(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱を生成する熱源装置、前記熱源装置が生成した熱を搬送する循環流体に圧力を加えるポンプ及び前記循環流体が搬送した熱を放熱する蓄熱熱交換器とを配管接続して構成する流体回路と、
前記蓄熱熱交換器、給湯に係る供給水が通過する給湯熱交換器、及び、高分子及び水を含み、前記蓄熱熱交換器からの熱を蓄熱し、前記給湯熱交換器を通過する前記供給水に放熱する蓄熱材を収容する蓄熱タンクと、
前記供給水が通過する流路となる給水配管と
を備え、
前記蓄熱材は、
前記高分子が、架橋構造を有するとともに、ヒドロキシ基、スルホン酸基、オキシスルホン酸基、リン酸基及びオキシリン酸基からなる群から選択される一種以上の官能基を分子末端に有し、吸熱ピーク温度が４５℃〜８０℃の範囲にあり、かつ、蓄熱密度が３００Ｊ／ｇ以上とされた感温性高分子ゲルである給湯暖房装置。
【請求項２】
熱を生成する熱源装置、前記熱源装置が生成した熱を搬送する循環流体に圧力を加えるポンプ及び前記循環流体が搬送した熱を放熱する蓄熱熱交換器とを配管接続して構成する流体回路と、
前記蓄熱熱交換器、給湯に係る供給水が通過する給湯熱交換器、及び、高分子及び水を含み、前記蓄熱熱交換器からの熱を蓄熱し、前記給湯熱交換器を通過する前記供給水に放熱する蓄熱材を収容する蓄熱タンクと、
前記供給水が通過する流路となる給水配管と
を備え、
前記高分子は、特定の温度に依存して親水性と疎水性とを示す感温性高分子であり、
前記蓄熱材は、下記一般式（１）
【化１】
0006765573.tif 000010
（式中、Ｒ１は、水素原子、メチル基、エチル基、ｎ−プロピル基又はイソプロピル基を表し、Ｒ２は、メチル基、エチル基、ｎ−プロピル基又はイソプロピル基を表し、Ｒ１及びＲ２は、同一であっても異なっていてもよく、Ｒ３は、水素原子又はメチル基を表し、Ｘは、共有結合手を表すか又はヒドロキシ基、スルホン酸基、オキシスルホン酸基、リン酸基及びオキシリン酸基からなる群から選択される一種以上の官能基を表し、＊は、共有結合手を表す）で表される構成単位と、
下記一般式（２）
【化２】
0006765573.tif 000011
（式中、＊は、共有結合手を表し、ｑは、１〜３の整数を表す）で表される構成単位とを含み、
前記一般式（１）で表される構成単位の共有結合手と前記一般式（２）で表される構成単位の共有結合手とが結合した架橋構造を有し、
前記一般式（１）で表される構成単位と、前記官能基であるＸと、前記一般式（２）で表される構成単位とのモル比が、９９：０．５：０．５〜７０：２３：７である感温性高分子ゲルからなる給湯暖房装置。
【請求項３】
熱を生成する熱源装置、前記熱源装置が生成した熱を搬送する循環流体に圧力を加えるポンプ及び前記循環流体が搬送した熱を放熱する蓄熱熱交換器とを配管接続して構成する流体回路と、
前記蓄熱熱交換器、給湯に係る供給水が通過する給湯熱交換器、及び、高分子及び水を含み、前記蓄熱熱交換器からの熱を蓄熱し、前記給湯熱交換器を通過する前記供給水に放熱する蓄熱材を収容する蓄熱タンクと、
前記供給水が通過する流路となる給水配管と
を備え、
前記高分子は、特定の温度に依存して親水性と疎水性とを示す感温性高分子であり、
前記蓄熱材は、下記一般式（１）
【化３】
0006765573.tif 000012
（式中、Ｒ１は、水素原子、メチル基、エチル基、ｎ−プロピル基又はイソプロピル基を表し、Ｒ２は、メチル基、エチル基、ｎ−プロピル基又はイソプロピル基を表し、Ｒ１及びＲ２は、同一であっても異なっていてもよく、Ｒ３は、水素原子又はメチル基を表し、Ｘは、共有結合手を表すか又はヒドロキシ基、スルホン酸基、オキシスルホン酸基、リン酸基及びオキシリン酸基からなる群から選択される一種以上の官能基を表し、＊は、共有結合手を表す）で表される構成単位と、
下記一般式（２）
【化４】
0006765573.tif 000013
（式中、＊は、共有結合手を表し、ｑは、１〜３の整数を表す）で表される構成単位と、
下記一般式（３）
【化５】
0006765573.tif 000014
若しくは下記一般式（４）
【化６】
0006765573.tif 000015
（式中、Ｒ４は、ヒドロキシ基、カルボキシル基、スルホン酸基又はリン酸基を表し、Ｒ５は、水素原子又はメチル基を表し、Ｘは、共有結合手を表すか又はヒドロキシ基、スルホン酸基、オキシスルホン酸基、リン酸基及びオキシリン酸基からなる群から選択される一種以上の官能基を表し、＊は、共有結合手を表し、ｐは、１〜３の整数を表す）で表される構成単位とを含み、
前記一般式（１）で表される構成単位の共有結合手と前記一般式（２）で表される構成単位の共有結合手と前記一般式（３）若しくは前記一般式（４）で表される構成単位の共有結合手とが結合した架橋構造を有し、
前記一般式（１）で表される構成単位と前記一般式（３）若しくは前記一般式（４）で表される構成単位とのモル比が、９５：５〜２０：８０であり、
前記一般式（１）で表される構成単位及び前記一般式（３）若しくは前記一般式（４）で表される構成単位の合計と、前記官能基であるＸと、前記一般式（２）で表される構成単位とのモル比が、９９：０．５：０．５〜７０：２３：７である感温性高分子ゲルからなる給湯暖房装置。
【請求項４】
前記蓄熱材は、吸熱ピーク温度が、４５℃以上８０℃以下の物質を材料とする請求項２または請求項３に記載の給湯暖房装置。
【請求項５】
前記熱源装置は、
冷媒を圧縮する圧縮機と、
前記循環流体と前記冷媒との熱交換により前記循環流体を加熱する加熱熱交換器と、
前記冷媒を減圧させる減圧装置と、
熱交換により、減圧された前記冷媒に吸熱させる吸熱熱交換器とを配管接続して前記冷媒を循環させるヒートポンプ回路を有するヒートポンプ装置である請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の給湯暖房装置。
【請求項６】
前記ヒートポンプ装置の前記圧縮機、前記加熱熱交換器、前記減圧装置及び前記吸熱熱交換器を有するヒートポンプユニットと、
前記ポンプ、前記蓄熱タンク及び給水配管を有する蓄熱ユニットとを、液体の前記循環流体が通過する配管で接続する請求項５に記載の給湯暖房装置。
【請求項７】
前記ヒートポンプ装置の前記圧縮機、前記減圧装置及び前記吸熱熱交換器を有するヒートポンプユニットと、
前記ヒートポンプ装置の前記加熱熱交換器、前記ポンプ、前記蓄熱タンク及び給水配管を有する蓄熱ユニットとを、前記冷媒が通過する配管で接続する請求項５に記載の給湯暖房装置。
【請求項８】
暖房を行う暖房端末装置に前記循環流体を通過させるか前記蓄熱熱交換器に前記循環流体を通過させるかを切り換える切換弁を前記流体回路に備える請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載の給湯暖房装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、給湯暖房装置に係るものである。特に、蓄熱タンクに蓄えられた熱を利用して水を加熱して、給湯を行う装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
熱源機で生成した熱で暖房を行うとともに、生成した熱を給湯に利用できる給湯暖房装置がある。給湯暖房装置は、給湯においては、熱源機で生成した熱を、あらかじめ蓄熱タンクに蓄えておく構成である。そして、給湯暖房装置は、蓄熱タンクに蓄えた熱で、給湯暖房装置に供給された水を加熱して給湯を行う（たとえば、特許文献１参照）。ここで、熱源機で生成した熱は、蓄熱タンク内の水又は不凍液などを加熱することで、蓄熱タンクに蓄えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−１７４４０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述したように、従来の給湯暖房装置は、熱源機で生成した熱を、蓄熱タンク内の水又は不凍液などに蓄熱する。蓄熱タンクの蓄熱量は、主として、蓄熱タンク内に充填される水又は不凍液などの充填量に依存し、充填量が多いほど蓄熱量も多くなる。このため、蓄熱タンクにおける蓄熱量を多くしようとすると、水又は不凍液などの充填量を増やす必要があった。したがって、蓄熱タンクの容量が大きくなって大型化し、給湯暖房装置が大型化するという課題があった。【０００５】
本発明は、上記のような課題を解決するため、蓄熱タンクの容積あたりの蓄熱量及び放熱量を増やすことができる給湯暖房装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る給湯暖房装置は、熱を生成する熱源装置、熱源装置が生成した熱を搬送する循環流体に圧力を加えるポンプ及び循環流体が搬送した熱を放熱する蓄熱熱交換器とを配管接続して構成する流体回路と、蓄熱熱交換器、給湯に係る供給水が通過する給湯熱交換器、及び、高分子及び水を含み、蓄熱熱交換器からの熱を蓄熱し、給湯熱交換器を通過する供給水に放熱する蓄熱材を収容する蓄熱タンクと、供給水が通過する流路となる給水配管とを備え、蓄熱材は、高分子が、架橋構造を有するとともに、ヒドロキシ基、スルホン酸基、オキシスルホン酸基、リン酸基及びオキシリン酸基からなる群から選択される一種以上の官能基を分子末端に有し、吸熱ピーク温度が４５℃〜８０℃の範囲にあり、かつ、蓄熱密度が３００Ｊ／ｇ以上とされた感温性高分子ゲルである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、蓄熱タンクは、高分子及び水を含む蓄熱材を収容する。蓄熱材３３は、高分子が膨潤又は収縮する際の、水の水素結合力の変化に相当する高い蓄熱量を有する。これにより、蓄熱タンク内に水だけで蓄熱した場合と比べて、小容量で、同等の熱量を蓄熱することができる。したがって、蓄熱タンクの容積あたりの蓄熱量及び放熱量を増やすことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施の形態１に係る給湯暖房装置の構成を示す模式図である。
【図２】実施の形態２に係る給湯暖房装置の構成を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る給湯暖房装置の構成を示す模式図である。図１において、給湯暖房装置１００は、ヒートポンプユニット２００と蓄熱ユニット３００とを有する。ヒートポンプユニット２００と蓄熱ユニット３００とは、現地で配管接続される。また、蓄熱ユニット３００は、現地で暖房端末装置４００、給湯端末装置５００及び給水源６００と配管接続される。
【００１０】
ヒートポンプユニット２００と蓄熱ユニット３００とを組み合わせた給湯暖房装置１００は、たとえば、機能的に、熱源部１０、暖房部２０、蓄熱部３０、給湯部４０の機器に分類される。
【００１１】
熱源部１０は、暖房及び給湯を行う際の熱を生成する熱源装置となる機器を有する。熱源となる機器としては、たとえば、電気ヒーター、ガスボイラー又はヒートポンプ装置などがある。ここでは、ヒートポンプ回路を有し、熱を生成するヒートポンプ装置について説明する。ヒートポンプユニット２００内に搭載されたヒートポンプ装置は、圧縮機１１、加熱熱交換器１２、減圧装置１３及び吸熱熱交換器１４を、冷媒配管を介して環状に接続し、冷媒が循環するヒートポンプ回路を構成する。冷媒には、二酸化炭素やプロパンガスなどの自然冷媒、又はＲ４１０ＡやＲ３２などのＨＦＣ系冷媒を用いることができる。
【００１２】
圧縮機１１は、低温及び低圧の冷媒を吸引して圧縮し、高温及び高圧の状態にして吐出する。加熱熱交換器１２は、冷媒が放熱する放熱器として機能する熱交換器である。実施の形態１の加熱熱交換器１２は、ヒートポンプユニット２００に設置されている。加熱熱交換器１２は、熱を搬送する熱媒体となる循環流体と冷媒とを熱交換させ、冷媒に放熱させて、循環流体を加熱する。加熱熱交換器１２の熱交換器の種類については特に限定するものではない。たとえば、プレート形状で、冷媒と循環流体とがそれぞれ異なる層流路を流れるプレート熱交換器であってもよい。また、冷媒と循環流体とがそれぞれ外管と内管とを流れる二重管構造の熱交換器であってもよい。ここで、循環流体は、たとえば、水又は不凍液などの液体の流体である。水は、不凍液に比べて安価なため、水を用いることが望ましい。
【００１３】
減圧装置１３は、高圧の冷媒を減圧させ、冷媒の圧力及び流量を調整する。減圧装置１３は、たとえば、電子膨張弁であってもよいし、キャピラリチューブであってもよい。吸熱熱交換器１４は、たとえば、フィンーチューブ型の熱交換器である。吸熱熱交換器１４は、減圧装置１３から流出した冷媒と外部の熱源とを熱交換させ、外部熱源に放熱させて、冷媒に吸熱させる。ここでは、吸熱熱交換器１４は、屋外の空気と冷媒とを熱交換させるものとする。ここで、図１では示していないが、吸熱熱交換器１４の近傍に、吸熱熱交換器１４に空気を送るファンを設置してもよい。
【００１４】
暖房部２０は、熱源部１０において生成された熱を供給する流体回路を構成する機器を有する。暖房部２０は、ポンプ２１及び切換弁２２を有する。暖房部２０は、熱源装置と、後述する蓄熱部３０及び暖房端末装置４００と配管接続され、循環流体が循環される流体回路を構成する。流体回路は、熱源部１０において生成された熱を供給するための回路である。ポンプ２１は、流体回路内の循環流体に圧力を加えて、循環流体を循環させ、蓄熱部３０又は暖房端末装置４００に熱源部１０において生成された熱を供給する。また、切換弁２２は、たとえば、三方弁である。切換弁２２は、加熱熱交換器１２から流出した循環流体について、暖房端末装置４００側を通過させるか蓄熱部３０側を通過させるかを切り換える弁である。暖房端末装置４００は、流体回路を流れる循環流体により搬送された熱に基づいて空調対象空間の暖房を行う装置である。特に限定するものではないが、ここでは、暖房端末装置４００は、放熱を行って暖房する暖房ラジエーターであるものとする。暖房端末装置４００は、他にも床暖房装置などであってもよい。
【００１５】
蓄熱部３０は、熱源部１０において生成され、循環流体により搬送された熱を蓄える。蓄熱部３０は、蓄熱タンク３１、蓄熱熱交換器３２、及び蓄熱材３３を有する。蓄熱タンク３１は、たとえば、材料はＳＵＳ（ステンレス鋼材）で、略直方体形状の容器である。蓄熱タンク３１は、蓄熱熱交換器３２と蓄熱材３３とを内部に含む。蓄熱熱交換器３２は、前述した循環流体と蓄熱材３３とを熱交換させて、循環流体に放熱させて、蓄熱材３３を加熱する。蓄熱熱交換器３２は、たとえば、１本のチューブと複数枚のフィンで構成されるフィンーチューブ式の熱交換器である。蓄熱熱交換器３２のチューブは、流体回路の一部となり、管内を循環流体が通過する。蓄熱熱交換器３２のチューブは、ＳＵＳ又は銅などの金属を材料とする。蓄熱熱交換器３２のフィンは、循環流体の熱が蓄熱材３３に伝わるように、伝熱面積を広げる。蓄熱熱交換器３２のフィンは、たとえば、ＳＵＳ又はアルミニウムなどの金属を材料とし、板状に加工したプレートである。蓄熱材３３は、蓄熱熱交換器３２との熱交換により、循環流体からの熱を蓄熱する。また、後述するように、給湯端末装置５００から供給する水（以下、供給水という）を加熱する。蓄熱材３３は、少なくとも高分子と水とを含み、たとえば、感温性高分子ゲルである。高分子は、特定の温度に依存して親水性と疎水性とを示す感温性高分子である。特定の温度とは、水に対する下限臨界溶液温度（Ｌｏｗｅｒ  Ｃｒｉｔｉｃａｌ  Ｓｏｌｕｔｉｏｎ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ：ＬＣＳＴ）であり、高分子は、ＬＣＳＴより低温側では親水性を示し、ＬＣＳＴより高温側では疎水性を示し、ＬＣＳＴを境にして、親水性と疎水性とが可逆的に変化する。
【００１６】
蓄熱材３３における高分子の具体例としては、Ｎ−エチル（メタ）アクリルアミド、Ｎ−ｎ−プロピル（メタ）アクリルアミド、Ｎ−イソプロピル（メタ）アクリルアミド、Ｎ−シクロプロピル（メタ）アクリルアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチル（メタ）アクリルアミド、Ｎ−エチル−Ｎ−メチル（メタ）アクリルアミド、Ｎ−メチル−Ｎ−ｎ−プロピル（メタ）アクリルアミド、Ｎ−イソプロピル−Ｎ−メチル（メタ）アクリルアミド、Ｎ，Ｎ−ジエチル（メタ）アクリルアミド、Ｎ−エトキシエチル（メタ）アクリルアミド、Ｎ−エチル−Ｎ−メトキシエチル（メタ）アクリルアミド、Ｎ−メトキシプロピル（メタ）アクリルアミド、Ｎ−エトキシプロピル（メタ）アクリルアミド、Ｎ−イソプロポキシプロピル（メタ）アクリルアミド、Ｎ−メトキシエトキシプロピル（メタ）アクリルアミド、Ｎ−１−メチル−２−メトキシエチル（メタ）アクリルアミド、Ｎ−１−メトキシメチルプロピル（メタ）アクリルアミド、Ｎ−（２，２−ジメトキシエチル）−Ｎ−メチル（メタ）アクリルアミド、Ｎ，Ｎ−ジメトキシエチル（メタ）アクリルアミドなどの重合性モノマーを、架橋剤で架橋した高密度架橋物である。
【００１７】
蓄熱材３３における水は、純水が好ましいが、高分子を劣化させるおそれのある成分が含まれていない水であれば純水でなくてもよい。水は、高分子の高密度架橋物に結合した結合水と、結合水を除く自由水とに分けられる。高分子は、ＬＣＳＴより低温で親水性の膨潤構造であるため、水の結合水が安定な高配列構造を形成し、水素結合力を高める。一方、高分子は、ＬＣＳＴより高温で疎水性の収縮構造であるため、水の結合水が不安定な低配列構造を形成し、水素結合力を弱める。これにより、蓄熱材３３は、ＬＣＳＴの前後において結合水の水素結合力を向上又は低下させることができる。このように、蓄熱材３３は、ＬＣＳＴの前後において結合水の水素結合力を変化させることで、水素結合力の変化に相当する高い蓄熱量を有する。すなわち、蓄熱材３３は、水に比べて、充填量あたりの蓄熱量が大きく、蓄熱タンク３１内に充填される蓄熱材３３の充填量を削減することができる。したがって、蓄熱タンク３１の容積あたりの蓄熱量及び放熱量を増やすことができる。そして、同じ蓄熱量であれば、水だけに蓄熱する場合よりも蓄熱タンク３１を小型化することができる。蓄熱材の高分子には、特に、高分子末端にヒドロキシ基、スルホン酸基、オキシスルホン酸基、リン酸基及びオキシリン酸基からなる群から選択される一種以上の官能基を有する感温性高分子が望ましい。これらの材料の組成、架橋構造を調整することによって、吸熱ピーク温度が３０℃〜９０℃の範囲にあり、かつ、蓄熱密度が３００Ｊ／ｇ以上の感温性高分子ゲルが実現できることを見出した。給湯暖房用途には吸熱ピーク温度が４５℃以上８０℃以下の範囲のものを使用すると好適である。
【００１８】
給湯部４０は、蓄熱部３０が蓄えた熱を利用して給湯端末装置５００に給湯する機器を有する。給湯部４０は、給湯熱交換器４１及び給水配管４２を有する。給水配管４２は、給湯端末装置５００において、利用される水の流路となる配管である。ここでは、たとえば、上水道などの給水源６００と給湯端末装置５００とを接続し、供給水となる水道水を供給する。給水配管４２には、給湯熱交換器４１が設置される。給湯熱交換器４１は、蓄熱タンク３１内に設置され、給水配管４２を通過する水道水と蓄熱材３３との熱交換により、水道水を加熱する。給湯熱交換器４１は、たとえば、蓄熱熱交換器３２と同様に、１本のチューブと複数枚のフィンとで構成されるフィンーチューブ式の熱交換器である。給湯熱交換器４１で加熱された水は、給湯端末装置５００側に送られる。給湯端末装置５００は、たとえば、シャワー、洗面又はキッチンなど、温水が用いられる装置である。ここでは、給湯端末装置５００の開栓により、給水源６００から供給された水道水が給水配管４２を流れるようにするが、給湯用のポンプなどを設置して水道水が流れるようにしてもよい。
【００１９】
ここで、蓄熱部３０の蓄熱に係る動作について説明する。給湯暖房装置１００における蓄熱材３３への蓄熱動作は、たとえば、深夜などの電気料金が安価な時間帯、暖房端末装置４００が停止している時間及び蓄熱タンク３１内の蓄熱量が減少したときなどに実行する。熱源部１０のヒートポンプ装置は、蓄熱材３３を加熱する熱を生成する。暖房部２０のポンプ２１が、流体回路内の循環流体を循環させる。ヒートポンプ装置が生成した熱は、流体回路内の循環流体を加熱することで、蓄熱部３０に搬送される。本実施の形態では、高分子のＬＣＳＴは、約６０℃であるものとする。
【００２０】
蓄熱熱交換器３２に循環流体が流れると、蓄熱熱交換器３２において、循環流体の熱が蓄熱材３３に伝えられ、蓄熱材３３の温度が上昇する。蓄熱材３３に含まれる水の温度が上昇すると、水は密度が減少して、体積が増加する。ここで、蓄熱タンク３１内部において蓄熱材３３の上方には、空気層（図示せず）が形成されており、水が膨張した体積分だけ、空気層の空気が圧縮される。このため、蓄熱タンク３１の体積を略一定に保つことができる。ここで、蓄熱タンク３１に圧力調整機構を設け、水が膨張した際に蓄熱タンク３１内の圧力が圧力調整機構によって調整されるように構成してもよい。
【００２１】
蓄熱材３３に含まれる高分子は、温度が上昇してＬＣＳＴを超えると収縮する。これを、収縮工程と呼称する。収縮工程において、水の結合水は低配列化して水素結合力が低下する。これにより、蓄熱材３３は、水素結合力の低下分に相当する水素結合エネルギーを吸熱し、蓄熱する。ここで、収縮工程において、蓄熱タンク３１内の水は液体状態である。蓄熱熱交換器３２を通過した循環流体は、温度が低下して蓄熱タンク３１から流出する。
【００２２】
蓄熱にかかる動作では、循環流体が流体回路内を循環することで、熱源部１０において生成された熱で蓄熱材３３を加熱し、蓄熱材３３の温度が、ＬＣＳＴよりもたとえば１０℃高い７０℃まで上昇すると、蓄熱は終了する。
【００２３】
次に、蓄熱部３０の放熱に係る動作について説明する。たとえば、給湯端末装置５００が開栓などされると、たとえば、給水源６００から供給された１０℃の水道水が給水配管４２内を流れる。給湯熱交換器４１に水道水が流れると、給湯熱交換器４１において、蓄熱材３３の熱が水道水に伝えられ、蓄熱材３３の温度が低下する。蓄熱材３３に含まれる水の温度が低下すると、水は密度が増加して体積が減少する。ここで、水の体積が最も減少した場合にも、給湯熱交換器４１の全体が蓄熱材３３と接触できるように、蓄熱タンク３１の容積、給湯熱交換器４１の容積、フィンの面積及び蓄熱材３３の充填量が設計されている。
【００２４】
蓄熱材３３に含まれる高分子は、水道水に放熱して、温度が低下してＬＣＳＴを下回ると、膨潤する。これを、膨潤工程と呼称する。膨潤工程において、水の結合水は、高配列化して水素結合力が上昇する。蓄熱材３３は、水素結合力の上昇分に相当する水素結合エネルギーを放熱する。蓄熱終了時の蓄熱材３３の温度は約７０℃であったため、水道水は加熱され、水道水の温度は６０℃〜７０℃に上昇する。水道水の温度が６０℃以上に上昇すると、水道水中に含まれる雑菌などの影響の排除に好ましい。ここで、膨潤工程において、蓄熱タンク３１内の水は液体状態である。以上のようにして、給湯熱交換器４１を通過した水道水は、温度が上昇して蓄熱タンク３１から流出し、給湯端末装置５００に送られる。
【００２５】
以上のように、実施の形態１の給湯暖房装置１００によれば、蓄熱部３０の蓄熱タンク３１は、蓄熱熱交換器３２、給湯熱交換器４１及び蓄熱材３３を収容する。蓄熱材３３は、少なくとも高分子と水とを含み、高分子は、特定の温度に依存して親水性と疎水性とを示す感温性高分子である。そして、蓄熱材３３は、高分子が膨潤又は収縮する際の、水の水素結合力の変化に相当する高い蓄熱量を有する。これにより、蓄熱タンク３１内に水だけで蓄熱した場合と比べて、小容量で、同等の熱量を蓄熱することができる。このため、蓄熱タンク３１の容積あたりの蓄熱量及び放熱量を増やすことができる。したがって、給湯暖房装置１００において大きな容積を占める蓄熱タンク３１を小型化することができる。そして、給湯暖房装置１００全体を小型化することができる。
【００２６】
また、実施の形態１の給湯暖房装置１００は、蓄熱材３３に蓄熱させる熱を生成する熱源部１０の加熱熱交換器１２が、ヒートポンプユニット２００内に配設されている。このため、蓄熱ユニット３００を小型化することができる。そして、実施の形態１の給湯暖房装置１００は、加熱熱交換器１２が、ヒートポンプユニット２００内にあるため、ヒートポンプユニット２００と蓄熱ユニット３００とが、液体である循環流体が循環する配管で接続される。ヒートポンプユニット２００がヒートポンプ回路を有することで、冷媒が蓄熱ユニット３００に流れないため、充填する冷媒量を削減することができる。そして、冷媒の量が減ることで環境をよくすることができる。
【００２７】
実施の形態２．
図２は、実施の形態２に係る給湯暖房装置の構成を示す模式図である。図２における実施の形態２の給湯暖房装置１００は、実施の形態１の給湯暖房装置１００と比較して、循環流体を加熱する加熱熱交換器１２が、ヒートポンプユニット２００内ではなく蓄熱ユニット３００内に配設されている点が異なる。したがって、ヒートポンプユニット２００と蓄熱ユニット３００とは、循環流体が通過する配管ではなく、冷媒が通過する配管で接続されている。
【００２８】
加熱熱交換器１２が、蓄熱ユニット３００内に配設されているため、ヒートポンプユニット２００を小型化することができる。また、ヒートポンプユニット２００と蓄熱ユニット３００とは、冷媒が循環する配管で接続されている。冷媒は、凝固点が低いため、冬期の大気温度においても凍結する恐れがない。したがって、冷媒配管が凍結により破損する恐れがない。
【００２９】
実施の形態３．
次に、実施の形態３に係る給湯暖房装置１００について説明する。実施の形態３に係る給湯暖房装置１００の機器構成については、実施の形態１及び実施の形態２で説明した構成と同じである。実施の形態３の給湯暖房装置１００では、次に示す蓄熱材３３を用いる。
【００３０】
実施の形態３の給湯暖房装置１００に用いる蓄熱材３３は、下記一般式（１）
【００３１】
【化７】
0006765573.tif 000002
【００３２】
（式中、Ｒ１は、水素原子、メチル基、エチル基、ｎ−プロピル基又はイソプロピル基を表し、Ｒ２は、メチル基、エチル基、ｎ−プロピル基又はイソプロピル基を表し、Ｒ１及びＲ２は、同一であっても異なっていてもよく、Ｒ３は、水素原子又はメチル基を表し、Ｘは、共有結合手を表すか又はヒドロキシ基、スルホン酸基、オキシスルホン酸基、リン酸基及びオキシリン酸基からなる群から選択される一種以上の官能基を表し、＊は、共有結合手を表す）で表される構成単位と、下記一般式（２）
【００３３】
【化８】
0006765573.tif 000003
【００３４】
（式中、＊は、共有結合手を表し、ｑは、１〜３の整数を表す）で表される構成単位とを含み、且つ上記一般式（１）で表される構成単位の共有結合手と上記一般式（２）で表される構成単位の共有結合手とが結合した架橋構造を有する感温性高分子ゲルからなるものである。
【００３５】
本実施の形態の蓄熱材３３において、上記一般式（１）で表される構成単位と、上記官能基であるＸと、上記一般式（２）で表される構成単位とのモル比は、９９：０．５：０．５〜７０：２３：７の範囲であり、好ましくは９８：１：１〜７７：１８：５の範囲である。上記一般式（１）で表される構成単位の割合が多過ぎる場合（上記一般式（１）で表される構成単位と、上記官能基であるＸと、上記一般式（２）で表される構成単位との合計を１００モル％としたときに、上記一般式（１）で表される構成単位の割合が９９モル％を超える場合）、蓄熱密度が小さくなる。ここで、蓄熱密度とは、質量あたりの蓄熱量である。ある熱量を蓄熱する場合、蓄熱密度が大きいほど、給湯暖房装置１００の蓄熱タンク３１へ充填する充填量を減らすことができ、蓄熱タンク３１を小型化することができる。一方、上記一般式（１）で表される構成単位の割合が少な過ぎる場合（上記一般式（１）で表される構成単位と、上記官能基であるＸと、上記一般式（２）で表される構成単位との合計を１００モル％としたときに、上記一般式（１）で表される構成単位の割合が７０モル％未満である場合）、ＬＣＳＴを示さなくなる。なお、本明細書において、上記一般式（１）で表される構成単位と、上記官能基であるＸと、上記一般式（２）で表される構成単位とのモル比は、原料の仕込み量から計算した理論値である。
【００３６】
本実施の形態の蓄熱材３３は、上記一般式（１）で表される構成単位と、上記官能基であるＸと、上記一般式（２）で表される構成単位とを、上記モル比の範囲で含んでいればよく、上記一般式（１）で表される構成単位の繰り返し数並びにそれぞれの構成単位が結合する順番は特に限定されない。上記一般式（１）で表される構成単位の繰り返し数は、通常、５〜５００の範囲の整数である。
【００３７】
本実施の形態の蓄熱材３３において、ＬＣＳＴは、主に、上記一般式（１）中のＲ１及びＲ２の種類に応じて、５〜８０℃の広い範囲に設定することができる。上記一般式（１）中のＲ１は、温度応答性をより高めるという観点から、水素原子又はメチル基であることが好ましい。上記一般式（１）中のＲ２は、温度応答性をより高めるという観点から、エチル基、メチル基又はイソプロピル基であることが好ましい。また、上記一般式（１）中のＲ３は、感温性高分子の製造が容易になるという観点から、水素原子であることが好ましい。上記一般式（１）中のＸは、上記したモル比の範囲を満たすように、ヒドロキシ基、スルホン酸基、オキシスルホン酸基、リン酸基及びオキシリン酸基からなる群から選択される官能基である。これらの官能基の中でも、ラジカル重合性をより高めるという観点から、オキシスルホン酸基であることが好ましい。上記一般式（２）中のｑは、蓄熱密度をより高めるという観点から、１であることが好ましい。上記一般式（１）及（２）における共有結合手は、同じ構成単位同士を結合させたり、異種の構成単位を結合させるだけでなく、一部が分岐構造を形成していてもよい。分岐構造としては、特に限定されることはない。
【００３８】
以上のように、実施の形態３の給湯暖房装置１００によれば、蓄熱タンク３１が収容する蓄熱材３３は、蓄熱密度が大きい感温性高分子を含む。このため、蓄熱タンク３１の容積あたりの蓄熱量及び放熱量を増やすことができる。そして、蓄熱タンク３１を小型化することができ、給湯暖房装置１００全体を小型化することができる。
【００３９】
実施の形態４．
次に、実施の形態４に係る給湯暖房装置１００について説明する。実施の形態３に係る給湯暖房装置１００の機器構成については、実施の形態１及び実施の形態２で説明した構成と同じである。実施の形態４の給湯暖房装置１００では、次に示す蓄熱材３３を用いる。
【００４０】
実施の形態４の給湯暖房装置１００に用いる蓄熱材３３は、下記一般式（１）
【００４１】
【化９】
0006765573.tif 000004
【００４２】
（式中、Ｒ１は、水素原子、メチル基、エチル基、ｎ−プロピル基又はイソプロピル基を表し、Ｒ２は、メチル基、エチル基、ｎ−プロピル基又はイソプロピル基を表し、Ｒ１及びＲ２は、同一であっても異なっていてもよく、Ｒ３は、水素原子又はメチル基を表し、Ｘは、共有結合手を表すか又はヒドロキシ基、スルホン酸基、オキシスルホン酸基、リン酸基及びオキシリン酸基からなる群から選択される一種以上の官能基を表し、＊は、共有結合手を表す）で表される構成単位と、下記一般式（２）
【００４３】
【化１０】
0006765573.tif 000005
【００４４】
（式中、＊は、共有結合手を表し、ｑは、１〜３の整数を表す）で表される構成単位と、下記一般式（３）
【００４５】
【化１１】
0006765573.tif 000006
【００４６】
若しくは下記一般式（４）
【００４７】
【化１２】
0006765573.tif 000007
【００４８】
（式中、Ｒ４は、ヒドロキシ基、カルボキシル基、スルホン酸基又はリン酸基を表し、Ｒ５は、水素原子又はメチル基を表し、Ｘは、共有結合手を表すか又はヒドロキシ基、スルホン酸基、オキシスルホン酸基、リン酸基及びオキシリン酸基からなる群から選択される一種以上の官能基を表し、＊は、共有結合手を表し、ｐは、１〜３の整数を表す）で表される構成単位とを含み、且つ上記一般式（１）で表される構成単位の共有結合手と上記一般式（２）で表される構成単位の共有結合手と上記一般式（３）若しくは上記一般式（４）で表される構成単位の共有結合手とが結合した架橋構造を有する感温性高分子ゲルからなるものである。
【００４９】
実施の形態４の蓄熱材３３において、上記一般式（１）で表される構成単位と上記一般式（３）若しくは上記一般式（４）で表される構成単位とのモル比の範囲は、９５：５〜２０：８０であり、好ましくは８５：１５〜２５：７５の範囲である。上記一般式（１）で表される構成単位の割合が多過ぎる場合（上記一般式（１）で表される構成単位と上記一般式（３）若しくは上記一般式（４）で表される構成単位との合計を１００モル％としたときに、上記一般式（１）で表される構成単位の割合が９５モル％を超える場合）、蓄熱密度が小さくなる。一方、上記一般式（１）で表される構成単位の割合が少な過ぎる場合（上記一般式（１）で表される構成単位と上記一般式（３）若しくは上記一般式（４）で表される構成単位との合計を１００モル％としたときに、上記一般式（１）で表される構成単位の割合が２０モル％未満である場合）、ＬＣＳＴを示さなくなる。
【００５０】
実施の形態４の蓄熱材３３において、上記一般式（１）で表される構成単位及び上記一般式（３）若しくは上記一般式（４）で表される構成単位の合計と、上記官能基であるＸと、上記一般式（２）で表される構成単位とのモル比の範囲は、９９：０．５：０．５〜７０：２３：７であり、好ましくは９８：１：１〜７７：１８：５の範囲である。上記一般式（１）で表される構成単位及び上記一般式（３）若しくは上記一般式（４）で表される構成単位の割合が多過ぎる場合（上記一般式（１）で表される構成単位及び上記一般式（３）若しくは上記一般式（４）で表される構成単位の合計と、上記官能基であるＸと、上記一般式（２）で表される構成単位との合計を１００モル％としたときに、上記一般式（１）で表される構成単位及び上記一般式（３）若しくは上記一般式（４）で表される構成単位の合計割合が９９モル％を超える場合）、蓄熱密度が小さくなる。一方、上記一般式（１）で表される構成単位及び上記一般式（３）若しくは上記一般式（４）で表される構成単位の割合が少な過ぎる場合（上記一般式（１）で表される構成単位及び上記一般式（３）若しくは上記一般式（４）で表される構成単位の合計と、上記官能基であるＸと、上記一般式（２）で表される構成単位との合計を１００モル％としたときに、上記一般式（１）で表される構成単位及び上記一般式（３）若しくは上記一般式（４）で表される構成単位の合計割合が７０モル％未満である場合）、ＬＣＳＴを示さなくなる。なお、本明細書において、上記一般式（１）で表される構成単位及び上記一般式（３）若しくは上記一般式（４）で表される構成単位の合計と、上記官能基であるＸと、上記一般式（２）で表される構成単位とのモル比は、原料の仕込み量から計算した理論値である。
【００５１】
実施の形態４の蓄熱材３３は、上記一般式（１）で表される構成単位と、上記一般式（３）若しくは上記一般式（４）で表される構成単位と、上記官能基であるＸと、上記一般式（２）で表される構成単位とを、上記モル比の範囲で含んでいればよく、上記一般式（１）で表される構成単位及び上記一般式（３）若しくは上記一般式（４）で表される構成単位の繰り返し数並びにそれぞれの構成単位が結合する順番は特に限定されない。上記一般式（１）で表される構成単位及び上記一般式（３）若しくは上記一般式（４）で表される構成単位の繰り返し数は、通常、５〜５００の範囲の整数である。
【００５２】
実施の形態４の蓄熱材３３において、ＬＣＳＴは、主に、上記一般式（１）で表される構成単位と上記一般式（３）若しくは上記一般式（４）で表される構成単位とのモル比並びに上記一般式（１）中のＲ１及びＲ２の種類上記一般式（３）若しくは上記一般式（４）中のＲ４及びＲ５の種類に応じて、５〜８０℃の広い範囲に設定することができる。上記一般式（１）中のＲ１は、温度応答性をより高めるという観点から、水素原子又はメチル基であることが好ましい。上記一般式（１）中のＲ２は、温度応答性をより高めるという観点から、エチル基、メチル基又はイソプロピル基であることが好ましい。また、上記一般式（１）中のＲ３及び上記一般式（３）若しくは上記一般式（４）中のＲ５は、感温性高分子の製造が容易になるという観点から、水素原子であることが好ましい。上記一般式（１）、（３）及び（４）中のＸは、上記したモル比の範囲を満たすように、ヒドロキシ基、スルホン酸基、オキシスルホン酸基、リン酸基及びオキシリン酸基からなる群から選択される官能基である。これらの官能基の中でも、ラジカル重合性をより高めるという観点から、オキシスルホン酸基であることが好ましい。上記一般式（３）及び（４）中のＲ４は、蓄熱密度をより高めるという観点から、ヒドロキシ基又はスルホン酸基であることが好ましい。上記一般式（３）及び（４）中のｐは、蓄熱密度をより高めるという観点から、１又は２であることが好ましい。上記一般式（２）中のｑは、蓄熱密度をより高めるという観点から、１であることが好ましい。
上記一般式（１）〜（４）における共有結合手は、同じ構成単位同士を結合させたり、異種の構成単位を結合させるだけでなく、一部が分岐構造を形成していてもよい。分岐構造としては、特に限定されることはない。
【００５３】
以上のように、実施の形態４の給湯暖房装置１００によれば、蓄熱タンク３１が収容する蓄熱材３３は、蓄熱密度が大きい感温性高分子を含む。このため、蓄熱タンク３１の容積あたりの蓄熱量及び放熱量を増やすことができる。そして、蓄熱タンク３１を小型化することができ、給湯暖房装置１００全体を小型化することができる。
【００５４】
実施の形態５．
上述した実施の形態１及び実施の形態２では、暖房を行うための暖房部２０を有し、暖房端末装置４００を接続することができる給湯暖房装置１００として説明したが、これに限定するものではない。暖房端末装置４００が接続されていないまたは暖房部２０を有していない給湯装置として、給湯暖房装置を適用することができる。
【実施例】
【００５５】
次に、実施の形態１〜実施の形態５において説明した蓄熱材３３について、実施例１〜実施例３を示して具体的に説明する。ただし、蓄熱材３３は、本実施例に限定されるものではない。【００５６】
〔実施例１〜３及び比較例１〜５〕
表１に示す配合の原料水溶液を、窒素雰囲気下、室温から５０℃まで１時間かけて昇温させ、感温性高分子を得た。また、得られた感温性高分子を乾燥した後、蒸留水で平衡膨潤させて、感温性高分子ゲルを得た。その後、感温性高分子ゲルをアルミニウム製の密閉容器に封入し、示差走査熱量計で吸熱ピーク温度と蓄熱密度とを測定した。測定結果を表２に示す。【００５７】
ここで、表１における略号は以下の通りである。
ＮＩＰＡＭ：Ｎ−イソプロピルアクリルアミド
ＨＭＡ：アクリル酸２−ヒドロキシエチル
ＭＢＡ：Ｎ，Ｎ’−メチレンビスアクリルアミド
ＫＰＳ：過硫酸カリウウム
ＴＥＭＥＤ：Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラメチルエチレンジアミン【００５８】
【表１】
0006765573.tif 000008
【００５９】
【表２】
0006765573.tif 000009
【００６０】
表２の結果から分かるように、実施例１〜実施例３で得られた感温性高分子ゲルは、吸熱ピーク温度が４５℃〜７７℃と低い上に、蓄熱密度が５１２Ｊ／ｇ〜８４４Ｊ／ｇと大きかった。したがって、実施例１〜実施例３で得られた感温性高分子ゲルは、約４５℃〜８０℃の低い蓄熱動作温度で、５１２Ｊ／ｇ〜８４４Ｊ／ｇの高い蓄熱密度を発現することができる物質である。そして、実施例１〜実施例３で得られた感温性高分子ゲルを用いた上記構成の給湯暖房装置１００の蓄熱タンク３１は、水だけで蓄熱した場合と比べて、その蓄熱密度に応じて、約１０％〜９０％程度の小型化が可能となった。【００６１】
また、蓄熱動作温度の発現する感温性高分子ゲルの親水性と疎水性の可逆的変化において、水温が４５℃〜７７℃であり、液体状態であった。これに対し、比較例１〜比較例５で得られた感温性高分子ゲルは、パラフィン、脂肪酸、糖アルコールなどの従来の蓄熱材と同様に、吸熱ピーク温度が３２℃〜６８℃と低いものの、蓄熱密度が３１Ｊ／ｇ〜４２Ｊ／ｇと著しく小さかった。【００６２】
実施例１〜実施例３の感温性高分子ゲルのように、吸熱ピーク温度が４５℃以上８０℃以下となる物質である感温性高分子ゲルを蓄熱材３３として用いると、給湯端末装置５００に送られる水道水の温度は４０℃〜７０℃に上昇する。一般的に、シャワーなどに利用する場合の給湯温度は、４０℃程度が望ましいため、吸熱ピーク温度が４５℃〜８０℃の感温性高分子ゲルを含む蓄熱材３３は、給湯暖房装置１００に都合がよい。【００６３】
特に、実施例２および実施例３の感温性高分子ゲルのように、吸熱ピーク温度が６０℃以上８０℃以下となる物質である感温性高分子ゲルを蓄熱材３３として用いると、給湯端末装置５００に送られる水道水の温度は６０℃〜７０℃に上昇する。水道水の温度が６０℃以上に上昇すると、水道水中に含まれる雑菌などの影響の排除に好ましいため、吸熱ピーク温度が６０℃以上８０℃以下の感温性高分子ゲルを含む蓄熱材３３は、給湯暖房装置１００にさらに都合がよい。
【符号の説明】
【００６４】
１０  熱源部、１１  圧縮機、１２  加熱熱交換器、１３  減圧装置、１４  吸熱熱交換器、２０  暖房部、２１  ポンプ、２２  切換弁、３０  蓄熱部、３１  蓄熱タンク、３２  蓄熱熱交換器、３３  蓄熱材、４０  給湯部、４１  給湯熱交換器、４２  給水配管、１００  給湯暖房装置、２００  ヒートポンプユニット、３００  蓄熱ユニット、４００  暖房端末装置、５００  給湯端末装置、６００  給水源。
【要約】
給湯暖房装置は、熱を生成する熱源装置、熱源装置が生成した熱を搬送する循環流体に圧力を加えるポンプ及び循環流体が搬送した熱を放熱する蓄熱熱交換器とを配管接続して構成する流体回路と、蓄熱熱交換器、給湯に係る供給水が通過する給湯熱交換器、及び、高分子及び水を含み、蓄熱熱交換器からの熱を蓄熱し、給湯熱交換器を通過する供給水に放熱する蓄熱材を収容する蓄熱タンクと、供給水が通過する流路となる給水配管とを備えるものである。【図１】
0006765573.tif 000016
【図２】
0006765573.tif 000017