(57)【要約】【課題】ポテンシャルの低い熱源を利用した場合であっても、吸熱効率が良く、しかも、安定した温度で継続した放熱が可能にする。【解決手段】蓄熱体１４は、放熱側に配置される潜熱蓄熱層１９と、吸熱側に配置される顕熱蓄熱層２０とが相互に積層された蓄熱部１６を備えている。顕熱蓄熱層２０は、対流により外部からの熱エネルギーを潜熱蓄熱層１９側に搬送可能な液体により構成される。また、蓄熱体１４は、室内空間Ｒに対する暖房若しくは冷房を行うため空調システム１０，３０に利用することができ、室内空間Ｒと室外空間Ｇ，Ｕとを仕切る床面Ｆや天井面Ｃに潜熱蓄熱層１９が接触するように配置されるとともに、熱源装置１２からの熱エネルギーが導入される熱導入部２２に顕熱蓄熱層２０が接触するように配置される。【選択図】          図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸熱側から熱を導入して蓄熱し、当該吸熱側の反対側となる放熱側から放熱する蓄熱体において、
前記放熱側に配置される第１の蓄熱層と、前記吸熱側に配置される第２の蓄熱層とが相互に積層されてなり、
前記第１の蓄熱層は、前記第２の蓄熱層よりも狭い所定の温度域で放熱する特性を有する物質により構成され、
前記第２の蓄熱層は、前記第１の蓄熱層よりも吸熱効率が良く、且つ、導入された熱を前記第１の蓄熱層側に搬送可能な物質を有することを特徴とする蓄熱体。
【請求項２】
前記第１の蓄熱層は、潜熱蓄熱材により構成され、前記第２の蓄熱層は、液体の顕熱蓄熱材により構成されることを特徴とする請求項１記載の蓄熱体。
【請求項３】
所定の熱源からの熱を吸熱側から導入して蓄熱し、当該吸熱側の反対側となる放熱側から放熱する指向性を備えた蓄熱体において、
前記放熱側に配置される潜熱蓄熱層と、前記吸熱側に配置される顕熱蓄熱層とが相互に積層されてなり、
前記顕熱蓄熱層は、対流により前記熱を前記潜熱蓄熱層側に搬送可能な状態の物質からなることを特徴とする蓄熱体。
【請求項４】
請求項１記載の蓄熱体を利用し、室内空間に対する暖房若しくは冷房を行うための空調システムにおいて、
前記熱として温熱若しくは冷熱を発生させる熱源装置と、当該熱源装置からの温熱若しくは冷熱が導入される熱導入部とを備え、
前記蓄熱体は、前記室内空間と室外空間とを仕切る内装面側に前記第１の蓄熱層が配置されるとともに、前記熱導入部側に前記第２の蓄熱層が配置されることを特徴とする空調システム。
【請求項５】
前記蓄熱体は、前記第１及び第２の蓄熱層を支持する支持部材を更に備え、
前記支持部材は、所定の弾性を有する材料により構成され、前記第１の蓄熱層の相変化に伴う体積変化に関わらず当該第１の蓄熱層を前記内装面に常時接触させるように、前記第１の蓄熱層を前記内装面の方向に付勢可能に構成されていることを特徴とする請求項４記載の空調システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蓄熱体及びこれを利用した空調システムに係り、更に詳しくは、ポテンシャルの低い熱源であっても、効率良く吸熱して安定した温度で放熱できる蓄熱体及びこれを利用した空調システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、低炭素化社会の実現に向けて燃料電池やソーラパネルなどの分散型エネルギーや、電力系統への再生可能エネルギーの積極的な導入が推奨されているが、これらエネルギーの利用を積極的に推進した場合、需要家へのエネルギー供給量が不安定になることが想定され、このような場合であっても、常時安定したエネルギー利用を可能にする技術が必要となる。
【０００３】
例えば、床暖房システムにおいては、電気代が割引される深夜の時間帯及びソーラパネルにより電力が得られる日中の時間帯のみ給熱装置の運転を行い、それ以外の時間帯については、前記給熱装置の運転を行わずに、運転時に得られた熱エネルギーを利用して室内を快適な温度に維持可能にすることが、エネルギーの効率利用の上で必要となる。そこで、前記給熱装置の運転時に得られた熱エネルギーを貯蔵する蓄熱体を併用した床暖房システムが知られている。当該蓄熱体としては、物質の固相、液相間の相変化による潜熱を利用した潜熱蓄熱材からなる潜熱蓄熱体と、物質の比熱を利用した顕熱蓄熱材からなる顕熱蓄熱体とがあり、これら蓄熱体は、それぞれ次の特性を有している。
【０００４】
前記潜熱蓄熱体は、固相状態での熱伝導率が低いことから、外部からの加熱による吸熱時において、顕熱蓄熱体よりも吸熱効率すなわち吸熱特性が劣る一方、潜熱として内部に蓄熱されることから、緩やかで安定した放熱が可能となる。一方、前記顕熱蓄熱体は、床面を介した室温との温度差により放熱され易いことから、一定温度で放熱状態を持続することができず、放熱が不安定となり、潜熱蓄熱体に比べ、安定的な放熱性すなわち放熱特性が劣ることになる。ところで、顕熱蓄熱体が水等の液体からなる場合、その対流により、加熱側の近傍となる加熱側領域の液体が、加熱昇温後に、その反対側の非加熱側領域に移動して当該非加熱側領域で放熱し、当該放熱によって降温された液体が再び加熱側領域に移動することになり、加熱側領域の水が常に冷却された状態となる。このため、液体の顕熱蓄熱体は、コンクリートやモルタル等の固体の顕熱蓄熱体に比べて吸熱効率が一層良くなる。
【０００５】
このように、潜熱蓄熱体と顕熱蓄熱体を対比すると、放熱特性は潜熱蓄熱体の方が良い一方で、吸熱特性は顕熱蓄熱体の方が良いことになる。このことから、例えば、特許文献１、２等に開示されているように、潜熱蓄熱体と顕熱蓄熱体を併用した蓄熱システムが知られている。特許文献１には、通電によって発熱する発熱体と、この発熱体の上側に積層された水からなる顕熱蓄熱体と、当該顕熱蓄熱体の内部に管状に並列配置された潜熱蓄熱体とを備えた床暖房装置が開示されている。また、特許文献２には、潜熱蓄熱層と、その上面に積層された面状の発熱体と、当該発熱体の上面に積層された顕熱蓄熱層とを備えた床構造体が開示されている。これら特許文献１、２における顕熱蓄熱層の上面には、何れも床面が接触するようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平７−２７３５２号公報
【特許文献２】特開２０１３−２５７１０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前記特許文献１の床暖房装置は、高温になる顕熱蓄熱体の上面が床面に接触していることから、発熱体による長時間の加熱によって顕熱蓄熱体が過度に上昇すると、床面と顕熱蓄熱体との間の籠り熱によって、床表面温度が過度に上昇し、床面を介した室内空間の快適性が確保しにくくなる。また、顕熱蓄熱体の内部に潜熱蓄熱体が存在することにより、顕熱蓄熱体内の水の対流を阻害させることになり、このことが、水等の液体からなる顕熱蓄熱体の利点である吸熱特性を低下させる要因となり、結果的に外部から付与される熱エネルギーを効率的に利用できない。更に、潜熱蓄熱体から床面への放熱は、水からなる顕熱蓄熱体を介して行われるため、潜熱蓄熱体から床面に直接放熱する場合に比べて熱損失が大きくなり、潜熱蓄熱体からの安定的な放熱を利用して所望の室内温度を得るためには、より多くの熱エネルギーが必要になる。
【０００８】
前記特許文献２の床構造体においても、特許文献１の床暖房装置と同様、顕熱蓄熱体が床面に接触しているため、発熱体による加熱時に床表面温度が過度に上昇する虞がある。また、特許文献２の床構造体は、床面側の顕熱蓄熱体と地面側の潜熱蓄熱体とで発熱体を挟み込む構造となっており、潜熱蓄熱体からの床面への放熱は、発熱体及び顕熱蓄熱体を介して行われることから、特許文献１の装置よりも更に熱損失が大きくなり、熱エネルギーの有効活用ができない。更に、この床構造体では、その層構造により、潜熱蓄熱体から、床面側と反対側の地面側にも放熱され得るため、この点からも、熱エネルギーの有効活用ができない。以上により、特許文献１、２の蓄熱体の構造では、例えば、空気式の床暖房システムへの利用等、比較的低温の熱源を利用する場合、室内空間を快適に維持するための十分な蓄熱を行うことができない。
【０００９】
本発明は、このような課題に着目して案出されたものであり、その目的は、ポテンシャルの低い熱源を利用した場合であっても、吸熱効率が良く、しかも、安定した温度で継続した放熱が可能となる蓄熱体及びこれを利用した空調システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記目的を達成するため、本発明は、主として、吸熱側から熱を導入して蓄熱し、当該吸熱側の反対側となる放熱側から放熱する蓄熱体において、前記放熱側に配置される第１の蓄熱層と、前記吸熱側に配置される第２の蓄熱層とが相互に積層されてなり、前記第１の蓄熱層は、前記第２の蓄熱層よりも狭い所定の温度域で放熱する特性を有する物質により構成され、前記第２の蓄熱層は、前記第１の蓄熱層よりも吸熱効率が良く、且つ、導入された熱を前記第１の蓄熱層側に搬送可能な物質を有する、という構成を採っている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、吸熱側から放熱側に向かって、顕熱を利用した第２の蓄熱層、潜熱を利用した第１の蓄熱層の順に積層された構造となり、低温熱源による熱供給を行っても、第２の蓄熱層で効率良く吸熱でき、第１の蓄熱層から安定した温度で継続した放熱が可能になる。すなわち、蓄熱体の外部から供給された熱は、先ず、吸熱特性の良い第２の蓄熱層に伝導され、対流を利用して第１の蓄熱層側に移動することで、第１及び第２の蓄熱層の界面において効率良く熱伝導が行われ、放熱特性の良い第１の蓄熱層から蓄熱体の外部に安定して放熱される。加えて、このような層構造により、熱伝導を一方向に行える指向性を有することになり、蓄熱体の外部から導入した熱を効率良く放熱することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１実施形態に係る住宅の床暖房システムが適用された住宅床下部分を概念的に表した断面図。
【図２】前記床暖房システムにおける蓄熱体の配置を説明するための部分概略斜視図。
【図３】前記床暖房システムにおける蓄熱体の構造を概念的に示した断面図。
【図４】第２実施形態に係る住宅の天井放射冷房システムが適用された住宅天井裏部分を概念的に表した断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
（第１実施形態）
【００１４】
図１には、本発明に係る蓄熱体を利用した空調システムとしての住宅の床暖房システムが適用された住宅床下部分を概念的に表した断面図が示されている。この図において、前記床暖房システム１０は、蓄熱機能を備えた空気式の床暖房システムであり、所定の熱源からの空気（温風）を住宅の室外空間となる床下空間Ｇに供給することにより、住宅のフローリング等の床面Ｆ（内装面）を床下空間Ｇ側から温めるとともに床下空間Ｇに蓄熱するようになっている。なお、床下空間Ｇは、住宅外部に対して断熱状態となっており、床下空間Ｇに供給された空気は、床面Ｆにより床下空間Ｇに対して仕切られた室内空間Ｒに排出されてから、再度加温されて床下空間Ｇに送気されることにより、床下空間Ｇと室内空間Ｒとの間で循環するようになっている。
【００１５】
この床暖房システム１０は、床下空間Ｇ及び室内空間Ｒの周囲に配置された断熱材１１と、室内空間Ｒからの空気を取り入れて当該空気を加温した温風を床下空間Ｇに供給する電気エアコン等の熱源装置１２と、床下空間Ｇに収容されて、熱源装置１２からの温風による熱（温熱）を貯蔵する蓄熱体１４とを備えている。
【００１６】
前記蓄熱体１４は、図２に示されるように、複数本配置された大引Ｗ１の各上面間で直交するように架け渡された隣り合う根太Ｗ２，Ｗ２の間に設置され、且つ、隣り合う２本の大引Ｗ１，Ｗ１の間に架け渡されるように設置される。この蓄熱体１４は、上側に位置する蓄熱部１６と、大引Ｗ１の上面に設置されて蓄熱部１６を下方から支持する支持部材１７とからなる。
【００１７】
前記蓄熱部１６は、図３に示されるように、上下方向に積層された第１及び第２の蓄熱層１９，２０により構成される。図中上側の第１の蓄熱層１９は、その上端面が床面Ｆの下面に接触するように配置されており、物質の固相、液相間の相変化による潜熱を利用した潜熱蓄熱材によって構成されている。本実施形態の潜熱蓄熱材としては、特に限定されるものではないが、約２４℃〜約２８℃で相変化するノルマルパラフィンを有する材料からなる板材が用いられる。一方、同図中下側の第２の蓄熱層２０としては、熱伝導性の良好な材質の容器に顕熱蓄熱材として機能する水が封入されたものが用いられている。従って、床面Ｆに接触する第１の蓄熱層１９は、潜熱蓄熱層として機能し、その下側の第２の蓄熱層２０は、顕熱蓄熱層として機能する。
【００１８】
前記支持部材１７は、第２の蓄熱層２０の下面に固定されており、潜熱蓄熱層である第１の蓄熱層１９の相変化に伴う体積変化に関わらず、第１の蓄熱層１９を常時床面Ｆに接触させるように、蓄熱部１６全体を付勢する弾性を備えた熱伝導性の良い金属材料によって形成されている。また、支持部材１７は、長方形状の板材の短手方向両端側の各２箇所を折り曲げて形成されており、そのうち外側の１箇所の折り曲げ部分が大引の上面に設置される設置部分となる。これら折り曲げ部分を除く支持部材１７の平面領域は、第２の蓄熱層２０の下面に固定され、大引Ｗ１の上面との間に空間が形成されることになる。この空間は、熱源装置１２からの温風が流通するようになっており、その温熱を導入して蓄熱部１６を加熱する熱導入部２２となる。なお、支持部材１７は、以上の形状により、蓄熱部１６を大引Ｗ１，Ｗ１に架け渡した状態で支持可能な剛性を確保することができる。
【００１９】
また、特に限定されるものではないが、本実施形態では、第１の蓄熱層１９の厚みを５ｍｍ程度、第２の蓄熱層２０の厚みを６０ｍｍ程度、支持部材１７の板厚を０．３ｍｍ程度としている。つまり、第２の蓄熱層２０は、第１の蓄熱層１９の相変化温度域において当該第１の蓄熱層１９と同等の熱容量となるように、体積及び重量が設定されている。
【００２０】
次に、前記蓄熱体１４の蓄熱作用について説明する。
【００２１】
熱源装置１２からの温風（例えば、３０℃程度）が熱導入部２２に導入されると、支持部材１７を介して顕熱蓄熱層として機能する第２の蓄熱層２０への熱伝導がなされ、熱導入部２２に接触する第２の蓄熱層２０の下側領域で温熱が吸収され、当該下側領域の水が加温される。すると、水の対流により、潜熱蓄熱層として機能する第１の蓄熱層１９との界面側となる第２の蓄熱層２０の上側領域に、その下側領域で加温された水が移動し、第１の蓄熱層１９に向かって放熱される。放熱後に降温した水は、対流により下側領域に移動し、再度熱導入部からの熱エネルギーを吸熱し、熱導入部２２に温風が導入される加熱時には、このサイクルが繰り返し行われる。また、第２の蓄熱層２０から第１の蓄熱層１９に伝導された熱エネルギーにより、第１の蓄熱層１９のうち、第２の蓄熱層２０に近接する下側領域が固相から液相に融解変化し、潜熱として第１の蓄熱層１９に貯蔵される。熱源装置１２からの温風の供給が停止しているときでも、第１の蓄熱層１９が液相から固相へと凝固する際に放出する潜熱により、床面Ｆを通じた室内空間Ｒ側への安定した放熱が継続的になされる。従って、第１の蓄熱層１９からの放熱が凝固に伴って行われるため、室内空間Ｒを所望の温度に維持管理することが可能になる。
【００２２】
従って、このような第１実施形態によれば、吸熱特性の良い第２の蓄熱層２０を吸熱側として熱導入部２２から熱伝導させた上で、当該第２の蓄熱層２０からの熱を第１の蓄熱層１９に貯蔵し、放熱特性の良い当該第１の蓄熱層１９を放熱側として、床面Ｆに熱伝導させる構造となっているため、蓄熱体１４全体として、吸熱効率が良く、しかも、安定した温度で継続した放熱が可能になる。加えて、蓄熱体１４は、前述の層構造により、熱導入部２２からの熱エネルギーが、第２の蓄熱層２０から第１の蓄熱層１９を経て室内空間Ｒの一方向のみに伝導される指向性を有するため、熱導入部２２から導入した熱エネルギーを効率的に利用することができる。これにより、比較的低温の温風の供給であっても、効率良く所望とする室内温度を得ることが可能になる。また、熱源装置１２を間欠運転しながら室内温度を常時快適にできるとともに、運転時における熱源装置１２の省電力化を図ることができ、床暖房システム１０全体の電力コストの低廉化を促進することができる。加えて、潜熱蓄熱層として機能する第１の蓄熱層１９のうち、下側領域が第２の蓄熱層２０から加熱され、床面Ｆに接触する同上側領域が相変化温度域に維持されることから、床面Ｆの過度の温度上昇を抑制することができる。
【００２３】
次に、本発明の他の実施形態について説明する。なお、以下の説明において、前記第１実施形態と同一若しくは同等の構成部分については同一符号を用いるものとし、説明を省略若しくは簡略にする。
（第２実施形態）
【００２４】
次に、本発明に係る蓄熱体が天井放射冷房システムに適用された第２実施形態について説明する。
【００２５】
図４に示されるように、本実施形態に係る天井放射冷房システム３０に適用される前記蓄熱体１４は、天井面Ｃ（内装面）上に載置され、当該天井面Ｃと前記断熱材１１との間に形成された室外空間である天井裏空間Ｕに収容されている。この天井放射冷房システム３０では、図示省略した熱源装置１２により、室内空間Ｒからの空気を冷却した冷風が天井裏空間Ｕに供給され、当該冷風による熱（冷熱）を蓄熱体１４で蓄熱（蓄冷）するようになっている。
【００２６】
ここでの蓄熱体１４は、前記支持部材１７が省略された前記蓄熱部１６のみから構成されているが、前記第１実施形態と同様に支持部材１７を設けてもよい。蓄熱部１６は、潜熱蓄熱層として機能する第１の蓄熱層１９が天井面Ｃに接触し、当該第１の蓄熱層１９の上側に顕熱蓄熱層として機能する第２の蓄熱層２０が積層されるように配置されており、第２の蓄熱層２０と断熱材１１との間に空間が形成されるようになっている。この空間は、熱源装置１２からの冷風が流通するようになっており、その冷熱を導入して蓄熱部１６を冷却する熱導入部２２となる。
【００２７】
本実施形態においては、熱源装置１２からの冷風（例えば、２０℃程度）が熱導入部２２に導入されると、熱導入部２２に接触する第２の蓄熱層２０への熱伝導がなされ、顕熱蓄熱層として機能する第２の蓄熱層２０の上側領域の水が冷却される。すると、水の対流により、第２の蓄熱層２０のうち、潜熱蓄熱層として機能する第１の蓄熱層１９との界面側となる下側領域に冷却された水が移動し、当該下側領域に近接する第１の蓄熱層１９を冷却した上で、前記第１実施形態と同様に、当該水が第２の蓄熱層２０の内部を対流する。第１の蓄熱層１９では、第２の蓄熱層２０からの冷熱によって、当該第２の蓄熱層２０の界面付近の上側領域が液相から固相への凝固により低熱が貯蔵される。貯蔵された冷熱は、熱源装置１２からの冷風の供給が停止しているときでも、第１の蓄熱層１９が固相から液相に融解する際の潜熱により、天井面Ｃを通じた室内空間Ｒ側への放熱（放冷）が安定して継続されることになる。なお、本実施形態において、第１の蓄熱層１９を構成する潜熱蓄熱材としては、室内空間Ｒを維持したい温度に応じ、前述の作用を奏することができる相変化温度特性を有するものが適用される。
【００２８】
以上の第２実施形態においても、吸熱特性の良い第２の蓄熱層２０を吸熱側とし、放熱特性の良い第１の蓄熱層１９を放熱側として、熱源装置１２からの冷熱を室内空間Ｒに伝導させる構造となっているため、蓄熱体１４全体として、吸熱効率が良く、しかも、第１の蓄熱層１９の相変化温度域という固有の安定した温度で継続した放冷が可能になることから、室内空間Ｒが過度に冷却されることを回避できる。
【００２９】
なお、前記各実施形態における第１の蓄熱層１９としては、第２の蓄熱層２０よりも狭い所定の温度域で放熱する特性を有する物質により構成されたものであれば何でも良い。また、第２の蓄熱層２０としては、例えば水のような液体からなる顕熱蓄熱材等、対流を利用して熱導入部２２からの熱エネルギーを第１の蓄熱層１９側に搬送可能な液体や、熱導入部２２からの熱エネルギーを第１の蓄熱層１９側に搬送可能となるように、所定の機構によって流動性を保持させた固体物質を採用することもできる。
【００３０】
また、前記各実施形態では、蓄熱体１４を空気式の床暖房システム１０や天井放射冷房システム３０に適用した場合を例示的に図示説明したが、本発明に係る蓄熱体は、これらへの適用に限らず、他の暖房システム、冷房システム、冷暖房システム等の種々の空調システムに加え、蓄熱を必要とする各種の装置やシステム等への適用も可能である。
【００３１】
その他、本発明における装置各部の構成は図示構成例に限定されるものではなく、実質的に同様の作用を奏する限りにおいて、種々の変更が可能である。
【符号の説明】
【００３２】
１０  床暖房システム（空調システム）
１２  熱源装置
１４  蓄熱体
１７  支持部材
１９  第１の蓄熱層（潜熱蓄熱層）
２０  第２の蓄熱層（顕熱蓄熱層）
２２  熱導入部
３０  天井放射冷房システム（空調システム）
Ｃ  天井面（内装面）
Ｆ  床面（内装面）
Ｇ  床下空間（室外空間）
Ｒ  室内空間
Ｕ  天井裏空間（室外空間）
【図１】
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【図２】
2017133713.tif 000004
【図３】
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【図４】
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