JPS6186592A

JPS6186592A - 温度成層蓄熱利用システム

Info

Publication number: JPS6186592A
Application number: JP59207639A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Umetsu; 梅津　弘章; Shigetome Shiozaki; 塩崎　繁留
Original assignee: Misawa Homes Co Ltd
Current assignee: Misawa Homes Co Ltd
Priority date: 1984-10-02
Filing date: 1984-10-02
Publication date: 1986-05-02

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】［産業上の利用分野コ本発明は、水等の蓄熱媒体が収納された蓄熱槽内に温度
の異なる温度成層を形成し、この温度の異なる蓄熱媒体
を冷暖房や給湯等の熱源として利用する温度成層蓄熱利
用システムに関する。

［背景技術とその問題点］一般に、蓄熱槽では、槽内の蓄熱媒体、例えば水が静止
状態で、かつ上下に長い形状（柱部状）であれば、上部
が高温層、下部が低温層となる温度成層が形成されるこ
とが知られている。

従来、このようにして蓄熱槽内に温度成層される温度の
異なる温水を暖房や給湯の熱源として利用しているが、
得られる温水の温度領域にしてもせいぜい２種程度であ
るので、使用目的に適した温度の温水を使用できない欠
点があった。

［発明の目的］ここに、本発明の目的は、このような問題を解決すべく
なされたもので、端末器等の使用目的に応じて所望温度
の温水が得られる温度成層蓄熱利用システムを提供する
ことにある。

［問題点を解決するための手段および作用］そのため、
本発明では、高温層からの温水と低温層からの温水とを
混合させ、端末器に適した所望温度の温水が得られるよ
うにしたものである。

具体的には、ファンコイルユニット等の端末器への供給
水源である蓄熱槽内の上部を高温層、下部を低温層とし
て温度成層を形成したシステムにおいて、前記端末器へ
の供給管の基端側を分岐して前記高温層および低温層に
それぞれ開口するとともに、端末器の戻り管を低温層側
に開口し、かつ前記、高温層および低温層からの供給割
合を制御する手段を設けた。ことを特徴としている。

［実施例］第１図は本発明をエンジンヒートポンプ冷暖房給湯シス
テムに適用した一実施例を示している。

同図において、外表面が断熱材等によって覆われた有底
円筒形状の蓄熱槽ｌの内部には、蓄熱媒体としての水２
が所定水位まで満たされているとともに、内壁上下方向
に沿って螺旋状の給湯用熱交換管３が収納されている。

給湯用熱交換管３には、その下端に市水管４が、上端に
給湯管５を介して蛇口６およびシャワー７等がそれぞれ
接続されているとともに、上下方向の任意の位置に前記
蓄熱槽ｌ内に温度形成される上部高温層８と下部低温層
９とを互いに仕切る仕切体１１が設けられている。

仕切体１１は、第２図に示す如く、ゴムやＥＰＤＭ　（
Ｅｔｈｙｌｅｎｅ−ｐｒｏｐｙｌｅｎｅ−ｄｉｅｎｅ　
ｍｅｔｈｙｌｅｎｅ　ｆｉｎｋａｇｅ）等の弾性を有す
る材料により前記蓄熱槽１の内径より小さな径の円形マ
ット状に成形された仕切部材１２と、この仕切部材１２
の周縁一定間隔位置に設けられ前記給湯用熱交換管３の
高さ方向の任意の位置に係止される複数の係止部材１３
とから構成されている。仕切体１１が給湯用熱交換Ｖ　
３に取付けられた状態では、仕切部材１２の外周と蓄熱
槽ｌの内壁との間に僅かな間隙１４が形成されるように
なっている。これにより、間隙１４を通じて上部の高温
層８と下部の低温層９との流通がゆるやかにできる゛の
で、攪拌を起すことなく、全体の水位を一定に保持する
ことができるようになっている。

また、前記蓄熱槽１の上端開口部には、船型形状の支持
リング２２が載置されている。支持リング２２には、そ
の下面側中央つまり蓄熱槽１内の水２に浸されたマウン
ティングブロック部分に内燃機関２３が取付けられてい
るとともに、上面側に前記内燃機関２３によって駆動さ
れるヒートポンプ４０のコンプレッサ２４が設けられて
いる。

そして、このコンプレッサ２４を覆うように断熱および
吸音効果を有するキャップ２６が被嵌されている。キャ
ップ２６の上面には、室外熱交換器２７および放熱器２
８がそれぞれ載置されている。これら室外熱交換器２７
および放熱器２８は、ファン２９を有する竿体３０内に
収納されている。

また、前記内燃機関２３には、その吸気口側に一端が前
記支持リング２２を通ってキャップ２６によって閉塞さ
れた室内に突出された吸気管３１の他端が接続されてい
るとともに、排気口側に途中が前記蓄熱槽ｌ内の水２に
浸漬されかつ一端が前記支持リング２２を経て外部に突
出された排気管３２の他端が接続されている。これによ
り、内燃機関２３が駆動されると、その内燃機関２３か
らの排気が排気管３２を通って外部へ排出される際、蓄
熱槽ｌ内の水２と熱交換されるため、蓄熱槽ｌ内の高温
層８の水２が昇温される。

また、前記ヒートポンプ４０は、前記コンプレッサ２４
の吐出側に配管４１を介して前記蓄熱槽ｌの低温層９内
の底部に収納された冷媒コンデンサ４２の一端側が接続
されている。冷媒コンデンサ４２の他端側には、途中に
切換弁４４を有する配管４３を介して前記室外熱交換器
２７の一端側が接続されている。前記切換弁、４４には
、切換弁４５Ａと膨張弁４５Ｂとの直列回路が並列に接
続されている。また、前記室外熱交換器２７の他端側に
は、途中に切換弁４９Ａおよび１彫張弁４９Ｂを有する
配管４６を介して冷媒−水熱交換器４７の一端側が接続
され、この冷媒−水熱交換器４７の他端側には配管４８
を介して前記コンプレッサ２４の吸込側が接続されてい
る。更、コンプレッサ２４の吸込側と前記室外熱交換器
２７の他端側との間には、切換弁５０が接続されている
。

また、前記蓄熱槽１内の高温層８および低温層９におけ
るそれぞれの上部位置には、分岐管５１．５２がそれぞ
れ開口されている０分岐管５１．５２は、ミキシングバ
ルブ５３で共通接続された後、三方弁５４に接続されて
いる。三方弁５４には、配管５６を介して三方弁５７が
接続されている。三方弁５７には途中に循環ポンプ５８
を有する供給管５９を介して端末器としてのファンコイ
ルユニット６０が接続されている。ファンコイルユニッ
ト６０の戻り管６１は、三方弁６２を介して前記蓄熱槽
１の低温層９側へ開口されている。これにより、循環ポ
ンプ５８が運転されると、高温層８の水２と低温層９の
水２とがミキシングバルブ５３で予め設定された割合で
混合された後、三方弁５４、配管５６、三方弁５７、供
給管５９を経そファンコイルユニット６０〜入り、そこ
から戻り管６１および三方弁６２を通じて低温層９側へ
戻される、温水循環の暖房回路が形成されている。

また、前記三方弁６２と前記三方弁５７との間は、配管
６３、前記冷媒−水熱交換器４７および配管６４を介し
て互いに接続されている。これにより、ファンコイルユ
ニット６０から出た水が戻り管６１、三方弁６２）配ｖ
−６３、冷媒−水熱交換器４７、配管６４、三方弁５７
および供給管５９を経てファンコイルユニット６０へ戻
される、閉回路の冷房回路が形成されている。

また、前記三方弁５４には、前記配管５６のほかに、途
中に循環ポンプ６５を有する配管６６を介して前記放熱
器２８が接続されてい、る、放熱器２８の戻り管６７は
、前記蓄熱槽ｌの高温層８側の下部へ開口されている。

これにより、循環ポンプ６５が運転されると、高温層８
の水２と必要に応じて低温層９の水とがミキシングバル
ブ５３、三方弁５４および配管６６を通って放熱器５８
へ送られ、ここで放熱された後、戻り管６７を通って高
温層８の下部へ戻される、放熱回路が形成されている。

次に、本実施例の作用を説明する。

暖房を実施する場合には、まず内燃機関２３の駆動によ
りコンプレッサ２４を運転する。内燃機ｌＡ２３が駆動
されると、内燃機関２３の駆動排熱は蓄熱タンク１内の
水２に直接吸収されるとともに、内燃機関２３からの高
温の排ガスは排気管３２を通って外部へ排気される間に
蓄熱槽ｌ内の水２に吸収される。また、コンプレッサ２
４が運転されると、コンプレッサ２４で圧縮、高圧化さ
れた冷媒は、配管４１を通って冷媒コンデンサ４２へ送
られ、そこで蓄熱槽１内の水に凝縮熱を与えて蓄熱槽ｌ
内の水２を昇温させた後、切換弁４５Ａおよび膨張弁４
５Ｂを通って室外熱交換器２７へ送られ、そこで外気よ
り熱を奪って気化、膨張した後、切換弁５０を通ってコ
ンプレッサ２４へ戻される。このとき、蓄熱槽ｌ内が仕
切体１１によって上下に仕切られているので、仕切体１
１の上部は高温（例えば７５〜８５℃程度）の温水が得
られる高温層８に、仕切体１１の下部は前記高温層８の
温水より低温（例えば４０〜５０℃程度）の温水が得ら
れる低温層９にそれぞれ形成される。

従って、循環ポンプ５８の運転により、分岐管５１から
出湯された高温水と分岐管５２から出湯された低温水と
をミキシングバルブ５３で予め設定された割合で混合、
ここでは混合温水温度が適切な放熱温度（例えばファン
コイルユニット６０の暖房放熱温度に適した５５〜６０
℃程度）になるように混合させた後、三方弁５４、配管
５６、三方弁５７．供給管５９を経てファンコイルユニ
ット６０へ送り、そこで室内の空気と熱交換させて室内
を暖房した後、戻り管６１および三方弁６２を通じて低
温層９へ戻せば、暖房運転を行うことができる。このと
き、仕切体１１があっても、その仕切体１１の外周と蓄
熱槽ｌの内壁との間に間隙１４があるため、両温水の出
湯量が異なっていても、その間隙１４を通じて高温層８
の温水と低温層９の温水とがゆるやかに流通できるので
、全体の水位を一定に保つことができ、かつ攪拌される
こともないのでそれぞれの温水レベルを維持させること
ができる。

この際、暖房運転中において、給湯需要が生じた場合に
は、市水管４から低温水を給湯用熱交換管３へ入れると
、給湯用熱交換管３を下から上へ行くに従って高温水に
変換され、給湯管５を通って蛇口６やシャワー７等から
出湯される。この場合、給湯用熱交換管３の上部が位置
する高温層８は常に高温度に維持されているので、暖房
と同時に給湯を実施しても、十分な給湯温度を確保する
ことができる。

冷房を実施する場合には、コンプレッサ２４で圧縮、高
圧化された冷媒は、冷媒コンデンサ４２から切換弁４４
を通って室外熱交換器２７へ送られた後、切換弁４９Ａ
および膨張弁４９Ｂを通って冷奴−水熱交換器４７へ送
られ、そこで冷房回路を循環する水から熱を奪って気化
、膨張してコンプレッサ２４へ戻される。

従って、冷媒−水熱交換器４７で冷却された水を、循環
ポンプ５８の運転により、配管６４、三方弁５７、供給
管５９を経てファンコイルユニット６０へ送り、そこで
室内の空気と熱交換させて室内を冷房した後、戻り管６
１、三方弁６２および配管６３を経て冷媒−水熱交換器
４７へ循環させれば、冷房運転を行うことができる。

この際、冷房排熱が蓄熱槽１内の水２に蓄熱されるので
、その温度上昇に伴って冷媒コンデンサ４２の放熱効率
が低下するが、冷媒コンデンサ４２の放熱効率が低下し
ても室外熱交換器２７で放熱できるので、冷房能力が低
下することはない。

また、これを給湯にまわしてもよいが、給湯需要がなけ
れば、循環ポンプ６５の運転により、蓄熱槽ｌ内の高温
層８および／または低温層９の水２をミキシングバルブ
５３、三方弁５４および配管６６を経て放熱器２８へ送
り、そこで放熱させた後、戻り管６７を通して蓄熱槽１
内へ戻すようにすれば、冷房運転と同時に放熱できる。

従って、本実施例によれば、蓄熱槽ｌの上部を高温層８
、下部を低温層９とした温、度成層を形成し、この高温
層８および低温層９からの温水の供給割合をミキシング
バルブ５３で調節した後。

ファンコイルユニット６０へ供給するようにしたので、
ミキシングバルブ５３の開度を調節すれば、常にファン
コイルユニッ）６０に適した温度の暖房用循環水を得る
ことができる。

しかも、高温層８および低温層９をまたいで給湯用熱交
換管３を配置し、市水を給湯用熱交換管３を通して高温
水に変換した後、出湯させるようにしたので、暖房と同
時に給湯を実施しても十分な給湯温度を確保することが
できる。

また、蓄熱槽１内を仕切体１１によって高温層８と低温
層９とに仕切るようにしたので、槽を２つにする必要が
ない、しかも、仕切体１１の取付けに当っては、給湯用
熱交換管３を利用したので、高温層８と低温層９とに分
けたい任意の位置に容易に取付けることができ、従って
蓄熱槽ｌ内に仕切体１１を取付けるための加工を特別に
行う必要がなく、取付けを容易に行うことができる。

取付けた状態では、仕切体１１の外周と蓄熱槽ｌの内壁
との間に僅かな間隙１４が形成されるため１例えば仕切
体１１を有孔板等に加工することなく、高温層８側と低
温層９側との水２を間隙１４を通じて緩やかに流通させ
ることができ、従って暖房温水を循環させたときでも、
全体の水位を一定に保持でき、かつ攪拌も防げるのでそ
れぞれの温水温度レベルも維持させることができる。

しかも、仕切体１１によって蓄熱槽１内が高温層８と低
温層９とに仕切られていることは、エンジン駆動ヒート
ポンプにとって極めて好都合である。即ち、ヒートポン
プ４０の冷媒コンデンサ４２は低温層９内にある限り雰
囲気温度を最高でも４０〜５０℃に抑えることができる
ので、効率のよいヒートポンプ運転ができる。一方、高
温層８側は内燃機関２３からの排熱および排ガスとの熱
交換により７５〜８５°Ｃ程度に保持することができる
ので、十分な給湯温度を確保することができる。

なお、実施に当って、仕切体１１としては、上記実施例
で述べた構成に限らず、例えば仕切体１１の全体或いは
周縁部に剛性をもたせた構造とすれば、給湯用熱交換管
３の任意の位置に挿入するだけでよく、また直径が拡縮
できるように弾性をもたせれば、給湯用熱交換管３が蓄
熱槽１内にない場合でも、その弾性を利用して蓄熱槽ｌ
の内壁に直接取付けることができる。しかも、仕切体１
１に断熱効果が必要なときは、例えばヒートポンプ４０
の冷媒コンデンサ４２をエバポレータとして運転し、低
温層９に冷水（例えば７〜１０℃）を蓄熱するときは、
仕切部材を二重構造とし、その間に断熱材を挿入し、か
つ周辺部にフィレットを形成すれば、極めて安価な断熱
仕切体を製作できる。

また、上記実施例において、高温層８および低温層９の
温度をそれぞれ検出し、これら高温層８および低温層９
の温度に応じてミキシングバルブ５３の開度を変化させ
るようにすれば、常に正確な温度の混合温水が得られる
利点がある。このほか、ミキシングバルブ５３を省略し
、その代りに分岐管５１．５２の管径の比を調節しても
、同様な効果が得られる。

また、上記実施例では、蓄熱槽ｌ内の北部に内燃機関２
３を、下部に冷媒コンデンサ４２をそれぞれ配置したが
、これらの熱源を蓄熱槽１の外に置き、ポンプ等を用い
て循環させるようにしてもよい。

［発明の効果］以上の通り、本発明によれば、端末器等の使用目的に応
じて所望温度の温水が得られる温度成層蓄熱利用システ
ムを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の全体を示す配管系統図、第
２図は仕切体を示す斜視図である。ｌ・・・Ｔ！′、′熱槽、８・・・高温層、９・・・低
温層、１１・・・仕す３体、２３・・・内燃機関、４０
・・・ヒートポンプ、４２・・・熱交換器としての冷媒
コンデンサ、５１゜５２・・・分岐管、５３・・・ミキ
シングバルブ、５９・・・供給管、６０・・・端末器と
してのファンコイルユニント、６１・・・戻り管。代理人　弁理士　木下　実正　　　。第１図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）ファンコイルユニット等の端末器への供給水源で
ある蓄熱槽内の上部を高温層、下部を低温層として温度
成層を形成したシステムにおいて、前記端末器への供給
管の基端側を分岐して高温層および低温層にそれぞれ開
口するとともに、端末器の戻り管を低温層側に開口し、
かつ前記高温層および低温層からの供給割合を制御する
手段を設けたことを特徴とする温度成層蓄熱利用システ
ム。
（２）特許請求の範囲第１項において、前記制御手段は
、ミキシングバルブにより構成されていることを特徴と
する温度成層蓄熱利用システム。
（３）特許請求の範囲第２項において、前記ミキシング
バルブは、前記高温層の温度と低温層の温度とに応じて
開度が制御されるように構成されていることを特徴とす
る温度成層蓄熱利用システム。
（４）特許請求の範囲第１項ないし第３項のいずれかに
おいて、前記高温層の熱源を内燃機関とし、前記低温層
の熱源を前記内燃機関を駆動源とするヒートポンプの熱
交換器としたことを特徴とする温度成層蓄熱利用システ
ム。