JP5838291B2 - 蓄熱装置およびこれを備える空気調和装置 - Google Patents
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Description
を混合したブラインが用いられている。また、蓄熱槽901の内部空間であって、蓄熱材903に浸漬する位置には、複数の放熱用熱交換器4および複数の吸熱用熱交換器5が設けられている。
[蓄熱装置の構成]
まず、本実施の形態に係る蓄熱装置の具体的な構成について、図1(a)を参照して具体的に説明する。
ら生ずる蒸気または溶存空気等を外部に放出させたりするよう構成されている。また、蓄熱容器21の内外で空気層12を構成する空気が必要以上に流動したり、蓄熱容器21から生ずる蒸気が必要以上に放出されて蓄熱溶液等が減少したりすることを抑制するように、その開口面積は最適化されていればよい。なお、通気孔214の位置、形状、個数等の具体的構成については特に限定されず、前記圧力上昇の緩和と、蓄熱溶液等の減少の抑制を実現できるような構成であればよい。また、通気孔214は、蓋部212ではなく箱部211の上部に設けられても良いし、双方に設けられても良い。
次に、蓄熱容器21内に形成される各層の構成について、図1(a)も参照して具体的に説明する。蓄熱容器21の内部には、前記のとおり、蓄熱溶液が貯えられることで蓄熱溶液層11が形成されているが、この蓄熱溶液層11の上方には、当該蓄熱溶液層11に積層される形で蒸発防止層13が形成されている。また、蒸発防止層13の上方には、通気孔214から流入する外気により空気層12が形成されている。したがって、蓄熱容器21の内部には、蓄熱溶液層11、蒸発防止層13および空気層12が下側からこの順で形成されていることになる。
形状、内部空間の容積、熱膨張による蓄熱溶液の体積の増分等の諸条件に応じて、適切な厚みが設定されればよい。つまり、熱膨張によって蓄熱溶液が通気孔214から漏れ出さない空間的余裕(空気層12)が形成されるのであれば、蓄熱溶液層11および空気層12の層厚はどのような値であってもよい。
次に、蒸発防止層13の主成分として含まれる有機化合物について、例を挙げて具体的に説明する。
上が期待されるものであれば、種々の側鎖構造または環状構造を含んでもよい。
重合体の融点が常温を超える温度となって、常温では固体で維持されることになる。また、得られるアルケン重合体の温度条件(融点の許容範囲等)については後述する。
次に、前記有機化合物を含む蒸発防止層13の具体的な機能について、図1(b)を参照して具体的に説明する。
ここで半固体とは、熱変形状態やガラス転移状態などの固体と液体の中間に該当する状態を言う。
熱溶液の過剰な蒸発を有効に防止できる(蒸発防止機能の実現)とともに、蓄熱装置20Aの運搬時に蓄熱溶液層11を構成する蓄熱溶液が蓄熱容器21の外部に漏れ出したり空気層12へ露出したりすることを抑制できる(漏出防止機能の実現)。また、蓄熱動作時に蓄熱溶液の温度が上昇しても、蒸発防止層13は高粘度の液体層となるので、蓄熱溶液の過剰な蒸発を有効に防止できる。
前記実施の形態1における蓄熱装置20Aは、蓄熱容器21内には、下から順に、蓄熱溶液層11、蒸発防止層13および空気層12の3層が形成されている構成となっていたが、本実施の形態では、蓄熱溶液層11および蒸発防止層13の間に、さらに1層以上の副蒸発防止層を備える構成となっている。当該構成について、図2(a),(b)を参照して具体的に説明する。
図2(a)に示すように、本実施の形態に係る蓄熱装置20Bは、前記実施の形態1に係る蓄熱装置20Aと同一の構成を有しているが、蓄熱容器21内には、下から順に、蓄熱溶液層11、副蒸発防止層14、蒸発防止層13、空気層12の4層が形成されている。
防止層13の下方に独立層として形成されている。また、図2(a)には示さないが、副蒸発防止層14は、蒸発防止層13と混合されて実質的に1層となってもよい。この副蒸発防止層14は、少なくとも1種の不水溶性溶媒からなる溶媒組成物で構成されている。当該溶媒組成物としては、後述するように、例えば85〜95重量%が不水溶性溶媒であって、残部が酸化防止剤等の添加剤の混合物で構成されている例を好ましく用いることができる。
かれのある飽和アルカン類にすると、炭素数が約18を越えても常温で液体となる。そこで例えば、炭素8〜10のα―オレフィン(末端に二重結合があり他は単結合の構造を有する不飽和アルケン)を重合反応したあと水素化処理すると、炭素数が24〜44の範囲内にある炭化水素の少なくともいずれかを含んでいる飽和アルカン類が生成する。しかも、この飽和アルカン類は、重合反応の工夫で枝分かれを多く有する飽和アルカン類になっているので、常温で液体となっている。本実施の形態で使用する鉱油や合成油、さらに半合成油は、この製法を用いて得られる不水溶性溶媒を85〜100弱%(重量%)混合して、使用している。
次に、前記不水溶性溶媒を含む副蒸発防止層14の具体的な機能について、図2(b)を参照して具体的に説明する。
層の密着度が高まることになる。
前記実施の形態1に係る蓄熱装置20A、または前記実施の形態2に係る蓄熱装置20Bは、いずれも蓄熱容器21および蓄熱用熱交換器22から構成されていたが、本実施の形態に係る蓄熱装置は、さらに加熱源を備え、当該加熱源の廃熱を蓄熱可能とする構成となっている。当該構成について、図3(a),(b)を参照して具体的に説明する。
前記実施の形態1ないし3は、いずれも蓄熱装置の構成を例示するものであったが、本実施の形態においては、前記構成の蓄熱装置の代表的な適用例である空気調和装置の一例について、図4を参照して具体的に説明する。
図4に示すように、本実施の形態に係る空気調和装置30は、冷媒配管により互いに接続された室内機31および室外機32から構成されており、室外機32は、前記実施の形態3に係る蓄熱装置20Cを備えている。室内機31および室外機32および外部配管310は、管継手40を介して室内機内部配管311と室外機内部配管である第1配管301および第2配管302に接続されている。
次に、前記構成の空気調和装置30の動作について、通常暖房運転、並びに、除霜・暖房運転を例に挙げて、図4を参照して具体的に説明する。
26の吸入口へ戻る。
以下、本文で記載した各機能について詳細を説明する。これらの機能において、本実施の形態1〜4は、全ての機能を同時に満たすことができない従来例に対し、3つともを満たし、総合的に高い機能を有するものである。
蒸発防止機能とは、蓄熱溶液上に蒸発防止層や少なくとも1つ以上の副蒸発防止層を設置した際の、蓄熱動作時を想定した所定条件における蓄熱溶液の蒸発速度で判断されるものである。具体的には、蓄熱容器内に、蓄熱溶液としてエチレングリコール31%水溶液を充填し、その上部に蒸発防止層を20mm積層し、100℃乾燥器に5日間放置して、重量減少を測定する。
漏出防止機能とは、運搬時に想定される蓄熱容器の転倒が発生した際に、蓄熱容器内の蓄熱溶液や蒸発防止層が容器外に漏れ出る量で判断するものである。具体的には、常温で蓄熱容器を45度傾斜させ、蓄熱溶液(エチレングリコール31%水溶液)や蒸発防止層が容器外に漏れ出る液量を測定し、液量が少ないほど漏出防止機能が高いことを意味している。
圧力緩和機能とは、蓄熱動作時の温度上昇によって、蓄熱容器内で蓄熱溶液が膨張し、液面が上昇する際に、上層の蒸発防止層が下層からの内圧を逃がすことができるかを判断するものである。具体的には、蓄熱容器の温度を常温から100℃に上昇させた際に、蒸発防止層の位置が、初期からどれだけ上側に移動しているかを測定し、蓄熱溶液のみを100℃まで上昇させた際に見られる液面上昇距離に近いほど機能が高く、それ以下もしくは、蒸発防止層や蓄熱容器の破壊が見られた場合は機能が低いことを意味している。
12 空気層
13 蒸発防止層
14 副蒸発防止層
20A,20B,20C 蓄熱装置
21,23 蓄熱容器
22,24 蓄熱用熱交換器
25 熱伝導性部材
26 圧縮機(加熱源、加熱器)
214,234 通気孔
Claims (11)
- 外気と連通する通気孔を有する蓄熱容器を備え、当該蓄熱容器内には、蓄熱溶液層および蒸発防止層が下側からこの順で形成され、前記蒸発防止層の上部は外気に連通しており、前記蓄熱溶液層は、少なくとも水からなる顕熱型の蓄熱溶液により構成されているとともに、空気層は、前記通気孔から流入する外気により形成されており、前記蒸発防止層は、前記蓄熱溶液に対して不溶であり、比重が前記蓄熱溶液より小さく、かつ、融点が常温以上で前記蓄熱溶液の沸点より低い、有機化合物から少なくとも構成され、前記蓄熱溶液層は、前記有機化合物の融点より高く、前記蓄熱溶液の沸点より低い温度で、蓄熱動作が行われ、前記蒸発防止層は前記蓄熱溶液層に蓄熱動作が行われていない状態では固体または半固体であり、蓄熱動作が行われている状態では液体であることを特徴とする蓄熱装置。
- 前記蓄熱容器内には、さらに少なくとも1層の副蒸発防止層が、前記蒸発防止層と混合されるか、または、前記蒸発防止層の下方に独立層として形成され、当該副蒸発防止層は、少なくとも1種の不水溶性溶媒からなる溶媒組成物から構成され、当該溶媒組成物の融点は常温未満であることを特徴とする、請求項1に記載の蓄熱装置。
- 前記有機化合物の比重は、前記溶媒組成物の比重よりも小さいことを特徴とする、請求項2に記載の蓄熱装置。
- 前記溶媒組成物の融点は、前記蓄熱溶液の凝固点より低いことを特徴とする、請求項2または3に記載の蓄熱装置。
- 前記溶媒組成物は、前記不水溶性溶媒として、炭素数が24〜44の範囲内にある炭化水素の少なくともいずれかを含んでいることを特徴とする、請求項2〜4のいずれか1項に記載の蓄熱装置。
- 前記蓄熱溶液が、二価アルコールを含む水溶液であることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の蓄熱装置。
- 前記蓄熱溶液を加熱する加熱源と、前記蓄熱溶液に蓄熱された熱を回収する蓄熱用熱交換器と、をさらに備えていることを特徴とする、請求項1〜6のいずれか1項に記載の蓄熱装置。
- 前記加熱器は、前記蓄熱溶液層の外部に設けられ、前記蓄熱用熱交換器は、前記蓄熱容器の内部で、前記蓄熱溶液に浸漬する位置に設けられていることを特徴とする、請求項7に記載の蓄熱装置。
- 前記蓄熱容器は、前記加熱源を囲むように設けられていることを特徴とする、請求項7または8に記載の蓄熱装置。
- 前記蓄熱容器は、熱伝導性部材を介して前記加熱源と接触していることを特徴とする、請求項7〜9のいずれか1項に記載の蓄熱装置。
- 請求項1〜10のいずれか1項に記載の蓄熱装置を備えることを特徴とする、空気調和装置。
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