(57)【要約】  蓄熱装置は、熱媒体を加熱する第１熱交換器、循環ポンプ、及び、蓄熱熱交換器が熱媒体配管で接続された熱媒体回路を備え、蓄熱熱交換器は、蓄熱槽から熱媒体に熱が移動する放熱時と、熱媒体から蓄熱槽に熱が移動する蓄熱時と、に熱媒体が流れる共通の伝熱管を有し、伝熱管内では、放熱時と蓄熱時とで熱媒体が蓄熱槽内を流れる方向が逆になる。
2020202487.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱媒体を加熱する第１熱交換器、前記第１熱交換器によって加熱された前記熱媒体を循環させる循環ポンプ、及び、蓄熱材を内蔵した蓄熱槽内に配置され、循環する前記熱媒体から前記蓄熱材に蓄熱する蓄熱熱交換器が熱媒体配管で接続された熱媒体回路を備え、
前記蓄熱熱交換器は、前記蓄熱槽から前記熱媒体に熱が移動する放熱時と、前記熱媒体から前記蓄熱槽に熱が移動する蓄熱時と、に前記熱媒体が流れる共通の伝熱管を有し、
前記伝熱管内では、前記放熱時と前記蓄熱時とで前記熱媒体が前記蓄熱槽内を流れる方向が逆になる蓄熱装置。
【請求項２】
前記伝熱管は、前記蓄熱槽の鉛直方向下部に設けられた蓄熱熱交換器下部口と、前記蓄熱槽の鉛直方向上部に備えられた蓄熱熱交換器上部口と、を繋ぎ、
前記伝熱管内には、前記放熱時に前記蓄熱熱交換器下部口から前記熱媒体を供給し、前記蓄熱時に前記蓄熱熱交換器上部口から前記熱媒体を供給する請求項１に記載の蓄熱装置。
【請求項３】
前記蓄熱熱交換器上部口と前記蓄熱熱交換器下部口との間では、前記熱媒体が前記伝熱管内を流れる高さが段階的に変化する請求項２に記載の蓄熱装置。
【請求項４】
前記伝熱管は、水平方向に延伸した直管部を有する請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の蓄熱装置。
【請求項５】
前記伝熱管における前記直管部は、同じ向きに揃えられている請求項４に記載の蓄熱装置。
【請求項６】
前記伝熱管における前記直管部は、両端部のそれぞれを前記直管部の延伸方向とは直交した仮想鉛直平面上に揃えて位置させている請求項４又は請求項５に記載の蓄熱装置。
【請求項７】
前記伝熱管における前記直管部は、上下方向に順に階層を形成している請求項４〜請求項６のいずれか１項に記載の蓄熱装置。
【請求項８】
前記伝熱管における前記直管部は、１階層において水平方向に複数配置されている請求項４〜請求項７のいずれか１項に記載の蓄熱装置。
【請求項９】
前記伝熱管における隣り合う前記直管部の間は、最大値と最小値の差を５０％以下の相互距離に保持されている請求項４〜請求項８のいずれか１項に記載の蓄熱装置。
【請求項１０】
前記伝熱管における１階層異なる前記直管部は、水平方向にずれて配置されている請求項７又は請求項７に従属する請求項８又は請求項９に記載の蓄熱装置。
【請求項１１】
前記伝熱管における１階層ごとに水平方向にずれた前記直管部は、上面視にて１階層異なった隣り合う２つの前記直管部の中間に交互に配置されている請求項１０に記載の蓄熱装置。
【請求項１２】
前記蓄熱熱交換器は、前記伝熱管とフィンとを有する請求項１〜請求項１１のいずれか１項に記載の蓄熱装置。
【請求項１３】
前記熱媒体は、水である請求項１〜請求項１２のいずれか１項に記載の蓄熱装置。
【請求項１４】
前記熱媒体回路は、前記水を生活に利用する給湯配管に繋がっている請求項１３に記載の蓄熱装置。
【請求項１５】
前記蓄熱材は、固液の相変化時の潜熱を用いる潜熱蓄熱材を備える請求項１〜請求項１４のいずれか１項に記載の蓄熱装置。
【請求項１６】
前記蓄熱材は、液体の顕熱を用いる顕熱蓄熱材を備える請求項１〜請求項１４のいずれか１項に記載の蓄熱装置。
【請求項１７】
前記蓄熱槽は、複数に分割され、
複数に分割された前記蓄熱槽には、前記熱媒体配管が並列に接続されている請求項１〜請求項１６のいずれか１項に記載の蓄熱装置。
【請求項１８】
前記蓄熱熱交換器から流出する前記熱媒体の温度を検出する温度検出部と、
前記第１熱交換器に向かう前記熱媒体配管に配置された流量調整弁と、
前記温度検出部によって前記放熱時の前記熱媒体の温度を検出し、前記熱媒体の温度が低下したと判断した場合に、前記流量調整弁によって前記熱媒体の一部を前記第１熱交換器に流通させて前記第１熱交換器で加熱し、加熱した前記熱媒体の一部を前記蓄熱熱交換器から流出した前記熱媒体と混合し、混合後の前記熱媒体を所定の温度に制御する制御部と、
を備える請求項１〜請求項１７のいずれか１項に記載の蓄熱装置。
【請求項１９】
圧縮機、前記第１熱交換器、膨張弁、及び、第２熱交換器が冷媒配管で環状に接続された冷媒回路を有し、
前記第１熱交換器は、前記熱媒体と前記冷媒回路を流れる冷媒との間で熱交換する請求項１〜請求項１８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、熱媒体から蓄熱槽内の蓄熱材に蓄熱する蓄熱熱交換器を有する蓄熱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、熱エネルギーを蓄える蓄熱装置が知られている。蓄熱装置は、たとえば、一時的に熱を貯めて必要な時に熱を使用できる蓄熱材を蓄熱槽内に有する。蓄熱槽は、熱を蓄熱材に与えて蓄える。蓄熱槽は、熱を蓄熱材の伝熱面から奪って取り出せる。このように、使用者は、蓄熱槽内の蓄熱材を熱交換に使用できる。使用者は、たとえば、熱交換を介して熱エネルギーの需要と供給との時間的なギャップを埋めるように蓄熱装置を利用する。従来の蓄熱装置では、蓄熱用の高温流体と、被加熱用の低温流体と、蓄熱材と、の３物質が互いに熱交換される技術が知られている（たとえば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−３３６９７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の技術の蓄熱装置では、放熱時と蓄熱時とで異なる伝熱面が使用される。このため、熱交換用の３物質を内蔵する蓄熱槽の大きさが大きくなる課題がある。【０００５】
本発明は、上記課題を解決するためのものであり、蓄熱槽の大きさが小型化され、設置面積の制約がある箇所でも設置可能な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】
【０００６】
本発明に係る蓄熱装置は、熱媒体を加熱する第１熱交換器、前記第１熱交換器によって加熱された前記熱媒体を循環させる循環ポンプ、及び、蓄熱材を内蔵した蓄熱槽内に配置され、循環する前記熱媒体から前記蓄熱材に蓄熱する蓄熱熱交換器が熱媒体配管で接続された熱媒体回路を備え、前記蓄熱熱交換器は、前記蓄熱槽から前記熱媒体に熱が移動する放熱時と、前記熱媒体から前記蓄熱槽に熱が移動する蓄熱時と、に前記熱媒体が流れる共通の伝熱管を有し、前記伝熱管内では、前記放熱時と前記蓄熱時とで前記熱媒体が前記蓄熱槽内を流れる方向が逆になるものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明に係る蓄熱装置によれば、蓄熱熱交換器は、蓄熱槽から熱媒体に熱が移動する放熱時と、熱媒体から蓄熱槽に熱が移動する蓄熱時と、に熱媒体が流れる共通の伝熱管を有する。伝熱管内では、放熱時と蓄熱時とで、熱媒体が蓄熱槽内を流れる方向が逆になる。これにより、放熱時と蓄熱時とで同じ伝熱面が使用される。このため、蓄熱槽は、熱交換用の蓄熱槽内の蓄熱材と熱媒体との２物質を内蔵した構成になる。したがって、蓄熱槽の大きさが小型化され、設置面積の制約がある箇所でも設置可能な蓄熱装置が提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施の形態１に係る蓄熱装置を示す概略構成図である。
【図２】実施の形態１に係る制御部を示すブロック図である。
【図３】実施の形態１に係る蓄熱槽を縦断面にて示す説明図である。
【図４】実施の形態１に係る蓄熱槽を図３とは異なる側面から見た縦断面にて示す説明図である。
【図５】実施の形態１に係る複数の伝熱管の相互距離を示す説明図である。
【図６】実施の形態１の変形例１に係る蓄熱槽を上面から見た横断面にて示す説明図である。
【図７】実施の形態１の変形例１に係る蓄熱槽を図３とは異なる側面の縦断面にて示す説明図である。
【図８】実施の形態２に係る蓄熱槽を縦断面にて示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下には、図面に基づいて実施の形態が説明されている。なお、各図において、同一の符号を付したものは、同一の又はこれに相当するものであり、これは明細書の全文において共通している。また、断面図の図面においては、視認性に鑑みて適宜ハッチングが省略されている。さらに、明細書全文に示す構成要素の形態は、あくまで例示であってこれらの記載に限定されるものではない。
【００１０】
実施の形態１．
＜蓄熱装置１００の構成＞
図１は、実施の形態１に係る蓄熱装置１００を示す概略構成図である。なお、以後の説明において図に示めすＵが上方向を示し、Ｄが下方向を示している。図１に示すように、蓄熱装置１００は、熱媒体２１が流れる熱媒体回路２０と、熱媒体２１を加熱する熱源機４と、を備える。
【００１１】
熱媒体回路２０には、蓄熱材３を有する蓄熱槽２が設けられている。蓄熱槽２内の蓄熱材３と熱媒体２１とが熱交換する。熱交換により、蓄熱槽２からの放熱又は蓄熱槽２への蓄熱が行われる。蓄熱装置１００は、熱源機４によって加熱された熱媒体回路２０を流れる熱媒体２１により、蓄熱材３への蓄熱を行う蓄熱運転が可能な構成である。
【００１２】
蓄熱装置１００には、熱媒体２１を供給する給水配管２２が接続されている。給水配管２２は、熱媒体回路２０に接続されている。熱媒体２１は、水道管から流入する水であり、給水配管２２から熱媒体回路２０に供給される。給水配管２２から供給される熱媒体２１の温度は、一般的に使用者に利用される温水よりも低温である。蓄熱装置１００は、給水配管２２から供給される熱媒体２１を蓄熱材３の熱によって加熱する放熱運転が可能な構成である。
【００１３】
一方、蓄熱装置１００は、給水配管２２から供給される熱媒体２１を熱源機４によって加熱できる。熱源機４によって加熱された熱媒体２１は、蓄熱槽２内の蓄熱材３への蓄熱に用いられる。
【００１４】
蓄熱装置１００には、加熱された熱媒体２１を使用者に提供する給湯配管２３及び給湯配管２４が接続されている。給湯配管２３及び給湯配管２４は、熱媒体回路２０に接続されている。蓄熱材３又は熱源機４によって加熱された熱媒体２１は、給湯配管２３及び給湯配管２４から一般的に使用者に利用される温水として提供される。温水である熱媒体２１は、たとえば、カラン、浴槽又は床暖房パネル若しくは温風器などの暖房端末などの図示しない熱利用端末に供給される。
【００１５】
蓄熱装置１００は、蓄熱装置１００の運転を制御する制御部４０を備える。
【００１６】
＜熱源機４の構成＞
熱源機４は、圧縮機８、第１熱交換器５、膨張弁６、及び、第２熱交換器７を有する。熱源機４は、圧縮機８、第１熱交換器５、膨張弁６、及び、第２熱交換器７が順に冷媒配管９で環状に接続されて冷媒回路を構成する。熱源機４は、ヒートポンプ装置である。
【００１７】
圧縮機８は、冷媒を高温高圧状態に圧縮させる。圧縮機８は、たとえば、スクロール圧縮機又はロータリ圧縮機など種々のタイプが用いられる。
【００１８】
第１熱交換器５は、凝縮器として機能する。第１熱交換器５は、冷媒が流れる図示しない冷媒流路と、熱媒体２１が流れる図示しない熱媒体流路と、を有する。第１熱交換器５は、熱媒体流路を流れる熱媒体２１と冷媒流路を流れる冷媒との間で熱交換を行わせる。第１熱交換器５は、圧縮機８に圧縮された高温高圧状態の冷媒と熱媒体２１とを熱交換する。これにより、第１熱交換器５は、熱媒体２１を加熱する。
【００１９】
膨張弁６は、第１熱交換器５と第２熱交換器７との間で絞り機構として機能する。膨張弁６は、第２熱交換器７で蒸発する冷媒量に相当する冷媒の液量を第２熱交換器７に供給する。
【００２０】
第２熱交換器７は、蒸発器として機能する。第２熱交換器７は、冷媒と外気である空気とを熱交換させる空気熱交換器である。
【００２１】
熱源機４は、第２熱交換器７に送風するファン７０を有する。熱源機４内の冷媒は、たとえば、二酸化炭素又はＨＦＣ冷媒などが用いられる。
【００２２】
なお、熱源機４は、熱媒体２１を加熱する機能を有すればヒートポンプ装置に限られない。熱源機４の第１熱交換器５には、たとえば、燃焼機又は電気ヒータなどが用いられても良い。
【００２３】
＜熱媒体回路２０の構成＞
熱媒体回路２０は、第１熱交換器５、循環ポンプ１０、及び、蓄熱熱交換器１１を有する。熱媒体回路２０は、第１熱交換器５、循環ポンプ１０、及び、蓄熱熱交換器１１が熱媒体配管である蓄熱配管２６又は加熱配管２５で環状に接続されて構成されている。
【００２４】
熱媒体回路２０には、第１熱交換器５、循環ポンプ１０、蓄熱熱交換器１１、加熱回路分岐部１７、及び、流量調整弁３０を接続した蓄熱配管２６及び加熱配管２５が設けられている。蓄熱配管２６は、蓄熱熱交換器１１を配置した蓄熱槽２に接続されている。加熱配管２５は、第１熱交換器５に接続され、加熱回路を構成している。蓄熱配管２６及び加熱配管２５は、熱媒体２１を流通させる熱媒体配管である。
【００２５】
熱媒体回路２０は、加熱回路分岐部１７を有する。加熱回路分岐部１７は、給水配管２２を、蓄熱熱交換器１１が設けられた蓄熱配管２６と、流量調整弁３０が設けられた加熱配管２５と、に分岐させる。
【００２６】
熱媒体回路２０は、流量調整弁３０を有する。流量調整弁３０は、第１熱交換器５に向かう熱媒体配管である加熱配管２５に配置されている。流量調整弁３０は、蓄熱配管２６に流入する熱媒体２１の流量を調節する。
【００２７】
熱媒体回路２０の一端には、水道管から流入する水が供給される給水配管２２が設けられている。熱媒体回路２０の他端には、使用者に利用される温水が提供される給湯配管２３及び給湯配管２４が設けられている。
【００２８】
給水配管２２は、加熱回路分岐部１７を介し、蓄熱熱交換器１１と流量調整弁３０とに分岐して接続されている。給湯配管２３は、混合弁１２に接続されている。給湯配管２４は、混合弁１３に接続されている。混合弁１２及び混合弁１３には、加熱配管２５と給水配管２２とが接続されている。混合弁１２は、給水配管２２、加熱配管２５及び給湯配管２３を流れる熱媒体２１の流量を調整する。混合弁１３は、給水配管２２、加熱配管２５及び給湯配管２４を流れる熱媒体２１の流量を調整する。混合弁１２及び混合弁１３による混合箇所が設けられることにより、給水配管２２と給湯配管２３又は給湯配管２４との間では、第１熱交換器５と蓄熱槽２とが並列に配置されている。
【００２９】
加熱配管２５と蓄熱配管２６とは、環状に接続されている。これにより、熱媒体回路２０は、蓄熱回路として機能する。蓄熱回路には、熱媒体２１を循環させる循環ポンプ１０が設けられている。循環ポンプ１０は、第１熱交換器５を用いて加熱された熱媒体２１を循環させる。循環ポンプ１０は、流量調整弁３０と第１熱交換器５との間の加熱配管２５に設けられている。
【００３０】
＜蓄熱槽２＞
蓄熱槽２は、蓄熱材３と、熱媒体２１が流通する蓄熱熱交換器１１と、を有する。蓄熱槽２内では、蓄熱熱交換器１１が熱媒体２１と蓄熱材３とを熱交換させる。言い換えると、蓄熱熱交換器１１は、蓄熱槽２内にて熱媒体回路２０を循環する熱媒体２１から蓄熱材３に蓄熱する。
【００３１】
蓄熱熱交換器１１は、熱媒体２１を流通させる伝熱管１４を有する。伝熱管１４は、蓄熱槽２から熱媒体２１に熱が移動する放熱時と、熱媒体２１から蓄熱槽２に熱が移動する蓄熱時と、で同じ管を用いている。
【００３２】
蓄熱槽２は、自身の保有する熱量により、熱媒体２１を加熱できる。この状態は、放熱状態である。
【００３３】
蓄熱槽２は、加熱された熱媒体２１から熱を蓄熱槽２自身に蓄熱できる。この状態は、蓄熱状態である。
【００３４】
蓄熱槽２は、上部に蓄熱熱交換器１１の伝熱管１４と蓄熱配管２６とを接続する蓄熱熱交換器上部口１５を有する。蓄熱熱交換器上部口１５は、蓄熱槽２の鉛直方向上部に設けられている。
【００３５】
蓄熱槽２は、下部に蓄熱熱交換器１１の伝熱管１４と蓄熱配管２６とを接続する蓄熱熱交換器下部口１６を有する。蓄熱熱交換器下部口１６は、蓄熱槽２の鉛直方向下部に設けられている。
【００３６】
伝熱管１４は、蓄熱熱交換器下部口１６と蓄熱熱交換器上部口１５とを繋いでいる。伝熱管１４内には、放熱時に蓄熱熱交換器下部口１６から熱媒体２１が供給される。伝熱管１４内には、蓄熱時に蓄熱熱交換器上部口１５から熱媒体２１が供給される。伝熱管１４内では、放熱時と蓄熱時とで熱媒体２１が蓄熱槽２内を流れる方向が逆になる。
【００３７】
蓄熱槽２は、蓄熱材３を有する。蓄熱材３は、たとえば、酢酸ナトリウム３水和物、硫酸ナトリウム、パラフィン、エリスリトール、マンニトール又は水などを用いる。つまり、蓄熱材３は、固液の相変化時の潜熱を用いる潜熱蓄熱材を備えても良い。または、蓄熱材３は、液体の顕熱を用いる顕熱蓄熱材を備えても良い。
【００３８】
＜第１温度センサ５０及び第２温度センサ５１＞
第１温度センサ５０及び第２温度センサ５１は、蓄熱熱交換器１１から流出する配管内部の熱媒体２１の温度を検出する温度検出部である。
【００３９】
第１温度センサ５０は、蓄熱熱交換器上部口１５に接続する蓄熱配管２６に設けられている。第１温度センサ５０は、蓄熱運転時に蓄熱槽２に流入する熱媒体２１の蓄熱時入口温度を測定する。第１温度センサ５０は、放熱運転時に蓄熱槽２から流出する熱媒体２１の放熱時出口温度を測定する。
【００４０】
第２温度センサ５１は、蓄熱熱交換器下部口１６に接続する蓄熱配管２６に設けられている。第２温度センサ５１は、蓄熱運転時に蓄熱槽２から流出する熱媒体２１の蓄熱時出口温度を測定する。第２温度センサ５１は、放熱運転時に蓄熱槽２に流入する熱媒体２１の放熱時入口温度を測定する。
【００４１】
＜その他のセンサ＞
図示しない流量検出手段は、配管内を流通する熱媒体２１の流量を検出する。蓄熱槽２に蓄えられている熱をより正確に把握するために蓄熱回路に流量検出手段を有することにより、第１温度センサ５０の温度検出値と、第２温度センサ５１の温度検出値と、流量検出手段の流量検出値と、により蓄熱槽２の出力を算出し、制御部４０が持つ蓄熱槽２の出力から蓄熱量を求める換算式を用いて蓄熱量が精度良く予測できる。
【００４２】
第３温度センサ５３、第４温度センサ５４及び第５温度センサ５５は、それぞれの設置箇所にて配管内を流通する熱媒体２１の温度を測定する。給湯量検出部５６は、給湯配管２３内を流通する熱媒体２１の流量を検出する。
【００４３】
＜制御部４０＞
図２は、実施の形態１に係る制御部４０を示すブロック図である。制御部４０は、蓄熱装置１００の運転制御を担う。図２に示すように、制御部４０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ及びＲＡＭなどのメモリ並びにＩ／Ｏポートなどの入出力装置を備えたマイコンを有した処理回路である。
【００４４】
制御部４０は、第１温度センサ５０、第２温度センサ５１及び流量検出手段によって検出された温度又は流量に基づいて、第１熱交換器５の能力、第１熱交換器５による熱媒体２１の加熱温度及び循環ポンプ１０による熱媒体２１の流量の制御を行う。
【００４５】
＜蓄熱装置１００の動作＞
蓄熱装置１００は、熱媒体２１を加熱する複数の放熱運転を実行できる。複数の放熱運転には、蓄熱槽２によって熱媒体２１を加熱する第１加熱運転と、第１熱交換器５及び蓄熱槽２の双方を用いて水を加熱するアシスト加熱運転と、が含まれる。蓄熱装置１００は、第１熱交換器５で熱媒体２１を加熱して加熱された熱媒体２１によって蓄熱槽２に蓄熱する蓄熱運転を実行できる。なお、蓄熱熱交換器１１の伝熱管１４内では、複数の放熱時と蓄熱時とで熱媒体２１が蓄熱槽２内を流れる方向が逆になる。
【００４６】
＜蓄熱運転の動作＞
蓄熱運転では、制御部４０は、循環ポンプ１０及び流量調整弁３０を、熱媒体２１が循環ポンプ１０、第１熱交換器５、蓄熱槽２の順に循環するように制御する。これにより、熱媒体２１は、加熱配管２５と蓄熱配管２６とが環状に接続された蓄熱回路を循環する。
【００４７】
蓄熱運転では、制御部４０は、圧縮機８、膨張弁６及びファン７０を制御して、第１熱交換器５に高温高圧状態の冷媒を供給する。
【００４８】
まず、給水配管２２から流入した熱媒体２１は、循環ポンプ１０によって第１熱交換器５に送られる。第１熱交換器５では、熱媒体２１が高温高圧状態の冷媒と熱交換し、所定の加熱温度まで加熱される。第１熱交換器５で加熱された高温状態の熱媒体２１は、加熱配管２５を流れ、蓄熱熱交換器上部口１５から蓄熱熱交換器１１に流入する。蓄熱熱交換器１１の伝熱管１４内を流れる熱媒体２１は、蓄熱槽２内にて蓄熱材３と熱交換する。これにより、蓄熱材３に蓄熱が行われる。
【００４９】
蓄熱槽２内を流れる間に蓄熱材３に放熱して温度が低下した熱媒体２１は、蓄熱熱交換器下部口１６から蓄熱配管２６に流入する。蓄熱配管２６に流入した熱媒体２１は、加熱回路分岐部１７及び流量調整弁３０を介して熱源機４に流入し、第１熱交換器５にて再度加熱される。
【００５０】
以上のような動作が繰り返され、熱媒体２１が蓄熱回路を循環する。これにより、蓄熱槽２への蓄熱が行われる。蓄熱するにつれて蓄熱材３の温度が上昇し、熱媒体２１との温度差が小さくなる。制御部４０は、第２温度センサ５１によって熱媒体２１の温度を検出し、蓄熱槽２から流出する熱媒体２１が所定の温度になるように循環ポンプ１０の回転速度と、圧縮機８の回転速度と、膨張弁６の開度と、を調節する。制御部４０は、第２温度センサ５１によって所定の温度が検出されると熱源機４及び循環ポンプ１０の運転を停止する。
【００５１】
＜アシスト加熱運転の動作＞
アシスト加熱運転では、制御部４０は、熱媒体２１の流れを流量調整弁３０によって調節する。これにより、アシスト加熱運転は、熱源機４と蓄熱槽２との双方を用いて熱媒体２１を加熱する。
【００５２】
制御部４０は、第１温度センサ５０によって蓄熱熱交換器１１からの放熱時の熱媒体２１の温度を検出する。制御部４０は、第１温度センサ５０によって検出された熱媒体２１の温度が低下したと判断した場合に、流量調整弁３０によって熱媒体２１の一部を第１熱交換器５に流通させて第１熱交換器５で加熱する。第１熱交換器５で加熱した熱媒体２１の一部は、蓄熱熱交換器１１から流出した熱媒体２１と混合される。これにより、制御部４０は、混合後の熱媒体２１を所定の温度に制御する。アシスト加熱運転は、制御部４０が第１温度センサ５０によって検出された熱媒体２１の温度が低下したと判断した後の加熱運転である。
【００５３】
具体的には、給水配管２２から流入する熱媒体２１は、流量調整弁３０によって、加熱回路分岐部１７にて、熱源機４に流れる分と、蓄熱槽２を流れる分と、に分流される。このとき、熱源機４に流れる熱媒体２１の量は、制御部４０により、流量調整弁３０の開度を調節して調整される。熱源機４を流れる熱媒体２１は、第１熱交換器５で加熱される。
【００５４】
一方、蓄熱槽２を流れる熱媒体２１は、蓄熱熱交換器１１で加熱される。すなわち、蓄熱配管２６に流入した熱媒体２１は、蓄熱熱交換器下部口１６から蓄熱熱交換器１１に流入する。蓄熱熱交換器１１に流入した熱媒体２１は、蓄熱材３から熱を得て加熱される。加熱された熱媒体２１は、蓄熱熱交換器上部口１５から蓄熱配管２６に流入する。
【００５５】
熱源機４で加熱された熱媒体２１と、蓄熱槽２で加熱された熱媒体２１と、は、熱媒体合流部３３にて合流し、混合弁１２にて低温状態の熱媒体２１と所定の温度になるように混合され、給湯配管２３に流入する。あるいは、合流した熱媒体２１は、混合弁１３にて低温状態の熱媒体２１と所定の温度になるように混合され、給湯配管２４に流入する。
【００５６】
このとき、制御部４０は、熱源機４と蓄熱槽２とを流れる熱媒体２１のそれぞれの流量を流量調整弁３０によって調節する。すなわち、制御部４０は、蓄熱槽２内の計算される残存蓄熱量と、第１温度センサ５０により検出された熱媒体２１の温度と、第４温度センサ５４により検出された熱媒体２１の温度と、に基づいて流量調整弁３０を調節する。
【００５７】
たとえば、第１温度センサ５０により検出された熱媒体２１の温度が要求熱媒体温度に対して高いときは、熱源機４に流入する熱媒体２１の流量が小さくされ、熱源機４の出力が低減される。これにより、過度な加熱運転によるエネルギー効率の低下が避けられる。
【００５８】
また、第１温度センサ５０により検出された熱媒体２１の温度と、要求熱媒体温度と、の差が小さいときは、熱源機４に流入する熱媒体２１の流量が大きくされ、熱源機４の出力が大きくなる。これにより、蓄熱装置１００の熱不足が防止される。
【００５９】
このようなアシスト加熱運転では、給水配管２２によって圧送される熱媒体２１に対して制御部４０が流量調整弁３０の開度を調節するのみである。このため、アシスト加熱運転では、循環ポンプ１０が停止された状態で熱媒体２１が熱源機４に搬送でき、エネルギー効率が良い。
【００６０】
＜第１加熱運転時の動作＞
第１加熱運転では、熱媒体２１が給水配管２２からバイパス分岐部１８に流入する。バイパス分岐部１８に流入した熱媒体２１は、バイパス配管２７に流入する熱媒体２１と、蓄熱配管２６に流入する熱媒体２１と、に分岐される。
【００６１】
蓄熱配管２６に流入した熱媒体２１は、蓄熱熱交換器下部口１６から蓄熱熱交換器１１に流入する。蓄熱熱交換器１１に流入した熱媒体２１は、蓄熱材３から熱を得て加熱される。加熱された熱媒体２１は、蓄熱熱交換器上部口１５から蓄熱配管２６に流入する。蓄熱配管２６に流入した熱媒体２１は、混合弁１２又は混合弁１３にて、バイパス配管２７を流れてきた低温の熱媒体２１と合流し、所定の温度に調節されて、給湯配管２３又は給湯配管２４に流入する。
【００６２】
＜運転切替時の動作＞
＜第１加熱運転からアシスト加熱運転への切替時の動作＞
第１加熱運転では、蓄熱槽２に蓄えられていた熱が減少するにつれて、蓄熱熱交換器上部口１５から流出する熱媒体２１の温度が低下する。制御部４０は、第１温度センサ５０によって検出する熱媒体２１の検出温度が低下したときに、熱源機４の運転を開始し、流量調整弁３０の開度を調節し、アシスト加熱運転を開始する。
【００６３】
このとき、制御部４０は、流量調整弁３０の開度を調節して第１熱交換器５を流れる熱媒体２１の流量を調節する。制御部４０は、第４温度センサ５４によって検出する熱媒体２１の温度が所望の温度になるように流量調整弁３０の開度を調節する。
【００６４】
すなわち、第１加熱運転では、制御部４０は、第１温度センサ５０によって蓄熱熱交換器１１からの放熱時の熱媒体２１の温度を検出する。第１加熱運転時において、制御部４０は、第１温度センサ５０によって検出された熱媒体２１の温度が低下したと判断した場合に、流量調整弁３０によって熱媒体２１の一部を第１熱交換器５に流通させて第１熱交換器５で加熱する。このとき、第１加熱運転からアシスト加熱運転への切替が実施されている。アシスト加熱運転では、第１熱交換器５で加熱した熱媒体２１の一部は、蓄熱熱交換器１１から流出した熱媒体２１と混合される。これにより、アシスト加熱運転において、制御部４０は、混合後の熱媒体２１を所定の温度に制御する。
【００６５】
＜蓄熱運転への切替時の動作＞
制御部４０は、給湯量検出部５６によって熱媒体２１の流量変化を検出し、検出した熱媒体２１の流量変化によって熱媒体２１の蓄熱装置１００からの流出の停止を判別した場合に、循環ポンプ１０の運転を開始し、蓄熱運転を開始する。
【００６６】
＜蓄熱運転からアシスト運転への切替時の動作＞
制御部４０は、給湯量検出部５６によって熱媒体２１の流量変化を検出し、検出した熱媒体２１の流量変化によって熱媒体２１の蓄熱装置１００からの流出の再開を判別した場合に、循環ポンプ１０の運転を停止し、アシスト運転を再開する。
【００６７】
以上のように、蓄熱運転時とアシスト加熱運転時及び第１加熱運転時とでは、蓄熱熱交換器１１の伝熱管１４内を流れる熱媒体２１の流れの向きが逆になる。
【００６８】
そこで、熱媒体２１から蓄熱材３に熱が移動する蓄熱時は、鉛直上方に位置する蓄熱熱交換器上部口１５から蓄熱熱交換器１１内に熱媒体２１が高い温度で流入し、下方に向かうに従って蓄熱熱交換器１１の伝熱面を介して蓄熱材３に熱を与えて、温度が低下してから蓄熱熱交換器下部口１６から流出する。これにより、蓄熱材３の上部は温度が高く、下に向かうに従って温度が低くなる温度成層が形成される。
【００６９】
その結果、熱源機４にヒートポンプ装置を用いる場合に、ヒートポンプ装置に向かう熱媒体２１の温度をより低くでき、ヒートポンプ装置の加熱効率が向上できる。
【００７０】
一方、蓄熱材３から熱媒体２１に熱が移動する放熱時は、鉛直下方に位置する蓄熱熱交換器下部口１６から蓄熱熱交換器１１内に熱媒体２１が流入し、上方に向かうに従って蓄熱熱交換器１１の伝熱面を介して蓄熱材３から熱を得て、温度が上昇してから熱媒体２１が蓄熱熱交換器上部口１５から流出する。これにより、蓄熱材３の上部は温度が高く、下に向かうに従って温度が低くなる温度成層が形成される。
【００７１】
その結果、所望の温度以上に熱媒体２１を加熱したい場合に、蓄熱熱交換器下部口１６近傍の蓄熱材３の温度が所望の温度以下となっても蓄熱熱交換器上部口１５近傍の蓄熱材３の温度が高ければ熱媒体２１の温度を所望の温度以上に加熱できる。このように、蓄熱槽２からより多くの熱量が熱媒体２１に所望の温度以上で取出せ、蓄熱装置１００が小型化できる。
【００７２】
以上より、蓄熱槽２内部の蓄熱材３には、蓄熱時も放熱時も、常に鉛直下方から鉛直上方に行くにしたがって温度が高くなるという温度成層が形成される。これにより、蓄熱運転時には、蓄熱熱交換器下部口１６から流出する熱媒体２１の温度が低下させられ、第１熱交換器５に流入する熱媒体２１の温度が低下させられる。したがって、第１熱交換器５にて冷媒と熱媒体２１との熱交換効率が向上し、エネルギー効率の優れた蓄熱装置１００が実現できる。
【００７３】
放熱運転時には、蓄熱熱交換器上部口１５から流出する熱媒体２１の温度が上昇させられ、蓄熱材３が持つ熱量がより多く使用でき、蓄熱槽２及び蓄熱装置１００が小型化できる。
【００７４】
＜その他の運転の動作＞
給湯配管２４は、浴槽に接続されている。浴槽のお湯は、浴槽ポンプ２９によって浴槽熱交換器３１に流入可能である。浴槽熱交換器３１は、加熱配管２５から熱媒体合流部３３を介して浴槽加熱配管２８に分岐された熱媒体２１とお湯とを熱交換する。これにより、浴槽のお湯は、足し湯又は再加熱を実施できる。
【００７５】
＜蓄熱槽２の詳細構成＞
図１に示すように、蓄熱熱交換器上部口１５と蓄熱熱交換器下部口１６との間では、熱媒体２１が伝熱管１４内を流れる高さが段階的に変化する。つまり、蓄熱熱交換器１１内を流れる熱媒体２１の高さが、蓄熱熱交換器上部口１５から蓄熱熱交換器下部口１６に向けて段階的に変化する構成になる。
【００７６】
これにより、蓄熱材３の蓄熱槽２内部での対流が抑制でき、蓄熱槽２内に形成される温度成層が維持できる。蓄熱材３として、固液の相変化時の潜熱を用いる潜熱蓄熱材あるいは液体の顕熱を用いる顕熱蓄熱材を用いる場合に、この対流を抑制する効果が大きい。
【００７７】
図３は、実施の形態１に係る蓄熱槽２を側面から見た縦断面にて示す説明図である。図４は、実施の形態１に係る蓄熱槽２を図３とは異なる側面である正面から見た縦断面にて示す説明図である。
【００７８】
図３及び図４に示すように、蓄熱槽２内には、伝熱管１４とフィン６９とを有する蓄熱熱交換器１１が配置されている。たとえば、蓄熱槽２は、チューブフィン式熱交換器である蓄熱熱交換器１１を蓄熱材３の中に浸漬させた構成である。
【００７９】
図４に示すように、蓄熱熱交換器上部口１５は、上部分岐部６７に接続されている。上部分岐部６７は、熱媒体２１の流路を水平方向に分岐させて蓄熱熱交換器１１内の複数の伝熱管１４に接続されている。ここでは、伝熱管１４は、４つである。
【００８０】
図３に示すように、伝熱管１４は、水平方向に延伸した直管部６３を１以上有する。ここでは、１つの伝熱管１４は、６つの直管部６３を有する。伝熱管１４における直管部６３は、同じ向きに揃えられている。伝熱管１４における直管部６３は、第１端部６３ａのそれぞれを直管部６３の延伸方向とは直交した第１仮想鉛直平面６４上に点在させるように揃えて位置させている。伝熱管１４における直管部６３は、第２端部６３ｂのそれぞれを直管部６３の延伸方向とは直交した第２仮想鉛直平面６５上に点在させるように揃えて位置させている。伝熱管１４における直管部６３は、上下方向に順に階層を形成している。
【００８１】
伝熱管１４は、上下方向に１階層ずれた相互の直管部６３を繋ぐ第１Ｕ字部６１及び第２Ｕ字部６２を有する。第１Ｕ字部６１は、第１仮想鉛直平面６４上に点在するように揃えた第１端部６３ａ同士を繋ぐ。第２Ｕ字部６２は、第２仮想鉛直平面６５上に点在するように揃えた第２端部６３ｂ同士を繋ぐ。
【００８２】
図４に示すように、第１Ｕ字部６１及び第２Ｕ字部６２は、上側の直管部６３と下側の直管部６３とを斜め下方向に１階層ずつ順に繋いでいる。図４では、第１Ｕ字部６１が実線で示され、第２Ｕ字部６２が破線で示される。第１Ｕ字部６１及び第２Ｕ字部６２は、上側の直管部６３と下側の直管部６３とを斜め下方向に１階層ずつ繋ぐ水平方向の向きが逆である。
【００８３】
伝熱管１４における直管部６３は、１階層において水平方向に複数配置されている。ここでは、４つの伝熱管１４におけるそれぞれの水平方向に並ぶ４つの直管部６３は、１階層において１平面上に配置されている。４つの伝熱管１４の複数の階層においても、４つの伝熱管１４におけるそれぞれの水平方向に並ぶ４つの直管部６３は、各階層においてそれぞれの１平面上に配置されている。
【００８４】
蓄熱熱交換器下部口１６は、下部分岐部６８に接続されている。下部分岐部６８は、熱媒体２１の流路を蓄熱熱交換器１１内の複数の伝熱管１４から水平方向に延伸した１つの配管に合流させている。
【００８５】
＜蓄熱槽２の詳細動作＞
図３及び図４に示すように、蓄熱配管２６から蓄熱熱交換器上部口１５を経て蓄熱槽２に流入する熱媒体２１は、上部分岐部６７で各伝熱管１４に分岐される。
【００８６】
その後、蓄熱槽２内の伝熱管１４の直管部６３では、熱媒体２１が水平方向に流れる。蓄熱槽２内の上部分岐部６７とは反対側の面近傍では、熱媒体２１が第２Ｕ字部６２にて斜め下方向に流れる。
【００８７】
再度、直管部６３では、熱媒体２１が水平方向に流れる。蓄熱槽２内の上部分岐部６７側の面近傍では、熱媒体２１が第１Ｕ字部６１にて斜め下方向に流れる。
【００８８】
以上のように熱媒体２１が蓄熱槽２内の直管部６３を複数回往復する間に、熱媒体２１から蓄熱材３へと熱が移動し、蓄熱が行われる。
【００８９】
蓄熱槽２内の下部まで伝熱管１４を流れた熱媒体２１は、下部分岐部６８にて合流し、蓄熱熱交換器下部口１６から蓄熱配管２６へと流出する。
【００９０】
このように水平方向に複数に分岐し、その後下方向に１階層ずつ順に流れることにより、熱媒体２１が上方向に戻る流れがなくなる。このため、熱媒体２１の温度は、高さ方向に段階的に変化し、蓄熱材３の対流が抑制でき、蓄熱材３に形成される温度成層の破壊が無い。その結果、蓄熱材３が持つ熱量の大部分が利用でき、蓄熱槽２及び蓄熱装置１００が小型化できる。
【００９１】
＜隣り合う伝熱管１４の相互距離＞
図５は、実施の形態１に係る複数の伝熱管１４の相互距離を示す説明図である。図４に示すように、伝熱管１４における隣り合う２つの直管部６３の間は、最大値と最小値の差を５０％以下の相互距離に保持されている。伝熱管１４における１階層異なる直管部６３は、水平方向にずれて配置されている。伝熱管１４における１階層ごとに水平方向にずれた直管部６３は、上面視にて１階層異なった隣り合う２つの直管部６３の中間に交互に配置されている。１階層異なった斜めに隣り合う２つの直管部６３の間も、最大値と最小値の差を５０％以下の相互距離に保持されている。
【００９２】
図４では、正面から見たフィン６９の形状が示されている。蓄熱槽２は、蓄熱材３と熱媒体２１との熱交換量を大きくするために、直管部６３をフィン６９に通したチューブフィン型熱交換器を直方体の蓄熱材容器に浸漬した構成である。直管部６３は、フィン６９の板面方向において互いの距離が略均等になるように配置されている。具体的には、直管部６３を通す配管用孔７３同士の相互距離Ｌは、最大値と最小値の差を５０％以下の距離に設定されている。これにより、蓄熱材３の持つ熱量の大部分が利用できる。したがって、蓄熱材３と熱媒体２１との熱交換量が大きくでき、蓄熱槽２及び蓄熱装置１００が小型化できる。
【００９３】
＜変形例１＞
図６は、実施の形態１の変形例１に係る蓄熱槽２を上面から見た横断面にて示す説明図である。図７は、実施の形態１の変形例１に係る蓄熱槽２を図３とは異なる側面である正面の縦断面にて示す説明図である。
【００９４】
図６及び図７に示すように、伝熱管１４における直管部６３は、１階層において複数配置されている。ここでは、上部分岐部６７及び下部分岐部６８が無く、１つの伝熱管１４が蓄熱槽２内に配置されている。１つの伝熱管１４は、１階層において水平方向に並んで４つの直管部６３を有する。伝熱管１４は、隣り合う２つの直管部６３の間を繋ぐ第３Ｕ字部７２を有する。伝熱管１４は、直管部６３の間を繋ぐ第４Ｕ字部７１を有する。図６に示すように、正面側の実線で示された第３Ｕ字部７２と、背面側の破線で示された第４Ｕ字部７１と、の双方は、同形状である。第３Ｕ字部７２及び第４Ｕ字部７１における斜め下にずれる方向は、水平方向両端部のそれぞれの群で異なっている。
【００９５】
伝熱管１４における１階層ごとに水平方向にずれた直管部６３は、上面視にて１階層異なった隣り合う２つの直管部６３の中間に交互に配置されている。ここでは、１階層下層の直管部６３は、上層の隣り合う２つの直管部６３及び直管部６３の中間に配置されている。
【００９６】
＜実施の形態１の効果＞
実施の形態１によれば、蓄熱装置１００は、熱媒体２１を加熱する第１熱交換器５を有する熱源機４を備える。蓄熱装置１００は、第１熱交換器５、第１熱交換器５を用いて加熱された熱媒体２１を循環させる循環ポンプ１０、及び、蓄熱材３を内蔵した蓄熱槽２内に配置され、循環する熱媒体２１から蓄熱材３に蓄熱する蓄熱熱交換器１１が熱媒体配管である加熱配管２５及び蓄熱配管２６で接続された熱媒体回路２０を備える。蓄熱熱交換器１１は、蓄熱槽２から熱媒体２１に熱が移動する放熱時と、熱媒体２１から蓄熱槽２に熱が移動する蓄熱時と、に熱媒体２１が流れる共通の伝熱管１４を有する。伝熱管１４内では、放熱時と蓄熱時とで熱媒体２１が蓄熱槽２内を流れる方向が逆になる。
【００９７】
この構成によれば、放熱時と蓄熱時とで同じ伝熱面が使用される。このため、蓄熱槽２は、熱交換用の蓄熱槽２内の蓄熱材３と熱媒体２１との２物質を内蔵した構成になる。したがって、蓄熱槽２の大きさが小型化され、設置面積の制約がある箇所でも設置可能な蓄熱装置１００が提供できる。
【００９８】
実施の形態１によれば、伝熱管１４は、蓄熱槽２の鉛直方向下部に設けられた蓄熱熱交換器下部口１６と、蓄熱槽２の鉛直方向上部に備えられた蓄熱熱交換器上部口１５と、を繋いでいる。伝熱管１４内には、放熱時に蓄熱熱交換器下部口１６から熱媒体２１が供給され、蓄熱時に蓄熱熱交換器上部口１５から熱媒体２１が供給される。
【００９９】
この構成によれば、蓄熱材３には、上層ほど高温になる温度成層が形成できる。このため、蓄熱槽２内に蓄熱された熱量の大部分が放熱時に使用できる。また、蓄熱槽２の大部分が蓄熱時に利用できる。したがって、蓄熱槽２の大きさが小型化され、設置面積の制約がある箇所でも設置可能な蓄熱装置１００が提供できる。
【０１００】
実施の形態１によれば、蓄熱熱交換器上部口１５と蓄熱熱交換器下部口１６との間では、熱媒体２１が伝熱管１４内を流れる高さが段階的に変化する。
【０１０１】
この構成によれば、高さを段階的に変化させた伝熱管１４内の熱媒体２１と熱交換した蓄熱材３には、高温の蓄熱材３を下層から上昇させる対流のない安定した温度成層が形成できる。これにより、蓄熱材３に形成された温度成層における蓄熱材３の対流に起因する破壊が防止できる。このため、蓄熱槽２内に蓄熱された熱量の大部分が放熱時に使用できる。また、蓄熱槽２の大部分が蓄熱時に利用できる。したがって、蓄熱槽２の大きさが小型化され、設置面積の制約がある箇所でも設置可能な蓄熱装置１００が提供できる。
【０１０２】
実施の形態１によれば、伝熱管１４は、水平方向に延伸した直管部６３を有する。
【０１０３】
この構成によれば、伝熱管１４における直管部６３が水平方向に延伸され、伝熱管１４内の熱媒体２１の高さが段階的に変化できる。これにより、高さを段階的に変化させた伝熱管１４内の熱媒体２１と熱交換した蓄熱材３には、対流の生じない安定した温度成層が形成できる。
【０１０４】
実施の形態１によれば、伝熱管１４における直管部６３は、同じ向きに揃えられている。
【０１０５】
この構成によれば、伝熱管１４における直管部６３が同じ向きに揃えられ、伝熱管１４内の熱媒体２１の高さが段階的に変化できる。これにより、高さを段階的に変化させた伝熱管１４内の熱媒体２１と熱交換した蓄熱材３には、対流の生じない安定した温度成層が形成できる。
【０１０６】
実施の形態１によれば、伝熱管１４における直管部６３は、両端部のそれぞれを直管部６３の延伸方向とは直交した第１仮想鉛直平面６４又は第２仮想鉛直平面６５上に揃えて位置させている。
【０１０７】
この構成によれば、伝熱管１４における直管部６３の周囲が直方体形状にまとめられ、蓄熱槽２の形状が単純な直方体形状に形成できる。したがって、蓄熱槽２の大きさが小型化され、設置面積の制約がある箇所でも設置可能な蓄熱装置１００が提供できる。
【０１０８】
実施の形態１によれば、伝熱管１４における直管部６３は、上下方向に順に階層を形成している。
【０１０９】
この構成によれば、伝熱管１４における直管部６３が上下方向に順に階層を形成し、伝熱管１４内の熱媒体２１の高さが段階的に変化できる。これにより、高さを段階的に変化させた伝熱管１４内の熱媒体２１と熱交換した蓄熱材３には、対流の生じない安定した温度成層が形成できる。
【０１１０】
実施の形態１によれば、伝熱管１４における直管部６３は、１階層において水平方向に複数配置されている。
【０１１１】
この構成によれば、伝熱管１４における直管部６３が１階層において水平方向に複数配置され、伝熱管１４内の熱媒体２１の高さが段階的に変化できる。これにより、高さを段階的に変化させた伝熱管１４内の熱媒体２１と熱交換した蓄熱材３には、対流の生じない安定した温度成層が形成できる。
【０１１２】
実施の形態１によれば、伝熱管１４における隣り合う直管部６３の間は、最大値と最小値の差を５０％以下の相互距離に保持されている。
【０１１３】
この構成によれば、伝熱管１４における直管部６３が略等間隔に配置され、伝熱管１４内の熱媒体２１が偏りなく略均等に蓄熱材３と熱交換できる。これにより、熱媒体２１と蓄熱材３との熱交換の効率が向上できる。また、伝熱管１４における直管部６３の充填密度が増加し、蓄熱熱交換器１１が小型化できる。
【０１１４】
実施の形態１によれば、伝熱管１４における１階層異なる直管部６３は、水平方向にずれて配置されている。
【０１１５】
この構成によれば、伝熱管１４における直管部６３が略等間隔に配置でき、伝熱管１４内の熱媒体２１が偏りなく略均等に蓄熱材３と熱交換できる。これにより、熱媒体２１と蓄熱材３との熱交換の効率が向上できる。
【０１１６】
実施の形態１によれば、伝熱管１４における１階層ごとに水平方向にずれた直管部６３は、上面視にて１階層異なった隣り合う２つの直管部６３の中間に交互に配置されている。
【０１１７】
この構成によれば、伝熱管１４における直管部６３が複数の階層の相互間でも略等間隔に配置でき、伝熱管１４内の熱媒体２１が偏りなく略均等に蓄熱材３と熱交換できる。これにより、熱媒体２１と蓄熱材３との熱交換の効率が向上できる。
【０１１８】
実施の形態１によれば、蓄熱熱交換器１１は、伝熱管１４とフィン６９とを有する。
【０１１９】
この構成によれば、放熱時と蓄熱時とで伝熱管１４及びフィン６９を用いた同じ伝熱面が使用できる。
【０１２０】
実施の形態１によれば、熱媒体２１は、水である。
【０１２１】
この構成によれば、熱媒体２１が生活に直接利用できる水であり、水と異なる別の熱媒体と水との更なる熱交換が不要になる。
【０１２２】
実施の形態１によれば、熱媒体回路２０は、水を生活に利用する給湯配管２３及び給湯配管２４に繋がっている。
【０１２３】
この構成によれば、水が給湯配管２３及び給湯配管２４から生活に直接利用でき、熱媒体回路２０の構成が簡素化できる。
【０１２４】
実施の形態１によれば、蓄熱材３は、固液の相変化時の潜熱を用いる潜熱蓄熱材を備える。
【０１２５】
この構成によれば、蓄熱材３が対流の生じる潜熱蓄熱材である。しかし、高さを段階的に変化させた伝熱管１４内の熱媒体２１と熱交換した蓄熱材３には、対流の生じない安定した温度成層が形成できる。
【０１２６】
実施の形態１によれば、蓄熱材３は、液体の顕熱を用いる顕熱蓄熱材を備える。
【０１２７】
この構成によれば、蓄熱材３が対流の生じる顕熱蓄熱材である。しかし、高さを段階的に変化させた伝熱管１４内の熱媒体２１と熱交換した蓄熱材３には、対流の生じない安定した温度成層が形成できる。
【０１２８】
実施の形態１によれば、蓄熱装置１００は、蓄熱熱交換器１１から流出する熱媒体２１の温度を検出する第１温度センサ５０を備える。蓄熱装置１００は、第１熱交換器５に向かう熱媒体配管である加熱配管２５に配置された流量調整弁３０を備える。蓄熱装置１００は、第１温度センサ５０によって放熱時の熱媒体２１の温度を検出し、熱媒体２１の温度が低下したと判断した場合に、流量調整弁３０によって熱媒体２１の一部を第１熱交換器５に流通させて第１熱交換器５で加熱し、加熱した熱媒体２１の一部を蓄熱熱交換器１１から流出した熱媒体２１と混合し、混合後の熱媒体２１を所定の温度に制御する制御部４０を備える。
【０１２９】
この構成によれば、蓄熱槽２内の蓄熱量が低下したときに熱媒体２１の一部が第１熱交換器５によって加熱でき、熱媒体２１の温度の低下が生じず、蓄熱装置１００の熱量不足が防止できる。
【０１３０】
実施の形態１によれば、熱源機４は、圧縮機８、第１熱交換器５、膨張弁６、及び、第２熱交換器７が冷媒配管９で環状に接続された冷媒回路を有する。第１熱交換器５は、熱媒体２１と冷媒回路を流れる冷媒との間で熱交換する。
【０１３１】
この構成によれば、熱媒体２１が冷媒回路を有する熱源機４によって加熱できる。
【０１３２】
実施の形態２．
図８は、実施の形態２に係る蓄熱槽２を縦断面にて示す説明図である。実施の形態２では、上記実施の形態と同事項の説明が省略され、その特徴部分のみが説明されている。
【０１３３】
図８に示すように、蓄熱槽２は、１つの筐体８０の内部にて複数に縦に分割されている。各蓄熱槽２内には、蓄熱熱交換器１１がそれぞれ設けられている。各蓄熱槽２同士の間では、熱の移動が無い。複数に分割された蓄熱槽２には、熱媒体配管である蓄熱配管２６が並列に接続されている。なお、蓄熱槽２は、複数に横に分割されても良い。つまり、複数の蓄熱槽２の分割方向は、いずれの方向でも良い。
【０１３４】
この構成によれば、複数の並列に繋がった蓄熱槽２に分流される熱媒体２１の流量が小さくでき、蓄熱材３の上下方向の温度勾配が大きくできる。これにより、蓄熱材３の持つ熱量の大部分が利用でき、蓄熱槽２及び蓄熱装置１００が小型化できる。
【０１３５】
＜実施の形態２の効果＞
実施の形態２によれば、蓄熱槽２は、複数に分割されている。複数に分割された蓄熱槽２には、熱媒体配管である蓄熱配管２６が並列に接続されている。
【０１３６】
この構成によれば、蓄熱配管２６が複数に分割された蓄熱槽２に並列に接続され、熱媒体回路２０を流通していたときよりも複数の蓄熱槽２に流入する熱媒体２１の流速が遅くなる。このため、伝熱管１４内の流速の遅い熱媒体２１が蓄熱材３と時間をかけて熱交換できる。それにより、蓄熱材３に形成された温度成層の温度勾配が大きくできる。このため、蓄熱槽２内に蓄熱された熱量の大部分が放熱時に使用できる。また、蓄熱槽２の大部分が蓄熱時に利用できる。したがって、蓄熱槽２の大きさが小型化され、設置面積の制約がある箇所でも設置可能な蓄熱装置１００が提供できる。
【０１３７】
なお、実施の形態１〜２は、組み合わせられても良いし、他の部分に適用されても良い。
【符号の説明】
【０１３８】
２  蓄熱槽、３  蓄熱材、４  熱源機、５  第１熱交換器、６  膨張弁、７  第２熱交換器、８  圧縮機、９  冷媒配管、１０  循環ポンプ、１１  蓄熱熱交換器、１２  混合弁、１３  混合弁、１４  伝熱管、１５  蓄熱熱交換器上部口、１６  蓄熱熱交換器下部口、１７  加熱回路分岐部、１８  バイパス分岐部、２０  熱媒体回路、２１  熱媒体、２２  給水配管、２３  給湯配管、２４  給湯配管、２５  加熱配管、２６  蓄熱配管、２７  バイパス配管、２８  浴槽加熱配管、２９  浴槽ポンプ、３０  流量調整弁、３１  浴槽熱交換器、３３  熱媒体合流部、４０  制御部、５０  第１温度センサ、５１  第２温度センサ、５３  第３温度センサ、５４  第４温度センサ、５５  第５温度センサ、５６  給湯量検出部、６１  第１Ｕ字部、６２  第２Ｕ字部、６３  直管部、６３ａ  第１端部、６３ｂ  第２端部、６４  第１仮想鉛直平面、６５  第２仮想鉛直平面、６７  上部分岐部、６８  下部分岐部、６９  フィン、７０  ファン、７１  第４Ｕ字部、７２  第３Ｕ字部、７３  配管用孔、８０  筐体、１００  蓄熱装置。
【図１】
2020202487.tif 000003
【図２】
2020202487.tif 000004
【図３】
2020202487.tif 000005
【図４】
2020202487.tif 000006
【図５】
2020202487.tif 000007
【図６】
2020202487.tif 000008
【図７】
2020202487.tif 000009
【図８】
2020202487.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】令和1年7月24日(2019.7.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
本発明に係る蓄熱装置は、熱媒体を加熱する第１熱交換器、前記第１熱交換器によって加熱された前記熱媒体を循環させる循環ポンプ、及び、蓄熱材を内蔵した蓄熱槽内に配置され、循環する前記熱媒体から前記蓄熱材に蓄熱する蓄熱熱交換器が熱媒体配管で接続された熱媒体回路を備え、前記蓄熱熱交換器は、前記蓄熱槽から前記熱媒体に熱が移動する放熱時と、前記熱媒体から前記蓄熱槽に熱が移動する蓄熱時と、に前記熱媒体が流れる共通の伝熱管と、前記蓄熱熱交換器から流出する前記熱媒体の温度を検出する温度検出部と、前記第１熱交換器に向かう前記熱媒体配管に配置された流量調整弁と、前記温度検出部によって前記放熱時の前記熱媒体の温度を検出し、前記熱媒体の温度が低下したと判断した場合に、前記流量調整弁によって前記熱媒体の一部を前記第１熱交換器に流通させて前記第１熱交換器で加熱し、加熱した前記熱媒体の一部を前記蓄熱熱交換器から流出した前記熱媒体と混合し、混合後の前記熱媒体を所定の温度に制御する制御部と、を有し、前記伝熱管内では、前記放熱時と前記蓄熱時とで前記熱媒体が前記蓄熱槽内を流れる方向が逆になるものである。
【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】
熱媒体を加熱する第１熱交換器、前記第１熱交換器によって加熱された前記熱媒体を循環させる循環ポンプ、及び、蓄熱材を内蔵した蓄熱槽内に配置され、循環する前記熱媒体から前記蓄熱材に蓄熱する蓄熱熱交換器が熱媒体配管で接続された熱媒体回路を備え、
前記蓄熱熱交換器は、前記蓄熱槽から前記熱媒体に熱が移動する放熱時と、前記熱媒体から前記蓄熱槽に熱が移動する蓄熱時と、に前記熱媒体が流れる共通の伝熱管と、
前記蓄熱熱交換器から流出する前記熱媒体の温度を検出する温度検出部と、
前記第１熱交換器に向かう前記熱媒体配管に配置された流量調整弁と、
前記温度検出部によって前記放熱時の前記熱媒体の温度を検出し、前記熱媒体の温度が低下したと判断した場合に、前記流量調整弁によって前記熱媒体の一部を前記第１熱交換器に流通させて前記第１熱交換器で加熱し、加熱した前記熱媒体の一部を前記蓄熱熱交換器から流出した前記熱媒体と混合し、混合後の前記熱媒体を所定の温度に制御する制御部と、
を有し、
前記伝熱管内では、前記放熱時と前記蓄熱時とで前記熱媒体が前記蓄熱槽内を流れる方向が逆になる蓄熱装置。
【請求項２】
前記伝熱管は、前記蓄熱槽の鉛直方向下部に設けられた蓄熱熱交換器下部口と、前記蓄熱槽の鉛直方向上部に備えられた蓄熱熱交換器上部口と、を繋ぎ、
前記伝熱管内には、前記放熱時に前記蓄熱熱交換器下部口から前記熱媒体を供給し、前記蓄熱時に前記蓄熱熱交換器上部口から前記熱媒体を供給する請求項１に記載の蓄熱装置。
【請求項３】
前記蓄熱熱交換器上部口と前記蓄熱熱交換器下部口との間では、前記熱媒体が前記伝熱管内を流れる高さが段階的に変化する請求項２に記載の蓄熱装置。
【請求項４】
前記伝熱管は、水平方向に延伸した直管部を有する請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の蓄熱装置。
【請求項５】
前記伝熱管における前記直管部は、同じ向きに揃えられている請求項４に記載の蓄熱装置。
【請求項６】
前記伝熱管における前記直管部は、両端部のそれぞれを前記直管部の延伸方向とは直交した仮想鉛直平面上に揃えて位置させている請求項４又は請求項５に記載の蓄熱装置。
【請求項７】
前記伝熱管における前記直管部は、上下方向に順に階層を形成している請求項４〜請求項６のいずれか１項に記載の蓄熱装置。
【請求項８】
前記伝熱管における１階層異なる前記直管部は、水平方向にずれて配置されている請求項７に記載の蓄熱装置。
【請求項９】
前記伝熱管における１階層ごとに水平方向にずれた前記直管部は、上面視にて１階層異なった隣り合う２つの前記直管部の中間に交互に配置されている請求項８に記載の蓄熱装置。
【請求項１０】
前記伝熱管における前記直管部は、１階層において水平方向に複数配置されている請求項４〜請求項９のいずれか１項に記載の蓄熱装置。
【請求項１１】
前記伝熱管における隣り合う前記直管部の間は、最大値と最小値の差を５０％以下の相互距離に保持されている請求項４〜請求項９のいずれか１項に記載の蓄熱装置。
【請求項１２】
前記蓄熱熱交換器は、前記伝熱管とフィンとを有する請求項１〜請求項１１のいずれか１項に記載の蓄熱装置。
【請求項１３】
前記熱媒体は、水である請求項１〜請求項１２のいずれか１項に記載の蓄熱装置。
【請求項１４】
前記熱媒体回路は、前記水を生活に利用する給湯配管に繋がっている請求項１３に記載の蓄熱装置。
【請求項１５】
前記蓄熱材は、固液の相変化時の潜熱を用いる潜熱蓄熱材を備える請求項１〜請求項１４のいずれか１項に記載の蓄熱装置。
【請求項１６】
前記蓄熱材は、液体の顕熱を用いる顕熱蓄熱材を備える請求項１〜請求項１４のいずれか１項に記載の蓄熱装置。
【請求項１７】
前記蓄熱槽は、複数に分割され、
複数に分割された前記蓄熱槽には、前記熱媒体配管が並列に接続されている請求項１〜請求項１６のいずれか１項に記載の蓄熱装置。
【請求項１８】
圧縮機、前記第１熱交換器、膨張弁、及び、第２熱交換器が冷媒配管で環状に接続された冷媒回路を有し、
前記第１熱交換器は、前記熱媒体と前記冷媒回路を流れる冷媒との間で熱交換する請求項１〜請求項１７のいずれか１項に記載の蓄熱装置。
【手続補正書】
【提出日】令和2年3月27日(2020.3.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
本発明に係る蓄熱装置は、熱媒体を加熱する第１熱交換器、前記第１熱交換器によって加熱された前記熱媒体を循環させる循環ポンプ、及び、蓄熱材を内蔵した蓄熱槽内に配置され、循環する前記熱媒体から前記蓄熱材に蓄熱する蓄熱熱交換器が熱媒体配管で接続された熱媒体回路を備え、前記蓄熱熱交換器は、前記蓄熱槽から前記熱媒体に熱が移動する放熱時と、前記熱媒体から前記蓄熱槽に熱が移動する蓄熱時と、に前記熱媒体が流れる共通の伝熱管と、前記蓄熱熱交換器から流出する前記熱媒体の温度を検出する温度検出部と、前記第１熱交換器に向かう前記熱媒体配管に配置された流量調整弁と、制御部と、を有し、前記制御部は、前記温度検出部によって前記放熱時の前記熱媒体の温度を検出し、前記熱媒体の温度が低下したと判断した場合に、前記流量調整弁によって前記熱媒体の一部を前記第１熱交換器に流通させて前記第１熱交換器で加熱し、加熱した前記熱媒体の一部を前記蓄熱熱交換器から流出した前記熱媒体と混合し、混合後の前記熱媒体を所定の温度に制御し、前記伝熱管内では、前記放熱時と前記蓄熱時とで前記熱媒体が前記蓄熱槽内を流れる方向が逆になるものである。
【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】
熱媒体を加熱する第１熱交換器、前記第１熱交換器によって加熱された前記熱媒体を循環させる循環ポンプ、及び、蓄熱材を内蔵した蓄熱槽内に配置され、循環する前記熱媒体から前記蓄熱材に蓄熱する蓄熱熱交換器が熱媒体配管で接続された熱媒体回路を備え、
前記蓄熱熱交換器は、前記蓄熱槽から前記熱媒体に熱が移動する放熱時と、前記熱媒体から前記蓄熱槽に熱が移動する蓄熱時と、に前記熱媒体が流れる共通の伝熱管と、
前記蓄熱熱交換器から流出する前記熱媒体の温度を検出する温度検出部と、
前記第１熱交換器に向かう前記熱媒体配管に配置された流量調整弁と、
制御部と、
を有し、
前記制御部は、
前記温度検出部によって前記放熱時の前記熱媒体の温度を検出し、前記熱媒体の温度が低下したと判断した場合に、前記流量調整弁によって前記熱媒体の一部を前記第１熱交換器に流通させて前記第１熱交換器で加熱し、加熱した前記熱媒体の一部を前記蓄熱熱交換器から流出した前記熱媒体と混合し、混合後の前記熱媒体を所定の温度に制御し、
前記伝熱管内では、前記放熱時と前記蓄熱時とで前記熱媒体が前記蓄熱槽内を流れる方向が逆になる蓄熱装置。
【請求項２】
前記伝熱管は、前記蓄熱槽の鉛直方向下部に設けられた蓄熱熱交換器下部口と、前記蓄熱槽の鉛直方向上部に備えられた蓄熱熱交換器上部口と、を繋ぎ、
前記伝熱管内には、前記放熱時に前記蓄熱熱交換器下部口から前記熱媒体を供給し、前記蓄熱時に前記蓄熱熱交換器上部口から前記熱媒体を供給する請求項１に記載の蓄熱装置。
【請求項３】
前記蓄熱熱交換器上部口と前記蓄熱熱交換器下部口との間では、前記熱媒体が前記伝熱管内を流れる高さが段階的に変化する請求項２に記載の蓄熱装置。
【請求項４】
前記伝熱管は、水平方向に延伸した直管部を有する請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の蓄熱装置。
【請求項５】
前記伝熱管における前記直管部は、同じ向きに揃えられている請求項４に記載の蓄熱装置。
【請求項６】
前記伝熱管における前記直管部は、両端部のそれぞれを前記直管部の延伸方向とは直交した仮想鉛直平面上に揃えて位置させている請求項４又は請求項５に記載の蓄熱装置。
【請求項７】
前記伝熱管における前記直管部は、上下方向に順に階層を形成している請求項４〜請求項６のいずれか１項に記載の蓄熱装置。
【請求項８】
前記伝熱管における１階層異なる前記直管部は、水平方向にずれて配置されている請求項７に記載の蓄熱装置。
【請求項９】
前記伝熱管における１階層ごとに水平方向にずれた前記直管部は、上面視にて１階層異なった隣り合う２つの前記直管部の中間に交互に配置されている請求項８に記載の蓄熱装置。
【請求項１０】
前記伝熱管における前記直管部は、１階層において水平方向に複数配置されている請求項４〜請求項９のいずれか１項に記載の蓄熱装置。
【請求項１１】
前記伝熱管における隣り合う前記直管部の間は、最大値と最小値の差を５０％以下の相互距離に保持されている請求項４〜請求項９のいずれか１項に記載の蓄熱装置。
【請求項１２】
前記蓄熱熱交換器は、前記伝熱管とフィンとを有する請求項１〜請求項１１のいずれか１項に記載の蓄熱装置。
【請求項１３】
前記熱媒体は、水である請求項１〜請求項１２のいずれか１項に記載の蓄熱装置。
【請求項１４】
前記熱媒体回路は、前記水を生活に利用する給湯配管に繋がっている請求項１３に記載の蓄熱装置。
【請求項１５】
前記蓄熱材は、固液の相変化時の潜熱を用いる潜熱蓄熱材を備える請求項１〜請求項１４のいずれか１項に記載の蓄熱装置。
【請求項１６】
前記蓄熱材は、液体の顕熱を用いる顕熱蓄熱材を備える請求項１〜請求項１４のいずれか１項に記載の蓄熱装置。
【請求項１７】
前記蓄熱槽は、複数に分割され、
複数に分割された前記蓄熱槽には、前記熱媒体配管が並列に接続されている請求項１〜請求項１６のいずれか１項に記載の蓄熱装置。
【請求項１８】
圧縮機、前記第１熱交換器、膨張弁、及び、第２熱交換器が冷媒配管で環状に接続された冷媒回路を有し、
前記第１熱交換器は、前記熱媒体と前記冷媒回路を流れる冷媒との間で熱交換する請求項１〜請求項１７のいずれか１項に記載の蓄熱装置。
【国際調査報告】
2020202487.tif 000011
2020202487.tif 000012
2020202487.tif 000013
2020202487.tif 000014