特許 6547532 膨張タンク、蓄熱システム及びヒートポンプ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6547532

(24)【登録日】2019年7月5日

(45)【発行日】2019年7月24日

(54)【発明の名称】膨張タンク、蓄熱システム及びヒートポンプ

(51)【国際特許分類】

   F28D 20/00 20060101AFI20190711BHJP

【ＦＩ】

   F28D20/00 Z

【請求項の数】6

【全頁数】23

(21)【出願番号】特願2015-178590(P2015-178590)

(22)【出願日】2015年9月10日

(65)【公開番号】特開2017-53556(P2017-53556A)

(43)【公開日】2017年3月16日

【審査請求日】2018年7月9日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003609

【氏名又は名称】株式会社豊田中央研究所

(74)【代理人】

【識別番号】100079049

【弁理士】

【氏名又は名称】中島 淳

(74)【代理人】

【識別番号】100084995

【弁理士】

【氏名又は名称】加藤 和詳

(72)【発明者】

【氏名】橋本 俊輔

(72)【発明者】

【氏名】山内 崇史

【審査官】 河野 俊二

(56)【参考文献】

【文献】 実開昭５４−１８０５１（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 実開昭５２−３５５１６（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 実開昭５７−１９３１５０（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 実開昭５２−１３６２２０（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特表２０１０−５００２４８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ２８Ｄ ２０／００

Ｆ２４Ｆ ５／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

熱媒の循環部に気密状態で連結されている容器と、
前記容器とともに熱媒及び蒸気を収容する熱媒室を形成する壁と、
前記熱媒室内の熱媒の温度を測る温度計と、
前記壁の位置を移動させる移動部と、
前記壁の位置を検出する検出部と、
前記温度計、前記移動部及び前記検出部を用いて、前記熱媒室内の気圧を前記温度計が測った温度の蒸気圧にする位置に前記壁を移動させる制御を行う制御部と、
を備えた膨張タンク。

【請求項2】

容器と、
前記容器の内部を、熱媒の循環部に気密状態で連結され熱媒及び蒸気を収容する熱媒室と気体を収容する気体室とを仕切り、前記熱媒室内と前記気体室内との気圧差で移動する壁と、
前記熱媒室内の熱媒の温度を測る温度計と、
前記気体室内の気圧を変更する変更部と、
前記壁の位置を検出する検出部と、
前記温度計、前記変更部及び前記検出部を用いて、前記熱媒室内の気圧を前記温度計が測った温度の蒸気圧にする位置に前記壁を移動させるように前記気体室内の気圧を変更させる制御を行う制御部と、
を備えた膨張タンク。

【請求項3】

前記気体室内の気圧を測る圧力計を備え、
前記制御部は、前記熱媒室内の気圧が蒸気圧よりも高い場合、前記温度計、前記変更部及び前記検出部を用いて、前記熱媒室内の気圧を前記温度計が測った温度の蒸気圧にする位置に前記壁を移動させるように前記気体室内の気圧を前記蒸気圧より低い定められた範囲の気圧で変化させながら、前記気体室内の気圧を変更させる制御を行う、
請求項２記載の膨張タンク。

【請求項4】

前記気体室内の気圧を測る圧力計を備え、
前記制御部は、前記熱媒室内の気圧が蒸気圧よりも低い場合、前記温度計、前記変更部及び前記検出部を用いて、前記熱媒室内の気圧を前記温度計が測った温度の蒸気圧にする位置に前記壁を移動させるように前記気体室内の気圧を前記蒸気圧より高い定められた範囲の気圧で変化させながら、前記気体室内の気圧を変更させる制御を行う、
請求項２又は３に記載の膨張タンク。

【請求項5】

請求項１〜４の何れか１項に記載の膨張タンクと、
前記容器に気密状態で連結される熱媒の循環部と、
蓄熱材を有し、内部に前記循環部の一部が配置され、前記蓄熱材に気体を反応させて発熱して前記循環部内の熱媒を加熱し、前記循環部内の熱媒から与えられる熱により、気体と反応した前記蓄熱材から気体を生成して蓄熱する蓄熱器と、
を備えた蓄熱システム。

【請求項6】

請求項１〜４の何れか１項に記載の膨張タンクと、
前記容器に気密状態で連結される熱媒の循環部と、
蓄熱材を有し、内部に前記循環部の一部が配置され、前記蓄熱材に気体を反応させて発熱して前記循環部内の熱媒を加熱し、前記循環部内の熱媒から与えられる熱により、気体と反応した前記蓄熱材から気体を生成して蓄熱する蓄熱器と、
を備えたヒートポンプ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、膨張タンク、蓄熱システム及びヒートポンプに関する。

【背景技術】

【0002】

非特許文献１には、熱媒ボイラー又は電気ヒーターを経路の一部とし、熱媒が循環する循環経路と、循環経路に連結されている膨張タンクと、を含む構成が開示されている。この構成では、膨張タンクの運転圧力を平衡圧よりも高く設定する場合に不活性ガスを膨張タンク内に注入し、運転圧力を平衡圧よりも低く設定する場合に弁を開いて熱媒の蒸気を膨張タンク外に逃がすことが開示されている。また、この構成では、定期的に循環経路に熱媒を補充する必要があることが開示されている。

【0003】

非特許文献２には、合成ゴム製のダイヤフラム又はブラダーによって、水室と空気室とが隔離されている密閉膨張タンクが開示されている。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0004】

【非特許文献1】松村石油株式会社、合成系有機熱媒油 バーレルサーム（登録商標）シリーズ バーレルシリコーンフルード（登録商標）ＳＴ、日本、２０１２年３月、ｐ．８

【非特許文献2】森永エンジニアリング株式会社、ｒｅｆｌｅｘ密閉形隔膜式膨張タンク、［online］、［平成２７年８月５日検索］、インターネット＜URL：http://www.morieng.co.jp/machine/pdf/reflex_c.pdf＞

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

非特許文献１の構成によれば、運転圧力を平衡圧よりも低く設定する場合に弁を開いて熱媒の蒸気を膨張タンク外に逃がすようになっていることから、弁を開くと膨張タンク内に急激な圧力低下が生じて熱媒の循環経路にキャビテーションが発生する虞がある。また、非特許文献１の構成では、膨張タンク外に逃がされた分の熱媒を補充する必要がある。

【0006】

これに対して、非特許文献２の構成では、空気室内の空気を密閉膨張タンク外に逃がすようになっていない。しかしながら、密閉膨張タンクにおける水室と空気室とに隔離する合成ゴム製のダイヤフラムは、水室内に充満した膨張水と空気室の空気との圧力の関係で膨張・収縮させている。そのため、非特許文献２の構成では、水室内に膨張水が充満していない状態、すなわち、水室内の一部に蒸気が存在している状態では、空気室内の圧力を正確に制御することが難しい。

【0007】

本発明は、熱媒を補充する必要がなく、かつ、循環部の熱媒におけるキャビテーションの発生を抑制するように制御することができる膨張タンクの提供を目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

請求項１の膨張タンクは、熱媒の循環部に気密状態で連結されている容器と、前記容器とともに熱媒及び蒸気を収容する熱媒室を形成する壁と、前記熱媒室内の熱媒の温度を測る温度計と、前記壁の位置を移動させる移動部と、前記壁の位置を検出する検出部と、前記温度計、前記移動部及び前記検出部を用いて、前記熱媒室内の気圧を前記温度計が測った温度の蒸気圧にする位置に前記壁を移動させる制御を行う制御部と、を備えている。

【0009】

請求項１の膨張タンクは、熱媒の循環部に気密状態で連結されている容器と壁とにより、熱媒及び蒸気を収容する熱媒室が形成されている。また、壁は、移動部により移動される。そのため、請求項１の膨張タンクの場合、熱媒室内の熱媒の蒸気が熱媒室内から逃がされることがないから、熱媒を補充する必要がない。また、請求項１の膨張タンクは、制御部が、温度計、移動部、及び、検出部を用いて、温度計が測る温度に基づき、熱媒室内の気圧を蒸気圧にする位置に壁を移動させる制御を行う。そのため、請求項１の膨張タンクの場合、熱媒室内の気圧が急激に変化し難いことから、循環部の熱媒におけるキャビテーションの発生を抑制させるように制御することができる。以上のとおり、請求項１の膨張タンクは、熱媒を補充する必要がなく、かつ、循環部の熱媒におけるキャビテーションの発生を抑制するように制御することができる。

【0010】

請求項２の膨張タンクは、容器と、前記容器の内部を、熱媒の循環部に気密状態で連結され熱媒及び蒸気を収容する熱媒室と気体を収容する気体室とを仕切り、前記熱媒室内と前記気体室内との気圧差で移動する壁と、前記熱媒室内の熱媒の温度を測る温度計と、前記気体室内の気圧を変更する変更部と、前記壁の位置を検出する検出部と、前記温度計、前記変更部及び前記検出部を用いて、前記熱媒室内の気圧を前記温度計が測った温度の蒸気圧にする位置に前記壁を移動させるように前記気体室内の気圧を変更させる制御を行う制御部と、を備えている。

【0011】

請求項２の膨張タンクは、容器の内部が、壁により、熱媒の循環部に気密状態で連結され熱媒及び蒸気を収容する熱媒室と、気体を収容する気体室とに仕切られている。また、壁は、熱媒室と気体室との気圧差で移動する。そのため、請求項２の膨張タンクの場合、熱媒室内の熱媒の蒸気が熱媒室内から逃がされることがないから、熱媒を補充する必要がない。また、請求項２の膨張タンクは、制御部が、温度計、変更部、及び、検出部を用いて、熱媒室内の気圧を温度計が測った温度の蒸気圧にする位置に壁を移動させるように気体室内の気圧を変更させる制御を行う。そのため、請求項２の膨張タンクの場合、熱媒室内の気圧が急激に変化し難いことから、循環部の熱媒におけるキャビテーションの発生を抑制させるように制御することができる。以上のとおり、請求項２の膨張タンクは、熱媒を補充する必要がなく、かつ、循環部の熱媒におけるキャビテーションの発生を抑制するように制御することができる。

【0012】

請求項３の膨張タンクは、請求項２記載の膨張タンクであって、前記気体室内の気圧を測る圧力計を備え、前記制御部は、前記熱媒室内の気圧が蒸気圧よりも高い場合、前記温度計、前記変更部及び前記検出部を用いて、前記熱媒室内の気圧を前記温度計が測った温度の蒸気圧にする位置に前記壁を移動させるように前記気体室内の気圧を前記蒸気圧より低い定められた範囲の気圧で変化させながら、前記気体室内の気圧を変更させる制御を行う。

【0013】

請求項３の膨張タンクは、熱媒室内の気圧が蒸気圧よりも高い場合において、制御部が、熱媒室内の気圧を温度計が測った温度の蒸気圧にする位置に壁を移動させるように気体室内の気圧を定められた範囲の気圧より低い気圧で変化させながら、気体室内の気圧を変更させる制御を行う場合に比べて、循環部の熱媒におけるキャビテーションの発生を抑制させることができる。

【0014】

また、請求項３の膨張タンクは、熱媒室内の気圧が蒸気圧よりも高い場合において、制御部が、熱媒室内の気圧を温度計が測った温度の蒸気圧にする位置に壁を移動させるように気体室内の気圧を定められた範囲の気圧より高い気圧で変化させながら、気体室内の気圧を変更させる制御を行う場合に比べて、短時間で壁を移動させることができる。

【0015】

請求項４の膨張タンクは、請求項２又は３に記載の膨張タンクであって、前記気体室内の気圧を測る圧力計を備え、前記制御部は、前記熱媒室内の気圧が蒸気圧よりも低い場合、前記温度計、前記変更部及び前記検出部を用いて、前記熱媒室内の気圧を前記温度計が測った温度の蒸気圧にする位置に前記壁を移動させるように前記気体室内の気圧を前記蒸気圧より高い定められた範囲の気圧で変化させながら、前記気体室内の気圧を変更させる制御を行う。

【0016】

請求項４の膨張タンクは、熱媒室内の気圧が蒸気圧よりも低い場合において、制御部が、熱媒室内の気圧を温度計が測った温度の蒸気圧にする位置に壁を移動させるように気体室内の気圧を定められた範囲の気圧より低い気圧で変化させながら、気体室内の気圧を変更させる制御を行う場合に比べて、循環部の熱媒におけるキャビテーションの発生を抑制させることができる。

【0017】

また、請求項４の膨張タンクは、熱媒室内の気圧が蒸気圧よりも低い場合において、制御部が、熱媒室内の気圧を温度計が測った温度の蒸気圧にする位置に壁を移動させるように気体室内の気圧を定められた範囲の気圧より高い気圧で変化させながら、気体室内の気圧を変更させる制御を行う場合に比べて、循環部における熱媒による熱の輸送効率が低下し難い。

【0018】

請求項５の蓄熱システムは、請求項１〜４の何れか１項に記載の膨張タンクと、前記熱媒室に気密状態で連結される熱媒の循環部と、蓄熱材を有し、内部に前記循環部の一部が配置され、前記蓄熱材に気体を反応させて発熱して前記循環部内の熱媒を加熱し、前記循環部内の熱媒から与えられる熱により、気体と反応した前記蓄熱材から気体を生成して蓄熱する蓄熱器と、を備えている。

【0019】

請求項５の蓄熱システムは、請求項１〜３４何れか１項に記載の膨張タンクを備えている。そのため、請求項５の蓄熱システムは、循環部の熱媒におけるキャビテーションの発生に伴う熱媒の輸送効率の低下が抑制される。

【0020】

請求項６のヒートポンプは、請求項１〜４の何れか１項に記載の膨張タンクと、前記第１室に気密状態で連結される熱媒の循環部と、蓄熱材を有し、内部に前記循環部の一部が配置され、前記蓄熱材に気体を反応させて発熱して前記循環部内の熱媒を加熱し、前記循環部内の熱媒から与えられる熱により、気体と反応した前記蓄熱材から気体を生成して蓄熱する蓄熱器と、を備えている。

【0021】

請求項６の蓄熱システムは、請求項１〜４の何れか１項に記載の膨張タンクを備えている。そのため、請求項６のヒートポンプは、循環部の熱媒におけるキャビテーションの発生に伴う熱媒の輸送効率の低下が抑制される。

【発明の効果】

【0022】

本発明は、熱媒を補充する必要がなく、かつ、循環部の熱媒におけるキャビテーションの発生を抑制するように制御することができる。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】実施形態の蓄熱システムの概略図である。

【図2】実施形態の蓄熱システムを構成する膨張タンクの図であって、第１の状態（第１室内の熱媒の温度が蓄熱システムにおける最低の温度の状態）での膨張タンクの概略図である。

【図3】実施形態の膨張タンクの図であって、第２の状態（経路部内から第１室内に熱媒が移っている状態又は第１室内から経路部内に熱媒が移っている状態）での膨張タンクの概略図である。

【図4】実施形態の膨張タンクの図であって、第３の状態（経路部内から第１室内に熱媒が移り終わった状態）での膨張タンクの概略図である。

【図5】実施形態の膨張タンクを構成する制御部と、膨張タンクを構成する制御部以外の各部と関係を示す制御ブロック図である。

【図6】実施形態の膨張タンクを構成する第１室内の熱媒の温度に対する蒸気圧曲線と、蒸気圧に対して９０％及び１１０％の気圧の曲線とを示すグラフ（セミログプロット）である。

【図7】第１比較形態の膨張タンクを備えた蓄熱システムの概略図である。

【図8】第２比較形態の膨張タンクの概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0024】

≪概要≫
以下、本実施形態の蓄熱システム１０（図１参照）について説明する。まず、本実施形態の蓄熱システム１０の全体構成及び動作について説明する。次いで、本実施形態の要部（膨張タンク５０）の構成及び動作について説明する。次いで、本実施形態の作用について説明する。なお、以下の説明では、図中における矢印Ｈの方向（＋Ｈ方向及び−Ｈ方向）を装置高さ方向とし、＋Ｈ方向を装置高さ方向上側、−Ｈ方向を装置高さ方向下側とし、特に断りのない限り、単に上側、下側とする。

【0025】

≪全体構成≫
蓄熱システム１０は、図１に示されるように、循環部２０と、蓄熱器３０と、蒸発凝縮器４０と、膨張タンク５０と、制御装置６０と、を含んで構成されている。

【0026】

＜循環部＞
循環部２０は、熱媒を循環させる機能を有する。循環部２０は、図１に示されるように、循環経路部２２（以下、経路部２２という。）と、ポンプ２４と、流量計２６と、を含んで構成されている。

【0027】

経路部２２は、熱媒が流通する経路とされている。経路部２２は、一例としてパイプとされている。また、経路部２２は、図１に示されるように、媒体の循環経路を形成している。

【0028】

経路部２２の一部は、蓄熱器３０内に配置されている。ここで、経路部２２における蓄熱器３０内に配置されている一部を熱交換部２２Ａという。なお、熱交換部２２Ａについては、蓄熱器３０において記載する。

【0029】

また、経路部２２は、膨張タンク５０（の後述する容器７０）に気密状態で連結されている。具体的には、経路部２２は、図１に示されるように、一例として、経路部２２と分岐したパイプＰ１により容器７０に繋げられている。

【0030】

ポンプ２４は、経路部２２に取り付けられている。ポンプ２４は、駆動源（図示省略）により駆動されて熱媒を循環方向（図中の矢印ＦＬの方向）に沿って流通させるようになっている。流量計２６は、経路部２２におけるポンプ２４が取り付けられている部分と異なる部分に取り付けられている。流量計２６は、ポンプ２４により循環方向に沿って流通される熱媒の流量（単位時間当たりに流通する熱媒の量）を計量するようになっている。

【0031】

ここで、熱媒とは、後述する蓄熱材３４が放熱した熱を経路部２２の熱交換部２２Ａを通じて吸収し、吸収した熱を加熱対象（図示省略）に輸送する機能と、熱源（図示省略）からの熱を熱交換部２２Ａまで輸送し、輸送した熱を熱交換部２２Ａを介して蓄熱材３４に与える機能とを有する。本実施形態の蓄熱システム１０において、加熱対象及び熱源は、一例として、図１における破線内に経路部２２における熱媒の循環経路に切換手段（図示省略）により切替可能な態様で配置されている。なお、本実施形態の熱媒は、一例としてオイルとされている。

【0032】

＜蓄熱器＞
蓄熱器３０は、加熱対象を加熱するために放熱する機能と、熱源から移動した熱を蓄熱する機能とを有する。蓄熱器３０は、図１に示されるように、容器３２と、蓄熱材３４と、を含んで構成されている。

【0033】

［容器］
容器３２は、一例として、円筒状とされており、周壁３２Ａと、上壁３２Ｂと、下壁３２Ｃと、で構成されている。また、周壁３２Ａには装置高さ方向に並ぶ２ヶ所の貫通穴が形成されており、下壁３２Ｃの中央には１ヶ所の貫通穴が形成されている。なお、容器３２は、断熱材（図示省略）により覆われている。

【0034】

［蓄熱材］
蓄熱材３４は、容器３２内に配置されている。本実施形態の蓄熱材３４は、一例として酸化カルシウム（ＣａＯ）の成形体とされており、酸化カルシウムの粉体を粘土鉱物等のバインダと混練し焼成され、容器３２内に嵌り込むように円筒状に形成されている。

【0035】

ここで、蓄熱材３４は、水和に伴って放熱（発熱）し、脱水に伴って蓄熱（吸熱）するものであり、下記の式１に示す化学反応の結果、放熱、蓄熱を可逆的に繰り返し得る構成とされている。
式１ ＣａＯ ＋ Ｈ_２Ｏ ⇔ Ｃａ（ＯＨ）_２

【0036】

式１に発熱量Ｑ又は蓄熱量Ｑを併せて示すと、式１は、下記の式２又は式３となる。
式２ ＣａＯ ＋ Ｈ_２Ｏ ⇒ Ｃａ（ＯＨ）_２ ＋ Ｑ
式３ Ｃａ（ＯＨ）_２ ＋ Ｑ ⇒ ＣａＯ ＋ Ｈ_２Ｏ
ここで、式２は、蓄熱材３４が水和に伴って発熱量Ｑに相当する熱を放熱する化学反応式を示している。これに対して、式３は、水酸化カルシウムの脱水に伴って蓄熱量Ｑに相当する熱を蓄熱する化学反応式を示している。なお、本実施形態の蓄熱材３４における単位質量当たりの蓄熱容量は、一例として１．８６［ＭＪ／ｋｇ］とされている。

【0037】

［蓄熱器内の経路部の熱交換部２２Ａについて］
前述のとおり、経路部２２の熱交換部２２Ａは、蓄熱器３０内に配置されている。具体的には、熱交換部２２Ａは、図１に示されるように、それぞれ容器３２の外壁３２Ａに形成された２ヶ所の貫通穴に固定されて、容器３２内に配置されている。なお、熱交換部２２Ａの外壁は、蓄熱材３４に接触している。

【0038】

［蓄熱器と他の要素との関係］
次に、蓄熱器３０と他の要素との関係について説明する。

【0039】

〔蓄熱器における反応と流路部内の熱媒との関係〕
蓄熱器３０は、放熱する場合、後述する蒸発凝縮器４０で蒸発された水（図示省略）を蓄熱材３４に反応（水和）させて放熱するようになっている。その結果、経路部２２の熱交換部２２Ａを流通する熱媒は、熱（蓄熱材３４が放熱した熱）を吸収するようになっている。なお、本実施形態の蓄熱器３０は、放熱する場合、熱交換部２２Ａ内の熱媒を一例として８０℃から４００℃に加熱するようになっている。

【0040】

これに対して、蓄熱器３０は、蓄熱する場合、熱交換部２２Ａを流通する熱媒から与えられる熱により水酸化カルシウムを反応（脱水）させて蓄熱するようになっている。ここで、水酸化カルシウムを反応（脱水）させるとは、水蒸気と反応（水和）した蓄熱材３４から水蒸気を生成することを意味する。その結果、熱交換部２２Ａを流通する熱媒は、蓄熱材３４に熱を奪われるようになっている。なお、本実施形態の蓄熱器３０は、蓄熱する場合、熱媒を一例として４００℃から３５０℃に冷却するようになっている。

【0041】

〔蓄熱器と蒸発凝縮器との関係〕
蓄熱器３０（の容器３２）は、蒸発凝縮器４０（の後述する容器４２）に気密状態で連結されている。具体的には、容器３２の下壁３２Ｃの貫通穴にパイプＰ２の一端がシールされた状態で固定されている。これに対して、パイプＰ２の他端は、後述する蒸発凝縮器４０の容器４２の上壁４２Ｂの貫通穴にシールされた状態で固定されている。

【0042】

また、蓄熱器３０と蒸発凝縮器４０とは、容器３２と容器４２とがパイプＰ２により繋げられて、閉じた系を形成している。当該閉じた系は、予め定められた量の水（又は水蒸気）を含んだ状態であって、大気圧よりも気圧が低い環境（減圧環境）とされている。

【0043】

＜蒸発凝縮器＞
蒸発凝縮器４０は、水蒸気を凝縮させる機能と、水（図示省略）を蒸発させる機能とを有する。蒸発凝縮器４０は、図１に示されるように、容器４２と、流路部４４とを含んで構成されている。

【0044】

［容器］
容器４２は、一例として、円筒状とされており、周壁４２Ａと、上壁４２Ｂと、下壁４２Ｃと、で構成されている。また、周壁４２Ａには装置高さ方向に並ぶ２ヶ所の貫通穴が形成されており、上壁４２Ｂの中央には１ヶ所の貫通穴が形成されている。なお、容器４２は、断熱材（図示省略）により覆われている。

【0045】

容器４２は、前述のとおり、上壁４２Ｂの貫通穴と蓄熱器３０（の容器３２）の下壁３２Ｃの貫通穴とにパイプＰ２がシールされた状態で固定されることで、蓄熱器３０（の容器３２）に気密状態で連結されている。

【0046】

［流路部］
流路部４４は、水（冷却水又は加熱水）が流通する流路とされている。本実施形態の流路部４４は、図１に示されるように、一例としてパイプとされており、その一端部及び他端部が、それぞれ容器４２の外壁４２Ａの２ヶ所の貫通穴にシールされた状態で固定されている。そして、流路部４４は、その一端部から送り込まれる水をその他端部から送り出すようになっている。

【0047】

また、本実施形態の流路部４４は、冷却水又は加熱水を送り込むパイプ（図示省略）に切替手段（図示省略）により切替可能とされて繋がっている。そして、流路部４４は、その一端部から冷却水が送り込まれることにより容器４２内の水蒸気を凝縮させるようになっている。これに対して、流路部４４は、その一端部から加熱水が送り込まれることにより、容器４２内の水を蒸発させるようになっている。なお、容器４２内の水蒸気は、蓄熱器３０において生成され、パイプＰ２から容器４２内に送られた水蒸気とされる。

【0048】

＜膨張タンク＞
膨張タンク５０は、経路部２２内における熱媒の圧力を定められた圧力に調整する機能を有する。膨張タンク５０の具体的な構成については、後述する。

【0049】

＜制御装置＞
制御装置６０は、蓄熱システム１０における膨張タンク５０及び制御装置６０以外の各部を制御する機能を有する。すなわち、本実施形態の蓄熱システム１０では、膨張タンク５０は、制御装置６０により制御されるものではない。ただし、制御装置６０は、後述する膨張タンク５０における制御部１００以外を制御する制御部１００を備えた構成としてもよい。この場合、制御装置６０は、制御部の一例である。制御装置６０の具体的な機能については、蓄熱システム１０の動作の説明の中で説明する。

【0050】

以上が、本実施形態の蓄熱システム１０の全体構成についての説明である。

【0051】

≪動作≫
次に、本実施形態の蓄熱システム１０の動作について図１を参照しつつ説明する。本実施形態の蓄熱システム１０の動作は、蓄熱モードと、放熱モードとを含む。また、蓄熱システム１０の動作では、制御装置６０が膨張タンク５０及び制御装置６０以外の各要素を制御し、後述する制御部１００が膨張タンク５０における制御部１００以外の各部を制御することで行われる。

【0052】

＜蓄熱モード＞
蓄熱モードは、熱媒から与えられる熱により水酸化カルシウムを反応（脱水）させて蓄熱するモードである。蓄熱モードでは、図１における破線内の経路部２２に、切換手段（図示省略）により循環経路が切り替えられて熱源（図示省略）が接続されているとする。

【0053】

まず、制御装置６０がポンプ２４を駆動させると、経路部２２内の熱媒が循環方向（図１中の矢印ＦＬの方向）に流通される。これに伴い、経路部２２内の熱媒は、熱源により一例として４００℃に加熱される。そして、４００℃に加熱された熱媒は、経路部２２内を流通して蓄熱器３０内に配置されている経路部２２の熱交換部２２Ａに送り込まれる。その結果、蓄熱器３０の蓄熱材３４は、熱交換部２２Ａに送り込まれた熱媒から与えられる熱により水酸化カルシウムを脱水させる（水蒸気を生成する）。これに伴い、蓄熱材３４は、蓄熱する（前述の式３参照）。そして、容器３２内で生成された水蒸気は、パイプＰ２を通って、蒸発凝縮器４０の容器４２内に流れ込む。なお、蓄熱材３４に熱を与えた熱媒は、一例として３５０℃に冷却される。また、制御装置６０は、蒸発凝縮器４０の流路部４４に、一例として２０℃の水（冷却水）を流す。その結果、容器４２内の水蒸気は、容器４２内で凝縮する（２０℃の水になる）。蓄熱モードでは、経路部２２内を熱媒が循環することで、以上の動作が繰り返される。以上が、蓄熱モードについての説明である。

【0054】

＜放熱モード＞
放熱モードは、蒸発凝縮器４０で蒸発された水蒸気を蓄熱材３４に反応（水和）させて放熱するモードである。蓄熱モードでは、図１における破線内の経路部２２に、切換手段（図示省略）により循環経路が切り替えられて加熱対象（図示省略）が接続されているとする。

【0055】

まず、制御装置６０がポンプ２４を駆動させると、経路部２２内の熱媒が循環方向（図１中の矢印ＦＬの方向）に流通される。次いで、制御装置６０は、蒸発凝縮器４０の流路部４４に、一例として７０℃の水（加熱水）を流す。その結果、容器４２の水は加熱されて蒸発して、水蒸気が生成される。そして、容器４２で生成された水蒸気は、パイプＰ１を通って、蓄熱器３０の容器３２内に流れ込む。さらに、容器３２内に流れ込んだ水蒸気は、蓄熱材３４（酸化カルシウム）に水和される。これに伴い、蓄熱材３４は放熱する（前述の式２参照）。そして、熱媒は、蓄熱材３４が放熱した熱を吸収して一例として４００℃に加熱され、経路部２２内を流通して、加熱対象に吸収した熱を輸送する。放熱モードでは、経路部２２内を熱媒が循環することで、以上の動作が繰り返される。以上が、放熱モードについての説明である。

【0056】

以上が、本実施形態の蓄熱システム１０の動作についての説明である。

【0057】

≪要部≫
次に、本実施形態の要部である膨張タンク５０について説明する。まず、膨張タンク５０の構成について説明し、次いで、膨張タンク５０の動作について説明する。

【0058】

＜膨張タンクの構成＞
膨張タンク５０は、経路部２２内における熱媒の圧力を定められた圧力に調整する機能を有する。具体的に、経路部２２内の熱媒の温度が高くなるほど、熱媒の密度が下がって熱媒の体積が増加することになる。ここで、本実施形態の定められた圧力は、一例として膨張タンク５０を構成する後述する第１室７４内の蒸気（熱媒の蒸気）の圧力が後述する温度計８０が測った温度の蒸気圧となる圧力とされる。この場合、膨張タンク５０は、増加した体積分の熱媒を経路部２２から受け取って、経路部２２内における熱媒の圧力を定められた圧力に調整するようになっている。これに対して、経路部２２内の熱媒の温度が低くなるほど、熱媒の密度が上がって熱媒の体積が減少することになる。この場合、膨張タンク５０は、減少した体積分の熱媒を経路部２２に受け渡して、経路部２２内における熱媒の圧力を定められた圧力に調整するようになっている。

【0059】

膨張タンク５０は、容器７０と、仕切り板７８と、補助部材７９と、温度計８０と、圧力計８２と、検出部８４と、変更部９０と、制御部１００と、記憶部１１０と、を含んで構成されている（図２、図３、図４及び図５参照）。

【0060】

［容器、仕切り板及び補助部材７９］
容器７０は、図２、図３及び図４に示されるように、一例として、円筒状とされており、周壁７１と、上壁７２と、下壁７２と、で構成されている。周壁７１には装置高さ方向に並ぶ３ヶ所の貫通穴（以下、上側から、貫通穴７１Ａ、貫通穴７１Ｂ、貫通穴７１Ｃという。）が、上壁７２の中央には１ヶ所の貫通穴７２Ａが、下壁７３の中央には１ヶ所の貫通穴７３Ａが形成されている。

【0061】

容器７０内には、円板状であって、容器７０内を２つの室に分ける仕切り板７８が配置されている。仕切り板７８は、全周に亘ってシール材７８Ａが設けられ、容器７０の内壁に密着した状態で、貫通穴７１Ｂが形成されている位置よりも下側かつ貫通穴７１Ｃの形成されている位置よりも上側の範囲を上下方向に移動可能とされている。以下、容器７０内における仕切り板７８により仕切られた室のうち下側の室を第１室７４とし、上側の室を第２室７６として説明する。ここで、第１室７４は、熱媒室の一例である。また、第２室７６は、気体室の一例である。

【0062】

容器７０の下壁７３の貫通穴７３Ａには、図１、図２、図３及び図４に示されるように、パイプＰ１がシールされた状態で嵌め込まれている。そのため、第１室７４は、経路部２２に気密状態で連結され、熱媒及び蒸気（熱媒の蒸気）を収容するようになっている。これに対して、第２室７６は、不活性ガス（一例として窒素ガス）を収容するようになっている。ここで、不活性ガスは、気体の一例である。なお、第２室７６は、変更部９０に不活性ガスを排出すること又は変更部９０から不活性ガスが注入されることで、その気圧が変更されるようになっている。そして、仕切り板７８は、第１室７４と第２室７６との気圧差で（上下方向に）移動するように構成されている。ここで、仕切り板７８は、壁の一例である。

【0063】

なお、仕切り板７８の上面の中央部分には、図１、図２、図３及び図４に示されるように、長尺の円柱（以下、補助部材７９という。）が固定されている。補助部材７９は、仕切り板７８に固定されている一端と反対側の端（他端）が容器７０の上壁７２の貫通穴７２Ａから外にはみ出した状態で、装置高さ方向に沿っている。なお、貫通穴７２Ａの内周面全周にはシール材が設けられており、補助部材７９は、仕切り板７８の上下方向への移動に伴い容器７０に対して滑りながら移動可能とされている。そして、補助部材７９は、仕切り板７８が上下方向に移動するに際し、仕切り板７８の上面（又は下面）が装置高さ方向に直交している状態を維持できるように補助している。すなわち、仕切り板７８、補助部材７９及び容器７０により、いわゆるピストンシリンダーが構成されているといえる。

【0064】

［温度計］
温度計８０は、第１室７４内の熱媒の温度を測る機能を有する。温度計８０は、図１、図２、図３及び図４に示されるように、その測定端子が容器７０の周壁７１の貫通穴７１Ｃにシールされた状態で嵌め込まれている。そして、温度計８０は、逐次（一例として０．１秒ごとに）、第１室７４内の熱媒の温度を測るようになっている。なお、温度計８０が測った結果（熱媒の温度に関する情報）は、その都度、制御部１００に送られるようになっている（図５参照）。

【0065】

［圧力計］
圧力計８２は、第２室７６内の気圧を測る機能を有する。圧力計８２は、図１、図２、図３及び図４に示されるように、容器７０の周壁７１の貫通穴７１Ｃにシールされた状態で取り付けられている。そして、圧力計８２は、逐次（一例として０．１秒ごとに）、第２室７６内の気圧を測るようになっている。なお、圧力計８２が測った結果（気圧に関する情報）は、その都度、制御部１００に送られるようになっている（図５参照）。

【0066】

［検出部］
検出部８４は、仕切り板７８の位置を検出する機能を有する。本実施形態の検出部８４は、一例として、光学センサとされている。検出部８４は、図１、図２、図３及び図４に示されるように、補助部材７９の上端面から離間して、補助部材７９の上側に配置されている。そして、検出部８４は、逐次（一例として０．１秒ごとに）、補助部材７９の上端面に光を照射し、上端面から反射した光を検出することで、上端面の位置を検出するようになっている。なお、本実施形態の検出部８４は、検出した補助部材７９の上端面の位置を検出することに伴い、補助部材７９の高さから換算して仕切り板７８の位置を算出するようになっている。すなわち、検出部８４は、逐次（一例として０．１秒ごとに）、仕切り板７８の位置を検出するようになっている。なお、検出部８４が検出した結果（仕切り板７８の位置に関する情報）は、その都度、制御部１００に送られるようになっている（図５参照）。

【0067】

［変更部］
変更部９０は、第２室７６内の気圧を変更する機能を有する。変更部９０は、バイプ９２と、アングルバルブ９４と、ガスボンベ９６と、排気パイプ９８と、を備えている。本実施形態のガスボンベ９６には、不活性ガス（一例として窒素ガス）が高圧の状態で収容されている。また、本実施形態のガスボンベ９６には、レギュレーター（図示省略）が設けられており、ガスボンベ９６内の圧力に寄らず定められた圧力で不活性ガスを送り出すように構成されている。変更部９０は、図１、図２、図３及び図４に示されるように、容器７０の周壁７１の貫通穴７１Ａにパイプ９２の一端部がシールされた状態で取り付けられている。そして、変更部９０は、第２室７６内の気圧を上昇させる場合、アングルバルブ９４におけるガスボンベ９６側の弁を開放してガスボンベ９６内の不活性ガスを第２室７６内に注入するようになっている。これに対して、変更部９０は、第２室７６内の気圧を低下させる場合、アングルバルブ９４における排気パイプ９８側の弁を開放して第２室７６内の不活性ガスを排出させるようになっている。以上のとおり、変更部９０は、第２室７６内の気圧を変更することで、第１室７４内と第２室７６内の気圧差で仕切り板７８を上下方向に移動させるようになっている。ここで、変更部９０は、移動部の一例である。なお、本実施形態のアングルバルブ９４及びガスボンベ９６のレギュレーター（図示省略）は、制御部１００により制御されるようになっている（図５参照）。

【0068】

［制御部及び記憶部］
制御部１００は、膨張タンク５０における制御部１００以外の制御を行う機能を有する。具体的に、制御部１００は、温度計８０、変更部９０及び検出部８４を用いて、逐次（一例として０．１秒ごとに）、（温度計８０が測る温度（の情報）に基づき、）第１室７４内の気圧を温度計８０が測った温度の蒸気圧にする位置に仕切り板７８を移動させるように第２室７６内の気圧を変更させる機能を有する。制御部１００は、温度計８０から逐次送られてくる第１室７４内の熱媒の温度の情報と、検出部８４から逐次送られてくる仕切り板７８の位置の情報と、記憶部１１０に予め記憶されている熱媒の温度と蒸気圧との関係のテーブルＴＢとに基づいて、第１室７４内の蒸気圧を算出するようになっている（図５参照）。制御部１００についての詳しい機能については、蓄熱システム１０の動作の説明の中で説明する。

【0069】

＜膨張タンクの動作＞
次に、本実施形態の膨張タンク５０の動作について図面を参照しつつ説明する。本実施形態の膨張タンク５０は、例えば、蓄熱システム１０の動作における蓄熱モード及び放熱モードによって異なる。以下、まず、蓄熱システム１０が放熱モードで動作する場合について説明し、次いで、蓄熱モードで動作する場合について説明する。

【0070】

［放熱モード］
以下、図２に示される膨張タンク５０の状態を初期状態として説明する。ここで、初期状態とは、膨張タンク５０における第１室７４内の熱媒の温度が蓄熱システム１０における最低の温度（一例として８０℃）にある状態をいう。

【0071】

まず、蓄熱システム１０における制御装置６０によりポンプ２４が駆動されると、経路部２２内の熱媒が循環方向（図１中の矢印ＦＬの方向）に流通される。そして、一例として３５０℃であった熱媒は、経路部２２内を流通されて、蓄熱器３０内を通過することで、蓄熱材３４が放熱した熱を吸収して一例として４００℃に加熱される。これに伴い、経路部２２内の熱媒の温度が高くなる（この場合、熱媒の温度が３５０℃から４００℃になる）。そして、経路部２２内の熱媒の密度が下がって熱媒の体積が増加する。その結果、経路部２２内における増加した体積分の熱媒は、パイプＰ１を通って第１室７４内に移る。また、膨張タンク５０は、図２の状態から図３の状態を経て図４の状態に変化する。ここで、図３の状態は、経路部２２内から第１室７４内に熱媒が移っている状態である。また、図４の状態は、経路部２２内で増加した体積分の熱媒が移り終わった状態である。

【0072】

次に、膨張タンク５０が、図２の状態から図３の状態を経て図４の状態に変化するまでの動作について詳しく説明する。

【0073】

放熱モードにおいて、制御部１００は、温度計８０により測った第１室７４内の熱媒の温度の情報と、検出部８４により測った仕切り板７８の位置の情報と、テーブルＴＢとを用いて、第１室７４内の気圧を算出する。次いで、制御部１００は、第１室７４内の気圧を蒸気圧にするための仕切り板７８の位置を算出する。次いで、制御部１００は、変更部９０を用いて、仕切り板７８を、算出した第１室７４内の気圧を蒸気圧にする位置に移動させる。具体的には、以下のとおりである。

【0074】

まず、温度計８０は、前述のとおり、逐次、第１室７４内の熱媒の温度を測り、その結果（熱媒の温度に関する情報）を、その都度制御部１００に送る（図５参照）。また、検出部８０は、前述のとおり、逐次、仕切り板７８の位置を測り、その結果（仕切り板７８の位置の情報）を、その都度制御部１００に送る（図５参照）。そして、制御部１００は、熱媒の温度に関する情報が送られてくる都度、記憶部に記憶されているテーブルＴＢに基づいて、第１室７４内の蒸気圧を算出する。なお、蓄熱システム１０が放熱モードを開始した直後は、第１室７４内の熱媒の温度が上昇している状態である。そのため、制御部１００が第１室７４内の蒸気圧を算出した時点において、第１室７４内の気圧は蒸気圧よりも高い状態にあるといえる。

【0075】

また、圧力計８２は、前述のとおり、逐次、第２室７６内の気圧を測り、その結果（気圧に関する情報）を、その都度制御部１００に送る（図５参照）。

【0076】

以上のようにして、制御部１００には、温度計８０、圧力計８２及び検出部８４から各情報が送られる。次いで、制御部１００は、温度計８０から送られてくる第１室７４内の温度の情報に基づき、第１室７４内の気圧が温度計８０が測った温度の蒸気圧となるように、変更部９０を作動させて、第２室７６内の気圧を変更させる。具体的に、制御部１００は、変更部９０のアングルバルブ９４を作動させ、排気パイプ９８側の弁を開けて、第２室７６内の気圧を低下させる。この場合、制御部１００は、仕切り板７８の位置が初期状態より上昇して第１室７４内の気圧が蒸気圧となり、かつ、第２室７６内の気圧並びに仕切り板７８及び補助部材７９の自重との関係により仕切り板７８が静止する位置となるように、当該静止する位置を目指して、変更部９０を用いて仕切り板７８を移動させる。さらにこの場合、制御部１００は、第２室７６内の気圧を第１室７４内における蒸気圧よりも低い定められた範囲の気圧で変化させる（図６の一点鎖線のスペクトル）。ここで、定められた範囲の気圧は、一例として、第１室７４内の蒸気圧の８０％以上９５％以下の範囲の気圧とされており、本実施形態の制御部１００は、一例として、第２室７６内の気圧が第１室７４内の蒸気圧の９０％の気圧となるように設定されている。なお、制御部１００は、第２室７６内の気圧を第１室７４内の蒸気圧の９０％の気圧で変化させるが、最終的にはアングルバルブ９４の弁が閉じられることで、仕切り板７８は静止する位置となる（図４参照）。

【0077】

［蓄熱モード］
次に、蓄熱システム１０が蓄熱モードで動作する場合における、膨張タンク５０の動作について図面を参照しつつ説明する。この場合、膨張タンク５０は、例えば、図４の状態から図３の状態を経て図２の状態に変化する。

【0078】

まず、蓄熱システム１０における制御装置６０によりポンプ２４が駆動されると、経路部２２内の熱媒が循環方向（図１中の矢印ＦＬの方向）に流通される。そして、一例として４００℃であった熱媒は、経路部２２内を流通されて、蓄熱器３０内を通過することで、蓄熱材３４に熱を与えて一例として３５０℃に冷却される。これに伴い、経路部２２内の熱媒の温度が低くなる（この場合、熱媒の温度が４００℃から３５０℃になる）。そして、経路部２２内の熱媒の密度が上がって熱媒の体積が減少する。その結果、第１室７４内の熱媒は、パイプＰ１を通って経路部２２内に移る。すなわち、経路部２２内の減少した体積分の熱媒は、第１室７４内から経路部２２内に補充される。

【0079】

次に、膨張タンク５０が、図４の状態から図３の状態を経て図２の状態に変化するまでの動作について詳しく説明する。

【0080】

蓄熱モードにおいて、制御部１００は、温度計８０により測った第１室７４内の熱媒の温度の情報と、検出部８４により測った仕切り板７８の位置の情報と、テーブルＴＢとを用いて、第１室７４内の気圧を算出する。次いで、制御部１００は、第１室７４内の気圧を蒸気圧にするための仕切り板７８の位置を算出する。次いで、制御部１００は、変更部９０を用いて、仕切り板７８を、算出した第１室７４内の気圧を蒸気圧にする位置に移動させる。具体的には、以下のとおりである。

【0081】

まず、温度計８０は、前述のとおり、逐次、第１室７４内の熱媒の温度を測り、その結果（熱媒の温度に関する情報）を、その都度制御部１００に送る（図５参照）。また、検出部８０は、前述のとおり、逐次、仕切り板７８の位置を測り、その結果（仕切り板７８の位置の情報）を、その都度制御部１００に送る（図５参照）。そして、制御部１００は、熱媒の温度に関する情報が送られてくる都度、記憶部に記憶されているテーブルＴＢに基づいて、第１室７４内の蒸気圧を算出する。なお、蓄熱システム１０が放熱モードを開始した直後は、第１室７４内の熱媒の温度が低下している状態である。そのため、制御部１００が第１室７４内の蒸気圧を算出した時点において、第１室７４内の気圧は蒸気圧よりも低い状態にあるといえる。

【0082】

また、圧力計８２は、前述のとおり、逐次、第２室７６内の気圧を測り、その結果（気圧に関する情報）を、その都度制御部１００に送る（図５参照）。

【0083】

以上のようにして、制御部１００には、温度計８０、圧力計８２及び検出部８４から各情報が送られる。次いで、制御部１００は、温度計８０から送られてくる第１室７４内の温度の情報に基づき、第１室７４内の気圧が温度計８０が測った温度の蒸気圧となるように、変更部９０を作動させて、第２室７６内の気圧を変更させる。具体的に、制御部１００は、変更部９０のアングルバルブ９４を作動させ、ガスボンベ９６側の弁を開けて、第２室７６内の気圧を上昇させる。この場合、制御部１００は、仕切り板７８の位置が図４の状態より下降して第１室７４内の気圧が蒸気圧となり、かつ、第２室７６内の気圧並びに仕切り板７８及び補助部材７９の自重との関係により仕切り板７８が静止する位置となるように、当該静止する位置を目指して、変更部９０を用いて仕切り板７８を移動させる。さらにこの場合、制御部１００は、第２室７６内の気圧を第１室７４内における蒸気圧よりも高い定められた範囲の気圧で変化させる（図６の破線のスペクトル）。ここで、定められた範囲の気圧は、一例として、第１室７４内の蒸気圧の１０５％以上１２５％以下の範囲の気圧とされており、本実施形態の制御部１００は、一例として、第２室７６内の気圧が第１室７４内の蒸気圧の１１０％の気圧となるように設定されている。なお、制御部１００は、第２室７６内の気圧を第１室７４内の蒸気圧の１１０％の気圧で変化させるが、最終的にはアングルバルブ９４の弁が閉じられることで、仕切り板７８は静止する位置となる（図２参照）。なお、前述のとおり、蓄熱モードの際の定められた範囲の気圧は、第１室７４内の蒸気圧の１０５％以上１２５％以下の気圧とされているが、この範囲は、第１室７４内の蒸気圧が第２室７６内の気圧に対して８０％以上９５％以下の気圧に相当する関係とされる。

【0084】

以上が、本実施形態の膨張タンク５０の動作についての説明である。

【0085】

≪作用≫
次に、本実施形態の作用（第１、第２及び第３の作用）について、以下に説明する各比較形態と比較しつつ図面を参照して説明する。なお、各比較形態において本実施形態で用いた部品等を用いる場合、図示しなくてもその部品、名称等をそのまま用いて説明する。

【0086】

＜第１の作用＞
第１の作用は、第１の作用は、膨張タンク５０が、経路部２２に気密状態で連結されており、容器７０と仕切り板７８とで形成される第１室７６を有し、仕切り板７８が制御部１００に制御されて移動することの作用である。別の見方をすると、膨張タンク５０が、経路部２２に気密状態で連結されている第１室７４と、経路部２２に連結されていない第２室７６とに分けられ、かつ、仕切り板７８が制御部１００に制御されて移動されることの作用である。以下、第１の作用について、本実施形態を以下の第１及び第２比較形態と比較して説明する。

【0087】

第１比較形態は、図７に示されるように、膨張タンク５０Ａの容器７０内に仕切り板７８が配置されていない。また、膨張タンク５０Ａは、制御部１００が、圧力計８２が測った圧力が定められた圧力を超えた場合に、パイプ９２に取り付けられた大気開放バルブＶを開くことで、容器７０内の気圧を調整するように構成されている。第１比較形態の膨張タンク５０Ａ（蓄熱システム１０Ａ）は、上記の点以外、本実施形態の膨張タンク５０（蓄熱システム１０）と同様の構成とされている。

【0088】

第１比較形態の場合、容器７０内の気圧を調整するために大気開放バルブＶが開くと、経路部２２内及び容器７０内の熱媒から気化した蒸気が経路部２２内及び容器７０内の閉じた系から排出されてしまう。そのため、排出された分の熱媒を補充する必要がある。また、第１比較形態の場合、容器７０内の気圧を調整するために大気開放バルブＶが開くことで、容器７０内の気圧が急激に変化し得る。そして、容器７０内の圧力が急激に変化すると、経路部２２内の熱媒にキャビテーションが発生し易い。これに伴い、第１比較形態の場合、経路部２２での熱媒の輸送効率が低下し易い。

【0089】

次に、第２比較形態について図８を参照しつつ説明する。第２比較形態の膨張タンク５０Ｂは、本実施形態の仕切り板７８に換えて、ゴム製のダイヤフラム７８Ｂにより容器７０内を第１室７４と第２室７６とに仕切っている。また、第２比較形態の場合、容器７０の上壁７２及び周壁７１には貫通穴が形成されていない。そして、第２比較形態の膨張タンク５０Ｂには、温度計８０、圧力計８２、検出部８４、変更部９０及び制御部１００が備えられていない。第２比較形態の膨張タンク５０Ｂ（蓄熱システム１０Ｂ）は、上記の点以外、本実施形態の膨張タンク５０（蓄熱システム１０）と同様の構成とされている。

【0090】

第２比較形態の場合、第１室７４内の熱媒の量により、ダイヤフラム７８Ｂが変形する。そのため、第２比較形態の場合、経路部２２内及び第１室７４内の熱媒（及び蒸気）が経路部２２内及び容器７０内の閉じた系から排出されることがない。すなわち、第２比較形態の場合、第１比較形態の場合のように、熱媒を補充する必要がない。しかしながら、第２比較形態の場合、第１室７４内の熱媒の量と第２室７６内の不活性ガスの量等の関係により、ダイヤフラム７８Ｂの変形させていることから、ダイヤフラム７８Ｂを受動的にしか変形させることができない。さらに、第２比較形態の場合、第１室７４内は熱媒と熱媒の蒸気とが収容された状態、すなわち、第１室７４内の一部に蒸気が存在している状態では、ダイヤフラム７８Ｂを安定して変形させることが難しい。

【0091】

これに対して、本実施形態の場合、膨張タンク５０は、図１、図２、図３及び図４に示されるように、経路部２２に気密状態で連結されている第１室７４と、経路部２２に連結されていない第２室７６とに分けられている。そのため、本実施形態の場合、第１比較形態の場合と異なり、経路部２２内の熱媒が外部に排出されることがない。また、本実施形態の場合、仕切り板７８が制御部１００に制御されて移動される。そのため、本実施形態の場合、第１比較形態の場合と異なり、第１室７４内の気圧が急激に変化することがない。

【0092】

したがって、本実施形態の膨張タンク５０によれば、熱媒を補充する必要がなく、かつ、経路部２２（循環部２０）の熱媒におけるキャビテーションの発生を抑制するように制御することができる。これに伴い、本実施形態の蓄熱システム１０によれば、経路部２２の熱媒におけるキャビテーションの発生に伴う熱媒の輸送効率の低下が抑制される。

【0093】

＜第２の作用＞
第２の作用は、第１室７４内の気圧が蒸気圧よりも高い場合、制御部１００が第２室７６内の気圧を第１室７４内の蒸気圧より低い定められた範囲（一例として、当該蒸気圧の８０％以上９５％以下の気圧）の気圧で変化させる制御を行うことの作用である。以下、第２の作用について、本実施形態を以下の第３及び第４比較形態（図示省略）と比較して説明する。

【0094】

第３比較形態では、第１室７４内の気圧が蒸気圧よりも高い場合、制御部１００が第２室７６内の気圧を定められた範囲の気圧（の下限）よりも低い気圧（一例として、蒸気圧の５０％の気圧）で変化させる制御を行うようになっている。第３比較形態の膨張タンク（蓄熱システム）は、上記の点以外、本実施形態の膨張タンク５０（蓄熱システム１０）と同様の構成とされている。なお、第３比較形態は、上記の第１の作用を奏する構成を備えた形態であることから、本発明の技術的範囲に属する。

【0095】

また、第４比較形態では、第１室７４内の気圧が蒸気圧よりも高い場合、制御部１００が第２室７６内の気圧を定められた範囲の気圧（の上限）よりも高い気圧（一例として、蒸気圧の９８％の気圧）で変化させる制御を行うようになっている。第４比較形態の膨張タンク（蓄熱システム）は、上記の点以外、本実施形態の膨張タンク５０（蓄熱システム１０）と同様の構成とされている。なお、第４比較形態は、上記の第１の作用を奏する構成を備えた形態であることから、本発明の技術的範囲に属する。

【0096】

第３比較形態の場合、第１室７４内の気圧が蒸気圧となるように仕切り板７８を移動させる際、仕切り板７８の移動により経路部２２内の熱媒にキャビテーションが発生する虞がある。

【0097】

これに対して、本実施形態では、第１室７４内の気圧が蒸気圧よりも高い場合、第２室７６内の気圧を第３比較形態の場合の気圧より高くして仕切り板７８を移動させる。そのため、本実施形態の場合、第３比較形態の場合に比べて、仕切り板７８が遅く移動する。

【0098】

したがって、本実施形態によれば、第１室７４内の気圧が蒸気圧よりも高い場合において、制御部１００が、第１室７４内の熱媒の温度に基づき、第１室７４内の気圧を蒸気圧にする位置に仕切り板７８を移動させるように第２室７６内の気圧を定められた範囲の気圧より低い気圧で変化させながら変更させる制御を行う場合に比べて、経路部２２（循環部２０）の熱媒におけるキャビテーションの発生を抑制させることができる。

【0099】

なお、第４比較形態の場合、本実施形態の場合と同様、第３比較形態の場合に比べて、仕切り板７８が遅く移動する。そのため、第４比較形態の場合、本実施形態の場合と同様、第３比較形態の場合に比べて、経路部２２（循環部２０）の熱媒におけるキャビテーションの発生を抑制させることができる。ただし、本実施形態は、第１室７４内の気圧が蒸気圧よりも高い場合において、制御部１００が、第１室７４内の熱媒の温度に基づき、第１室７４内の気圧を蒸気圧にする位置に仕切り板７８を移動させるように第２室７６内の気圧を定められた範囲の気圧より高い気圧で変化させながら変更させる制御を行う場合に比べて、短時間で仕切り板７８を移動させることができる（短時間で仕切り板７８を理想の位置に移動させることができる）。

【0100】

＜第３の作用＞
第３の作用は、第１室７４内の気圧が蒸気圧よりも低い場合、制御部１００が第２室７６内の気圧を第１室７４内の蒸気圧より高い定められた範囲（一例として、当該蒸気圧の１０５％以上１２５％以下の気圧）の気圧で変化させる制御を行うことの作用である。以下、第３の作用について、本実施形態を以下の第５及び第６比較形態（図示省略）と比較して説明する。

【0101】

第５比較形態では、第１室７４内の気圧が蒸気圧よりも低い場合、制御部１００が第２室７６内の気圧を定められた範囲の気圧（の下限）よりも低い気圧（一例として、蒸気圧の１０２％の気圧）で変化させる制御を行うようになっている。第５比較形態の膨張タンク（蓄熱システム）は、上記の点以外、本実施形態の膨張タンク５０（蓄熱システム１０）と同様の構成とされている。なお、第５比較形態は、上記の第１の作用を奏する構成を備えた形態であることから、本発明の技術的範囲に属する。

【0102】

また、第６比較形態では、第１室７４内の気圧が蒸気圧よりも低い場合、制御部１００が第２室７６内の気圧を定められた範囲の気圧（の上限）よりも高い気圧（一例として、蒸気圧の１５０％の気圧）で変化させる制御を行うようになっている。第６比較形態の膨張タンク（蓄熱システム）は、上記の点以外、本実施形態の膨張タンク５０（蓄熱システム１０）と同様の構成とされている。なお、第６比較形態は、上記の第１の作用を奏する構成を備えた形態であることから、本発明の技術的範囲に属する。

【0103】

第５比較形態の場合、第１室７４内の気圧が蒸気圧となるように仕切り板７８を移動させる際、仕切り板７８の移動により経路部２２内の熱媒にキャビテーションが発生する虞がある。

【0104】

これに対して、本実施形態では、第１室７４内の気圧が蒸気圧よりも低い場合、第２室７６内の気圧を第５比較形態の場合の気圧より高くして仕切り板７８を移動させる。そのため、本実施形態の場合、第５比較形態の場合に比べて、仕切り板７８が速く移動する。

【0105】

したがって、本実施形態によれば、第１室７４内の気圧が蒸気圧よりも低い場合において、制御部１００が、第１室７４内の熱媒の温度に基づき、第１室７４内の気圧を蒸気圧にする位置に仕切り板７８を移動させるように第２室７６内の気圧を定められた範囲の気圧より低い気圧で変化させながら変更させる制御を行う場合に比べて、経路部２２（循環部２０）の熱媒におけるキャビテーションの発生を抑制させることができる。

【0106】

なお、第６比較形態の場合、本実施形態の場合と同様、第５比較形態の場合に比べて、仕切り板７８が速く移動する。そのため、第６比較形態の場合、本実施形態の場合と同様、第５比較形態の場合に比べて、経路部２２の熱媒におけるキャビテーションの発生を抑制させることができる。しかしながら、第６比較形態の場合、第５比較形態の場合に比べて、第１室７４内からパイプＰ１を通って経路部２２（循環部２０）に移る熱媒の移動速度（熱媒における単位時間当たりの移動量）が速い。そのため、第６比較形態の場合、第５比較形態に比べて、例えば、経路部２２内を循環する熱媒と温度差の大きい（経路部２２内を循環する熱媒よりも温度の低い）第１室７４内の熱媒が急激に経路部２２内に流れ込む場合がある。その結果、第６比較形態の場合、第５比較形態の場合に比べて、経路部２２内を循環する熱媒に温度分布が大きくなり（局所的に温度差がある部分ができ易くなり）、熱媒による熱の輸送効率が低下し易い。これに伴い、第６比較形態の場合、蓄熱器３０における反応効率が低下し易い。

【0107】

これに対して、本実施形態では、第１室７４内の気圧が蒸気圧よりも低い場合、第２室７６内の気圧を第６比較形態の場合の気圧より低くして仕切り板７８を移動させる。そのため、本実施形態の場合、第６比較形態の場合に比べて、仕切り板７８が遅く移動する。

【0108】

したがって、本実施形態は、第１室７４内の気圧が蒸気圧よりも低い場合において、制御部１００が、第１室７４内の熱媒の温度に基づき、第１室７４内の気圧を蒸気圧にする位置に仕切り板７８を移動させるように第２室７６内の気圧を定められた範囲の気圧より高い気圧で変化させながら変更させる制御を行う場合に比べて、ゆっくりと仕切り板７８を移動させることができる。これに伴い、本実施形態によれば、第１室７４内の気圧が蒸気圧よりも低い場合において、制御部１００が、第１室７４内の熱媒の温度に基づき、第１室７４内の気圧を蒸気圧にする位置に仕切り板７８を移動させるように第２室７６内の気圧を定められた範囲の気圧より高い気圧で変化させながら変更させる制御を行う場合に比べて、経路部２２（循環部２０）における熱媒による熱の輸送効率が低下し難い。

【0109】

以上が、本実施形態の蓄熱システム１０の作用についての説明である。

【0110】

以上のとおり、本発明を特定の実施形態について詳細に説明したが、本発明の技術的範囲には前述した実施形態以外の形態も含む。例えば、本発明の技術的範囲には、下記のような形態も含まれる。

【0111】

本実施形態では、温度計８０からの温度の情報、検出部８４による仕切り板７８の位置の情報、及びテーブルＴＢに基づき、第１室７４内の気圧が蒸気圧となるように、変更部９０により第１室７４内と第２室７６内との気圧差を利用して仕切り板７８を移動させるとして説明した。しかしながら、温度計８０からの温度の情報、検出部８４による仕切り板７８の位置の情報及びテーブルＴＢに基づき、第１室７４内の気圧が蒸気圧となるように、第１室７４内の容積を変更することができれば、異なる形態であってもよい。例えば、上壁７２に開口している、すなわち、密閉領域を形成する第２室７６を有さない容器７０と仕切り板７８とで経路部２２に気密状態で連結されている第１室７４（室）を形成し、当該室内の熱媒の温度を温度計８０により測定し、検出部８４により仕切り板７８の位置を掲出し、移動手段（図示省略、移動部の一例）を用いて、仕切り板７８を当該室内の気圧が蒸気圧となる位置に移動させるようにしてもよい。この場合、移動部の一例は、補助部材７９に取り付けられているモーター（図示省略）等であってもよい。

【0112】

本実施形態では、膨張タンク５０の容器７０は円筒状であるとして説明した。しかしながら、容器７０の形状は矩形状その他の形状であってもよい。蓄熱器３０の容器３２、蒸発凝縮器４０の容器４２の場合も同様である。

【0113】

本実施形態では、膨張タンク５０における仕切り板７８の位置（補助部材７９の上端面の位置）は、光を用いて検出されるとして説明した。しかしながら、仕切り板７８の位置を検出することができれば、別の手段により検出する構成としてもよい。例えば、接触式検出手段その他の手段としてもよい。

【0114】

本実施形態では、膨張タンク５０の容器７０が、第１室７４と第２室７６とが装置高さ方向に重なるように配置されているとして説明した。しかしながら、容器７０内が仕切り板７８により２つの室（第１室７４及び第２室７６）に仕切られており、第１室７４内と第２室７６内の気圧差により仕切り板７８が移動する構成であれば、容器７０は、第１室７４と第２室７６とが装置高さ方向に重なるように配置されていなくてもよい。例えば、容器７０は、第１室７４と第２室７６とが横方向（装置高さ方向と直交する方向）に並ぶように配置されていてもよい。

【0115】

本実施形態では、変更部９０において、排気パイプ９８はパイプ（筒）であるとして説明した。しかしながら、排気パイプ９８の一端部（アングルバルブ９４の固定されている側と反対側の端部）に排気ポンプ（図示省略）を設けて排気ポンプを作動させることで、排気パイプ９８を通じて第２室７６内の不活性ガスを排気してもよい。

【0116】

本実施形態では、膨張タンク５０と経路部２２とは、パイプＰ１により連結され、常時気密状態で繋がっているとして説明した。しかしながら、パイプＰ１にバルブ（図示省略）を設け、バルブによりパイプＰ１を開閉させるようにしてもよい。このような構成にすれば、例えば、蓄熱システム１０において、膨張タンク５０又は膨張タンク５０以外のメンテナンス等を行う場合に有効である。

【0117】

本実施形態では、蓄熱器３０と蒸発凝縮器４０とは、パイプＰ２により連結され、常時気密状態で繋がっているとして説明した。しかしながら、パイプＰ２にバルブ（図示省略）を設け、バルブによりパイプＰ２を開閉させるようにしてもよい。このような構成にすれば、例えば、蓄熱器３０と蒸発凝縮器４０とを分けて作動させることができる点で有効である。

【0118】

本実施形態では、第１室７４内の気圧が蒸気圧よりも高い場合、第２室７６内の定められた範囲の気圧は、一例として、第１室７４内の蒸気圧の８０％以上９５％以下の範囲の気圧であるとして説明した。また、第１室７４内の気圧が蒸気圧よりも低い場合、第２室７６内の定められた範囲の気圧は、一例として、第１室７４内の蒸気圧の１０５％以上１２５％以下の範囲の気圧であるとして説明した。しかしながら、これらの各定められた範囲の気圧は一例に過ぎず、例えば、仕切り板７８の自重、仕切り板７８と容器７０の内壁との摩擦、循環部２０内を循環する熱媒の使用温度等により、適宜変更してもよい。

【0119】

本実施形態では、蓄熱材３４が一例として酸化カルシウム（ＣａＯ）の成形体であるとして説明した。しかしながら、蓄熱器３０において蓄熱材としての機能（放熱及び蓄熱する機能）を有すれば、酸化カルシウム以外の化学蓄熱材であってもよい。例えば、蓄熱材３４は、アルカリ金属若しくはアルカリ土類金属の酸化物若しくは水酸化物又はこれらの複合物その他の化学蓄熱材であってもよい。

【0120】

また、本実施形態の蓄熱材３４は、一例として酸化カルシウム（ＣａＯ）の成形体、すなわち、水が化学反応する化学蓄熱材であるとして説明した。しかしながら、蓄熱器３０において蓄熱材としての機能（放熱及び蓄熱する機能）を有すれば、水が物理吸着する蓄熱材（物理吸着材）であってもよい。例えば、蓄熱材３４は、活性炭、メソポーラスシリカ、ゼオライト、シリカゲル、粘土鉱物その他の物理吸着材であってもよい。

【0121】

また、本実施形態では、蓄熱材３４に反応する媒体が水であるとして説明した。しかしながら、蓄熱材（化学蓄熱材及び物理吸着材）に反応して蓄熱材としての機能を有する媒体であれば、媒体は水でなくてもよい。例えば、媒体は、アンモニア、二酸化炭素その他の媒体であってもよい。

【0122】

また、本実施形態では、蓄熱器３０内の経路部２２（熱交換部２２Ａ）を流通する熱媒は、一例としてオイル（液体）であるとして説明した。しかしながら、経路部２２を流通する熱媒が、熱媒としての機能（熱を加熱対象に輸送する機能及び熱源から得た熱を蓄熱材に与える機能）を有すれば、熱媒はオイル以外の液体、例えば、水、アルコールその他の液体であってもよい。また、熱媒が上記の熱媒としての機能を有すれば、熱媒は、酸素、窒素、空気その他の気体であってもよい。また、熱媒が上記の熱媒としての機能を有すれば、熱媒は、ゾル、ゲル、エマルジョン、スラリーその他の連続体（粘弾性体）であってもよい。

【0123】

また、本実施形態では、一例として３５０℃であった熱媒が、経路部２２内を流通されて、蓄熱器３０内を通過することで、蓄熱材３４が放熱した熱を吸収して一例として４００℃に加熱されるとして説明した。しかしながら、４００℃という値は一例に過ぎず、本実施形態の構成、熱媒の種類、加熱対象の構成、熱源の構成その他の構成により、４００℃とは異なる温度となってもよい。

【0124】

また、本実施形態では、温度計８０は逐次第１室７４内の熱媒の温度を測り、圧力計８２は逐次第２室７６内の気圧を測り、検出部８４は逐次仕切り板７８の位置を検出し、これらの結果はその都度制御部１００に送られるとして説明した。また、逐次とは、一例として０．１秒ごとであるとして説明した。しかしながら、０．１秒は逐次の一例であり、別言すれば、温度計８０が温度を測った都度（又は測った都度のうち適当なタイミングで）に、圧力計８２が気圧を測った都度（又は測った都度のうち適当なタイミングで）、検出部８４が位置を検出した都度（又は検出した都度のうち適当なタイミングで）に、という意味である。そのため、逐次は、例えば、０．１秒よりも短い０．０５秒であっても、０．１秒よりも長い０．２秒、１．０秒であってもよい。

【0125】

また、本実施形態の蓄熱システム１０は、熱媒を介して熱を加熱対象に輸送し、熱源から移動させた熱を蓄熱材で蓄熱するとして説明した。しかしながら、本実施形態の蓄熱システム１０の構成（前述した実施形態以外の形態の構成も含む。）をいわゆるヒートポンプに適用することもできる。そして、蓄熱システム１０の構成を備えたヒートポンプは、前述の第１比較形態の蓄熱システム１０Ａの構成を備えたヒートポンプに比べて、経路部２２の熱媒におけるキャビテーションの発生に伴う熱媒の輸送効率の低下が抑制される。

【符号の説明】

【0126】

１０ 蓄熱システム
２０ 循環部
２２Ａ 熱交換部（循環部の一部の一例）
３０ 蓄熱器
３４ 蓄熱材
５０ 膨張タンク
７４ 第１室（熱媒室の一例）
７６ 第２室（気体室の一例）
７８ 仕切り板（壁の一例）
８０ 温度計
８２ 圧力計
８４ 検出部
９０ 変更部（移動部の一例）
１００ 制御部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】