(57)【要約】【課題】、居住者の異常を簡素な構成で誤作動なく検知可能な蓄熱制御システムを提供する。【解決手段】制御部４０は、ウォータージャケット５６Ａ，５６Ｂ，５６Ｃに貯湯タンク９０の温水を循環させて蓄熱材６０を加熱する。制御部４０は、蓄熱材６０内の酢酸ナトリウム三水和物が温水で加熱されて融解した後、蓄熱材６０の温度が常温以下になった場合の所望のタイミングで、蓄熱材６０に物理的なショックを付与することにより、蓄熱材６０の発熱を開始させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱融解後、凝固点以下に温度が低下した場合に過冷却状態となって液状を保持すると共に該過冷却状態で物理的なショックが付与されると凝固及び発熱を開始する蓄熱剤が充填された蓄熱手段と、
前記蓄熱手段を加熱する加熱手段と、
前記過冷却状態の蓄熱剤に物理的なショックを与え、前記蓄熱剤の凝固及び発熱を開始させる開始手段と、
前記加熱手段による前記蓄熱手段の加熱を制御すると共に、所望のタイミングで前記開始手段を作動させて前記蓄熱剤の凝固及び発熱を開始させる制御手段と、
を備えた蓄熱制御システム。
【請求項２】
前記蓄熱手段は、建物の床及び壁の内部に複数設けられ、
前記加熱手段は、前記制御手段の制御に基づいて前記複数設けられた蓄熱手段の周囲に温水を供給することにより該蓄熱手段を加熱する請求項１に記載の蓄熱制御システム。
【請求項３】
床内部に設けられた第１蓄熱手段を加熱する第１加熱手段と、壁内部に設けられた第２蓄熱手段を加熱する第２加熱手段と、を別々に備え、
前記制御手段は、前記第１加熱手段と前記第２加熱手段とを各々独立して制御する請求項２に記載の蓄熱制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、給湯器の余剰熱を蓄熱する蓄熱制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽熱温水器又は電気給湯器等の給湯器が生成する温水を利用して蓄熱剤を暖め、暖めた蓄熱剤の熱を建物の暖房に利用する場合がある。例えば特許文献１には、コンクリートスラブ躯体に蓄熱空気通路を配置すると共に、当該蓄熱空気通路内又は躯体に常温レベルで相変化する蓄熱剤を配置した空調システムが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−１０８３９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載の空調システムは、蓄熱剤が相変化する際の潜熱を暖房に利用しているものの、当該蓄熱剤が相変化するタイミングを制御できず、意に反して蓄熱剤の相変化が開始される等で、所望の時間に蓄熱剤の潜熱を利用できないという問題点があった。
【０００５】
本発明は、上記事実を考慮して成されたもので、蓄熱剤の潜熱を所望のタイミングで利用できる蓄熱制御システム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】
【０００６】
上記課題を解決するための請求項１の発明は、加熱融解後、凝固点以下に温度が低下した場合に過冷却状態となって液状を保持すると共に該過冷却状態で物理的なショックが付与されると凝固及び発熱を開始する蓄熱剤が充填された蓄熱手段と、前記蓄熱手段を加熱する加熱手段と、前記過冷却状態の蓄熱剤に物理的なショックを与え、前記蓄熱剤の凝固及び発熱を開始させる開始手段と、前記加熱手段による前記蓄熱手段の加熱を制御すると共に、所望のタイミングで前記開始手段を作動させて前記蓄熱剤の凝固及び発熱を開始させる制御手段と、を備えている。
【０００７】
請求項１に記載の発明によれば、制御手段によって、所望のタイミングで蓄熱手段の発熱を開始させることができる。
【０００８】
請求項２の発明は、請求項１に記載の発明において、前記蓄熱手段は、建物の床及び壁の内部に複数設けられ、前記加熱手段は、前記制御手段の制御に基づいて前記複数設けられた蓄熱手段の周囲に温水を供給することにより該蓄熱手段を加熱する。
【０００９】
請求項２に記載の発明によれば、蓄熱手段を建物の床及び壁の内部に設けることにより、室内において床暖房及び壁面からの暖房を利用することができる。また、太陽熱温水器等によって生成した温水によって蓄熱手段を加熱することができる。
【００１０】
請求項３の発明は、請求項２に記載の発明において、床内部に設けられた第１蓄熱手段を加熱する第１加熱手段と、壁内部に設けられた第２蓄熱手段を加熱する第２加熱手段と、を別々に備え、前記制御手段は、前記第１加熱手段と前記第２加熱手段とを各々独立して制御する。
【００１１】
請求項３に記載の発明によれば、床内部に設けられた蓄熱手段又は壁内部に設けられた蓄熱手段のどちらか一方の加熱手段に温水を供給して加熱することができる。
【発明の効果】
【００１２】
以上説明したように、請求項１に記載の発明は、制御手段によって、所望のタイミングで蓄熱手段の発熱を開始させることにより、蓄熱剤の潜熱を所望のタイミングで利用できる。
【００１３】
請求項２に記載の発明によれば、床暖房及び壁面からの暖房のために、蓄熱剤の潜熱を所望のタイミングで利用できる。
【００１４】
請求項３に記載の発明によれば、所望する暖房効果に応じて、床内部に設けられた蓄熱手段又は壁内部に設けられた蓄熱手段のどちらか一方を加熱することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施の形態に係る蓄熱制御システムを備えた建物の一例を示す概略図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る蓄熱制御システムを備えた建物の床の断面図の一例である。
【図３】（Ａ）は一般の物質を加熱して溶解させた場合の時系列での温度変化、（Ｂ）は加熱によって液化した一般の物質を冷却した場合の時系列での温度変化を各々示した概略図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る蓄熱制御システムにおける制御部の概略構成を示すブロック図である。
【図５】本発明の実施の形態に係る蓄熱制御システムの処理の一例を示したフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照して本実施の形態の一例を詳細に説明する。図１は、本実施の形態に係る蓄熱制御システム１０を備えた建物１００の一例を示す概略図である。図１に示したように、本実施の形態に係る蓄熱制御システム１０を備えた建物１００は、壁の内部に蓄熱材６０とウォータージャケット５６Ａ，５６Ｃとを備え、床の内部に蓄熱材６０とウォータージャケット５６Ｂとを備えている。ウォータージャケット５６Ａ，５６Ｃは壁内の蓄熱材６０を、ウォータージャケット５６Ｂは床内の蓄熱材６０を、各々暖めるための温水が流れる流路であり、銅合金、ステンレス鋼等の熱伝導率が良好かつ耐食性を備えた金属で構成されている。ウォータージャケット５６Ａ，５６Ｂ，５６Ｃは、耐食性が担保されるのであれば、アルミニウムを含む軽合金で構成してもよい。
【００１７】
ウォータージャケット５６Ａ，５６Ｂ，５６Ｃの外壁側にはグラスウール等で構成された断熱材７０が設けられ、ウォータージャケット５６Ａ，５６Ｂ，５６Ｃ及び蓄熱材６０の熱が建物１００の外に放散することを抑止している。
【００１８】
ウォータージャケット５６Ａ，５６Ｂ，５６Ｃを流れる温水は太陽熱温水器８０によって生成される。太陽熱温水器８０は、液状の熱媒体を太陽熱で暖める集熱器８２と、熱媒体を集熱器８２に圧送する熱媒体ポンプ８４と、太陽熱で加熱された熱媒体で貯湯タンク９０の水を暖める熱交換器８６と、を含む。熱媒体には種々の液体が適用できるが、一例として、水にエチレングリコール、防錆剤等を混入したいわゆる不凍液が用いられる。また、貯湯タンク９０内の温水の温度は図示しないセンサによって検知される。
【００１９】
貯湯タンク９０内の温水は、電磁弁９２Ａを開き、温水ポンプ９４Ａを作動させることによりウォータージャケット５６Ａに、電磁弁９２Ｂを開き、温水ポンプ９４Ｂを作動させることによりウォータージャケット５６Ｂに、電磁弁９２Ｃを開き、温水ポンプ９４ＣＢを作動させることによりウォータージャケット５６Ｃに、各々供給される。
【００２０】
電磁弁９２Ａ，９２Ｂ，９２Ｃ、温水ポンプ９４Ａ，９４Ｂ，９４Ｃ及び蓄熱材６０は制御部４０によって各々制御される。また、制御部４０は、ＨＥＭＳ（Home Energy Management System）３０からの操作によって制御の態様等の変更が可能である。
【００２１】
例えば、気温が低い等により、顕著な暖房効果を得る必要がある場合には、電磁弁９２Ａ，９２Ｂ，９２Ｃ、温水ポンプ９４Ａ，９４Ｂ，９４Ｃを各々作動させて、床内部及び壁内部に設けられた蓄熱材６０をすべて加熱する。気温がそれほど低くない等により、顕著な暖房効果を要しない場合には、例えば床内部に設けられた蓄熱材６０のみを加熱するように電磁弁９２Ｂ及び温水ポンプ９４Ｂを作動させる。
【００２２】
このように、求める暖房効果に応じて加熱する蓄熱材６０を選択的に制御することにより、省エネルギーを図ることができる。
【００２３】
図２は、本実施の形態に係る蓄熱制御システム１０を備えた建物１００の床の断面図の一例である。図２に示した建物１００の床は、床板５０、床下と建物１００とを仕切る石膏ボード等の仕切り板５２、断熱材７０、蓄熱材６０及びウォータージャケット５６Ｂを備えている。
【００２４】
床板５０とウォータージャケット５６Ｂとの間にはアルミニウムを含む軽合金又は銅合金等の熱伝導率が良好な金属で構成された板状の部材である導熱板５４が設けられており、導熱板５４とウォータージャケット５６Ｂとで囲まれた空間に蓄熱材６０が配設されている。導熱板５４は、蓄熱材６０が放散する熱を床板５０に効果的に伝達するための部材である。
【００２５】
蓄熱材６０は、酢酸ナトリウム三水和物（ＣＨ３ＣＯＯＮａ・３Ｈ２Ｏ）と少量の水とが充填されたパックであり、パックの外皮は、例えばポリエチレン、ポリプロピレン若しくはポリ塩化ビニル等の柔軟な合成樹脂、又は合成ゴムで構成される。
【００２６】
酢酸ナトリウム三水和物は融点が５８℃であり、略８０℃の温水で湯煎にする等により、容易に融解して液体となる。図３（Ａ）は一般の物質を加熱して溶解させた場合の時系列での温度変化、図３（Ｂ）は加熱によって液化した一般の物質を冷却した場合の時系列での温度変化を各々示した概略図である。
【００２７】
図３（Ａ）に示したように、物質を加熱すると、融点において液化した物質と固体のままの物質とが混在する状態を経て、当該物質が完全に液化する。液化した当該物質を例えば常温下で放置する等によって冷却すると、図３（Ｂ）に示したように、凝固点において凝固した物質と液体のままの物質とが混在する状態を経て、当該物質が完全に凝固する。
【００２８】
しかしながら、酢酸ナトリウム三水和物は、加熱によって液化した状態で静かに冷却すると、酢酸ナトリウム三水和物の液温が凝固点である５８℃以下になっても凝固せず、さらには液温が常温と同じになっても液化した状態を保ち得る。かかる状態は、液化した酢酸ナトリウム三水和物が過冷却となっている場合であるが、過冷却状態の液化した酢酸ナトリウム三水和物は、液体を揺るがすような物理的なショックを契機として凝固を開始する。かかる場合には、凝固点よりも低温の液体が凝固するので、酢酸ナトリウム三水和物は、凝固熱に相当する熱量を放散する。本実施の形態では、過冷却状態の酢酸ナトリウム三水和物が放散する凝固熱を利用して、建物１００の内部を暖房する。
【００２９】
なお、本実施の形態では、酢酸ナトリウム三水和物に少量の水を添加したものを蓄熱材６０のパックに充填している。少量の水を添加しても酢酸ナトリウム三水和物は粉状又は粒状等の固体のままであるが、水分を含むことで粉状または粒状の酢酸ナトリウム三水和物が蓄熱材６０のパック内でまとまりやすくなる。酢酸ナトリウム三水和物と添加する水分との質量比は、一例として、５：１である。
【００３０】
また、蓄熱材６０のパックの大きさは、一例として１８×２６×３ｃｍ、容積は略１．４リットルである。蓄熱材６０のパックを大きくし過ぎると、酢酸ナトリウム三水和物が過冷却状態になりにくくなるからである。蓄熱材６０のパックの容量を略１．４リットルとし、酢酸ナトリウム三水和物を５、水を１の割合で混合したものを上記のパック一杯に充填して一度加熱して充填物を液化させたものを常温に放置して過冷却状態にした後、物理的な刺激を契機として充填物を凝固させた場合、蓄熱材６０は略１〜２時間、略５０℃の温度を常温下で維持し得る。
【００３１】
蓄熱材６０の外皮には蓄熱材６０の温度を計測するための温度センサ６６が設けられている。温度センサ６６は、例えばサーミスタ等の温度によって抵抗値が変化する素子を利用したセンサであり、温度センサ６６が出力した信号は制御装置である制御部４０に送信される。
【００３２】
また蓄熱材６０の内部には、ＳＵＳ４３０等の磁性を有するステンレス鋼を例えば直径２〜４ｃｍの円板状に加工したトリガ６４を含む。さらに蓄熱材６０の外皮にはソレノイド６２が設けられている。ソレノイド６２は、電力が供給されると電磁石として機能し、蓄熱材６０内のトリガ６４を吸着する。トリガ６４がソレノイド６２に吸着されたことによる物理的なショックで、過冷却状態であった蓄熱材６０内の酢酸ナトリウム三水和物は凝固を開始し、酢酸ナトリウム三水和物の凝固熱に基づく熱量を放散して発熱する。
【００３３】
本実施の形態では、床内部及び壁内部の蓄熱材６０すべてを加熱した場合であっても、求める暖房効果に応じて、床又は壁内部に設けられた蓄熱材６０を選択的に発熱させる制御が可能である。また、床又は壁内部に複数設けられた蓄熱材６０のうちのいくつかのソレノイド６２を作動させることにより、床又は壁内部に設けられた蓄熱材６０の一部のみを発熱させることにより、暖房効果を調整できるようにしてもよい。
【００３４】
図４は、本実施の形態に係る蓄熱制御システム１０における制御部４０の概略構成を示すブロック図である。制御部４０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１２と、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）１４と、ＲＡＭ（Random Access Memory）１６と、ネットワークＩ／Ｆ部１８と、ＲＯＭ（Read Only Memory）２０とを含む。
【００３５】
また、制御部４０は、表示部２２と、操作入力部２４と、バス２６とを含んでおり、情報を入力する端末と情報を表示する端末との機能を有している。表示部２２は、本実施の形態に係る蓄熱制御システム１０の動作状況等の情報をユーザに表示するものであり、操作入力部２４は、ユーザが蓄熱制御システム１０の操作や情報を入力する際に用いられるものである。本実施の形態では、制御部４０に接続したＨＥＭＳ３０が備える表示部及び操作入力部とによって、制御部４０の表示部２２及び操作入力部２４に代えてもよい。
【００３６】
ＣＰＵ１２は、制御部４０の全体の動作を司るものであり、ＨＤＤ１４は温度センサ６６、ソレノイド６２、電磁弁９２Ａ，９２Ｂ，９２Ｃ、温水ポンプ９４Ａ，９４Ｂ，９４Ｃの制御のプログラム、及びＯＳ（Operating System）等が記録される不揮発性の記憶装置である。ＲＡＭ１６は、ＯＳ、プログラム又はデータが展開される揮発性の記憶装置である。ネットワークＩ／Ｆ部１８は、必要に応じてネットワークに接続するためのものであり、ＮＩＣ（Network Interface Card）やそのドライバで構成される。ＲＯＭ２０は、制御部４０の起動時に動作するブートプログラムなどが記憶されている不揮発性の記憶装置である。バス２６は、情報のやりとりが行われる際に使用される。また、表示部２２及び操作入力部２４は、例えば、タッチパネル、キーボード等の入力装置及びトラックボール、ペンタブレット若しくはマウス等のポインティングデバイスが含まれる。
【００３７】
図５は、本実施の形態に係る蓄熱制御システム１０の処理の一例を示したフローチャートである。ステップ５００では、操作入力部２４から入力された、蓄熱材６０の放熱を開始する温度である放熱開始温度、蓄熱材６０の放熱を開始する放熱開始時刻、蓄熱材６０の放熱を停止する放熱停止時刻を各々記憶する。放熱開始温度は任意に設定可能であるが、一例として１８℃とする。
【００３８】
ステップ５０２では、貯湯タンク９０内の温水の温度が蓄熱可能温度を超えているか否かを判定する。蓄熱可能温度は、一例として８０℃である。ステップ５０２で肯定判定の場合には、手順をステップ５０４に移行させ、否定判定の場合には、手順をステップ５１６に移行させる。
【００３９】
ステップ５０４では、蓄熱フラグの有無を判定する。本実施の形態では、蓄熱材６０の温度が酢酸ナトリウム三水和物溶液の融点（凝固点）以上の場合に蓄熱フラグがありと判定する。ステップ５０４で蓄熱フラグ無しと判定した場合には、ステップ５０６で電磁弁９２Ａ，９２Ｂ，９２Ｃを開け、温水ポンプ９４Ａ，９４Ｂ，９４Ｃを作動させて、ウォータージャケット５６Ａ，５６Ｂ，５６Ｃに温水を供給する。
【００４０】
ステップ５０８では、ウォータージャケット５６Ａ，５６Ｂ，５６Ｃへの温水供給の開始時からの経過時間が標準蓄熱時間を超えたか否かを判定する。標準蓄熱時間は、蓄熱材の大きさ及びにウォータージャケット５６Ａ，５６Ｂ，５６Ｃに供給される温水の温度によって異なるが、例えば、蓄熱材６０の容量が１．４リットルの場合で温水の温度が８０℃の場合は、略３０分である。
【００４１】
ステップ５０８で肯定判定の場合には、ステップ５１０で温度センサ６６の温度が蓄熱材６０内の酢酸ナトリウム三水和物溶液の融点以上が否かを判定する。ステップ５１０で肯定判定の場合には手順をステップ５１２に移行させ、否定判定の場合には手順をステップ５１６に移行させる。
【００４２】
ステップ５１２では、電磁弁９２Ａ，９２Ｂ，９２Ｃを閉鎖し、温水ポンプ９４Ａ，９４Ｂ，９４Ｃの作動を停止させて、ウォータージャケット５６Ａ，５６Ｂ，５６Ｃへの温水の供給を停止する。同時に蓄熱フラグをありにセットする。
【００４３】
ステップ５１４では、放熱可能時間をＨＥＭＳ３０に通知する。放熱可能時間は、蓄熱材６０の大きさによって異なるが、前述の容量が１．４リットルの蓄熱材６０の場合には、略１〜２時間である。
【００４４】
ステップ５１６では、現在時刻がステップ５００で記憶した放熱開始時刻であり、かつ温度センサ６６の平均温度が放熱開始温度未満であるか否かを判定する。ステップ５１６で肯定判定の場合には手順をステップ５２０に移行させ、否定判定の場合にはステップ５１８で別の蓄熱材６０を制御対象に選択して手順をステップ５０２に移行させる。別の蓄熱材６０とは、例えば、別の部屋に設けた蓄熱材６０を新たな制御処理に選択することを意味する。又は、床面に設けた蓄熱材６０と壁面に設けた蓄熱材とを別個の制御対象とし、床面の蓄熱材６０を制御した後、壁面の蓄熱材６０を制御対象としてもよい。
【００４５】
ステップ５１６で肯定判定の場合には、ステップ５２０で蓄熱フラグの有無を判定する。ステップ５２０で蓄熱フラグありと判定された場合には、手順をステップ５２２に移行させ、蓄熱フラグなしと判定された場合には手順をステップ５３０に移行させる。
【００４６】
ステップ５２０で蓄熱フラグありと判定された場合には、ステップ５２２でソレノイド６２を作動さてトリガ６４を吸着。蓄熱材６０内の酢酸ナトリウム三水和物溶液に物理的なショックを与えて当該溶液の凝固を開始させる。
【００４７】
ステップ５２４では、ソレノイド６２の作動開始時からの経過時間が放熱可能時間を超えたか否かを判定し、肯定判定の場合にはステップ５２６で蓄熱フラグなしを設定する。
【００４８】
ステップ５２８では、現在時刻が放熱停止時刻か否かを判定し、肯定判定の場合には処理を終了し、否定判定の場合には、ステップ５３０で次の蓄熱材６０を制御対象に選択して手順をステップ５２０に移行させる。
【００４９】
以上説明したように、本実施の形態によれば、過冷却状態の蓄熱材６０内に設けられたトリガ６４を電磁石であるソレノイド６２で吸着するという物理的なショックを蓄熱材６０内の酢酸ナトリウム三水和物溶液に所望のタイミングで与えることにより、蓄熱材の潜熱を所望のタイミングで利用できる。
【符号の説明】
【００５０】
１０   蓄熱制御システム
１２   ＣＰＵ
１４   ＨＤＤ
１６   ＲＡＭ
１８   ネットワークＩ／Ｆ部
２０   ＲＯＭ
２２   表示部
２４   操作入力部
２６   バス
３０   ＨＥＭＳ
４０   制御部
５０   床板
５４   導熱板
５６Ａ，５６Ｂ，５６Ｃ      ウォータージャケット
６０   蓄熱材
６２   ソレノイド
６４   トリガ
６６   温度センサ
８０   太陽熱温水器
８２   集熱器
８４   熱媒体ポンプ
８６   熱交換器
９０   貯湯タンク
９２Ａ，９２Ｂ，９２Ｃ      電磁弁
９４Ａ，９４Ｂ，９４Ｃ      温水ポンプ
【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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