(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱部と、水流路、蓄熱体を収納する蓄熱容器、前記水流路と前記蓄熱容器とを区画する伝熱壁から形成される蓄熱部と、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、前記給湯管と前記水流路との接続部に配設された切換え手段と、前記加熱部と前記蓄熱部とを接続する循環回路と、前記循環回路に配設した循環ポンプとを備え、蓄熱運転時は前記切換え手段を前記循環回路側に切り換えて前記循環ポンプを運転させるとともに、前記蓄熱容器は空間部を有することを特徴とする蓄熱装置。
【請求項２】
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１に記載の蓄熱装置。
【請求項３】
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１または２に記載の蓄熱装置。
【請求項４】
加熱部と、水流路、蓄熱体を収納する蓄熱容器、前記水流路と前記蓄熱容器とを区画する伝熱壁から形成される蓄熱部と、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、前記給湯管と前記水流路との接続部に配設された切換え手段と、前記加熱部と前記蓄熱部とを接続する循環回路と、前記循環回路に配設した循環ポンプとを備え、蓄熱運転時は前記切換え手段を前記循環回路側に切り換えて前記循環ポンプを運転させるとともに、前記蓄熱容器は伸縮部を有することを特徴とする蓄熱装置。
【請求項５】
蓄熱容器に、大気との連通部を設けた請求項１〜３のいずれか１項に記載の蓄熱装置。
【請求項６】
蓄熱容器に、排出部を設けた請求項１〜３のいずれか１項に記載の蓄熱装置。
【請求項７】
内部を減圧した蓄熱容器を設けた請求項１〜３のいずれか１項に記載の蓄熱装置。
【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、水流路、蓄熱体を収納する蓄熱容器、前記水流路と前記蓄熱容器とを区画する伝熱壁から形成される蓄熱部と、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、前記給湯管と前記水流路との接続部に配設された切換え手段と、前記加熱部と前記蓄熱部とを接続する循環回路と、前記循環回路に配設した循環ポンプとを備え、蓄熱運転時は前記切換え手段を前記循環回路側に切り換えて前記循環ポンプを運転させるとともに、前記蓄熱容器は空間部を有することを特徴とするもので、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。
【０００８】
また、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。
【発明の効果】
【０００９】
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】
【００１０】
第１の発明は、加熱部と、水流路、蓄熱体を収納する蓄熱容器、前記水流路と前記蓄熱容器とを区画する伝熱壁から形成される蓄熱部と、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、前記給湯管と前記水流路との接続部に配設された切換え手段と、前記加熱部と前記蓄熱部とを接続する循環回路と、前記循環回路に配設した循環ポンプとを備え、蓄熱運転時は前記切換え手段を前記循環回路側に切り換えて前記循環ポンプを運転させるとともに、前記蓄熱容器は空間部を有することを特徴とするものである。
【００１１】
これによって、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。
【００１２】
また、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２の発明は、特に第１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３の発明は、特に第１または第２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４の発明は、加熱部と、水流路、蓄熱体を収納する蓄熱容器、前記水流路と前記蓄熱容器とを区画する伝熱壁から形成される蓄熱部と、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、前記給湯管と前記水流路との接続部に配設された切換え手段と、前記加熱部と前記蓄熱部とを接続する循環回路と、前記循環回路に配設した循環ポンプとを備え、蓄熱運転時は前記切換え手段を前記循環回路側に切り換えて前記循環ポンプを運転させるとともに、前記蓄熱容器は伸縮部を有することを特徴とするもので、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５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６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７の発明は、特に第１〜第３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】
（参考例１）
図１は、本発明の第１の参考例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、本参考例においては、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】
（参考例２）
図２は、本発明の第２の参考例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、本参考例においては、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、本参考例においては、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１）
図３は、本発明の第１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２）
図４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３）
図５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４）
図６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５）
図７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】本発明の参考例１における蓄熱装置の構成図
【図２】本発明の参考例２における蓄熱装置の構成図
【図３】本発明の実施の形態１における蓄熱装置の構成図
【図４】（ａ）本発明の実施の形態２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３における蓄熱装置の構成図
【図６】本発明の実施の形態４における蓄熱装置の構成図
【図７】本発明の実施の形態５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
【図１】
0004696882.tif 000002
【図２】
0004696882.tif 000003
【図３】
0004696882.tif 000004
【図４】
0004696882.tif 000005
【図５】
0004696882.tif 000006
【図６】
0004696882.tif 000007
【図７】
0004696882.tif 000008
【図８】
0004696882.tif 000009