(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸着材と加熱器と放熱器とを備えた吸着材容器と、熱交換器を備えた水容器と、水を収容する貯水タンクと、前記各部を密閉系として連結する配管とを備え、前記貯水タンクの水出口管と前記吸着材容器の放熱器とを連結し、前記放熱器に外部に給湯する給湯採取手段を接続した蓄熱装置。
【請求項２】
水容器は内底部に予備過熱器を、上部に突出ガスを排出する突出ガス排出管を有し、水容器内に発生した不凝縮性ガスを前記排出管から排出するようにした請求項１に記載した蓄熱装置。
【請求項３】
連結手段の開放端を水容器の貯液水中に配置した請求項１または２に記載した蓄熱装置。
【請求項４】
放熱器は、吸着材容器中の空間部と吸着材中とに設けた請求項１から３のいずれか１項に記載した蓄熱装置。
【請求項５】
吸着材として水和塩型潜熱蓄熱材の無水塩を用いた請求項１から４のいずれか１項に記載した蓄熱装置。
【請求項６】
吸着材として、塩化カルシウムまたは塩化マグネシウムまたは臭化リチウムまたは硫酸ナトリウムを使用する請求項５に記載した蓄熱装置。
【請求項７】
吸着材と加熱器と放熱器とを備えた吸着材容器と、熱交換器を備えた水容器と、水を収容する貯水タンクと、前記各部を密閉系として連結する配管とを備え、前記貯水タンクの水出口管と前記吸着材容器の放熱器とを連結し、さらに家庭排水を貯液する排水タンクに設けた熱交換器と前記水容器の熱交換器とを配管で接続した蓄熱装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷暖房や給湯を行うことができる吸着材を用いた蓄熱装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種の蓄熱装置は、図６に示すような構成となっている。すなわち、ゼオライトで構成した吸着材５６を収容する容器５１内に加熱冷却器５７を備え、前記容器５１と作動媒体容器５２とガス冷却器５３との間をバルブ５４を介してパイプ等の連結手段５５によって密閉系として連結している。前記作動媒体容器５２内には作動媒体として使用する水５８と、水５８を加熱・冷却する加熱冷却器５９を設けている。
【０００３】
以上の構成で、加熱装置あるいは冷却装置として動作するものである。すなわち、吸着材５６から作動媒体である水を脱着することによる蓄熱は、吸着材容器５１内の加熱・冷却器５７を加熱器として用いることで開始する。つまり、吸着材５６が加熱されると、吸着材５６が吸着している水が脱着されて水蒸気となって連結手段５５を移動して、ガス冷却器５３から、作動媒体容器５２に入る。
【０００４】
ガス冷却器５３は、例えば内部に水が通水されている配管が通っており、前記水蒸気が有している熱エネルギーはこの水と熱交換されて、水蒸気は凝縮熱を放熱して、水となる。当然配管内の水は温度上昇して図示していない貯湯槽に貯湯される。液体となった水５８は作動媒体容器５２内に貯液される。
【０００５】
また、吸着材５６に作動媒体である水を吸着させることによって生ずる放熱は、作動媒体容器５２内の加熱・冷却器５９を加熱器として用いることによって行われる。作動媒体容器５２内の水５８が加熱されると、系内が真空状態であるため水は低温で沸騰して水蒸気として吸着材容器５１に移動する。吸着材容器５１内には吸着材５６が収容されており、この水蒸気は吸着材５６に吸着される。吸着材５６は水蒸気を吸着することによって吸着熱を放出する。この吸着熱は、加熱冷却器５７を冷却器として用いることによって外部に放熱される。
【０００６】
以上のように、放熱時には、加熱冷却器５９は冷却され、加熱冷却器５７は加熱されることとなり、それぞれ冷房、暖房（給湯）に利用される。なお、ガス熱交換器５３を省略して加熱・冷却器５９のみで同様な機能を発揮させることも可能である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の蓄熱装置は、熱効率が低いという課題を有している。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、吸着材と加熱器と放熱器とを備えた吸着材容器と、熱交換器を備えた水容器と、水を収容する貯水タンクと、前記各部を密閉系として連結する配管とを備え、前記貯水タンクの水出口管と前記吸着材容器の放熱器とを連結し、前記放熱器に外部に給湯する給湯採取手段を接続して、蓄熱時の水容器の熱を貯水タンクに回収でき、熱効率が高く、放熱速度を向上させた蓄熱装置としている。
【０００９】
【発明の実施の形態】
請求項１に記載した発明は、吸着材と加熱器と放熱器とを備えた吸着材容器と、熱交換器を備えた水容器と、水を収容する貯水タンクと、前記各部を密閉系として連結する配管とを備え、前記貯水タンクの水出口管と前記吸着材容器の放熱器とを連結し、前記放熱器に外部に給湯する給湯採取手段を接続して、蓄熱時の水容器の熱を貯水タンクに回収でき、熱効率が高く、放熱速度を向上させた蓄熱装置としている。
【００１０】
請求項２に記載した発明は、水容器は内底部に予備過熱器を、上部に突出ガスを排出する突出ガス排出管を有し、水容器内に発生した不凝縮性ガスを前記排出管から排出するようにして、長期間真空を維持でき、信頼性の高い蓄熱装置としている。
【００１１】
請求項３に記載した発明は、連結手段の開放端を水容器の貯液水中に配置するようにして、水容器内の水を速やかに吸着材容器に還流させて、熱効率の高い蓄熱装置としている。
【００１２】
請求項４に記載した発明は、放熱器は、吸着材容器中の空間部と吸着材中とに設け、空間部の蒸気を凝縮伝熱で速やかに回収して、熱効率の高い蓄熱装置としている。
【００１３】
請求項５に記載した発明は、吸着材として水和塩型潜熱蓄熱材の無水塩を用いるようにして、蓄熱密度が高く、熱効率の高い蓄熱装置としている。
【００１４】
請求項６に記載した発明は、吸着材として、塩化カルシウム、塩化マグネシウム、臭化リチウム、硫酸ナトリウムのいずれかを使用するようにして、腐食が少なく、長期の使用ができる信頼性の高い蓄熱装置としている。
【００１５】
請求項７に記載した発明は、貯水タンクの水出口管と吸着材容器の放熱器とを連結し、さらに家庭排水を貯液する排水タンクに設けた熱交換器と前記水容器の熱交換器とを配管で接続するようにして、家庭排水中の排熱を回収できる蓄熱装置としている。
【００１６】
【実施例】
以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。
【００１７】
（実施例１）
図１は、本発明の第１の実施例である蓄熱装置の構成を示す説明図である。本実施例の蓄熱装置は、吸着材容器２と水容器６と貯水タンク１１と冷却手段１８と給湯採取手段１９とこれらの間を密閉系として接続する連結手段９によって構成している。
【００１８】
吸着材容器２は、本実施例では防錆加工した金属を使用しているが、適切な強度と腐食に対する配慮があれば材質的な制限はないものである。吸着材容器２は、内部に、ゼオライトあるいはシリカゲル等の吸着材３と、電気ヒータ等の加熱器４と、通水が可能なアルミニウム等の金属パイプで構成した放熱器５を備えている。水容器６は、吸着材容器２と同様防錆加工した金属を使用しているが、適切な強度と腐食に対する配慮があれば材質的な制限はないものである。水容器６は内部に通水が可能な銅あるいはアルミニウム等の金属パイプで構成した熱交換器７を備えている。水容器６は、吸着材３より脱着した蒸気の形の水８を貯蔵しており、この水が有している熱エネルギーを熱交換器７内を流れる水と熱交換することによって回収する。またこの熱交換によって、蒸気は冷却されて水となる。
【００１９】
吸着材容器２と水容器６との間は、金属パイプによって構成している連結手段９によって密閉系を維持するように接続している。連結手段９には、バルブ１０を設けている。
【００２０】
貯水タンク１１は、防錆加工した金属によって構成しており、水の入り口管１２から供給された水道水等の水を貯留している。また貯水タンク１１は、水の出口管１３と放熱器１４を備えている。前記水の入り口管１２と水の出口管１３とは、防錆加工した金属パイプによって構成している。水の出口管１３は、前記吸着材容器２に設けている放熱器５と接続している。また貯水タンク１１の放熱器１４は、銅あるいはアルミニウム等の金属パイプによって構成しており、前記水容器６の熱交換器７とポンプ１５と配管１６を介して接続している。
【００２１】
配管１６の途中には、三方弁１７を設けており、冷却手段１８を接続している。冷却手段１８は、配管１６と、配管１６の後方から送風するファン１８ａによって構成している。すなわち、冷却手段１８は配管１６を流れる水が有している熱エネルギーをファン１８ａによる送風によって、周囲を暖房するものであり、また配管１６を流れる水を冷却するものである。
【００２２】
さらに、給湯採取手段１９は、銅あるいはアルミニウム等の金属パイプによって構成しており、貯水タンク１１の出口管１３と吸着材容器２の放熱器５と連結された構成としている。すなわち、貯水タンク１１に貯水されている水を温水として外部に給湯する機能を有しているものである。
【００２３】
以下、本実施例の動作について説明する。本実施例の蓄熱装置は、冷房あるいは暖房あるいは給湯が効率的にできる装置として動作するものである。
【００２４】
すなわち、バルブ１０を開いている状態で、加熱器４を通電することによって吸着材３を加熱すると、吸着材３が吸着している水が脱着されて水蒸気となって連結手段９を移動して、水容器６の上部に入る。すなわち、気相部に水蒸気が貯まるものである。このとき、系の全体は真空状態であるため前記水蒸気の発生は低温で容易に行えるものである。水容器６には、熱交換器７が配置されている。従って、前記水蒸気が有している熱エネルギーは熱交換器７を流れている水に供給されるものである。このため、水容器６内の水蒸気は凝縮熱を放熱して水となって、水容器６の底部に液相として貯まる。また、熱交換器７を流れる水は温度上昇して貯水タンク１１あるいは冷却手段１８に供給される。
【００２５】
このとき、冷却手段１８では、ファン１８ａの送風によって、配管１６を流れる温水が有している熱エネルギーが放散されている。すなわち、暖房が行われるものである。
【００２６】
また、貯水タンク１１内の水は、配管１６から放熱器１４を流れる温水によって加熱されて温度上昇し、出口管１３から配管１６を介して吸着材容器２の放熱器５を通って給湯採取手段１９からより高温となって外部に供給される。すなわち、温水が外部に供給されるものである。
【００２７】
また、バルブ１０を閉じた状態で、冷却手段１８を構成するファン１８ａを停止し、三方弁１７を操作して、配管１６内の水を熱交換器７に環流させるようにすると、水容器６内の水は加熱される。すなわち、冷却手段１８が太陽熱を利用した加熱手段として作用するものである。熱交換器７内に温水が供給されると、水容器６が真空であるため、水容器８内の水は加熱されて容易に水蒸気となるものである。この状態では、吸着材容器２は水容器６に対して負圧となっている。この状態でバルブ１０を開放すると、水容器６に貯まっていた水蒸気は一気に吸着材容器２に進入する。吸着材容器２の吸着材３はこの水蒸気を吸着する。このとき吸着材３が水蒸気を吸着すると、吸着熱を発生するものである。この吸着熱によって、吸着材容器２は加熱され、暖房源として作用するものである。
【００２８】
以上のように本実施例によれば、吸着材３と加熱器４と放熱器５とを備えた吸着材容器２と、熱交換器７を備え蓄熱時に水の凝縮液を貯液する水容器６と、水を収容する貯水タンク１１と、前記各部を密閉系として連結する配管１６とを備え、前記貯水タンク１１の水出口管１３と前記吸着材容器２の放熱器５とを連結し、前記放熱器５に外部に給湯する給湯採取手段１９を接続した構成として、暖房と冷房と温水の給湯が効率的にできる蓄熱装置を実現できるものである。
【００２９】
（実施例２）
続いて本発明の第２の実施例について説明する。図２は本実施例の構成を示す説明図である。本実施例では、系の全体を長期の使用に際しても真空を維持することができる構成としているものである。すなわち、水容器６内に設けた予備加熱器２０と、水容器６の上部より不凝縮性ガスを排出するために設けているバルブ２１と、水容器６内に水を供給するために設けているバルブ２２と、前記バルブ２１の近傍を流れるガスの温度を検出する温度検出器２３と水容器６を出た直後のガスの温度を検出する温度検出器２４と、前記不凝縮性ガスを排出する突出ガス排出管２５と、水容器６の内部の温度を検出する温度検出器２６と、水容器６の内部の圧力を検出する圧力検出器２７と、水容器６の内部の凝縮液の液面を検出する液面検出器２８と、前記温度検出器２３・温度検出器２４・温度検出器２６と圧力検出器２７の検出値よりバルブ２１・バルブ２２と予備加熱器２０を制御する制御手段２９を備えているものである。制御手段２９は本実施例ではマイクロコンピュータを使用しているものである。
【００３０】
以下、本実施例の動作について説明する。長期の使用によって、水容器６内に例えば酸素あるいは窒素あるいは水素等の不凝縮性ガスが発生すると、系全体の真空度が低下して、効率が低下するものである。本実施例では、このような不凝縮性の発生がないかどうか、あるいは不凝縮性のガスが発生した場合には直ちに系外にこの不凝縮性のガスを排出して、系の真空を維持するようにしているものである。
【００３１】
すなわち、制御手段２９は内蔵している制御プログラムによって、水容器６内の水８の温度を定期的に予備加熱器２０を通電し発熱させることによって昇温させる。この際、不凝縮性ガスの発生のない場合は、水容器６内の空間部３０の温度はどこの部位でも一定である。制御手段２９は温度検出器２６、温度検出器２４，温度検出器２３の検知温度を確認することと、圧力検知器２７が検知している圧力を確認することによって、前記不凝縮性ガスの発生の有無を判定するものである。
【００３２】
こうして不凝縮性ガスの発生が認められた場合には、制御手段２９はバルブ２１を開いて、水容器６内に発生した水蒸気によって不凝縮性ガスをパージして外部に排出する。この排気が完了したかどうかの判定は、前記各温度検出器２３，２４，２６の温度が全て同一となったかどうかを見ることによって行っている。また、パージによって水８の量が減少したかどうかの判定は液面検出器２８で行っている。水８の量が既定値より低下している場合には、バルブ２２を開いて、水８を系内に導入する。
【００３３】
こうした不凝縮性ガスの排出は、蓄熱動作中に行っても良いが、上述したような定常時に行う方がより好ましい。
【００３４】
以上のように本実施例によれば、不凝縮性ガスが発生した場合には、確実にこれを検知して、系外に排出することができるものである。従って長期の使用に耐える、信頼性の高い蓄熱装置を実現できるものである。
【００３５】
（実施例３）
続いて本発明の第３の実施例について説明する。図３は、本実施例の構成を示す説明図である。本実施例では、水容器６と連結している連結手段９の開放端３１を水容器６の底部に、すなわち蓄熱時に貯液された水８の中に配置しているものである。
【００３６】
この構成とすることによって、放熱時に、水容器６内の水８を速やかに吸着材容器２に還流させることができ、速やかに吸着材３を発熱させることができるものである。すなわち本実施例によれば、動作速度の速い蓄熱装置を実現できるものである。
【００３７】
（実施例４）
続いて本発明の第４の実施例について説明する。図４は、本実施例の構成を示す説明図である。本実施例では、水容器６での連結手段９の開放端３１を、前記実施例３と同様に蓄熱時に貯液された水８中に配置させており、また吸着材容器２中の放熱器５を空間部と吸着材中の両方に設けるようにしているものである。すなわち図４中の３２は空間部放熱器、３３は吸着材中放熱器である。
【００３８】
以上の構成とすることによって、放熱時に、水容器６内の水８を速やかに吸着材容器２に還流させて、発熱する吸着材３の水８の吸着熱を吸着材容器２の吸着材中はもとより空間部でも受熱できるようにしているものである。すなわち空間部の蒸気を凝縮伝熱で速やかに回収でき、熱効率の高い蓄熱装置を実現するものである。
【００３９】
このとき、水の吸着材としては水和塩型潜熱蓄熱材の無水塩が有効である。表１に各種化学物質の反応熱（示差走査熱分析結果）を示している。潜熱型蓄熱材（Ｎｏ．１〜４）は融解熱、吸着型（Ｎｏ．５〜２２）は吸着熱を示している。Ｎｏ．５〜Ｎｏ．１３は水和塩型無機塩、Ｎｏ．１４・１５は水和物、Ｎｏ．１６はアンモニア化物、Ｎｏ．１７・１８は炭酸化物、Ｎｏ．１９〜２１は一般的な吸着材、Ｎｏ．２２は水素化物である。なお、塩化カルシウム６水塩などのように同一物質であっても、融解熱を利用する場合と水の吸着熱を利用する場合で反応熱は異なる。
【００４０】
【表１】
0004288829.tif 000002
【００４１】
表１から理解できるように、Ｎｏ．５〜１３の潜熱型蓄熱材としても用いられる水和塩型無機塩が高い吸着熱を有しているものである。よって、吸着材としては水和塩型潜熱蓄熱材が好ましいものである。
【００４２】
さらに、その中でも塩化カルシウム、塩化マグネシウム、臭化リチウム、硫酸ナトリウムは中性塩であり、吸着材容器に対する腐食性も低く、吸着材としてはもっとも好ましいものである。
【００４３】
（実施例５）
続いて本発明の第５の実施例について説明する。図５は、本実施例の構成を示す説明図である。本実施例では、三方弁１７に例えば浴槽等の排水タンク３６に接続している排熱回収配管３７を設けているものである。またこのとき、排水タンク３６には、例えば銅あるいはアルミニウムの熱交換器３５を設けて、前記排熱回収管３７をこの熱交換器３５に接続しているものである。
【００４４】
この構成によって排水タンク３６中の風呂水等の家庭排水３４が有している熱エネルギーを暖房あるいは冷房または温水の給湯等に利用できるものである。
【００４５】
【発明の効果】
請求項１に記載した発明は、吸着材と加熱器と放熱器とを備えた吸着材容器と、熱交換器を備えた水容器と、水を収容する貯水タンクと、前記各部を密閉系として連結する配管とを備え、前記貯水タンクの水出口管と前記吸着材容器の放熱器とを連結し、前記放熱器に外部に給湯する給湯採取手段を接続した構成として、蓄熱時の水容器の熱を貯水タンクに回収でき、熱効率が高く、放熱速度を向上させた蓄熱装置を実現するものである。
【００４６】
請求項２に記載した発明は、水容器は内底部に予備過熱器を、上部に突出ガスを排出する突出ガス排出管を有し、水容器内に発生した不凝縮性ガスを前記排出管から排出するようにした構成として、水容器内に発生した不凝縮性ガスを前記排出管から排出するようにして、長期間真空を維持でき、信頼性の高い蓄熱装置を実現するものである。
【００４７】
請求項３に記載した発明は、連結手段の開放端を水容器の貯液水中に配置した構成として、水容器内の水を速やかに吸着材容器に還流させて、熱効率の高い蓄熱装置を実現できるものである。
【００４８】
請求項４に記載した発明は、放熱器は、吸着材容器中の空間部と吸着材中とに設けた構成として、空間部の蒸気を凝縮伝熱で速やかに回収でき、熱効率の高い蓄熱装置を実現するものである。
【００４９】
請求項５に記載した発明は、吸着材として水和塩型潜熱蓄熱材の無水塩を用いた構成として、蓄熱密度が高く、熱効率の高い蓄熱装置を実現するものである。
【００５０】
請求項６に記載した発明は、吸着材として、塩化カルシウムまたは塩化マグネシウムまたは臭化リチウムまたは硫酸ナトリウムを使用する構成として、腐食が少なく、長期の使用ができる信頼性の高い蓄熱装置を実現するものである。
【００５１】
請求項７に記載した発明は、吸着材と加熱器と放熱器とを備えた吸着材容器と、熱交換器と、水を収容する貯水タンクと、前記各部を密閉系として連結する配管とを備え、前記貯水タンクの水出口管と前記吸着材容器の放熱器とを連結し、さらに家庭排水を貯液する排水タンクに設けた熱交換器と前記水容器の熱交換器とを配管で接続した構成として、家庭排水中の排熱を回収できる蓄熱装置を実現するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例である蓄熱装置の構成を示す説明図
【図２】本発明の第２の実施例である蓄熱装置の構成を示す説明図
【図３】本発明の第３の実施例である蓄熱装置の構成を示す説明図
【図４】本発明の第４の実施例である蓄熱装置の構成を示す説明図
【図５】本発明の第５の実施例である蓄熱装置の構成を示す説明図
【図６】従来の蓄熱装置の構成を示す説明図
【符号の説明】
２  吸着材容器
３  吸着材
６  水容器
９  連結手段
１０  バルブ
１１  貯水タンク
１２  入口管
１３  出口管
１６  配管
１８  冷却手段
１９  給湯採取手段
２０  予備過熱器
２１  バルブ
２２  バルブ
２３  温度検出器
２４  温度検出器
２５  突出ガス排出管
２６  温度検出器
２７  圧力検出器
２８  液面検出器
２９  制御手段
３０  空間部
３１  開放端
３２  空間部放熱器
３３  吸着材中放熱器
３６  排水タンク
【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１】
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