JP2017161192A - 蓄熱装置及び温水生成装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 省コスト・省材料であるとともに、蓄熱・放熱時の伝熱性能に優れ、高い熱交換性能を有する蓄熱装置を提供すること。【解決手段】 筐体31と、筐体31内に配置される複数の蓄熱材容器(32〜35)とを備え、蓄熱材容器(32〜35)は、容器表面(32a〜35a)及び容器裏面(32b〜35b)の少なくとも一方に熱媒体流路が形成される蓄熱装置30であって、容器表面(32a〜35a)及び/又は容器裏面(32b〜35b)は、凹凸部44を有する形状であることを特徴とする。【選択図】 図1
Description
本発明は、複数の蓄熱材容器を備えた蓄熱装置(蓄熱ユニット)、及び蓄熱ユニット(蓄熱装置)とヒートポンプユニット(ヒートポンプ装置)を備えた温水生成装置に関するものである。
特許文献1には、非蓄熱時には固体となり蓄熱時には液体となる潜熱蓄熱材をアルミラミネートフィルム製の袋にて真空パックを施して形成された蓄熱手段と、蓄熱手段を保持する伝熱壁と、流体流路と、断熱手段とで構成され、蓄熱手段を上下方向(鉛直方向)に積層した蓄熱装置が開示されている。
また、特許文献2には、貯湯タンクの下方に冷媒循環回路及び送風ファンが配置されたヒートポンプ給湯機が開示されている。
特許文献1の蓄熱装置は、流体通路を確保するために、蓄熱手段間に挟み込む別部材を追加する必要がある。別部材を追加すると、別部材のスペース分だけ、潜熱蓄熱材の充填量が少なくなってしまう。また、別部材による熱伝導ロスが生じ、蓄熱・放熱時の伝熱性能が低下してしまう。また、潜熱蓄熱材は蓄熱時に液体となるため、袋が変形しやすいと、蓄熱時に潜熱蓄熱材が下方に移動して袋が変形する。袋の変形によって、流体流路は不均一となり、潜熱蓄熱材は伝熱性能が低下する。
また、特許文献2のヒートポンプ給湯機は、冷媒循環回路及び送風ファンが収容された背の高いユニットに貯湯タンクを載置するので、さらに背が高くなり、重心が高く安定性に欠ける。
そこで本発明は、蓄熱材容器を備え、蓄熱材容器の表面及び裏面の少なくとも一方に熱媒体流路が形成される蓄熱装置であって、省コスト・省材料であるとともに、蓄熱・放熱時の伝熱性能に優れ、高い熱交換性能を有する蓄熱装置を提供することを目的とする。
また、本発明は、蓄熱ユニットと、ヒートポンプユニットとを備えた温水生成装置であって、設置時の重量バランスが良く安定性が高く、設置固定用の部品を簡略化できる温水生成装置を提供することを目的とする。
上記従来の課題を解決するために、本発明の蓄熱装置は、筐体と、前記筐体内に配置される複数の蓄熱材容器とを備え、前記蓄熱材容器は、容器表面及び容器裏面の少なくとも一方に熱媒体流路が形成される蓄熱装置であって、前記容器表面及び/又は前記容器裏面は、凹凸部を有する形状であることを特徴とするものである。
これにより、熱媒体流路を形成するために別部材を設ける必要がなく、コスト及び材料を低減でき、蓄熱・放熱時の伝熱性能を高め、高い熱交換性能を発揮させることができる。
また、本発明の温水生成装置は、蓄熱ユニットと、ヒートポンプユニットとを備え、前記蓄熱ユニットは、筐体と、前記筐体内に配置される複数の蓄熱材容器とを備え、前記ヒートポンプユニットは、圧縮機、放熱器、減圧手段、及び蒸発器を順次接続して冷媒を循環させる冷媒循環回路と、前記蒸発器に送風する送風ファンとを備え、前記放熱器では、前記冷媒と熱媒体とが熱交換を行い、前記放熱器で吸熱した前記熱媒体を前記熱媒体流路に導くことで、前記熱媒体の熱が前記蓄熱材容器内に封入された潜熱蓄熱材に蓄熱される温水生成装置であって、前記ヒートポンプユニットを前記蓄熱ユニットの上方に設置したことを特徴とするものである。
これにより、重量物である蓄熱ユニットがヒートポンプユニットよりも下側となるので、設置時の重量バランスが良くなる。
本発明によれば、省コスト・省材料で、蓄熱・放熱時の伝熱性能に優れ、高い熱交換性能を有する蓄熱装置を提供することができる。
また、本発明によれば、設置時の重量バランスが良く安定性が高く、設置固定用の部品を簡略化できる温水生成装置を提供することができる。
また、本発明によれば、設置時の重量バランスが良く安定性が高く、設置固定用の部品を簡略化できる温水生成装置を提供することができる。
第1の発明は、筐体と、前記筐体内に配置される複数の蓄熱材容器とを備え、前記蓄熱材容器は、容器表面及び容器裏面の少なくとも一方に熱媒体流路が形成される蓄熱装置であって、前記容器表面及び/又は前記容器裏面は、凹凸部を有する形状であることを特徴とする蓄熱装置である。
第1の発明によれば、熱媒体流路を形成するために別部材を設ける必要がなく、省コスト・省材料となる。また、別部材が不要なため、その分潜熱蓄熱材の充填量を増やすことができる。また、別部材が不要なため、蓄熱材と熱媒体との間の熱伝導ロスが低減し、蓄熱・放熱時の伝熱性能が向上する。
また、蓄熱材容器が膨らむなどの変形が小さくなり、潜熱蓄熱材が相変化を生じて固体から液体に変化した場合でも、蓄熱材容器間の間隙の変化が小さくなる。従って、間隙を流動する熱媒体の流動抵抗の変化が抑制されるため、潜熱蓄熱材と熱媒体間の安定した熱交換が可能となり蓄熱装置として高い熱交換性能を実現できる。
また、蓄熱材容器が膨らむなどの変形が小さくなり、潜熱蓄熱材が相変化を生じて固体から液体に変化した場合でも、蓄熱材容器間の間隙の変化が小さくなる。従って、間隙を流動する熱媒体の流動抵抗の変化が抑制されるため、潜熱蓄熱材と熱媒体間の安定した熱交換が可能となり蓄熱装置として高い熱交換性能を実現できる。
第2の発明は、複数の前記蓄熱材容器を、前記容器表面が水平となるように積層したことを特徴とするものである。
第2の発明によれば、潜熱蓄熱材が融解して体積が膨張しても、蓄熱材容器に成形した凹凸部による剛性向上と、水平積層による重力方向の拘束力強化により、蓄熱材容器の変形を更に抑えることができる。従って、間隙を流動する熱媒体の流動抵抗の変化が抑制され、潜熱蓄熱材と熱媒体間の安定した熱交換が可能となり蓄熱装置として高い熱交換性能を実現できる。
第3の発明は、複数の前記蓄熱材容器を、前記容器表面が垂直となるように併設したことを特徴とするものである。
第3の発明によれば、蓄熱材容器を容器表面が垂直となるように並べて配列した場合でも、蓄熱材容器の変形が小さくなるので、熱媒体流路が拡がったり狭まったりすることなく、潜熱蓄熱材と熱媒体間の安定した熱交換が可能となり、蓄熱装置として高い熱交換性能を実現できる。
第4の発明は、前記凹凸部は、前記蓄熱材容器の両面に形成されているヘリンボーンパターンであることを特徴とするものである。
第4の発明によれば、蓄熱材容器の両面に、ヘリンボーンパターンなる波形状の凹凸部が形成されていることで、剛性に優れた蓄熱材容器を実現できる。
第5の発明は、前記蓄熱材容器を、金属薄膜と樹脂薄膜とを貼り合わせた積層フィルムで形成したことを特徴とするものである。
第5の発明によれば、凹凸部を成形した後に貼り合わせて蓄熱材容器を形成することができ、凹凸部加工の形状自由度が大きく、剛性面と伝熱面の両面から制約を受けることなく凹凸部の形状を決めることができ、高い蓄熱・放熱性能を実現できる。
また、蓄熱材容器の外枠が薄いために潜熱蓄熱材の充填量を増やすことができ、高い蓄熱性能を実現できる。
また、蓄熱材容器の外枠が薄いために潜熱蓄熱材の充填量を増やすことができ、高い蓄熱性能を実現できる。
第6の発明は、第1から第5のいずれかの発明の蓄熱装置と、ヒートポンプ装置とを備え、前記ヒートポンプ装置は、圧縮機、放熱器、減圧手段、及び蒸発器を順次接続して冷媒を循環させる冷媒循環回路と、前記蒸発器に送風する送風ファンとを備え、前記放熱器では、前記冷媒と熱媒体とが熱交換を行い、前記放熱器で吸熱した前記熱媒体を前記熱媒体流路に導くことで、前記熱媒体の熱が前記蓄熱材容器内に封入された潜熱蓄熱材に蓄熱される温水生成装置であって、前記ヒートポンプ装置を前記蓄熱装置の上方に設置したことを特徴とする温水生成装置である。
第6の発明によれば、ヒートポンプ装置の下側に蓄熱装置を配置することにより、重量物である蓄熱装置がヒートポンプ装置よりも下側となり、設置時の重量バランスが良くなる。
第7の発明は、蓄熱ユニットと、ヒートポンプユニットとを備え、前記蓄熱ユニットは、筐体と、前記筐体内に配置される複数の蓄熱材容器とを備え、前記ヒートポンプユニットは、圧縮機、放熱器、減圧手段、及び蒸発器を順次接続して冷媒を循環させる冷媒循環回路と、前記蒸発器に送風する送風ファンとを備え、前記放熱器では、前記冷媒と熱媒体とが熱交換を行い、前記放熱器で吸熱した前記熱媒体を熱媒体流路に導くことで、前記熱媒体の熱が前記蓄熱材容器内に封入された潜熱蓄熱材に蓄熱される
温水生成装置であって、前記蓄熱ユニットを、前記ヒートポンプユニットを前記蓄熱ユニットの上方に配置したことを特徴とする温水生成装置である。
温水生成装置であって、前記蓄熱ユニットを、前記ヒートポンプユニットを前記蓄熱ユニットの上方に配置したことを特徴とする温水生成装置である。
第7の発明によれば、ヒートポンプユニットの下側に蓄熱ユニットを配置することにより、重量物である蓄熱ユニットがヒートポンプユニットよりも下側となり、設置時の重量バランスが良くなる。
第8の発明は、前記蓄熱材容器として、第1潜熱蓄熱材を封入した第1蓄熱材容器と、第2潜熱蓄熱材を封入した第2蓄熱材容器とを少なくとも有し、前記第1潜熱蓄熱材を前記第2潜熱蓄熱材よりも高い融点とし、前記第1蓄熱材容器を、前記第2蓄熱材容器よりも上方に配置し、前記蓄熱材容器に蓄熱する蓄熱運転時には、前記第1蓄熱材容器を前記第2蓄熱材容器より上流側として前記熱媒体を流し、前記蓄熱材容器から放熱する放熱運転時には、前記第2蓄熱材容器を前記第1蓄熱材容器より上流側として前記熱媒体を流す
ことを特徴とする。
ことを特徴とする。
第8の発明によれば、高温水は筐体内を上部から下部へ流動するに従い、潜熱蓄熱材に蓄熱し温度が低下するので、密度が大きくなり重力の影響でスムーズに流れる。
また、放熱器と蓄熱ユニット内の上部に位置する高温側接続口とを接続する熱媒体配管を短くでき、意匠性が向上する。
また、蓄熱ユニットの高さが低いので、放熱器と蓄熱ユニット内の下部に位置する低温側接続口とを接続する熱媒体配管も短くでき、更に意匠性が向上する。
また、熱媒体配管を短くできるのでコスト低減に繋がる。
また、放熱器と蓄熱ユニット内の上部に位置する高温側接続口とを接続する熱媒体配管を短くでき、意匠性が向上する。
また、蓄熱ユニットの高さが低いので、放熱器と蓄熱ユニット内の下部に位置する低温側接続口とを接続する熱媒体配管も短くでき、更に意匠性が向上する。
また、熱媒体配管を短くできるのでコスト低減に繋がる。
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、本実施の形態によって、本発明が限定されるものではない。
(実施の形態1)
図1は、本実施の形態における温水生成装置の正面図、図2は、同温水生成装置の概略構成図である。なお、図1においては、圧縮機11の位置を示すため、第1外装体10aの一部の記載を省略している。
図1は、本実施の形態における温水生成装置の正面図、図2は、同温水生成装置の概略構成図である。なお、図1においては、圧縮機11の位置を示すため、第1外装体10aの一部の記載を省略している。
図1に示すように、実施の形態1の温水生成装置1は、熱媒体を加熱するヒートポンプユニット(ヒートポンプ装置)10と、熱媒体と熱交換する蓄熱材容器(32〜35)を有する蓄熱ユニット(蓄熱装置)30と、制御装置(図示せず)とを備えている。制御装置は、ヒートポンプユニット10又は蓄熱ユニット30の内部に配置されていてもよい。
ヒートポンプユニット10は、第1外装体10aにより周囲が覆われている。なお、ヒートポンプユニット10の一部は、後述する蒸発器14により覆われていてもよい。
蓄熱ユニット30は、周囲が第2外装体30aにより覆われている。蓄熱ユニット30は、ヒートポンプユニット10の下方に配置される。
ヒートポンプユニット10と蓄熱ユニット30とは、熱媒体が流れる熱媒体配管により互いに接続されている。本実施の形態では、ヒートポンプユニット10と蓄熱ユニット30とは、第1接続管27a及び第2接続管27bで互いに接続されている。蓄熱ユニット30には、給水源から熱媒体(水)を供給するための給水管21、及び、加熱された熱媒体(温水)が流出する給湯管22が接続されている。ヒートポンプユニット10と蓄熱ユニット30には、熱媒体配管が接続される接続口26a、26b、26c、26d、26e、26fが、それぞれ設けられている。ヒートポンプユニット10と蓄熱ユニット30とには、複数の接続口26a、26b、26c、26d、26e、26fを介して熱媒体が流入又は流出する。これらの接続口26a、26b、26c、26d、26e、26fは、同一の方向に設けられている。
蓄熱ユニット30の内部には、第1蓄熱材容器32、第2蓄熱材容器33、第3蓄熱材容器34、及び第4蓄熱材容器35が収納された筐体31が配置されている。
ヒートポンプユニット10は、第1外装体10aにより周囲が覆われている。なお、ヒートポンプユニット10の一部は、後述する蒸発器14により覆われていてもよい。
蓄熱ユニット30は、周囲が第2外装体30aにより覆われている。蓄熱ユニット30は、ヒートポンプユニット10の下方に配置される。
ヒートポンプユニット10と蓄熱ユニット30とは、熱媒体が流れる熱媒体配管により互いに接続されている。本実施の形態では、ヒートポンプユニット10と蓄熱ユニット30とは、第1接続管27a及び第2接続管27bで互いに接続されている。蓄熱ユニット30には、給水源から熱媒体(水)を供給するための給水管21、及び、加熱された熱媒体(温水)が流出する給湯管22が接続されている。ヒートポンプユニット10と蓄熱ユニット30には、熱媒体配管が接続される接続口26a、26b、26c、26d、26e、26fが、それぞれ設けられている。ヒートポンプユニット10と蓄熱ユニット30とには、複数の接続口26a、26b、26c、26d、26e、26fを介して熱媒体が流入又は流出する。これらの接続口26a、26b、26c、26d、26e、26fは、同一の方向に設けられている。
蓄熱ユニット30の内部には、第1蓄熱材容器32、第2蓄熱材容器33、第3蓄熱材容器34、及び第4蓄熱材容器35が収納された筐体31が配置されている。
図2に示すように、ヒートポンプユニット10は、圧縮機11、熱媒体(水)と冷媒とが熱交換する第1熱交換器である放熱器12、減圧手段13、及び、空気と冷媒とが熱交換する第2熱交換器である蒸発器14を冷媒配管により順に環状に接続して冷媒を循環させる冷媒循環回路15を備える。また、ヒートポンプユニット10は、蒸発器14に送風する送風ファン16を備える。さらに、ヒートポンプユニット10は、熱媒体が流れる熱媒体回路17の一部を備える。これらの要素は、第1外装体10aの内部に収納されている。
冷媒としては、二酸化炭素やHFC冷媒が用いられる。減圧手段13としては、キャピラリーチューブや電磁膨張弁を用いることができる。
冷媒としては、二酸化炭素やHFC冷媒が用いられる。減圧手段13としては、キャピラリーチューブや電磁膨張弁を用いることができる。
熱媒体を加熱する放熱器12は、冷媒が流れる冷媒流路と、熱媒体が流れる熱媒体流路を有する。熱媒体流路は、熱媒体が流れる熱媒体回路17の一部を形成する。熱媒体流路の一端は、熱媒体配管により、熱媒体の流入口である第1接続口26aに接続される。放熱器12には、第1接続口26a及び熱媒体配管を介して水が流入する。また、熱媒体流路の他端は、熱媒体配管により、熱媒体の流出口である第2接続口26bに接続される。
第1接続口26aと放熱器12との間の熱媒体配管の途中には、熱媒体を送るポンプ25が設けられている。これにより、ヒートポンプユニット10の内部では、第1接続口26a、ポンプ25、放熱器12、第2接続口26bの順に水が流れる。
なお、ポンプ25は、後述する蓄熱ユニット30に設けられていてもよい。また、ポンプ25は、ヒートポンプユニット10及び蓄熱ユニット30とは別のユニットに設けられていてもよい。
第1接続口26aと放熱器12との間の熱媒体配管の途中には、熱媒体を送るポンプ25が設けられている。これにより、ヒートポンプユニット10の内部では、第1接続口26a、ポンプ25、放熱器12、第2接続口26bの順に水が流れる。
なお、ポンプ25は、後述する蓄熱ユニット30に設けられていてもよい。また、ポンプ25は、ヒートポンプユニット10及び蓄熱ユニット30とは別のユニットに設けられていてもよい。
第1接続口26aには、第1接続管27aの一端が接続される。熱媒体は、第1接続管27aを介してヒートポンプユニット10内に流入する。第2接続口26bには、第2接続管27bの一端が接続される。熱媒体は、ヒートポンプユニット10から第2接続管27bに流出する。
第1接続管27aの他端は、蓄熱ユニット30に設けられた第3接続口26cに接続される。第2接続管27bの他端は、蓄熱ユニット30に設けられた第5接続口26eに接続される。
第1接続管27aの他端は、蓄熱ユニット30に設けられた第3接続口26cに接続される。第2接続管27bの他端は、蓄熱ユニット30に設けられた第5接続口26eに接続される。
第1接続口26aと第2接続口26bとは、ヒートポンプユニット10の側面のうちの一方の側面(第1側面)に設けられる。
ヒートポンプユニット10の内部は、少なくとも圧縮機11、減圧手段13が配置される機械室(図示せず)と、少なくとも蒸発器14、送風ファン16が配置される送風室(図示せず)とに区画される。本実施の形態では、放熱器12は、送風室に配置される。なお、放熱器12は機械室に配置されていてもよい。
機械室は、第1接続口26aと第2接続口26bが設けられた側面側に設けられる。すなわち、第1側面は、機械室を構成する側面であり、第1接続口26aと第2接続口26bとは、機械室を構成する側面に設けられる。
機械室は、第1接続口26aと第2接続口26bが設けられた側面側に設けられる。すなわち、第1側面は、機械室を構成する側面であり、第1接続口26aと第2接続口26bとは、機械室を構成する側面に設けられる。
蓄熱材容器(32〜35)を有する蓄熱ユニット30の上面には、ヒートポンプユニット10が載置されている。ヒートポンプユニット10は、蓄熱ユニット30の上面寸法と同等、又は、それ以下の底面寸法を有する。また、蓄熱ユニット30は、直方体状からなる角型タンクである。
このようにヒートポンプユニット10の下側に蓄熱ユニット30を配置することにより、重量物である蓄熱ユニット30がヒートポンプユニット10よりも下側となり、設置時の重量バランスが良くなる。
また、蓄熱ユニット30を角型タンクにすることで、内部スペースを有効に使い蓄熱ユニット30の高さを低くできる。蓄熱ユニット30の高さを低くすることで、重量バランスが更に向上する。
また、角型タンクとした蓄熱ユニット30を水平設置することで、円筒タンクとした蓄熱ユニットを水平設置する場合に比べてタンク固定部品を簡略化できる。
このようにヒートポンプユニット10の下側に蓄熱ユニット30を配置することにより、重量物である蓄熱ユニット30がヒートポンプユニット10よりも下側となり、設置時の重量バランスが良くなる。
また、蓄熱ユニット30を角型タンクにすることで、内部スペースを有効に使い蓄熱ユニット30の高さを低くできる。蓄熱ユニット30の高さを低くすることで、重量バランスが更に向上する。
また、角型タンクとした蓄熱ユニット30を水平設置することで、円筒タンクとした蓄熱ユニットを水平設置する場合に比べてタンク固定部品を簡略化できる。
蓄熱ユニット30は、筐体31と、筐体31内に配置される蓄熱材容器(32〜35)とを備えている。
また蓄熱ユニット30は、熱媒体の流量を調整する第1流量調整手段23と第2流量調整手段24とを備えている。筐体31、第1流量調整手段23、及び第2流量調整手段24は、熱媒体配管で互いに接続され、熱媒体回路17の一部を構成する。
また、蓄熱ユニット30は、第1接続管27aの他端が接続される第3接続口26c、第2接続管27bの他端が接続される第5接続口26eを備えている。
さらに、蓄熱ユニット30は、給水管21の一端が接続される第4接続口26d、給湯管22の一端が接続される第6接続口26fを備えている。
なお、第1流量調整手段23と第2流量調整手段24とは、ヒートポンプユニット10に配置されていてもよい。また、第1流量調整手段23と第2流量調整手段24とは、ヒートポンプユニット10及び蓄熱ユニット30とは別のユニットに設けられていてもよい。また、ポンプ25、第1流量調整手段23、及び第2流量調整手段24をヒートポンプユニット10及び蓄熱ユニット30とは別のユニットに設けてもよい。
また蓄熱ユニット30は、熱媒体の流量を調整する第1流量調整手段23と第2流量調整手段24とを備えている。筐体31、第1流量調整手段23、及び第2流量調整手段24は、熱媒体配管で互いに接続され、熱媒体回路17の一部を構成する。
また、蓄熱ユニット30は、第1接続管27aの他端が接続される第3接続口26c、第2接続管27bの他端が接続される第5接続口26eを備えている。
さらに、蓄熱ユニット30は、給水管21の一端が接続される第4接続口26d、給湯管22の一端が接続される第6接続口26fを備えている。
なお、第1流量調整手段23と第2流量調整手段24とは、ヒートポンプユニット10に配置されていてもよい。また、第1流量調整手段23と第2流量調整手段24とは、ヒートポンプユニット10及び蓄熱ユニット30とは別のユニットに設けられていてもよい。また、ポンプ25、第1流量調整手段23、及び第2流量調整手段24をヒートポンプユニット10及び蓄熱ユニット30とは別のユニットに設けてもよい。
第1流量調整手段23は、熱媒体配管によって、第3接続口26c、第4接続口26d、及び筐体31の低温側接続口41に接続される。第1流量調整手段23は、流路の切り替え、及び熱媒体配管に流れる熱媒体の流量を調整することができる。
第2流量調整手段24は、熱媒体配管によって、第5接続口26e、第6接続口26f、及び筐体31の高温側接続口42に接続される。第2流量調整手段24は、流路の切り替え、及び熱媒体配管に流れる熱媒体の流量を調整することができる。
第2流量調整手段24は、熱媒体配管によって、第5接続口26e、第6接続口26f、及び筐体31の高温側接続口42に接続される。第2流量調整手段24は、流路の切り替え、及び熱媒体配管に流れる熱媒体の流量を調整することができる。
筐体31は、融点が異なる潜熱蓄熱材(36〜39)がそれぞれ封入された蓄熱材容器(32〜35)を有する。また、筐体31の上部には、内部の空気を抜くための空気抜き弁40が設けられている。本実施の形態では、融点が異なる4種類の潜熱蓄熱材(融点が高い順に、第1潜熱蓄熱材36、第2潜熱蓄熱材37、第3潜熱蓄熱材38、第4潜熱蓄熱材39)を有し、第1潜熱蓄熱材36は第1蓄熱材容器32に封入され、第2潜熱蓄熱材37は第2蓄熱材容器33に封入され、第3潜熱蓄熱材38は第3蓄熱材容器34に封入され、第4潜熱蓄熱材39は第4蓄熱材容器35に封入されている。
筐体31の内部は、水平に配置された仕切板43によって上下方向(鉛直方向)に仕切られている。本実施の形態では、筐体31の内部は、上部仕切板43a、中間仕切板43b、及び下部仕切板43cによって、上下方向(鉛直方向)に仕切られて複数の段が形成されている。上部仕切板43a及び下部仕切板43cは、一端が筐体31の低温側接続口41及び高温側接続口42が設けられた一方の側壁31aに接続され、他端が筐体31の他方の側壁31bより所定距離手前に配置される。また、中間仕切板43bは、他端が筐体31の他方の側壁31bに接続され、一端が筐体31の一方の側壁31aより所定距離手前に配置される。従って、上から1番目の段と上から2番目の段との間には筐体31の他方の側壁31b側に開口部が形成され、上から2番目の段と上から3番目の段との間には筐体31の一方の側壁31a側に開口部が形成され、上から3番目の段と上から4番目の段との間には他方の側壁31b側に開口部が形成される。このように一方の側壁31a側と他方の側壁31b側に交互に開口部が形成されることにより、筐体31の内部には蛇行状の熱媒体流路が形成される。
筐体31の内部は、水平に配置された仕切板43によって上下方向(鉛直方向)に仕切られている。本実施の形態では、筐体31の内部は、上部仕切板43a、中間仕切板43b、及び下部仕切板43cによって、上下方向(鉛直方向)に仕切られて複数の段が形成されている。上部仕切板43a及び下部仕切板43cは、一端が筐体31の低温側接続口41及び高温側接続口42が設けられた一方の側壁31aに接続され、他端が筐体31の他方の側壁31bより所定距離手前に配置される。また、中間仕切板43bは、他端が筐体31の他方の側壁31bに接続され、一端が筐体31の一方の側壁31aより所定距離手前に配置される。従って、上から1番目の段と上から2番目の段との間には筐体31の他方の側壁31b側に開口部が形成され、上から2番目の段と上から3番目の段との間には筐体31の一方の側壁31a側に開口部が形成され、上から3番目の段と上から4番目の段との間には他方の側壁31b側に開口部が形成される。このように一方の側壁31a側と他方の側壁31b側に交互に開口部が形成されることにより、筐体31の内部には蛇行状の熱媒体流路が形成される。
また、筐体31には、熱媒体が流入又は流出する低温側接続口41と高温側接続口42とが設けられている。低温側接続口41は、蓄熱材容器(32〜35)のうち、最も融点の低い潜熱蓄熱材(第4潜熱蓄熱材39)が封入された第4蓄熱材容器35が配置された段に設けられる。高温側接続口42は、蓄熱材容器(32〜35)のうち、最も融点の高い潜熱蓄熱材(第1潜熱蓄熱材36)が封入された第1蓄熱材容器32が配置された段に設けられる。
蛇行状に形成された熱媒体流路には、上部の段から下部の段に向かって順に、第1蓄熱材容器32、第2蓄熱材容器33、第3蓄熱材容器34、第4蓄熱材容器35が配置されている。第1蓄熱材容器32、第2蓄熱材容器33、第3蓄熱材容器34、及び第4蓄熱材容器35は、金属性のシートで平板状に成形されている。上から1番目の段には、容器表面32aが水平となるようにして複数の第1蓄熱材容器32が水平となるようにして上下方向(鉛直方向)に積層され、上から2番目の段には、容器表面33aが水平となるようにして複数の第2蓄熱材容器33が水平となるようにして上下方向(鉛直方向)に積層され、上から3番目の段には、容器表面34aが水平となるようにして複数の第3蓄熱材容器34が水平となるようにして上下方向(鉛直方向)に積層され、上から4番目の段には、容器表面35aが水平となるようにして複数の第4蓄熱材容器35が水平となるようにして上下方向(鉛直方向)に積層されている。
図3(a)は潜熱蓄熱材が封入された蓄熱材容器の裏面図、図3(b)は同蓄熱材容器の側面図、図3(c)は同蓄熱材容器の一つの段における積層状態を示す正面図である。
蓄熱材容器(32〜35)の容器裏面(32b〜35b)には、熱媒体(水)の流路となる凹凸部44が成形されている。なお、容器表面(32a〜35a)に凹凸部44を成形しても良い。
蓄熱材容器(32〜35)の容器表面(32a〜35a)又は容器裏面(32b〜35b)に凹凸部44を成形することにより、凹凸部44のみで、熱媒体流路を形成できるために別部材を設ける必要がなく、省コスト・省材料となる。また、別部材が不要なため、その分潜熱蓄熱材(36〜39)の充填量を増やすことができる。また、別部材が不要なため、潜熱蓄熱材(36〜39)と熱媒体との間の熱伝導ロスが低減し、蓄熱・放熱時の伝熱性能が向上する。
また、蓄熱材容器(32〜35)が膨らむなどの変形が小さくなり、潜熱蓄熱材(36〜39)が相変化を生じて固体から液体に変化した場合でも、蓄熱材容器(32〜35)間の間隙の変化が小さくなる。従って、間隙を流動する熱媒体の流動抵抗の変化が抑制されるため、潜熱蓄熱材(36〜39)と熱媒体間の安定した熱交換が可能となり蓄熱ユニット30として高い熱交換性能を実現できる。
また、本実施の形態では、容器表面(32a〜35a)が水平となるようにして積層するので、潜熱蓄熱材(36〜39)が融解して体積が膨張しても、蓄熱材容器(32〜35)の凹凸部44による剛性向上と、水平積層による重力方向の拘束力強化により、蓄熱材容器(32〜35)の変形を更に抑えることができる。従って、間隙を流動する熱媒体の流動抵抗の変化が抑制され、潜熱蓄熱材(36〜39)と熱媒体間の安定した熱交換が可能となり蓄熱ユニット30として更に高い熱交換性能を実現できる。
蓄熱材容器(32〜35)の容器裏面(32b〜35b)には、熱媒体(水)の流路となる凹凸部44が成形されている。なお、容器表面(32a〜35a)に凹凸部44を成形しても良い。
蓄熱材容器(32〜35)の容器表面(32a〜35a)又は容器裏面(32b〜35b)に凹凸部44を成形することにより、凹凸部44のみで、熱媒体流路を形成できるために別部材を設ける必要がなく、省コスト・省材料となる。また、別部材が不要なため、その分潜熱蓄熱材(36〜39)の充填量を増やすことができる。また、別部材が不要なため、潜熱蓄熱材(36〜39)と熱媒体との間の熱伝導ロスが低減し、蓄熱・放熱時の伝熱性能が向上する。
また、蓄熱材容器(32〜35)が膨らむなどの変形が小さくなり、潜熱蓄熱材(36〜39)が相変化を生じて固体から液体に変化した場合でも、蓄熱材容器(32〜35)間の間隙の変化が小さくなる。従って、間隙を流動する熱媒体の流動抵抗の変化が抑制されるため、潜熱蓄熱材(36〜39)と熱媒体間の安定した熱交換が可能となり蓄熱ユニット30として高い熱交換性能を実現できる。
また、本実施の形態では、容器表面(32a〜35a)が水平となるようにして積層するので、潜熱蓄熱材(36〜39)が融解して体積が膨張しても、蓄熱材容器(32〜35)の凹凸部44による剛性向上と、水平積層による重力方向の拘束力強化により、蓄熱材容器(32〜35)の変形を更に抑えることができる。従って、間隙を流動する熱媒体の流動抵抗の変化が抑制され、潜熱蓄熱材(36〜39)と熱媒体間の安定した熱交換が可能となり蓄熱ユニット30として更に高い熱交換性能を実現できる。
本実施の形態では、蓄熱材容器(32〜35)を、金属薄膜と樹脂薄膜とを貼り合わせた積層フィルムで形成している。
これにより、凹凸部44を成形した後に貼り合わせて蓄熱材容器(32〜35)を形成することができ、凹凸部44の加工時の形状自由度が大きく、剛性面と伝熱面の両面から制約を受けることなく凹凸部44の形状を決めることができ、高い蓄熱・放熱性能を実現できる。
また、蓄熱材容器(32〜35)の外枠が薄いために潜熱蓄熱材(36〜39)の充填量を増やすことができ、高い蓄熱性能を実現できる。
これにより、凹凸部44を成形した後に貼り合わせて蓄熱材容器(32〜35)を形成することができ、凹凸部44の加工時の形状自由度が大きく、剛性面と伝熱面の両面から制約を受けることなく凹凸部44の形状を決めることができ、高い蓄熱・放熱性能を実現できる。
また、蓄熱材容器(32〜35)の外枠が薄いために潜熱蓄熱材(36〜39)の充填量を増やすことができ、高い蓄熱性能を実現できる。
潜熱蓄熱材(36〜39)の最適な融点は、ヒートポンプユニット(ヒートポンプ装置)10を熱源とした温水生成装置1の場合、蓄熱量を上げることを重視するか、又は、放熱器12に流入する熱媒体の温度(戻り温度)を下げてヒートポンプユニット10の効率を重視するかにより異なる。いずれの場合でも、本装置で生成する温水を給湯に用いる場合、第1潜熱蓄熱材36の融点を50℃〜70℃、第2潜熱蓄熱材37の融点を40℃〜50℃、第3潜熱蓄熱材38の融点を30℃〜40℃、第4潜熱蓄熱材39の融点を15℃〜30℃に設定することが望ましい。
上記、融点の温度範囲を満足させるため、第1潜熱蓄熱材36には、パラフィン系の潜熱蓄熱材、又は、水和物系である酢酸ナトリウム3水和物を用いることができる。また、第2潜熱蓄熱材37には、チオ硫酸ナトリウム5水和物、パラフィン系の潜熱蓄熱材を用いることができる。また、第3潜熱蓄熱材38には、硫酸ナトリウム10水和物、りん酸水素二ナトリウム12水和物の潜熱蓄熱材を用いることができる。また、第4潜熱蓄熱材39には、パラフィン系の潜熱蓄熱材を用いることができる。
なお、蓄熱材容器(32〜35)には、アルミシートを用いることが好ましい。なお、蓄熱材容器(32〜35)には、ポリプロピレン等の硬質プラスチックを用いることも可能である。
なお、蓄熱材容器(32〜35)には、アルミシートを用いることが好ましい。なお、蓄熱材容器(32〜35)には、ポリプロピレン等の硬質プラスチックを用いることも可能である。
図2に示すように、蓄熱ユニット30には、水道管等の給水源から給水管21、及び第4接続口26dを介して熱媒体(水)が供給される。また、加熱された熱媒体は、第6接続口26f、及び給湯管22を介して、熱利用端末(給湯栓、暖房端末など)に供給される。蓄熱ユニット30に設けられた第3〜第6接続口(26c〜26f)は、蓄熱ユニット30の側面のうち、同じ方向の側面(第2側面)に設けられる。また、ヒートポンプユニット10に設けられた第1・第2接続口(26a・26b)と蓄熱ユニット30に設けられた第3〜第6接続口(26c〜26f)は、同じ方向の側面に設けられる。すなわち、第1・第2接続口(26a・26b)が設けられたヒートポンプユニット10の側面(第1側面)と、第3〜第6接続口(26c〜26f)が設けられた蓄熱ユニット30の側面(第2側面)とは、同じ方向に面している。これにより、ヒートポンプユニット10と蓄熱ユニット30とを接続する熱媒体配管の長さを短くすることができる。また、第1〜第6接続口(26a〜26f)が同一の方向の側面に設けられているので、接続作業が容易になり、設置作業の作業性が向上する。なお、図1及び図2に示すように、第1側面と第2側面とは、圧縮機11に最も近接した側面であることが好ましい。
このように、蓄熱ユニット30の上面に、ヒートポンプユニット10を載置しているので、設置に必要な面積が少なく、コンパクトな温水生成装置1を実現することができる。その結果、狭小地住宅にも設置可能となる。また、重量バランスが向上するので安定性が増し設置工事における作業性が向上する。
また、蓄熱ユニット30は、直方体状に形成され、熱媒体が流出及び流入する第3〜第6接続口(26c〜26f)を同一の側面(第2側面)に配置している。さらに、第2側面を、ヒートポンプユニット10の第1・第2接続口(26a・26b)が設けられた側面(第1側面)と同一の方向としている。これにより、既存のヒートポンプユニット10を用いることができ、また、ヒートポンプユニット10と蓄熱ユニット30とを接続する配管長を短くすることができる。その結果、設置工事性に優れた温水生成装置1を実現することができる。また、新規に投入する部品を減少させ、初期投資を抑えることが可能となる。また、筐体31の上部には空気抜き弁40が設けられているので、設置作業後に注水し、試運転をする際の空気抜きを速やかに行うことができる。
また、ヒートポンプユニット10に配置された圧縮機11により近い位置に第1蓄熱材容器32が配置されているので、圧縮機11の排熱を第1蓄熱材容器32によって受熱することが可能となり蓄熱量が向上する。
次に、温水生成装置1の動作について説明する。
本実施の形態の温水生成装置1は、複数の運転モードを実行することができる。複数の運転モードは、潜熱蓄熱材(36〜39)への蓄熱を行う蓄熱運転モード、給水源から供給された熱媒体(水)を、潜熱蓄熱材(36〜39)に蓄えられた熱を用いて加熱する放熱運転モード、給水源から供給された熱媒体を、放熱器12及び筐体31の双方によって加熱する第1加熱運転モード、及び給水源から供給された熱媒体を、放熱器12単独によって加熱する第2加熱運転モードを含む。
本実施の形態の温水生成装置1は、複数の運転モードを実行することができる。複数の運転モードは、潜熱蓄熱材(36〜39)への蓄熱を行う蓄熱運転モード、給水源から供給された熱媒体(水)を、潜熱蓄熱材(36〜39)に蓄えられた熱を用いて加熱する放熱運転モード、給水源から供給された熱媒体を、放熱器12及び筐体31の双方によって加熱する第1加熱運転モード、及び給水源から供給された熱媒体を、放熱器12単独によって加熱する第2加熱運転モードを含む。
蓄熱運転モードにおいて、制御装置は、冷媒循環回路15に冷媒を循環させ、かつ、ポンプ25を駆動させる。また、制御装置は、熱媒体が図2に示す実線矢印の方向に流れるように、第1流量調整手段23、第2流量調整手段24を制御する。
制御装置は、筐体31の低温側接続口41から第3接続口26cに向かって熱媒体が流れるように第1流量調整手段23を制御する。制御装置は、第5接続口26eから筐体31の高温側接続口42に向かって熱媒体が流れるように第2流量調整手段24を制御する。
制御装置は、筐体31の低温側接続口41から第3接続口26cに向かって熱媒体が流れるように第1流量調整手段23を制御する。制御装置は、第5接続口26eから筐体31の高温側接続口42に向かって熱媒体が流れるように第2流量調整手段24を制御する。
これにより、熱媒体は、第1流量調整手段23、第3接続口26cを流れて、第1接続管27aに流出する。熱媒体は、第1接続口26aを介してヒートポンプユニット10に流入し、ポンプ25、放熱器12、第2接続口26bを介して第2接続管27bに流出する。熱媒体は、第5接続口26eを介して蓄熱ユニット30に流入し、第2流量調整手段24、筐体31を流れ、第1流量調整手段23に流入する。熱媒体は、このようにヒートポンプユニット10と蓄熱ユニット30とに形成された熱媒体回路17を循環する。
冷媒循環回路15では、圧縮機11により冷媒が高温高圧に圧縮され、放熱器12に流入する。冷媒は、放熱器12で熱媒体に放熱する。これにより熱媒体が加熱される。放熱器12から流出した冷媒は、減圧手段13によって減圧され、気液二相状態となって蒸発器14に流入する。冷媒は、蒸発器14において、送風ファン16によって送風された空気と熱交換して蒸発し、圧縮機11に流入する。これにより、放熱器12では、高温の熱媒体が順次生成される。
放熱器12で加熱された高温の熱媒体は、第2接続管27b、第5接続口26e、第2流量調整手段24を介して、高温側接続口42から筐体31に流入する。熱媒体は、第1蓄熱材容器32、第2蓄熱材容器33、第3蓄熱材容器34、第4蓄熱材容器35と順に熱交換する。これにより、潜熱蓄熱材(36〜39)に蓄熱が行われる。
このとき、上部から順に融点の高い潜熱蓄熱材(36〜39)が封入された蓄熱材容器(32〜35)が配置されているので、運転停止時に、筐体31の内部で自然対流が生じることを防止し、筐体31内部の熱媒体の温度が均一化することを防ぐ。
また、筐体31内を流れる熱媒体の温度は、蓄熱材容器(32〜35)に放熱するにつれて低下していくが、熱媒体の温度低下に応じて、相対的に融点の低い第2〜第4潜熱蓄熱材(37〜39)が封入された第2〜第4蓄熱材容器(33〜35)と熱交換する。従って、筐体31の内部で、熱媒体と蓄熱材容器(32〜35)との温度差を維持することができるので効率よく熱交換を行うことができる。
さらに、蓄熱材容器(32〜35)は、上下方向(鉛直方向)に積層され、熱媒体は、蓄熱材容器(32〜35)の周囲を略水平方向に流れる。よって、流路長を確保することができ、効率よく熱交換を行うことができる。また、蓄熱材容器(32〜35)と熱媒体との温度差を一定温度範囲に維持しつつ、効率よく熱交換を行うので、筐体31から流出する熱媒体は十分に温度が低下する。従って、放熱器12に流入する熱媒体の温度を十分に下げることができるので、ヒートポンプユニット10の効率を高く維持することができる。
また、筐体31内を流れる熱媒体の温度は、蓄熱材容器(32〜35)に放熱するにつれて低下していくが、熱媒体の温度低下に応じて、相対的に融点の低い第2〜第4潜熱蓄熱材(37〜39)が封入された第2〜第4蓄熱材容器(33〜35)と熱交換する。従って、筐体31の内部で、熱媒体と蓄熱材容器(32〜35)との温度差を維持することができるので効率よく熱交換を行うことができる。
さらに、蓄熱材容器(32〜35)は、上下方向(鉛直方向)に積層され、熱媒体は、蓄熱材容器(32〜35)の周囲を略水平方向に流れる。よって、流路長を確保することができ、効率よく熱交換を行うことができる。また、蓄熱材容器(32〜35)と熱媒体との温度差を一定温度範囲に維持しつつ、効率よく熱交換を行うので、筐体31から流出する熱媒体は十分に温度が低下する。従って、放熱器12に流入する熱媒体の温度を十分に下げることができるので、ヒートポンプユニット10の効率を高く維持することができる。
また、蓄熱材容器(32〜35)は平板状であり、容器裏面(32b〜35b)には凹凸部44を有している。従って、熱媒体の流路を確保することができ、熱媒体と潜熱蓄熱材(36〜39)との熱交換を良好に行うことができる。また、平板状の蓄熱材容器(32〜35)を水が流動するので、水の乱流化を抑え圧力損失の増加を抑えることができる。
次に、放熱運転モードについて説明する。放熱運転モードにおいて、制御装置は、ポンプ25を起動し、熱媒体が図2に示す破線矢印の方向に流れるように、第1流量調整手段23及び第2流量調整手段24を制御する。制御装置は、給水管21から蓄熱ユニット30内に流入した熱媒体が、筐体31へと流れるように第1流量調整手段23を制御する。また、制御装置は、筐体31から流出した熱媒体が、給湯管22へと流れるように第2流量調整手段24を制御する。
これにより、熱媒体は、第4接続口26d、第1流量調整手段23を流れ、低温側接続口41から筐体31に流入する。熱媒体は、筐体31の内部で、第4蓄熱材容器35、第3蓄熱材容器34、第2蓄熱材容器33、第1蓄熱材容器32と順に熱交換し、徐々に加熱されて高温となり、高温側接続口42から筐体31の外部に流出する。その後、熱媒体は、第2流量調整手段24、第6接続口26fを介して給湯管22に流出し、熱利用端末(図示せず)に供給される。
ここで、熱媒体は、第4蓄熱材容器35、第3蓄熱材容器34、第2蓄熱材容器33、第1蓄熱材容器32、と順に熱交換する。熱媒体は、蓄熱材容器(32〜35)と熱交換して温度が上昇するが、熱媒体の温度上昇に応じて、相対的に融点の高い第1〜第3潜熱蓄熱材(36〜38)が封入された第1〜第3蓄熱材容器(32〜34)と熱交換することになる。従って、筐体31の内部で、熱媒体と蓄熱材容器(32〜35)との温度差を維持することができるので、効率よく熱交換を行うことができる。
上記のように、蓄熱材容器(32〜35)に蓄熱する蓄熱運転時には、第1蓄熱材容器32を第4蓄熱材容器35より上流側として熱媒体を流し、蓄熱材容器(32〜35)から放熱する放熱運転時には、第4蓄熱材容器35を第1蓄熱材容器32より上流側として熱媒体を流す。
これにより、高温水は筐体31内を上部から下部へ流動するに従い、潜熱蓄熱材(36〜39)に蓄熱し温度が低下するので、密度が大きくなり重力の影響でスムーズに流れる。
また、放熱器12と蓄熱ユニット30内の上部に位置する高温側接続口42を接続する熱媒体配管を短くでき、意匠性が向上する。
また、蓄熱ユニット30の高さが低いので、放熱器12と蓄熱ユニット30内の下部に位置する低温側接続口41を接続する熱媒体配管も短くでき、更に意匠性が向上する。
また、熱媒体配管を短くできるのでコスト低減に繋がる。
これにより、高温水は筐体31内を上部から下部へ流動するに従い、潜熱蓄熱材(36〜39)に蓄熱し温度が低下するので、密度が大きくなり重力の影響でスムーズに流れる。
また、放熱器12と蓄熱ユニット30内の上部に位置する高温側接続口42を接続する熱媒体配管を短くでき、意匠性が向上する。
また、蓄熱ユニット30の高さが低いので、放熱器12と蓄熱ユニット30内の下部に位置する低温側接続口41を接続する熱媒体配管も短くでき、更に意匠性が向上する。
また、熱媒体配管を短くできるのでコスト低減に繋がる。
次に、第1加熱運転モードについて説明する。熱利用端末で必要な熱量が多い場合には、ヒートポンプユニット10と蓄熱ユニット30との双方で熱媒体を加熱する必要がある。
第1加熱運転モードにおいて、制御装置は、ポンプ25を駆動させ、また、冷媒循環回路15に冷媒を循環させる。
また、制御装置は、熱媒体が図2に示す一点鎖線の方向に流れるように、第1流量調整手段23、第2流量調整手段24を制御する。制御装置は、給水管21から蓄熱ユニット30内に流入した熱媒体が、第1接続管27a及び筐体31の両方に流れるように第1流量調整手段23を制御する。制御装置は、筐体31から流出した熱媒体と第2接続管27bを流れた熱媒体とが、給湯管22に流れるように第2流量調整手段24を制御する。
第1加熱運転モードにおいて、制御装置は、ポンプ25を駆動させ、また、冷媒循環回路15に冷媒を循環させる。
また、制御装置は、熱媒体が図2に示す一点鎖線の方向に流れるように、第1流量調整手段23、第2流量調整手段24を制御する。制御装置は、給水管21から蓄熱ユニット30内に流入した熱媒体が、第1接続管27a及び筐体31の両方に流れるように第1流量調整手段23を制御する。制御装置は、筐体31から流出した熱媒体と第2接続管27bを流れた熱媒体とが、給湯管22に流れるように第2流量調整手段24を制御する。
これにより、給水管21から蓄熱ユニット30内に流入した熱媒体は、第1流量調整手段23において、所定の割合で筐体31側と第1接続管27a(放熱器12)側に分流される。筐体31(低温側接続口41)側に分流された熱媒体は、筐体31内で蓄熱材容器(32〜35)と熱交換して所定温度まで加熱され、第2流量調整手段24に流入する。一方、第1接続管27aを介してヒートポンプユニット10に流入した熱媒体は、放熱器12にて所定温度まで加熱され、第2接続管27bを介して第2流量調整手段24に流入する。第2流量調整手段24において、熱媒体は合流し、給湯管22へ流出して、熱利用端末に供給される。このように、ヒートポンプユニット10による熱媒体の加熱と、蓄熱材容器(32〜35)に蓄熱された熱を利用した熱媒体の加熱との双方を同時に行うことで、大量の熱量が必要とされる場合にも、対応することができる。
次に、第2加熱運転モードについて説明する。蓄熱ユニット30の潜熱蓄熱材(36〜39)への蓄熱が完了していない場合や蓄熱ユニット30の潜熱蓄熱材(36〜39)が放熱してしまった場合には、ヒートポンプユニット10単独で熱媒体を加熱する必要がある。
第2加熱運転モードにおいて、制御装置は、ポンプ25を駆動させ、また、冷媒循環回路15に冷媒を循環させる。
また、制御装置は、熱媒体が図2に示す点線の方向に流れるように、第1流量調整手段23、第2流量調整手段24を制御する。制御装置は、給水管21から蓄熱ユニット30内に流入した熱媒体が、第1接続管27aに流れるように第1流量調整手段23を制御する。制御装置は、第2接続管27bを流れた熱媒体が、給湯管22に流れるように第2流量調整手段24を制御する。
第2加熱運転モードにおいて、制御装置は、ポンプ25を駆動させ、また、冷媒循環回路15に冷媒を循環させる。
また、制御装置は、熱媒体が図2に示す点線の方向に流れるように、第1流量調整手段23、第2流量調整手段24を制御する。制御装置は、給水管21から蓄熱ユニット30内に流入した熱媒体が、第1接続管27aに流れるように第1流量調整手段23を制御する。制御装置は、第2接続管27bを流れた熱媒体が、給湯管22に流れるように第2流量調整手段24を制御する。
これにより、熱媒体は、第4接続口26d、第1流量調整手段23を流れ、第1接続管27aを介してヒートポンプユニット10に流入する。熱媒体は、放熱器12にて所定温度まで加熱され、第2接続管27bを介して第2流量調整手段24に流入する。その後、熱媒体は、第6接続口26fを介して給湯管22に流出し、熱利用端末に供給される。
なお、図4に示すように、ポンプ25、第1流量調整手段23、第2流量調整手段24を収納したサブユニット50を設けてもよい。また、ポンプ25、第1流量調整手段23、第2流量調整手段24を蓄熱ユニット30内に収納してもよい。この場合でも、第1接続口26a、第2接続口26b、第4接続口26d、及び第6接続口26fは同一の方向の側面に設けられていることが好ましい。
また、図5に示すように、筐体31の高温側に、第2高温側接続口42aを設けて、さらに、第2高温側接続口42aに第7接続口26gを介して第2給湯管22aを接続してもよい。第2高温側接続口42aは、高温側接続口42よりも上部に設けられる。
この場合、放熱運転モードにおいて、筐体31で加熱された熱媒体は、第2給湯管22aから熱利用端末に供給される。
また、第1加熱運転モードにおいて、第1流量調整手段23から筐体31に分流された熱媒体は、第2給湯管22aから熱利用端末へと供給される。また、第1流量調整手段23から第1接続管27aに分流された熱媒体は、第2流量調整手段24から給湯管22へと流れ、熱利用端末へと供給される。
また、第2加熱運転モードにおいて、第1流量調整手段23から第1接続管27aに流出した熱媒体は、第2流量調整手段24から給湯管22へと流れ、熱利用端末へと供給される。
この場合、放熱運転モードにおいて、筐体31で加熱された熱媒体は、第2給湯管22aから熱利用端末に供給される。
また、第1加熱運転モードにおいて、第1流量調整手段23から筐体31に分流された熱媒体は、第2給湯管22aから熱利用端末へと供給される。また、第1流量調整手段23から第1接続管27aに分流された熱媒体は、第2流量調整手段24から給湯管22へと流れ、熱利用端末へと供給される。
また、第2加熱運転モードにおいて、第1流量調整手段23から第1接続管27aに流出した熱媒体は、第2流量調整手段24から給湯管22へと流れ、熱利用端末へと供給される。
(実施の形態2)
図6は、実施の形態2における温水生成装置の正面図である。なお、本実施の形態において、実施の形態1と同一機能部材には同一符号を付すとともに、筐体131以外の構成については説明を省略する。
図6は、実施の形態2における温水生成装置の正面図である。なお、本実施の形態において、実施の形態1と同一機能部材には同一符号を付すとともに、筐体131以外の構成については説明を省略する。
本実施の形態における温水生成装置100の筐体131と、実施の形態1における温水生成装置1の筐体31とは構成が異なる。
本実施の形態では、筐体131は、融点が異なる複数の潜熱蓄熱材(136〜139)がそれぞれ封入された蓄熱材容器(132〜135)を有する。また、筐体131の上部には、内部の空気を抜くための空気抜き弁40が設けられている。本実施の形態では、融点が異なる4種類の潜熱蓄熱材(融点が高い順に、第1潜熱蓄熱材136、第2潜熱蓄熱材137、第3潜熱蓄熱材138、第4潜熱蓄熱材139)を有し、第1潜熱蓄熱材136は第1蓄熱材容器132に封入され、第2潜熱蓄熱材137は第2蓄熱材容器133に封入され、第3潜熱蓄熱材138は第3蓄熱材容器134に封入され、第4潜熱蓄熱材139は第4蓄熱材容器135に封入されている。
筐体131の内部は、水平に配置された仕切板143によって上下方向(鉛直方向)に複数の段に仕切られている。仕切板143は、一端が筐体131の一方の側壁131aに接続され、他端が筐体131の他方の側壁131bに接続されている。
筐体131の内部は、水平に配置された仕切板143によって上下方向(鉛直方向)に複数の段に仕切られている。仕切板143は、一端が筐体131の一方の側壁131aに接続され、他端が筐体131の他方の側壁131bに接続されている。
仕切板143によって仕切られた筐体131の内部には、上部の段から下部の段に向かって順に、第1蓄熱材容器132、第2蓄熱材容器133、第3蓄熱材容器134、第4蓄熱材容器135が配置されている。第1蓄熱材容器132、第2蓄熱材容器133、第3蓄熱材容器134、及び第4蓄熱材容器135は、それぞれ、金属性のシートで平板状に成形されている。
上から1番目の段には、容器表面132aが垂直となるように複数の第1蓄熱材容器132が併設され、上から2番目の段には、容器表面133aが垂直となるように複数の第2蓄熱材容器133が併設され、上から3番目の段には、容器表面134aが垂直となるように複数の第3蓄熱材容器134が併設され、上から4番目の段には、容器表面135aが垂直となるように複数の第4蓄熱材容器135が併設されている。
上から1番目の段には、容器表面132aが垂直となるように複数の第1蓄熱材容器132が併設され、上から2番目の段には、容器表面133aが垂直となるように複数の第2蓄熱材容器133が併設され、上から3番目の段には、容器表面134aが垂直となるように複数の第3蓄熱材容器134が併設され、上から4番目の段には、容器表面135aが垂直となるように複数の第4蓄熱材容器135が併設されている。
複数の第1蓄熱材容器132の上方には、図2で示す高温側接続口42が接続される空間が形成され、複数の第4蓄熱材容器135の下方には、図2で示す低温側接続口41が接続される空間が形成されている。
それぞれの仕切板143には、複数の開口部が所定間隔で設けられており、熱媒体を筐体131の内部で流動させることが可能である。
潜熱蓄熱材(136〜139)は蓄熱時に融解して流動しやすくなるため、従来の蓄熱材容器の場合は、重力の影響で潜熱蓄熱材(136〜139)が蓄熱材容器内の下部に移動して蓄熱材容器が変形してしまう。これに対して本実施の形態では、蓄熱材容器(132〜135)の容器表面(132a〜135a)又は容器裏面(132b〜135b)に凹凸部44が成形されているため、蓄熱材容器(132〜135)の変形が小さい。従って、蓄熱材容器(132〜135)を容器表面(132a〜135a)が垂直となるように並べて配列した場合でも、熱媒体流路が拡がったり狭まったりすることなく、潜熱蓄熱材(136〜139)と熱媒体間の安定した熱交換が可能となり、蓄熱ユニット130として高い熱交換性能を実現できる。
それぞれの仕切板143には、複数の開口部が所定間隔で設けられており、熱媒体を筐体131の内部で流動させることが可能である。
潜熱蓄熱材(136〜139)は蓄熱時に融解して流動しやすくなるため、従来の蓄熱材容器の場合は、重力の影響で潜熱蓄熱材(136〜139)が蓄熱材容器内の下部に移動して蓄熱材容器が変形してしまう。これに対して本実施の形態では、蓄熱材容器(132〜135)の容器表面(132a〜135a)又は容器裏面(132b〜135b)に凹凸部44が成形されているため、蓄熱材容器(132〜135)の変形が小さい。従って、蓄熱材容器(132〜135)を容器表面(132a〜135a)が垂直となるように並べて配列した場合でも、熱媒体流路が拡がったり狭まったりすることなく、潜熱蓄熱材(136〜139)と熱媒体間の安定した熱交換が可能となり、蓄熱ユニット130として高い熱交換性能を実現できる。
また、ヒートポンプユニット10に配置された圧縮機11により近い位置に第1蓄熱材容器132が配置されているので、圧縮機11の排熱を第1蓄熱材容器132によって受熱することが可能となり蓄熱量が向上する。
(実施の形態3)
図7(a)は実施の形態3における蓄熱材容器の正面図、図7(b)は同蓄熱材容器の一つの段における積層状態を示す正面図である。なお、本実施の形態において、実施の形態1又は実施の形態2と同一機能部材については同一符号を付すとともに、蓄熱材容器(32〜35、132〜135)以外の構成については説明を省略する。
図7(a)は実施の形態3における蓄熱材容器の正面図、図7(b)は同蓄熱材容器の一つの段における積層状態を示す正面図である。なお、本実施の形態において、実施の形態1又は実施の形態2と同一機能部材については同一符号を付すとともに、蓄熱材容器(32〜35、132〜135)以外の構成については説明を省略する。
本実施の形態における蓄熱材容器は、実施の形態1の温水生成装置1又は実施の形態2の温水生成装置100に適用することができる。
本実施の形態では、蓄熱材容器(32〜35、132〜135)の容器表面(32a〜35a、132a〜135a)と、容器裏面(32b〜35b、132b〜135b)の両方に凹凸部44を成形している。両面に凹凸部44を成形することによって、更に蓄熱材容器(32〜35、132〜135)の変形が小さくなり、潜熱蓄熱材(36〜39、136〜139)が相変化を生じて固体から液体に変化した場合でも、蓄熱材容器(32〜35、132〜135)間の間隙の変化が小さくなる。従って、間隙を流動する熱媒体の流動抵抗の変化が抑制されるため、潜熱蓄熱材(36〜39、136〜139)と熱媒体間の安定した熱交換が可能となり蓄熱装置(1、100)として更に高い熱交換性能を実現できる。
また、容器表面(32a〜35a、132a〜135a)に成形された表面凹凸部44aの凸と、容器裏面(32b〜35b、132b〜135b)に成形された裏面凹凸部44bの凸とは、積層時又は併設時に同一鉛直線上又は同一水平線上に位置しないように互い違いに配置されている。このような配置とすることにより、例えば積層時には、上側の蓄熱材容器(32〜35、132〜135)の裏面凹凸部44bの凸は下側の蓄熱材容器(32〜35、132〜135)の表面凹凸部44aの凹と嵌合する。従って、隣接する蓄熱材容器(32〜35、132〜135)同士の間隙を凹凸部44の凸の高さと略同一とすることができ、筐体131をコンパクトに形成できる。
また、容器表面(32a〜35a、132a〜135a)に成形された表面凹凸部44aと、容器裏面(32b〜35b、132b〜135b)に成形された裏面凹凸部44bのみで、熱媒体流路を形成できるために別部材を設ける必要がなく、省コスト・省材料となる。また、別部材が不要なため、その分潜熱蓄熱材(36〜39、136〜139)の充填量を増やすことができる。また、別部材が不要なため、熱伝導ロスが低減し蓄熱・放熱時の伝熱性能が向上する。
また、容器表面(32a〜35a、132a〜135a)に成形された表面凹凸部44aの凸と、容器裏面(32b〜35b、132b〜135b)に成形された裏面凹凸部44bの凸とは、積層時又は併設時に同一鉛直線上又は同一水平線上に位置しないように互い違いに配置されている。このような配置とすることにより、例えば積層時には、上側の蓄熱材容器(32〜35、132〜135)の裏面凹凸部44bの凸は下側の蓄熱材容器(32〜35、132〜135)の表面凹凸部44aの凹と嵌合する。従って、隣接する蓄熱材容器(32〜35、132〜135)同士の間隙を凹凸部44の凸の高さと略同一とすることができ、筐体131をコンパクトに形成できる。
また、容器表面(32a〜35a、132a〜135a)に成形された表面凹凸部44aと、容器裏面(32b〜35b、132b〜135b)に成形された裏面凹凸部44bのみで、熱媒体流路を形成できるために別部材を設ける必要がなく、省コスト・省材料となる。また、別部材が不要なため、その分潜熱蓄熱材(36〜39、136〜139)の充填量を増やすことができる。また、別部材が不要なため、熱伝導ロスが低減し蓄熱・放熱時の伝熱性能が向上する。
(実施の形態4)
図8(a)は実施の形態4における蓄熱材容器の裏面図、図7(b)は同蓄熱材容器の側面図である。なお、本実施の形態において、実施の形態1又は実施の形態2と同一機能部材については同一符号を付すとともに、蓄熱材容器以外の構成については説明を省略する。
図8(a)は実施の形態4における蓄熱材容器の裏面図、図7(b)は同蓄熱材容器の側面図である。なお、本実施の形態において、実施の形態1又は実施の形態2と同一機能部材については同一符号を付すとともに、蓄熱材容器以外の構成については説明を省略する。
本実施の形態における蓄熱材容器は、実施の形態1の温水生成装置1又は実施の形態2の温水生成装置100に適用することができる。
本実施の形態では、蓄熱材容器(32〜35、132〜135)の容器表面(32a〜35a、132a〜135a)と容器裏面(32b〜35b、132b〜135b)の両面に波形状(V字形)の凸部と凹部とが交互に形成されているヘリンボーンパターン144を成形している。
この場合は、隣接する蓄熱材容器(32〜35、132〜135)のヘリンボーンパターン144を積層又は併設することで、蓄熱材容器(32〜35、132〜135)が、凹凸部44の傾斜角度が異なる面にて対向することになり、これによりそれぞれの凹凸部44のある一部分のみどうしが接する構成となるため、熱媒体流路を確保できる。
なお、蓄熱材容器(32〜35、132〜135)の容器表面(32a〜35a、132a〜135a)と容器裏面(32b〜35b、132b〜135b)の両面に波形状(V字形)の凸部と凹部とが交互に形成されていることから、剛性に優れた蓄熱材容器(32〜35、132〜135)を実現できる。
また、凹凸部44のみで、熱媒体流路を形成できるために別部材を設ける必要がなく、省コスト・省材料となる。
この場合は、隣接する蓄熱材容器(32〜35、132〜135)のヘリンボーンパターン144を積層又は併設することで、蓄熱材容器(32〜35、132〜135)が、凹凸部44の傾斜角度が異なる面にて対向することになり、これによりそれぞれの凹凸部44のある一部分のみどうしが接する構成となるため、熱媒体流路を確保できる。
なお、蓄熱材容器(32〜35、132〜135)の容器表面(32a〜35a、132a〜135a)と容器裏面(32b〜35b、132b〜135b)の両面に波形状(V字形)の凸部と凹部とが交互に形成されていることから、剛性に優れた蓄熱材容器(32〜35、132〜135)を実現できる。
また、凹凸部44のみで、熱媒体流路を形成できるために別部材を設ける必要がなく、省コスト・省材料となる。
本発明によれば、潜熱蓄熱材を用いた蓄熱ユニットを用いて小型で設置作業の作業性に優れた温水生成装置を実現することができるので、家庭用、業務用の給湯装置、温水暖房装置として適用することができる。
1、100温水生成装置
10 ヒートポンプユニット(ヒートポンプ装置)
10a 第1外装体
11 圧縮機
12 放熱器
13 減圧手段
14 蒸発器
15 冷媒循環回路
16 送風ファン
17 熱媒体回路
21 給水管
22 給湯管
22a 第2給湯管
23 第1流量調整手段
24 第2流量調整手段
25 ポンプ
26a 第1接続口
26b 第2接続口
26c 第3接続口
26d 第4接続口
26e 第5接続口
26f 第6接続口
26g 第7接続口
27a 第1接続管
27b 第2接続管
30、130 蓄熱ユニット(蓄熱装置)
30a 第2外装体
31、131 筐体
31a、131a 一方の側壁
31b、131b 他方の側壁
32、132 第1蓄熱材容器
32a、132a 容器表面
32b、132b 容器裏面
33、133 第2蓄熱材容器
33a、133a 容器表面
33b、133b 容器裏面
34、134 第3蓄熱材容器
34a、134a 容器表面
34b、134b 容器裏面
35、135 第4蓄熱材容器
35a、135a 容器表面
35b、135b 容器裏面
36、136 第1潜熱蓄熱材
37、137 第2潜熱蓄熱材
38、138 第3潜熱蓄熱材
39、139 第4潜熱蓄熱材
40 空気抜き弁
41 低温側接続口
42 高温側接続口
42a 第2高温側接続口
43、143 仕切板
43a 上部仕切板
43b 中間仕切板
43c下部仕切板
44 凹凸部
44a 表面凹凸部
44b 裏面凹凸部
50 サブユニット
144 ヘリンボーンパターン
10 ヒートポンプユニット(ヒートポンプ装置)
10a 第1外装体
11 圧縮機
12 放熱器
13 減圧手段
14 蒸発器
15 冷媒循環回路
16 送風ファン
17 熱媒体回路
21 給水管
22 給湯管
22a 第2給湯管
23 第1流量調整手段
24 第2流量調整手段
25 ポンプ
26a 第1接続口
26b 第2接続口
26c 第3接続口
26d 第4接続口
26e 第5接続口
26f 第6接続口
26g 第7接続口
27a 第1接続管
27b 第2接続管
30、130 蓄熱ユニット(蓄熱装置)
30a 第2外装体
31、131 筐体
31a、131a 一方の側壁
31b、131b 他方の側壁
32、132 第1蓄熱材容器
32a、132a 容器表面
32b、132b 容器裏面
33、133 第2蓄熱材容器
33a、133a 容器表面
33b、133b 容器裏面
34、134 第3蓄熱材容器
34a、134a 容器表面
34b、134b 容器裏面
35、135 第4蓄熱材容器
35a、135a 容器表面
35b、135b 容器裏面
36、136 第1潜熱蓄熱材
37、137 第2潜熱蓄熱材
38、138 第3潜熱蓄熱材
39、139 第4潜熱蓄熱材
40 空気抜き弁
41 低温側接続口
42 高温側接続口
42a 第2高温側接続口
43、143 仕切板
43a 上部仕切板
43b 中間仕切板
43c下部仕切板
44 凹凸部
44a 表面凹凸部
44b 裏面凹凸部
50 サブユニット
144 ヘリンボーンパターン
Claims (8)
- 筐体と、
前記筐体内に配置される複数の蓄熱材容器と
を備え、
前記蓄熱材容器は、容器表面及び容器裏面の少なくとも一方に熱媒体流路が形成される蓄熱装置であって、
前記容器表面及び/又は前記容器裏面は、凹凸部を有する形状であることを特徴とする蓄熱装置。 - 複数の前記蓄熱材容器を、前記容器表面が水平となるように積層したことを特徴とする請求項1に記載の蓄熱装置。
- 複数の前記蓄熱材容器を、前記容器表面が垂直となるように併設したことを特徴とする請求項1に記載の蓄熱装置。
- 前記凹凸部は、前記蓄熱材容器の両面に形成されているヘリンボーンパターンであることを特徴とする請求項1に記載の蓄熱装置。
- 前記蓄熱材容器を、金属薄膜と樹脂薄膜とを貼り合わせた積層フィルムで形成したことを特徴とする請求項1から請求項4のいずれかに記載の蓄熱装置。
- 請求項1から請求項5のいずれかに記載の蓄熱装置と、ヒートポンプ装置とを備え、
前記ヒートポンプ装置は、
圧縮機、放熱器、減圧手段、及び蒸発器を順次接続して冷媒を循環させる冷媒循環回路と、
前記蒸発器に送風する送風ファンと
を備え、
前記放熱器では、前記冷媒と熱媒体とが熱交換を行い、
前記放熱器で吸熱した前記熱媒体を前記熱媒体流路に導くことで、前記熱媒体の熱が前記蓄熱材容器内に封入された潜熱蓄熱材に蓄熱される
温水生成装置であって、
前記ヒートポンプ装置を前記蓄熱装置の上方に設置したことを特徴とする温水生成装置。 - 蓄熱ユニットと、ヒートポンプユニットとを備え、
前記蓄熱ユニットは、
筐体と、
前記筐体内に配置される複数の蓄熱材容器と
を備え、
前記ヒートポンプユニットは、
圧縮機、放熱器、減圧手段、及び蒸発器を順次接続して冷媒を循環させる冷媒循環回路と、
前記蒸発器に送風する送風ファンと
を備え、
前記放熱器では、前記冷媒と熱媒体とが熱交換を行い、
前記放熱器で吸熱した前記熱媒体を熱媒体流路に導くことで、前記熱媒体の熱が前記蓄熱材容器内に封入された潜熱蓄熱材に蓄熱される
温水生成装置であって、
前記ヒートポンプユニットを前記蓄熱ユニットの上方に設置したことを特徴とする温水生成装置。 - 前記蓄熱材容器として、
第1潜熱蓄熱材を封入した第1蓄熱材容器と、
第2潜熱蓄熱材を封入した第2蓄熱材容器と
を少なくとも有し、
前記第1潜熱蓄熱材を前記第2潜熱蓄熱材よりも高い融点とし、
前記第1蓄熱材容器を、前記第2蓄熱材容器よりも上方に配置し、
前記蓄熱材容器に蓄熱する蓄熱運転時には、前記第1蓄熱材容器を前記第2蓄熱材容器より上流側として前記熱媒体を流し、
前記蓄熱材容器から放熱する放熱運転時には、前記第2蓄熱材容器を前記第1蓄熱材容器より上流側として前記熱媒体を流す
ことを特徴とする請求項7に記載の温水生成装置。
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-
2016
- 2016-03-11 JP JP2016048170A patent/JP2017161192A/ja active Pending
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