(57)【要約】【課題】温熱の蓄熱が効率的に可能であり、配管の耐久性も高い温熱用蓄熱装置を提供する。【解決手段】内部にエネルギー媒体が流される樹脂製の熱交換パイプ１８を有する。相変態により潜熱を蓄える無機水和物系の材料から成る温熱蓄熱材と、この温熱蓄熱材を収容するとともに温熱蓄熱材中に熱交換パイプ１８が埋設されて収納された蓄熱タンク１２を備える。温熱蓄熱材と熱交換パイプ１８内のエネルギー媒体との間で、温熱蓄熱材の相変態を伴ってエネルギーの授受が行われる。蓄熱タンク１２は、円筒状であり、熱交換パイプ１８は螺旋状に巻回され、螺旋の間に整列部材２０が設けられている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部にエネルギー媒体が流される樹脂製の熱交換パイプと、相変態により潜熱を蓄える温熱蓄熱材と、この温熱蓄熱材を収容するとともに前記温熱蓄熱材中に前記熱交換パイプが埋設されて収納された蓄熱タンクとを備え、前記温熱蓄熱材と前記熱交換パイプ内のエネルギー媒体との間で、前記温熱蓄熱材の相変態を伴ってエネルギーの授受が行われることを特徴とする温熱用蓄熱装置。
【請求項２】
前記熱交換パイプは、少なくとも一対の樹脂製のメインパイプ間に、等間隔に樹脂製の多数の細い熱交換パイプが接続されて成るパイプユニットに設けられたものである請求項１記載の温熱用蓄熱装置。
【請求項３】
前記蓄熱タンク内の前記温熱蓄熱材にエネルギーを供給するパイプユニットと、前記温熱蓄熱材からエネルギーを取り出すパイプユニットとが別々に配置されて、前記蓄熱タンク槽内に前記パイプユニットが複数設けられている請求項２記載の温熱用蓄熱装置。
【請求項４】
前記パイプユニットは、エネルギーの取り出し側に複数設けられている請求項３記載の温熱用蓄熱装置。
【請求項５】
前記温熱蓄熱材は、無機水和物系の材料から成る請求項１記載の温熱用蓄熱装置。
【請求項６】
前記熱交換パイプは、整列部材により一定間隔で整列されている請求項２記載の温熱用蓄熱装置。
【請求項７】
前記蓄熱タンクは、円筒状であり、前記熱交換パイプは螺旋状に巻回され、螺旋の間に整列部材が設けられている請求項６記載の温熱用蓄熱装置。
【請求項８】
前記蓄熱タンクは、矩形状であり、前記熱交換パイプは層状に積層され、各層の間に整列部材が設けられている請求項６記載の温熱用蓄熱装置。
【請求項９】
前記蓄熱タンクは樹脂製であり、断熱材を備えたものである請求項１，３，７又は８記載の温熱用蓄熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、液体と固体間の相変態を利用して、空調等に利用可能な温熱を蓄積する温熱用蓄熱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、エネルギーの効率的な利用に鑑みて、蓄熱による冷暖房方式が提案されている。特に、蓄熱には蓄えられるエネルギー密度の大きさから、物質の相変態により蓄えられる潜熱を利用したものがより適している。蓄熱材のうち、温熱の蓄熱には例えば酢酸ナトリウムや硫酸ナトリウムが好適に用いられている。特許文献１には、酢酸ナトリウムの電解水和塩を用いて温熱を蓄熱し、金属フィンを有した銅やアルミニウムの金属製の通水管に熱交換用の水を通して、温熱を取り出す装置が提案されている。
【０００３】
また、熱交換器として用いる管には、金属製の管の他、特許文献２に開示されているような樹脂管から成る熱交換パイプを有した氷蓄熱用の熱交換パイプユニットもある。この熱交換パイプユニットは、供給側と戻り側のメインパイプ間に細い熱交換パイプが多数平行に接続されたもので、細い熱交換パイプを並列的に水が流れるので、管路抵抗が少なく熱交換効率も良い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２２５２６８号公報
【特許文献２】特開２００４−１７７０５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記背景技術の特許文献１に開示された、酢酸ナトリウム等を用いた温熱の蓄熱装置では、熱交換用の配管には金属製のパイプが用いられている。しかし、金属製の配管は管路内壁にスケールや酸化物が付着しやすく、装置のメンテナンスが頻繁になり耐久性が悪いものであった。また、酢酸ナトリウム等の温熱蓄熱材は、熱を放出して冷却する過程で固相に相変態せずに、過冷却状態になりやすいというものであった。過冷却状態になると、相変態による熱の放出が得られず、蓄積された潜熱を回収できないということになる。特に、酢酸ナトリウム３水和物は５８℃で相変化するが、６０℃のまで加熱しても全て、液相になっているわけではなく、液相の中に固体のままの酢酸ナトリウム３水和物が存在する。それらが完全に解消する温度は７７℃以上であり、７７℃以下の酢酸ナトリウム３水和物の場合、液相の中に結晶が残った状態である。この状態で熱を取り出すと、一部のみが結晶化した状態で過冷却現象が発生する。
【０００６】
さらに、特許文献１に開示された熱交換パイプである金属製の通水管は１回路のみの構成であり、給湯など考えた場合、供給と取出しが同一の熱交換パイプで行わなければならず、加熱と取出しでバルブによる経路の切り替えが必要となる。さらに、加熱時は熱源と蓄熱槽との間を、水等の熱媒体が循環しながら、蓄熱材に熱供給がなされ、このとき、熱媒体の水はポンプ等を何度も通過するので、水質の悪化が生じると言う問題がある。また、その水が温水として供給されると、使用当初の温水に有害物質や濁りがあることになる。また、水質によっては、スケールが熱交換パイプの内面に付着し易くなる。スケールの付着は、水に含まれる鉱物の割合と水の温度に依存するもので、温水の場合スケールが付着しやすくなると言う問題もある。
【０００７】
一方、特許文献２に開示されている樹脂製の配管は、スケールや金属酸化物による問題はないが、温熱蓄熱材と比較して熱伝導率の良い氷の蓄熱用の熱交換パイプであるので、熱交換パイプ同士の間隔がばらついても熱交換効率には大きな影響がない。しかし、相変態を伴う温熱蓄熱材は、液体から固体に相変態するときに、熱交換パイプの表面で金属塩となり結晶成長する。この固体の金属塩の熱伝導率は氷の熱伝導率と比較して小さいので、熱交換パイプの周囲で固体に相変態すると、熱伝導を阻害し熱交換効率を低下させてしまう。この熱交換効率を低下させないためには、熱交換パイプ間の間隔を一定の狭いピッチにする必要がある。しかし、細い樹脂製の熱交換パイプは、剛性が低く、一定の位置に固定することが難しく、特に温熱蓄熱の場合、その温度で熱交換パイプが柔らかくなってその形状を維持できないものであった。
【０００８】
この発明は、上記従来の技術の問題点に鑑みてなされたものであり、温熱の蓄熱が効率的に可能であり、配管の耐久性も高い温熱用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】
【０００９】
この発明は、内部にエネルギー媒体が流される樹脂製の熱交換パイプと、相変態により潜熱を蓄える温熱蓄熱材と、この温熱蓄熱材を収容するとともに前記温熱蓄熱材中に前記熱交換パイプが埋設されて収納された蓄熱タンクとを備え、前記温熱蓄熱材と前記熱交換パイプ内のエネルギー媒体との間で、前記温熱蓄熱材の相変態を伴ってエネルギーの授受が行われる温熱用蓄熱装置である。前記熱交換パイプは、少なくとも一対の樹脂製のメインパイプ間に、等間隔に樹脂製の多数の細い熱交換パイプが接続されて成るパイプユニットに設けられたものである。
【００１０】
前記蓄熱タンク内の前記温熱蓄熱材にエネルギーを供給するパイプユニットと、前記温熱蓄熱材からエネルギーを取り出すパイプユニットとが別々に配置されて、前記蓄熱タンク槽内に前記パイプユニットが複数設けられているものである。前記パイプユニットは、エネルギーの取り出し側に複数設けられているものである。前記温熱蓄熱材は、無機水和物系の材料から成るものである。
【００１１】
前記熱交換パイプは、整列部材により一定間隔で整列されているものである。そして、前記蓄熱タンクは、円筒状であり、前記熱交換パイプは螺旋状に巻回され、螺旋の間に整列部材が設けられているものである。または、前記蓄熱タンクは、矩形状であり、前記熱交換パイプは層状に積層され、各層の間に整列部材が設けられているものである。また、前記蓄熱タンクは樹脂製であり、断熱材を備えたものあるである。
【発明の効果】
【００１２】
この発明の温熱用蓄熱装置は、樹脂製の熱交換パイプを並列に多数配設したパイプユニットにより、大量の温熱の蓄熱が効率的に可能であり、熱交換効率が良く、配管の耐久性も高い温熱用蓄熱装置を形成することができる。また、細い熱交換パイプが温度変化により、僅かに収縮したり位置がずれて、その刺激により液相の温熱蓄熱材が速やかに発核し固相に相変態する。従って、過冷却状態になりにくく、確実に蓄積した熱を回収することができる。
【００１３】
特に、整列部材により熱交換パイプを整列させることにより、所定の間隔の維持と微少移動による過冷却の防止という、相反する課題を確実に解決することができ、より効率のより熱交換が可能となる。さらに、樹脂製の熱交換パイプは、熱伝導が比較的緩やかであり、温熱蓄熱材が固相に相変態する速度も比較的緩やかである。従って、熱交換パイプの周囲に急激に形成される固相がその周囲の液相の対流を妨げるということがなく、液相の熱移動による熱交換を維持し、熱交換効率の低下を抑制するものである。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】この発明の第一実施形態の温熱用蓄熱装置の横断面図（ａ）と、縦断面図（ｂ）である。
【図２】この実施形態の温熱用蓄熱装置のパイプユニットの正面図である。
【図３】この実施形態の温熱用蓄熱装置の整列部材の正面図（ａ）と、Ａ−Ａ線断面図である。
【図４】この発明の第二実施形態の温熱用蓄熱装置の横断面図である。
【図５】この発明の第二実施形態の温熱用蓄熱装置の縦断面図である。
【図６】この発明の第三実施形態の温熱用蓄熱装置の縦断面図である。
【図７】この発明の第三実施形態の温熱用蓄熱装置の横断面図である。
【図８】この発明の第四実施形態の温熱用蓄熱装置の横断面図である。
【図９】この発明の第四実施形態の温熱用蓄熱装置の縦断面図である。
【図１０】この発明の一実施例の温熱用蓄熱装置の各部での水の温度を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、この発明の実施形態について図面に基づいて説明する。図１〜図３はこの発明の第一実施形態を示すもので、この実施形態の温熱用蓄熱装置１０は、円筒状に形成され、上方の開口部には蓋１２ａが気密状態で取り付けられ、密閉された蓄熱タンク１２が形成されている。蓄熱タンク１２は、ＦＲＰ等により形成され、内部に発泡樹脂等の断熱材１３が設けられて、保温性を有した構造となっている。
【００１６】
蓄熱タンク１２内には、樹脂製のパイプユニット１４が渦巻き状に巻かれて収容されている。パイプユニット１４は、図２に示すように、一対のメインパイプ１５，１６間に等間隔で、多数の細い熱交換パイプ１８が接続されている。熱交換パイプ１８は、メインパイプ１５，１６に対してほぼ直角に接続され、管内が連通している。メインパイプ１５，１６の上端部には、コネクタ１５ａ，１６ａが各々設けられている。
【００１７】
熱交換パイプ１８は、蓄熱タンク１２内で螺旋状に巻き付けられて収容される。一方のメインパイプ１５が、蓄熱タンク１２の円筒の中心軸と一致して中央部に位置し、メインパイプ１５から外側方向に、熱交換パイプ１８が螺旋状に配置されている。熱交換パイプ１８の他端部は、蓄熱タンク１２の内周面に接するように位置した他方のメインパイプ１６つながっている。
【００１８】
熱交換パイプ１８の螺旋状の半径方向に隣接する熱交換パイプ１８同士の間には、樹脂製パイプなどで形成された整列部材２０が配置されている。整列部材２０は、図３に示すように、熱交換パイプ１８がメインパイプ１５，１６に接続されているピッチと等しく、途中の熱交換パイプ１８の間隔を維持させるもので、熱交換パイプ１８が整列して取り付けられた幅とほぼ等しい長さを有している。さらに整列部材２０は、熱交換パイプ１８のメインパイプ１５，１６への取り付けピッチと等しい間隔に、位置決め凹部２２が設けられている。整列部材２０は、図１（ａ）に示すように、螺旋状の熱交換パイプ１８に対して半径方向に１２０度間隔で螺旋の間に位置するように配置されている。さらに、熱交換パイプ１８の螺旋の間には、整列部材である発泡スポンジ等の多孔質のスペーサ部材２４が挟まれて、等間隔に位置規制されている。これは、樹脂製の熱交換パイプ１８が、樹脂の柔軟性や反発弾性等により、整列部材２０だけでは等間隔に正確に位置決めできないためである。また、整列部材２０は、熱交換パイプ１８の浮き上がりを抑えるために、ボルト等の重量部材２１に取り付けられている。蓄熱タンク１２の底部には、パイプユニット１４を押さえる比較的比重の重いステンレス板等の固定具２３が設けられている。固定具２３には、整列部材２０の先端部が固定されている。
【００１９】
蓄熱タンク１２内には、酢酸ナトリウム（ＣＨ３ＣＯＯＮａ）等の温熱蓄熱材が収納されている。温熱蓄熱材である酢酸ナトリウムの３水和塩は、相変態温度が５８度で、融解熱が２６４ｋＪ／ｋｇ（蓄熱密度）であり、極めて高い蓄熱量を有する。その他、温熱蓄熱材として利用できる物質としては、硫酸ナトリウムの水和物、炭酸ナトリウムの水和物、その他所望の融解温度で利用可能な無機水和塩系の蓄熱材を用いることができる。
【００２０】
メインパイプ１５，１６及び熱交換パイプ１８は、ＰＰ（ポリプロピレン）等の合成樹脂製であり、熱交換パイプ１８の内径はメインパイプよりも細く、２．０〜３．５ｍｍ、好ましくは２．３〜３．１ｍｍである。熱交換パイプ１８の肉厚はできる限り薄い方が熱抵抗が小さく好ましいが、強度上必要な厚さであればよく、管の内径に合わせて肉厚も設定される。また、整列部材２０やスペーサ部材２４は、無機水和物の温熱蓄熱材の固形状態の熱伝導率より良いものであれば、熱交換性能上好ましい。蓄熱タンク１２の容量は設置上の便宜や容易さからが、例えば２０リットルである。
【００２１】
次に、この実施形態の温熱用蓄熱装置１０の使用方法について説明する。まず、温熱蓄熱材にエネルギーをためる場合は、図示しない熱源から配管を介してエネルギー媒体であるエチレングリコールや水が、メインのパイプ１５，１６の一方、例えばメインパイプ１５に送られる。これにより、メインパイプ１５から並列に、各熱交換パイプ１８に所定の高温のエネルギー媒体が流れる。この温度は、温熱蓄熱材の融解温度以上の温度である。蓄熱タンク１２内の温熱蓄熱材と熱交換を行った後のエネルギー媒体は、メインパイプ１６を経て、図示しない配管を介して熱源に戻る。このエネルギー媒体の循環により、温熱蓄熱材には、融解による潜熱と温度上昇による顕熱により、所定のエネルギーが蓄えられる。蓄熱量は、温熱蓄熱材が全て融解して、送られるエネルギー媒体の温度と等しくなるまで蓄熱することができる。蓄えるエネルギー源は、例えば太陽光からの熱エネルギーを集熱装置に集めて蓄えると良い。これにより、エネルギーコストがかからないものである。また、コストの安い深夜電力を利用して蓄熱しても良い。
【００２２】
次に、蓄熱したエネルギーを取り出すときは、回路を切り替えて、例えばメインパイプ１５に、温熱を利用したい暖房装置や給湯装置からのエネルギー媒体を送り、熱交換パイプ１８に流して、温熱蓄熱材との間で熱交換を行う。熱交換により暖められたエネルギー媒体は、メインパイプ１６から出て、図示しない配管を介して、暖房装置や給湯装置に送られる。蓄熱タンク１２からのエネルギーの取り出しは、循環するエネルギー媒体の温度と等しい温度に温熱蓄熱材の温度が下がるまで可能であり、温熱蓄熱材の融解温度以下の温度になり、温熱蓄熱材が全て固化するまで可能である。
【００２３】
なお、パイプユニット１４は、蓄熱タンク１２の温熱蓄熱材に外部の熱源からエネルギーを供給するパイプユニット１４と、温熱蓄熱材からエネルギーを受け取るパイプユニット１４とを別々に配置して、一対のパイプユニット１４を設けたものでも良い。これにより、よりきめ細かな使い分けが可能となり、温熱用蓄熱装置１０の熱源や温熱の利用範囲が広がるものである。
【００２４】
この実施形態の温熱用蓄熱装置１０によれば、熱交換器である熱交換パイプ１８は、整列部材２０により等ピッチに正確に保持され、パイプ同士の間隔が開いたり狭くなったりすることがなく、熱交換効率がよい。また、整列部材２０やスペーサ部材２４も樹脂製であり、樹脂と金属等との熱膨張率の違いによる擦れや歪みが発生せず、酢酸ナトリウム等の温熱蓄熱材によりパイプユニット１４の配管が傷むことがなく、耐久性も高いものである。さらに、細い熱交換パイプ１８内を低温のエネルギー媒体が流れることにより、その温度変化で僅かに収縮したり位置ずれが生じたりして、その物理的刺激により液相の温熱蓄熱材が速やかに発核し固相に相変態する。従って、温熱蓄熱材が過冷却状態になりにくく、確実に蓄積した熱を熱交換パイプ１８との間で熱交換することができる。また、整列部材２０により熱交換パイプ１８を整列させることにより、所定間隔に確実に維持させることができ、熱交換効率を落とすことがなく、しかも熱交換パイプ１８の微少移動により過冷却を防止し、確実に熱交換することができる。さらに、樹脂製の熱交換パイプ１８は、熱伝導が比較的緩やかであり、温熱蓄熱材が固相に相変態する速度も比較的緩やかである。従って、熱交換パイプ１８の周囲に急激に形成される固相が互いに繋がり、その周囲の液相の対流を妨げるということが生じにくく、液相の熱移動による熱交換を維持し、熱交換効率の低下を抑制することができる。
【００２５】
次に、この発明の第二実施形態の温熱用蓄熱装置３０について、図４、図５を基にして説明する。ここで、上記実施形態と同様の部材は同一の符号を付して説明を省略する。この実施形態は、矩形の蓄熱タンク３２を用いたもので、上方開口部は蓋３２ａにより密閉されている。蓄熱タンク３２に収容されるパイプユニット３４は、図示するように、水平に複数層に一定間隔を空けて設けられている。パイプユニット３４の各熱交換パイプ１８の間には、整列部材３８が設けられ、一定間隔に積層されるようにするとともに、水平方向の間隔も規制している。
【００２６】
各メインパイプ１５，１６は、各々送り側のメインパイプ１５同士が、屈曲した連結パイプ３６によりつながれ、戻り側のメインパイプ１６同士も連結パイプ３６によりつながれている。各メインパイプ１５，１６の上端部は、蓄熱タンク３２の上部から突出した管端部３６ａに接続され、図示しない熱源に接続された図示しない配管と接続される。
【００２７】
この実施形態の温熱用蓄熱装置によっても上記実施形態と同様の効果を得ることができ、より大規模な容量の蓄熱を可能にする。
【００２８】
次に、この発明の第三実施形態の温熱用蓄熱装置４０について、図６、図７を基にして説明する。ここで、上記実施形態と同様の部材は同一の符号を付して説明を省略する。この実施形態この実施形態の温熱用蓄熱装置４０は、円筒状に形成され、上方の開口部には蓋１２ａが取り付けられた蓄熱槽１２が設けられている。蓄熱槽１２及び蓋１２ａは、ＦＲＰ等の合成樹脂製又は耐腐食性の金属により形成され、その内側には発泡樹脂等の断熱材１３が設けられて多層に形成され、保温性を有した構造となっている。
【００２９】
蓄熱槽１２内には、内部タンク４２が蓄熱槽１２の内壁に接するように嵌合されている。内部タンク４２もＦＲＰ等の合成樹脂製又は耐腐食性の金属製であり、有底の円筒状に形成され、上方が開口している。内部タンク４２の上方開口部には、ＦＲＰ等の合成樹脂製又は耐腐食性の金属製の蓋４２ａが被せられている。なお、蓄熱槽１２及び内部タンク４２は、収容した蓄熱材の水分の蒸散を最小限に抑えるため、気密状態で取り付けられることが好ましい。
【００３０】
内部タンク４２内には、酢酸ナトリウム（ＣＨ３ＣＯＯＮａ）の３水和塩からなる温熱蓄熱材が収納されている。その他、硫酸ナトリウムの水和塩、炭酸ナトリウムの水和塩、その他所望の融解温度で利用可能な無機水和塩系の蓄熱材等を用いることができる。内部タンク４２内には、熱交換器として樹脂製の一対のパイプユニット４４，４５が螺旋状に巻かれて収容されている。一方のパイプユニット４４は、図６，図７に示すように、ほぼ内部タンク４２の深さ程度の長さを有する一対のメインパイプ４６，４８間に、等間隔で多数の細い熱交換パイプ１８が互いに平行に接続されている。熱交換パイプ１８は、メインパイプ４６，４８に対してほぼ直角に接続され、管内が連通している。メインパイプ４６，４８の上端部には、コネクタ４６ａ，４８ａが各々設けられ、下端部は閉鎖されている。他方のパイプユニット４５も、図６，図７に示すように、上記と同様にほぼ内部タンク４２の深さ程度の長さを有する一対のメインパイプ４７，４９間に、等間隔で多数の細い熱交換パイプ１９が互いに平行に接続されている。熱交換パイプ１９は、メインパイプ４７，４９に対してほぼ直角に接続され、管内が連通している。メインパイプ４７，４９の上端部には、コネクタ４７ａ，４９ａが各々設けられ、下端部は閉鎖されている。
【００３１】
一対のパイプユニット４４，４５は、内部タンク４２内でメインパイプ４６，４７が外側に位置し、メインパイプ４８，４９が内側に位置するようにして、互いに螺旋状に巻き付けられ、メインパイプ４６，４７，４８，４９が、内部タンク４２の円筒の中心軸と平行に位置して収容される。コネクタ４６ａ，４７ａ，４８ａ，４９ａには、図示しない配管が接続され、蓋４２ａ，１２ａを貫通して外部に引き出され、図示しない熱源や利用回路等に接続された配管につながっている。ここで、図７に示すように、蓄熱する際に用いる加熱側のパイプユニット４４の熱交換パイプ１８は、他方のパイプユニット４５の熱交換パイプ１９を囲むように最外周に最後の一巻きが位置している。これにより、溶け残りやすい内部タンク４２の内周面近くに位置する蓄熱材を、効率よく確実に溶かすことができる。
【００３２】
内部タンク４２内には、一対のパイプユニット４４，４５を保持した傘状のパイプ支持部材５０が設けられている。パイプ支持部材５０は、底部に支持円盤５２が設けられ、支持円盤５２の中央部から直角方向に一体的に設けられた柱状の管部材５４が形成され、一対のパイプユニット４４，４５を保持している。パイプ支持部材５０には、管部材５４の周囲に一対のパイプユニット４４，４５のメインパイプ４８，４９が互いに反対側に配置され、熱交換パイプ１８，１９が螺旋を描くように設けられている。
【００３３】
熱交換パイプ１８，１９の螺旋状の半径方向に隣接する熱交換パイプ同士の間には、樹脂部材などで形成された整列部材２０が配置されている。整列部材２０は、図７に示すように、熱交換パイプ１８，１９を等ピッチに整列させて保持するもので、熱交換パイプ１８，１９の間隔を維持させるものである。このピッチは、メインパイプ４６，４８，４７，４９に取り付けられた間隔とほぼ等しい。さらに整列部材２０及びパイプ支持部材５０は、熱交換パイプ１８，１９の浮き上がりを抑えるために、図示しないボルト等で保持部材に取り付けられている。
【００３４】
次に、この実施形態の温熱用蓄熱装置４０の使用方法について説明する。まず、温熱蓄熱材に熱エネルギーを溜める場合は、夜間電力を利用したヒーターや太陽熱パネル等の図示しない熱源から配管を介して、熱媒体であるエチレングリコールや水を供給する。この蓄熱動作は、蓄熱開始の後、熱源から水等の熱媒体が送られ、内部タンク４２のメインパイプ４８から熱交換パイプ１８に、並列に熱媒体が送られ、熱交換パイプ１８の周囲の蓄熱材との間で熱交換が行われる。熱交換パイプ１８を通過した熱媒体は次第に蓄熱材に熱エネルギーが奪われて、蓄熱槽１２の周辺部に位置したメインパイプ４６に戻り、熱源に戻される。熱媒体は、この経路を循環し、熱源の熱エネルギーを熱交換パイプ１８に送り込んで、蓄熱材と熱交換を行わせる。
【００３５】
次に、蓄熱した熱エネルギーを取り出すときは、蓄熱槽１２の周辺部に位置したメインパイプ４７のコネクタ４７ａから図示しない配管を介して、熱媒体または温水として使用する冷水を注入する。これにより、熱媒体や冷水等がメインパイプ４７から熱交換パイプ１９に流れ、蓄熱材との間で熱交換を行う。このとき、温度が一定となるように、メインパイプ４９を経て蓄熱槽１２から出た温水に所定量の給水側からの水を混合して、設定温度になるようにするとともに、流量を調節する。
【００３６】
この実施形態の温熱用蓄熱装置４０も、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに、蓄熱用のパイプユニット４４と熱の取り出し用のパイプユニット４５を別々に設けているので、取出し用のパイプユニット４５は水道水などが一度通過するだけであり、水質の悪化がなく、温水の使用に問題がない。また、取出し用のパイプユニット４５は、温度が低くスケールも付着しにくい。さらに、この実施形態の熱交換パイプ１８，１９も、蓄熱した熱の取り出しにより温度が低下すると、その収縮により、過冷却現象を防止する。蓄熱材が完全に液相の状態では、熱交換パイプ１８，１９の収縮が起こっても過冷却は解消しないが、この実施形態では一部結晶化した状態の過冷却となっているので、熱交換パイプ１８，１９の収縮などがきっかけとなり過冷却が解消される。例えば、直径３０ｃｍのタンクの場合、５ｍ以上の熱交換パイプ１８，１９を収納できる。この場合、例えば７０℃の加熱温度から５０℃に冷却されると、その温度差２０℃で熱交換パイプ１８，１９の収縮は１０ｍｍ以上となる。これにより、十分に過冷却現象の解消が可能となり、蓄熱槽１２全体では、全く過冷却が発生していない状態の温熱の取り出しが可能となる。
【００３７】
次に、この発明の第四実施形態の温熱用蓄熱装置６０について、図８、図９を基にして説明する。この実施形態は、３枚のパイプユニット６１，６２，６３を等間隔で配置したもので、１枚の加熱回路のパイプユニット６２と、２枚の取り出し用のパイプユニット６１，６３が、円筒状の蓄熱槽６６に収容されている。蓄熱槽６６は、断熱材を有した断熱構造に形成されている。３枚のパイプユニット６１，６２，６３の一方のメインパイプ６７，６８，６９が外側に位置し、内側には他方のメインパイプ７１，７２，７３が等間隔に配置されている。加熱側のパイプユニット６２の熱交換パイプ７０は、他のパイプユニット６１，６３の熱交換パイプ７４，７５を囲むように最外周に最後の一巻きが位置している。これにより、溶け残りやすい蓄熱槽内周面近くに位置する蓄熱材を、効率よく確実に溶かすことができる。
【００３８】
この実施形態の温熱用蓄熱装置によっても上記実施形態と同様の効果を得ることができ、より大規模な容量の蓄熱を可能にする。特に、取り出し用のパイプユニット６１，６３を２枚並列に接続して設けることにより、低い水圧で圧力損失が小さく、多くの流量が得られ、一度により多くの温水等の熱エネルギーを取り出すことが可能となる。また、２枚のパイプユニット６１，６３を直列につないで用いることにより、より高い温度の温水を得ることができる。なお、取り出し用のパイプユニットの枚数は、適宜選択可能であり、直列、並列の接続も用途により適宜選択可能である。
【００３９】
この発明の温熱用蓄熱装置は、上記実施形態に限定されるものではなく、温熱蓄熱材は適宜の種類のものを利用することができ、例えば臭化テトラｎブチルアンモニウムの水和物等も利用することができる。また、矩形の蓄熱タンクであっても、それぞれの角部に整列部材を配置し、発泡スポンジ等の多孔質のスペーサ部材を用いて熱交換パイプを正確に整列させて収容することができる。さらに、パイプユニットの形状も適宜設定可能である。  
【実施例１】
【００４０】
次に、この発明の温熱蓄熱装置の一実施例について、試験を行った結果を以下に説明する。この実施例では、図７に示す構造の容量が２０リットルの蓄熱槽１２を用いて、一対のパイプユニット４４，４５の熱交換パイプ１８，１９の長さが各々１０ｍのものを用いた。
【００４１】
この実施例の温熱蓄熱材では、図７に示す蓄熱槽１２のメインパイプ４７から給水された毎分１０リットルの水が、熱交換パイプ１９により液相状態の蓄熱材と熱交換する。これにより、図１０に示すように、１０℃の給水が５０℃程度に温められて供給される。このとき、蓄熱材の温度が数分以内に、一旦急激に相変態温度以下に下がる。この温度低下は、相変態を伴わない過冷却現象によるものである。実験では、給水側より１．０ｍ付近の熱交換パイプ１９が、２分で３０℃の温度低下となり、過冷却状態となった。しかし、この後、過冷却が急激に解消して、相変態による熱エネルギーの放出が行われ、再び水温が上昇している。このことから、給水から短時間で過冷却現象が解消していることがわかる。
【００４２】
過冷却現象が解消する理由は、熱交換パイプ１９が給水により急激に温度低下して収縮し、過冷却により液相状態の蓄熱材に物理的に刺激を与えたためと考えられる。過冷却解消方法としては、過冷却解消温度まで冷却させる方法、過冷却防止剤を投入する方法、物理的に刺激を与える方法などが知られている。ポリプロピレン製の熱交換パイプ１９は、３０℃の温度低下で、１ｍにつき３．３ｍｍの収縮を生じる。熱交換パイプ１９は整列部材２０により整列固定されているが、整列部材２０に熱交換パイプ１９が挟まって固定されているだけなので、この時、収縮で整列部材２０と熱交換パイプ１９に位置ずれが発生し、これが蓄熱材に対する物理的刺激になって、給水側の過冷却が解消されたものと考えられる。
【００４３】
過冷却が局部的に解消されると、蓄熱槽１２内で相変態が徐々に伝播し、図１０に示す通り、１７分後に取出側３ｍ、２８分後には取り出し側０．１ｍの位置でも、一旦低下した取り出し側の水の温度の上昇がみられ、相変態による熱エネルギーの放出であることから、過冷却現象が解消されたことがわかる。また、この間、図１０に示すように、取り出される給湯温度に大きな変化が見られず、安定して蓄熱材の潜熱と顕熱が取り出されていることが証明された。
【符号の説明】
【００４４】
１０，３０，４０，６０  温熱用蓄熱装置
１２，３２，６６  蓄熱タンク
１４，４４，４５，６１，６２，６３  パイプユニット
１５，１６，４６，４７，４８，４９，６７，６８，６９，７１，７２，７３  メインパイプ
１８，１９，７０，７４，７５  熱交換パイプ
２０，３６  整列部材
２２  位置決め凹部
２４  スペーサ部材
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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