JPS58178149A - 潜熱型蓄熱蓄冷システム - Google Patents

潜熱型蓄熱蓄冷システム

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JPS58178149A
JPS58178149A JP57061462A JP6146282A JPS58178149A JP S58178149 A JPS58178149 A JP S58178149A JP 57061462 A JP57061462 A JP 57061462A JP 6146282 A JP6146282 A JP 6146282A JP S58178149 A JPS58178149 A JP S58178149A
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JP
Japan
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heat
heat storage
storage material
cold
latent
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Application number
JP57061462A
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English (en)
Inventor
Takahito Ishii
隆仁 石井
Kazuo Yamashita
山下 和夫
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D20/00Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00
    • F28D20/02Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00 using latent heat
    • 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
    • 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
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    • Y02E70/30Systems combining energy storage with energy generation of non-fossil origin

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  • Physics & Mathematics (AREA)
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、太陽熱・外気などが有する熱エネルギーを蓄
冷装置を介してヒートポンプにより汲み上げ、給湯・冷
暖房等に用いる蓄熱・蓄冷装置に関するものである。
近年、不安定な太陽熱、及び深夜電力等のエネルギーの
有効利用・高密度貯蔵の観点から潜熱型蓄熱材利用に関
する研究がさかんである。ところが、実用化に際しては
蓄熱材固有の多くの解決すべき問題点があった(過冷却
、相分離、固相の低い熱伝導率、等)。
潜熱型蓄熱・蓄冷制の利用のメリットは従来の水、岩石
、等の顕熱型蓄熱材と比較して、蓄熱密度が高く、一定
の温度で放熱ができる点である0給湯用として顕熱型蓄
熱材(例えば、水)(A)と潜熱型蓄熱材(例えば、酢
酸ナトリウム・3水塩、融点58℃)(B)との蓄熱エ
ネルギー量全比較してみる。その結果を第1図に示す。
室温を20℃として室温からある温度に上昇した時の蓄
熱量(Kcalβ)を示す。但し、水の比熱21cal
/y・℃、酢酸ナトリウム・3水塩の比熱をQ 4 c
aQ/y・℃(固体)、07 cafk/f −IC(
液体)、融解潜熱を60 aJ力、比重128 p/m
e (液体)として計算しているO 市販されている電気温水器を例にとって約86℃まで沸
き上げた場合を考えてみる。この温度では潜熱型蓄熱材
(B)は顕熱型蓄熱材(5)に比べて約56係の容積に
なるにすぎない。一方、潜熱型蓄熱材(B)の融点近傍
では約40チの容積で同等の蓄熱量を有する。このこと
は、蓄熱材の熱的特性に帰因するのであって、融解潜熱
は大きくても融点以上及び融点以下の比熱が水に比べて
小さいからである。また、電気温水器ではそのまま温水
が使えるのに対して潜熱型蓄熱材を用いる場合は熱交換
が必要となりそれを考慮するとさほど小さくはならない
。(約60係程度)。したがって、潜熱型蓄熱材利用の
メリットを最大限に発揮しようとすればその相転移点く
融点)例近を利用しなければならない。
本発明の目的は、上記の観点に立って潜熱型蓄熱材利用
のメリットを最大限に発揮すると同時に負荷応答性にす
ぐれたシステムを提供することにある。
本発明は上記目的を達成するために、内部に融解潜熱を
利用する蓄熱材と蓄冷材を含む容器を煮々設け、ヒート
ポンプ回路における凝縮器を前記蓄熱容器の加熱器とし
て、又、蒸発器を前記蓄冷容器の放熱器として用いかつ
、前記凝縮器及び蒸発器と熱交換媒体が通過する熱交換
器を熱接触させたものであり、さらに、前記各容器内に
蓄熱材、蓄冷材以外に、熱吸収の時に液体から気体に、
熱放出の時に気体から液体になり、かつ、その凝縮液の
比重が少なくとも前記蓄熱材、又は、蓄冷材の相転移点
近傍にあ・ける比重よりも大きい伝熱媒体をそれぞれ上
方に空間部を残して封入し、前記空間部と蓄熱材、又は
、蓄冷材充填部にそれぞれ前記熱交換器を設け、それら
を連結して用いるものである。
この構成によって、太陽熱・外気が有する熱エネルギー
等、及び蓄冷材が有する融解潜熱をヒートポンプにより
効率よく汲み上げ、−年を通じて給湯に利用することが
できる。また、夏季には冷房、冬季には暖房にも利用で
きる。
以下、本発明による蓄熱・蓄冷システムの実施例につい
て説明する。システム概略図を第2図に示す。蓄熱槽容
器1.蓄冷槽容器6.膨張弁8゜圧縮機4.太陽熱集熱
器13.室内熱交換器14゜循環ポンプ11及び12,
3方弁9及10等をヒートポンプ回路(へ、給湯回路(
B)、室内暖房回路(C’l。
室内冷房回路q、太陽熱集熱回路(E)により連結した
ものである。
蓄熱槽容器1の内部には潜熱型蓄熱材2として例えば酢
酸ナトリウム・3水塩(融点68℃、比1ji(固体)
144y、//cd(液体)128yA肩)′と熱吸収
の時に液体から気体に、熱放出の時に気体から液体にな
り、かつ、その凝縮液の比重が少なくとも前記蓄熱材2
の相転移点近傍における比重よりも大きい伝熱媒体3と
して、例えばフロン−113〔沸点476℃、融点−3
5℃、比重1(26℃)tsesy/cc )が上方に
空間100を残して封入されている。そして、空間部1
o○は空気などの非凝縮性ガスを排除している。捷た、
熱交換器120が空間部100と蓄熱材2中に渡って設
けられている。各々、給湯用熱交換器12OA 。
ヒートポンプ回路凝縮器120B 、室内暖房用熱交換
器120Cである。蓄冷槽容器6についても蓄熱槽容器
1と構成の点では同じである。但し、潜熱型蓄冷材6と
して、例えば水(融点o℃、比重1ooy/crtl 
) 、伝熱媒体7として、例えばフロン−114〔沸点
377℃、融点−94℃、比重(26℃)i 456y
/CG  )が上方に空間部100を残して封入されて
いる。そして熱交換器130が空間部10oと蓄冷材6
中に渡って設けられており、各々、太陽熱放熱器130
A 、ヒートポンプ回路蒸発器130B 、室内冷房用
熱交換器130Cである。
次に上記システムの運転モードについて説明する。ヒー
トポンプ回路の凝縮器120Bの温度は用いる蓄熱材2
の相転移点(融点)以上に、又、蒸発器130Bの温度
は蓄冷材6の相転移点以下に設定しである。太陽熱集熱
器13により太陽熱(曇天・夜間には外気熱)を、又、
夏期には室内熱交換器14より室内の熱を蓄熱材7に供
給する。
供給された熱、及び蓄冷材7が有する融解潜熱(水の場
合、80 CJ/f )をヒートポンプにより汲み上げ
、蓄熱槽1内の蓄熱材2に供給する。その結果、夏期に
は給湯・冷房ができるのである。
冬期には太陽熱集熱器13により得た熱エネルギー1上
記同様、蓄冷槽6を介してヒートポンプにより汲み上げ
蓄熱し、給湯、室内暖房回路Cにより暖房が可能となる
。こうして昼・夜間を問わず蓄熱・蓄冷を行なうのであ
る。そして、蓄熱材2が完全に融解した時点、又は蓄冷
材6が完全に固化した時点でヒートポンプ運転を停止す
る。なお、太陽熱集熱回路℃)の循環ポンプ12け、蓄
冷槽6内部の温度よりも集熱器13の温度が高い場合の
み動作する。また、従来、蓄熱・蓄冷材の放熱・加熱に
はタイムギヤノブが必要であったが、前述したように熱
交換器120及び130がそれ1ぞれ熱接触しているの
で蓄熱途中での放熱、及び蓄冷途中での加熱はスムーズ
に行なうことができる。
第3図に好捷しい熱交換器120又は130の形状を示
す。第3図(a)は、各熱交換器をフィン状熱伝導性金
属板140で連結したものであり、第3図(b)は、ヒ
ートポンプ回路式における凝縮器120Bを蛇管式熱交
換器としてそれと他の2つの熱交換器が熱接触している
ものである。なお、図中記号は、蓄熱槽容器1における
熱交換器120の記号を付しており、蓄冷槽容器5につ
いても同様である。
次に、蓄熱装置における蓄・放熱過程について説明する
。なお、蓄冷装置については蓄熱装置よりも単に融解潜
熱を利用する温度が低いものと考えることができるので
詳細な説明は省略する。蓄熱材2の内部には通常、放熱
に伴う結晶化の際体積変化により生じた空隙が巣状に存
在し、しかもその空隙内には伝熱媒体3が介在している
。この状態からヒートポンプ運転により凝縮器120B
より熱を供給し蓄熱を開始する。この蓄熱過程において
、一般に蓄熱材2の結晶の熱伝達率は低く、代わりに伝
熱媒体3がすばやく受熱して、熱を蓄熱材2に伝達しつ
つ蓄熱槽容器1の内部を上昇してゆく。伝熱媒体3は空
隙を通って蒸発と凝縮をくり返しながら蓄熱、材2に熱
を伝達する。伝熱媒体3は、液状態では蓄熱材2よりも
比重が大きいためその凝縮液はたえず下降する傾向をも
つ。伝熱媒体3は蓄熱材2中を上下方向に対流しながら
熱を伝搬する。その結果、供給された熱エネルギーを速
やかに蓄熱し蓄熱槽容器1の内部は蓄熱材2の融液と気
・液体から成る伝熱媒体3の飽和蒸気で満たされる。次
に、放熱過程について説明する。給湯用熱交換器120
Aに冷水が流入すると空間100に存在する伝熱媒体3
の蒸気が冷却さね、凝縮・滴下する。その時、蒸発潜熱
を放出して水を加温する。そして、蓄熱材2中に戻った
伝熱媒体3は、比重が蓄熱材2の融液の比重が大きいた
め沈降するが、そこで再び受熱して空間100しく蒸発
する。その時、蓄熱材2の融液は伝熱媒体3により激し
く攪拌される。引き続いて、水1は蓄熱材2中での間接
熱交換により加温される。この時、前述したように蓄熱
材2の融液は伝熱媒体3より攪拌されており間接熱交換
の熱伝達率は著しく向」ニする。捷だ、熱交換器12O
Aへの結晶の付着・成長も疎害される。また、蓄熱材2
は過冷却・相分離を起すことなく結晶化し融解潜熱を放
出する。そして、融解潜熱を放出した蓄熱材2の結晶は
蓄熱槽1の下方に順に堆積してゆく。こうして蓄熱材2
が有する融解潜熱はもとより顕熱をも有効に、かつ、高
効率で取り出すことができる。
なお、ここでは空間から蓄熱材に至る水の流し方につい
て述べたが、逆の場合にも良好な結果を得ている。
なお、本実施例においては伝熱媒体を用いた場合につい
て述べたが、伝熱媒体を用いなくとも多少の熱交換出力
の低下はあるものの十分実用に供しつる。捷だ、第3図
において熱交換媒体が通過する熱交換器とヒートポンプ
回路における凝縮器、又は、蒸発器とが直接熱接触場合
を示したが、これは間接的に熱接触してもよいことは言
うまでもない。
以上、述べた本発明の実施例による潜熱型蓄熱・蓄冷シ
ステムは、 (1)少量の電気エネルギーを供給することによって、
低温の熱源に効率よく熱を汲み上げる働きをもつヒート
ポンプと潜熱型蓄熱・蓄冷装置を組合せることで潜熱付
蓄熱・蓄冷材利用のメリットを最大限に発揮することか
できる。
(2)熱交換媒体が通過する熱交換器とヒートポンプ回
路における凝縮器・蒸発器が熱接触しているため蓄熱途
中での放熱、及び蓄冷途中での加熱を可能とするだけで
なく熱交換出力低下時のバックアップとしての働きを有
するため熱交換器コストを安くすることができる。
(3)太陽熱集熱器の集熱温度が10−2:○℃程度で
よいから、ガラス1枚、黒色ペンキの通常の集熱器でも
集熱効率は平均50〜70%と高く、場合Vこよっては
ガラスなしでもよいため、集熱コストを非常に安ぐする
ことができる。
(4)蓄熱・蓄熱材中に伝熱媒体が介在するため蓄熱・
蓄冷時の応答性がよい。
(6)熱交換は空間部における伝熱媒体の凝縮熱伝達及
び蓄熱・蓄冷材中での間接熱伝達により行なうため高効
率の熱交換が可能となる。
などの多くの効果を有する。
【図面の簡単な説明】
第1図は潜熱型蓄熱材(B)と顕熱型蓄熱材(A)との
蓄熱量の比較図、第2図は本発明による一実施例の蓄熱
・蓄冷システムの概略図、第3図(a) l (b)は
本発明に用いた熱交換器の形状図である。 1・・・・・・蓄熱槽容器、2・・・・・・潜熱型蓄熱
材、4・・・・・・圧縮機、6・・・・・・蓄冷槽容器

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)融解潜熱を利用する蓄熱材と蓄冷材を含む容器を
    各々設け、ヒートポンプ回路における凝縮器を前記蓄熱
    容器の加熱器として、又、蒸発器を前記蓄冷容器の放熱
    器として用い、かつ、前記凝縮器及び蒸発器と熱交換媒
    体が通過する熱交換器とが熱接触している潜熱型蓄熱 
    蓄冷システム。
  2. (2)蓄熱 蓄冷容器内に、各々、蓄熱材、蓄冷材と熱
    吸収の時に液体から気体に、熱放出の時に気体から液体
    になり、かつ、その凝縮液の比重が少なくとも前記蓄熱
    材、又は蓄冷材の相転移点近傍における比重よりも大き
    い伝熱媒体とを上方に空間部を残して前記各容器内に封
    入し、前記空間部と蓄熱材、又は蓄冷材充填部にそれぞ
    れ熱交換媒体が通過する熱交換器を設け、それらを連結
    して用いる特許請求の範囲第1項記載の潜熱型蓄熱蓄冷
    システム。
  3. (3)潜熱型蓄熱拐として水、それVこ適する伝熱媒体
    としてフロン−114を用いる特許請求の範囲第1項ま
    たは第2項記載の潜熱型蓄熱 蓄冷/ステム。
  4. (4)太陽熱集熱器が得た熱エネルギーを蓄冷容器の加
    熱に用いる特許請求の範囲第1項、第2項。 第3項記載の潜蓄型り冷ノステム。
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