(57)【要約】      （修正有）【課題】タンクや装置の小型化、蓄熱容量の調整が容易、単位蓄熱量の増大を目的として潜熱蓄熱組成物並びに熱交換型蓄熱装置を提供する。【解決手段】潜熱蓄熱組成物ははエントロピー生成が５７℃時の所要熱量８３Ｋｃａｌ／ｌ範囲で吸収／放熱を繰り返す酢酸ナトリウム水和物系の組成物である。熱交換型蓄熱装置は、蓄熱容器４内にアルミ製伝熱翼（フィン）３を有する通水管２と前記潜熱蓄熱組成物を密封したもので、安価な夜間電力を利用してヒートポンプでくみ上げた熱を通水管を通して蓄熱しておき、暖房、空調、給湯に利用する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱源及び負荷部等に外接する通水管と蓄熱材の充填用に開閉自在な開口部を有して、密閉される容器内に良好な伝達金属翼の複数が通水管に担持された支持体と該支持体に融点で相変化により吸放熱する系に電解質水和塩の調整混合物が担持した状態で充填された熱交換機能を具備した潜熱蓄熱装置に関する。
【請求項２】
相変化する調整混合化合物の１００重量％に対してＣＨ３ＣＯＯＮａ結晶とＨ２Ｏの混合重量比６０対４０のの範囲にある系が混合比７０重量％以上、パリゴルスカイトの構造式が（Ｍｇ，ＡＬ）２ＳｉＯ１０（ＯＨ）・４Ｈ２Ｏ又は水和マグネシウムシリケートの構造式が２ＭｇＯ・３ＳｉＯ２・ｎＨ２Ｏを主成分とした系が多孔質繊維状セラミックスで各々の粒度が０．１μから１００メッシュの範囲から選ばれるを単独又は複合して、０．０１〜２０重量％、コハク酸、ＨＯＯＣ（ＣＨ２）２ＣＯＯＨ又はＬｉＦから選ばれるを０．０１〜１０重量％、ベンゾトリアゾールＣ２Ｈ３Ｎ３１．０〜１０％の範囲で構成される調整混合物を充填になる請求項１に関する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、系固有の融点で相変化で出入りする潜熱の単位熱量が６０ｃａｌ／ｇと融点５８．５℃を有する潜熱蓄熱組成物を用いた暖房及び給湯用の熱交換型蓄熱装置である。安価な夜間電力を利用してヒートポンプで大気熱エネルギーを該蓄熱装置に貯めて、必要時の住宅やビルの暖房や給湯に熱の供給を行う、高効率な熱交換機能を具備する蓄熱装置を得る。
【背景技術】
【０００２】  蓄熱の手段に大規模貯湯槽を除き、従来から一般的に金属製やＦＲＰなど合成樹脂製が用いられている。大気熱を吸収した冷媒を超高圧で圧縮して、発生する熱で、高温水を作るヒートポンプが提案されて、電力の３倍以上の熱効率（ＣＯＰ）で給湯や暖房に実用化している。この方法は選択される自然媒体の使用により従来に比べて、９０℃付近の高温水を製造する能力があり、温水４５℃の貯湯に比べて、約４０％貯湯能力を向上させている。しかしながら高温貯湯の課題として、温度差の大きい冬季、特に外気温が０℃時の貯湯槽は自然放熱による温度ロスは毎時約０．５℃低下する事が知られている。貯湯槽の特性が完全押出し方式であれば、一日の熱損失は内外温度差、貯湯槽の表面積と外気温度にさらされる接触面積の影響を受けて、残存湯量に比例して熱損失も増大していた。周囲温度＝供給水温＝１０℃の条件下で、熱損失は理論上の必要量熱量Ｋｃａｌに対し熱損失率は実に３８．８％に達する事が知られている。しかしながら、需要傾向は多機能化で湯量の需要増大で大型化が進み、設置場所の選定を困難にしている。一方、蓄熱機能を保有しないヒートポンプは、単独では性能上、立ち上がりの温度追従にタイムラグが生じるなど利便性に不都合な課題も抱えていた。
【発明の開示】
【発明が解決しょうとする課題】
【０００３】  本発明の蓄熱装置に採用の潜熱蓄熱材は物質固有の融点が変化する事なく、液化した状態から温度が融点より下がると、エントロピーの生成状態が終了するまで、潜熱を放熱して質量に応じたエネルギーの放出と吸収を行う。また融解時は蓄熱物質（１）が完全に液化するまで、熱を吸収する性状の可逆性を保有する。該蓄熱装置に使用する電解水和組成物（１）の系は水の容量に比べて比重で１．４２倍、周囲温度＝供給水温＝１０℃の条件時、内外温度差１０℃時の単位熱量は水の約３倍でありコンパクトで熱量が大きい利点があり、装置小型化することで放熱負荷を削減できる。該、熱交換方式の特徴に使用の水質が他の物質による汚染の影響を排除する。すなわち送水管内（２）は常に外部より高圧が維持される状態で汚染浸透を防止できる。従って衛生及び生理上の安全性が確保できる。また該装置は内部に装着するチューブ翼支持構造体（３）に蓄熱材（１）が担持されるので、熱媒体（２）との接触面積が増大して熱交換速度が高まり、単位熱流量も著しく向上して、ヒートポンプの利便性や熱供給能力も更に向上する。また小型化で表面積による熱損失を減少できる。従来型の貯湯タンク体積に比べて約４５％軽減、省スペース、省エネルギーに寄与する。
【０００４】  本発明の装置内に具備する潜熱放熱物質（１）の酢酸ナトリウム水和物の元原融点は５８．５℃である。圧縮型ヒートポンプで加熱能力７０〜８５℃の機能を有する機器の温度帯に適合性を保有して、暖房や給湯用の蓄熱装置に有用。
【０００５】  潜熱蓄熱材（１）の水和物は水との密度比で１．４２倍以上、△Ｔ１０℃の所要熱量及び放熱量で１．６倍から５．０倍と大きく、蓄熱にかかる装置の小型化を可能とした。該蓄熱物質は物質固有の融点で吸熱して融解、放熱しながら凝固の熱反応を顕すもので、吸熱と放熱は可逆的な状態変化が終了するまで、大きい蓄熱量と一定温度を持続する性状を有している。本発明は単独又は相和した混合物を主材に、独自に調理調合した系の水和物を適用して運用した。該放熱体の酢酸ナトリウム水和塩の性状の理論値は融点５８．５℃、潜熱量６０カロリー／グラムである。しかしながら、一般的に電解質水和物（１）には程度の差はあるが、固体の熱伝導度は０．３５ｍ．ｋと良好ではなかった。
【０００６】  手段として通水管（２）に担持する熱伝導翼（３）の単位当たりの使用数量を可変することで、蓄熱材（１）と熱媒（２）の熱伝導表面積の接触単位を拡大したり減少できる手段を用いて解決している。すなわち、系の熱交換時の表面抵抗を減少させる方法を用いて、エントロピーの生成を大幅に短縮し、集熱成果を上げる事ができる。また蓄熱組成物に耐熱及び防錆処置と構造体にイオン化腐食防止を採用して、熱履歴機能、機器の安定保全を確保し、省スペース蓄熱装置の特徴を有する。
【特許文献１】特許第２８９０１９７号
【特許文献２】特許第２５６６４４５号
【特許文献３】特開平１０−２３７４３３
【研究文献４】
日本建築学会学術研究資料
【課題を解決するための手段】
【０００７】  本発明の熱交換容器に選択される部位の通水管及び該管（２）に担持する熱伝導の素材が良好な金属翼（３）及びこれを内蔵する容器等にＣｕ、ＡＬ、ＳＵＳ、Ｆｅより選択して用いることができる。
【０００８】  採用の主材が酢酸ナトリウム水和物系（１）であり、潜熱蓄熱組成物（１）は固有の融点以上で液化し、それ以下では凝固の可逆的エントロピーを生成する。熱源及び負荷から送られるエネルギーは通水管を介して担持する熱伝導翼から蓄熱材に熱伝達される。すなわち、通水温度（２）が蓄熱組成物固有の融点より高ければ、蓄熱組成物（１）は熱を吸収しながら液化して、蓄熱状態を保ち、系の融点温度より低くくなれば、原子の組み替えにより物質の融点の熱量を放熱して、凝固（固化）と共に放熱は完了する。エントロピーの生成過程で出入りする潜熱を暖房や給湯に利用する。放熱後は再加熱により繰り返し使用できる。
【０００９】  すなわち、熱の出入りは該系の蓄熱材（１）と通水管（２）に担持した熱伝達翼（３）を介して、蓄熱材（１）と熱媒（２）間で可逆的に蓄熱及び放熱の熱交換が行われる。所要する熱伝達翼（３）の使用数を可変する手段、すなわち熱媒体（２）及び蓄熱材（１）との単位接触面積を増大すれば、熱交換の速度が高まり、熱流量負荷に対応した給湯、暖房、空気調和へ効果的に対応する。
【発明の効果】
【００１０】  本発明は熱源から熱媒体（流水）が通水管（２）を通じて蓄熱容器内に導入し、該通水管に銅やアルミなどの熱伝導が良好な金属翼（３）を複数担持した支持体（以下「チューブ翼支持体）と呼ぶ）と該支持体（３）に潜熱蓄熱物（１）が担持される事でより蓄熱材（１）と熱媒（２）の接触面積が増加して蓄熱／放熱の熱交換の効率が更に向上する。安価な夜間電力を利用してヒートポンプでくみ上げた熱媒を流通する通水管に担持した金属翼（３）を介して、内在する潜熱蓄熱部（１）に貯めて負荷使用時にヘッダー（６）で効率よく集量して供給される。カプセル蓄熱交換方式に比べて、単位あたりの蓄熱容量を約３０％以上増量となり、省スペース化を促進した。例えば内外温度差△Ｔ２０℃の設定において、容積１００ｌの蓄熱材の潜熱量と水の比熱量の比較に措ける高温水８５℃の熱量は６，５００Ｋｃａｌ／Ｋｌに対して、該、該系の５８℃時の潜熱量は８，５２０Ｋｃａｌ／Ｋｌであり、保有熱量差は約２，０００Ｋｃａｌ／Ｋｌに達する。また省スペースによる熱損失の削減と省エネを達成した。本発明は、小単位（ユニット）の組み合わせ方式により、メンテナンス及び設置施工性を容易にする外、所要熱量の増減、分割設置を簡単に行えるなど、コンパクト化と大容量の特徴を有する。温水の供給／蓄熱の熱交換性能はチューブ翼支持体（３）に蓄熱材が担持されて、接触面積を保持しているので、熱媒体（２）給湯分水、集水ヘッダー（６）に設置の温度センサーによる制御でポンプや電磁調整弁を制御して効率的な温度管理と給配水量の供給を行う手段で解決している。更に複数のユニットを採用すれば機能を倍増できる。設置において床下や屋根裏など、これまで未利用スペース場所の活用と対応を可能としている。多彩な断熱手法を可能とする構造特性を生かして、結露防止や寒冷地の熱損失を減少させて、ヒートポンプ蓄熱装置としての寒冷地向け特徴を有するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】  該装置内（４）に通水管（２）の流れ方向に従って、直角に担持した複数の熱伝達翼支持体（３）に該蓄熱材（１）が密着する状態で充填し、接触面積を保持して装着される。接触面積に比例して該蓄熱材（１）と熱媒体（２）の熱伝導効果が更に向上する。すなわち翼数（３）の増減調整で所要流量の確保や効率的な給湯及び暖房の負荷を補う。
【実施例１】
【００１２】本発明の実施例である。
本発明に採用するＡ〜Ｂの内、選ばれる酢酸ナトリウム系を適性に調整した組成物の実施例である。比熱０．３５［Ｋｃａｌ／Ｋｇ／℃］密度平均１．４２で放熱量に換算するに表１に蓄熱材重量を示す。該チューブ翼式熱交換蓄熱容器に充填密封試料とした。電気ヒーターで７５℃に昇温した温水の流速を電磁ポンプで一定流量に設定して、吸熱及び放熱の性状について加熱器の入口温度と出口温度をデーターロガーで測定した計測値を表１に示す。熱量の所要はＤＳＣ計測方法とほぼ、一致した値で結果から実施例に採用の該系（１）の熱量は元相理論数値に近いものであった。尚、酢酸ナトリウム３水塩の融点調整になる組成物試料（１）を作成して、繰り返しの実施例では実用を想定して熱履歴の試験を行い、性能の効果について詳細は計測表２に示す。
△Ｔ＝２０℃環境温度に措いて実施した該系になる潜熱蓄熱体の計測結果は系の原型理論値とほぼ近い値を示した。表１に標記するＡ記号は、試料１チューブ翼支持体と酢酸ナトリウム３水塩組成物、Ｂ記号は、試料２カプセル構造体と酢酸ナトリウム３水塩実施に措いての試料。Ｓ、水道水のみ（比較用）
【表１】
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【実施例２】  熱交換を有する蓄熱装置として、鉄製容器（４）６，０００ｍｌの体積内にアルミ製熱伝導翼（寸法幅１５０／高５０／厚０．５ｍｍ×ｎ）を通水管の流れ方向に対して、直角に５ｍｍ間隔で担持しているを支持体（３）を装着したを表１より選ばれる。該、系固有の融点を有する酢酸ナトリウム水和物を調整して成る潜熱放熱組成物（１）を定量５ｌ（７Ｋｇ）を充填した。同じく系固有の融点を有する酢酸ナトリウム水和物を調整して成る潜熱放熱組成物（１）をプラスチック製カプセル容器に単位２５０ｇ総計重量２，２５０ｇを水量２．７５０ｍｌを満たしたした容器に装着して、体積を６，０００ｍｌとした。実施例の潜熱蓄熱材については表１に示す。以上Ａ，Ｂ，Ｓの各装置に電気式加熱器を設置して、水温を７５℃に昇温水を電動ポンプで各試料に循環し、Ａ、Ｂの熱交換機能について計測では熱伝導度に表２に示す差異を生じた。加熱装置の温水出口と取水口、該装置の入水、出口及び本体に温度センサーを接続して温度データーロガーにより計測した。水量の流量計を取水口に設置し、集水ヘッダーの出口水量／秒を計測した。放熱／吸熱の機能に係る系の熱量、融点、及び装置内部温度の項目Ａ，Ｂ，Ｓの平均数値を表２に示す。
【表２】
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【発明の効果】
【００１３】  熱源及び負荷に拘わる金属製通水管（２）に熱伝導が良好な金属翼（３）の必要数を担持した支持体と該支持体に潜熱蓄熱組成物（１）が接触した状態で担持した内設構成により、熱媒（２）や融解潜熱（１）からのエネルギーを効率よく供給する。採用の蓄熱材酢酸ナトリウム系（１）は所要熱量６０ｃａｌ／ｇを一定温度５６℃を一定時間放熱を維持する熱供給機能を有する。夜間電力を利用して熱源機で大気熱を該蓄熱容器に貯める運用方法として、潜熱割合の大きい熱交換型蓄熱装置。蓄熱量と熱交換供給機能で装置の小型化で省スペースに寄与する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】の図面は熱を取り入れたり、放熱する熱交換蓄熱単体の斜図である。熱源機より導かれる熱流水を通水する金属製通水管（２）に担持したアルミ熱伝導翼（３）の複数を配置した支持体に潜熱蓄熱組成物（１）が担持した状態で充足してなる熱交換機能を具足してなる蓄熱装置の構成斜図である。
【図２】は通水管（２）と放熱翼（３）の配置を示す熱交換蓄熱装置の平面図である。
【図３】は集熱／分水ヘッダー（６）に接続した熱交換蓄熱単体を重積した構成を示すユニット断面図。
【符号の説明】
【００１５】図１〜図３に係る符号
１〜潜熱蓄熱組成物／潜熱放熱
２〜通水導入用流通パイプ及び熱媒体
３〜アルミ製等伝熱翼／担持した支持体
４〜蓄熱容器部
５〜ユニット断熱材
６〜集熱／分水ヘッダー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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