(57)【要約】【課題】蓄熱材容器の変形を抑制することで、熱交換性の低下を抑制した蓄熱装置を提供すること。【解決手段】内部に蓄熱材１ａが充填され、表面及び裏面が凹凸１ｃ状である同一の蓄熱材容器１を複数備え、前記凹凸１ｃ状はヘリンボーンパターンであり、前記ヘリンボーンパターンのＶ字状の頂部が互いに交差するように配置されていることを特徴とする蓄熱装置２で、複数の波形状を備えることで、蓄熱材容器１の表面及び裏面の断面係数を上げることができ、変形を抑制できる。また、蓄熱材容器１の間である相対するヘリンボーンパターンの波形状の間を、水あるいは熱媒体を流通させる際に、流路が閉塞されないことで、圧損の増加を防ぐとともに、熱交換効率の維持ができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に蓄熱材が充填され、表面及び裏面が凹凸状である同一の蓄熱材容器を複数備え、前記凹凸状はヘリンボーンパターンであり、前記ヘリンボーンパターンのＶ字状の頂部が互いに交差するように配置されていることを特徴とする蓄熱装置。
【請求項２】
前記蓄熱材容器のヘリンボーンパターンの波形状の頂部と、隣接する前記蓄熱材容器のヘリンボーンパターンの波形状の頂部との間隙が、０．５ｍｍ以下であることを特徴とする前記請求項１に記載の蓄熱装置。
【請求項３】
前記蓄熱材容器は、前記ヘリンボーンパターンの凹凸状の端部には、表面及び裏面に垂直面が設けられており、さらに、前記表面及び裏面に形成されている垂直面の終端は、互いに平面部にて接合されている形状であることを特徴とする前記請求項１または２に記載の蓄熱装置。
【請求項４】
前記蓄熱材は、非蓄熱時には固体となり、蓄熱時には液体となることを特徴とする前記請求項１〜３のいずれか１項に記載の蓄熱装置。
【請求項５】
前記請求項１〜４のいずれか１項に記載の蓄熱装置を、給水管と出湯管との間に配置したことを特徴とする給湯機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蓄熱材を密閉した蓄熱材容器を有する蓄熱装置およびそれを備えた給湯機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の蓄熱材を用いた蓄熱装置は、主として蓄熱材としては、潜熱蓄熱材が用いられ、その潜熱蓄熱材を薄い金属製のフィルムにより成形された蓄熱材容器に充填し、真空パックを行い、その真空パックされた蓄熱材容器を複数並べて、その間に水を流通させて、蓄熱材と水を熱交換している（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図５は、特許文献１に記載された従来の蓄熱装置を示すものである。
【０００４】
非蓄熱時には固体となり蓄熱時には液体となる潜熱蓄熱材を、平板状に成型し真空パックを施して蓄熱手段１０１を形成している。そして、潜熱蓄熱材に対して熱の授受を行う表面に凹凸を設けた伝熱壁１０２を設け、この伝熱壁１０２に設けた凹凸に対向するように、蓄熱手段１０１の表面にも凹凸を設けて、これらにより液体流路１０３を形成して、蓄熱装置を構成している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−９７７４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前記従来の構成では、液体流路１０３がそれぞれ区画された直線状のため、蓄熱材容器内部に密封された蓄熱材が相変化した際に、蓄熱材の容積が変化し体積膨張して、液体流路１０３が狭くなり、所定の流量が確保できなくなる可能性があるという課題を有していた。
【０００７】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、蓄熱材容器の変形を抑制することで、熱交換性の低下を抑制した蓄熱装置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】
【０００８】
前記従来の課題を解決するために本発明の蓄熱装置は、内部に蓄熱材が充填され、表面及び裏面が凹凸状である同一の蓄熱材容器を複数備え、前記凹凸状はヘリンボーンパターンであり、前記ヘリンボーンパターンのＶ字状の頂部が互いに交差するように配置されていることを特徴とするものである。
【０００９】
これにより、複数の波形状を備えることで、最大面積面の断面係数を上げることができ、変形を抑制できる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、蓄熱材容器の変形を抑制することで、熱交換性の低下を抑制した蓄熱装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態１における蓄熱材容器の斜視図
【図２】図１のＡ−Ａ断面図
【図３】本発明の実施の形態１における蓄熱装置の内方斜視図
【図４】本発明の実施の形態１における蓄熱装置を搭載したヒートポンプ給湯機の概略図
【図５】従来の蓄熱装置の断面図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
第１の発明は、内部に蓄熱材が充填され、表面及び裏面が凹凸状である同一の蓄熱材容器を複数備え、前記凹凸状はヘリンボーンパターンであり、前記ヘリンボーンパターンのＶ字状の頂部が互いに交差するように配置されていることを特徴とする蓄熱装置である。
【００１３】
これにより、複数の波形状を備えることで、蓄熱材容器の表面及び裏面の断面係数を上げることができ、変形を抑制できる。また、蓄熱材容器の間である相対するヘリンボーンパターンの波形状の間を、水あるいは熱媒体を流通させる際に、流路が閉塞されないことで、圧損の増加を防ぐとともに、熱交換効率の維持ができる。
【００１４】
第２の発明は、特に第１の発明において、前記蓄熱材容器のヘリンボーンパターンの波形状の頂部と、隣接する前記蓄熱材容器のヘリンボーンパターンの波形状の頂部との間隙が、０．５ｍｍ以下であることを特徴とするものである。
【００１５】
これにより、複数の蓄熱材容器を組立てる際に、間隙があることで組立性が良くなり、組立性を向上きる。また、蓄熱材容器の間である相対するヘリンボーンパターンの波形状の間を、水あるいは熱媒体を流通させる際に、流速を上昇させることで、圧損の増加を防ぐとともに、熱交換効率の維持ができる。
【００１６】
第３の発明は、特に第１または第２の発明において、前記蓄熱材容器は、前記ヘリンボーンパターンの凹凸状の端部には、表面及び裏面に垂直面が設けられており、さらに、前記表面及び裏面に形成されている垂直面の終端は、互いに平面部にて接合されている形状であることを特徴とするものである
これにより、外周に平面部を有することで、２枚の蓄熱材容器構成部材を合わせて１個の蓄熱材容器とすることができ、その内部に蓄熱材を密封することが可能となる。また、蓄熱材容器としての組立性が良好となり、コストダウンを図れる。さらに、ヘリンボーンパターン形状を、垂直面まで設けていることで、蓄熱材容器の断面係数を上げることができる。
【００１７】
第４の発明は、特に第１〜第３のいずれかの発明において、前記蓄熱材は、非蓄熱時には固体となり、蓄熱時には液体となることを特徴とするものである。
【００１８】
これにより、潜熱蓄熱材の相変化を利用することで、蓄熱材の効率をあげることができ、熱交換器としての性能向上を図れる。
【００１９】
第５の発明は、特に第１〜第４のいずれかの発明の蓄熱装置を、給水管と出湯管との間に配置したことを特徴とする給湯機で、省エネを実現できる。
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００２１】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における蓄熱材を密封した蓄熱材容器を複数配列したときの斜視図、図２は、図１のＡ−Ａ断面図、図３は、蓄熱材容器を内方に複数配列して形
成された蓄熱装置の内方斜視図である。図１、図２、図３に基づいて、以下に説明する。
【００２２】
１は、蓄熱材１ａを密封した蓄熱材容器であり、この蓄熱材１ａを密封した蓄熱材容器１は、アルミラミネート製の薄肉フィルム、あるいは、ステンレス製の薄板で作られている。
【００２３】
蓄熱材１ａを密封した蓄熱材容器１は、略直方体形状となっており、その外周には平面部１ｂを有し、また、中央部はヘリンボーンパターン状の凹凸１ｃとなっている。すなわち、この凹凸１ｃは波形状で斜め方向に設けられ、その波形状が中途で角度を変えているＶ字形状である。なお、凹凸１ｃは、平面部１ｂから直角方向に折り曲げられ形成された垂直面１ｄまで設けられている。
【００２４】
蓄熱材容器１は、ヘリンボーンパターン状の凹凸１ｃを有するシート１ｅを１８０度反転し、もう１枚のシート１ｅと、ヘリンボーンパターン状の凹凸１ｃを相対させ、その内部に蓄熱材１ａを入れて、平面部１ｂを溶着などで密封することで、形成されている。なお、内部に密閉する蓄熱材１ａは、非蓄熱時には固相となり蓄熱時には液相となる材料としている。
【００２５】
そして、ヘリンボーンパターン状のＶ字形状が反転するように、１８０度反転して、互いのＶ字形状が交差するように、蓄熱材容器１を並列に配している。また、蓄熱材容器１の波形状の頂部と、隣接する隣の略直方体形状の蓄熱材容器１の波形状の頂部とが、対向するように配されている。なお、その間が蓄熱材１ａと熱交換する液体が流れる流路１ｆとなっている。なお、蓄熱材容器１の波形状の頂部と、隣接する蓄熱材容器１の波形状の頂部の間隙は、０．５ｍｍ以下としている。
【００２６】
そして、図３に示すように、蓄熱材１ａを密封した蓄熱材容器１を内方に複数配列して、蓄熱装置２を形成されている。
【００２７】
図４は、蓄熱装置２を搭載したヒートポンプ給湯機の概略図である。蓄熱タンク３内に蓄熱装置２が配設されている。図４に基づいて、以下、蓄熱装置を搭載したヒートポンプ給湯機について説明する。
【００２８】
３は、蓄熱装置２を複数縦に並べた蓄熱タンクであり、４は、この蓄熱タンク３を含む、給湯動作を行う蓄熱タンクユニットである。５は、蓄熱タン３内の、蓄熱タンクユニット４に高温水を供給し、蓄熱装置２にて蓄熱を行うための、高温水に加熱する加熱手段であるヒートポンプ回路を有するヒートポンプユニットである。
【００２９】
蓄熱タンク３の内部には、蓄熱材１ａを密封した蓄熱材容器１が複数配されている蓄熱装置２が縦に並べられている。そして、ヒートポンプユニット５で加熱された温水を、蓄熱材１ａを密封した蓄熱材容器１にて、蓄熱材として保持する。そして、給湯の必要な際に、水道水とミキシングして、所定の温度にして給湯することとができる。
【００３０】
この蓄熱材１ａを密封した蓄熱材容器１を縦に並べて形成した蓄熱装置２で、蓄熱タンクユニット４は、水道水と熱交換を行い。所定の温度として給湯するために、蓄熱材１ａを密封した蓄熱材容器１の間である流路１ｆを水道水が流通し、蓄熱材１ａを密封した蓄熱材容器１と熱交換を行い、所定温度として給湯される。
【００３１】
そのため、蓄熱タンクユニット４内の蓄熱タンク３の周囲には、水道水を供給する給水部である給水管６があり、この給水部である給水管６から供給された水道水の水圧を一定の水圧に減ずるための減圧弁７が配されている。また、蓄熱タンクユニット４とヒートポ
ンプユニット５をつなぐ、水配管７（７ａ、７ｂ）を循環させる循環ポンプ９が設けられている。
【００３２】
減圧弁７は、水道水の圧力を減じて蓄熱タンク３に供給するもことで、蓄熱タンク３にかかる圧力を減ずることで、蓄熱タンク３や、その内部にある蓄熱材を密封した熱交換器の蓄熱材容器１の変形防止、耐久性向上を確保している。
【００３３】
蓄熱タンク３の下流には、蓄熱タンク３にて、水道水と熱交換して高温となった温水が出湯管１０を流れた後、給水管６から送られてくる水道水とミキシングして、所定の温度にするための混合弁９があり、所定の温度となった温水は、給湯端末１１から、給湯される。
【００３４】
１２は、密閉された圧力容器である蓄熱タンク３の上死点に設けられた、圧力逃し安全弁であり、蓄熱タンク３の破裂を防ぐ缶体内の異常圧力を抜くための装置として、減圧弁７の設定圧力よりも４０〜５０ｋＰａ程度高く設定してある。例えば、減圧弁７の設定が１８０ｋＰａであれば、それよりも高い設定として、減圧弁７のバラツキも考慮して、２２０ｋＰａ程度に設定しているし、減圧弁７の設定が２７０ｋＰａであれば、３２０ｋＰａ程度に設定されている。
【００３５】
加熱手段であるヒートポンプユニット５内には、圧縮機１４、放熱器１５、減圧手段１７、空気−冷媒熱交換器１６を順次接続した冷媒サイクル１３が配置されており、放熱器は、水−冷媒熱交換器として、水道水を冷媒サイクル１３の冷媒で加熱する熱交換器である。また、１６ａは空気−冷媒熱交換器１６の前方に配された送風手段である送風ファンであり、空気−冷媒熱交換器１６から、風を吸引し、蒸発能力を高め、冷媒サイクル１３の冷媒と熱交換を行い、ヒートポンプ加熱能力を高めるようになっている。減圧手段１７として膨張弁を採用している。
【００３６】
そして、冷媒として炭酸ガスを用いた場合には、ヒートポンプユニット５の冷媒サイクル１３で８０℃以上に加熱することができ、８０℃以上に加熱された水道水は、温水となって、循環ポンプ９で搬送されて、水配管８ｂを通り蓄熱タンクユニット４に運ばれ、蓄熱タンク３にて、蓄熱材１ａを密封した蓄熱材容器１に蓄熱される。
【００３７】
そのため、このヒートポンプユニット５の冷媒サイクル１３に用いる冷媒としては、高温にすることが可能で、環境面でも安全な、炭酸ガスが望ましい。また、蓄熱材１ａには、水を用いた場合よりも高効率にするためには、水よりも蓄熱密度の高い材料を使用する必要がある。
【００３８】
そこで、蓄熱材１ａとしては、酢酸ナトリウム３水塩（ＣＨ３ＣＯＯＮａ・３Ｈ２Ｏ）が考えられる。この材料は、蓄熱量は１７７ｋＪ／ｋｇ、２３８ｋＪ／Ｌであり、比熱は４．０ｋＪ／ｋｇ・Ｋであり、相変化温度は５８℃となっている。相変化温度が５０℃以上あり、蓄熱量の大きな材料として適しており、食品添加物や染料の媒染材、あるいは、写真の現像液などに使用されており、一般的に入手が容易であるというメリットもあり、水で蓄熱する際よりも、コンパクトにすることが可能となる。
【００３９】
ただ、酢酸ナトリウム３水塩は、その熱伝導率が０．７Ｗ／ｍＫと低いため、蓄熱材１ａとしては、蓄熱材１ａを密封した蓄熱材容器１としては熱が伝わりにくい。そこで、内部には、金属チップのような、酢酸ナトリウム３水塩よりも熱伝導率の大きな材料を添加しておくことが有効であり、これにより、熱伝導も高く、効率的に蓄熱でき、蓄熱量も大きく、蓄熱材からの熱の取り出しも容易な蓄熱材容器１とすることができる。
【００４０】
蓄熱タンク３の給水部である給水管６から給水された水道水は、一旦、蓄熱タンク３の内部に入る。その蓄熱タンク３から循環ポンプ９を介し、水配管８（８ａ）を通りヒートポンプユニット５に送られる。ヒートポンプユニット５では、冷媒サイクル１３にて、圧縮機１４を駆動させると、高圧まで圧縮されて吐出された冷媒は、水−冷媒熱交換器である放熱器１２に送られ、ここで水配管８（８ａ）から送られてきた水道水と熱交換して放熱する。
【００４１】
これにより、水道水は高温に加熱され、他方の水配管８ｂで再度、蓄熱タンク３に送られる。高温となり蓄熱タンク３で貯湯され、その際に、酢酸ナトリウム３水塩（ＣＨ３ＣＯＯＮａ・３Ｈ２Ｏ）を主成分とする蓄熱材１ａに熱量として蓄えられる。
【００４２】
つまり、蓄熱装置２内に配された、複数の蓄熱材１ａを密封した蓄熱材容器１の間である流路１ｆを、高温水が流通し、その高温水と蓄熱材１ａを密封した蓄熱材容器１が熱交換することで、蓄熱材１ａを密封した蓄熱材容器１に密封された蓄熱材１ａ（例えば、酢酸ナトリウム３水塩）に熱量が蓄熱される。
【００４３】
この際に、蓄熱材１ａを密封した蓄熱材容器１の表面形状を、表面及び裏面が凹凸１ｃ状であるヘリンボーンパターンとしていることで、高温水と蓄熱材１ａを密封した蓄熱材容器１との接触面積を大きくすることが可能となり、熱交換効率の向上が図れ、消費電力量の削減など省エネに貢献できる。
【００４４】
高温水を蓄熱した蓄熱材１ａを密封した蓄熱材容器１は、今度は給湯の際は、蓄熱タンク３にて、給水管６から、減圧弁７を介して給水された水道水と熱交換して、高温水となり、その高温水は出湯管１０を介して、混合弁９にて水道水と混合され、所定の温度となって、蛇口や風呂などの給湯端末１１から給湯されることになる。
【００４５】
この際には、高温水を蓄熱する際とは逆に、蓄熱装置２内に配された、複数の蓄熱材１ａを密封した蓄熱材容器１の間である流路１ｆを、低温の水道水が流通し、その水道水と蓄熱材１ａを密封した蓄熱材容器１が熱交換することで、蓄熱材１ａを密封した蓄熱材容器１に密封された蓄熱材１ａの熱量にて水道水を高温にする。
【００４６】
以上のように、ヒートポンプを用いた給湯機を例にして説明してきたが、これは潜熱蓄熱材を搭載した蓄熱装置２に関するものであり、任意の温度に加熱した温水を貯めておく蓄熱装置２にて、水道水との熱交換を行い、所定の温度で給湯することを目的としているものである。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
以上のように、本発明にかかる蓄熱装置は、蓄熱材容器の変形を抑制することで、熱交換性の低下を抑制できるので、特に給湯機等に有用である。
【符号の説明】
【００４８】
１  蓄熱材容器
１ａ  蓄熱材
１ｂ  平面部
１ｃ  凹凸
１ｄ  垂直面
１ｅ  シート
１ｆ  流路
２  蓄熱装置
６  給水管
１０  出湯管
【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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