JP2007333329A - Heat storage device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、蓄熱部に貯蔵された熱を高い効率で利用できる蓄熱装置に関する。 The present invention relates to a heat storage device that can use heat stored in a heat storage unit with high efficiency.
従来から、例えば特許文献1に開示されているように、熱源部の熱を蓄熱部に一旦蓄熱し、この蓄熱部の熱を熱媒体により利用側に供給する蓄熱装置が知られている。この蓄熱装置は、蓄熱材が充填された蓄熱部に熱交換部を設け、この熱交換部の伝熱管に熱媒体としての水を通し、熱媒体により加熱された水を利用側に供給する給湯器等に利用されている。また、蓄熱部の蓄熱材としては、蓄熱量を多く確保するため、潜熱蓄熱材を利用したものが良く検討されている。さらに、給湯用の潜熱蓄熱材としては、酢酸ナトリウム・3水和物が良く検討されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, as disclosed in
また、酢酸ナトリウム・3水和物を用いる場合、例えば特許文献2に開示されているように、炭酸ナトリウム・1水和物、ピロリン酸ナトリウム・10水和物、臭素酸バリウム・1水和物、硫酸カルシウム・2水和物、ピロリン酸2水素ナトリウム・6水和物、酢酸第2鉄、塩化第1鉄、塩化第2鉄、塩化カルシウム、臭化カルシウム、塩化第2銅、酒石酸カルシウム、燐酸水素2ナトリウム・12水和塩、燐酸3ナトリウム・12水和塩、フッ化物等の過冷却防止剤を添加するのが一般的である。
しかしながら、給湯用途で所定温度(例えば、42℃)以上の熱を取出す場合に、蓄熱部の上部に多くの熱量が残るため、取出し熱量が減少し、蓄熱部に貯蔵された熱を高い効率で利用できないという課題があった。 However, when extracting heat at a predetermined temperature (for example, 42 ° C.) or more in hot water supply applications, a large amount of heat remains in the upper part of the heat storage unit, so the amount of heat extracted decreases and the heat stored in the heat storage unit is highly efficient. There was a problem that it could not be used.
本発明は、上述の課題を解決する蓄熱装置を提供することを目的としている。 An object of the present invention is to provide a heat storage device that solves the above-described problems.
上述した課題を解決するため、本発明の蓄熱装置では、潜熱蓄熱材を含む複数の蓄熱容器を有する蓄熱部と、
前記蓄熱材を加熱する加熱媒体と前記蓄熱材とが熱交換するように、前記加熱媒体が流通する第1の熱交換部と、
前記蓄熱材から吸熱する吸熱媒体と前記蓄熱材とが熱交換するように、前記吸熱媒体が流通し、前記吸熱媒体の入口部と出口部を有する第2の熱交換部とを備え、
前記吸熱媒体の入口部に近い前記蓄熱容器の蓄熱材の過冷却時の温度が、前記吸熱媒体の出口部に近い前記蓄熱容器の蓄熱材の過冷却時の温度より低い。
In order to solve the problems described above, in the heat storage device of the present invention, a heat storage unit having a plurality of heat storage containers including a latent heat storage material,
A first heat exchanging portion through which the heating medium flows so that the heating medium for heating the heat storage material and the heat storage material exchange heat;
The heat absorption medium circulates so that the heat absorption medium that absorbs heat from the heat storage material and the heat storage material exchange heat, and includes a second heat exchange section having an inlet portion and an outlet portion of the heat absorption medium,
The temperature at the time of supercooling of the heat storage material of the heat storage container near the inlet portion of the heat absorption medium is lower than the temperature at the time of supercooling of the heat storage material of the heat storage container near the outlet portion of the heat absorption medium.
より望ましい構成においては、前記吸熱媒体の入口部に近い前記蓄熱容器の蓄熱材の過冷却時の温度が、20℃以下である。 In a more desirable configuration, the temperature at the time of supercooling the heat storage material of the heat storage container close to the inlet portion of the heat absorbing medium is 20 ° C. or less.
また、本発明の別の蓄熱装置においては、潜熱蓄熱材と過冷却防止剤を含む複数の蓄熱容器を有する蓄熱部と、
前記蓄熱材を加熱する加熱媒体と前記蓄熱材とが熱交換するように、前記加熱媒体が流通する第1の熱交換部と、
前記蓄熱材から吸熱する吸熱媒体と前記蓄熱材とが熱交換するように、前記吸熱媒体が
流通し、前記吸熱媒体の入口部と出口部を有する第2の熱交換部とを備え、
前記吸熱媒体の入口部に近い前記蓄熱容器の過冷却防止剤の濃度が、前記吸熱媒体の出口部に近い前記蓄熱容器の過冷却防止剤の濃度より低い。
Moreover, in another heat storage device of the present invention, a heat storage unit having a plurality of heat storage containers including a latent heat storage material and a supercooling inhibitor,
A first heat exchanging portion through which the heating medium flows so that the heating medium for heating the heat storage material and the heat storage material exchange heat;
The heat absorption medium circulates so that the heat absorption medium that absorbs heat from the heat storage material and the heat storage material exchange heat, and includes a second heat exchange section having an inlet portion and an outlet portion of the heat absorption medium,
The concentration of the supercooling inhibitor in the heat storage container near the inlet portion of the heat absorbing medium is lower than the concentration of the supercooling inhibitor in the heat storage container near the outlet portion of the heat absorbing medium.
より望ましくは、前記吸熱媒体が給湯用の水であり、前記蓄熱材中の潜熱蓄熱材が酢酸ナトリウム・3水和物である。 More preferably, the heat absorbing medium is water for hot water supply, and the latent heat storage material in the heat storage material is sodium acetate trihydrate.
本発明の蓄熱装置は、給湯用途で所定温度(例えば、42℃)以上の熱を取出す場合に、上部に配置した蓄熱材から取出し熱量を増加することができるため、蓄熱部に貯蔵された熱を高い効率で利用できる。 Since the heat storage device of the present invention can increase the amount of heat extracted from the heat storage material arranged at the top when taking out heat at a predetermined temperature (for example, 42 ° C.) or more for hot water supply, the heat stored in the heat storage unit Can be used with high efficiency.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。ただし、従来から広く採用されている公知の手段については、詳細な説明を省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, detailed descriptions of known means that have been widely employed are omitted.
(実施の形態1)
図1は、本実施の形態1にかかる蓄熱装置の構成図である。蓄熱容器1は、6箇所に蓄熱材を充填できる構成となっており、上から5箇所には第1の蓄熱材2、1番下には第2の蓄熱材3を充填している。また、蓄熱容器1の壁を介して、一方には加熱媒体と蓄熱材との熱交換を行う第1の熱交換部4、他方には吸熱媒体と蓄熱材との熱交換を行う第2の熱交換部5を設けている。さらに、加熱媒体を加熱する熱源部として、圧縮機6、放熱器7、膨張弁8、蒸発器9から構成されるヒートポンプサイクルを設けている。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a configuration diagram of a heat storage device according to the first embodiment. The
なお、蓄熱容器1の材質は銅であり、蓄熱材を充填する側の面にはスズめっきが施されている。また、第1の熱交換部4、第2の熱交換部5ともに銅板で囲まれた箱型の構造である。また、吸熱媒体としては給湯用の水を用いている。また、ヒートポンプサイクルの冷媒として、給湯用途に適した二酸化炭素を用いている。また、第1の蓄熱材2、第2の蓄熱材3とも、主成分は酢酸ナトリウム・3水和物であり、過冷却防止剤とし、燐酸3ナトリウム・12水和物を含んでいる。第1の蓄熱材2中の過冷却防止剤の濃度が、第2の蓄熱材3中の過冷却防止剤の濃度より低くなっている。
The material of the
次に、本実施の形態1にかかる蓄熱装置の動作について説明する。蓄熱時には、加熱媒体は実線の矢印Aで示す方向に流動する。放熱器7において、高温、高圧となった冷媒と加熱媒体との間で熱交換が行われ、加熱された加熱媒体は第1の熱交換部4の上側から流入し、第1の蓄熱材2、第2の蓄熱材3の順に加熱した後、下側から流出し、再び冷媒との熱交換を行うサイクルとして流動する。また、放熱時には、吸熱媒体は破線の矢印Bで示す方向に流動し、吸熱媒体が第2の熱交換部5の下側から流入し、第2の蓄熱材3、第1の蓄熱材2の順に吸熱した後、上側から流出し、給湯等の用途に供せられる。
Next, operation | movement of the thermal storage apparatus concerning this
図2に、潜熱蓄熱材に添加した過冷却防止剤の重量濃度による過冷却解除温度に対する影響を示す。これは、潜熱蓄熱材として硫酸ナトリウム・10水和物、過冷却防止剤として四ホウ酸ナトリウム・10水和物を用い、過冷却防止剤の濃度を変化させた場合の結果である。図2では、過冷却防止剤の重量濃度が0.22%以上においては、過冷却解除温度は約25℃とほぼ一定であり、過冷却防止剤の重量濃度が0.1%以下では、過冷却解除温度が急速に低下している。過冷却防止剤の重量濃度と過冷却解除温度の関係は、蓄熱容器の大きさ等の諸条件により変わるため、定量的な議論は困難であるが、発核が過冷却防止剤を起点として、温度の関数とするある確率で発生するため、定性的には、このように過冷却防止剤の重量濃度が低いと過冷却解除温度が低くなる傾向があることは明確である。この傾向は、酢酸ナトリウム・3水和物でも同様である
図3に、第1の蓄熱材2、第2の蓄熱材3に酢酸ナトリウム・3水和物を用い、過冷却防止剤の濃度を等しくした比較例における放熱時の各部温度の時間変化(解析結果)を示す。ここで、条件は、第1の蓄熱材2、第2の蓄熱材3の厚み:6mm、第2の熱交換部5の厚み:2mm、吸熱媒体の流速:0.006m/sec、蓄熱装置の高さ:900mm、放熱開始時の温度:80℃、吸熱媒体の第2の熱交換部への入口温度:9℃としている。図に示すように、下部に配置した第2の蓄熱材3から吸熱媒体に放熱して温度が低下していき、次第に上部に配置した第1の蓄熱材2も同様に吸熱媒体に放熱して温度が低下していく。このとき、第1の蓄熱材2、第2の蓄熱材3ともに過冷却を生じることなく、凝固を開始する。
In FIG. 2, the influence with respect to the supercooling cancellation | release temperature by the weight concentration of the supercooling inhibitor added to the latent heat storage material is shown. This is the result of changing the concentration of the supercooling inhibitor using sodium sulfate decahydrate as the latent heat storage material and sodium tetraborate decahydrate as the supercooling inhibitor. In FIG. 2, when the weight concentration of the supercooling inhibitor is 0.22% or more, the supercooling release temperature is substantially constant at about 25 ° C., and when the weight concentration of the supercooling inhibitor is 0.1% or less, The cooling release temperature is rapidly decreasing. Since the relationship between the weight concentration of the supercooling inhibitor and the supercooling release temperature varies depending on various conditions such as the size of the heat storage container, quantitative discussion is difficult, but nucleation starts from the supercooling inhibitor. Since it occurs with a certain probability as a function of temperature, qualitatively, it is clear that when the weight concentration of the supercooling inhibitor is low, the supercooling release temperature tends to be low. This tendency is the same for sodium acetate trihydrate. In FIG. 3, sodium acetate trihydrate is used for the first
図4に、本発明の実施の形態1における放熱時の各部温度の時間変化(解析結果)を示す。ここで、条件は図3と同様である。図4に示すように、下部に配置した第2の蓄熱材3から吸熱媒体に放熱して温度が低下していき、次第に上部に配置した第1の蓄熱材2も同様に吸熱媒体に放熱して温度が低下していく。このとき、第2の蓄熱材3は58℃の融点から約40℃過冷却した後、凝固を開始する。
FIG. 4 shows a time change (analysis result) of each part temperature at the time of heat dissipation in
比較例に対する本発明の実施の形態1の効果を明確にするため、図5に本発明の実施の形態1における過冷却時の温度による給湯温度42℃以上での出湯時間に対する影響(第1の蓄熱材2の過冷却なし、解析結果)を示す。図5は、第1の蓄熱材2と第2の蓄熱材3の過冷却防止剤の濃度を等しくした比較例(いずれも過冷却なし)を基準として、第2の蓄熱材3の過冷却防止材の濃度を低くし、第2の蓄熱材3のみ過冷却する場合について、出湯時間の伸び率を第2の蓄熱材3に対して表している。ここで、第1の蓄熱材2と第2の蓄熱材3のいずれもが過冷却しない場合の出湯効率(=出湯熱量/第1の蓄熱材2と第2の蓄熱材3の最大熱容量)は85%である。このように、第2の蓄熱材3の過冷却時の温度が低くなると、出湯時間の伸び率は大きくなる傾向を示しており、特に第2の蓄熱材3の過冷却時の温度20℃以下でこの傾向が顕著となる。
In order to clarify the effect of the first embodiment of the present invention on the comparative example, FIG. 5 shows the influence on the hot water discharge time at the hot water supply temperature of 42 ° C. or higher due to the temperature at the time of supercooling in the first embodiment of the present invention. No overcooling of the
この理由を明確にするため、図6に、比較例(第1の蓄熱材2と第2の蓄熱材3のいずれも過冷却なし)と本発明の実施の形態1(過冷却度40deg.)における放熱時に給湯温度(吸熱媒体の取出し温度)が42℃まで低下した時点での第1の蓄熱材2、第2の蓄熱材3の保有熱量(解析結果)を示す。このように、本発明の実施の形態1では、比較例と比較して、上部に配置した第1の蓄熱材2の保有熱量が低下しており、取出し熱量が増加し、蓄熱装置に貯蔵した熱を高い効率で利用することができる。これは、第2の蓄熱材3において過冷却が生じている間に第1の蓄熱材2から吸熱媒体がより多くの熱量を吸熱しているためであると考えられる。
In order to clarify the reason, FIG. 6 shows a comparative example (both the first
図7に本発明の実施の形態1における過冷却時の温度による給湯温度42℃以上での出湯時間に対する影響(第1の蓄熱材2の過冷却あり、解析結果)を示す。図7は、第1の蓄熱材2と第2の蓄熱材3の過冷却防止剤の濃度を等しくした比較例(いずれも過冷却あり)を基準として、第2の蓄熱材3の過冷却防止材の濃度を低くし、第2の蓄熱材3の過冷却度を大きくする場合について、出湯時間の伸び率を比較例に対して表している。図5および図7から、第1の蓄熱材2の過冷却時の温度が出湯温度より高い場合に、第2の蓄熱材3の過冷却防止剤の濃度を第1の蓄熱材2より高くしたことによる出湯時間の伸びが現れている。また、第1の蓄熱材2の過冷却時の温度が出湯温度以上であれば、いずれも第2の蓄熱材3の過冷却時の温度20℃以下でこの傾向が顕著となる。
FIG. 7 shows the influence of the temperature at the time of supercooling in the first embodiment of the present invention on the hot water discharge time at a hot water supply temperature of 42 ° C. or higher (the first
なお、本発明の実施の形態1では、蓄熱容器1、第1の熱交換部4、第2の熱交換部5を各々1つずつ配置しているが、図7に示すように、複数の蓄熱容器1、第1の熱交換部4、第2の熱交換部5を水平方向に積層した構成としても良く、図1の構成と同様の効果が得られる。
In addition, in
また、蓄熱時にヒートポンプサイクルの凝縮器7で冷媒との熱交換を行った加熱媒体を第1の熱交換部4に流入させたが、図8に示すように、凝縮器7と第1の熱交換部4を共用し、第1の熱交換部4に直接冷媒を流入させて、第1の蓄熱材2、第2の蓄熱材3を加熱する構成としても良く、図1の構成と同様の効果が得られる。
Moreover, although the heating medium which heat-exchanged with the refrigerant | coolant with the
また、本実施の形態1では、加熱媒体、蓄熱媒体の流動方向を鉛直方向としているが、図9に示すように、仕切り板11を設けて、流動方向を水平方向としても良く、図1の構成と同様の効果が得られる。
In the first embodiment, the flow direction of the heating medium and the heat storage medium is the vertical direction. However, as shown in FIG. 9, the
また、第1の蓄熱材2、第2の蓄熱材3ともに、酢酸ナトリウム・3水和物に燐酸3ナトリウム・12水和物を添加している。しかし、暖房等の用途に利用する場合には、潜熱蓄熱材の融点は58℃より低くても十分である。
Further, in both the first
また、過冷却防止剤としては、燐酸3ナトリウム・12水和物を用いているが、炭酸ナトリウム・1水和物、ピロリン酸ナトリウム・10水和物、臭素酸バリウム・1水和物、硫酸カルシウム・2水和物、ピロリン酸2水素ナトリウム・6水和物、酢酸第2鉄、塩化第1鉄、塩化第2鉄、塩化カルシウム、臭化カルシウム、塩化第2銅、酒石酸カルシウム、燐酸水素2ナトリウム・12水和物、フッ化リチウム等のフッ化物、四ホウ酸ナトリウム・水和物、塩化ナトリウム、硫酸ナトリウム物等を用いても良い。さらに、潜熱蓄熱材と過冷却防止剤以外にも増粘剤を添加しても良い。
As the supercooling preventive agent,
さらに、蓄熱容器1に6箇所蓄熱材を充填できる構成とし、過冷却防止剤の重量濃度が低い第2の蓄熱材3をそのうち1箇所に充填しているが、吸熱媒体の流速、第1の蓄熱材2、第2の蓄熱材3の厚み、第2の熱交換部5の厚み、蓄熱装置の高さ等の条件により変わるため、この構成に限定されるものではなく、最適な性能を得るように任意に選定することができる。また、過冷却防止剤の重量濃度も2種類だけでなくても良く、下部に配置した蓄熱材中の過冷却防止剤の重量濃度と上部に配置した蓄熱材中の過冷却防止剤の重量濃度との間に勾配をつけておいても良い。
Furthermore, it is set as the structure which can be filled with the
本発明にかかる蓄熱装置およびこれを用いた蓄熱装置は家庭用の給湯機用途に展開できるが、必ずしもこれに限定されるものではなく、家庭用の暖房用途や産業用の排熱の貯蔵等にも展開することができる。 The heat storage device according to the present invention and the heat storage device using the heat storage device can be developed for household water heater applications, but are not necessarily limited to this, for household heating applications, industrial waste heat storage, etc. Can also be deployed.
1 蓄熱容器
2 第1の蓄熱材
3 第2の蓄熱材
4 第1の熱交換部
5 第2の熱交換部
6 圧縮機
7 放熱器
8 膨張弁
9 蒸発器
10 共用熱交換部
11 仕切り板
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記蓄熱材を加熱する加熱媒体と前記蓄熱材とが熱交換するように、前記加熱媒体が流通する第1の熱交換部と、
前記蓄熱材から吸熱する吸熱媒体と前記蓄熱材とが熱交換するように、前記吸熱媒体が流通し、前記吸熱媒体の入口部と出口部を有する第2の熱交換部とを備え、
前記吸熱媒体の入口部に近い前記蓄熱容器の蓄熱材の過冷却時の温度が、前記吸熱媒体の出口部に近い前記蓄熱容器の蓄熱材の過冷却時の温度より低い蓄熱装置。 A heat storage section having a plurality of heat storage containers including a latent heat storage material;
A first heat exchanging portion through which the heating medium flows so that the heating medium for heating the heat storage material and the heat storage material exchange heat;
The heat absorption medium circulates so that the heat absorption medium that absorbs heat from the heat storage material and the heat storage material exchange heat, and includes a second heat exchange section having an inlet portion and an outlet portion of the heat absorption medium,
The heat storage device in which the temperature at the time of supercooling of the heat storage material of the heat storage container near the inlet portion of the heat absorption medium is lower than the temperature at the time of supercooling of the heat storage material of the heat storage container near the outlet portion of the heat absorption medium.
前記蓄熱材を加熱する加熱媒体と前記蓄熱材とが熱交換するように、前記加熱媒体が流通する第1の熱交換部と、
前記蓄熱材から吸熱する吸熱媒体と前記蓄熱材とが熱交換するように、前記吸熱媒体が流通し、前記吸熱媒体の入口部と出口部を有する第2の熱交換部とを備え、
前記吸熱媒体の入口部に近い前記蓄熱容器の過冷却防止剤の濃度が、前記吸熱媒体の出口部に近い前記蓄熱容器の過冷却防止剤の濃度より低い蓄熱装置。 A heat storage section having a plurality of heat storage containers including a latent heat storage material and a supercooling inhibitor;
A first heat exchanging portion through which the heating medium flows so that the heating medium for heating the heat storage material and the heat storage material exchange heat;
The heat absorption medium circulates so that the heat absorption medium that absorbs heat from the heat storage material and the heat storage material exchange heat, and includes a second heat exchange section having an inlet portion and an outlet portion of the heat absorption medium,
A heat storage device in which the concentration of the supercooling inhibitor in the heat storage container near the inlet portion of the heat absorbing medium is lower than the concentration of the supercooling inhibitor in the heat storage container near the outlet portion of the heat absorbing medium.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2006167196A JP2007333329A (en) | 2006-06-16 | 2006-06-16 | Heat storage device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2006167196A JP2007333329A (en) | 2006-06-16 | 2006-06-16 | Heat storage device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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JP2007333329A true JP2007333329A (en) | 2007-12-27 |
Family
ID=38932961
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP2006167196A Pending JP2007333329A (en) | 2006-06-16 | 2006-06-16 | Heat storage device |
Country Status (1)
Country | Link |
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2006
- 2006-06-16 JP JP2006167196A patent/JP2007333329A/en active Pending
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