JP5040529B2 - Heat pump type water heater - Google Patents

Heat pump type water heater Download PDF

Info

Publication number
JP5040529B2
JP5040529B2 JP2007221928A JP2007221928A JP5040529B2 JP 5040529 B2 JP5040529 B2 JP 5040529B2 JP 2007221928 A JP2007221928 A JP 2007221928A JP 2007221928 A JP2007221928 A JP 2007221928A JP 5040529 B2 JP5040529 B2 JP 5040529B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
heat
heat storage
tubular body
storage material
water heater
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2007221928A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2009052854A (en
Inventor
健史 矢嶌
雅美 麻生
大輔 久保井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tokyo Electric Power Co Inc
Original Assignee
Tokyo Electric Power Co Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tokyo Electric Power Co Inc filed Critical Tokyo Electric Power Co Inc
Priority to JP2007221928A priority Critical patent/JP5040529B2/en
Publication of JP2009052854A publication Critical patent/JP2009052854A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5040529B2 publication Critical patent/JP5040529B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/14Thermal energy storage

Landscapes

  • Thermotherapy And Cooling Therapy Devices (AREA)

Description

本発明は、蓄熱槽において熱を蓄熱するために用いられる蓄熱体用いたヒートポンプ型給湯器に関する。 The present invention relates to a heat pump type water heater using a heat storage body used to the heat storage heat in the heat storage tank.

従来から、給湯や低圧蒸気などの流体を供給する装置として、蓄熱槽を設け、熱効率を高める構成が提供されている。蓄熱に使用されるものとしては、蓄熱槽式と、カプセル型蓄熱式と、分散型蓄熱式がある。   Conventionally, as a device for supplying a fluid such as hot water supply or low-pressure steam, a configuration in which a heat storage tank is provided to increase thermal efficiency has been provided. As a heat storage type, there are a heat storage tank type, a capsule type heat storage type, and a distributed heat storage type.

蓄熱槽式は、蓄熱槽内に金属製フィンチューブを配置し、蓄熱槽内に供給流体を流通させると共に、金属製フィンチューブ内に蓄熱材を充填したシェルアンドチューブ型がある(例えば特許文献1)。なお、金属製フィンチューブ内に供給流体を流し、蓄熱槽内に蓄熱材を充填するものもある。金属製フィンチューブとは、金属製のチューブの周囲に多数のフィン(羽根)を設け、チューブの内外での熱交換率を高めたものである。また蓄熱槽式の他の構成としては、プレート間に蓄熱材と供給流体の流路を交互に設けた金属製プレート熱交換器型がある。これは供給流体と蓄熱材が隣接する面積を大きくすることにより熱交換効率を高めたものである。   In the heat storage tank type, there is a shell and tube type in which a metal fin tube is arranged in the heat storage tank, a supply fluid is circulated in the heat storage tank, and a heat storage material is filled in the metal fin tube (for example, Patent Document 1). ). In some cases, a supply fluid is caused to flow in a metal fin tube, and a heat storage material is filled in the heat storage tank. A metal fin tube is one in which a large number of fins (blades) are provided around a metal tube to increase the heat exchange rate inside and outside the tube. As another configuration of the heat storage tank type, there is a metal plate heat exchanger type in which a flow path of a heat storage material and a supply fluid is alternately provided between plates. This increases the heat exchange efficiency by increasing the area where the supply fluid and the heat storage material are adjacent to each other.

カプセル型蓄熱式は、金属製や樹脂製のカプセルに蓄熱材を充填し、蓄熱槽内に収納しておく構成である(例えば特許文献2)。蓄熱槽に特殊な構造が不要で、また清掃などのメンテナンスが容易であるという利点を有している。   The capsule-type heat storage type is a configuration in which a metal or resin capsule is filled with a heat storage material and stored in a heat storage tank (for example, Patent Document 2). The heat storage tank does not require a special structure and has an advantage that maintenance such as cleaning is easy.

分散型蓄熱式は、界面活性剤を用いて蓄熱材を水に分散させるエマルジョン型やマイクロカプセル型(例えば特許文献3)、同様に油に分散させたものなどがある。分散型蓄熱式では、蓄熱材が微細であるため熱交換効率が高いという利点を有している。
特開2001−031957号公報 特開2003−329383号公報 特開2006−046673号公報
Examples of the dispersion type heat storage type include an emulsion type and a microcapsule type (for example, Patent Document 3) in which a heat storage material is dispersed in water using a surfactant, and the like. The distributed heat storage type has the advantage of high heat exchange efficiency because the heat storage material is fine.
JP 2001-031957 A JP 2003-329383 A JP 2006-046773 A

上記のように様々な蓄熱の方式があるが、蓄熱材は一般的に熱伝導率が低いこと、および凝結と融解の相変化時で体積が変化すること、そして熱交換効率をより高めたいことに課題がある。   There are various heat storage methods as described above, but heat storage materials generally have low thermal conductivity, change in volume during the phase change between condensation and melting, and want to increase heat exchange efficiency. There is a problem.

蓄熱槽式では、熱交換効率を高めるために伝熱面積を広く取ろうとすると、金属製フィンチューブの全長を長くしたり、フィンを細かく且つ多くしたりする必要がある。またプレートを用いる場合には、プレートの面積を大きくする必要がある。これらの場合、蓄熱槽全体の重量が重くなるため強度部材が必要となり、またコストが増大する傾向にある。また相変化時の体積変化によって蓄熱槽や熱交換器が破損する可能性が高いため、フレキシブルチューブを用いるなど、膨張性を持たせるための複雑な仕組みが必要であった。   In the heat storage tank type, in order to increase the heat transfer area in order to increase the heat exchange efficiency, it is necessary to lengthen the entire length of the metal fin tube or to increase the number of fins. When using a plate, it is necessary to increase the area of the plate. In these cases, since the weight of the entire heat storage tank becomes heavy, a strength member is required, and the cost tends to increase. In addition, since there is a high possibility that the heat storage tank and the heat exchanger are damaged due to the volume change at the time of phase change, a complicated mechanism for providing expandability such as using a flexible tube is necessary.

カプセル型蓄熱式では、蓄熱材の相変化に伴う膨張による圧力に耐えるために、蓄熱カプセルを球形に形成し、かつ内部に隙間を残しておく構成がとられていた。しかし蓄熱材の熱伝導率が低いためにカプセル中心部(奥部)に蓄えられた熱を利用できず、蓄熱効率が悪くなっていた。   In the capsule-type heat storage type, in order to withstand the pressure due to expansion accompanying the phase change of the heat storage material, the heat storage capsule is formed in a spherical shape and a gap is left inside. However, since the heat conductivity of the heat storage material is low, the heat stored in the capsule center (back) cannot be used, and the heat storage efficiency has deteriorated.

分散型蓄熱式では、分散させた蓄熱材を流動させる必要があるため、蓄熱材の充填率に限度があり、蓄熱密度が低くなっていた。また蓄熱密度を上げるためには、蓄熱材が供給流体と混ざり合うために、蒸発や浮上などを利用して分離する構成も必要であった。また分散するため個々の粒子の過冷却解除確率が下がり、過冷却度が大きくなっていた。   In the distributed heat storage type, since it is necessary to flow the dispersed heat storage material, the filling rate of the heat storage material is limited, and the heat storage density is low. Further, in order to increase the heat storage density, the heat storage material is mixed with the supply fluid, and therefore, a configuration for separation using evaporation, levitation, or the like is necessary. Further, since the particles are dispersed, the probability of canceling the supercooling of individual particles is lowered and the degree of supercooling is increased.

さらに給湯器においては、暖房機などと異なり、供給流体としての水を直接人間の口に入れる(経口する)こととなる。したがって、清潔で安全な状態で供給流体を循環させなければならないという課題がある。   Further, in a water heater, unlike a heater or the like, water as a supply fluid is directly put into a human mouth (oral). Therefore, there is a problem that the supply fluid must be circulated in a clean and safe state.

そこで本発明は、熱交換効率が高く、かつ経口する供給流体に投入しても安全な状態で蓄熱することが可能な蓄熱体を用いたヒートポンプ型給湯器を提供することを目的としている。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a heat pump type water heater using a heat storage body that has high heat exchange efficiency and can store heat in a safe state even when it is introduced into an orally supplied fluid.

上記課題を解決するために、本発明にかかるヒートポンプ型給湯器の代表的な構成は、熱媒体と外気とで熱交換を行う空気熱交換器と、熱媒体を圧縮加熱する圧縮機と、熱媒体と水とで熱交換を行う水熱交換器と、熱媒体を膨張冷却する膨張弁と、熱媒体によって加熱された水を蓄積する蓄熱槽と、蓄熱槽の内部に収容された蓄熱体とを備え、蓄熱体は、並列して配置された複数の管状体と、複数の管状体と連通する箱状体の集合部と、管状体および集合部に充填された蓄熱材とを備え、集合部は可撓性を有して蓄熱材の体積変化に応じて変形可能であって、管状体と集合部とは管状体に加熱した楔を圧入して熱溶着することにより接合していることを特徴とするIn order to solve the above problems, a typical configuration of a heat pump type water heater according to the present invention includes an air heat exchanger that performs heat exchange between a heat medium and outside air, a compressor that compresses and heats the heat medium, and a heat A water heat exchanger that performs heat exchange between the medium and water, an expansion valve that expands and cools the heat medium, a heat storage tank that stores water heated by the heat medium, and a heat storage body that is housed in the heat storage tank The heat storage body includes a plurality of tubular bodies arranged in parallel, a collection portion of box-shaped bodies communicating with the plurality of tubular bodies, and a heat storage material filled in the tubular body and the collection portion. The part is flexible and can be deformed according to the volume change of the heat storage material, and the tubular body and the assembly part are joined by press-fitting a heated wedge into the tubular body and heat-welding It is characterized by .

上記蓄熱体の構成はカプセル型蓄熱式である。管状体の部分では表面積が多くなるため、熱交換効率が高くなる。そして集合部によって各管状体が連結していることから、凝固核がいずれかの管状体において発生すると凝結が他の管状体へ伝播し、迅速かつ確実に凝固して潜熱を有効に利用することができる。さらに、集合部の少なくとも一部が変形可能であることから、相変化による体積変化を吸収することができる。 The configuration of the heat storage body is a capsule-type heat storage type. Since the surface area of the tubular body is increased, the heat exchange efficiency is increased. And since each tubular body is connected by the gathering part, when solidification nuclei occur in any tubular body, the condensation propagates to other tubular bodies, and quickly and reliably solidifies to effectively use latent heat. Can do. Furthermore, since at least a part of the aggregate portion can be deformed, volume change due to phase change can be absorbed.

複数の管状体並列して配置している。これにより全体としての強度を向上させることができると共に、管状体が連通していることによる凝結の伝播および体積変化に対する集合部の変形も、より有効にその作用を得ることができる。 A plurality of tubular bodies are arranged in parallel . As a result, the strength as a whole can be improved, and the effect of the propagation of condensation due to the communication of the tubular bodies and the deformation of the aggregate portion with respect to the volume change can be obtained more effectively.

集合部は、外形が矩形をなし内部が空洞の箱状体であって、箱状体の一面に複数の管状体を接合し、管状体を接合した面と対向する面が可撓性を有して変形可能である。これにより、複数配列された管状体から可撓性を有する面までの距離がほぼ等しくなるため、管状体および集合部の一部の中の蓄熱材が先に凝固した場合であっても、残りの管状体において同様の作用を得ることができる。可撓性を持たせるための具体的な構成としては、例えば箱状体を樹脂によって形成し、対向面の肉厚を薄くすることが考えられる。また、集合部の外形を矩形とすることで、蓄熱体を積み重ねて蓄熱槽に収容することが可能となる。 The assembly portion is a box-shaped body having a rectangular outer shape and a hollow inside, and a plurality of tubular bodies are joined to one surface of the box-like body, and a surface facing the joined surface is flexible. to a variant can be der to. As a result, the distance from the plurality of arranged tubular bodies to the flexible surface becomes substantially equal, so that even if the heat storage material in the tubular body and a part of the gathering portion solidifies first, the remaining The same effect can be obtained in the tubular body. As a specific configuration for imparting flexibility, for example, it is conceivable to form a box-shaped body with resin and to reduce the thickness of the opposing surface. Moreover, it becomes possible to accumulate | store a thermal storage body and to accommodate in a thermal storage tank by making the external shape of a gathering part into a rectangle.

管状体と集合部とは熱溶着により接合している。供給流体を経口することを前提とした場合、接着剤を用いるのは好ましくない。しかし上記構成によれば管状体または集合部の材質自体を利用して接合していることから、経口する流体に対しても直接投入することができる。
特に、管状体の開口端に加熱した楔を圧入して熱溶着することにより、管状体端部は密接するほどに広がった状態となる。すると管状体と集合部の接合部は厚みが厚くなり、非常に強固に結合させることができると共に、接合部を堅牢にすることができる。したがって、膨張と収縮が繰り返される蓄熱体において、接合部が破裂することを防止し、耐久性を飛躍的に向上させることができる。
The tubular body and the collecting part it is joined by thermal welding. When it is assumed that the supply fluid is orally used, it is not preferable to use an adhesive. However, according to the above configuration, since the tubular body or the material of the gathering portion is used for the joining, it can be directly injected into an oral fluid.
In particular, when a heated wedge is press-fitted into the opening end of the tubular body and heat-welded, the end portion of the tubular body is in a state of spreading as close as possible. Then, the thickness of the joined portion between the tubular body and the gathering portion is increased, and the joined portion can be made strong while being able to be bonded very firmly. Therefore, in the heat storage body in which expansion and contraction are repeated, the joint portion can be prevented from rupturing, and the durability can be dramatically improved.

管状体および集合部はポリプロピレンによって形成していることが好ましい。ポリプロピレンは比較的熱に強く、給湯器が対象とする100度以下の温度において溶出が極めて少ない(検出できない)。したがって、経口する流体に対しても直接投入することができる。なおポリプロピレンの他には、ポリカーボネート、ポリ塩化ビニリデンも同様に利用することができる。   It is preferable that the tubular body and the aggregate portion are formed of polypropylene. Polypropylene is relatively resistant to heat and has very little elution at a temperature of 100 degrees or less, which is the target of a water heater (cannot be detected). Therefore, it can also be directly injected into an orally fluid. In addition to polypropylene, polycarbonate and polyvinylidene chloride can be used in the same manner.

水に不溶の蓄熱材を使用する場合、管状体および集合部に充填した蓄熱材に食塩を添加することが好ましい。上記の蓄熱体を用いる給湯器において導電率を用いて万一の蓄熱材の漏れを検知する構成を取っている場合に、蓄熱材の材質によっては電離しにくく、導電率の変化が検知できない場合がある。そこで上記のように、経口しても人体に影響の少ない食塩を蓄熱材に添加すれば、蓄熱材が漏れれば食塩も溶出し、食塩はよく電離して導電率の変化を検知できるため、安全かつ確実に蓄熱材の漏れを検知することができる。   When using a heat storage material insoluble in water, it is preferable to add salt to the heat storage material filled in the tubular body and the gathering portion. In the water heater using the above heat storage body, when it is configured to detect leakage of the heat storage material using conductivity, it is difficult to ionize depending on the material of the heat storage material, and the change in conductivity cannot be detected There is. Therefore, as described above, if salt is added to the heat storage material, which has little effect on the human body even if it is taken orally, the salt will also elute if the heat storage material leaks, and the salt will be well ionized to detect changes in conductivity. It is possible to detect the leakage of the heat storage material safely and reliably.

上記構成の蓄熱体を用いていることにより、熱交換効率のきわめて高いヒートポンプ型給湯器を提供することができる。特に蓄熱材は60℃あたりに凝固点を有する場合が多いので、熱媒体にはCO2を用いるものよりもフロンを用いるものの方が適している。 By using the heat storage body having the above-described configuration , it is possible to provide a heat pump type water heater with extremely high heat exchange efficiency. In particular, since the heat storage material often has a freezing point around 60 ° C., it is more suitable to use CFC rather than CO2 as the heat medium.

蓄熱槽を含む水の流路に、蓄熱体に充填されていた蓄熱材の漏れを検知するための導電率検知部を備えることが好ましい。これにより、万一の蓄熱材の漏れを迅速に検知することが可能となる。   It is preferable that the water flow path including the heat storage tank is provided with a conductivity detection unit for detecting leakage of the heat storage material filled in the heat storage body. Thereby, it becomes possible to detect the leakage of the heat storage material quickly.

本発明によれば、熱交換効率が高く、蓄熱材の体積変化を吸収し、かつ経口する供給流体に投入しても安全な状態で蓄熱することが可能な蓄熱体用いたヒートポンプ型給湯器を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the heat pump type hot water heater using the heat storage body which has high heat exchange efficiency, absorbs the volume change of the heat storage material, and can store heat in a safe state even if it is put into an oral supply fluid Can be provided.

(蓄熱体)
本実施形態にかかる蓄熱体およびヒートポンプ型給湯器の実施形態について説明する。なお、以下の実施例に示す寸法、材料、その他具体的な数値などは、発明の理解を容易とするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。
(Heat storage)
An embodiment of a heat storage body and a heat pump type water heater according to the present embodiment will be described. Note that dimensions, materials, and other specific numerical values shown in the following examples are merely examples for facilitating the understanding of the invention, and do not limit the present invention unless otherwise specified.

図1は本実施形態にかかる蓄熱体の構成を説明する図である。図1に示す蓄熱体1は、複数の管状体10と、複数の管状体10と連通する集合部20と、管状体および集合部に充填された蓄熱材30(後述する図2(d)参照)とから構成される。管状体10は、後述するように蓄熱槽内に貯留された水などの供給流体に直接投入される。管状体10は並列して配置され、その両端にはそれぞれ集合部20が配置されている。そして後述するように、集合部20の一部に、蓄熱材の体積変化に応じて変形可能な隔膜22(ダイヤフラム)を備えている。   FIG. 1 is a diagram illustrating the configuration of a heat storage body according to the present embodiment. A heat storage body 1 shown in FIG. 1 includes a plurality of tubular bodies 10, a collection portion 20 communicating with the plurality of tubular bodies 10, and a heat storage material 30 filled in the tubular body and the collection portion (see FIG. 2D described later). ). As will be described later, the tubular body 10 is directly charged into a supply fluid such as water stored in a heat storage tank. The tubular bodies 10 are arranged in parallel, and aggregate portions 20 are arranged at both ends thereof. As will be described later, a diaphragm 22 (diaphragm) that can be deformed according to a change in the volume of the heat storage material is provided in a part of the collecting portion 20.

図2は蓄熱体の構造を説明するための正面図および断面図である。図2(a)は蓄熱体1の正面図、図2(b)は管状体と集合部の接合部を管状体側から見たA−A断面図、図2(c)は接合部を集合部20側から見たB−B断面図、図2(d)は管状体と集合部の接合部の断面図である。図3は管状体と集合部との接合を説明する図である。   FIG. 2 is a front view and a cross-sectional view for explaining the structure of the heat storage body. 2 (a) is a front view of the heat storage body 1, FIG. 2 (b) is a cross-sectional view taken along the line AA of the joint portion between the tubular body and the gathering portion, and FIG. 2 (c) is the gathering portion. BB sectional view seen from the 20 side, FIG.2 (d) is sectional drawing of the junction part of a tubular body and a gathering part. FIG. 3 is a diagram illustrating the joining of the tubular body and the gathering portion.

管状体10は、樹脂製からなる薄肉の円筒部材である。管状体10はその間を供給流体が流通する必要があるため、図2(b)に示すように所定の間隔を有して配置されている。本実施形態では、一定の間隔を有しつつも密度を高めるために、千鳥状態に配置している。   The tubular body 10 is a thin cylindrical member made of resin. Since the supply fluid needs to flow between the tubular bodies 10, the tubular bodies 10 are arranged with a predetermined interval as shown in FIG. In the present embodiment, they are arranged in a staggered state in order to increase the density while having a constant interval.

管状体10の集合部20の接合部は、熱溶着によって接合している。供給流体を経口することを前提とするとき、有機接着剤を用いることは好ましくない。しかし上記構成によれば管状体または集合部の材質自体を利用して接合していることから、経口する流体に対しても直接投入することができる。   The joint portion of the aggregate portion 20 of the tubular body 10 is joined by thermal welding. When it is assumed that the supply fluid is orally used, it is not preferable to use an organic adhesive. However, according to the above configuration, since the tubular body or the material of the gathering portion is used for the joining, it can be directly injected into an oral fluid.

熱溶着の具体例として、図3(a)に示すように、集合部20には管状体10を挿入可能な穴20aをあらかじめ設けておく。そして図3(b)に示すように加熱した楔8(くさび)を圧入することにより、図3(c)に示すように熱溶着することができる。これにより、図2(d)に示すように、接合部を集合部20側からみたとき、管状体端部10aは密接するほどに広がっている。   As a specific example of heat welding, as shown in FIG. 3A, a hole 20a into which the tubular body 10 can be inserted is provided in the assembly portion 20 in advance. Then, by pressing the heated wedge 8 (wedge) as shown in FIG. 3 (b), heat welding can be performed as shown in FIG. 3 (c). Thereby, as shown in FIG.2 (d), when a junction part is seen from the gathering part 20 side, the tubular body edge part 10a has spread so that it closely_contact | adhered.

集合部20は外形が矩形(直方体)をなし、内部が空洞の箱状体である。また図2(d)に示すように、集合部20の管状体10を接合した面と対向する面には、可撓性を有し、蓄熱材の体積変化に応じて変形可能な隔膜22(ダイヤフラム)が設けられている。隔膜22は集合部20の他の面と同じ材質であるが、他の面よりも薄い材料で構成することによって可撓性を持たせている。隔膜端部22aは、管状体端部10aと同様に集合部20に対して熱溶着されている。   The gathering portion 20 is a box-shaped body having an outer shape of a rectangle (a rectangular parallelepiped) and a hollow inside. Moreover, as shown in FIG.2 (d), the surface which opposes the surface which joined the tubular body 10 of the gathering part 20 has flexibility, and the diaphragm 22 (it can deform | transform according to the volume change of a thermal storage material ( Diaphragm) is provided. The diaphragm 22 is made of the same material as that of the other surface of the aggregate portion 20, but is made flexible by being made of a material thinner than the other surfaces. The diaphragm end portion 22a is thermally welded to the assembly portion 20 similarly to the tubular body end portion 10a.

上記のようにして密封された蓄熱体1には、蓄熱材30が充填される。蓄熱材30としては利用温度域で相変化するものであれば利用することができるが、本実施形態では供給流体として経口する水を対象とすることから、食品添加物の酢酸ナトリウム3水塩、スレイトール、エリスリトール(人工甘味料)、パラフィンを用いることができる。中でも酢酸ナトリウム3水塩は60℃程度に凝固点を有しているため、温水において顕熱のみならず潜熱を利用することができ、凝固と融解の相変化を利用することによって高い蓄熱量を得ることができる。   The heat storage material 30 sealed as described above is filled with a heat storage material 30. The heat storage material 30 can be used as long as it undergoes a phase change in the use temperature range, but in this embodiment, since it is intended for oral water as a supply fluid, the food additive sodium acetate trihydrate, Threitol, erythritol (artificial sweetener), and paraffin can be used. Among them, sodium acetate trihydrate has a freezing point at about 60 ° C., so that not only sensible heat but also latent heat can be used in hot water, and a high heat storage amount is obtained by using the phase change between solidification and melting. be able to.

上記構成の蓄熱体1によれば、細径の管状体10の周囲で供給流体たる水との熱交換が行われる。したがって球体の蓄熱カプセルと比較すれば、極めて伝熱面積が広くなり、また管状体10の表面からその内部までの距離が短いため、温度勾配が大きくなり熱交換効率を高めることができる。   According to the heat storage body 1 having the above-described configuration, heat exchange with water that is a supply fluid is performed around the small-diameter tubular body 10. Therefore, compared with the spherical heat storage capsule, the heat transfer area is extremely wide and the distance from the surface of the tubular body 10 to the inside thereof is short, so that the temperature gradient is increased and the heat exchange efficiency can be increased.

図4は凝固の伝播を説明する図である。蓄熱材30が凝固するとき、蓄熱材30が密封されていることから、凝固核の発生確率は高くない。このため過冷却を招き、顕熱は得られるが潜熱は得られなくなり、蓄熱材としての能力が低下してしまうおそれがある。特に蓄熱材30の核発生確率が低い場合には、過冷却を招きやすい。これに対する解決の一つとしては過冷却解除剤を混入することもあるが、細径の管状体10の内部では凝固核の発生は遅れてしまう可能性が高い。   FIG. 4 is a diagram for explaining propagation of coagulation. When the heat storage material 30 is solidified, since the heat storage material 30 is sealed, the probability of occurrence of solidification nuclei is not high. For this reason, overcooling is caused, sensible heat is obtained but latent heat cannot be obtained, and the ability as a heat storage material may be reduced. In particular, when the probability of nucleation of the heat storage material 30 is low, overcooling is likely to occur. One solution to this problem is to incorporate a supercooling release agent, but there is a high possibility that the generation of solidification nuclei will be delayed inside the small-diameter tubular body 10.

しかし上記のように集合部20を介してそれぞれの管状体10を連通させていることにより、図4に示すように、いずれかの管状体10において凝固核が発生すると、集合部20を介して他の管状体10にも凝固が伝播する。したがって、迅速かつ確実に凝固して、潜熱を有効に利用することができる。   However, when the respective tubular bodies 10 are communicated with each other through the aggregate portion 20 as described above, when solidification nuclei are generated in any of the tubular bodies 10 as shown in FIG. Coagulation propagates to other tubular bodies 10 as well. Therefore, it is possible to solidify quickly and reliably and to effectively use latent heat.

図5は凝固または融解の相変化に伴う体積変化への対応を説明する図である。まず管状体10は細径であることにより構造体としての強度を高めることができ(肉厚が同じ場合は径が細い方が座屈に強い)、溶融時の体積膨張にも耐えることができる。仮に管状体10の両端の蓄熱材30が凝固している状態でその中途部が融解した場合、融解した蓄熱材30が凝固した部分(スラリー状となっている)を集合部20へと押し出すため、管状体10が破損することはない。そして蓄熱材の膨張した体積分は集合部20へと流出するが、図5(a)に示すように、隔膜22が膨出する方向に変形することにより、増大する体積変化を破損することなく吸収することができる。   FIG. 5 is a diagram for explaining the response to the volume change accompanying the phase change of solidification or melting. First, since the tubular body 10 has a small diameter, the strength of the structure can be increased (if the wall thickness is the same, the thinner the diameter, the stronger the buckling), and it can withstand volume expansion during melting. . For example, when the heat storage material 30 at both ends of the tubular body 10 is solidified and its middle part is melted, a portion (in a slurry form) where the melted heat storage material 30 is solidified is pushed out to the collecting part 20. The tubular body 10 is not damaged. The expanded volume of the heat storage material flows out to the collecting portion 20, but as shown in FIG. 5 (a), the diaphragm 22 is deformed in the bulging direction without damaging the increasing volume change. Can be absorbed.

一方、凝固する際には体積は収縮するが、図5(b)に示すように、隔膜22が吸引される方向に変形することにより、縮小する体積変化を破損することなく吸収することができる。   On the other hand, the volume shrinks when solidifying, but as the diaphragm 22 is deformed in the direction in which it is sucked as shown in FIG. .

ここで、管状体10は熱交換効率を高め、かつ構造体としての強度を確保する必要があるために細い方が好ましく、例えば6mmφとすることができる。また管状体10の肉厚は薄いほど好ましいが、強度との兼ね合いを考慮すれば、例えば0.2mmとすることができる。なお管状体10の長さについては、凝固の伝播には距離に限界があり、また強度との兼ね合いを考慮すれば、200mm以下、さらには150mm以下であることが好ましい。   Here, the tubular body 10 is preferably thin because it is necessary to increase the heat exchange efficiency and ensure the strength as a structure, and can be, for example, 6 mmφ. The thinner the tubular body 10 is, the better. However, considering the balance with the strength, it can be set to 0.2 mm, for example. The length of the tubular body 10 is limited to 200 mm or less, more preferably 150 mm or less, considering the balance with strength, because there is a limit in the distance for solidification propagation.

なお、管状体10の両端に集合部20を配置していることにより、全体としての強度を向上させることができる。また、管状体10が連通していることによる凝結の伝播の作用を管状体10の両側で得ることができ、片側のみに集合部20を設けた場合と比べて管状体10の長さを長くすることができる。   In addition, by arrange | positioning the aggregation part 20 at the both ends of the tubular body 10, the intensity | strength as a whole can be improved. Further, the effect of propagation of condensation due to the communication of the tubular body 10 can be obtained on both sides of the tubular body 10, and the length of the tubular body 10 is made longer than the case where the collecting portion 20 is provided only on one side. can do.

集合部20の寸法または容積について制限はなく、各管状体10を連通させていればよい。集合部20は蓄熱材30の体積変化によって変形しないよう厚くすることができ、隔膜22は可撓性を有するように例えば1.5mmの厚さで形成することができる。   There is no restriction | limiting about the dimension or volume of the gathering part 20, and each tubular body 10 should just be connected. The aggregate portion 20 can be thickened so as not to be deformed by the volume change of the heat storage material 30, and the diaphragm 22 can be formed with a thickness of, for example, 1.5 mm so as to have flexibility.

また、複数の管状体10は並列して配置し、管状体10を接続した面と対向する面に隔膜22を設けたことにより、複数配列された管状体10から隔膜22までの距離がほぼ等しくなる。これにより、管状体10および集合部20の一部が先に凝固した場合であっても、残りの管状体10において同様の作用を得ることができる。   Further, the plurality of tubular bodies 10 are arranged in parallel, and the diaphragm 22 is provided on the surface opposite to the surface to which the tubular bodies 10 are connected, so that the distance from the plurality of arranged tubular bodies 10 to the diaphragm 22 is substantially equal. Become. Thereby, even if it is a case where a part of tubular body 10 and gathering part 20 solidifies previously, the same operation can be acquired in remaining tubular bodies 10.

管状体10および集合部20は、ポリプロピレンによって形成していることが好ましい。ポリプロピレンは比較的熱に強く、給湯器が対象とする100度以下の温度において溶出が極めて少ない(測定器で検出できない程度)という特性を有している。したがって、経口する水(供給流体)に対しても直接投入することができる。なおポリプロピレンの他には、ポリカーボネート、ポリ塩化ビニリデンも同様に利用することができる。   The tubular body 10 and the gathering portion 20 are preferably formed of polypropylene. Polypropylene has a characteristic that it is relatively resistant to heat and has very little elution at a temperature of 100 degrees or less, which is a target of a water heater (a level that cannot be detected by a measuring device). Therefore, it can be directly added to water (feed fluid) to be orally administered. In addition to polypropylene, polycarbonate and polyvinylidene chloride can be used in the same manner.

(ヒートポンプ型給湯器)
次に、図6を用いて本実施形態にかかるヒートポンプ型給湯器について説明する。ヒートポンプ型給湯器50は、熱媒体と外気とで熱交換を行う空気熱交換器52と、熱媒体を圧縮加熱する圧縮機54と、熱媒体と水とで熱交換を行う水熱交換器56と、熱媒体を膨張冷却する膨張弁58とを備えている。さらに水熱交換器56によって加熱された水を貯留する蓄熱槽60と、貯水槽62と、貯水槽62に給水する給水弁64と、蓄熱槽60から貯水槽62を介して水熱交換器56へと水を循環させるポンプ66と、蓄熱槽60および給水弁64から湯水を混合して給湯する混合弁68とを備えている。
(Heat pump type water heater)
Next, the heat pump type water heater according to the present embodiment will be described with reference to FIG. The heat pump type water heater 50 includes an air heat exchanger 52 that performs heat exchange between the heat medium and the outside air, a compressor 54 that compresses and heats the heat medium, and a water heat exchanger 56 that performs heat exchange between the heat medium and water. And an expansion valve 58 for expanding and cooling the heat medium. Furthermore, the heat storage tank 60 for storing the water heated by the water heat exchanger 56, the water storage tank 62, the water supply valve 64 for supplying water to the water storage tank 62, and the water heat exchanger 56 from the heat storage tank 60 through the water storage tank 62. A pump 66 that circulates water and a mixing valve 68 that supplies hot water by mixing hot water from the heat storage tank 60 and the water supply valve 64 are provided.

そして蓄熱槽60の内部には、上述の蓄熱体1が収容されている。蓄熱槽60の内部には複数の1が収容され、水熱交換器56から供給された水(湯)の熱を蓄積する。これにより蓄熱槽60内の熱を効果的に保持(蓄熱)することが可能となる。なお、集合部20の外形を矩形としていることにより、蓄熱体1を整然と積み重ねて蓄熱槽60に収容することが可能となっている。   The heat storage body 1 is accommodated in the heat storage tank 60. A plurality of 1s are accommodated in the heat storage tank 60, and the heat of water (hot water) supplied from the water heat exchanger 56 is accumulated. Thereby, it becomes possible to hold | maintain the heat | fever in the heat storage tank 60 effectively (heat storage). In addition, since the outer shape of the assembly portion 20 is rectangular, the heat storage bodies 1 can be stacked in an orderly manner and accommodated in the heat storage tank 60.

上記構成によれば、熱交換効率のきわめて高いヒートポンプ型給湯器を提供することができる。特に蓄熱材は60℃あたりに凝固点を有する場合が多いので、床暖房兼用型給湯器に適している。またヒートポンプの熱媒体としては、常に超臨界状態で圧力とエンタルピが一様に変化するCOよりも、60℃以下の温度において圧力に対してエンタルピの増分が大きくなるフロンを用いるものの方が適している。 According to the above configuration, it is possible to provide a heat pump type water heater with extremely high heat exchange efficiency. In particular, since the heat storage material often has a freezing point around 60 ° C., it is suitable for a floor heating combined use type water heater. In addition, it is more suitable for the heat pump to use CFCs that increase the enthalpy increment with respect to the pressure at a temperature of 60 ° C. or lower than CO 2 in which the pressure and enthalpy always change uniformly in the supercritical state. ing.

また蓄熱槽60を含む水の流路に、蓄熱体1に充填されていた蓄熱材30の漏れを検知するための導電率検知部70を備えている。これにより、万一の蓄熱材の漏れを迅速に検知することが可能となる。   Further, the water flow path including the heat storage tank 60 is provided with a conductivity detecting unit 70 for detecting leakage of the heat storage material 30 filled in the heat storage body 1. Thereby, it becomes possible to detect the leakage of the heat storage material quickly.

ただし、蓄熱材30の材質(種類)によっては電離しにくく、例えば蓄熱材30としてパラフィンを用いた場合などには、漏れても導電率の変化が検知できない場合がある。このため、蓄熱材30に食塩を添加することが好ましい。食塩は経口しても人体に影響がなく、また食塩はよく電離して導電率の変化を検知できるため、安全かつ確実に蓄熱材の漏れを検知することができる。   However, depending on the material (type) of the heat storage material 30, it is difficult to ionize. For example, when paraffin is used as the heat storage material 30, a change in conductivity may not be detected even if it leaks. For this reason, it is preferable to add salt to the heat storage material 30. Even if the salt is orally administered, the human body is not affected, and the salt can be well ionized to detect the change in conductivity, so that the leakage of the heat storage material can be detected safely and reliably.

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施例について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。   Although the preferred embodiments of the present invention have been described above with reference to the accompanying drawings, it goes without saying that the present invention is not limited to such examples. It will be apparent to those skilled in the art that various changes and modifications can be made within the scope of the claims, and these are naturally within the technical scope of the present invention. Understood.

本発明は、蓄熱槽において熱を蓄熱するために用いられる蓄熱体用いたヒートポンプ型給湯器として利用することができる。

The present invention can be utilized as a heat pump type water heater using a heat storage body used to the heat storage heat in the heat storage tank.

蓄熱体の構成を説明する図である。It is a figure explaining the structure of a thermal storage body. 蓄熱体の構造を説明するための正面図および断面図である。It is the front view and sectional drawing for demonstrating the structure of a thermal storage body. 管状体と集合部との接合を説明する図である。It is a figure explaining joining of a tubular body and a gathering part. 凝固の伝播を説明する図である。It is a figure explaining propagation of coagulation. 凝固または融解の相変化に伴う体積変化への対応を説明する図である。It is a figure explaining the response | compatibility to the volume change accompanying the phase change of solidification or melting. ヒートポンプ型給湯器について説明する図である。It is a figure explaining a heat pump type water heater.

符号の説明Explanation of symbols

1 …蓄熱体
8 …楔
10 …管状体
10a …管状体端部
20 …集合部
20a …穴
22 …隔膜
22a …隔膜端部
30 …蓄熱材
50 …ヒートポンプ型給湯器
52 …空気熱交換器
54 …圧縮機
56 …水熱交換器
58 …膨張弁
60 …蓄熱槽
62 …貯水槽
64 …給水弁
66 …ポンプ
68 …混合弁
70 …導電率検知部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Thermal storage body 8 ... Wedge 10 ... Tubular body 10a ... Tubular body end part 20 ... Collecting part 20a ... Hole 22 ... Diaphragm 22a ... Diaphragm end part 30 ... Thermal storage material 50 ... Heat pump type hot water heater 52 ... Air heat exchanger 54 ... Compressor 56 ... water heat exchanger 58 ... expansion valve 60 ... heat storage tank 62 ... water storage tank 64 ... water supply valve 66 ... pump 68 ... mixing valve 70 ... conductivity detector

Claims (4)

熱媒体と外気とで熱交換を行う空気熱交換器と、  An air heat exchanger for exchanging heat between the heat medium and outside air;
熱媒体を圧縮加熱する圧縮機と、  A compressor for compressing and heating the heat medium;
熱媒体と水とで熱交換を行う水熱交換器と、  A water heat exchanger for exchanging heat between the heat medium and water;
熱媒体を膨張冷却する膨張弁と、  An expansion valve for expanding and cooling the heat medium;
熱媒体によって加熱された水を蓄積する蓄熱槽と、  A heat storage tank for accumulating water heated by a heat medium;
前記蓄熱槽の内部に収容された蓄熱体とを備え、  A heat storage body housed inside the heat storage tank,
前記蓄熱体は、  The heat storage body is
並列して配置された複数の管状体と、  A plurality of tubular bodies arranged in parallel;
前記複数の管状体と連通する箱状体の集合部と、  An assembly of box-shaped bodies communicating with the plurality of tubular bodies;
前記管状体および集合部に充填された蓄熱材とを備え、  The tubular body and a heat storage material filled in the gathering part,
前記集合部は可撓性を有して蓄熱材の体積変化に応じて変形可能であって、  The gathering portion has flexibility and can be deformed according to the volume change of the heat storage material,
前記管状体と前記集合部とは管状体に加熱した楔を圧入して熱溶着することにより接合していることを特徴とするヒートポンプ型給湯器。  The heat pump type hot water heater, wherein the tubular body and the collecting portion are joined by press-fitting a heated wedge into the tubular body and heat-welding.
前記管状体および前記集合部はポリプロピレンによって形成していることを特徴とする請求項1に記載のヒートポンプ型給湯器。  The heat pump type water heater according to claim 1, wherein the tubular body and the gathering portion are made of polypropylene. 前記管状体および集合部に充填した蓄熱材に食塩を添加したことを特徴とする請求項1または請求項2に記載のヒートポンプ型給湯器。  The heat pump type hot water heater according to claim 1 or 2, wherein salt is added to the heat storage material filled in the tubular body and the collecting portion. 前記蓄熱槽を含む水の流路に、前記蓄熱体に充填されていた蓄熱材の漏れを検知するための導電率検知部を備えたことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載のヒートポンプ型給湯器。 The electrical conductivity detection part for detecting the leakage of the thermal storage material with which the said thermal storage body was filled was provided in the flow path of the water containing the said thermal storage tank, The any one of Claims 1-3 characterized by the above-mentioned. 2. A heat pump type water heater according to item 1 .
JP2007221928A 2007-08-29 2007-08-29 Heat pump type water heater Active JP5040529B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007221928A JP5040529B2 (en) 2007-08-29 2007-08-29 Heat pump type water heater

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007221928A JP5040529B2 (en) 2007-08-29 2007-08-29 Heat pump type water heater

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2009052854A JP2009052854A (en) 2009-03-12
JP5040529B2 true JP5040529B2 (en) 2012-10-03

Family

ID=40504083

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2007221928A Active JP5040529B2 (en) 2007-08-29 2007-08-29 Heat pump type water heater

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5040529B2 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI672471B (en) * 2018-10-04 2019-09-21 財團法人金屬工業研究發展中心 Heat exchanger
CN117813470A (en) * 2021-08-11 2024-04-02 三菱电机株式会社 Water heater

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0351668Y2 (en) * 1985-07-22 1991-11-06
JPH02166352A (en) * 1988-12-20 1990-06-27 Hitachi Cable Ltd Latent heat accumulator unit
JPH02169960A (en) * 1988-12-21 1990-06-29 Hitachi Cable Ltd Latent heat storage unit
JPH0311296A (en) * 1989-06-07 1991-01-18 Kubota Corp Heat accumulator
JP3136330B2 (en) * 1992-06-09 2001-02-19 中部瓦斯株式会社 Heating / cooling method
JP2001031957A (en) * 1999-07-21 2001-02-06 Mitsubishi Chemicals Corp Heat storage material composition and heat storage-type hot water supplying apparatus
JP2001041570A (en) * 1999-08-03 2001-02-16 Matsushita Electric Ind Co Ltd Hot-water supplier
JP2003329383A (en) * 2002-05-09 2003-11-19 Mitsubishi Chemical Engineering Corp Heat accumulating capsule, heat accumulator and heat accumulating tank
JP2005233597A (en) * 2004-01-19 2005-09-02 Daikin Ind Ltd Heat storage heat exchanger
JP2006046673A (en) * 2004-07-30 2006-02-16 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Heat storage tank

Also Published As

Publication number Publication date
JP2009052854A (en) 2009-03-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7206245B2 (en) Regenerative heat exchanger construction using phase change materials
US5579828A (en) Flexible insert for heat pipe freeze protection
Cabeza et al. Heat transfer enhancement in water when used as PCM in thermal energy storage
EP2985557B1 (en) Heat storage device
JP4231518B2 (en) Heat exchanger
JP6612042B2 (en) Solar heat storage device
ES2800501T3 (en) Container for phase change material
JP5040529B2 (en) Heat pump type water heater
JP6750093B2 (en) Regenerative heat exchanger structure using phase change material
KR20140066662A (en) Heat-absorbing device with phase-change material
GB2532485A (en) An apparatus for storage of sensible heat
RU2502925C2 (en) Water heater
JP2007322102A (en) Heat storage device
JPS62294897A (en) Heat accumulation type heat exchanger
JPS58164993A (en) Accumulation type heat exchanger
Mezentsev et al. Reversible Heat Exchange in the Nozzle with Water–Ice Phase Transition in Filtration of Air
JP4001025B2 (en) Water heater
JP2569654B2 (en) Heat storage device
KR100810498B1 (en) Apparatus for making electrically charged water
JP2008261583A (en) Heat reservoir
Zakharov et al. Reversible process of heat exchange in layer with phase transition
JP2004347166A (en) Cold storage device using microcapsule, and heat exchanger
Kariya et al. Modeling a Loop Heat Pipe With a Capillary Wick in the Condenser
JPH06159965A (en) Latent heat medium and heat collecting and accumulating system using the same

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20100302

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20110927

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20111108

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20120612

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20120625

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5040529

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150720

Year of fee payment: 3

S533 Written request for registration of change of name

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350