JP2010025425A - Heat accumulator and heat pump water heater equipped with the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、暖房等に利用する蓄熱装置及びそれを備えたヒートポンプ給湯機に関するものである。 The present invention relates to a heat storage device used for heating or the like and a heat pump water heater provided with the same.
従来、この種の蓄熱装置は、蓄熱槽の内部に蓄熱剤を充填し、蓄熱剤に蓄熱、また熱を取り出すための熱交換器を、蓄熱層の開放された上面から蓄熱剤に浸漬させていた(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, in this type of heat storage device, a heat storage tank is filled with a heat storage agent, heat storage in the heat storage agent, and a heat exchanger for taking out heat is immersed in the heat storage agent from the open upper surface of the heat storage layer. (For example, see Patent Document 1).
図9は、上記特許文献1に記載された従来の蓄熱装置を示すものである。図9に示すように、蓄熱槽1と、蓄熱剤2と、熱交換器3とから構成されている。
しかしながら、前記従来の構成では、蓄熱槽1の内部に蓄熱剤2が充填され、開放された上面から熱交換器3を蓄熱剤2に浸漬させるため、必要な蓄熱量と熱交換能力を確保するにはる程度以上の高さが必要となり、ある程度以上小型化が出来ないという課題を有していた。
However, in the conventional configuration, the heat storage tank 1 is filled with the
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、蓄熱剤の利用率を向上し、蓄熱槽のコンパクトな蓄熱装置を提供することを目的とする。 This invention solves the said conventional subject, and it aims at improving the utilization factor of a thermal storage agent and providing the compact thermal storage apparatus of a thermal storage tank.
前記従来の課題を解決するために、本発明の蓄熱装置は、流体流路を有する蓄放熱パネルで蓄熱体を挟んで順に積層し、前記蓄熱体と前記蓄放熱パネルとを密着させる構成としたもので、蓄熱体を、流体流路を有する蓄放熱パネルで挟み、積層することにより、蓄熱剤を高密度に充填することができ、蓄熱剤への熱の出し入れを高効率に行うことができ、また蓄熱槽の小型化が可能となる。 In order to solve the conventional problem, the heat storage device of the present invention has a structure in which the heat storage body and the heat storage and heat dissipation panel are in close contact with each other by sequentially stacking the heat storage body with a heat storage and heat dissipation panel having a fluid flow path. By sandwiching and stacking the heat storage body with a heat storage and heat dissipation panel having a fluid flow path, the heat storage agent can be filled with high density, and heat can be transferred to and from the heat storage agent with high efficiency. In addition, the heat storage tank can be downsized.
本発明によれば、蓄熱剤の利用率を向上し、蓄熱容槽のコンパクトな蓄熱装置を提供できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the utilization factor of a thermal storage agent can be improved and the compact thermal storage apparatus of a thermal storage tank can be provided.
第1の発明は、流体流路を有する蓄放熱パネルで蓄熱体を挟んで順に積層し、前記蓄熱体と前記蓄放熱パネルとを密着させる構成としたもので、蓄熱体を、流体流路を有する蓄放熱パネルで挟み、積層することにより、蓄熱剤を高密度に充填することができ、蓄熱剤への熱の出し入れを高効率に行うことができ、また蓄熱槽の小型化が可能となる。 The first invention is a structure in which a heat storage body is sandwiched in order by a heat storage and heat dissipation panel having a fluid flow path, and the heat storage body and the heat storage and heat dissipation panel are brought into close contact with each other. By sandwiching and laminating between the heat storage and heat-dissipating panels, the heat storage agent can be filled with high density, heat can be taken in and out of the heat storage agent with high efficiency, and the heat storage tank can be downsized. .
第2の発明は、蓄放熱パネルの表面に突起部を形成し、蓄熱体を保持する構成としたもので、流体流路を有する蓄放熱パネルで、蓄熱体を保持することで、蓄熱剤を高密度に充填することができ、蓄熱剤への熱の出し入れを高効率に行うことができ、また蓄熱槽が不要となり小型化が可能となる。 The second invention is a structure in which a protrusion is formed on the surface of the heat storage and heat dissipation panel to hold the heat storage body, and the heat storage heat dissipation panel having a fluid flow path is used to hold the heat storage body. It can be filled with high density, heat can be put into and taken out of the heat storage agent with high efficiency, and a heat storage tank is not required, and downsizing is possible.
第3の発明は、蓄放熱パネルは、外表面に腐食防止皮膜を設けたアルミ押し出し型材で形成したもので、装置を軽量化し流体から蓄熱剤への伝熱性を高めて、腐食性のある蓄熱
材からアルミ型材の腐食を防止することとなり、軽量で信頼性の高い高効率の蓄熱装置を実現することができる。
According to a third aspect of the present invention, the heat storage and heat dissipation panel is formed of an aluminum extrusion mold material provided with a corrosion prevention film on the outer surface. This prevents corrosion of the aluminum mold from the material, and realizes a highly efficient heat storage device that is lightweight and highly reliable.
第4の発明は、薄膜の袋状容器に蓄熱剤を収納して蓄熱体を形成したもので、蓄放熱パネルや流路平板を構成する金属と蓄熱剤とが、直接接触するのを防止することとなり、金属の腐食を防止し金属から溶出するイオンが蓄熱剤を劣化させるのを防止することができる。 According to a fourth aspect of the present invention, a heat storage agent is formed by storing a heat storage agent in a thin-film bag-like container, and the metal and the heat storage agent that constitute the heat storage / radiation panel or the flow path plate are prevented from coming into direct contact. Thus, corrosion of the metal can be prevented and ions eluted from the metal can be prevented from deteriorating the heat storage agent.
第5の発明は、蓄放熱パネルの型材側面に貫通穴を有する貫通用凸部とメネジを形成する固定用凸部とを設け、前記蓄放熱パネルと流路平板とを締結する構成としたもので、蓄放熱パネルを積層して、貫通用凸部の貫通穴に締結体となるボルトを通して固定用凸部のメネジにボルトを締めこんで固定することとなり、特別な部材を用いることなく積層する蓄放熱パネル間で強固に固定することができる。 5th invention provided the convex part for penetration which has a through-hole and the convex part for fixation which forms a female screw in the type | mold side surface of the thermal storage / dissipation panel, and was set as the structure which fastens the said thermal storage / radiation panel and flow-path flat plate Then, the heat storage and heat dissipation panels are stacked, and bolts are fastened to the female screws of the fixing convex portions through the bolts that are fastening bodies in the through holes of the through convex portions, and are stacked without using special members. It can be firmly fixed between the heat storage and heat dissipation panels.
第6の発明は、蓄熱剤温度検出手段と、蓄熱剤振動装置と、前記蓄熱剤温度検出手段の出力に基づいて、前記蓄熱剤振動装置の動作を制御する制御装置とを設けたもので、蓄熱剤が凝固温度または融解温度近い温度になったのを蓄熱剤温度検出手段で検出して、制御装置で蓄熱剤振動装置を振動して蓄熱剤を振動することとなり、蓄熱剤に機械的振動を与えて過冷却を防止し所定の温度で確実に潜熱を利用することができる。 The sixth invention is provided with a heat storage agent temperature detection means, a heat storage agent vibration device, and a control device for controlling the operation of the heat storage agent vibration device based on the output of the heat storage agent temperature detection means, The thermal storage agent temperature detection means detects that the thermal storage agent has become close to the solidification temperature or melting temperature, and the control device vibrates the thermal storage agent vibration device to vibrate the thermal storage agent. Thus, it is possible to prevent overcooling and reliably use latent heat at a predetermined temperature.
第7の発明は、装置外周を接合材で接合して真空断熱材で覆ったもので、装置からの放熱を少なくすることとなり、高効率な運転をすることができる。 In the seventh aspect of the invention, the outer periphery of the apparatus is bonded with a bonding material and covered with a vacuum heat insulating material, so that heat radiation from the apparatus is reduced and a highly efficient operation can be performed.
第8の発明は、加熱用ヒータを設けたもので、加熱用ヒータによっても流体を加熱することとなり、蓄熱剤を少量化でき蓄熱装置のさらなる小型化が可能となる。 The eighth invention is provided with a heater for heating, and the fluid is also heated by the heater for heating, so that the amount of the heat storage agent can be reduced, and the heat storage device can be further downsized.
第9の発明は、請求項1〜8のいずれか1項に記載の蓄熱装置を備えたヒートポンプ給湯機で、小型高効率で信頼性の高いヒートポンプ給湯機を提供できる。 9th invention is a heat pump water heater provided with the heat storage apparatus of any one of Claims 1-8, and can provide a small and highly efficient heat pump water heater.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものでない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited by this embodiment.
(実施の形態1)
図1は本発明の第1の実施の形態における蓄熱装置の構成図を示すものである。
(Embodiment 1)
FIG. 1 shows a configuration diagram of a heat storage device according to the first embodiment of the present invention.
図1において、蓄放熱パネル4は、流体流路5を有する型材6からなり、前記型材6の両側または片側に、蓄熱剤2を有する蓄熱体7を保持したものであり、突起部8で挟んで順に積層し、蓄熱体7を蓄放熱パネル4密着させて、最終端を端板用蓄放熱パネル9としボルトなどの締結体10で締結固定して構成している。
In FIG. 1, a
以上のように構成された蓄熱装置について、以下その動作、作用を説明する。 About the thermal storage apparatus comprised as mentioned above, the operation | movement and an effect | action are demonstrated below.
まず、蓄熱は高温の流体を、蓄放熱パネル4の型材6や端板用蓄放熱パネル9の流体流路5に流して、蓄熱体7を加熱して蓄熱剤2に蓄熱する。放熱は低温の流体を、高温の流体が流れていない、蓄放熱パネル4の型材6や端板用蓄放熱パネル9の流体流路5に流して、蓄熱体7の蓄熱剤2から流体に放熱する。例えば、蓄放熱パネル4の型材6の流体流路5に、高温の流体や低温の流体を交互に流すようにすれば良い。
First, in the heat storage, a high-temperature fluid is caused to flow through the
以上のように、本実施の形態においては蓄熱体7と蓄放熱パネル4を順に成層して締結体で締結することにより、蓄熱体7を蓄放熱パネル4で強固に挟んで固定し、型材6の表
面に蓄熱体7を密着して積層することとなり、蓄熱剤2を高密度に充填して蓄熱と放熱時の熱の出し入れを高効率に行うことができ、また蓄熱槽の小型化が可能となる。
As described above, in the present embodiment, the
(実施の形態2)
図2は本発明の第2の実施の形態の蓄熱装置の構成図を示すものである。
(Embodiment 2)
FIG. 2 shows a configuration diagram of a heat storage device according to the second embodiment of the present invention.
図2において、蓄放熱パネル4の型材6はアルミ押し出し型材で構成し、酢酸ナトリウム3水塩などの蓄熱剤2からなる蓄熱体7が接触する外表面に樹脂等の腐食防止皮膜11を設けて構成している。以上のように構成された蓄熱装置について、以下その動作、作用を説明する。
In FIG. 2, the
まず、アルミ押し出し型材の型材6の両面に酢酸ナトリウム3水塩などの蓄熱剤2からなる蓄熱体7が接触しているが、型材6の両面に腐食防止皮膜11を設けているため蓄熱剤2とアルミが直接接触してアルミから蓄熱剤2にイオンが溶出してアルミが腐食し蓄熱剤が劣化するのを防止することができる。
First, although the
以上のように、本実施の形態においてはアルミ押し出し型材で構成する型材6の外表面に腐食防止皮膜11を形成することにより、アルミと蓄熱剤2が直接接触するのを防止することとなり、アルミの腐食を防止して蓄熱剤2の劣化を防止することができる。
As described above, in the present embodiment, the
(実施の形態3)
図3は本発明の第4の実施の形態の蓄熱装置の構成図を示すものである。
(Embodiment 3)
FIG. 3 shows a configuration diagram of a heat storage device according to the fourth embodiment of the present invention.
図3において、蓄熱体7はポリエチレンなどの薄膜の袋状容器12に複数の蓄熱剤2を区分して収納している。
In FIG. 3, the
以上のように構成された蓄熱装置について、以下その動作、作用を説明する。
まず、袋状容器12に複数の板状の蓄熱剤2を収納し、袋状容器12を熱融着などの手段により個々の蓄熱剤2を区分けして充填することにより、蓄放熱パネル4への装着が容易になり、アルミや銅の金属の腐食を防止することができる。
About the thermal storage apparatus comprised as mentioned above, the operation | movement and an effect | action are demonstrated below.
First, a plurality of plate-like
以上のように、本実施の形態においては袋状容器12に複数の蓄熱剤2を区分して収納することにより、装置を組み立てた後に蓄熱体7を充填することができ、蓄熱剤2が構成材料に直接接触することなく袋状容器12を介して接触することとなり、構成材料として熱伝導性の良いアルミや銅を表面処理することなく用いることができる。
As described above, in the present embodiment, by storing a plurality of
(実施の形態4)
図4は本発明の第4の実施の形態の蓄熱装置の構成図を示すものである。
(Embodiment 4)
FIG. 4 shows a configuration diagram of a heat storage device according to the fourth embodiment of the present invention.
図4において、蓄放熱パネル4は型材6の両側面に貫通穴13を設けた貫通用凸部14とメネジ15を設けた固定用凸部16とを設けて構成している。
In FIG. 4, the heat storage /
以上のように構成された蓄熱装置について、以下その動作、作用を説明する。 About the thermal storage apparatus comprised as mentioned above, the operation | movement and an effect | action are demonstrated below.
まず、蓄放熱パネル4と蓄熱体7を積層するときに、型材6の両側面に設けた貫通用凸部14の貫通穴13にボルトなどの締結体10を通してもう一方の型材6の固定用凸部16のメネジ15に締結体10のボルトをねじ込んで固定する。
First, when the heat storage /
以上のように、本実施の形態においては、型材6の貫通穴13にボルトなどの締結体10を通してもう一方の型材6のメネジ15に締結体10のボルトをねじ込んで固定するこ
とにより、蓄熱体7と型材6が強固に密着することとなり、蓄熱体7からの熱の出し入れを効率的に行うことができる。
As described above, in the present embodiment, the heat storage body is obtained by screwing and fixing the bolt of the fastening
(実施の形態5)
図5は本発明の第5の実施の形態の蓄熱装置の構成図を示すものである。
(Embodiment 5)
FIG. 5 shows a configuration diagram of a heat storage device according to the fifth embodiment of the present invention.
図5において、蓄放熱パネル4は蓄熱体7収納部の側壁に蓄熱剤温度検出手段17と、蓄熱剤振動装置18とを装着し、蓄熱剤温度検出手段17の出力に応じて蓄熱剤振動装置18を制御する制御装置19を設けて構成している。
In FIG. 5, the heat storage /
以上のように構成された蓄熱装置について、以下その動作、作用を説明する。 About the thermal storage apparatus comprised as mentioned above, the operation | movement and an effect | action are demonstrated below.
まず、放熱時は蓄熱体7の蓄熱剤2は高温で溶融した状態であり、蓄放熱パネル4の流体流路5に低温の流体を流すことにより、蓄熱剤2から流体に熱移動が生じ流体は温度を上げながら移動し蓄熱剤2は熱を放出して徐々に温度を下げて凝固温度に近づくが、酢酸ナトリウム3水塩などの潜熱蓄熱材料を蓄熱剤2に用いた場合は、過冷却現象が現れ凝固温度になっても凝固しないで温度を下げていき、潜熱を取り出せなくなることがあるが、蓄熱剤温度検出手段17で蓄熱剤2の温度が凝固温度になったことを検出して、制御装置19で蓄熱剤振動装置18を振動させることにより、蓄熱剤2を振動させて凝固反応を促進させて所定の温度で潜熱を確実に取りだす。
First, during heat dissipation, the
以上のように、本実施の形態においては蓄熱剤温度検出手段17と蓄熱剤振動装置18と制御装置19を設けて蓄熱剤2が凝固温度に達したときに蓄熱剤2を振動することにより、蓄熱剤2の凝固反応を促進することとなり、所定の温度で蓄熱剤2から潜熱を取り出すことができる。
As described above, in the present embodiment, the heat storage agent temperature detection means 17, the heat storage
(実施の形態6)
図6は本発明の第6の実施の形態の蓄熱装置の構成図を示すものである。
(Embodiment 6)
FIG. 6 shows a configuration diagram of a heat storage device according to the sixth embodiment of the present invention.
図6において、積層した蓄放熱パネル4の外周を板状真空断熱材20で覆い、板状真空断熱材20の接合部をテープまたは板状真空断熱材20のパッキング材料で構成する接合材21で接合している。
In FIG. 6, the outer periphery of the laminated heat storage and
以上のように構成された蓄熱装置について、以下その動作、作用を説明する。 About the thermal storage apparatus comprised as mentioned above, the operation | movement and an effect | action are demonstrated below.
まず、蓄放熱パネル4を積層して締結した角型の蓄熱槽1の周囲に板状真空断熱材20を密着して設け、各板状真空断熱材20の接する部分を接合体21で接合して蓄放熱パネル4を保温断熱する。
First, a plate-like vacuum
以上のように、本実施の形態においては蓄放熱パネル4を積層して締結した角型の蓄熱槽1の各構成面を板状真空断熱材20で覆って接合体21で接合とすることにより、断熱性に優れているが曲げ加工の難しい板状真空断熱材20を断熱材として使用することが可能となり、放熱の少ない高性能で小型の蓄熱装置が実現できる。
As described above, in the present embodiment, each component surface of the rectangular heat storage tank 1 in which the heat storage and
(実施の形態7)
図7は本発明の第7の実施の形態の蓄熱装置の構成図を示すものである。
(Embodiment 7)
FIG. 7 shows a configuration diagram of a heat storage device according to the seventh embodiment of the present invention.
図7において、加熱用ヒータ22を、蓄熱体7と蓄放熱パネル4、また端板用蓄放熱パネル9とで挟んで積層し、加熱用ヒータ22を蓄熱体7、蓄放熱パネル4、端板用蓄放熱パネル9に密着させて、締結体10で締結固定して構成している。
In FIG. 7, the
以上のように構成された蓄熱装置について、以下その動作、作用を説明する。
まず、低温の流体を流体流路5に流して蓄熱体7の蓄熱剤2から流体に放熱する際に、加熱用ヒータ22によっても流体を加熱する。これにより、蓄熱剤2に蓄熱する必要な熱量が減少し、蓄熱剤2の必要量が減少する。
About the thermal storage apparatus comprised as mentioned above, the operation | movement and an effect | action are demonstrated below.
First, when flowing a low-temperature fluid through the
以上のように、本実施の形態においては加熱用ヒータ22を、蓄熱体7と蓄放熱パネル4、また端板用蓄放熱パネル9とで挟んで積層し、加熱用ヒータ22を蓄熱体7、蓄放熱パネル4、端板用蓄放熱パネル9に密着させて、締結体10で締結固定し、加熱用ヒータ22によっても流体を加熱することにより、蓄熱剤2を少量化でき蓄熱装置のさらなる小型化が可能となる。
As described above, in the present embodiment, the
(実施の形態8)
図8は本発明の第8の実施の形態の蓄熱装置の構成図を示すものである。
(Embodiment 8)
FIG. 8 shows a configuration diagram of a heat storage device according to the eighth embodiment of the present invention.
図8において、ヒートポンプ回路で構成される熱源4は、圧縮機23と減圧手段である膨張弁24と蒸発器25と内部熱交換器26と放熱器となる蓄放熱パネル4とを設けて構成している。
In FIG. 8, the
以上のように構成された蓄熱装置について、以下その動作、作用を説明する。 About the thermal storage apparatus comprised as mentioned above, the operation | movement and an effect | action are demonstrated below.
まず、圧縮機23で高温高圧にした冷媒ガスを蓄放熱パネル4の流体流路5に流して、蓄熱体7に放熱し、温度さげて内部熱交換器27で圧縮機23の吸入ガスを加熱した後、膨張弁27で低温低圧の液にして、蒸発器25で吸熱し蒸発してガスの状態で再び圧縮機23に吸入する。
First, the refrigerant gas, which has been made high-temperature and high-pressure by the
以上のように、本実施の形態においては圧縮機23で高温高圧にした冷媒ガスを、蓄放熱パネル4の流体流路5に直接流すことにより、ヒートポンプ回路で発生した熱を直接的に蓄熱体7に伝えることとなり、2次的な熱媒を必要とせず簡単な構成で効率的に蓄熱体7に蓄熱することができる。
As described above, in the present embodiment, the heat generated in the heat pump circuit is directly stored in the heat storage body by directly flowing the refrigerant gas, which has been made high-temperature and high-pressure by the
冷媒に炭酸ガスを用いた場合は、流体流路5を液化することなく通過して放熱器という作用はなくなるが同様の効果をうることができ、内部熱交換器26で圧縮機23の吸入ガスの温度を高温化することにより、流体流路5に入る温度も高温にすることができるので、蓄熱剤2を効率的に利用することができる。
When carbon dioxide gas is used as the refrigerant, it can pass through the
以上のように、本発明にかかる蓄熱装置は、小型高効率で信頼性の高い装置が実現できるので、住宅の暖房、浴室暖房乾燥、衣類乾燥機および産業用の廃熱回収装置などの用途にも適用できる。 As described above, since the heat storage device according to the present invention can realize a small, highly efficient and highly reliable device, it can be used for applications such as residential heating, bathroom heating drying, clothing dryers, and industrial waste heat recovery devices. Is also applicable.
1 蓄熱槽
2 蓄熱剤
3 熱交換器
4 蓄放熱パネル
5 流体流路
6 型材
7 蓄熱体
8 突起部
9 端板用蓄放熱パネル
10 締結体
11 腐食防止皮膜
12 袋状容器
13 貫通穴
14 貫通用凸部
15 メネジ
16 固定用凸部
17 蓄熱剤温度検出手段
18 蓄熱剤振動装置
19 制御装置
20 板状真空断熱材
21 接合材
22 加熱用ヒータ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
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