(57)【要約】【課題】潜熱蓄熱材が伝熱プレートの表面で優先的に凝固することを抑制することにより、熱交換性能が低下し難い熱交換器を提供する。【解決手段】本発明は、２つの流体（水２、冷媒３）間に伝熱プレート４を介して蓄熱部材５が設けられた熱交換器１である。この熱交換器１において、蓄熱部材５は、潜熱蓄熱材Ａ６と、カプセル化された潜熱蓄熱材Ｂ７とを含み、且つ下記の関係：  ＴＡ＜ＴＢ  ＴＡＢよりも高い温度でρＡ＜ρＢ  ＴＡＢよりも高い温度でρＡ＞ρＢを満たす。ここで、ＴＡは潜熱蓄熱材Ａ６の融点を表し、ＴＢは潜熱蓄熱材Ｂ７の融点を表し、ρＡは潜熱蓄熱材Ａ６の比重を表し、ρＢはカプセル化された潜熱蓄熱材Ｂ７の比重を表し、ＴＡＢは潜熱蓄熱材Ａ６の比重とカプセル化された潜熱蓄熱材Ｂ７の比重とが同じになる温度を表す。【選択図】図１
2017187181.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つの流体間に伝熱プレートを介して蓄熱部材が設けられた熱交換器であって、
前記蓄熱部材が、潜熱蓄熱材Ａと、カプセル化された潜熱蓄熱材Ｂとを含み、且つ下記の関係：
ＴＡ＜ＴＢ
ＴＡＢよりも高い温度でρＡ＜ρＢ
ＴＡＢよりも高い温度でρＡ＞ρＢ
（ここで、ＴＡは前記潜熱蓄熱材Ａの融点を表し、ＴＢは前記潜熱蓄熱材Ｂの融点を表し、ρＡは前記潜熱蓄熱材Ａの比重を表し、ρＢは前記カプセル化された潜熱蓄熱材Ｂの比重を表し、ＴＡＢは前記潜熱蓄熱材Ａの比重と前記カプセル化された潜熱蓄熱材Ｂの比重とが同じになる温度を表す）を満たすことを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
ＴＡ、ＴＢ及びＴＡＢが１０℃以上９０℃以下の範囲にあることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
【請求項３】
前記２つの流体が冷媒及び水であることを特徴とする請求項１又は２に記載の熱交換器。
【請求項４】
ＴＡＢ＞ＴＢであり、前記蓄熱部材の下方に前記冷媒が位置し、前記蓄熱部材の上方に前記水が位置することを特徴とする請求項３に記載の熱交換器。
【請求項５】
ＴＡＢ＜ＴＢであり、前記蓄熱部材の下方に前記水が位置し、前記蓄熱部材の上方に前記冷媒が位置することを特徴とする請求項３に記載の熱交換器。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の熱交換器を備えることを特徴とする給湯器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱交換器及びこれを用いた給湯器に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気代が安価な深夜に熱エネルギーを蓄熱材に貯蔵し、蓄熱材に貯蔵された熱エネルギーを使用時に放熱することができる蓄熱式機器（例えば、給湯器、空気調和機）に注目が集まっており、近年、蓄熱材として潜熱蓄熱材を利用した蓄熱技術の開発が進められている。潜熱蓄熱材は、材料の相転移現象を利用した蓄熱材料であり、溶融・凝固の相転移を利用した材料が主に用いられている。潜熱蓄熱材の利点は、熱容量に基づく熱エネルギーの貯蔵及び放熱に加えて、液相及び固相の相変化に基づく潜熱（凝固熱）も熱エネルギーの貯蔵及び放熱に利用できるため、熱エネルギーの貯蔵量及び放熱量を増大し得ることにある。
【０００３】
潜熱蓄熱材を利用した給湯器では、熱エネルギーを貯蔵する場合、冷媒と潜熱蓄熱材との間で熱交換して潜熱蓄熱材が冷媒の温熱を吸熱し、潜熱蓄熱材が固体から液体となることにより、熱エネルギーが蓄熱材へ貯蔵される。逆に、熱エネルギーを放熱する場合、潜熱蓄熱材と水との間で熱交換して潜熱蓄熱材が水の冷熱を吸熱し、潜熱蓄熱材が液体から固体へ変化することにより、熱エネルギーが水に放熱されて湯が生成する。このような潜熱蓄熱材を用いた給湯器では、潜熱蓄熱材と冷媒との間及び潜熱蓄熱材と水との間で熱の授受を行なうための熱交換器が備えられている。また、潜熱蓄熱材を利用した空気調和機においても、給湯器と同様のメカニズムによって熱交換が行われるため、潜熱蓄熱材と媒体（空気及び冷媒）との間で熱の授受を行なうための熱交換器が備えられている。
【０００４】
潜熱蓄熱材を備えた熱交換器としては、潜熱蓄熱材との熱交換性能を高める観点、熱交換器を出来るだけコンパクトにする観点、熱交換器の設置形状の観点などから、様々な技術が提案されている。
例えば、特許文献１には、熱伝導性多孔質体の空隙内に、粒子状の蓄熱要素（潜熱蓄熱材）及び耐熱性の樹脂マトリックスを含む蓄熱部材を充填保持した蓄熱材を備えた蓄熱器（熱交換器）が提案されている。
また、特許文献２には、平板材（伝熱プレート）の一面に空洞部を形成し、この空洞部内に潜熱蓄熱材と熱源を併設し、空洞部の開口面を板材で閉止した蓄熱ユニット（熱交換器）が提案されている。
また、特許文献３には、複数の熱交換プレート（伝熱プレート）を重ね合わせ、熱交換プレートに熱媒体が流通する間隙及び潜熱蓄熱材を充填するための間隙を交互に形成した蓄熱装置（熱交換器）が提案されている。
さらに、特許文献４には、伝熱プレートを重ねて媒体を流通させる流路を形成した板状チューブが、媒体との間で熱交換を行う潜熱蓄熱材中に配置された熱交換器が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−５８７６４号公報
【特許文献２】特開２００５−９８２９号公報
【特許文献３】特開昭６０−１６２１８７号公報
【特許文献４】特開２００８−１０６９７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１の熱交換器は、蓄熱材の母材が固体（樹脂マトリックス）であるため、蓄熱材と媒体との間の熱交換が固体の熱伝導に限定される。この固体の熱伝導は、熱対流による熱伝導と比べて低いため、熱交換性能が十分でない。また、この蓄熱材は、潜熱蓄熱材の量も限定されるため、熱貯蔵量の観点からも不利である。
特許文献２〜４の熱交換器は、例えば、給湯器に用いた場合に、出湯過程において共通した問題が生じる。すなわち、給湯器の出湯過程では、高温液状の潜熱蓄熱材と低温の水との間で熱交換が行われるところ、高温液状の潜熱蓄熱材と低温の水との間を仕切る伝熱プレートの表面で潜熱蓄熱材が優先的に凝固し始める。伝熱プレートの表面で凝固した潜熱蓄熱材は、熱対流による伝熱性能が低下する原因となるため、熱交換性能が著しく損なわれる。さらに、潜熱蓄熱材に貯蔵された熱エネルギーの消費に伴い、凝固した潜熱蓄熱材が伝熱プレートの表面に堆積する。堆積した潜熱蓄熱材は、微細な多結晶として凝固するところ、この多結晶固体は一般的な単結晶固体と比べて熱伝導性が低い。したがって、熱対流による伝熱性能が低下した後においても、伝熱プレートの表面に凝固して堆積した潜熱蓄熱材によって伝熱性能が低下し続ける。
【０００７】
上記のように、潜熱蓄熱材を用いた従来の熱交換器では、潜熱蓄熱材の凝固過程において、伝熱プレートの表面における潜熱蓄熱材の優先的な凝固によって熱交換性能が著しく低下する。この問題は、材料の凝固現象のダイナミクスに起因した一般的性質に基づいている。そのため、潜熱蓄熱材を用いた熱交換器では、潜熱蓄熱材の利点である熱エネルギーの高貯蔵量（高放熱量）と相反して、潜熱蓄熱材との熱交換性能に問題がある。そして、この熱交換性能の著しい低下は、潜熱蓄熱材に貯蔵された全ての熱エネルギーを利用できないという問題もある。特に、潜熱蓄熱材を利用した熱交換器を用いた給湯器では、湯を作る速度に熱交換性能が直結するため、熱交換性能の低下は、出湯能力の観点から深刻な問題である。
【０００８】
本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、潜熱蓄熱材が伝熱プレートの表面で優先的に凝固することを抑制することにより、熱交換性能が低下し難い熱交換器を提供することを目的とする。
また、本発明は、出湯能力の高い給湯器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】
【０００９】
本発明者らは、上記の問題を解決すべく鋭意研究を行った結果、比重及び融点について特定の条件を満たす２種類の潜熱蓄熱材を用いて蓄熱部材を形成することにより、伝熱プレートの表面における潜熱蓄熱材の優先的な凝固を抑制し得ることを見出し、本発明に至った。
すなわち、本発明は、２つの流体間に伝熱プレートを介して蓄熱部材が設けられた熱交換器であって、前記蓄熱部材が、潜熱蓄熱材Ａと、カプセル化された潜熱蓄熱材Ｂとを含み、且つ下記の関係：
ＴＡ＜ＴＢ
ＴＡＢよりも高い温度でρＡ＜ρＢ
ＴＡＢよりも高い温度でρＡ＞ρＢ
（ここで、ＴＡは前記潜熱蓄熱材Ａの融点を表し、ＴＢは前記潜熱蓄熱材Ｂの融点を表し、ρＡは前記潜熱蓄熱材Ａの比重を表し、ρＢは前記カプセル化された潜熱蓄熱材Ｂの比重を表し、ＴＡＢは前記潜熱蓄熱材Ａの比重と前記カプセル化された潜熱蓄熱材Ｂの比重とが同じになる温度を表す）を満たすことを特徴とする熱交換器である。
また、本発明は、前記熱交換器を備えることを特徴とする給湯器である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、潜熱蓄熱材が伝熱プレートの表面で優先的に凝固することを抑制することにより、熱交換性能が低下し難い熱交換器を提供することができる。
また、本発明によれば、出湯能力の高い給湯器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施の形態１の熱交換器の部分拡大断面図である。
【図２】実施の形態１の熱交換器における潜熱蓄熱材Ａ及びカプセル化された潜熱蓄熱材Ｂの比重の温度依存性を示すグラフである。
【図３】図１に示した熱交換器の熱交換過程を説明するための図である。
【図４】実施の形態２の熱交換器の部分拡大断面図である。
【図５】実施の形態２の熱交換器における潜熱蓄熱材Ａ及びカプセル化された潜熱蓄熱材Ｂの比重の温度依存性を示すグラフである。
【図６】実施の形態３のヒートポンプ式給湯器の概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の熱交換器は、２つの流体間に伝熱プレートを介して蓄熱部材が設けられた構造を有する。また、本発明の給湯器は、このような構造の熱交換器を備えることを特徴とする。
以下、本発明の熱交換器及び給湯器の好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。なお、以下の各実施の形態では、給湯器に用いられる熱交換器を例に挙げて説明するが、各実施の形態の熱交換器は空気調和機などの他の用途にも用い得ることは言うまでもない。また、給湯器についてもヒートポンプ式給湯器を例に挙げて説明するが、他の方式の給湯器にも適用し得ることは言うまでもない。
【００１３】
実施の形態１．
図１は、本実施の形態の熱交換器の部分拡大断面図である。図１において、熱交換器１は、２つの流体（水２及び冷媒３）間に伝熱プレート４を介して蓄熱部材５が設けられた構造を有する。この構造において、水２は蓄熱部材５の上方に位置し、冷媒３は蓄熱部材５の下方に位置する。また、蓄熱部材５は、潜熱蓄熱材Ａ６とカプセル化された潜熱蓄熱材Ｂ７とを含む。なお、図１は、熱交換の開始前の状態を表しており、潜熱蓄熱体Ａ６及び潜熱蓄熱材Ｂ７は共に液体であり、水２は蓄熱部材５よりも低い温度である。また、図１における重力の向きは鉛直下向きである。
【００１４】
蓄熱部材５は、潜熱蓄熱材が伝熱プレート４の表面（特に、水２側の伝熱プレート４の表面）で優先的に凝固することを抑制するために、下記の関係：
ＴＡ＜ＴＢ
ＴＡＢよりも高い温度でρＡ＜ρＢ
ＴＡＢよりも高い温度でρＡ＞ρＢ
を満たすことが必要である。
ここで、ＴＡは潜熱蓄熱材Ａ６の融点を表し、ＴＢは潜熱蓄熱材Ｂ７の融点を表し、ρＡは潜熱蓄熱材Ａ６の比重を表し、ρＢはカプセル化された潜熱蓄熱材Ｂ７の比重を表し、ＴＡＢは潜熱蓄熱材Ａ６の比重とカプセル化された潜熱蓄熱材Ｂ７の比重とが同じになる温度を表す。
【００１５】
上記の関係を分かり易くするために、潜熱蓄熱材Ａ６及びカプセル化された潜熱蓄熱材Ｂ７の比重の温度依存性を示すグラフを図２に示す。図２において、矢印は、熱交換の開始に伴って潜熱蓄熱材Ａ６及びカプセル化された潜熱蓄熱材Ｂ７の比重が変化する方向を示している。
潜熱蓄熱材Ａ６は、融点ＴＡにおいて液相から固相への相転移が起こるために比重が不連続に変化する。また、物質の比重の温度依存性は、体積の温度変化に一般に起因するため、分子間の束縛が強い固相に比べて分子間の束縛が小さい液相の方が比重の温度依存性が大きい。
他方、カプセル化された潜熱蓄熱材Ｂ７は、殻（シェル）によって潜熱蓄熱材Ｂ７が覆われているため、潜熱蓄熱材Ｂ７が液相から固相に相転移しても体積がほとんど変化しない。そのため、カプセル化された潜熱蓄熱材Ｂ７の比重は、潜熱蓄熱材Ａ６と異なり、不連続に変化しない。特に、カプセル化された潜熱蓄熱材Ｂ７の比重の温度変化は、カプセルの大きさを決定している殻の材料物性に概ね支配される。また、カプセルの殻の材料は固体であるため、カプセル化された潜熱蓄熱材Ｂ７の温度変化は、潜熱蓄熱材Ａ６の液相における比重の温度変化に比べて小さい。
【００１６】
図３は、図１に示した熱交換器１の熱交換過程を説明するための図である。熱交換器１の熱交換は、図３（ａ）〜（ｄ）の順に進行する。
熱交換の開始前は、蓄熱部材５の温度が十分に高い（温度＞ＴＡＢ）状態である。したがって、潜熱蓄熱材Ａ６及び潜熱蓄熱材Ｂ７はともに液体である。この状態では、カプセル化された潜熱蓄熱材Ｂ７の比重が潜熱蓄熱材Ａ６の比重よりも大きいため、カプセル化された潜熱蓄熱材Ｂ７が沈降する（図３（ａ））。
熱交換が開始すると、蓄熱部材５の温度が徐々に低下する。蓄熱部材５の温度がＴＡＢよりも低くなる（ＴＡ＜温度＜ＴＡＢ）と、カプセル化された潜熱蓄熱材Ｂ７の比重よりも潜熱蓄熱材Ａ６の比重が大きくなるため、カプセル化された潜熱蓄熱材Ｂ７が浮遊し始める（図３（ｂ））。
【００１７】
蓄熱部材５の温度がさらに低下してＴＢになると、潜熱蓄熱材Ｂ７が凝固して発熱するため、蓄熱部材５中で熱対流が起こる。この熱対流と、比重の逆転に起因するカプセル化された潜熱蓄熱材Ｂ７の浮遊による対流とによって、蓄熱部材５中の温度が均一化される。また、潜熱蓄熱材Ｂ７の凝固熱は、水２との熱交換にも用いられるため、熱交換性能も向上する。特に、カプセル化された潜熱蓄熱材Ｂ７は、浮遊することによって水２側の伝熱プレート４に接近するため、水２の間で効率的な熱交換が行われる。したがって、このような効果を得るためには、ＴＡＢ＞ＴＢであることが好ましい。
蓄熱部材５の温度がさらに低下してＴＡになると、潜熱蓄熱材Ａ６が凝固し始める（図３（ｃ））。上記のように、蓄熱部材５の温度がＴＡになる前に蓄熱部材５中の温度が均一化されているため、潜熱蓄熱材Ａ６が蓄熱部材５中でランダムに凝固し始め、潜熱蓄熱材Ａ６の凝固体８が生成する。これにより、水２側の伝熱プレート４の表面に潜熱蓄熱材Ａ６が優先的に凝固することを抑制することができる。
蓄熱部材５の温度がさらに低下してＴＡよりも低くなると、潜熱蓄熱材Ａ６が全体的に凝固する（図３（ｄ））。潜熱蓄熱材Ａ６の凝固熱は、水２との熱交換に用いられる。
【００１８】
上記のようにして熱交換が行われる熱交換器１を給湯器に用いる場合、潜熱蓄熱材Ａ６及び蓄熱潜熱材Ｂ７の相転移現象の潜熱を利用するために、ＴＡ、ＴＢ及びＴＡＢが１０℃以上９０℃以下の範囲にあることが好ましい。給湯器では、水２との間で熱交換を行うことから、ＴＡ及びＴＢが１０℃未満であると、水２の融点に近くなるため、潜熱蓄熱材Ａ６及び蓄熱潜熱材Ｂ７の潜熱を十分に利用することができないことがある。一方、ＴＡ及びＴＢが９０℃を超えると、水２の沸点に近くなるため、潜熱蓄熱材Ａ６及び蓄熱潜熱材Ｂ７の潜熱を十分に利用することができないことがある。同様の理由から、ＴＡＢについても上記の範囲にすることが望ましい。より好ましいＴＡ、ＴＢ及びＴＡＢの温度範囲は４０℃以上８０℃以下である。
【００１９】
次に、熱交換器１に用いられる材料について説明する。
蓄熱部材５としては、上記の関係を満たせば、蓄熱部材５に含有される潜熱蓄熱材Ａ６及びカプセル化された潜熱蓄熱材Ｂ７の種類は特に限定されない。
潜熱蓄熱材Ａ６としては、当該技術分野において公知の潜熱蓄熱材を用いることができる。潜熱蓄熱材Ａ６の例としては、ノルマルパラフィン、パラフィンワックス、グリコール類、飽和脂肪酸類、不飽和脂肪酸類、飽和脂肪酸の誘導体類、不飽和脂肪酸の誘導体類、脂肪族アルコール類、脂肪族エステル類、糖類などの有機物が挙げられる。また、無機塩の水和物又は有機塩の水和物（例えば、臭化鉄・６水和物、硝酸マンガン・６水和物、塩化カルシウム・６水和物、硝酸リチウム・３水和物、硫酸ナトリウム・１０水和物、炭酸ナトリウム・１０水和物、臭化リチウム・２水和物、リン酸水素２ナトリウム・１２水和物、硝酸亜鉛・６水和物、硝酸マンガン・４水和物、硫酸コバルト・７水和物、フッ化カリウム・２水和物、ヨウ化マンガン・８水和物、ヨウ化カリウム・６水和物、硝酸亜鉛・４水和物、リン酸水素２カリウム・７水和物、チオ硫酸ナトリウム・５水和物、硝酸マンガン・４水和物、硝酸鉄・９水和物、リン酸水素２カリウム・３水和物、ケイ酸ナトリウム・４水和物、硫酸マンガン・７水和物、硝酸カリウム・３水和物、硝酸亜鉛・２水和物、塩化鉄・２水和物、硝酸ニッケル・６水和物、塩化マンガン・４水和物、塩化マグネシウム・４水和物、酢酸ナトリウム・３水和物、酢酸リチウム・２水和物、硝酸鉄・６水和物、硫酸ナトリウムアルミニウム・１０水和物、水酸化ナトイウム・１水和物、リン酸３ナトリウム・１２水和物、硝酸アルミ・９水和物、ピロリン酸ナトリウム・１０水和物、水酸化バリウム・８水和物、硝酸マグネシウム・６水和物など）、低融点金属（例えば、ガリウム、インジウム、亜鉛、スズ、ビスマスなどの合金）を潜熱蓄熱材Ａ６として用いることもできる。これらの化合物は、単独又は２種以上を組み合わせて用いることができる。また、これらの化合物の中でも、潜熱蓄熱材Ａ６は、コストの観点から、有機物としてはパラフィン類、飽和脂肪酸類、及び飽和脂肪酸の誘導体類が好ましく、無機塩としては酢酸ナトリウム・３水和物が好ましい。
【００２０】
潜熱蓄熱材Ｂ７もまた、当該技術分野において公知の潜熱蓄熱材を用いることができるが、ＴＡ＜ＴＢの関係を満たし、且つカプセル化した場合にＴＡＢよりも高い温度でρＡ＜ρＢ及びＴＡＢよりも高い温度でρＡ＞ρＢの関係を満たす潜熱蓄熱材Ｂ７を選択する必要がある。カプセル化された潜熱蓄熱材Ｂ７の比重（ρＢ）は、芯物質（潜熱蓄熱材Ｂ７）及び殻物質（カプセル化材料）の種類、芯物質の充填量などによって適宜調整することができる。潜熱蓄熱材Ｂ７の例は、上記の潜熱蓄熱材Ａ６の例と同じである。いずれにしても、使用する潜熱蓄熱材Ａ６の種類に応じて、上記の関係を満たす潜熱蓄熱材Ｂ７を選択すればよい。また、上記で例示された化合物の中でも、潜熱蓄熱材Ｂ７は、コストの観点から、有機物としてはパラフィン類、飽和脂肪酸類、及び飽和脂肪酸の誘導体類が好ましく、無機塩としては酢酸ナトリウム・３水和物が好ましい。特に、潜熱蓄熱材Ａ６として、パラフィン類、飽和脂肪酸類、又は飽和脂肪酸の誘導体類を用いる場合は、潜熱蓄熱材Ｂ７の比重の調整及び融点の調整が容易なことから、潜熱蓄熱材Ｂ７は、蓄熱材Ａ６と同じ材料系のパラフィン類、飽和脂肪酸類、又は飽和脂肪酸の誘導体類が望ましい。
【００２１】
潜熱蓄熱材Ｂ７をカプセル化するカプセル材料としては、当該技術分野において公知のものを用いることができる。カプセル化材料の例としては、有機材料（例えば、メラミン樹脂、尿素樹脂、フェノール樹脂、ナイロンなどの縮合系ポリマー；ポリスチレン、ポリメタクリル酸メチルなどのアクリル系ポリマー）、無機材料（例えば、熱伝導性の高い黄銅、白銅などの銅合金；腐食の恐れが低いフェライト系ステンレス）などが挙げられる。これらは、単独又は２種以上を組み合わせて用いることができる。
【００２２】
また、カプセル化された潜熱蓄熱材Ｂ７に各種機能を付与する観点から、本発明の効果を阻害しない範囲で、芯物質の潜熱蓄熱材Ｂ７に既存の各種添加剤を加えてカプセル化してもよい。既存の添加剤としては、相分離防止剤、蒸気圧調整剤、伝熱促進剤、腐食防止剤、過冷却防止剤などが挙げられる。相分離防止剤の例としては、シリカ、キサンタンガム、イソステアリン酸塩、イソステアリルアルコール、アタパルジャイト粘土、スターチ類、アセトンなどが挙げられる。蒸気圧調整剤の例としては、エチレングリコール、グリセリンなどが挙げられる。伝熱促進剤の例としては、膨張化グラファイトなどが挙げられる。腐食防止剤の例としては、フェノール類、アミン類、ヒドロキシアミン類などが挙げられる。過冷却防止剤の例としては、硫酸カルシウム、ピロリン酸カルシウム、リン酸アルミニウム、リン酸銀、硫酸銀、塩化銀、ヨウ化銀などの無機塩、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸マグネシウム、ステアリン酸バリウム、パルミチン酸カルシウム、などの長鎖脂肪酸の有機塩などが挙げられる。
【００２３】
カプセル化された潜熱蓄熱材Ｂ７の形状としては、特に限定されず、球状、楕円状などの各種形状をとり得るが、カプセル化された潜熱蓄熱材Ｂ７の動き易さ及び耐圧性の観点からは球形であることが好ましい。
カプセル化された潜熱蓄熱材Ｂ７の平均粒径は、液状の潜熱蓄熱材Ａ６中で浮遊するカプセル化された潜熱蓄熱材Ｂ７が不規則に動くブラウン運動が妨げられない程度の大きさであればよい。カプセル化された潜熱蓄熱材Ｂ７の平均粒径は、カプセル化された潜熱蓄熱材Ｂ７の浮力、重力などを考慮すると、一般に１０μｍ以上８００μｍ以下である。ここで、本明細書において「平均粒径」とは、レーザー回折・散乱法によって求めた粒度分布における積算値５０％での粒径を意味する。
なお、カプセル化された潜熱蓄熱材Ｂ７は、カプセル内に芯物質（潜熱蓄熱材Ｂ７及び任意の添加剤）が完全に充填されていてもよいが、カプセル内に未充填部が存在（すなわち、芯物質と殻物質との間に隙間（空気層）が存在）していてもよい。
【００２４】
カプセル化された潜熱蓄熱材Ｂ７は、マイクロカプセル化と呼ばれる公知の方法などを用いることによって製造することができる。一般に、マイクロカプセル化には、化学的方法、物理化学的方法、及び物理的・機械的方法があるが、どの方法を選択するかは、芯物質（潜熱蓄熱材Ｂ７及び任意の添加剤）と殻物質（カプセル材料）との組み合わせなどに応じて決定すればよい。マイクロカプセル化の例としては、相分離法、液中乾燥法、溶融分散冷却法、スプレードライング法、パンコーティング法、気中懸濁被覆法、粉床法相分離法、界面重合法、ｉｎ ｓｉｔｕ重合法、液中硬化被覆法（オリフィス法）などが挙げられる。
【００２５】
カプセル化された潜熱蓄熱材Ｂ７は、単独の種類を用いてもよいが、例えば、芯物質である潜熱蓄熱材Ｂ７の種類が異なる複数の種類を組み合わせて用いることもできる。カプセル化された潜熱蓄熱材Ｂ７を複数種用いる場合、全ての種類のカプセル化された潜熱蓄熱材Ｂ７が、潜熱蓄熱材Ａ６に対して上記の関係を満たすことが必要である。カプセル化された潜熱蓄熱材Ｂ７を複数種用いることにより、カプセル化された潜熱蓄熱材Ｂ７の凝固熱が発生するタイミング、カプセル化された潜熱蓄熱材Ｂ７が浮遊するタイミングなどを調整することが可能となるため、様々な構造を有する熱交換器１に適用することが可能となる。
【００２６】
蓄熱部材５は、上記の潜熱蓄熱材Ａ６及びカプセル化された潜熱蓄熱材Ｂ７以外にも、各種機能を付与する観点から、本発明の効果を阻害しない範囲で、フィラーを含むことができる。例えば、着色を与えることを目的として、酸化チタン、カーボンブラックなどのフィラーを配合することができる。また、伝熱性を補助することを目的として、フェライトなどの金属粉末、ガラス繊維、金属繊維などの無機繊維、炭素繊維、アラミド繊維などの有機繊維、窒化アルミ、窒化ホウ素、水酸化アルミニウム、アルミナ、酸化マグネシウム、カーボンナノチューブ、膨張黒鉛などのフィラーを配合することができる。さらに、その他の機能を与えることを目的として、ガラスビーズ、ガラスバルーン、ガラスフレーク、グラスファイバー、アスベスト、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、チタン酸カリウムウィスカー、酸化亜鉛ウィスカー等の無機ウィスカー、タルク、シリカ、ケイ酸カルシウム、カオリン、ケイソウ土、モンモリロナイト、グラファイト、軽石、エボ粉、コットンフロック、コルク粉、硫酸バリウム、フッ素樹脂などを配合することができる。
【００２７】
伝熱プレート４としては、特に限定されないが、熱伝導性の高い金属材料から形成されていることが好ましい。具体的には、ＳＵＳなどの鉄系材料、銅系材料、アルミ系材料から伝熱プレート４を形成することが好ましい。
冷媒３としては、特に限定されないが、毒性、可燃性が無く、地球温暖化係数が小さい二酸化炭素又は炭化水素系冷媒を使用することが好ましい。
水２としては、特に限定されないが、一般的に市水である。
【００２８】
本実施の形態の熱交換器１は、上記のような構成を有していれば、その他の構造については特に限定されない。例えば、本実施の形態の熱交換器１は、例えば、スパイラル型、プレート型、シェルチューブ型、フィンチューブ型、二重管型、渦巻管型、渦巻板型、多管円筒型、多重円管型などの既存の熱交換器１の構造を採用することができる。
【００２９】
上記のような特徴を有する本実施の形態の熱交換器１によれば、潜熱蓄熱材が伝熱プレート４の表面で優先的に凝固することを抑制することができるため、熱交換性能が低下し難くなる。
【００３０】
実施の形態２．
図４は、本実施の形態の熱交換器の部分拡大断面図である。図４において、本実施の形態の熱交換器１０の構造は、水２と冷媒３との位置が逆になっていること以外は、実施の形態１の熱交換器１の構造と同じである。したがって、本実施の形態では、実施の形態１と異なる点のみについて説明する。
図５は、本実施の形態における潜熱蓄熱材Ａ６及びカプセル化された潜熱蓄熱材Ｂ７の比重の温度依存性を示すグラフである。図５に示すように、本実施の形態では、ＴＡＢ＜ＴＢである点で実施の形態１と異なる。
【００３１】
本実施の形態の熱交換器１０では、熱交換が開始すると、蓄熱部材５の温度が徐々に低下してＴＢとなる。蓄熱部材５の温度ＴＢになると、潜熱蓄熱材Ｂ７が凝固して発熱するが、潜熱蓄熱材Ａ６の比重よりもカプセル化された潜熱蓄熱材Ｂ７の比重が大きいため、カプセル化された潜熱蓄熱材Ｂ７は沈降したままである。カプセル化された潜熱蓄熱材Ｂ７は、水２側の伝熱プレート４の表面側に存在しているため、潜熱蓄熱材Ｂ７の凝固熱を水２との熱交換に効率的に用いることができる。
蓄熱部材５の温度がさらに低下してＴＡＢになると、カプセル化された潜熱蓄熱材Ｂ７の比重よりも潜熱蓄熱材Ａ６の比重が大きくなるため、カプセル化された潜熱蓄熱材Ｂ７が浮遊し始める。そして、この比重の逆転に起因するカプセル化された潜熱蓄熱材Ｂ７の浮遊による対流によって蓄熱部材５中の温度が均一化される。
蓄熱部材５の温度がさらに低下してＴＡになると、潜熱蓄熱材Ａ６が凝固し始める。上記のように、蓄熱部材５の温度がＴＡになる前に蓄熱部材５中の温度が均一化されているため、蓄熱部材５中でランダムに凝固し始める。これにより、水２側の伝熱プレート４の表面に潜熱蓄熱材Ａ６が優先的に凝固することを抑制することができる。
蓄熱部材５の温度がさらに低下してＴＡよりも低くなると、潜熱蓄熱材Ａ６が全体的に凝固する。潜熱蓄熱材Ａ６の凝固熱は、水２との熱交換に用いられる。
【００３２】
上記のような特徴を有する本実施の形態の熱交換器１０によれば、潜熱蓄熱材が伝熱プレート４の表面で優先的に凝固することを抑制することができるため、熱交換性能が低下し難くなる。
【００３３】
実施の形態３．
図６は、本実施の形態のヒートポンプ式給湯器の概念図である。図６において、ヒートポンプ式給湯器２０は、熱交換器１，１０と、熱交換器１，１０に水２を供給する給水手段２１と、熱交換器１，１０において加熱された水２（湯）を排出する出湯手段２２と、空気と冷媒３との間で熱交換を行うヒートポンプ２３とを備えている。図示していないが、ヒートポンプ２３は、圧縮器、膨張弁などの部材を一般に有している。なお、このヒートポンプ式給湯器２０の構造は、一例を示したに過ぎず、熱交換器１，１０を有していれば、他の公知の構造を採用することができる。
このような構成を有するヒートポンプ式給湯器２０では、蓄熱過程において、ヒートポンプ２３で空気との熱交換によって加熱された冷媒３が、熱交換器１，１０の蓄熱部材５と熱交換し、熱エネルギーが蓄熱部材５に貯蔵される。一方、放熱過程では、熱交換器１，１０の蓄熱部材５と給水手段２１から供給された水２との間で熱交換が行われ、水２が加熱されて湯が生成する。
【００３４】
本実施の形態のヒートポンプ式給湯器２０によれば、熱交換性能が低下し難い実施の形態１又は２の熱交換器１，１０を有しているため、出湯能力が高くなる。
【符号の説明】
【００３５】
１，１０  熱交換器、２  水、３  冷媒、４  伝熱プレート、５  蓄熱部材、６  潜熱蓄熱材Ａ、７  潜熱蓄熱材Ｂ、８  潜熱蓄熱材Ａの凝固体、２０  ヒートポンプ式給湯器、２１  給水手段、２２  出湯手段、２３  ヒートポンプ。
【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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【図６】
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