JP5069490B2 - 大気開放型蓄熱装置 - Google Patents

Description

本発明は、蓄熱材を貯留して熱を一時的に貯留する貯槽を備えた蓄熱装置に関するものであり、容量が比較的小さな家庭用、小規模業務用分野に適合し、ヒートポンプ給湯器の貯湯槽や小規模コジェネレーション機器の排熱回収蓄熱槽として適用することが好適なものである。

上記のような蓄熱装置は、家庭用等の給湯分野に適用され、蓄熱材として水を用いた貯湯槽を貯槽として設けている。
従来の蓄熱装置では、貯湯槽として密閉型のものを用い、給水圧を利用することによって貯湯槽に貯留された温水を貯湯槽から給湯路に取り出して給湯するようにしている（例えば、特許文献１参照。）。
また、従来の蓄熱装置として、貯湯槽として密閉型のものを用い、貯湯槽に貯留された温水を貯湯槽から取り出して放熱用熱交換器を通過させて貯湯槽に戻す形態で循環させることにより、貯湯槽に貯留された熱を風呂の追焚きや暖房に用いるものもある（例えば、特許文献２、３参照。）。

特開２００５−１９５１８５号公報 特開２００５−２１４５１７号公報 特開２００５−１３３９８４号公報

上記従来の蓄熱装置は、密閉型の貯湯槽を用いることにより、給水圧を利用して貯湯槽に貯留された温水を貯湯槽から取り出して給湯している。したがって、密閉型の貯湯槽では、貯湯槽に対して給水圧がかかることになるので、その給水圧に対して耐えられるだけの強い強度が貯湯槽に要求される。例えば、貯湯槽に上水道を接続してその給水圧を利用する場合には、１．６５ＭＰａの耐圧性能が要求される。その為に、応力腐食割れに強い特殊ステンレス鋼（例えばＳＵＳ４４４）等の強度の強い材料にて貯湯槽を形成する等、強度を強くするための構成を追加しなければならず、コストの増大及び構成の複雑化を招く虞があった。

また、密閉型の貯湯槽に上水道を接続する場合には、貯留水の上水道への逆流を防止し且つ上水の圧力を減圧するために、貯湯槽の下部等に減圧逆止弁を設ける必要がある。また、貯湯槽内が過圧となる場合にはその圧力の一部を開放するために、貯湯槽の上部等に過圧逃がし弁を設ける必要がある。このように、密閉型の貯湯槽では、減圧逆止弁や過圧逃がし弁を設ける必要があることからも、コストの増大及び構成の複雑化を招く虞があった。

本発明は、かかる点に着目してなされたものであり、その目的は、コストの低減及び構成の簡素化を図ることができる蓄熱装置を提供する点にある。

この目的を達成するために、本発明にかかる大気開放型蓄熱装置の第１特徴構成は、 蓄熱材を貯留してその貯留した前記蓄熱材の上面より高い位置に大気に通じる開口を有する貯槽と、前記貯槽の上部から取り出した前記蓄熱材を前記貯槽の外部に設置された放熱用熱交換器にて放熱させて前記貯槽の下部に戻す形態で前記蓄熱材を循環させる循環手段とが備えられ、前記貯槽が、前記大気に通じる開口を備えた上部貯槽と、その下部に連通接続される下部貯槽とから成り、前記上部貯槽の断面積が、前記下部貯槽の断面積よりも小さくなるように構成されている点にある。

前記貯槽を大気に通じる開口を有する大気開放型とすることにより、貯槽は蓄熱材自体を貯留するだけの強度を有していればよく、強い強度が要求されない。したがって、強度の強い材料にて形成する等、強度を強くするための構成を追加しなくてもよいことになる。
また、大気開放型の貯槽には、給水圧を減圧することなく上水を供給でき、しかも、貯槽内が過圧となってもその圧力の一部を開口により開放することができるので、減圧逆止弁や過圧逃がし弁を貯槽に設けなくてもよいことになる。

前記循環手段は、蓄熱材を貯槽の上部から取り出して放熱用熱交換器にて放熱させて貯槽の下部に戻すので、貯槽に貯留された熱を放熱用熱交換器にて放熱させて、その放熱される熱を給湯や暖房等に用いることができることになる。
また、蓄熱材として水を用いると、その水の比重差を利用することにより温度成層を形成する状態で貯留することができる。前記循環手段は、放熱用熱交換器を通過して低温となった蓄熱材を貯槽の下部に戻すので、温度成層を極力乱さないようにしながら、蓄熱材を循環させることができ、貯槽による蓄熱を効率よく行うことができる。

このようにして、コストの低減及び構成の簡素化を図ることができながら、貯槽に貯留される熱を給湯や暖房等に用いることができ、しかも、貯槽による蓄熱を効率よく行うことができる大気開放型蓄熱装置を提供できるに至った。

本発明にかかる大気開放型蓄熱装置の第２特徴構成は、前記貯槽の下部に戻す前記蓄熱材が設定温度範囲となるように制御する制御手段が備えられている点にある。

前記貯槽の下部に戻す蓄熱材の温度を設定温度範囲とすることにより、貯槽に形成される温度成層の乱れをより的確に抑制することができ、貯槽による蓄熱を効率よく的確に行うことができる。

本発明にかかる大気開放型蓄熱装置の第３特徴構成は、蓄熱材を貯留してその貯留した前記蓄熱材の上面より高い位置に大気に通じる開口を有する貯槽を備えるとともに、前記蓄熱材として水を用い、前記貯槽の上部に貯留する温水を前記貯槽から給湯路に取り出して給湯する給湯手段と、前記給湯路に取り出した温水量に応じた量の上水を前記貯槽の下部に接続された給水路にて前記貯槽に供給する給水手段とが備えられ、前記貯槽が、前記大気に通じる開口を備えた上部貯槽と、その下部に連通接続される下部貯槽とから成り、前記上部貯槽の断面積が、前記下部貯槽の断面積よりも小さくなるように構成されている点にある。

上記第１特徴構成で述べた如く、貯槽を大気に通じる開口を有する大気開放型とすることにより、強度を強くするための構成を追加しなくてもよく、しかも、減圧逆止弁や過圧逃がし弁を貯槽に設けなくてもよいことになる。
前記給湯手段が、貯槽の上部に貯留する温水を給湯路に取り出して給湯するので、貯槽に貯留される熱を給湯に用いることができる。そして、給水手段は、給湯路に取り出した温水量に応じた量の上水を貯槽に供給するので、貯槽における蓄熱材の貯留量を適正量に保つことができる。しかも、上水は貯槽の下部に接続された給水路にて貯槽に供給されるので、貯槽に形成される温度成層を極力乱すことなく、上水を貯槽に供給することができる。

このようにして、コストの低減及び構成の簡素化を図ることができながら、貯槽に貯留される熱を給湯に用いることができ、しかも、貯槽による蓄熱を効率よく行うことができる大気開放型蓄熱装置を提供できるに至った。
本発明にかかる大気開放型蓄熱装置の第４特徴構成は、前記上部貯槽に、機器排熱により加熱された高温の湯水を供給する排熱往き路が接続されている点にある。

本発明にかかる大気開放型蓄熱装置の第５特徴構成は、前記貯槽が、金属薄板又は合成樹脂にて形成されている点にある。

前記貯槽を金属薄板又は合成樹脂にて形成することにより、軽量化及びコストの低減を図り、さらに、貯槽をスペースを有効利用できるように成形して小型化を図ることができることになる。そして、合成樹脂としては、例えば、ポリプロピレン等を用いることができるが、銅等の金属イオンとの接触により劣化を起こしにくい銅害防止グレードを用いることが好ましい。また、金属薄板としては、例えば、厚さ０．５ｍｍ程度のステンレス製の薄板を用いることができる。

本発明にかかる大気開放型蓄熱装置の第６特徴構成は、前記貯槽が、複数の槽を少なくとも上部同士及び下部同士において前記蓄熱材を流通自在に連通接続した貯槽ユニットにて構成されている点にある。

前記貯槽を複数の槽からなる貯槽ユニットとすることにより、各槽の小型化を図りながら、貯湯ユニットとして必要な量の蓄熱材を各槽に分散させて貯留させることができる。したがって、各槽を形成するための金型の小型化を図り、コストの低減を図ることができるとともに、各槽の小型化に伴って強度の向上及び構成の簡素化を図ることができることになる。しかも、複数の槽は、障害物等を避けながら水平方向や上下方向に適宜並べて設置することができるので、限られたスペースに効率よく設置することができることになる。

本発明にかかる大気開放型蓄熱装置の第７特徴構成は、前記貯槽が、上部を密閉し且つその最上部に空気抜き弁を備えた密閉槽と、上部が開放され且つ前記密閉槽の最上部よりも高い位置に前記蓄熱材と大気との界面を形成させる大気開放型の膨張タンクと、前記蓄熱材を流通自在に前記密閉槽の下部と前記膨張タンクとを連通する連通路とを備えて構成されている点にある。

前記膨張タンクには低温の蓄熱材を貯留しておき、密閉槽に貯留された高温の蓄熱材を取り出すと、膨張タンクから密閉槽に連通路を通して密閉槽から取り出された蓄熱材に応じた量の蓄熱材を供給することができる。このようにして、膨張タンクをリザーバータンクとして用いることができることになる。したがって、膨張タンクには低温の蓄熱材を貯留しておくだけでよいので、膨張タンクにおける蓄熱材の蒸発及び放熱を抑制することができる。また、膨張タンクの蓄熱材を保温するための構成を設けなくてもよいので、それだけ構成の簡素化を図ることができる。
前記密閉槽では、蓄熱材の昇温により蓄熱材に溶存していた空気が蓄熱材から解離して密閉槽の上部に溜まり、密閉槽における蓄熱材の貯留量が低下する虞がある。そこで、密閉槽の最上部に空気抜き弁を備えて、その空気を密閉槽から排出することにより、密閉槽における蓄熱材の貯留量を適正量に保つことができる。

本発明にかかる大気開放型蓄熱装置の第８特徴構成は、前記貯槽の下部から取り出した前記蓄熱材を前記貯層の外部に設置された排熱回収熱交換器にて熱源機の排熱により加熱して前記貯槽の上部に戻す形態で前記蓄熱材を循環させる蓄熱用循環手段が備えられている点にある。

前記蓄熱用循環手段は、排熱回収熱交換器にて熱源機の排熱により加熱された蓄熱材を貯槽の上部に戻すので、熱源機の排熱を利用しながら、高温の蓄熱材を上部に且つ低温の蓄熱材を下部に位置させる温度成層を形成する状態で貯槽に蓄熱することができる。しかも、貯槽の上部に貯留された高温の蓄熱材を高温のまま循環手段により取り出して放熱用熱交換器で放熱させることができるので、放熱用熱交換器での放熱量を向上できる。そして、蓄熱用循環手段は、貯槽の下部から蓄熱材を取り出して排熱回収熱交換器にて加熱するので、排熱回収熱交換器に通流させる蓄熱材の流量等を制御する簡易な制御により、貯槽の上部に戻す蓄熱材の温度を制御することができる。したがって、貯槽に蓄熱するときの制御構成の簡素化を図ることができる。またこの構成にあっては、蓄熱用循環手段、循環手段が共に対象とする熱媒体は、貯槽内に貯留される蓄熱材をそのまま利用でき、シンプルな構成となっている。

本発明にかかる大気開放型蓄熱装置の実施形態を図面に基づいて説明する。
〔第１実施形態〕
この大気開放型蓄熱装置は、図１に示すように、蓄熱材１を貯留してその貯留した蓄熱材１の上面より高い位置に大気に通じる開口２を有する貯槽３と、貯槽３の上部から取り出した蓄熱材１を貯槽３の外部に設置された放熱用熱交換器４にて放熱させて貯槽３の下部に戻す形態で蓄熱材１を循環させる循環手段５と、この大気開放型蓄熱装置の運転を制御する制御手段としての制御装置Ｈとが備えられている。

前記貯槽３は、蓄熱材１として水を用いており、高温の温水を上部に且つ低温の水を下部に温度成層を形成する状態で蓄熱材１としての水を貯留するように構成されている。そして、貯槽３は、合成樹脂にて有底筒状に形成されている。合成樹脂としては、例えば、ポリプロピレン等を用いることができるが、銅等の金属イオンとの接触により劣化を起こしにくい銅害防止グレードを用いることが好ましい。また、貯槽３は、合成樹脂に代えて、金属薄板にて形成することもできる。金属薄板としては、例えば、厚さ０．５ｍｍ程度のステンレス製の薄板を用いることができる。

前記貯槽３は、下部貯槽６と上部に開口２が設けられた上部貯槽７とから構成されている。前記下部貯槽６の上部の一部と上部貯槽７の下部の一部とが連通する状態で下部貯槽６の上部に上部貯槽７が設けられている。
そして、平面視において上部貯槽７の断面積が下部貯槽６の断面積よりも小さくなるように構成されている。このようにして、貯槽３が貯留した蓄熱材１と大気との界面部分の面積を界面部分以外の部分の断面積よりも小さくするように構成されている。ちなみに、上部貯槽７の断面積を一定とするものに限らず、上部貯槽７において、上記界面部分である上側を幅狭とし且つその界面部分以外の部分である下側を幅広とすることにより、貯槽３が貯留した蓄熱材１と大気との界面部分の面積を界面部分以外の部分の断面積よりも小さくすることもできる。

前記上部貯槽７には、貯槽３における蓄熱材１の水位が上限水位以上であることを検出する上限水位スイッチ１２、貯槽３における蓄熱材１の水位が下限水位以下であることを検出する下限水位スイッチ１３が設けられている。そして、上部貯槽７には、蓄熱材１の水位がオーバーフロー用水位になると、オーバーフローにより蓄熱材１を排出するオーバーフロー路１４が接続されている。
前記下部貯槽６には、その下部に貯槽３に貯留されている蓄熱材１を排出するための蓄熱材排出路１５が接続され、その蓄熱材排出路１５には蓄熱材排出弁１６が設けられている。

前記循環手段５は、上部貯槽７と下部貯槽６の下部とを蓄熱材１を通流自在に連通する循環路８と、その循環路８にて上部貯槽７から取り出した蓄熱材１を下部貯槽６の下部に戻す循環ポンプ９とから構成されている。
そして、循環路８には、蓄熱材１の循環方向において上流側から、放熱用熱交換器４、放熱用熱交換器４を通過した蓄熱材１の温度を検出する蓄熱材温度センサ１０、循環ポンプ９、蓄熱材循環用逆止弁１１が設けられている。

前記放熱用熱交換器４は、循環路８の蓄熱材１と給水路１７の水とを対向して通流させる状態で蓄熱材１と給水路１７の水とを熱交換させるように構成されている。そして、貯槽３の上部から取り出した高温の蓄熱材１が放熱用熱交換器４に供給されるので、放熱用熱交換器４は、循環路８を通流する蓄熱材１にて給水路１７を通流する水を加熱するように構成されている。

前記給水路１７は上水道に接続されており、給水路１７には上水道による給水圧が常時作用するように構成されている。前記給水路１７には、放熱用熱交換器４をバイパスする状態でバイパス路１８が接続されている。そして、給水路１７において、バイパス路１８の分岐箇所よりも上流側には、給水逆止弁１９が設けられ、バイパス路１８の分岐箇所よりも下流側には、放熱用熱交換器４に流入する水の温度を検出する給水温度センサ２０が設けられている。
また、給水路１７においてバイパス路１８との合流箇所には、放熱用熱交換器４にて加熱された給水路１７からの温水とバイパス路１８からの水とを混合して給湯路２１に供給するとともに、給水路１７からの温水とバイパス路１８からの水との混合比を調整自在なミキシングバルブ２２が設けられている。
前記給湯路２１は、例えば、給湯栓等に接続されており、その上流側から、給湯路２１を通流する湯水の温度を検出する給湯温度センサ２３、設定量以上の水量を検出するフロースイッチ２４が設けられている。

前記上部貯槽７には、コジェネレーション機器等の排熱により加熱された高温の温水を供給する排熱往き路２５が接続されており、貯槽３は、コジェネレーション機器等の排熱を蓄熱するように構成されている。
前記蓄熱材排出路１５には、貯槽３の下部の水をコジェネレーション機器等に戻す排熱戻り路２６が分岐接続されている。そして、排熱戻り路２６にて戻す水の温度が設定温度以上であると、その水をコジェネレーション機器等に戻さずに排水路２７にて排水するためのサーモバルブ２８が設けられている。このようにして、排熱戻り路２６にてコジェネレーション機器等に戻す水の温度を設定温度未満に保つようにしている。

前記貯槽３に蓄熱材１としての水を供給するために、バイパス路１８から分岐接続された蓄熱材供給路２９が循環路８に接続されている。そして、蓄熱材供給路２９には、その上流側から、蓄熱材１としての水の供給を断続する蓄熱材供給用断続弁３０、蓄熱材供給用逆止弁３１が設けられている。

前記制御装置Ｈは、貯槽３に蓄熱材１としての水を供給する蓄熱材供給運転、及び、貯槽３に貯留されている熱を用いて給湯路２１にて給湯する給湯運転を実行可能に構成されている。

前記蓄熱材供給運転について説明する。
前記制御装置Ｈは、下限水位スイッチ１３にて蓄熱材１の水位が下限水位以下であることを検出すると、蓄熱材供給用断続弁３０を開弁させて、給水路１７、バイパス路１８、蓄熱材供給路２９、循環路８を通して、貯槽３の下部に蓄熱材１としての水を供給する。そして、制御装置Ｈは、上限水位スイッチ１２にて蓄熱材１の水位が上限水位となったことを検出すると、蓄熱材供給用断続弁３０を閉弁させて、貯槽３への蓄熱材１の供給を停止する。
このようにして、制御装置Ｈは、下限水位スイッチ１３にて蓄熱材１の水位が下限水位以下であることを検出するたびに、貯槽３への蓄熱材１の供給を行い、貯槽３における蓄熱材１の貯留量を適正量に保つようにしている。

前記給湯運転について説明する。
前記制御装置Ｈは、給湯栓等が開かれてフロースイッチ２４にて設定量以上の水量を検出すると、循環ポンプ９を作動させて貯槽３の上部から蓄熱材１を取り出して放熱用熱交換器４を通過させて貯槽３の下部に戻す形態で蓄熱材１を循環させる。前記放熱用熱交換器４では、循環路８を通流する蓄熱材１にて給水路１７を通流する水を加熱する。前記制御装置Ｈは、放熱用熱交換器４にて加熱された給水路１７を通流する温水にバイパス路１８からの水をミキシングバルブ２２にて混合させるとともに、給湯温度センサ２３の検出情報に基づいて、給湯路２１にて給湯する湯水の温度が給湯設定温度となるように、給水路１７からの温水とバイパス路１８からの水との混合比をミキシングバルブ２２にて調整する。そして、制御装置Ｈは、給湯栓等が閉じられてフロースイッチ２４にて設定量以上の水量を検出しなくなると、循環ポンプ９を作動停止させて蓄熱材１の循環を停止させる。
このようにして、制御装置Ｈは、フロースイッチ２４にて設定量以上の水量を検出するたびに、貯槽３に貯留されている熱を用いて、給湯設定温度の湯水を給湯路２１にて給湯するようにしている。ちなみに、給湯設定温度については、人為操作式の操作部により変更設定自在に構成されている。

この給湯運転においては、制御装置Ｈが、貯槽３の下部に戻す蓄熱材１が放熱用熱交換器４を通過後に設定温度以下となるように、循環手段５による蓄熱材１の循環流量を制御するように構成されている。つまり、制御装置Ｈは、蓄熱材温度センサ１０の検出温度が設定温度になるように、循環ポンプ９の回転速度を制御するように構成されている。このときの設定温度は、貯槽３に形成される温度成層を乱すことがないような温度に設定されており、例えば、給水温度センサ２０の検出温度よりも５℃高い温度が設定されている。上記では、貯槽３の下部に戻す蓄熱材１を設定温度以下とする構成としたが、貯槽３の下部に戻す蓄熱材１を設定温度範囲とする構成であってもよい。このときの設定温度範囲も、貯槽３に形成される温度成層を乱すことがないような温度範囲に設定する。

〔第２実施形態〕
この第２実施形態は、上記第１実施形態において貯槽３に貯留されている熱を用いて給湯するための構成についての別実施形態である。以下、図２に基づいて、第２実施形態における大気開放型蓄熱装置について説明する。上記第１実施形態と同様の構成については説明を省略する。

この大気開放型蓄熱装置は、貯槽３の上部に貯留する温水を貯槽３から給湯路２１に取り出して給湯する給湯手段３２と、給湯路２１に取り出した温水量に応じた量の上水を貯槽３の下部に接続された給水路１７にて貯槽３に供給する給水手段３３とが備えられている。

前記給水路１７は、貯槽３に蓄熱材１としての水を供給するように、貯槽３の下部となる下部貯槽６の下部に連通接続されている。そして、給水路１７には、その上流側から、蓄熱材供給用逆止弁３１、蓄熱材１としての水の供給を断続する蓄熱材供給用断続弁３０が設けられている。そして、蓄熱材供給用断続弁３０が給水手段３３として作用するように構成されている。

前記給湯路２１は、上部貯槽７に貯留する高温の温水を取り出し可能となるように、上部貯槽７の下方側部分に連通接続されている。そして、給湯路２１には、その上流側から、上部貯槽７に貯留する高温の温水を取り出すための給湯用ポンプ３４、給湯路２を通流する湯水の圧力を検出する圧力センサ３５、給湯温度センサ２３、フロースイッチ２４が設けられている。そして、給湯用ポンプ３４が給湯手段３２として作用するように構成されている。

また、給水路１７における蓄熱材供給用逆止弁３１よりも上流側と給湯路２１における圧力センサ３５と給湯温度センサ２３との間とを連通接続する混合用給水路３６が設けられている。この混合用給水路３６には混合用給水逆止弁３７が設けられ、混合用給水路３６と給湯路２１との接続箇所にミキシングバルブ２２が設けられている。

前記制御装置Ｈは、上記第１実施形態と同様に、蓄熱材供給運転及び給湯運転を実行可能に構成されている。
前記蓄熱材供給運転について説明する。
前記制御装置Ｈは、下限水位スイッチ１３にて蓄熱材１の水位が下限水位以下であることを検出すると、蓄熱材供給用断続弁３０を開弁させて、給水路１７を通して、貯槽３の下部に蓄熱材１としての水を供給する。そして、制御装置Ｈは、上限水位スイッチ１２にて蓄熱材１の水位が上限水位となったことを検出すると、蓄熱材供給用断続弁３０を閉弁させて、貯槽３への蓄熱材１の供給を停止する。

前記給湯運転について説明する。
前記制御装置Ｈは、給湯栓等が開かれてフロースイッチ２４にて設定量以上の水量を検出すると、給湯用ポンプ３４を作動させて貯槽３の上部に貯留する蓄熱材１を給湯路２１に取り出す。このとき、制御装置Ｈは、圧力センサ３５による検出圧力が設定圧力（例えば、０．３Ｍａ）となるように、給湯用ポンプ３４の回転速度を制御する。そして、制御装置Ｈは、給湯路２１に取り出した温水に混合用給水路３６からの水をミキシングバルブ２２にて混合させるとともに、給湯温度センサ２３の検出情報に基づいて、給湯路２１にて給湯する湯水の温度が給湯設定温度となるように、給水路１７からの温水とバイパス路１８からの水との混合比をミキシングバルブ２２にて調整する。前記制御装置Ｈは、給湯栓等が閉じられてフロースイッチ２４にて設定量以上の水量を検出しなくなると、給湯用ポンプ３４を作動停止させて貯槽３から給湯路２１への蓄熱材１の取り出しを停止させて給湯を停止する。

〔参考形態〕
ここでは、本願発明の参考として、第１実施形態及び第２実施形態における大気開放型蓄熱装置を適用可能な形態の大気開放型蓄熱装置について説明する。この参考形態における大気開放型蓄熱装置は、図３に示すように、蓄熱水（蓄熱材に相当する）Ａ１としての水を貯留する蓄熱槽（貯槽に相当する）１０１と、その蓄熱槽１０１から取り出した蓄熱水Ａ１を循環路１０２にて循環させて蓄熱槽１０１に戻す蓄熱水循環手段（循環手段に相当する）１０３とを設けている。循環路１０２には、蓄熱水Ａ１を放熱させる放熱用熱交換器１０６が設けられている。

蓄熱槽１０１の下部から取り出した蓄熱水Ａ１を蓄熱槽１０１の外部に設置された排熱回収熱交換器１０５にて熱源機１０４の排熱により加熱して蓄熱槽１０１の上部に戻す形態で蓄熱水Ａ１を循環させる蓄熱用循環手段１４９が設けられている。排熱回収熱交換器１０５は、熱源機１０４の排熱を搬送する排熱搬送流体にて蓄熱用循環路１５０を通流する蓄熱水Ａ１を加熱するように構成されている。
蓄熱用循環手段１４９は、蓄熱用循環路１５０、蓄熱用循環ポンプ１５１、排熱回収熱交換器１０５に通流させる蓄熱水Ａ１の流量を調整自在な蓄熱用調整弁１５２から構成されている。

熱源機１０４は、例えば、都市ガスを燃料とするガスエンジンや燃料電池を備えた熱電併給装置であり、排熱搬送流体としての冷却水Ａ２が熱源機１０４の排熱を回収するように構成されている。排熱回収熱交換器１０５と熱源機１０４との間で冷却水Ａ２を循環する冷却水循環路１０７が設けられ、この冷却水循環路１０７に冷却水循環ポンプ１０８が設けられている。
冷却水循環路１０７には、熱源機１０４から排熱回収熱交換器１０５に供給する冷却水Ａ２の温度を検出する冷却水往き温度センサ１０９、熱源機１０４から排熱回収熱交換器１０５に供給する冷却水Ａ２の流量を検出する冷却水流量センサ１１０、及び、排熱回収熱交換器１０５から熱源機１０４に戻す冷却水Ａ２の温度を検出する冷却水戻り温度センサ１１１が設けられている。

蓄熱槽１０１は、貯留する蓄熱水Ａ１の上面よりも高い位置に大気に通じる開口１０１ａを有する大気開放型に構成されている。図示は省略するが、蓄熱槽１０１に蓄熱水Ａ１を補給するために補給路及び補給弁が設けられ、下限水位センサにて蓄熱水Ａ１の水位が下限水位未満になったことを検出すると、補給弁を開弁して補給路にて蓄熱槽１０１に蓄熱水Ａ１を補給する。そして、上限水位センサにて蓄熱水Ａ１の水位が上限水位になったことを検出すると、補給弁を閉弁して補給路にて蓄熱槽１０１への蓄熱水Ａ１の補給を停止する。蓄熱槽１０１については、上記第１及び第２実施形態と同様に、下部貯槽と上部貯槽とから構成し、上部貯槽の断面積が下部貯槽の断面積よりも小さくなるように構成することもできる。

循環路１０２は、蓄熱槽１０１の上部及び下部に接続されており、蓄熱水循環手段１０３は、蓄熱槽１０１の上部から蓄熱水Ａ１を取り出して蓄熱槽１０１の下部に蓄熱水Ａ１を戻すように構成されている。
蓄熱槽１０１から循環路１０２に取り出した蓄熱水Ａ１を循環路１０２から分岐して放熱用熱交換器１０６に通流させるバイパス路１１３が設けられている。このバイパス路１１３には、蓄熱水Ａ１を通流させるか否か及びその流量を調整可能なバイパス路調整弁１１８が設けられている。

蓄熱水循環手段１０３は、蓄熱水循環ポンプ１１２及びバイパス路調整弁１１８を備えて構成されている。蓄熱水循環手段１０３は、蓄熱槽１０１から取り出した蓄熱水Ａ１の全量を循環路１０２を通流させる形態で蓄熱水Ａ１を循環させる全通流状態と、蓄熱槽１０１から取り出した蓄熱水Ａ１の一部をバイパス路１１３に通流させる形態で蓄熱水Ａ１を循環させる一部通流状態とに切換自在に構成されている。つまり、蓄熱水循環手段１０３は、バイパス路調整弁１１８を閉弁した状態で蓄熱水循環ポンプ１１２を作動させることにより、全通流状態に切り換える。また、蓄熱水循環手段１０３は、バイパス路調整弁１１８を開弁した状態で蓄熱水循環ポンプ１１２を作動させることにより、一部通流状態に切り換える。

バイパス路１１３には、通流する蓄熱水Ａ１を加熱する加熱作動を実行可能な補助加熱手段１１４が設けられている。補助加熱手段１１４は、ガスバーナ１１５を燃焼させて蓄熱水Ａ１を加熱するように構成されている。ガスバーナ１１５に都市ガス等の燃料ガスを供給する燃料ガス供給路１１６には、ガスバーナ１１５に燃料ガスを供給するか否か及びその燃料ガス供給量を調整自在な燃料ガス調整弁１１７が設けられている。補助加熱手段１１４は、燃料ガス調整弁１１７を開弁してガスバーナ１１５を燃焼させることにより加熱作動を実行可能に構成されている。

循環路１０２には、蓄熱水Ａ１の通流方向の上流側から、蓄熱槽１０１から取り出す蓄熱水Ａ１の温度を検出する第１蓄熱水温度センサ１２５、バイパス路１１３との接続箇所に通流する蓄熱水Ａ１の温度を検出する第２蓄熱水温度センサ１２６、蓄熱水循環ポンプ１１２、放熱用熱交換器１０６としての追焚き用熱交換器１２３、追焚き用熱交換器１２３を通過した後の蓄熱水Ａ１の温度を検出する第３蓄熱水温度センサ１２８、放熱用熱交換器１０６としての給湯用熱交換器１２１、給湯用熱交換器１２１を通過する蓄熱水Ａ１の流量を検出する蓄熱水流量センサ１２９、給湯用熱交換器１２１を通過する蓄熱水Ａ１の流量を調整自在な第２蓄熱水流量調整弁１３０が設けられている。

給湯用熱交換器１２１は、給水路１１９から供給されて給湯路１２０に供給する給湯用の給水Ａ３を蓄熱水Ａ１の放熱対象とするように構成されている。給水路１１９には、給湯用熱交換器１２１に供給する給水温度を検出する給水温度センサ１３１が設けられている。給湯路１２０には、給湯用の給水Ａ３の通流方向において上流側から、給湯用熱交換器１２１を通過する給湯用の給水Ａ３の流量を調整自在な給湯流量調整弁１３２、給湯用熱交換器１２１を通過した後の給湯用の給水Ａ３の温度を検出する出口温度センサ１３３、給湯路１２０にて給湯する給湯量を検出する給湯量センサ１３４、及び、給湯路１２０にて給湯する給湯温度を検出する給湯温度センサ１３５が設けられている。
また、給水路１１９からの給湯用の給水Ａ３を給湯用熱交換器１２１をバイパスして給湯路１２０に供給する給湯用バイパス路１３６が設けられ、その給湯用バイパス路１３６を通流する給水Ａ３の流量を調整自在なバイパス流量調整弁１３７が設けられている。
このようにして、給湯用熱交換器１２１にて加熱された給湯用の給水Ａ３と給湯用バイパス路２６からの給湯用の給水Ａ３とを混合させて給湯路１２０にて給湯するように構成されている。

追焚き用熱交換器１２３は、追焚き用熱交換器１２３を通過した後の蓄熱水Ａ１が給湯用熱交換器１２１に通流するように給湯用熱交換器１２１と直列状態で設けられている。追焚き用熱交換器１２３は、浴槽１２２との間で浴槽水Ａ４を蓄熱水Ａ１の放熱対象とするように構成されている。
浴槽１２２と追焚き用熱交換器１２３との間で浴槽水Ａ４を循環する浴槽水循環路１３８が設けられている。この浴槽水循環路１３８には、浴槽１２２から追焚き用熱交換器１２３に供給する浴槽水Ａ４の温度を検出する浴槽水温度センサ１３９、及び、浴槽水循環ポンプ１４０が設けられている。

放熱用熱交換器１０６としては、給湯用熱交換器１２１及び追焚き用熱交換器１２３に加えて、暖房対象空間の室内空気を放熱対象とする暖房用放熱器１２４が設けられている。この暖房用放熱器１２４は、例えば床暖房パネルであり、浴室暖房装置等も適応可能である。
暖房用放熱器１２４は、給湯用熱交換器１２１及び追焚き用熱交換器１２３と並列状態で設けられている。つまり、循環路１０２において給湯用熱交換器１２１及び追焚き用熱交換器１２３が設けられた部分とは並列状態で暖房用通流路１４１が設けられ、この暖房用通流路１４１に暖房用放熱器１２４が設けられている。暖房用通流路１４１は、バイパス路１１３の途中部分から分岐して循環路１０２に合流するように設けられ、バイパス路１１３の一部を兼用している。
暖房用通流路１４１には、蓄熱水Ａ１の通流方向の上流側から、暖房用放熱器１２４に供給する蓄熱水Ａ１の温度を検出する暖房往き温度センサ１４２、暖房用放熱器１２４に蓄熱水Ａ１を供給するか否かを調整自在な熱動弁１４３、及び、蓄熱水Ａ１の逆流を防止する暖房用逆止弁１４４が設けられている。

循環路１０２において蓄熱槽１０１の下部に蓄熱水Ａ１を戻す戻し部分１０２ａと蓄熱槽１０１の上部から蓄熱水Ａ１を取り出す取り出し部分１０２ｂとを接続する蓄熱槽バイパス路１４５が設けられている。蓄熱槽バイパス路１４５には、通流する蓄熱水Ａ１の温度を検出するバイパス温度センサ１４６、及び、蓄熱槽バイパス路１４５に蓄熱水Ａ１を通流させるか否かを調整自在な蓄熱水戻し調整弁１４７が設けられている。そして、蓄熱水戻し調整弁１４７を開弁させることにより、放熱用熱交換器１０６を通過した後の蓄熱水Ａ１の少なくとも一部を蓄熱槽バイパス路１４５に通流させるように構成されている。

この大気開放型蓄熱装置の運転を制御する制御装置（制御手段に相当する）１４８が設けられている。制御装置１４８は、冷却水Ａ２にて搬送される熱源機１０４の排熱を蓄熱槽１０１に蓄熱する蓄熱運転、及び、放熱用熱交換器１０６にて蓄熱水Ａ１を放熱させる放熱運転を実行可能に構成されている。制御装置１４８は、放熱運転として、給湯用熱交換器１２１にて蓄熱水Ａ１を放熱させる給湯運転、追焚き用熱交換器１２３にて蓄熱水Ａ１を放熱させる追焚き運転、及び、暖房用放熱器１２４にて蓄熱水Ａ１を放熱させる暖房運転の夫々を実行可能に構成されている。
以下、各運転における動作について説明する。

（蓄熱運転）
制御装置１４８は、熱源機４を作動させ且つ冷却水循環ポンプ１０８を作動させて、排熱回収熱交換器１０５に冷却水Ａ２を通流させるとともに、蓄熱用循環ポンプ１５１を作動させて排熱回収熱交換器１０５に蓄熱水Ａ１を通流させるように構成されている。制御装置１４８は、蓄熱槽１０１の上部に戻す蓄熱水Ａ１の温度が蓄熱設定温度（例えば６０℃）になるように、蓄熱用調整弁１５２の開度を調整して排熱回収熱交換器１０５に通流する蓄熱水Ａ１の流量を調整するように構成されている。
このようにして、蓄熱槽１０１の下部から取り出された蓄熱水Ａ１が排熱回収熱交換器１０５にて加熱されて蓄熱槽１０１の上部に戻されて蓄熱槽１０１に蓄熱する。

（給湯運転）
制御装置１４８が、蓄熱水循環手段１０３を全通流状態に切り換えるとともに、出口温度センサ１３３の検出温度が給湯設定温度＋αになるように、蓄熱水流量センサ１２９の検出流量に基づいて第２蓄熱水流量調整弁１３０の開度を調整する給湯温度用蓄熱水流量制御を行うように構成されている。また、制御装置１４８は、給湯量センサ１３４の検出流量が要求されている給湯量となり且つ給湯温度センサ１３５の検出温度が給湯設定温度になるように、給湯流量調整弁１３２及びバイパス流量調整弁１３７の開度を調整する給湯制御を行うように構成されている。

給湯用熱交換器１２１に供給される蓄熱水Ａ１の温度が給湯用熱交換器１２１にて要求している温度に満たないときには、制御装置１４８が、バイパス路調整弁１１８を開弁して蓄熱水循環手段１０３を一部通流状態に切り換え、燃料ガス調整弁１１８を開弁させて補助加熱手段１１４を加熱作動させるように構成されている。このようにして、補助加熱手段１１４にて加熱された蓄熱水Ａ１を混合させて給湯用熱交換器１２１に蓄熱水Ａ１を供給するようにしている。

（追焚き運転）
追焚き運転では、制御装置１４８が、浴槽水循環ポンプ１４０を作動させることにより、浴槽１２２から追焚き用熱交換器１２３に浴槽水Ａ４を供給させて追焚き用熱交換器１２３にて浴槽水Ａ４を加熱して、その加熱された浴槽水Ａ４を浴槽１２２に戻すように構成されている。そして、追焚き運転は、追焚き用熱交換器２３にて蓄熱水Ａ１を放熱させる動作が給湯運転と異なるだけであるので、詳細な説明は省略する。
制御装置１４８は、浴槽水温度センサ１３９の検出温度が追焚き用設定温度になるまで追焚き運転を継続し、浴槽水温度センサ１３９の検出温度が追焚き用設定温度以上になると追焚き運転を終了するように構成されている。

この追焚き運転においても、上述の給湯運転と同様に、追焚き用熱交換器１２３に供給される蓄熱水Ａ１の温度が追焚き用熱交換器１２３にて要求している温度に満たないときには、制御装置１４８が、バイパス路調整弁１１８のを開弁して蓄熱水循環手段１０３を一部通流状態に切り換え、燃料ガス調整弁１１８を開弁させて補助加熱手段１１４を加熱作動させるように構成されている。

（給湯・追焚き同時運転）
制御装置１４８は、給湯運転と追焚き運転とを同時に行う給湯・追焚き同時運転を実行可能に構成されている。
この給湯・追焚き同時運転では、制御装置１４８が、上述の給湯運転と上述の追焚き運転とを同時に行う。

（暖房運転）
制御装置１４８が、第２蓄熱水流量調整弁１３０を閉弁する状態で蓄熱水循環手段１０３を全通流状態に切り換えるように構成されている。このときには、第２蓄熱水流量調整弁１３０を閉弁しているので、蓄熱水Ａ１は、循環路１０２からバイパス路１１３に通流したのち暖房用通流路１４１に通流して暖房用放熱器１２４に通流する。

制御装置１４８は、熱動弁１４３を開弁して暖房用放熱器１２４に蓄熱水Ａ１を通流させる通流状態を設定開弁時間（例えば、３分）継続した後、熱動弁１４３を閉弁して暖房用放熱器１２４に対する蓄熱水Ａ１の通流を停止させる通流停止状態を設定閉弁時間（例えば、１７分）の間継続させる動作を設定周期（例えば、２０分）で繰り返し行うように構成されている。

また、制御装置１４８は、蓄熱水戻し調整弁１４７を開弁して、蓄熱槽１０１の上部から取り出した蓄熱水Ａ１に蓄熱槽バイパス路１４５からの蓄熱水Ａ１を混合させることにより、蓄熱槽１０１の下部に戻される蓄熱水Ａ１が有する熱をも利用することもできる。そして、制御装置１４８は、暖房往き温度センサ１４２の検出温度が暖房設定温度（例えば、６０℃）に満たないときには、バイパス路調整弁１１８を開弁して蓄熱水循環手段１０３を一部通流状態に切り換えるとともに、燃料ガス調整弁１１８を開弁させて補助加熱手段１１４を加熱作動させるように構成されている。

〔別実施形態〕
（１）上記第１及び第２実施形態では、貯槽３を下部貯槽６と上部貯槽７とから構成しているが、貯槽３をどのように構成するかは適宜変更が可能である。

例えば、図４に示すように、貯槽３を、複数の槽３８を少なくとも上部同士及び下部同士において蓄熱材１を流通自在に連通接続した貯槽ユニット３９にて構成することができる。図４では、第１槽３８ａ、第２槽３８ｂ、第３槽３８ｃの３つの槽３８を水平方向に並べる状態で配置し、水平方向に隣接するもの同士において上部同士及び下部同士を連通管４０にて蓄熱材１を通流自在に連通接続している。また、第１槽３８ａの上部には、平面視における断面積を小さくし、且つ、その上部に開口２が形成された上部連通部４１が設けられている。複数の槽３８については、上部同士及び下部同士のみに限らず、上下方向の真中部分を連通接続したり、上下方向の全面に亘って連通接続部分を設ける構成としてもよい。
このように、貯槽３を貯槽ユニット３９にて構成する場合、設置する槽３８の数は適宜変更が可能である。そして、複数の槽３８の配置についても、例えば、複数の槽３８を上下方向に並べる状態で設置することも可能であり、複数の槽３８をどのように配置するかは適宜変更が可能である。また、図４では、槽３８同士を連通管４０にて連通しているが、各槽３８の上部及び下部に連通用開口を設けてその連通用開口同士を溶接等により接着して、各槽３８の上部同士及び下部同士を蓄熱材１を通流自在に連通接続することもできる。

図５に示すように、貯槽３を、上部を密閉し且つその最上部に空気抜き弁４２を備えた密閉槽４３と、開口２にて上部が開放され且つ密閉槽４３よりも高い位置に蓄熱材１と大気との界面を形成させる大気開放型の膨張タンク４４と、蓄熱材１を流通自在に密閉槽４３の下部と膨張タンク４４とを連通する連通路４５とを備えて構成することができる。
この場合には、膨張タンク４４に低温の蓄熱材１を貯留しておき、密閉槽４３に貯留された高温の蓄熱材を外部に取り出すと、膨張タンク４４から密閉槽４３に連通路４５を通して密閉槽４３から取り出された蓄熱材１に応じた量の蓄熱材１を供給することができる。このようにして、膨張タンク４４をリザーバータンクとして用いることができる。
そして、膨張タンク４４には低温の蓄熱材１を貯留しておくだけでよく、蓄熱材１の蒸発及び放熱を抑制することができるので、大気に通じる開口２を備えたものに限らず、上部全体を開放したものでもよいことになる。また、密閉槽４３では、蓄熱材１の昇温により蓄熱材１に溶存していた空気が蓄熱材１から解離して密閉槽４３の上部に溜まるが、密閉槽４３の最上部に備えた空気抜き弁４２により、その空気を密閉槽４３から排出することができ、密閉槽４３における蓄熱材１の貯留量を適正量に保つことができる。そして、空気抜き弁４２の空気排出路４６を膨張タンク４４に接続している。したがって、空気抜き弁４２にて水を含む空気を空気排出路４６に排出しても、その空気に含まれた水を膨張タンク４４に戻すことができるので、その水が漏れることを防止することができる。

（２）上記第２実施形態では、制御装置Ｈが圧力センサ３５による検出圧力が設定圧力となるように給湯用ポンプ３４の回転速度を制御することにより、給湯路２１において給湯用ポンプ３４の下流側の湯水の圧力を一定に維持するようにしているが、どのようにして給湯路２１において給湯用ポンプ３４の下流側の湯水の圧力を一定に維持するかは適宜変更が可能である。

例えば、図６に示すように、給湯路２１に給湯用ポンプ３４をバイパスするポンプバイパス路４７を設け、そのポンプバイパス路４７を通流する湯水の流量を調整する流量調整弁４８を設ける。そして、制御装置Ｈが、給湯用ポンプ３４を設定回転速度の一定の回転速度にて作動させるとともに、圧力センサ３５による検出圧力が設定圧力となるように、ポンプバイパス路４７を通流する湯水の流量を流量調整弁４８にて調整する。

そして、図７に示すように、図６における流量調整弁４８に代えて、ポンプバイパス路４７を通流する湯水の圧力が一定圧力（例えば、０．３Ｍａ）を越えると比例制御的に開弁するリリーフバルブ４９を設けることもできる。
また、図８に示すように、図６における流量調整弁４８に代えて、オリフィス又は手動式開閉弁等の圧力調整機構５０を設け、給湯路２１においてポンプバイパス路４７との合流箇所よりも下流側に出口圧力を一定に保つ整圧弁５１を設けることもできる。

（３）上記第１実施形態では、制御装置Ｈが、貯槽３の下部に戻す蓄熱材１が設定温度以下となるように、循環手段５による蓄熱材１の循環流量を制御するようにしているが、例えば、バイパス路１８を通流する水量を調節弁で調整して給水路１７により放熱用熱交換器４に通流させる水量を調整しても、貯槽３の下部に戻す蓄熱材１を設定温度以下とすることもでき、どのようにして貯槽３の下部に戻す蓄熱材１を設定温度以下とするかは適宜変更が可能である。

（４）上記第３実施形態では、給湯用熱交換器１２１と追焚き用熱交換器１２３とを直列になるように設けているが、給湯用熱交換器１２１と追焚き用熱交換器１２３とを並列になるように設けることもできる。

第１実施形態における大気開放型蓄熱装置の概略構成図 第２実施形態における大気開放型蓄熱装置の概略構成図 参考形態における大気開放型蓄熱装置の概略構成図 別実施形態における貯槽としての貯槽ユニットを示す図 別実施形態における貯槽としての密閉槽及び膨張タンクを示す図 第２実施形態における給湯路の別実施形態を示す図 第２実施形態における給湯路の別実施形態を示す図 第２実施形態における給湯路の別実施形態を示す図

符号の説明

１ 蓄熱材
２ 開口
３ 貯槽
４ 放熱用熱交換器
５ 循環手段
１７ 給水路
２１ 給湯路
３２ 給湯手段
３３ 給水手段
３８ 槽
３９ 貯槽ユニット
４２ 空気抜き弁
４３ 密閉槽
４４ 大気開放型の膨張タンク
４５ 連通路
１０４ 熱源機
１０５ 排熱回収熱交換器
１４９ 蓄熱用循環手段
Ｈ 制御手段（制御装置）

Claims (8)

1. 蓄熱材を貯留してその貯留した前記蓄熱材の上面より高い位置に大気に通じる開口を有する貯槽と、前記貯槽の上部から取り出した前記蓄熱材を前記貯槽の外部に設置された放熱用熱交換器にて放熱させて前記貯槽の下部に戻す形態で前記蓄熱材を循環させる循環手段とが備えられ、
   前記貯槽が、前記大気に通じる開口を備えた上部貯槽と、その下部に連通接続される下部貯槽とから成り、前記上部貯槽の断面積が、前記下部貯槽の断面積よりも小さくなるように構成されている大気開放型蓄熱装置。
2. 前記貯槽の下部に戻す前記蓄熱材が設定温度範囲となるように制御する制御手段が備えられている請求項１に記載の大気開放型蓄熱装置。
3. 蓄熱材を貯留してその貯留した前記蓄熱材の上面より高い位置に大気に通じる開口を有する貯槽を備えるとともに、前記蓄熱材として水を用い、前記貯槽の上部に貯留する温水を前記貯槽から給湯路に取り出して給湯する給湯手段と、前記給湯路に取り出した温水量に応じた量の上水を前記貯槽の下部に接続された給水路にて前記貯槽に供給する給水手段とが備えられ、
   前記貯槽が、前記大気に通じる開口を備えた上部貯槽と、その下部に連通接続される下部貯槽とから成り、前記上部貯槽の断面積が、前記下部貯槽の断面積よりも小さくなるように構成されている大気開放型蓄熱装置。
4. 前記上部貯槽に、機器排熱により加熱された高温の湯水を供給する排熱往き路が接続されている請求項１〜３のいずれか１項に記載の大気開放型蓄熱装置。
5. 前記貯槽が、金属薄板又は合成樹脂にて形成されている請求項１〜４のいずれか１項に記載の大気開放型蓄熱装置。
6. 前記貯槽が、複数の槽を少なくとも上部同士及び下部同士において前記蓄熱材を流通自在に連通接続した貯槽ユニットにて構成されている請求項１〜５のいずれか１項に記載の大気開放型蓄熱装置。
7. 前記貯槽が、上部を密閉し且つその最上部に空気抜き弁を備えた密閉槽と、上部が開放され且つ前記密閉槽の最上部よりも高い位置に前記蓄熱材と大気との界面を形成させる大気開放型の膨張タンクと、前記蓄熱材を流通自在に前記密閉槽の下部と前記膨張タンクとを連通する連通路とを備えて構成されている請求項１〜６のいずれか１項に記載の大気開放型蓄熱装置。
8. 前記貯槽の下部から取り出した前記蓄熱材を前記貯槽の外部に設置された排熱回収熱交換器にて熱源機の排熱により加熱して前記貯槽の上部に戻す形態で前記蓄熱材を循環させる蓄熱用循環手段が備えられている請求項１〜７のいずれか１項に記載の大気開放型蓄熱装置。

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