(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
潜熱蓄熱材と流体との熱交換を行う熱交換装置において、
前記潜熱蓄熱材を有する箱形状の第１蓄熱モジュールおよび第２蓄熱モジュールと、
前記箱形状の第１蓄熱モジュールおよび第２蓄熱モジュールを収容する筐体とを備え、
前記潜熱蓄熱材を有する前記第１蓄熱モジュールおよび前記第２蓄熱モジュールは、同方向で上下に配置してある
ことを特徴とする熱交換装置。
【請求項２】
前記第１蓄熱モジュールは、
前記筐体の外部から前記筐体の内部に導いた前記流体を前記第１蓄熱モジュールの内部に導く第１流入部を備え、
前記第２蓄熱モジュールは、
前記筐体の外部から前記筐体の内部に導いた前記流体を前記第２蓄熱モジュールの内部に導く第２流入部を備え、
前記第１流入部および前記第２流入部は、
同方向に配置された前記第１蓄熱モジュールおよび前記第２蓄熱モジュールの集合体の同一面側に配置してある
ことを特徴とする請求項１に記載の熱交換装置。
【請求項３】
前記第１蓄熱モジュールは、
前記第１蓄熱モジュールの内部に導いた前記流体を前記第１蓄熱モジュールの外部に導く第１流出部を備え、
前記第２蓄熱モジュールは、
前記第２蓄熱モジュールの内部に導いた前記流体を前記第２蓄熱モジュールの外部に導く第２流出部を備え、
前記第１流出部および前記第２流出部は、
前記集合体の前記同一面側に配置してある
ことを特徴とする請求項２に記載の熱交換装置。
【請求項４】
前記筐体の外部から前記筐体の内部に前記流体を導く筐体流入部を備え、
前記筐体流入部は、前記第１流入部および前記第２流入部に接続してある
ことを特徴とする請求項２に記載の熱交換装置。
【請求項５】
前記筐体の内部に導いた前記流体を前記筐体の外部に導く筐体流出部を備え、
前記筐体流出部は、前記第１流出部および前記第２流出部に接続してある
ことを特徴とする請求項３に記載の熱交換装置。
【請求項６】
前記熱交換に対し、前記流体として前記潜熱蓄熱材の温度よりも高い温度の高温流体と前記潜熱蓄熱材の温度よりも低い温度の低温流体とを切り替える切替部を備える
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の熱交換装置。
【請求項７】
潜熱蓄熱材と流体との熱交換を行う熱交換装置の製造方法において、
前記潜熱蓄熱材を有する箱形状の第１蓄熱モジュールおよび第２蓄熱モジュールを準備するモジュール準備ステップと、
前記箱形状の第１蓄熱モジュールおよび第２蓄熱モジュールを収容する筐体を準備する筐体準備ステップと、
準備した前記潜熱蓄熱材を有する前記第１蓄熱モジュールおよび前記第２蓄熱モジュールを同方向で上下に前記筐体内に配置する配置ステップと
を備えることを特徴とする製造方法。  
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は熱交換装置および製造方法に関し、具体的には、蓄熱材を用いた熱交換装置およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
蓄熱材として水道水を用いて熱交換を行う熱交換装置が知られている。例えば、給湯に用いるため、蓄熱材として水道水を充填したタンクを用意し、給湯用の水道水をそのタンク内に導入し、給湯用の水道水と蓄熱材の水道水とを直接熱交換させる熱交換装置が知られている（例えば、特許文献１）。直接熱交換されたタンク内の水道水は、水道圧によって押し出され、給湯されることになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−２０２８９４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述したようなタンク内における水道水の直接熱交換を利用した熱交換装置の場合、タンク内には水道水の水道圧が加わる。水道圧に耐えられるような構成とするため、タンクは一般的に、円筒形で形成される。【０００５】
しかしながら、熱交換装置が円筒状のタンクを備える場合、設置スペースの観点から熱交換装置の設置柔軟性が低下し得る。例えば、設置スペースが矩形状である場合、円筒状タンクではスペースを有効活用し難い。反対に、従来の熱交換装置で円筒状のタンクを採用しない場合、水道圧のために熱交換装置の耐久性が低下し得る。【０００６】
本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、設置柔軟性と耐久性との両立を考慮した熱交換装置およびそのような熱交換装置の製造方法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】
【０００７】
本発明の一側面に係る熱交換装置は、蓄熱材と流体との熱交換を行う熱交換装置である。当熱交換装置は、蓄熱材を有する箱形状の第１蓄熱モジュールおよび第２蓄熱モジュールと、第１蓄熱モジュールおよび第２蓄熱モジュールを収容する筐体とを備える。第１蓄熱モジュールは前記第２蓄熱モジュールと同方向に配置してある。【０００８】
本発明の一側面に係る製造方法は、蓄熱材と流体との熱交換を行う熱交換装置の製造方法である。当製造方法は、蓄熱材を有する箱形状の第１蓄熱モジュールおよび第２蓄熱モジュールを準備するモジュール準備ステップと、第１蓄熱モジュールおよび第２蓄熱モジュールを収容する筐体を準備する筐体準備ステップと、準備した第１蓄熱モジュールおよび第２蓄熱モジュールを同方向で筐体内に配置する配置ステップとを備える。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の一側面によれば、蓄熱材を有する箱形状の第１蓄熱モジュールおよび第２蓄熱モジュールが筐体内に同方向で配置された熱交換装置が提供される。当熱交換装置においては、蓄熱モジュールが箱形状を有することによって設置柔軟性を確保しつつも、蓄熱モジュールが蓄熱材を有することによって水道圧を回避し、耐久性を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施の形態１に係る熱交換装置の構成を表わす説明図である。
【図２】蓄熱モジュールの正面を示す模式図である。
【図３】蓄熱モジュールの側面を示す模式図である。
【図４】蓄熱モジュール複数を積層した積層構造の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、添付図面を参照して、本願が開示する熱交換装置の実施の形態を詳細に説明する。なお、以下に示す実施の形態は一例であり、これら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。
【００１２】
実施の形態１
図１は、実施の形態１に係る熱交換装置の構成を表わす説明図である。熱交換装置１は、蓄熱材２と、蓄熱材２を有する複数の蓄熱モジュール３，３，・・・と、各蓄熱モジュール内で蓄熱材２との熱交換を行う蓄熱熱交換器４と、前述した構成要素を収容する筐体１１とを備える。熱交換装置１は、熱交換装置１内に流れる水道水の温度を調節して給湯する蓄熱式の給湯器として機能する。
【００１３】
蓄熱材２は、蓄熱熱交換器４と接触している。蓄熱材２は、蓄熱熱交換器４を介し、熱交換装置１の流路内を流れる水道水に熱を与えて加熱するための蓄熱媒体である。また蓄熱材２は、蓄熱熱交換器４を介し、熱交換装置１の流路内を流れる熱媒体から熱を受け取って蓄熱するための蓄熱媒体である。蓄熱材２としては、水、油、不凍液、パラフィン、酢酸ナトリウム３水和物、エリスリトール等の材料が好ましい。単位体積あたりの熱量（蓄熱密度）が高く、熱交換装置１の温度調節性能が向上するからである。
【００１４】
蓄熱モジュール３は、蓄熱媒体である蓄熱材２と蓄熱モジュール３の内部に水道水を流すための蓄熱熱交換器４とを含む。蓄熱モジュール３内には、蓄熱材２が設けてある。蓄熱材２と蓄熱熱交換器４との接触面積を増大させることにより、効率的な熱交換の実現が可能となる。
【００１５】
蓄熱モジュール３は、蓄熱材２および蓄熱熱交換器４を収容する箱形状の容器である。蓄熱材２を設けるために、蓄熱モジュール３は、箱形状の一側面に蓄熱材封入口８を有する。蓄熱モジュール３としては、ＳＵＳ、アルミニウム、Ｃｕ、ポリカ−ボネイド、樹脂材料等の材料が好ましい。耐熱性が高く、蓄熱性能が向上するからである。
【００１６】
蓄熱熱交換器４は、管状部材であり、内部に流れる水道水または熱媒体と蓄熱材２との熱交換を行う熱交換器である。蓄熱熱交換器４は、ＳＵＳ、アルミニウム、Ｃｕ、等の金属材料で構成してある。そのため、蓄熱熱交換器４の熱交換効率を向上させることが可能となる。
【００１７】
上記の一例では、金属材料で構成した蓄熱熱交換器４について説明した。しかしながら本発明は、当一例に限定されるものではない。プラスチック、樹脂、等の軽量材料を用いて蓄熱熱交換器４を構成しても良い。軽量材料を用いることにより、蓄熱モジュール３が軽量化され、複数の蓄熱モジュール３，３，・・・を収容した熱交換装置１全体の軽量化にも繋がり、熱交換装置１の設置業務も容易となり得る。
【００１８】
蓄熱熱交換器４は、蓄熱熱交換器４の内部に水道水を流入する熱交換水流入口９と水道水を流出する熱交換水流出口１０と水道水に対する熱交換を行う伝熱管１８とを有する。熱交換水流入口９は、筐体１１の外部から筐体１１の内部に導いた流体を蓄熱モジュール３の内部に導く流入部として機能する。蓄熱熱交換器４は、蓄熱モジュール３の内部に位置している。熱交換水流入口９は、蓄熱モジュール３の一側面に突設してある。熱交換水流出口１０は、熱交換水流入口９と同じ蓄熱モジュール３の一側面に突設してある。熱交換水流出口１０は、蓄熱モジュール３の内部に導いた流体を蓄熱モジュール３の外部に導く流出部として機能する。
【００１９】
蓄熱熱交換器４の具体的構成については、円筒配管を複数本並べたチューブフィン式熱交換器であってもよい。また、平板を複数枚重ねたプレート式熱交換器であってもよい。
【００２０】
上記の一例では、熱交換水流入口９および熱交換水流出口１０を用い、熱交換装置１の流路内を流れる水道水に蓄熱材２が熱を与えて加熱する状況について説明した。一方、熱交換装置１の流路内を流れる熱媒体から蓄熱材２が熱を受け取って蓄熱する状況においては、熱媒体を蓄熱熱交換器４から流出させる部材として熱交換水流入口９が機能し、熱媒体を蓄熱熱交換器４へ流入させる部材として熱交換水流出口１０が機能する。
【００２１】
筐体１１は、複数の蓄熱モジュール３，３，・・・を収容する箱形状のハウジングである。筐体１１は、例えば、ＳＵＳ、アルミニウム、Ｃｕ、等の金属材料、またはプラスチック、樹脂、等の軽量材料を用いて板金加工などによって形成される。
【００２２】
筐体１１内において、複数の蓄熱モジュール３，３，・・・は、同一方向を向いて上下に積層されている。つまり、複数の蓄熱モジュール３，３，・・・のうちの第１蓄熱モジュール３が第２蓄熱モジュール３と同方向に配置してある。具体的には、一蓄熱モジュール３と他蓄熱モジュール３との集合体を考慮した場合、一蓄熱モジュール３の熱交換水流入口９と他蓄熱モジュール３の熱交換水流入口９とが当集合体の同一面側に位置している。言い換えると、一蓄熱モジュール３の熱交換水流入口９と他蓄熱モジュール３の熱交換水流入口９とが筐体１１の同一面側に位置している。また、一蓄熱モジュール３と他蓄熱モジュール３との集合体を考慮した場合、一蓄熱モジュール３の熱交換水流出口１０と他蓄熱モジュール３の熱交換水流出口１０とが当集合体の同一面側に位置している。言い換えると、一蓄熱モジュール３の熱交換水流出口１０と他蓄熱モジュール３の熱交換水流出口１０とが筐体１１の同一面側に位置している。図１の一例では、一蓄熱モジュール３の熱交換水流入口９および熱交換水流出口１０と他蓄熱モジュール３の熱交換水流入口９および熱交換水流出口１０とが当集合体の同一面側に位置しており、筐体１１の同一面側に位置している。
【００２３】
複数の蓄熱モジュール３，３，・・・は、突設されたそれぞれの熱交換水流入口９，９，・・・が当集合体の同一面側に位置するよう、筐体１１内において同一方向で上下に積層されている。そのため、ランダムな方向で上下に積層された場合と比較し、突設部分も含めた集合体の左右方向専有面積を小さくすることが可能となる。したがって、上記の構成は、設置柔軟性の確保を実現し得る。
【００２４】
複数の蓄熱モジュール３，３，・・・は、突設されたそれぞれの熱交換水流出口１０，１０，・・・が当集合体の同一面側に位置するよう、筐体１１内において同一方向で上下に積層されている。そのため、ランダムな方向で上下に積層された場合と比較し、突設部分も含めた集合体の左右方向専有面積を小さくすることが可能となる。したがって本熱交換装置１は、設置柔軟性の確保を実現し得る。
【００２５】
筐体１１は、加熱される水道水を熱交換装置１の内部に導く水道水流入口１２と、熱交換装置１の内部に流れて加熱された水道水を熱交換装置１の外部に導く水道水流出口１３とを備える。水道水流入口１２は、流入配管１４によって各蓄熱モジュール３の熱交換水流入口９に接続してある。水道水流入口１２は、筐体１１の外部から筐体１１の内部に流体を導く筐体流入部として機能する。水道水流出口１３は、流出配管１５によって各蓄熱モジュール３の熱交換水流出口１０に接続してある。水道水流出口１３は、筐体１１の内部に導いた流体を筐体１１の外部に導く筐体流出部として機能する。
【００２６】
流入配管１４は、上下方向に延出する直線状主配管と当直線状主配管から左右方向に延出する複数の枝配管とを含む櫛状の配管である。直線状主配管の一端が水道水流入口１２に接続してあり、各枝配管の他端が各蓄熱モジュール３の熱交換水流入口９に接続してある。
【００２７】
流入配管１４は、筺体１１の水道水流入口１２から流入した水道水を蓄熱モジュール３に供給するための配管であり、ＳＵＳ、アルミニウム、Ｃｕ、等の金属材料、またはプラスチック、樹脂、等の軽量材料で形成される。櫛状の流入配管１４は、筺体１１内に配置される蓄熱モジュール３の台数に合わせた接続ポートを枝配管として等間隔に複数個有しており、各接続ポートは各蓄熱モジュール３の熱交換水流入口９に接続される。
【００２８】
流出配管１５は、上下方向に延出する直線状主配管と当直線状主配管から左右方向に延出する複数の枝配管とを含む櫛状の配管である。直線状主配管の一端が水道水流出口１３に接続してあり、各枝配管の他端が各蓄熱モジュール３の熱交換水流出口１０に接続してある。
【００２９】
流出配管１５は、複数の蓄熱モジュール３にて熱交換した熱交換水を合流させるための配管であり、ＳＵＳ、アルミニウム、Ｃｕ、等の金属材料、またはプラスチック、樹脂、等の軽量材料で形成される。櫛状の流出配管１５は、筺体１１内に配置される蓄熱モジュール３の台数に合わせた接続ポートを枝配管として等間隔に複数個有しており、各接続ポートは各蓄熱モジュール３の熱交換水流出口１０に接続される。
【００３０】
図１に示す実施の形態１において、流入配管１４および流出配管１５は、積層された蓄熱モジュール３，３，・・・からなる集合体の一面側に配置される。そのため、複数の熱モジュール３，３，・・・がランダムな方向で上下に積層された場合と比較し、流入配管１４および流出配管１５も含めた集合体の左右方向専有面積を小さくすることが可能となる。したがって本熱交換装置１は、設置柔軟性の確保を実現し得る。
【００３１】
各蓄熱モジュール３は、水道水と蓄熱材２との熱交換を行う蓄熱熱交換器４を備える。各蓄熱モジュール３内の蓄熱材２は、管状の蓄熱熱交換器４を介して水道水との熱交換を行うため、水道水とは直接接触することなく水道水から分離されている。そのため本熱交換装置１は、タンク内における水道水の直接熱交換を利用した熱交換装置と比較し、蓄熱モジュール３が円筒状でなくとも耐久性維持が容易となる。
【００３２】
上下に積層される各蓄熱モジュール３は、箱形状に形成してある。そのため、積層された蓄熱モジュール３，３，・・・を収容する筐体１１の形状も箱形状とすることができる。したがって本熱交換装置１は、円筒形のタンクを用いた従来の熱交換器と比較し、設置柔軟性を確保し得る。
【００３３】
図１に示す実施の形態１において、熱交換装置１は、筐体１１内で同一構成の蓄熱モジュール３が複数積層してある。そのため、本熱交換装置１を目的地で設置する際、各蓄熱モジュール３を別々に運搬して目的地で組み立てて筐体内に収容して設置することが可能となる。そのため、積層した複数の蓄熱モジュール３，３，・・・からなる集合体の蓄熱材２全量と同量の蓄熱材を一つの蓄熱モジュールで備えるような構成の熱交換装置と比較し、本熱交換装置１は、設置柔軟性の確保を実現しつつ、運搬性も向上し得る。
【００３４】
図１に示す実施の形態１において、熱交換装置１は、筐体１１内で同一構成の蓄熱モジュール３が複数積層してある。そのため本熱交換装置１では、積層する複数の蓄熱モジュール３，３，・・・の数を調整することにより、希望する蓄熱性能の実現するための設計変更が容易となる。
【００３５】
熱交換装置１において、蓄熱モジュール３に設けた蓄熱材２は、給湯時に蓄熱熱交換器４の伝熱面を介して水道水と熱交換する。しかしながら蓄熱モジュール３に設けた蓄熱材２は、水道水と混合しない。そのため熱交換装置１においては、水道水が流れる蓄熱熱交換器４に水道圧が加わるが、蓄熱モジュール３に水道圧が加わる事態を回避し得る。したがって、タンク内に設けた蓄熱材と水道水とを直接熱交換する従来の熱交換装置と比較し、蓄熱材２を設けた蓄熱モジュール３に必要な水道圧に対する耐久性を低く設計することが可能となり、蓄熱モジュール３の形状として箱形状を選択できるようになる。また、箱形状の蓄熱モジュール３を採用することにより、円形状の蓄熱モジュールを採用する場合と比較し、筺体１１の角部と蓄熱モジュール３との間の隙間スペースを狭めることが可能となり、筺体１１の小型化が実現され得る。
【００３６】
実施の形態１に係る熱交換装置１が備える蓄熱モジュール３について、具体的に説明する。図２は、蓄熱モジュール３の正面を示す模式図である。図３は、蓄熱モジュール３の側面を示す模式図である。図４は、蓄熱モジュール３複数を積層した積層構造の模式図である。
【００３７】
実施の形態１に係る熱交換装置１では、各蓄熱モジュール３が熱交換水流入口９と熱交換水流出口１０とを一平面に備え、そのような構造の蓄熱モジュール３が複数台鉛直方向に積層してある。複数台の蓄熱モジュール３，３，・・・積層された積層構造では、一の蓄熱モジュール３の熱交換水流入口９が、鉛直方向に延出する流入配管１４を介して他の蓄熱モジュール３の熱交換水流入口９に接続してある。また複数台の蓄熱モジュール３，３，・・・積層された積層構造では、一の蓄熱モジュール３の熱交換水流出口１０が、鉛直方向に延出する流出配管１５を介して他の蓄熱モジュール３の熱交換水流出口１０に接続してある。
【００３８】
実施の形態１に係る熱交換装置１において、蓄熱熱交換器４は、鉛直方向に蛇行する伝熱管１８を水平方向に千鳥状で複数並置してある。また蓄熱熱交換器４は、水平方向に延出する分岐ヘッダー管１６および合流ヘッダー管１７を熱交換水流入口９と熱交換水流出口１０とを備える一平面側に備える。一蓄熱モジュール３内で水平方向に並置した複数の伝熱管１８は、合流ヘッダー管１７を介して熱交換水流出口１０と接続してあり、分岐ヘッダー管１６を介して分岐ヘッダー管１６と接続してある。
【００３９】
このような蓄熱熱交換器４の構成により、熱交換水流入口９から蓄熱熱交換器４の伝熱管１８内に流入した水道水は、水平方向に配置された分岐ヘッダー管１６によって複数の伝熱管１８に分岐される。分岐した水道水は、水道水の流れ方向に対し鉛直方向に蛇行するそれぞれの伝熱管１８内を水平方向に往復しながら下から上に流れて蓄熱材と熱交換する。熱交換した水道水は再び合流ヘッダー管１７に合流し、熱交換器流出口１０に流れる。そのため、各蓄熱モジュール３内では、下方の蓄熱材２が冷たく、上方の蓄熱材２が温かくなるような温度成層が形成される。
【００４０】
蓄熱材２は一般的に、温度が低下した場合、収縮して密度が高くなり、流動性が低下する。温度低下に依存した蓄熱材２の収縮に対応するため、蓄熱モジュール３内には、蓄熱材２を内部空間隙間なく充填することなく、気層が設けてある。
【００４１】
蓄熱材２は、温度低下によって流動性が低下した場合、一蓄熱モジュール３の内部で水平方向に延在して蓋を形成する虞がある。一蓄熱モジュール３の内部に蓋が形成された場合、蓋の鉛直上方に位置する蓄熱材２は、気層の存在によって、収縮が可能となる。しかしながら蓋の下方に位置する蓄熱材２は、蓋の鉛直下方のために気層が存在しない虞があり、適度に収縮ができない可能性が高い。適度に収縮ができない場合、一蓄熱モジュール３では、熱交換効率が低下し得る。そのため実施の形態１に係る熱交換装置１は、一蓄熱モジュール３の内部において下方の蓄熱材２が冷たくなり上方の蓄熱材２が暖かくなるよう、熱交換水流入口９が熱交換水流出口１０よりも鉛直下方に位置するよう構成してある。
【００４２】
このような蓄熱熱交換器４の構成により、一の蓄熱モジュール３における流入配管１４と流出配管１５との間の流路長を他の蓄熱モジュール３における流入配管１４と流出配管１５との間の流路長と等しくなるように設計することが容易となる。そのため、複数の蓄熱モジュール３，３，・・・間における熱交換効率を均一化することができる。したがって、熱交換装置１に対して希望する蓄熱性能の実現するための設計変更が容易となる。
【００４３】
実施の形態１に係る熱交換装置１は、更に混合弁５を備える。混合弁５は、蓄熱熱交換器４の熱交換水流出口１０から流出した高温の水道水と筺体１１の水道水流入口１２から流入した低温の水道水とを混合し、給湯温度を調整するための弁であり、筺体１１内に配置してある。混合弁５は、例えば、ＳＵＳ、アルミニウム、Ｃｕ、等の耐熱性のある金属材料や、プラスチック、樹脂、等の高耐熱軽量材料で形成される。
【００４４】
実施の形態１に係る熱交換装置１は、更に制御基板６を備える。制御基板６は、各機器の流量や運転温度を調整するための制御などを行う基板であり、混合弁５などの構成要素に制御信号を送る。制御基板６は、筺体１１内に配置してあり、例えば、フェノール、エポキシ、ガラス、プラスチック等の軽量かつ加工性の高い材料で形成される。
【００４５】
実施の形態１に係る熱交換装置１は、更に流量調節弁７を備える。流量調節弁７は、給湯温水の遮断、流量の調節等を行う弁であり、混合弁５の下流側であって筺体１１外に配置してある。流量調節弁７は、ＳＵＳ、アルミニウム、Ｃｕ、等の金属材料や、プラスチック、樹脂、等の軽量材料で形成される。
【００４６】
実施の形態１に係る筺体１１は、複数の蓄熱モジュール３と、混合弁５と、制御基板６と、流入配管１４と、流出配管１５とを収容する。筺体１１内の一端側には、同一形状の蓄熱モジュール３が同一姿勢で上下に配置してあり、筺体１１内の他端側には、混合弁５、制御基板６等が配置してある。水道水は、筺体１１内の流入配管１４、流出配管１５、および混合弁５を用いて接続された水道水流入口１２および水道水流出口１３を介し、筺体１１内外に流れる。
【００４７】
一般的に、水道には０．３〜０．５ＭＰａ程度の水道圧が加わっており、熱交換装置１内を流れる水道水にも、同程度の水道圧が加わっている。そのため、熱交換装置１の給湯時には、下流側の流量調節弁７を開く。流量調節弁７を開いた場合、水道圧によって、水道水流入口１２から筺体１１の流路に水道水が流入する。流入した水道水は、各蓄熱モジュール３の内部で蓄熱材２と熱交換する。熱交換した水道水は、水道水流出口１３を介して筐体１１外に出力され、給湯に付される。
【００４８】
給湯する際、実施の形態１に係る熱交換装置１は、水道水流入口１２から水道水を流入させ、水道水流入口１２と各蓄熱モジュール３の熱交換水流入口９とを接続された流入配管１４と、水道水流入口１２を直接的に混合弁５へ接続させた直流配管１９とに分岐させる。
【００４９】
実施の形態１に係る熱交換装置１は、流入配管１４を介して流入された水道水に対し、蓄熱熱交換器４の内部を流れ、熱源によって加熱された高温の蓄熱材２と熱交換し加熱され、熱交換水流出口１０から排出され、流出配管１５を介して混合弁５へ流されるように制御する。熱交換装置１は、水道水の加熱に使用する熱源として、ヒートポンプによる空気の熱、電気ヒータの熱、工場等の排熱を使用しても良い。
【００５０】
実施の形態１に係る熱交換装置１は、混合弁５を使用し、加熱され流出配管１５を介して流れ込む高温の水道水と水道水流入口１２から直流配管１９を介して直接的に流れ込む低温の水道水とを混合する。ユーザが給湯目標温度を設定した場合、熱交換装置１は、設定された給湯目標温度になるよう制御基板６に混合弁５等の各部を制御させる。熱交換装置１は、制御基板６の制御を介し、高温の水道水と低温の水道水との混合量を変化させて給湯温度の調整を行う。そのためユーザは、温度が調整された水道水をシャワー、給湯などに使用することができる。
【００５１】
実施の形態１に係る熱交換装置１について、上記の一例では、熱交換水流入口９および熱交換水流出口１０を用い、熱交換装置１の流路内を流れる水道水に蓄熱材２が熱を与えて加熱する状況について説明した。しかしながら熱交換装置１は、制御基板６を用い、熱交換装置１の流路内を流れる熱媒体から蓄熱材２が熱を受け取って蓄熱するように流体を切り替えることができる。そのため制御基板６は、熱交換に対し、流体として蓄熱材の温度よりも高い温度の高温流体と蓄熱材の温度よりも低い温度の低温流体とを切り替える切替部として機能する。
【００５２】
実施の形態１に係る熱交換装置１では、蓄熱材２として、給湯温度として一般的に使用される４０℃〜９０℃で固体と液体との相変化を繰り返す潜熱蓄熱材を蓄熱モジュール３内に設けてある。そのため、４０℃以下で相変化する水等の他の蓄熱材と比較し、水道圧を回避して耐久性を向上させるだけでなく、筺体１１の容積をさらに小型化することが可能となる。４０℃以下で相変化する水等の他の蓄熱材を使用した場合、蓄熱材が相変化する時の温度は一定であるため、蓄熱モジュール３出口部の温度が４０℃以下になってしまうからである。
【００５３】
実施の形態１に係る熱交換装置１では、蓄熱材２として、給湯温度として一般的に使用される４０℃〜９０℃で固体と液体との相変化を繰り返す潜熱蓄熱材を蓄熱モジュール３内に設けてある。そのため、１００℃以上で相変化する金属または糖類等の他の蓄熱材と比較し、水道圧を回避して耐久性を向上させるだけでなく、筺体１１の容積をさらに小型化することが可能となる。１００℃以上で相変化する金属または糖類等の他の蓄熱材を使用した場合、熱交換される水道水が１００℃で沸騰するため、余剰の熱量を与えることになるからである。
【００５４】
実施の形態１に係る熱交換装置１では、図３および４からも明らかなように、蓄熱熱交換器４の熱交換水流入口９と熱交換水流出口１０とを矩形蓄熱モジュール３の一平面に配置してある。また熱交換装置１では、このように一平面に熱交換水流入口９と熱交換水流出口１０とを配置した矩形蓄熱モジュール３が複数積層され、複数の熱交換水流入口９，９，・・・が同一直線状に並ぶよう配置してある。そのため、流入配管１４の取り回しを簡素化することができ、配管容積の低減が可能となる。また熱交換装置１では、複数の熱交換水流出口１０，１０，・・・が同一直線状に並ぶよう配置してある。そのため、流出配管１５の取り回しを簡素化することができ、配管容積の低減が可能となる。
【００５５】
従来の円筒状のタンクを用いた熱交換装置では、円筒状のタンクが水道圧に耐えられるように、熱交換装置に流入する水道水の水道圧を減圧する減圧弁を設けていた。当減圧弁を設けた従来の熱交換装置では、流入する水道水の圧力が低下するため、給湯時の流量が低下する虞があった。しかしながら実施の形態１に係る熱交換装置１は、円筒状のタンクに水を貯める構造に替えて蓄熱材２を有する蓄熱モジュール３を用いたため、流入する水道水の圧力するための減圧弁が不要となり、給湯時における所望の流量実現が容易となる効果を奏する。
【００５６】
実施の形態１に係る熱交換装置１は、目的場所に設置する際、各蓄熱モジュール３に分けて目的場所に運び、運んだ各蓄熱モジュール３を目的場所で積層することができる。また熱交換装置１は、積層した蓄熱モジュール３，３，・・・の積層体に目的場所で流入配管１４、流出配管１５、直流配管１９等を取り付け、組み立てて設置することができる。そのため、従来の円筒状のタンクを用いた熱交換装置と比較し、運搬性が向上し、組み立て効率が向上するという効果を奏する。
【００５７】
実施の形態１に係る熱交換装置１は、筺体１１内の一面側に流入配管１４、流出配管１５、直流配管１９が位置する。そのため、流入配管１４、流出配管１５、直流配管１９が筺体１１内でランダムに配置されたような熱交換装置と比較し、装置のメンテナンス性が向上するという効果を奏する。
【００５８】
実施の形態１に係る熱交換装置１では、水道水を加熱する一例について説明した。しかしながら、本発明は当一例に限定されるものではない。例えば、水道水とは異なる液媒体を熱交換装置１が加熱するように構成してもよい。
【００５９】
本発明は、以上のように説明し且つ記述した特定の詳細内容及び代表的な実施の形態に限定されるものではない。当業者によって容易に導き出すことができる更なる変更例及び効果も本発明に含まれる。したがって、添付の特許請求の範囲及びその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。
【符号の説明】
【００６０】
１  熱交換装置、２  蓄熱材、３  蓄熱モジュール、４  蓄熱熱交換器、５  混合弁、６  制御基板、７  流量調節弁、８  蓄熱材封入口、９  熱交換水流入口、１０熱交換水流出口、１１  筺体、１２  水道水流入口、１３  水道水流出口、１４  流入配管、１５  流出配管、１６  分岐ヘッダー管、１７  分岐ヘッダー管、１８  伝熱管、１９  直流配管
【要約】
設置柔軟性と耐久性との両立を考慮した熱交換装置およびそのような熱交換装置の製造方法を提供する。熱交換装置は、蓄熱材と流体との熱交換を行う熱交換装置であり、
蓄熱材を有する箱形状の第１蓄熱モジュールおよび第２蓄熱モジュールと、第１蓄熱モジュールおよび第２蓄熱モジュールを収容する筐体とを備える。第１蓄熱モジュールは、第２蓄熱モジュールと同方向に配置してある。【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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