(57)【要約】【課題】複雑な装置を設けなくても、高い熱交換性を維持できる蓄熱ユニット及びそれを備えた冷暖房システムの提供。【解決手段】蓄熱ユニット４は、ケース４１と、このケース４１の内部に配置されて内部に熱媒体が流通される管状の伝熱部４２と、ケース４１の内部に収納されて伝熱部４２の周囲を覆う複数個の粒状のゲル化パラフィン４３と、これらのゲル化パラフィン４３とケース４１との間に満たされる不凍液４４とを備えた。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケースと、このケースの内部に配置されて内部に熱媒体が流通される管状の伝熱部と、前記ケースの内部に収納されて前記伝熱部の周囲を覆う複数個の粒状の潜熱蓄熱材と、これらの潜熱蓄熱材と前記ケースとの間に満たされる不凍液とを備えたことを特徴とする蓄熱ユニット。
【請求項２】
請求項１に記載された蓄熱ユニットにおいて、
前記潜熱蓄熱材はゲル化パラフィンから形成され、前記潜熱蓄熱材の融点は前記ゲル化パラフィンの成分を調整することで設定されることを特徴とする蓄熱ユニット。
【請求項３】
請求項２に記載された蓄熱ユニットにおいて、
前記潜熱蓄熱材の融点は４℃以上１２℃以下に設定されることを特徴とする蓄熱ユニット。
【請求項４】
請求項２に記載された蓄熱ユニットにおいて、
前記潜熱蓄熱材の融点は４０℃以上６０℃以下に設定されることを特徴とする蓄熱ユニット。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれかに記載された蓄熱ユニットと、この蓄熱ユニットの伝熱部の一端に接続される熱源と、前記伝熱部の他端に接続されて室内に配置される熱交換パネルとを備えたことを特徴とする冷暖房システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蓄熱ユニット及びそれを備えた冷暖房システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
住宅等の建物や、その他の分野において、蓄熱ユニットが利用されている。蓄熱ユニットには、ケースの内部に潜熱蓄熱材を収納し、不凍液等の熱媒体が流通される管をケースの内部に配置し、管の周りで潜熱蓄熱材を凝固又は融解させて、熱媒体と潜熱蓄熱材との間で熱の交換を行うものがある。このような蓄熱ユニットにおける潜熱蓄熱材の凝固過程（蓄冷過程）では、管の周りには凝固した潜熱蓄熱材が固着するため、固着した潜熱蓄熱材が熱抵抗となって蓄冷の進展を阻害する。一方、潜熱蓄熱材の融解過程（放冷過程）では、管の表面部分に固着した潜熱蓄熱材から融解し始めるため、管から離れた部分では凝固した潜熱蓄熱材が残され、管内の熱冷媒が十分に冷えず、放冷の進展を阻害する。
【０００３】
このことに鑑みて、熱交換性の向上を目的として、従来、蓄冷媒体を満たした蓄熱槽に、内部に媒体が流通する伝熱部を配置し、蓄熱槽内の下部に気泡吹出孔を形成した気泡吹出部を配置し、この気泡吹出孔から吹き出された気泡により、伝熱部の外周付近の蓄冷媒体に強制的な流れや乱れを生じさせる蓄熱ユニットがある（特許文献１）。
特許文献１で示される蓄熱ユニットでは、気泡吹出部の一端が蓄熱槽の外部に配置された加圧空気供給装置に接続されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−３３０６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１で示される蓄熱ユニットでは、加圧空気供給装置は少なくとも加圧空気を供給するポンプ、ポンプを駆動するモータ、ポンプ及びモータの制御装置、空気を濾過するフィルタを必要とするため、構造が複雑化する。すなわち、構造が複雑な加圧空気供給装置を設けなければ、蓄熱ユニットにおいて高い熱交換性を維持することが難しいという問題がある。
本発明の目的は、複雑な装置を設けなくても、高い熱交換性を維持できる蓄熱ユニット及びそれを備えた冷暖房システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の蓄熱ユニット４は、図面を参照して説明すると、ケース４１と、このケース４１の内部に配置されて内部に熱媒体が流通される管状の伝熱部４２と、前記ケースの内部に収納されて前記伝熱部の周囲を覆う複数個の粒状の潜熱蓄熱材と、これらの潜熱蓄熱材と前記ケースとの間に満たされる不凍液４４とを備えたことを特徴とする。
【０００７】
この構成の本発明では、蓄熱ユニットは、伝熱部の周囲を覆う複数個の粒状の潜熱蓄熱材と、潜熱蓄熱材とケースとの間に満たされる不凍液とを備える。粒状の潜熱蓄熱材は凝固したときも融解したときもその形状を維持するため、伝熱部の周囲には常に不凍液が自然対流する。このことにより、伝熱部の外周面には、不凍液の自然対流に起因する対流熱伝達といった伝熱が促進される効果が作用する。よって、従来のように、伝熱を促進させるための複雑な装置を設けなくても、蓄熱ユニットにおいて高い熱交換性を維持できる。
【０００８】
本発明では、前記潜熱蓄熱材はゲル化パラフィン４３から形成され、前記潜熱蓄熱材の融点は前記ゲル化パラフィンの成分を調整することで設定されることが好ましい。
この構成の本発明では、このようなゲル化パラフィンを備える蓄熱ユニットを冷房するときにも暖房するときにも利用できる。
【０００９】
本発明では、前記潜熱蓄熱材の融点は４℃以上１２℃以下に設定されることが好ましい。
この構成の本発明では、冷房するときに、このようなゲル化パラフィンを備える蓄熱ユニットを利用できる。
【００１０】
本発明では、前記潜熱蓄熱材の融点は４０℃以上６０℃以下に設定されることが好ましい。
この構成の本発明では、暖房するときに、このようなゲル化パラフィンを備える蓄熱ユニットを利用できる。
【００１１】
本発明の冷暖房システム１は、前述の構成の蓄熱ユニットと、この蓄熱ユニットの伝熱部の一端に接続される熱源２と、前記伝熱部の他端に接続されて室内に配置される熱交換パネルとを備えたことを特徴とする。
この構成の本発明では、蓄熱ユニットが高い熱交換性を維持でき、コスト高となる伝熱を促進させるための複雑な装置も設けられていないため、全体として冷暖房の維持にかかる費用が高くなることを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態にかかる冷暖房システムを示す図。
【図２】本発明の一実施形態にかかる蓄熱ユニットを示す斜視図。
【図３】蓄熱ユニットの内部を示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１には、本実施形態にかかる冷暖房システム１が示されている。
図１において、冷暖房システム１は、ヒートポンプ２１及び熱交換ユニット２２と、熱交換ユニット２２に接続された熱交換パネルとしてのパネルルーバー３と、パネルルーバー３と熱交換ユニット２２との間に配置される蓄熱ユニット４とを備える。ヒートポンプ２１及び熱交換ユニット２２が熱源２を構成する。
【００１４】
ヒートポンプ２１は、圧縮器や膨張弁（ともに図示せず。）などを備え、代替フロンやＣＯ２ガスなどの冷媒を圧縮器で圧縮した際の発熱現象、及び膨張弁で冷媒を膨張させた際の吸熱現象を利用して、熱交換ユニット２２を介して後述する第二接続管７２から熱交換ユニット２２に戻ってくる熱媒体としての水を加熱又は冷却する。そして、ヒートポンプ２１は、例えば外気温度が所定温度の場合には、熱交換ユニット２２に戻ってくる水を加熱し、外気温度が所定温度を越える場合には、熱交換ユニット２２に戻ってくる水を冷却する。
【００１５】
熱交換ユニット２２は、ヒートポンプ２１の作用によって加熱された温水や冷却された冷却水をパネルルーバー３に向けて流出する。
パネルルーバー３は、例えば住宅１０の室内に配置されて室内の冷房又は暖房を行う際に用いられる。パネルルーバー３は、例えばアルミニウムで形成されて上下両端部が閉塞され、鉛直方向に沿って延びるとともに所定間隔をあけて互いに並列に配置された複数の管部材３１と、複数の管部材３１を取り付ける図示しない設置台とを備える。本実施形態では、管部材３１は複数本、例えば６本設けられている。
【００１６】
複数の管部材３１の上部は、例えばアルミニウムで形成された上部接合部材３２Ａで接合されて連結される。管部材３１の上部と上部接合部材３２Ａとの接合部分には、図示しない連通路が形成されている。上部接合部材３２Ａの内部の所定位置には、管部材３１内を流れる水が所定流路から外れて流れることを防止する図示しない堰が設けられている。
また、複数の管部材３１の下部は、例えばアルミニウムで形成された下部接合部材３２Ｂで接合されて連結される。管部材３１の下部と下部接合部材３２Ｂとの接合部分には、図示しない連通路が形成されている。ただし、図１における最も左側に配置された管部材３１の下部と下部接合部材３２Ｂとの接合部分、及び図１における最も右側に配置された管部材３１の下部と下部接合部材３２Ｂとの接合部分には連通路は形成されていない。下部接合部材３２Ｂの内部の所定位置には、管部材３１内を流れる水が所定流路から外れて流れることを防止する図示しない堰が設けられている。
【００１７】
このようなパネルルーバー３は、第一配管５１や第二配管５２などを介して熱交換ユニット２２と接続されている。具体的には、図１における最も左側に配置された管部材３１の下部と熱交換ユニット２２とが第一配管５１を介して接続されており、第一配管５１には、熱交換ユニット２２の前面側に配置された開閉弁６１と、室外に配置された切替弁６２と、室内に配置された二方弁６３とが設けられている。
また、図１における最も右側に配置された管部材３１の下部に第二配管５２が接続されており、第二配管５２には、室外に配置された三方弁６４が設けられている。なお、図１において、第二配管５２のうち三方弁６４と切替弁６６とを接続する部分は室内の冷暖房を行う場合には利用されない。
【００１８】
第一配管５１における切替弁６２が設けられた部分からは第一分岐管５３が分岐し、第二配管５２における三方弁６４が設けられた部分からは第二分岐管５４が分岐している。第一分岐管５３と第二分岐管５４とは三方弁６５で合流している。三方弁６５には第一接続管７１が接続されている。
【００１９】
図２及び図３には、本実施形態の蓄熱ユニット４が示されている。
蓄熱ユニット４は、アクリル製でキューブ状のケース４１と、ケース４１の内部に配置されて内部を水が流通する銅製で管状の伝熱部４２と、ケース４１の内部に収納されて伝熱部４２の周囲を覆う潜熱蓄熱材としてのゲル化パラフィン４３と、ケース４１とゲル化パラフィン４３との間に満たされる不凍液４４とを備える。
【００２０】
ケース４１は、例えば住宅１０の床下に設置可能な程度の大きさを有する。本実施形態では、ケース４１は、幅５００mm、奥行き５００mm、高さ３００mmの大きさである。
伝熱部４２は、屈曲して形成されてケース４１の内部における上側部分に配置される上側伝熱部４２１と、屈曲して形成されてケース４１の内部における下側部分に配置される下側伝熱部４２２と、上側伝熱部４２１と下側伝熱部４２２とを連結する連結伝熱部４２３とを備える。ただし、伝熱部４２の形状は図２に示す形状には限定されず、伝熱部４２内を流通する水がケース４１の内部において上側から下側へ流れるような形状であればよく、コイル型やシート型、又は多段蛇管型などであってもよい。
【００２１】
ゲル化パラフィン４３は複数個の粒状のものから形成される。ゲル化パラフィン４３の個々の形状は角柱状その他の形状であり、ゲル化パラフィン４３は２０mm角程度の大きさである。また、ゲル化パラフィン４３は、例えばJSR株式会社製のCALGRIP（登録商標）などであり、このゲル化パラフィン４３の融点は、ゲル化パラフィン４３の成分を調整することで設定される。ゲル化パラフィン４３は、凝固したときも融解したときもその形状を維持する。このようなゲル化パラフィン４３が、上下方向には対流しないようにケース４１の内部に収納されている。
不凍液４４は、エチレングリコールなどからなり、冷却されても凍結しない液体である。
【００２２】
このような蓄熱ユニット４では、図１にも示されるように、上側伝熱部４２１が第一接続管７１に接続され、下側伝熱部４２２が、熱交換ユニット２２の前面側に配置された切替弁６６に接続された第二接続管７２に接続される。これによって、伝熱部４２の一端側には熱交換ユニット２２及びヒートポンプ２１が接続され、伝熱部４２の他端側にはパネルルーバー３が接続されることになる。
【００２３】
図３に示すように、蓄熱ユニット４では、個々のゲル化パラフィン４３は形状を維持しており、また、伝熱部４２内を流れる冷却水又は温水によって、不凍液４４の内部において、伝熱部４２の周囲と伝熱部４２から離れた部分とで温度差が生じるため、伝熱部４２の周囲には常に不凍液４４が自然対流する。
そして、伝熱部４２内に冷却水を流すと、ゲル化パラフィン４３が凝固して蓄冷の状態となる。このとき、ゲル化パラフィン４３から放出された凝固熱は不凍液４４に伝わり、不凍液４４を経由して伝熱部４２内の冷却水に伝わる。
一方、伝熱部４２内に所定温度を有する温水を流すと、この温水から放出された熱は不凍液４４に伝わり、不凍液４４を経由してゲル化パラフィン４３に伝わり、ゲル化パラフィン４３が融解して放冷される。
【００２４】
次に、図１に戻って、パネルルーバー３を用いた室内の冷房について説明する。
パネルルーバー３を用いて冷房を行う場合には、ゲル化パラフィン４３の融点が４℃以上１２℃以下に調整・設定されたものが用いられる。
そして、まず、例えば気温の低い夜間などにゲル化パラフィン４３を凝固して蓄熱ユニット４を予め蓄冷の状態とする。
【００２５】
具体的には、図１の破線矢印で示すように、ヒートポンプ２１の作用によって冷却された冷却水を熱交換ユニット２２から第一配管５１内に流し、切替弁６２を経由して第一分岐管５３内に流す。そして、冷却水を三方弁６５を経由して第一接続管７１内に流し、蓄熱ユニット４の伝熱部４２内に流す。伝熱部４２内を流れる冷却水により、ゲル化パラフィン４３が凝固し、蓄冷の状態となる。このとき、ゲル化パラフィン４３から放出された凝固熱は不凍液４４を経由して伝熱部４２内の冷却水に伝わり、伝熱部４２内の水に熱が加わる。この熱が加えられた水は、第二接続管７２を通って熱交換ユニット２２に戻る。本実施形態では、伝熱部４２内を流れる冷却水は５〜１０℃程度である。
【００２６】
次に、例えば日中などに切替弁６２を切り替えて、第一配管５１内の水が第一分岐管５３内に流れないようにする。そして、図１の実線矢印で示すように、蓄熱ユニット４が予め蓄冷された状態で、ヒートポンプ２１の作用によって冷却された冷却水を熱交換ユニット２２から第一配管５１内に流す。
冷却水は、開閉弁６１、切替弁６２及び二方弁６３を経由して、図１における最も左側に配置された管部材３１内に下側から流入する。冷却水は、連通路を経由して、隣接する管部材３１内を互いに上下方向が逆となるように蛇行して流れる。このとき、管部材３１内を流れる冷却水が吸熱し、室内の冷房が行われる。
【００２７】
その後、吸熱して温められた水が、図１における最も右側に配置された管部材３１の下部から第二配管５２に流出し、三方弁６４を経由して第二分岐管５４内に流れ、三方弁６５を経由して第一接続管７１内に流れる。そして、温められた水は蓄熱ユニット４の伝熱部４２内を流れ、伝熱部４２内を流れる水から放出された熱が不凍液４４を経由してゲル化パラフィン４３に伝わり、凝固しているゲル化パラフィン４３が融解する。これにより、熱が放出されて温度が低下した水が第二接続管７２を通って熱交換ユニット２２に戻る。
【００２８】
そして、熱交換ユニット２２に戻ってきた水はヒートポンプ２１の作用によって再び冷却され、ヒートポンプ２１の作用によって冷却された冷却水が、再び熱交換ユニット２２から第一配管５１を介してパネルルーバー３に供給される。
このような冷却水の循環によって、パネルルーバー３を用いた冷房が行われる。
【００２９】
次に、蓄熱ユニット４は、パネルルーバー３を用いて暖房を行うときにも使用される。以下では、パネルルーバー３を用いた室内の暖房について説明する。
パネルルーバー３を用いて暖房を行う場合には、ゲル化パラフィン４３の融点が４０℃以上６０℃以下に調整・設定されたものが用いられる。
そして、まず、例えば気温の高い日中などにゲル化パラフィン４３を融解して蓄熱ユニット４を予め蓄熱の状態とする。
【００３０】
具体的には、図１の破線矢印で示すように、ヒートポンプ２１の作用によって加熱されて所定温度を有する温水を熱交換ユニット２２から第一配管５１内に流し、切替弁６２を経由して第一分岐管５３内に流す。そして、温水を三方弁６５を経由して第一接続管７１内に流し、蓄熱ユニット４の伝熱部４２内に流す。伝熱部４２内を流れる温水（４０〜６０℃）から放出された熱が不凍液４４を経由してゲル化パラフィン４３に伝わり、ゲル化パラフィン４３が融解し、蓄熱の状態となる。熱が放出されて温度が低下した水は第二接続管７２を通って熱交換ユニット２２に戻る。
【００３１】
次に、例えば気温が低下してくる夜間などに切替弁６２を切り替えて、第一配管５１内の水が第一分岐管５３内に流れないようにする。そして、図１の実線矢印で示すように、蓄熱ユニット４が予め蓄熱された状態で、ヒートポンプ２１の作用によって加熱されて所定温度を有する温水を熱交換ユニット２２から第一配管５１内に流す。温水は、開閉弁６１、切替弁６２及び二方弁６３を経由して、図１における最も左側に配置された管部材３１内に下側から流入する。温水は、連通路を経由して、隣接する管部材３１内を互いに上下方向が逆となるように蛇行して流れる。このとき、管部材３１内を流れる温水から放熱され、室内の暖房が行われる。
【００３２】
その後、熱が放出されて温度が低下した水が、図１における最も右側に配置された管部材３１の下部から第二配管５２に流出し、三方弁６４を経由して第二分岐管５４内に流れ、三方弁６５を経由して第一接続管７１内に流れる。そして、温度が低下した水は蓄熱ユニット４の伝熱部４２内を流れ、蓄熱状態とされたゲル化パラフィン４３から熱が放出されて、ゲル化パラフィン４３から放出された熱が不凍液４４を経由して伝熱部４２内の水に伝わり、伝熱部４２内の水に熱が加わる。この熱が加えられた水は、第二接続管７２を通って熱交換ユニット２２に戻る。
【００３３】
そして、熱交換ユニット２２に戻ってきた水はヒートポンプ２１の作用によって再び加熱され、ヒートポンプ２１の作用によって加熱された温水が、再び熱交換ユニット２２から第一配管５１を介してパネルルーバー３に供給される。
このような加熱された温水の循環によって、パネルルーバー３を用いた暖房が行われる。
【００３４】
従って、本実施形態では、次の作用効果を奏することができる。
（１）蓄熱ユニット４は、伝熱部４２の周囲を覆う複数個の粒状のゲル化パラフィン４３と、ゲル化パラフィン４３とケース４１との間に満たされる不凍液４４とを備える。粒状のゲル化パラフィン４３は凝固したときも融解したときもその形状を維持するため、伝熱部４２の周囲には常に不凍液４４が自然対流する。このことにより、伝熱部４２の外周面には、不凍液４４の自然対流に起因する対流熱伝達といった伝熱が促進される効果が作用する。よって、従来のように、伝熱を促進させるための複雑な装置を設けなくても、蓄熱ユニット４において高い熱交換性を維持できる。
【００３５】
（２）ゲル化パラフィン４３の融点はゲル化パラフィン４３の成分を調整することで設定されるため、このようなゲル化パラフィン４３を備える蓄熱ユニット４をパネルルーバー３を用いて冷房を行うときにも暖房を行うときにも利用できる。
【００３６】
（３）ゲル化パラフィン４３の融点が４℃以上１２℃以下に設定される場合には、パネルルーバー３を用いて冷房を行うときに、このようなゲル化パラフィン４３を備える蓄熱ユニット４を利用できる。
【００３７】
（４）ゲル化パラフィン４３の融点が４０℃以上６０℃以下に設定される場合には、パネルルーバー３を用いて暖房を行うときに、このようなゲル化パラフィン４３を備える蓄熱ユニット４を利用できる。
【００３８】
（５）冷暖房システム１は、蓄熱ユニット４と、蓄熱ユニット４の伝熱部４２の一端に接続されるヒートポンプ２１及び熱交換ユニット２２と、伝熱部４２の他端に接続されるパネルルーバー３とを備える。このような冷暖房システム１では、蓄熱ユニット４が高い熱交換性を維持でき、コスト高となる伝熱を促進させるための複雑な装置も設けられていないため、全体として冷暖房の維持にかかる費用が高くなることを防止できる。
【００３９】
なお、本発明は、上述した一実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲で以下に示される変形をも含むものである。
例えば、前記実施形態では、熱媒体として水を用いたが、これには限定されず、熱を移動させることが可能な流体であれば水以外であってもよい。
前記実施形態では、粒状の潜熱蓄熱材として、ゲル化パラフィン４３を用いたが、これには限定されず、カプセル型のパラフィンであってもよい。また、ゲル化パラフィン４３の大きさや形状も２０mm角に限定されるものではなく、不凍液４４がゲル化パラフィン４３どうしの隙間を通過できる大きさや形状であればよい。すなわち、ゲル化パラフィン４３の大きさは、５〜５０mm程度から選択でき、また、ゲル化パラフィン４３の形状も球状、三角錐形状、円筒形などから選択できる。
【００４０】
前記実施形態では、不凍液４４として、エチレングリコールからなるものを説明したが、これに限定されるものではなく、使用時に冷却されても凍結しない液体であればよく、０℃以上での使用であれば水を使用してもよい。
【００４１】
前記実施形態では、暖房を行う際にパネルルーバー３を用いたが、暖房を行う場合には熱交換パネルとして複数枚の輻射パネルを用いてもよい。
また、前記実施形態では、パネルルーバー３の管部材３１は６本設けられていたが、これには限定されず、第一配管５１から流入してきた水が第二配管５２に流れるように設けられていればよく、６本より少なくてもよいし、６本より多くてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明は、住宅等の建物や、その他の分野において、蓄熱ユニット及びそれを備えた冷暖房システムとして利用することができる。
【符号の説明】
【００４３】
１…冷暖房システム、２…熱源、３…熱交換パネルであるパネルルーバー、４…蓄熱ユニット、４１…ケース、４２…伝熱部、４３…潜熱蓄熱材であるゲル化パラフィン、４４…不凍液
【図１】
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【図２】
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【図３】
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