(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽熱集熱器と、
前記太陽熱集熱器で集熱される熱を蓄える蓄熱器と、
前記蓄熱器に蓄えられる熱で水を加熱する熱交換器とを備えた太陽熱利用温水器であって、
前記蓄熱器が潜熱蓄熱材を備える複数の蓄熱ユニットに分かれており、
前記複数の蓄熱ユニット間の均熱化を図る均熱部材を備え、
前記熱交換器は入口ヘッダ及び出口ヘッダと、これら入口ヘッダ及び出口ヘッダ間を繋ぐ複数の連結管とを備え、
前記均熱部材は前記連結管に沿って配置されていることを特徴とする太陽熱利用温水器。
【請求項２】
前記熱交換器に前記複数の蓄熱ユニットが配置され、
各蓄熱ユニット間にそれぞれ伝熱支柱が介在し、
前記均熱部材は当該伝熱支柱に熱的に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の太陽熱利用温水器。
【請求項３】
前記熱交換器に前記複数の蓄熱ユニットが配置され、
前記均熱部材は前記熱交換器に熱的に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の太陽熱利用温水器。
【請求項４】
前記太陽熱集熱器、前記蓄熱器及び前記熱交換器が重ねて配置されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の太陽熱利用温水器。
【請求項５】
前記蓄熱器及び前記熱交換器が重ねて配置され、
当該蓄熱器及び熱交換器と横並びに前記太陽熱集熱器が配置され、
前記太陽熱集熱器と前記蓄熱器とが熱移送部材により熱的に接続されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の太陽熱利用温水器。
【請求項６】
前記連結管は管径が前記入口ヘッダから前記出口ヘッダに向かって徐々に拡径していることを特徴とする請求項５に記載の太陽熱利用温水器。
【請求項７】
前記熱交換器は入口ヘッダ及び出口ヘッダと、
これら入口ヘッダ及び出口ヘッダ間を繋ぐ複数の連結管とを備え、
前記均熱部材は、前記連結管の管径を前記入口ヘッダから前記出口ヘッダに向かって徐々に拡径することで構成されていることを特徴とする請求項１に記載の太陽熱利用温水器。
【請求項８】
前記潜熱蓄熱材には過冷却を生ずる材料が用いられており、
複数の前記蓄熱ユニットには発熱トリガー機構が設けられていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の太陽熱利用温水器。
【請求項９】
前記蓄熱器は、前記蓄熱ユニットごとに、融点の異なる潜熱蓄熱材を備えることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の太陽熱利用温水器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽熱を受熱し、受熱した太陽熱の熱量を利用して水を加温する太陽熱利用温水器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、原油価格の上昇により省エネルギー化のニーズが高まり、再生可能エネルギーである太陽熱を利用して温水を生成する太陽熱利用温水器がますます注目されている。この種の太陽熱利用温水器として、太陽熱を集熱する集熱器と、集熱された熱を蓄える蓄熱器と、蓄えられた熱で水を加熱するための熱交換器とを備えた太陽熱利用給湯システムが提案されている（特許文献１参照）。
この太陽熱利用給湯システムでは、蓄熱器は、断熱構成された底板、側板および透光板とで箱状に形成され、その内部には略全面にわたり面状に蛇行配列された通水配管と通水配管を挟んで上下に配設した蓄熱ユニットとが設けられており、集熱器で集めた太陽熱により水を加熱し、加熱した水を蓄熱ユニットと熱交換させることで、当該蓄熱ユニットに熱を蓄えるため、温水を蓄えるためのタンクが不要になるという利点がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−８３６０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上記した太陽熱利用給湯システムでは、蓄熱器が断熱構成された箱体の内部に、通水配管を挟んで潜熱蓄熱ユニットを上下に配設した構成となっており、潜熱蓄熱ユニットは熱伝導率が小さいため、素早く熱を蓄えたり、熱を放出させたりすることが困難であるという問題がある。また、従来の構成では、潜熱蓄熱ユニットと通水配管を流通する水との間で熱交換を行うため、通水配管に近接した部分と通水配管から離れた部分とで潜熱蓄熱ユニットの温度にバラつきが生じ、供給される温水温度が変動しやすいといった問題がある。【０００５】
本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み、熱交換効率に優れ、供給される温水温度の変動を抑制できる太陽熱利用温水器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明は、太陽熱集熱器と、前記太陽熱集熱器で集熱される熱を蓄える蓄熱器と、前記蓄熱器に蓄えられる熱で水を加熱する熱交換器とを備えた太陽熱利用温水器であって、前記蓄熱器が潜熱蓄熱材を備える複数の蓄熱ユニットに分かれており、前記複数の蓄熱ユニット間の均熱化を図る均熱部材を備え、前記熱交換器は入口ヘッダ及び出口ヘッダと、これら入口ヘッダ及び出口ヘッダ間を繋ぐ複数の連結管とを備え、前記均熱部材は前記連結管に沿って配置されていることを特徴とする。
この構成によれば、蓄熱器が潜熱蓄熱材を備える複数の蓄熱ユニットに分かれて構成されるため、蓄熱ユニットを小分けすることにより蓄熱器全体の伝熱面積を大きくすることができ、その分、蓄熱または放熱時の熱交換効率を向上することができる。また、複数の蓄熱ユニット間の均熱化を図る均熱部材を備えているため、この均熱部材により均熱化された複数の蓄熱ユニットから均等に熱を取り出すことができ、供給される温水温度の変動を抑制できる。
また、均熱部材は、連結管に沿って配置されているため、連結管を流れる水の流れ方向と、均熱部材の熱の移動方向が略平行となり、蓄熱ユニットから熱を取りだす際に、均熱部材を通じて熱を均等に連結管内の水に与えることができ、供給される温水温度の時間的な変動をより一層抑制することができる。
【０００７】
この構成において、前記熱交換器に前記複数の蓄熱ユニットが配置され、各蓄熱ユニット間にそれぞれ伝熱支柱が介在し、前記均熱部材は当該伝熱支柱に熱的に接続されていても良い。また、前記熱交換器に前記複数の蓄熱ユニットが配置され、前記均熱部材は前記熱交換器に熱的に接続されていても良い。【０００８】
また、前記太陽熱集熱器、前記蓄熱器及び前記熱交換器が重ねて配置されていても良い。また、前記蓄熱器及び前記熱交換器が重ねて配置され、当該蓄熱器及び熱交換器と横並びに前記太陽熱集熱器が配置され、前記太陽熱集熱器と前記蓄熱器とが熱移送部材により熱的に接続されていても良い。【０００９】
また、前記連結管は管径が前記入口ヘッダから前記出口ヘッダに向かって徐々に拡径していても良い。
【００１０】
また、前記熱交換器は入口ヘッダ及び出口ヘッダと、これら入口ヘッダ及び出口ヘッダ間を繋ぐ複数の連結管とを備え、前記均熱部材は、前記連結管の管径を前記入口ヘッダから前記出口ヘッダに向かって徐々に拡径することで構成されていても良い。また、前記潜熱蓄熱材には過冷却を生ずる材料が用いられており、複数の前記蓄熱体には発熱トリガー機構が設けられていても良い。また、前記蓄熱器は、前記蓄熱ユニットごとに、融点の異なる潜熱蓄熱材を備えても良い。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、蓄熱器が潜熱蓄熱材を備える複数の蓄熱ユニットに分かれて構成されるため、小分けすることにより蓄熱器全体の伝熱面積を大きくすることができ、その分、蓄熱または放熱時の熱交換効率を向上することができる。また、複数の蓄熱ユニット間の均熱化を図る均熱部材を備えているため、この均熱部材により均熱化された複数の蓄熱ユニットから均等に熱を取り出すことができ、供給される温水温度の変動を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１Ａ】本発明の第１実施形態にかかる太陽熱利用温水器の側面図である。
【図１Ｂ】図１ＡのＢ−Ｂ断面図である。
【図２】集熱板を取り外した状態の太陽熱利用温水器の平面図である。
【図３Ａ】本発明の第２実施形態にかかる太陽熱利用温水器の側面図である。
【図３Ｂ】図３ＡのＢ−Ｂ断面図である。
【図４】集熱板を取り外した状態の太陽熱利用温水器の平面図である。
【図５Ａ】本発明の第３実施形態にかかる太陽熱利用温水器の側面図である。
【図５Ｂ】図５ＡのＢ−Ｂ断面図である。
【図６】太陽熱利用温水器の平面図である。
【図７Ａ】本発明の第４施形態にかかる太陽熱利用温水器の側面図である。
【図７Ｂ】図７ＡのＢ−Ｂ断面図である。
【図７Ｃ】図７ＡのＣ−Ｃ断面図である。
【図８】集熱板を取り外した状態の太陽熱利用温水器の平面図である。
【図９】本発明の第５実施形態にかかる太陽熱利用温水器から集熱板を取り外した状態を示す平面図である。
【図１０Ａ】第５実施形態の変形例にかかる太陽熱利用温水器の側面図である。
【図１０Ｂ】図１０ＡのＢ−Ｂ断面図である。
【図１１】本発明の第６実施形態にかかる太陽熱利用温水器の平面図である。
【図１２】第６実施形態の変形例にかかる太陽熱利用温水器の平面図である。
【図１３Ａ】本発明の第７実施形態にかかる太陽熱利用温水器の側面図である。
【図１３Ｂ】図１３ＡのＢ−Ｂ断面図である。
【図１３Ｃ】図１３ＡのＣ−Ｃ断面図である。
【図１４】太陽熱利用温水器の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照して本発明の一実施の形態について説明する。
＜第１実施形態＞
太陽熱利用温水器１は、太陽の日射を受光し易い場所（例えば、屋根）に配置され、図１Ａ及び図１Ｂに示すように、太陽からの日射を受けて太陽熱を集熱する太陽熱集熱器１０と、この太陽熱集熱器１０から放出された太陽熱を受けて蓄熱する蓄熱器２０と、この蓄熱器２０もしくは太陽熱集熱器１０から放出された熱を受熱して外部（本実施形態では水道水）へ伝達する熱交換器３０とを備え、これら太陽熱集熱器１０、蓄熱器２０及び熱交換器３０を高さ（厚さ）方向に積層して形成されている。この第１実施形態では、熱交換器３０の上に蓄熱器２０が配置され、この蓄熱器２０の上に太陽熱集熱器１０が配置されている。このため、太陽熱利用温水器１の設置面積を抑えることができ、当該太陽熱利用温水器１の小型化を図ることができる。
【００１４】
熱交換器３０は、板状に形成されたベース板３１と、このベース板３１上に立設された複数のフィン（伝熱支柱）３２，３２・・とを備える。これらベース板３１及びフィン３２は、例えば、銅、アルミニウムなどの熱伝導性に優れた金属または上記金属からなる合金で形成され、当該ベース板３１上に所定の間隔をあけて各フィン３２がねじ止めやカシメ接合、溶接等によって固定されている。なお、ベース板３１及びフィン３２を一体に形成しても良い。これら各フィン３２は、略同一の高さに形成され、当該フィン３２の上端部に太陽熱集熱器１０が固定されている。
【００１５】
熱交換器３０は、図２に示すように、上記したフィン３２が延びる方向に沿って配置される一対の入口ヘッダ３３及び出口ヘッダ３４と、これら入口ヘッダ３３、出口ヘッダ３４間を繋ぐ複数の連結管３５，３５・・とを備える。これら各連結管３５は、例えば、銅、アルミニウムなどの熱伝導性に優れた金属または上記金属からなる合金で形成され、それぞれベース板３１の下面に熱的に接続され、固定されている。
【００１６】
また、入口ヘッダ３３には給水源である上水道配管が接続され、出口ヘッダ３４には給湯口に接続された給湯用配管が接続される。なお、過度に昇温した湯を適温に調整するために、給湯用配管に、給水源である上水道から分岐させた混合用配管を接続してもよい。給湯用配管を流れる湯に、混合用配管を通じて上水を混合することで、湯を適温に調整することができる。
【００１７】
太陽熱集熱器１０は、光吸収率を高める表面処理を行った集熱板１１を備え、この集熱板１１は熱交換器３０のフィン３２上に固定されている。この集熱板１１は、上記した熱交換器３０のベース板３１、フィン３２及び連結管３５と同様に熱伝導性の優れた金属材で形成され、当該集熱板１１で集められた太陽熱は、複数のフィン３２を介して熱交換器３０のベース板３１に伝達される。
【００１８】
蓄熱器２０は、太陽熱集熱器１０で集熱され、熱交換器３０に伝達された太陽熱を蓄えるものである。この蓄熱器２０は、複数に小分けされた蓄熱ユニット２１，２１・・を備え、これら蓄熱ユニット２１が隣接するフィン３２，３２間に並べて配置されている。各蓄熱ユニット２１は、潜熱蓄熱材を袋状のラミネート材でパッキングして形成されたものであり、図１Ａに示すように、当該蓄熱ユニット２１の上面２１Ａ及び下面２１Ｂがそれぞれ集熱板１１及びベース板３１に接触する高さに形成されている。さらに、集熱板１１及びベース板３１には、それぞれ蓄熱ユニット２１を保持するための突起（図示略）が複数設けられており、当該蓄熱ユニット２１を集熱板１１とベース板３１との間に固定するとともに、当該集熱板１１及びベース板３１と蓄熱ユニット２１との間の熱伝達特性を向上させることができる。従って、集熱板１１及びベース板３１から伝達される太陽熱を蓄熱ユニット２１内の潜熱蓄熱材に効率良く蓄熱することができる。
【００１９】
潜熱蓄熱材は、その融解または凝固時の潜熱を利用して蓄熱または放熱する性質を有するものである。本実施形態では、潜熱蓄熱材として酢酸ナトリウム・３水和物を用いているが、上記した性質を有するものであれば特に限定されず、例えば、塩化マグネシウム・６水和物、水酸化バリウム・８水和物、チオ硫酸ナトリウム・５水和物、硝酸マグネシウム・６水和物、パラフィン、キシリトール等、及びこれらの混合物等を使用することができる。
【００２０】
潜熱蓄熱材を利用すると、水などの顕熱を利用する手法よりも蓄熱密度が大きくなるので、蓄熱器２０の小型化を図ることができる。さらに、潜熱蓄熱材をラミネート材でパッキングして小分けされた蓄熱ユニット２１をベース板３１上に並べて配置しているため、蓄熱器２０の高さ（厚さ）を低く抑えることができ、ひいては太陽熱利用温水器１の小型化を実現できる。
【００２１】
潜熱蓄熱材は、太陽熱の蓄熱後に冷却されると、いわゆる過冷却状態となって凝固点以下の温度に冷却されても凝固せず放熱が始まらないという性質を有する。このため、本実施形態では、蓄熱器２０は、蓄熱ユニット２１にそれぞれ刺激を与えて発熱（凝固）を誘発させる発熱トリガー機構２２（図２）が設けられている。この発熱トリガー機構２２は、各蓄熱ユニット２１に互いに独立して配置され、蓄熱ユニット２１内に潜熱蓄熱材と接触する通電線と、この通電線を通じて潜熱蓄熱材へ電圧を印加するための操作スイッチとを備える。太陽熱利用温水器１の使用時に、この操作スイッチを作動させて潜熱蓄熱材に刺激を与えることで、蓄熱ユニット２１内の潜熱蓄熱材の過冷却状態が解除され、この潜熱蓄熱材が凝固する際に、当該潜熱蓄熱材に蓄熱されていた熱が潜熱蓄熱材から熱交換器３０のベース板３１に放出される。さらに、各発熱トリガー機構２２を個別に動作させることにより、各蓄熱ユニット２１から必要な熱量だけを取り出すことができ、蓄熱された熱量を有効に利用することもできる。なお、蓄熱ユニット２１に刺激を与える手段としては、電圧を印加するものに限らず、例えば、蓄熱ユニット２１にせん断応力を加えるものや、液体状態である潜熱蓄熱材に種結晶を接触させる機構を有するものであっても良い。
【００２２】
ラミネート材は、フィルム状の薄い部材からなる袋状容器であり、例えば、ポロプロピレン（ＰＰ）やポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）等の樹脂製である。潜熱蓄熱材がフィルム状のラミネート材でパッキングされることにより、蓄熱ユニット２１は集熱板１１及びベース板３１に対して優れた接触性を有するとともに、これら集熱板１１及びベース板３１と潜熱蓄熱材とが直接接触して、集熱板１１及びベース板３１の腐食を防止できる。さらに、蓄熱ユニット２１は、潜熱蓄熱材を袋状のラミネート材でパッキングして小分けされているため、蓄熱時に液化する潜熱蓄熱材の取り扱いを容易にすることができ、ベース板３１上に簡単に蓄熱ユニット２１を配置することができるとともに、蓄熱ユニット２１の伝熱面積を大きく確保することができ、伝熱効率を向上させて素早く熱を取り出すことができる。
【００２３】
ところで、複数の蓄熱ユニット２１から熱交換器３０に熱を伝達し、この熱交換器３０で水を加温する場合、各蓄熱ユニット２１から均等に熱を取り出すことが難しく、時間とともに熱回収量が減少するという問題が想定される。このため、本実施形態では、太陽熱利用温水器１は、図２に示すように、蓄熱ユニット２１，２１間に配置されて複数のフィン３２に熱的に接続されるヒートパイプ（均熱部材）４０を備える。具体的には、これらヒートパイプ４０は、熱交換器３０の連結管３５の延出方向と略平行に配置され、複数のフィン３２に形成された貫通孔３２Ａをそれぞれ貫通して配置されている。なお、ヒートパイプ４０は、フィン３２と熱的に接続するように配置すればよく、例えば、各フィン３２の上端部にそれぞれ切欠きを形成し、この切欠きにヒートパイプを配置（固定）する構成としても良い。
【００２４】
ヒートパイプ４０は、例えば、銅、アルミニウムなどの熱伝導性に優れた金属製または上記金属からなる合金製である密閉されたコンテナの内部に、作動液が減圧状態で封入されて形成されている。コンテナは、高さ（厚さ）を抑えて接触面積を多く確保するために、扁平な板状に形成されている。なお、コンテナの形状は、扁平な板状に限るものではなく、例えば、円柱形状に形成しても良い。
【００２５】
ヒートパイプ４０のコンテナ内部には毛細管力を発揮できるウィックが内壁に密着して配置されている。または、コンテナの内壁にグルーブが形成されていても良い。ヒートパイプ４０の内部には、作動液の流路となる空間が設けられている。この空間に収容された作動液が蒸発・凝縮の相変化とヒートパイプ４０内部の移動をすることによって、熱輸送が行われる。すなわち、ヒートパイプ４０のコンテナが貫通される各フィン３２間に温度差が生じている場合、高温のフィン３２からコンテナへ伝達されてきた熱により、ヒートパイプ４０の吸熱側において液相状態の作動液が蒸発して気相状態へ相変化し、作動液が蒸発して生成した蒸気がヒートパイプ４０の吸熱側から放熱側である低温側のフィン３２へ移動する。放熱側では、この蒸発した蒸気が冷却されることで作動液が気相状態から液相状態へ戻る。液相状態に戻った作動液は放熱側から再び吸熱側へ移動（還流）する。このように、太陽熱利用温水器１では、ヒートパイプ４０を熱交換器３０の複数のフィン３２に貫通させて配置しているため、このヒートパイプ４０を通じて複数のフィン３２間で熱移動が行われ、当該フィン３２の均熱化が行われる。このため、これら複数のフィン３２が設けられている熱交換器３０のベース板３１の均熱化が行われ、ひいては、ベース板３１上に配置されている複数の蓄熱ユニット２１の均熱化が図られる。
【００２６】
この第１実施形態によれば、熱交換器３０のベース板３１に立設された複数のフィン３２に設けられた貫通孔３２Ａを貫通させてヒートパイプ４０を配置しているため、このヒートパイプ４０によって熱交換器３０の均熱化が図られる。これにより、熱交換器３０のベース板３１上に配置された複数の蓄熱ユニット２１が均熱化され、当該複数の蓄熱ユニット２１に均等に熱を分配し蓄熱することができる。従って、一部の蓄熱ユニット２１の温度が過剰に上昇し、劣化が進んで蓄熱器２０の蓄熱能力にむらが生じることを防止できる。さらに、熱交換器３０を通じて蓄えられた熱を水に受け渡す際（熱回収時）、ヒートパイプ４０により複数の蓄熱ユニット２１が均熱化されているため、各蓄熱ユニット２１内の潜熱蓄熱材の凝固ペース（速度）を一定に保つことができ、当該複数の蓄熱ユニット２１から熱を均等に取り出すことが可能となる。その結果、一部の蓄熱ユニット２１が先に熱の放出を終了してしまい、温水への熱の供給が途中で止まってしまうことが防止され、これにより熱交換器３０を通過して供給される温水温度の時間的な変動を抑制することができる。
【００２７】
また、ヒートパイプ４０は、複数の連結管３５に沿って並設されているため、連結管３５を流れる水の流れ方向と、ヒートパイプ４０の熱の移動方向が略平行となる。これによれば、蓄熱ユニット２１から熱を取りだす際に、ヒートパイプ４０を通じて熱を均等に連結管３５内の水に与えることができ、供給される温水温度の時間的な変動をより一層抑制することができる。
【００２８】
なお、本実施形態では、各蓄熱ユニット２１は、熱交換器３０のベース板３１及びフィン３２を介して、ヒートパイプ４０と熱的に接触する構成として説明したが、蓄熱ユニット２１とヒートパイプ４０とが直接接触することを妨げるものではなく、例えば、ヒートパイプ４０に蓄熱ユニット２１の一部を接触させた状態で、当該蓄熱ユニット２１をベース板３１上に配置しても良い。
また、本実施形態では、均熱部材の一例としてヒートパイプ４０を用いた態様を説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。均熱部材によって蓄熱ユニット２１を均熱化するための別の態様としては、例えば熱伝導性の良い金属もしくは合金による棒状体等を均熱部材として用いる態様が考えられる。
【００２９】
＜第２実施形態＞
図３Ａは、第２実施形態にかかる太陽熱利用温水器５０の側面図であり、図３Ｂは、図３ＡのＢ−Ｂ断面図、図４は、集熱板を取り外した状態の太陽熱利用温水器５０の平面図である。
太陽熱利用温水器５０は、図３Ａ及び図３Ｂに示すように、ヒートパイプ４０を熱交換器３０に熱的に接続する態様として、ヒートパイプ４０が熱交換器３０のベース板３１の下面側に配置されている点、蓄熱ユニット６１がフィン３２と略同一の長さに一体に形成されている点で、上記した第１実施形態にかかる太陽熱利用温水器１と構成を異にしている。上記した太陽熱利用温水器１と同一の構成のものについては同一の符号を付して説明を省略する。
第２実施形態では、図４に示すように、扁平の板状に形成されたヒートパイプ４０の上面が熱交換器３０のベース板３１の下面と接触させた状態で固定されているため、ヒートパイプ４０とベース板３１との熱交換面積を大きく確保することができ、熱交換器３０の均熱化をより効率良く行うことができる。
ヒートパイプ４０の高さは、同じくベース板３１の下面に配置されている複数の連結管３５の高さと略同一に形成されているため、ヒートパイプ４０が連結管３５よりも大きく下方に突出することを防止でき、太陽熱利用温水器５０の高さ（厚さ）方向の小型化を実現することができる。
【００３０】
第２実施形態では、ヒートパイプ４０がベース板３１の下面側に配置されることにより、このベース板３１の上面側には、その分大きなスペースが生じる。このため、フィン３２，３２間には、当該フィン３２の長さと略同一の長さを有する扁平板状に形成された蓄熱ユニット６１が配置されている。この蓄熱ユニット６１は、フィン３２の高さと略同一の高さに形成され、当該蓄熱ユニット６１の上面６１Ａ及び下面６１Ｂがそれぞれ集熱板１１及びベース板３１に接触している。
【００３１】
このため、第１実施形態と比べて、高さ（厚さ）方向に大型化することなく、ベース板３１上に配置される潜熱蓄熱材の量を増大することができ、より長時間にわたり熱交換器３０を通過して供給される温水温度の時間的な変動を抑制することができる。なお、蓄熱ユニット６１は、第１実施形態にかかる蓄熱ユニット２１と大きさが異なるがその他の構成については同じである。また、フィン３２，３２間に当該フィン３２と略同一の長さに亘って蓄熱ユニットを配置できるのであれば、小さく小分けされた蓄熱ユニットを複数並べても良い。
【００３２】
この第２実施形態によれば、ヒートパイプ４０がベース板３１の下面側に固定配置されるため、熱交換器３０はヒートパイプ４０により均熱化される。これにより、熱交換器３０のベース板３１上に配置される複数の蓄熱ユニット６１は、集熱板１１からの熱を受け取り蓄熱する過程においても互いに均熱化されている。このため、各蓄熱ユニット６１に均等に熱を蓄積することが可能となることにより、一部の蓄熱ユニット６１の温度が過剰に上昇し、劣化が進んで蓄熱器６０の蓄熱能力にむらが生じることを防止できる。さらに、熱交換器３０を通じて蓄えられた熱を水に受け渡す際、ヒートパイプ４０により複数の蓄熱ユニット６１が均熱化されているため、当該複数の蓄熱ユニット６１から熱を均等に取り出すことが可能となる。その結果、一部の蓄熱ユニット６１が先に熱の放出を終了してしまい、温水への熱の供給が途中で止まってしまうことが防止され、これにより熱交換器３０を通過して供給される温水温度の時間的な変動を抑制することができる。
【００３３】
また、上記した第１実施形態及び第２実施形態では、太陽熱利用温水器１、５０は、太陽熱集熱器１０、蓄熱器２０、６０及び熱交換器３０を上下方向に積層する構成としていたが、これに限るものではなく、これら太陽熱集熱器１０、蓄熱器２０、６０及び熱交換器３０を、例えば、水平方向に重ねて配置するものであっても良い。
【００３４】
＜第３実施形態＞
図５Ａは、第３実施形態にかかる太陽熱利用温水器８０の側面図であり、図５Ｂは、図５ＡのＢ−Ｂ断面図、図６は、太陽熱利用温水器８０の平面図である。
太陽熱利用温水器８０は、図５Ａ及び図５Ｂに示すように、太陽熱集熱器１０と、この太陽熱集熱器１０から放出された太陽熱を受けて蓄熱する蓄熱器９０と、この蓄熱器９０から放出された熱を受熱して外部（本実施形態では水道水）へ伝達する熱交換器１００とを備え、この熱交換器３０の上に蓄熱器９０が積層されて配置されるとともに、当該熱交換器１００及び蓄熱器９０に対して太陽熱集熱器１０を横並びに配置して形成されている。この太陽熱集熱器１０と熱交換器１００とは移送用ヒートパイプ１１０にて熱的に接続されている。
【００３５】
熱交換器１００は、板状に形成されたベース板１０１と、このベース板１０１上に立設された複数のフィン１０２，１０２・・とを備える。これらベース板１０１及びフィン１０２は、例えば、銅、アルミニウムなどの熱伝導性に優れた金属または上記金属からなる合金で形成され、当該ベース板１０１上に所定の間隔をあけて各フィン１０２がねじ止めやカシメ接合、溶接等によって固定されている。なお、ベース板１０１及びフィン１０２を一体に形成しても良い。
熱交換器１００は、図６に示すように、上記したフィン１０２が延びる方向に沿って配置される一対の入口ヘッダ１０３及び出口ヘッダ１０４と、これら入口ヘッダ１０３、出口ヘッダ１０４間を繋ぐ複数の連結管１０５，１０５・・とを備える。これら各連結管１０５は、例えば、銅、アルミニウムなどの熱伝導性に優れた金属または上記金属からなる合金で形成され、それぞれベース板１０１の下面に固定されている。また、入口ヘッダ１０３には給水源である上水道配管が接続され、出口ヘッダ１０４には給湯口に接続された給湯用配管が接続される。なお、過度に昇温した湯を適温に調整するために、給湯用配管に、給水源である上水道から分岐させた混合用配管を接続してもよい。給湯用配管を流れる湯に、混合用配管を通じて上水を混合することで、湯を適温に調整することができる。
【００３６】
蓄熱器９０は、太陽熱集熱器１０で集熱され、移送用ヒートパイプ１１０を通じて熱交換器１００に伝達された太陽熱を蓄えるものである。この蓄熱器９０は、複数に小分けされた蓄熱ユニット９１を備え、これら蓄熱ユニット９１が隣接するフィン１０２，１０２間に狭持されている。蓄熱ユニット９１は、上記した実施形態と同様に、それぞれ発熱トリガー機構２２（図６）が配置されるとともに、潜熱蓄熱材を袋状のラミネート材でパッキングして形成され、図５Ａに示すように、扁平な蓄熱ユニット９１を立てて隣接するフィン１０２，１０２間に配置されている。
【００３７】
蓄熱ユニット９１は、図５Ａに示すように、当該蓄熱ユニット９１の一方の面９１Ａ及び他方の面９１Ｂがそれぞれ隣接するフィン１０２，１０２に接触する厚みに形成されている。さらに、各フィン１０２には、それぞれ蓄熱ユニット９１を保持するための突起（図示略）が複数設けられており、当該蓄熱ユニット９１を隣接するフィン１０２，１０２間に固定するとともに、当該フィン１０２と蓄熱ユニット９１との間の熱伝達特性を向上させることができる。従って、フィン１０２から伝達される太陽熱を蓄熱ユニット９１内の潜熱蓄熱材に効率良く蓄熱することができる。
【００３８】
また、この実施形態では、太陽熱利用温水器８０は、図６に示すように、太陽熱集熱器１０と熱交換器１００とを熱的に接続する移送用ヒートパイプ（熱移送部材）１１０と、この移送用ヒートパイプ１１０に並設されたヒートパイプ（均熱部材）１２０とを備える。このヒートパイプ１２０は、上記したヒートパイプ４０と同様に熱交換器１００のフィン１０２に形成された貫通孔１０２Ａを貫通して配置され、熱交換器１００及びこの熱交換器１００のフィン１０２，１０２間にそれぞれ配置される複数の蓄熱ユニット９１の均熱化を図るものである。なお、この第３実施形態では、ヒートパイプ１２０を円柱状に形成し、フィン１０２に形成された貫通孔１０２Ａを貫通して配置しているが、このヒートパイプを扁平な板状に形成し、熱交換器１００のベース板１０１の下面に配置して良い。
【００３９】
一方、移送用ヒートパイプ１１０は、太陽熱集熱器１０で集熱された太陽熱を蓄熱器９０に移送するためのものであり、円柱状に形成された移送部１１０Ａと、この移送部１１０Ａに連結された均熱部１１０Ｂとを備え、移送部１１０Ａが太陽熱集熱器１０の集熱板１１に固定され、均熱部１１０Ｂが熱交換器１００の複数のフィン１０２に貫通して固定されている。図６では、移送用ヒートパイプ１１０が１本のみの例を示しているが、移送用ヒートパイプ１１０は、当然複数本あって良い。
【００４０】
この実施形態では、太陽熱利用温水器８０は、熱交換器１００が太陽熱集熱器１０よりも高さ位置が上方となるように、太陽の日射を受光し易い場所（例えば、屋根）に斜めに配置されることが望ましい。この構成によれば、移送用ヒートパイプ１１０では、均熱部１１０Ｂが移送部１１０Ａよりも上側に位置することにより、重力に逆らって移送部１１０Ａから均熱部１１０Ｂへの作動液の還流が抑制されるため、夜間等に太陽熱集熱器１０の集熱板１１が冷却された場合であっても、蓄熱器９０から太陽熱集熱器１０への熱の逆流を抑えることができる。
なお、移送用ヒートパイプの移送部から均熱部への作動液の還流が抑制するための構成として、均熱部の内部にウィック等の毛細管力を発生させる機構を設けるのに対し、移送部の内部には当該毛細管力を発生させる機構を設けない構成としてもよい。この構成では、熱交換器を太陽熱集熱器よりも上方に配置しなくても、移送部から均熱部への作動液の還流が抑制されるため、例えば、平坦な屋根の上に太陽熱利用温水器を設置することができ、当該太陽熱利用温水器の設置態様の多様化を実現できる。
【００４１】
この構成では、太陽熱集熱器１０と横並びに、蓄熱器９０及び熱交換器１００が上下に積層されて配置され、太陽熱集熱器１０と蓄熱器９０とが移送用ヒートパイプ１１０により熱的に接続されているため、太陽熱集熱器１０から蓄熱器９０への熱輸送を効率良く行うことができる。さらに、熱交換器１００のフィン１０２，１０２間に蓄熱ユニット９１を立てて配置したことにより、熱交換器１００の設置面積の増大を抑えることができ、太陽熱集熱器１０と横並びに、蓄熱器９０及び熱交換器１００が上下に積層されて配置された構成とした場合であっても、太陽熱利用温水器８０の小型化を図ることができる。
【００４２】
また、熱交換器１００のベース板１０１に立設された複数のフィン１０２に設けられた貫通孔１０２Ａを貫通させてヒートパイプ１２０及び移送用ヒートパイプ１１０の均熱部１１０Ｂを配置しているため、これらヒートパイプ１２０及び移送用ヒートパイプ１１０の均熱部１１０Ｂによって熱交換器１００の均熱化が図られる。これにより、熱交換器１００のフィン１０２，１０２間に配置された複数の蓄熱ユニット９１が均熱化され、当該複数の蓄熱ユニット９１に均等に熱を分配し蓄熱することができる。従って、一部の蓄熱ユニット９１の温度が過剰に上昇し、劣化が進んで蓄熱器９０の蓄熱能力にむらが生じることを防止できる。さらに、熱交換器１００を通じて蓄えられた熱を水に受け渡す際、ヒートパイプ１２０及び移送用ヒートパイプ１１０の均熱部１１０Ｂにより複数の蓄熱ユニット９１が均熱化されているため、当該複数の蓄熱ユニット９１から熱を均等に取り出すことが可能となる。その結果、一部の蓄熱ユニット９１が先に熱の放出を終了してしまい、温水への熱の供給が途中で止まってしまうことが防止され、これにより熱交換器１００を通過して供給される温水温度の時間的な変動を抑制することができる。
【００４３】
＜第４実施形態＞
太陽熱利用温水器１３０は、図７Ａ及び図７Ｂに示すように、熱交換器１００に設けられて入口ヘッダ１０３と出口ヘッダ１０４とを繋ぐ連結管１０６がそれぞれ入口ヘッダ１０３から出口ヘッダ１０４に向かって徐々に拡径している点で、上記した太陽熱利用温水器８０と構成を大きく異にしている。その他の構成について、上記した太陽熱利用温水器８０と同一の構成のものについては同一の符号を付して説明を省略する。
【００４４】
この第４実施形態では、各連結管１０６は、図８に示すように、入口ヘッダ１０３側の端部１０６Ａよりも出口ヘッダ１０４側の端部１０６Ｂが大きく形成されており、入口ヘッダ１０３から出口ヘッダ１０４に向かって徐々に拡径している。出口ヘッダ１０４側の端部１０６Ｂの径の大きさは、当該連結管１０６を流れる水の流量、流速等によって決定される。
【００４５】
この構成によれば、移送用ヒートパイプ１１０の均熱部１１０Ｂによって熱交換器１００の均熱化が図られるため、熱交換器１００のフィン１０２，１０２間に配置された複数の蓄熱ユニット９１が均熱化され、当該複数の蓄熱ユニット９１に均等に熱を分配し蓄熱することができる。従って、一部の蓄熱ユニット９１の温度が過剰に上昇し、劣化が進んで蓄熱器９０の蓄熱能力にむらが生じることを防止できる。
【００４６】
また、熱交換器１００を通じて蓄えられた熱を水に受け渡す際、移送用ヒートパイプ１１０の均熱部１１０Ｂにより複数の蓄熱ユニット９１が均熱化される。更に、上記連結管１０６がそれぞれ入口ヘッダ１０３から出口ヘッダ１０４に向かって徐々に拡径しているため、当該連結管１０６を流れる水の流速が下流側ほど遅くなることにより、複数の蓄熱ユニット９１から熱を均等に取り出すことが可能となる。その結果、一部の蓄熱ユニット９１が先に熱の放出を終了してしまい、温水への熱の供給が途中で止まってしまうことが防止され、これにより熱交換器１００を通過して供給される温水温度の時間的な変動を抑制することができる。
【００４７】
＜第５実施形態＞
上記した各実施形態にかかる太陽熱利用温水器では、蓄熱器の複数の蓄熱ユニットをヒートパイプ（均熱部材）で均熱化する構成について説明した。この構成では、各蓄熱ユニットは、過冷却を生じる同一種類の潜熱蓄熱材を備え、同一温度で相変化する性質を有する。このため、各蓄熱ユニットを順番に潜熱蓄熱することは実質的に困難であり、すべての蓄熱ユニットに対して一様に潜熱蓄熱することとなる。従って、例えば、曇天等により日射量が少ない場合には、すべての蓄熱ユニットの潜熱蓄熱が終了しないまま（少なくとも一部の蓄熱ユニットが部分的に固相を残したまま）日没を迎える可能性がある。この場合、蓄熱ユニットは、残った固相を核にして固化が進み、常温（例えば２０℃）に下がるまでの過程で、過冷却状態になれないため、潜熱を保持しておくことができず、顕熱分だけでなく潜熱分も放熱により失われてしまうという問題が想定される。この問題を解決するため、本実施形態では、蓄熱器は、蓄熱ユニットごとに、融点の異なる潜熱蓄熱材を備えている。
【００４８】
図９は、第５実施形態にかかる太陽熱利用温水器２００の平面図であり、集熱板１１を取り外した状態を示している。本実施形態では、太陽熱利用温水器２００の蓄熱器２０は、融点の異なる潜熱蓄熱材を有する２種類の蓄熱ユニット２２１，２２２を備える点で、上記第１実施形態にかかる太陽熱利用温水器１と構成を異にする。その他の構成は、太陽熱利用温水器１と同一であるため、同一の構成については同一の符号を付して説明を省略する。なお、本実施形態では、融点の異なる潜熱蓄熱材を有する２種類の蓄熱ユニット２２１，２２２を備える構成としたが、これに限るものではなく、融点の異なる潜熱蓄熱材を有する３種類以上の蓄熱ユニットを備えても良いことは勿論である。
【００４９】
蓄熱器２０は、図９に示すように、融点の低い（例えば５０℃）潜熱蓄熱材（低融点蓄熱材）を備える低融点潜熱蓄熱ユニット２２１と、この低融点潜熱蓄熱ユニット２２１内の潜熱蓄熱材よりも融点の高い（例えば６０℃）潜熱蓄熱材（高融点蓄熱材）を備える高融点潜熱蓄熱ユニット２２２とを備える。低融点蓄熱材及び高融点蓄熱材の組み合わせとしては、例えば、酢酸ナトリウム・３水和物と水酸化バリウム・８水和物の組み合わせや、チオ硫酸ナトリウム・５水和物と水酸化マグネシウム・６水和物の組み合わせを用いることができる。
これら低融点潜熱蓄熱ユニット２２１及び高融点潜熱蓄熱ユニット２２２をベース板３１上に並べて配置されている。具体的には、低融点潜熱蓄熱ユニット２２１及び高融点潜熱蓄熱ユニット２２２は、熱交換器３０の連結管３５の延出方向（行方向）及びフィン３２の延出方向（列方向）にそれぞれ交互に配置され、いわゆる市松模様を形成している。
【００５０】
太陽熱利用温水器２００は、太陽熱集熱器１０、蓄熱器２０及び熱交換器３０を高さ（厚さ）方向に積層して形成されている。このため、日射による太陽熱は、太陽熱集熱器１０の集熱板１１全体で集められ、この集熱板１１と接触する低融点潜熱蓄熱ユニット２２１及び高融点潜熱蓄熱ユニット２２２に一様に伝達される。
本実施形態では、低融点潜熱蓄熱ユニット２２１及び高融点潜熱蓄熱ユニット２２２は、市松模様状に配置されているため、当該低融点潜熱蓄熱ユニット２２１は、集熱板１１の下に均一にバラけた状態で配置される。
このため、各蓄熱ユニットのどの領域に入った太陽熱も、近傍にある低融点潜熱蓄熱ユニット２２１の潜熱蓄熱に利用することができるようになり、先に低融点蓄熱材、次に高融点蓄熱材という順で潜熱蓄熱させることができる。
【００５１】
更に、太陽熱利用温水器２００は、ヒートパイプ４０を備えるため、このヒートパイプ４０を通じて、低融点潜熱蓄熱ユニット２２１及び高融点潜熱蓄熱ユニット２２２が均熱化される。このため、各蓄熱ユニット２２１，２２２の温度が、最も融点の低い低融点潜熱蓄熱ユニット２２１の低融点蓄熱材の融点に達した後は、高融点潜熱蓄熱ユニット２２２の顕熱上昇に費やされる熱が、ヒートパイプ４０により高融点潜熱蓄熱ユニット２２２から低融点潜熱蓄熱ユニット２２１へと輸送され、低融点潜熱蓄熱ユニット２２１に優先的に蓄熱される。
従って、例えば、曇天等により、日射量が十分でない場合であっても、少なくとも低融点潜熱蓄熱ユニット２２１には、固相を残さず蓄熱することが可能になる。このため、顕熱分が失われて温度が低下した後でも、低融点潜熱蓄熱ユニット２２１は、過冷却により低融点蓄熱材の潜熱蓄熱分を保持することができ、当該蓄熱した熱量を水と熱交換し、湯として有効に利用することができる。
【００５２】
一方、晴天等の日射量が十分にある場合には、各蓄熱ユニット２２１，２２２の温度は、高融点潜熱蓄熱ユニット２２２の潜熱蓄熱材の融点まで上昇する。このため、各蓄熱ユニット２２１，２２２の温度が高融点潜熱蓄熱ユニット２２２の潜熱蓄熱材の融点に達した後は、低融点潜熱蓄熱ユニット２２１の顕熱上昇に費やされる熱が、ヒートパイプ４０により低融点潜熱蓄熱ユニット２２１から高融点潜熱蓄熱ユニット２２２へと輸送され、高融点潜熱蓄熱ユニット２２２に蓄熱される。従って、低融点潜熱蓄熱ユニット２２１及び高融点潜熱蓄熱ユニット２２２には、段階的に蓄熱されることにより、当該低融点潜熱蓄熱ユニット２２１及び高融点潜熱蓄熱ユニット２２２に確実に蓄熱することが可能となり、当該蓄熱した熱量を有効に利用することができる。
【００５３】
本実施形態では、図９に示すように、低融点潜熱蓄熱ユニット２２１及び高融点潜熱蓄熱ユニット２２２は、略同等に配置されている。上述のように、低融点潜熱蓄熱ユニット２２１は、日射量が十分でない場合の蓄熱量に関係するため、多い方が望ましいと考えられる。しかし、低融点潜熱蓄熱ユニット２２１が高融点潜熱蓄熱ユニット２２２に比べて過多な場合には、高融点潜熱蓄熱ユニット２２２から低融点潜熱蓄熱ユニット２２１への熱の輸送が低減するため、低融点潜熱蓄熱ユニット２２１に固相を残さず蓄熱することが困難となる。
これに対して、低融点潜熱蓄熱ユニット２２１を高融点潜熱蓄熱ユニット２２２に比べて過少な場合には、低融点潜熱蓄熱ユニット２２１への蓄熱量が減少してしまう。
このため、本実施形態では、低融点潜熱蓄熱ユニット２２１及び高融点潜熱蓄熱ユニット２２２を略同等に配置することにより、蓄熱器２０への蓄熱量を確保しつつ、低融点潜熱蓄熱ユニット２２１に対する確実な蓄熱を図っている。
【００５４】
続いて、蓄熱された熱を利用する場合について説明する。
低融点潜熱蓄熱ユニット２２１及び高融点潜熱蓄熱ユニット２２２に対して、蓄熱を完了した場合、これら低融点潜熱蓄熱ユニット２２１と高融点潜熱蓄熱ユニット２２２とでは、潜熱蓄熱材の相変化温度（融点）が異なるため、熱交換器３０における熱交換温度にムラができ、それによって生成する温水の温度も場所によるムラが生じるおそれがある。
しかし、本実施形態では、低融点潜熱蓄熱ユニット２２１及び高融点潜熱蓄熱ユニット２２２は、ヒートパイプ４０によって均熱化されているため、各蓄熱ユニット２２１，２２２から熱を取りだす際に、ヒートパイプ４０を通じて熱を均等に連結管３５内の水に与えることができ、供給される温水温度の場所によるムラを抑制できる。
また、低融点潜熱蓄熱ユニット２２１のみ蓄熱を完了し、高融点潜熱蓄熱ユニット２２２には蓄熱されていない場合には、高融点潜熱蓄熱ユニット２２２は、相変化せず一定温度に保持されないため、熱交換温度にムラができ、それによって生成する温水の温度も場所によるムラが生じるおそれがある。
しかし、この場合であっても、本実施形態では、低融点潜熱蓄熱ユニット２２１及び高融点潜熱蓄熱ユニット２２２は、ヒートパイプ４０によって均熱化されているため、各蓄熱ユニット２２１，２２２から熱を取りだす際に、ヒートパイプ４０を通じて熱を均等に連結管３５内の水に与えることができ、供給される温水温度の場所によるムラを抑制できる。
【００５５】
このように、本実施形態では、蓄熱器２０が低融点潜熱蓄熱ユニット２２１及び高融点潜熱蓄熱ユニット２２２を備えるとともに、これら低融点潜熱蓄熱ユニット２２１及び高融点潜熱蓄熱ユニット２２２をヒートパイプ４０で均熱化しているため、熱交換器３０における熱交換温度のムラがなくなる。このため、異なる融点を持つ蓄熱ユニットの配置には制約は無くなり、低融点潜熱蓄熱ユニット及び高融点潜熱蓄熱ユニットを偏った配置としても問題なく、これら低融点潜熱蓄熱ユニット及び高融点潜熱蓄熱ユニットがそれぞれヒートパイプと熱的に接続されていれば、当該蓄熱ユニット同士が一端で直接接触していても構わない。
【００５６】
例えば、図１０Ａ及び図１０Ｂに示すように、変形例にかかる太陽熱利用温水器２０１では、蓄熱器２０は、低融点潜熱蓄熱ユニット２２３及び高融点潜熱蓄熱ユニット２２４を備え、これら各蓄熱ユニット２２３，２２４を高さ（厚さ）方向に積層して構成されている。
【００５７】
具体的には、高融点潜熱蓄熱ユニット２２４は、その下面２２４Ｂがベース板３１と接触するように当該ベース板３１上に配置され、この高融点潜熱蓄熱ユニット２２４上にそれぞれ低融点潜熱蓄熱ユニット２２３が、その上面２２３Ａを集熱板１１と接触するように配置されている。低融点潜熱蓄熱ユニット２２３及び高融点潜熱蓄熱ユニット２２４は、これらを積層した際の高さがフィン３２の高さと略同一となるように形成される。
この構成では、蓄熱器２０は、融点の異なる潜熱蓄熱材を有する低融点潜熱蓄熱ユニット２２３及び高融点潜熱蓄熱ユニット２２４を備え、ベース板３１上に高融点潜熱蓄熱ユニット２２４を配置し、この高融点潜熱蓄熱ユニット２２４上に低融点潜熱蓄熱ユニット２２３を積層するとともに、当該低融点潜熱蓄熱ユニット２２３上に集熱板１１を配置した。このため、集熱板１１で集めた太陽熱は、この集熱板１１と接触する低融点潜熱蓄熱ユニット２２１の潜熱蓄熱に利用され、先に低融点蓄熱材、次に高融点蓄熱材という順で潜熱蓄熱させることができる。従って、日射量が少なくても、低融点潜熱蓄熱ユニット２２３に固相を残さず蓄熱できるので、曇天時でも効率よく太陽熱を利用できる。
【００５８】
＜第６実施形態＞
図１１は、第６実施形態にかかる太陽熱利用温水器２１０の平面図である。この実施形態では、蓄熱器９０が融点の異なる潜熱蓄熱材を有する２種類の蓄熱ユニット１９１，１９２を備える点で、上記第３実施形態にかかる太陽熱利用温水器８０と構成を異にする。その他の構成は、太陽熱利用温水器８０と同一であるため、同一の構成については同一の符号を付して説明を省略する。
本実施形態では、蓄熱器９０は、図１１に示すように、低融点蓄熱材を備える低融点潜熱蓄熱ユニット１９１と、この低融点潜熱蓄熱ユニット１９１内の低融点蓄熱材よりも融点の高い高融点蓄熱材を備える高融点潜熱蓄熱ユニット１９２とを備える。低融点蓄熱材及び高融点蓄熱材の組み合わせとしては、例えば、酢酸ナトリウム・３水和物と水酸化バリウム・８水和物の組み合わせや、チオ硫酸ナトリウム・５水和物と水酸化マグネシウム・６水和物の組み合わせを用いることができる。
低融点潜熱蓄熱ユニット１９１及び高融点潜熱蓄熱ユニット１９２は、それぞれ隣接するフィン１０２，１０２間に狭持されるとともに、これら低融点潜熱蓄熱ユニット１９１及び高融点潜熱蓄熱ユニット１９２が、熱交換器１００の連結管１０５の延出方向（行方向）に交互に配置して構成されている。また、低融点潜熱蓄熱ユニット１９１及び高融点潜熱蓄熱ユニット１９２は略同等に配置されている。
【００５９】
この構成においても、蓄熱器９０は、融点の異なる潜熱蓄熱材を有する低融点潜熱蓄熱ユニット１９１及び高融点潜熱蓄熱ユニット１９２を、熱交換器１００の連結管１０５の延出方向（行方向）に交互に配置することで、日射量が少なくても、低融点潜熱蓄熱ユニット１９１に固相を残さず蓄熱できるので、曇天時でも効率よく太陽熱を利用できる。
【００６０】
また、低融点潜熱蓄熱ユニット１９１及び高融点潜熱蓄熱ユニット１９２の配置構成は、図１１に限るものではない。例えば、図１２に示すように、低融点潜熱蓄熱ユニット１９１及び高融点潜熱蓄熱ユニット１９２を、熱交換器１００の連結管１０５の一端側と他端側とで区分けして配置しても良い。本変形例では、低融点潜熱蓄熱ユニット１９１が入口ヘッダ１０３側（上流側）に配置され、高融点潜熱蓄熱ユニット１９２が出口ヘッダ１０４側（下流側）に配置される。
【００６１】
ヒートパイプ１２０を設けない構成では、低融点潜熱蓄熱ユニット１９１及び高融点潜熱蓄熱ユニット１９２を区分けてして配置した場合、集熱板１１で集められた太陽熱が各蓄熱ユニットに均一に伝わっていくため、低融点潜熱蓄熱ユニット１９１へ優先的に蓄熱されず、高融点潜熱蓄熱ユニット１９２へも同時に蓄熱されてしまう。
これに対して、本構成では、ヒートパイプ１２０を使用して、低融点潜熱蓄熱ユニット１９１及び高融点潜熱蓄熱ユニット１９２の均熱化を図っているため、高融点潜熱蓄熱ユニット１９２の蓄熱が進んで高温になることを防ぎ、高融点潜熱蓄熱ユニット１９２の顕熱を低融点潜熱蓄熱ユニット１９１へ輸送し、低融点潜熱蓄熱ユニット１９１へ優先的に蓄熱させることができる。このようにヒートパイプ１２０を使用することにより、低融点潜熱蓄熱ユニット１９１及び高融点潜熱蓄熱ユニット１９２の配置に関する制約をなくすことができる。
【００６２】
更に、本変形例では、低融点潜熱蓄熱ユニット１９１が入口ヘッダ１０３側（上流側）に配置され、高融点潜熱蓄熱ユニット１９２が出口ヘッダ１０４側（下流側）に配置されているため、蓄熱利用時において、低融点潜熱蓄熱ユニット１９１及び高融点潜熱蓄熱ユニット１９２のそれぞれから一様な熱密度で熱を取り出すことができるようになる。従って、水の流れの上流側の潜熱蓄熱材が先に潜熱放出を終了してしまうことないため、供給される温水温度の時間変化が小さくなるという効果を奏する。
なお、本実施形態では、第３実施形態にかかる太陽熱利用温水器８０の蓄熱器９０が、融点の異なる蓄熱材を有する複数の蓄熱ユニットを備える構成として説明したが、融点の異なる蓄熱材を有する複数の蓄熱ユニットを備えるのであれば、他の実施形態にかかる太陽熱利用温水器５０、１３０に対して適用しても良いことは勿論である。
＜第７実施形態＞
【００６３】
太陽熱利用温水器１５０は、太陽の日射を受光し易い場所（例えば、屋根）に配置され、図１３Ａに示すように、太陽からの日射を受けて太陽熱を集熱する太陽熱集熱器１０と、この太陽熱集熱器１０から放出された太陽熱を受けて蓄熱する蓄熱器６０と、この蓄熱器６０もしくは太陽熱集熱器１０から放出された熱を受熱して外部（本実施形態では水道水）へ伝達する熱交換器３０とを備え、これら太陽熱集熱器１０、蓄熱器６０及び熱交換器３０を高さ（厚さ）方向に積層して形成されている。本実施形態では、熱交換器３０の上に蓄熱器６０が配置され、この蓄熱器６０の上に太陽熱集熱器１０が配置されている。このため、太陽熱利用温水器１５０の設置面積を抑えることができ、当該太陽熱利用温水器１５０の小型化を図ることができる。
【００６４】
熱交換器３０は、板状に形成されたベース板３１と、このベース板３１上に立設された複数のフィン３２，３２・・とを備える。これらベース板３１及びフィン３２は、例えば、銅、アルミニウムなどの熱伝導性に優れた金属または上記金属からなる合金で形成され、当該ベース板３１上に所定の間隔をあけて各フィン３２がねじ止め等によって固定されている。なお、ベース板３１及びフィン３２を一体に形成しても良い。これら各フィン３２は、略同一の高さに形成され、当該フィン３２の上端部に太陽熱集熱器１０が固定されている。
熱交換器３０は、図１４に示すように、上記したフィン３２が延びる方向に沿って配置される一対の入口ヘッダ３３及び出口ヘッダ３４と、これら入口ヘッダ３３、出口ヘッダ３４間を繋ぐ複数の連結管３６，３６・・とを備える。これら各連結管３６は、例えば、銅、アルミニウムなどの熱伝導性に優れた金属または上記金属からなる合金で形成され、それぞれベース板３１の下面に固定されている。
【００６５】
また、入口ヘッダ３３には給水源である上水道配管が接続され、出口ヘッダ３４には給湯口に接続された給湯用配管が接続される。なお、過度に昇温した湯を適温に調整するために、給湯用配管に、給水源である上水道から分岐させた混合用配管を接続してもよい。給湯用配管を流れる湯に、混合用配管を通じて上水を混合することで、湯を適温に調整することができる。
【００６６】
太陽熱集熱器１０は、ベース板３１と略同じ大きさの板状に形成され、光吸収率を高める表面処理を行った集熱板１１を備え、この集熱板１１は熱交換器３０のフィン３２上に固定されている。この集熱板１１は、上記した熱交換器３０のベース板３１，フィン３２及び連結管３５と同様に熱伝導性の優れた金属材で形成され、当該集熱板１１で集められた太陽熱は、複数のフィン３２を介して熱交換器３０に伝達される。
【００６７】
蓄熱器６０は、太陽熱集熱器１０で集熱され、熱交換器３０に伝達された太陽熱を蓄えるものである。この蓄熱器６０は、小分けされた複数の蓄熱ユニット６１，６１・・を備え、これら蓄熱ユニット６１が隣接するフィン３２，３２間に並べて配置されている。各蓄熱ユニット６１は、潜熱蓄熱材を袋状のラミネート材でパッキングして形成されたものであり、図１３Ａに示すように、当該蓄熱ユニット６１の上面６１Ａ及び下面６１Ｂがそれぞれ集熱板１１及びベース板３１に接触する高さ（厚さ）に形成されている。さらに、集熱板１１及びベース板３１には、それぞれ蓄熱ユニット６１を保持するための突起（図示略）が複数設けられており、当該蓄熱ユニット６１を集熱板１１とベース板３１との間に固定するとともに、当該集熱板１１及びベース板３１と蓄熱ユニット６１との間の熱伝達特性を向上させることができる。従って、集熱板１１及びベース板３１から伝達される太陽熱を蓄熱ユニット６１内の潜熱蓄熱材に効率良く蓄熱することができる。
【００６８】
潜熱蓄熱材は、その融解または凝固時の潜熱を利用して蓄熱または放熱する性質を有するものである。本実施形態では、潜熱蓄熱材として酢酸ナトリウム・３水和塩を用いているが、上記した性質を有するものであれば特に限定されず、例えば、塩化マグネシウム・６水和塩、水酸化バリウム・８水和塩、チオ硫酸ナトリウム・５水和物、硝酸マグネシウム・６水和物、パラフィン、キシリトール等、及びこれらの混合物等を使用することができる。
【００６９】
潜熱蓄熱材を利用すると、水などの顕熱を利用する手法よりも蓄熱密度が大きくなるので、蓄熱器６０の小型化を図ることができる。さらに、潜熱蓄熱材をラミネート材でパッキングして小分けされた蓄熱ユニット６１をベース板３１上に配置しているため、太陽熱利用温水器１の高さ（厚さ）を低く抑えることができ、当該太陽熱利用温水器１の小型化を実現できる。
【００７０】
潜熱蓄熱材は、太陽熱の蓄熱後に冷却されると、いわゆる過冷却状態となって凝固点以下の温度に冷却されても凝固せず放熱が始まらないという性質を有する。このため、本実施形態では、蓄熱器６０は、蓄熱ユニット６１にそれぞれ刺激を与えて発熱（凝固）を誘発させる発熱トリガー機構２２（図１４）が設けられている。この発熱トリガー機構２２は、各蓄熱ユニットに互いに独立して配置され、蓄熱ユニット６１内に潜熱蓄熱材と接触する通電線と、この通電線を通じて潜熱蓄熱材へ電圧を印加するための操作スイッチとを備える。太陽熱利用温水器１５０の使用時に、この操作スイッチを作動させて潜熱蓄熱材に刺激を与えることで、蓄熱ユニット６１内の潜熱蓄熱材の過冷却状態が解除され、この潜熱蓄熱材が凝固する際に、当該潜熱蓄熱材に蓄熱されていた熱が潜熱蓄熱材から熱交換器３０のベース板３１に放出される。さらに、各発熱トリガー機構２２を個別に動作させることにより、各蓄熱ユニット６１から必要な熱量だけを取り出すことができ、蓄熱された熱量を有効に利用することができる。なお、蓄熱ユニット６１に刺激を与える手段としては、電圧を印加するものに限らず、例えば、蓄熱ユニット６１にせん断応力を加えるものや、液体状態である潜熱蓄熱材に種結晶を接触させる機構を有するものであっても良い。
【００７１】
ラミネート材は、フィルム状の薄い部材からなる袋状容器であり、例えば、ポロプロピレン（ＰＰ）やポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）等の樹脂製である。潜熱蓄熱材がフィルム状のラミネート材でパッキングされることにより、蓄熱ユニット６１は集熱板１１及びベース板３１に対して優れた接触性を有するとともに、これら集熱板１１及びベース板３１と潜熱蓄熱材とが直接接触して、集熱板１１及びベース板３１の腐食を防止できる。さらに、蓄熱ユニット６１は、潜熱蓄熱材を袋状のラミネート材でパッキングして小分けされているため、蓄熱時に液化する潜熱蓄熱材の取り扱いを容易にすることができ、ベース板３１上に簡単に蓄熱ユニット６１を配置することができるとともに、蓄熱ユニット６１の伝熱面積を大きく確保することができ、伝熱効率を向上させて素早く熱を取り出すことができる。
【００７２】
ところで、複数の蓄熱ユニット６１から熱交換器３０に熱を伝達し、この熱交換器３０で水を加温する場合、各蓄熱ユニット６１から均等に熱を取り出すことが難しく、時間とともに熱回収量が減少するという問題が想定される。このため、本実施形態では、熱交換器３０の入口ヘッダ３３と出口ヘッダ３４とを繋ぐ連結管３６は、図１３Ｂ及び図１３Ｃに示すように、入口ヘッダ３３側の端部３６Ａよりも出口ヘッダ３４側の端部３６Ｂが大きく形成されており、図１４に示すように、入口ヘッダ３３から出口ヘッダ３４に向かって徐々に拡径している。出口ヘッダ３４側の端部３６Ｂの径の大きさは、当該連結管３６を流れる水の流量、流速等によって決定される。ここで、上記した入口ヘッダ３３、出口ヘッダ３４及び複数の連結管３６が均熱部材を構成する。
【００７３】
第７実施形態によれば、熱交換器３０の上に蓄熱器６０が配置され、この蓄熱器６０の上に太陽熱集熱器１０が配置されている。このため、太陽熱利用温水器１５０の設置面積を抑えることができ、当該太陽熱利用温水器１５０の小型化を図ることができる。また、熱交換器３０は、ベース板３１に立設された複数のフィン３２，３２を備え、このフィン３２，３２上に太陽熱集熱器１０の集熱板１１を配置しているため、この集熱板１１で集熱した太陽熱は、フィン３２，３２を通じてベース板３１に伝達されることにより、このベース板３１上に配置された蓄熱ユニット６１に効率良く蓄熱することができる。
更に、上記連結管３６がそれぞれ入口ヘッダ３３から出口ヘッダ３４に向かって徐々に拡径しているため、当該連結管３６を流れる水の流速が下流側ほど遅くなることにより、複数の蓄熱ユニット６１から熱を均等に取り出すことが可能となる。その結果、一部の蓄熱ユニット６１が先に熱の放出を終了してしまい、温水への熱の供給が途中で止まってしまうことが防止され、これにより熱交換器３０を通過して供給される温水温度の時間的な変動を抑制することができる。
なお、本実施形態では、蓄熱器６０の各蓄熱ユニット６１は、過冷却を生じる同一種類の潜熱蓄熱材を備える構成としたが、これに限るものではなく、蓄熱器６０が融点の異なる潜熱蓄熱材を有する複数種類の蓄熱ユニットを備える構成としても良いことは勿論である。
【００７４】
また、上記した第１〜第７実施形態において、少なくとも蓄熱器及び熱交換器をケース体（不図示）に収容し、このケース体ごと屋根の上に配置する構成としても良い。この場合、ケース体は断熱性の高い材料で形成することが望ましい。さらに、太陽熱利用温水器全体をケース体に収容し、当該ケース体の、太陽熱集熱器（集熱板）に対向する面をガラス等の透光性を有する部材で形成する構成としても良い。
【符号の説明】
【００７５】
１、５０、８０、１３０、１５０、２００、２０１、２１０、２１１  太陽熱利用温水器
１０  太陽熱集熱器
１１  集熱板
２０、６０、９０  蓄熱器
２１、６１、９１  蓄熱ユニット
３０、１００  熱交換器
３１、１０１  ベース板
３２、１０２  フィン（伝熱支柱）
３２Ａ、１０２Ａ  貫通孔
３３、１０３  入口ヘッダ
３４、１０４  出口ヘッダ
３５、３６、１０５、１０６  連結管
４０、１２０  ヒートパイプ（均熱部材）
１１０  移送用ヒートパイプ（熱移送部材）
１１０Ａ  移送部
１１０Ｂ  均熱部
１９１、２２１、２２３、  低融点潜熱蓄熱ユニット（蓄熱ユニット）
１９２、２２２、２２４、  高融点潜熱蓄熱ユニット（蓄熱ユニット）
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１３Ｃ】
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【図１４】
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