JP2007205628A - Hot water supply device, and heat storage and dissipation method - Google Patents

Hot water supply device, and heat storage and dissipation method Download PDF

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JP2007205628A JP2006024423A JP2006024423A JP2007205628A JP 2007205628 A JP2007205628 A JP 2007205628A JP 2006024423 A JP2006024423 A JP 2006024423A JP 2006024423 A JP2006024423 A JP 2006024423A JP 2007205628 A JP2007205628 A JP 2007205628A
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謙年 林
Hiroshi Kishimoto
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a hot water supply device capable of efficiently storing heat of a heat source unit by preventing dropping of a heat exchange amount along with passage of time during heat storage. <P>SOLUTION: A latent heat storage material to be used becomes a supercooled state during heat dissipation operation, and it can maintain fluidity even when supercooling is canceled and a solid phase is deposited. In a heat storage unit, a supercooling cancel device is provided for canceling the supercooled state when the latent heat storage material becomes the supercooled state. When storing heat in the heat storage unit, latent heat storage material of a low temperature side of the latent heat storage material temperature-stratified in the heat storage unit is supplied to the heat source device, and when dissipating heat of the heat storage unit, latent heat storage material of a high temperature side of the latent heat storage material temperature-stratified in the heat storage unit is supplied to a hot water supply unit. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、給湯装置、および蓄放熱方法に関する。   The present invention relates to a hot water supply apparatus and a heat storage and dissipation method.

従来からエンジン、燃料電池、ヒートポンプサイクルなどを熱源ユニットとし、当該熱源ユニットの熱を利用して水道水等を加熱して温水を生成する給湯装置が開発されている。   2. Description of the Related Art Conventionally, hot water supply apparatuses have been developed that use an engine, a fuel cell, a heat pump cycle, or the like as a heat source unit, and generate hot water by heating tap water or the like using the heat of the heat source unit.

このような給湯装置のうち、電力によって駆動される熱源ユニットを用いる場合には、前記熱源ユニットを駆動するにあたり、コスト削減のために夜間電力を用いることが多い。しかしながら、夜間電力を利用して温熱を生成した場合、温水が実際に使用される日中までこれを貯蔵しておくことが必要となる。   When using a heat source unit driven by electric power among such hot water supply apparatuses, nighttime electric power is often used to drive the heat source unit in order to reduce costs. However, when warm energy is generated using nighttime power, it is necessary to store it until the day when warm water is actually used.

また、エンジンや燃料電池を熱源ユニットとする場合には、それらを駆動して動力や電力を発生させ、その際に同時に発生する熱を利用する、いわゆるコジェネレーションであり、動力や電力の需要時間と、熱の需要時間が一致していない場合にも発生温熱を蓄熱しておく必要が生じる。   In addition, when an engine or fuel cell is used as a heat source unit, it is so-called cogeneration that drives them to generate motive power or electric power and uses the heat generated at the same time. And even when the demand times of heat do not match, it is necessary to store the generated heat.

従来、温熱の蓄熱用として一般的に水が利用されている。しかし、水を蓄熱材として利用した場合その顕熱で蓄熱することになるため単位体積あたりの熱容量が十分ではなく、蓄熱容器が大型化する問題が生じる。   Conventionally, water is generally used for heat storage. However, when water is used as a heat storage material, heat is stored with the sensible heat, so the heat capacity per unit volume is not sufficient, and the problem arises that the heat storage container is enlarged.

このような問題を解消するために、相変化に伴う大きな潜熱量を有する潜熱蓄熱材を水の代わりに使用する装置が開示されている。(例えば、特許文献1)。相変化に伴う潜熱を利用することにより、水の顕熱による蓄熱に比べて単位体積あたりの熱容量を増大させることができ、蓄熱槽をコンパクト化できる。
特開2001−207163号公報
In order to solve such a problem, an apparatus that uses a latent heat storage material having a large amount of latent heat accompanying a phase change instead of water is disclosed. (For example, patent document 1). By utilizing the latent heat accompanying the phase change, the heat capacity per unit volume can be increased compared to the heat storage by sensible heat of water, and the heat storage tank can be made compact.
JP 2001-207163 A

蓄熱ユニットへの蓄熱運転時、蓄熱材は熱源ユニットから熱を供給され加熱される。これは逆に熱源ユニット側から見ると蓄熱材によって冷却されていることになる。一般に、熱源ユニットは、冷却が不十分の場合その効率が低下する。   During the heat storage operation to the heat storage unit, the heat storage material is supplied with heat from the heat source unit and heated. Conversely, when viewed from the heat source unit side, it is cooled by the heat storage material. In general, the efficiency of a heat source unit decreases when cooling is insufficient.

ヒートポンプサイクルの場合には、投入エネルギーあたりの熱出力、すなわちCOPが低下する。特に冷媒として二酸化炭素を用いたヒートポンプサイクルの場合、圧縮時の二酸化炭素冷媒が超臨界状態となっているためCOPの低下が顕著となる。   In the case of the heat pump cycle, the heat output per input energy, that is, the COP decreases. In particular, in the case of a heat pump cycle using carbon dioxide as a refrigerant, the carbon dioxide refrigerant at the time of compression is in a supercritical state, so that the reduction of COP becomes significant.

また、エンジンや燃料電池においても、冷却不十分の場合、出力低下や燃料消費率悪化、さらには装置の故障にもつながる。   Also, in the engine and the fuel cell, when the cooling is insufficient, the output is reduced, the fuel consumption rate is deteriorated, and further, the apparatus is broken down.

ここで、図1は、従来の潜熱蓄熱材を用いた給湯装置の一部の構成を示す概略図である。   Here, FIG. 1 is a schematic diagram showing a partial configuration of a hot water supply apparatus using a conventional latent heat storage material.

図1に示すように、一般に、潜熱蓄熱材を用いて給湯装置を構成する場合、蓄熱材100を蓄熱槽101内に入れておき、同じく蓄熱槽101内に設置した熱交換器102(一般的にはチューブ)に熱源ユニット103から供給される高温の熱媒体を流通させ蓄熱材100と熱交換するようにしている。   As shown in FIG. 1, in general, when a hot water supply apparatus is configured using a latent heat storage material, the heat storage material 100 is placed in the heat storage tank 101, and the heat exchanger 102 (generally installed in the heat storage tank 101) In this case, a high-temperature heat medium supplied from the heat source unit 103 is circulated through the tube to exchange heat with the heat storage material 100.

この場合、蓄熱時において潜熱蓄熱材100の温度が上昇してくると、熱媒体と潜熱蓄熱材100との間で熱交換される熱量が低下してしまい、熱媒体が熱交換器102を通過しても十分に低温とならず、その結果、熱源ユニット103の冷却が不十分となり、熱源ユニットの効率が低下してしまうという問題が生じる。   In this case, when the temperature of the latent heat storage material 100 increases during heat storage, the amount of heat exchanged between the heat medium and the latent heat storage material 100 decreases, and the heat medium passes through the heat exchanger 102. However, the temperature is not sufficiently low, and as a result, the cooling of the heat source unit 103 becomes insufficient and the efficiency of the heat source unit decreases.

なお、熱媒体とは、熱源ユニットで生成される熱を保有し、搬送する物質である。一般的に温水または蒸気がよく使用される。熱源ユニットがヒートポンプユニットの場合は、高温状態の冷媒と熱交換した温水を熱媒体とすることが多いが、作動冷媒そのものを熱媒体とすることも可能である。   The heat medium is a substance that retains and transports heat generated by the heat source unit. Generally hot water or steam is often used. When the heat source unit is a heat pump unit, hot water that has exchanged heat with a high-temperature refrigerant is often used as the heat medium, but the working refrigerant itself can be used as the heat medium.

図2は、この問題を分かりやすく説明するための模式図である。   FIG. 2 is a schematic diagram for easily explaining this problem.

図2(1)〜(6)は、潜熱蓄熱材に蓄熱をした場合における、当該潜熱蓄熱材とこれと熱交換される熱媒体の温度の経時変化を模式的に示したものである。   FIGS. 2 (1) to (6) schematically show changes over time in the temperature of the latent heat storage material and the heat medium that exchanges heat with the latent heat storage material when the latent heat storage material stores heat.

なお、図2(1)が蓄熱開始時であり、時間の経過とともに図2(1)から(6)へと変化する。また、図2の各図は、潜熱蓄熱材が充填された蓄熱槽において、当該蓄熱槽の上端から下端へ向かって熱媒体が当該蓄熱槽内部に設置された熱交換器を通過することにより、熱媒体と潜熱蓄熱材とが熱交換する場合を想定し、この場合における当該蓄熱槽1の鉛直方向の各場所(例えば、上端近傍や下端近傍など)を縦軸に表し、各場所における潜熱蓄熱材と熱媒体それぞれの温度を横軸に表している。   In addition, FIG. 2 (1) is a heat storage start time, and it changes from FIG. 2 (1) to (6) with progress of time. Moreover, in each figure of FIG. 2, in the heat storage tank filled with the latent heat storage material, the heat medium passes through the heat exchanger installed in the heat storage tank from the upper end to the lower end of the heat storage tank. Assuming the heat exchange between the heat medium and the latent heat storage material, the vertical locations of the heat storage tank 1 in this case (for example, the vicinity of the upper end and the vicinity of the lower end) are represented on the vertical axis, and the latent heat storage at each location The temperature of each material and heat medium is shown on the horizontal axis.

図2(1)は蓄熱開始時を示している。蓄熱開始時においては、潜熱蓄熱材は蓄熱槽の上端から下端まで、均一な温度Tpcm−iを呈しており、この温度は熱媒体に対して十分に低温である。したがって熱源ユニットによって熱せられた熱媒体が上端側から導入された場合、潜熱蓄熱材と熱媒体とが互いに熱交換し、熱媒体は十分に冷却されて蓄熱槽の下端から排出される。   FIG. 2 (1) shows the start of heat storage. At the start of heat storage, the latent heat storage material exhibits a uniform temperature Tpcm-i from the upper end to the lower end of the heat storage tank, and this temperature is sufficiently low with respect to the heat medium. Therefore, when the heat medium heated by the heat source unit is introduced from the upper end side, the latent heat storage material and the heat medium exchange heat with each other, and the heat medium is sufficiently cooled and discharged from the lower end of the heat storage tank.

図2(2)は、前記(1)から所定の時間が経過した時を示している。熱源ユニットによって熱せられた高温の熱媒体が導入される蓄熱槽の上端近傍の潜熱蓄熱材の温度が若干上昇しているため、熱媒体と潜熱蓄熱材の平均温度差が減少し、全体としての熱交換量が低下してしまう。その結果、熱媒体は前記(1)より温度が高い状態で蓄熱槽の下端から排出される(つまり、熱媒体の出口温度が上昇する。)。   FIG. 2 (2) shows the time when a predetermined time has passed since (1). Since the temperature of the latent heat storage material near the upper end of the heat storage tank into which the high-temperature heat medium heated by the heat source unit is introduced is slightly increased, the average temperature difference between the heat medium and the latent heat storage material is reduced, The amount of heat exchange is reduced. As a result, the heat medium is discharged from the lower end of the heat storage tank in a state where the temperature is higher than (1) (that is, the outlet temperature of the heat medium is increased).

図2(3)は、前記(2)からさらに所定の時間が経過した時を示している。熱源ユニットによって熱せられた高温の熱媒体が導入されてから所定の時間が経過しているため、蓄熱槽の上端近傍の潜熱蓄熱材の温度はさらに上昇し、潜熱蓄熱材の融点Tmに達し、当該部分の一部は融解が始まる。その結果、全体としての熱交換量はさらに低下し、熱媒体の出口温度もこれに伴いさらに上昇する。   FIG. 2 (3) shows the time when a predetermined time has passed since (2). Since a predetermined time has elapsed since the introduction of the high-temperature heat medium heated by the heat source unit, the temperature of the latent heat storage material near the upper end of the heat storage tank further rises and reaches the melting point Tm of the latent heat storage material, Part of the part begins to melt. As a result, the heat exchange amount as a whole further decreases, and the outlet temperature of the heat medium further increases accordingly.

図2(4)は、前記(3)からさらに所定の時間が経過した時を示している。熱源ユニットによって熱せられた高温の熱媒体が導入されてからさらに時間が経過しているため、蓄熱槽内の潜熱蓄熱材の約半分が融点Tmに達して融解が進む。その結果、全体としての熱交換量はさらに低下し、熱媒体の出口温度もこれに伴いさらに上昇する。   FIG. 2 (4) shows a time when a predetermined time has passed since (3). Since more time has passed since the introduction of the high-temperature heat medium heated by the heat source unit, about half of the latent heat storage material in the heat storage tank reaches the melting point Tm and melting proceeds. As a result, the heat exchange amount as a whole further decreases, and the outlet temperature of the heat medium further increases accordingly.

図2(5)は、前記(4)からさらに所定の時間が経過した時を示している。熱源ユニットによって熱せられた高温の熱媒体が導入されてから相当の時間が経過しているため、蓄熱槽内の潜熱蓄熱材の大部分が融点Tmに達してしまい、さらに蓄熱槽の上端近傍に位置する潜熱蓄熱材にあっては液体への相変化が完了し、温度上昇が始まる。その結果、導入される熱媒体との温度差がほとんどなくなってしまい、熱交換が効率よく行われず、熱媒体の出口温度はさらに上昇しつづける。   FIG. 2 (5) shows a time when a predetermined time has passed since (4). Since a considerable amount of time has elapsed since the introduction of the high-temperature heat medium heated by the heat source unit, most of the latent heat storage material in the heat storage tank reaches the melting point Tm, and further near the upper end of the heat storage tank. In the latent heat storage material positioned, the phase change to liquid is completed and the temperature starts to rise. As a result, the temperature difference from the introduced heat medium is almost eliminated, heat exchange is not performed efficiently, and the outlet temperature of the heat medium continues to rise further.

図2(6)は、潜熱蓄熱材がすべて融解した状態、すなわち蓄熱完了時を示している。この状態では、蓄熱槽内の潜熱蓄熱材の全てが融点Tm以上となっており、全ての蓄熱材が液体となり、温度上昇がさらに進む。その結果、導入される熱媒体と潜熱蓄熱材との温度差がほとんどなくなってしまい、熱交換がほとんど行われないままに熱媒体が排出されることとなる。このとき、熱媒体出口温度は潜熱蓄熱材の融点Tmよりも高温となっている。   FIG. 2 (6) shows a state in which all of the latent heat storage material is melted, that is, when the heat storage is completed. In this state, all the latent heat storage materials in the heat storage tank are equal to or higher than the melting point Tm, all the heat storage materials become liquid, and the temperature rise further proceeds. As a result, the temperature difference between the introduced heat medium and the latent heat storage material is almost eliminated, and the heat medium is discharged with little heat exchange. At this time, the heat medium outlet temperature is higher than the melting point Tm of the latent heat storage material.

これが、上記した潜熱蓄熱材との熱交換量が低下してしまうという問題である。   This is a problem that the amount of heat exchange with the latent heat storage material described above is reduced.

また、蓄熱完了時において、熱媒体排出温度は蓄熱材融点Tmよりも高温となっていることは上述した通りである。この熱媒体排出温度Toと蓄熱材融点Tmの温度差(dT1=To−Tm)は熱交換するために必要不可欠なものである。   Further, as described above, when the heat storage is completed, the heat medium discharge temperature is higher than the heat storage material melting point Tm. This temperature difference (dT1 = To−Tm) between the heat medium discharge temperature To and the heat storage material melting point Tm is indispensable for heat exchange.

前記の特許文献1は、当該問題について言及し、これを解決するために、融点の異なる2種類の潜熱蓄熱材を用い、これらを直列に配置することにより熱媒体の出口温度を低下させている。つまり、前記図2(6)において排出される熱媒体をさらに別の、融点がより低い潜熱蓄熱材(低温側潜熱蓄熱材)が充填された蓄熱槽に導入することにより冷媒との熱交換を行っている。   The aforementioned Patent Document 1 refers to the problem, and in order to solve this problem, two types of latent heat storage materials having different melting points are used, and the outlet temperature of the heat medium is lowered by arranging them in series. . That is, the heat medium discharged in FIG. 2 (6) is further introduced into a heat storage tank filled with another latent heat storage material having a lower melting point (low temperature side latent heat storage material) to exchange heat with the refrigerant. Is going.

しかしながら、当該方法では、潜熱蓄熱材の温度上昇に伴い熱交換量が低下するという問題の根本的な解決になっていない。つまり、当該方法では、時間の経過とともに最終的には熱媒体の出口温度は潜熱蓄熱材の融点よりも高温となることは必至であり、それでもなお熱媒体の出口温度を十分に低下させるためには、相当低温に融点を有する潜熱蓄熱材を用いることが必要となる。しかしながら、当該潜熱蓄熱材からの放熱を利用して温水を生成する場合、低温側潜熱蓄熱材に蓄熱されている熱量を有効に利用するためには、低温側潜熱蓄熱材の融点Tmを、加熱されるべき水の給水温度Tiより熱交換に必要な温度差分だけは高くしておく必要がある。このときの必要温度差をdT2とすると、
Ti+dT2≦Tm
また上述したように、
Tm+dT1≦To
であり、従って
Ti+dT1+dT2≦To
となる。すなわち、前記特許文献1の場合、熱媒体排出温度Toは給水温度TiよりもすくなくともdT1+dT2以上高温となってしまうことになる。
However, this method is not a fundamental solution to the problem that the amount of heat exchange decreases as the temperature of the latent heat storage material increases. In other words, in this method, it is inevitable that the outlet temperature of the heat medium eventually becomes higher than the melting point of the latent heat storage material over time, and yet the outlet temperature of the heat medium is sufficiently reduced. However, it is necessary to use a latent heat storage material having a melting point at a considerably low temperature. However, when hot water is generated using heat radiation from the latent heat storage material, in order to effectively use the amount of heat stored in the low temperature side latent heat storage material, the melting point Tm of the low temperature side latent heat storage material is heated. Only the temperature difference necessary for heat exchange needs to be higher than the water supply temperature Ti of the water to be made. If the required temperature difference at this time is dT2,
Ti + dT2 ≦ Tm
And as mentioned above,
Tm + dT1 ≦ To
Therefore, Ti + dT1 + dT2 ≦ To
It becomes. That is, in the case of Patent Document 1, the heat medium discharge temperature To is higher than the water supply temperature Ti by at least dT1 + dT2.

本発明はこのような状況に鑑みなされたものであり、潜熱蓄熱材を用いた蓄熱ユニットを備えた給湯装置にあって、蓄熱時に時間の経過とともに熱交換量が低下することがなく、したがって、熱源ユニットの熱を効率よく蓄熱・放熱することが可能な給湯装置を提供するとともに、当該給湯装置に適した蓄放熱方法を提供することを主たる課題とする。   The present invention has been made in view of such a situation, and in a hot water supply apparatus including a heat storage unit using a latent heat storage material, the amount of heat exchange does not decrease with the passage of time during heat storage. A main object is to provide a hot water supply device that can efficiently store and dissipate heat from the heat source unit, and to provide a heat storage and heat dissipation method suitable for the hot water supply device.

上記課題を解決するための本発明は、熱源ユニットと、前記熱源ユニットの熱を蓄熱および放熱可能な蓄熱ユニットと、前記蓄熱ユニットに蓄えられた熱を利用して温水を作る給湯ユニットと、を備え、前記蓄熱ユニットには、放熱運転時に過冷却状態となり液相状態を維持し、さらに過冷却が解除されて固相が析出した場合にも流動性を維持可能で、かつ温度成層化可能な潜熱蓄熱材が用いられており、かつ、前記蓄熱ユニットには、前記潜熱蓄熱材が過冷却状態となった場合に、当該過冷却状態を解除するための過冷却解除装置が設けられており、前記蓄熱ユニットに蓄熱する際には、潜熱蓄熱材が熱源ユニットと蓄熱ユニットとの間を循環し、その際、蓄熱ユニットで温度成層化している潜熱蓄熱材における低温側の潜熱蓄熱材を熱源ユニットに供給するようにし、一方、前記蓄熱ユニットから放熱する際には、潜熱蓄熱材が蓄熱ユニットと給湯ユニットとの間を循環し、その際、蓄熱ユニットで温度成層化している潜熱蓄熱材における高温側の潜熱蓄熱材を給湯ユニットに供給し、かつ、前記蓄熱ユニット中に存在する過冷却状態の潜熱蓄熱材を、前記過冷却解除装置を作動することにより、過冷却状態を解除することが可能である、ことを特徴とする給湯装置である。   The present invention for solving the above problems includes a heat source unit, a heat storage unit capable of storing and dissipating heat of the heat source unit, and a hot water supply unit for producing hot water using heat stored in the heat storage unit. The heat storage unit is in a supercooled state during heat radiation operation and maintains a liquid phase state, and can maintain fluidity even when supercooling is released and a solid phase is precipitated, and temperature stratification is possible. A latent heat storage material is used, and the heat storage unit is provided with a supercooling release device for canceling the supercooling state when the latent heat storage material is in a supercooling state, When storing heat in the heat storage unit, the latent heat storage material circulates between the heat source unit and the heat storage unit, and at that time, the latent heat storage material on the low temperature side in the latent heat storage material temperature-stratified by the heat storage unit is used as the heat source. On the other hand, when radiating heat from the heat storage unit, the latent heat storage material circulates between the heat storage unit and the hot water supply unit, and at that time, in the latent heat storage material temperature stratified by the heat storage unit A latent heat storage material on the high temperature side is supplied to the hot water supply unit, and the overcooling latent heat storage material existing in the heat storage unit is released by operating the overcool release device. It is a hot water supply device characterized by being possible.

また、前記の給湯装置にあっては、前記潜熱蓄熱材は、複数の成分からなる共晶系の混合物を共晶が生じる共晶組成からずらした組成で形成してもよい。   Moreover, in the said hot water supply apparatus, you may form the said latent heat storage material with the composition shifted from the eutectic composition in which the eutectic mixture which consists of a several component produces a eutectic.

さらに、前記の給湯装置にあっては、前記熱源ユニットは、二酸化炭素を冷媒として用い、熱源側熱交換器と、膨張弁と、蒸発器と、圧縮機と、から構成されるヒートポンプユニットであってもよい。   Furthermore, in the hot water supply device, the heat source unit is a heat pump unit that uses carbon dioxide as a refrigerant and includes a heat source side heat exchanger, an expansion valve, an evaporator, and a compressor. May be.

また、上記課題を解決する別の発明は、放熱時に過冷却状態となり液相状態を維持し、さらに過冷却が解除されて固相が析出した場合にも流動性を維持可能で、かつ温度成層化可能な潜熱蓄熱材を用いた蓄放熱方法であって、蓄熱段階にあっては、熱源からの熱を前記潜熱蓄熱材へ蓄熱し、放熱段階にあっては、当該段階を第一放熱段階と第二放熱段階とに分け、第一放熱段階では、潜熱蓄熱材を過冷却させ、次いで、当該第一放熱段階がほぼ完了した段階で過冷却状態の潜熱蓄熱材を意図的に過冷却解除させ、次いで、前記第二放熱段階では、過冷却解除した潜熱蓄熱材をさらに放熱させる、ことを特徴とする、蓄放熱方法である。   Further, another invention that solves the above problem is that a supercooled state is maintained during heat dissipation and the liquid phase state is maintained, and even when the supercooling is released and the solid phase is precipitated, the fluidity can be maintained, and temperature stratification is performed. In the heat storage stage, the heat from the heat source is stored in the latent heat storage material, and in the heat release stage, the stage is the first heat release stage. In the first heat release stage, the latent heat storage material is supercooled, and then the subcooled latent heat storage material is intentionally released when the first heat release stage is almost completed. Then, in the second heat radiation step, the latent heat storage material released from the supercooling is further radiated to dissipate heat.

なお、本発明において、放熱運転時とは、高温の潜熱蓄熱材から放熱させて低温とする(つまり温水を生成する)運転時を言い、蓄熱運転時とは、低温の潜熱蓄熱材に熱を供給し高温とする(つまり、熱源ユニットの熱を潜熱蓄熱材に溜める)運転時を言う。従って、後述するが、放熱運転時の本発明の装置の潜熱蓄熱材は、蓄熱ユニットにおける高温側から抜き出されて低温側に戻される動きをし、一方、蓄熱運転時の本発明の装置の潜熱蓄熱材は、蓄熱ユニットにおける低温側から抜き出されて高温側に戻される動きをすることとなる。   In the present invention, the time of heat dissipation operation refers to the time of operation where heat is released from the high-temperature latent heat storage material to lower the temperature (that is, hot water is generated), and the time of heat storage operation refers to heat supplied to the low-temperature latent heat storage material. This refers to the time of operation when the temperature is supplied to increase the temperature (that is, the heat of the heat source unit is accumulated in the latent heat storage material). Therefore, as will be described later, the latent heat storage material of the apparatus of the present invention during the heat dissipation operation moves to be extracted from the high temperature side of the heat storage unit and returned to the low temperature side, while the apparatus of the present invention during the heat storage operation The latent heat storage material moves out from the low temperature side in the heat storage unit and returns to the high temperature side.

従来の給湯装置において用いられてきた潜熱蓄熱材は蓄熱槽に入ったままの状態の固定型であり、同じく蓄熱槽内に設置した熱交換器(一般的にはチューブ)に熱源ユニットから供給される高温の熱媒体を流通させ蓄熱材と熱交換するようにしている。この場合、図2を用いて説明したように、蓄熱運転時に時間の経過と共に熱媒体との熱交換量が低下してしまっていた。上記本発明によれば、蓄熱ユニットにおいて用いられる潜熱蓄熱材が放熱状態においても常に過冷却状態となり流動性を維持し、さらに過冷却が解除されて固相が析出した場合にも流動性を維持可能で、かつ温度成層化可能であるので、潜熱蓄熱材が熱源ユニットと蓄熱ユニットとの間を循環し、その際、蓄熱ユニットで温度成層化している潜熱蓄熱材における低温側の潜熱蓄熱材を熱源ユニットに供給するようにし、一方、前記蓄熱ユニットから放熱する際には、潜熱蓄熱材が蓄熱ユニットと給湯ユニットとの間を循環し、その際、蓄熱ユニットで温度成層化している潜熱蓄熱材における高温側の潜熱蓄熱材を給湯ユニットに供給するようにして蓄熱と放熱とを行うことができる。   The latent heat storage material that has been used in conventional water heaters is a fixed type that remains in the heat storage tank, and is also supplied from the heat source unit to a heat exchanger (generally a tube) installed in the heat storage tank. A high-temperature heat medium is circulated to exchange heat with the heat storage material. In this case, as described with reference to FIG. 2, the amount of heat exchange with the heat medium has decreased with the passage of time during the heat storage operation. According to the present invention, the latent heat storage material used in the heat storage unit is always in a supercooled state even in a heat radiating state and maintains fluidity, and even when supercooling is released and a solid phase precipitates, fluidity is maintained. Since the latent heat storage material circulates between the heat source unit and the heat storage unit, the latent heat storage material on the low temperature side of the latent heat storage material that is temperature-stratified by the heat storage unit is used. The latent heat storage material is supplied to the heat source unit, and when the heat storage unit radiates heat, the latent heat storage material circulates between the heat storage unit and the hot water supply unit. Thus, heat storage and heat dissipation can be performed by supplying the latent heat storage material on the high temperature side to the hot water supply unit.

つまり、蓄熱時において、潜熱蓄熱材の一部分が高温になった場合であっても、当該潜熱蓄熱材は温度により成層化されているので、高温部分と低温部分とに区別することができ、さらに蓄熱を続ける際には、高温となった蓄熱材ではなく、未だ低温状態を保っている蓄熱材のみを熱源ユニットに供給して、熱媒体と熱交換を行うので、熱媒体は常に低温状態の潜熱蓄熱材と熱交換を行うこととなり、その結果、熱交換量が低下することがない。   That is, at the time of heat storage, even if a part of the latent heat storage material becomes high temperature, since the latent heat storage material is stratified by temperature, it can be distinguished into a high temperature portion and a low temperature portion, When continuing the heat storage, only the heat storage material that is still in the low temperature state is supplied to the heat source unit, not the heat storage material that has become hot, and heat exchange with the heat medium is performed. Heat exchange with the latent heat storage material is performed, and as a result, the heat exchange amount does not decrease.

また、熱源ユニットとしてヒートポンプユニットを適用する場合、ヒートポンプの冷媒は流動性を有するため熱を搬送するための熱媒体としても機能させることも不可能ではない。しかし、冷媒自体を蓄熱ユニットに循環させることは高圧冷媒配管コストや冷媒リークの問題があるため一般には行わない。蓄熱ユニットに潜熱蓄熱材を適用する場合には、従来技術に開示されているように蓄熱材と冷媒の間に熱媒体を仲介させて、熱媒体を介して熱交換させていた。しかし、本発明では潜熱蓄熱材そのものを熱源ユニットであるヒートポンプユニットに循環させるようにしているため、仲介する熱媒体が不要となり熱交換効率が向上する。この際、潜熱蓄熱材と冷媒は対交流型で熱交換させる。   Moreover, when applying a heat pump unit as a heat source unit, since the refrigerant | coolant of a heat pump has fluidity | liquidity, it is not impossible to function as a heat medium for conveying heat. However, the circulation of the refrigerant itself to the heat storage unit is not generally performed because of high-pressure refrigerant piping costs and refrigerant leakage problems. When the latent heat storage material is applied to the heat storage unit, a heat medium is mediated between the heat storage material and the refrigerant and heat is exchanged through the heat medium as disclosed in the prior art. However, in the present invention, the latent heat storage material itself is circulated to the heat pump unit, which is a heat source unit, so that no intermediate heat medium is required and the heat exchange efficiency is improved. At this time, the latent heat storage material and the refrigerant exchange heat with an alternating current type.

さらにまた、本発明によれば、放熱時においては、前記蓄熱時と逆に、高温となった蓄熱材を給湯ユニットに供給して水と熱交換させて温水を生成することができる。この際、対向流型で蓄熱材と水を熱交換させる。   Furthermore, according to the present invention, at the time of heat dissipation, contrary to the heat storage, the hot water storage material can be supplied to the hot water supply unit to exchange heat with water to generate hot water. At this time, heat is exchanged between the heat storage material and water in a counterflow type.

蓄熱運転時および放熱運転時にそれぞれ、熱源側熱交換器および給湯熱交換器において対向流型で熱交換させることにより、熱交換に必要な蓄熱材と水の温度差を小さくすることができ、熱交換の効率を向上させることが可能となる。すなわち、前述したように従来は熱媒体排出温度Toは給水温度TiよりもすくなくともdT1+dT2以上高温となってしまう、すなわちTo−Ti≧dT1+dT2となるが、本発明ではこのToとTiの温度差(To−Ti)を従来に比べて著しく小さくすることが可能となる。   During heat storage operation and heat dissipation operation, the temperature difference between the heat storage material and water required for heat exchange can be reduced by exchanging heat in the counterflow type in the heat source side heat exchanger and hot water supply heat exchanger, respectively. It becomes possible to improve the efficiency of exchange. That is, as described above, conventionally, the heat medium discharge temperature To is at least dT1 + dT2 higher than the feed water temperature Ti, that is, To−Ti ≧ dT1 + dT2. In the present invention, the temperature difference between To and Ti (To -Ti) can be remarkably reduced as compared with the prior art.

ここで、本発明にあっては、前述のように、放熱開始から所定時間が経過するまでは、高温となった蓄熱剤を単純に給湯ユニットに供給することにより、他方から供給される水道水などと当該蓄熱材とが熱交換を行うことで温水を生成することが行われる(この段階を「第一放熱段階」という場合がある。)。水道水などと熱交換し冷却された蓄熱材は、循環して蓄熱ユニット内に戻る。ここで、本発明において用いられる蓄熱材は、過冷却状態(つまり凝固点以下の温度でありながら未だ液体のままの状態)となる。水をはじめとして、物質が液相から固相へ相変化する際には程度の差はあるが過冷却現象を呈する場合が多い。特に無機塩の場合には過冷却が起き易く、数十℃の過冷却度を呈するものも少なくない。過冷却現象は蓄熱システムにとってデメリットとされており、できる限り避けるような運用方法もしくは蓄熱材選定をするのが一般的である。しかし、本発明では敢えてその過冷却現象を積極的に起こさせ、利用するものである。   Here, in the present invention, as described above, the tap water supplied from the other side is simply supplied to the hot water supply unit by supplying the heat storage agent having a high temperature until a predetermined time has elapsed from the start of heat dissipation. And the heat storage material perform heat exchange to generate hot water (this stage may be referred to as a “first heat radiation stage”). The heat storage material cooled by exchanging heat with tap water or the like circulates back into the heat storage unit. Here, the heat storage material used in the present invention is in a supercooled state (that is, still in a liquid state at a temperature below the freezing point). In many cases, when water or other substances undergo a phase change from a liquid phase to a solid phase, a subcooling phenomenon is exhibited to some extent. In particular, in the case of inorganic salts, supercooling is likely to occur, and many exhibit a degree of supercooling of several tens of degrees Celsius. The supercooling phenomenon is considered to be a demerit for the heat storage system, and it is common to select an operation method or a heat storage material that is avoided as much as possible. However, in the present invention, the supercooling phenomenon is actively caused and utilized.

蓄熱槽内には、給湯ユニットで冷却され過冷却状態となった低温の液相蓄熱材は槽底部に戻されるが、槽内に存在する蓄熱状態(高温)の蓄熱材に比べて高密度であるので、互いに混ざり合わずに温度成層化することになる。過冷却状態の蓄熱材の割合が所定値に達した段階で蓄熱ユニットに設けられた過冷却解除装置を作動させることにより過冷却状態を解除し、蓄熱材の一部を凝固せしめる(固体とする)。その際、蓄熱材の凝固潜熱が放出され、蓄熱材全体の温度を凝固点(融点)まで上昇せしめることができる。   In the heat storage tank, the low-temperature liquid-phase heat storage material that has been cooled by the hot water supply unit and turned into a supercooled state is returned to the bottom of the tank, but at a higher density than the heat storage material (high temperature) that exists in the tank. Therefore, temperature stratification is achieved without mixing with each other. When the ratio of the heat storage material in the supercooled state reaches a predetermined value, the supercooling release device provided in the heat storage unit is operated to release the supercooled state and solidify a part of the heat storage material (become solid) ). At that time, the latent heat of solidification of the heat storage material is released, and the temperature of the entire heat storage material can be raised to the freezing point (melting point).

蓄熱材を複数の成分からなる共晶系の混合物を共晶が生じる共晶組成からずらした組成で形成することにより、過冷却を解除して固相が析出した状態であっても流動性を維持させることが可能となる。この流動性を有する、凝固点まで温度上昇した蓄熱材を再度給湯ユニットに供給し、水道水などと熱交換を行わせる(この段階を「第二放熱段階」という場合がある。)。   By forming a heat storage material with a composition of a eutectic system composed of a plurality of components shifted from the eutectic composition in which the eutectic is generated, the fluidity can be improved even when the solid phase is precipitated by releasing the supercooling. It can be maintained. The heat storage material having the fluidity and having risen in temperature to the freezing point is supplied again to the hot water supply unit to exchange heat with tap water or the like (this stage may be referred to as a “second heat radiation stage”).

このように、本発明によれば、第一放熱段階において過冷却状態にまで温度が下がった蓄熱材を、過冷却解除装置によって過冷却を解除することにより再度熱交換に用いることができる。   Thus, according to the present invention, the heat storage material whose temperature has been lowered to the supercooled state in the first heat radiation stage can be used again for heat exchange by releasing the supercooling with the supercooling release device.

また、このような本発明において、前記熱源ユニットを、二酸化炭素を冷媒として用い、熱源側熱交換器と、膨張弁と、蒸発器と、圧縮機と、から構成されるヒートポンプユニットとすることにより、上記作用効果を十分に発揮することができる。   Further, in the present invention, the heat source unit is a heat pump unit that uses carbon dioxide as a refrigerant and includes a heat source side heat exchanger, an expansion valve, an evaporator, and a compressor. The above-mentioned effects can be fully exhibited.

また、本発明の蓄放熱方法によれば、前記本発明の給湯装置における蓄熱ユニットと同様の効果を得ることができる。   Moreover, according to the heat storage and heat dissipation method of the present invention, the same effect as the heat storage unit in the hot water supply apparatus of the present invention can be obtained.

以下に、本発明の給湯装置について、図面を用いて具体的に説明する。なお、本発明の蓄放熱方法については、以下の給湯装置における蓄熱ユニットが当該方法を実施しているので、重複した説明は省略する。   Below, the hot water supply apparatus of this invention is demonstrated concretely using drawing. In addition, about the thermal storage heat dissipation method of this invention, since the thermal storage unit in the following hot water supply apparatuses is implementing the said method, the overlapping description is abbreviate | omitted.

図3は、本発明の給湯装置20の構成図であり、蓄熱運転時の給湯装置の状態を示している。   FIG. 3 is a configuration diagram of the hot water supply device 20 of the present invention, and shows the state of the hot water supply device during the heat storage operation.

図3に示すように、本発明の給湯装置20は、熱源ユニット21と、前記熱源ユニット21の熱を蓄熱および放熱可能な蓄熱ユニット22と、前記蓄熱ユニットに蓄えられた熱を利用して温水を作る給湯ユニット23とを備えている。   As shown in FIG. 3, the hot water supply device 20 of the present invention includes a heat source unit 21, a heat storage unit 22 that can store and dissipate heat from the heat source unit 21, and hot water using heat stored in the heat storage unit. And a hot water supply unit 23.

熱源ユニット21は、蓄熱ユニット22において用いられている潜熱蓄熱材と熱交換を行い、当該潜熱蓄熱材を十分な温度にまで高温化することができる程度の熱量を発生するものであれば特に限定されることはなく、適宜応用して本発明の給湯装置に利用することができる。具体的には、ヒートポンプユニットのほか、例えば、各種内燃・外燃機関(エンジン)、燃料電池、などを挙げることができる。これらの熱源ユニット21にあっては、蓄熱すべき温度(例えば85℃)よりも高温の熱が供給でき、また十分な熱出力が得られることが必要であることはいうまでもない。十分な熱出力とは、例えば、夜間中に蓄熱する場合には、決められた蓄熱時間(例えば夜10時〜翌朝6時までの8時間)に必要な蓄熱量を満蓄できるだけの熱出力である。   The heat source unit 21 is particularly limited as long as the heat source unit 21 exchanges heat with the latent heat storage material used in the heat storage unit 22 and generates a quantity of heat that can raise the temperature of the latent heat storage material to a sufficient temperature. However, the present invention can be applied appropriately and used in the hot water supply apparatus of the present invention. Specifically, in addition to the heat pump unit, various internal combustion / external combustion engines (engines), fuel cells, and the like can be given. In these heat source units 21, it is needless to say that heat higher than the temperature to store heat (for example, 85 ° C.) can be supplied and sufficient heat output can be obtained. Sufficient heat output, for example, when storing heat during the night, is a heat output that can fully store the heat storage amount required for a predetermined heat storage time (for example, 8 hours from 10:00 to 6:00 the next morning). is there.

図3に示すように、本発明の給湯装置20にあっては、二酸化炭素を冷媒として用い、主要な構成要素として、熱源側熱交換器24と、膨張弁25と、蒸発器26と、圧縮機27と、から構成されている熱源ユニット21を用いることもできる。当該熱源ユニット21は、いわゆる二酸化炭素を冷媒としたヒートポンプユニットであり、現在一般家庭において広く利用されている。   As shown in FIG. 3, in the hot water supply apparatus 20 of the present invention, carbon dioxide is used as a refrigerant, and heat source side heat exchanger 24, expansion valve 25, evaporator 26, compression are used as main components. The heat source unit 21 composed of the machine 27 can also be used. The heat source unit 21 is a heat pump unit using carbon dioxide as a refrigerant, and is currently widely used in ordinary households.

この熱源ユニット21は、主要な構成機器として前記熱源側熱交換器24から圧縮機27までがこの順番で並んでおり、これらは配管によって接続されている。そして、当該配管内および各装置内を冷媒としての二酸化炭素が循環するように構成されている。   In the heat source unit 21, the heat source side heat exchanger 24 to the compressor 27 are arranged in this order as main components, and these are connected by piping. And it is comprised so that the carbon dioxide as a refrigerant | coolant may circulate in the said piping and each apparatus.

まず、冷媒としての二酸化炭素は、外部動力(電力駆動のモータなど)によって作動する圧縮機27によって圧縮されることにより、後述する熱源側熱交換機24において潜熱蓄熱材と熱交換をするのに十分な程度にまで高温・高圧となる(例えば90℃、9MPa)。この時の二酸化炭素は超臨界状態となっており、液体とも気体とも言えない状態となっている。   First, carbon dioxide as a refrigerant is compressed by a compressor 27 that is operated by external power (such as an electric power-driven motor), and is sufficient for heat exchange with a latent heat storage material in a heat source side heat exchanger 24 described later. It becomes a high temperature and a high pressure to a certain extent (for example, 90 ° C., 9 MPa). At this time, carbon dioxide is in a supercritical state, and cannot be said to be a liquid or a gas.

圧縮機27によって圧縮されたことにより高温・高圧となった二酸化炭素(超臨界状態)は配管内を通り、熱源側熱交換器24内に導入され、当該熱源側熱交換器24内において、他方から導入された低温(例えば25℃)の潜熱蓄熱材と熱交換して冷却される。この際、二酸化炭素は超臨界状態であるため冷却されても凝縮することなく温度降下する。熱交換器24において、二酸化炭素と潜熱蓄熱材は対向流型で熱交換するようにする。   The carbon dioxide (supercritical state) that has become high temperature and high pressure by being compressed by the compressor 27 passes through the pipe, is introduced into the heat source side heat exchanger 24, and in the heat source side heat exchanger 24, the other It is cooled by exchanging heat with a low-temperature (for example, 25 ° C.) latent heat storage material introduced from. At this time, since carbon dioxide is in a supercritical state, the temperature falls without condensing even when cooled. In the heat exchanger 24, the carbon dioxide and the latent heat storage material are heat exchanged in a counterflow type.

潜熱蓄熱材との熱交換が終了し、高圧状態のまま低温(例えば30℃)となった二酸化炭素は、熱源側熱交換機24から排出され、膨張弁25が設けられた配管を通りながら減圧され臨界圧力以下の気液混相状態となる。   The heat exchange with the latent heat storage material is completed, and the carbon dioxide that has become low temperature (for example, 30 ° C.) in a high pressure state is discharged from the heat source side heat exchanger 24 and depressurized while passing through the piping provided with the expansion valve 25. It becomes a gas-liquid mixed phase state below the critical pressure.

気液混相状態となった二酸化炭素は、さらに配管を通り蒸発器26内に導入される。当該蒸発器26は熱交換器の一種であり、二酸化炭素と空気との間で熱交換をさせて二酸化炭素を加熱しガス化させる。ガス化した二酸化炭素は再度配管を通り前述した圧縮機27によって圧縮されることとなる。   The carbon dioxide in a gas-liquid mixed phase state is further introduced into the evaporator 26 through a pipe. The evaporator 26 is a kind of heat exchanger, and heat exchange is performed between carbon dioxide and air to heat and carbonize the carbon dioxide. The gasified carbon dioxide passes through the pipe again and is compressed by the compressor 27 described above.

図4は、熱源ユニット21内を循環する冷媒としての二酸化炭素のモリエル線図(p−h線図)である。   FIG. 4 is a Mollier diagram (ph diagram) of carbon dioxide as a refrigerant circulating in the heat source unit 21.

図に示されている台形はヒートポンプサイクルである。A→Bは圧縮機27での圧縮、B→Cは熱源側熱交換器24での冷却、C→Dは膨張弁25での膨張、D→Aは蒸発器26での蒸発である。高圧側は超臨界状態となっているのがわかる。ヒートポンプとしての熱出力は線分3〜2の長さに相当する。また、投入エネルギーは線分1〜2の長さに相当する。従って、ヒートポンプとしての効率(COP)は、
COP=(線分3〜2)/(線分1〜2)
で表現される。
The trapezoid shown in the figure is a heat pump cycle. A → B is compression in the compressor 27, B → C is cooling in the heat source side heat exchanger 24, C → D is expansion in the expansion valve 25, and D → A is evaporation in the evaporator 26. It can be seen that the high pressure side is in a supercritical state. The heat output as a heat pump corresponds to the length of line segments 3 and 2. The input energy corresponds to the length of line segments 1 and 2. Therefore, the efficiency (COP) as a heat pump is
COP = (line segment 3-2) / (line segment 1-2)
It is expressed by

ここで、熱源側熱交換器での冷却が十分でない場合には、熱源側熱交換器出口温度が高くなり、Cの位置が図中で右側にシフトする。二酸化炭素冷媒の場合、熱源側熱交換器での冷媒は超臨界状態となっているためにそのシフト量が大きくなる。例えば、50℃までしか冷却されない場合には、線分B〜Cと50℃の等温線との交点Eまでシフトする。その結果、ヒートポンプとしての熱出力は線分4〜2の長さ分まで減少するが、投入エネルギー量は変わらないため、COPは大幅に低下してしまうことになる。   Here, when the cooling in the heat source side heat exchanger is not sufficient, the heat source side heat exchanger outlet temperature becomes high, and the position of C shifts to the right side in the figure. In the case of carbon dioxide refrigerant, since the refrigerant in the heat source side heat exchanger is in a supercritical state, the shift amount becomes large. For example, in the case where the temperature is only cooled to 50 ° C., the shift is made to the intersection E between the line segments B to C and the 50 ° C. isotherm. As a result, the heat output as a heat pump is reduced to the length of the line segment 4 to 2, but since the amount of input energy is not changed, the COP is greatly reduced.

なお、このような構成からなる熱源ユニット21にあっては、運転コスト削減の目的から、夜間電力により運転することが通常である。   In addition, in the heat source unit 21 having such a configuration, it is normal to operate with nighttime power for the purpose of reducing operating costs.

次に本発明の給湯装置20を構成する蓄熱ユニット22について説明する。   Next, the heat storage unit 22 which comprises the hot water supply apparatus 20 of this invention is demonstrated.

蓄熱ユニット22は、前記で説明した熱源ユニット21で発生する熱を蓄熱し、必要に応じて放熱するためのユニット、さらに具体的には、前述のごとく熱源ユニット21は通常夜間に運転されることが多い一方で、当該熱を用いて生成する温水を実際に使用するのは日中であるため、夜間に発生した熱をこれが使用される日中まで蓄熱しておき、日中に放熱することが必要であり、これを実現するためのユニットである。   The heat storage unit 22 is a unit for storing heat generated by the heat source unit 21 described above and dissipating it as necessary. More specifically, as described above, the heat source unit 21 is normally operated at night. On the other hand, since it is during the day that hot water generated using the heat is actually used, heat generated at night is stored until the day it is used, and heat is released during the day. Is a unit for realizing this.

このような蓄熱ユニット22は、図示するように、蓄熱槽28と、この中に充填される潜熱蓄熱材と、蓄熱ポンプ30、放熱ポンプ31、各種配管等により構成することができる。蓄熱ポンプ30は蓄熱運転時に潜熱蓄熱材を蓄熱ユニット−熱源ユニット間で循環させるためのポンプであり、放熱ポンプ31は放熱運転時に潜熱蓄熱材を蓄熱ユニット−給湯ユニット間で循環させるためのポンプである。なお、蓄熱ポンプと放熱ポンプを蓄熱ユニットに含めず、別構成にしても良い。   As shown in the figure, such a heat storage unit 22 can be constituted by a heat storage tank 28, a latent heat storage material filled therein, a heat storage pump 30, a heat dissipation pump 31, various pipes, and the like. The heat storage pump 30 is a pump for circulating the latent heat storage material between the heat storage unit and the heat source unit during the heat storage operation, and the heat dissipation pump 31 is a pump for circulating the latent heat storage material between the heat storage unit and the hot water supply unit during the heat dissipation operation. is there. Note that the heat storage pump and the heat dissipation pump may not be included in the heat storage unit but may be configured separately.

ここで、本発明の特徴は、放熱運転時(放熱状態)に過冷却状態となり液相状態を維持し、さらに過冷却が解除されて固相が析出した場合にも流動性を維持可能で、かつ温度成層化可能な潜熱蓄熱材を用いる点にある。   Here, the feature of the present invention is that it is in a supercooled state during the heat dissipation operation (heat dissipating state) and maintains the liquid phase state, and even when the supercooling is released and the solid phase is precipitated, the fluidity can be maintained. In addition, a latent heat storage material capable of temperature stratification is used.

したがって、図示するように、蓄熱槽28の内部に充填される潜熱蓄熱材は、その温度によって成層化して充填されている(通常の場合、高温状態の潜熱蓄熱材が上層、低温状態の潜熱蓄熱材が下層となる)。   Therefore, as shown in the drawing, the latent heat storage material filled in the heat storage tank 28 is stratified and filled according to its temperature (normally, the high temperature latent heat storage material is the upper layer, the low temperature latent heat storage material is filled). The material is the lower layer).

つまり、蓄熱時においては、前記蓄熱槽28の下端に接続された配管H1から低温状態(例えば25℃)の潜熱蓄熱材が排出される。低温状態の潜熱蓄熱材は、後述する放熱運転において第一放熱段階まで放熱した場合は過冷却状態の液相、第二放熱段階まで放熱した場合は固液混相(スラリー)となっている。排出された低温状態の潜熱蓄熱材は蓄熱ポンプにより配管H1を介して前述した熱源ユニット21の熱源側熱交換器24内へ導入され、他方から導入される冷媒(二酸化炭素)と熱交換する。この際、前述したように対向流型で熱交換する。冷媒との熱交換により加熱され、高温状態(例えば85℃)となった潜熱蓄熱材は配管H2により蓄熱槽28内に、その上端側から導入される。導入された潜熱蓄熱材は温度成層化する性質を有しているため、下層にある低温状態の潜熱蓄熱材とほとんど混ざり合うことはない。   That is, at the time of heat storage, the latent heat storage material in a low temperature state (for example, 25 ° C.) is discharged from the pipe H1 connected to the lower end of the heat storage tank 28. The latent heat storage material in a low temperature state is a supercooled liquid phase when heat is released to the first heat release stage in a heat release operation described later, and a solid-liquid mixed phase (slurry) when heat is released to the second heat release stage. The discharged low-temperature latent heat storage material is introduced into the heat source side heat exchanger 24 of the heat source unit 21 through the pipe H1 by the heat storage pump, and exchanges heat with the refrigerant (carbon dioxide) introduced from the other side. At this time, as described above, heat exchange is performed in a counterflow type. The latent heat storage material heated by heat exchange with the refrigerant and brought to a high temperature state (for example, 85 ° C.) is introduced into the heat storage tank 28 from the upper end side by the pipe H2. Since the introduced latent heat storage material has the property of temperature stratification, it hardly mixes with the low-temperature latent heat storage material in the lower layer.

このような本発明の給湯装置によれば、たとえ高温状態の潜熱蓄熱材と低温状態の潜熱蓄熱材の両方が蓄熱槽28内部に存在している場合であっても、常に低温の潜熱蓄熱材のみが熱源側熱交換器24内へ供給されることとなるため、冷媒(二酸化炭素)は常に十分に冷却されることとなる。従来技術のように、潜熱蓄熱材と熱交換した熱媒体の出口温度が上昇し、その熱媒体により冷却される冷媒が冷却不十分となるような問題は生じることがない。   According to such a hot water supply apparatus of the present invention, even when both the high-temperature latent heat storage material and the low-temperature latent heat storage material are present inside the heat storage tank 28, the low-temperature latent heat storage material is always provided. Since only the heat source side heat exchanger 24 is supplied, the refrigerant (carbon dioxide) is always sufficiently cooled. As in the prior art, there is no problem that the outlet temperature of the heat medium that has exchanged heat with the latent heat storage material rises and the refrigerant cooled by the heat medium is insufficiently cooled.

図5は、図3と同様の本発明の給湯装置20の構成図であり、放熱運転時(第一放熱段階)の給湯装置の状態を示している。   FIG. 5 is a configuration diagram of the hot water supply device 20 of the present invention similar to FIG. 3, and shows the state of the hot water supply device during the heat dissipation operation (first heat dissipation stage).

本発明の装置においては、放熱時、つまり潜熱蓄熱材に蓄えられた熱を利用して温水を生成する場合においては、前記蓄熱槽28の上端に接続された配管H2から高温状態(例えば85℃)の潜熱蓄熱材が取り出され、放熱ポンプにより後述する給湯ユニット23の給湯熱交換器29内へ導入され、他方から導入される水と熱交換がされる。この場合も、潜熱蓄熱材と水は対向流型で熱交換する。本発明において用いられる潜熱蓄熱材は、過冷却状態となることを特徴としており、従って水との熱交換により冷却された潜熱蓄熱材は、凝固点以下の温度(例えば25℃)でありながら、未だ液相状態を保持しつつ、配管H1により蓄熱槽28内に、その下端側から導入される。この場合において、潜熱蓄熱材は、低温(凝固点以下)状態の方が、高温(例えば85℃)状態よりも比重が重いため温度成層化することとなり、上層にある高温状態の潜熱蓄熱材と下端側から導入された低温状態の潜熱蓄熱材はほとんど混ざり合うことはない。この段階が、前述した第一放熱段階である。   In the apparatus of the present invention, when heat is released, that is, when hot water is generated using the heat stored in the latent heat storage material, a high-temperature state (for example, 85 ° C.) is connected from the pipe H2 connected to the upper end of the heat storage tank 28. ) Latent heat storage material is taken out and introduced into a hot water supply heat exchanger 29 of a hot water supply unit 23, which will be described later, by a heat dissipation pump, and heat exchange is performed with water introduced from the other side. Also in this case, the latent heat storage material and water exchange heat in a counterflow type. The latent heat storage material used in the present invention is characterized by being in a supercooled state. Therefore, the latent heat storage material cooled by heat exchange with water is still at a temperature below the freezing point (for example, 25 ° C.), but still While maintaining the liquid phase state, it is introduced into the heat storage tank 28 from the lower end side by the pipe H1. In this case, the latent heat storage material is temperature-stratified because the specific gravity is higher in the low temperature (below the freezing point) state than in the high temperature (for example, 85 ° C.) state, and the latent heat storage material in the upper layer and the lower end The low-temperature latent heat storage material introduced from the side hardly mixes. This stage is the first heat radiation stage described above.

図6は、図3および図5と同様の本発明の給湯装置20の構成図であり、放熱運転時(第二放熱段階)の給湯装置の状態を示している。   FIG. 6 is a configuration diagram of the hot water supply apparatus 20 of the present invention similar to FIGS. 3 and 5 and shows the state of the hot water supply apparatus during the heat dissipation operation (second heat dissipation stage).

図5で説明したような放熱運転を続けると、蓄熱槽28内部は、下端側から徐々に過冷却状態の潜熱蓄熱材の割合が増えていく。この状態のまま放熱運転をさらに続けた場合、過冷却状態の、つまり低温の潜熱蓄熱材がそのまま給湯ユニット23の給湯熱交換器29内へ導入されることとなり、効率よく温水を製造することができなくなるばかりか、万一当該給湯ユニット23の給湯熱交換器29において過冷却状態が解除した場合には、一度に多量の固相が熱交換器内に析出し、熱交換器の伝熱面に固着するため、閉塞などの問題が生じ得る。本発明は、蓄熱槽内における過冷却状態の潜熱蓄熱材が所定割合となった時点で、潜熱蓄熱材槽28に設けられた過冷却解除装置28bを作動させることにより、潜熱蓄熱材槽28内で、予め過冷却を解除させ、潜熱蓄熱材を一定量固体に変化させることができるとともに、当該潜熱蓄熱材の温度を凝固点(例えば80℃)まで上昇せしめることができる。さらに、本発明の潜熱蓄熱材は、過冷却が解除されて固相が析出した場合にも流動性を維持することを特徴としている。一般に固相と液相は比重が異なる。通常、析出した固相は液相よりも比重が大きいため蓄熱槽下部に沈降し、比較的固相分率の低い上澄み液(潜熱蓄熱材)が蓄熱槽上部に存在することになる。この凝固点温度の上澄み液(潜熱蓄熱材)を再び前記蓄熱槽28の上端に接続された配管H2から取り出し、放熱ポンプにより後述する給湯ユニット23の給湯熱交換器29内へ導入し、他方から導入される水と熱交換させる。この場合も、上澄み液(潜熱蓄熱材)と水は対向流型で熱交換する。通常、上澄み液中には固相が少量は存在するので、当該固相が過冷却解除材として作用し、給湯熱交換器29において冷却された潜熱蓄熱材は固液混相の状態となる。上澄み液は、第一放熱段階の過冷却液が一旦蓄熱槽内で過冷却解除して固相が析出した後の液相部分であるため、第一放熱段階の過冷却液と比較して固相として析出し得る成分比率が低くなっている。そのため、第一放熱段階での過冷却状態の液がそのまま給湯熱交換器29内で過冷却解除する場合に比較して、給湯熱交換器29内での固相分率は著しく低減でき上記のような問題が生じることがなく、スムーズに放熱運転を続行することができる。給湯熱交換器29において冷却された固液混相状態の潜熱蓄熱材は、配管H1により蓄熱槽28内にその下端から導入される。この場合においても、温度成層化により蓄熱槽28上部に存在する高温状態の上澄み液とはほとんど混ざり合うことは無い。この段階が、前述した第二放熱段階である。   If the heat radiation operation as described with reference to FIG. 5 is continued, the ratio of the latent heat storage material in the supercooled state gradually increases from the lower end side in the heat storage tank 28. When the heat radiation operation is further continued in this state, the supercooled state, that is, the low-temperature latent heat storage material is introduced as it is into the hot water supply heat exchanger 29 of the hot water supply unit 23, and hot water can be produced efficiently. In addition to being unable to do so, in the unlikely event that the supercooled state is released in the hot water supply heat exchanger 29 of the hot water supply unit 23, a large amount of solid phase precipitates in the heat exchanger at one time, and the heat transfer surface of the heat exchanger Since it adheres to the surface, problems such as blockage may occur. In the present invention, when the supercooled latent heat storage material in the heat storage tank reaches a predetermined ratio, the supercool release device 28b provided in the latent heat storage material tank 28 is operated to operate the latent heat storage material tank 28. Thus, it is possible to release the supercooling in advance and change the latent heat storage material to a certain amount of solid, and to raise the temperature of the latent heat storage material to the freezing point (for example, 80 ° C.). Furthermore, the latent heat storage material of the present invention is characterized by maintaining fluidity even when supercooling is released and a solid phase is deposited. In general, the solid phase and the liquid phase have different specific gravity. Usually, since the precipitated solid phase has a specific gravity greater than that of the liquid phase, it settles in the lower part of the heat storage tank, and a supernatant liquid (latent heat storage material) having a relatively low solid fraction is present in the upper part of the heat storage tank. The supernatant liquid (latent heat storage material) of this freezing point temperature is again taken out from the pipe H2 connected to the upper end of the heat storage tank 28, introduced into the hot water supply heat exchanger 29 of the hot water supply unit 23, which will be described later, and introduced from the other. Heat exchange with water. Also in this case, the supernatant liquid (latent heat storage material) and water exchange heat with a counterflow type. Usually, since a small amount of solid phase exists in the supernatant, the solid phase acts as a supercooling release material, and the latent heat storage material cooled in the hot water supply heat exchanger 29 is in a solid-liquid mixed phase state. The supernatant liquid is the liquid phase part after the supercooling liquid in the first heat release stage is once released from the supercooling in the heat storage tank and the solid phase is deposited. The ratio of components that can be precipitated as a phase is low. Therefore, compared with the case where the supercooled liquid in the first heat dissipation stage is released as it is in the hot water supply heat exchanger 29, the solid phase fraction in the hot water supply heat exchanger 29 can be remarkably reduced. Such a problem does not occur, and the heat radiation operation can be continued smoothly. The solid-liquid mixed phase latent heat storage material cooled in the hot water supply heat exchanger 29 is introduced into the heat storage tank 28 from the lower end thereof by the pipe H1. Even in this case, the high-temperature supernatant liquid present in the upper part of the heat storage tank 28 is hardly mixed by temperature stratification. This stage is the second heat radiation stage described above.

ここで、潜熱蓄熱材を、例えば、複数の成分からなる共晶系の混合物を共晶が生じる共晶組成からずらした組成で形成することにより、過冷却解除して固相が析出した状態であっても流動性を維持させることが可能となる。   Here, the latent heat storage material, for example, by forming a eutectic mixture composed of a plurality of components with a composition shifted from the eutectic composition in which the eutectic is generated, is released from the supercooling and the solid phase is precipitated. Even if it exists, it becomes possible to maintain fluidity.

ここで、本発明の給湯装置において用いられる過冷却解除装置28bは、上記の作用を奏し得る装置、つまり、過冷却状態の潜熱蓄熱材から固体を析出せしめることにより過冷却状態を解消することができる装置であれば特に限定されることはない。過冷却を解除するには、固体(結晶)が析出する契機を提供すればよく、例えば、超音波振動を潜熱蓄熱材に与える装置や、結晶の核となる物質、例えば別途保管しておいた蓄熱材の固相そのものを液相中に導入する装置などが考えられる。   Here, the supercooling release device 28b used in the hot water supply apparatus of the present invention can eliminate the supercooling state by depositing solids from the device that can exhibit the above-described action, that is, the latent heat storage material in the supercooling state. There is no particular limitation as long as it can be used. In order to release the supercooling, it is only necessary to provide an opportunity for the solid (crystal) to precipitate. For example, a device that applies ultrasonic vibration to the latent heat storage material, a substance that becomes the core of the crystal, for example, a separate storage A device that introduces the solid phase itself of the heat storage material into the liquid phase can be considered.

なお、当該装置28bとは別に、潜熱蓄熱材槽28の所定高さ位置に温度測定装置(図示せず)を設けておき、この温度測定装置により測定される温度から、潜熱蓄熱材が過冷却状態であるか否かを判断し、過冷却状態であると判断した場合には、自動的に当該装置28bが作動するようにしてもよい。   In addition, a temperature measuring device (not shown) is provided at a predetermined height position of the latent heat storage material tank 28 separately from the device 28b, and the latent heat storage material is supercooled from the temperature measured by the temperature measurement device. When it is determined whether or not it is in a supercooled state, the device 28b may be automatically operated.

図7は、前記図5、6で説明した本発明の給湯装置における第一放熱段階と第二放熱段階とにおける潜熱蓄熱材の組成変化を説明するための状態図である。   FIG. 7 is a state diagram for explaining the composition change of the latent heat storage material in the first heat radiation stage and the second heat radiation stage in the hot water supply apparatus of the present invention described in FIGS.

本願発明に用いられる潜熱蓄熱材をなす二成分a、bは、互いに液相状態で溶け合い、固相状態では混ざり合わない二つの固相に分れて混合晶出するものであり、両者を所定の共晶組成とした際には、融点の極小値となる共晶点であたかも純粋液体のように溶液全体が同時に固相に変移する共晶反応を起こし、しかも、溶液全体が全て固相に変移するまで温度が一定に保たれるという特性を有している。   The two components a and b constituting the latent heat storage material used in the present invention are mixed in a liquid phase and separated into two solid phases that do not mix in the solid phase, and both are crystallized. When the eutectic composition is set to the eutectic point, the eutectic point at which the melting point becomes the minimum value causes a eutectic reaction in which the entire solution simultaneously changes to the solid phase as if it were a pure liquid. It has the characteristic that the temperature is kept constant until it changes.

つまり、図7に示す状態図にあっては、図中の液相線Aは、成分aの晶出温度(凝固開始点)を示し、図中の液相線Bは、成分bの晶出温度(凝固開始点)を示している。また、図中の符号Iの領域は、成分a、bともに液相状態の領域であり、符号IIは、液相(成分a+成分b)と成分aの固相との混合状態の領域であり、符号IIIは、液相(成分a+成分b)と成分bの固相との混合状態の領域であり、符号IVの領域は、成分a、bともに固相状態の領域を示す。そして、図中の符号Xは共晶点を、Xは共晶組成を示している。 That is, in the state diagram shown in FIG. 7, the liquidus line A in the figure shows the crystallization temperature (solidification start point) of the component a, and the liquidus line B in the figure shows the crystallization of the component b. The temperature (starting point of solidification) is shown. Moreover, the area | region of the code | symbol I in a figure is an area | region of a liquid phase state of the components a and b, and the code | symbol II is an area | region of the mixed state of the liquid phase (component a + component b) and the solid phase of the component a. Symbol III is a region in the mixed state of the liquid phase (component a + component b) and the solid phase of component b, and the region of symbol IV indicates a region in the solid phase state for both components a and b. The symbol X in the figure the eutectic point, X 0 represents the eutectic composition.

本発明の給湯装置および蓄放熱方法において用いられる潜熱蓄熱材は、例えば図7に示すような状態図を示す潜熱蓄熱材において、共晶点Xが生じる共晶組成からずらした組成(例えば、Xの組成)とすることにより、上述した条件、(放熱運転時においても常に流動性を維持できるという条件)を満たすことが可能となる。 The latent heat storage material used in the hot water supply apparatus and the heat storage / dissipation method of the present invention is, for example, a composition shifted from the eutectic composition in which the eutectic point X occurs in the latent heat storage material having a state diagram as shown in FIG. 1 ), it is possible to satisfy the above-described conditions (conditions that fluidity can always be maintained even during heat radiation operation).

共晶組成XからずれたX組成を有する潜熱蓄熱材にあっては、第一放熱段階において水道水と熱交換が行われることにより、図7の温度Tから温度を徐々に下がっていく。温度TからTに至るまでは液相状態であり(領域I)、また、温度がTに達すると、本来であれば成分bは晶出し始めることになるが、本発明において用いられる潜熱蓄熱材にあっては過冷却現象が起きるため、成分bは未だ析出されず液相のままであり、成分aについても液相のままである。この段階における液相中の成分bの濃度は所期濃度m1のままである。 In the latent heat storage material having a X 1 composition deviated from eutectic composition X 0, by tap water and heat is exchanged in the first heat radiation step, gradually decreases the temperature from the temperature T 1 of the FIG. 7 Go. From the temperature T 1 to T 2 , it is in a liquid phase state (region I), and when the temperature reaches T 2 , the component b starts to crystallize if used originally, but is used in the present invention. In the latent heat storage material, a supercooling phenomenon occurs, so that the component b is not yet deposited and remains in the liquid phase, and the component a also remains in the liquid phase. At this stage, the concentration of the component b in the liquid phase remains the desired concentration m1.

ここで、蓄熱材槽28に設けられている過冷却解除装置を作動することにより、過冷却が解除され、液相中の成分bが固相として析出する。この段階では、液相中の成分bの濃度は、固相として析出した分だけ低くなると同時に(成分bの濃度はm3)、液相の温度は液相線Bの温度まで上昇する(図中のT参照)。 Here, by operating the supercooling release device provided in the heat storage material tank 28, supercooling is released and the component b in the liquid phase is precipitated as a solid phase. At this stage, the concentration of the component b in the liquid phase is lowered by the amount deposited as a solid phase (the concentration of the component b is m3), and the temperature of the liquid phase rises to the temperature of the liquidus line B (in the figure). reference of T 3).

その後、さらに放熱運転を続行すると、液相の温度及び成分bの濃度は、液相線Bに沿ってT、m4まで低下する。 Thereafter, when the heat radiation operation is further continued, the temperature of the liquid phase and the concentration of the component b are reduced to T 4 and m 4 along the liquid phase line B.

第一放熱段階終了後の過冷却状態の蓄熱材をそのままさらに冷却して過冷却解除し、T、m4の状態とした場合、固相と液相の比率は、固相:液相=α1:β1となる。本発明のように、いったん蓄熱槽内で過冷却解除し、上澄み液を冷却した場合(本発明の第二放熱段階)には、T、m4の状態で固相:液相=α2:β2となるため、固相の比率を低減することができ、当該給湯熱交換器29内で多量に固相が析出することによる閉塞を防止することができる。 When the supercooled heat storage material after completion of the first heat release stage is further cooled as it is to release the supercooling, and the state of T 4 and m4 is set, the ratio of the solid phase to the liquid phase is: solid phase: liquid phase = α1 : Β1. As in the present invention, when supercooling is once canceled in the heat storage tank and the supernatant liquid is cooled (second heat radiation stage of the present invention), solid phase: liquid phase = α2: β2 in the state of T 4 and m4. Therefore, the ratio of the solid phase can be reduced, and blockage due to the precipitation of a large amount of the solid phase in the hot water supply heat exchanger 29 can be prevented.

共晶系混合物を潜熱蓄熱材として用いる場合、その共晶温度が供給される水の温度(例えば20℃)よりも十分に低い温度となるようなものを用いることが好ましい。そのように選定することにより、蓄熱材の放熱運転時(放熱状態(例えば25℃))においても蓄熱材の全量が固相となることなく、流動性を保ったスラリ状とすることが可能となる。   When the eutectic mixture is used as the latent heat storage material, it is preferable to use a mixture whose eutectic temperature is sufficiently lower than the temperature of the supplied water (for example, 20 ° C.). By selecting as such, the heat storage material can be made into a slurry shape that maintains fluidity without the entire amount of the heat storage material becoming a solid phase even during the heat dissipation operation of the heat storage material (heat dissipation state (for example, 25 ° C.)). Become.

本発明の装置および方法において用いられる潜熱蓄熱材にあっては、上述した特性を有する潜熱蓄熱材であればいかなる潜熱蓄熱材であっても使用可能である。例えば、アンモニウムミョウバン−水系の混合物、エリスリトール−水系の混合物などが好適に使用できる。   As the latent heat storage material used in the apparatus and method of the present invention, any latent heat storage material can be used as long as the latent heat storage material has the above-described characteristics. For example, an ammonium alum-water mixture, an erythritol-water mixture, and the like can be preferably used.

さらに、共晶系でない複数の成分からなる混合物でも、その状態線図上で液相線と固相線に囲まれた部分の状態で使用することにより、本発明の給湯装置において用いられる潜熱蓄熱材として適用することが可能である。   Furthermore, even in a mixture composed of a plurality of components that are not eutectic, the latent heat storage used in the hot water supply apparatus of the present invention is used in the state surrounded by the liquidus and solidus on the state diagram. It can be applied as a material.

固相と液相の比重差で、固相が沈降もしくは浮遊して鉛直方向に固相分布の偏りが生じる場合には、公知の増粘剤などを添加して粘性を増大させて固相が均一に分散するようにすることにより、温度成層状態がより確実に得られるようになる。   If the solid phase settles or floats due to the difference in specific gravity between the solid phase and the liquid phase and the solid phase distribution is biased in the vertical direction, the viscosity of the solid phase is increased by adding a known thickener or the like to increase the viscosity. By uniformly dispersing, a temperature stratified state can be obtained more reliably.

従来の潜熱蓄材を用いた給湯装置の一部の構成を示す概略図である。It is the schematic which shows the structure of a part of hot water supply apparatus using the conventional latent heat storage material. 従来技術の問題点をわかりやすく説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the problem of a prior art intelligibly. 本発明の給湯装置の構成図(蓄熱運転時)である。It is a block diagram (at the time of a thermal storage driving | operation) of the hot water supply apparatus of this invention. 冷媒としての二酸化炭素のモリエル線図である。It is a Mollier diagram of carbon dioxide as a refrigerant. 本発明の給湯装置の構成図(第一放熱運転時)である。It is a block diagram (at the time of a 1st heat radiation operation) of the hot water supply apparatus of this invention. 本発明の給湯装置の構成図(第二放熱運転時)である。It is a block diagram (at the time of a 2nd heat dissipation driving | operation) of the hot water supply apparatus of this invention. 本発明に用いられる潜熱蓄熱材の状態図である。It is a state figure of the latent heat storage material used for this invention.

符号の説明Explanation of symbols

20 … 給湯装置
21 … 熱源ユニット
22 … 蓄熱ユニット
23 … 給湯ユニット
24 … 熱源側熱交換器
25 … 膨張弁
26 … 蒸発器
27 … 圧縮機
28 … 蓄熱槽
28b … 過冷却解除装置
29 … 給湯熱交換器
30 … 蓄熱ポンプ
31 … 放熱ポンプ
100 … 蓄熱材
101 … 蓄熱槽
102 … 熱交換器
103 … 熱源ユニット
DESCRIPTION OF SYMBOLS 20 ... Hot water supply apparatus 21 ... Heat source unit 22 ... Heat storage unit 23 ... Hot water supply unit 24 ... Heat source side heat exchanger 25 ... Expansion valve 26 ... Evaporator 27 ... Compressor 28 ... Heat storage tank 28b ... Supercooling release device 29 ... Hot water supply heat exchange Heat exchanger 30 ... Thermal storage pump 31 ... Radiation pump 100 ... Thermal storage material 101 ... Thermal storage tank 102 ... Heat exchanger 103 ... Heat source unit

Claims (4)

熱源ユニットと、
前記熱源ユニットの熱を蓄熱および放熱可能な蓄熱ユニットと、
前記蓄熱ユニットに蓄えられた熱を利用して温水を作る給湯ユニットと、
を備え、
前記蓄熱ユニットには、放熱運転時に過冷却状態となり液相状態を維持し、さらに過冷却が解除されて固相が析出した場合にも流動性を維持可能で、かつ温度成層化可能な潜熱蓄熱材が用いられており、
かつ、前記蓄熱ユニットには、前記潜熱蓄熱材が過冷却状態となった場合に、当該過冷却状態を解除するための過冷却解除装置が設けられており、
前記蓄熱ユニットに蓄熱する際には、潜熱蓄熱材が熱源ユニットと蓄熱ユニットとの間を循環し、その際、蓄熱ユニットで温度成層化している潜熱蓄熱材における低温側の潜熱蓄熱材を熱源ユニットに供給するようにし、
一方、前記蓄熱ユニットから放熱する際には、潜熱蓄熱材が蓄熱ユニットと給湯ユニットとの間を循環し、その際、蓄熱ユニットで温度成層化している潜熱蓄熱材における高温側の潜熱蓄熱材を給湯ユニットに供給し、
かつ、前記蓄熱ユニット中に存在する過冷却状態の潜熱蓄熱材を、前記過冷却解除装置を作動することにより、過冷却状態を解除することが可能である、
ことを特徴とする給湯装置。
A heat source unit;
A heat storage unit capable of storing and releasing heat of the heat source unit; and
A hot water supply unit for making hot water using heat stored in the heat storage unit;
With
The heat storage unit is in a subcooled state during heat radiation operation and maintains a liquid phase state. Further, even when supercooling is released and a solid phase is deposited, the heat storage unit can maintain fluidity and can be stratified in temperature. Materials are used,
And when the latent heat storage material is in a supercooled state, the heat storage unit is provided with a supercooling release device for canceling the supercooled state,
When storing heat in the heat storage unit, the latent heat storage material circulates between the heat source unit and the heat storage unit, and at this time, the latent heat storage material on the low temperature side in the latent heat storage material stratified by the heat storage unit is used as the heat source unit. To supply and
On the other hand, when radiating heat from the heat storage unit, the latent heat storage material circulates between the heat storage unit and the hot water supply unit, and at that time, the latent heat storage material on the high temperature side in the latent heat storage material stratified by the heat storage unit is used. To the hot water supply unit,
And, it is possible to release the supercooled state by operating the supercooling release device for the latent heat storage material in the supercooled state present in the heat storage unit.
A water heater characterized by that.
請求項1に記載の給湯装置であって、
前記潜熱蓄熱材は、複数の成分からなる共晶系の混合物を共晶が生じる共晶組成からずらした組成で形成したことを特徴とする給湯装置。
The hot water supply device according to claim 1,
The hot water storage device is characterized in that the latent heat storage material is formed by shifting a eutectic mixture composed of a plurality of components from a eutectic composition in which a eutectic is generated.
請求項1または2に記載の給湯装置であって、
前記熱源ユニットは、二酸化炭素を冷媒として用い、熱源側熱交換器と、膨張弁と、蒸発器と、圧縮機と、から構成されるヒートポンプユニットであることを特徴とする給湯装置。
The hot water supply device according to claim 1 or 2,
The hot water supply device, wherein the heat source unit is a heat pump unit that uses carbon dioxide as a refrigerant and includes a heat source side heat exchanger, an expansion valve, an evaporator, and a compressor.
放熱時に過冷却状態となり液相状態を維持し、さらに過冷却が解除されて固相が析出した場合にも流動性を維持可能で、かつ温度成層化可能な潜熱蓄熱材を用いた蓄放熱方法であって、
蓄熱段階にあっては、熱源からの熱を前記潜熱蓄熱材へ蓄熱し、
放熱段階にあっては、当該段階を第一放熱段階と第二放熱段階とに分け、
第一放熱段階では、潜熱蓄熱材を過冷却させ、
次いで、当該第一放熱段階がほぼ完了した段階で過冷却状態の潜熱蓄熱材を意図的に過冷却解除させ、
次いで、前記第二放熱段階では、過冷却解除した潜熱蓄熱材をさらに放熱させる、
ことを特徴とする蓄放熱方法。
A heat storage and heat dissipation method using a latent heat storage material that maintains superfluidity and maintains a liquid phase during heat dissipation, and can maintain fluidity even when the supercooling is released and a solid phase precipitates, and is capable of temperature stratification. Because
In the heat storage stage, heat from the heat source is stored in the latent heat storage material,
In the heat release stage, the stage is divided into a first heat release stage and a second heat release stage,
In the first heat release stage, the latent heat storage material is supercooled,
Next, the latent heat storage material in the supercooled state is intentionally released from the supercooling at the stage where the first heat release stage is almost completed,
Next, in the second heat radiation stage, the latent heat storage material released from the supercooling is further radiated,
A heat storage and heat dissipation method characterized by that.
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