(57)【要約】      （修正有）【課題】単位熱量の増加で装置の小型化と軽量化や自然放熱による熱損失を５０％軽減して省スペース、省エネを達成できるドライ型蓄熱装置の提供。【解決手段】潜熱蓄熱組成物を偏平板状で流水管を収める溝を有する容器に充満して、蓄熱体とするに銅やアルミ等金属になる熱伝達板を担持した流水管チューブを蓄熱体に密着して、重層した状態物の必要数を積層して具備した装置とし、該チューブの管内を流水する冷水又は温水の熱を熱伝達板を介して、蓄熱体と熱交換機能を有する蓄熱装置とする。【選択図】図１
2006329604.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱により固有の融点で相変化して吸放熱する潜熱蓄熱組成物を偏平板状で流水管を収める溝を有する容器に充填して、蓄熱体とするに銅やアルミ等金属になる熱伝達板を担持した流水管チューブを蓄熱体に密着して、重層した状態物の必要数を積層して具備した装置である。該チューブの管内を流水する冷水又は温水の熱を熱伝達板を介して、蓄熱体と熱交換機能を有する蓄熱装置に関する。
【請求項２】
蓄熱装置の手段に用いる温熱及び冷熱型の潜熱蓄熱材は融点温度が５℃から６０℃の範囲でＣＨ３ＣＯ２Ｎａ・３Ｈ２Ｏ系，Ｎａ２ＨＰＯ４・１２Ｈ２Ｏ系，Ｎａ２ＳＯ４・１０Ｈ２Ｏ系，ＣａＣＬ２・６Ｈ２Ｏ系、Ｎａ２Ｓ２Ｏ２・５Ｈ２Ｏ系、パラフィン系の各単独、及びその複合物を用いる請求項１記載の潜熱蓄熱組成物に関する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、相変化で出入りする潜熱体のうち、使用される冷房用冷熱材の６℃から、あるいは暖房用温熱材の５８℃の範囲まて、融点を設定した潜熱蓄熱組成物を用いた冷暖房及び給湯用の蓄熱装置である。ヒートポンプ熱源機で製造の大気熱を潜熱蓄熱体に貯めて、必要時の住宅やビルの冷暖房や給湯の熱供給を行う。
【背景技術】
【０００２】  従来から９０℃までの高温水や氷など低温度での貯水には金属製やＦＲＰなど合成樹脂製タンクに直接冷熱水の熱媒体を循環して蓄熱するウエット方式が主流であった。大気熱を吸収する二酸化炭素冷媒を超高圧て圧縮熱で、高温水を作るヒートポンプ方式が提案されて、給湯や暖房に実用化している。所要電力の３倍以上の熱効率と９０℃の高温水製造能力により、燃焼型給湯器より３０％省エネ効果成を達成したとされる。しかし、蓄熱方法において温度差の大きい冬季は、例えば外気温０℃の時に１時間当たり約０．５℃づつ、温水温度が低下する自然放勢による熱損失が大き事が知られている。温水器の特性が完全押出しであれば、一日の熱損失は残存湯量に比例する。すなわち、平均的な給湯量／日を８５℃で１６０ｌ（５０℃に換算して３００ｌ）を一日使用回数と量に分けて、供給の場合、周囲温度＝供給水温＝１０℃の条件で、熱損失は４，６５０Ｋｃａｌと理論必要量の１２，０００ｋｃａｌに対し熱損失率は３８．８％であった。年間の熱損失は約１．７Ｇｃａｌ、電力換算１４６０ＫＷＨ、ＣＯ２排出換算６１３．２Ｋｇ（日本建築学会学術研究資料）に達する事が知られている。自然放熱による熱損失は蓄熱タンクの小型化を困難にしていた。また、ウエット型の貯湯蓄熱タンクは温度が高温（９０℃）ほど腐食を受けやすく、これらの防食や保温対策で経済的負担が増大していた。しかし、ヒートポンプ単独では立ち上がりの温度追従にタイムラグが生じるなど、機能上の利便性に課題があった。
【発明の開示】
【発明が解決しょうとする課題】
【０００３】  本発明の蓄熱装置に採用の潜熱放熱体は各々の物質固有の融点を保有し、該蓄熱物質は液化にある状態で温度が融点以下に下かると、凝固の付近の温度を放熱し、液体から固化が完了するまで、質量に応じた熱量を一定温度で放熱する。融解時は蓄熱物質が完全に液化するまで熱を吸収する性状を保持する可逆現象を顕す。該蓄熱装置に使用する電解水和組成物になる蓄熱材は水の容量に比べて比重で１．４倍〜１．７倍、△Ｔ２０℃での単位熱量は２から３倍であり、省スペースな蓄熱装置となりうる。熱量にゆとりが有り、冷暖房や給湯に提供できる。ヒートポンプ技術の向上でくみ上げられる冷水や温水を適温適量の潜熱蓄熱体をいることで、高温蓄熱による放熱の損失を排除できる。ウエット方式と異なり、密閉された蓄熱体と密閉型の流水管間の熱交換方式（ドライ）により、流水が汚染される事が無いないから給湯に使用できるなど衛生及び生理上の課題を解決している。結果、単位熱量の増加で装置の小型化と軽量化や自然放熱による熱損失を５０％軽減して省スペース、省エネを達成できるものである。
【０００４】  本発明の装置内に具備する例えば潜熱放熱物質の電解質系水和物に酢酸ナトリウム系水和物は、融点５８．５℃である。暖房や給湯の温熱蓄熱体として温熱蓄熱装置に、又、塩化カルシウム系水和物の複合物を採用した場合は凝固点が７℃、融解点１０℃としたプラス温度蓄冷熱材として、空調用冷熱蓄熱装置として応用できる。
【０００５】  潜熱蓄熱材の水和物は水との比較において、単位あたり密度比で１．４倍以上、△Ｔ１０℃の所要熱量及び放熱量で１．６倍から５．０倍と大きく、蓄熱にかかる容積と装置の小型化を可能とする。該、蓄熱物質は物質固有の融点で吸熱して融解、放熱しながら凝固の熱反応を顕す。吸熱と放熱は相（状態変化）液体⇔固体の反応が終了するまで、大きい蓄熱量と一定温度を持続して放出と吸収を行う。該潜熱蓄熱材としての水和物が採用できる。本発明は単独又は相和した混合物を主材に、独自の水和物を適用して運用した。該放熱体の酢酸ナトリウム水和塩の性状の理論値は融点５８．５℃、潜熱量６０カロリー／グラムである。しかし、一般的に電解質水和物は程度の差はあるが、固体の熱伝導性は０．５ｍ．ｋとあまり良好ではなかった、改善の手段にフィン（熱伝導板）による熱伝導表面積の確保に加えて、該蓄熱組成物内に適量のグラファイト微粉末を分散させるを試みた結果、設定計測でエントロピーに掛かる時間を大幅に短縮、熱交換時の熱表面抵抗を５０％以上減少して熱伝導の相乗効果による成果を上げる事に成功した。また耐熱処置を施した組成物を採用して熱履歴機能の安定を確保している。該蓄熱は密度、放熱量に優れる小型省スペース蓄熱装置の特徴を有する。
【特許文献１】特許第２８９０１９７号
【特許文献２】特許第２５６６４４５号
【特許文献３】特開平１０−２３７４３３
【研究文献４】
日本建築学会学術研究資料
【課題を解決するための手段】
【０００６】  本発明は、採用の各々の潜熱蓄熱組成物とそれらを収めて、蓄熱体とする手段にポリプロピレン、ポリエチレン、ポリエステル樹脂の成型物、ステンレス金属容器あるいは同、ポリオレフィン樹脂になる各種ラミネート積層フイルムなど薄膜包装物に充填して脱気密封する方式から選択してを用いることができる。
【０００７】  採用される各々の潜熱蓄熱組成物は固有の融点以上で液化し、それ以下では固化のエントロピーを呈する。熱源から送られる温熱又は冷水熱は配管チューブを介して重層した蓄熱体に熱的な影響を与える。例えば蓄熱体の固有の融点より高い温度であれば、蓄熱体は熱を吸収しながら液化して、蓄熱状態までの交換熱を負加熱を回収する冷房に応用する。融点より低温であれば、融点付近の温度を放熱して、設定固有の融点で固化状態を呈する、この際の凝固熱を暖房に利用する。使用用途や目的に応じて、蓄熱体を入れ替えて対応できる。
【０００８】  すなわち熱の出入りは蓄熱材と重層配置した配管チューブ内の流水との熱交換を介して行われ、給湯、暖房、空気調和の負荷用熱源に供給される。
【発明の効果】
【０００９】  本発明は装置内に負荷条件に適性適応の潜熱蓄熱体と金属熱伝導良導盤（熱伝達フィン）を担持したチューブ管を密着重層して熱交換を行う。ヒートポンプでくみ上げた温水／冷水熱を密閉した配管チューブ内の流水と熱交換して直接、装置内の蓄熱体に貯めて必要時に分割したヘッダーにより効率よく取り出せる。使用の流水（水道水）は水圧により外部からの異物、この場合は装置内の蓄熱材の微粒子などが混入しない循環方式により直接人体に使用しても生理、衛生上の問題か起こらない。従来から広く普及しているウェット水槽（常圧環境）に、蓄熱材を混合入に比べて、単位あたり蓄熱容量を３０％以上増量できるから小型化ができる。また従来の高温蓄熱より、最高温度で２０℃降温した結果、自然損失が半減した。本発明は水や熱媒体が直接装置に触れないので装置の腐食がなく、メンテナンスが容易で耐用寿命上でも経済的である。装置は解放型であるが、熱の取り出しはピストンフロー型機能の特徴も有するが、分割配置のヘッダーに設置する温度センサーと電磁調整井を集中制御すれば、効率的な給配水が行える。装置の躯体や外装部分はこれまで金属タンクやＦＲＰなどのプラスチックタンクが主流であったが、木質や強度を保たれる設計を行えば、紙器との複合材も採用できる。設置場所として床下や壁内、屋根裏など自由な形状で取り付けも容易となる。例えば、木質の空気層の特性を生かした安価で多彩な断熱手法が可能であり、保温性の向上で熱損失を防止し、効率的蓄熱と熱交換特性を有するを特徴としている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】  該装置に温熱用潜熱蓄熱を用いるとその性状により負荷供給温度は給湯５５℃、暖房、乾燥４５℃を、またプラス温度の冷熱蓄熱材を用いれば、空調に供給できる。該蓄熱装置は熱循環に熱伝導フィン付流水管を蓄熱材との間に介在させて熱交換により蓄熱し、又は熱を取り出して、給湯や暖冷房の熱負荷を補う。断熱を施した躯体に鋼製函、ＦＲＰ、木製が用いられる。内部にアルミや銅板を加工した熱伝導板に流水管を湾曲蛇行状（ジグ状）に接続して、蓄熱体面に密着重層したユニットを所要必要数、積層具備した構造になる熱交換蓄熱装置とする。
【実施例１】
【００１１】  本発明の実施例である。
表１より選ばれる各系固有の融点を有する電解質物質を調理調整して成る潜熱放熱組成物をポリエチレン樹脂製ブロー容器に該蓄熱組成物を定量（ｇ）重量を密封充填した。以上の構造になる潜熱蓄熱材主成分について実施例を表２に示す。該、試料Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｓアルミニウム盤に重層するに冷温水管をジグ状に金属盤の片面に担持接続して、内部に断熱を施した木箱に設置して、電気ヒーター及び冷水機を用いて、冷温水をポンプで循環して機能について、データーロガーを加熱装置に装着して放熱／吸熱について、各系の熱量、融点、及び装置内部温度の項目を計測した。各系３点の熱量の平均数値を表２にに示す。△Ｔ＝２０℃環境温度に措いて実施した各系になる潜熱蓄熱体の計測結果は系の原型理論値とほぼ近い値を示した。表２に標記する主成分の記号はＡ、酢酸ナトリウム３水塩原型、Ｂ、酢酸ナトリウム３水塩実施に措いての試料。Ｃ、塩化カルシウム６水塩型、Ｓ、水道水（比較用）。
【表２】
2006329604.tif 000003
2006329604.tif 000004
【実施例２】  本発明に採用するＡ〜Ｃの内、選ばれる酢酸ナトリウム系を単独、もしくは他系と割合を任意に調合調整した共晶重合組成物で、原系の融点変更を試みた試料３点の実施例である。比熱０．３５［Ｋｃａｌ／Ｋｇ／℃］密度平均１．４で放熱量に換算するに表２の蓄熱材重量をプラスチック成型容器に密封充填し、該、蓄熱体に接するように密着重層のチューブ内に水を用いた。予め水温８０℃を電磁ポンプで流速を一定に設定して、蓄熱材の吸熱と放熱を実施した。表示熱量等の項目は熱流計で、加熱器の入口温度と出口温度は熱電対センサーとデーターロガーを用いて計測した値であるウ熱量の所要はＤＳＣ計測方法とほぼ、一致した値で結果から熱量は元相理論数値に近いものであった。尚、酢酸ナトリウム３水塩の融点調整になる組成物試料５点を作成して、繰り返しの実施例では実用を想定して熱履歴の試験を行い、性能の効果について詳細は計測表３に示す。
【表３】
2006329604.tif 000005
2006329604.tif 000006
【発明の効果】
【００１２】  密閉された熱伝達流水管に装着する熱伝導金属板と潜熱蓄熱体のユニットは、高熱量で一定温度を一定時間維持し、必要時に熱供給機能を有するドライ蓄熱装置。夜間電力でヒートポンプを運転して大気熱を潜熱蓄熱体に貯めて、必要時の運用に作用させる方法では、略１００％潜熱利用型となる。結果、安定した温度を供給するから装置の単純小型化と軽量化や装置の腐食等の不具合等の障害が起こらない。余った熱を貯めて、装置を移動させて、他所で取り出す等、緊急の熱利用の利便性を備えている。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】の図面は熱を取り入れたり、放熱する熱交換蓄熱装置の正面全体断面図で熱源機から流水（温熱又は冷熱）を導入する柔軟なプラスチック製チューブ管又は金属管が双方向性アルミ熱伝導板にジグ状に配置した蓄熱体ブロックになる躯体の正面全体と側面の断面図である。
【図２】はチューブ管をジグ状の配置を示す熱交換蓄熱装置の平面図である。
【図３】はアルミ伝熱板をの部分を図示した斜図である。
【図４】は潜熱蓄熱体容器の全体の斜図である。
【符号の説明】
【００１４】図１〜図４に係る符号
１〜潜熱蓄熱体
２〜流水導入用チューブ管
３〜アルミ伝熱板
４〜断熱層
５〜躯体及び外装体
【図１】
2006329604.tif 000007
【図２】
2006329604.tif 000008
【図３】
2006329604.tif 000009
【図４】
2006329604.tif 000010