(57)【要約】【課題】  体積当りの蓄熱密度を向上させるためには、蓄熱材の充填率を高めるとともに、蓄熱材との伝熱を行う熱媒体の流路のクリアランスを固液相変化時にも確保する必要がある。【解決手段】  熱媒体入口５、出口６を設けた蓄熱容器と、ラミネート入り蓄熱材１と、金網２とを備え、蓄熱容器の仕切り板７の上に、金網２、ラミネート入り蓄熱材１の順に積層し、蓄熱容器内の熱媒体流路８を形成する。この構成によって、相変化時にもクリアランスが確保され、伝熱特性の良好な蓄熱装置が実現される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱媒体の入口、出口を設けた蓄熱容器と、ラミネート入り蓄熱材と、金網とを備え、前記金網、前記ラミネート入り蓄熱材の順に積層し、前記蓄熱容器と前記ラミネート入り蓄熱材との間に熱媒体流路を形成した蓄熱装置。
【請求項２】
前記金網を前記熱媒体流路内の熱媒体の流れに対して平行な方向に前記ラミネート入り蓄熱材の周囲に巻いた請求項１に記載の蓄熱装置。
【請求項３】
前記金網を前記ラミネート入り蓄熱材の下面に対して接着し、前記ラミネート入り蓄熱材の上面側に前記金網の端部がくるように巻き、前記金網の端部を開放した請求項１または２に記載の蓄熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蓄熱材を用いた蓄熱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の蓄熱材として、物質の顕熱を利用するもの、潜熱を利用するもの、化学反応を利用するもの等がある。このうち、より実用的である潜熱を利用する蓄熱材を、暖房、給湯機器に利用する検討が行われている。このような潜熱を利用する蓄熱材として、水和塩等の無機蓄熱材、パラフィン等の有機蓄熱材や糖類等があるが、省スペース化を目的とする場合には、安価で体積当りの蓄熱密度が大きい無機蓄熱材が有望である。このうち、給湯機器用の蓄熱材としては、融点が５８℃である酢酸ナトリウム・３水和物がよく検討されている。
【０００３】
このような蓄熱材は、例えば、（１）有機高分子の中空ボールやカプセル中に充填したり、（２）特許文献１に開示されているように、アルミニウム層と、布層と融着層を含むラミネ−トフイルムによつて作つた容器等の軟らかく、固液相変化時の体積変化を吸収できるものに充填したりして用いられる。このうち、（１）の有機高分子の中空ボールやカプセルを用いるものは、容器の隔壁の熱伝導率が低く、また容器の破損を防止するため、空気を併せて充填する必要があるため、伝熱特性が悪いため、（２）のラミネ−トフイルムによつて作つた容器等を用いるものが有望である。例えば特許文献２には、軟らかい軟質性チューブの周囲に熱媒体を循環させる装置が記載されている。
【特許文献１】特開昭６１−６４２５０号公報
【特許文献２】特開平７−８３４６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、体積当りの蓄熱密度を向上させるためには、蓄熱材の充填率を高めるとともに、蓄熱材との伝熱を行う熱媒体流路のクリアランスを固液相変化時にも確保する必要があるものの、特許文献２においては、軟質性チューブに充填した蓄熱材同士を接触させて自立させているため、熱媒体流路のクリアランスを確保できていないという課題があった。
【０００５】
本発明は、上述の課題を解決する蓄熱装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した課題を解決するため、第１の本発明は、熱媒体の入口、出口を設けた蓄熱容器と、蓄熱容器内の空間を仕切る仕切り板と、ラミネート入り蓄熱材と、金網とを備え、仕切り板の上側に、金網、ラミネート入り蓄熱材の順に積層し、仕切り板とラミネート入り蓄熱材との間に熱媒体流路を形成している。
【０００７】
また、第２の本発明は、金網を前記ラミネート入り蓄熱材の周囲に巻いて一体化するとともに、蓄熱容器を構成する部材の一部を着脱可能とし、部材の一部を外して、ラミネート入り蓄熱材を充填している。
【０００８】
また、第３の本発明は、金網を熱媒体流路内の熱媒体の流れに対して平行な方向にラミネート入り蓄熱材の周囲に巻いている。
【０００９】
さらに、第４の本発明は、金網をラミネート入り蓄熱材の下面に対して接着し、ラミネ
ート入り蓄熱材の上面側に金網の端部がくるように巻き、金網の端部を開放している。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、体積当りの蓄熱密度が高く、固液相変化時にも熱媒体流路のクリアランスを確保して伝熱特性の良好で、蓄熱材の充填が容易にできる蓄熱装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。ただし、従来から広く採用されている公知の手段については、詳細な説明を省略する。
（実施の形態１）
図１は、本実施の形態１にかかる蓄熱装置の正面から見た断面図、図２は、蓄熱装置の側面から見た断面図である。
【００１２】
ラミネート入り蓄熱材１は、ポリエチレン、アルミ、ナイロンを積層した厚み約１００μｍのラミネート容器に、燐酸３ナトリウム・１２水和物等の過冷却防止剤とポリアクリル酸Ｎａ等の合成高分子等の増粘剤を添加した酢酸ナトリウム・３水和物を充填したものである。
【００１３】
このラミネート入り蓄熱材１の周囲に熱媒体（ここでは、水を使用）の流動方向に対して平行に金網２を巻きつけており、このラミネート入り蓄熱材１の下面と金網２を接着する構成としている。なお、金網２は、ラミネート入り蓄熱材１の固液相変化時の容積変化を吸収するため、ラミネート入り蓄熱材１の上面側で端部を開放状態にしている。このように、熱媒体の流動方向に沿って金網２を巻きつけることにより、蓄熱装置の側面方向から見たときのラミネート入り蓄熱材１の中心部が垂れ下がりにくい。また、ラミネート入り蓄熱材１の上面側で金網２の端部を開放状態とすることにより、ラミネート入り蓄熱材１の固液相変化時においても金網２が塑性変形することはない。
【００１４】
また、第１の蓄熱容器部材３と第２の蓄熱容器部材４とは、着脱可能となっており、ラミネート入り蓄熱材１を第１の蓄熱容器部材３に側面から蓄熱材フランジ１０を蓄熱材挿入溝１１に沿わせるように挿入した後、第２の蓄熱部材容器４で側面に蓋、シールをするというプロセスで充填を行うものである。
【００１５】
次に、蓄熱装置の動作について説明する。放熱運転時には、熱媒体入口５から約１０℃（冬季）の市水を供給して、ラミネート入り蓄熱材１から受熱し、熱媒体出口６から４０℃以上のお湯として取出す。このとき、ラミネート入り蓄熱材１は、液体から固体の相変化し、収縮する。一方、蓄熱運転時には、ヒートポンプ等の加熱源で加熱された約８０℃のお湯を熱媒体出口６から供給して、ラミネート入り蓄熱材１に伝熱し、熱媒体入口５から市水に近い温度で取出す。このとき、ラミネート入り蓄熱材１は、固体から液体の相変化し、膨張する。ラミネート入り蓄熱材１中の蓄熱材は、液体状態では粘度が１００〜３００ｃｐｓまで低下するため、蓄熱材と水との比重差により、軟らかいラミネート容器が変形し、ラミネート入り蓄熱材１と仕切り板７との間に形成される熱媒体流路８を閉塞してしまう可能性がある。
【００１６】
そこで、熱媒体流路８を閉塞を抑制できる金網２の目開きと素線径について説明する。
【００１７】
図３は、金網２の目開きに対して、ラミネート入り蓄熱材１のラミネートの垂れ量をシミュレーションした結果を示したものである。ここで、ラミネート入り蓄熱材１の厚みは１０ｍｍである。また、蓄熱材１として酢酸ナトリウム・３水和物（比重１．３ｋｇ／Ｌ）、ラミネート材としてアルミニウムにナイロン、ポリエチレンを積層した構成、金網２
としてステンレス鋼線を前提条件としている。図３から分かるように、金網２の目開きを大きくするにつれて、ラミネートの垂れ量の増加は大きくなる。
【００１８】
一方、金網２の素線径と、熱媒体流路８の幅の関係は次のように考えればよい。図４に示すように、ラミネートは金網２の上に載っており、金網２の素線径をＬとすると、ラミネートと仕切り板７との距離、すなわち熱媒体流路の幅は２Ｌと考えればよい。
【００１９】
熱媒体流路８が閉塞しないようにするためには、ラミネートが仕切り板７に接触しないようにすればよい。したがって、ラミネートの垂れ幅は、熱媒体流路の幅、すなわち金網２の素線径の２倍よりも小さくなるようにすべきである。
【００２０】
以上のような考察を踏まえて、金網２の目開きと素線径の関係について、適切な範囲を考察する。たとえば、目開き径が１４ｍｍであったとすると、図３から、ラミネート垂れ幅は約４ｍｍである。そうすると、この場合に、熱媒体流路を閉塞しないためには、４ｍｍ／２＝２ｍｍだから、約２ｍｍ以上の素線径の素線を使う必要がある。このような検討から、図３より、金網２の目開きに対して許容される最小の素線径を求めると、図５の実線のようになる。以上のような考察からは、図５の実線より上の部分の素線径が許容される。すなわち、図５の縦軸は、許容素線径、言い換えると、熱媒体流路８を閉塞させないために必要な素線径である。
【００２１】
また、図６は、図５のグラフに重ねて、金網２の加工可能な目開きと素線径の関係を示したものである。斜線の範囲が加工可能な範囲と図５に示した熱媒体流路８を閉塞させないために必要な素線径の両者を満足する目開き−素線径の範囲を示している。このエリアは、図６に示す４点、目開き径（ｍｍ）と、素線径（ｍｍ）の座標として、（１．８，０．４）、（１．３,１．２）、（１５，２．４）、（１３，１．６）を順に概略直線で結んだ四角形の内部のエリアである。なお、金網２の加工可能な目開きと素線径は、金網メーカーのデータに基づいている。図６から、熱媒体流路８が閉塞せず、かつ金網２が加工可能であるためには、少なくとも金網２の目開きが１５ｍｍ以下である必要があることがわかる。
【００２２】
また、熱媒体流路幅８は、狭くするほど蓄熱密度比を大きくすることができる。熱媒体流路８の幅を変化させた場合の蓄熱密度比の変化を、従来の水を用いた蓄熱密度を１とした相対値で、図７に示す。ここで、温度は１０〜８０℃の範囲である。図７に示すように、熱媒体流路８の幅を小さくしていくと、蓄熱密度は向上する。図７から分かるように、水に対する蓄熱密度比１．５倍以上を実現しようとすると、熱媒体流路８は約２ｍｍ以下にしなければならない。すなわち、金網２の素線径は１ｍｍ以下が好ましい。図６の金網２の加工可能な範囲を加味すると、このとき目開きは、８ｍｍ以下である。
【００２３】
しかし、熱媒体流路８が狭すぎると、スケールが付着し、流路が閉塞するという問題がある。具体的には、熱媒体流路８の幅として、少なくとも１ｍｍ以上は必要である。したがって、金網２の素線径は０．５ｍｍ以上が好ましい。図６の金網２の加工可能な範囲を加味すると、このとき目開きは、３ｍｍ以上である。
【００２４】
以上のことから、金網２としては、素線径０．５〜１ｍｍ、目開き３〜８ｍｍが好ましい。
【００２５】
なお、本発明では、蓄熱材として酢酸ナトリウム・３水和物を用いているが、これに限定されるものではない。このような課題は、熱媒体より比重の大きい蓄熱材を用いた場合には、全て当てはまるため、熱媒体に水を用いた場合、無機水和塩や糖類には適用できる。ただし、蓄熱材の種類により、比重が変わるため、最適な金網２の目開きや素線径は、
異なってくる。
【００２６】
また、金網２として平織の金網を用いているが、これに限定されるものではない。ただし、熱媒体流路８のクリアランスを確保するため、少なくとも織りみの金網を用いる必要がある。なお、素線を波状にクリンプ加工したものを用いると強度が向上するため、好ましい。また、素線の突き出ている部分を溶接して、引っかかりが無いように加工することが、ラミネートを突き破らないようにするという点で好ましい。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
本発明にかかる蓄熱装置およびこれを用いた蓄熱装置は家庭用の給湯機用途に展開できるが、必ずしもこれに限定されるものではなく、家庭用の暖房用途や産業用の排熱の貯蔵等にも展開することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施の形態１における蓄熱装置の正面から見た断面構成図
【図２】本発明の実施の形態１における蓄熱装置の側面から見た断面構成図
【図３】本発明の実施の形態１における金網２の目開きに対して、ラミネート入り蓄熱材１のラミネートの垂れ量を示した図
【図４】本発明の実施の形態１における金網２、ラミネート、仕切り板７の位置関係を示した図
【図５】本発明の実施の形態１における金網２の目開きに対して許容される素線径を示した図
【図６】本発明の実施の形態１における金網２の加工可能な目開きと素線径の関係を示した図
【図７】本発明の実施の形態１における熱媒体流路８の幅に対する本蓄熱装置の従来技術（水蓄熱）に対する蓄熱密度比を示した図
【符号の説明】
【００２９】
１  ラミネート入り蓄熱材
２  金網
３  第１の蓄熱容器部材
４  第２の蓄熱容器部材
５  熱媒体入口
６  熱媒体出口
７  仕切り板
８  熱媒体流路
９  連通孔
１０  蓄熱材フランジ
１１  蓄熱材挿入溝
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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