潜熱蓄熱槽、及び給湯システム
【課題】潜熱蓄熱材を有効に活用することができ、且つ、衛生的に優れた潜熱蓄熱槽、及び該潜熱蓄熱槽を備えた給湯システムを提供する。
【解決手段】潜熱蓄熱材と、該潜熱蓄熱材内に埋設された熱交換シートと、熱交換シート及び潜熱蓄熱材を収容する容器とを備え、熱交換シートが、シート状の基材と、該基材に設けられた溝に配設され、熱媒を流通可能な熱媒流通管と、を備えている、潜熱蓄熱槽とし、該潜熱蓄熱槽を備えた給湯システムとする。
【解決手段】潜熱蓄熱材と、該潜熱蓄熱材内に埋設された熱交換シートと、熱交換シート及び潜熱蓄熱材を収容する容器とを備え、熱交換シートが、シート状の基材と、該基材に設けられた溝に配設され、熱媒を流通可能な熱媒流通管と、を備えている、潜熱蓄熱槽とし、該潜熱蓄熱槽を備えた給湯システムとする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、潜熱蓄熱槽及び、潜熱蓄熱槽を備えた給湯システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年はエネルギーの有効利用のため、排熱や太陽熱などを利用する様々な技術が提案されている。例えば、給湯などの用途に排熱や太陽熱などの熱を利用する場合、潜熱蓄熱材にそれらの熱を蓄えて利用する技術が実施されている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、湯槽の表面を潜熱蓄熱材で包み、その外側を断熱材料で包んだ貯湯槽が開示されている。また、特許文献２には、内部のお湯の熱を蓄熱する潜熱蓄熱 材が貯湯タンクに設けられ、該貯湯タンクが潜熱蓄熱材を含んで断熱材で覆われていることを特徴とする貯湯装置が開示されている。また、特許文献３には、槽内に、給水された水を加熱するヒータを備える電気温水器において、槽内には、表面に多数の溝を有し、潜熱蓄熱材が封入された合成樹脂製のカプセルが多数内蔵されていることを特徴とする電気温水器が開示されている。また、特許文献４には、タンク内に供給された水を加熱手段にて加熱する貯湯式の湯沸器において、上記タンク内に、蓄熱材をケースに収容してなる蓄熱手段を配備したことを特徴とする湯沸器が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭５９−０５６０４６号公報
【特許文献２】特開２００６−２８４０７０号公報
【特許文献３】特開昭６０−０４８４４３号公報
【特許文献４】特開平４−３６６３６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１及び２に記載された発明では、湯を貯められる貯湯タンクの外側を潜熱蓄熱材によって覆っている。これらの技術によれば、潜熱蓄熱材に熱を蓄える際、該潜熱蓄熱材の全体に熱が伝わるまでには時間がかかる。すなわち、潜熱蓄熱材のうち貯湯タンクに接する部分及びその近傍には熱が伝わるため蓄熱できるが、貯湯タンクから離れた部分には熱が伝わりにくいため当該部分では蓄熱できず、若しくは蓄熱に時間がかかり、潜熱蓄熱材を有効に活用しきれないという問題があった。
【０００６】
上記特許文献３及び４には、潜熱蓄熱材を密閉容器に注入し、該密閉容器を貯湯タンク内に設置した蓄熱構造が開示されている。これらの技術では、潜熱蓄熱材の状態変化（液体から固体への変態及び固体から液体への変態の繰り返し）による密閉容器内部からの圧力変化が繰り返し発生することにより、密閉容器が破損するおそれがある。そして、潜熱蓄熱材が注入された密閉容器が破損した場合は、貯湯タンク内に潜熱蓄熱材が混入してしまうため、衛生面で問題があった。
また、潜熱蓄熱材に熱を蓄えている最中に貯湯タンク内のお湯を利用する場合は、水位が所定レベルまで下がると同時に貯湯タンク内に給水されるため、貯湯タンク内の湯温が低下し易い。そのため、潜熱蓄熱材が効率良く熱を蓄えることができないという問題もあった。
【０００７】
そこで本発明は、潜熱蓄熱材を有効に活用することができ、且つ、衛生的に優れた潜熱蓄熱槽、及び該潜熱蓄熱槽を備えた給湯システムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
以下、本発明について説明する。
【０００９】
本発明の第１の態様は、潜熱蓄熱材と、該潜熱蓄熱材内に埋設された熱交換シートと、熱交換シート及び潜熱蓄熱材を収容する容器とを備え、熱交換シートが、シート状の基材と、該基材に設けられた溝に配設され、熱媒を流通可能な熱媒流通管と、を備えている、潜熱蓄熱槽である。
【００１０】
上記本発明の第１の態様の潜熱蓄熱槽において、熱交換シートが、シート面の法線方向における間隔が３０ｍｍ以上８０ｍ以下となるように、渦巻き状に巻回されている、折り曲げられている、又は複数並列されていることが好ましい。
【００１１】
また、上記本発明の第１の態様の潜熱蓄熱槽において、熱媒流通管が、直線状に配設された直線部を複数備えるとともに該直線部同士を結ぶ曲線部を備えており、隣り合う直線部同士の管軸間隔が４０ｍｍ以上１００ｍｍ以下であることが好ましい。
【００１２】
本発明の第２の態様は、上記第１の態様の潜熱蓄熱槽及び熱源を備えており、熱媒流通管を流通する熱媒が、熱源からの熱を受け取り可能であり、熱媒流通管が、潜熱蓄熱槽内に熱媒を供給可能な供給管、及び潜熱蓄熱槽外に熱媒を排出可能な排出管に接続されている、給湯システムである。
【００１３】
ここに、「熱媒流通管を流通する熱媒が、熱源からの熱を受け取り可能」とは、熱媒流通管を流通する熱媒が熱源から直接熱を得られる形態に限定されず、熱媒流通管を流通する熱媒が他の部材を介して間接的に熱源から熱を得られる形態も含む概念である。また、「熱媒流通管が、潜熱蓄熱槽内に熱媒を供給可能な供給管、及び潜熱蓄熱槽外に熱媒を排出可能な排出管に接続されている」とは、熱媒流通管が、系外から潜熱蓄熱槽内に熱媒を供給可能な供給管、及び潜熱蓄熱槽から系外に熱媒を排出可能な排出管に直接接続されている形態に限定されず、他の配管等を介して間接的に接続されている形態も含む概念である。なお、「系外」とは、潜熱蓄熱槽及び熱源、並びにこれらを結ぶ配管以外を意味する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、潜熱蓄熱材を有効に活用することができ、且つ、衛生的に優れた潜熱蓄熱槽、及び、該潜熱蓄熱槽を備えることによって、潜熱蓄熱材を有効に活用することができ、且つ、衛生的に優れた給湯システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】給湯システム１００の構成を概略的に示す図である。
【図２】潜熱蓄熱槽１０の断面を概略的に示す図である。
【図３】熱交換シート１２を概略的に示す平面図である。
【図４】熱交換シート１２の厚さ方向断面の一部を概略的に示す図である。
【図５】潜熱蓄熱槽の他の形態例を概略的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の上記した作用及び利得は、次に説明する発明を実施するための形態から明らかにされる。以下、本発明を図面に示す実施形態に基づき説明する。ただし、本発明はこれら実施形態に限定されるものではない。なお、各図面は、図示と理解のしやすさの便宜上、簡略化している。また、各図面において、同様の構成のものには同じ符号を付しており、繰り返しとなる符号は一部省略している場合がある。
【００１７】
図１は、給湯システム１００の構成を概略的に示す図である。図１に示したように、給湯システム１００は、潜熱蓄熱槽１０、熱源２０、熱交換器３０、及びこれらを結ぶ配管等を備えている。
【００１８】
給湯システム１００は、熱源２０からの熱を潜熱蓄熱槽１０に蓄え、必要時に放熱することができる。以下、給湯システム１００に備えられる構成要素について説明しつつ、給湯システム１００の利用方法について説明する。
【００１９】
熱源２０は、熱媒などを介して潜熱蓄熱槽１０に伝えられる熱を生成し得るものである。熱源２０としては、例えば、太陽熱集熱器を用いることができる。以下の給湯システム１００の説明では、熱源２０として太陽熱集熱器を用いる形態について説明する。
【００２０】
太陽熱集熱器２０としては、公知の太陽熱集熱器を用いることができる。すなわち、太陽熱集熱器２０は、内部に熱媒が流通する配管が配設されており、該配管を流れる熱媒に太陽熱を与えることができる構成を有している。
【００２１】
太陽熱集熱器２０において熱を得た熱媒は、配管２１を通って熱交換器３０へと送られる。一方、潜熱蓄熱槽１０からは配管３２を通って熱媒が熱交換器３０へと送られる。そして、熱交換器３０では、太陽熱集熱器２０側から送られた熱媒と潜熱蓄熱槽１０側から送られた熱媒との間で熱交換を行う。熱交換器３０としては、上記のように熱交換を行えるものであれば特に限定されず、公知の熱交換器を用いることができる。
【００２２】
太陽熱集熱器２０側から熱交換器３０へと送られ、熱交換器３０において熱交換を行った熱媒は、配管２２を通って太陽熱集熱器２０へと戻される。その後、当該熱媒は再び太陽熱集熱器２０において熱を得る。配管２２には循環ポンプ２４が設けられており、循環ポンプ２４によって上記のように太陽熱集熱器２０と熱交換器３０との間で熱媒を循環させることができる。循環ポンプ２４としては、使用環境に耐え得るものであれば特に限定されず、公知のものを用いることができる。また、熱媒が温度変化することによって生じる該熱媒の体積変化（膨張収縮）を吸収するため、配管２２にはリザーブタンク２３が設けられていることが好ましい。
【００２３】
一方、潜熱蓄熱槽１０側から熱交換器３０へと送られ、熱交換器３０において熱交換を行った熱媒は配管３１を通って潜熱蓄熱槽１０へと戻される。その後、当該熱媒は後に説明するようにして潜熱蓄熱槽１０内の潜熱蓄熱材１１（図２参照）へと熱を伝える。配管３１には循環ポンプ３４が設けられており、循環ポンプ３４によって上記のように潜熱蓄熱槽１０と熱交換器３０との間で熱媒を循環させることができる。循環ポンプ３４としては、使用環境に耐え得るものであれば特に限定されず、公知のものを用いることができる。また、熱媒が温度変化することによって生じる該熱媒の体積変化（膨張収縮）を吸収するため、配管３１にはリザーブタンク３３が設けられていることが好ましい。
【００２４】
さらに、配管３１には三方弁３５を介して配管３７（以下、「供給管３７」という。）が接続されており、配管３２には三方弁３６を介して配管３８（以下、「排出管３８」という。）が接続されている。このように供給管３７、排出管３８、及び三方弁３５、３６を備えることによって、以下に説明するように、潜熱蓄熱槽１０で熱を蓄える工程（以下、「蓄熱工程」ということがある。）と、潜熱蓄熱槽１０で蓄えた熱を放出する工程（以下、「放熱工程」ということがある。）とを切り替えることができる。
【００２５】
蓄熱工程では、三方弁３５において供給管３７側を閉じるととともに、三方弁３６において排出管３８側を閉じることによって、潜熱蓄熱槽１０と熱交換器３０との間で熱媒を循環させることができる。潜熱蓄熱槽１０と熱交換器３０との間で熱媒を循環させることによって、上記のようにして熱交換器３０で熱を得た熱媒を配管３１を通して潜熱蓄熱槽１０に流入させ、該熱媒の熱を潜熱蓄熱槽１０内の潜熱蓄熱材１１に与えることができる。潜熱蓄熱材１１に熱を与えた熱媒は配管３２を通して熱交換器３０へと送られ、再び熱を得る。このような過程を繰り返すことによって、太陽熱集熱器２０で得た熱を潜熱蓄熱槽１０へと伝えて蓄えることができる。
【００２６】
一方、放熱工程では、三方弁３５において熱交換器３０側を閉じるととともに、三方弁３６において熱交換器３０側を閉じることによって、供給管３７から潜熱蓄熱槽１０に熱媒を供給し、その後、潜熱蓄熱槽１０内を流通した熱媒を、排出管３８を通して潜熱蓄熱槽１０から排出することができる。潜熱蓄熱槽１０は上記蓄熱工程において熱を蓄えており、供給管３７から供給された熱媒が潜熱蓄熱槽１０内を流通することによって、該熱媒は潜熱蓄熱槽１０で熱を得ることができる。潜熱蓄熱槽１０で熱を得た熱媒は、排出管３８を通して潜熱蓄熱槽１０から排出される。このような過程を繰り返すことによって、潜熱蓄熱槽１０で蓄えておいた熱を得た熱媒を利用することができる。すなわち、熱媒として水を用いる場合は、供給管３７から供給された水が潜熱蓄熱槽１０内を流通することによって湯となり、排出管３８から排出される当該湯を利用することができる。なお、給湯システム１００において、供給管３７及び排出管３８の間には混合弁３９を設けて両配管を流れる熱媒が合流可能である形態とすることが好ましい。給湯システム１００の利用者に供される湯の温度を調整しやすくなる。
【００２７】
次に、潜熱蓄熱槽１０の構成について詳しく説明する。潜熱蓄熱槽１０は、上述したようにして太陽熱集熱器２０から得た熱を、内部に備えた潜熱蓄熱材１１（図２参照）によって蓄えられるものである。具体的な構成例について、図２及び適宜示す図を参照しつつ説明する。図２は、潜熱蓄熱槽１０の断面を概略的に示す図である。
【００２８】
図２に示したように、潜熱蓄熱槽１０は、潜熱蓄熱材１１と、潜熱蓄熱材１１内に埋設された熱交換シート１２と、熱交換シート１２及び潜熱蓄熱材１１を収容する容器１３とを備えている。
【００２９】
潜熱蓄熱材１１としては、公知の潜熱蓄熱材を用いることができる。潜熱蓄熱材１１として用いる潜熱蓄熱材は、設計により導き出された必要な熱量により、適切なものを選択することができる。例えば、酢酸ナトリウム３水和塩、塩化カルシウム６水和塩、硫酸ナトリウム１０水和塩、チオ硫酸ナトリウム５水和塩などの無機水和塩、ｎ−テトラデカン、ｎ−オクタデカンなどの有機化合物を潜熱蓄熱材１１として用いることができる。このような潜熱蓄熱材を用いることによって、小さい体積で多量の熱を蓄えることができる。例えば、以下の条件では、酢酸ナトリウム３水和塩を潜熱蓄熱材として用いた場合、潜熱蓄熱材として水を利用する湿式タンクに比べて、約１．８倍の蓄熱を可能とする。
（比較条件）
・タンク容量：２５０Ｌ
・蓄熱温度：９０℃
・利用温度：３５℃（温度差：５５℃）
（酢酸ナトリウム３水和塩の物性）
・融点：４２℃（凝固温度：３９．５℃）
・蓄熱量：１６４ｋＪ／ｋｇ（３５℃→４５℃）
・比熱：３．１５Ｊ／ｇＫ
・密度：１３７０ｋｇ／ｍ３
【００３０】
また、潜熱蓄熱材１１と容器１３との間には、断熱材１５が設けられていることが好ましい。潜熱蓄熱材１１と容器１３との間に断熱材１５を配置することによって、潜熱蓄熱材１１で蓄えた熱が容器１３の外側に放出されることを抑制することができる。断熱材１５としては、潜熱蓄熱槽１０の使用環境に耐え得るものであれば公知の断熱材を特に限定することなく用いることができる。
【００３１】
次に、熱交換シート１２について詳しく説明する。熱交換シート１２は、潜熱蓄熱材１１との間で熱の授受が可能なものである。より具体的には、後に説明するように、熱交換シート１２に備えられた熱媒流通管２（図３参照）を流通する熱媒と潜熱蓄熱材１１との間で熱の授受が可能である。
【００３２】
熱交換シート１２は、図２に示したように潜熱蓄熱材１１内に配置されている。より具体的には、熱交換シート１２は、潜熱蓄熱材１１内において、シート面の法線方向における間隔ｗ１が所定の間隔となるように、渦巻き状に巻回されている。当該間隔ｗ１は、３０ｍｍ以上８０ｍｍ以下であることが好ましく、３５ｍｍ以上７０ｍｍ以下がさらに好ましく、４０ｍｍ以上６０ｍｍ以下がより好ましい。熱交換シート１２を上記のように間隔を設けて設置するためには、図２に示したようにスペーサー１４を用いることが好ましい。スペーサー１４を用いることによって、熱交換シート１２の上記間隔ｗ１を容易に保持することができる。スペーサー１４として用いるものは、潜熱蓄熱槽１０の使用環境に耐え得るものであれば特に限定されない。
【００３３】
上述したように、特許文献１、２に開示されているような従来の潜熱蓄熱槽では、潜熱蓄熱材のうち熱源（貯湯タンク）に近い部分だけに熱が伝わり、熱源から離れている部分には熱が伝わり難かったため、潜熱蓄熱材を有効に活用しきれていなかった。また、潜熱蓄熱材を加熱する時間が長くなれば、潜熱蓄熱材のうち熱源から離れた部分にも熱が伝わるが、蓄熱に時間がかかることによって効率良く潜熱蓄熱材を利用することができなかった。
【００３４】
潜熱蓄熱槽１０によれば、上記のように潜熱蓄熱材１１内において所定の間隔で熱交換シート１２が配置されていることによって、潜熱蓄熱材１１全体に熱が均一に伝わり易くなり、短時間で潜熱蓄熱材１１全体に熱を与えることができる。そのため、潜熱蓄熱材１１を効率良く活用することができる。上記間隔ｗ１が広すぎると、熱交換シート１２に挟まれた潜熱蓄熱材１１に熱が伝わるのに（蓄熱するのに）時間がかかり、効率が悪くなる。また、上記間隔ｗ１が狭すぎると、大きな熱交換シート１２を要することになるため、潜熱蓄熱槽１０の製造コストが高くなる。また、大きな熱交換シート１２を用いると、潜熱蓄熱槽１０内における潜熱蓄熱材１１の体積が少なくなる。
【００３５】
熱交換シート１２の大きさは、熱交換シート１２を収容する容器１３の大きさや、熱交換シート１２の構成及び設置方法等に応じて適宜決定することができる。
【００３６】
熱交換シート１２の具体的な構成例について、図３及び図４を参照しつつ説明する。図３は、広げた状態（巻回していない状態）の熱交換シート１２を概略的に示す平面図である。図４は熱交換シート１２の厚さ方向断面の一部を概略的に示す図である。なお、図３では、後に説明する均熱シート４及びＵ字部材６は省略している。
【００３７】
図３及び図４に示した熱交換シート１２は、シート状の基材１と該基材１に設けられた溝３に配設されるとともに熱媒を流通可能な熱媒流通管２とを備えている。また、基材１の両面には均熱シート４、５が備えられている。さらに、溝３の少なくとも一部には、断面が略Ｕ字状のＵ字型部材６が配設されている。これらの構成について以下に説明する。
【００３８】
基材１は、熱伝導性が低い材料で構成されていることが好ましい。基材１は、例えば発泡性樹脂等によって構成されている。熱伝導性が低い材料で基材１を構成することによって、熱媒流通管２を流通する熱媒と潜熱蓄熱材１１との間で授受されるべき熱を基材１が奪うことを抑制できる。また、発泡性樹脂等によって基材１を構成することにより、基材１の軽量化を図ることができる。本発明に用いることができる発泡性樹脂の具体例としては、発泡ポリプロピレン、発泡ポリスチレン、発泡ポリエチレン、発泡ポリウレタンなどを挙げることができる。基材１に発泡性樹脂を用いる場合、その発泡倍率は特に限定されないが、５倍以上５０倍以下が好ましく、１０倍以上３０倍以下がさらに好ましく、１５倍以上２０倍以下がより好ましい。発泡倍率が高いと断熱性がよくなるが、発泡倍率が高すぎると強度が低くなる。
【００３９】
基材１の厚さｔ１は特に限定されないが、５ｍｍ以上１２ｍｍ以下が好ましく、５ｍｍ以上１１ｍｍ以下がさらに好ましく、５ｍｍ以上９ｍｍ以下がより好ましい。基材１が薄過ぎれば、後に説明する熱媒流通管２を配設するための溝３の深さを確保することが困難になる。また、基材１が厚過ぎれば、容器１３内において熱交換シート１２が占める体積が大きくなるため、容器１３内に充填できる潜熱蓄熱材１１の量が少なくなる。
【００４０】
溝３は、熱媒流通管２を配設するための溝であって、熱媒流通管２を配設可能であれば、形状等は特に限定されない。溝２の深さはそこに配設される熱媒流通管２の外径に応じて適宜変更可能である。図４に例示した溝３は、基材１の厚さ方向に貫通して形成されている。このように溝３を基材１の厚さ方向に貫通した溝とすることによって、基材１の厚さと溝３の深さとが同一となる。したがって、太い熱媒流通管２を溝３に配設しつつ基材１を薄くし易くなる。そのため、熱交換シート１２に熱交換器としての機能を十分に発揮させつつ、熱交換シート１２を薄くすることが容易になる。また、基材１の厚さ方向に貫通した溝３に熱媒流通管２を配置することによって、熱交換シート１２の両面から熱媒流通管２を流通する熱媒の熱を潜熱蓄熱材１１に伝え易くなる。ただし、本発明は当該形態に限定されるものでなく、熱交換シートにおいて熱媒流通管を配設するために溝は、基材の一方の面側に形成された（貫通していない）ものであってもよい。
【００４１】
また溝３は、図３に示したように、平面視において略直線状に配設された直線部３ａを複数備えるとともに、平面視において曲線状に形成され、該直線部３ａ同士を結ぶ曲線部３ｂを備えている。すなわち、熱媒流通管２は、直線状に配設された直線部２ａを複数備えるとともに該直線部２ａ同士を結ぶ曲線部２ｂを備えている。隣り合う直線部２ａ同士の管軸間隔ｄ１は、４０ｍｍ以上１００ｍｍ以下が好ましく、５０ｍｍ以上９０ｍｍ以下であることがさらに好ましく、６０ｍｍ以上８０ｍｍ以下がより好ましい。間隔ｄ１が小さすぎると、熱媒流通管２の全長が長くなり、熱媒流通管２内を流れる熱媒の圧損が高くなるため、熱効率が悪くなる。また、間隔ｄ１が大きすぎると、熱媒流通管２を流通する熱媒と潜熱蓄熱材１１との間での熱の授受の効率が悪くなる。
【００４２】
また、溝３のうち直線部３ａの少なくとも一部においては、図４に示したように、断面が略Ｕ字状のＵ字型部材６が配設されていることが好ましい。Ｕ字型部材６はＵ字状に形成されたＵ字部６ａと、該Ｕ字部６ａの開口部側端部から互いに離れるように形成された固定片６ｂ、６ｂとを備えている。Ｕ字部６ａは溝３に嵌めこまれて、固定片６ｂ、６ｂは基材１に固定される。このようなＵ字型部材６を用いることによって、Ｕ字型部材６を介して熱媒流通管２を溝３に固定し易くなる。Ｕ字型部材６のＵ字部６ａは熱媒流通管２の一部に接するように形成されており、Ｕ字型部材６を介して熱媒流通管２を流通する熱媒の熱を均熱シート４、５等に伝えることができる。Ｕ字型部材６を介して熱媒流通管２を流通する熱媒の熱を均熱シート４、５等に伝え易くする等の観点からは、Ｕ字型部材６は熱伝導率が高い材料によって構成されていることが好ましい。Ｕ字型部材６を構成する材料の具体例としては、アルミニウムを挙げることができる。
【００４３】
熱媒流通管２は熱媒（温水又は冷水など。）を流通させるための配管であって、熱媒を流通させることが可能で、基材１に形成されている溝３に配設でき、熱交換シート１２の使用時の環境に耐え得るものであれば特に限定されない。熱媒流通管２の具体例としては、架橋ポリエチレンやポリブテン等の樹脂製の配管を挙げることができる。また、熱媒流通管２として樹脂製の配管のように柔軟性を有する配管を用いる場合、溝３の深さより外径が若干太い配管を用いることもできる。熱媒流通管２の外径は特に限定されないが、溝３の深さに対して８０％以上１１０％以下が好ましく、９０％以上１０５％以下がより好ましく、９５％以上１００％以下がさらに好ましい。この範囲であれば、柔軟性を有する熱媒流通管２が基材１に形成されている溝３に適度に収まり、熱媒流通管２を溝３に固定することができる。
【００４４】
熱媒流通管２の一方の端２ｃは直接又は間接的に配管３１に接続されるとともに、他方の端２ｄは直接又は間接的に配管３２に接続されている。このようにして熱媒流通管２を配管３１、３２に接続することによって、熱媒流通管２は、蓄熱工程においては太陽熱集熱器２０からの熱を潜熱蓄熱材１１に伝えるための熱交換管として機能し、放熱工程においては潜熱蓄熱材１１で蓄えた熱を外部から熱媒流通管２に供給された熱媒に伝えるための熱交換管として機能する。すなわち、蓄熱工程では、図１〜図３からわかるように、太陽熱集熱器２０で集められた熱は熱交換器３０において潜熱蓄熱槽１０へと流れる熱媒に与えられ、当該熱媒は熱交換シート１２内の熱媒流通管２を流通する。このとき、熱媒流通管２を流通する熱媒から潜熱蓄熱材１１へと熱が伝えられ、潜熱蓄熱材１１によって熱を蓄えることができる。また、放熱工程では、供給管３７から供給された熱媒は三方弁３５及び配管３１を介して潜熱蓄熱槽１０内にある熱交換シート１２内の熱媒流通管２に流入し、当該熱媒はそこで潜熱蓄熱材１１から熱を得る。その後、潜熱蓄熱材１１から熱を得た熱媒は、配管３２、三方弁３６及び排出管３８を介して排出され、潜熱蓄熱槽１０の利用者に提供される。
【００４５】
潜熱蓄熱槽１０に備えられる熱交換シート１２の数は特に限定されず、複数備えられていてもよい。複数の熱交換シート１２が備えられる場合は、該複数の熱交換シート１２に備えられる熱媒流通管２を直列に接続することが好ましい。このように直列に接続されて一繋がりの管となった熱媒流通管２は、一方の端２ｃからは熱媒が供給されるとともに、他方の端２ｄからは該熱媒が排出されるように、配管３１、３２に接続することができる。ただし、熱交換シート１２は複数系統の熱媒流通管を有していてもよく、熱交換シート１２を複数備える場合にはそれらの熱媒流通管２が並列して設けられていてもよい。複数系統の熱媒流通管が存在する場合は、夫々の熱媒流通管の端部をヘッダ等でまとめ、配管３１、３２に接続してもよい。
【００４６】
上述したように、特許文献３、４に開示されているような従来の潜熱蓄熱槽では、当該潜熱蓄熱槽の使用者に提供される湯（熱媒）が貯められた貯湯タンク内に潜熱蓄熱材を配置していたため、衛生面で問題があった。一方、潜熱蓄熱槽１０によれば、潜熱蓄熱槽１０の使用者に提供される熱媒は熱交換シート１２に備えられた熱媒流通管２内を流通しており、当該熱媒に潜熱蓄熱材１１が混入する事態を防止し易く、衛生的に優れている。また、潜熱蓄熱材１１内を通した熱媒流通管２内を流れる熱媒に潜熱蓄熱材１１の熱を伝えることができるため、潜熱蓄熱材１１の熱量を効率良く使用することができる。さらに、潜熱蓄熱槽１０は貯湯タンクを必要としない乾式であるため、圧力逃し弁等の安全対策費用を軽減することができる。
【００４７】
次に、均熱シート４、５について説明する。均熱シート４、５は、基材１の表面に配設されている。均熱シート４、５によって溝３の少なくとも一部を覆うようにして配設することによって、上述したように溝３が基材１の厚さ方向に貫通している場合、当該溝３から熱媒流通管２が外れることを防止し易くなる。ただし、均熱シート４、５は、基材１の表面全面に配設されていることが好ましい。かかる形態とすることで、熱媒流通管２を流通する熱媒の熱を潜熱蓄熱材１１へと効率良く伝え易くなる。均熱シート４、５は、熱伝導性が高いシート状の部材であれば特に限定されない。均熱シート４、５の具体例としては、アルミニウムや銅などからなる金属箔を挙げることができる。均熱シート４、５を基材１の表面に配設する方法は特に限定されないが、例えば、公知の接着剤を用いて基材１に貼合することが考えられる。均熱シート４、５は単層で構成されていても複層で構成されていてもよいが、熱伝導を良好にするという観点からは、均熱シート４、５は単層で構成されていることが好ましい。また、均熱シート４、５の厚さは特に限定されないが、例えば均熱シート４として単層のアルミニウム箔を用いる場合は１０μｍ以上２００μｍ以下が好ましく、２０μｍ以上１５０μｍ以下がより好ましく、３０μｍ以上１００μｍ以下がさらに好ましい。この範囲であれば、均熱シート４、５は良好な熱伝導性を確保でき、また適度な強度を有することになり基材１への貼付け作業が容易となる。
【００４８】
また、熱交換シート１２は、全体がラミネート処理されていることが好ましい。熱交換シート１２をラミネート処理することにより、基材１の表面に貼り付けた均熱シート４、５の腐食を防止することができる。そのため、熱交換シート１２をより長期性能に優れた熱交換シートとすることができる。ラミネート処理の方法は特に限定されず、公知の方法によって行うことができる。ラミネート処理に用いるフィルムとしては、例えば、ポリプロピレン（ＰＰ）やポリエチレン（ＰＥ）などからなる樹脂フィルムを挙げることができる。
【００４９】
これまでの説明では、潜熱蓄熱槽が円筒形であり、当該潜熱蓄熱槽内において渦巻き状
に巻回された熱交換シートが潜熱蓄熱材内に埋設された形態を例示して説明したが、本発明はかかる形態に限定されない。潜熱蓄熱槽の形状は円筒形に限定されず、その他の形状であってもよい。また、熱交換シートは潜熱蓄熱材内において上述したように所定の間隔で埋設されていればよく、図２に例示したように渦巻き状に巻回されている形態に限定されない。図５は、潜熱蓄熱槽の他の形態例を概略的に示す断面図であり、図２に対応する図である。
【００５０】
図５（ａ）は、熱交換シートが複数並列して層状に配列された形態を例示している。図５（ａ）に示した潜熱蓄熱槽１０ａは、容器１３ａ及び熱交換シート１２ａ以外は上述した潜熱蓄熱槽１０と同様である。容器１３ａは直方体形状の容器である。熱交換シート１２ａは複数備えられており、これらがシート面の法線方向における間隔ｗ２が所定の間隔となるように層状に配列されている。熱交換シート１２ａは、大きさ及び配置方法以外は熱交換シート１２と同様である。また、間隔ｗ２の好ましい範囲は、上述した間隔ｗ１と同様の理由から、同様の範囲とする。
【００５１】
図５（ｂ）は、熱交換シートを折り曲げて配置した形態を例示している。図５（ｂ）に示した潜熱蓄熱槽１０ｂは、熱交換シート１２ｂ以外は上述した潜熱蓄熱槽１０ａと同様である。熱交換シート１２ｂは、シート面の法線方向における間隔ｗ３が所定の間隔となるように層状に配列されている。ここでシート面の法線方向における間隔ｗ３とは、図５（ｂ）に示したように、折り曲げたときに平行に配置された向かい合う面同士の間隔を意味する。また、間隔ｗ３の好ましい範囲は、上述した間隔ｗ１と同様の理由から、同様の範囲とする。
【００５２】
熱交換シートの設置方法は上記のように特に限定することはないが、潜熱蓄熱槽の形状が円筒状の場合は渦巻き状に設置することが好ましく、直方体の場合は層状に設置することが好ましい。これらの形態とすることにより、潜熱蓄熱槽内の潜熱蓄熱材に熱が均一に伝わりやすくなる。
【００５３】
また、これまでの説明では、熱交換器を介して熱源（太陽熱集熱器）からの熱を潜熱蓄熱槽内を流通する熱媒に伝える形態を例示して説明したが、本発明はかかる形態に限定されない。潜熱蓄熱槽内を流通する熱媒を熱源に流通させることによって、当該熱媒が直接熱源から熱を得る形態であってもよい。また、これまでの説明では熱源が太陽熱集熱器である形態を例示して説明したが、本発明はかかる形態に限定されない。熱源は、潜熱蓄熱槽内を流通する熱媒に直接又は間接的に熱を与えられる装置であれば特に限定されない。
【００５４】
また、これまでの説明では、熱源からの熱を潜熱蓄熱材に伝える熱媒が流通する管（熱媒流通管２）と、潜熱蓄熱材に蓄えられた熱を得て潜熱蓄熱槽の使用者に提供される熱媒が流通する管（熱媒流通管２）とが共通している形態を例示して説明したが、本発明はかかる形態に限定されない。熱源からの熱を潜熱蓄熱材に伝える熱媒が流通する管と、潜熱蓄熱材に蓄えられた熱を得て潜熱蓄熱槽の使用者に提供される熱媒が流通する管とは、別系統で設けられていてもよい。
【符号の説明】
【００５５】
１ 基材
２ 熱媒流通管
３ 溝
３ａ 直線部
３ｂ 曲線部
４、５ 均熱シート
６ Ｕ字型部材
６ａ Ｕ字部
６ｂ 固定片
１０ 潜熱蓄熱槽
１１ 潜熱蓄熱材
１２ 熱交換シート
１３ 容器
１４ スペーサー
１５ 断熱材
２０ 熱源（太陽熱集熱器）
２１、２２、３１、３２、３７、３８ 配管
２３、３３ リザーブタンク
２４、３４ ポンプ
３５、３６ 三方弁
【技術分野】
【０００１】
本発明は、潜熱蓄熱槽及び、潜熱蓄熱槽を備えた給湯システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年はエネルギーの有効利用のため、排熱や太陽熱などを利用する様々な技術が提案されている。例えば、給湯などの用途に排熱や太陽熱などの熱を利用する場合、潜熱蓄熱材にそれらの熱を蓄えて利用する技術が実施されている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、湯槽の表面を潜熱蓄熱材で包み、その外側を断熱材料で包んだ貯湯槽が開示されている。また、特許文献２には、内部のお湯の熱を蓄熱する潜熱蓄熱 材が貯湯タンクに設けられ、該貯湯タンクが潜熱蓄熱材を含んで断熱材で覆われていることを特徴とする貯湯装置が開示されている。また、特許文献３には、槽内に、給水された水を加熱するヒータを備える電気温水器において、槽内には、表面に多数の溝を有し、潜熱蓄熱材が封入された合成樹脂製のカプセルが多数内蔵されていることを特徴とする電気温水器が開示されている。また、特許文献４には、タンク内に供給された水を加熱手段にて加熱する貯湯式の湯沸器において、上記タンク内に、蓄熱材をケースに収容してなる蓄熱手段を配備したことを特徴とする湯沸器が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭５９−０５６０４６号公報
【特許文献２】特開２００６−２８４０７０号公報
【特許文献３】特開昭６０−０４８４４３号公報
【特許文献４】特開平４−３６６３６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１及び２に記載された発明では、湯を貯められる貯湯タンクの外側を潜熱蓄熱材によって覆っている。これらの技術によれば、潜熱蓄熱材に熱を蓄える際、該潜熱蓄熱材の全体に熱が伝わるまでには時間がかかる。すなわち、潜熱蓄熱材のうち貯湯タンクに接する部分及びその近傍には熱が伝わるため蓄熱できるが、貯湯タンクから離れた部分には熱が伝わりにくいため当該部分では蓄熱できず、若しくは蓄熱に時間がかかり、潜熱蓄熱材を有効に活用しきれないという問題があった。
【０００６】
上記特許文献３及び４には、潜熱蓄熱材を密閉容器に注入し、該密閉容器を貯湯タンク内に設置した蓄熱構造が開示されている。これらの技術では、潜熱蓄熱材の状態変化（液体から固体への変態及び固体から液体への変態の繰り返し）による密閉容器内部からの圧力変化が繰り返し発生することにより、密閉容器が破損するおそれがある。そして、潜熱蓄熱材が注入された密閉容器が破損した場合は、貯湯タンク内に潜熱蓄熱材が混入してしまうため、衛生面で問題があった。
また、潜熱蓄熱材に熱を蓄えている最中に貯湯タンク内のお湯を利用する場合は、水位が所定レベルまで下がると同時に貯湯タンク内に給水されるため、貯湯タンク内の湯温が低下し易い。そのため、潜熱蓄熱材が効率良く熱を蓄えることができないという問題もあった。
【０００７】
そこで本発明は、潜熱蓄熱材を有効に活用することができ、且つ、衛生的に優れた潜熱蓄熱槽、及び該潜熱蓄熱槽を備えた給湯システムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
以下、本発明について説明する。
【０００９】
本発明の第１の態様は、潜熱蓄熱材と、該潜熱蓄熱材内に埋設された熱交換シートと、熱交換シート及び潜熱蓄熱材を収容する容器とを備え、熱交換シートが、シート状の基材と、該基材に設けられた溝に配設され、熱媒を流通可能な熱媒流通管と、を備えている、潜熱蓄熱槽である。
【００１０】
上記本発明の第１の態様の潜熱蓄熱槽において、熱交換シートが、シート面の法線方向における間隔が３０ｍｍ以上８０ｍ以下となるように、渦巻き状に巻回されている、折り曲げられている、又は複数並列されていることが好ましい。
【００１１】
また、上記本発明の第１の態様の潜熱蓄熱槽において、熱媒流通管が、直線状に配設された直線部を複数備えるとともに該直線部同士を結ぶ曲線部を備えており、隣り合う直線部同士の管軸間隔が４０ｍｍ以上１００ｍｍ以下であることが好ましい。
【００１２】
本発明の第２の態様は、上記第１の態様の潜熱蓄熱槽及び熱源を備えており、熱媒流通管を流通する熱媒が、熱源からの熱を受け取り可能であり、熱媒流通管が、潜熱蓄熱槽内に熱媒を供給可能な供給管、及び潜熱蓄熱槽外に熱媒を排出可能な排出管に接続されている、給湯システムである。
【００１３】
ここに、「熱媒流通管を流通する熱媒が、熱源からの熱を受け取り可能」とは、熱媒流通管を流通する熱媒が熱源から直接熱を得られる形態に限定されず、熱媒流通管を流通する熱媒が他の部材を介して間接的に熱源から熱を得られる形態も含む概念である。また、「熱媒流通管が、潜熱蓄熱槽内に熱媒を供給可能な供給管、及び潜熱蓄熱槽外に熱媒を排出可能な排出管に接続されている」とは、熱媒流通管が、系外から潜熱蓄熱槽内に熱媒を供給可能な供給管、及び潜熱蓄熱槽から系外に熱媒を排出可能な排出管に直接接続されている形態に限定されず、他の配管等を介して間接的に接続されている形態も含む概念である。なお、「系外」とは、潜熱蓄熱槽及び熱源、並びにこれらを結ぶ配管以外を意味する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、潜熱蓄熱材を有効に活用することができ、且つ、衛生的に優れた潜熱蓄熱槽、及び、該潜熱蓄熱槽を備えることによって、潜熱蓄熱材を有効に活用することができ、且つ、衛生的に優れた給湯システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】給湯システム１００の構成を概略的に示す図である。
【図２】潜熱蓄熱槽１０の断面を概略的に示す図である。
【図３】熱交換シート１２を概略的に示す平面図である。
【図４】熱交換シート１２の厚さ方向断面の一部を概略的に示す図である。
【図５】潜熱蓄熱槽の他の形態例を概略的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の上記した作用及び利得は、次に説明する発明を実施するための形態から明らかにされる。以下、本発明を図面に示す実施形態に基づき説明する。ただし、本発明はこれら実施形態に限定されるものではない。なお、各図面は、図示と理解のしやすさの便宜上、簡略化している。また、各図面において、同様の構成のものには同じ符号を付しており、繰り返しとなる符号は一部省略している場合がある。
【００１７】
図１は、給湯システム１００の構成を概略的に示す図である。図１に示したように、給湯システム１００は、潜熱蓄熱槽１０、熱源２０、熱交換器３０、及びこれらを結ぶ配管等を備えている。
【００１８】
給湯システム１００は、熱源２０からの熱を潜熱蓄熱槽１０に蓄え、必要時に放熱することができる。以下、給湯システム１００に備えられる構成要素について説明しつつ、給湯システム１００の利用方法について説明する。
【００１９】
熱源２０は、熱媒などを介して潜熱蓄熱槽１０に伝えられる熱を生成し得るものである。熱源２０としては、例えば、太陽熱集熱器を用いることができる。以下の給湯システム１００の説明では、熱源２０として太陽熱集熱器を用いる形態について説明する。
【００２０】
太陽熱集熱器２０としては、公知の太陽熱集熱器を用いることができる。すなわち、太陽熱集熱器２０は、内部に熱媒が流通する配管が配設されており、該配管を流れる熱媒に太陽熱を与えることができる構成を有している。
【００２１】
太陽熱集熱器２０において熱を得た熱媒は、配管２１を通って熱交換器３０へと送られる。一方、潜熱蓄熱槽１０からは配管３２を通って熱媒が熱交換器３０へと送られる。そして、熱交換器３０では、太陽熱集熱器２０側から送られた熱媒と潜熱蓄熱槽１０側から送られた熱媒との間で熱交換を行う。熱交換器３０としては、上記のように熱交換を行えるものであれば特に限定されず、公知の熱交換器を用いることができる。
【００２２】
太陽熱集熱器２０側から熱交換器３０へと送られ、熱交換器３０において熱交換を行った熱媒は、配管２２を通って太陽熱集熱器２０へと戻される。その後、当該熱媒は再び太陽熱集熱器２０において熱を得る。配管２２には循環ポンプ２４が設けられており、循環ポンプ２４によって上記のように太陽熱集熱器２０と熱交換器３０との間で熱媒を循環させることができる。循環ポンプ２４としては、使用環境に耐え得るものであれば特に限定されず、公知のものを用いることができる。また、熱媒が温度変化することによって生じる該熱媒の体積変化（膨張収縮）を吸収するため、配管２２にはリザーブタンク２３が設けられていることが好ましい。
【００２３】
一方、潜熱蓄熱槽１０側から熱交換器３０へと送られ、熱交換器３０において熱交換を行った熱媒は配管３１を通って潜熱蓄熱槽１０へと戻される。その後、当該熱媒は後に説明するようにして潜熱蓄熱槽１０内の潜熱蓄熱材１１（図２参照）へと熱を伝える。配管３１には循環ポンプ３４が設けられており、循環ポンプ３４によって上記のように潜熱蓄熱槽１０と熱交換器３０との間で熱媒を循環させることができる。循環ポンプ３４としては、使用環境に耐え得るものであれば特に限定されず、公知のものを用いることができる。また、熱媒が温度変化することによって生じる該熱媒の体積変化（膨張収縮）を吸収するため、配管３１にはリザーブタンク３３が設けられていることが好ましい。
【００２４】
さらに、配管３１には三方弁３５を介して配管３７（以下、「供給管３７」という。）が接続されており、配管３２には三方弁３６を介して配管３８（以下、「排出管３８」という。）が接続されている。このように供給管３７、排出管３８、及び三方弁３５、３６を備えることによって、以下に説明するように、潜熱蓄熱槽１０で熱を蓄える工程（以下、「蓄熱工程」ということがある。）と、潜熱蓄熱槽１０で蓄えた熱を放出する工程（以下、「放熱工程」ということがある。）とを切り替えることができる。
【００２５】
蓄熱工程では、三方弁３５において供給管３７側を閉じるととともに、三方弁３６において排出管３８側を閉じることによって、潜熱蓄熱槽１０と熱交換器３０との間で熱媒を循環させることができる。潜熱蓄熱槽１０と熱交換器３０との間で熱媒を循環させることによって、上記のようにして熱交換器３０で熱を得た熱媒を配管３１を通して潜熱蓄熱槽１０に流入させ、該熱媒の熱を潜熱蓄熱槽１０内の潜熱蓄熱材１１に与えることができる。潜熱蓄熱材１１に熱を与えた熱媒は配管３２を通して熱交換器３０へと送られ、再び熱を得る。このような過程を繰り返すことによって、太陽熱集熱器２０で得た熱を潜熱蓄熱槽１０へと伝えて蓄えることができる。
【００２６】
一方、放熱工程では、三方弁３５において熱交換器３０側を閉じるととともに、三方弁３６において熱交換器３０側を閉じることによって、供給管３７から潜熱蓄熱槽１０に熱媒を供給し、その後、潜熱蓄熱槽１０内を流通した熱媒を、排出管３８を通して潜熱蓄熱槽１０から排出することができる。潜熱蓄熱槽１０は上記蓄熱工程において熱を蓄えており、供給管３７から供給された熱媒が潜熱蓄熱槽１０内を流通することによって、該熱媒は潜熱蓄熱槽１０で熱を得ることができる。潜熱蓄熱槽１０で熱を得た熱媒は、排出管３８を通して潜熱蓄熱槽１０から排出される。このような過程を繰り返すことによって、潜熱蓄熱槽１０で蓄えておいた熱を得た熱媒を利用することができる。すなわち、熱媒として水を用いる場合は、供給管３７から供給された水が潜熱蓄熱槽１０内を流通することによって湯となり、排出管３８から排出される当該湯を利用することができる。なお、給湯システム１００において、供給管３７及び排出管３８の間には混合弁３９を設けて両配管を流れる熱媒が合流可能である形態とすることが好ましい。給湯システム１００の利用者に供される湯の温度を調整しやすくなる。
【００２７】
次に、潜熱蓄熱槽１０の構成について詳しく説明する。潜熱蓄熱槽１０は、上述したようにして太陽熱集熱器２０から得た熱を、内部に備えた潜熱蓄熱材１１（図２参照）によって蓄えられるものである。具体的な構成例について、図２及び適宜示す図を参照しつつ説明する。図２は、潜熱蓄熱槽１０の断面を概略的に示す図である。
【００２８】
図２に示したように、潜熱蓄熱槽１０は、潜熱蓄熱材１１と、潜熱蓄熱材１１内に埋設された熱交換シート１２と、熱交換シート１２及び潜熱蓄熱材１１を収容する容器１３とを備えている。
【００２９】
潜熱蓄熱材１１としては、公知の潜熱蓄熱材を用いることができる。潜熱蓄熱材１１として用いる潜熱蓄熱材は、設計により導き出された必要な熱量により、適切なものを選択することができる。例えば、酢酸ナトリウム３水和塩、塩化カルシウム６水和塩、硫酸ナトリウム１０水和塩、チオ硫酸ナトリウム５水和塩などの無機水和塩、ｎ−テトラデカン、ｎ−オクタデカンなどの有機化合物を潜熱蓄熱材１１として用いることができる。このような潜熱蓄熱材を用いることによって、小さい体積で多量の熱を蓄えることができる。例えば、以下の条件では、酢酸ナトリウム３水和塩を潜熱蓄熱材として用いた場合、潜熱蓄熱材として水を利用する湿式タンクに比べて、約１．８倍の蓄熱を可能とする。
（比較条件）
・タンク容量：２５０Ｌ
・蓄熱温度：９０℃
・利用温度：３５℃（温度差：５５℃）
（酢酸ナトリウム３水和塩の物性）
・融点：４２℃（凝固温度：３９．５℃）
・蓄熱量：１６４ｋＪ／ｋｇ（３５℃→４５℃）
・比熱：３．１５Ｊ／ｇＫ
・密度：１３７０ｋｇ／ｍ３
【００３０】
また、潜熱蓄熱材１１と容器１３との間には、断熱材１５が設けられていることが好ましい。潜熱蓄熱材１１と容器１３との間に断熱材１５を配置することによって、潜熱蓄熱材１１で蓄えた熱が容器１３の外側に放出されることを抑制することができる。断熱材１５としては、潜熱蓄熱槽１０の使用環境に耐え得るものであれば公知の断熱材を特に限定することなく用いることができる。
【００３１】
次に、熱交換シート１２について詳しく説明する。熱交換シート１２は、潜熱蓄熱材１１との間で熱の授受が可能なものである。より具体的には、後に説明するように、熱交換シート１２に備えられた熱媒流通管２（図３参照）を流通する熱媒と潜熱蓄熱材１１との間で熱の授受が可能である。
【００３２】
熱交換シート１２は、図２に示したように潜熱蓄熱材１１内に配置されている。より具体的には、熱交換シート１２は、潜熱蓄熱材１１内において、シート面の法線方向における間隔ｗ１が所定の間隔となるように、渦巻き状に巻回されている。当該間隔ｗ１は、３０ｍｍ以上８０ｍｍ以下であることが好ましく、３５ｍｍ以上７０ｍｍ以下がさらに好ましく、４０ｍｍ以上６０ｍｍ以下がより好ましい。熱交換シート１２を上記のように間隔を設けて設置するためには、図２に示したようにスペーサー１４を用いることが好ましい。スペーサー１４を用いることによって、熱交換シート１２の上記間隔ｗ１を容易に保持することができる。スペーサー１４として用いるものは、潜熱蓄熱槽１０の使用環境に耐え得るものであれば特に限定されない。
【００３３】
上述したように、特許文献１、２に開示されているような従来の潜熱蓄熱槽では、潜熱蓄熱材のうち熱源（貯湯タンク）に近い部分だけに熱が伝わり、熱源から離れている部分には熱が伝わり難かったため、潜熱蓄熱材を有効に活用しきれていなかった。また、潜熱蓄熱材を加熱する時間が長くなれば、潜熱蓄熱材のうち熱源から離れた部分にも熱が伝わるが、蓄熱に時間がかかることによって効率良く潜熱蓄熱材を利用することができなかった。
【００３４】
潜熱蓄熱槽１０によれば、上記のように潜熱蓄熱材１１内において所定の間隔で熱交換シート１２が配置されていることによって、潜熱蓄熱材１１全体に熱が均一に伝わり易くなり、短時間で潜熱蓄熱材１１全体に熱を与えることができる。そのため、潜熱蓄熱材１１を効率良く活用することができる。上記間隔ｗ１が広すぎると、熱交換シート１２に挟まれた潜熱蓄熱材１１に熱が伝わるのに（蓄熱するのに）時間がかかり、効率が悪くなる。また、上記間隔ｗ１が狭すぎると、大きな熱交換シート１２を要することになるため、潜熱蓄熱槽１０の製造コストが高くなる。また、大きな熱交換シート１２を用いると、潜熱蓄熱槽１０内における潜熱蓄熱材１１の体積が少なくなる。
【００３５】
熱交換シート１２の大きさは、熱交換シート１２を収容する容器１３の大きさや、熱交換シート１２の構成及び設置方法等に応じて適宜決定することができる。
【００３６】
熱交換シート１２の具体的な構成例について、図３及び図４を参照しつつ説明する。図３は、広げた状態（巻回していない状態）の熱交換シート１２を概略的に示す平面図である。図４は熱交換シート１２の厚さ方向断面の一部を概略的に示す図である。なお、図３では、後に説明する均熱シート４及びＵ字部材６は省略している。
【００３７】
図３及び図４に示した熱交換シート１２は、シート状の基材１と該基材１に設けられた溝３に配設されるとともに熱媒を流通可能な熱媒流通管２とを備えている。また、基材１の両面には均熱シート４、５が備えられている。さらに、溝３の少なくとも一部には、断面が略Ｕ字状のＵ字型部材６が配設されている。これらの構成について以下に説明する。
【００３８】
基材１は、熱伝導性が低い材料で構成されていることが好ましい。基材１は、例えば発泡性樹脂等によって構成されている。熱伝導性が低い材料で基材１を構成することによって、熱媒流通管２を流通する熱媒と潜熱蓄熱材１１との間で授受されるべき熱を基材１が奪うことを抑制できる。また、発泡性樹脂等によって基材１を構成することにより、基材１の軽量化を図ることができる。本発明に用いることができる発泡性樹脂の具体例としては、発泡ポリプロピレン、発泡ポリスチレン、発泡ポリエチレン、発泡ポリウレタンなどを挙げることができる。基材１に発泡性樹脂を用いる場合、その発泡倍率は特に限定されないが、５倍以上５０倍以下が好ましく、１０倍以上３０倍以下がさらに好ましく、１５倍以上２０倍以下がより好ましい。発泡倍率が高いと断熱性がよくなるが、発泡倍率が高すぎると強度が低くなる。
【００３９】
基材１の厚さｔ１は特に限定されないが、５ｍｍ以上１２ｍｍ以下が好ましく、５ｍｍ以上１１ｍｍ以下がさらに好ましく、５ｍｍ以上９ｍｍ以下がより好ましい。基材１が薄過ぎれば、後に説明する熱媒流通管２を配設するための溝３の深さを確保することが困難になる。また、基材１が厚過ぎれば、容器１３内において熱交換シート１２が占める体積が大きくなるため、容器１３内に充填できる潜熱蓄熱材１１の量が少なくなる。
【００４０】
溝３は、熱媒流通管２を配設するための溝であって、熱媒流通管２を配設可能であれば、形状等は特に限定されない。溝２の深さはそこに配設される熱媒流通管２の外径に応じて適宜変更可能である。図４に例示した溝３は、基材１の厚さ方向に貫通して形成されている。このように溝３を基材１の厚さ方向に貫通した溝とすることによって、基材１の厚さと溝３の深さとが同一となる。したがって、太い熱媒流通管２を溝３に配設しつつ基材１を薄くし易くなる。そのため、熱交換シート１２に熱交換器としての機能を十分に発揮させつつ、熱交換シート１２を薄くすることが容易になる。また、基材１の厚さ方向に貫通した溝３に熱媒流通管２を配置することによって、熱交換シート１２の両面から熱媒流通管２を流通する熱媒の熱を潜熱蓄熱材１１に伝え易くなる。ただし、本発明は当該形態に限定されるものでなく、熱交換シートにおいて熱媒流通管を配設するために溝は、基材の一方の面側に形成された（貫通していない）ものであってもよい。
【００４１】
また溝３は、図３に示したように、平面視において略直線状に配設された直線部３ａを複数備えるとともに、平面視において曲線状に形成され、該直線部３ａ同士を結ぶ曲線部３ｂを備えている。すなわち、熱媒流通管２は、直線状に配設された直線部２ａを複数備えるとともに該直線部２ａ同士を結ぶ曲線部２ｂを備えている。隣り合う直線部２ａ同士の管軸間隔ｄ１は、４０ｍｍ以上１００ｍｍ以下が好ましく、５０ｍｍ以上９０ｍｍ以下であることがさらに好ましく、６０ｍｍ以上８０ｍｍ以下がより好ましい。間隔ｄ１が小さすぎると、熱媒流通管２の全長が長くなり、熱媒流通管２内を流れる熱媒の圧損が高くなるため、熱効率が悪くなる。また、間隔ｄ１が大きすぎると、熱媒流通管２を流通する熱媒と潜熱蓄熱材１１との間での熱の授受の効率が悪くなる。
【００４２】
また、溝３のうち直線部３ａの少なくとも一部においては、図４に示したように、断面が略Ｕ字状のＵ字型部材６が配設されていることが好ましい。Ｕ字型部材６はＵ字状に形成されたＵ字部６ａと、該Ｕ字部６ａの開口部側端部から互いに離れるように形成された固定片６ｂ、６ｂとを備えている。Ｕ字部６ａは溝３に嵌めこまれて、固定片６ｂ、６ｂは基材１に固定される。このようなＵ字型部材６を用いることによって、Ｕ字型部材６を介して熱媒流通管２を溝３に固定し易くなる。Ｕ字型部材６のＵ字部６ａは熱媒流通管２の一部に接するように形成されており、Ｕ字型部材６を介して熱媒流通管２を流通する熱媒の熱を均熱シート４、５等に伝えることができる。Ｕ字型部材６を介して熱媒流通管２を流通する熱媒の熱を均熱シート４、５等に伝え易くする等の観点からは、Ｕ字型部材６は熱伝導率が高い材料によって構成されていることが好ましい。Ｕ字型部材６を構成する材料の具体例としては、アルミニウムを挙げることができる。
【００４３】
熱媒流通管２は熱媒（温水又は冷水など。）を流通させるための配管であって、熱媒を流通させることが可能で、基材１に形成されている溝３に配設でき、熱交換シート１２の使用時の環境に耐え得るものであれば特に限定されない。熱媒流通管２の具体例としては、架橋ポリエチレンやポリブテン等の樹脂製の配管を挙げることができる。また、熱媒流通管２として樹脂製の配管のように柔軟性を有する配管を用いる場合、溝３の深さより外径が若干太い配管を用いることもできる。熱媒流通管２の外径は特に限定されないが、溝３の深さに対して８０％以上１１０％以下が好ましく、９０％以上１０５％以下がより好ましく、９５％以上１００％以下がさらに好ましい。この範囲であれば、柔軟性を有する熱媒流通管２が基材１に形成されている溝３に適度に収まり、熱媒流通管２を溝３に固定することができる。
【００４４】
熱媒流通管２の一方の端２ｃは直接又は間接的に配管３１に接続されるとともに、他方の端２ｄは直接又は間接的に配管３２に接続されている。このようにして熱媒流通管２を配管３１、３２に接続することによって、熱媒流通管２は、蓄熱工程においては太陽熱集熱器２０からの熱を潜熱蓄熱材１１に伝えるための熱交換管として機能し、放熱工程においては潜熱蓄熱材１１で蓄えた熱を外部から熱媒流通管２に供給された熱媒に伝えるための熱交換管として機能する。すなわち、蓄熱工程では、図１〜図３からわかるように、太陽熱集熱器２０で集められた熱は熱交換器３０において潜熱蓄熱槽１０へと流れる熱媒に与えられ、当該熱媒は熱交換シート１２内の熱媒流通管２を流通する。このとき、熱媒流通管２を流通する熱媒から潜熱蓄熱材１１へと熱が伝えられ、潜熱蓄熱材１１によって熱を蓄えることができる。また、放熱工程では、供給管３７から供給された熱媒は三方弁３５及び配管３１を介して潜熱蓄熱槽１０内にある熱交換シート１２内の熱媒流通管２に流入し、当該熱媒はそこで潜熱蓄熱材１１から熱を得る。その後、潜熱蓄熱材１１から熱を得た熱媒は、配管３２、三方弁３６及び排出管３８を介して排出され、潜熱蓄熱槽１０の利用者に提供される。
【００４５】
潜熱蓄熱槽１０に備えられる熱交換シート１２の数は特に限定されず、複数備えられていてもよい。複数の熱交換シート１２が備えられる場合は、該複数の熱交換シート１２に備えられる熱媒流通管２を直列に接続することが好ましい。このように直列に接続されて一繋がりの管となった熱媒流通管２は、一方の端２ｃからは熱媒が供給されるとともに、他方の端２ｄからは該熱媒が排出されるように、配管３１、３２に接続することができる。ただし、熱交換シート１２は複数系統の熱媒流通管を有していてもよく、熱交換シート１２を複数備える場合にはそれらの熱媒流通管２が並列して設けられていてもよい。複数系統の熱媒流通管が存在する場合は、夫々の熱媒流通管の端部をヘッダ等でまとめ、配管３１、３２に接続してもよい。
【００４６】
上述したように、特許文献３、４に開示されているような従来の潜熱蓄熱槽では、当該潜熱蓄熱槽の使用者に提供される湯（熱媒）が貯められた貯湯タンク内に潜熱蓄熱材を配置していたため、衛生面で問題があった。一方、潜熱蓄熱槽１０によれば、潜熱蓄熱槽１０の使用者に提供される熱媒は熱交換シート１２に備えられた熱媒流通管２内を流通しており、当該熱媒に潜熱蓄熱材１１が混入する事態を防止し易く、衛生的に優れている。また、潜熱蓄熱材１１内を通した熱媒流通管２内を流れる熱媒に潜熱蓄熱材１１の熱を伝えることができるため、潜熱蓄熱材１１の熱量を効率良く使用することができる。さらに、潜熱蓄熱槽１０は貯湯タンクを必要としない乾式であるため、圧力逃し弁等の安全対策費用を軽減することができる。
【００４７】
次に、均熱シート４、５について説明する。均熱シート４、５は、基材１の表面に配設されている。均熱シート４、５によって溝３の少なくとも一部を覆うようにして配設することによって、上述したように溝３が基材１の厚さ方向に貫通している場合、当該溝３から熱媒流通管２が外れることを防止し易くなる。ただし、均熱シート４、５は、基材１の表面全面に配設されていることが好ましい。かかる形態とすることで、熱媒流通管２を流通する熱媒の熱を潜熱蓄熱材１１へと効率良く伝え易くなる。均熱シート４、５は、熱伝導性が高いシート状の部材であれば特に限定されない。均熱シート４、５の具体例としては、アルミニウムや銅などからなる金属箔を挙げることができる。均熱シート４、５を基材１の表面に配設する方法は特に限定されないが、例えば、公知の接着剤を用いて基材１に貼合することが考えられる。均熱シート４、５は単層で構成されていても複層で構成されていてもよいが、熱伝導を良好にするという観点からは、均熱シート４、５は単層で構成されていることが好ましい。また、均熱シート４、５の厚さは特に限定されないが、例えば均熱シート４として単層のアルミニウム箔を用いる場合は１０μｍ以上２００μｍ以下が好ましく、２０μｍ以上１５０μｍ以下がより好ましく、３０μｍ以上１００μｍ以下がさらに好ましい。この範囲であれば、均熱シート４、５は良好な熱伝導性を確保でき、また適度な強度を有することになり基材１への貼付け作業が容易となる。
【００４８】
また、熱交換シート１２は、全体がラミネート処理されていることが好ましい。熱交換シート１２をラミネート処理することにより、基材１の表面に貼り付けた均熱シート４、５の腐食を防止することができる。そのため、熱交換シート１２をより長期性能に優れた熱交換シートとすることができる。ラミネート処理の方法は特に限定されず、公知の方法によって行うことができる。ラミネート処理に用いるフィルムとしては、例えば、ポリプロピレン（ＰＰ）やポリエチレン（ＰＥ）などからなる樹脂フィルムを挙げることができる。
【００４９】
これまでの説明では、潜熱蓄熱槽が円筒形であり、当該潜熱蓄熱槽内において渦巻き状
に巻回された熱交換シートが潜熱蓄熱材内に埋設された形態を例示して説明したが、本発明はかかる形態に限定されない。潜熱蓄熱槽の形状は円筒形に限定されず、その他の形状であってもよい。また、熱交換シートは潜熱蓄熱材内において上述したように所定の間隔で埋設されていればよく、図２に例示したように渦巻き状に巻回されている形態に限定されない。図５は、潜熱蓄熱槽の他の形態例を概略的に示す断面図であり、図２に対応する図である。
【００５０】
図５（ａ）は、熱交換シートが複数並列して層状に配列された形態を例示している。図５（ａ）に示した潜熱蓄熱槽１０ａは、容器１３ａ及び熱交換シート１２ａ以外は上述した潜熱蓄熱槽１０と同様である。容器１３ａは直方体形状の容器である。熱交換シート１２ａは複数備えられており、これらがシート面の法線方向における間隔ｗ２が所定の間隔となるように層状に配列されている。熱交換シート１２ａは、大きさ及び配置方法以外は熱交換シート１２と同様である。また、間隔ｗ２の好ましい範囲は、上述した間隔ｗ１と同様の理由から、同様の範囲とする。
【００５１】
図５（ｂ）は、熱交換シートを折り曲げて配置した形態を例示している。図５（ｂ）に示した潜熱蓄熱槽１０ｂは、熱交換シート１２ｂ以外は上述した潜熱蓄熱槽１０ａと同様である。熱交換シート１２ｂは、シート面の法線方向における間隔ｗ３が所定の間隔となるように層状に配列されている。ここでシート面の法線方向における間隔ｗ３とは、図５（ｂ）に示したように、折り曲げたときに平行に配置された向かい合う面同士の間隔を意味する。また、間隔ｗ３の好ましい範囲は、上述した間隔ｗ１と同様の理由から、同様の範囲とする。
【００５２】
熱交換シートの設置方法は上記のように特に限定することはないが、潜熱蓄熱槽の形状が円筒状の場合は渦巻き状に設置することが好ましく、直方体の場合は層状に設置することが好ましい。これらの形態とすることにより、潜熱蓄熱槽内の潜熱蓄熱材に熱が均一に伝わりやすくなる。
【００５３】
また、これまでの説明では、熱交換器を介して熱源（太陽熱集熱器）からの熱を潜熱蓄熱槽内を流通する熱媒に伝える形態を例示して説明したが、本発明はかかる形態に限定されない。潜熱蓄熱槽内を流通する熱媒を熱源に流通させることによって、当該熱媒が直接熱源から熱を得る形態であってもよい。また、これまでの説明では熱源が太陽熱集熱器である形態を例示して説明したが、本発明はかかる形態に限定されない。熱源は、潜熱蓄熱槽内を流通する熱媒に直接又は間接的に熱を与えられる装置であれば特に限定されない。
【００５４】
また、これまでの説明では、熱源からの熱を潜熱蓄熱材に伝える熱媒が流通する管（熱媒流通管２）と、潜熱蓄熱材に蓄えられた熱を得て潜熱蓄熱槽の使用者に提供される熱媒が流通する管（熱媒流通管２）とが共通している形態を例示して説明したが、本発明はかかる形態に限定されない。熱源からの熱を潜熱蓄熱材に伝える熱媒が流通する管と、潜熱蓄熱材に蓄えられた熱を得て潜熱蓄熱槽の使用者に提供される熱媒が流通する管とは、別系統で設けられていてもよい。
【符号の説明】
【００５５】
１ 基材
２ 熱媒流通管
３ 溝
３ａ 直線部
３ｂ 曲線部
４、５ 均熱シート
６ Ｕ字型部材
６ａ Ｕ字部
６ｂ 固定片
１０ 潜熱蓄熱槽
１１ 潜熱蓄熱材
１２ 熱交換シート
１３ 容器
１４ スペーサー
１５ 断熱材
２０ 熱源（太陽熱集熱器）
２１、２２、３１、３２、３７、３８ 配管
２３、３３ リザーブタンク
２４、３４ ポンプ
３５、３６ 三方弁
【特許請求の範囲】
【請求項１】
潜熱蓄熱材と、該潜熱蓄熱材内に埋設された熱交換シートと、前記熱交換シート及び前記潜熱蓄熱材を収容する容器とを備え、
前記熱交換シートが、シート状の基材と、該基材に設けられた溝に配設され、熱媒を流通可能な熱媒流通管と、を備えている、潜熱蓄熱槽。
【請求項２】
前記熱交換シートが、シート面の法線方向における間隔が３０ｍｍ以上８０ｍ以下となるように、渦巻き状に巻回されている、折り曲げられている、又は複数並列されている、請求項１に記載の潜熱蓄熱槽。
【請求項３】
前記熱媒流通管が、直線状に配設された直線部を複数備えるとともに該直線部同士を結ぶ曲線部を備えており、隣り合う前記直線部同士の間隔が４０ｍｍ以上１００ｍｍ以下である、請求項１又は２に記載の潜熱蓄熱槽。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の潜熱蓄熱槽及び熱源を備えており、
前記熱媒流通管を流通する熱媒が、前記熱源からの熱を受け取り可能であり、
前記熱媒流通管が、前記潜熱蓄熱槽内に熱媒を供給可能な供給管、及び前記潜熱蓄熱槽外に前記熱媒を排出可能な排出管に接続されている、給湯システム。
【請求項１】
潜熱蓄熱材と、該潜熱蓄熱材内に埋設された熱交換シートと、前記熱交換シート及び前記潜熱蓄熱材を収容する容器とを備え、
前記熱交換シートが、シート状の基材と、該基材に設けられた溝に配設され、熱媒を流通可能な熱媒流通管と、を備えている、潜熱蓄熱槽。
【請求項２】
前記熱交換シートが、シート面の法線方向における間隔が３０ｍｍ以上８０ｍ以下となるように、渦巻き状に巻回されている、折り曲げられている、又は複数並列されている、請求項１に記載の潜熱蓄熱槽。
【請求項３】
前記熱媒流通管が、直線状に配設された直線部を複数備えるとともに該直線部同士を結ぶ曲線部を備えており、隣り合う前記直線部同士の間隔が４０ｍｍ以上１００ｍｍ以下である、請求項１又は２に記載の潜熱蓄熱槽。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の潜熱蓄熱槽及び熱源を備えており、
前記熱媒流通管を流通する熱媒が、前記熱源からの熱を受け取り可能であり、
前記熱媒流通管が、前記潜熱蓄熱槽内に熱媒を供給可能な供給管、及び前記潜熱蓄熱槽外に前記熱媒を排出可能な排出管に接続されている、給湯システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１３−８８０４９（Ｐ２０１３−８８０４９Ａ）
【公開日】平成２５年５月１３日（２０１３．５．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２２９６２６（Ｐ２０１１−２２９６２６）
【出願日】平成２３年１０月１９日（２０１１．１０．１９）
【出願人】（０００００６１７２）三菱樹脂株式会社 (1,977)
【公開日】平成２５年５月１３日（２０１３．５．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月１９日（２０１１．１０．１９）
【出願人】（０００００６１７２）三菱樹脂株式会社 (1,977)
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