、従来よりも、蓄熱量を増加させることができる。
【０１０６】
ここで、図面を参照しながら、各蓄熱工程における蓄熱材３の塩濃度、蓄熱材３の温度、熱媒の温度Ｔｍの変化をより詳しく説明する。
【０１０７】
図９（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、蓄熱運転開始からの経過時間と、蓄熱材３の塩濃度、熱媒の温度Ｔｍおよび蓄熱材３の温度との関係を例示するグラフである。図９（ａ）〜（ｃ）では、蓄熱開始から時間ｔ’までが第２の運転動作、時間ｔ’から蓄熱材の濃縮が完了する時間（濃縮完了時間）ｔまでが第３の運転動作、濃縮完了時間ｔから蓄熱材の加熱を終了する時間（蓄熱完了時間）ｔ２までが第４の運転動作による蓄熱工程に相当する。
【０１０８】
図９（ｂ）からわかるように、第２の運転動作時には、蓄熱材３の温度上昇に伴って、蓄熱材３と熱交換した後の熱媒の温度Ｔｍも上昇する。第３の運転動作時では、運転動作の初期には、蓄熱材３を流通した後の熱媒の温度Ｔｍは、水回収部１１の水によって冷却されて急激に下がるが、その後、蓄熱材３の温度上昇につれて、熱媒の温度はまた上がってくる。同様に、第４の運転動作時でも、運転動作開始時には熱媒の温度Ｔｍは低くなっているが、その後再び上昇する。この例では、熱媒の温度Ｔｍが６０℃に達した時点で、蓄熱を完了する。
【０１０９】
このように、本実施形態では、熱媒の温度Ｔｍを、従来の蓄熱方法（図４（ｂ））と比べて低く抑えることができるので、熱媒の温度Ｔｍの上昇に起因するＣＯＰの低下を大幅に抑制できる。また、蓄熱材３の温度を６０℃よりも高めることができるので、従来の蓄熱方法（図４（ｃ）)よりも蓄熱量を増加させることができる。
【０１１０】
なお、実施形態１の蓄熱方法（図３（ｂ）、（ｃ））と比べると、本実施形態では、実施形態１よりも熱媒の温度Ｔｍを低く抑えることができるので、ヒートポンプ回路１０のＣＯＰを向上できる。一方、第４の運転動作において、熱媒と熱交換を行う貯留水の量が実施形態１よりも少ないので（約１／２）、第４の運転動作中に熱媒の温度Ｔｍがより短時間で６０℃まで上昇してしまう。このため、蓄熱完了時における蓄熱材３の温度が実施形態１の蓄熱材３の温度よりも低くなり、蓄熱量が小さくなる。
【０１１１】
従って、実施形態１および２の何れの蓄熱システムがより好ましいかは、蓄熱システムの用途などによって異なる。蓄熱量をより増加させたい場合には、図１に示す実施形態１の蓄熱システムを用い、ＣＯＰをより向上させたい場合には、図６に示す本実施形態の蓄熱システムを用いると有利である。なお、図６に示す蓄熱システムを用い、弁の開閉により、必要に応じて、水貯留器を１つのみ使用して実施形態１の蓄熱動作を行う場合と、水貯留器を２つとも使用して本実施形態の蓄熱動作を行う場合とを使い分けることも可能である。
【０１１２】
なお、本実施形態のように、水凝縮部（第２蒸発器）４６および水回収部１１が、それぞれ、複数の凝縮器および水貯留器を備えていると、蓄熱運転時に、１つの凝縮器（２４、２５）および水貯留器（１６、１７）で水蒸気の冷却を行いながら、他の水貯留器（１７、１６）の水と貯留水加熱部４４とを用いて、蓄熱部加熱後の熱媒の温度Ｔｍを下げることができる。従って、ＣＯＰを低下させることができるので、熱効率に優れた蓄熱システムを実現できる。また、他の水貯留器と蓄熱部１との間に設けられた弁を閉じた状態で行うため、水貯留器内の水が蓄熱部１に逆流することを防止できる。さらに、第４の運転動作により、蓄熱材３の温度を従来よりも高くできるので、蓄熱量を増加させることができる。
【０１１３】
なお、蓄熱工程として、第１〜第３の運転動作のみを行い、第４の運転動作を行わなくてもよい。この場合でも、第２および第３の運転動作時に、水の逆流を防止でき、かつ、熱媒の温度上昇を抑制できる効果を得ることができる。
【０１１４】
＜放熱動作＞
次に、本実施形態の蓄熱システムの放熱運転時の動作を説明する。本実施形態でも、実施形態１で説明したような３種類の運転パターンを行うことができる。また、放熱時に蓄熱材から放出された熱は、第１熱交換器４において、給水口４１より供給された市水と蓄熱材３とを熱交換させることによって回収することができる。
【０１１５】
まず、各運転パターンにおける弁の開閉状態を表３に示す。
【０１１６】
【表３】
2009072290.tif 000021
【０１１７】
はじめに、第１の運転パターンについて説明する。実施形態１と同様に、第１の運転パターンでは、深夜電力の時間帯が終了と同時に蓄熱を終了し、蓄熱部１に水回収部１１で貯留していた水を供給する。具体的には、弁２６、２７、３２、３３、３４、３５を開き、第１水貯留器１６及び第２水貯留器１７に貯留されていた水をポンプ２０により散水部４０に送る。散水部４０から水が蓄熱材容器２に供給されると、水和数が減少した蓄熱状態の蓄熱材３と水とが反応し、蓄熱材３の水和数が大きくなるとともに水和反応により熱が発生する。したがって、潜熱蓄熱材３がより高い温度になるため、より多くの熱量を取り出すことができる。
【０１１８】
次に、第２の運転パターンについて説明する。実施形態１と同様に、給湯等の大きな負荷が発生する時間帯に多くの熱量が取り出せるように、蓄熱材３と反応させる水の供給量を調整する。例えば蓄熱終了直後に、弁２６、３２、３３、３４、３５を開き第１水貯留器１６に貯留された水のみを蓄熱部１に供給する（第１の動作）。第１の動作が終われば、弁２６、３２、３３、３４、３５を閉じる。次いで、給湯等の大きな負荷が発生する時間帯に合わせて、弁２７、３２、３３、３４、３５を開き、第２水貯留器１７に貯留された水を蓄熱部１に供給する（第２の動作）。このように、複数の水貯留器を有していることを利用して、水の供給を段階的に行うことにより、放熱損失を抑制し、効率よく蓄熱システムを運転できる。
【０１１９】
次に第３の運転パターンについて説明する。第３の運転パターンでは、水貯留器ごとに、水を供給する散水部４０を予め定めておく。具体的には、第1の動作では、弁２６、３２、３３を開き、弁３２、３３に連結されている散水部４０から蓄熱材容器２に第１水貯留器１６の水を供給する。第１水貯留器１６の水の供給が終了すれば、弁２６、３２、３３を閉じる。続いて、第２の動作として、給湯等の大きな負荷が発生する時間帯に合わせて、弁２７、３４、３５を開き、弁３４、３５に連結されている散水部４０から蓄熱材容器２に第２水貯留器１７の水を供給する。これにより、実施形態１と同様に、反応させる水の量が少ないことによって、蓄熱材３と水とが混ざりにくくなる現象を回避することができる。
【０１２０】
（実施形態３）
以下、図面を参照しながら、本発明の蓄熱システムの第３の実施形態を説明する。本実施形態では、水回収部１１に貯留されている水を加熱するために、ヒートポンプ回路１０の冷媒と水（貯留水）とを熱交換させる点で、図６に示す実施形態２の蓄熱システムと異なっている。
【０１２１】
図１０は、本実施形態の蓄熱システムの構成図である。簡単のため、図６に示す蓄熱システムと同様の構成要素には同じ参照符号を付し説明を省略する。
【０１２２】
本実施形態の蓄熱システムでは、ヒートポンプ回路１０の膨張弁８と第３熱交換器（熱媒加熱部）３９との間に、貯留水を加熱するための第４熱交換器４８が設けられている。また、貯留水加熱部４７は、第４熱交換器４８と水貯留器１６、１７との間で貯留水を循環させる経路を有している。このように、第２熱交換部９（図６）および貯留水加熱部４４（図６）に代わって、第４熱交換部４８および貯留水加熱部４７を備えている点以外は、図６に示す蓄熱システムと同様の構成を有し、同様の動作で蓄熱および放熱を行うことができる。
【０１２３】
本実施形態では、第４熱交換部４８において、第３熱交換部３９を通過した冷媒と水回収部１１で貯留されている水との熱交換を行う。これにより、膨張弁８に流入する前の冷媒の温度を下げることができるので、ヒートポンプ回路１０のＣＯＰ低下を抑制することができる。また、冷媒との熱交換により、水回収部１１で貯留されていた水を加熱することができるので、放熱時により高温の水と蓄熱材３とを反応させることができ、効率よく蓄えられた熱を回収できる。従って、前述の実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに、この構成によると、蓄熱運転終了後に水回収部１１の水を加熱する場合でも、ヒートポンプ回路１０で直接加熱できる。
【産業上の利用可能性】
【０１２４】
本発明に係る蓄熱システムは、給湯器、空調設備、工業廃熱の貯蔵等に利用することができ、特に、給湯器に好適に用いることができる。
【符号の説明】
【０１２５】
１      蓄熱部
２      蓄熱材容器
３      潜熱蓄熱材
４      第１熱交換部
５      フィン
６      圧縮機
７      第１蒸発器
８      膨張弁
９      第２熱交換部（貯留水加熱部、貯留水／熱媒熱交換部）
１０    ヒートポンプ
１１    水回収部
１２    給湯口
１３    水蒸気管
１４    第１凝縮器
１５    第２凝縮器
１６    第１水貯留器
１７    第２水貯留器
１８、１９、２０    ポンプ
２１    真空ポンプ
２２〜３５          弁
３６、３７、３８    三方弁
３９    第３の熱交換部（熱媒加熱部）
４０    散水部
４１    給水口
４２    熱媒回路
４３    水排出経路
４４    貯留水加熱回路
４５    水供給経路
４６    第２蒸発器（水凝縮部）
４７    貯留水加熱回路
４８    第４熱交換部
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水を脱離することによって蓄熱し、かつ、水と反応することによって放熱する蓄熱材を用いた蓄熱方法であって、
（ａ）蓄熱材容器内に収容された前記蓄熱材を加熱するとともに、前記蓄熱材から脱離した水を前記蓄熱材容器から取り出して水貯留器に貯留する第１蓄熱工程と、
（ｂ）前記蓄熱材容器と前記水貯留器との間で前記脱離した水が移動することを遮断する工程と、
（ｃ）前記遮断した状態で、前記蓄熱材をさらに加熱して、前記蓄熱材の温度をさらに上げるとともに、前記水貯留器に貯留されていた前記脱離した水を加熱する第２蓄熱工程と、
（ｄ）前記加熱された水を前記蓄熱材容器に供給し、前記脱離した水と前記蓄熱材とを反応させる放熱工程と
を含む蓄熱方法。
【請求項２】
前記工程（ａ）は、圧縮機、放熱器、膨張装置、蒸発器およびこれらの間で冷媒を循環させる冷媒経路を含むヒートポンプ回路の前記放熱器によって加熱された熱媒と、前記蓄熱材とを熱交換させることによって、前記蓄熱材を加熱する工程を含み、
前記工程（ｃ）は、前記水貯留器に貯留されていた前記脱離した水と、前記放熱器によって加熱される前の前記熱媒とを熱交換させることによって、前記脱離した水を加熱する工程を含む請求項１に記載の蓄熱方法。
【請求項３】
前記工程（ａ）は、前記蓄熱材と熱交換された後であって前記放熱器で加熱される前の前記熱媒の温度を計測する工程を含み、
前記工程（ｂ）は、前記計測された熱媒温度が所定の温度以上になると、前記脱離した水の移動を遮断する工程である請求項２に記載の蓄熱方法。
【請求項４】
前記工程（ｃ）において、前記脱離した水を前記蓄熱材容器から取り出すことなく、前記蓄熱材を加熱する請求項１から３のいずれかに記載の蓄熱方法。
【請求項５】
前記工程（ｃ）は、前記蓄熱材を加熱するとともに、前記蓄熱材から脱離した水を前記蓄熱材容器から取り出して他の水貯留器に貯留する工程を含む請求項１から４のいずれかに記載の蓄熱方法。
【請求項６】
蓄熱材から水を脱離することによって蓄熱し、かつ、前記脱離した水を前記蓄熱材と反応させることによって放熱する蓄熱システムであって、
前記蓄熱材を収容する蓄熱材容器と、
蓄熱運転時に、前記蓄熱材を加熱する蓄熱材加熱部と、
前記蓄熱材を加熱することによって前記蓄熱材から脱離した水を貯留する水貯留器と、
前記脱離した水を前記蓄熱材容器から前記水貯留器に移動させる水輸送経路と、
前記水輸送経路に設けられ、前記脱離した水を凝縮する凝縮部と、
前記水輸送経路に設けられ、前記蓄熱材容器と前記水貯留器との間の前記脱離した水の移動を制限する弁と、
前記水貯留器に貯留されていた前記脱離した水を加熱する貯留水加熱部と、
放熱運転時に、前記脱離した水を前記水貯留器から前記蓄熱材容器に供給する水供給経路と
を備え、
前記弁は、蓄熱運転の途中で開状態から閉状態に切り換えられ、
蓄熱運転において、前記弁が閉状態のときに、前記貯留水加熱部は前記脱離した水を加熱する蓄熱システム。
【請求項７】
前記蓄熱材加熱部は、
圧縮機、放熱器、膨張装置、蒸発器およびこれらの間で冷媒を循環させる冷媒経路を含むヒートポンプ回路と、
前記放熱器によって加熱され、前記蓄熱材と熱交換することによって冷却されるように熱媒を循環させる熱媒経路と
を有し、
前記凝縮部は、前記ヒートポンプ回路の前記冷媒と熱交換することによって、前記脱離した水を冷却するように構成されており、
前記貯留水加熱部は、前記水貯留器に貯留されていた前記脱離した水と、前記蓄熱材と熱交換した後であって前記放熱器によって加熱される前の前記熱媒とを熱交換させる貯留水／熱媒熱交換部を含む請求項６に記載の蓄熱システム。
【請求項８】
前記熱媒経路に設けられ、前記蓄熱材と熱交換した後であって前記放熱器によって加熱される前の前記熱媒の温度を計測する温度計測部をさらに備え、
蓄熱運転において、前記温度計測部による測定温度が所定温度以上になると、前記弁が開状態から閉状態に切り換えられる請求項７に記載の蓄熱システム。
【請求項９】
蓄熱運転において、前記弁が閉状態のときには、前記蓄熱材容器から前記脱離した水を取り出すことなく、前記蓄熱材を加熱する請求項６から８のいずれかに記載の蓄熱システム。
【請求項１０】
前記脱離した水を貯留する他の水貯留器と、
前記脱離した水を前記蓄熱材容器から前記他の水貯留器に移動させる他の水輸送経路と、
前記他の水輸送経路に設けられ、前記蓄熱材容器と前記他の水貯留器との間の前記脱離した水の移動を制限する他の弁と
をさらに備え、
蓄熱運転において、前記他の弁は、前記弁が開状態のとき閉状態となり、前記弁が閉状態のときに開状態となるように切り換えられる請求項６から８のいずれかに記載の蓄熱システム。
【請求項１１】
前記他の水貯留器に貯留されていた前記脱離した水を加熱する他の貯留水加熱部をさらに備える請求項１０に記載の蓄熱システム。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2009072290.tif 000022
【図２】
2009072290.tif 000023
【図３】
2009072290.tif 000024
【図４】
2009072290.tif 000025
【図５】
2009072290.tif 000026
【図６】
2009072290.tif 000027
【図７】
2009072290.tif 000028
【図８】
2009072290.tif 000029
【図９】
2009072290.tif 000030
【図１０】
2009072290.tif 000031
【図１１】
2009072290.tif 000032
【図１２】
2009072290.tif 000033
【図１３】
2009072290.tif 000034
【国際調査報告】
2009072290.tif 000035
2009072290.tif 000036
2009072290.tif 000037
2009072290.tif 000038