(57)【要約】【課題】冬の冷熱を夏まで保存し、夏その冷熱で冷房し、夏の温熱を冬まで保存し、冬その温熱を暖房に利用する季節間空調装置に好適な蓄熱装置が求められている。【解決手段】蓄熱槽１１を恒温空間に設置し、その中に、融解温度が恒温空間の定常温度より高く、凝固温度が定常温度より低い潜熱蓄熱材４２を有する多数の直方体の蓄熱ユニット４０を配置し、蓄熱ユニット４０の間に換気用の熱伝達管２５と冷房用の熱伝達管３５を設置し、蓄熱槽１１は水１２で充填する。冬外気を換気用の熱伝達管２５に通して潜熱蓄熱材４２を凝固させ、夏外気と室内の空気で潜熱蓄熱材４２を融解させ、熱伝達管２５と３５から出る冷たい空気で室内を冷房する。春と秋には空気の流れを止めて潜熱をその間保存する。熱伝達管を多数並列に設置した熱交換器の構造により、熱媒体として空気を使用し、冷房能力が高く、大容量の蓄熱装置を構築できる。【選択図】  図３
2008224051.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
蓄熱槽と、前記蓄熱槽内に配置された潜熱蓄熱材と、熱媒体と前記潜熱蓄熱材との間で熱交換を行う熱交換手段を備えた蓄熱装置であって、
前記熱交換手段は第一熱交換器を含み、
前記第一熱交換器は熱伝導性の複数の第一熱伝達管と、第一導入管から導入された第一熱媒体を前記複数の第一熱伝達管に分配する第一分配部と、前記第一熱媒体を前記複数の第一熱伝達管から収集し第一排出管に排出する第一収集部を有し、
前記潜熱蓄熱材が充填された複数の蓄熱ユニットは前記蓄熱槽の中に所定の間隔で配置され、
単数または複数の前記第一熱伝達管が各隣接する前記蓄熱ユニットの間に、前記蓄熱ユニットと所定の隙間を有して配置され、
前記蓄熱槽は第二熱媒体で充填され、
前記第一熱媒体は空気であり、
前記第二熱媒体は液体であることを特徴とする蓄熱装置。
【請求項２】
前記熱交換手段は更に第二熱交換部を含み、
前記第二熱交換部は、第二導入管から導入された前記第二熱媒体を隣接する前記蓄熱ユニットの間に分配する第二分配部と、隣接する前記蓄熱ユニットの間から収集した前記第二熱媒体を第二排出管に排出する第二収集部の両方またはいずれか一方を有し、
前記第二分配部は前記蓄熱ユニットの間に前記第二熱媒体を分配する複数の分配口を有し、
前記第二収集部は前記蓄熱ユニットの間から前記第二熱媒体を収集する複数の収集口を有することを特徴とする請求項１に記載の蓄熱装置。
【請求項３】
前記熱交換手段は更に第三熱交換器を含み、
前記第三熱交換器は、熱伝導性の複数の第三熱伝達管と、第三導入管から導入された第三熱媒体を前記複数の第三熱伝達管に分配する第三分配部と、前記第三熱媒体を前記複数の第三熱伝達管から収集し第三排出管に排出する第三収集部を有し、
単数または複数の前記第三熱伝達管が各隣接する前記蓄熱ユニットの間に、前記蓄熱ユニットと所定の隙間を有して配置され、
各隣接する前記蓄熱ユニットの間に配置された前記単数または複数の第一熱伝達管の中の一つは前記蓄熱槽の上部付近に配置され、
各隣接する前記蓄熱ユニットの間に配置された前記単数または複数の第三熱伝達管の中の一つは前記蓄熱槽の下部付近に配置され、
前記第三熱媒体は液体または空気であることを特徴とする請求項１に記載の蓄熱装置。
【請求項４】
蓄熱槽と、前記蓄熱槽内に配置された潜熱蓄熱材と、熱媒体と前記潜熱蓄熱材との間で熱交換を行う熱交換手段を備えた蓄熱装置であって、
温度が殆ど変化しない環境を提供する恒温空間に設置され、
前記恒温空間は底部と天井部と側部で区切られた空間であり、
前記底部は殆ど温度が変わらない地中と熱的に導通し、前記天井部と前記側部は外気と殆ど熱的に導通が無く、
前記潜熱蓄熱材の融解温度は、前記底部の定常状態の温度と前記定常状態の温度の長期の予測値の最高値のいずれより高く、
前記潜熱蓄熱材の凝固温度は、前記底部の定常状態の温度と前記定常状態の温度の長期の予測値の最低値のいずれより低く、
前記蓄熱槽の底部は熱伝導性を有し、
前記蓄熱槽の底部は前記恒温空間の底部と熱的に導通していることを特徴とする蓄熱装置。
【請求項５】
温度が殆ど変化しない環境を提供する恒温空間に設置され、
前記恒温空間は底部と天井部と側部で区切られた空間であり、
前記底部は殆ど温度が変わらない地中と熱的に導通し、前記天井部と前記側部は外気と殆ど熱的に導通が無く、
前記潜熱蓄熱材の融解温度は、前記底部の定常状態の温度と前記定常状態の温度の長期の予測値の最高値のいずれより高く、
前記潜熱蓄熱材の凝固温度は、前記底部の定常状態の温度と前記定常状態の温度の長期の予測値の最低値のいずれより低く、
前記蓄熱槽の底部は熱伝導性を有し、
前記蓄熱槽の底部は前記恒温空間の底部と熱的に導通していることを特徴とする請求項１〜３に記載の蓄熱装置。
【請求項６】
請求項１〜５に記載の蓄熱装置と、建物内の温度と外気温度に基づいて前記熱媒体の流れを制御する制御手段を備え、前記建物の温度調整をすることを特徴とする空調装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気と液体を熱媒体とし、潜熱蓄熱材を蓄熱材とし、熱交換器を備えた蓄熱装置と、その蓄熱装置を備え、建物の温度調整をする空調装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
季節間空調装置は冬外気の冷熱を蓄え、それを夏まで保存し、その冷熱を熱源として建物を冷房するのでヒートポンプを使わずに、エネルギーを消費せずに冷房する装置であり、持続型社会に好適な空調装置である。潜熱蓄熱材は蓄熱量が大きいのでその蓄熱材として使われる（特許文献１）。
【０００３】
特許文献１は、融解温度が地中温度（略年間の平均気温）より高く、凝固温度が地中温度より低い潜熱蓄熱材を地中温度の環境に設置し、その潜熱蓄熱材と外気及び建物内の空気の熱交換を制御することにより、長期間の潜熱の保存をしている。季節間空調装置は夏季に冷房するための冷熱をすべて冬季に貯蔵するので大容量の蓄熱が必要であり、蓄熱量と冷房能力を大きくするために、良好な蓄熱特性と放熱特性が必要である。
【０００４】
また、潜熱蓄熱材は深夜電力を利用した冷房や廃熱を暖房に使うシステム等にも使われている。潜熱蓄熱材は液状になるので通常カプセルに入れて使用され、熱伝導率が小さいため熱媒体との熱伝導を大きくするために球状やスラリー等にして使用されている。単位体積の蓄熱容量を大きくでき、かつ蓄熱特性と放熱特性を向上するために板状のカプセルを使用した蓄熱装置が提案されている（特許文献２）。
【０００５】
特許文献２では、箱型の蓄熱タンクの対角位置に、排熱温水を循環させる排熱回収回路を接続するための排熱温水入口と排熱温水出口を設ける。そして、排熱温水入口と排熱温水出口との間を遮るように、潜熱蓄熱材が充填された板状の蓄熱容器を蓄熱タンク内に所定の間隔を持って交互にずらして配設し、排熱温水が蓄熱容器に沿って蓄熱タンク内を蛇行して流れるようにする。そして、給湯水が流れる給湯水循環通路を蓄熱容器に沿って設け、蓄熱タンク内で給湯水が加熱されるようにする。これにより単位体積の蓄熱容量を大きくでき、かつ蓄熱特性と放熱特性を向上することができた。
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−３２９１３号公報
【特許文献２】特開２００３−２４０４６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に、熱交換器が直接潜熱蓄熱材に接触する場合と、熱交換器と潜熱蓄熱材を貯液槽の中に設置する場合が記載されているが熱交換器の構造に関する詳しい記載が無い。熱交換器の金属管と潜熱蓄熱材が直接接触する場合、一般に潜熱蓄熱材の熱伝導率は小さく、金属管の熱は放射状に伝達するため、熱伝達が小さく、従って、金属管の間隔を小さくしなければならなくなり、そのために膨大な金属管が必要となり、大容量の蓄熱装置を構築するのは困難である。更に冷房時に冷房能力を大きくするために、冬季に貯蔵した冷熱を短期間に回収するために別の熱交換器が必要であるが別の熱交換器の配管も膨大となり、大容量の蓄熱装置を構築するのは困難である。熱交換器と潜熱蓄熱材を貯液槽の中に設置する場合、蓄熱装置の熱特性は熱交換器の構造により大きく異なるが詳しい熱交換器の構造の記載が無い。更に、貯液槽が地中に埋められた場合の記載はあるが地下室のような空間に設置された場合の記載が無く、地中温度の長期の変化を考慮していない。
【０００８】
空気は熱容量が非常に小さいので蓄熱の熱媒体として使う場合、大量の空気を流す必要がある。しかし、特許文献２の給湯水循環通路は一本のみであり、蓄熱タンク内を蛇行し、非常に長いので大量の空気を流すためには太い管または強力なファンを使う必要がある。太い管を使うと蓄熱容器の間隔が大きくなり、単位体積の蓄熱量が小さくなり、大容量の蓄熱装置を構築するのは困難である。強力なファンを使うと高価で消費電力が大きい。更に、排熱温水が蓄熱容器に沿って蓄熱タンク内を蛇行して流れるので、排熱温水入口付近の排熱温水の温度は高く次第に温度が下がり、排熱温水出口では温度は低い。従って、排熱温水入口付近の蓄熱容器は早く融解するが、排熱温水出口付近の蓄熱容器は排熱温水入口付近の蓄熱容器が融解した後に融解する。給湯水が流れる給湯水循環通路を蓄熱容器に沿って設けられているので給湯水の入口では温度が低く、出口では温度が高い。従って、実質的に少数の蓄熱容器で熱交換が行われるので単位時間の放熱量と蓄熱量を大きくするのは困難である。またこの蓄熱装置は排熱を給湯に利用するために熱を短期に保存するためのものであり、季節間空調装置に必要な数ヶ月間の熱の保存は困難である。
【０００９】
本発明は、以上のような技術的課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、季節間空調装置の熱源である空気を熱媒体として使え、熱を長期間保存でき、蓄熱能力が高く、冷房能力が高く、大容量の、季節間空調装置に好適な蓄熱装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１記載の本発明によれば、本発明の蓄熱装置は、蓄熱槽と、前記蓄熱槽内に配置された潜熱蓄熱材と、熱媒体と前記潜熱蓄熱材との間で熱交換を行う熱交換手段を備えた蓄熱装置であって、
前記熱交換手段は第一熱交換器を含み、
前記第一熱交換器は熱伝導性の複数の第一熱伝達管と、第一導入管から導入された第一熱媒体を前記複数の第一熱伝達管に分配する第一分配部と、前記第一熱媒体を前記複数の第一熱伝達管から収集し第一排出管に排出する第一収集部を有し、
前記潜熱蓄熱材が充填された複数の蓄熱ユニットは前記蓄熱槽の中に所定の間隔で配置され、
単数または複数の前記第一熱伝達管が各隣接する前記蓄熱ユニットの間に、前記蓄熱ユニットと所定の隙間を有して配置され、
前記蓄熱槽は第二熱媒体で充填され、
前記第一熱媒体は空気であり、
前記第二熱媒体は液体であることを特徴とする。
【００１１】
このような構成であれば、熱伝達管が並列に設置されているので細い熱伝達管を使って、強力なファンを使わずに、大量の空気を流すことができ、蓄熱ユニットの間隔を小さくでき、従って、単位体積の蓄熱容量を大きくできる。例えば１００ｍの伝達管を１０本並列に設置すれば、一本の長さは１０ｍとなり、圧力損失は１０分の１になり、風量は10倍になる。つまり、同じ圧力損失で数十倍の風量を熱交換器に通すことができる。更に、熱伝達管と蓄熱ユニットとの間には液体があるので熱伝導が良く、空気は熱伝達管に均等に分配されているので全ての蓄熱ユニットの温度分布はほぼ同じである。更に、熱伝達管と蓄熱ユニットとの間には隙間があるので液体が対流を起こし、液体の温度をより均一にする。全ての蓄熱ユニットでほぼ同量の熱交換が行われてるので単位時間の放熱量と蓄熱量が大きくなる。従って、空気を熱媒体として使え、放熱能力と蓄熱能力が大きい蓄熱装置を提供できる。以下、単位時間の放熱量、蓄熱量を放熱能力、冷房能力、蓄熱能力と呼ぶ場合がある。外気を熱媒体として使用し、所定の熱特性の潜熱蓄熱材を使用すれば、冬の外気で冷熱を貯蔵でき、夏の外気で温熱を貯蔵できる。更に、蓄熱装置で熱交換した外気を建物に換気用の空気として導入すれば、冬は暖められた外気が、夏は冷やされた外気が建物に入り建物の空調の補助となる。
【００１２】
請求項２記載の本発明によれば、本発明の蓄熱装置は、前記熱交換手段は更に第二熱交換部を含み、
前記第二熱交換部は、第二導入管から導入された前記第二熱媒体を隣接する前記蓄熱ユニットの間に分配する第二分配部と、隣接する前記蓄熱ユニットの間から収集した前記第二熱媒体を第二排出管に排出する第二収集部の両方またはいずれか一方を有し、
前記第二分配部は前記蓄熱ユニットの間に前記第二熱媒体を分配する複数の分配口を有し、
前記第二収集部は前記蓄熱ユニットの間から前記第二熱媒体を収集する複数の収集口を有することを特徴とする請求項１に記載の蓄熱装置である。
【００１３】
このような構成であれば、熱の運搬の第二熱媒体が蓄熱ユニットの間にほぼ均一に流れ、且つ直接蓄熱ユニットに接触するので、極めて放熱能力と蓄熱能力が大きい。更に、第二熱媒体は蓄熱ユニットの間を流れる時に撹乱されるので、蓄熱ユニットの間の第二熱媒体の温度がより均一になり、放熱能力と蓄熱能力が向上する。夏、第二熱媒体と建物内の空気との熱交換を行うことにより、建物を冷房できるので、冷房能力の高い蓄熱装置を提供できる。
【００１４】
請求項３記載の本発明によれば、本発明の蓄熱装置は、前記熱交換手段は更に第三熱交換器を含み、
前記第三熱交換器は、熱伝導性の複数の第三熱伝達管と、第三導入管から導入された第三熱媒体を前記複数の第三熱伝達管に分配する第三分配部と、前記第三熱媒体を前記複数の第三熱伝達管から収集し第三排出管に排出する第三収集部を有し、
単数または複数の前記第三熱伝達管が各隣接する前記蓄熱ユニットの間に、前記蓄熱ユニットと所定の隙間を有して配置され、
各隣接する前記蓄熱ユニットの間に配置された前記単数または複数の第一熱伝達管の中の一つは前記蓄熱槽の上部付近に配置され、
各隣接する前記蓄熱ユニットの間に配置された前記単数または複数の第三熱伝達管の中の一つは前記蓄熱槽の下部付近に配置され、
前記第三熱媒体は液体または空気であることを特徴とする請求項１に記載の蓄熱装置である。
【００１５】
このような構成であれば、熱伝達管と潜熱蓄熱材との熱伝導が良く、蓄熱ユニットの全てをほぼ均一の温度にでき、放熱能力と蓄熱能力が大きい。第一熱伝達管の中の一本を蓄熱槽の上部付近に配置し、第三熱伝達管の中の一本を蓄熱槽の下部付近に配置し、換気用に外気を第一熱伝達管に通し、冷房用のために第三熱伝達管に暑い熱媒体を通せば、蓄熱槽に充填された液体の自然対流を有効に利用でき、放熱能力と蓄熱能力が向上する。夏、第三熱媒体が空気の場合、建物内の空気を建物と第三熱交換器を含む経路を循環させることにより建物を冷房できる。第三熱媒体が液体の場合、第三熱媒体と建物内の空気との熱交換を行うことにより、建物を冷房できる。従って、冷房能力の高い蓄熱装置を提供できる。
【００１６】
請求項４記載の本発明によれば、本発明の蓄熱装置は、蓄熱槽と、前記蓄熱槽内に配置された潜熱蓄熱材と、熱媒体と前記潜熱蓄熱材との間で熱交換を行う熱交換手段を備えた蓄熱装置であって、
温度が殆ど変化しない環境を提供する恒温空間に設置され、
前記恒温空間は底部と天井部と側部で区切られた空間であり、
前記底部は殆ど温度が変わらない地中と熱的に導通し、前記天井部と前記側部は外気と殆ど熱的に導通が無く、
前記潜熱蓄熱材の融解温度は、前記底部の定常状態の温度と前記定常状態の温度の長期の予測値の最高値のいずれより高く、
前記潜熱蓄熱材の凝固温度は、前記底部の定常状態の温度と前記定常状態の温度の長期の予測値の最低値のいずれより低く、
前記蓄熱槽の底部は熱伝導性を有し、
前記蓄熱槽の底部は前記恒温空間の底部と熱的に導通していることを特徴とする。
【００１７】
このような構成であれば、冷たい熱媒体により潜熱蓄熱材を凝固させた後は暖かい熱媒体を流すまで潜熱蓄熱材は融解しない。また、暖かい熱媒体により潜熱蓄熱材を融解させた後は冷たい熱媒体を流すまで潜熱蓄熱材は凝固しない。つまり、熱媒体により潜熱蓄熱材の相を変化させることができ、熱媒体を流さなければ潜熱蓄熱材の相は変化しないので冬の冷熱を夏まで保存し、夏の温熱を冬まで保存することが可能である。従って、熱を長期間保存できる蓄熱装置を提供できる。
【００１８】
ここで恒温空間の底部の定常状態の温度とは、恒温空間に熱の流入や放出が無い状態で、恒温空間が定常状態になった時の恒温空間の底部の温度である。恒温空間の定常状態の温度は所定の期間、所定の場所（例えば蓄熱槽の設置場所）の温度を測定し、その温度から算出される。上記の所定の期間は測定した温度の変化と熱の保存期間に基づいて決める。季節間空調装置に使用した蓄熱装置の場合、熱の保存期間は4ヶ月程度である。その期間で算出された定常状態の温度を以下、定常温度と呼ぶ。しかしながら、地球温暖化等の影響で年の平均気温と地中温度は長期的に変化するので４ヶ月間程度で算出された定常温度は長期的に変わる。従って、蓄熱装置の使用期間（例えば５０年）の定常温度を予測し、その期間の定常温度の最高値（以下、最高定常温度と呼ぶ）と最低値（以下、最低定常温度と呼ぶ）を求める。季節間空調装置の蓄熱装置には融解温度を最高定常温度より高く、凝固温度を最低定常温度より低い潜熱蓄熱材を使用する。測定された定常温度が場所により異なる場合はその温度の平均値とするのが好ましい。温度が殆ど変化しない環境を提供する恒温空間は例えば地下５ｍ以下の地中の空間である。また、付近に熱源が無い地下５ｍ以下の地中の定常状態の温度を地中温度と呼ぶことがある。
【００１９】
請求項５記載の本発明によれば、本発明の蓄熱装置は、温度が殆ど変化しない環境を提供する恒温空間に設置され、
前記恒温空間は底部と天井部と側部で区切られた空間であり、
前記底部は殆ど温度が変わらない地中と熱的に導通し、前記天井部と前記側部は外気と殆ど熱的に導通が無く、
前記潜熱蓄熱材の融解温度は、前記底部の定常状態の温度と前記定常状態の温度の長期の予測値の最高値のいずれより高く、
前記潜熱蓄熱材の凝固温度は、前記底部の定常状態の温度と前記定常状態の温度の長期の予測値の最低値のいずれより低く、
前記蓄熱槽の底部は熱伝導性を有し、
前記蓄熱槽の底部は前記恒温空間の底部と熱的に導通していることを特徴とする請求項１〜３に記載の蓄熱装置である。
【００２０】
このような構成であれば、空気を熱媒体とし、熱を長期間保存でき、蓄熱能力が大きく、冷房能力が高く、大容量の、蓄熱装置を提供できる。
【００２１】
請求項６記載の本発明によれば、本発明の空調装置は、請求項１〜５に記載の蓄熱装置と、建物内の温度と外気温度に基づいて前記熱媒体の流れを制御する制御手段を備え、前記建物の温度調整をすることを特徴とする。
【００２２】
このような構成であれば、冬冷熱を蓄え、春その冷熱を保存し、夏その冷熱で冷房すると共に温熱を保存し、秋その温熱を保存し、冬冷熱を保存すると共にその温熱で暖房の補助をする空調装置、すなわち季節間空調装置を構築できる。
【発明の効果】
【００２３】
以上述べたように、本発明の蓄熱装置は、並列に配置された熱伝達管により熱容量の小さい空気を熱媒体として使用でき、蓄熱ユニットの間隔を小さくでき、単位体積の蓄熱容量を大きくできる。更に蓄熱ユニットの間の空間に充填された液体により熱交換器と蓄熱ユニット間の熱伝導が良くなり、冷房用の熱交換器を備えることにより冷房能力を高められ、蓄熱装置を設置する空間の特性と潜熱蓄熱材の特性により、潜熱蓄熱材の潜熱を長期間保存できる。従って、空気を熱媒体として使え、熱を長期間保存でき、蓄熱能力が大きく、冷房能力が高く、大容量の、季節間空調装置に好適な蓄熱装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を次の順序で詳細に説明する。
Ａ）蓄熱装置の構造
Ｂ）季節間空調装置の動作
Ｃ）熱の長期保存
Ｄ）潜熱蓄熱材
Ｅ）蓄熱装置の蓄熱と潜熱蓄熱材の相遷移
Ｆ）大容量の蓄熱装置
【００２５】
Ａ）蓄熱装置の構造
本発明の蓄熱装置の第１実施形態の斜視図と断面図を図１（Ａ）と（Ｃ）に示し、第１実施形態の熱交換器の斜視図を図１（Ｂ）に示す。蓄熱装置１１０は蓄熱槽１１の中に熱交換器２０と複数の蓄熱ユニット４０を備えている。また蓄熱槽１１の底は熱伝導性があるステンレス等の金属または液体を充填できる処理をしたコンクリート等が好ましい。熱交換器２０は蓄熱槽１１の垂直方向の中央付近に水平に設置されている。導入管２１を通して導入された空気は分配部２３により熱伝達管２５に分配され、熱伝達管２５を通る時に熱媒体１２及び蓄熱ユニット４０と熱交換し、収集部２４に収集され、排出管２２を通して排出される。熱伝達管２５は複数並列に接続されているのでその数量を増やすことで熱伝導を高くできる。
【００２６】
図１では熱伝達管２５は２本垂直方向に設置されているが1本でも3本以上でも良い。垂直方向の熱伝達管２５の本数を増やせば小さい熱伝達管２５の直径で同じ風量がえられるので、蓄熱ユニット４０の間隔を小さくでき、単位体積の蓄熱容量を大きくできる。
【００２７】
蓄熱ユニット４０はカプセル４１とその中に充填された潜熱蓄熱材４２で構成されている。潜熱蓄熱材４２は凝固する時に凝固熱を放出し固相４２ａになり、融解する時に融解熱を吸収して液相４２ｂとなる。潜熱蓄熱材４２はその潜熱により大量の熱を蓄熱する。従って、潜熱蓄熱材４２は潜熱を貯蔵又は放出する時は固相４２ａと液相４２ｂが共に存在し、その境界面の位置が変わる。蓄熱ユニット４０は単位体積の蓄熱容量を大きくするために、略直方体または板状が好ましい。蓄熱ユニット４０と熱伝達管２５とは所定の隙間を持って設置されるのが好ましい。この隙間は熱媒体１２が自然対流または強制的な撹乱によりその隙間を流れ、熱媒体１２の温度を均一にするためである。蓄熱ユニット４０の高さはほぼ蓄熱装置１１０の高さである。分配部２３と収集部２４は蓄熱槽１１内に設置しても良いし蓄熱槽１１の外に設置しても良い。熱媒体１２は価格が安く、自然対流が起き易く、化学的に安定している水が好ましい。熱伝達管２５は熱伝導が良い金属が好ましい。
【００２８】
本発明の蓄熱装置の第２実施形態の斜視図と断面図を図２（Ａ）と（Ｃ）に示し、第２実施形態の熱交換器の斜視図を図２（Ｂ）に示す。蓄熱装置１２０は蓄熱槽１１の中に熱交換器２０と複数の蓄熱ユニット４０を含む。蓄熱槽１１と熱交換器２０と蓄熱ユニット４０は第１実施形態と同様であるので説明は省く。熱媒体１２は導入管３１を通して導入され、分配部６３の分配口６６から隣接する蓄熱ユニット４０の間に入り、隣接する蓄熱ユニット４０の間を流れる時に蓄熱ユニット４０と熱交換し、収集口６７を通り収集部６４に収集され、排出管３２を通して排出される。熱媒体１２は分配部６３と収集部６４によりほぼ均一に全ての蓄熱ユニット４０の間を流れる。従って、熱媒体１２は全ての蓄熱ユニット４０の間を流れ収集口６７で収集されるまで、直接、蓄熱ユニット４０と熱交換するので放熱能力と蓄熱能力が極めて高い。熱媒体１２と建物内の空気との熱交換を行うことにより、建物を冷房できる。
【００２９】
分配部６３と収集部６４のいずれか一方でも熱媒体１２を蓄熱ユニット４０の間に流すことができるので分配部６３と収集部６４のいずれか一方でも良い。分配部６３があり、収集部６４が無い場合、蓄熱槽１１に排出管３２が接続される。分配部６３が無く、収集部６４がある場合、蓄熱槽１１に導入管３１が接続される。ここで導入管３１と、分配部６３と収集部６４のいずれか一方又は両方と、排出管３２と、隣接する蓄熱ユニット４０の通路で構成されているものを熱交換器６０と呼ぶ。つまり、蓄熱装置１２０は蓄熱槽１１の中に熱交換器２０と６０と複数の蓄熱ユニット４０を備えている。冬、熱交換器２０で熱媒体１２は冷やされ、夏、熱交換器２０と熱交換器６０で熱媒体１２は暖められるので熱媒体１２の自然対流を考慮して、図２に示すように熱交換器２０を上部に設置し、熱交換器６０を下部に設置するのが好ましい。
【００３０】
本発明の蓄熱装置の第３実施形態の斜視図と断面図を図３（Ａ）と（Ｃ）に示し、第３実施形態の熱交換器の斜視図を図３（Ｂ）に示す。蓄熱装置１３０は蓄熱槽１１の中に積層状に設置された熱交換器２０と３０と複数の蓄熱ユニット４０を備えている。熱交換器３０は第１実施形態の熱交換器２０と同様であるので説明は省く。熱交換器３０の熱媒体は空気でも良いし、液体でも良い。熱媒体が空気の場合、夏、建物内の空気を熱交換器３０で熱交換することにより、建物を冷房できる。また熱媒体が液体の場合、熱媒体と建物内の空気との熱交換を行うことにより、建物を冷房できる。冬、熱交換器２０で熱媒体１２は冷やされ、夏、熱交換器２０と３０で熱媒体１２は暖められるので図３に示すように熱媒体１２の自然対流を考慮して、熱交換器２０を上部に設置し、熱交換器３０を下部に設置するのが好ましい。
【００３１】
Ｂ）季節間空調装置の動作
図４は本発明の空調装置の第１実施形態である。空調装置５０は蓄熱装置１３０と建物内の温度と外気温度に基づいて熱媒体の流れを制御するコントローラ（不図示）と熱媒体（外気）の流れの経路を変える経路切り替え器５２と熱媒体（室内の空気）の流れを制御する冷房ファン５４とバイパスダクト５３等から構成された季節間空調装置である。建物５８は高気密高断熱の外断熱の家である。蓄熱装置１３０は本発明の蓄熱装置の第３実施形態であり、熱交換器３０の熱媒体が空気の場合である。断熱材５５は気候により異なるが地下約２ｍまで基礎コンクリート５７の外側に敷設してあり、床５６は断熱性があるとする。この構造において、恒温空間９０の底部は地中に熱的に導通している基礎コンクリート５７であり、側部は断熱材５５であり、天井部は床５６である。従って、恒温空間９０の底部は地中に熱的に導通しており、側部と天井部は外気と地表と室内から断熱されているので、恒温空間９０の底部の定常状態の温度（定常温度）はほぼ地中温度である。蓄熱装置１３０を設置する以前に、恒温空間９０に熱源が無い状態で、蓄熱装置１３０を設置する場所の温度を所定の期間測定し、その測定した温度の変化の傾向から定常温度を算出する。その温度が場所により異なる場合はその平均値をとるのが好ましい。次に蓄熱装置の使用期間の気象の変化により、定常温度を予測し、その期間の最高値（最高定常温度）と最低値（最低定常温度）を求める。例えば、５０年後に年の平均気温が１度上がると予測された場合、定常温度は５０年後に１度上がるとすると最高定常温度は定常温度＋１度であり、最低定常温度は定常温度である。そして融解温度が最高定常温度より高く、かつ凝固温度が最低定常温度より低い潜熱蓄熱材４２を備えた蓄熱装置１３０を設置する。図５に融解温度と最高定常温度と最低定常温度と凝固温度の相対的な関連を示す。定常温度は最低定常温度と最高定常温度の間で変動する。
【００３２】
換気ファン５１は高気密の住宅に必要とされる換気をするために、常時運転し、外気を室内に送る。熱媒体の流れを制御するコントローラ（不図示）は室内温度と外気温度を測定し、経路切り替え器５２と冷房ファン５４を次のように制御する。
（１）外気が凝固温度より低い時、空気の経路を熱交換器２０を経由する熱交換器経路にする。換気の空気として取り入れる外気は凝固温度付近まで暖められて室内に入る。
（２）外気が凝固温度より高く、室内温度が冷房設定温度より低い時、空気の経路をバイパスダクト５３を経由するバイパス経路に切り替え、外気を直接室内に入れる。
（３）外気が凝固温度より高く、室内温度が冷房設定温度より高い時、空気の経路を熱交換器経路に切り替え、同時に冷房ファン５４を運転する。換気の空気として取り入れる外気は融解温度付近まで冷やされて室内に入るので換気により室内の温度は下がる。しかし換気だけでは通常室内を冷房するには十分でないので冷房ファン５４を運転し、暑い室内の空気を熱交換器３０に送り、融解温度付近まで冷やして再び室内に戻し、室内を冷やす。室内温度が冷房設定温度より下がるとコントローラは空気の経路をバイパス経路にし、外気を直接室内に入れ、冷房ファン５４を停止する。冷房が停止されると室内の温度は上がる。冷房設定温度より高くなると空気の経路を熱交換器経路にし、冷房ファン５４を運転する。これが繰り返されることにより室内の温度がほぼ冷房設定温度に保たれる。
【００３３】
これは、次のようにも説明できる。外気が凝固温度より低い時（概念的に冬）、換気の空気を蓄熱装置１３０に送り、その冷熱を貯蔵し、暖まった空気を室内に取り入れる。外気が凝固温度より高く、室内温度が冷房設定温度より低い時（概念的に春）、冬蓄えた冷熱を保存する。外気が凝固温度より高く、室内温度が冷房設定温度より高い時（概念的に夏）、換気の空気を蓄熱装置１３０に送り、冬蓄えた冷熱で換気の空気を冷やし室内に取り入れると同時に温熱を蓄熱装置１３０に貯蔵し、且つ冷房ファン５４を運転し室内を冷房すると同時に温熱を蓄熱装置１３０に貯蔵する。外気が凝固温度より高く、室内温度が冷房設定温度より低い時（概念的に秋）、夏蓄えた温熱を保存する。外気が凝固温度より低い時（概念的に冬）、換気の空気を蓄熱装置１３０に送り、夏蓄えた温熱で換気の空気を暖め室内に取り入れると同時に冷熱を蓄熱装置１３０に貯蔵する。つまり、空調装置５０は冬の寒さで夏冷房し、夏の暑さで冬換気の空気を暖めるので、ヒートポンプを使わずに、殆どエネルギーを使わずに、夏冷房し、冬の暖房費を削減する。
【００３４】
Ｃ）熱の長期保存
冬冷たい外気を蓄熱装置１３０に通して、潜熱蓄熱材４２を全て固相にし、蓄熱装置１３０（潜熱蓄熱材４２、熱媒体１２等を含む）を凝固温度以下にする。春、外気の流れを停止すると蓄熱装置１３０の温度は定常温度に向けて上昇する。しかし、蓄熱装置１３０の温度は定常温度以上にはならなく、融解温度は定常温度より高いので固相の潜熱蓄熱材４２は融解しない。従って、蓄熱装置１３０に貯蔵された潜熱は蓄熱装置１３０に熱媒体を流さない限り保存される。但し、蓄熱装置１３０の顕熱は失われる。同様に、夏暖かい外気を蓄熱装置１３０に通して、潜熱蓄熱材４２を全て液相にし、蓄熱装置１３０を融解温度以上にする。秋、外気の流れを停止すると蓄熱装置１３０の温度は定常温度に向けて下降する。しかし、蓄熱装置１３０の温度は定常温度以下にはならなく、凝固温度は定常温度より低いので液相の潜熱蓄熱材４２は凝固しない。従って、蓄熱装置１３０に貯蔵された潜熱は蓄熱装置１３０に熱媒体を流さない限り保存される。
【００３５】
Ｄ）潜熱蓄熱材
潜熱蓄熱材４２の一例として住化プラステック（株）の製品名スミターマルがある。スミターマルには融解温度が２３度で凝固温度が１９度のものがある  （http://www.sumikapla.co.jp/yukadanbo/ideabox/idea_gijutsu.html参照）。鹿児島県奄美市の名瀬測候所の観測データによれば過去５年間の平均気温は２１．８度であるので地中温度と定常温度も約２１．８度である。蓄熱装置の使用期間、例えば５０年、の間に平均の気温が１度上がると予測された場合、最高定常温度は２２．８度であり、最低定常温度は２１．８度であるので名瀬測候所付近の図４のような家に上記の特性の潜熱蓄熱材を有する蓄熱装置１３０を設置すれば、潜熱蓄熱材の融解温度が最高定常温度より高く、潜熱蓄熱材の凝固温度が最低定常温度より低くなる。
潜熱蓄熱材の他の例として、特開２００４−９１６３６号公報に記載された実施例１（凝固温度が１２．１度、融解温度が１９．１度）がある。日本の広範囲の地域の地中温度は１２．１度より高く１９．１度より低いので上記の潜熱蓄熱材を使用できる。例えば東京都心の地中温度は約１７度である。実施例１の製造方法は前記文献に詳細に記載されている。
また、潜熱蓄熱材の融解温度と凝固温度はある範囲内で調整可能であることは公知である。
【００３６】
Ｅ）蓄熱装置の蓄熱と潜熱蓄熱材の相遷移
次に、空調装置５０に使われた場合の蓄熱装置１３０の蓄熱と潜熱蓄熱材の相遷移について詳しく説明する。気温は一日の間に大きく変わり、室内温度も変わるので、蓄熱装置１３０の動作の説明のために、気温が凝固温度より低い時を寒冷期と呼び、外気が凝固温度より高く、室内温度が冷房設定温度より高い時を冷房期と呼び、寒冷期と冷房期以外の期間を中間期と呼ぶ。従って、寒冷期と冷房期には外気が蓄熱装置１３０を通り、中間期には外気が蓄熱装置１３０を通らない。寒冷期と冷房期と中間期は断続した時間の集合を指すが概念的には寒冷期は冬、冷房期は夏、中間期は春と秋と考えても良いのでここではそのように呼ぶ場合がある。熱媒体１２は水が好ましいので以下では水１２として説明する場合がある。
【００３７】
寒冷期の初めに、潜熱蓄熱材４２は全て液相であるとする。寒冷期になると冷たい外気が熱伝達管２５を冷やし、それが周囲の水を冷やし、冷やされた水は自然対流を起こし、蓄熱ユニット４０と水１２との接触面をほぼ均一に冷やす。冷やされた接触面は潜熱蓄熱材４２を冷やし、潜熱蓄熱材４２の温度が凝固温度以下になると液相の潜熱蓄熱材４２は凝固し、固相に変化する。潜熱蓄熱材４２は液相から固相に変化する時に大量の凝固熱を放出する（冷熱を吸収する）。潜熱蓄熱材４２は表面から固相になり、次第にその固相が厚くなり、寒冷期の終わりに全ての潜熱蓄熱材４２が固相になる。蓄熱ユニット４０の表面温度がほぼ均一の場合、熱は水平方向に伝達するので図３（Ｃ）に示すように潜熱蓄熱材４２が固相４２ａと液相４２ｂの境界はほぼ平面で垂直である。
【００３８】
外気は断熱された導入管２１から配管部２３に取り入れられるとすると配管部２３の空気の温度は外気温度とほぼ同じである。配管部２３からの冷たい外気は熱伝達管２５を冷やすと同時に冷たい外気は熱伝達管２５を通る時に次第に暖められる。熱伝達管２５内の空気の温度分布の例を図５に示す。近似的な温度分布を求めるために空気と水１２との間の熱伝導量が小さく、水１２の自然対流と潜熱蓄熱材４２の相の変化により水１２と熱伝達管２５はほぼ凝固温度に保たれているとする。但し、潜熱蓄熱材４２の固相が厚くなる程水１２の温度は下がり、全てが固相になった後には水１２の温度は急速に下がる。従って、寒冷期の終わり頃は図５の温度分布は適用できない。
【００３９】
熱伝達管２５内の空気の温度分布４３は寒冷期の初期の頃の温度分布を示し、温度分布４４は寒冷期の中期の頃の温度分布を示す。寒冷期の初期の頃の外気温度をＴ１とすると、熱伝達管２５の入口（配管部２３）の空気の温度がＴ１で次第に凝固温度に近づき、出口（収集部２４）ではほぼ凝固温度である。熱伝達管２５の温度はほぼ凝固温度としたので熱伝達管２５の空気の温度変化の割合（温度分布４３の傾斜）はその空気の温度と凝固温度の差に比例する。寒冷期の中期になると、外気の温度Ｔ２はＴ１より下がるが熱伝達管２５はほぼ凝固温度であるとしたので温度分布は４４に示すように、出口（収集部２４）ではほぼ凝固温度である。寒冷期の中期には潜熱蓄熱材４２の半分程度が固相になっている。
【００４０】
寒冷期の終わりに全ての潜熱蓄熱材４２が固相になるとし、中間期の間その状態が保たれているとする。冷房期には暖かい外気と室内の空気が熱伝達管２５と３５を暖め、熱伝達管２５と３５が周囲の水１２を暖め、更に潜熱蓄熱材４２を暖め、潜熱蓄熱材４２の表面から液相にする。潜熱蓄熱材４２は固相から液相に変化する時に大量の融解熱を吸収する（冷熱を放出する）。潜熱蓄熱材４２は表面から液相になり、次第にその液相が厚くなり、冷房期の終わりに全ての潜熱蓄熱材４２が液相になる。
【００４１】
暖かい外気と室内の空気は熱伝達管２５と３５を暖めると同時に熱伝達管２５と３５に冷やされる。その温度分布の例を温度分布４５と４６に示す。ここでは寒冷期と同様な理由で水１２と熱伝達管２５と３５の温度はほぼ融解温度に保たれているとする。但し、潜熱蓄熱材４２の液相が厚くなる程、水１２の温度は上がり全てが液相になった後には水１２の温度は急速に上がる。従って、冷房期の終わり頃は図５の温度分布は適用できない。
【００４２】
温度分布４５は冷房期の中頃の高温多湿の外気が熱伝達管２５を通る時の温度分布を示す。熱伝達管２５の温度は入口（配管部２３）付近で外気温度Ｔ３から急速に下がり、露点温度まで冷やされると結露する。結露すると凝縮熱が放出され、温度変化の割合は約三分の一に低下するので露点温度以下では空気の温度は緩やかに下がる。熱伝達管２５が十分長ければ出口（収集部２４）の空気の温度は水１２の温度より少し高い程度まで下がる。露点温度が高いほど長い熱伝達管２５が必要である。
【００４３】
温度分布４６は室内の空気が熱伝達管３５を通る時の温度変化を示す。高温多湿の外気は熱交換器２０により除湿されて室内に取り入れられ、室内の湿度は外気より低いので熱伝達管３５内で結露しないとした。熱伝達管３５はほぼ融解温度としたので熱伝達管３５の空気の温度変化の割合（温度分布４６の傾斜）はその空気の温度と融解温度の差に比例する。そして熱伝達管３５の出口（収集部３４）ではほぼ融解温度である。冷房期の中期には潜熱蓄熱材４２の半分程度が液相になっている。但し、熱伝達管３５内で結露しないとしたので、熱伝達管３５の熱伝導は熱伝達管２５のそれより小さいとした。
【００４４】
以上説明したように、蓄熱装置１３０に導入される空気の温度が凝固温度以下の場合、空気の温度と凝固温度の差に対応する熱（温度差ｘ空気の量ｘ空気の熱容量）が潜熱蓄熱材４２に伝達され、それを凝固させ潜熱として蓄熱される。同様に蓄熱槽１３０に入る空気の温度が融解温度以上の場合、空気の温度と融解温度の差に対応する熱が潜熱蓄熱材４２に伝達され、それを融解させ潜熱として蓄熱される。最大の放熱能力と蓄熱能力を得るために、蓄熱装置１３０の熱交換器は排出される空気の温度がほぼ凝固温度または融解温度であるのが好ましい。熱伝達管２５と３５を長くすればするほど放熱能力と蓄熱能力は上がるが蓄熱装置１３０の奥行きが長くなり、蓄熱装置１３０の価格が上昇する場合がある。また、既に説明したように高温高湿の空気は結露し、その温度変化は緩やかになり、熱伝達管２５を長くしてもその効果は少なくなる。従って、放熱能力と蓄熱能力と価格等を考慮して空気の排出温度と熱伝達管２５と３５の長さを決めるのが好ましい。
【００４５】
水１２の温度は自然対流または強制撹乱によりほぼ均一に保たれているので潜熱蓄熱材４２の液相と固相の境界はほぼ蓄熱ユニット４０と水１２の接触面に平行である。潜熱蓄熱材４２は冬固相になり、夏液相になることにより蓄熱と放熱をするが潜熱蓄熱材４２が厚過ぎると冬固相にならなく、夏液相にならない部分があり、その部分は潜熱蓄熱材として機能しない。潜熱蓄熱材４２は厚いほど単位体積の熱容量が大きくなるので蓄熱ユニットの厚さは潜熱蓄熱材全てが相移転する最大値が好ましい。
【００４６】
図５の温度分布４５で説明したように、熱伝達管２５では夏結露する場合がある。また外気が直接建物内に入るので熱伝達管３５でも夏結露する場合がある。従って、熱交換器２０と３０は結露した水を排出するために傾けて配置し、最下部に排水口を設けるのが好ましい。
【００４７】
Ｆ）大容量の蓄熱装置
季節間空調装置は夏の間の冷房に必要な冷熱を全て冬貯蔵するので極めて大容量の蓄熱装置が必要である。蓄熱装置の蓄熱容量は潜熱蓄熱材の体積に比例し、その体積は蓄熱装置の体積にほぼ比例するので大きい体積の蓄熱装置が必要である。蓄熱装置の幅はほぼ蓄熱ユニットの厚さと数量の積であり、蓄熱ユニットの厚さには既に説明したように制限はあるが水平方向に設置する数量には制限が特にないので、熱的に蓄熱装置の幅の制限はない。また、蓄熱装置の奥行きは熱伝達管の長さであるので特に熱的に制限はない。次に蓄熱装置の高さ制限の抑制方法について説明する。
【００４８】
図６は本発明の空調装置の第２実施形態である。空調装置９２は蓄熱装置１４０と建物内の温度と外気温度に基づいて熱媒体の流れを制御するコントローラ（不図示）と熱媒体（外気）の流れの経路を変える経路切り替え器５２と熱媒体（室内の空気）の流れを制御する冷房端末器８１とバイパスダクト５３等から構成された季節間空調装置である。蓄熱装置１４０は建物８０の地下２階の恒温空間９１に設置されている。恒温空間９１の底部は地中には熱的に導通しており、側部と天井部は外気と地下一階の温度の影響を殆ど受けないように作られているとする。恒温空間９１の底部の定常温度はほぼ地中温度である。
【００４９】
換気用の熱交換器２０Ａと２０Ｂは並列に接続され、冷房専用の熱交換器３０Ａと３０Ｂも並列に接続されている。外気は換気ファン５１と経路切り替え器５２により換気用の熱交換器２０Ａと２０Ｂまたはバイパスダクト５３を経由して、建物８０の各階に分配されている。一方、冷房ファンと逆流防止器を備えた冷房端末器８１は独立に温度制御される部屋毎に設置され、排出管３２に接続され、導入管３１はその部屋毎に配管されている。この構成により、各部屋と蓄熱装置１４０は独立した循環経路を形成し、独立に各部屋の冷房温度を調整できる。空調の動作は空調装置の第１実施形態と同様であるのでその説明は省略する。
【００５０】
蓄熱装置１４０は本発明の蓄熱装置の第４実施形態であり、その斜視図を図７（Ａ）に示し、そのＡ―ＡとＢ−Ｂの断面図を図７（Ｂ）と（Ｃ）に示す。図７（Ａ）のＢ−Ｂは分配部２３と熱伝達管２５の接続する面である。蓄熱装置１４０の中に交互に積層された換気用の熱交換器２０Ａと２０Ｂと、冷房専用の熱交換器３０Ａと３０Ｂが設置されている。この構造により、冬冷熱を蓄える時、熱伝達管２５Ａと２５Ｂが分散されているので水１２をより均一に冷やせ、放熱能力と蓄熱能力が向上する。図６では換気用の熱交換器と冷房専用の熱交換器が各々２台であるがその数量を増やし、換気用の熱交換器と冷房用の熱交換器を交互に配置することにより、水１２の温度の均一性を保ちながら蓄熱装置１４０の高さを高くでき、大容量の蓄熱装置１４０を構築できる。水の自然対流を活用するために、最上段の熱交換器は冷たい空気が流れる換気用の熱交換器が好ましい。
【００５１】
図８は本発明の空調装置の第３実施形態である。空調装置９３は蓄熱装置１５０と建物内の温度と外気温度に基づいて熱媒体の流れを制御するコントローラ（不図示）と熱媒体（外気）の流れの経路を変える経路切り替え器５２と熱媒体（液体）の流れを制御する冷房端末器８２とバイパスダクト５３等から構成された季節間空調装置である。蓄熱装置１５０は建物８０の地下２階の恒温空間９１に設置されている。恒温空間９１は空調装置の第２実施形態と同様であるのでその説明は省略する。蓄熱装置１５０は熱交換器２００と６０を備えている。外気は換気ファン５１と経路切り替え器５２により蓄熱装置１５０またはバイパスダクト５３を経由して、建物８０の各階に分配されている。一方、冷房専用の熱交換器６０の熱媒体は液体であり、独立に温度制御される部屋毎に冷房端末器８２が導入管３１と排出管３２の間に接続されている。各冷房端末器８２は逆流防止器とポンプと熱交換器とファン等で構成することができる。冷房端末器８２は液体の熱媒体を蓄熱装置１５０と冷房端末器８２の間を循環させ、室内の空気を液体の熱媒体と熱交換をさせ、室内を冷房する。独立に温度制御される部屋毎に温度を測定しそこに設置された冷房端末器８２を運転することで独立に冷房の温度調整が可能である。
【００５２】
蓄熱装置１５０は本発明の蓄熱装置の第５実施形態であり、その斜視図を図９（Ａ）に示し、そのＡ―ＡとＢ−Ｂの断面図を図９（Ｂ）と（Ｃ）に示す。図９（Ａ）のＢ−Ｂは分配部と熱伝達管の接続する面である。蓄熱装置１５０の中に換気用の熱交換器２００と冷房専用の熱交換器６０が設置されている。熱交換器２００は隣接する蓄熱ユニット４０の間に垂直に設置された熱交換器を並列に接続したものである。隣接する蓄熱ユニット４０の間の全ての熱伝達管２５Ｌは分配部２３Ｌに接続されている。同様に隣接する蓄熱ユニット４０の間の全ての熱伝達管２５Ｍと２５Ｎは分配部２３Ｍと２３Ｎにそれぞれ接続されている。そして全ての分配部は導入管２１に接続されている。また隣接する蓄熱ユニット４０の間の全ての熱伝達管２５Ｌは分配部２３Ｌに対応する収集部（不図示）に接続されている。同様に隣接する蓄熱ユニット４０の間の全ての熱伝達管２５Ｍと２５Ｎは分配部２３Ｍと２３Ｎに対応する収集部（不図示）にそれぞれ接続されている。そして全ての収集部（分配部２３Ｌと２３Ｍと２３Ｎに対応する収集部を含む、不図示）は排出管２２に接続されている。従って、導入管２１からの空気は蓄熱装置１５０内の全ての熱伝達管を通り排出管２２から排出される。
【００５３】
一方、熱交換器６０は蓄熱装置の第２実施形態と同様であり、液体の熱媒体は分配部６３の分配口６６から蓄熱ユニット４０の間に流出しその間を流れる時に蓄熱ユニット４０と熱交換し、収集部６４（不図示）で収集され、排出管３２に排出される。この構造により、所定の間隔で垂直に並んだ熱伝達管の数量を増やすことにより蓄熱装置１５０の高さを高くできる。
【００５４】
蓄熱装置の第４実施形態と第５実施形態で示したように、熱的に、高さの制限が無い蓄熱装置を構築できる。従って、熱的に、高さと幅と奥行きの制限は無く、大容量の蓄熱装置の構築が可能である。
【００５５】
図４と６と８の実施形態では蓄熱装置は1台であるが複数台の蓄熱装置を直列に、並列にまたはそれらを組み合わせて構成しても良い。また図４と６と８の実施形態では建物に１つの空調装置が設置されているが例えば各階毎に空調装置を設置しても良い。本発明の蓄熱装置は様々な構成ができるので必要な熱容量や冷房能力や設置環境や予算等の様々な空調装置の要求事項に適切に応じることが可能である。
【００５６】
蓄熱槽１１内の熱媒体１２の自然対流のみでは熱媒体１２の温度が均一にならない場合、攪拌ポンプ等により熱媒体１２を強制的に攪拌し熱媒体１２の温度をより均一にするのが好ましい。特に蓄熱装置が大容量の場合や冷房能力を大きくする場合は有効である。
【００５７】
本発明の実施形態では蓄熱装置を建物の床下と地下室に設置した例を示したが、駐車場や庭の地下に設置しても良い。また、本発明の蓄熱装置が設置される建物は住宅やビルに限られず、植物や動物を育成する建物や電子機器や機械等を設置する建物に設置しても良い。
【００５８】
以上、本発明の蓄熱装置及び空調装置の実施形態を述べたが本発明はこれらに限られるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の蓄熱装置の第１実施形態の斜視図と断面図と熱交換器の斜視図を示す。
【図２】本発明の蓄熱装置の第２実施形態の斜視図と断面図と熱交換器の斜視図を示す。
【図３】本発明の蓄熱装置の第３実施形態の斜視図と断面図と熱交換器の斜視図を示す。
【図４】本発明の空調装置の第１実施形態を示す。
【図５】熱伝達管の中の空気の温度分布の例を示す。
【図６】本発明の空調装置の第２実施形態を示す。
【図７】本発明の蓄熱装置の第４実施形態の斜視図と断面図を示す。
【図８】本発明の空調装置の第３実施形態を示す。
【図９】本発明の蓄熱装置の第５実施形態の斜視図と断面図を示す。
【符号の説明】
【００６０】
１１  蓄熱槽  １２  熱媒体（水）
２０  熱交換器  ２１  導入管  ２２  排出管  ２３  分配部  ２４  収集部  ２５  熱伝達管
３０  熱交換器  ３１  導入管  ３２  排出管  ３３  分配部  ３４  収集部  ３５  熱伝達管
４０  蓄熱ユニット  ４１  カプセル  ４２  潜熱蓄熱材  ４２ａ  固相  ４２ｂ  液相
４３〜４６  温度分布
５０  空調装置  ５１  換気ファン  ５２  経路切り替え器  ５３  バイパスダクト
５４  冷房ファン  ５５  断熱材  ５６  床  ５７  基礎コンクリート  ５８  建物
６０  熱交換器  ６３  分配部  ６４  収集部  ６６  分配口  ６７  収集口
８０  建物  ８１  ８２  冷房端末器    ９０  ９１  恒温空間  ９２  ９３  空調装置
１１０  １２０  １３０  １４０  １５０  蓄熱装置  ２００  熱交換器
【図１】
2008224051.tif 000003
【図２】
2008224051.tif 000004
【図３】
2008224051.tif 000005
【図４】
2008224051.tif 000006
【図５】
2008224051.tif 000007
【図６】
2008224051.tif 000008
【図７】
2008224051.tif 000009
【図８】
2008224051.tif 000010
【図９】
2008224051.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成19年8月20日(2007.8.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
蓄熱槽と、前記蓄熱槽内に配置された潜熱蓄熱材と、熱媒体と前記潜熱蓄熱材との間で熱交換を行う熱交換手段を備えた蓄熱装置であって、
前記熱交換手段は第一熱交換器を含み、
前記第一熱交換器は熱伝導性の複数の第一熱伝達管と、第一導入管から導入された第一熱媒体を前記複数の第一熱伝達管に分配する第一分配部と、前記第一熱媒体を前記複数の第一熱伝達管から収集し第一排出管に排出する第一収集部を有し、
前記潜熱蓄熱材が充填された複数の蓄熱ユニットは前記蓄熱槽の中に所定の間隔で配置され、
単数または複数の前記第一熱伝達管が各隣接する前記蓄熱ユニットの間に、前記蓄熱ユニットと所定の隙間を有して配置され、
前記蓄熱槽は第二熱媒体で充填され、
前記第一熱媒体は空気であり、
前記第二熱媒体は液体であり、
前記熱交換手段は更に第二熱交換部を含み、
前記第二熱交換部は、前記第一分配部の下に、前記第一分配部と略平行に配置され、隣接する前記蓄熱ユニットの間に分配口を有する第二分配部と、前記第一収集部の下に、前記第一収集部と略平行に配置され、隣接する前記蓄熱ユニットの間に収集口を有する第二収集部を備え、
第二導入管から前記第二分配部に導入された前記第二熱媒体は、前記分配口から隣接する前記蓄熱ユニットの間に流出され、隣接する前記蓄熱ユニットの間を流れ、前記収集口から前記第二収集部に収集され、第二排出管に排出されることを特徴とする蓄熱装置。
【請求項２】
蓄熱槽と、前記蓄熱槽内に配置された潜熱蓄熱材と、熱媒体と前記潜熱蓄熱材との間で熱交換を行う熱交換手段を備えた蓄熱装置であって、
前記熱交換手段は第一熱交換器を含み、
前記第一熱交換器は熱伝導性の複数の第一熱伝達管と、第一導入管から導入された前記第一熱媒体を前記複数の第一熱伝達管に分配する第一分配部と、前記第一熱媒体を前記複数の第一熱伝達管から収集し第一排出管に排出する第一収集部を有し、
前記潜熱蓄熱材が充填された複数の蓄熱ユニットは前記蓄熱槽の中に所定の間隔で配置され、
単数または複数の前記第一熱伝達管が各隣接する前記蓄熱ユニットの間に、前記蓄熱ユニットと所定の隙間を有して配置され、
前記蓄熱槽は第二熱媒体で充填され、
前記第一熱媒体は空気であり、
前記第二熱媒体は液体であり、
前記熱交換手段は更に第三熱交換器を含み、
前記第三熱交換器は、熱伝導性の複数の第三熱伝達管と、第三導入管から導入された前記第三熱媒体を前記複数の第三熱伝達管に分配する第三分配部と、前記第三熱媒体を前記複数の第三熱伝達管から収集し第三排出管に排出する第三収集部を有し、
単数または複数の前記第三熱伝達管が各隣接する前記蓄熱ユニットの間に、前記蓄熱ユニットと所定の隙間を有して配置され、
各隣接する前記蓄熱ユニットの間に配置された前記単数または複数の第一熱伝達管の中の一つは前記蓄熱槽の上部付近に配置され、
各隣接する前記蓄熱ユニットの間に配置された前記単数または複数の第三熱伝達管の中の一つは前記蓄熱槽の下部付近に配置され、
前記第三熱媒体は液体または空気であり、
一時期に前記第一熱媒体を前記第一熱交換器に流し、前記潜熱蓄熱材を凝固させて冷熱を蓄え、他の時期に前記第一熱媒体を前記第一熱交換器に流し、第三熱媒体を前記第三熱交換器に流し、前記潜熱蓄熱材を融解させて冷熱を回収することを特徴とする蓄熱装置。
【請求項３】
温度が殆ど変化しない環境を提供する恒温空間に設置され、蓄えた熱を長期間保存する蓄熱装置に適した温度特性を有する潜熱蓄熱材を選択する選択方法であって、
前記恒温空間の定常状態の温度を測定するステップと、
前記定常状態の温度の長期間の変動を予測するステップと、
予測された前記定常状態の温度の長期間の変動から最高温度と最低温度を取得するステップと、
融解温度が前記最高温度より高く、凝固温度が前記最低温度より低い前記潜熱蓄熱材を選択するステップを有することを特徴とする潜熱蓄熱材の選択方法。
【請求項４】
温度が殆ど変化しない環境を提供する恒温空間に設置され、蓄えた熱を長期間保存する蓄熱装置に適した温度特性を有する潜熱蓄熱材を選択する選択方法であって、
前記恒温空間の定常状態の温度を測定するステップと、
前記定常状態の温度の長期間の変動を予測するステップと、
予測された前記定常状態の温度の長期間の変動から最高温度と最低温度を取得するステップと、
融解温度が前記最高温度より高く、凝固温度が前記最低温度より低い前記潜熱蓄熱材を選択するステップを有することを特徴とする潜熱蓄熱材の選択方法により選択された前記潜熱蓄熱材を備えた請求項１または２に記載の蓄熱装置。
【請求項５】
請求項１または２または４に記載の蓄熱装置と、建物内の温度と外気温度に基づいて前記熱媒体の流れを制御する制御手段を備え、前記建物の温度調整をすることを特徴とする空調装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気と液体を熱媒体とし、潜熱蓄熱材を蓄熱材とし、熱交換器を備えた蓄熱装置と、その蓄熱装置を備え、建物の温度調整をする空調装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
季節間空調装置は冬外気の冷熱を蓄え、それを夏まで保存し、その冷熱を熱源として建物を冷房するのでヒートポンプを使わずに、エネルギーを消費せずに冷房する装置であり、持続型社会に好適な空調装置である。潜熱蓄熱材は蓄熱量が大きいのでその蓄熱材として使われる（特許文献１）。
【０００３】
特許文献１は、融解温度が地中温度（略年間の平均気温）より高く、凝固温度が地中温度より低い潜熱蓄熱材を地中温度の環境に設置し、その潜熱蓄熱材と外気及び建物内の空気の熱交換を制御することにより、長期間の潜熱の保存をしている。季節間空調装置は夏季に冷房するための冷熱をすべて冬季に貯蔵するので大容量の蓄熱が必要であり、蓄熱量と冷房能力を大きくするために、良好な蓄熱特性と放熱特性が必要である。
【０００４】
また、潜熱蓄熱材は深夜電力を利用した冷房や廃熱を暖房に使うシステム等にも使われている。潜熱蓄熱材は液状になるので通常カプセルに入れて使用され、熱伝導率が小さいため熱媒体との熱伝導を大きくするために球状やスラリー等にして使用されている。単位体積の蓄熱容量を大きくでき、かつ蓄熱特性と放熱特性を向上するために板状のカプセルを使用した蓄熱装置が提案されている（特許文献２）。
【０００５】
特許文献２では、箱型の蓄熱タンクの対角位置に、排熱温水を循環させる排熱回収回路を接続するための排熱温水入口と排熱温水出口を設ける。そして、排熱温水入口と排熱温水出口との間を遮るように、潜熱蓄熱材が充填された板状の蓄熱容器を蓄熱タンク内に所定の間隔を持って交互にずらして配設し、排熱温水が蓄熱容器に沿って蓄熱タンク内を蛇行して流れるようにする。そして、給湯水が流れる給湯水循環通路を蓄熱容器に沿って設け、蓄熱タンク内で給湯水が加熱されるようにする。これにより単位体積の蓄熱容量を大きくでき、かつ蓄熱特性と放熱特性を向上することができた。
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−３２９１３号公報
【特許文献２】特開２００３−２４０４６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に、熱交換器が直接潜熱蓄熱材に接触する場合と、熱交換器と潜熱蓄熱材を貯液槽の中に設置する場合が記載されているが熱交換器の構造に関する詳しい記載が無い。熱交換器の金属管と潜熱蓄熱材が直接接触する場合、一般に潜熱蓄熱材の熱伝導率は小さく、金属管の熱は放射状に伝達するため、熱伝達が小さく、従って、金属管の間隔を小さくしなければならなくなり、そのために膨大な金属管が必要となり、大容量の蓄熱装置を構築するのは困難である。更に冷房時に冷房能力を大きくするために、冬季に貯蔵した冷熱を短期間に回収するために別の熱交換器が必要であるが別の熱交換器の配管も膨大となり、大容量の蓄熱装置を構築するのは困難である。熱交換器と潜熱蓄熱材を貯液槽の中に設置する場合、蓄熱装置の熱特性は熱交換器の構造により大きく異なるが詳しい熱交換器の構造の記載が無い。更に、貯液槽が地中に埋められた場合の記載はあるが地下室のような空間に設置された場合の記載が無く、地中温度の長期の変化を考慮していない。
【０００８】
空気は熱容量が非常に小さいので蓄熱の熱媒体として使う場合、大量の空気を流す必要がある。しかし、特許文献２の給湯水循環通路は一本のみであり、蓄熱タンク内を蛇行し、非常に長いので大量の空気を流すためには太い管または強力なファンを使う必要がある。太い管を使うと蓄熱容器の間隔が大きくなり、単位体積の蓄熱量が小さくなり、大容量の蓄熱装置を構築するのは困難である。強力なファンを使うと高価で消費電力が大きい。更に、排熱温水が蓄熱容器に沿って蓄熱タンク内を蛇行して流れるので、排熱温水入口付近の排熱温水の温度は高く次第に温度が下がり、排熱温水出口では温度は低い。従って、排熱温水入口付近の蓄熱容器は早く融解するが、排熱温水出口付近の蓄熱容器は排熱温水入口付近の蓄熱容器が融解した後に融解する。給湯水が流れる給湯水循環通路を蓄熱容器に沿って設けられているので給湯水の入口では温度が低く、出口では温度が高い。従って、実質的に少数の蓄熱容器で熱交換が行われるので単位時間の放熱量と蓄熱量を大きくするのは困難である。またこの蓄熱装置は排熱を給湯に利用するために熱を短期に保存するためのものであり、季節間空調装置に必要な数ヶ月間の熱の保存は困難である。
【０００９】
本発明は、以上のような技術的課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、季節間空調装置の熱源である空気を熱媒体として使え、熱を長期間保存でき、蓄熱能力が高く、冷房能力が高く、大容量の、季節間空調装置に好適な蓄熱装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１記載の本発明によれば、本発明の蓄熱装置は、蓄熱槽と、前記蓄熱槽内に配置された潜熱蓄熱材と、熱媒体と前記潜熱蓄熱材との間で熱交換を行う熱交換手段を備えた蓄熱装置であって、
前記熱交換手段は第一熱交換器を含み、
前記第一熱交換器は熱伝導性の複数の第一熱伝達管と、第一導入管から導入された第一熱媒体を前記複数の第一熱伝達管に分配する第一分配部と、前記第一熱媒体を前記複数の第一熱伝達管から収集し第一排出管に排出する第一収集部を有し、
前記潜熱蓄熱材が充填された複数の蓄熱ユニットは前記蓄熱槽の中に所定の間隔で配置され、
単数または複数の前記第一熱伝達管が各隣接する前記蓄熱ユニットの間に、前記蓄熱ユニットと所定の隙間を有して配置され、
前記蓄熱槽は第二熱媒体で充填され、
前記第一熱媒体は空気であり、
前記第二熱媒体は液体であり、
前記熱交換手段は更に第二熱交換部を含み、
前記第二熱交換部は、前記第一分配部の下に、前記第一分配部と略平行に配置され、隣接する前記蓄熱ユニットの間に分配口を有する第二分配部と、前記第一収集部の下に、前記第一収集部と略平行に配置され、隣接する前記蓄熱ユニットの間に収集口を有する第二収集部を備え、
第二導入管から前記第二分配部に導入された前記第二熱媒体は、前記分配口から隣接する前記蓄熱ユニットの間に流出され、隣接する前記蓄熱ユニットの間を流れ、前記収集口から前記第二収集部に収集され、第二排出管に排出されることを特徴とする。
【００１１】
このような構成であれば、熱伝達管が並列に設置されているので細い熱伝達管を使って、強力なファンを使わずに、大量の空気を流すことができ、蓄熱ユニットの間隔を小さくでき、従って、単位体積の蓄熱容量を大きくできる。例えば１００ｍの伝達管を１０本並列に設置すれば、一本の長さは１０ｍとなり、圧力損失は１０分の１になり、風量は10倍になる。つまり、同じ圧力損失で数十倍の風量を熱交換器に通すことができる。更に、熱伝達管と蓄熱ユニットとの間には液体があるので熱伝導が良く、空気は熱伝達管に均等に分配されているので全ての蓄熱ユニットの温度分布はほぼ同じである。更に、熱伝達管と蓄熱ユニットとの間には隙間があるので液体が対流を起こし、液体の温度をより均一にする。全ての蓄熱ユニットでほぼ同量の熱交換が行われてるので単位時間の放熱量と蓄熱量が大きくなる。従って、空気を熱媒体として使え、放熱能力と蓄熱能力が大きい蓄熱装置を提供できる。以下、単位時間の放熱量、蓄熱量を放熱能力、冷房能力、蓄熱能力と呼ぶ場合がある。外気を熱媒体として使用し、所定の熱特性の潜熱蓄熱材を使用すれば、冬の外気で冷熱を貯蔵でき、夏の外気で温熱を貯蔵できる。更に、蓄熱装置で熱交換した外気を建物に換気用の空気として導入すれば、冬は暖められた外気が、夏は冷やされた外気が建物に入り建物の空調の補助となる。
【００１２】
更に、次のような効果がある。
【００１３】
熱の運搬の第二熱媒体が蓄熱ユニットの間にほぼ均一に流れ、且つ直接蓄熱ユニットに接触するので、極めて放熱能力と蓄熱能力が大きい。更に、第二熱媒体は蓄熱ユニットの間を流れる時に撹乱されるので、蓄熱ユニットの間の第二熱媒体の温度がより均一になり、放熱能力と蓄熱能力が向上する。夏、第二熱媒体と建物内の空気との熱交換を行うことにより、建物を冷房できるので、冷房能力の高い蓄熱装置を提供できる。
【００１４】
請求項２記載の本発明によれば、本発明の蓄熱装置は、蓄熱槽と、前記蓄熱槽内に配置された潜熱蓄熱材と、熱媒体と前記潜熱蓄熱材との間で熱交換を行う熱交換手段を備えた蓄熱装置であって、
前記熱交換手段は第一熱交換器を含み、
前記第一熱交換器は熱伝導性の複数の第一熱伝達管と、第一導入管から導入された前記第一熱媒体を前記複数の第一熱伝達管に分配する第一分配部と、前記第一熱媒体を前記複数の第一熱伝達管から収集し第一排出管に排出する第一収集部を有し、
前記潜熱蓄熱材が充填された複数の蓄熱ユニットは前記蓄熱槽の中に所定の間隔で配置され、
単数または複数の前記第一熱伝達管が各隣接する前記蓄熱ユニットの間に、前記蓄熱ユニットと所定の隙間を有して配置され、
前記蓄熱槽は第二熱媒体で充填され、
前記第一熱媒体は空気であり、
前記第二熱媒体は液体であり、
前記熱交換手段は更に第三熱交換器を含み、
前記第三熱交換器は、熱伝導性の複数の第三熱伝達管と、第三導入管から導入された前記第三熱媒体を前記複数の第三熱伝達管に分配する第三分配部と、前記第三熱媒体を前記複数の第三熱伝達管から収集し第三排出管に排出する第三収集部を有し、
単数または複数の前記第三熱伝達管が各隣接する前記蓄熱ユニットの間に、前記蓄熱ユニットと所定の隙間を有して配置され、
各隣接する前記蓄熱ユニットの間に配置された前記単数または複数の第一熱伝達管の中の一つは前記蓄熱槽の上部付近に配置され、
各隣接する前記蓄熱ユニットの間に配置された前記単数または複数の第三熱伝達管の中の一つは前記蓄熱槽の下部付近に配置され、
前記第三熱媒体は液体または空気であり、
一時期に前記第一熱媒体を前記第一熱交換器に流し、前記潜熱蓄熱材を凝固させて冷熱を蓄え、他の時期に前記第一熱媒体を前記第一熱交換器に流し、第三熱媒体を前記第三熱交換器に流し、前記潜熱蓄熱材を融解させて冷熱を回収することを特徴とする。
【００１５】
このような構成であれば、熱伝達管と潜熱蓄熱材との熱伝導が良く、蓄熱ユニットの全てをほぼ均一の温度にでき、放熱能力と蓄熱能力が大きい。第一熱伝達管の中の一本を蓄熱槽の上部付近に配置し、第三熱伝達管の中の一本を蓄熱槽の下部付近に配置し、換気用に外気を第一熱伝達管に通し、冷房用のために第三熱伝達管に暑い熱媒体を通せば、蓄熱槽に充填された液体の自然対流を有効に利用でき、放熱能力と蓄熱能力が向上する。夏、第三熱媒体が空気の場合、建物内の空気を建物と第三熱交換器を含む経路を循環させることにより建物を冷房できる。第三熱媒体が液体の場合、第三熱媒体と建物内の空気との熱交換を行うことにより、建物を冷房できる。従って、冷房能力の高い蓄熱装置を提供できる。
【００１６】
請求項３記載の本発明によれば、本発明の潜熱蓄熱材の選択方法は、温度が殆ど変化しない環境を提供する恒温空間に設置され、蓄えた熱を長期間保存する蓄熱装置に適した温度特性を有する潜熱蓄熱材を選択する選択方法であって、
前記恒温空間の定常状態の温度を測定するステップと、
前記定常状態の温度の長期間の変動を予測するステップと、
予測された前記定常状態の温度の長期間の変動から最高温度と最低温度を取得するステップと、
融解温度が前記最高温度より高く、凝固温度が前記最低温度より低い前記潜熱蓄熱材を選択するステップを有することを特徴とする。
【００１７】
このような選択方法で潜熱蓄熱材を選択すれば、冷たい熱媒体により潜熱蓄熱材を凝固させた後は暖かい熱媒体を流すまで潜熱蓄熱材は融解しない。また、暖かい熱媒体により潜熱蓄熱材を融解させた後は冷たい熱媒体を流すまで潜熱蓄熱材は凝固しない。つまり、熱媒体により潜熱蓄熱材の相を変化させることができ、熱媒体を流さなければ潜熱蓄熱材の相は変化しないので冬の冷熱を夏まで保存し、夏の温熱を冬まで保存することが可能である。従って、熱を長期間保存できる蓄熱装置を提供できる。
【００１８】
ここで恒温空間の底部の定常状態の温度とは、恒温空間に熱の流入や放出が無い状態で、恒温空間が定常状態になった時の恒温空間の底部の温度である。恒温空間の定常状態の温度は所定の期間、所定の場所（例えば蓄熱槽の設置場所）の温度を測定し、その温度から算出される。上記の所定の期間は測定した温度の変化と熱の保存期間に基づいて決める。季節間空調装置に使用した蓄熱装置の場合、熱の保存期間は4ヶ月程度である。その期間で算出された定常状態の温度を以下、定常温度と呼ぶ。しかしながら、地球温暖化等の影響で年の平均気温と地中温度は長期的に変化するので４ヶ月間程度で算出された定常温度は長期的に変わる。従って、蓄熱装置の使用期間（例えば５０年）の定常温度を予測し、その期間の定常温度の最高値（以下、最高定常温度と呼ぶ）と最低値（以下、最低定常温度と呼ぶ）を求める。季節間空調装置の蓄熱装置には融解温度を最高定常温度より高く、凝固温度を最低定常温度より低い潜熱蓄熱材を使用する。測定された定常温度が場所により異なる場合はその温度の平均値とするのが好ましい。温度が殆ど変化しない環境を提供する恒温空間は例えば地下５ｍ以下の地中の空間である。また、付近に熱源が無い地下５ｍ以下の地中の定常状態の温度を地中温度と呼ぶことがある。
【００１９】
請求項４記載の本発明によれば、本発明の蓄熱装置は、温度が殆ど変化しない環境を提供する恒温空間に設置され、蓄えた熱を長期間保存する蓄熱装置に適した温度特性を有する潜熱蓄熱材を選択する選択方法であって、
前記恒温空間の定常状態の温度を測定するステップと、
前記定常状態の温度の長期間の変動を予測するステップと、
予測された前記定常状態の温度の長期間の変動から最高温度と最低温度を取得するステップと、
融解温度が前記最高温度より高く、凝固温度が前記最低温度より低い前記潜熱蓄熱材を選択するステップを有することを特徴とする潜熱蓄熱材の選択方法により選択された前記潜熱蓄熱材を備えた請求項１または２に記載の蓄熱装置である。
【００２０】
このような構成であれば、空気を熱媒体とし、熱を長期間保存でき、蓄熱能力が大きく、冷房能力が高く、大容量の、蓄熱装置を提供できる。
【００２１】
請求項５記載の本発明によれば、本発明の空調装置は、請求項１または２または４に記載の蓄熱装置と、建物内の温度と外気温度に基づいて前記熱媒体の流れを制御する制御手段を備え、前記建物の温度調整をすることを特徴とする。
【００２２】
このような構成であれば、冬冷熱を蓄え、春その冷熱を保存し、夏その冷熱で冷房すると共に温熱を保存し、秋その温熱を保存し、冬冷熱を保存すると共にその温熱で暖房の補助をする空調装置、すなわち季節間空調装置を構築できる。
【発明の効果】
【００２３】
以上述べたように、本発明の蓄熱装置は、並列に配置された熱伝達管により熱容量の小さい空気を熱媒体として使用でき、蓄熱ユニットの間隔を小さくでき、単位体積の蓄熱容量を大きくできる。更に蓄熱ユニットの間の空間に充填された液体により熱交換器と蓄熱ユニット間の熱伝導が良くなり、冷房用の熱交換器を備えることにより冷房能力を高められ、蓄熱装置を設置する空間の特性と潜熱蓄熱材の特性により、潜熱蓄熱材の潜熱を長期間保存できる。従って、空気を熱媒体として使え、熱を長期間保存でき、蓄熱能力が大きく、冷房能力が高く、大容量の、季節間空調装置に好適な蓄熱装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を次の順序で詳細に説明する。
Ａ）蓄熱装置の構造
Ｂ）季節間空調装置の動作
Ｃ）熱の長期保存
Ｄ）潜熱蓄熱材
Ｅ）蓄熱装置の蓄熱と潜熱蓄熱材の相遷移
Ｆ）大容量の蓄熱装置
【００２５】
Ａ）蓄熱装置の構造
本発明の蓄熱装置の第１実施形態の斜視図と断面図を図１（Ａ）と（Ｃ）に示し、第１実施形態の熱交換器の斜視図を図１（Ｂ）に示す。蓄熱装置１１０は蓄熱槽１１の中に熱交換器２０と複数の蓄熱ユニット４０を備えている。また蓄熱槽１１の底は熱伝導性があるステンレス等の金属または液体を充填できる処理をしたコンクリート等が好ましい。熱交換器２０は蓄熱槽１１の垂直方向の中央付近に水平に設置されている。導入管２１を通して導入された空気は分配部２３により熱伝達管２５に分配され、熱伝達管２５を通る時に熱媒体１２及び蓄熱ユニット４０と熱交換し、収集部２４に収集され、排出管２２を通して排出される。熱伝達管２５は複数並列に接続されているのでその数量を増やすことで熱伝導を高くできる。
【００２６】
図１では熱伝達管２５は２本垂直方向に設置されているが1本でも3本以上でも良い。垂直方向の熱伝達管２５の本数を増やせば小さい熱伝達管２５の直径で同じ風量がえられるので、蓄熱ユニット４０の間隔を小さくでき、単位体積の蓄熱容量を大きくできる。
【００２７】
蓄熱ユニット４０はカプセル４１とその中に充填された潜熱蓄熱材４２で構成されている。潜熱蓄熱材４２は凝固する時に凝固熱を放出し固相４２ａになり、融解する時に融解熱を吸収して液相４２ｂとなる。潜熱蓄熱材４２はその潜熱により大量の熱を蓄熱する。従って、潜熱蓄熱材４２は潜熱を貯蔵又は放出する時は固相４２ａと液相４２ｂが共に存在し、その境界面の位置が変わる。蓄熱ユニット４０は単位体積の蓄熱容量を大きくするために、略直方体または板状が好ましい。蓄熱ユニット４０と熱伝達管２５とは所定の隙間を持って設置されるのが好ましい。この隙間は熱媒体１２が自然対流または強制的な撹乱によりその隙間を流れ、熱媒体１２の温度を均一にするためである。蓄熱ユニット４０の高さはほぼ蓄熱装置１１０の高さである。分配部２３と収集部２４は蓄熱槽１１内に設置しても良いし蓄熱槽１１の外に設置しても良い。熱媒体１２は価格が安く、自然対流が起き易く、化学的に安定している水が好ましい。熱伝達管２５は熱伝導が良い金属が好ましい。
【００２８】
本発明の蓄熱装置の第２実施形態の斜視図と断面図を図２（Ａ）と（Ｃ）に示し、第２実施形態の熱交換器の斜視図を図２（Ｂ）に示す。蓄熱装置１２０は蓄熱槽１１の中に熱交換器２０と複数の蓄熱ユニット４０を含む。蓄熱槽１１と熱交換器２０と蓄熱ユニット４０は第１実施形態と同様であるので説明は省く。熱媒体１２は導入管３１を通して導入され、分配部６３の分配口６６から隣接する蓄熱ユニット４０の間に入り、隣接する蓄熱ユニット４０の間を流れる時に蓄熱ユニット４０と熱交換し、収集口６７を通り収集部６４に収集され、排出管３２を通して排出される。熱媒体１２は分配部６３と収集部６４によりほぼ均一に全ての蓄熱ユニット４０の間を流れる。従って、熱媒体１２は全ての蓄熱ユニット４０の間を流れ収集口６７で収集されるまで、直接、蓄熱ユニット４０と熱交換するので放熱能力と蓄熱能力が極めて高い。熱媒体１２と建物内の空気との熱交換を行うことにより、建物を冷房できる。
【００２９】
分配部６３と収集部６４のいずれか一方でも熱媒体１２を蓄熱ユニット４０の間に流すことができるので分配部６３と収集部６４のいずれか一方でも良い。分配部６３があり、収集部６４が無い場合、蓄熱槽１１に排出管３２が接続される。分配部６３が無く、収集部６４がある場合、蓄熱槽１１に導入管３１が接続される。ここで導入管３１と、分配部６３と収集部６４のいずれか一方又は両方と、排出管３２と、隣接する蓄熱ユニット４０の通路で構成されているものを熱交換器６０と呼ぶ。つまり、蓄熱装置１２０は蓄熱槽１１の中に熱交換器２０と６０と複数の蓄熱ユニット４０を備えている。冬、熱交換器２０で熱媒体１２は冷やされ、夏、熱交換器２０と熱交換器６０で熱媒体１２は暖められるので熱媒体１２の自然対流を考慮して、図２に示すように熱交換器２０を上部に設置し、熱交換器６０を下部に設置するのが好ましい。
【００３０】
本発明の蓄熱装置の第３実施形態の斜視図と断面図を図３（Ａ）と（Ｃ）に示し、第３実施形態の熱交換器の斜視図を図３（Ｂ）に示す。蓄熱装置１３０は蓄熱槽１１の中に積層状に設置された熱交換器２０と３０と複数の蓄熱ユニット４０を備えている。熱交換器３０は第１実施形態の熱交換器２０と同様であるので説明は省く。熱交換器３０の熱媒体は空気でも良いし、液体でも良い。熱媒体が空気の場合、夏、建物内の空気を熱交換器３０で熱交換することにより、建物を冷房できる。また熱媒体が液体の場合、熱媒体と建物内の空気との熱交換を行うことにより、建物を冷房できる。冬、熱交換器２０で熱媒体１２は冷やされ、夏、熱交換器２０と３０で熱媒体１２は暖められるので図３に示すように熱媒体１２の自然対流を考慮して、熱交換器２０を上部に設置し、熱交換器３０を下部に設置するのが好ましい。
【００３１】
Ｂ）季節間空調装置の動作
図４は本発明の空調装置の第１実施形態である。空調装置５０は蓄熱装置１３０と建物内の温度と外気温度に基づいて熱媒体の流れを制御するコントローラ（不図示）と熱媒体（外気）の流れの経路を変える経路切り替え器５２と熱媒体（室内の空気）の流れを制御する冷房ファン５４とバイパスダクト５３等から構成された季節間空調装置である。建物５８は高気密高断熱の外断熱の家である。蓄熱装置１３０は本発明の蓄熱装置の第３実施形態であり、熱交換器３０の熱媒体が空気の場合である。断熱材５５は気候により異なるが地下約２ｍまで基礎コンクリート５７の外側に敷設してあり、床５６は断熱性があるとする。この構造において、恒温空間９０の底部は地中に熱的に導通している基礎コンクリート５７であり、側部は断熱材５５であり、天井部は床５６である。従って、恒温空間９０の底部は地中に熱的に導通しており、側部と天井部は外気と地表と室内から断熱されているので、恒温空間９０の底部の定常状態の温度（定常温度）はほぼ地中温度である。蓄熱装置１３０を設置する以前に、恒温空間９０に熱源が無い状態で、蓄熱装置１３０を設置する場所の温度を所定の期間測定し、その測定した温度の変化の傾向から定常温度を算出する。その温度が場所により異なる場合はその平均値をとるのが好ましい。次に蓄熱装置の使用期間の気象の変化により、定常温度を予測し、その期間の最高値（最高定常温度）と最低値（最低定常温度）を求める。例えば、５０年後に年の平均気温が１度上がると予測された場合、定常温度は５０年後に１度上がるとすると最高定常温度は定常温度＋１度であり、最低定常温度は定常温度である。そして融解温度が最高定常温度より高く、かつ凝固温度が最低定常温度より低い潜熱蓄熱材４２を備えた蓄熱装置１３０を設置する。図５に融解温度と最高定常温度と最低定常温度と凝固温度の相対的な関連を示す。定常温度は最低定常温度と最高定常温度の間で変動する。
【００３２】
換気ファン５１は高気密の住宅に必要とされる換気をするために、常時運転し、外気を室内に送る。熱媒体の流れを制御するコントローラ（不図示）は室内温度と外気温度を測定し、経路切り替え器５２と冷房ファン５４を次のように制御する。
（１）外気が凝固温度より低い時、空気の経路を熱交換器２０を経由する熱交換器経路にする。換気の空気として取り入れる外気は凝固温度付近まで暖められて室内に入る。
（２）外気が凝固温度より高く、室内温度が冷房設定温度より低い時、空気の経路をバイパスダクト５３を経由するバイパス経路に切り替え、外気を直接室内に入れる。
（３）外気が凝固温度より高く、室内温度が冷房設定温度より高い時、空気の経路を熱交換器経路に切り替え、同時に冷房ファン５４を運転する。換気の空気として取り入れる外気は融解温度付近まで冷やされて室内に入るので換気により室内の温度は下がる。しかし換気だけでは通常室内を冷房するには十分でないので冷房ファン５４を運転し、暑い室内の空気を熱交換器３０に送り、融解温度付近まで冷やして再び室内に戻し、室内を冷やす。室内温度が冷房設定温度より下がるとコントローラは空気の経路をバイパス経路にし、外気を直接室内に入れ、冷房ファン５４を停止する。冷房が停止されると室内の温度は上がる。冷房設定温度より高くなると空気の経路を熱交換器経路にし、冷房ファン５４を運転する。これが繰り返されることにより室内の温度がほぼ冷房設定温度に保たれる。
【００３３】
これは、次のようにも説明できる。外気が凝固温度より低い時（概念的に冬）、換気の空気を蓄熱装置１３０に送り、その冷熱を貯蔵し、暖まった空気を室内に取り入れる。外気が凝固温度より高く、室内温度が冷房設定温度より低い時（概念的に春）、冬蓄えた冷熱を保存する。外気が凝固温度より高く、室内温度が冷房設定温度より高い時（概念的に夏）、換気の空気を蓄熱装置１３０に送り、冬蓄えた冷熱で換気の空気を冷やし室内に取り入れると同時に温熱を蓄熱装置１３０に貯蔵し、且つ冷房ファン５４を運転し室内を冷房すると同時に温熱を蓄熱装置１３０に貯蔵する。外気が凝固温度より高く、室内温度が冷房設定温度より低い時（概念的に秋）、夏蓄えた温熱を保存する。外気が凝固温度より低い時（概念的に冬）、換気の空気を蓄熱装置１３０に送り、夏蓄えた温熱で換気の空気を暖め室内に取り入れると同時に冷熱を蓄熱装置１３０に貯蔵する。つまり、空調装置５０は冬の寒さで夏冷房し、夏の暑さで冬換気の空気を暖めるので、ヒートポンプを使わずに、殆どエネルギーを使わずに、夏冷房し、冬の暖房費を削減する。
【００３４】
Ｃ）熱の長期保存
冬冷たい外気を蓄熱装置１３０に通して、潜熱蓄熱材４２を全て固相にし、蓄熱装置１３０（潜熱蓄熱材４２、熱媒体１２等を含む）を凝固温度以下にする。春、外気の流れを停止すると蓄熱装置１３０の温度は定常温度に向けて上昇する。しかし、蓄熱装置１３０の温度は定常温度以上にはならなく、融解温度は定常温度より高いので固相の潜熱蓄熱材４２は融解しない。従って、蓄熱装置１３０に貯蔵された潜熱は蓄熱装置１３０に熱媒体を流さない限り保存される。但し、蓄熱装置１３０の顕熱は失われる。同様に、夏暖かい外気を蓄熱装置１３０に通して、潜熱蓄熱材４２を全て液相にし、蓄熱装置１３０を融解温度以上にする。秋、外気の流れを停止すると蓄熱装置１３０の温度は定常温度に向けて下降する。しかし、蓄熱装置１３０の温度は定常温度以下にはならなく、凝固温度は定常温度より低いので液相の潜熱蓄熱材４２は凝固しない。従って、蓄熱装置１３０に貯蔵された潜熱は蓄熱装置１３０に熱媒体を流さない限り保存される。
【００３５】
Ｄ）潜熱蓄熱材
潜熱蓄熱材４２の一例として住化プラステック（株）の製品名スミターマルがある。スミターマルには融解温度が２３度で凝固温度が１９度のものがある
(http://www.sumikapla.co.jp/yukadanbo/ideabox/idea_gijutsu.html  参照)。鹿児島県奄美市の名瀬測候所の観測データによれば過去５年間の平均気温は２１．８度であるので地中温度と定常温度も約２１．８度である。蓄熱装置の使用期間、例えば５０年、の間に平均の気温が１度上がると予測された場合、最高定常温度は２２．８度であり、最低定常温度は２１．８度であるので名瀬測候所付近の図４のような家に上記の特性の潜熱蓄熱材を有する蓄熱装置１３０を設置すれば、潜熱蓄熱材の融解温度が最高定常温度より高く、潜熱蓄熱材の凝固温度が最低定常温度より低くなる。
潜熱蓄熱材の他の例として、特開２００４−９１６３６号公報に記載された実施例１（凝固温度が１２．１度、融解温度が１９．１度）がある。日本の広範囲の地域の地中温度は１２．１度より高く１９．１度より低いので上記の潜熱蓄熱材を使用できる。例えば東京都心の地中温度は約１７度である。実施例１の製造方法は前記文献に詳細に記載されている。
また、潜熱蓄熱材の融解温度と凝固温度はある範囲内で調整可能であることは公知である。
【００３６】
Ｅ）蓄熱装置の蓄熱と潜熱蓄熱材の相遷移
次に、空調装置５０に使われた場合の蓄熱装置１３０の蓄熱と潜熱蓄熱材の相遷移について詳しく説明する。気温は一日の間に大きく変わり、室内温度も変わるので、蓄熱装置１３０の動作の説明のために、気温が凝固温度より低い時を寒冷期と呼び、外気が凝固温度より高く、室内温度が冷房設定温度より高い時を冷房期と呼び、寒冷期と冷房期以外の期間を中間期と呼ぶ。従って、寒冷期と冷房期には外気が蓄熱装置１３０を通り、中間期には外気が蓄熱装置１３０を通らない。寒冷期と冷房期と中間期は断続した時間の集合を指すが概念的には寒冷期は冬、冷房期は夏、中間期は春と秋と考えても良いのでここではそのように呼ぶ場合がある。熱媒体１２は水が好ましいので以下では水１２として説明する場合がある。
【００３７】
寒冷期の初めに、潜熱蓄熱材４２は全て液相であるとする。寒冷期になると冷たい外気が熱伝達管２５を冷やし、それが周囲の水を冷やし、冷やされた水は自然対流を起こし、蓄熱ユニット４０と水１２との接触面をほぼ均一に冷やす。冷やされた接触面は潜熱蓄熱材４２を冷やし、潜熱蓄熱材４２の温度が凝固温度以下になると液相の潜熱蓄熱材４２は凝固し、固相に変化する。潜熱蓄熱材４２は液相から固相に変化する時に大量の凝固熱を放出する（冷熱を吸収する）。潜熱蓄熱材４２は表面から固相になり、次第にその固相が厚くなり、寒冷期の終わりに全ての潜熱蓄熱材４２が固相になる。蓄熱ユニット４０の表面温度がほぼ均一の場合、熱は水平方向に伝達するので図３（Ｃ）に示すように潜熱蓄熱材４２が固相４２ａと液相４２ｂの境界はほぼ平面で垂直である。
【００３８】
外気は断熱された導入管２１から配管部２３に取り入れられるとすると配管部２３の空気の温度は外気温度とほぼ同じである。配管部２３からの冷たい外気は熱伝達管２５を冷やすと同時に冷たい外気は熱伝達管２５を通る時に次第に暖められる。熱伝達管２５内の空気の温度分布の例を図５に示す。近似的な温度分布を求めるために空気と水１２との間の熱伝導量が小さく、水１２の自然対流と潜熱蓄熱材４２の相の変化により水１２と熱伝達管２５はほぼ凝固温度に保たれているとする。但し、潜熱蓄熱材４２の固相が厚くなる程水１２の温度は下がり、全てが固相になった後には水１２の温度は急速に下がる。従って、寒冷期の終わり頃は図５の温度分布は適用できない。
【００３９】
熱伝達管２５内の空気の温度分布４３は寒冷期の初期の頃の温度分布を示し、温度分布４４は寒冷期の中期の頃の温度分布を示す。寒冷期の初期の頃の外気温度をＴ１とすると、熱伝達管２５の入口（配管部２３）の空気の温度がＴ１で次第に凝固温度に近づき、出口（収集部２４）ではほぼ凝固温度である。熱伝達管２５の温度はほぼ凝固温度としたので熱伝達管２５の空気の温度変化の割合（温度分布４３の傾斜）はその空気の温度と凝固温度の差に比例する。寒冷期の中期になると、外気の温度Ｔ２はＴ１より下がるが熱伝達管２５はほぼ凝固温度であるとしたので温度分布は４４に示すように、出口（収集部２４）ではほぼ凝固温度である。寒冷期の中期には潜熱蓄熱材４２の半分程度が固相になっている。
【００４０】
寒冷期の終わりに全ての潜熱蓄熱材４２が固相になるとし、中間期の間その状態が保たれているとする。冷房期には暖かい外気と室内の空気が熱伝達管２５と３５を暖め、熱伝達管２５と３５が周囲の水１２を暖め、更に潜熱蓄熱材４２を暖め、潜熱蓄熱材４２の表面から液相にする。潜熱蓄熱材４２は固相から液相に変化する時に大量の融解熱を吸収する（冷熱を放出する）。潜熱蓄熱材４２は表面から液相になり、次第にその液相が厚くなり、冷房期の終わりに全ての潜熱蓄熱材４２が液相になる。
【００４１】
暖かい外気と室内の空気は熱伝達管２５と３５を暖めると同時に熱伝達管２５と３５に冷やされる。その温度分布の例を温度分布４５と４６に示す。ここでは寒冷期と同様な理由で水１２と熱伝達管２５と３５の温度はほぼ融解温度に保たれているとする。但し、潜熱蓄熱材４２の液相が厚くなる程、水１２の温度は上がり全てが液相になった後には水１２の温度は急速に上がる。従って、冷房期の終わり頃は図５の温度分布は適用できない。
【００４２】
温度分布４５は冷房期の中頃の高温多湿の外気が熱伝達管２５を通る時の温度分布を示す。熱伝達管２５の温度は入口（配管部２３）付近で外気温度Ｔ３から急速に下がり、露点温度まで冷やされると結露する。結露すると凝縮熱が放出され、温度変化の割合は約三分の一に低下するので露点温度以下では空気の温度は緩やかに下がる。熱伝達管２５が十分長ければ出口（収集部２４）の空気の温度は水１２の温度より少し高い程度まで下がる。露点温度が高いほど長い熱伝達管２５が必要である。
【００４３】
温度分布４６は室内の空気が熱伝達管３５を通る時の温度変化を示す。高温多湿の外気は熱交換器２０により除湿されて室内に取り入れられ、室内の湿度は外気より低いので熱伝達管３５内で結露しないとした。熱伝達管３５はほぼ融解温度としたので熱伝達管３５の空気の温度変化の割合（温度分布４６の傾斜）はその空気の温度と融解温度の差に比例する。そして熱伝達管３５の出口（収集部３４）ではほぼ融解温度である。冷房期の中期には潜熱蓄熱材４２の半分程度が液相になっている。但し、熱伝達管３５内で結露しないとしたので、熱伝達管３５の熱伝導は熱伝達管２５のそれより小さいとした。
【００４４】
以上説明したように、蓄熱装置１３０に導入される空気の温度が凝固温度以下の場合、空気の温度と凝固温度の差に対応する熱（温度差ｘ空気の量ｘ空気の熱容量）が潜熱蓄熱材４２に伝達され、それを凝固させ潜熱として蓄熱される。同様に蓄熱槽１３０に入る空気の温度が融解温度以上の場合、空気の温度と融解温度の差に対応する熱が潜熱蓄熱材４２に伝達され、それを融解させ潜熱として蓄熱される。最大の放熱能力と蓄熱能力を得るために、蓄熱装置１３０の熱交換器は排出される空気の温度がほぼ凝固温度または融解温度であるのが好ましい。熱伝達管２５と３５を長くすればするほど放熱能力と蓄熱能力は上がるが蓄熱装置１３０の奥行きが長くなり、蓄熱装置１３０の価格が上昇する場合がある。また、既に説明したように高温高湿の空気は結露し、その温度変化は緩やかになり、熱伝達管２５を長くしてもその効果は少なくなる。従って、放熱能力と蓄熱能力と価格等を考慮して空気の排出温度と熱伝達管２５と３５の長さを決めるのが好ましい。
【００４５】
水１２の温度は自然対流または強制撹乱によりほぼ均一に保たれているので潜熱蓄熱材４２の液相と固相の境界はほぼ蓄熱ユニット４０と水１２の接触面に平行である。潜熱蓄熱材４２は冬固相になり、夏液相になることにより蓄熱と放熱をするが潜熱蓄熱材４２が厚過ぎると冬固相にならなく、夏液相にならない部分があり、その部分は潜熱蓄熱材として機能しない。潜熱蓄熱材４２は厚いほど単位体積の熱容量が大きくなるので蓄熱ユニットの厚さは潜熱蓄熱材全てが相移転する最大値が好ましい。
【００４６】
図５の温度分布４５で説明したように、熱伝達管２５では夏結露する場合がある。また外気が直接建物内に入るので熱伝達管３５でも夏結露する場合がある。従って、熱交換器２０と３０は結露した水を排出するために傾けて配置し、最下部に排水口を設けるのが好ましい。
【００４７】
Ｆ）大容量の蓄熱装置
季節間空調装置は夏の間の冷房に必要な冷熱を全て冬貯蔵するので極めて大容量の蓄熱装置が必要である。蓄熱装置の蓄熱容量は潜熱蓄熱材の体積に比例し、その体積は蓄熱装置の体積にほぼ比例するので大きい体積の蓄熱装置が必要である。蓄熱装置の幅はほぼ蓄熱ユニットの厚さと数量の積であり、蓄熱ユニットの厚さには既に説明したように制限はあるが水平方向に設置する数量には制限が特にないので、熱的に蓄熱装置の幅の制限はない。また、蓄熱装置の奥行きは熱伝達管の長さであるので特に熱的に制限はない。次に蓄熱装置の高さ制限の抑制方法について説明する。
【００４８】
図６は本発明の空調装置の第２実施形態である。空調装置９２は蓄熱装置１４０と建物内の温度と外気温度に基づいて熱媒体の流れを制御するコントローラ（不図示）と熱媒体（外気）の流れの経路を変える経路切り替え器５２と熱媒体（室内の空気）の流れを制御する冷房端末器８１とバイパスダクト５３等から構成された季節間空調装置である。蓄熱装置１４０は建物８０の地下２階の恒温空間９１に設置されている。恒温空間９１の底部は地中には熱的に導通しており、側部と天井部は外気と地下一階の温度の影響を殆ど受けないように作られているとする。恒温空間９１の底部の定常温度はほぼ地中温度である。
【００４９】
換気用の熱交換器２０Ａと２０Ｂは並列に接続され、冷房専用の熱交換器３０Ａと３０Ｂも並列に接続されている。外気は換気ファン５１と経路切り替え器５２により換気用の熱交換器２０Ａと２０Ｂまたはバイパスダクト５３を経由して、建物８０の各階に分配されている。一方、冷房ファンと逆流防止器を備えた冷房端末器８１は独立に温度制御される部屋毎に設置され、排出管３２に接続され、導入管３１はその部屋毎に配管されている。この構成により、各部屋と蓄熱装置１４０は独立した循環経路を形成し、独立に各部屋の冷房温度を調整できる。空調の動作は空調装置の第１実施形態と同様であるのでその説明は省略する。
【００５０】
蓄熱装置１４０は本発明の蓄熱装置の第４実施形態であり、その斜視図を図７（Ａ）に示し、そのＡ―ＡとＢ−Ｂの断面図を図７（Ｂ）と（Ｃ）に示す。図７（Ａ）のＢ−Ｂは分配部２３と熱伝達管２５の接続する面である。蓄熱装置１４０の中に交互に積層された換気用の熱交換器２０Ａと２０Ｂと、冷房専用の熱交換器３０Ａと３０Ｂが設置されている。この構造により、冬冷熱を蓄える時、熱伝達管２５Ａと２５Ｂが分散されているので水１２をより均一に冷やせ、放熱能力と蓄熱能力が向上する。図６では換気用の熱交換器と冷房専用の熱交換器が各々２台であるがその数量を増やし、換気用の熱交換器と冷房用の熱交換器を交互に配置することにより、水１２の温度の均一性を保ちながら蓄熱装置１４０の高さを高くでき、大容量の蓄熱装置１４０を構築できる。水の自然対流を活用するために、最上段の熱交換器は冷たい空気が流れる換気用の熱交換器が好ましい。
【００５１】
図８は本発明の空調装置の第３実施形態である。空調装置９３は蓄熱装置１５０と建物内の温度と外気温度に基づいて熱媒体の流れを制御するコントローラ（不図示）と熱媒体（外気）の流れの経路を変える経路切り替え器５２と熱媒体（液体）の流れを制御する冷房端末器８２とバイパスダクト５３等から構成された季節間空調装置である。蓄熱装置１５０は建物８０の地下２階の恒温空間９１に設置されている。恒温空間９１は空調装置の第２実施形態と同様であるのでその説明は省略する。蓄熱装置１５０は熱交換器２００と６０を備えている。外気は換気ファン５１と経路切り替え器５２により蓄熱装置１５０またはバイパスダクト５３を経由して、建物８０の各階に分配されている。一方、冷房専用の熱交換器６０の熱媒体は液体であり、独立に温度制御される部屋毎に冷房端末器８２が導入管３１と排出管３２の間に接続されている。各冷房端末器８２は逆流防止器とポンプと熱交換器とファン等で構成することができる。冷房端末器８２は液体の熱媒体を蓄熱装置１５０と冷房端末器８２の間を循環させ、室内の空気を液体の熱媒体と熱交換をさせ、室内を冷房する。独立に温度制御される部屋毎に温度を測定しそこに設置された冷房端末器８２を運転することで独立に冷房の温度調整が可能である。
【００５２】
蓄熱装置１５０は本発明の蓄熱装置の第５実施形態であり、その斜視図を図９（Ａ）に示し、そのＡ―ＡとＢ−Ｂの断面図を図９（Ｂ）と（Ｃ）に示す。図９（Ａ）のＢ−Ｂは分配部と熱伝達管の接続する面である。蓄熱装置１５０の中に換気用の熱交換器２００と冷房専用の熱交換器６０が設置されている。熱交換器２００は隣接する蓄熱ユニット４０の間に垂直に設置された熱交換器を並列に接続したものである。隣接する蓄熱ユニット４０の間の全ての熱伝達管２５Ｌは分配部２３Ｌに接続されている。同様に隣接する蓄熱ユニット４０の間の全ての熱伝達管２５Ｍと２５Ｎは分配部２３Ｍと２３Ｎにそれぞれ接続されている。そして全ての分配部は導入管２１に接続されている。また隣接する蓄熱ユニット４０の間の全ての熱伝達管２５Ｌは分配部２３Ｌに対応する収集部（不図示）に接続されている。同様に隣接する蓄熱ユニット４０の間の全ての熱伝達管２５Ｍと２５Ｎは分配部２３Ｍと２３Ｎに対応する収集部（不図示）にそれぞれ接続されている。そして全ての収集部（分配部２３Ｌと２３Ｍと２３Ｎに対応する収集部を含む、不図示）は排出管２２に接続されている。従って、導入管２１からの空気は蓄熱装置１５０内の全ての熱伝達管を通り排出管２２から排出される。
【００５３】
一方、熱交換器６０は蓄熱装置の第２実施形態と同様であり、液体の熱媒体は分配部６３の分配口６６から蓄熱ユニット４０の間に流出しその間を流れる時に蓄熱ユニット４０と熱交換し、収集部６４（不図示）で収集され、排出管３２に排出される。この構造により、所定の間隔で垂直に並んだ熱伝達管の数量を増やすことにより蓄熱装置１５０の高さを高くできる。
【００５４】
蓄熱装置の第４実施形態と第５実施形態で示したように、熱的に、高さの制限が無い蓄熱装置を構築できる。従って、熱的に、高さと幅と奥行きの制限は無く、大容量の蓄熱装置の構築が可能である。
【００５５】
図４と６と８の実施形態では蓄熱装置は1台であるが複数台の蓄熱装置を直列に、並列にまたはそれらを組み合わせて構成しても良い。また図４と６と８の実施形態では建物に１つの空調装置が設置されているが例えば各階毎に空調装置を設置しても良い。本発明の蓄熱装置は様々な構成ができるので必要な熱容量や冷房能力や設置環境や予算等の様々な空調装置の要求事項に適切に応じることが可能である。
【００５６】
蓄熱槽１１内の熱媒体１２の自然対流のみでは熱媒体１２の温度が均一にならない場合、攪拌ポンプ等により熱媒体１２を強制的に攪拌し熱媒体１２の温度をより均一にするのが好ましい。特に蓄熱装置が大容量の場合や冷房能力を大きくする場合は有効である。
【００５７】
本発明の実施形態では蓄熱装置を建物の床下と地下室に設置した例を示したが、駐車場や庭の地下に設置しても良い。また、本発明の蓄熱装置が設置される建物は住宅やビルに限られず、植物や動物を育成する建物や電子機器や機械等を設置する建物に設置しても良い。
【００５８】
以上、本発明の蓄熱装置及び空調装置の実施形態を述べたが本発明はこれらに限られるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の蓄熱装置の第１実施形態の斜視図と断面図と熱交換器の斜視図を示す。
【図２】本発明の蓄熱装置の第２実施形態の斜視図と断面図と熱交換器の斜視図を示す。
【図３】本発明の蓄熱装置の第３実施形態の斜視図と断面図と熱交換器の斜視図を示す。
【図４】本発明の空調装置の第１実施形態を示す。
【図５】熱伝達管の中の空気の温度分布の例を示す。
【図６】本発明の空調装置の第２実施形態を示す。
【図７】本発明の蓄熱装置の第４実施形態の斜視図と断面図を示す。
【図８】本発明の空調装置の第３実施形態を示す。
【図９】本発明の蓄熱装置の第５実施形態の斜視図と断面図を示す。
【符号の説明】
【００６０】
１１  蓄熱槽  １２  熱媒体（水）
２０  熱交換器  ２１  導入管  ２２  排出管  ２３  分配部  ２４  収集部  ２５  熱伝達管
３０  熱交換器  ３１  導入管  ３２  排出管  ３３  分配部  ３４  収集部  ３５  熱伝達管
４０  蓄熱ユニット  ４１  カプセル  ４２  潜熱蓄熱材  ４２ａ  固相  ４２ｂ  液相
４３〜４６  温度分布
５０  空調装置  ５１  換気ファン  ５２  経路切り替え器  ５３  バイパスダクト
５４  冷房ファン  ５５  断熱材  ５６  床  ５７  基礎コンクリート  ５８  建物
６０  熱交換器  ６３  分配部  ６４  収集部  ６６  分配口  ６７  収集口
８０  建物  ８１  ８２  冷房端末器    ９０  ９１  恒温空間  ９２  ９３  空調装置
１１０  １２０  １３０  １４０  １５０  蓄熱装置  ２００  熱交換器