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JP4388596B2 - Thermal storage system and thermal storage method - Google Patents
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Description

本発明は、蓄熱システムおよび蓄熱方法に関する。   The present invention relates to a heat storage system and a heat storage method.

熱エネルギーを蓄える蓄熱システムは、従来から省エネルギー技術として有効である。また、近年、CO2ヒートポンプや燃料電池コージェネレーションシステムを利用した給湯機器が注目されているが、これらの機器を小型化し、設置性の向上を図るために、高密度蓄熱技術の開発が待望されている。 A heat storage system for storing thermal energy has been effective as an energy saving technique. In recent years, hot water supply equipment using a CO 2 heat pump or a fuel cell cogeneration system has attracted attention, but the development of high-density heat storage technology has been awaited in order to downsize these equipment and improve installation. ing.

従来からの蓄熱技術を大別すると、顕熱蓄熱、潜熱蓄熱および化学蓄熱に分類される。これらの中で顕熱蓄熱および潜熱蓄熱によると、実用上熱交換損失等の損失が発生するものの、理論的には、蓄熱時に入力した熱量と同等の熱量を必要時に取り出すことができる。   Conventional heat storage technologies are roughly classified into sensible heat storage, latent heat storage, and chemical heat storage. Among them, according to sensible heat storage and latent heat storage, although losses such as heat exchange loss occur in practice, theoretically, an amount of heat equivalent to the amount of heat input at the time of heat storage can be taken out when necessary.

顕熱蓄熱と潜熱蓄熱は蓄熱部に用いる蓄熱材の種類によって区別される。潜熱蓄熱に用いる潜熱蓄熱材は、顕熱型蓄熱材に比べて蓄熱密度が高く、相変化温度が一定である。そのため、熱の取り出し温度が安定であるという利点を有する。この利点を活かして、種々の潜熱蓄熱材を用いる蓄熱システムが実用化されている。従来より、特許文献1に開示されているように、熱源部の熱を熱媒回路の蓄熱部に一旦蓄熱し、この蓄熱部の熱を熱媒を介して利用側に供給する蓄熱装置が一般的に知られている。この蓄熱システムでは、例えば潜熱蓄熱材が充填された蓄熱部に熱交換部を設け、この熱交換部の伝熱管に熱媒としての水を通過させる。このようにして潜熱蓄熱材によって加熱された水は、利用側に供給され、 給湯器などに利用される。また、 特許文献1に開示されているように、潜熱蓄熱材の熱伝導率が低いため、蓄熱部にフィンアンドチューブ式の熱交換部を構成し、伝熱面を拡大することによって性能を向上させることができる。   Sensible heat storage and latent heat storage are distinguished by the type of heat storage material used in the heat storage section. The latent heat storage material used for latent heat storage has a higher heat storage density and a constant phase change temperature than the sensible heat storage material. Therefore, there is an advantage that the heat extraction temperature is stable. Taking advantage of this advantage, heat storage systems using various latent heat storage materials have been put into practical use. Conventionally, as disclosed in Patent Document 1, a heat storage device that once stores heat of a heat source unit in a heat storage unit of a heat medium circuit and supplies the heat of the heat storage unit to a user side through the heat medium is generally used. Known. In this heat storage system, for example, a heat exchange unit is provided in a heat storage unit filled with a latent heat storage material, and water as a heat medium is passed through a heat transfer tube of the heat exchange unit. The water heated by the latent heat storage material in this way is supplied to the use side and used for a water heater or the like. Further, as disclosed in Patent Document 1, since the heat conductivity of the latent heat storage material is low, a fin-and-tube heat exchange part is formed in the heat storage part, and the performance is improved by enlarging the heat transfer surface. Can be made.

図11は、ヒートポンプ回路を利用した従来の蓄熱システムの構成を例示する図である。図11に示す蓄熱システムは、圧縮機6、第2熱交換器9、膨張装置8および蒸発器7を有する冷媒回路10と、第2熱交換器9と潜熱蓄熱材3を収容する蓄熱容器2を含む蓄熱部1との間で熱媒を循環させる熱媒回路50とを備えている。蓄熱部1は、熱媒と潜熱蓄熱材3との熱交換を行うための熱交換部4と、熱交換部4の伝熱面を拡大するためのフィン5を有している。   FIG. 11 is a diagram illustrating a configuration of a conventional heat storage system using a heat pump circuit. The heat storage system shown in FIG. 11 includes a refrigerant circuit 10 having a compressor 6, a second heat exchanger 9, an expansion device 8, and an evaporator 7, and a heat storage container 2 that houses the second heat exchanger 9 and the latent heat storage material 3. And a heat medium circuit 50 that circulates the heat medium between the heat storage unit 1 and the heat storage unit 1. The heat storage unit 1 includes a heat exchange unit 4 for performing heat exchange between the heat medium and the latent heat storage material 3 and fins 5 for enlarging the heat transfer surface of the heat exchange unit 4.

図11の蓄熱システムでは、ヒートポンプサイクルを行う冷媒回路10によって熱源部を構成している。冷媒回路10の冷媒と熱媒回路50の熱媒とを第2熱交換部9で熱交換させることによって、熱媒を加熱する。加熱された熱媒は、第1熱交換部4で蓄熱材3と熱交換される。これにより、蓄熱材3に熱源部の熱を蓄えることができる。蓄えられた熱は、例えば給湯器などの熱回収機器で利用される。このシステムでは、蓄熱状態の蓄熱材3と市水とを熱交換し、得られた水(温水)を給湯口12から取り出して利用する。   In the heat storage system of FIG. 11, the heat source unit is configured by the refrigerant circuit 10 that performs the heat pump cycle. The heat medium is heated by exchanging heat between the refrigerant in the refrigerant circuit 10 and the heat medium in the heat medium circuit 50 in the second heat exchange unit 9. The heated heat medium is heat exchanged with the heat storage material 3 in the first heat exchange unit 4. Thereby, the heat of the heat source part can be stored in the heat storage material 3. The stored heat is used in a heat recovery device such as a water heater. In this system, the heat storage material 3 in the heat storage state and the city water are subjected to heat exchange, and the obtained water (hot water) is taken out from the hot water inlet 12 and used.

一方、化学蓄熱を利用した蓄熱システムも提案されている。化学蓄熱は可逆的な化学反応による反応熱を利用する蓄熱技術である。化学蓄熱には、利用する化学反応により、吸着系、水素吸蔵合金系、有機反応系、無機反応系がある。化学蓄熱システムは、物質の吸着、水和等の化学変化を伴うため、蓄熱材自体の顕熱や潜熱による蓄熱方法と比較して単位質量当たりの蓄熱密度が高くなる特徴がある。しかし、化学蓄熱システムは上記のいずれの化学反応を利用する場合でも、気液反応もしくは気固反応を利用しており、気体の形態のまま貯蔵すると貯蔵気体の容積が極めて大きいために蓄熱密度がかなり低くなる。これに対し、蓄熱時に生成する気体を凝縮もしくは金属水素化物のような固体化合物に変換して、システムの容積を縮小することが提案されているが、凝縮または変換によって生じる熱(生成熱)を外気に逃がしている。このため、熱を利用する時、すなわち放熱過程では、液体もしくは固体化合物から気体を生じさせて蓄熱時とは逆の反応を起こす。   On the other hand, a heat storage system using chemical heat storage has also been proposed. Chemical heat storage is a heat storage technology that uses reaction heat from reversible chemical reactions. Chemical heat storage includes an adsorption system, a hydrogen storage alloy system, an organic reaction system, and an inorganic reaction system depending on the chemical reaction used. Since the chemical heat storage system is accompanied by chemical changes such as adsorption and hydration of substances, the heat storage density per unit mass is higher than the heat storage method using sensible heat or latent heat of the heat storage material itself. However, the chemical heat storage system uses a gas-liquid reaction or a gas-solid reaction regardless of any of the above chemical reactions, and if stored in the form of a gas, the volume of the stored gas is extremely large, so the heat storage density is high. It becomes quite low. On the other hand, it has been proposed to reduce the volume of the system by condensing or converting the gas generated during heat storage into a solid compound such as condensation or metal hydride, but the heat (generated heat) generated by condensation or conversion is reduced. I'm escaping to the open air. For this reason, when heat is used, that is, in the heat dissipation process, gas is generated from a liquid or solid compound to cause a reaction opposite to that during heat storage.

例えば特許文献2には、固体の無機無水物と水蒸気とが反応して固体の水和物が生成される反応を利用した化学蓄熱システムにおいて、蓄熱時に気体の水蒸気の凝縮によって生じる生成熱(凝縮熱)を蓄熱の熱源であるヒートポンプに回収することによって、COPの低下を抑制する方法が提案されている。   For example, in Patent Document 2, in a chemical heat storage system using a reaction in which a solid inorganic anhydride and water vapor react to produce a solid hydrate, heat generated by condensation of gaseous water vapor during heat storage (condensation) A method has been proposed in which the reduction of COP is suppressed by recovering (heat) into a heat pump that is a heat source for heat storage.

また、特許文献3には、固体の無機無水物と水蒸気とが反応して固体の水和物が生成される反応を利用した化学蓄熱システムにおいて、蓄熱時に固体の水和物から発生した水蒸気を回収し、放熱時に固体の無機無水物と反応させることが開示されている。   Patent Document 3 discloses that in a chemical heat storage system using a reaction in which a solid inorganic anhydride reacts with water vapor to produce a solid hydrate, water vapor generated from the solid hydrate during heat storage is obtained. It is disclosed to recover and react with a solid inorganic anhydride during heat dissipation.

さらに、特許文献4には、蓄熱材として無機塩の水和物を使用し、かつ、熱源としてヒートポンプ回路を利用した蓄熱方法において、蓄熱時には、蓄熱材を収容する容器から、蓄熱材に含まれていた水を水タンクに取り出し、放熱時には、水タンク内の水を蓄熱材と反応させることが開示されている。また、放熱時に、水タンクの水を加熱してから蓄熱材と反応させることも提案されている。   Further, in Patent Document 4, in a heat storage method using an inorganic salt hydrate as a heat storage material and using a heat pump circuit as a heat source, it is included in the heat storage material from a container that stores the heat storage material during heat storage. It is disclosed that the water stored in the water tank is taken out and the water in the water tank is reacted with the heat storage material at the time of heat radiation. In addition, it has also been proposed to react with the heat storage material after heating the water in the water tank during heat dissipation.

なお、本明細書では、蓄熱過程および放熱過程を含む熱サイクルにおいて実質的に蓄熱できる熱エネルギー(熱量)を「蓄熱量」、蓄熱材量の単位体積(または単位重量)当たりの蓄熱量を「蓄熱密度」という。   In this specification, the heat energy (heat amount) that can be substantially stored in the heat cycle including the heat storage process and the heat release process is “heat storage amount”, and the heat storage amount per unit volume (or unit weight) of the heat storage material amount is “ It is called “heat storage density”.

特開2001−207163号公報JP 2001-207163 A 特公平7−6708号公報Japanese Patent Publication No. 7-6708 特許第1568780号公報Japanese Patent No. 1568780 国際公開第2007/102374号パンフレットInternational Publication No. 2007/102374 Pamphlet

ヒートポンプ回路を利用した従来の蓄熱システムでは、蓄熱運転時にヒートポンプサイクルの成績係数(COP:Coefficient of Performance、以下「COP」とする。)が低下してしまうという問題が生じる。特許文献1に開示された蓄熱システム(図11)を例に説明すると、蓄熱時において蓄熱部1の温度が上昇してくると、蓄熱部1と熱交換した後の熱媒の温度も上昇し、その結果、第2熱交換部9において熱交換される熱量が低下するからである。   In a conventional heat storage system using a heat pump circuit, there is a problem that a coefficient of performance (COP: Coefficient of Performance, hereinafter referred to as “COP”) of the heat pump cycle decreases during the heat storage operation. The heat storage system disclosed in Patent Document 1 (FIG. 11) will be described as an example. When the temperature of the heat storage unit 1 increases during heat storage, the temperature of the heat medium after heat exchange with the heat storage unit 1 also increases. As a result, the amount of heat exchanged in the second heat exchange unit 9 is reduced.

これに対し、従来は、低いCOPでシステムを運転することを防止するために、蓄熱部1と熱交換した後、第2熱交換部9で加熱される前の熱媒の温度が60℃に達すると、蓄熱運転を完了させていた。このため、蓄熱材3の温度を60℃よりも高くすることが難しく、蓄熱量を増加させることが困難であった。   On the other hand, conventionally, in order to prevent the system from operating at a low COP, the temperature of the heat medium before being heated by the second heat exchange unit 9 after the heat exchange with the heat storage unit 1 is 60 ° C. When it reached, the heat storage operation was completed. For this reason, it was difficult to make the temperature of the heat storage material 3 higher than 60 ° C., and it was difficult to increase the heat storage amount.

ここで、図面を参照しながら、蓄熱時に時間経過とともにCOPが低下する理由を詳しく説明する。図12(a)および(b)は、蓄熱時の初期および所定時間経過後の蓄熱材および冷媒の温度を示す概念図である。図12(a)に示すように、蓄熱時初期には第2熱交換部9に流入する冷媒の温度(冷媒の入口温度)と蓄熱部1の温度との差は大きい。このため、第2熱交換部9における熱交換量が多くなり、第2熱交換部9から流出する冷媒の温度(冷媒の出口温度)は入口温度よりも十分に低くなる。しかし、時間が経過すると、図12(b)に示すように、蓄熱部1の温度が上昇して熱媒の温度が高くなるので、第2熱交換部9における熱交換量が少なくなり、冷媒出口温度が上昇する。   Here, the reason why COP decreases with time during heat storage will be described in detail with reference to the drawings. FIGS. 12A and 12B are conceptual diagrams showing the temperatures of the heat storage material and the refrigerant at the initial stage during heat storage and after a predetermined time has elapsed. As shown in FIG. 12 (a), the difference between the temperature of the refrigerant (refrigerant inlet temperature) flowing into the second heat exchange unit 9 and the temperature of the heat storage unit 1 is large at the initial stage of heat storage. For this reason, the amount of heat exchange in the second heat exchange unit 9 increases, and the temperature of the refrigerant flowing out of the second heat exchange unit 9 (the refrigerant outlet temperature) is sufficiently lower than the inlet temperature. However, as time passes, as shown in FIG. 12B, the temperature of the heat storage unit 1 rises and the temperature of the heat medium increases, so that the amount of heat exchange in the second heat exchange unit 9 decreases, and the refrigerant The outlet temperature rises.

図13(a)および(b)は、それぞれ、蓄熱時の初期および所定時間経過後のヒートポンプサイクルのモリエル線図である。図13(a)および(b)からわかるように、時間が経過するにつれて、冷媒の出口温度が上昇することにより、第2熱交換部9における熱交換量を表すh2−h3が小さくなる。この結果、 ヒートポンプサイクルのCOPを表すh2−h3/h2−h1が低下してしまう。 FIGS. 13A and 13B are Mollier diagrams of the heat pump cycle at the initial stage during heat storage and after a predetermined time has elapsed, respectively. As can be seen from FIGS. 13A and 13B, as the time elapses, the outlet temperature of the refrigerant rises, so that h 2 −h 3 representing the heat exchange amount in the second heat exchange unit 9 becomes smaller. . As a result, h 2 −h 3 / h 2 −h 1 representing the COP of the heat pump cycle is lowered.

これに対し、特許文献2の蓄熱システムによると、凝縮熱を蓄熱の熱源であるヒートポンプに回収することにより冷媒回路のCOPを向上させることができる。しかしながら、凝縮熱を回収したとしても、蓄熱部の加熱に伴う熱媒の温度上昇によって、熱源と蓄熱部との熱交換が抑制されることによるCOPの低下は避けられない。   On the other hand, according to the heat storage system of patent document 2, COP of a refrigerant circuit can be improved by collect | recovering condensed heat to the heat pump which is a heat source of heat storage. However, even if the heat of condensation is recovered, a decrease in COP due to suppression of heat exchange between the heat source and the heat storage unit due to the temperature increase of the heat medium accompanying heating of the heat storage unit is inevitable.

さらに、特許文献3の蓄熱システムによると、放熱時に蓄熱部に供給する水(凝縮水)の温度が低いために、放熱運転時に取り出して利用できる熱量(取り出し熱量(放熱量))が減少してしまうという問題もある。なお、特許文献3の蓄熱システムはヒートポンプ回路を利用しないため、COP低下を抑制する手段に関する記載はない。   Furthermore, according to the heat storage system of Patent Document 3, since the temperature of water (condensed water) supplied to the heat storage unit at the time of heat radiation is low, the amount of heat that can be taken out and used during the heat radiation operation (the amount of heat extracted (heat radiation amount)) is reduced. There is also a problem of end. In addition, since the heat storage system of patent document 3 does not utilize a heat pump circuit, there is no description regarding the means which suppresses a COP fall.

特許文献4には、放熱時に、水タンクの水を加熱してから蓄熱材と反応させることが記載されており、これにより、取り出し熱量(放熱量)を増加させることができる。従って、蓄熱材に蓄えられた熱を効率よく取り出すことが可能である。しかしながら、特許文献4には、蓄熱時に蓄熱材の温度が上昇することに伴うCOPの低下を抑制する手段について、何ら記載されていない。   Patent Document 4 describes that when heat is released, the water in the water tank is heated and then reacted with the heat storage material, whereby the amount of extracted heat (heat dissipation) can be increased. Therefore, it is possible to efficiently extract the heat stored in the heat storage material. However, Patent Document 4 does not describe any means for suppressing a decrease in COP that accompanies an increase in the temperature of the heat storage material during heat storage.

このように、従来の蓄熱システムによると、蓄熱時に時間経過とともにヒートポンプサイクルのCOPが低下して、システムの効率が低下しまう。これに対し、システムの効率の低下を抑えて運転しようとすると、蓄熱量を増加させることが困難であった。   Thus, according to the conventional heat storage system, the COP of the heat pump cycle decreases with the passage of time during heat storage, and the efficiency of the system decreases. On the other hand, when attempting to operate while suppressing a decrease in the efficiency of the system, it is difficult to increase the amount of heat storage.

本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、その目的は、脱水反応によって蓄熱し、吸水反応によって放熱する蓄熱材を用いて、高効率であり、かつ、蓄熱量の多い蓄熱システムおよび蓄熱方法を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and its purpose is to use a heat storage material that stores heat by a dehydration reaction and dissipates heat by a water absorption reaction, and has a high efficiency and a large amount of heat storage. It is to provide a heat storage method.

本発明の蓄熱方法は、水を脱離することによって蓄熱し、かつ、水と反応することによって放熱する蓄熱材を用いた蓄熱方法であって、(a)蓄熱材容器内に収容された前記蓄熱材を加熱するとともに、前記蓄熱材から脱離した水を前記蓄熱材容器から取り出して水貯留器に貯留する第1蓄熱工程と、(b)前記蓄熱材容器と前記水貯留器との間で前記脱離した水が移動することを遮断する工程と、(c)前記遮断した状態で、前記蓄熱材をさらに加熱して、前記蓄熱材の温度をさらに上げるとともに、前記水貯留器に貯留されていた前記脱離した水を加熱する第2蓄熱工程と、(d)前記加熱された水を前記蓄熱材容器に供給し、前記脱離した水と前記蓄熱材とを反応させる放熱工程とを含む。   The heat storage method of the present invention is a heat storage method using a heat storage material that stores heat by desorbing water and releases heat by reacting with water, and (a) the heat storage material contained in the heat storage material container A first heat storage step of heating the heat storage material and taking out water detached from the heat storage material from the heat storage material container and storing it in a water reservoir; and (b) between the heat storage material container and the water reservoir. And (c) in the blocked state, further heating the heat storage material to further increase the temperature of the heat storage material and storing it in the water reservoir. A second heat storage step for heating the desorbed water, and (d) a heat release step for supplying the heated water to the heat storage material container and causing the desorbed water and the heat storage material to react with each other. including.

本発明の蓄熱方法によると、蓄熱運転の途中で、蓄熱材容器と水貯留器との間で水の移動を遮断した状態で第2蓄熱工程を行う。第2蓄熱工程により、同一の熱源で、蓄熱材の温度をより高い温度まで上昇させることが可能になり、蓄熱量を高めることができる。   According to the heat storage method of the present invention, the second heat storage process is performed in a state where the movement of water is blocked between the heat storage material container and the water reservoir during the heat storage operation. With the second heat storage step, the temperature of the heat storage material can be increased to a higher temperature with the same heat source, and the amount of heat storage can be increased.

また、第2蓄熱工程において、蓄熱材容器と水貯留器との間で水の移動が遮断されているので、蓄熱材容器から取り出した水を加熱しても、加熱された水が蓄熱材容器内に逆流してくることを防止できる。よって、水の逆流による蓄熱量の低下を抑制できる。   Moreover, since the movement of water is interrupted | blocked between a thermal storage material container and a water reservoir in a 2nd thermal storage process, even if it heats the water taken out from the thermal storage material container, the heated water is the thermal storage material container. It is possible to prevent backflow into the inside. Therefore, it is possible to suppress a decrease in the heat storage amount due to the backflow of water.

さらに、放熱工程において、加熱された水と蓄熱材とを反応させるので、蓄熱状態の蓄熱材をより高温の水と反応させることが可能になる。このため、反応させる水の温度が低いことによって取り出し熱量が減少することを抑制できる。   Furthermore, since the heated water and the heat storage material are reacted in the heat dissipation step, the heat storage material in the heat storage state can be reacted with higher temperature water. For this reason, it can suppress that taking-out calorie | heat amount reduces because the temperature of the water to react is low.

従って、従来よりも蓄熱量を増加させるとともに、蓄えられた熱を効率良く取り出すことができる。   Accordingly, the amount of stored heat can be increased as compared with the conventional case, and the stored heat can be efficiently extracted.

本発明の蓄熱システムは、蓄熱材から水を脱離することによって蓄熱し、かつ、前記脱離した水を前記蓄熱材と反応させることによって放熱する蓄熱システムであって、前記蓄熱材を収容する蓄熱材容器と、蓄熱運転時に、前記蓄熱材を加熱する蓄熱材加熱部と、前記蓄熱材を加熱することによって前記蓄熱材から脱離した水を貯留する水貯留器と、前記脱離した水を前記蓄熱材容器から前記水貯留器に移動させる水輸送経路と、前記水輸送経路に設けられ、前記脱離した水を凝縮する凝縮部と、前記水輸送経路に設けられ、前記蓄熱材容器と前記水貯留器との間の前記脱離した水の移動を制限する弁と、前記水貯留器に貯留されていた前記脱離した水を加熱する貯留水加熱部と、放熱運転時に、前記脱離した水を前記水貯留器から前記蓄熱材容器に供給する水供給経路とを備え、前記弁は、蓄熱運転の途中で開状態から閉状態に切り換えられ、蓄熱運転において、前記弁が閉状態のときに、前記貯留水加熱部は前記脱離した水を加熱する。   The heat storage system of the present invention is a heat storage system that stores heat by desorbing water from the heat storage material, and dissipates heat by reacting the desorbed water with the heat storage material, and houses the heat storage material. A heat storage material container; a heat storage material heating unit that heats the heat storage material during a heat storage operation; a water reservoir that stores water desorbed from the heat storage material by heating the heat storage material; and the desorbed water A water transport path for moving the heat storage material container from the heat storage material container to the water reservoir, a condensing part provided in the water transport path for condensing the desorbed water, provided in the water transport path, and the heat storage material container A valve that restricts movement of the desorbed water between the water reservoir and the stored water heating unit that heats the desorbed water stored in the water reservoir, Desorbed water from the water reservoir is stored in the heat A water supply path for supplying water to the container, and the valve is switched from an open state to a closed state in the middle of the heat storage operation. Heat the released water.

本発明の蓄熱システムによると、蓄熱運転の途中で、蓄熱材容器と水貯留器との間の水の移動を制限する弁を閉状態にするので、同一の熱源で、蓄熱材の温度をより高い温度まで上昇させることが可能になり、蓄熱量を高めることができる。また、蓄熱材容器から取り出した水を加熱する際に、加熱された水が蓄熱材容器内に逆流してくることを防止できる。従って、蓄熱運転時に、蓄熱材と水と反応して放熱することによる蓄熱量の低下を抑制できる。   According to the heat storage system of the present invention, the valve that restricts the movement of water between the heat storage material container and the water reservoir is closed during the heat storage operation, so that the temperature of the heat storage material can be further increased with the same heat source. It becomes possible to raise to a high temperature, and heat storage amount can be raised. Moreover, when the water taken out from the heat storage material container is heated, the heated water can be prevented from flowing back into the heat storage material container. Therefore, at the time of heat storage operation, it is possible to suppress a decrease in the amount of stored heat due to heat dissipation by reacting with the heat storage material and water.

さらに、放熱運転時において、貯留水加熱部で加熱された水と蓄熱材とを反応させることができる。このため、蓄熱状態の蓄熱材をより高温の水と反応させることが可能になるので、放熱運転時に、反応させる水の温度が低いことによって取り出し熱量が減少することを抑制できる。   Furthermore, the water heated by the stored water heating part and the heat storage material can be reacted during the heat radiation operation. For this reason, since it becomes possible to make the thermal storage material of a thermal storage state react with higher temperature water, it can suppress that the taking-out heat amount reduces by the temperature of the water made to react at the time of heat radiation operation.

ある好ましい実施形態において、前記蓄熱材加熱部は、圧縮機、放熱器、膨張装置、蒸発器およびこれらの間で冷媒を循環させる冷媒経路を含むヒートポンプ回路と、前記放熱器によって加熱され、前記蓄熱材と熱交換することによって冷却されるように熱媒(水)を循環させる熱媒経路とを有し、前記凝縮部は、前記ヒートポンプ回路の前記冷媒と熱交換することによって、前記脱離した水を冷却するように構成されており、前記貯留水加熱部は、前記水貯留器に貯留されていた前記脱離した水と、前記蓄熱材と熱交換した後であって前記放熱器によって加熱される前の前記熱媒とを熱交換させる貯留水/熱媒熱交換部を含む。   In a preferred embodiment, the heat storage material heating unit includes a compressor, a heat radiator, an expansion device, an evaporator, and a heat pump circuit including a refrigerant path for circulating the refrigerant therebetween, and is heated by the heat radiator, and the heat storage A heat medium path for circulating a heat medium (water) to be cooled by heat exchange with the material, and the condensing part is desorbed by heat exchange with the refrigerant of the heat pump circuit The water storage unit is configured to cool water, and the stored water heating unit is heated by the radiator after heat exchange with the desorbed water stored in the water storage device and the heat storage material. A stored water / heat medium heat exchanging unit that exchanges heat with the heat medium before being heated.

このような構成によると、蓄熱運転時に、上記弁を閉状態とした後、ヒートポンプ回路の放熱器に流入する熱媒の温度を、水貯留器に貯留されていた水を利用して下げることができる。従って、蓄熱が進むに伴って熱媒の温度が上昇することを抑制できる。この結果、蓄熱材の温度が上昇しても、放熱器における冷媒と熱媒との熱交換量を確保できるので、ヒートポンプサイクルのCOPの低下を抑制できる。また、COPの低下を抑制しつつ、蓄熱材を従来よりも高い温度まで加熱することが可能となり、その結果、高効率で、蓄熱量の多い蓄熱システムを実現できる。   According to such a configuration, after the valve is closed during the heat storage operation, the temperature of the heat medium flowing into the heat radiator of the heat pump circuit can be lowered using the water stored in the water reservoir. it can. Therefore, it can suppress that the temperature of a heat medium rises as heat storage progresses. As a result, even if the temperature of the heat storage material rises, the amount of heat exchange between the refrigerant and the heat medium in the radiator can be ensured, so that a reduction in COP of the heat pump cycle can be suppressed. Further, it is possible to heat the heat storage material to a higher temperature than before while suppressing a decrease in COP, and as a result, a heat storage system with high efficiency and a large amount of heat storage can be realized.

本発明によれば、蓄熱材をより高い温度まで昇温できるので、蓄熱量を増加させることができる。また、蓄熱運転時に、蓄熱材容器から取り出された水が蓄熱材容器に逆流して蓄熱材と反応することを防止できるので、水の逆流に起因する蓄熱量の減少を抑制できる。さらに、放熱時に、蓄熱材をより高温の水と反応させることができるので、蓄えられた熱を効率よく回収できる。従って、蓄熱システムの効率を大幅に改善できる。   According to the present invention, the temperature of the heat storage material can be raised to a higher temperature, so that the amount of heat storage can be increased. Moreover, since it can prevent that the water taken out from the thermal storage material container flows backward into the thermal storage material container and reacts with the thermal storage material during the thermal storage operation, it is possible to suppress a decrease in the amount of stored heat caused by the backward flow of water. Furthermore, since the heat storage material can be reacted with hotter water during heat dissipation, the stored heat can be efficiently recovered. Therefore, the efficiency of the heat storage system can be greatly improved.

熱源としてヒートポンプ回路を備える場合、貯留水加熱部として貯留水/熱媒熱交換部を設けることが好ましい。これにより、蓄熱運転時に、ヒートポンプ回路の放熱器で加熱される前の熱媒の温度を低く抑えることができるので、ヒートポンプサイクルのCOPの低下を抑制しつつ、蓄熱材を従来よりも高い温度まで加熱することが可能になる。よって、より高効率で、蓄熱量の多い蓄熱システムを実現できる。   When a heat pump circuit is provided as a heat source, it is preferable to provide a stored water / heat medium heat exchange unit as the stored water heating unit. Thereby, at the time of heat storage operation, the temperature of the heat medium before being heated by the radiator of the heat pump circuit can be kept low, so that the heat storage material can be heated to a higher temperature than before while suppressing the decrease in COP of the heat pump cycle. It becomes possible to heat. Therefore, it is possible to realize a heat storage system with higher efficiency and a large amount of heat storage.

本発明の実施形態1の蓄熱システムの構成図である。It is a block diagram of the heat storage system of Embodiment 1 of this invention. 実施形態1の蓄熱システムにおける、蓄熱運転時の蓄熱材の温度と塩濃度との関係を例示するグラフである。It is a graph which illustrates the relationship between the temperature of the thermal storage material at the time of thermal storage operation, and salt concentration in the thermal storage system of Embodiment 1. (a)〜(c)は、それぞれ、実施形態1において、蓄熱運転開始からの経過時間と、蓄熱材の塩濃度、熱媒の温度Tmおよび蓄熱材の温度との関係を例示するグラフである。(A)-(c) is a graph which illustrates the relationship between the elapsed time from the start of a thermal storage operation, the salt concentration of a thermal storage material, the temperature Tm of a heat medium, and the temperature of a thermal storage material in Embodiment 1, respectively. . (a)〜(c)は、それぞれ、従来の蓄熱方法において、蓄熱運転開始からの経過時間と、蓄熱材の塩濃度、熱媒の温度および蓄熱材の温度との関係を例示するグラフである。(A)-(c) is a graph which each illustrates the relationship between the elapsed time from the start of thermal storage operation, the salt concentration of a thermal storage material, the temperature of a heat medium, and the temperature of a thermal storage material in the conventional thermal storage method. . 実施形態1における取出し熱量と、従来の蓄熱方法における取出し熱量とを比較するためのグラフである。It is a graph for comparing the amount of extracted heat in Embodiment 1 with the amount of extracted heat in a conventional heat storage method. 本発明の実施形態2の蓄熱システムの構成図である。It is a block diagram of the heat storage system of Embodiment 2 of this invention. 実施形態2の蓄熱システムにおいて、蓄熱運転時の蓄熱材の温度と塩濃度との関係を例示するグラフである。In the thermal storage system of Embodiment 2, it is a graph which illustrates the relationship between the temperature of a thermal storage material at the time of thermal storage operation, and salt concentration. 蓄熱材容器内の圧力および温度と蓄熱材の塩濃度との関係を例示するグラフである。It is a graph which illustrates the relationship between the pressure and temperature in a thermal storage material container, and the salt concentration of a thermal storage material. (a)〜(c)は、それぞれ、実施形態2において、蓄熱運転開始からの経過時間と、蓄熱材の塩濃度、熱媒の温度Tmおよび蓄熱材の温度との関係を例示するグラフである。(A)-(c) is a graph which illustrates the relationship between the elapsed time from the start of a thermal storage operation, the salt concentration of a thermal storage material, the temperature Tm of a heat medium, and the temperature of a thermal storage material in Embodiment 2, respectively. . 本発明の実施形態3の蓄熱システムの構成図である。It is a block diagram of the thermal storage system of Embodiment 3 of this invention. フィンアンドチューブ式熱交換器を備えた従来の蓄熱システムの構成図である。It is a block diagram of the conventional heat storage system provided with the fin and tube type heat exchanger. (a)および(b)は、蓄熱時の初期および所定時間経過後の蓄熱材および冷媒の温度を示す概念図である。(A) And (b) is a conceptual diagram which shows the temperature of the thermal storage material and refrigerant | coolant after the initial stage at the time of thermal storage, and predetermined time progress. (a)および(b)は、それぞれ、蓄熱時の初期および所定時間経過後のヒートポンプサイクルのモリエル線図である。(A) And (b) is the Mollier diagram of the heat pump cycle after the initial stage at the time of thermal storage and predetermined time, respectively.

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

(実施形態1)
以下、図面を参照しながら、本発明による蓄熱システムの第1の実施形態を説明する。
(Embodiment 1)
Hereinafter, a first embodiment of a heat storage system according to the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は、本実施形態の蓄熱システムの構成図である。本実施形態では、蓄熱材として、脱水反応によって蓄熱し、吸水反応によって放熱する蓄熱材を用いる。   FIG. 1 is a configuration diagram of the heat storage system of the present embodiment. In the present embodiment, a heat storage material that stores heat by a dehydration reaction and radiates heat by a water absorption reaction is used as the heat storage material.

<蓄熱システムの構成>
本実施形態の蓄熱システムは、蓄熱材3を収容する蓄熱材容器2を有する蓄熱部1と、蓄熱材3を加熱する蓄熱材加熱部と、蓄熱材3を加熱することによって蓄熱材3から脱離した水を貯留する水回収部11と、蓄熱材3から脱離した水を蓄熱材容器2から水回収部11に移動させる水排出経路43と、水回収部11に貯留されていた水を加熱する貯留水加熱部44と、放熱運転時に、水回収部11に貯留されていた水を蓄熱材容器2に供給する水供給経路45とを備える。
<Configuration of heat storage system>
The heat storage system of the present embodiment is removed from the heat storage material 3 by heating the heat storage material 1, the heat storage material container 2 that houses the heat storage material 3, the heat storage material heating unit that heats the heat storage material 3, and the heat storage material 3. The water recovery unit 11 that stores the separated water, the water discharge path 43 that moves the water desorbed from the heat storage material 3 from the heat storage material container 2 to the water recovery unit 11, and the water stored in the water recovery unit 11 The storage water heating part 44 to heat and the water supply path 45 which supplies the water stored in the water collection | recovery part 11 to the thermal storage material container 2 at the time of heat dissipation operation are provided.

本実施形態では、蓄熱材容器2は積層化されている。また、蓄熱材容器2内には、蓄熱材3と熱媒経路42の熱媒とを熱交換する第1熱交換部4と、熱媒から蓄熱材3への伝熱性能を向上させるためのフィン5と、水供給経路45に接続され、放熱時に蓄熱材3に水を供給する散水部40と、水排出経路43に接続され、蓄熱時に蓄熱材3から脱離した水を蓄熱材容器2から排出する水蒸気管13とが設けられている。   In this embodiment, the heat storage material container 2 is laminated. Moreover, in the heat storage material container 2, the 1st heat exchange part 4 which heat-exchanges the heat storage material 3 and the heat medium of the heat medium path | route 42, and the heat transfer performance from a heat medium to the heat storage material 3 are improved. The water 5 connected to the fin 5 and the water supply path 45 and supplying water to the heat storage material 3 at the time of heat dissipation and the water discharge path 43 connected to the water discharge path 43 and the water desorbed from the heat storage material 3 at the time of heat storage are stored in the heat storage material container 2. And a water vapor pipe 13 for discharging from the water.

蓄熱材3として、塩化物、臭化物、ヨウ化物、水酸化物、硝酸化物、硫酸化物、チオ硫酸化物、リン酸化物、ホウ酸化物および酢酸化物からなる群から選ばれた少なくとも1種の化合物を含む潜熱蓄熱材を用いることができ、例えば塩化カルシウムの水和物、臭化カルシウムの水和物などを用いてもよい。ここでは、塩化カルシウム・6水和物を用いる。   As the heat storage material 3, at least one compound selected from the group consisting of chloride, bromide, iodide, hydroxide, nitrate, sulfate, thiosulfate, phosphorus oxide, borate and acetate is used. The latent heat storage material can be used. For example, calcium chloride hydrate, calcium bromide hydrate, or the like may be used. Here, calcium chloride hexahydrate is used.

下記式(1)からわかるように、塩化カルシウム・6水和物は加熱されると脱水反応を生じて塩化カルシウム・4水和物になるとともに、熱(ΔH)を蓄える(右向きの反応)。一方、塩化カルシウム・4水和物は、水と反応して塩化カルシウム・6水和物になるとともに、熱(ΔH)を放出する(左向きの反応)。なお、本明細書では、蓄熱している状態(ここでは塩化カルシウム・4水和物)を単に「蓄熱状態」、放熱後の状態(ここでは塩化カルシウム・6水和物)を単に「放熱状態」という。
CaCl2・6H2O +ΔH ⇔ CaCl2・4H2O+2H2O (1)
As can be seen from the following formula (1), when calcium chloride hexahydrate is heated, it undergoes a dehydration reaction to become calcium chloride tetrahydrate and stores heat (ΔH) (rightward reaction). On the other hand, calcium chloride tetrahydrate reacts with water to become calcium chloride hexahydrate and releases heat (ΔH) (reaction facing left). In this specification, the state where heat is stored (here, calcium chloride tetrahydrate) is simply “heat storage state”, and the state after heat dissipation (here, calcium chloride · hexahydrate) is simply “heat dissipation state”. "
CaCl 2 · 6H 2 O + ΔH Ca CaCl 2 · 4H 2 O + 2H 2 O (1)

本実施形態における蓄熱材加熱部は、ヒートポンプ回路10と、ヒートポンプ回路10の冷媒によって加熱され、蓄熱材3とを熱交換することによって冷却されるように熱媒を循環させる熱媒経路42とを備える。   The heat storage material heating unit in the present embodiment includes a heat pump circuit 10 and a heat medium path 42 that circulates the heat medium so as to be cooled by heat exchange with the heat storage material 3 by being heated by the refrigerant of the heat pump circuit 10. Prepare.

ヒートポンプ回路10は、冷媒を圧縮する圧縮機6と、圧縮機6で圧縮された冷媒と熱媒経路42の熱媒と熱交換する熱媒加熱部(第3熱交換部)39と、熱媒と熱交換した後の冷媒を膨張する膨張弁8と、膨張された冷媒を加熱する第1蒸発器7と、これらの間で冷媒を循環させる冷媒経路とを有している。また、第1蒸発器7と圧縮機6との間には、蓄熱部1から排出された水を冷媒と熱交換させることによって冷却する水凝縮部46が設けられている。ここでは、水凝縮部(第2蒸発器ともいう。)46は、第1蒸発器7で加熱された冷媒と蓄熱部1から排出された水とを熱交換するように構成された凝縮器14を含んでいる。   The heat pump circuit 10 includes a compressor 6 that compresses the refrigerant, a heat medium heating unit (third heat exchange unit) 39 that exchanges heat between the refrigerant compressed by the compressor 6 and the heat medium in the heat medium path 42, and a heat medium. An expansion valve 8 that expands the refrigerant after heat exchange with the first evaporator 7, a first evaporator 7 that heats the expanded refrigerant, and a refrigerant path that circulates the refrigerant between them. Further, a water condensing unit 46 is provided between the first evaporator 7 and the compressor 6 to cool the water discharged from the heat storage unit 1 by exchanging heat with the refrigerant. Here, the water condensing unit (also referred to as a second evaporator) 46 is configured to exchange heat between the refrigerant heated by the first evaporator 7 and the water discharged from the heat storage unit 1. Is included.

熱媒経路42は、ヒートポンプ回路10の熱媒加熱部39と、蓄熱部1の第1熱交換部4と、これらの間で熱媒を循環させる熱媒経路とを有している。熱媒として、例えば水を用いてもよい。また、熱媒経路42には、第1熱交換部4で冷却された後、熱媒加熱部39で加熱される前の熱媒と、水回収部11に貯留されていた水との熱交換を行う第2熱交換部9が設けられている。熱媒経路42は、さらに、給水口41および給湯口12と接続されていてもよい。この場合、放熱時には、給水口41から供給された熱媒(水)を、第1熱交換部4で蓄熱状態の蓄熱材3と熱交換させることによって加熱し、得られた温水を給湯口12に輸送するように構成されていてもよい。   The heat medium path 42 includes a heat medium heating part 39 of the heat pump circuit 10, the first heat exchange part 4 of the heat storage part 1, and a heat medium path for circulating the heat medium therebetween. For example, water may be used as the heat medium. Further, in the heat medium path 42, heat exchange between the heat medium cooled by the first heat exchanging unit 4 and before being heated by the heat medium heating unit 39 and water stored in the water recovery unit 11 is performed. The 2nd heat exchange part 9 which performs is provided. The heat medium path 42 may be further connected to the water supply port 41 and the hot water supply port 12. In this case, at the time of heat radiation, the heat medium (water) supplied from the water supply port 41 is heated by exchanging heat with the heat storage material 3 in the heat storage state in the first heat exchange unit 4, and the obtained hot water is supplied to the hot water supply port 12. It may be configured to transport to.

水排出経路43は、蓄熱部1の水蒸気管13と水回収部11とを接続している。蓄熱材3から脱離した水(水蒸気)は、蓄熱材容器2から排出された後、水排出経路43によって凝縮器14に輸送され、ここで凝縮して液体状態の水となる。液体状態の水は、水貯留器16に輸送され、ここで貯留される。また、水排出経路43には、蓄熱材容器2と水貯留器16との間で水が移動することを制限する弁24が設けられている。   The water discharge path 43 connects the steam pipe 13 of the heat storage unit 1 and the water recovery unit 11. The water (water vapor) desorbed from the heat storage material 3 is discharged from the heat storage material container 2 and then transported to the condenser 14 through the water discharge path 43, where it is condensed into liquid water. The liquid water is transported to the water reservoir 16 where it is stored. Further, the water discharge path 43 is provided with a valve 24 that restricts the movement of water between the heat storage material container 2 and the water reservoir 16.

貯留水加熱部44は、水回収部11の水貯留器16と、第2熱交換部(貯留水/熱媒熱交換部ともいう。)9と、これらの間で水貯留器16で貯留されていた水を循環させる貯留水経路とを有している。このような構成により、水貯留器16で貯留されていた水は、第2熱交換部9において、熱媒経路42の熱媒と熱交換して加熱され、その後、水貯留器16に戻される。なお、図示する例では、貯留水を循環させて熱媒との熱交換を行っているが、熱媒経路42を切り換えることにより、貯留水を水貯留器16内に保持した状態で、貯留水と熱媒との熱交換を行うように構成されていてもよい。   The stored water heating unit 44 is stored in the water storage unit 16 of the water recovery unit 11, the second heat exchange unit (also referred to as stored water / heat medium heat exchange unit) 9, and the water storage unit 16 between them. And a storage water path for circulating the water that has been stored. With such a configuration, the water stored in the water reservoir 16 is heated by exchanging heat with the heat medium in the heat medium path 42 in the second heat exchange unit 9 and then returned to the water reservoir 16. . In the illustrated example, the stored water is circulated and heat exchange with the heat medium is performed. However, the stored water is retained in the water reservoir 16 by switching the heat medium path 42. It may be configured to exchange heat with the heat medium.

水供給経路45は、水回収部11と蓄熱部1の散水部40とを接続している。蓄熱時に水回収部11に回収された水は、放熱時に、水供給経路45によって蓄熱部1の散水部40まで輸送され、散水部40によって蓄熱材容器2に供給される。   The water supply path 45 connects the water recovery unit 11 and the water spray unit 40 of the heat storage unit 1. The water recovered by the water recovery unit 11 during heat storage is transported to the water spray unit 40 of the heat storage unit 1 through the water supply path 45 during heat dissipation, and is supplied to the heat storage material container 2 by the water spray unit 40.

<蓄熱動作>
次に、本実施形態の蓄熱システムの蓄熱運転時の動作を説明する。
<Heat storage operation>
Next, the operation | movement at the time of the thermal storage driving | operation of the thermal storage system of this embodiment is demonstrated.

本実施形態では、弁24を開けた状態で、蓄熱材3を加熱するとともに、蓄熱材3から脱離した水を蓄熱材容器2から取り出して水回収部11に貯留する(以下、「第1の蓄熱工程」という)。続いて、弁24を閉じることによって、蓄熱材容器2と水回収部11との間で水が移動することを遮断する。この状態で、蓄熱材3をさらに加熱して、蓄熱材3の温度をさらに上げるとともに、水回収部11に貯留されていた水を加熱する(以下、「第2の蓄熱工程」という。)。このようにして、2段階で蓄熱工程を行う。   In the present embodiment, the heat storage material 3 is heated with the valve 24 opened, and the water desorbed from the heat storage material 3 is taken out from the heat storage material container 2 and stored in the water recovery unit 11 (hereinafter referred to as “first” The heat storage process. Subsequently, by closing the valve 24, the movement of water between the heat storage material container 2 and the water recovery unit 11 is blocked. In this state, the heat storage material 3 is further heated to further increase the temperature of the heat storage material 3, and the water stored in the water recovery unit 11 is heated (hereinafter referred to as “second heat storage step”). In this way, the heat storage process is performed in two stages.

以下、図面を参照しながら、各蓄熱工程の動作をより詳しく説明する。   Hereinafter, the operation of each heat storage process will be described in more detail with reference to the drawings.

図2は、蓄熱運転時における蓄熱材の温度と塩濃度との関係を例示するグラフである。図2に示す曲線(A)が第1の蓄熱工程に相当し、直線(B)が第2の蓄熱工程に相当する。   FIG. 2 is a graph illustrating the relationship between the temperature of the heat storage material and the salt concentration during the heat storage operation. The curve (A) shown in FIG. 2 corresponds to the first heat storage process, and the straight line (B) corresponds to the second heat storage process.

まず、第1の蓄熱工程を開始する前に、弁22〜24、26、28、30、32〜35を全て閉じておく。次いで、弁23および弁24を開放し、真空ポンプ21により蓄熱部1および凝縮器14の圧力を下げる。蓄熱部1および凝縮器14の圧力が所定の値まで下がれば、弁23を閉じる。   First, before starting the first heat storage step, all the valves 22 to 24, 26, 28, 30, and 32 to 35 are closed. Next, the valve 23 and the valve 24 are opened, and the pressure of the heat storage unit 1 and the condenser 14 is lowered by the vacuum pump 21. When the pressure in the heat storage unit 1 and the condenser 14 is reduced to a predetermined value, the valve 23 is closed.

続いて、第1の蓄熱工程を開始する。ここでは、ヒートポンプ回路10により蓄熱部1を例えば60℃まで加熱する。このとき、水和物である潜熱蓄熱材3は固体から液体に相変化し、続いて濃縮により水和数が減少しはじめる。潜熱蓄熱材3から脱離した水分は水蒸気となり、水蒸気管13を通じて凝縮器14で冷却される。凝縮器14で生成された凝縮水は水貯留器16で貯蔵される。なお、本実施形態のように、水排出経路43のうち圧縮機6の吸入側と第1蒸発器7との間に凝縮器14を設ければ、ヒートポンプ回路10のCOPを向上できるので好ましい。   Subsequently, the first heat storage process is started. Here, the heat storage unit 1 is heated to, for example, 60 ° C. by the heat pump circuit 10. At this time, the latent heat storage material 3, which is a hydrate, undergoes a phase change from a solid to a liquid, and subsequently the hydration number begins to decrease due to concentration. The moisture desorbed from the latent heat storage material 3 becomes water vapor and is cooled by the condenser 14 through the water vapor pipe 13. The condensed water generated by the condenser 14 is stored in the water reservoir 16. In addition, it is preferable to provide the condenser 14 between the suction side of the compressor 6 and the first evaporator 7 in the water discharge path 43 as in the present embodiment because the COP of the heat pump circuit 10 can be improved.

第1の蓄熱工程では、図2の曲線(A)で示すように、蓄熱材3の温度は60℃まで上昇し、かつ、蓄熱材3における塩濃度は60%まで高くなる。この工程において、蓄熱材3を相変化温度まで昇温させるための顕熱、相変化温度での蓄熱材の融解潜熱、固液共存状態の蓄熱材3を相変化温度から60℃まで昇温させるための顕熱、および、蓄熱材3の脱水反応による反応熱を蓄えることが可能である。また、第1の蓄熱工程では、蓄熱材3で冷却された後、熱媒加熱部39で加熱される前の熱媒の温度Tmは、蓄熱材3の温度上昇に伴って上昇する。   In the first heat storage step, as shown by the curve (A) in FIG. 2, the temperature of the heat storage material 3 rises to 60 ° C., and the salt concentration in the heat storage material 3 increases to 60%. In this step, the sensible heat for raising the temperature of the heat storage material 3 to the phase change temperature, the latent heat of fusion of the heat storage material at the phase change temperature, and the temperature of the heat storage material 3 in a solid-liquid coexistence state are raised from the phase change temperature to 60 ° C. Therefore, it is possible to store sensible heat and reaction heat due to a dehydration reaction of the heat storage material 3. Further, in the first heat storage step, the temperature Tm of the heat medium before being heated by the heat medium heating unit 39 after being cooled by the heat storage material 3 increases as the temperature of the heat storage material 3 increases.

この後、弁24を閉じて、蓄熱材容器2と水回収部11との間の水の移動を遮断する。これによって、第1の蓄熱工程を終了する。   Thereafter, the valve 24 is closed to block the movement of water between the heat storage material container 2 and the water recovery unit 11. Thereby, a 1st heat storage process is complete | finished.

なお、弁24は、蓄熱材3で冷却された後、熱媒加熱部39で加熱される前の熱媒の温度Tmが所定温度(例えば60℃)以上になると、開状態から閉状態に切り換えられることが好ましい。例えば、熱媒経路42の第1熱交換器4と熱媒加熱部39との間に、熱媒の温度を計測する温度計測部52を設けておき、温度計測部52による測定温度が所定温度に達したことを検知すると、弁24を閉じるように制御することができる。   The valve 24 is switched from the open state to the closed state when the temperature Tm of the heat medium before being heated by the heat medium heating unit 39 after being cooled by the heat storage material 3 becomes equal to or higher than a predetermined temperature (for example, 60 ° C.). It is preferred that For example, a temperature measurement unit 52 that measures the temperature of the heat medium is provided between the first heat exchanger 4 and the heat medium heating unit 39 in the heat medium path 42, and the temperature measured by the temperature measurement unit 52 is a predetermined temperature. When it is detected that the value has been reached, the valve 24 can be controlled to close.

代わりに、水貯留器16に水位計を設けるか、あるいは、水排出経路43に流量計を設けておき、蓄熱材容器2から取り出された水の量が一定量に達すると弁24を閉じるようにしてもよい。または、第1の蓄熱工程を開始して所定の時間が経過すると、弁24を閉じてもよい。   Instead, a water level meter is provided in the water reservoir 16 or a flow meter is provided in the water discharge path 43 so that the valve 24 is closed when the amount of water taken out from the heat storage material container 2 reaches a certain amount. It may be. Alternatively, the valve 24 may be closed when a predetermined time elapses after the first heat storage step is started.

続いて、第2の蓄熱工程を行う。弁24を閉じた状態で、蓄熱材3をさらに加熱すると同時に、熱媒と水貯留器16に貯留された水とを熱交換する動作を行う。   Then, a 2nd heat storage process is performed. With the valve 24 closed, the heat storage material 3 is further heated, and at the same time, an operation of exchanging heat between the heat medium and the water stored in the water reservoir 16 is performed.

第2の蓄熱工程では、まず、水貯留器16に取り付けた弁30を開き、水貯留器16の圧力を大気圧まで高める。次に、弁26および弁28を開き、ポンプ19により水貯留器16内の水を第2熱交換部9に送る。第2熱交換部9において、蓄熱部1を流通した後の熱媒と水貯留器16で貯留されていた水とが熱交換され、熱媒の温度Tmを下げるとともに、貯留されていた水を加熱することができる。加熱された水は、再び水貯留器16に戻される。   In the second heat storage step, first, the valve 30 attached to the water reservoir 16 is opened to increase the pressure of the water reservoir 16 to atmospheric pressure. Next, the valve 26 and the valve 28 are opened, and the water in the water reservoir 16 is sent to the second heat exchange unit 9 by the pump 19. In the second heat exchange unit 9, the heat medium after flowing through the heat storage unit 1 and the water stored in the water reservoir 16 are subjected to heat exchange, and the temperature Tm of the heat medium is lowered and the stored water is removed. Can be heated. The heated water is returned to the water reservoir 16 again.

第2の蓄熱工程が終了すると、全ての弁を閉じた状態にして、蓄熱材3の加熱を停止する。なお、第2の蓄熱工程においても熱媒の温度Tmを測定し、測定温度が第2の所定温度(例えば60℃)に達した時点で第2の蓄熱工程を終了してもよい。   When the second heat storage step ends, all the valves are closed and heating of the heat storage material 3 is stopped. Also in the second heat storage step, the temperature Tm of the heat medium may be measured, and the second heat storage step may be terminated when the measured temperature reaches a second predetermined temperature (for example, 60 ° C.).

本実施形態における第2の蓄熱工程では、弁24を閉じた状態で、すなわち、蓄熱材容器2から水が取り出されることなく、蓄熱材3の加熱が行われる。蓄熱材3の加熱は、例えば、熱媒の温度Tmが再び60℃まで上昇するまで行うことができる。このため、図2の直線(B)に示すように、蓄熱材3の塩濃度は一定のままで、第1の蓄熱工程よりも高い温度(例えば80℃)まで蓄熱材3の温度を上昇させることができる。なお、図2からわかるように、本実施形態における蓄熱状態の蓄熱材3は固液共存状態である。   In the second heat storage step in the present embodiment, the heat storage material 3 is heated with the valve 24 closed, that is, without taking out water from the heat storage material container 2. The heat storage material 3 can be heated, for example, until the temperature Tm of the heat medium rises to 60 ° C. again. For this reason, as shown in the straight line (B) of FIG. 2, the salt concentration of the heat storage material 3 remains constant, and the temperature of the heat storage material 3 is increased to a temperature higher than the first heat storage step (for example, 80 ° C.). be able to. As can be seen from FIG. 2, the heat storage material 3 in the heat storage state in the present embodiment is in a solid-liquid coexistence state.

一方、従来技術では、図2の破線で示すように、蓄熱材容器から水を取り出しながら蓄熱運転を行い、水の取り出しを停止した時点で蓄熱運転を終了する。従って、本実施形態によると、従来技術と比べて、少なくとも蓄熱材3を60℃から80℃まで昇温させるための顕熱分だけ、蓄熱量を増加させることが可能である。   On the other hand, in the prior art, as shown by the broken line in FIG. 2, the heat storage operation is performed while taking out water from the heat storage material container, and the heat storage operation is terminated when the removal of water is stopped. Therefore, according to the present embodiment, it is possible to increase the amount of heat storage by at least the amount of sensible heat for raising the temperature of the heat storage material 3 from 60 ° C. to 80 ° C., as compared with the prior art.

さらに、本実施形態では、弁24を閉じた状態で貯留水の加熱を行うので、開いた状態で加熱を行う場合と比べて、次のような利点もある。   Furthermore, in this embodiment, since the stored water is heated with the valve 24 closed, the following advantages can be obtained as compared with the case of heating with the valve 24 open.

蓄熱時に、弁24を開いた状態で貯留水を加熱すると、水貯留器16内の水の温度が高くなることよって水貯留器16内の蒸気圧が上昇し、蓄熱材容器2内の蒸気圧よりも高くなってしまう。このため、水貯留器16内の水(水蒸気)の逆流が起こるおそれがある。蓄熱時に水が蓄熱材容器2に逆流すると、逆流した水が蓄熱材3と反応して放熱するため、蓄熱量の低下を引き起こす可能性がある。これに対し、本実施形態では、弁24を閉じた状態で貯留水を加熱するので、貯留水の逆流による蓄熱量の低下を抑制できる。   When the stored water is heated with the valve 24 opened during heat storage, the temperature of the water in the water reservoir 16 increases, so that the vapor pressure in the water reservoir 16 rises and the vapor pressure in the heat storage material container 2 increases. It will be higher than. For this reason, the backflow of water (water vapor) in the water reservoir 16 may occur. When water flows back to the heat storage material container 2 during heat storage, the backflowed water reacts with the heat storage material 3 to dissipate heat, which may cause a decrease in the heat storage amount. On the other hand, in this embodiment, since the stored water is heated in a state where the valve 24 is closed, it is possible to suppress a decrease in the heat storage amount due to the backflow of the stored water.

ここで、図面を参照しながら、各蓄熱工程における蓄熱材3の塩濃度、蓄熱材3の温度、熱媒の温度Tmの変化をより詳しく説明する。   Here, changes in the salt concentration of the heat storage material 3, the temperature of the heat storage material 3, and the temperature Tm of the heat medium in each heat storage process will be described in more detail with reference to the drawings.

図3(a)〜(c)は、それぞれ、蓄熱運転開始からの経過時間と、蓄熱材3の塩濃度、熱媒の温度Tmおよび蓄熱材3の温度との関係を例示するグラフである。図3(a)〜(c)では、蓄熱開始から蓄熱材の濃縮が完了する時間(濃縮完了時間)tまでが第1の蓄熱工程に相当し、濃縮完了時間tから蓄熱材の加熱を終了する時間(蓄熱完了時間)t1までが第2の蓄熱工程に相当する。なお、熱媒の温度Tmは、熱媒と貯留水との熱交換を行う場合(第2の蓄熱工程)には、第2熱交換部9を通過した後、熱媒加熱部39に流入する前の熱媒の温度を指すものとする。   3A to 3C are graphs illustrating the relationship between the elapsed time from the start of the heat storage operation, the salt concentration of the heat storage material 3, the temperature Tm of the heat medium, and the temperature of the heat storage material 3, respectively. 3 (a) to 3 (c), the time from the start of heat storage to the time when concentration of the heat storage material is completed (concentration completion time) t corresponds to the first heat storage process, and heating of the heat storage material is completed from the concentration completion time t. The time until the time (heat storage completion time) t1 corresponds to the second heat storage step. Note that the temperature Tm of the heat medium flows into the heat medium heating unit 39 after passing through the second heat exchange unit 9 when heat exchange between the heat medium and the stored water is performed (second heat storage step). It shall refer to the temperature of the previous heating medium.

図3(b)からわかるように、熱媒と貯留水との熱交換を行うことによって、熱媒加熱部(ヒートポンプ回路の放熱部)39に流入する熱媒の温度Tmを低く(例えば60℃未満)抑えることができるので、熱媒の温度Tmが上昇することによるCOPの低下を抑制できる。特に、前述したように、熱媒の温度Tmが所定温度に達したことを検知して弁24を閉じる場合には、その後の蓄熱工程において、COPの低下をより効果的に抑制できる。   As can be seen from FIG. 3B, the temperature Tm of the heat medium flowing into the heat medium heating part (heat radiation part of the heat pump circuit) 39 is lowered (for example, 60 ° C.) by performing heat exchange between the heat medium and the stored water. Since the temperature Tm of the heat medium is increased, the COP can be prevented from decreasing. In particular, as described above, when detecting that the temperature Tm of the heat medium has reached a predetermined temperature and closing the valve 24, it is possible to more effectively suppress the decrease in COP in the subsequent heat storage step.

蓄熱完了時間t1は特に限定しないが、COPの低下を抑えて高効率でシステムを運転するためには、図示するように、熱媒の温度Tmが所定温度(例えば60℃以上65℃以下、ここでは60℃)に達した時点で蓄熱を完了することが好ましい。   Although the heat storage completion time t1 is not particularly limited, in order to operate the system with high efficiency while suppressing the decrease in COP, as shown in the figure, the temperature Tm of the heat medium is a predetermined temperature (for example, 60 ° C. or higher and 65 ° C. or lower, Then, it is preferable to complete the heat storage when the temperature reaches 60 ° C.

比較のため、図4(a)〜(c)に、それぞれ、特許文献3および4などに開示された従来の蓄熱方法における、蓄熱運転開始からの経過時間と、蓄熱材の塩濃度、熱媒の温度Tmおよび蓄熱材の温度との関係を例示する。   For comparison, the elapsed time from the start of the heat storage operation, the salt concentration of the heat storage material, and the heat medium in the conventional heat storage methods disclosed in Patent Documents 3 and 4, for example, in FIGS. The relationship between the temperature Tm and the temperature of the heat storage material is illustrated.

特許文献3および4に開示された蓄熱方法では、蓄熱運転中は、蓄熱材から脱離した水を取り出しながら蓄熱材を加熱し、蓄熱運転の終了時に、蓄熱材容器からの水の取り出しを停止する。従って、図4に示すように、濃縮完了時間tと蓄熱完了時間t1とは等しくなる。   In the heat storage methods disclosed in Patent Documents 3 and 4, during the heat storage operation, the heat storage material is heated while taking out the water desorbed from the heat storage material, and when the heat storage operation ends, the extraction of water from the heat storage material container is stopped. To do. Therefore, as shown in FIG. 4, the concentration completion time t is equal to the heat storage completion time t1.

前述したように、従来の蓄熱方法では、熱媒の温度が60℃に達すると、COPが低くなりすぎるため蓄熱運転を終了させていた。従って、図4(c)からわかるように、蓄熱完了時間t1は熱媒の温度が60℃に達した時点となり、蓄熱完了時の蓄熱材の温度を60℃よりも高くすることができなかった。これに対し、図3(b)および(c)から明らかなように、本実施形態によると、COPの低下を抑制しつつ、蓄熱材の温度を従来よりも高い温度(80℃)まで上昇させることができる。従って、蓄熱量を従来よりも増加させることができる。   As described above, in the conventional heat storage method, when the temperature of the heat medium reaches 60 ° C., the COP becomes too low and the heat storage operation is terminated. Therefore, as can be seen from FIG. 4C, the heat storage completion time t1 is the time when the temperature of the heat medium reaches 60 ° C., and the temperature of the heat storage material at the time of heat storage completion cannot be made higher than 60 ° C. . On the other hand, as is clear from FIGS. 3B and 3C, according to the present embodiment, the temperature of the heat storage material is raised to a temperature (80 ° C.) higher than the conventional temperature while suppressing the decrease in COP. be able to. Therefore, the heat storage amount can be increased as compared with the conventional case.

本実施形態では、第1の蓄熱工程では、水貯留器16に貯留された水の加熱を行わない。蓄熱初期では、熱媒の温度Tmが高くなっていないので、貯留された水と熱媒との間で熱交換を行っても、水を十分に加熱することができないからである。これに対し、第2の蓄熱工程は、熱媒の温度Tmが十分高くなってから行うため、貯留された水を熱媒によって迅速に加熱できるとともに、熱媒を冷やすことによってCOPの低下を抑制できる。   In the present embodiment, the water stored in the water reservoir 16 is not heated in the first heat storage step. This is because, at the initial stage of heat storage, the temperature Tm of the heat medium is not high, so even if heat exchange is performed between the stored water and the heat medium, the water cannot be heated sufficiently. On the other hand, since the second heat storage step is performed after the temperature Tm of the heat medium becomes sufficiently high, the stored water can be quickly heated by the heat medium, and the decrease in COP is suppressed by cooling the heat medium. it can.

また、本実施形態では、熱媒の温度Tmが60℃に達した時点で弁24を閉じているが、弁24を閉じる際の温度Tmは60℃に限定されず、例えば30℃以上65℃以下であってもよい。蓄熱材3の温度は、蓄熱材容器2における熱媒入口付近では高いが、熱媒出口付近では熱媒の温度Tmと略同じ程度になる。このため、温度Tmが30℃未満であれば、熱媒出口付近に位置する蓄熱材3の温度も30℃未満となり、脱水反応が十分に進まないおそれがある。また、凝縮器で凝縮された貯留水は9℃程度であるので、熱媒の温度Tmが30℃以上であれば、熱媒で貯留水を加熱できる。より好ましくは、温度Tmは40℃以上である。蓄熱材3の温度が40℃未満であれば、蓄熱材3を十分に濃縮できない可能性があるからである。図2から分かるように、例えば蓄熱材として塩化カルシウムの水和物を用いる場合、蓄熱財3の温度が40℃未満であれば、塩濃度が60%程度に達するまで蓄熱材3を濃縮することができない。一方、温度Tmが65℃以下であれば、ヒートポンプ回路10のCOPを確保できる。   In the present embodiment, the valve 24 is closed when the temperature Tm of the heat medium reaches 60 ° C., but the temperature Tm when the valve 24 is closed is not limited to 60 ° C., for example, 30 ° C. or more and 65 ° C. It may be the following. The temperature of the heat storage material 3 is high in the vicinity of the heat medium inlet in the heat storage material container 2, but is approximately the same as the temperature Tm of the heat medium in the vicinity of the heat medium outlet. For this reason, if temperature Tm is less than 30 degreeC, the temperature of the thermal storage material 3 located in the heat-medium exit vicinity will also be less than 30 degreeC, and there exists a possibility that a dehydration reaction may not fully advance. Moreover, since the stored water condensed by the condenser is about 9 ° C., the stored water can be heated by the heating medium if the temperature Tm of the heating medium is 30 ° C. or higher. More preferably, the temperature Tm is 40 ° C. or higher. This is because if the temperature of the heat storage material 3 is less than 40 ° C., the heat storage material 3 may not be sufficiently concentrated. As can be seen from FIG. 2, for example, when calcium chloride hydrate is used as the heat storage material, if the temperature of the heat storage material 3 is less than 40 ° C., the heat storage material 3 is concentrated until the salt concentration reaches about 60%. I can't. On the other hand, if the temperature Tm is 65 ° C. or less, the COP of the heat pump circuit 10 can be secured.

なお、熱媒の温度Tmが60℃よりも低いときに弁24を閉じると、蓄熱完了時の蓄熱材3の温度は、図4(c)に示す温度(80℃)よりも低くなり、蓄熱量の増加分は少なくなる。しかしながら、蓄熱運転時の熱媒の温度Tmをより低くできるので、COPをより高めることができる。   If the valve 24 is closed when the temperature Tm of the heat medium is lower than 60 ° C., the temperature of the heat storage material 3 when the heat storage is completed becomes lower than the temperature (80 ° C.) shown in FIG. The increase in quantity is reduced. However, since the temperature Tm of the heat medium during the heat storage operation can be further lowered, the COP can be further increased.

<放熱動作>
次に、本実施形態の蓄熱システムの放熱運転時の動作を説明する。
<Heat dissipation operation>
Next, the operation | movement at the time of the thermal radiation operation of the thermal storage system of this embodiment is demonstrated.

本実施形態では、上記蓄熱動作の後、水貯留器16内の水を蓄熱材容器2に供給し、蓄熱状態の蓄熱材3と反応させることによって放熱を行う。また、放熱時に蓄熱部1で放出された熱の回収を、第1熱交換器4において、給水口41より供給された市水と蓄熱材3とを熱交換させることにより行う。   In this embodiment, after the said heat storage operation | movement, the water in the water reservoir 16 is supplied to the heat storage material container 2, and it thermally radiates by making it react with the heat storage material 3 of a heat storage state. Moreover, the heat | fever discharge | released in the thermal storage part 1 at the time of heat radiation is performed by making the 1st heat exchanger 4 heat-exchange the city water supplied from the water supply port 41, and the thermal storage material 3. FIG.

まず、放熱動作の第1の運転パターンを説明する。ヒートポンプ回路10を用いて蓄熱を行う場合には、深夜電力を用いることが多い。深夜電力とは、深夜から朝にかけての電力消費が少ない時間帯のみに利用でき、契約により、通常の3分の1から4分の1の価格で使用できる電力をいう。   First, the first operation pattern of the heat dissipation operation will be described. When heat storage is performed using the heat pump circuit 10, midnight power is often used. Late-night power is power that can be used only during a time period when power consumption is low from midnight to morning, and can be used at a regular one-third to one-fourth price by contract.

第1の運転パターンでは、この深夜電力の時間帯が終了すると同時に蓄熱を終了し、水貯留器16から蓄熱部1に水を供給する。具体的には、深夜電力の時間帯が終了すると、弁26、32、33、34、35を開き、水貯留器16に貯留されていた水を、ポンプ20により、水供給経路45を介して散水部40に送る。散水部40から蓄熱材容器2に水が供給されると、蓄熱状態(水和数が減少した状態)の潜熱蓄熱材3と水とが反応する。この結果、蓄熱材3が放熱状態(蓄熱前の水和数)に戻るとともに、反応熱が発生する。したがって、潜熱蓄熱材3の温度がより高くなるので、より多くの熱量を取り出すことができる。   In the first operation pattern, the heat storage is finished at the same time as the time zone of this midnight power is finished, and water is supplied from the water reservoir 16 to the heat storage unit 1. Specifically, when the midnight power period ends, the valves 26, 32, 33, 34, and 35 are opened, and the water stored in the water reservoir 16 is passed through the water supply path 45 by the pump 20. Send to sprinkler 40. When water is supplied to the heat storage material container 2 from the water sprinkling unit 40, the latent heat storage material 3 in a heat storage state (a state in which the hydration number has decreased) and water react. As a result, the heat storage material 3 returns to the heat dissipation state (hydration number before heat storage), and reaction heat is generated. Therefore, since the temperature of the latent heat storage material 3 becomes higher, more heat can be taken out.

放熱時に蓄熱材3と反応させる水は、例えば第2熱交換部9で加熱されていることが好ましい。加熱を行っていない水や市水を供給しても放熱させることはできるが、その場合には、水の温度が低いために、蓄熱部1の温度を低下させてしまうので、たとえ蓄熱量が多くても、放熱時に回収できる熱量が減少するからである。   The water that reacts with the heat storage material 3 during heat dissipation is preferably heated by, for example, the second heat exchange unit 9. Although heat can be dissipated even if unheated water or city water is supplied, in that case, since the temperature of the water is low, the temperature of the heat storage unit 1 is lowered. This is because, at most, the amount of heat that can be recovered during heat dissipation is reduced.

次に、放熱時の第2の運転パターンを説明する。蓄熱終了後から給湯等の大きな負荷が発生するまでに長時間が経過してしまうと、蓄熱部1から外気への放熱損失が顕著となり湯切れ等の原因となる。したがって、第1の運転パターンのように蓄熱終了直後に蓄熱部1に水貯留器16内の全ての水を供給してしまうと、熱利用時までの放熱損失が大きくなり、効率のよい運転ができない場合がある。   Next, a second operation pattern during heat dissipation will be described. If a long time elapses after the end of heat storage until a large load such as hot water is generated, heat loss from the heat storage unit 1 to the outside air becomes remarkable, causing hot water to run out. Therefore, if all the water in the water reservoir 16 is supplied to the heat storage unit 1 immediately after the end of the heat storage as in the first operation pattern, the heat dissipation loss until the time of heat use increases, and an efficient operation is achieved. There are cases where it is not possible.

そこで、第2の運転パターンでは、給湯等の大きな負荷が発生する時間帯に多くの熱量が取り出せるように、蓄熱部1への水の供給量を調整する。例えば、まず、弁26、32、33、34、35を開き、水貯留器16に貯留された水の一部のみを蓄熱終了直後に蓄熱部1に供給する(第1の動作)。第1の動作が終われば、弁26、32、33、34、35を閉じる。この後、給湯等の大きな負荷が発生する時間帯に合わせて、弁26、32、33、34、35を再び開き、水貯留器16に残っている水を蓄熱部1に供給する。このように、水の供給を段階的に行えば、放熱損失を抑制した効率のよい運転を行うことができる。   Therefore, in the second operation pattern, the amount of water supplied to the heat storage unit 1 is adjusted so that a large amount of heat can be taken out during a time period when a large load such as hot water supply is generated. For example, first, the valves 26, 32, 33, 34, and 35 are opened, and only a part of the water stored in the water reservoir 16 is supplied to the heat storage unit 1 immediately after the end of heat storage (first operation). When the first operation is finished, the valves 26, 32, 33, 34, and 35 are closed. Thereafter, the valves 26, 32, 33, 34, and 35 are opened again in accordance with a time zone in which a large load such as hot water supply is generated, and the water remaining in the water reservoir 16 is supplied to the heat storage unit 1. Thus, if water is supplied stepwise, an efficient operation with reduced heat dissipation can be performed.

上述した第2の運転パターンでは、第1および第2の各動作時において、蓄熱部1に供給された水を、蓄熱部1の散水部40に均等に分配し、蓄熱材3と反応させている。しかしながら、潜熱蓄熱材3の物性によっては、反応させる水の量が少ないと、蓄熱材3と水とが均一に混ざりにくくなり、十分な水和反応を生じさせることができないおそれがある。   In the second operation pattern described above, in each of the first and second operations, the water supplied to the heat storage unit 1 is evenly distributed to the water spray unit 40 of the heat storage unit 1 and reacted with the heat storage material 3. Yes. However, depending on the physical properties of the latent heat storage material 3, if the amount of water to be reacted is small, the heat storage material 3 and water are difficult to mix uniformly, and there is a possibility that sufficient hydration reaction cannot be caused.

そこで、第3の運転パターンとして、水貯留器16から段階的に供給される水を、各段階ごとに予め定められた一部の散水部40に送ることもできる。例えば第1の動作では、弁26、32、33を開き、弁32、33に連結されている散水部40から蓄熱材3に水を供給する。第1の動作が終了すれば、弁26、32、33を閉じる。この後、第2の動作として、給湯等の大きな負荷が発生する時間帯に合わせて、弁26、34、35を開き、弁34、35に連結されている散水部40から水を供給する。このような構成にすれば、蓄熱材3と反応させる水の量が少ないことによって、蓄熱材3と水とが混ざりにくくなる現象を回避することができる。   Therefore, as a third operation pattern, the water supplied in stages from the water reservoir 16 can be sent to a part of the water sprinkling unit 40 that is predetermined for each stage. For example, in the first operation, the valves 26, 32 and 33 are opened, and water is supplied to the heat storage material 3 from the water sprinkling unit 40 connected to the valves 32 and 33. When the first operation is finished, the valves 26, 32 and 33 are closed. Thereafter, as a second operation, the valves 26, 34, 35 are opened and water is supplied from the sprinkler 40 connected to the valves 34, 35 in accordance with a time zone in which a large load such as hot water supply is generated. With such a configuration, it is possible to avoid a phenomenon in which the heat storage material 3 and the water are less likely to be mixed by reducing the amount of water to be reacted with the heat storage material 3.

図5は、本実施形態における放熱時の取出し熱量と、特許文献3および4に開示されたそれぞれの蓄熱方法における取出し熱量とを比較するためのグラフである。図5に示すように、本実施形態では、放熱時に蓄熱材と反応させる水(貯留水)を加熱しておくことによって、取り出し熱量を増やすことができる。さらに、上述したように、蓄熱材3を例えば80℃まで昇温できるので、蓄熱状態の蓄熱材3に蓄えられ得る熱量(蓄熱量)が増加し、これに伴って取出し熱量も増える。この結果、放熱によって取り出され、利用可能な熱量を従来よりも大幅に増加させることができる。   FIG. 5 is a graph for comparing the amount of heat extracted during heat dissipation in this embodiment with the amount of heat extracted in each of the heat storage methods disclosed in Patent Documents 3 and 4. As shown in FIG. 5, in the present embodiment, the amount of heat taken out can be increased by heating water (reserved water) that reacts with the heat storage material during heat dissipation. Further, as described above, since the heat storage material 3 can be heated to, for example, 80 ° C., the amount of heat (heat storage amount) that can be stored in the heat storage material 3 in the heat storage state increases, and the amount of heat extracted increases accordingly. As a result, the amount of heat that can be extracted and used by heat dissipation can be significantly increased as compared with the conventional case.

なお、前述したように、特許文献4では、熱取り出し量の低下を抑制する目的で、蓄熱材容器から回収した水を放熱時に加熱することが提案されている。これに対し、本実施形態では、貯留水の加熱を蓄熱時に行う。これにより、熱媒と貯留水との熱交換によって貯留水を加熱することが可能になるので、放熱時の熱取出し量を増加できるだけでなく、熱媒の温度Tmを低く抑えることができる。従って、熱媒の温度Tmが上昇することによるヒートポンプ回路10のCOPの低下を抑制できる。このように、熱の取り出しを効率よく行うだけでなく、COPの低下も抑えることができるので、蓄熱システムの効率を大幅に改善できる。   Note that, as described above, Patent Document 4 proposes heating water collected from the heat storage material container during heat dissipation for the purpose of suppressing a decrease in the amount of heat extracted. On the other hand, in this embodiment, heating of stored water is performed at the time of heat storage. Accordingly, the stored water can be heated by heat exchange between the heat medium and the stored water, so that not only the amount of heat extracted during heat radiation can be increased, but also the temperature Tm of the heat medium can be kept low. Therefore, it is possible to suppress a decrease in COP of the heat pump circuit 10 due to an increase in the temperature Tm of the heat medium. In this way, not only can heat be efficiently extracted, but also the decrease in COP can be suppressed, so that the efficiency of the heat storage system can be greatly improved.

本実施形態の蓄熱システムの構成は、図1に示す構成に限定されない。本実施形態では、蓄熱材加熱部としてヒートポンプ回路10を利用しているが、他の熱源を用いてもよい。他の熱源としては、動作温度が固定されている熱源を用いることが好ましく、例えば燃料電池の廃熱を利用してもよい。また、貯留水加熱部44において、貯留水と熱媒とを熱交換させることによって貯留水の加熱を行っているが、他の熱源を用いて貯留水を加熱してもよい。例えば、ヒートポンプ回路10の冷媒と熱交換させることによって貯留水を加熱してもよいし、他のシステムの廃熱を利用してもよい。   The configuration of the heat storage system of the present embodiment is not limited to the configuration shown in FIG. In the present embodiment, the heat pump circuit 10 is used as the heat storage material heating unit, but other heat sources may be used. As another heat source, it is preferable to use a heat source whose operating temperature is fixed, and for example, waste heat of a fuel cell may be used. In the stored water heating unit 44, the stored water is heated by exchanging heat between the stored water and the heat medium. However, the stored water may be heated using another heat source. For example, the stored water may be heated by exchanging heat with the refrigerant of the heat pump circuit 10, or waste heat from other systems may be used.

さらに、蓄熱材容器3の構成も積層構造に限定されない。また、放熱時に回収された熱の利用手段も給湯に限定されず、例えば暖房機器などに利用してもよい。   Furthermore, the configuration of the heat storage material container 3 is not limited to the laminated structure. Moreover, the utilization means of the heat | fever collect | recovered at the time of heat radiation is not limited to hot water supply, For example, you may utilize for a heating apparatus etc.

(実施形態2)
以下、図面を参照しながら、本発明による蓄熱システムの第2の実施形態を説明する。本実施形態では、水回収部11が複数の水貯留器を有し、蓄熱材3から脱離した水を複数の水貯留器に順に回収する点で、図1に示す実施形態1の蓄熱システムと異なっている。
(Embodiment 2)
Hereinafter, a second embodiment of the heat storage system according to the present invention will be described with reference to the drawings. In this embodiment, the water collection | recovery part 11 has a some water reservoir, and the heat storage system of Embodiment 1 shown in FIG. 1 at the point which collect | recovers the water isolate | separated from the heat storage material 3 in order to a some water reservoir. Is different.

図6は、本実施形態の蓄熱システムの構成図である。簡単のため、図1に示す蓄熱システムと同様の構成要素には同じ参照符号を付し説明を省略する。   FIG. 6 is a configuration diagram of the heat storage system of the present embodiment. For simplicity, the same components as those in the heat storage system shown in FIG.

<蓄熱システムの構成>
本実施形態の蓄熱システムでは、水回収部11は、蓄熱材容器2から排出された水を回収するための第1水貯留器16と第2水貯留器17とを有している。また、ヒートポンプ回路10における第2蒸発器(水凝縮部)46は、蓄熱材容器2から第1水貯留器16に輸送される水を凝縮するための第1凝縮器14と、第2水貯留器16に輸送される水を凝縮するための第2凝縮器15とを有している。蓄熱材容器2と第1水貯留器16との間には弁24が設けられ、蓄熱材容器2と第2水貯留器17との間には弁25が設けられており、これにより、蓄熱材容器2と各水貯留器との間の水の移動を制御することができる。
<Configuration of heat storage system>
In the heat storage system of the present embodiment, the water recovery unit 11 includes a first water reservoir 16 and a second water reservoir 17 for recovering water discharged from the heat storage material container 2. The second evaporator (water condensing unit) 46 in the heat pump circuit 10 includes a first condenser 14 for condensing water transported from the heat storage material container 2 to the first water reservoir 16, and a second water reservoir. And a second condenser 15 for condensing the water transported to the vessel 16. A valve 24 is provided between the heat storage material container 2 and the first water reservoir 16, and a valve 25 is provided between the heat storage material container 2 and the second water reservoir 17. The movement of water between the material container 2 and each water reservoir can be controlled.

貯留水加熱部44の第2熱交換部9は、第1または第2水貯留器16、17に貯留された水と熱媒経路42の熱媒と熱交換するように構成されている。水供給経路45は、放熱時に、第1または第2水貯留器16、17内の水を蓄熱部1に供給するように構成されている。   The second heat exchanging unit 9 of the stored water heating unit 44 is configured to exchange heat between the water stored in the first or second water reservoirs 16 and 17 and the heat medium in the heat medium path 42. The water supply path 45 is configured to supply water in the first or second water reservoir 16, 17 to the heat storage unit 1 during heat radiation.

その他の構成は、図1に示す蓄熱システムと同様である。   Other configurations are the same as those of the heat storage system shown in FIG.

<蓄熱動作>
次に、図面を参照しながら、本実施形態の蓄熱システムの蓄熱運転時の動作を説明する。図7は蓄熱運転時における蓄熱材の温度と塩濃度との関係を例示するグラフである。
<Heat storage operation>
Next, the operation | movement at the time of the thermal storage driving | operation of the thermal storage system of this embodiment is demonstrated, referring drawings. FIG. 7 is a graph illustrating the relationship between the temperature of the heat storage material and the salt concentration during the heat storage operation.

本実施形態では、弁22〜35を全て閉じた状態から、第1の運転動作→第2の運転動作→第3の運転動作→第4の運転動作と推移し、蓄熱材3に蓄熱を行なう。各運転動作における弁の開閉状態を表1に示す。また、各運転動作の概要を表2に示す。   In this embodiment, from the state where all the valves 22 to 35 are closed, the first operation operation → the second operation operation → the third operation operation → the fourth operation operation is performed to store heat in the heat storage material 3. . Table 1 shows the open / close state of the valve in each operation. Table 2 shows an outline of each operation.

Figure 0004388596
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第1の運転動作では、弁23、弁24、弁25を最初に開放し、真空ポンプ21により蓄熱部1および第1凝縮器14、第2凝縮器15の圧力を下げる。   In the first operation, the valve 23, the valve 24, and the valve 25 are first opened, and the pressure of the heat storage unit 1, the first condenser 14, and the second condenser 15 is lowered by the vacuum pump 21.

蓄熱部1および第1凝縮器14、第2凝縮器15の圧力が所定の値まで下がれば、第2の運転動作を行う。第2の運転動作では、弁24を開いた状態で、弁23および弁25を閉じる。次いで、ヒートポンプ回路10により蓄熱部1で加熱する。このとき、水和物である潜熱蓄熱材3は固体から液体に相変化し、続いて濃縮により水和数が減少しはじめる。潜熱蓄熱材3から脱水した水分は水蒸気となり、水蒸気管13を通じて第1凝縮器14で冷却される。なお、実施形態1に示すように圧縮機6の吸入側と第1蒸発器7の間に水排出経路43の水蒸気を凝縮させる第1凝縮器14を設ければ、ヒートポンプサイクルのCOPを向上させることができる。そして、第1凝縮器14で生成された凝縮水は、弁24を介して第1水貯留器16に送られ、そこで貯留される。   When the pressures in the heat storage unit 1, the first condenser 14, and the second condenser 15 are reduced to predetermined values, the second operation is performed. In the second operation, the valve 23 and the valve 25 are closed while the valve 24 is open. Next, the heat storage unit 1 is heated by the heat pump circuit 10. At this time, the latent heat storage material 3, which is a hydrate, undergoes a phase change from a solid to a liquid, and subsequently the hydration number begins to decrease due to concentration. The water dehydrated from the latent heat storage material 3 becomes water vapor and is cooled by the first condenser 14 through the water vapor pipe 13. In addition, if the 1st condenser 14 which condenses the water vapor | steam of the water discharge path 43 is provided between the suction side of the compressor 6 and the 1st evaporator 7 as shown in Embodiment 1, COP of a heat pump cycle will be improved. be able to. And the condensed water produced | generated by the 1st condenser 14 is sent to the 1st water reservoir 16 via the valve 24, and is stored there.

第2の運転動作を所定時間行った後、弁24を閉じて弁25を開く。この状態で、第3の運転動作を行う。弁24、25を切り換えるタイミングは、第1回収部16に貯留された水の水位、または、蓄熱材容器2内の圧力および温度をセンサー等で検知することにより決定され得る。   After the second operation is performed for a predetermined time, the valve 24 is closed and the valve 25 is opened. In this state, a third driving operation is performed. The timing for switching the valves 24 and 25 can be determined by detecting the water level of the water stored in the first recovery unit 16 or the pressure and temperature in the heat storage material container 2 with a sensor or the like.

具体的には、第1回収部16に貯留された水の水位、または、蓄熱材容器2内の圧力センサーと温度センサーの検出値を用いて、蓄熱材3の塩濃度を算出する。算出した塩濃度が所定の値に達すると、弁24、25を切り換えてもよい。蓄熱材容器2内の圧力センサーと温度センサーの検出値を用いる場合、図8に例示するように、蓄熱材容器2内の圧力−温度と蓄熱材の塩濃度の関係を予め求めておき、この関係に基づいて、検出値から塩濃度を算出することができる。本実施形態では、算出された塩濃度が例えば55%(蓄熱開始時の塩濃度と蓄熱終了時の塩濃度との中間点)に達した時に弁24、25の切り換えを行う。   Specifically, the salt concentration of the heat storage material 3 is calculated using the water level stored in the first recovery unit 16 or the detection values of the pressure sensor and the temperature sensor in the heat storage material container 2. When the calculated salt concentration reaches a predetermined value, the valves 24 and 25 may be switched. When using the detected values of the pressure sensor and the temperature sensor in the heat storage material container 2, as illustrated in FIG. 8, the relationship between the pressure-temperature in the heat storage material container 2 and the salt concentration of the heat storage material is obtained in advance. Based on the relationship, the salt concentration can be calculated from the detected value. In the present embodiment, the valves 24 and 25 are switched when the calculated salt concentration reaches, for example, 55% (an intermediate point between the salt concentration at the start of heat storage and the salt concentration at the end of heat storage).

第3の運転動作では、蓄熱材3を加熱するとともに、蓄熱材3から脱離した水を蓄熱材容器2から取り出し、第2凝縮器15で凝縮した後、第2水貯留器17に貯留させる。同時に、第2熱交換部9において、熱媒と第1水貯留器16に貯留された水との熱交換を行う。具体的には、第1水貯留器16に取り付けた弁30を開き、第1水貯留器16の圧力を大気圧まで上昇させる。続いて、弁26、弁28を開き、ポンプ19により第1水貯留器16で貯留されていた水を第2熱交換部9に送る。この動作により、蓄熱部1を流通させた後の熱媒と第1水貯留器16内の水が熱交換される。これにより、熱媒の温度Tmを下げることができるので、ヒートポンプサイクルのCOPの低下を抑制することができる。また、第1水貯留器16に貯留されていた水を加熱することができるので、放熱時により高温の水と蓄熱材3とを反応させることが可能になる。さらに、この運転動作は、弁24を閉じた状態で行われるため、水貯留器16から蓄熱材容器2に水が逆流することを防止できる。   In the third operation operation, the heat storage material 3 is heated, and water desorbed from the heat storage material 3 is taken out from the heat storage material container 2, condensed in the second condenser 15, and then stored in the second water reservoir 17. . At the same time, in the second heat exchange unit 9, heat exchange between the heat medium and the water stored in the first water reservoir 16 is performed. Specifically, the valve 30 attached to the first water reservoir 16 is opened, and the pressure of the first water reservoir 16 is increased to atmospheric pressure. Subsequently, the valve 26 and the valve 28 are opened, and the water stored in the first water reservoir 16 by the pump 19 is sent to the second heat exchange unit 9. By this operation, heat exchange between the heat medium after circulating the heat storage unit 1 and the water in the first water reservoir 16 is performed. Thereby, since temperature Tm of a heat carrier can be lowered | hung, the fall of COP of a heat pump cycle can be suppressed. Moreover, since the water stored in the 1st water reservoir 16 can be heated, it becomes possible to make hot water and the thermal storage material 3 react by the time of heat dissipation. Furthermore, since this operation is performed with the valve 24 closed, it is possible to prevent water from flowing backward from the water reservoir 16 to the heat storage material container 2.

第3の運転動作において、第2水貯留器17の水位、蓄熱部1を流通した後の熱媒の温度Tmまたは第1水貯留器16の凝縮水の温度をセンサー等で検知し、所定の値に達すれば、第4の運転動作を行う。   In the third operation, the water level of the second water reservoir 17, the temperature Tm of the heat medium after flowing through the heat storage unit 1 or the temperature of the condensed water in the first water reservoir 16 is detected by a sensor or the like. If the value is reached, the fourth driving operation is performed.

第4の運転動作では、弁25、26、28、30を閉じるとともに、第2水貯留器17に取り付けた弁31を開き、第2水貯留器17の圧力を大気圧まで上昇させる。この後、弁27、29を開き、ポンプ19により第2水貯留器17に貯留されていた水を第2熱交換器9に送る。この動作により、蓄熱部1を流通した後の熱媒と第2水貯留器17に貯留されていた水との熱交換を行う。従って、熱媒の温度を下げることができるので、COP低下を抑制することができる。また、第2水貯留器17に貯留されている水を加熱できる。この動作と同時に、ヒートポンプ回路10によって蓄熱材3をさらに加熱する。ただし、第4の運転動作では、弁24、25が何れも閉じられているので、蓄熱材容器2から水は取り出されない。   In the fourth operation, the valves 25, 26, 28, and 30 are closed, and the valve 31 attached to the second water reservoir 17 is opened to raise the pressure of the second water reservoir 17 to atmospheric pressure. Thereafter, the valves 27 and 29 are opened, and the water stored in the second water reservoir 17 by the pump 19 is sent to the second heat exchanger 9. With this operation, heat exchange between the heat medium after flowing through the heat storage unit 1 and the water stored in the second water reservoir 17 is performed. Therefore, since the temperature of the heat medium can be lowered, the COP reduction can be suppressed. Moreover, the water stored in the second water reservoir 17 can be heated. Simultaneously with this operation, the heat storage material 3 is further heated by the heat pump circuit 10. However, in the fourth operation operation, since the valves 24 and 25 are both closed, water is not taken out from the heat storage material container 2.

第4の運転動作においても、蓄熱部1を流通した後の熱媒の温度Tmまたは第2水貯留器17の水の温度をセンサー等で検知し、所定の値に達した時点で蓄熱を終了する。蓄熱が終了すると、全ての弁を閉じた状態にする。   Also in the fourth operation, the temperature Tm of the heat medium after flowing through the heat storage unit 1 or the temperature of the water in the second water reservoir 17 is detected by a sensor or the like, and the heat storage is terminated when a predetermined value is reached. To do. When heat storage is complete, all valves are closed.

本実施形態では、第2および第3の運転動作により、図7の曲線(A)に示すように、蓄熱材3は例えば60℃まで加熱されるとともに、塩濃度が例えば60%まで濃縮される。実施形態1と同様に、蓄熱材3には、顕熱、潜熱および反応熱が蓄えられる。続いて、第4の運転動作により、図7の直線(B)に示すように、蓄熱材3の塩濃度は維持したまま、蓄熱材3の温度が例えば70℃まで上昇する。従って、実施形態1と同様に、従来よりも、蓄熱量を増加させることができる。   In the present embodiment, as shown in the curve (A) in FIG. 7, the heat storage material 3 is heated to, for example, 60 ° C. and the salt concentration is concentrated to, for example, 60% by the second and third driving operations. . Similar to the first embodiment, the heat storage material 3 stores sensible heat, latent heat, and reaction heat. Subsequently, as shown in a straight line (B) in FIG. 7, the temperature of the heat storage material 3 rises to, for example, 70 ° C. by the fourth operation operation while maintaining the salt concentration of the heat storage material 3. Therefore, as in the first embodiment, the amount of heat storage can be increased as compared with the conventional case.

ここで、図面を参照しながら、各蓄熱工程における蓄熱材3の塩濃度、蓄熱材3の温度、熱媒の温度Tmの変化をより詳しく説明する。   Here, changes in the salt concentration of the heat storage material 3, the temperature of the heat storage material 3, and the temperature Tm of the heat medium in each heat storage process will be described in more detail with reference to the drawings.

図9(a)〜(c)は、それぞれ、蓄熱運転開始からの経過時間と、蓄熱材3の塩濃度、熱媒の温度Tmおよび蓄熱材3の温度との関係を例示するグラフである。図9(a)〜(c)では、蓄熱開始から時間t’までが第2の運転動作、時間t’から蓄熱材の濃縮が完了する時間(濃縮完了時間)tまでが第3の運転動作、濃縮完了時間tから蓄熱材の加熱を終了する時間(蓄熱完了時間)t2までが第4の運転動作による蓄熱工程に相当する。   FIGS. 9A to 9C are graphs illustrating the relationship between the elapsed time from the start of the heat storage operation, the salt concentration of the heat storage material 3, the temperature Tm of the heat medium, and the temperature of the heat storage material 3, respectively. 9A to 9C, the second operation operation is from the start of heat storage to the time t ′, and the third operation operation is from the time t ′ to the time when the concentration of the heat storage material is completed (concentration completion time) t. From the concentration completion time t to the time (heat storage completion time) t2 at which the heating of the heat storage material is completed corresponds to the heat storage process by the fourth operation operation.

図9(b)からわかるように、第2の運転動作時には、蓄熱材3の温度上昇に伴って、蓄熱材3と熱交換した後の熱媒の温度Tmも上昇する。第3の運転動作時では、運転動作の初期には、蓄熱材3を流通した後の熱媒の温度Tmは、水回収部11の水によって冷却されて急激に下がるが、その後、蓄熱材3の温度上昇につれて、熱媒の温度はまた上がってくる。同様に、第4の運転動作時でも、運転動作開始時には熱媒の温度Tmは低くなっているが、その後再び上昇する。この例では、熱媒の温度Tmが60℃に達した時点で、蓄熱を完了する。   As can be seen from FIG. 9B, during the second operation, the temperature Tm of the heat medium after heat exchange with the heat storage material 3 also increases as the temperature of the heat storage material 3 increases. At the time of the third driving operation, at the initial stage of the driving operation, the temperature Tm of the heat medium after flowing through the heat storage material 3 is cooled by the water in the water recovery unit 11 and rapidly decreases. As the temperature rises, the temperature of the heating medium also rises. Similarly, even during the fourth driving operation, the temperature Tm of the heat medium is low at the start of the driving operation, but then rises again. In this example, the heat storage is completed when the temperature Tm of the heat medium reaches 60 ° C.

このように、本実施形態では、熱媒の温度Tmを、従来の蓄熱方法(図4(b))と比べて低く抑えることができるので、熱媒の温度Tmの上昇に起因するCOPの低下を大幅に抑制できる。また、蓄熱材3の温度を60℃よりも高めることができるので、従来の蓄熱方法(図4(c))よりも蓄熱量を増加させることができる。   Thus, in this embodiment, since the temperature Tm of the heat medium can be suppressed to be lower than that of the conventional heat storage method (FIG. 4B), the COP is reduced due to the increase of the temperature Tm of the heat medium. Can be greatly suppressed. Moreover, since the temperature of the heat storage material 3 can be raised from 60 degreeC, heat storage amount can be made to increase rather than the conventional heat storage method (FIG.4 (c)).

なお、実施形態1の蓄熱方法(図3(b)、(c))と比べると、本実施形態では、実施形態1よりも熱媒の温度Tmを低く抑えることができるので、ヒートポンプ回路10のCOPを向上できる。一方、第4の運転動作において、熱媒と熱交換を行う貯留水の量が実施形態1よりも少ないので(約1/2)、第4の運転動作中に熱媒の温度Tmがより短時間で60℃まで上昇してしまう。このため、蓄熱完了時における蓄熱材3の温度が実施形態1の蓄熱材3の温度よりも低くなり、蓄熱量が小さくなる。   In addition, compared with the heat storage method (FIGS. 3B and 3C) of the first embodiment, in this embodiment, the temperature Tm of the heat medium can be suppressed lower than that of the first embodiment. COP can be improved. On the other hand, in the fourth operation, the amount of stored water that exchanges heat with the heat medium is smaller than that in the first embodiment (about 1/2), so the temperature Tm of the heat medium is shorter during the fourth operation. It will rise to 60 ° C over time. For this reason, the temperature of the heat storage material 3 at the time of heat storage completion becomes lower than the temperature of the heat storage material 3 of Embodiment 1, and the amount of heat storage becomes small.

従って、実施形態1および2の何れの蓄熱システムがより好ましいかは、蓄熱システムの用途などによって異なる。蓄熱量をより増加させたい場合には、図1に示す実施形態1の蓄熱システムを用い、COPをより向上させたい場合には、図6に示す本実施形態の蓄熱システムを用いると有利である。なお、図6に示す蓄熱システムを用い、弁の開閉により、必要に応じて、水貯留器を1つのみ使用して実施形態1の蓄熱動作を行う場合と、水貯留器を2つとも使用して本実施形態の蓄熱動作を行う場合とを使い分けることも可能である。   Therefore, which heat storage system of Embodiments 1 and 2 is more preferable depends on the application of the heat storage system. When it is desired to further increase the amount of heat storage, it is advantageous to use the heat storage system according to the first embodiment shown in FIG. 1, and to further improve the COP, it is advantageous to use the heat storage system according to the present embodiment shown in FIG. . In addition, the heat storage system shown in FIG. 6 is used, and when the valve is opened and closed, if necessary, the heat storage operation of the first embodiment is performed using only one water reservoir, and both water reservoirs are used. Thus, it is possible to selectively use the heat storage operation of the present embodiment.

なお、本実施形態のように、水凝縮部(第2蒸発器)46および水回収部11が、それぞれ、複数の凝縮器および水貯留器を備えていると、蓄熱運転時に、1つの凝縮器(24、25)および水貯留器(16、17)で水蒸気の冷却を行いながら、他の水貯留器(17、16)の水と貯留水加熱部44とを用いて、蓄熱部加熱後の熱媒の温度Tmを下げることができる。従って、COPを低下させることができるので、熱効率に優れた蓄熱システムを実現できる。また、他の水貯留器と蓄熱部1との間に設けられた弁を閉じた状態で行うため、水貯留器内の水が蓄熱部1に逆流することを防止できる。さらに、第4の運転動作により、蓄熱材3の温度を従来よりも高くできるので、蓄熱量を増加させることができる。   Note that, as in the present embodiment, when the water condensing unit (second evaporator) 46 and the water recovery unit 11 are each provided with a plurality of condensers and water reservoirs, one condenser is used during the heat storage operation. (24, 25) and the water reservoir (16, 17) while cooling the water vapor, using the water of the other water reservoir (17, 16) and the stored water heating unit 44, after heating the heat storage unit The temperature Tm of the heat medium can be lowered. Therefore, since COP can be reduced, a heat storage system excellent in thermal efficiency can be realized. Moreover, since it performs in the state which closed the valve provided between the other water storage device and the heat storage part 1, it can prevent that the water in a water storage device flows back into the heat storage part 1. FIG. Furthermore, since the temperature of the heat storage material 3 can be made higher than before by the fourth driving operation, the amount of heat storage can be increased.

なお、蓄熱工程として、第1〜第3の運転動作のみを行い、第4の運転動作を行わなくてもよい。この場合でも、第2および第3の運転動作時に、水の逆流を防止でき、かつ、熱媒の温度上昇を抑制できる効果を得ることができる。   In addition, as a heat storage process, only the 1st-3rd driving | running operation is performed and it is not necessary to perform a 4th driving | running operation. Even in this case, the backflow of water can be prevented and the temperature increase of the heat medium can be suppressed during the second and third driving operations.

<放熱動作>
次に、本実施形態の蓄熱システムの放熱運転時の動作を説明する。本実施形態でも、実施形態1で説明したような3種類の運転パターンを行うことができる。また、放熱時に蓄熱材から放出された熱は、第1熱交換器4において、給水口41より供給された市水と蓄熱材3とを熱交換させることによって回収することができる。
<Heat dissipation operation>
Next, the operation | movement at the time of the thermal radiation operation of the thermal storage system of this embodiment is demonstrated. Also in this embodiment, three types of operation patterns as described in the first embodiment can be performed. Further, the heat released from the heat storage material during heat radiation can be recovered by exchanging heat between the city water supplied from the water supply port 41 and the heat storage material 3 in the first heat exchanger 4.

まず、各運転パターンにおける弁の開閉状態を表3に示す。   First, the open / close state of the valve in each operation pattern is shown in Table 3.

Figure 0004388596
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はじめに、第1の運転パターンについて説明する。実施形態1と同様に、第1の運転パターンでは、深夜電力の時間帯が終了と同時に蓄熱を終了し、蓄熱部1に水回収部11で貯留していた水を供給する。具体的には、弁26、27、32、33、34、35を開き、第1水貯留器16及び第2水貯留器17に貯留されていた水をポンプ20により散水部40に送る。散水部40から水が蓄熱材容器2に供給されると、水和数が減少した蓄熱状態の蓄熱材3と水とが反応し、蓄熱材3の水和数が大きくなるとともに水和反応により熱が発生する。したがって、潜熱蓄熱材3がより高い温度になるため、より多くの熱量を取り出すことができる。   First, the first operation pattern will be described. As in the first embodiment, in the first operation pattern, the heat storage is finished simultaneously with the end of the midnight power period, and the water stored in the water recovery unit 11 is supplied to the heat storage unit 1. Specifically, the valves 26, 27, 32, 33, 34, and 35 are opened, and the water stored in the first water reservoir 16 and the second water reservoir 17 is sent to the sprinkler 40 by the pump 20. When water is supplied from the water sprinkling unit 40 to the heat storage material container 2, the heat storage material 3 in a heat storage state with a reduced hydration number reacts with water, and the hydration number of the heat storage material 3 increases and hydration reaction occurs. Heat is generated. Therefore, since the latent heat storage material 3 has a higher temperature, a larger amount of heat can be extracted.

次に、第2の運転パターンについて説明する。実施形態1と同様に、給湯等の大きな負荷が発生する時間帯に多くの熱量が取り出せるように、蓄熱材3と反応させる水の供給量を調整する。例えば蓄熱終了直後に、弁26、32、33、34、35を開き第1水貯留器16に貯留された水のみを蓄熱部1に供給する(第1の動作)。第1の動作が終われば、弁26、32、33、34、35を閉じる。次いで、給湯等の大きな負荷が発生する時間帯に合わせて、弁27、32、33、34、35を開き、第2水貯留器17に貯留された水を蓄熱部1に供給する(第2の動作)。このように、複数の水貯留器を有していることを利用して、水の供給を段階的に行うことにより、放熱損失を抑制し、効率よく蓄熱システムを運転できる。   Next, the second operation pattern will be described. Similarly to the first embodiment, the supply amount of water to be reacted with the heat storage material 3 is adjusted so that a large amount of heat can be taken out in a time zone in which a large load such as hot water supply is generated. For example, immediately after the end of heat storage, the valves 26, 32, 33, 34, and 35 are opened, and only the water stored in the first water reservoir 16 is supplied to the heat storage unit 1 (first operation). When the first operation is finished, the valves 26, 32, 33, 34, and 35 are closed. Next, the valves 27, 32, 33, 34, and 35 are opened in accordance with a time zone in which a large load such as hot water supply is generated, and the water stored in the second water reservoir 17 is supplied to the heat storage unit 1 (second Behavior). In this way, by utilizing the fact that a plurality of water reservoirs are provided, water is supplied stepwise, so that heat dissipation loss can be suppressed and the heat storage system can be operated efficiently.

次に第3の運転パターンについて説明する。第3の運転パターンでは、水貯留器ごとに、水を供給する散水部40を予め定めておく。具体的には、第1の動作では、弁26、32、33を開き、弁32、33に連結されている散水部40から蓄熱材容器2に第1水貯留器16の水を供給する。第1水貯留器16の水の供給が終了すれば、弁26、32、33を閉じる。続いて、第2の動作として、給湯等の大きな負荷が発生する時間帯に合わせて、弁27、34、35を開き、弁34、35に連結されている散水部40から蓄熱材容器2に第2水貯留器17の水を供給する。これにより、実施形態1と同様に、反応させる水の量が少ないことによって、蓄熱材3と水とが混ざりにくくなる現象を回避することができる。   Next, the third operation pattern will be described. In a 3rd driving | running pattern, the watering part 40 which supplies water is predetermined for every water reservoir. Specifically, in the first operation, the valves 26, 32, and 33 are opened, and the water in the first water reservoir 16 is supplied to the heat storage material container 2 from the water sprinkling unit 40 connected to the valves 32 and 33. When the supply of water from the first water reservoir 16 is completed, the valves 26, 32, and 33 are closed. Subsequently, as a second operation, the valves 27, 34, and 35 are opened in accordance with a time zone in which a large load such as hot water supply is generated, and the sprinkler 40 connected to the valves 34 and 35 is transferred to the heat storage material container 2. The water of the second water reservoir 17 is supplied. Thereby, the phenomenon which becomes difficult to mix the thermal storage material 3 and water by the amount of the water made to react can be avoided similarly to Embodiment 1. FIG.

(実施形態3)
以下、図面を参照しながら、本発明の蓄熱システムの第3の実施形態を説明する。本実施形態では、水回収部11に貯留されている水を加熱するために、ヒートポンプ回路10の冷媒と水(貯留水)とを熱交換させる点で、図6に示す実施形態2の蓄熱システムと異なっている。
(Embodiment 3)
Hereinafter, the third embodiment of the heat storage system of the present invention will be described with reference to the drawings. In the present embodiment, in order to heat the water stored in the water recovery unit 11, the heat storage system of the second embodiment shown in FIG. Is different.

図10は、本実施形態の蓄熱システムの構成図である。簡単のため、図6に示す蓄熱システムと同様の構成要素には同じ参照符号を付し説明を省略する。   FIG. 10 is a configuration diagram of the heat storage system of the present embodiment. For simplicity, the same components as those in the heat storage system shown in FIG.

本実施形態の蓄熱システムでは、ヒートポンプ回路10の膨張弁8と第3熱交換器(熱媒加熱部)39との間に、貯留水を加熱するための第4熱交換器48が設けられている。また、貯留水加熱部47は、第4熱交換器48と水貯留器16、17との間で貯留水を循環させる経路を有している。このように、第2熱交換部9(図6)および貯留水加熱部44(図6)に代わって、第4熱交換部48および貯留水加熱部47を備えている点以外は、図6に示す蓄熱システムと同様の構成を有し、同様の動作で蓄熱および放熱を行うことができる。   In the heat storage system of the present embodiment, a fourth heat exchanger 48 for heating the stored water is provided between the expansion valve 8 of the heat pump circuit 10 and the third heat exchanger (heat medium heating unit) 39. Yes. In addition, the stored water heating unit 47 has a path for circulating the stored water between the fourth heat exchanger 48 and the water reservoirs 16 and 17. Thus, it replaces with the 2nd heat exchange part 9 (FIG. 6) and the stored water heating part 44 (FIG. 6), and is the point except having the 4th heat exchange part 48 and the stored water heating part 47 in FIG. It can have the same configuration as the heat storage system shown in FIG.

本実施形態では、第4熱交換部48において、第3熱交換部39を通過した冷媒と水回収部11で貯留されている水との熱交換を行う。これにより、膨張弁8に流入する前の冷媒の温度を下げることができるので、ヒートポンプ回路10のCOP低下を抑制することができる。また、冷媒との熱交換により、水回収部11で貯留されていた水を加熱することができるので、放熱時により高温の水と蓄熱材3とを反応させることができ、効率よく蓄えられた熱を回収できる。従って、前述の実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに、この構成によると、蓄熱運転終了後に水回収部11の水を加熱する場合でも、ヒートポンプ回路10で直接加熱できる。   In the present embodiment, the fourth heat exchanging unit 48 performs heat exchange between the refrigerant that has passed through the third heat exchanging unit 39 and the water stored in the water recovery unit 11. Thereby, since the temperature of the refrigerant before flowing into the expansion valve 8 can be lowered, the COP reduction of the heat pump circuit 10 can be suppressed. In addition, since the water stored in the water recovery unit 11 can be heated by heat exchange with the refrigerant, the hot water and the heat storage material 3 can be reacted with each other at the time of heat radiation, and the water is efficiently stored. Heat can be recovered. Therefore, the same effect as that of the above-described embodiment can be obtained. Furthermore, according to this structure, even when heating the water of the water collection | recovery part 11 after completion | finish of a heat storage driving | operation, it can heat directly with the heat pump circuit 10. FIG.

本発明に係る蓄熱システムは、給湯器、空調設備、工業廃熱の貯蔵等に利用することができ、特に、給湯器に好適に用いることができる。   The heat storage system according to the present invention can be used for hot water heaters, air conditioning equipment, industrial waste heat storage, and the like, and can be particularly suitably used for water heaters.

1 蓄熱部
2 蓄熱材容器
3 潜熱蓄熱材
4 第1熱交換部
5 フィン
6 圧縮機
7 第1蒸発器
8 膨張弁
9 第2熱交換部(貯留水加熱部、貯留水/熱媒熱交換部)
10 ヒートポンプ
11 水回収部
12 給湯口
13 水蒸気管
14 第1凝縮器
15 第2凝縮器
16 第1水貯留器
17 第2水貯留器
18、19、20 ポンプ
21 真空ポンプ
22〜35 弁
36、37、38 三方弁
39 第3の熱交換部(熱媒加熱部)
40 散水部
41 給水口
42 熱媒回路
43 水排出経路
44 貯留水加熱回路
45 水供給経路
46 第2蒸発器(水凝縮部)
47 貯留水加熱回路
48 第4熱交換部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Heat storage part 2 Heat storage material container 3 Latent heat storage material 4 1st heat exchange part 5 Fin 6 Compressor 7 1st evaporator 8 Expansion valve 9 2nd heat exchange part (Reserved water heating part, stored water / heat-medium heat exchange part )
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Heat pump 11 Water recovery part 12 Hot-water supply port 13 Water vapor pipe 14 1st condenser 15 2nd condenser 16 1st water reservoir 17 2nd water reservoir 18, 19, 20 Pump 21 Vacuum pump 22-35 Valve 36, 37 , 38 Three-way valve 39 Third heat exchange part (heat medium heating part)
40 Water sprinkling part 41 Water supply port 42 Heat transfer medium circuit 43 Water discharge path 44 Reserving water heating circuit 45 Water supply path 46 Second evaporator (water condensing part)
47 Reservoir Heating Circuit 48 Fourth Heat Exchanger

Claims (11)

水を脱離することによって蓄熱し、かつ、水と反応することによって放熱する蓄熱材を用いた蓄熱方法であって、
(a)蓄熱材容器内に収容された前記蓄熱材を加熱するとともに、前記蓄熱材から脱離した水を前記蓄熱材容器から取り出して水貯留器に貯留する第1蓄熱工程と、
(b)前記蓄熱材容器と前記水貯留器との間で前記脱離した水が移動することを遮断する工程と、
(c)前記遮断した状態で、前記蓄熱材をさらに加熱して、前記蓄熱材の温度をさらに上げるとともに、前記水貯留器に貯留されていた前記脱離した水を加熱する第2蓄熱工程と、
(d)前記加熱された水を前記蓄熱材容器に供給し、前記脱離した水と前記蓄熱材とを反応させる放熱工程と
を含む蓄熱方法。
A heat storage method using a heat storage material that stores heat by desorbing water and releases heat by reacting with water,
(A) a first heat storage step of heating the heat storage material accommodated in the heat storage material container, taking out water desorbed from the heat storage material from the heat storage material container and storing the water in a water reservoir;
(B) blocking the movement of the desorbed water between the heat storage material container and the water reservoir;
(C) in the shut-off state, further heating the heat storage material to further increase the temperature of the heat storage material, and heating the desorbed water stored in the water reservoir; ,
(D) A heat storage method including a heat release step of supplying the heated water to the heat storage material container and reacting the desorbed water with the heat storage material.
前記工程(a)は、圧縮機、放熱器、膨張装置、蒸発器およびこれらの間で冷媒を循環させる冷媒経路を含むヒートポンプ回路の前記放熱器によって加熱された熱媒と、前記蓄熱材とを熱交換させることによって、前記蓄熱材を加熱する工程を含み、
前記工程(c)は、前記水貯留器に貯留されていた前記脱離した水と、前記放熱器によって加熱される前の前記熱媒とを熱交換させることによって、前記脱離した水を加熱する工程を含む請求項1に記載の蓄熱方法。
The step (a) includes a compressor, a radiator, an expansion device, an evaporator, and a heat medium heated by the radiator of a heat pump circuit including a refrigerant path that circulates the refrigerant therebetween, and the heat storage material. Heating the heat storage material by heat exchange,
The step (c) heats the desorbed water by exchanging heat between the desorbed water stored in the water reservoir and the heating medium before being heated by the radiator. The heat storage method of Claim 1 including the process to do.
前記工程(a)は、前記蓄熱材と熱交換された後であって前記放熱器で加熱される前の前記熱媒の温度を計測する工程を含み、
前記工程(b)は、前記計測された熱媒温度が所定の温度以上になると、前記脱離した水の移動を遮断する工程である請求項2に記載の蓄熱方法。
The step (a) includes a step of measuring the temperature of the heat medium after being heat-exchanged with the heat storage material and before being heated by the radiator.
The heat storage method according to claim 2, wherein the step (b) is a step of blocking the movement of the desorbed water when the measured heat medium temperature becomes equal to or higher than a predetermined temperature.
前記工程(c)において、前記脱離した水を前記蓄熱材容器から取り出すことなく、前記蓄熱材を加熱する請求項1から3のいずれかに記載の蓄熱方法。  The heat storage method according to any one of claims 1 to 3, wherein in the step (c), the heat storage material is heated without taking out the detached water from the heat storage material container. 前記工程(c)は、前記蓄熱材を加熱するとともに、前記蓄熱材から脱離した水を前記蓄熱材容器から取り出して他の水貯留器に貯留する工程を含む請求項1から4のいずれかに記載の蓄熱方法。  5. The process according to claim 1, wherein the step (c) includes a step of heating the heat storage material and taking out water desorbed from the heat storage material from the heat storage material container and storing the water in another water reservoir. The heat storage method described in 1. 蓄熱材から水を脱離することによって蓄熱し、かつ、前記脱離した水を前記蓄熱材と反応させることによって放熱する蓄熱システムであって、
前記蓄熱材を収容する蓄熱材容器と、
蓄熱運転時に、前記蓄熱材を加熱する蓄熱材加熱部と、
前記蓄熱材を加熱することによって前記蓄熱材から脱離した水を貯留する水貯留器と、
前記脱離した水を前記蓄熱材容器から前記水貯留器に移動させる水輸送経路と、
前記水輸送経路に設けられ、前記脱離した水を凝縮する凝縮部と、
前記水輸送経路に設けられ、前記蓄熱材容器と前記水貯留器との間の前記脱離した水の移動を制限する弁と、
前記水貯留器に貯留されていた前記脱離した水を加熱する貯留水加熱部と、
放熱運転時に、前記脱離した水を前記水貯留器から前記蓄熱材容器に供給する水供給経路と
を備え、
前記弁は、蓄熱運転の途中で開状態から閉状態に切り換えられ、
蓄熱運転において、前記弁が閉状態のときに、前記貯留水加熱部は前記脱離した水を加熱する蓄熱システム。
A heat storage system that stores heat by desorbing water from the heat storage material, and dissipates heat by reacting the desorbed water with the heat storage material,
A heat storage material container for storing the heat storage material;
During the heat storage operation, a heat storage material heating unit for heating the heat storage material,
A water reservoir for storing water desorbed from the heat storage material by heating the heat storage material;
A water transport path for moving the desorbed water from the heat storage material container to the water reservoir;
A condensing part that is provided in the water transport path and condenses the desorbed water;
A valve provided in the water transport path for limiting movement of the detached water between the heat storage material container and the water reservoir;
A stored water heating unit for heating the desorbed water stored in the water reservoir;
A water supply path for supplying the desorbed water from the water reservoir to the heat storage material container during heat radiation operation;
The valve is switched from the open state to the closed state during the heat storage operation,
In the heat storage operation, the stored water heating unit heats the detached water when the valve is in a closed state.
前記蓄熱材加熱部は、
圧縮機、放熱器、膨張装置、蒸発器およびこれらの間で冷媒を循環させる冷媒経路を含むヒートポンプ回路と、
前記放熱器によって加熱され、前記蓄熱材と熱交換することによって冷却されるように熱媒を循環させる熱媒経路と
を有し、
前記凝縮部は、前記ヒートポンプ回路の前記冷媒と熱交換することによって、前記脱離した水を冷却するように構成されており、
前記貯留水加熱部は、前記水貯留器に貯留されていた前記脱離した水と、前記蓄熱材と熱交換した後であって前記放熱器によって加熱される前の前記熱媒とを熱交換させる貯留水/熱媒熱交換部を含む請求項6に記載の蓄熱システム。
The heat storage material heating unit is
A heat pump circuit including a compressor, a radiator, an expansion device, an evaporator, and a refrigerant path for circulating the refrigerant between them;
A heating medium path for circulating the heating medium to be heated by the radiator and cooled by exchanging heat with the heat storage material;
The condensing unit is configured to cool the desorbed water by exchanging heat with the refrigerant of the heat pump circuit,
The stored water heating unit exchanges heat between the desorbed water stored in the water reservoir and the heat medium after heat exchange with the heat storage material and before being heated by the radiator. The heat storage system of Claim 6 containing the stored water / heat-medium heat exchange part to be made.
前記熱媒経路に設けられ、前記蓄熱材と熱交換した後であって前記放熱器によって加熱される前の前記熱媒の温度を計測する温度計測部をさらに備え、
蓄熱運転において、前記温度計測部による測定温度が所定温度以上になると、前記弁が開状態から閉状態に切り換えられる請求項7に記載の蓄熱システム。
A temperature measuring unit that is provided in the heat medium path and that measures the temperature of the heat medium after heat exchange with the heat storage material and before being heated by the radiator;
The heat storage system according to claim 7, wherein in the heat storage operation, the valve is switched from an open state to a closed state when a temperature measured by the temperature measurement unit is equal to or higher than a predetermined temperature.
蓄熱運転において、前記弁が閉状態のときには、前記蓄熱材容器から前記脱離した水を取り出すことなく、前記蓄熱材を加熱する請求項6から8のいずれかに記載の蓄熱システム。  The heat storage system according to any one of claims 6 to 8, wherein, in the heat storage operation, when the valve is in a closed state, the heat storage material is heated without taking out the detached water from the heat storage material container. 前記脱離した水を貯留する他の水貯留器と、
前記脱離した水を前記蓄熱材容器から前記他の水貯留器に移動させる他の水輸送経路と、
前記他の水輸送経路に設けられ、前記蓄熱材容器と前記他の水貯留器との間の前記脱離した水の移動を制限する他の弁と
をさらに備え、
蓄熱運転において、前記他の弁は、前記弁が開状態のとき閉状態となり、前記弁が閉状態のときに開状態となるように切り換えられる請求項6から8のいずれかに記載の蓄熱システム。
Another water reservoir for storing the desorbed water;
Another water transport path for moving the desorbed water from the heat storage material container to the other water reservoir;
Provided in the other water transport path, further comprising another valve for restricting the movement of the detached water between the heat storage material container and the other water reservoir,
The heat storage system according to any one of claims 6 to 8, wherein, in the heat storage operation, the other valve is switched to be in a closed state when the valve is in an open state and to be in an open state when the valve is in a closed state. .
前記他の水貯留器に貯留されていた前記脱離した水を加熱する他の貯留水加熱部をさらに備える請求項10に記載の蓄熱システム。  The heat storage system according to claim 10, further comprising another stored water heating unit that heats the detached water stored in the other water reservoir.
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