JP2004036964A - 蓄熱ユニット、その組立方法、及び蓄熱装置 - Google Patents

蓄熱ユニット、その組立方法、及び蓄熱装置 Download PDF

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瀬戸口 隆之
Mitsuharu Numata
沼田 光春
Masafumi Miyajima
宮島 雅史
Yasunari Okamoto
岡本 康令
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Abstract

【課題】蓄熱ユニットにおいて、万一の破損により蓄熱材が漏洩した場合でも、漏洩した蓄熱材が熱媒体に混入するのを防止する。
【解決手段】密閉容器(41)と管状部材(42)を交互に積層し、蓄熱ユニット(40)を構成する。密閉容器(41)には、潜熱蓄熱用の蓄熱物質が蓄熱材として密封される。一方、管状部材(42)は、蓄熱用の熱媒水が流通する蓄熱用伝熱管(43)と、温熱の取り出し用の水道水が流通する出湯用伝熱管(44)とで構成される。積層された密閉容器(41)と管状部材(42)は、挟持部材(80)の十字フレーム(81)によって挟み込まれる。そして、管状部材(42)を構成する蓄熱用伝熱管(43)や出湯用伝熱管(44)は、密閉容器(41)の外側面に密着する。
【選択図】 図6

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、蓄熱材を利用して蓄熱を行う蓄熱ユニットに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、蓄熱材に熱を蓄える蓄熱装置が知られている。例えば、特開2000−7438号公報には、蓄熱材の融解熱を利用して温熱を蓄える蓄熱装置が開示されている。この蓄熱装置では、蓄熱槽に蓄熱材を貯留すると共に、フィン・アンド・チューブ型の熱交換器を蓄熱槽内に設置している。つまり、蓄熱槽内において、熱交換器を蓄熱材と直接に接触させている。
【0003】
この蓄熱装置において、温熱を蓄える場合には、温水等の熱媒体が熱交換器の伝熱管を流れる。この場合、熱媒体は、蓄熱槽内の蓄熱材に対して放熱する。そして、蓄熱材が熱媒体から吸熱して融解し、熱媒体の温熱が蓄熱材の融解熱として蓄えられる。一方、蓄えられた温熱を取り出す場合には、水道水等の熱媒体が熱交換器の伝熱管を流れる。この場合、蓄熱槽内の蓄熱媒体は、伝熱管内の熱媒体へ放熱して凝固する。そして、熱媒体が蓄熱槽内の蓄熱材から吸熱して暖められ、暖められた熱媒体が利用側へ供給される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、従来の蓄熱装置では、蓄熱槽内において熱交換器が蓄熱材に浸された状態となっている。従って、熱交換器の伝熱管が破損すると、伝熱管内を流れる熱媒体に蓄熱材が混入し、熱媒体の流通経路の全体が蓄熱材によって汚染されるおそれがある。このため、トラブルが発生した際の蓄熱装置の復旧に、多大な時間と費用を要するという問題がある。
【0005】
更に、温熱を取り出す際の熱媒体を水として蓄熱材により暖められた水を給湯に利用する場合には、次のような問題もある。つまり、このような場合、熱交換器の伝熱管は、上水道に接続される。このため、伝熱管が破損してその内部に蓄熱材が流入すると、蓄熱材が上水道へ逆流し、蓄熱材によって上水道が汚染されてしまうおそれがある。また、給湯中に伝熱管が破損した場合には、蓄熱材によって汚染された温水が浴室等へ供給されてしまうおそれもある。
【0006】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、蓄熱を行う蓄熱ユニットにおいて、蓄熱材が熱媒体へ混入するのを確実に防止し、蓄熱ユニットの信頼性を向上させることにある。また、本発明の他の目的は、蓄熱ユニットを組み立てる方法や、蓄熱ユニットを備えた蓄熱装置を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
請求項1の発明は、蓄熱ユニットを対象とするものである。そして、内部に蓄熱材が密封された容器部材(41,51)と、上記容器部材(41,51)の外側面に密着すると共に内部を熱媒体が流れる管状部材(42,52)とを少なくとも1つずつ備え、上記容器部材(41,51)内の蓄熱材と上記管状部材(42,52)内の熱媒体とを熱交換させるものである。
【0008】
請求項2の発明は、請求項1に記載の蓄熱ユニットにおいて、容器部材(41,51)の内部には、蓄熱材よりも熱伝導率の高い材料により構成された伝熱促進部材(90)が収納されるものである。
【0009】
請求項3の発明は、請求項2に記載の蓄熱ユニットにおいて、伝熱促進部材(90)は、容器部材(41,51)の内側面に密着され又は固着されるものである。
【0010】
請求項4の発明は、請求項2又は3に記載の蓄熱ユニットにおいて、伝熱促進部材(90)は、金属製のフィン(91)であるものである。
【0011】
請求項5の発明は、請求項2又は3に記載の蓄熱ユニットにおいて、伝熱促進部材(90)は、炭素繊維(92)で構成されるものである。
【0012】
請求項6の発明は、請求項1に記載の蓄熱ユニットにおいて、管状部材(42,52)は、蓄熱材に対して放熱する第1熱媒体が流通する第1伝熱管(43,53)と、蓄熱材から吸熱する第2熱媒体が流通する第2伝熱管(44,54,55)とを備えるものである。
【0013】
請求項7の発明は、請求項1,2又は6に記載の蓄熱ユニットにおいて、容器部材(41,51)と管状部材(42,52)とは、それぞれ複数ずつ設けられて交互に配列される一方、上記管状部材(42,52)は、両隣の容器部材(41,51)に挟み込まれて該容器部材(41,51)に密着しているものである。
【0014】
請求項8の発明は、請求項7に記載の蓄熱ユニットにおいて、配列された容器部材(41,51)及び管状部材(42,52)をそれらの配列方向の両端から挟み込んで互いに密着させるための挟持部材(80)を備えるものである。
【0015】
請求項9の発明は、請求項8に記載された蓄熱ユニットの組立方法を対象としている。そして、所定の間隔で配置された管状部材(42,52)の間に容器部材(41,51)を挿入して管状部材(42,52)と容器部材(41,51)を交互に配列する第1工程と、上記第1工程で配列された管状部材(42,52)及び容器部材(41,51)を挟持部材(80)で挟み込み、容器部材(41,51)を管状部材(42,52)に押し付けて該管状部材(42,52)を変形させることにより管状部材(42,52)と容器部材(41,51)を互いに密着させる第2工程とを備えるものである。
【0016】
請求項10の発明は、請求項1乃至8の何れか1つに記載の蓄熱ユニット(40,50)を2つ備える蓄熱装置を対象としている。そして、第1蓄熱ユニット(40)の第1容器部材(41)には、潜熱蓄熱用の蓄熱物質が第1蓄熱材として密封されると共に、第2蓄熱ユニット(50)の第2容器部材(51)には、上記第1蓄熱材よりも融点の高い潜熱蓄熱用の蓄熱物質が第2蓄熱材として密封され、第1蓄熱ユニット(40)の第1管状部材(42)と第2蓄熱ユニット(50)の第2管状部材(52)とは、熱媒体が第1管状部材(42)と第2管状部材(52)の何れか一方を通過後に他方へ流入するように接続されるものである。
【0017】
請求項11の発明は、請求項10に記載の蓄熱装置において、蓄熱材に対して放熱する第1熱媒体が第2管状部材(52)を通過してから第1管状部材(42)を通過する一方、蓄熱材から吸熱する第2熱媒体が第1管状部材(42)を通過してから第2管状部材(52)を通過するものである。
【0018】
−作用−
請求項1の発明では、少なくとも1つの容器部材(41,51)と、少なくとも1つの管状部材(42,52)とが蓄熱ユニット(40,50)に設けられる。容器部材(41,51)の内部には、蓄熱材が密封されている。また、容器部材(41,51)の外側面には、管状部材(42,52)が密着させられている。管状部材(42,52)の内部を流通する熱媒体は、容器部材(41,51)に密封された蓄熱材と熱交換を行う。
【0019】
この発明の蓄熱ユニット(40,50)において、蓄熱材と熱媒体は、容器部材(41,51)と管状部材(42,52)の両方によって隔てられている。このため、容器部材(41,51)が破損して蓄熱材が漏洩しても、漏洩した蓄熱材が管状部材(42,52)内の熱媒体に混入することはない。また、管状部材(42,52)が破損しても、蓄熱材は容器部材(41,51)に密封されているため、この蓄熱材が管状部材(42,52)の内部に侵入することはない。
【0020】
請求項2の発明では、容器部材(41,51)の内部に伝熱促進部材(90)が設置される。この伝熱促進部材(90)は、容器部材(41,51)に密封される蓄熱材よりも熱伝導率の高い材料で構成されている。容器部材(41,51)内において、伝熱促進部材(90)は、蓄熱材と直接に接触する。ここで、蓄熱材が吸熱したり放熱する際には、容器部材(41,51)の内側面近傍に位置する蓄熱材と、その内側面から離れた位置の蓄熱材との間で熱移動が生じる。そして、この発明の容器部材(41,51)内では、蓄熱材自体だけでなく、蓄熱材よりも熱伝導率の高い伝熱促進部材(90)をも伝って熱が移動する。
【0021】
請求項3の発明において、伝熱促進部材(90)は、容器部材(41,51)に密着し、又は容器部材(41,51)に固着される。そのため、伝熱促進部材(90)が容器部材(41,51)の内側面から離れている場合に比べ、伝熱促進部材(90)と容器部材(41,51)の間の熱抵抗が小さくなる。
【0022】
請求項4の発明では、金属製のフィン(91)が伝熱促進部材(90)として容器部材(41,51)に収納される。つまり、伝熱促進部材(90)は、蓄熱材よりも熱伝導率の高い金属により構成され、フィン状に形成される。
【0023】
請求項5の発明では、蓄熱材よりも熱伝導率の高い炭素繊維(92)によって伝熱促進部材(90)が構成される。
【0024】
請求項6の発明では、2種類の伝熱管が管状部材(42,52)に設けられる。管状部材(42,52)の第1伝熱管(43,53)では、第1熱媒体が流通する。この第1熱媒体は、容器部材(41,51)内の蓄熱材に対して放熱する。一方、管状部材(42,52)の第2伝熱管(44,54,55)では、第2熱媒体が流通する。この第2熱媒体は、容器部材(41,51)内の蓄熱材から吸熱する。例えば、蓄熱材に温熱を蓄える場合には、第1伝熱管(43,53)へ第1熱媒体が送り込まれ、蓄熱材が第1熱媒体から吸熱する。また、蓄熱材に蓄えられた温熱を取り出す場合には、第2伝熱管(44,54,55)へ第2熱媒体が送り込まれ、蓄熱材が第2熱媒体に対して放熱する。
【0025】
請求項7の発明では、蓄熱ユニット(40,50)に容器部材(41,51)と管状部材(42,52)とが複数ずつ設けられる。また、蓄熱ユニット(40,50)において、容器部材(41,51)と管状部材(42,52)とは交互に配列される。管状部材(42,52)は、その両隣に配置された容器部材(41,51)によって挟み込まれ、容器部材(41,51)に密着させられる。
【0026】
請求項8の発明では、挟持部材(80)が蓄熱ユニット(40,50)に設けられる。この挟持部材(80)は、交互に配列された容器部材(41,51)と管状部材(42,52)を、容器部材(41,51)及び管状部材(42,52)の配列方向の両端から挟み込む。そして、挟持部材(80)は、両隣の容器部材(41,51)によって挟まれた管状部材(42,52)を、容器部材(41,51)と密着した状態に保持する。
【0027】
請求項9の発明では、2つの工程を経て蓄熱ユニット(40,50)が組み立てられる。第1工程では、所定の間隔で配置された管状部材(42,52)の間に容器部材(41,51)が挿入され、管状部材(42,52)と容器部材(41,51)が交互に配列される。次に、第2工程では、交互に配列された管状部材(42,52)と容器部材(41,51)が挟持部材(80)によって挟み込まれる。その際、管状部材(42,52)には両隣の容器部材(41,51)が押し付けられ、管状部材(42,52)が変形して容器部材(41,51)と密着する。
【0028】
請求項10の発明では、蓄熱装置(11)に2つの蓄熱ユニット(40,50)が設けられる。第1蓄熱ユニット(40)に設けられた第1容器部材(41)と、第2蓄熱ユニット(50)に設けられた第2容器部材(51)とには、それぞれ異なる融点の蓄熱物質が蓄熱材として充填される。具体的に、第2容器部材(51)の第2蓄熱材は、その融点が第1容器部材(41)の第1蓄熱材の融点よりも高くなっている。この蓄熱装置(11)において、第1蓄熱ユニット(40)に設けられた第1管状部材(42)へ先に流入した熱媒体は、この第1管状部材(42)を通過してから、第2蓄熱ユニット(50)に設けられた第2管状部材(52)へと流入する。逆に、第2蓄熱ユニット(50)に設けられた第2管状部材(52)へ先に流入した熱媒体は、この第2管状部材(52)を通過してから、第1蓄熱ユニット(40)に設けられた第1管状部材(42)へと流入する。
【0029】
請求項11の発明では、第1熱媒体の流通方向と、第2熱媒体の流通方向とが逆向きになる。第1熱媒体を蓄熱材と熱交換させる場合、この第1熱媒体は、先に第2管状部材(52)へ流入し、第2蓄熱材に対して放熱する。その後、第1熱媒体は、第1管状部材(42)へ流入し、第2蓄熱材よりも融点の低い第1蓄熱材に対して放熱する。つまり、蓄熱媒体へ放熱して次第に温度低下する第1熱媒体は、高融点の第2蓄熱材へ放熱した後に低融点の第1蓄熱材へ放熱する。一方、第2熱媒体を蓄熱材と熱交換させる場合、この第2熱媒体は、先に第1管状部材(42)へ流入し、第1蓄熱材から吸熱する。その後、第2熱媒体は、第2管状部材(52)へ流入し、第1蓄熱材よりも融点の高い第2蓄熱材から吸熱する。つまり、蓄熱媒体から吸熱して次第に温度上昇する第2熱媒体は、低融点の第1蓄熱材から吸熱した後に高融点の第2蓄熱材から吸熱する。
【0030】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。本実施形態は、本発明の蓄熱装置(11)を備える蓄熱給湯システム(10)である。
【0031】
《蓄熱給湯システム》
図1に示すように、本実施形態の蓄熱給湯システム(10)は、熱源機(20)、蓄熱装置(11)、蓄熱用回路(30)、給湯用回路(32)、及び追焚き用回路(38)を備えている。
【0032】
上記熱源機(20)は、蒸気圧縮冷凍サイクルを行うヒートポンプであって、冷媒回路(21)を備えている。この冷媒回路(21)には、圧縮機(22)、主熱交換器(23)、熱回収器(24)、膨張弁(25)、及び室外熱交換器(26)が設けられている。また、冷媒回路(21)には、二酸化炭素(CO)が冷媒として充填されている。
【0033】
主熱交換器(23)には、1次側流路(23a)と2次側流路(23b)とが形成されている。また、熱回収器(24)には、第1流路(24a)と第2流路(24b)とが形成されている。一方、室外熱交換器(26)は、いわゆるクロスフィン型のフィン・アンド・チューブ熱交換器で構成されている。この室外熱交換器(26)は、冷媒回路(21)の冷媒を室外空気と熱交換させる。
【0034】
上記冷媒回路(21)において、圧縮機(22)は、その吸入側が熱回収器(24)の第2流路(24b)に接続され、その吐出側が主熱交換器(23)の1次側流路(23a)に接続されている。また、この冷媒回路(21)では、冷媒の循環方向において、主熱交換器(23)の1次側流路(23a)と、熱回収器(24)の第1流路(24a)と、膨張弁(25)と、室外熱交換器(26)と、熱回収器(24)の第2流路(24b)とが順に配置されている。
【0035】
上記蓄熱装置(11)は、第1蓄熱ユニット(40)及び第2蓄熱ユニット(50)を備えている。これら第1蓄熱ユニット(40)及び第2蓄熱ユニット(50)は、図示しないが、1つのケーシングに収納されている。第1蓄熱ユニット(40)には、蓄熱用伝熱管(43)と出湯用伝熱管(44)とが設けられている。一方、第2蓄熱ユニット(50)には、蓄熱用伝熱管(53)と出湯用伝熱管(54)と追焚き用伝熱管(55)とが設けられている。尚、蓄熱装置(11)の詳細については後述する。
【0036】
上記蓄熱用回路(30)は、主熱交換器(23)の2次側流路(23b)と各蓄熱ユニット(40,50)の蓄熱用伝熱管(43,53)とを接続して構成された閉回路である。この蓄熱用回路(30)では、熱媒水が第1熱媒体として循環する。また、蓄熱用回路(30)には、蓄熱用ポンプ(31)が設けられている。そして、蓄熱用回路(30)では、熱媒水の循環方向において、主熱交換器(23)の2次側流路(23b)と、第2蓄熱ユニット(50)の蓄熱用伝熱管(53)と、第1蓄熱ユニット(40)の蓄熱用伝熱管(43)と、蓄熱用ポンプ(31)とが順に配置されている。
【0037】
上記給湯用回路(32)は、その始端が上水道に接続され、終端が給水栓(33)に接続されている。また、給湯用回路(32)には、各蓄熱ユニット(40,50)の出湯用伝熱管(44,54)が接続されている。この給湯用回路(32)において、第1蓄熱ユニット(40)の出湯用伝熱管(44)は、第2蓄熱ユニット(50)の出湯用伝熱管(54)の上流に配置されている。そして、この給湯用回路(32)では、水道水が第2熱媒体として流通する。
【0038】
給湯用回路(32)には、バイパス管(34)が設けられている。このバイパス管(34)は、その一端が第1蓄熱ユニット(40)の出湯用伝熱管(44)の上流に接続され、その他端が第2蓄熱ユニット(50)の出湯用伝熱管(54)の下流に混合弁(35)を介して接続されている。この混合弁(35)を操作すると、第2蓄熱ユニット(50)からの温水とバイパス管(34)からの水道水との混合割合が変化する。
【0039】
また、給湯用回路(32)には、風呂注湯管(36)が接続されている。風呂注湯管(36)は、その始端が給湯用回路(32)における混合弁(35)と給水栓(33)の間に接続され、その終端が上記追焚き用回路(38)を介して浴槽(15)に接続されている。この風呂注湯管(36)には、風呂注湯弁(37)が設けられている。
【0040】
上記追焚き用回路(38)は、その両端が浴槽(15)に接続されている。また、この追焚き用回路(38)には、第2蓄熱ユニット(50)の追焚き用伝熱管(55)と追焚き用ポンプ(39)とが設けられている。そして、この追焚き用回路(38)では、浴槽(15)から送り出された温水が第2熱媒体として流通する。
【0041】
《蓄熱装置》
上記蓄熱装置(11)について、図2〜図8を適宜参照しながら詳細に説明する。
【0042】
図2に示すように、上記蓄熱装置(11)では、第2蓄熱ユニット(50)が第1蓄熱ユニット(40)の上方に配置されている。第1蓄熱ユニット(40)と第2蓄熱ユニット(50)とは、それぞれが密閉容器(41,51)と管状部材(42,52)とを8つずつ備えている。そして、各蓄熱ユニット(40,50)では、密閉容器(41,51)と管状部材(42,52)とが交互に積み重ねられている。また、各密閉容器(41,51)は、それぞれが直方体状に形成されている。この密閉容器(41,51)の詳細は後述する。
【0043】
第1蓄熱ユニット(40)では、第1密閉容器(41)と第1管状部材(42)とが上下方向に交互に配列されている。図3に示すように、第1管状部材(42)は、それぞれが2本の出湯用伝熱管(44)と1本の蓄熱用伝熱管(43)とによって構成されている。
【0044】
出湯用伝熱管(44)は、ヘアピン状あるいはU字状に形成された銅管である。2本の出湯用伝熱管(44)は、一方が同図における第1密閉容器(41)の上方の長辺に沿って配置され、他方が同図における第1密閉容器(41)の下方の長辺に沿って配置されている。
そして、出湯用伝熱管(44)は、第2熱媒体としての水道水が流れる第2伝熱管を構成している。一方、蓄熱用伝熱管(43)は、コ字状あるいはU字状に形成された銅管である。この蓄熱用伝熱管(43)は、同図における2本の出湯用伝熱管(44)の間に配置されている。そして、蓄熱用伝熱管(43)は、第1熱媒体としての熱媒水が流れる第1伝熱管を構成している。
【0045】
第2蓄熱ユニット(50)では、第2密閉容器(51)と第2管状部材(52)とが上下方向に交互に配列されている。図4に示すように、第2管状部材(52)は、それぞれが2本の出湯用伝熱管(54)と1本の蓄熱用伝熱管(53)と1本の追焚き用伝熱管(55)とによって構成されている。
【0046】
このうち、出湯用伝熱管(54)と蓄熱用伝熱管(53)は、上記第1蓄熱ユニット(40)のものと同様に形成され、これと同様に配置されている。そして、第1蓄熱ユニット(40)のものと同様に、出湯用伝熱管(54)が第2伝熱管を構成し、蓄熱用伝熱管(53)が第1伝熱管を構成している。一方、追焚き用伝熱管(55)は、ヘアピン状あるいはU字状に形成された銅管である。この追焚き用伝熱管(55)は、同図における第2密閉容器(51)の上下方向の中心線に沿って、蓄熱用伝熱管(53)の内側に配置されている。そして、追焚き用伝熱管(55)は、浴槽(15)からの温水が第2熱媒体として流れる第2伝熱管を構成している。
【0047】
図5に示すように、上記蓄熱装置(11)において、蓄熱ユニット(40,50)に設けられた出湯用伝熱管(44,54)や蓄熱用伝熱管(43,53)等は、それぞれ互いに連通されている。
【0048】
先ず、出湯用伝熱管(44,54)について説明する。第1蓄熱ユニット(40)において、同図の左側で上下に並んだ8本の出湯用伝熱管(44)には、それぞれの一端に出湯用入口ヘッダ(60)が接続されている。また、この左側に並んだ8本の出湯用伝熱管(44)には、その他端に第1出湯用連結ヘッダ(61)が接続されている。この第1出湯用連結ヘッダ(61)は、同図の右側で上下に並んだ8本の出湯用伝熱管(44)の一端にも接続されている。この右側に並んだ8本の出湯用伝熱管(44)には、その他端に第2出湯用連結ヘッダ(62)が接続されている。
【0049】
一方、第2蓄熱ユニット(50)において、同図の右側で上下に並んだ8本の出湯用伝熱管(54)には、それぞれの一端に第2出湯用連結ヘッダ(62)が接続されている。つまり、第2出湯用連結ヘッダ(62)は、両蓄熱ユニット(40,50)の出湯用伝熱管(44,54)同士を連通させている。この右側に並んだ8本の出湯用伝熱管(54)には、それぞれの他端に第3出湯用連結ヘッダ(63)が接続されている。この第3出湯用連結ヘッダ(63)は、同図の左側で上下に並んだ8本の出湯用伝熱管(54)の一端にも接続されている。また、この左側に並んだ8本の出湯用伝熱管(54)には、その他端に出湯用出口ヘッダ(64)が接続されている。
【0050】
出湯用入口ヘッダ(60)には、上水道から延びる給湯用回路(32)が接続されている。一方、出湯用出口ヘッダ(64)には、給水栓(33)へと延びる給湯用回路(32)が接続されている(図1参照)。
【0051】
次に、蓄熱用伝熱管(43,53)について説明する。第2蓄熱ユニット(50)において、上下に並んだ8本の蓄熱用伝熱管(53)のうち、最上段のものと上から5段目のものの一端には、蓄熱用入口ヘッダ(70)が接続されている。最上段から4段目までの各蓄熱用伝熱管(53)は、熱媒水が順次流れるように接続管(73)を介して互いに接続されている。また、上から4段目の蓄熱用伝熱管(53)は、その出口側に第1連絡管(71)が接続されている。同様に、5段目から最下段までの各蓄熱用伝熱管(53)は、熱媒水が順次流れるように接続管(73)を介して互いに接続されている。また、最下段の蓄熱用伝熱管(53)は、その出口側に第2連絡管(72)が接続されている。
【0052】
一方、第1蓄熱ユニット(40)において、上下に並んだ8本の蓄熱用伝熱管(43)のうち、最上段のものの一端には第1連絡管(71)が接続され、上から5段目のものの一端には第2連絡管(72)が接続されている。つまり、最上段の蓄熱用伝熱管(43)が第2蓄熱ユニット(50)の4段目の蓄熱用伝熱管(53)に接続される一方、5段目の蓄熱用伝熱管(43)が第2蓄熱ユニット(50)の最下段の蓄熱用伝熱管(53)に接続されている。最上段から4段目までの各蓄熱用伝熱管(43)は、熱媒水が順次流れるように接続管(73)を介して互いに接続されている。また、上から4段目の蓄熱用伝熱管(43)は、その出口側に蓄熱用出口ヘッダ(74)が接続されている。同様に、5段目から最下段までの各蓄熱用伝熱管(43)は、熱媒水が順次流れるように接続管(73)を介して互いに接続されている。また、最下段の蓄熱用伝熱管(43)は、その出口側に蓄熱用出口ヘッダ(74)が接続されている。
【0053】
上述のように、蓄熱用入口ヘッダ(70)は、第2蓄熱ユニット(50)における最上段と5段目の蓄熱用伝熱管(53)に接続されている。また、この蓄熱用入口ヘッダ(70)は、主熱交換器(23)の2次側流路(23b)から延びる蓄熱用回路(30)に接続されている(図1参照)。一方、蓄熱用出口ヘッダ(74)は、第1蓄熱ユニット(40)における4段目と最下段の蓄熱用伝熱管(43)に接続されている。また、この蓄熱用出口ヘッダ(74)は、蓄熱用ポンプ(31)へ向かって延びる蓄熱用回路(30)に接続されている(図1参照)。
【0054】
続いて、追焚き用伝熱管(55)について説明する。第2蓄熱ユニット(50)において、上下に並んだ8本の追焚き用伝熱管(55)には、それぞれの一端に追焚き用入口ヘッダ(65)が接続されている。また、この8本の追焚き用伝熱管(55)には、それぞれの他端に追焚き用出口ヘッダ(66)が接続されている。追焚き用入口ヘッダ(65)には、追焚き用ポンプ(39)から延びる追焚き用回路(38)が接続されている。一方、追焚き用出口ヘッダ(66)には、浴槽(15)へ向かって延びる追焚き用回路(38)が接続されている(図1参照)。
【0055】
図6に示すように、各蓄熱ユニット(40,50)には、挟持部材(80)が設けられている。同図では第1蓄熱ユニット(40)だけを図示しているが、第1蓄熱ユニット(40)と第2蓄熱ユニット(50)において、挟持部材(80)の構成は同じである。そこで、ここでは、第1蓄熱ユニット(40)の挟持部材(80)について説明する。尚、図2〜図5の各図では、挟持部材(80)の図示を省略している。
【0056】
上記挟持部材(80)は、一対の十字フレーム(81)と、4本の締結用ロッド(82)と、4個の蝶ナット(83)とによって構成されている。
【0057】
十字フレーム(81)は、細長い鋼材を十字状に組んだものである。また、十字フレーム(81)の4つの突端には、図示しないが、締結用ロッド(82)を通すための貫通孔が1つずつ形成されている。そして、一対の十字フレーム(81)は、積層された密閉容器(41)及び管状部材(42)を上下から挟むように配置される。
【0058】
締結用ロッド(82)は、積層された密閉容器(41)及び管状部材(42)の高さよりもやや長く形成されている。また、締結用ロッド(82)の一端には、ネジが刻まれている。各締結用ロッド(82)は、積層された密閉容器(41)及び管状部材(42)を挟んで配置された十字フレーム(81)の貫通孔に挿通されている。そして、十字フレーム(81)の貫通孔に挿通された締結用ロッド(82)では、その端部に刻まれたネジに蝶ナット(83)が嵌め合わされている。
【0059】
締結用ロッド(82)に嵌め合わされた蝶ナット(83)を締め込むと、積層された密閉容器(41)及び管状部材(42)が十字フレーム(81)によって上下から挟み込まれる。そして、図7に示すように、管状部材(42)を構成する出湯用伝熱管(44)や蓄熱用伝熱管(43)は、上下に隣接する密閉容器(41)によって挟み込まれ、この隣接する密閉容器(41)に密着させられる。
【0060】
図8に示すように、密閉容器(41,51)は、直方体状に形成されたアルミニウム製の中空の部材であって、容器部材を構成している。この密閉容器には、潜熱蓄熱用の蓄熱物質が蓄熱材として充填されている。具体的に、第1密閉容器(41)には、融点31℃の硫酸ナトリウム10水和物(NaSO・10HO)が第1蓄熱材として密封されている。この第1蓄熱材としては、融点が20℃以上40℃以下の物質を用いるのが望ましい。一方、第2密閉容器(51)には、融点55℃の酢酸ナトリウム3水和物(CHCOONa・3HO)が第2蓄熱材として密封されている。この第2蓄熱材としては、融点が50℃以上90℃以下の物質を用いるのが望ましい。
【0061】
また、密閉容器(41,51)には、伝熱促進部材(90)を構成するフィン(91)が収納されている。このフィン(91)は、アルミニウムの板材を折り曲げることで蛇腹状に形成されている。つまり、フィン(91)の材質は、蓄熱材よりも熱伝導率の高いアルミニウムとなっている。そして、このフィン(91)は、容器部材の厚み方向(図8における上下方向)に蛇行する姿勢で、密閉容器(41,51)内に設置されている。密閉容器(41,51)の内部では、このアルミニウム製のフィン(91)が蓄熱材と直接に接触する。
【0062】
−蓄熱装置の製造工程−
先ず、工場において、密閉容器(41,51)の製造が行われる。つまり、一部が開口した半製品状態の密閉容器(41,51)に対し、その内部にフィン(91)を設置すると共に所定の蓄熱物質を蓄熱材として充填し、その後に開口部を塞いで密閉容器(41,51)に蓄熱材を密封する。
【0063】
また、工場では、この密閉容器(41,51)の製造とは別に、出湯用伝熱管(44,54)、蓄熱用伝熱管(43,53)、及び追焚き用伝熱管(55)をケーシング内の所定位置に配置される。配置された出湯用伝熱管(44,54)には、出湯用入口ヘッダ(60)、第1,第2,第3出湯用連結ヘッダ(61,62,63)、出湯用出口ヘッダ(64)が取り付けられる。配置された蓄熱用伝熱管(43,53)には、蓄熱用入口ヘッダ(70)、第1,第2連結管(71,72)、及び接続管(73)、蓄熱用出口ヘッダ(74)が取り付けられる。配置された追焚き用伝熱管(55)には、追焚き用入口ヘッダ(65)、追焚き用出口ヘッダ(66)が取り付けられる。
【0064】
この状態で、第1蓄熱ユニット(40)の第1管状部材(42)を構成する出湯用伝熱管(44)及び蓄熱用伝熱管(43)は、上下方向に等間隔で配置されている。また、第2蓄熱ユニット(50)の第2管状部材(52)を構成する出湯用伝熱管(54)、蓄熱用伝熱管(53)、及び追焚き用伝熱管(55)も、上下方向に等間隔で配置されている。
【0065】
工場からは、密閉容器(41,51)と管状部材(42,52)とが分離した状態で出荷される。この密閉容器(41,51)と管状部材(42,52)とは、挟持部材(80)と共に設置場所へ運搬され、現地で組み合わされる。つまり、以下に示す蓄熱装置(11)の組み立て作業は、蓄熱装置(11)の設置場所で行われる。
【0066】
蓄熱装置(11)の蓄熱ユニット(40,50)は、第1工程と第2工程とを経て組み立てられる。
【0067】
第1工程では、等間隔で配置された管状部材(42,52)の間に、密閉容器(41,51)が挿入される。つまり、第1管状部材(42)の間には第1密閉容器(41)が挿入され、第2管状部材(52)の間には第2密閉容器(51)が挿入される。この状態で、密閉容器(41,51)と管状部材(42,52)とは、上下方向に交互に配列された状態となる。
【0068】
第2工程では、交互に配列された密閉容器(41,51)と管状部材(42,52)とに対し、挟持部材(80)を取り付ける。つまり、図6に示すように、積層された密閉容器(41,51)及び管状部材(42,52)の上下に十字フレーム(81)を配置し、対向する十字フレーム(81)の貫通孔に締結用ロッド(82)を挿通し、この締結用ロッド(82)に蝶ナット(83)を嵌め合わせる。この蝶ナット(83)を締め込むことで、積層された密閉容器(41,51)及び管状部材(42,52)を上下から圧縮する。すると、管状部材(42,52)を構成する出湯用伝熱管(44,54)や蓄熱用伝熱管(43,53)等が、両隣の密閉容器(41,51)によって挟み込まれる。そして、もともと円形断面であった出湯用伝熱管(44,54)等は、両隣の密閉容器(41,51)によって押し潰されて長円形断面となり、両隣の密閉容器(41,51)に密着させられる(図7参照)。
【0069】
−運転動作−
本実施形態の蓄熱給湯システム(10)では、蓄熱装置(11)に温熱を蓄える蓄熱運転と、温熱装置に蓄えた温熱を利用して給湯等を行う利用運転とが行われる。ここでは、上記蓄熱給湯システム(10)の運転動作について、図1を参照しながら説明する。
【0070】
《蓄熱運転》
蓄熱運転時には、熱源機(20)と蓄熱用ポンプ(31)とが運転される。
【0071】
熱源機(20)では、圧縮機(22)が運転され、冷媒回路(21)で冷媒が循環して冷凍サイクルが行われる。その際、冷媒回路(21)で行われる冷凍サイクルにおいて、その高圧は冷媒の臨界圧力よりも高く設定される。
【0072】
具体的に、圧縮機(22)から吐出された冷媒は、主熱交換器(23)の1次側流路(23a)へ導入され、その2次側流路(23b)を流れる熱媒水に対して放熱する。主熱交換器(23)で放熱した冷媒は、熱回収器(24)の第1流路(24a)へ導入され、その第2流路(24b)を流れる冷媒に対して更に放熱する。熱回収器(24)で放熱した冷媒は、膨張弁(25)を通過する際に減圧され、その後に室外熱交換器(26)へ導入される。室外熱交換器(26)では、冷媒が室外空気から吸熱して蒸発する。室外熱交換器(26)で蒸発した冷媒は、熱回収器(24)の第2流路(24b)へ導入され、その第1流路(24a)を流れる冷媒から更に吸熱する。そして、圧縮機(22)は、熱回収器(24)で吸熱して過熱度の大きくなった冷媒を吸入し、吸入した冷媒を圧縮して吐出する。
【0073】
蓄熱用ポンプ(31)を運転すると、蓄熱用回路(30)において熱媒水が循環する。蓄熱用ポンプ(31)から吐出された熱媒水は、主熱交換器(23)の2次側流路(23b)へ導入され、その1次側流路(23a)を流れる冷媒から吸熱する。主熱交換器(23)で加熱された熱媒水は、第2蓄熱ユニット(50)の蓄熱用伝熱管(53)へ導入され、第2密閉容器(51)内の第2蓄熱材に対して放熱する。第2蓄熱材は、熱媒水から吸熱して融解し、熱媒水から付与された温熱を蓄える。第2蓄熱材へ放熱した熱媒水は、第1蓄熱ユニット(40)の蓄熱用伝熱管(43)へ導入され、第1密閉容器(41)内の第1蓄熱材に対して放熱する。第1蓄熱材は、熱媒水から吸熱して融解し、熱媒水から付与された温熱を蓄える。そして、第1蓄熱材へ放熱した熱媒水は、蓄熱用ポンプ(31)を通って主熱交換器(23)へ送られ、再び加熱される。
【0074】
このように、蓄熱運転時の蓄熱装置(11)において、主熱交換器(23)で加熱された熱媒水は、先に第2蓄熱ユニット(50)の蓄熱用伝熱管(53)へ導入されて第2蓄熱材へ放熱し、その温度がやや低下した後に第1蓄熱ユニット(40)の蓄熱用伝熱管(43)へ導入されて第1蓄熱材へ更に放熱する。そして、低融点の第1蓄熱材には、高融点の第2蓄熱材に蓄えることの出来ない低温度レベルの温熱が蓄えられる。
【0075】
また、上述のように、蓄熱運転時の蓄熱ユニット(40,50)では、密閉容器(41,51)内の蓄熱材に温熱が蓄えられる。その際、上下を蓄熱用伝熱管(43,53)に挟まれた密閉容器(41,51)では、その底板及び天板付近の蓄熱材に温熱が付与される。そして、底板及び天板付近の蓄熱材に付与された温熱は、主として熱伝導によって蓄熱材の全体に行き渡る。つまり、温熱は、蓄熱材自体やアルミニウム製のフィン(91)を伝わって密閉容器(41,51)内の蓄熱材全体に行き渡る。
【0076】
《利用運転》
利用運転時において、熱源機(20)や蓄熱用ポンプ(31)は停止される。そして、給水栓(33)や風呂注湯弁(37)を開くと、上水道から圧送された水道水が給湯用回路(32)を流通する。
【0077】
具体的に、上水道から給湯用回路(32)へ流入した水道水は、第1蓄熱ユニット(40)の出湯用伝熱管(44)へ導入され、第1密閉容器(41)内の第1蓄熱材から吸熱する。第1蓄熱材は、出湯用伝熱管(44)内の水道水へ放熱して凝固する。第1蓄熱材から吸熱した水道水は、第2蓄熱ユニット(50)の出湯用伝熱管(54)へ導入され、第2密閉容器(51)内の第2蓄熱材から吸熱する。第2蓄熱材は、出湯用伝熱管(54)内の水道水へ放熱して凝固する。そして、第1蓄熱材と第2蓄熱材の両方から吸熱した水道水は、温水として給水栓(33)や浴槽(15)へ供給される。その際、混合弁(35)を操作すると、バイパス管(34)を通じて混入される水道水の量が変化し、給水栓(33)や浴槽(15)へ送られる温水の温度が調節される。
【0078】
このように、蓄熱運転時の蓄熱装置(11)において、上水道からの水道水は、先に第1蓄熱ユニット(40)の蓄熱用伝熱管(43)へ導入されて第1蓄熱材から吸熱し、その温度がやや上昇した後に第2蓄熱ユニット(50)の蓄熱用伝熱管(53)へ導入されて第2蓄熱材から更に吸熱する。そして、水道水は、低融点の第1蓄熱材に蓄えられた温熱によって暖められた後、高融点の第2蓄熱材に蓄えられた温熱によって更に暖められ、比較的高温の温水となって供給される。
【0079】
また、利用運転時において、浴槽(15)内の温水を再加熱する必要が生じると、追焚き用ポンプ(39)が運転される。追焚き用ポンプ(39)を運転すると、浴槽(15)から温水が追焚き用回路(38)へ取り込まれ、この温水が第2蓄熱ユニット(50)の追焚き用伝熱管(55)へ導入される。そして、この温水は、追焚き用伝熱管(55)を流れる間に第2蓄熱材から吸熱し、その温度が上昇した後に浴槽(15)へ送り返される。
【0080】
また、上述のように、利用運転時の蓄熱ユニット(40,50)では、密閉容器(41,51)内の蓄熱材に蓄えられた温熱が水道水に付与される。つまり、上下を出湯用伝熱管(44,54)に挟まれた密閉容器(41,51)では、その底板及び天板を介して蓄熱材の温熱が出湯用伝熱管(44,54)内の水道水に付与される。その際、密閉容器(41,51)の底板や天板から離れた位置の蓄熱材に蓄えられた温熱は、蓄熱材自体やアルミニウム製のフィン(91)を伝わって密閉容器(41,51)の底板や天板へ移動し、その後に出湯用伝熱管(44,54)内の水道水に付与される。
【0081】
−実施形態の効果−
本実施形態の蓄熱ユニット(40,50)では、蓄熱材を密閉容器(41,51)に封入する一方、この密閉容器(41,51)の外側に密着させた出湯用伝熱管(44,54)内で水道水を流通させている。つまり、この蓄熱ユニット(40,50)において、蓄熱材と熱媒体である水道水は、密閉容器(41,51)と出湯用伝熱管(44,54)の両方によって隔てられている。
【0082】
このため、密閉容器(41,51)が破損して蓄熱材が漏洩した場合であっても、漏洩した蓄熱材が出湯用伝熱管(44,54)内へ侵入して水道水を汚染することはない。つまり、密閉容器(41,51)が破損した場合であっても、上水道に接続された出湯用伝熱管(44,54)内へ蓄熱材が侵入することはなく、密閉容器(41,51)から漏れた蓄熱材によって上水道が汚染されるといった事態や、蓄熱材で汚染された温水が給水栓(33)等へ供給されるといった事態を確実に回避できる。従って、本実施形態によれば、密閉容器(41,51)が破損して蓄熱材が漏洩した場合であっても、蓄熱材の漏洩に起因する被害の拡大を最小限に抑えることができ、蓄熱ユニット(40,50)の信頼性を向上させることができる。
【0083】
また、本実施形態では、密閉容器(41,51)にアルミニウム製のフィン(91)を収納しており、蓄熱運転時や利用運転時には、蓄熱材自体とフィン(91)との両方を伝って熱が移動する。このため、密閉容器(41,51)内に蓄熱材だけが充填されて熱が蓄熱材だけを伝って移動する場合に比べ、密閉容器(41,51)内における見かけ上の熱伝導率を向上させることができる。従って、本実施形態によれば、密閉容器(41,51)内の各部における蓄熱材の温度を平均化することができ、密閉容器(41,51)内の蓄熱材に蓄えることのできる熱量を増大させることができる。
【0084】
ここで、上記従来の蓄熱装置(11)では、蓄熱量を確保するのに必要な蓄熱材の全てが1つの蓄熱槽に貯留されている。このため、1つの蓄熱槽が非常に重いものとなり、その運搬や据え付けに過大な労力や費用を要するという問題があった。
【0085】
これに対し、本実施形態では、1つの蓄熱ユニット(40,50)に8つの密閉容器(41,51)を設けている。このため、蓄熱量を確保するのに必要な蓄熱材を8つの密閉容器(41,51)に分けて密封することで、1つの密閉容器(41,51)を比較的軽量なものとすることが可能となる。従って、本実施形態によれば、比較的軽量な密閉容器(41,51)を個別に運搬して据え付け時に管状部材と組み合わせればよいことになり、蓄熱ユニット(40,50)の運搬や施工に要する労力を低減することができる。
【0086】
また、1つの蓄熱ユニット(40,50)に複数の密閉容器(41,51)を設ける構成を採ると、仮に1つの密閉容器(41,51)が破損したとしても、その破損した密閉容器(41,51)だけを交換すれば蓄熱ユニット(40,50)を修復することができる。従って、本実施形態によれば、密閉容器(41,51)が万一破損した場合であっても、蓄熱ユニット(40,50)の修理に要する労力や費用を大幅に低減することが可能となる。
【0087】
また、本実施形態の蓄熱ユニット(40,50)では、交互に配列された密閉容器(41,51)と管状部材(42,52)を挟持部材(80)で挟み込み、管状部材(42,52)を構成する出湯用伝熱管(44,54)や蓄熱用伝熱管(43,53)等が変形することで密閉容器(41,51)と密着している。このため、出湯用伝熱管(44,54)や蓄熱用伝熱管(43,53)等と密閉容器(41,51)を、容易に且つ確実に密着させることが可能となる。従って、本実施形態によれば、蓄熱ユニット(40,50)の製造工程を簡素化しつつ、出湯用伝熱管(44,54)や蓄熱用伝熱管(43,53)等と密閉容器(41,51)の間の熱抵抗を小さくして蓄熱ユニット(40,50)の性能低下を抑制することができる。
【0088】
また、本実施形態の蓄熱装置(11)では、第1蓄熱ユニット(40)における第1蓄熱材の融点と第2蓄熱ユニット(50)における第2蓄熱材の融点とが相違している。そして、1種類の蓄熱物質を蓄熱材として用いる場合に比べると、高融点の蓄熱物質を第2蓄熱材として用いることにより、より高い温度レベルの温熱を取り出すことが可能となる。また、低融点の蓄熱物質を第1蓄熱材として用いることにより、蓄熱装置(11)に蓄えることのできる熱量を増大させることが可能となる。
【0089】
−実施形態の変形例1−
上記実施形態の蓄熱ユニット(40,50)では、十字フレーム(81)と締結用ロッド(82)と蝶ナット(83)とによって挟持部材(80)を構成しているが、この挟持部材(80)を次のように構成してもよい。
【0090】
つまり、図9に示すように、十字フレーム(81)の代わりにリング状ステー(84)を挟持部材(80)に設けてもよい。このリング状ステー(84)は、各密閉容器(41,51)における上面の四隅に1つずつ取り付けられ、それぞれが密閉容器(41,51)の側方へ突出している。密閉容器(41,51)を積層すると、各密閉容器(41,51)のリング状ステー(84)は、対応する位置のもの同士が上下に一列に並んだ状態となる。
【0091】
本変形例において、4本の締結用ロッド(82)は、それぞれが一列に並んだリング状ステー(84)に挿通される。リング状ステー(84)に挿通された締結用ロッド(82)では、その端部に刻まれたネジに蝶ナット(83)が嵌め合わされる。そして、この蝶ナット(83)を締め込むと、積層された密閉容器(41,51)及び管状部材(42,52)が上下から圧縮され、管状部材(42,52)を構成する出湯用伝熱管(44,54)や蓄熱用伝熱管(43,53)等が隣接する密閉容器(41,51)に密着する。
【0092】
−実施形態の変形例2−
上記実施形態の蓄熱ユニット(40,50)では、密閉容器(41,51)内にアルミニウム製のフィン(91)を収納しているが、このフィン(91)を密閉容器(41,51)の内側面に密着させたり、フィン(91)を密閉容器(41,51)の内側面にロウ付け等で固着させるようにしてもよい。このように、フィン(91)を密閉容器(41,51)に密着させたり固着させると、フィン(91)と密閉容器(41,51)の間の熱抵抗が小さくなる。従って、本変形例によれば、出湯用伝熱管(44,54)内を流れる水道水や蓄熱用伝熱管(43,53)内を流れる熱媒水等と密閉容器(41,51)内の蓄熱材との間の熱通過率を向上させることができ、蓄熱ユニット(40,50)の伝熱性能を向上させることができる。
【0093】
また、上記実施形態の蓄熱ユニット(40,50)では、アルミニウム製のフィン(91)を伝熱促進部材(90)として密閉容器(41,51)内に収納しているが、これに代えて、次のような構成としてもよい。
【0094】
具体的には、炭素繊維製の部材を伝熱促進部材(90)として密閉容器(41,51)内に収納してもよいし、図10に示すように、炭素繊維(92)そのものを伝熱促進部材(90)として密閉容器(41,51)内に収納してもよい。つまり、蓄熱材よりも熱伝導率の高い炭素繊維によって伝熱促進部材(90)を構成してもよい。同図に示す密閉容器(41,51)では、その天板の内側面に多数の炭素繊維(92)を固着させている。尚、同図に示すように密閉容器(41,51)内で各炭素繊維(92)が整列していてもよいが、図11に示すように密閉容器(41,51)内で各炭素繊維(92)がランダムな向きに配置されていてもよい。
【0095】
更に、上記実施形態では、金属製の繊維を伝熱促進部材(90)として密閉容器(41,51)内に収納してもよい。つまり、蓄熱材よりも熱伝導率の高い金属製の繊維によって伝熱促進部材(90)を構成してもよい。
【0096】
−実施形態の変形例3−
上記実施形態の蓄熱ユニットでは、密閉容器(41,51)と管状部材(42,52)とを上下方向に交互に配列しているが、これに代えて、図12に示すように、密閉容器(41,51)と管状部材(42,52)とを左右方向に交互に配列してもよい。尚、同図において、挟持部材(80)の図示は省略している。
【0097】
この変形例において、各密閉容器(41,51)は、その厚み方向が概ね水平方向となる姿勢で配置されている。つまり、各密閉容器(41,51)は、管状部材(42,52)を構成する出湯用伝熱管(44,54)や蓄熱用伝熱管(43,53)等の密着する側面が鉛直面となるような姿勢で配置されている。
【0098】
【発明の効果】
本発明の蓄熱ユニット(40,50)では、容器部材(41,51)と管状部材(42,52)の両方によって、蓄熱材と熱媒体が隔てられている。このため、容器部材(41,51)と管状部材(42,52)の何れか一方が破損した場合であっても、蓄熱材が管状部材(42,52)内へ侵入して熱媒体に混入するのを防止できる。従って、本発明によれば、熱媒体に蓄熱材が混入して熱媒体の流通経路全体が蓄熱材で汚染されるといった事態を確実に回避でき、蓄熱ユニット(40,50)の信頼性を向上させることができる。
【0099】
請求項2の発明では、容器部材(41,51)内において、蓄熱材と伝熱促進部材(90)の両方を伝って熱が移動する。このため、容器部材(41,51)内に蓄熱材だけが設けられて蓄熱材だけを伝って熱が移動する場合に比べ、容器部材(41,51)内における見かけ上の熱伝導率を向上させることができる。従って、この発明によれば、容器部材(41,51)内の各部における蓄熱材の温度を平均化することができ、容器部材(41,51)内の蓄熱材に蓄えることのできる熱量を増大させることができる。
【0100】
請求項3の発明では、伝熱促進部材(90)が容器部材(41,51)に密着させられ又は固着されているため、伝熱促進部材(90)と容器部材(41,51)の間の熱抵抗が小さくなる。従って、この発明によれば、容器部材(41,51)内の蓄熱材と管状部材(42,52)内の熱媒体との間の熱通過率を向上させることができ、蓄熱ユニット(40,50)の伝熱性能を向上させることができる。
【0101】
ここで、上記従来の蓄熱装置(11)では、蓄熱量を確保するのに必要な蓄熱材の全てが1つの蓄熱槽に貯留されている。このため、1つの蓄熱槽が非常に重いもの(例えば400kg以上)となり、その運搬や据え付けに過大な労力や費用を要するという問題があった。
【0102】
これに対し、請求項7の発明では、1つの蓄熱ユニット(40,50)に複数の容器部材(41,51)を設けている。このため、蓄熱量を確保するのに必要な蓄熱材を複数の容器部材(41,51)に分けて密封することで、1つの容器部材(41,51)を比較的軽量(例えば20〜30kg程度)なものとすることが可能となる。従って、この発明によれば、比較的軽量な複数の容器部材(41,51)を個別に運搬して据え付け時に管状部材(42,52)と組み合わせればよいことになり、蓄熱ユニット(40,50)の運搬や施工に要する労力を低減することができる。
【0103】
また、1つの蓄熱ユニット(40,50)に複数の容器部材(41,51)を設ける構成を採ると、仮に1つの容器部材(41,51)が破損したとしても、その破損した容器部材(41,51)だけを交換すれば蓄熱ユニット(40,50)を修復することができる。従って、この請求項7の発明によれば、容器部材(41,51)が万一破損した場合であっても、蓄熱ユニット(40,50)の修理に要する労力や費用を大幅に低減することが可能となる。
【0104】
請求項9の発明では、交互に配列された容器部材(41,51)と管状部材(42,52)を挟持部材(80)で挟み込み、管状部材(42,52)を変形させることで容器部材(41,51)と管状部材(42,52)を密着させている。このため、容器部材(41,51)と管状部材(42,52)を、容易に且つ確実に密着させることが可能となる。従って、この発明によれば、蓄熱ユニット(40,50)の製造工程を簡素化しつつ、容器部材(41,51)と管状部材(42,52)の間の熱抵抗を小さくして蓄熱ユニット(40,50)の性能向上を図ることができる。
【0105】
請求項10や請求項11の発明では、蓄熱装置(11)に2つの蓄熱ユニット(40,50)を設け、各蓄熱ユニット(40,50)の容器部材(41,51)に対して、それぞれ異なる融点の蓄熱材を充填している。そして、1種類の蓄熱材だけを用いる場合に比べると、蓄熱装置(11)から温熱を取り出すための熱媒体を高融点の第2蓄熱材と熱交換させることで、より高い温度レベルの温熱を取り出すことが可能となる。また、蓄熱装置(11)へ温熱を供給して蓄えさせるための熱媒体を低融点の第1蓄熱材と熱交換させることで、蓄熱装置(11)に蓄えることのできる温熱量を増大させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施形態における蓄熱給湯システムの構成を示す配管系統図である。
【図2】実施形態における蓄熱装置の概略正面図である。
【図3】実施形態における第1蓄熱ユニットの概略平面図である。
【図4】実施形態における第2蓄熱ユニットの概略平面図である。
【図5】実施形態における蓄熱装置の概略側面図である。
【図6】実施形態における第1蓄熱ユニットの概略斜視図である。
【図7】図2におけるA−A断面図である。
【図8】実施形態における密封容器の概略斜視図である。
【図9】実施形態の変形例1における第1蓄熱ユニットの概略斜視図である。
【図10】実施形態の変形例2における容器部材の概略断面図である。
【図11】実施形態の変形例2における容器部材の概略断面図である。
【図12】実施形態の変形例3における蓄熱ユニットの概略側面図である。
【符号の説明】
(40) 第1蓄熱ユニット
(41) 第1容器部材
(42) 第1管状部材
(43) 蓄熱用伝熱管(第1伝熱管)
(44) 出湯用伝熱管(第2伝熱管)
(50) 第2蓄熱ユニット
(51) 第2容器部材
(52) 第2管状部材
(53) 蓄熱用伝熱管(第1伝熱管)
(54) 出湯用伝熱管(第2伝熱管)
(55) 出湯用伝熱管(第2伝熱管)
(80) 挟持部材
(90) 伝熱促進部材
(91) フィン
(92) 炭素繊維

Claims (11)

  1. 内部に蓄熱材が密封された容器部材(41,51)と、上記容器部材(41,51)の外側面に密着すると共に内部を熱媒体が流れる管状部材(42,52)とを少なくとも1つずつ備え、
    上記容器部材(41,51)内の蓄熱材と上記管状部材(42,52)内の熱媒体とを熱交換させる蓄熱ユニット。
  2. 請求項1に記載の蓄熱ユニットにおいて、
    容器部材(41,51)の内部には、蓄熱材よりも熱伝導率の高い材料により構成された伝熱促進部材(90)が収納されている蓄熱ユニット。
  3. 請求項2に記載の蓄熱ユニットにおいて、
    伝熱促進部材(90)は、容器部材(41,51)の内側面に密着され又は固着されている蓄熱ユニット。
  4. 請求項2又は3に記載の蓄熱ユニットにおいて、
    伝熱促進部材(90)は、金属製のフィン(91)である蓄熱ユニット。
  5. 請求項2又は3に記載の蓄熱ユニットにおいて、
    伝熱促進部材(90)は、炭素繊維(92)で構成されている蓄熱ユニット。
  6. 請求項1に記載の蓄熱ユニットにおいて、
    管状部材(42,52)は、
    蓄熱材に対して放熱する第1熱媒体が流通する第1伝熱管(43,53)と、
    蓄熱材から吸熱する第2熱媒体が流通する第2伝熱管(44,54,55)とを備えている蓄熱ユニット。
  7. 請求項1,2又は6に記載の蓄熱ユニットにおいて、
    容器部材(41,51)と管状部材(42,52)とは、それぞれ複数ずつ設けられて交互に配列される一方、
    上記管状部材(42,52)は、両隣の容器部材(41,51)に挟み込まれて該容器部材(41,51)に密着している蓄熱ユニット。
  8. 請求項7に記載の蓄熱ユニットにおいて、
    配列された容器部材(41,51)及び管状部材(42,52)をそれらの配列方向の両端から挟み込んで互いに密着させるための挟持部材(80)を備えている蓄熱ユニット。
  9. 請求項8に記載された蓄熱ユニットの組立方法であって、
    所定の間隔で配置された管状部材(42,52)の間に容器部材(41,51)を挿入して管状部材(42,52)と容器部材(41,51)を交互に配列する第1工程と、
    上記第1工程で配列された管状部材(42,52)及び容器部材(41,51)を挟持部材(80)で挟み込み、容器部材(41,51)を管状部材(42,52)に押し付けて該管状部材(42,52)を変形させることにより管状部材(42,52)と容器部材(41,51)を互いに密着させる第2工程と
    を備えている蓄熱ユニットの組立方法。
  10. 請求項1乃至8の何れか1つに記載の蓄熱ユニット(40,50)を2つ備える蓄熱装置であって、
    第1蓄熱ユニット(40)の第1容器部材(41)には、潜熱蓄熱用の蓄熱物質が第1蓄熱材として密封されると共に、第2蓄熱ユニット(50)の第2容器部材(51)には、上記第1蓄熱材よりも融点の高い潜熱蓄熱用の蓄熱物質が第2蓄熱材として密封され、
    第1蓄熱ユニット(40)の第1管状部材(42)と第2蓄熱ユニット(50)の第2管状部材(52)とは、熱媒体が第1管状部材(42)と第2管状部材(52)の何れか一方を通過後に他方へ流入するように接続されている蓄熱装置。
  11. 請求項10に記載の蓄熱装置において、
    蓄熱材に対して放熱する第1熱媒体が第2管状部材(52)を通過してから第1管状部材(42)を通過する一方、蓄熱材から吸熱する第2熱媒体が第1管状部材(42)を通過してから第2管状部材(52)を通過する蓄熱装置。
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