(57)【要約】【課題】  蓄熱槽のキャビネット外形容積を小型化し、コスト低減するための熱交換器の熱交換方法を提供する。  【解決手段】  給湯用の丸型の金属製の蓄熱タンクを使用しないで、角型のキャビネットに沿った樹脂フィルム製の袋で代用させてその中に蓄熱材を貯留させ、その蓄熱材の中に多数の熱媒体を連通する事が可能な多媒体管路一体型熱交換器を設置し、給湯用の水道水をその多媒体管路一体型熱交換器に連通させて加熱させて給湯を行うことにより蓄熱槽のキャビネット容積の小型化を実現するものである。 【選択図】図２
2011202894.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属板乃至は樹脂板で構成されたキャビネットの全内表面に断熱材層を設けて蓄熱槽本体を構成し、該断熱材層の内面に接する様に耐熱性で耐水性の樹脂フィルム製で水密状態の袋を配設し、その中に液状の蓄熱媒体を貯留させてその上部を大気に連通乃至は開放させ、該袋の外面を前記蓄熱槽本体の内面に当接させて前期蓄熱媒体の液圧を蓄熱槽本体の内面で受けた構造の蓄熱槽一体型タンクに於いて、
前記蓄熱媒体中に蓄熱媒体熱交換器を設置し、その内部の管路中を下から上へと水道水を流して前記蓄熱媒体と熱交換させて給湯させることを特徴とした熱交換方法。
【請求項２】
温熱蓄熱槽内に温熱蓄熱タンクを設置し、該温熱蓄熱タンク内に蓄熱させる温熱を得るために、大気を熱源としたヒートポンプ装置乃至はガス燃焼装置を熱源機として設置し該熱源機を作動させて得られる温熱熱源媒体を循環させる熱源媒体流路乃至は太陽熱温水器から得られる太陽熱出力媒体を循環させる太陽熱源媒体流路と、給湯のための水道水を供給する水道水流路とを備え、これら少なくとも二つの流路の一部を構成する少なくとも二つの管路が一体に接合された多媒体管路一体型熱交換器をその外表面が前記温熱蓄熱タンク内に保持された前記蓄熱媒体に接する状態で前記温熱蓄熱タンク内に設置し、前記蓄熱媒体と前記温熱熱源媒体乃至は前記太陽熱出力媒体の間で熱交換させて前記温熱蓄熱タンクに蓄熱を、前記蓄熱媒体及び／又は前記温熱熱源媒体乃至は前記太陽熱出力媒体と前記水道水を熱交換させて給湯を行なう為に、少なくとも三つの熱媒体を相互に熱交換させたことを特徴とした熱交換方法。
【請求項３】
温熱蓄熱槽内に温熱蓄熱タンクを設置し、該温熱蓄熱タンク内に蓄熱させる温熱を得るために、大気を熱源としたヒートポンプ装置乃至はガス燃焼装置を熱源機として設置し該熱源機を作動させて得られる温熱熱源媒体を循環させる熱源媒体流路乃至は太陽熱温水器から得られる太陽熱出力媒体を循環させる太陽熱源媒体流路と、前記温熱蓄熱タンクの中に蓄熱させるための蓄熱媒体を閉サイクル状態で循環させる蓄熱媒体回路の前記温熱蓄熱タンクの流出口と前記温熱蓄熱タンクの流入口とを接続する蓄熱媒体流路と、給湯のための水道水を供給する水道水流路とを備え、これら少なくとも三つの流路の一部を構成する少なくとも三つの管路が一体に接合された多媒体管路一体型熱交換器をその外表面が前記温熱蓄熱タンク内に保持された蓄熱媒体に接する状態で前記温熱蓄熱タンク内に収納し、前記蓄熱媒体と前記温熱熱源媒体乃至は前記太陽熱出力媒体の間で熱交換させて前記温熱蓄熱タンクに蓄熱を、前記蓄熱媒体及び／又は前記温熱熱源媒体乃至は前記太陽熱出力媒体と前記水道水を熱交換させて給湯を行なう為に、少なくとも三つの熱媒体を相互に熱交換させたことを特徴とした熱交換方法。
【請求項４】
温熱蓄熱槽内に温熱蓄熱タンクを設置し、該温熱蓄熱タンク内に蓄熱させる温熱を得るために、大気を熱源としたヒートポンプ装置乃至はガス燃焼装置を熱源機として設置し該熱源機を作動させて得られる温熱熱源媒体を循環させる熱源媒体流路乃至は太陽熱温水器から得られる太陽熱出力媒体を循環させる太陽熱源媒体流路と、建物内を暖房するために暖房装置に熱供給するための暖房媒体を循環させる暖房媒体流路と、給湯のための水道水を供給する水道水流路とを備え、これら少なくとも三つの流路の一部を構成する少なくとも三つの管路が一体に接合された多媒体管路一体型熱交換器をその外表面が前記温熱蓄熱タンク内に保持された蓄熱媒体に接する状態で前記温熱蓄熱タンク内に収納し、前記蓄熱媒体と前記温熱熱源媒体乃至は太陽熱出力媒体の間で熱交換させて前記温熱蓄熱タンクに蓄熱を、前記蓄熱媒体及び／又は前記温熱熱源媒体乃至は太陽熱出力媒体と前記水道水を熱交換させて給湯を、前記蓄熱媒体及び／又は前記温熱熱源媒体乃至は前記太陽熱出力媒体と前記暖房媒体を熱交換させて暖房を行なう為に、少なくとも四つの熱媒体を相互に熱交換させたことを特徴とした熱交換方法。
【請求項５】
温熱蓄熱槽内に温熱蓄熱タンクを設置し、該温熱蓄熱タンク内に蓄熱させる温熱を得るために、大気を熱源としたヒートポンプ装置乃至はガス燃焼装置を熱源機として設置し該熱源機を作動させて得られる温熱熱源媒体を循環させる熱源媒体流路乃至は太陽熱温水器から得られる太陽熱出力媒体を循環させる太陽熱源媒体流路と、前記温熱蓄熱タンクの中に蓄熱させるための蓄熱媒体を閉サイクル状態で循環させる蓄熱媒体回路の前記温熱蓄熱タンクの流出口と前記温熱蓄熱タンクの流入口とを接続する蓄熱媒体流路と、建物内を暖房するために暖房装置に熱供給するための暖房媒体を循環させる暖房媒体流路と、給湯のための水道水を供給する水道水流路とを備え、これら少なくとも四つの流路の一部を構成する少なくとも四つの管路が一体に接合された多媒体管路一体型熱交換器をその外表面が前記温熱蓄熱タンク内に保持された蓄熱媒体に接する状態で前記温熱蓄熱タンク内に収納し、前記蓄熱媒体と前記温熱熱源媒体乃至は前記太陽熱出力媒体の間で熱交換させて前記温熱蓄熱タンクに蓄熱を、前記蓄熱媒体及び／又は前記温熱熱源媒体乃至は前記太陽熱出力媒体と前記水道水を熱交換させて給湯を前記蓄熱媒体及び／又は前記温熱熱源媒体乃至は前記太陽光出力媒体と前記暖房媒体を熱交換させて暖房を行なう為に、少なくとも四つの熱媒体を相互に熱交換させたことを特徴とした熱交換方法。
【請求項６】
温熱蓄熱槽内に温熱蓄熱タンクを設置し、該温熱蓄熱タンク内に蓄熱させる温熱を得るために大気を熱源としたヒートポンプ装置乃至はガス燃焼装置を熱源機として設置し、該熱源機を作動させて得られる温熱熱源媒体を循環させる熱源媒体流路と、太陽熱温水器から得られる温熱出力媒体を循環させる太陽熱源媒体流路と、建物内を暖房するために暖房装置に熱供給するための暖房媒体を循環させる暖房媒体流路と、給湯のための水道水を供給する水道水流路とを備え、これら少なくとも四つの流路の一部を構成する四つの管路が一体に接合された多媒体管路一体型熱交換器をその外表面が前記温熱蓄熱タンク内に保持された蓄熱媒体に接する状態で前記温熱蓄熱タンク内に収納し、前記蓄熱媒体と前記温熱熱源媒体及び／又は前記温熱出力媒体の間で熱交換させて前記温熱蓄熱タンクに蓄熱を、前記蓄熱媒体及び／又は前記温熱熱源媒体及び／又は前記温熱出力媒体と前記水道水を熱交換させて給湯を、前記蓄熱媒体及び／又は前記温熱熱源媒体及び／又は前記温熱出力媒体と前記暖房媒体を熱交換させて暖房を行なうなど、少なくとも五つの熱媒体を相互に熱交換させたこと特徴とした熱交換方法。
【請求項７】
温熱蓄熱槽内に温熱蓄熱タンクを設置し、該温熱蓄熱タンク内に蓄熱させる温熱を得るために大気を熱源としたヒートポンプ装置乃至はガス燃焼装置を熱源機として設置し、該熱源機を作動させて得られる温熱熱源媒体を循環させる熱源媒体流路と、太陽熱温水器から得られる温熱出力媒体を循環させる太陽熱源媒体流路と、前記温熱蓄熱タンクの中に蓄熱させるための蓄熱媒体を閉サイクル状態で循環させる蓄熱媒体回路の前記温熱蓄熱タンクの流出口と前記温熱蓄熱タンクの流入口とを接続する蓄熱媒体流路と、建物内を暖房するために暖房装置に熱供給するための暖房媒体を循環させる暖房媒体流路と、給湯のための水道水を供給する水道水流路とを備え、これら少なくとも五つの流路の一部を構成する少なくとも五つの管路が一体に接合された多媒体管路一体型熱交換器をその外表面が前記温熱蓄熱タンク内に保持された蓄熱媒体に接する状態で前記温熱蓄熱タンク内に収納し、前記蓄熱媒体と前記温熱熱源媒体及び／又は前記温熱出力媒体の間で熱交換させて前記温熱蓄熱タンクに蓄熱を、前記蓄熱媒体及び／又は前記温熱熱源媒体及び／又は前記温熱出力媒体と前記水道水を熱交換させて給湯を、前記蓄熱媒体及び／又は前記温熱熱源媒体及び／又は前記温熱出力媒体と前記暖房媒体を熱交換させて暖房を行なうなど、少なくとも五つの熱媒体を相互に熱交換させたこと特徴とした熱交換方法。
【請求項８】
前記多媒体管路一体型熱交換器に於ける３つ乃至は４つ乃至は５つの管路に対し、風呂の温水を循環させる風呂温水媒体の管路を加え、４つ乃至は５つ乃至は６つの熱媒体を相互に熱交換させたことを特徴とした請求項２、３、４、５、６、７の何れか一項に記載の熱交換方法。
【請求項９】
前記多媒体管路一体型熱交換器に於ける３つ乃至は４つ乃至は５つの流路に加え、風呂の温水を連通させる風呂温水流路を加えて４つ乃至は５つ乃至は６つの媒体の流路を収め、該風呂温水流路で熱交換した後に該風呂温水を風呂に戻すこと無く排水させる事を特徴とした請求項２、３、４、５、６、７の何れか一項に記載の熱交換方法。
【請求項１０】
銅管乃至はアルミニウム管の外表面に伝熱させる部分の全長に渡り平行な二つの平坦面を形成した伝熱管を一つの管路とし、複数の該伝熱管を前記平坦面が相互に接する状態で全体が平坦形状になるように積み上げて、接合面をロー付け乃至は溶接乃至は圧接乃至は接着させ、隣接する伝熱管同士のみで無く該複数本の何れの伝熱管の間でも熱交換可能である様に一体に構成して、乃至は同様の構成となるようにアルミニウム製押し出し成形による平板状多穴管によって複数の管路を一体の構造にした多媒体管路一体型熱交換器を用いたことを特徴とした請求項２、３、４、５、６、７、８、９の何れか一項に記載の熱交換方法。
【請求項１１】
前記温熱蓄熱槽と温熱蓄熱タンクとして請求項１に記載の蓄熱槽一体型タンクを用い前記蓄熱媒体熱交換器として前記多媒体管路一体型熱交換器を用いたことを特徴とした請求項２、３、４、５、６、７、８、９、１０の何れか一項に記載の熱交換方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の技術が適用される技術分野は民生用、特に家庭用、業務用の空調機器と給湯機器を総合した分野での熱エネルギー有効利用を目指した次世代向けの新しい機器システムに関した分野である。この民生分野では現在でも多種多様の機器、システムが実用化されている。事例を挙げると、電力駆動冷凍サイクルを利用した空調機器及び冷凍機器や給湯機器、ガス石油を燃焼させて熱源とした暖房機器及び給湯機器や燃焼機器、ガス石油を動力駆動用燃料とした発電機や空調機器、太陽熱を熱源とした給湯機器など等である。特に近年、省エネルギー又は地球環境を重視するために機器のエネルギー効率の向上や自然エネルギーの活用のための新しい技術、機器、システムの検討が各方面で精力的に進められてきている。またエネルギー供給の社会インフラの特性から昼間電力の利用を抑えて夜間電力を利用するための技術や新らしい機器が開発され、実用化されて来ている。
【０００２】
それらのシステムに利用されるエネルギーは商用電力、石油、ガソリンなど、何時でも社会インフラとして何処でも入手できた高い密度の使いやすいエネルギーから、例えば深夜だけ割安で供給される深夜電力、晴天の昼間だけ供給される太陽光発電電力や太陽熱、地域発電を主体にシステム構成された各種コジェネレイション装置の排熱などなど、限られた時間帯のみに限られたエネルギー濃度や温度が低く、且つ運転サイト毎に特有で標準化されていない、いわば排熱を主体にした各種のエネルギーの利用へ向けての変化が除々にではあるが生じている。
【０００３】
そういった動勢を一層進展させ更に種々な面で有益なシステム機器を実現する為の一つのキー技術が蓄熱システムと伝熱方法に関するものである。それは需要側と時間や濃度でずれた供給エネルギーを一旦熱エネルギーに蓄積し、使いたいときに使いたい密度で熱エネルギーを供給する事ができるものであり、今後増えると思われる多くの熱源温熱と多くの利用側温熱間の複雑な熱交換を効率よく行なうための技術と装置や部品と位置づける事が出来る。今後の社会生活の変化を支える一つのキー技術とも言えよう。
【０００４】
この分野の技術で最も実用化が進んでいるのが深夜電力を利用して温水をつくりそれを蓄熱して何時でも利用できるようにした高いエネルギー効率のシステムとして、ヒートポンプ給湯器がある。この場合年間平均２５℃程度の水道水を８０℃程度まで加熱して温水タンクに貯湯しておき、それを必要な時に利用するシステムである。この場合温水の蓄熱量はその温度差が８０℃と２５℃の差即ち５５℃もあるため貯湯する温水タンクの容量は小さくて済むため家庭、店舗等でも広く普及されてきつつある。例えば一般家庭では４００リッター程度の温水タンクを１０００リッター程の蓄熱槽筐体に収納させて設置するため、蓄熱タンクの底面の専有面積は０．５平方メートル程度となり、設置スペースの点でも可能な地域が多くある為である。
【０００５】
しかしながら、それでも都会の住宅やマンションやアパートなどの場合、及び商業地域での小型店舗などの周囲ではそのスペースが無く、乃至はスペース確保費用が極めて高価なため、全国規模での普及拡大には課題となっている。
一方、給湯ではなくて冷暖房用の温冷水を蓄熱する場合には、例えば暖房の場合、その暖房効果を発揮させるためにはその温水の暖房後の戻り温度でも体感温度の点から４５℃程度の高温度が必要であり、従って貯湯の温度差は８０℃と４５℃の差即ち３５℃となり前述した給湯の場合の５５℃と比べて半分に近くなる。これは同じ熱量を貯湯するには倍近い温水タンク容量が必要となるわけである。
【０００６】
即ち、現在の民生機器用蓄熱装置における最大の課題は如何にコンパクトで蓄熱性能の良い蓄熱システムを実現する事ができるかであると言える。現状の温水給湯用の蓄熱量が容積あたり倍増できれば蓄熱システムを用いた空調給湯システムの実用化に扉を開く事ができると考えられる。さらに、何時でも必要な時に運転できるヒートポンプから得られる温熱と昼間の太陽熱の双方をうまく蓄熱すれば、一般家庭の朝晩の暖房と夕方の給湯などを１次エネルギー消費量が少なくて、低い運転ランニングコストの方式の実用化が大きく進展できると考えられる。
【０００７】
エネルギー装置分野の蓄熱システムに必要となる技術分野としては以上に説明した蓄熱槽のコンパクト化以外にも、蓄熱槽から大気への放熱ロスを最小化できるシステム、多種類の熱源を制御して最適に利用できる蓄熱システム、ヒートポンプ熱源ユニットとの連携、太陽熱太陽光発電との連携、暖房を実現できる空調システムとの連携、現地での据付け工事性などの大きな課題があり、これらが実用化、普及拡大のためのキーである。更にこういった装置が開発され普及拡大が進展するためには以上の課題をクリヤーした上で、コスト低減を実現するための簡略化されたシステムと構成ユニット及び部品の実現が必要である。本発明提案では、新しい蓄熱システムと熱交換システムとしてその実現に必要な技術についてとりあげていく。
【背景技術】
【０００８】
先ず、最優先の課題として、蓄熱システム及びその蓄熱熱量の利用システムのコンパクト化、簡略化が上げられる。これに関しては多くの課題要因があり、一つづつ列挙すると
１、最も重視されるべきアイデアとして、熱源媒体と熱出力媒体との間で用いられる熱交換システム装置のコンパクト化が重要である。今後、化石燃料源に加え自然エネルギーや排熱源を含めた熱源媒体の種類の増加、及び給湯、暖房、風呂追炊きなど利用側出力媒体の多様化、増加が一層進展すると考えられ、それらの間の複雑な熱交換のニーズを実現させるため熱交換器の数量は飛躍的に増加させたいというニーズが生じてくる。これに対応するためコンパクトで一体化された、且つ伝熱効率の良い熱交換器と熱交換システムが必要となると考えられる。
【０００９】
２、さらに、蓄熱タンク内の圧力を大気圧に近づけて、現在水道水圧に耐えるためのＳＵＳ鋼板を用いた耐圧容器を不要にし、現在円形断面の蓄熱タンク形状を長方形の蓄熱槽キャビネットに収め得る最大のタンク容積を確保する方法は有効である。同一蓄熱槽キャビネットに対し５０〜７０％内容積の大きな蓄熱タンクを実現できる可能性がある。これを実現するために水道水管路を蓄熱温熱で加熱する方法が考えられているが、熱交換器の大型化を来たし、コストが増大するという課題がある。
【００１０】
３、さらに、検討目標として水や冷媒などの作動流体を作動ポンプなどにより循環乃至は流動させる方法の最適化が挙げられる。理想的には作動ポンプなどは極力廃止して、それを駆動するモータ電力の低減、長期使用品質の向上、初期コストの低減が重要視点となる。
４、以上概説してきた種々の課題、目標を達成した蓄熱システムが実際の機器として具体化した際のコストが高価になり、実用上の普及が難しくなるという点である。この点からシステム全般の構成、構造、材料が簡潔で低コストであることが重要である。
【００１１】
以上、４つの課題について技術的視点で述べたが、これらの項目に対して従来から関連する多くの技術検討と開発検討が進められてきている。例えば、前記の課題１への解決策の一案として特許文献１にはヒートポンプ他各種の熱源による加熱手段を設けた給湯タンクシステムによる各種エネルギー利用システムを提起している。
【００１２】
以上、背景技術の一例として特許文献を提示した様に、従来も先に述べた４つの技術開発目標課題の多くの内容の技術検討が進められてきている事を示している。しかしながら本発明で提示しようとしている技術分野の多くの課題に対して、その実用化のための解決策、技術がいまだ検討不十分であり、４つの目標課題の全体をシステムとして整合のとれた実用化技術としては不十分であり、従って、システムとして多くの改善課題を残している。
【００１３】
従って、本発明では深夜だけ割安で供給される深夜電力、晴天の昼間だけ供給される太陽光発電電力や太陽熱、地域発電のための各種コジェネレイション装置の排熱などを有効に利用し、蓄熱したりする上で実用的に利用できる改善技術を明確に提示していく。
【特許文献１】特開２００２−２２２７０号広報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
先ず、最優先の課題として挙げた蓄熱システムのコンパクト化の目標としては現在市販されている蓄熱槽の容積の半減化を目指すべきである。例えば、現在家庭用の深夜電力利用ヒートポンプ給湯器に使われる蓄熱タンクの標準容積は正味４００リッターである。しかしながら、この円筒型の高圧水道水容器を収めて外周を断熱して配管などを収納した場合、それを収める長方形の蓄熱槽筐体外形容積は１０００リッター以上となるのが実情である。従って家庭用に限らず、蓄熱タンク容器の正味容積だけでなく実際に現地に取り付けられる蓄熱槽筐体の全体容積の縮小が対象になる。半減という目標はアパートメントや店舗等の建築物に設置した時のスペース制約と重量制約の双方から検討して当面の目標として設定した数値目標である。
【００１５】
本発明では以上の課題に対する最も有効で実用的な方法として蓄熱タンクを高圧タイプではなく大気圧と等しい低圧タイプのシステムの実現を目指して蓄熱媒体とその処理方法について検討したもので、そこに用いられる媒体同士の熱交換器と熱交換システムが従来技術方式では無い、新しい技術方式が必要になることを認識した上でその実用化のための技術を提示するものである。
これを解決するための具体的な方策について述べると、
現状では、蓄熱タンクの蓄熱媒体として現在は給湯される水道水自体を用いてこれを温水化して蓄熱するとともに給湯にそのまま使用しているシステムが多い。この場合水道水の作動圧力に耐える蓄熱タンク構造と材料が必要であり、これが蓄熱タンクの内容積を小さくしている。
【００１６】
これを解消するには、分離型の蓄熱方式とするのが有効である。即ち水やプロピレングリコールなどの薄い水溶液（不凍液）を蓄熱タンクに貯留し、これに蓄熱する方法である。この場合この蓄熱媒体と給湯用水道水の間の熱交換器が新たに必要になり、新しい熱交換器を追加設置する必要が生じる。同時に熱交換ステップが増える事による伝熱効率が低下するという問題が生じるためこれを防止するには熱交換器の大型化が必要になる。即ちこの為のコストアップを如何に抑えて吸収するかが課題である。
【００１７】
二番目の検討目標は、システム化、複雑化、新しいニーズへの対応である。  即ち太陽熱利用や排熱利用など今後増加する各種エネルギー熱源をたくみに利用する、且つ給湯、暖房、排熱利用など、より広範囲の熱出力供給ニーズの拡大に応えられる汎用性のある効率の高い蓄熱及び熱交換システムの実現が求められている。これを実現するためには多数の追加熱交換器と高度な全体システムの構成が必要となり、システムは複雑化する。
新しい蓄熱及び熱交換システムを用いて如何に地球環境面から見て、またランニング費用の点からみてエネルギー利用効率の高い民生用エネルギーシステムを実現することが求められてくるわけで、これは即ち将来の高度な自然エネルギー利用蓄熱及び熱変換システムの実現がキーとなるという事ができる。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
前述した課題を解消するために本発明が取り組む解決手段、技術は次の２点に集約される。
１、蓄熱を分離型の蓄熱方式とするのが有効である。水道水に直接熱源の熱を伝えてそこに蓄熱するのでは無くて、別置きの蓄熱タンクに蓄熱媒体（水乃至は凍結防止のためプロピレングリコール溶液などを用いる）を貯留し、これに蓄熱する方法である。この蓄熱媒体と熱源媒体を熱交換させ、蓄熱媒体に蓄熱する。この方法はすでに考案されているが、本発明ではこの蓄熱タンクは水道水の圧力容器の強度は必要でなくなることを最大限活用して蓄熱容積の拡大と構造の簡略化によるコスト低減をどの様に低減するかが課題となる。蓄熱槽キャビネットの長方形に合わせた長方形の薄肉容器（樹脂フィルムなど）を使う方法はその解決策であり、この方法では内容積を５０％以上増加することを目指している。
２、この場合、この蓄熱媒体と給湯する水道水の間の熱交換ステップが新たに必要になり、通常では新しい別の熱交換器を設置する必要が生じる。同時に熱交換ステップが増える事による全体の伝熱効率が低下するという問題が生じるため、これを防止するには熱交換器の大型化が必要になる。そこで、本発明で提案する技術は蓄熱媒体を含め全ての熱媒体を一体の熱交換器に連通させて循環させ、各一つの熱媒体と蓄熱媒体の熱交換の場合でも、全ての熱媒体の熱交換部分が寄与するため電熱特性は飛躍的に向上する。この結果、熱交換器の小型化が可能となり、コスト低減が可能となる。
【００１９】
請求項１ではこれを具体化するために、
金属板乃至は樹脂板で構成されたキャビネットの全内表面に断熱材層を設けて蓄熱槽本体を構成し、該断熱材層の内面に接する様に耐熱性で耐水性の樹脂フィルム製で水密状態の袋を配設し、その中に液状の蓄熱媒体を貯留させてその上部を大気に連通乃至は開放させ、該袋の外面を前記蓄熱槽本体の内面に当接させて前期蓄熱媒体の液圧を蓄熱槽本体の内面で受けた構造の蓄熱槽一体型タンクに於いて、
前記蓄熱媒体中に蓄熱媒体熱交換器を設置し、その内部の管路中を下から上へと水道水を流して前記蓄熱媒体と熱交換させて給湯させたものである。
【００２０】
以上要約すると、簡略化された構造の蓄熱槽内に蓄熱媒体を貯留し、この蓄熱媒体の中に埋没状態で収納された熱交換器の内部配管に水道水を下から上に向けて流通させる方式で、これにより蓄熱媒体の温熱により水道水を加熱して温水として給湯するための熱交換方法である。
【００２１】
請求項２に記載の熱交換方法は
温熱蓄熱槽内に温熱蓄熱タンクを設置し、該温熱蓄熱タンク内に蓄熱させる温熱を得るために、大気を熱源としたヒートポンプ装置乃至はガス燃焼装置を熱源機として設置し該熱源機を作動させて得られる温熱熱源媒体を循環させる熱源媒体流路乃至は太陽熱温水器から得られる太陽熱出力媒体を循環させる太陽熱源媒体流路と、給湯のための水道水を供給する水道水流路とを備え、これら少なくとも二つの流路の一部を構成する少なくとも二つの管路が一体に接合された多媒体管路一体型熱交換器をその外表面が前記温熱蓄熱タンク内に保持された前記蓄熱媒体に接する状態で前記温熱蓄熱タンク内に設置し、前記蓄熱媒体と前記温熱熱源媒体乃至は前記太陽熱出力媒体の間で熱交換させて前記温熱蓄熱タンクに蓄熱を、前記蓄熱媒体及び／又は前記温熱熱源媒体乃至は前記太陽熱出力媒体と前記水道水を熱交換させて給湯を行なう為に、少なくとも三つの熱媒体を相互に熱交換させたものである。
【００２２】
請求項３に記載の熱交換方法は
温熱蓄熱槽内に温熱蓄熱タンクを設置し、該温熱蓄熱タンク内に蓄熱させる温熱を得るために、大気を熱源としたヒートポンプ装置乃至はガス燃焼装置を熱源機として設置し該熱源機を作動させて得られる温熱熱源媒体を循環させる熱源媒体流路乃至は太陽熱温水器から得られる太陽熱出力媒体を循環させる太陽熱源媒体流路と、前記温熱蓄熱タンクの中に蓄熱させるための前記蓄熱媒体を閉サイクル状態で循環させる蓄熱媒体回路の前記温熱蓄熱タンクの流出口と前記温熱蓄熱タンクの流入口とを接続する蓄熱媒体流路と、給湯のための水道水を供給する水道水流路とを備え、これら少なくとも三つの流路の一部を構成する少なくとも三つの管路が一体に接合された多媒体管路一体型熱交換器をその外表面が前記温熱蓄熱タンク内に保持された蓄熱媒体に接する状態で前記温熱蓄熱タンク内に収納し、前記蓄熱媒体と前記温熱熱源媒体乃至は前記太陽熱出力媒体の間で熱交換させて前記温熱蓄熱タンクに蓄熱を、前記蓄熱媒体及び／又は前記温熱熱源媒体乃至は前記太陽熱出力媒体と前記水道水を熱交換させて給湯を行なう為に、少なくとも三つの熱媒体を相互に熱交換させたものである。
【００２３】
請求項４に記載の熱交換方法は、
温熱蓄熱槽内に温熱蓄熱タンクを設置し、該温熱蓄熱タンク内に蓄熱させる温熱を得るために、大気を熱源としたヒートポンプ装置乃至はガス燃焼装置を熱源機として設置し該熱源機を作動させて得られる温熱熱源媒体を循環させる熱源媒体流路乃至は太陽熱温水器から得られる太陽熱出力媒体を循環させる太陽熱源媒体流路と、建物内を暖房するために暖房装置に熱供給するための暖房媒体を循環させる暖房媒体流路と、給湯のための水道水を供給する水道水流路とを備え、これら少なくとも三つの流路の一部を構成する少なくとも三つの管路が一体に接合された多媒体管路一体型熱交換器をその外表面が前記温熱蓄熱タンク内に保持された蓄熱媒体に接する状態で前記温熱蓄熱タンク内に収納し、前記蓄熱媒体と前記温熱熱源媒体乃至は太陽熱出力媒体の間で熱交換させて前記温熱蓄熱タンクに蓄熱を、前記蓄熱媒体及び／又は前記温熱熱源媒体乃至は太陽熱出力媒体と前記水道水を熱交換させて給湯を、前記蓄熱媒体及び／又は前記温熱熱源媒体乃至は前記太陽熱出力媒体と前記暖房媒体を熱交換させて暖房を行なう為に、少なくとも四つの熱媒体を相互に熱交換させたものである。
【００２４】
請求項５に記載の熱交換方法は、
温熱蓄熱槽内に温熱蓄熱タンクを設置し、該温熱蓄熱タンク内に蓄熱させる温熱を得るために、大気を熱源としたヒートポンプ装置乃至はガス燃焼装置を熱源機として設置し該熱源機を作動させて得られる温熱熱源媒体を循環させる熱源媒体流路乃至は太陽熱温水器から得られる太陽熱出力媒体を循環させる太陽熱源媒体流路と、前記温熱蓄熱タンクの中に蓄熱させるための蓄熱媒体を閉サイクル状態で循環させる蓄熱媒体回路の前記温熱蓄熱タンクの流出口と前記温熱蓄熱タンクの流入口とを接続する蓄熱媒体流路と、建物内を暖房するために暖房装置に熱供給するための暖房媒体を循環させる暖房媒体流路と、給湯のための水道水を供給する水道水流路とを備え、これら少なくとも四つの流路の一部を構成する少なくとも四つの管路が一体に接合された多媒体管路一体型熱交換器をその外表面が前記温熱蓄熱タンク内に保持された蓄熱媒体に接する状態で前記温熱蓄熱タンク内に収納し、前記蓄熱媒体と前記温熱熱源媒体乃至は前記太陽熱出力媒体の間で熱交換させて前記温熱蓄熱タンクに蓄熱を、前記蓄熱媒体及び／又は前記温熱熱源媒体乃至は前記太陽熱出力媒体と前記水道水を熱交換させて給湯を前記蓄熱媒体及び／又は前記温熱熱源媒体乃至は前記太陽光出力媒体と前記暖房媒体を熱交換させて暖房を行なう為に、少なくとも四つの熱媒体を相互に熱交換させたものである。
【００２５】
請求項６に記載の熱交換方法は、
温熱蓄熱槽内に温熱蓄熱タンクを設置し、該温熱蓄熱タンク内に蓄熱させる温熱を得るために大気を熱源としたヒートポンプ装置乃至はガス燃焼装置を熱源機として設置し、該熱源機を作動させて得られる温熱熱源媒体を循環させる熱源媒体流路と、太陽熱温水器から得られる温熱出力媒体を循環させる太陽熱源媒体流路と、建物内を暖房するために暖房装置に熱供給するための暖房媒体を循環させる暖房媒体流路と、給湯のための水道水を供給する水道水流路とを備え、これら少なくとも四つの流路の一部を構成する四つの管路が一体に接合された多媒体管路一体型熱交換器をその外表面が前記温熱蓄熱タンク内に保持された蓄熱媒体に接する状態で前記温熱蓄熱タンク内に収納し、前記蓄熱媒体と前記温熱熱源媒体及び／又は前記温熱出力媒体の間で熱交換させて前記温熱蓄熱タンクに蓄熱を、前記蓄熱媒体及び／又は前記温熱熱源媒体及び／又は前記温熱出力媒体と前記水道水を熱交換させて給湯を、前記蓄熱媒体及び／又は前記温熱熱源媒体及び／又は前記温熱出力媒体と前記暖房媒体を熱交換させて暖房を行なうなど、少なくとも五つの熱媒体を相互に熱交換させたものである。
【００２６】
請求項７に記載の熱交換方法は、
温熱蓄熱槽内に温熱蓄熱タンクを設置し、該温熱蓄熱タンク内に蓄熱させる温熱を得るために大気を熱源としたヒートポンプ装置乃至はガス燃焼装置を熱源機として設置し、該熱源機を作動させて得られる温熱熱源媒体を循環させる熱源媒体流路と、太陽熱温水器から得られる温熱出力媒体を循環させる太陽熱源媒体流路と、前記温熱蓄熱タンクの中に蓄熱させるための蓄熱媒体を閉サイクル状態で循環させる蓄熱媒体回路の前記温熱蓄熱タンクの流出口と前記温熱蓄熱タンクの流入口とを接続する蓄熱媒体流路と、建物内を暖房するために暖房装置に熱供給するための暖房媒体を循環させる暖房媒体流路と、給湯のための水道水を供給する水道水流路とを備え、これら少なくとも五つの流路の一部を構成する少なくとも五つの管路が一体に接合された多媒体管路一体型熱交換器をその外表面が前記温熱蓄熱タンク内に保持された蓄熱媒体に接する状態で前記温熱蓄熱タンク内に収納し、前記蓄熱媒体と前記温熱熱源媒体及び／又は前記温熱出力媒体の間で熱交換させて前記温熱蓄熱タンクに蓄熱を、前記蓄熱媒体及び／又は前記温熱熱源媒体及び／又は前記温熱出力媒体と前記水道水を熱交換させて給湯を、前記蓄熱媒体及び／又は前記温熱熱源媒体及び／又は前記温熱出力媒体と前記暖房媒体を熱交換させて暖房を行なうなど、少なくとも五つの熱媒体を相互に熱交換させたものである。  
【００２７】
請求項８に記載の熱交換方法は、
請求項２、３、４、５、６、７の何れか一項に記載の熱交換方法に用いる前記多媒体管路一体型熱交換器に於ける３つ乃至は４つ乃至は５つの管路に対し、風呂の温水を循環させる風呂温水媒体の管路を加え、その結果４つ乃至は５つ乃至は６つの熱媒体を相互に熱交換させたものである。
【００２８】
請求項９に記載の熱交換方法は、
請求項２、３、４、５、６、７の何れか一項に記載の熱交換方法における前記多媒体管路一体型熱交換器に於ける３つ乃至は４つ無いしは５つの流路に加え、風呂の温水を連通させる風呂温水流路を加えて４つ乃至は５つ乃至は６つの媒体の流路を収め、該風呂温水流路で熱交換した後に該風呂温水を風呂に戻すこと無く排水させたものである。
【００２９】
請求項１０に記載の熱交換方法は、
請求項２、３、４、５、６、７、８、９の何れか一項に記載の熱交換方法の熱交換器において銅管乃至はアルミニウム管の外表面に伝熱させる部分の全長に渡り平行な二つの平坦面を形成した伝熱管を一つの管路とし、複数の該伝熱管を前記平坦面が相互に接する状態で全体が平坦状になる様に積み上げて、接合面をロー付け乃至は溶接乃至は圧接乃至は接着させ、隣接する伝熱管同士のみで無く該複数本の何れの伝熱管の間でも熱交換可能である様に一体に構成して、乃至は同様の構成となるようにアルミニウム製押し出し成形による平板状多穴管によって複数の管路を一体の構造にした多媒体管路一体型熱交換器を用いたものである。
【００３０】
請求項１１に記載の熱交換方法は、
請求項２、３、４、５、６、７、８、９、１０に記載の熱交換方法における前記温熱蓄熱槽と温熱蓄熱タンクに代えて請求項１に記載のタンク一体型蓄熱槽を用い前記蓄熱媒体熱交換器に代えて前記多媒体管路一体型熱交換器を用いた熱交換方法である。
【発明の効果】
【００３１】
請求項１記載の熱交換方法によれば、簡略化された構造のタンク一体型蓄熱槽内に蓄熱媒体を大気圧状態で貯留し、この蓄熱媒体の中に設置した熱交換器の内部に水道水をしたから上へと流通させる方式で、これにより蓄熱媒体の温熱により水道水を加熱して温水として給湯するための熱交換方法である。その詳細な構成は貯留する蓄熱媒体（プロピレングリコール水溶液などの不凍液乃至は水など、さらにはその中にパラフィンなどの潜熱蓄熱材を内包した潜熱蓄熱パックなどを収納した媒体）を蓄熱槽キャビネットの内容積一杯の最大容積のタンクに大気圧状態で貯留する方式である。
【００３２】
大気圧状態であるため耐圧強度の必要性が低いためキャビネットは薄い金属板乃至は樹脂板等で構成できるという利点がある。その内面は全面にわたり断熱材による断熱層を設け、最上面は開閉蓋を設けておく。断熱層は薄板状の真空のパッケイジ乃至はウレタン発泡材など熱伝導係数の極めて小さな材料で構成させルことにより放熱ロスを最少化し、且つ蓄熱槽キャビネットを小型化乃至は蓄熱槽内容積の容量拡大が実現できる。
【００３３】
そのキャビネットの断熱層の内面に接する様に袋状の耐熱耐水の樹脂フィルム（ナイロンポリエティレンないしはポリプロピレンポリエティレン積層フィルムなど）を挿入し、その袋の内側に蓄熱媒体を貯留させる。  この構造により、従来多用されているキャビネットと断熱層の中に別体として耐圧強度と水密性を兼ね備えたＳＵＳ鋼板製のタンク、厚肉樹脂製タンクを設置する方式に代えてキャビネットと断熱層とそれに内接する樹脂フィルムを利用するのみですむため大幅なコスト低減とタンク形状の自由度に優れるという効果がある。従って、この従来の円筒型の耐圧タンク方式と比べ、キャビネットの内法が蓄熱タンク容積とすることが可能になるため、蓄熱槽と蓄熱タンクの間に生じる無駄な空間寸法が殆どゼロに出来、キャビネットの寸法に対し最大容積の蓄熱タンクを確保できるという最大の効果がある。実際は断熱層の分だけタンク容積は小型化するが、高機能断熱材（真空断熱材、高発泡ウレタン発泡材など）を利用する事により有効容積の減少を最小限に食い止める事ができるものである。
一方、タンクの製作時の金型代は殆どゼロとなり、従って、蓄熱槽の製作は容易になるとともに金型台の発生を少なくさせ、金型製造期間が必要無くなるなど製造の点でも優位であると同時にコストの低減にも極めて有効である。
【００３４】
水道水は蓄熱媒体中に保持された熱交換器（コイル銅管など）内を下から上へと流れて加熱され、給湯に供される。蓄熱媒体は加熱乃至は放熱により必ず上下に温度差を生じる。上部が目標の蓄熱温度でも下部では数十度低温であることが多い。従って熱交換器の中の管路に水道水を流す時、温度の観点から対向流になる様に水道水は下から上へと流す事で熱交換性能は大幅に向上する。従って熱交換器は上下に長く構成させることが望ましい。
蓄熱媒体は水道水に熱を奪われるので、事前に乃至は同時に別の熱源での加熱が必要であるがここでは記載を省いている。
一方、給湯する水道水の圧力の点でも、従来方式の耐圧タンク方式では、その耐圧性確保の点から、水圧を下げて貯留させる方式が採られており、給湯する時の給湯水圧不足になったり、二階、三階での給湯が出来ない乃至は出水量が不足するなどの問題があった。これはＳＵＳタンクなどの耐圧性を高めるためにタンクの材料厚さを増すとコスト増加、製品重量増加、タンク成形型費の増加賀生じるが、これを防ぐ為、タンク内の水道水圧力を必要最低限に調整する方法が採られているために生じている問題である。請求項１の方式は熱交換器の電熱銅管の内部を水道水を通過させる方式であるため耐圧強度は十分確保できる。このため水道水圧をそのまま維持した状態で給湯させることが可能となり前述した問題は解消できる。
【００３５】
さらに請求項１の方式であれば、水道水と蓄熱媒体とが分離されているため、水道水の汚染の危険性は低いという利点がある。蓄熱容量を増加させる方法の有力な手段として蓄熱媒体にパラフィンなどの潜熱蓄熱材を混入させる方法がある。この場合には請求項１の方式であれば蓄熱材として水を用いて、その水中にパラフィンブロックを設置することが可能である。給湯用水道水自体を蓄熱媒体としている方式では水道水中に潜熱材ブロックを設置するにはこの潜熱材による水道水の汚染を防止する構造が必要となり、コストの面でもその実現には大きな課題がある。
以上の様に請求項１の技術は極めて多くの改善効果が期待できるものである。
【００３６】
また、請求項２記載の熱交換方法によれば、熱源機を作動させて得られる温熱熱源媒体を循環させる熱源媒体流路乃至は太陽熱温水器からの出力媒体流路、給湯のための水道水を供給する水道水流路、これら少なくとも二つの流路の一部を構成する少なくとも二つの管路が一体に接合された多媒体管路一体型熱交換器を用いて熱交換するため、熱交換する部位の集約化が図られ、熱交換器の数、それに伴う設置スペースをも小さくすることができ、しかも、水道水流路と温熱蓄熱タンクとを直接連通しない構成としたため、温熱蓄熱タンクを水道水の圧力に耐える構造体より弱い構造体で形成することができると共に、弱い構造体で形成することに伴い、該弱い構造体で使用が可能な分、温熱蓄熱タンクの形態の自由度が増し、温熱蓄熱槽内に温熱蓄熱タンクをコンパクトに収納することができ、引いては、温熱蓄熱槽をも小さくすることができる等の効果を有する。
【００３７】
と同時に、例えば水道水と蓄熱媒体の熱交換により水道水を加熱させる時には、蓄熱媒体の温熱は二つの管路の外表面を通して伝熱するから、単一媒体の熱交換器に比較し２倍に近い外表面伝熱面積を通して伝熱するため、高い伝熱性能を得ることが可能となる。一方、熱源媒体乃至は太陽熱出力媒体から蓄熱媒体に伝熱させて蓄熱する場合にも同様の効果が得られる。
これにより多媒体管路一体型熱交換器の方式は、システムの性能の向上、熱交換器の小型化及びコスト低減が図れるという効果を有する。
一方水道水は通常の水道水圧を持った状態で出湯できるという実用上の効果を有する。
【００３８】
また、請求項３記載の熱交換方法によれば、熱源機を作動させて得られる温熱熱源媒体を循環させる熱源媒体流路乃至は太陽熱温水器からの出力媒体流路、前記温熱蓄熱タンクの中に蓄熱させるための蓄熱媒体を循環させる蓄熱媒体流路、給湯のための水道水を供給する水道水流路、これら少なくとも三つの流路の一部を構成する少なくとも三つの管路が一体に接合された多媒体管路一体型熱交換器を用いて熱交換するため、熱交換する部位の集約化が図られ、熱交換器の数、それに伴う設置スペースをも小さくすることができ、しかも、水道水流路と温熱蓄熱タンク内とを直接連通しない構成としたため、温熱蓄熱タンクを水道水の圧力に耐える構造体より弱い構造体で形成することができると共に、弱い構造体で形成することに伴い、該弱い構造体で使用が可能な分、温熱蓄熱タンクの形態の自由度が増し、温熱蓄熱槽内に温熱蓄熱タンクをコンパクトに収納することができ、引いては、温熱蓄熱槽をも小さくすることができる等の効果を有する。
【００３９】
と同時に、前述した様に蓄熱媒体は他の二つの媒体との熱交換を行う時に多媒体一体型熱交換器の全ての外表面を伝熱面積として利用して伝熱するから高い伝熱性能を得ることができる。さらに蓄熱媒体は多媒体一体型熱交換器の内部管路を連通して熱交換するから、熱交換器の外表面と管路の内表面の両方を通して熱交換するため極めて高い熱交換性能を発揮することが可能となる。これは多媒体一体型熱交換器を蓄熱媒体中に設置して且つ蓄熱媒体を一体型熱交換器を連通させた効果である。この結果、システムの性能の向上、多媒体一体型熱交換器の小型化及びコスト低減が図れるという効果を有する。また、水道水は通常の水道水圧で出湯できるという実用上の効果が得られる。
【００４０】
また、請求項４記載の熱交換方法によれば、熱源機を作動させて得られる温熱熱源媒体を循環させる熱源媒体流路乃至は太陽熱温水器からの出力媒体流路、建物内を暖房するために暖房装置に熱供給するための暖房媒体を循環させる暖房媒体流路、給湯のための水道水を供給する水道水流路、これら少なくとも三つの流路の一部を構成する少なくとも三つの管路が一体に接合された多媒体管路一体型熱交換器を用いて熱交換するため、熱交換する部位の集約化が図られ、熱交換器の数、それに伴う設置スペースをも小さくすることができ、しかも、水道水流路と温熱蓄熱タンクとを直接連通しない構成としたため、温熱蓄熱タンクを水道水の圧力に耐える構造体より弱い構造体で形成することができると共に、弱い構造体で形成することに伴い、該弱い構造体で使用が可能な分、温熱蓄熱タンクの形態の自由度が増し、温熱蓄熱槽内に温熱蓄熱タンクをコンパクトに収納することができ、引いては、温熱蓄熱槽をも小さくすることができる等の効果を有する。
【００４１】
と同時に、前述した様に蓄熱媒体は他の三つの媒体との熱交換を行う時に多媒体一体型熱交換器の全ての外表面を伝熱面積として利用して伝熱するから高い伝熱性能を得ることができる。この結果、システムの性能の向上、多媒体一体型熱交換器の小型化及びコスト低減が図れるという効果を有する。これは請求項２の方法にさらに暖房媒体流路を追加しており、請求項２の効果にさらに暖房運転機能に拡大した効果が得られるわけである。
これは、多媒体管路一体型熱交換器方式を用いて暖房媒体流路を追加するだけで簡単に機能拡大ができるという実用上の効果を有する。
また、水道水は通常の水道水圧を維持した状態で出湯できるという実用上の効果が得られる。
【００４２】
また、請求項５記載の熱交換方法によれば、熱源機を作動させて得られる温熱熱源媒体を循環させる熱源媒体流路乃至は太陽熱温水器から得られる温熱出力媒体を循環させる太陽熱源媒体流路、前記温熱蓄熱タンクの中に蓄熱させるための蓄熱媒体を循環させる蓄熱媒体流路、建物内を暖房するために暖房装置に熱供給するための暖房媒体を循環させる暖房媒体流路、給湯のための水道水を供給する水道水流路、これら少なくとも五つの流路の一部を構成する少なくとも五つの管路が一体に接合された多媒体管路一体型熱交換器を用いて熱交換するため、熱交換する部位の集約化が図られ、熱交換器の数、それに伴う設置スペースをも小さくすることができ、しかも、水道水流路と温熱蓄熱タンクとを直接連通しない構成としたため、温熱蓄熱タンクを水道水の圧力に耐える構造体より弱い構造体で形成することができると共に、弱い構造体で形成することに伴い、該弱い構造体で使用が可能な分、温熱蓄熱タンクの形態の自由度が増し、温熱蓄熱槽内に温熱蓄熱タンクをコンパクトに収納することができ、引いては、温熱蓄熱槽をも小さくすることができる等の効果を有する。
【００４３】
と同時に、前述した様に蓄熱媒体は他の四つの媒体との熱交換を行う時に多媒体一体型熱交換器の全ての外表面を伝熱面積として利用して伝熱するから高い伝熱性能を得ることができる。さらに蓄熱媒体は多媒体一体型熱交換器の内部管路を連通して熱交換するから、熱交換器の外表面と管路の内表面の両方を通して熱交換するため極めて高い熱交換性能を発揮することが可能となる。これは多媒体一体型熱交換器を蓄熱媒体中に設置して且つ蓄熱媒体を一体型熱交換器を連通させた効果である。この結果、システムの性能の向上乃至は多媒体一体型熱交換器の小型化及びコスト低減が図れるという効果を有する。
これは請求項３の方法にさらに暖房媒体流路を追加しており、請求項３の効果にさらに暖房運転機能に拡大した効果が得られるわけである。
これは、多媒体管路一体型熱交換器方式を用いて暖房媒体流路を追加するだけで簡単に機能拡大ができるという実用上の効果を有する。
また、水道水は通常の水道水圧で出湯できるという実用上の効果が得られる。
【００４４】
また、請求項６、７記載の熱交換方法によれば、請求項４、５の方法に対し、熱源媒体として二つの媒体の流路を別々に設けた方式である。この結果、熱交換器の管路が一つ増えて、さらに各種媒体と蓄熱媒体との熱交換性能は向上する。勿論温熱蓄熱タンクは水道水圧の影響を受けないからその構造材料は前述した通り、弱い構造体で形成することができると共に、弱い構造体で形成することに伴い、該弱い構造体で使用が可能な分、温熱蓄熱タンクの形態の自由度が増し、温熱蓄熱槽内に温熱蓄熱タンクをコンパクトに収納することができ、引いては、温熱蓄熱槽を小さくすることができる等の効果を有する。
【００４５】
特に請求項７では、さらに蓄熱媒体は多媒体一体型熱交換器の内部管路を連通して熱交換させたから、熱交換器の外表面と管路の内表面の両方を通して熱交換するため極めて高い熱交換性能を発揮することが可能となる。これは多媒体一体型熱交換器を蓄熱媒体中に設置して且つ蓄熱媒体を一体型熱交換器を連通させた効果である。この結果、システムの性能の向上乃至は多媒体一体型熱交換器の小型化及びコスト低減が図れるという効果を有する。
【００４６】
また、請求項８記載の熱交換方法によれば、さらに風呂の温水を一体型熱交換器に連通させるために管路を増やしたもので、風呂の湯の追い焚き機能を追加したものである。追い焚きの時に熱願媒体の熱を使うか、太陽熱媒体の熱を使うか、蓄熱媒体の熱を使うかは必要により自由に選択できる。１つの管路が増えたから媒体同士の熱交換の自由度は増し、蓄熱媒体と各媒体との熱交換は性能が向上する。また、水道水は温熱蓄熱槽に開放されないから蓄熱槽の強度アップは必要が無く、それによる効果は再三記述してきた通りである。
【００４７】
請求項９は請求項８の機能を用いて、使用済み後に温熱を有する風呂の排水から温熱を回収する方式を提示しており、熱媒体管路が増えることにより上に記述してきた各種の効果はさらに増大される。一体型熱交換器における風呂温水の管路を用いて蓄熱媒体に放熱させて温熱を回収するもので、大きく構造を変える事無く、請求項８で述べた多くの効果は活かされた状態で風呂の排水エネルギーの回収が図れるという効果を有する。
【００４８】
請求項１０は、ここまで述べて来た多媒体管路一体型熱交換器の具体的な構造を示している。各熱媒体を連通させる管路は銅管乃至はアルミ管を用いてその両側側面に平坦面を形成して順次重ね合わせロー付け乃至は溶接により接合させる。この方式では必要な管路を必要な本数一体化できるとともに、全体を平坦状になるように接合したからその外面に接する蓄熱媒体との高い伝熱特性を確保でき、且つ図３に示した様に平坦面が鉛直となる様に配置させる事により蓄熱媒体は自然対流によりその一体型熱交換器の周囲を流通し易く、結果として管路内の熱媒体と管路外の熱媒体の伝熱特性は極めて高効率となる。結果として熱交換器の小型化が図れ、コスト低減が図れるという効果を有する。
【００４９】
請求項１１は、請求項２〜１０の記述で述べて来た温熱蓄熱槽の中に温熱蓄熱タンクを設置した構造を請求項１に記載した蓄熱槽一体型タンクに置き換え、且つ請求項１に述べた蓄熱媒体熱交換器を請求項２〜１０で述べてきた多媒体管路一体型熱交換器を用いた熱交換方法を示している。これによれば、蓄熱槽のキャビネットの内面に断熱層を配置しその内側に袋状のフィルムを入れ込んでその中に蓄熱媒体を貯留させたものである。これは水道水を熱交換器の中を連通させてその水圧を封じ込め、タンクは大気圧状態にした効果を具体的に蓄熱槽一体型タンクという構造に結実させたものである。蓄熱槽一体型タンクは従来の様な強固なＳＵＳ鋼板を用いた耐水圧タンクを用いることなくそれを軽量で安価なフィルムで代替している。
【００５０】
その効果はコスト低減のみでは無く、四角いキャビネットの形状に合わせたフィルム内容積は円形断面のＳＵＳ製タンクに比べて５０〜１００％も大きな内容積を得ることができ、蓄熱容量を増大できるという大きな効果を有する。また、製造におけるタンク形成に用いるプレス型が不要になり、製造コスト低減、製造立ち上げ準備期間短縮、多種類の形状乃至は容量の蓄熱槽を開発することが容易となる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】図１は、本発明の熱交換方法を適用すべき現状の従来事例の蓄熱槽の平面図である。
【図２】図２は、本発明による多媒体一体型熱交換器と蓄熱槽一体型タンクを用いた蓄熱槽とその壁面構造の事例の平面図であり、４つの外部からの熱源媒体を取り込んで連通する多媒体一体型熱交換器を用いた事例であるが、実際は図示していないが、タンク内に貯留した蓄熱媒体をも連通させて５媒体を連通させている。蓄熱槽一体型タンクのキャビネットと断熱層及び樹脂フィルムの断面構成を拡大図で示している。
【図３】図３は、蓄熱槽一体タンクの平面図とこの蓄熱槽に用いられている多媒体一体型熱交換器の断面の側面を拡大してその構成と蓄熱槽内の配置を示している。図２のケースと同様に５つの熱源媒体を連通すべく５つの管路で構成されており、蓄熱媒体が上下に自然対流し易い平板形状であることを示している。
【図４】図４はこの多媒体一体型熱交換器の管路と管路同士の接合状態を示す断面拡大図である。同様に５つの熱源媒体を連通する５本の管路から構成されている。
【図５】図５は、図１の多媒体管路一体型熱交換器を搭載した蓄熱槽を組みこんだ家庭用の熱供給システムの媒体経路を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００５２】
本実施例の技術が適用される技術分野は民生用、特に家庭用、業務用の空調機器と給湯機器を総合した分野での熱エネルギー有効利用を目指した次世代向けの新しい機器システムに関した分野である。この民生分野では現在でも多種多様の機器、システムが実用化されている。事例を挙げると、電力駆動冷凍サイクルを利用した空調機器及び冷凍機器や給湯機器、ガス石油を燃焼させて熱源とした暖房機器及び給湯機器や燃焼機器、ガス石油を動力駆動用燃料とした発電機や空調機器、太陽熱を熱源とした給湯機器など等である。特に近年、省エネルギー又は地球環境を重視するために機器のエネルギー効率の向上や自然エネルギーの活用のための新しい技術、機器、システムの検討が各方面で精力的に進められてきている。またエネルギー供給の社会インフラの特性から昼間電力の利用を抑えて夜間電力を利用するための技術や新らしい機器が開発され、実用化されて来ている。
【００５３】
それらのシステムに利用されるエネルギーは商用電力、石油、ガソリンなど、何時でも社会インフラとして何処でも入手できた高い密度の使いやすいエネルギーから、例えば深夜だけ割安で供給される深夜電力、晴天の昼間だけ供給される太陽光発電電力や太陽熱、地域発電を主体にシステム構成された各種コジェネレイション装置の排熱など、限られた時間帯のみに限られたエネルギー濃度や、温度が低く且つ運転サイト毎に特有で標準化されていない、いわば低温度の温熱を主体にした各種のエネルギーの利用へ向けての変化が除々にではあるが生じている。
【００５４】
そういった動勢を一層進展させ更に種々な面で有益なシステム機器を実現する為の一つのキー技術が蓄熱システムと伝熱方法に関するものである。それは需要側と時間や濃度でずれた供給エネルギーを一旦熱エネルギーに蓄積し、使いたいときに使いたい密度で熱エネルギーを供給する事ができるものであり、今後増えると思われる多くの熱源温熱と多くの利用側温熱間の複雑な熱交換を効率よく行なうための技術と装置や部品と位置づける事が出来る。今後の社会生活の変化を支える一つのキー技術とも言えよう。
【００５５】
この分野の技術で最も実用化が進んでいるのが深夜電力を利用して温水をつくりそれを蓄熱して何時でも利用できるようにした高いエネルギー効率のシステムとして、ヒートポンプ給湯器がある。この場合年間平均２５℃程度の水道水を８０℃程度まで加熱して温水タンクに貯湯しておき、それを必要な時に利用するシステムである。この場合温水の蓄熱量はその温度差が８０℃と２５℃の差即ち５５℃もあるため貯湯する温水タンクの容積は小さくて済むため家庭、店舗等でも広く普及されてきつつある。例えば一般家庭では４００リッター程度の温水タンクを１０００リッター程の蓄熱槽筐体に収納させて設置するため、蓄熱タンクの底面の専有面積は０．５平方メートル程度となり、設置スペースの点でも可能な地域が多くある為である。
【００５６】
しかしながら、それでも都会の住宅やマンションやアパートなどの場合、及び商業地域での小型店舗などの周囲ではそのスペースが無く、乃至はスペース確保費用が極めて高価なため、全国規模での普及拡大には課題となっている。
一方、給湯ではなくて冷暖房用の温冷水を蓄熱する場合には、例えば暖房の場合、その暖房効果を発揮させるためにはその温水の暖房後の戻り温度でも４５℃程度の高温度が必要であり、従って貯湯の温度差は８０℃と４５℃の差即ち３５℃となり前述した給湯の場合の５５℃と比べて半分に近くなる。これは同じ熱量を貯湯するには倍近い温水タンク容量が必要となるわけである。
【００５７】
即ち、現在の民生機器用蓄熱装置における最大の課題は如何にコンパクトで蓄熱性能の良い蓄熱システムを実現する事ができるかであると言える。現状の温水給湯用の蓄熱量が容積あたり倍増できれば、蓄熱システムを用いた空調給湯システムの実用化と普及に扉を開く事ができると考えられる。さらに、何時でも必要な時に運転できるヒートポンプから得られる温熱と昼間の太陽熱の双方をうまく蓄熱すれば、一般家庭の朝晩の暖房と夕方の給湯などを１次エネルギー消費量が少なくて、低い運転ランニングコストの方式の実用化が大きく進展できると考えられる。
【００５８】
エネルギー装置分野の蓄熱システムに必要となる技術分野としては以上に説明した蓄熱槽のコンパクト化以外にも、蓄熱槽から大気への放熱ロスを最小化できるシステム、多種類の熱源を制御して最適に利用できる蓄熱システム、ヒートポンプ熱源ユニットとの連携、太陽熱太陽光発電との連携、暖房を実現できる空調システムとの連携、現地での据付け工事性などの大きな課題があり、これらが実用化、普及拡大のためのキーである。更にこういった装置が開発され普及拡大が進展するためには以上の課題をクリヤーした上で、コスト低減を実現するための簡略化されたシステムと構成ユニット及び部品の実現が必要である。本実施例では、新しい蓄熱システムと熱交換システムとしてその実現に必要な技術についてとりあげていく。
【００５９】
高性能の蓄熱装置野実現については従来から関連する多くの技術検討と開発検討が進められてきている。例えば、前記の課題１への解決策の一案として特許文献（例えば、特開２００２−２２２７０号公報）にはヒートポンプ他各種の熱源による加熱手段を設けた給湯タンクシステムによる各種エネルギー利用システムを提起している。
従来も、技術開発目標課題の多くの内容の技術検討が進められてきているが、本実施例で提示しようとしている技術分野の多くの課題に対して、その実用化のための解決策、技術がいまだ検討不十分であり、従って、システムとして多くの改善課題を残している。
【００６０】
従って、本実施例では深夜だけ割安で供給される深夜電力、晴天の昼間だけ供給される太陽光発電電力や太陽熱、地域発電のための各種コジェネレイション装置の排熱などを有効に利用し、実用レベルで蓄熱する上で実用的に利用できる改善技術を明確に提示していく。
【００６１】
蓄熱槽が組み込まれている家庭用熱供給システムの代表例を図５に示す。主な温熱源は太陽熱温水パネル１００であるが、太陽熱が不足したときは熱源機１０２を作動させる。その出力温熱は蓄熱槽一体型タンク１０１に蓄熱される。その温熱は必要により水道水１５を加熱して給湯に使用したり、床暖房機１０４を通して暖房したり、浴槽１０５の温水の追い焚き用に使用する。
【００６２】
この蓄熱槽１０１に図１で示した従来の蓄熱槽を用いた場合について説明する。温熱蓄熱タンク３には水道水１５が水圧がかかった状態で貯留されるため、タンク３は図に示した様に断面形状が円形で１ｍｍ厚さのＳＵＳ鋼板が使われる。その結果蓄熱用の水道水量はキャビネット１の内容積に比べ大幅に減少する。夫々の熱媒体と蓄熱用水道水とは夫々の熱交換器４、６、８を通して熱交換するから夫々の熱交換器の容量は必要性能を満たす為に大型にならざるを得なかった。熱交換器４、６、８は実際は図に示す位置では無く、温熱蓄熱タンク３の中の円管の中心に上下に隔てた位置に設置されるが、分かり易くするため図の様な位置に記載してある。以上の構成の蓄熱槽キャビネとは大型化し、スペースの点で使用地点に設置しずらいことが多く、またコストがかさむという問題があった。さらに、蓄熱タンク３の耐圧強度の余裕度を確保するため、蓄熱水道水圧を２００ｋパスカル程度に下げて制御している。この結果使用者が蛇口を開放したときの供給湯量が少ない、二階ではさらにか細くなるなどの問題が生じる事があった。
【００６３】
この蓄熱槽１０１として、図２と図３に示した本発明による蓄熱槽を用いた場合について説明する。水道水流路１１を経由して水道水は多媒体一体型熱交換器５１の水道水管路５５に連通されて加熱され、給湯される。水道水管路５５は図３及び図４で示される様に蓄熱媒体管路５４の隣に接合された管路５５を流れる。図３で示された５つの媒体管路を一体化した熱交換器５１は図でわかる通り螺旋を巻いた形状で蓄熱槽内を上下に渡って配置されている。この中を水道水は下から入ってじょじょに高い温度の蓄熱媒体と熱交換しながら上部の最高温度の蓄熱媒体の温度に近付きながら最上部から出て給湯される。管路５４を流される蓄熱媒体も上から下へと流される。この結果、水道水とは対向流関係で熱交換を行うから、極めて高い伝熱特性を得ることができる。
水槽内の蓄熱媒体１２は大気圧に開放されており水道水圧はかかっていない。このためＢ断面側面図に示されるように、薄い平板の鉄板に補強リブ１４を設けたキャビネット１でその水圧を支える事が可能である。水密は袋状の樹脂フィルム５０によって担保される仕組みになっている。
【００６４】
この結果キャビネットの形状は角型、薄型など各種形状を自由に設計でき、ＳＵＳタンクの製作に必要な高額な型代の発生も無い。さらには全体の軽量化、蓄熱容積の目一杯の拡大、製造コストの低減が図れる。熱交換器５１の各管路は図４のＡ断面拡大図に示した様に５つの管路をロー付け接合したものを図の様に螺旋サーキット状に折り曲げてタンク内に収納させている。この結果例えば図４に示した様に水道水給湯管路はこの５本の管路の外壁を通して蓄熱媒体１２と伝熱すると同時に、蓄熱媒体管路５４を連通する蓄熱媒体と隣にロー付けされた管路同士の状態で熱交換するから極めて高い熱交換特性を得ることができる。その結果熱交換器５１の全体の小型化が可能となり、大幅なコスト低減の効果を期待できる。図２、３、４では図を簡略化するため図５で示した熱源機１０２の記載を省略してある。
【００６５】
図４に熱交換器５１の中の各管路の配置を示している。管路は拡大図に示した様に接合用の平坦面を予め形成してあり、接合性を高め、伝熱特性を向上させている。
【符号の説明】
【００６６】
１    キャビネット      
２    断熱材層
３    温熱蓄熱タンク  
４    熱源媒体用熱交換器
５    熱源媒体用ポンプ
６    暖房媒体熱交換器
７    暖房媒体用ポンプ
８    風呂温水用熱交換器
９    風呂温水用ポンプ
１１  水道水流路
１２  蓄熱媒体（水）
１３  太陽熱源媒体用ポンプ
１４  キャビネット補強リブ
１５  水道水
５０  樹脂フィルム
５１  多媒体管路一体型熱交換器
５２  暖房媒体管路
５３  太陽熱源媒体管路
５４  蓄熱媒体管路
５５  水道水管路
５６  風呂温水管路
１００太陽熱温水パネル
１０１蓄熱槽一体型タンク
１０２熱源機
１０３暖房用ファンコイルユニット
１０４床暖房機
１０５浴槽
１１０太陽熱源媒体流路
１１１熱源媒体流路
１１２暖房媒体流路
１１４風呂温水流路
１１５
【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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