JPS60134174A

JPS60134174A - 潜熱蓄熱ヒ−トポンプ装置

Info

Publication number: JPS60134174A
Application number: JP58242839A
Authority: JP
Inventors: 武雄齋藤
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1983-12-22
Filing date: 1983-12-22
Publication date: 1985-07-17

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】本願は希薄性９間欠性を有する自然エネルギーなどの低
密度エネルギーを高密度化及び平準化するための相変化
潜熱を利用した潜熱蓄熱システムと潜熱蓄熱物質の過冷
却問題を解決するためヒートポンプを導入して高性能を
得る暖冷房給湯装置に関する。

物質の状態変化時の大きな潜熱を利用する潜熱蓄熱の方
法は、蓄熱槽容量を大幅に縮小できることと、一定温度
レベルでの熱の出し入れできることなどの際立った特長
があることから、従来有望な蓄熱法の１つとして見做さ
れていた。しかし、暖冷房給湯などの目的に適した有力
な潜熱蓄熱物質である例えば。

、芒硝（Ｎａ２　Ｓｏ、　１０Ｈ２０）　チオ硫酸ナト
リウム（Ｎａ２Ｓ２０．・５Ｈ２０）などの無機水相塩
゛　は、過冷却の問題が極めて深刻で＋　ＭａｒｉａＴ
ｅｌｋｅｓ女史らの約４０年近くに亘る研究にも拘わら
ず未だに完全に解決されていない現状にある。例えば、
同女史が推奨している芒硝にしてもＢｏｒａｘ　（Ｎａ
２　Ｂ４Ｏ７・］　０Ｈ２０）という核発生剤が見出さ
れ過冷却の問題が＠減されてはいるものの、相分離及び
、劣化の問題が依然として残されている。

本発明は潜熱蓄熱槽にヒートポンプを効率よく組み入れ
ることにより、この過冷却の問題を取り除き、高性能の
暖冷房給湯を可能にすることを特徴としたものである。

本願のシステムは潜熱蓄熱方式としては円筒又は球体な
どのカプセル型を用いるものであるが外に平板型、シェ
ルアンドチューブ型スパイラルフィル型などを用いても
よ（特に方式は問わない。

今七〇゛実施例を図によって説明すると、（１）は太陽
熱、風力、地熱、ゴミ焼却熱、工場排熱などを貯蔵する
潜熱蓄熱槽で、内部に蓄熱物質からなる潜熱蓄熱体（図
例では球カプセル型）（２）を多数累積内蔵せしめてあ
り、蓄熱物質としては９例えばリン酸水素２ナトリウム
（Ｎａ２ＨＰＯ４・１２Ｈ２０）　を用いる。（３）は
太陽熱コレクターであり、循環ポンプ（１′４で潜熱蓄
熱槽（１）に配管しである。潜熱蓄熱槽には更に弁（ｌ
→を介して給水管（Ｉｎを導入し、又循環ポンプ（１１
を介装した給湯管（１ｆ９を導き出し、給湯管（１灼か
らは弁（１力で分岐したファンラジェータ（７）に通る
側路管（１７）を給水管（ｌ→に連結せしめる。

そして循環ポンプ（１場と弁（ｌηとの間、及び側路管
（１ηの給水管側に夫々三方弁ｆｉ１　、　（１１）を
設（すて、その間にヒートポンプ（４）の凝縮器（６）
に配管して給湯管側に循環ポンプ（１１を介装し、又）
７ンラジエーター（７）の両側の側路管ＨＫは。

熱槽導入管との間に側路管との並列管（９５を夫々連結
し、並列管（勢と（９’ｌ　Ｋは夫々三方弁（８）。

（９）を設けてヒートポンプ（４）の蒸発器（５）に配
管し、その給湯側並列の三方弁（８）側に循環ポンプ（
１４）を介装した構成としたものである。なお図中矢印
（→）はヒートポンプ稼動の時の熱媒体の流れ方向、矢
印（φ）はヒートポンプ非稼動の場合、矢印（−−−−
−）は冷房の場合を示した。

ヒートポンプの駆動入力は電動或は内燃機関など種類や
、圧縮式や吸収式など動作方式も問わない。図例では、
太陽熱コレクター（３）により集熱して、潜熱蓄熱槽（
１）内の球カブセトポンプ（４）を介して暖冷房給湯に
供するものであるが、蓄熱物質としてリン酸水素２ナト
リウム（Ｎａ２ＨＰＯ４−１２Ｈ２０）　を用いた場合
、蓄熱容量を一定の場合、従来と比べ蓄熱量が約３倍近
くに達するという優れた特長を有するものである。即ち
太陽熱コレクター（３）により加熱集熱された熱媒体（
水など）は、槽内に導かれ球カプセル型の潜熱蓄熱体（
２）の周囲を通過すること釦より球カプセルに熱を与え
て蓄熱物質を融解せしめる。そしてその時の融解の潜熱
を吸収し、蓄熱を行う。そしてこの融解時には過冷却現
象は起ら１．ｃい。実験及びコンピューターシミュレー
ションによれば、熱媒体と潜熱蓄熱体との間の熱交換性
能は球カプセル型が最も優れている。十分な集熱が行わ
れ潜熱量以上の熱が得られる場合は、蓄熱タンク温度は
顕熱により更に上昇し。

例えば７０°〜８０°Ｃとなる。この蓄熱槽を暖房及び
給湯に利用するときは、もし蓄熱終了時の温度が例えば
４０°Ｃ以上のときは図中で循環ポンプ（１３）により
三方弁（１４を通して直接暖房及び給湯を行う。暖房の
場合は弁（１７）を通してファンラジェーター（７）に
通し、熱交換し温風−すると共に、三方弁（１１）を通
して潜熱蓄熱タンク（１）に戻す。槽内温度が４０°Ｃ
より低い場合は９図中実線の矢印が示すように三方弁（
８）から循環ポンプ（１４）により稼動するヒートポン
プ（４）の蒸発器（５）に導き、一方凝都器（６）から
の熱媒体を循環ポンプ（１０で送り出し、三方弁（１１
からファンラジェ〜り（７）を通し、三方弁（１１）を
切換えて凝縮器（６）に導く。冷却モードの場合は９図
の破線の矢印（−−−−−））のようにパルプを切替え
て蓄熱タンク（１）と凝縮器（６）、及びファンラジェ
ーター（７）と蒸発器（５）を連絡し。

暖房と逆の稼動をさせて冷房を行わせる。このように夏
季の冷房の排熱は、従来のように室外ユニットを通して
外気に棄てるのではなく、潜熱蓄熱タンクてるので、夏
季には太陽熱コレクターループな稼動することなく風呂
やシャワーへの給湯に利用できる利点がある。

又夏季に於ては、蓄熱槽水温の過上昇を抑える目的で、
中水などの生活水を蓄熱槽を通して用いることも有効で
ある。第２図は球カプセル型潜熱蓄熱ヒートポンプシス
テムによる実験例の図で、ヒートポンプの成績係数（ｃ
ｏｐ）の時間変化と蓄熱槽出口温度の時間変化を示した
ものである。（α）は成績係数ｔｈ）は蒸発器入口温度
（Ａ）は潜熱発生期間な示し、ヒートポンプ圧縮損出カ
フ５０Ｗ蓄熱槽容量３００ノ蓄熱物質にはリン酸水素２
ナトリウムを用いたものである。第３図は９球カプセル
中心温度の時間変化を示したもので２図線はカプセルベ
ッドの段数（下から数える）で１０＞は１段ｆｄ）は７
段ｔｅ＞は１３段ｉｆ）は１７段、（Ｂ）は潜熱発生期
間を示す。

この図かられかるようにカプセル内の物質は、２５°〜
２８°Ｃまで過冷却した後核発生が起り発熱を開始して
いることが判る。即ちヒートポンプにより強制的な核発
生が起動されていることがわかる。このように本システ
ムによ九ば核発生剤を何ら用いずども核発生を起すこと
ができる。又第２図で成績係数曲線（α）を見ると２本
潜熱蓄熱システムの一つの特長である一定温度熱源の効
果が生れＣｏＰ曲線が平らになる期間が明瞭に見られる
。これは、ｃｏｐを高（保つためには重要なことでヒー
トポンプの欠点である熱源の必要性を補っている。

以上のように本発明装置は、居住空間が狭いという日本
の住宅事情にも適合して蓄熱スペースを従来の１／３以
下に圧縮できる高性能潜熱蓄熱ヒートポンプ装置であり
、自然エネルギー及び各種排熱、余剰熱などを有効に利
用することにより省エネルギーに寄与するところ大きく
、又従来潜熱蓄熱の有する過冷却と低融点という欠点、
並にヒートポンプの有する熱源を必要とする欠点を７両
者を組み合せることによりお互に補填させること罠より
解決できる効果を得たものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の実施例配管図、第２図は実験例で
ヒートポンプの成績係数及び蓄熱槽出口温度の時間変化
線図、第３図は球カプセル中心温度の時間変化を示す線
図である。（１）・・・潜熱蓄熱槽　（２）・・・潜熱蓄熱体（３
）・・・太陽熱コレクター　（４）・・・ヒートポンプ
（５）・・・蒸発器１（６）・・・凝縮器（７）・・・
ファンラジェーター（８）　ｌ　（９）　＋　＋１０１　ｔ　（１１１・・
・三方弁（１埠＋　ｔｘ場１　（＋４）　Ｉ　（１５１
・・・循環ポンプ四ｌ　（１７）　ｌ　（Ｉｎ・・・弁
　（Ａ）　、　（Ｂ）・・・潜熱発生期間（α）・・・
成績係数　ｆｂｌ・・・蒸発器入口温度（Ｃ）−１段　
（ｄ）・７段　（ｅ）−１３段（ｆ）・・・１７段）Ｓ　ｚ　図爵朗を第　３　図

Claims

【特許請求の範囲】

太陽熱、地熱７．風力エネルギーなどの自然エネルギー
及び種々の排熱エネルギーなどを貯蔵する！、勢！、熱
槽と、この蓄熱槽との間−に熱の出し入れを行うヒート
ポンプからなる高・性能（棗児椎員を行うことを特徴と
した潜、熱蓄熱ヒートポンプ装置。