JP6528903B2 - 蓄熱装置 - Google Patents

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Description

本発明は、蓄熱装置に関する。
下記特許文献1に開示された温水タンク構造は、以下の構成を備える。給湯口(11)から温水タンク(4)の入口(4a)に向かう入管路(10)と、温水タンク(4)の出口(4b)から出湯口(18)に向かう出管路(17)と、給湯口(11)と出湯口(18)をつなぐバイパス路(19)とで、循環管路(R)が形成される。入管路(10)に、順方向に逆止弁(15)を設ける。
日本特開2001−124417号公報
特許文献1の技術では、外部からの湯が給湯口(11)へ流入し、温水タンク(4)内の湯が出湯口(18)から外部へ供給される。すなわち、特許文献1に記載の循環管路(R)は、開放系である。循環管路(R)にポンプは設置されていない。
蓄熱槽に貯留された液状の熱媒体をポンプを用いて閉回路に循環させる蓄熱装置がある。そのような閉鎖系の蓄熱装置では、運用開始当初のみ、外部から閉回路に熱媒体を注入して閉回路を熱媒体で満たす操作が必要になる。閉回路内に空気が残った状態でポンプを運転すると、熱媒体が円滑に循環しなかったり、ポンプがダメージを受けたりする可能性がある。
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、閉回路を熱媒体で満たす操作のときに閉回路内の空気を効率良く抜くことのできる蓄熱装置を提供することを目的とする。
本発明の蓄熱装置は、入口及び出口を有し、液状の熱媒体を貯留する蓄熱槽と、入口及び出口を有する逆止弁と、蓄熱槽の出口と逆止弁の入口との間をつなぐ第一流路と、逆止弁の出口と蓄熱槽の入口との間をつなぐ第二流路と、第一流路にあり、熱媒体を移送するポンプと、第一流路にある注入口と、を備え、蓄熱槽、逆止弁、第一流路、第二流路、及びポンプを含む閉回路を熱媒体で満たすときに、外部の供給源から供給される熱媒体が注入口を通って第一流路へ注入され、閉回路は、蓄熱槽の出口から出た熱媒体が、第一流路、逆止弁、及び第二流路を通って、蓄熱槽の入口に流入するように循環する回路に相当するものである。
本発明の蓄熱装置によれば、閉回路を熱媒体で満たす操作のときに閉回路内の空気を効率良く抜くことが可能となる。
実施の形態1の蓄熱装置を示す図である。 実施の形態1の蓄熱装置を示す図である。 実施の形態2の蓄熱装置を示す図である。 実施の形態3の蓄熱装置を示す図である。 実施の形態4の蓄熱装置を示す図である。 実施の形態5の蓄熱装置を示す図である。 実施の形態6の蓄熱装置を示す図である。
以下、図面を参照して実施の形態について説明する。各図において共通する要素には、同一の符号を付して、重複する説明を簡略化または省略する。本開示は、以下の各実施の形態で説明する構成のうち、組合わせ可能な構成のあらゆる組合わせを含み得る。
実施の形態1.
図1は、実施の形態1の蓄熱装置を示す図である。図1に示すように、実施の形態1の蓄熱装置1は、筐体10を備える。蓄熱装置1は、筐体10の内部に収納された、蓄熱槽2、逆止弁3、第一流路4、第二流路5、ポンプ6、注入口7、熱交換器8、及びポンプ9をさらに備える。
蓄熱装置1は、ヒートポンプ装置11をさらに備える。図示の例では、筐体10の外部にヒートポンプ装置11が設置されている。筐体10の内部にヒートポンプ装置11が設置されてもよい。ヒートポンプ装置11は、液状の熱媒体を加熱する加熱手段の例である。熱媒体は、水でもよい。熱媒体は、例えば塩化カルシウム水溶液、エチレングリコール水溶液、アルコール、などの、水以外のブラインでもよい。
図示を省略するが、ヒートポンプ装置11は、冷媒回路を備える。当該冷媒回路は、冷媒を圧縮する圧縮機と、圧縮機で圧縮された高温高圧の冷媒と熱媒体との間で熱を交換する熱交換器と、冷媒を減圧させる減圧装置と、冷媒を蒸発させる蒸発器とを含んでもよい。
熱媒体を加熱する加熱手段は、ヒートポンプ装置11に限定されない。加熱手段は、例えば、電気ヒータ、太陽熱集熱器、燃焼式加熱器のいずれかでもよい。複数の加熱手段が備えられてもよい。
蓄熱槽2は、熱媒体を貯留する。蓄熱装置1が運用されるときには、蓄熱槽2が熱媒体で満たされた状態に維持される。蓄熱槽2内では、温度の違いによる熱媒体の密度の差により、上側が高温で下側が低温になる温度成層を形成できる。
蓄熱槽2は、入口2a,出口2b,入口2c,出口2dを有する。入口2a及び出口2dは、蓄熱槽2の上部にある。図示の例では、入口2a及び出口2dは、蓄熱槽2の最上部にある。出口2b及び入口2cは、蓄熱槽2の下部にある。図示の例では、出口2b及び入口2cは、蓄熱槽2の最下部にある。導管12は、蓄熱槽2の下部の出口2bと、ヒートポンプ装置11の入口との間をつなぐ。熱媒体を移送するポンプ9は、導管12の途中に設置されている。導管13は、ヒートポンプ装置11の出口と、蓄熱槽2の上部の入口2aとの間をつなぐ。
蓄熱装置1は、蓄熱運転を行うことができる。蓄熱運転は、高温の熱媒体を蓄熱槽2に蓄積する運転である。蓄熱運転のときには、以下のようになる。ポンプ9及びヒートポンプ装置11が運転される。蓄熱槽2内の低温の熱媒体が出口2bから出て、導管12を通ってヒートポンプ装置11に送られる。ヒートポンプ装置11で加熱されて高温になった熱媒体が導管13を通って蓄熱槽2に戻る。高温の熱媒体は、入口2aから蓄熱槽2に流入する。蓄熱槽2内で上から下へ向かって高温の熱媒体が徐々に蓄積されていく。
蓄熱運転のときに熱媒体が循環する回路は、閉回路になる。すなわち、蓄熱槽2、ポンプ9、ヒートポンプ装置11、導管12、及び導管13を含む回路は、閉回路になる。ここでいう閉回路とは、系外との間で物質すなわち熱媒体の出入りのない閉鎖系という意味である。
第一流路4は、蓄熱槽2の上部の出口2dと、逆止弁3の入口との間をつなぐ。第二流路5は、逆止弁3の出口と、蓄熱槽2の下部の入口2cとの間をつなぐ。ポンプ6は、熱媒体を移送する。ポンプ6は、第一流路4にある。注入口7は、第一流路4にある。
熱交換器8は、蓄熱槽2から供給される熱媒体と、外部から供給される水との間で熱を交換する。熱交換器8が備える熱媒体の流路8aは、第一流路4の一部を構成する。熱交換器8が備える水の流路は、給水管14に接続された第一端8bと、給湯管15に接続された第二端8cとを有する。第一流路4において熱交換器8の下流側にポンプ6がある。ポンプ6の下流側に注入口7がある。
蓄熱装置1は、給湯運転を行うことができる。給湯運転のときには、以下のようになる。ポンプ6が運転される。熱媒体が第一流路4及び第二流路5を通って流れる。外部の水源から給水管14を通って水が熱交換器8に流入する。蓄熱槽2の上部の出口2dを出た高温の熱媒体が熱交換器8に流入する。熱交換器8内で熱媒体が水を加熱する。熱交換器8内で加熱されて温度上昇した湯が給湯管15を通って、外部の端末へ供給される。熱交換器8内で冷却されて温度低下した熱媒体は、ポンプ6、逆止弁3、及び第二流路5を経由して、蓄熱槽2に戻る。当該熱媒体は、入口2cから蓄熱槽2に流入する。
給湯運転のときに熱媒体が循環する回路は、閉回路になる。すなわち、蓄熱槽2、逆止弁3、第一流路4、第二流路5、及びポンプ6を含む回路は、閉回路になる。ここでいう閉回路とは、系外との間で物質すなわち熱媒体の出入りのない閉鎖系という意味である。
導管13の最上部には、空気抜き弁16が接続されている。第一流路4の最上部には、空気抜き弁17が接続されている。空気抜き弁16,17は、閉回路内の空気を抜く空気抜き手段の例である。空気抜き弁16,17は、例えば、フロートを備えた自動空気抜き弁でもよい。空気抜き弁16,17は、閉回路内の圧力を調整する機能を兼ね備えてもよい。蓄熱槽2の最上部に空気抜き手段を接続してもよい。
ポンプ6の保守を行うためにポンプ6を第一流路4から取り外す場合がある。逆止弁3がないと仮定すると、ポンプ6を取り外したとき、蓄熱槽2内の熱媒体が、水頭圧により、第二流路5を逆流し、ポンプ6が接続されていた箇所から漏れ出す。これに対し、本実施の形態であれば、逆止弁3を備えたことで、以下の効果が得られる。ポンプ6を取り外したときに、蓄熱槽2内の熱媒体が第二流路5を逆流することを自動的に防止できる。
本実施の形態の蓄熱装置1は、逆U字形の流路18を備える。逆U字形の流路18は、蓄熱装置1をコンパクトにするために、筐体10の内部の狭いスペースに機器を効率良く収める目的で設けられている。逆U字形の流路18は、他の機器(図示省略)をまたぐために設けられている。注入口7は、逆U字形の流路18の上部にある。
図2は、実施の形態1の蓄熱装置1を示す図である。図2は、図1に示す蓄熱装置1が備える一部の機器の図示を省略した図である。図2に示すように、逆U字形の流路18は、第一垂直部18a、頂上部18b、第二垂直部18c、第一曲げ部18d、及び第二曲げ部18eを備える。第一垂直部18a及び第二垂直部18cは、鉛直方向に沿って延びる。頂上部18bは、水平な方向に沿って延びる。第一曲げ部18dは、第一垂直部18aの上端と頂上部18bの一端との間の曲げ部である。第二曲げ部18eは、第二垂直部18cの上端と頂上部18bの他端との間の曲げ部である。注入口7は、頂上部18bにある。頂上部18bは、逆U字形の流路18の最上部に相当する。
本実施の形態では、逆U字形の流路18の第一垂直部18a、頂上部18b、第一曲げ部18d、及び第二曲げ部18eは、第一流路4に属する。第二垂直部18cの一部は、第一流路4に属する。第二垂直部18cの残りの部分は、第二流路5に属する。逆止弁3は、第二垂直部18cにある。このような構成に限らず、逆U字形の流路18の全体が第一流路4に属してもよい。
蓄熱装置1の運用を最初に開始するときには、蓄熱装置1の閉回路内を熱媒体で満たす操作が行われる。当該操作を以下「充満操作」と称する。充満操作では、閉回路内に空気が残らないようにすることが重要である。閉回路内に空気が残った状態でポンプ6を運転すると、熱媒体が円滑に循環しなかったり、ポンプ6がダメージを受けたりする可能性がある。
以下、充満操作について説明する。充満操作のときに熱媒体が流れる方向を図2中の矢印で示す。充満操作では、以下のようになる。注入口7に連通するフィラーチューブ19に対し、外部の供給源が接続される。当該供給源から供給される熱媒体が、フィラーチューブ19及び注入口7を通って、第一流路4へ注入される。注入された熱媒体は、逆止弁3及び第二流路5を通って、蓄熱槽2の下部の入口2cから蓄熱槽2内に流入できる。これにより、蓄熱槽2内に熱媒体が溜まっていく。注入された熱媒体は、注入口7から第一流路4を通ってポンプ6及び蓄熱槽2の上部の出口2dに向かう方向に流れることもできる。このため、第一流路4及びポンプ6の内部にも空気を残さずに熱媒体を満たすことができる。閉回路内の空気は、空気抜き弁16,17を通って系外へ排出される。蓄熱槽2内の熱媒体が出口2bから導管12へ流出することで、導管12、ポンプ9、ヒートポンプ装置11、及び導管13の内部も熱媒体で満たされる。
仮に注入口7が第二流路5にあったとすると、以下のようになる。注入された熱媒体は、逆止弁3があるため、第一流路4に流入できない。このため、第一流路4及びポンプ6の内部に空気が残りやすい。すなわち、閉回路内の空気を効率良く抜くことができない。これに対し、本実施の形態であれば、注入口7が第一流路4にあることで、閉回路内の空気を効率良く抜くことができる。
一般に、逆U字形の流路があると、逆U字形の流路の上部の空気が抜けにくい。一般には、逆U字形の流路の上部に、空気を抜くための空気抜き弁を接続する場合が多い。これに対し、本実施の形態であれば、注入口7から逆U字形の流路18の上部に直接熱媒体が注入されることで、以下の効果が得られる。逆U字形の流路18の上部に空気抜き弁を接続しなくても、逆U字形の流路18の空気を効率良く抜くことができる。特に、本実施の形態であれば、逆U字形の流路18の最上部に注入口7があることで、逆U字形の流路18の空気をさらに効率良く抜くことができる。
充満操作が完了した後は、注入口7から熱媒体が漏れないように封止される。注入口7は、自動的に閉じる弁(図示省略)を備えてもよい。注入口7を閉じる代わりにフィラーチューブ19の口を閉じてもよい。フィラーチューブ19に弁(図示省略)を備えてもよい。
実施の形態2.
次に、図3を参照して、実施の形態2について説明するが、上述した実施の形態1との相違点を中心に説明し、同一部分または相当部分については説明を簡略化または省略する。図3は、実施の形態2の蓄熱装置1Aを示す図である。図3では、図2と同じようにして、蓄熱装置1Aが備える一部の機器の図示を省略する。
図3に示す実施の形態2の蓄熱装置1Aは、逆U字形の流路18を備えない。以下、実施の形態2の充満操作について説明する。充満操作のときに熱媒体が流れる方向を図3中の矢印で示す。充満操作では、以下のようになる。注入口7に連通するフィラーチューブ19に対し、外部の供給源が接続される。当該供給源から供給される熱媒体が、フィラーチューブ19及び注入口7を通って、第一流路4へ注入される。注入された熱媒体は、逆止弁3及び第二流路5を通って、蓄熱槽2の下部の入口2cから蓄熱槽2内に流入できる。注入された熱媒体は、注入口7から第一流路4を通ってポンプ6及び蓄熱槽2の上部の出口2dに向かう方向に流れることもできる。このため、第一流路4及びポンプ6の内部の空気をも効率良く抜くことができる。
仮に注入口7が第二流路5にあったとすると、以下のようになる。注入された熱媒体は、逆止弁3があるため、第一流路4に流入できない。このため、第一流路4及びポンプ6の内部に空気が残りやすい。すなわち、閉回路内の空気を効率良く抜くことができない。これに対し、本実施の形態であれば、注入口7が第一流路4にあることで、閉回路内の空気を効率良く抜くことができる。
実施の形態3.
次に、図4を参照して、実施の形態3について説明するが、上述した実施の形態1との相違点を中心に説明し、同一部分または相当部分については説明を簡略化または省略する。図4は、実施の形態3の蓄熱装置1Bを示す図である。図4では、図2と同じようにして、蓄熱装置1Bが備える一部の機器の図示を省略する。
図4に示す実施の形態3の蓄熱装置1Bは、筐体10に設置された第二注入口20を備える。蓄熱装置1Bは、実施の形態1のフィラーチューブ19に代えてフィラーチューブ21を備える。フィラーチューブ21は、注入口7と第二注入口20との間をつなぐ。第二注入口20は、筐体10の上部にある。
以下、実施の形態3の充満操作について説明する。充満操作のときに熱媒体が流れる方向を図4中の矢印で示す。充満操作では、以下のようになる。第二注入口20に対し、外部の供給源が接続される。当該供給源から供給される熱媒体が、第二注入口20、フィラーチューブ21、及び注入口7を通って、第一流路4へ注入される。その後の熱媒体の流れ方は、実施の形態1と同じであるので、説明を省略する。
本実施の形態であれば、実施の形態1と同じ効果に加えて、さらに以下の効果が得られる。充満操作のときに、筐体10の外から第二注入口20に熱媒体の供給源を接続できる。そのため、充満操作のときに、筐体10の一部を取り外したり、筐体10を開けたりする必要がなく、作業性が良い。第二注入口20が筐体10の上部にあることで、充満操作のときに空気が残りにくく、閉回路内の空気を効率良く抜くことができる。
充満操作が完了した後は、注入口7から熱媒体が漏れないように封止される。注入口7は、自動的に閉じる弁(図示省略)を備えてもよい。注入口7を閉じる代わりに第二注入口20を閉じてもよい。第二注入口20は、自動的に閉じる弁(図示省略)を備えてもよい。フィラーチューブ21に弁(図示省略)を備えてもよい。
実施の形態4.
次に、図5を参照して、実施の形態4について説明するが、上述した実施の形態1との相違点を中心に説明し、同一部分または相当部分については説明を簡略化または省略する。図5は、実施の形態4の蓄熱装置1Cを示す図である。図5では、図2と同じようにして、蓄熱装置1Cが備える一部の機器の図示を省略する。
図5に示す実施の形態4の蓄熱装置1Cは、逆U字形の流路18を備える。逆U字形の流路18は、第一垂直部18a、頂上部18b、第二垂直部18c、第一曲げ部18d、及び第二曲げ部18eを備える。第一垂直部18a及び第二垂直部18cは、鉛直方向に沿って延びる。頂上部18bは、水平な方向に沿って延びる。第一曲げ部18dは、第一垂直部18aの上端と頂上部18bの一端との間の曲げ部である。第二曲げ部18eは、第二垂直部18cの上端と頂上部18bの他端との間の曲げ部である。注入口7は、第一曲げ部18dにある。第一垂直部18aの下端と、ポンプ6の吐出口との間には、曲げ部4aがある。注入口7は、曲げ部4aの鉛直上方にある。
本実施の形態4であれば、充満操作のとき、実施の形態3と同じ効果に加えて、さらに以下の効果が得られる。流路の曲げ部に熱媒体が満ちるときに、曲げ部に空気が溜まる可能性がある。実施の形態3では、注入口7から入った熱媒体が第一曲げ部18dを通過して、第一垂直部18aに流入する。これに対し、本実施の形態4では、注入口7が第一曲げ部18dにあることで、熱媒体が第一曲げ部18dに直接注入される。このため、第一曲げ部18dの空気をより効率良く抜くことができる。さらに、本実施の形態であれば、曲げ部4aの鉛直上方に注入口7があることで、曲げ部4aの空気をさらに効率良く抜くことができる。
注入口7の位置は、第一曲げ部18dに代えて第二曲げ部18eにあってもよい。その場合でも、上記と類似した効果が得られる。
実施の形態5.
次に、図6を参照して、実施の形態5について説明するが、上述した実施の形態4との相違点を中心に説明し、同一部分または相当部分については説明を簡略化または省略する。図6は、実施の形態5の蓄熱装置1Dを示す図である。図6では、図2と同じようにして、蓄熱装置1Dが備える一部の機器の図示を省略する。
図6に示すように、実施の形態5の蓄熱装置1Dは、実施の形態4に比べて、ポンプ6の位置が異なる。ポンプ6は、逆U字形の流路18の第一垂直部18aの途中に接続されている。
一般に、充満操作のときに、ポンプ6の内部の空気を抜くのに時間がかかる可能性がある。本実施の形態5であれば、第一垂直部18aの途中にポンプ6を接続したことで、ポンプ6の内部に熱媒体が入りやすいので、ポンプ6内の空気をさらに効率良く抜くことができる。そのほか、本実施の形態5によれば、実施の形態4と同じ効果が得られる。
実施の形態1または実施の形態3においても、逆U字形の流路18の第一垂直部18aの途中にポンプ6を接続してもよい。その場合にも、上記と類似の効果が得られる。
実施の形態6.
次に、図7を参照して、実施の形態6について説明するが、上述した実施の形態5との相違点を中心に説明し、同一部分または相当部分については説明を簡略化または省略する。図7は、実施の形態6の蓄熱装置1Eを示す図である。図7では、図2と同じようにして、蓄熱装置1Eが備える一部の機器の図示を省略する。
図7に示すように、実施の形態6の蓄熱装置1Eは、逆U字形の流路18を備える。逆U字形の流路18は、第一垂直部18a、頂上部18b、第二垂直部18c、第一曲げ部18d、及び第二曲げ部18eを備える。第一垂直部18a及び第二垂直部18cは、鉛直方向に沿って延びる。第一曲げ部18dは、第一垂直部18aの上端と頂上部18bの一端との間の曲げ部である。第二曲げ部18eは、第二垂直部18cの上端と頂上部18bの他端との間の曲げ部である。注入口7は、第一曲げ部18dにある。頂上部18bは、注入口7から第二曲げ部18eへ向かって下るように傾斜している。第一曲げ部18dは、逆U字形の流路18の最上部に相当する。第一垂直部18aの下端と、ポンプ6の吐出口との間には、曲げ部4aがある。注入口7は、曲げ部4aの鉛直上方にある。
本実施の形態6であれば、充満操作のとき、実施の形態5と同じ効果に加えて、さらに以下の効果が得られる。第二曲げ部18eに溜まった空気が浮力で注入口7へ導かれる。このため、第二曲げ部18eの空気をさらに効率良く抜くことができる。
1,1A,1B,1C,1D,1E 蓄熱装置、 2 蓄熱槽、 2a 入口、 2b 出口、 2c 入口、 2d 出口、 3 逆止弁、 4 第一流路、 4a 曲げ部、 5 第二流路、 6 ポンプ、 7 注入口、 8 熱交換器、 9 ポンプ、 10 筐体、 11 ヒートポンプ装置、 12,13 導管、 14 給水管、 15 給湯管、 16,17 空気抜き弁、 18 逆U字形の流路、 18a 第一垂直部、 18b 頂上部、 18c 第二垂直部、 18d 第一曲げ部、 18e 第二曲げ部、 19 フィラーチューブ、 20 第二注入口、 21 フィラーチューブ

Claims (7)

  1. 入口及び出口を有し、液状の熱媒体を貯留する蓄熱槽と、
    入口及び出口を有する逆止弁と、
    前記蓄熱槽の前記出口と前記逆止弁の前記入口との間をつなぐ第一流路と、
    前記逆止弁の前記出口と前記蓄熱槽の前記入口との間をつなぐ第二流路と、
    前記第一流路にあり、前記熱媒体を移送するポンプと、
    前記第一流路にある注入口と、
    を備え、
    前記蓄熱槽、前記逆止弁、前記第一流路、前記第二流路、及び前記ポンプを含む閉回路を前記熱媒体で満たすときに、外部の供給源から供給される前記熱媒体が前記注入口を通って前記第一流路へ注入され
    前記閉回路は、前記蓄熱槽の前記出口から出た前記熱媒体が、前記第一流路、前記逆止弁、及び前記第二流路を通って、前記蓄熱槽の前記入口に流入するように循環する回路に相当する蓄熱装置。
  2. 逆U字形の流路を備え、
    前記注入口は、前記逆U字形の流路の上部にある請求項1に記載の蓄熱装置。
  3. 前記逆U字形の流路は、垂直部と、頂上部と、前記垂直部と前記頂上部との間の曲げ部とを備え、
    前記注入口は、前記曲げ部にある請求項2に記載の蓄熱装置。
  4. 前記逆U字形の流路は、垂直部を備え、
    前記ポンプは、前記垂直部にある請求項2または請求項3に記載の蓄熱装置。
  5. 前記注入口は、前記逆U字形の流路の最上部にある請求項2から請求項4のいずれか一項に記載の蓄熱装置。
  6. 前記蓄熱槽、前記逆止弁、前記第一流路、前記第二流路、及び前記ポンプを収納する筐体と、
    前記筐体に設置された第二注入口と、
    前記注入口と前記第二注入口との間をつなぐフィラーチューブと、
    を備える請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の蓄熱装置。
  7. 前記閉回路内の空気を抜く空気抜き手段を備える請求項1から請求項6のいずれか一項に記載の蓄熱装置。
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