(57)【要約】【課題】  容積小さく、効率的に蓄熱できる蓄熱体を提供する。【解決手段】  本発明の蓄熱体1は、蓄熱材と、蓄熱材に熱伝達を行う伝熱材とを有する。蓄熱材と伝熱材は、例えば容器2の内部に納められている。そして、伝熱材が多数の空孔を有する発泡金属3からなり、蓄熱材とに接して発泡金属3が配置されている。また、発泡金属の空孔内に蓄熱材を設けることにより、熱伝導率の小さい蓄熱材の内部と外部の間で熱を効率よく移動させることができる。特に、蓄熱材として、ペンタエリトリトールを使用すると効果が大きい。また、ニッケル-クロム合金製の発泡金属3を用いると、電気抵抗が高いので発熱材として効果的に利用できる。【選択図】  図1
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
蓄熱材と、蓄熱材に熱伝達を行う伝熱材とを有し、
前記伝熱材が多数の空孔を有する発泡金属からなり、
この発泡金属は蓄熱材に接して配置されていることを特徴とする蓄熱体。
【請求項２】
前記蓄熱材は少なくとも発泡金属の空孔内に設けられていることを特徴とする請求項1に記載の蓄熱体。
【請求項３】
前記蓄熱材は、ペンタエリトリトールであることを特徴とする請求項１または2に記載の蓄熱体。
【請求項４】
前記発泡金属は、ニッケル-クロム合金からなることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の蓄熱体。
【請求項５】
請求項1〜4のいずれかに記載されている蓄熱体を用い、
前記蓄熱体が備える発泡金属に通電して発熱させた熱を蓄熱体に蓄熱することを特徴とする蓄熱方法。
【請求項６】
請求項1〜4のいずれかに記載されている蓄熱体を備えた暖房器であって、
前記蓄熱体の周囲に気体を供給する給気口と、
蓄熱体の熱で加熱された気体を排出する排気口とを有することを特徴とする暖房器。
【請求項７】
前記発泡金属に通電して発熱させた熱を蓄熱体に蓄熱することを特徴とする請求項6記載の暖房器。
【請求項８】
請求項1〜4のいずれかに記載されている蓄熱体を備えた温水器であって、
前記蓄熱体の周囲に水を供給する給水口と、
蓄熱体の熱で加熱された温水を排出する排水口とを有することを特徴とする温水器。
【請求項９】
前記発泡金属に通電して発熱させた熱を蓄熱体に蓄熱することを特徴とする請求項8記載の温水器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蓄熱体、蓄熱方法、暖房器および温水器に関するものである。特に、深夜電力等を用いて夜間蓄えたエネルギーで暖房や給湯をする暖房器、温水器に利用することが好適な蓄熱体に関する。
【背景技術】
【０００２】
電力需要の増大に伴って昼夜における電力負荷の格差はますます拡大する方向にある。この電力負荷の平準化対策として多くの蓄熱装置がビル暖房や冷房、給湯器などに設備されるようになってきている。
【０００３】
このような蓄熱装置に用いる蓄熱体として、蓄熱材であるパラフィンを鋼鉄製の槽内に入れた蓄熱体がある。ところが、固体のパラフィンは熱伝導率が悪いため、伝熱促進剤として炭素繊維を容器の中に納める必要がある。その炭素繊維は高価であるため、この技術は実用性において難がある。
【０００４】
また、固体氷を蓄熱材として用いるスタティック型の蓄熱装置がある（例えば特許文献１）。この装置は、吸水性繊維などからなる吸水性物質を水で膨潤させて含水蓄熱体を形成し、この含水蓄熱体を水と相溶性のない冷媒と共に蓄熱槽内に充填する。そして、これは含水蓄熱体との間に冷媒を流動させて、含水蓄熱体を凍結・解凍する氷蓄熱装置である。この装置は、水が冷却されて伝熱面に氷が生成してくると氷の熱伝導率が低いため、氷自身が熱抵抗体となり、運転の経過と共に伝熱特性が悪化して、冷凍システムの運転効率が低下する。
【０００５】
その他、凝固点の異なる２つの液体を用いた蓄熱装置もある（例えば特許文献２）。すなわち、凝固点の異なる２つの液体を用いて、液体で液体を冷却しようとするものである。蓄熱体である第1の液体を多く含む蓄熱槽内で、低温になった第2の液体を第1の液体中に吹き込んでこれを製氷、凝固させる。この製氷工程において、蓄熱槽内部の製氷および第2の液体の流れを制御でき、氷充填効率の向上および解氷効果の向上が図れる潜熱蓄熱装置を特許文献2は提供している。
【０００６】
【特許文献１】特開平6-249474号公報
【特許文献２】特開平7-19536号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、特許文献２に記載の技術では、蓄熱装置が大きくなるという課題がある。つまり、この蓄熱装置では2種類の液体を用いている。従って、蓄熱体の他に、第2の液体、熱移動するための配管、第2の液体を加熱、冷却するための装置やポンプなどが必要となり、蓄熱体以外の装置構成が大きくなって、蓄熱装置が大きくならざるを得ない。
【０００８】
従って、本発明の主目的は、コンパクトで効率的に蓄熱と放熱が可能な蓄熱体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、伝熱材と蓄熱材とを有する蓄熱体において、伝熱材に発泡金属を用いることで上記の目的を達成する。
【００１０】
本発明の蓄熱体は、蓄熱材と、蓄熱材に熱伝達を行う伝熱材とを有し、伝熱材が多数の空孔を有する発泡金属からなり、この発泡金属は蓄熱材に接して配置されていることを特徴とする。
【００１１】
蓄熱材は一般的に熱伝導率が低いので、蓄熱材の内部を加熱したり、蓄熱材に蓄熱されている熱を外部に取り出しにくい。そこで、本発明は、発泡金属を伝熱材に用いることでこの課題を解決している。すなわち、本発明では発泡金属を熱の良導体として利用することで、蓄熱材に効率的な熱伝達を行い、蓄熱材の内部への十分な蓄熱も可能にしている。逆に、蓄熱材の内部の熱を外部に取り出す場合、発泡金属が熱の良導体となって蓄熱体内部の熱を外部に効率よく取り出すことができる。
【００１２】
発泡金属は蓄熱材に接して配置されることが重要である。蓄熱材に発泡金属を接触させることで、効率的な熱伝導を行うことができる。この構成により発泡金属と蓄熱材との接触面積を増やし、一層効率的な熱伝導が可能になる。従って、発泡金属を用いることにより、コンパクトで効率的な蓄熱・放熱が可能な蓄熱体を提供することができる。
【００１３】
蓄熱材は、ペンタエリトリトールであることが望ましい。ペンタエリトリトール（C5H12O4）は、188℃で固相/固相の結晶転移を起こし、極めて大きな転移熱（潜熱量は104cal/cc)を有していて、蓄熱状態で結晶である点において取り扱いの容易な材料である。
【００１４】
発泡金属は、ニッケル-クロム合金であることが望ましい。発泡金属を発熱材として利用すると共に、蓄熱体内部の熱を外部に伝達するために使用する。ニッケル-クロム合金の電気抵抗と熱伝導率は、上記の目的のためにバランスがとれている。発泡金属は、多数の空孔を有する多孔質の金属体である。代表的には、空孔の割合が90体積％以上98体積％以下で、残りが金属でできている。より具体的には、住友電気工業株式会社製のセルメット（登録商標）が挙げられる。このセルメットは、一般的には、発泡ウレタン樹脂などに金属をメッキしたのち、加熱により樹脂を除去して製造される。
【００１５】
また、本発明蓄熱方法は、上記の蓄熱体を用いることを特徴とする。すなわち、上記の蓄熱体を用い、蓄熱体が備える発泡金属に通電して発熱させた熱を蓄熱体に蓄熱する。蓄熱材は、熱伝導率の高い発泡金属の空孔内に設けられているので、発泡金属との接触面積が増加し、蓄熱材の内部まで効率的に蓄熱できるという特徴を有する。
【００１６】
次に、本発明暖房器は、上記の蓄熱体を用いることを特徴とする。すなわち、上記の蓄熱体を備えた暖房器であって、前記蓄熱体の周囲に気体を供給する給気口と、蓄熱体の熱で加熱された気体を排出する排気口とを有する。蓄熱体の熱で加熱された気体は温風として排気口から放出できるため、クリーンで効率的な暖房器を構成することができる。
【００１７】
蓄熱体の加熱は、蓄熱体に設けられた発泡金属に通電して発熱させて行えばよい。つまり、熱を蓄熱体に一度蓄熱し、その熱を用いて暖房を行う。
【００１８】
さらに、本発明温水器は、上記の蓄熱体を用いたことを特徴とする。すなわち、上記蓄熱体を備えた温水器であって、前記蓄熱体の周囲に水を供給する給水口と、蓄熱体の熱で加熱された温水を排出する排水口とを有する。
【００１９】
この温水器でも、蓄熱体の加熱は、蓄熱体に設けられた発泡金属に通電して発熱させて行えばよい。つまり、熱を蓄熱体に一度蓄熱し、その熱を用いて給湯を行う。
【発明の効果】
【００２０】
本発明は、発泡金属を伝熱材とし、この発泡金属と蓄熱材が接するようにすることで、蓄熱材を効率的に加熱、冷却することができる。
【００２１】
また、蓄熱材に蓄熱された熱を放熱する場合、熱伝導率の高い発泡金属を介して効率的に放熱することもできる。
【００２２】
そして、発熱材と蓄熱材とが同一空間に混在した形態とできるため、蓄熱体のサイズをコンパクト化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
図1は、本発明の蓄熱体の一例を示す外観斜視図である。蓄熱体1は、容器2の中に発泡金属3を熱の良導体として納め、その発泡金属3の周囲および空孔内に蓄熱材を配した構成である。
【００２４】
発泡金属3の端部は接続線4によって電気的につながっている。本例では、複数本の細長い棒状の発泡金属3を容器2内の行方向と列方向に整列配置する。行方向に隣接する発泡金属3の一端同士と他端同士を交互に接続して直列とし、さらに各行の一端に位置する発泡金属3と、その発泡金属の次行で同列の発泡金属3の端部同士とを接続して、全発泡金属3を直列に接続している。そして、直列につながれた発泡金属3の両端にリード線6を接続し、その先端を電源7と接続することで、通電加熱により発泡金属3を発熱させることができる。
【００２５】
発泡金属3の端部は、スペーサー10から突出していて、容器2を覆う蓋5の内部に収納されている。容器2の内部では、発泡金属3の空孔の中に蓄熱材が備えられているので、蓄熱材の内部まで熱伝導を良くすることができる。
【００２６】
ここで用いた発泡金属3は、空孔の割合が90体積％以上98体積％以下で、残りが金属でできている材料である。一般的には、発泡ウレタン樹脂などに金属をメッキしたのち、樹脂を除去して製造される。同じ形状の発泡金属において、空孔の割合を高くすると金属量が減少するので、電気抵抗は高くなる。本例では、住友電気工業株式会社製セルメット（登録商標）を用いた。
【００２７】
図2は、発泡金属を本発明蓄熱体として使用できるように組み立てた一例を示す正面図、図3は同上面図である。図2、3の点線は、容器を示し発泡金属は、容器の中に収納されている。これらの図は、多くの棒状の発泡金属3をスペーサー10に取り付けて組み立てている例である。
【００２８】
発泡金属を発熱材として利用する1つの方法は、細い棒状の発泡金属3を直列につないで所定の電気抵抗に合わせる。このとき、発泡金属同士が接触すると短絡するので、絶縁材料を用いたスペーサー10により接触を防止すると共に、１つのブロックとして組み立てることが好適である。ここでは、発泡金属3の配列に応じた矩形の孔が行方向と列方向に整列形成された枠状のスペーサー10を用い、発泡金属の上方と下方の２箇所をスペーサー10で保持している。その結果、複数の発泡金属3を組み立て体として取り扱えるので、取り扱いが容易になる。
【実施例１】
【００２９】
1kWhの熱量を、深夜電力を8時間で蓄えることができる蓄熱体を以下のような方法で設計、作製した。蓄熱材として、ペンタエリトリトールを用いることとした。1kWhに相当する熱量を蓄えるためには、ペンタエリトリトールの188℃の固相/固相の結晶転移を起こす際の潜熱量が104cal/ccを考慮すると、
1kWh＝859,845calであるから
必要な蓄熱材の体積量は、下記の計算により約8.3リットルとなる。
859,845cal÷104cal/cc＝8268cc
【００３０】
次に、発泡金属製の伝熱材について検討を加えた。この場合、伝熱材は発熱材としても用いられている。電源電圧を200Vとし、8時間で1kWhを発熱するためには、1kWh÷8h＝125Wとなるので、必要とする電気抵抗の値は、（200V)2÷125W＝320Ωとなる。
【００３１】
発熱材として一般的なNi-Cr合金の抵抗率から計算すると、1mm2の断面積で長さが1mのものの電気抵抗は1Ωとなる。発泡金属製の発熱材の形状を1mm×10mm×900mmとする。発泡金属は、金属の占める割合が5体積％で残りが空孔になっている多孔性の高い材料である。この実施例では、空孔が95体積％のものを用いた。5体積％が金属の割合である発泡金属の長さを100％使用するので、5％が発泡金属の断面積の割合である。よって、発泡金属の断面積を計算すると
1mm×10mm×0.05＝0.5mm2となる。
これに長さ900mmを勘案すると、この形状の発熱材の電気抵抗は1.8Ωとなる。
【００３２】
まず、950mm×100mm×100mmの鉄製の容器を作製した。上述のように設計した発泡金属を製作し、設計どおりの電気抵抗を持つことを確認した。これを178本集めて絶縁性の樹脂からなるスペーサーを用いて図2および図3に示すように組み立てた。全ての発泡金属が直列になるように、接続線でつないだ。
【００３３】
これを上記の鉄製の容器に挿入して、蓄熱材としてペンタエリトリトール8.3リットルを充填する。まず、容器と発泡金属を250℃に加熱し、この中に約250℃に加熱された液状のペンタエリトリトールを真空中で注入した。
【００３４】
このようにすることで、発泡金属が蓄熱体の中に埋められ、発泡金属の空孔内にも蓄熱体が設けられた状態となった。図1に示すような蓄熱体を組み立てた後、リード線を200Vの電源に接続して蓄熱材を加熱した。設計どおりの蓄熱容量をもつことが確認できた。
【実施例２】
【００３５】
実施例1で作成した蓄熱体を用いて、暖房器と温水器を作製した。図4は、複数個の蓄熱体1を集合して暖房器20に用いた例である。空気は、給気口となるファン21により外部から取り入れられ、蓄熱体1の周囲を矢印のように通過した後、排気口22から出て行く。このとき、空気は蓄熱体により暖められて温風として放出されるので、この温風を用いて暖房することができる。
【００３６】
一方、温水器は、以下のようにして得ることができる。すなわち、図5において水を給水口23から導入し、矢印の方向に水を送る。水は、蓄熱体1の周囲を通るので、蓄熱体1により温められ、温水となって排水口22から出て行く。この温められた温水を利用することで、温水器となる。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明で得られる蓄熱体は、コンパクトなので、暖房器や温水器などの分野で利用される。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の蓄熱体の斜視図。
【図２】本発明蓄熱体に用いる棒状発泡金属をスペーサーに固定した状態を示す正面図。
【図３】本発明蓄熱体に用いる棒状発泡金属をスペーサーに固定した状態を示す上面図。
【図４】本発明の蓄熱体を使用した暖房器の模式構成図。
【図５】本発明の蓄熱体を使用した温水器の模式構成図。
【符号の説明】
【００３９】
1    蓄熱体                  2    容器
3    発泡金属                4    接続線
5    蓋                      6    リード線
7    電源
10    スペーサー
20    暖房器                21    ファン
22    排気（水）口          23    給水口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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