(57)【要約】【課題】伝熱壁の耐圧性能を高めながら蓄熱手段と伝熱壁との接触面積を拡大し、熱交換性能を高めることを目的とする。【解決手段】非蓄熱時には固体となり蓄熱時には液体となる潜熱蓄熱剤を平板状に成型し真空パックを施した蓄熱手段４と、前記蓄熱手段４を挟み込むように保持し前記潜熱蓄熱剤に対して熱の授受を行う表面に凹凸を設けた伝熱壁５とを備え、前記伝熱壁５に設けた凹凸に対向するように、前記蓄熱手段４の表面に凹凸を設けたことを特徴とするもので、潜熱蓄熱剤と伝熱壁５との接触面積を増やすと共に、伝熱壁５を通じて蓄熱手段４と熱交換を行う流体通路の耐圧性能を向上させることができる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
非蓄熱時には固体となり蓄熱時には液体となる潜熱蓄熱剤と、前記潜熱蓄熱剤を平板状に成型し真空パックを施した蓄熱手段と、前記蓄熱手段を挟み込むように保持し前記潜熱蓄熱剤に対して熱の授受を行う表面に凹凸を設けた伝熱壁とを備え、前記伝熱壁に設けた凹凸に対向するように、前記蓄熱手段の表面に凹凸を設けたことを特徴とする蓄熱装置。
【請求項２】
蓄熱手段の内部に、潜熱蓄熱剤よりも熱伝導率の大きい材料によって構成されている伝熱促進材を有する請求項１記載の蓄熱装置。
【請求項３】
潜熱蓄熱剤の主成分が酢酸ナトリウム三水和物であることを特徴とする請求項１または２記載の蓄熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、潜熱蓄熱剤を搭載した蓄熱装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
蓄熱を行う方法として、非蓄熱時には固体となり蓄熱時には液体となる潜熱蓄熱剤の相変化を利用した蓄熱装置は良く知られており、この潜熱蓄熱剤をカプセル状の容器内に充填した蓄熱カプセルと被加熱流体を熱交換させることにより、蓄熱、放熱を行う装置はすでに実用化されている。
【０００３】
ここで、カプセル状の容器に潜熱蓄熱剤を充填した場合、熱交換を行う伝熱面との間の熱抵抗が大きくなる可能性があり、また容器の占める体積が大きくなる傾向となるため、体積当たりの潜熱蓄熱剤の充填量が減少することになる。
【０００４】
この課題を解決するため、潜熱蓄熱剤を薄いアルミラミネートフィルムにより成型された袋に充填し、真空パックする試みが示されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】実用新案登録第３１１５０８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、特許文献１記載の蓄熱装置を加熱、冷却するためには蓄熱装置に直接接触する伝熱壁と、伝熱壁を通じて水等の熱源と熱交換を行うための流体通路が必要である。通常、伝熱壁と流体通路は一体成型されているが、耐圧性能を高めるために伝熱壁に凹凸を設け、流体通路内を流れる水等の圧力によって伝熱壁が変形することを防止している。
【０００６】
しかし、この構造を採用することにより、蓄熱手段と伝熱壁との接触面積が減少し、加熱、冷却する際に余計な時間を費やしてしまうことが予想される。
【０００７】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、伝熱壁の耐圧性能を高めながら蓄熱手段と伝熱壁との接触面積を拡大し、熱交換性能を高めることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記従来の課題を解決するために、本発明の蓄熱装置は、非蓄熱時には固体となり蓄熱時には液体となる潜熱蓄熱剤と、前記潜熱蓄熱剤を平板状に成型し真空パックを施した蓄熱手段と、前記蓄熱手段を挟み込むように保持し前記潜熱蓄熱剤に対して熱の授受を行う表面に凹凸を設けた伝熱壁とを備え、前記伝熱壁に設けた凹凸に対向するように、前記蓄熱手段の表面に凹凸を設けたことを特徴とするもので、蓄熱手段と伝熱壁との接触面積を拡大することができ、伝熱壁と効果的に熱の授受を行うことができるようになるものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、伝熱壁の耐圧性能を高めながら蓄熱手段と伝熱壁との接触面積を拡大し、熱交換性能を高めた蓄熱装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
第１の発明は、非蓄熱時には固体となり蓄熱時には液体となる潜熱蓄熱剤と、前記潜熱蓄熱剤を平板状に成型し真空パックを施した蓄熱手段と、前記蓄熱手段を挟み込むように保持し前記潜熱蓄熱剤に対して熱の授受を行う表面に凹凸を設けた伝熱壁とを備え、前記
伝熱壁に設けた凹凸に対向するように、前記蓄熱手段の表面に凹凸を設けたことを特徴とするもので、潜熱蓄熱剤と伝熱壁との接触面積を増やすと共に、伝熱壁を通じて蓄熱手段と熱交換を行う流体通路の耐圧性能を向上させることができる。
【００１１】
第２の発明は、特に、第１の発明の蓄熱手段の内部に、潜熱蓄熱剤よりも熱伝導率の大きい材料によって構成されている伝熱促進材を有するもので、蓄熱手段全体の熱伝導率を向上させ、熱の授受性能を向上させることができる。
【００１２】
第３の発明は、特に、第１の発明または第２の発明の潜熱蓄熱剤の主成分が、酢酸ナトリウム三水和物としたことにより、高効率な蓄熱性能及び放熱性能を実現することができる。
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００１４】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１における蓄熱装置の正面断面図、図２は本発明の実施の形態１における蓄熱装置の側面断面図、図３は本発明の実施の形態１における蓄熱装置を用いた給湯機の構成図、図４は本発明の実施の形態１における蓄熱手段の斜視図である。
【００１５】
蓄熱装置１は大きくアルミラミネートフィルム製の袋２に真空パックされ平板状に成型された潜熱蓄熱剤３を封入した蓄熱手段４、蓄熱手段４を両側から挟み込むような構造で保持し蓄熱手段４に対して熱の授受を行うための伝熱壁５、２枚の伝熱壁５内部に空間が設けられ蓄熱手段４を加熱または冷却するための流体（ここでは水）が流れる流体通路６、蓄熱手段４、伝熱壁５及び流体通路６から外部への熱リークを防止するためウレタンフォームまたはウレタンスラブ等により構成される断熱手段７、蓄熱手段４に蓄熱を行うための湯を加熱する加熱手段８により構成される。
【００１６】
伝熱壁５は２枚の銅板を貼り合わせたような構造をしており、はんだ付けまたはロウ付けにより接着されている。２枚の銅板の間に水または湯が流れる流体通路６が形成されているが、単位体積当たりの蓄熱剤充填量を大きくするために銅板の板厚は０．３〜０．５ｍｍ程度のものを使用しており、そのままでは水道圧をかけると変形してしまう恐れがあるため、一定間隔で凹凸を設け凹部をはんだ付けまたはロウ付けにより接着することで耐圧性能を向上させている。
【００１７】
流体通路６には蓄熱時には湯、放熱時には水が流される。蓄熱手段４の寸法は取り扱い及び持ち運びが容易である幅２００ｍｍ、高さ２００ｍｍ、厚さ２０ｍｍの寸法に成型されており、蓄熱手段４内に封入されている潜熱蓄熱剤３は現在一般家庭で使用されている貯湯タンクを有した給湯機の貯湯温度と同等温度である６０℃前後に融点を有する主成分が酢酸ナトリウム三水和物で構成されているものを使用している。
【００１８】
酢酸ナトリウム三水和物は熱伝導率が約０．７Ｗ／ｍＫと小さく、このままでは伝熱壁５から伝わってきた熱が潜熱蓄熱剤３全体に充分伝わらないことが予想される。このため、潜熱蓄熱剤３内部に酢酸ナトリウム三水和物よりも熱伝導率が大きい伝熱促進材９を充填することにより、熱伝導率を向上させている。伝熱促進材９は酢酸ナトリウム三水和物よりも熱伝導率が大きい物質であれば使用可能であるが、高熱伝導率で入手が容易であり比較的低コストである銅製金網を内部に充填して使用することにより、蓄熱手段４の熱伝導率を１０倍以上に向上させることができる。
【００１９】
蓄熱手段４の表面は伝熱壁５の表面に設けている凹凸に対応するように凹凸を設けてあ
り、伝熱壁５の凹部に蓄熱手段４の凸部、伝熱壁５の凸部に蓄熱手段４の凹部が収まる構造としている。この構造により潜熱蓄熱剤３の充填可能量を増やすことができるとともに伝熱壁５との接触面積を増やすことにより、熱交換性能を向上させることができるようになる。
【００２０】
伝熱促進材９の周囲にはアルミラミネートフィルムを金網の端面で破損させないように保護の目的として１ｍｍ厚のゴム板を２０ｍｍ幅に切断加工し両側面と底面の保護材１０として使用している。蓄熱時に利用される湯は加熱手段８によって常温の水から６５〜８０℃程度の湯に昇温される。加熱手段８はボイラーや電気ヒーター等でももちろん問題ないが、近年の省エネルギー化の流れを考えるとヒートポンプによる加熱がエネルギー効率も優れており望ましい。
【００２１】
蓄熱手段４、伝熱壁５及び流体通路６は外部との温度差が大きくこのままでは外部への熱リークによって蓄熱性能の悪化が予想されるため、グラスウール、発泡スチロール及び硬質ウレタンスラブ等によって構成される断熱手段７によって外部との熱の出入りを遮断する構造としている。
【００２２】
この蓄熱装置１を一般家庭の給湯用に用いる場合、家庭環境、設置スペース等にもよるが潜熱蓄熱剤３の必要量は１００〜３００ｋｇ程度になるため、上記の寸法の蓄熱手段４が９０〜２７０個程度必要となる。この数量の蓄熱手段４を一定のスペースに設置するため、蓄熱手段４と断熱壁５及び流体通路６は厚さ方向に積層する構造によって省スペース化を図っている。
【００２３】
まず端部に内部に流体通路６を有した伝熱壁５が設置され、その横に一定数量の蓄熱手段４が並べられる。その横にさらに伝熱壁５、その横に蓄熱手段４というような構造により、無駄な空間を有することなく一定体積に最大限潜熱蓄熱剤３を充填することができる。
【００２４】
この蓄熱装置１を用いた給湯機の作用を説明する。蓄熱運転を行う場合、流体通路６に加熱手段８で加熱された高温の湯が循環ポンプ１１を通じて流され、潜熱蓄熱剤３に蓄熱を行う。潜熱蓄熱剤３の温度が湯の温度に対して低い場合は、湯が有する熱は伝熱壁５を通じて潜熱蓄熱剤３に移動する。潜熱蓄熱剤３は温度が上昇するにつれて固体から液体へと相変化を行い、潜熱領域の蓄熱を行うが、融解すると体積が膨張するため、液化した潜熱蓄熱剤３は袋２内の余裕空間に移動を行う。
【００２５】
このとき厚さ方向への移動が断熱手段７等によって外部から規制されている場合、潜熱蓄熱剤３の自重によって伝熱壁５を押す方向に加重が加わり、伝熱壁５の凹凸部に潜熱蓄熱剤３がさらに移動を行うことにより、伝熱壁５と蓄熱手段４の密着性を向上させ、熱伝導性をさらに向上させることができる。この動作を連続して行うと、酢酸ナトリウム三水和物系の潜熱蓄熱剤３の場合、融点が約６０℃であるため、この温度を上回ると蓄熱完了である。
【００２６】
蓄熱が完了すると必要時に所定の温度の湯を使用することができる。湯を使用するため蛇口等が開けられた場合、水道から供給された水は伝熱壁５を通じて蓄熱手段４内の潜熱蓄熱剤３と熱交換することにより加熱され、その後混合弁１２により水と混合され所定の温度に調整した後、利用系に送られ風呂、シャワー等に使用される。潜熱蓄熱剤３の有する熱が充分に利用され放熱されると液体から固体へと相変化を行う。潜熱蓄熱剤３は相変化により凝固すると体積が減少するため、蓄熱手段４内の潜熱蓄熱剤３は上部に空間を残した状態で伝熱壁５との密着を保ちながら固体へと相変化を行う。
【００２７】
なお、本実施の形態に示した各種材料や数値などは必ずしもこれに限定されるものではなく、所定の役割を果たすことができるならば別の材料や数値で何ら問題はない。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
以上のように、本発明にかかる蓄熱装置は、伝熱壁の耐圧性能を高めながら潜熱蓄熱剤と伝熱壁との間の熱の授受性能を向上させることができるため、液体等の流動性を持つ物質を用いた熱交換装置全般に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施の形態１における蓄熱装置を構成する蓄熱手段の斜視図
【図２】同蓄熱装置を構成する蓄熱手段の内部構造図
【図３】同蓄熱装置の側面断面図
【図４】同蓄熱装置の上面断面図
【図５】同蓄熱装置を用いた給湯機の構成図
【図６】同伝熱壁及び流体通路の概略図
【符号の説明】
【００３０】
１  蓄熱装置
２  袋
３  潜熱蓄熱剤
４  蓄熱手段
５  伝熱壁
６  流体通路
９  伝熱促進材
【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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