蓄熱型熱交換器及び当該蓄熱型熱交換器を利用した空調システム
【課題】コンパクト且つ蓄熱応答性に優れた蓄熱型熱交換器を提供する。また、一つの蓄熱型熱交換器で冷房用としても暖房用としても両方に利用可能な蓄熱型熱交換器を提供する。
【解決手段】第１の温度を融点とする第１の蓄熱材が封入された第１の蓄熱カプセル６０ａと、第１の温度よりも低い第２の温度を融点とする第２の蓄熱材が封入された第２の蓄熱カプセル６０ｂとを伝熱管７０に対して挿嵌配置すると共に、第１の温度よりも高温度を伝熱管７０に供給可能な第１の熱源と、第２の温度よりも低温度を伝熱管７０に供給可能な第２の熱源とに接続可能に構成する。
【解決手段】第１の温度を融点とする第１の蓄熱材が封入された第１の蓄熱カプセル６０ａと、第１の温度よりも低い第２の温度を融点とする第２の蓄熱材が封入された第２の蓄熱カプセル６０ｂとを伝熱管７０に対して挿嵌配置すると共に、第１の温度よりも高温度を伝熱管７０に供給可能な第１の熱源と、第２の温度よりも低温度を伝熱管７０に供給可能な第２の熱源とに接続可能に構成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱交換器、特に蓄熱材を封入した蓄熱カプセルを利用して熱交換を行うことによりクリーン且つ省エネルギーな空調システムを提供するものであり、建築構造物の空調設備の技術分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、蓄熱材を封入した蓄熱カプセルを用いた空調システムが公地である（特許文献１参照。）。ここではエアコンが設置された送風路の途中に当該蓄熱カプセルを大量に纏めて配置し（蓄熱カプセル群）、エアコンから排出された空気を当該蓄熱カプセル群に当てることによって蓄熱カプセルで蓄熱せんとするものである。これにより電力単価の安い深夜電力等を用いて蓄熱カプセルに蓄熱しておき、蓄えた熱を電力単価の高い昼間等に利用することによって、総合的に省電力化を図らんとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−２１４７８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、公知の空調システムの場合、蓄熱カプセルから放熱する際だけでなく蓄熱カプセルに蓄熱する際も全て空気を介して行われるので、非常に応答性が悪いという問題がある。即ち、夜間と昼間といった大きな単位での蓄熱と放熱の切り換えには対応できてもよりスパンの短い場合（例えば１０分単位で蓄熱と放熱を切り換えたいような場合。）には十分に対応することができない。要するに、空気を介しての蓄熱に時間が掛かり過ぎるのである。
【０００５】
また、蓄熱カプセル群からそれ程離れていない位置に別途エアコンを設置する必要があるので（場所が大きく離れてしまうと熱が逃げる等により効率的に蓄熱できない）、蓄熱材及びその周辺の設備が非常に大がかりとなり、設置スペースを要するという問題もある。
【０００６】
更に、公知例では、全ての蓄熱カプセル内に同じ温度（１８℃以下）を融点とする蓄熱材が封入され、これに対してエアコンからの温風を当てて暖めたり、エアコンからの冷風を当てて冷やすことによって蓄熱（蓄冷）するものであるが、このような空調システムであると年間を通して有効に使うことができない。例えば蓄熱材の融点が１８℃である場合、暑い時期の冷房用としては有効に機能しても（例えば３０℃程の空気を融点が１８℃の蓄熱材が封入された蓄熱カプセルで冷やすと例えば２４〜２５℃程度にまで冷やすことができる。）、寒い時期の暖房用としては不十分である（例えば８℃程度の冷えた空気を融点が１８℃の蓄熱材が封入された蓄熱カプセルで暖めても例えば１４〜１５℃程度までしか暖めることができない。）。蓄熱材の融点が更にこれよりも低ければその欠点はより顕著に表れる。
【０００７】
本発明は、このような問題点を解消するべくなされたものである。
【０００８】
上記課題を解決するべく、本願発明は、伝熱管を挿嵌させるための貫通孔を備え所定の温度で固相から液相へと変化する蓄熱材が封入された扁平な蓄熱カプセルと、熱源と接続される伝熱管と、を備え、当該伝熱管に対して複数の前記蓄熱カプセルが挿嵌配置されていることを特徴とする蓄熱型熱交換器を提供するものである。
【０００９】
このような構成を採用していることから、伝熱管に至った熱源からの熱は速やかに伝熱管表面全体に渡って伝搬される。更に伝熱管は蓄熱パネルの貫通孔に挿嵌され互いに接触しているので、蓄熱カプセルを介して速やかに蓄熱材に伝達される。また、蓄熱カプセルを挿嵌するように伝熱管が配置されているのでコンパクトである。加えて、伝熱管に熱源からの熱を伝える媒体は水や油等の液体であるため、空気等の気体に比べて熱容量が極めて大きく、少量で同量の熱を蓄熱カプセルまで運ぶことができる。即ち表面積の小さな細いパイプやチューブを使用して伝熱管まで熱を運べるので熱のロスが少なく離れた場所に熱源を設置することができる。即ち、設置自由度が高い。なお、空気等の気体を熱の伝達媒体として利用する場合に比べ水や油等の液体を利用した場合熱伝導率が高いので熱源から伝熱管に至るまでの熱の伝搬も速やかである。
【００１０】
また、第１の温度を融点とする第１の蓄熱材が封入された第１の蓄熱カプセルと、前記第１の温度よりも低い第２の温度を融点とする第２の蓄熱材が封入された第２の蓄熱カプセルとが前記伝熱管に対して挿嵌配置されると共に、前記熱源として、前記第１の温度よりも高温度を供給可能な第１の熱源と、前記第２の温度よりも低温度を供給可能な第２の熱源とに接続可能とされていることを特徴とする蓄熱型熱交換器としてもよい。
【００１１】
このような構成を採用していることによって、一年を通して空調システムに有効に利用できる熱交換器を提供することができる。例えば第1の温度を３０℃、第２の温度を１８℃に設定した場合を想定する。第１の蓄熱カプセルが封入されている蓄熱材の融点は３０℃であるから、第１の熱源を利用して３０℃という熱（潜熱）を蓄えることができ、冷たい空気を十分な温度にまで暖めることができるので冬期の暖房として十分利用することができる。一方第２の蓄熱カプセルが封入されている蓄熱材の融点は１８℃であるから、第２の熱源を利用して１８℃という熱（潜熱）を蓄えることができ、暖かい空気を十分な温度にまで冷やすことができるので夏期の冷房として十分利用することができる。
【００１２】
また、前記蓄熱カプセルの貫通孔周縁が、その他の部位に比べて貫通方向に突起した突起部を構成していることを特徴とする蓄熱型熱交換器としてもよい。
【００１３】
このような構成を採用していることによって、貫通孔の周縁が伝熱管の貫通方向に「肉厚」になる。即ち、伝熱管表面と蓄熱カプセル貫通孔の内周面との接触面積が増大するので、より効率よく熱を（伝熱管から蓄熱カプセルを介して蓄熱材まで）伝達することができる。即ち、蓄熱の応答性を向上させることができる。
【００１４】
また、前記突起部は、前記蓄熱カプセルの一方面側にのみ突起し、当該突起している側に他の蓄熱カプセルを重ね合わせると当該突起部のみが隣り合う蓄熱カプセルと接触することを特徴とする蓄熱型熱交換器としてもよい。
【００１５】
このような構成を採用していることによって、蓄熱カプセルを伝熱管に挿管して隙間なく同方向に並べたとしても、蓄熱カプセルの間に所定の隙間を形成することができるので、蓄熱カプセルにおける空気と接触可能な表面積を大きく確保することができる。即ち、蓄熱カプセルから（空調用）空気への熱交換を効率よく行うことができる。
【００１６】
また、前記突起部は、前記蓄熱カプセルの両面側に突起し、他の蓄熱カプセルを重ね合わせると当該突起部のみが隣り合う蓄熱カプセルと接触することを特徴とする蓄熱型熱交換器としてもよい。
【００１７】
このような構成を採用していることによって、蓄熱カプセルを伝熱管に挿管して隙間なく並べたとしても、蓄熱カプセルの間に所定の隙間を形成することができるので、蓄熱カプセルにおける空気と接触可能な表面積を大きく確保することができる。即ち、蓄熱カプセルから（空調用）空気への熱交換を効率よく行うことができる。また、蓄熱カプセルをいずれの面方向から伝熱管に挿嵌しても隙間を確保できるので取扱性が良い。
【００１８】
また、貫通孔の内径を共通とし且つ大きさの異なる蓄熱カプセルが複数種類用意されていることを特徴とする蓄熱型熱交換器としてもよい。
【００１９】
このような構成を採用していることによって、設置場所に応じて適切な大きさの蓄熱カプセルを選択することができるので、設置自由度が向上する。
【００２０】
また、外径を共通とし且つ長さの異なる伝熱管が複数種類用意されていることを特徴とする蓄熱型熱交換器としてもよい。
【００２１】
このような構成を採用していることによって、設置場所に応じて適切な長さの伝熱管を選択することができるので、設置自由度が向上する。
【００２２】
また、前記貫通孔が前記蓄熱カプセルの略中心に設けられると共に、当該蓄熱カプセルの四隅にそれぞれ小孔が形成され、同じ隅に位置する前記小孔を全て跨ぐように支持棒が挿通されていることを特徴とする蓄熱型熱交換器としてもよい。
【００２３】
このような構成を採用していることによって、扁平な蓄熱カプセルの経年的な形状の変化（捻れや反り）を防止することができ、設置当初の状態を維持することが可能となる。例えば蓄熱カプセルが反ってしまうと蓄熱カプセル同士の隙間が減少して、（空調用）空気の流れを妨げる可能性があるが、本発明によりこういった問題を防止することができる。
【００２４】
また、建築物内の空気を循環させる為、若しくは、建築物内の空気を換気する為に設けられた送風路の途中に、請求項１〜８のいずれかに記載の蓄熱型熱交換器を配置したことを特徴とする空調システムとすることによって、一年を通して利用できるクリーン且つ省エネルギーの空調システムを提供するものである。
【００２５】
なお、基準温度（例えば室温）からみて相対的に高い温度を蓄える場合は文字通り「蓄熱」であり、基準温度からみて相対的に低い温度を蓄える場合は「蓄冷」であるが、本明細書及び特許請求の範囲においては両者を含めて「蓄熱」と表現する。
【発明の効果】
【００２６】
本発明により、コンパクト且つ蓄熱応答性に優れた蓄熱型熱交換器を実現できる。また、一つの蓄熱型熱交換器で冷房用としても暖房用としても両方に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明に係る蓄熱型熱交換器の全体斜視図である。
【図２】（ａ）が蓄熱カプセルの正面図、（ｂ）が断面図（（ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図）である。
【図３】伝熱管の概略構成図である。
【図４】（ａ）が蓄熱カプセルの両方面に貫通孔周縁が突起して突起部を構成している場合の蓄熱カプセルの配列例を示した図、（ｂ）が蓄熱カプセルの一方面に貫通孔周縁が突起して突起部を構成している場合の蓄熱カプセルの配列例を示した図である。
【図５】送風路の途中に蓄熱型熱交換器を設置した場合を想定した模式図であって、（ａ）が暖房時の状態、（ｂ）が冷房時の状態を示した図である。
【図６】本発明に係る蓄熱型熱交換器を利用した空調システムの概略構成図である。
【図７】図６の建築物における壁体（仕切構造）の断面図であって、（ａ）が横断面図、（ｂ）が縦断面図（（ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図）である。
【図８】図６の概略構成図に基づき、実際の建築物に適用した実施例を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、添付図面を参照しつつ、本発明の実施形態の一例について説明を加える。なお、図面理解容易の為、各部の大きさや寸法を誇張して表現している部分があり、実際の製品と必ずしも一致しない部分があることを付記しておく。また各図面は符号の向きに見るものとし、当該向きを基本に上下左右、手前、奥と表現する。
【００２９】
〈蓄熱型熱交換器の構成〉
図１に示しているように、蓄熱型熱交換器５０は、丸い棒状の伝熱管７０に２０枚の扁平略矩形の蓄熱カプセル６０が層状に挿嵌して所謂「串刺し状」に構成されている。蓄熱カプセル６０の四隅には全面がねじ切り加工された支持棒５２が挿通され、ナット５４で留められている。なお本実施形態では２０枚の蓄熱カプセル６０が伝熱管７０に挿嵌されており、全て同じ形状のものが使用されている。また、伝熱管７０の一端には熱源からの液体（温水など）を取り入れる取入口が、他端には排出口が設けられている（詳細は後述する。）
【００３０】
図２に示しているように、蓄熱カプセル６０は扁平且つ矩形の形状に構成され、内部に中空部６１を有している。材料は例えばポリエチレン樹脂でできている。高さ約２８２ｍｍ、幅約３１７ｍｍ、厚さ約２５ｍｍの大きさに形成されている。正面視略中央には伝熱管７０を挿嵌させるための貫通孔６２（５３φ）が形成されている。この貫通孔６２の周縁は当該貫通孔６２よりも一回り大きな円に沿ってドーナツ状に突起しており突起部６３を構成している。またこの突起部６３は蓄熱カプセル６０の両方の面に形成されている。このように突起部６３が形成されていることによって貫通孔６２の周縁部分のみが他の部位に比べて肉厚に構成されている。正面視四隅は中空部が存在しない角部６５が形成されており、当該角部６５にそれぞれ小孔６６が貫通形成されている。蓄熱カプセル６０の上面には蓄熱材を入れるための開口部６４が形成され、蓄熱材封入後はキャップ（図示していない。）が取り付けられる。蓄熱カプセル６０には正面側と裏面側から中空部６１を押し潰すようにして形成された密着部６７、６８が複数形成されている。これら密着部６７、６８は蓄熱カプセルの強度等を向上させる目的で設けられている。なお図面では表現していないが、蓄熱カプセル６０の表面及び裏面には左右方向に沿った直線状の複数の凹凸が形成されており（同時に蓄熱カプセル６０の内周面側も対応して凸凹が形成されている。）、空気及び封入される蓄熱材との接触面積を稼いでいる。
【００３１】
また、蓄熱カプセル６０にはそれぞれ所定の温度を融点とする蓄熱材が封入されている。本実施形態においては融点が３０℃の蓄熱材（第１の蓄熱材）と融点が１８℃の蓄熱材（第２の蓄熱材）との２種類の蓄熱材が使用されている。一の蓄熱カプセル６０にはこのうちいずれかの種類の蓄熱材が封入される。なお本実施形態においては、第１の蓄熱材が封入された第１の蓄熱カプセル６０ａと第２の蓄熱材が封入された第２の蓄熱カプセル６０ｂとが交互に伝熱管７０に挿嵌されている。その結果、第１の蓄熱カプセル６０ａが計１０枚、第１の蓄熱カプセル６０ａが計１０枚の合計２０枚の蓄熱カプセル６０が備わっている。
【００３２】
また、蓄熱カプセル６０に備わる突起部６３の存在によって、蓄熱カプセル６０を伝熱管７０に挿嵌して隙間なく並べたとしても、蓄熱カプセルの間に所定の隙間Ｇを形成することができる（図４（ａ）参照）。なお、図４（ｂ）に示しているように、突起部６３を蓄熱カプセル６０の一方側の面にのみ形成するような構成を採用することも可能である。
【００３３】
図３に示しているように、伝熱管７０は内部にチャンバー（中空部）７８を有する丸形の本体７２と当該本体７２を長手方向に貫通する小径のコアパイプ７４を備える。材質は部位によりステンレスやアルミニウムが使用される。チャンバー７８には作動液７６が封入されると同時に当該チャンバー７８内は略真空状態とされている。また、コアパイプ７４の両端（即ち伝熱管７０の両端）は熱源に接続されており、一方が熱源から共有される温水を取り入れる取入口として機能し、他方が排出口として機能する。なお熱源から供給される温水の温度は少なくとも２つの温度を切り替え可能に構成されており、本実施形態においては３５℃と１６℃に必要に応じて切り換えることが可能とされている。
【００３４】
〈蓄熱型熱交換器の作用・機能〉
熱源からの温水がコアパイプ７４に到達し伝熱管７０の本体７２に入ると、コアパイプ７４の表面（管液壁）を介して温水の熱が作動液７６に伝達される。チャンバー７８内は略真空状態とされているので、低い温度の温水であってもその熱により作動液は瞬時に沸騰し液界面から蒸気流（ジェット）が発生する。発生した蒸気流は熱源からの潜熱を含みチャンバー７８内を音速に近い早さで移動し熱を輸送する。蒸気流が含んだ潜熱はチャンバー７８にぶつかって（即ち本体７２の内壁にぶつかって）熱を本体７２に受け渡すと同時に凝集して液化する。この繰り返しにより、温水によって熱源から運ばれてきた熱が、瞬時に伝熱管７０の外周面Ｅに伝達される。
【００３５】
伝熱管７０には複数の蓄熱カプセルが挿嵌されているので、伝熱管の外周面Ｅに伝達された熱は蓄熱カプセル６０側に移動する。更に蓄熱カプセル６０内には蓄熱材が封入されているので、最終的には、温水によって運ばれてきた熱は蓄熱材によって蓄熱される。
【００３６】
蓄熱材に蓄えられた熱は、蓄熱カプセル６０の表面を介して当該蓄熱カプセル６０の表面を流れる空気に受け渡させる。蓄熱カプセル６０の表面には（図示していないが）複数の凹凸が形成されているので、空気の接触面積が広く確保されていて、効率的に空気に熱を受け渡すことが可能となっている。
【００３７】
図６に示しているように、当該蓄熱型熱交換器５０を、建築物内の空気を循環させる為、若しくは、建築物内の空気を換気する為に設けられた送風路Ｐの途中に配置した場合の例を説明する。（ａ）は冬期などの暖房時、（ｂ）は夏期などの冷房時の動作状況を示している。
【００３８】
図６（ａ）に示す暖房時の場合、熱源からは３５℃の温水が供給される、これにより第１の蓄熱材（融点３０℃）が封入された第１の蓄熱カプセル６０ａ及び第２の蓄熱材（融点１８℃）が封入された第２の蓄熱カプセル６０ｂのいずれも封入される蓄熱材は溶けて液化する。この状態で冷たい空気（ここでは１５℃）を送風路Ｐに流すとその空気が蓄熱カプセル６０の間を通り抜ける際に熱を受け取って暖められ（例えば２３℃）、この暖められた空気を室内等に循環させることで暖房することができる。なお、第１の蓄熱カプセル６０ａに封入される第１の蓄熱材の融点は３０℃であるから、多くの（３０℃の）潜熱を蓄えることができるので、順次空気側に熱を奪われた場合でも、３０℃の温度を長時間に渡って保つことが可能となっている。
【００３９】
一方、図６（ｂ）に示す冷房時の場合、熱源からは１６℃の温水が供給される、これにより第１の蓄熱カプセル６０ａに封入された第１の蓄熱材（融点３０℃）は液化しないが、第２の蓄熱カプセル６０ｂに封入された第２の蓄熱材（融点１８℃）は溶けて液化する。この状態で暖かい空気（ここでは３０℃）を送風路Ｐに流すとその空気が蓄熱カプセル６０の間を通り抜ける際に熱を奪われて冷やされ（例えば２３℃）、この冷やされた空気を室内等に循環させることで冷房することができる。なお、第２の蓄熱カプセル６０ｂに封入される第２の蓄熱材の融点は１８℃であるから、多くの（１８℃の）潜熱を蓄えることができるので、順次空気側から熱を奪い取った場合でも、１８℃の温度を長時間に渡って保つことが可能となっている。
【００４０】
また図５に示しているように、本実施形態では、第１の蓄熱カプセル６０ａと第２の蓄熱カプセル６０ｂを１枚ずつ交互に配置しているので、全ての隙間（蓄熱カプセル同士の隙間Ｇ）で暖房時も冷房時も有効に空気と熱交換することができる。
【００４１】
なお、貫通孔６２の内径を共通とし且つ大きさの異なる蓄熱カプセル６０を複数種類用意してもよいし、外径を共通とし且つ長さの異なる伝熱管７０を複数種類用意してもよい。このように構成すれば、各設置場所の状況に応じて最適な組合わせを選択できるので設置自由度が向上する。
【００４２】
また、上記では、暖房と冷房を想定した蓄熱材の融点となっていたが、これ以外にも、「２段階の暖房」若しくは「２段階の冷房」といったパターンで使用することもできる。更に３種類以上の蓄熱材を使用することももちろん可能である。
【００４３】
〈空調システムの構成〉
次に上記説明した蓄熱型熱交換器５０を組み込んだ空調システムＳについて図６〜８を参照しつつ説明する。
【００４４】
空調システムＳは、建築物１０の内外空間を仕切る仕切面の中に設けた空隙層１２２と、この空隙層１２２を更に層状に少なくとも二分して室内側空隙層１２４と反室内側空隙層１２６を形成するように配置された遮熱シート１２０と、を備えた仕切構造１００と、室内側空隙層１２４と連通し、当該室内側空隙層１２４内に空気を送り込むことができる第１の送風路１７０と、室内側空隙層１２４と連通し、当該室内側空隙層１２４内から空気を排出することができる第２の送風路１８０と、この第２の送風路１８０内の空気を屋外に排出すると共に、当該第２の送風路１８０内の空気と屋外から第１の送風路１７０に取り込むフレッシュエアとの間で熱交換を行う第１の熱交換器１３０と、空気を積極的に移動させるための送風機と、を備える。
【００４５】
仕切構造１００は、図７に示しているように、最も屋外側に外装仕上げ材１０２が配置されている。この外装仕上げ材１０２は、例えば石膏ボードなどが利用される。外装仕上げ材１０２の内側（屋内側）には透湿・防水シート１０４が配置されている。更に内側には耐水性合板などで構成された壁体構造材１０８が配置されている。この壁体構造材１０８は、柱１１２の上下に配置され、且つスペーサ１１０を挟んで一定の隙間を形成しつつ柱１１２の左右両側（屋外側と室内側）に配置されている。柱１１２の内側（室内側）に配置されている壁体構造体１０８の更に内側には空隙層１２２を介して内装仕上げ材１１８が配置されている。
【００４６】
空隙層１２２は遮熱シート１２０によって更に層状に「二分」されている。即ち、第１の遮熱シート固定材１１４により柱１１２側から、更に、第２の遮熱シート固定材１１６により内装仕上げ材１１８側から支持された遮熱シート１２０によって二分されている。要するに、部分的に第１、第２の遮熱シート固定材１１４、１１６で支持されている部分を除き、この遮熱シート１２０は空隙層１２２内に他の部材と非接触のまま位置している。その結果、遮熱シート１２０を境に室内側空隙層１２４と反室内側空隙層１２６に二分されている。なおこの遮熱シート１２０は、例えば、表面にアルミニウムを蒸着させたフィルム等、輻射熱を効率的に反射することができる素材により構成されている。
【００４７】
なお、内装仕上げ材１１８には部分的に屋内（室内）と室内側空隙層１２４とに貫通する態様で放出口１１８ａが形成されている。この放出口１１８ａは、本実施形態では室内壁面の下方（足下付近）に設けられている。
【００４８】
また、上記仕切構造１００の室内側空隙層１２４は、本実施形態では、床下空間（床面１６と基礎１８の間の空間）２２を介して吸気路１３４と連通している。これら床下空間２２と吸気路１３４とで第１の送風路１７０を構成している。なお。当該床下空間２２はダクトの一部として機能し得ることから、防塵塗装が施されている。同様に、上記仕切構造１００の室内側空隙層１２４は、本実施形態では、天井空間（屋根１２と天井面２４の間の空間）を介して排気路１３６と連通している。これら天井空間２４と排気路１３６とで第２の送風路１８０を構成している。なお天井空間２４においても、床下空間２２と同様に防塵塗装を施してもよい。
【００４９】
また、吸気路１３４と排気路１３６はいずれも全熱交換器１３０を介して、吸気路１３４は吸気口１３２と、排気路１３６は排気口１３８に接続されている。この全熱交換器１３０は、吸気口１３６から吸い込んだフレッシュエアと排気路１３６からの排気との間で全熱を交換可能な構成とされている。例えば、排気路１３６からの排気温度が２５℃、吸気口１３２からの吸気温度が３５℃の場合、この全熱交換器１３０により、排気口１３８からの排気温度が３５℃、吸気路１３４を流れる空気の温度が２５℃となる（熱交換率１００％）。なおこの全熱交換器１３０には送風機が内蔵されていて（図示していない）、吸気口１３２から吸い込んだ空気を吸気路１３４へと送ると共に、排気路１３６内の空気を排気口１３８へと送ることが可能となっている。即ち、空気を積極的に移動させる事が可能である。
【００５０】
また、床下空間２２には、蓄熱型熱交換器５０が配置されている。即ちこの蓄熱型熱交換器５０は、第１の送風路１７０の途中に設けられている。なお、当該蓄熱型熱交換器５０の構成、作用・機能等は上記で説明した通りである。
【００５１】
蓄熱型熱交換器５０には循環パイプ１５２によって液体（水やオイルなど）が循環している。また循環パイプ１５２は屋外に設置された第２の熱交換器１４０に出入りしていて、特定熱源（詳細は後述する。）で得られた熱との間で熱交換可能な構成とされている。
【００５２】
なお循環パイプ１５２は、蓄熱型熱交換器５０側とは別に、室内２０に配置された放熱・輻射パネル１６０側にも分岐している。この放熱・輻射パネル１６０は、表面積を大きくすることが可能な形状（例えば波状等）に形成されて、このパネル内に液体を通すことができるようになっている。即ち、蓄熱型熱交換器５０によって管理される熱を、放熱・輻射パネル１６０により直接室内２０へと伝達することが可能となっている。
【００５３】
また、室内２０の天井面１４には排気路１３６に連通する回収口１３６ａが設けられていて、室内２０の空気（汚れた空気等）を回収することが可能な構成とされている。
【００５４】
また、第２の熱交換器１４０と接続される「特定熱源」には、暖房用としては例えば、太陽光、地熱等が利用できる。即ち、太陽光や地熱により暖めた水やオイルを当該第２の熱交換器１４０の熱源として利用することができる。
【００５５】
同様に冷房用としては例えば、井戸水、河川水、湖水、海水、水道水などが利用できる。即ち、井戸水、河川水、湖水、海水や水道水により冷やした水やオイルを当該第２の熱交換器１４０の熱源として利用することができる。即ち、例えば、井戸水、河川水、湖水、海水、水道水等をある一定量水槽等に貯留し、当該水槽に循環パイプ１５２を通過させて循環パイプ１５２の水やオイルの温度を冷やすのである。
【００５６】
もちろん、これら以外にも、自然エネルギー（太陽光、風力、水力、波力等）を一旦電力に変換し、当該電力により電気チラーを作動させ、当該電気チラーを特定熱源として利用することも可能である。
【００５７】
なお本発明に係る空調システムＳは、図８に示しているように、複数階建ての建築物にも問題なく適用することができる
【００５８】
〈空調システムの作用・機能〉
本発明に係る空調システムＳは一年を通して使用することができる。以下暖かい時期に冷房することを前提に説明するが、寒い時期に暖房する場合には基本的に温度関係が逆になるのみである。よって重複した説明は省略する。
【００５９】
例えば外気温が３０℃を想定する。こういった状況下では、室内２０は外気温の伝熱をはじめ、太陽光によって熱された屋根や壁等の構造物自体が輻射する熱によって、時間と共に上昇し、場合によっては外気温である３０℃を上回る。しかし例えば特定熱源として井戸水を利用した場合、夏場でもその供給されるときの温度は１６℃程度であり、外気温との間に１０℃以上もの開きがある。
【００６０】
空調システムＳでは、この特定熱源（ここでは水道水）の温度（特定熱源が持つ熱エネルギー）を最大限利用して空調に利用している。即ち、空調システムＳの電源が入ると、全熱交換器１３０に内蔵された送風機（図示していない）が作動し、第１の送風路１７０や第２の送風路１８０内の空気を積極的に移動させ始める。
【００６１】
同時に、循環パイプ１５０内の水やオイルを循環させるポンプ（図示していない）が作動し、特定熱源から得られた熱エネルギーを蓄熱型熱交換器５０へと伝達する。
【００６２】
吸気口１３２から吸い込まれた外気（例えば３０℃）は吸気路１３４を介して床下空間２２に放出され、当該床下空間２２内に配置されている蓄熱型熱交換器５０を通過する。この通過の際、蓄熱型熱交換器５０に数多く設置されているフィン状の蓄熱カプセル６０の温度は、特定熱源の温度（例えば１８℃）となっているので、ここで熱交換が行われて冷却される。
【００６３】
冷却された空気は、第１の送風路１７０の一部である床下空間２２から室内側空隙層１２４へと順次移動する。室内側空隙層１２４に入った空気は、当該空隙層１２４内を上昇すると共に、その一部（場合により全部であってもよい）は放出口１１８ａから室内２２へと放出される。また、本発明においては、建築物の内外空間を仕切る仕切面の中に設けた空隙層１２２と、当該空隙層１２２を更に層状に少なくとも二分して室内側空隙層１２４と反室内側空隙層１２６を形成するように遮熱シート１２０を配置している（即ち、空気を通す室内側空隙層は遮熱シートよりも室内側（内側）に配置しており、更に、この遮熱シート１２０の直ぐ屋外側（外側）にも空隙層（反室内側空隙層１２６）が設けられている）ので、伝導熱はもちろん輻射熱もカットできる。即ち、室内側空隙層１２４内の空気の温度が屋外の影響によって過度に上昇してしまうことはない。
【００６４】
室内２２に放出された空気は、順次元々室内に存在していた空気との間で交換されつつ、天井面１４に形成された回収口１３６ａから排気路１３６へと回収される。また、室内２２に放出されずに室内側空隙層１２４内を移動した空気も、最終的には天井空間２４を介して排気路１３６に回収される（即ち、第２の送風路１８０の流れに乗る）。
【００６５】
排気路１３６に回収されてくる空気の温度は、当然であるが、室内に存する人体から放射される熱や、電気製品等の使用による発熱等によって上昇しているが、まだまだ外気温には遠く及ばないレベルである。この熱エネルギーをそのまま外気に放出してしまうと非常に無駄が生じる（折角冷やした空気の熱エネルギーが無駄になる）ので、本空調システムＳにおいては、全熱交換器１３０によって、これから取り込もうとするフレッシュエアとの間で熱交換を行う。
【００６６】
一旦この流れが完了すれば、蓄熱型熱交換器５０の負担は極めて小さいので、特定熱源として必要な熱エネルギーも僅かである。また、室内外は空隙層１２２と遮熱シート１２０によって非常に効率よく断熱・遮熱されているので、屋外から流入してくる熱や、室内から流出する熱量も極めて小さい。よって、補充すべき熱量も少なく、省エネルギーでも十分な空調システムを実現することが可能となっている。
【００６７】
更に、本空調システムＳが稼働している場合、常に、外気（フレッシュエア）との間で換気が行われている。よって、熱エネルギーを無駄にせずに換気（例えば２４時間換気）も同時に実現可能である。
【００６８】
なお上記では、建築物の内外を仕切る仕切構造に空隙層を設けた構成として説明しているが、本願発明は、室内外の仕切構造だけでなく、室内空間同士の仕切構造を利用することも可能である。即ち、建築物内の空間を仕切る仕切構造の中に設けた空隙層と、当該空隙層を更に層状に少なくとも二分して室内側空隙層と反室内側空隙層を形成するように配置された遮熱シートと、を備えた仕切構造と、前記室内側空隙層と連通し、当該室内側空隙層内に空気を送り込むことができる第１の送風路と、前記室内側空隙層と連通し、当該室内側空隙層内から空気を排出することができる第２の送風路と、前記第２の送風路内の空気を屋外に排出すると共に、当該第２の送風路内の空気と屋外から前記第１の送風路に取り込むフレッシュエアとの間で熱交換を行う第１の熱交換器と、空気を積極的に移動させるための送風機と、を備えることを特徴とする空調システムとして構成してもよく、更に両方を同時に適用することも可能である。要するに、室内外を仕切る仕切構造（壁、屋根、床など）のみならず、室内同士を仕切る仕切構造にも同様に適用することが可能である。
【００６９】
また、上記説明した仕切構造１００では、空隙層を「二分」していた。しかしこれに限定されるものではなく、必要により２枚以上の遮熱シート１２０を配置して、「三分」以上に構成することも可能である。要は、「空気を通す空隙層の室外側に遮熱シート１２０が存在している限りにおいて、種々の構造を採用することができる。
【符号の説明】
【００７０】
Ｓ・・・空調システム
Ｅ・・・放熱面
５０・・・蓄熱型熱交換器
５２・・・支持棒
５４・・・ナット
６０・・・蓄熱カプセル
６０ａ・・・第１の蓄熱カプセル（蓄熱材の融点３０℃）
６０ｂ・・・第２の蓄熱カプセル（蓄熱材の融点１８℃）
６１・・・中空部（蓄熱材）
６２・・・貫通孔
６３・・・突起部
６４・・・開口部
６５・・・角部
６６・・・小孔
６７・・・密着部
６８・・・密着部
７０・・・伝熱管
７２・・・本体
７４・・・コアパイプ
７６・・・作動液
７８・・・チャンバー
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱交換器、特に蓄熱材を封入した蓄熱カプセルを利用して熱交換を行うことによりクリーン且つ省エネルギーな空調システムを提供するものであり、建築構造物の空調設備の技術分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、蓄熱材を封入した蓄熱カプセルを用いた空調システムが公地である（特許文献１参照。）。ここではエアコンが設置された送風路の途中に当該蓄熱カプセルを大量に纏めて配置し（蓄熱カプセル群）、エアコンから排出された空気を当該蓄熱カプセル群に当てることによって蓄熱カプセルで蓄熱せんとするものである。これにより電力単価の安い深夜電力等を用いて蓄熱カプセルに蓄熱しておき、蓄えた熱を電力単価の高い昼間等に利用することによって、総合的に省電力化を図らんとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−２１４７８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、公知の空調システムの場合、蓄熱カプセルから放熱する際だけでなく蓄熱カプセルに蓄熱する際も全て空気を介して行われるので、非常に応答性が悪いという問題がある。即ち、夜間と昼間といった大きな単位での蓄熱と放熱の切り換えには対応できてもよりスパンの短い場合（例えば１０分単位で蓄熱と放熱を切り換えたいような場合。）には十分に対応することができない。要するに、空気を介しての蓄熱に時間が掛かり過ぎるのである。
【０００５】
また、蓄熱カプセル群からそれ程離れていない位置に別途エアコンを設置する必要があるので（場所が大きく離れてしまうと熱が逃げる等により効率的に蓄熱できない）、蓄熱材及びその周辺の設備が非常に大がかりとなり、設置スペースを要するという問題もある。
【０００６】
更に、公知例では、全ての蓄熱カプセル内に同じ温度（１８℃以下）を融点とする蓄熱材が封入され、これに対してエアコンからの温風を当てて暖めたり、エアコンからの冷風を当てて冷やすことによって蓄熱（蓄冷）するものであるが、このような空調システムであると年間を通して有効に使うことができない。例えば蓄熱材の融点が１８℃である場合、暑い時期の冷房用としては有効に機能しても（例えば３０℃程の空気を融点が１８℃の蓄熱材が封入された蓄熱カプセルで冷やすと例えば２４〜２５℃程度にまで冷やすことができる。）、寒い時期の暖房用としては不十分である（例えば８℃程度の冷えた空気を融点が１８℃の蓄熱材が封入された蓄熱カプセルで暖めても例えば１４〜１５℃程度までしか暖めることができない。）。蓄熱材の融点が更にこれよりも低ければその欠点はより顕著に表れる。
【０００７】
本発明は、このような問題点を解消するべくなされたものである。
【０００８】
上記課題を解決するべく、本願発明は、伝熱管を挿嵌させるための貫通孔を備え所定の温度で固相から液相へと変化する蓄熱材が封入された扁平な蓄熱カプセルと、熱源と接続される伝熱管と、を備え、当該伝熱管に対して複数の前記蓄熱カプセルが挿嵌配置されていることを特徴とする蓄熱型熱交換器を提供するものである。
【０００９】
このような構成を採用していることから、伝熱管に至った熱源からの熱は速やかに伝熱管表面全体に渡って伝搬される。更に伝熱管は蓄熱パネルの貫通孔に挿嵌され互いに接触しているので、蓄熱カプセルを介して速やかに蓄熱材に伝達される。また、蓄熱カプセルを挿嵌するように伝熱管が配置されているのでコンパクトである。加えて、伝熱管に熱源からの熱を伝える媒体は水や油等の液体であるため、空気等の気体に比べて熱容量が極めて大きく、少量で同量の熱を蓄熱カプセルまで運ぶことができる。即ち表面積の小さな細いパイプやチューブを使用して伝熱管まで熱を運べるので熱のロスが少なく離れた場所に熱源を設置することができる。即ち、設置自由度が高い。なお、空気等の気体を熱の伝達媒体として利用する場合に比べ水や油等の液体を利用した場合熱伝導率が高いので熱源から伝熱管に至るまでの熱の伝搬も速やかである。
【００１０】
また、第１の温度を融点とする第１の蓄熱材が封入された第１の蓄熱カプセルと、前記第１の温度よりも低い第２の温度を融点とする第２の蓄熱材が封入された第２の蓄熱カプセルとが前記伝熱管に対して挿嵌配置されると共に、前記熱源として、前記第１の温度よりも高温度を供給可能な第１の熱源と、前記第２の温度よりも低温度を供給可能な第２の熱源とに接続可能とされていることを特徴とする蓄熱型熱交換器としてもよい。
【００１１】
このような構成を採用していることによって、一年を通して空調システムに有効に利用できる熱交換器を提供することができる。例えば第1の温度を３０℃、第２の温度を１８℃に設定した場合を想定する。第１の蓄熱カプセルが封入されている蓄熱材の融点は３０℃であるから、第１の熱源を利用して３０℃という熱（潜熱）を蓄えることができ、冷たい空気を十分な温度にまで暖めることができるので冬期の暖房として十分利用することができる。一方第２の蓄熱カプセルが封入されている蓄熱材の融点は１８℃であるから、第２の熱源を利用して１８℃という熱（潜熱）を蓄えることができ、暖かい空気を十分な温度にまで冷やすことができるので夏期の冷房として十分利用することができる。
【００１２】
また、前記蓄熱カプセルの貫通孔周縁が、その他の部位に比べて貫通方向に突起した突起部を構成していることを特徴とする蓄熱型熱交換器としてもよい。
【００１３】
このような構成を採用していることによって、貫通孔の周縁が伝熱管の貫通方向に「肉厚」になる。即ち、伝熱管表面と蓄熱カプセル貫通孔の内周面との接触面積が増大するので、より効率よく熱を（伝熱管から蓄熱カプセルを介して蓄熱材まで）伝達することができる。即ち、蓄熱の応答性を向上させることができる。
【００１４】
また、前記突起部は、前記蓄熱カプセルの一方面側にのみ突起し、当該突起している側に他の蓄熱カプセルを重ね合わせると当該突起部のみが隣り合う蓄熱カプセルと接触することを特徴とする蓄熱型熱交換器としてもよい。
【００１５】
このような構成を採用していることによって、蓄熱カプセルを伝熱管に挿管して隙間なく同方向に並べたとしても、蓄熱カプセルの間に所定の隙間を形成することができるので、蓄熱カプセルにおける空気と接触可能な表面積を大きく確保することができる。即ち、蓄熱カプセルから（空調用）空気への熱交換を効率よく行うことができる。
【００１６】
また、前記突起部は、前記蓄熱カプセルの両面側に突起し、他の蓄熱カプセルを重ね合わせると当該突起部のみが隣り合う蓄熱カプセルと接触することを特徴とする蓄熱型熱交換器としてもよい。
【００１７】
このような構成を採用していることによって、蓄熱カプセルを伝熱管に挿管して隙間なく並べたとしても、蓄熱カプセルの間に所定の隙間を形成することができるので、蓄熱カプセルにおける空気と接触可能な表面積を大きく確保することができる。即ち、蓄熱カプセルから（空調用）空気への熱交換を効率よく行うことができる。また、蓄熱カプセルをいずれの面方向から伝熱管に挿嵌しても隙間を確保できるので取扱性が良い。
【００１８】
また、貫通孔の内径を共通とし且つ大きさの異なる蓄熱カプセルが複数種類用意されていることを特徴とする蓄熱型熱交換器としてもよい。
【００１９】
このような構成を採用していることによって、設置場所に応じて適切な大きさの蓄熱カプセルを選択することができるので、設置自由度が向上する。
【００２０】
また、外径を共通とし且つ長さの異なる伝熱管が複数種類用意されていることを特徴とする蓄熱型熱交換器としてもよい。
【００２１】
このような構成を採用していることによって、設置場所に応じて適切な長さの伝熱管を選択することができるので、設置自由度が向上する。
【００２２】
また、前記貫通孔が前記蓄熱カプセルの略中心に設けられると共に、当該蓄熱カプセルの四隅にそれぞれ小孔が形成され、同じ隅に位置する前記小孔を全て跨ぐように支持棒が挿通されていることを特徴とする蓄熱型熱交換器としてもよい。
【００２３】
このような構成を採用していることによって、扁平な蓄熱カプセルの経年的な形状の変化（捻れや反り）を防止することができ、設置当初の状態を維持することが可能となる。例えば蓄熱カプセルが反ってしまうと蓄熱カプセル同士の隙間が減少して、（空調用）空気の流れを妨げる可能性があるが、本発明によりこういった問題を防止することができる。
【００２４】
また、建築物内の空気を循環させる為、若しくは、建築物内の空気を換気する為に設けられた送風路の途中に、請求項１〜８のいずれかに記載の蓄熱型熱交換器を配置したことを特徴とする空調システムとすることによって、一年を通して利用できるクリーン且つ省エネルギーの空調システムを提供するものである。
【００２５】
なお、基準温度（例えば室温）からみて相対的に高い温度を蓄える場合は文字通り「蓄熱」であり、基準温度からみて相対的に低い温度を蓄える場合は「蓄冷」であるが、本明細書及び特許請求の範囲においては両者を含めて「蓄熱」と表現する。
【発明の効果】
【００２６】
本発明により、コンパクト且つ蓄熱応答性に優れた蓄熱型熱交換器を実現できる。また、一つの蓄熱型熱交換器で冷房用としても暖房用としても両方に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明に係る蓄熱型熱交換器の全体斜視図である。
【図２】（ａ）が蓄熱カプセルの正面図、（ｂ）が断面図（（ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図）である。
【図３】伝熱管の概略構成図である。
【図４】（ａ）が蓄熱カプセルの両方面に貫通孔周縁が突起して突起部を構成している場合の蓄熱カプセルの配列例を示した図、（ｂ）が蓄熱カプセルの一方面に貫通孔周縁が突起して突起部を構成している場合の蓄熱カプセルの配列例を示した図である。
【図５】送風路の途中に蓄熱型熱交換器を設置した場合を想定した模式図であって、（ａ）が暖房時の状態、（ｂ）が冷房時の状態を示した図である。
【図６】本発明に係る蓄熱型熱交換器を利用した空調システムの概略構成図である。
【図７】図６の建築物における壁体（仕切構造）の断面図であって、（ａ）が横断面図、（ｂ）が縦断面図（（ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図）である。
【図８】図６の概略構成図に基づき、実際の建築物に適用した実施例を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、添付図面を参照しつつ、本発明の実施形態の一例について説明を加える。なお、図面理解容易の為、各部の大きさや寸法を誇張して表現している部分があり、実際の製品と必ずしも一致しない部分があることを付記しておく。また各図面は符号の向きに見るものとし、当該向きを基本に上下左右、手前、奥と表現する。
【００２９】
〈蓄熱型熱交換器の構成〉
図１に示しているように、蓄熱型熱交換器５０は、丸い棒状の伝熱管７０に２０枚の扁平略矩形の蓄熱カプセル６０が層状に挿嵌して所謂「串刺し状」に構成されている。蓄熱カプセル６０の四隅には全面がねじ切り加工された支持棒５２が挿通され、ナット５４で留められている。なお本実施形態では２０枚の蓄熱カプセル６０が伝熱管７０に挿嵌されており、全て同じ形状のものが使用されている。また、伝熱管７０の一端には熱源からの液体（温水など）を取り入れる取入口が、他端には排出口が設けられている（詳細は後述する。）
【００３０】
図２に示しているように、蓄熱カプセル６０は扁平且つ矩形の形状に構成され、内部に中空部６１を有している。材料は例えばポリエチレン樹脂でできている。高さ約２８２ｍｍ、幅約３１７ｍｍ、厚さ約２５ｍｍの大きさに形成されている。正面視略中央には伝熱管７０を挿嵌させるための貫通孔６２（５３φ）が形成されている。この貫通孔６２の周縁は当該貫通孔６２よりも一回り大きな円に沿ってドーナツ状に突起しており突起部６３を構成している。またこの突起部６３は蓄熱カプセル６０の両方の面に形成されている。このように突起部６３が形成されていることによって貫通孔６２の周縁部分のみが他の部位に比べて肉厚に構成されている。正面視四隅は中空部が存在しない角部６５が形成されており、当該角部６５にそれぞれ小孔６６が貫通形成されている。蓄熱カプセル６０の上面には蓄熱材を入れるための開口部６４が形成され、蓄熱材封入後はキャップ（図示していない。）が取り付けられる。蓄熱カプセル６０には正面側と裏面側から中空部６１を押し潰すようにして形成された密着部６７、６８が複数形成されている。これら密着部６７、６８は蓄熱カプセルの強度等を向上させる目的で設けられている。なお図面では表現していないが、蓄熱カプセル６０の表面及び裏面には左右方向に沿った直線状の複数の凹凸が形成されており（同時に蓄熱カプセル６０の内周面側も対応して凸凹が形成されている。）、空気及び封入される蓄熱材との接触面積を稼いでいる。
【００３１】
また、蓄熱カプセル６０にはそれぞれ所定の温度を融点とする蓄熱材が封入されている。本実施形態においては融点が３０℃の蓄熱材（第１の蓄熱材）と融点が１８℃の蓄熱材（第２の蓄熱材）との２種類の蓄熱材が使用されている。一の蓄熱カプセル６０にはこのうちいずれかの種類の蓄熱材が封入される。なお本実施形態においては、第１の蓄熱材が封入された第１の蓄熱カプセル６０ａと第２の蓄熱材が封入された第２の蓄熱カプセル６０ｂとが交互に伝熱管７０に挿嵌されている。その結果、第１の蓄熱カプセル６０ａが計１０枚、第１の蓄熱カプセル６０ａが計１０枚の合計２０枚の蓄熱カプセル６０が備わっている。
【００３２】
また、蓄熱カプセル６０に備わる突起部６３の存在によって、蓄熱カプセル６０を伝熱管７０に挿嵌して隙間なく並べたとしても、蓄熱カプセルの間に所定の隙間Ｇを形成することができる（図４（ａ）参照）。なお、図４（ｂ）に示しているように、突起部６３を蓄熱カプセル６０の一方側の面にのみ形成するような構成を採用することも可能である。
【００３３】
図３に示しているように、伝熱管７０は内部にチャンバー（中空部）７８を有する丸形の本体７２と当該本体７２を長手方向に貫通する小径のコアパイプ７４を備える。材質は部位によりステンレスやアルミニウムが使用される。チャンバー７８には作動液７６が封入されると同時に当該チャンバー７８内は略真空状態とされている。また、コアパイプ７４の両端（即ち伝熱管７０の両端）は熱源に接続されており、一方が熱源から共有される温水を取り入れる取入口として機能し、他方が排出口として機能する。なお熱源から供給される温水の温度は少なくとも２つの温度を切り替え可能に構成されており、本実施形態においては３５℃と１６℃に必要に応じて切り換えることが可能とされている。
【００３４】
〈蓄熱型熱交換器の作用・機能〉
熱源からの温水がコアパイプ７４に到達し伝熱管７０の本体７２に入ると、コアパイプ７４の表面（管液壁）を介して温水の熱が作動液７６に伝達される。チャンバー７８内は略真空状態とされているので、低い温度の温水であってもその熱により作動液は瞬時に沸騰し液界面から蒸気流（ジェット）が発生する。発生した蒸気流は熱源からの潜熱を含みチャンバー７８内を音速に近い早さで移動し熱を輸送する。蒸気流が含んだ潜熱はチャンバー７８にぶつかって（即ち本体７２の内壁にぶつかって）熱を本体７２に受け渡すと同時に凝集して液化する。この繰り返しにより、温水によって熱源から運ばれてきた熱が、瞬時に伝熱管７０の外周面Ｅに伝達される。
【００３５】
伝熱管７０には複数の蓄熱カプセルが挿嵌されているので、伝熱管の外周面Ｅに伝達された熱は蓄熱カプセル６０側に移動する。更に蓄熱カプセル６０内には蓄熱材が封入されているので、最終的には、温水によって運ばれてきた熱は蓄熱材によって蓄熱される。
【００３６】
蓄熱材に蓄えられた熱は、蓄熱カプセル６０の表面を介して当該蓄熱カプセル６０の表面を流れる空気に受け渡させる。蓄熱カプセル６０の表面には（図示していないが）複数の凹凸が形成されているので、空気の接触面積が広く確保されていて、効率的に空気に熱を受け渡すことが可能となっている。
【００３７】
図６に示しているように、当該蓄熱型熱交換器５０を、建築物内の空気を循環させる為、若しくは、建築物内の空気を換気する為に設けられた送風路Ｐの途中に配置した場合の例を説明する。（ａ）は冬期などの暖房時、（ｂ）は夏期などの冷房時の動作状況を示している。
【００３８】
図６（ａ）に示す暖房時の場合、熱源からは３５℃の温水が供給される、これにより第１の蓄熱材（融点３０℃）が封入された第１の蓄熱カプセル６０ａ及び第２の蓄熱材（融点１８℃）が封入された第２の蓄熱カプセル６０ｂのいずれも封入される蓄熱材は溶けて液化する。この状態で冷たい空気（ここでは１５℃）を送風路Ｐに流すとその空気が蓄熱カプセル６０の間を通り抜ける際に熱を受け取って暖められ（例えば２３℃）、この暖められた空気を室内等に循環させることで暖房することができる。なお、第１の蓄熱カプセル６０ａに封入される第１の蓄熱材の融点は３０℃であるから、多くの（３０℃の）潜熱を蓄えることができるので、順次空気側に熱を奪われた場合でも、３０℃の温度を長時間に渡って保つことが可能となっている。
【００３９】
一方、図６（ｂ）に示す冷房時の場合、熱源からは１６℃の温水が供給される、これにより第１の蓄熱カプセル６０ａに封入された第１の蓄熱材（融点３０℃）は液化しないが、第２の蓄熱カプセル６０ｂに封入された第２の蓄熱材（融点１８℃）は溶けて液化する。この状態で暖かい空気（ここでは３０℃）を送風路Ｐに流すとその空気が蓄熱カプセル６０の間を通り抜ける際に熱を奪われて冷やされ（例えば２３℃）、この冷やされた空気を室内等に循環させることで冷房することができる。なお、第２の蓄熱カプセル６０ｂに封入される第２の蓄熱材の融点は１８℃であるから、多くの（１８℃の）潜熱を蓄えることができるので、順次空気側から熱を奪い取った場合でも、１８℃の温度を長時間に渡って保つことが可能となっている。
【００４０】
また図５に示しているように、本実施形態では、第１の蓄熱カプセル６０ａと第２の蓄熱カプセル６０ｂを１枚ずつ交互に配置しているので、全ての隙間（蓄熱カプセル同士の隙間Ｇ）で暖房時も冷房時も有効に空気と熱交換することができる。
【００４１】
なお、貫通孔６２の内径を共通とし且つ大きさの異なる蓄熱カプセル６０を複数種類用意してもよいし、外径を共通とし且つ長さの異なる伝熱管７０を複数種類用意してもよい。このように構成すれば、各設置場所の状況に応じて最適な組合わせを選択できるので設置自由度が向上する。
【００４２】
また、上記では、暖房と冷房を想定した蓄熱材の融点となっていたが、これ以外にも、「２段階の暖房」若しくは「２段階の冷房」といったパターンで使用することもできる。更に３種類以上の蓄熱材を使用することももちろん可能である。
【００４３】
〈空調システムの構成〉
次に上記説明した蓄熱型熱交換器５０を組み込んだ空調システムＳについて図６〜８を参照しつつ説明する。
【００４４】
空調システムＳは、建築物１０の内外空間を仕切る仕切面の中に設けた空隙層１２２と、この空隙層１２２を更に層状に少なくとも二分して室内側空隙層１２４と反室内側空隙層１２６を形成するように配置された遮熱シート１２０と、を備えた仕切構造１００と、室内側空隙層１２４と連通し、当該室内側空隙層１２４内に空気を送り込むことができる第１の送風路１７０と、室内側空隙層１２４と連通し、当該室内側空隙層１２４内から空気を排出することができる第２の送風路１８０と、この第２の送風路１８０内の空気を屋外に排出すると共に、当該第２の送風路１８０内の空気と屋外から第１の送風路１７０に取り込むフレッシュエアとの間で熱交換を行う第１の熱交換器１３０と、空気を積極的に移動させるための送風機と、を備える。
【００４５】
仕切構造１００は、図７に示しているように、最も屋外側に外装仕上げ材１０２が配置されている。この外装仕上げ材１０２は、例えば石膏ボードなどが利用される。外装仕上げ材１０２の内側（屋内側）には透湿・防水シート１０４が配置されている。更に内側には耐水性合板などで構成された壁体構造材１０８が配置されている。この壁体構造材１０８は、柱１１２の上下に配置され、且つスペーサ１１０を挟んで一定の隙間を形成しつつ柱１１２の左右両側（屋外側と室内側）に配置されている。柱１１２の内側（室内側）に配置されている壁体構造体１０８の更に内側には空隙層１２２を介して内装仕上げ材１１８が配置されている。
【００４６】
空隙層１２２は遮熱シート１２０によって更に層状に「二分」されている。即ち、第１の遮熱シート固定材１１４により柱１１２側から、更に、第２の遮熱シート固定材１１６により内装仕上げ材１１８側から支持された遮熱シート１２０によって二分されている。要するに、部分的に第１、第２の遮熱シート固定材１１４、１１６で支持されている部分を除き、この遮熱シート１２０は空隙層１２２内に他の部材と非接触のまま位置している。その結果、遮熱シート１２０を境に室内側空隙層１２４と反室内側空隙層１２６に二分されている。なおこの遮熱シート１２０は、例えば、表面にアルミニウムを蒸着させたフィルム等、輻射熱を効率的に反射することができる素材により構成されている。
【００４７】
なお、内装仕上げ材１１８には部分的に屋内（室内）と室内側空隙層１２４とに貫通する態様で放出口１１８ａが形成されている。この放出口１１８ａは、本実施形態では室内壁面の下方（足下付近）に設けられている。
【００４８】
また、上記仕切構造１００の室内側空隙層１２４は、本実施形態では、床下空間（床面１６と基礎１８の間の空間）２２を介して吸気路１３４と連通している。これら床下空間２２と吸気路１３４とで第１の送風路１７０を構成している。なお。当該床下空間２２はダクトの一部として機能し得ることから、防塵塗装が施されている。同様に、上記仕切構造１００の室内側空隙層１２４は、本実施形態では、天井空間（屋根１２と天井面２４の間の空間）を介して排気路１３６と連通している。これら天井空間２４と排気路１３６とで第２の送風路１８０を構成している。なお天井空間２４においても、床下空間２２と同様に防塵塗装を施してもよい。
【００４９】
また、吸気路１３４と排気路１３６はいずれも全熱交換器１３０を介して、吸気路１３４は吸気口１３２と、排気路１３６は排気口１３８に接続されている。この全熱交換器１３０は、吸気口１３６から吸い込んだフレッシュエアと排気路１３６からの排気との間で全熱を交換可能な構成とされている。例えば、排気路１３６からの排気温度が２５℃、吸気口１３２からの吸気温度が３５℃の場合、この全熱交換器１３０により、排気口１３８からの排気温度が３５℃、吸気路１３４を流れる空気の温度が２５℃となる（熱交換率１００％）。なおこの全熱交換器１３０には送風機が内蔵されていて（図示していない）、吸気口１３２から吸い込んだ空気を吸気路１３４へと送ると共に、排気路１３６内の空気を排気口１３８へと送ることが可能となっている。即ち、空気を積極的に移動させる事が可能である。
【００５０】
また、床下空間２２には、蓄熱型熱交換器５０が配置されている。即ちこの蓄熱型熱交換器５０は、第１の送風路１７０の途中に設けられている。なお、当該蓄熱型熱交換器５０の構成、作用・機能等は上記で説明した通りである。
【００５１】
蓄熱型熱交換器５０には循環パイプ１５２によって液体（水やオイルなど）が循環している。また循環パイプ１５２は屋外に設置された第２の熱交換器１４０に出入りしていて、特定熱源（詳細は後述する。）で得られた熱との間で熱交換可能な構成とされている。
【００５２】
なお循環パイプ１５２は、蓄熱型熱交換器５０側とは別に、室内２０に配置された放熱・輻射パネル１６０側にも分岐している。この放熱・輻射パネル１６０は、表面積を大きくすることが可能な形状（例えば波状等）に形成されて、このパネル内に液体を通すことができるようになっている。即ち、蓄熱型熱交換器５０によって管理される熱を、放熱・輻射パネル１６０により直接室内２０へと伝達することが可能となっている。
【００５３】
また、室内２０の天井面１４には排気路１３６に連通する回収口１３６ａが設けられていて、室内２０の空気（汚れた空気等）を回収することが可能な構成とされている。
【００５４】
また、第２の熱交換器１４０と接続される「特定熱源」には、暖房用としては例えば、太陽光、地熱等が利用できる。即ち、太陽光や地熱により暖めた水やオイルを当該第２の熱交換器１４０の熱源として利用することができる。
【００５５】
同様に冷房用としては例えば、井戸水、河川水、湖水、海水、水道水などが利用できる。即ち、井戸水、河川水、湖水、海水や水道水により冷やした水やオイルを当該第２の熱交換器１４０の熱源として利用することができる。即ち、例えば、井戸水、河川水、湖水、海水、水道水等をある一定量水槽等に貯留し、当該水槽に循環パイプ１５２を通過させて循環パイプ１５２の水やオイルの温度を冷やすのである。
【００５６】
もちろん、これら以外にも、自然エネルギー（太陽光、風力、水力、波力等）を一旦電力に変換し、当該電力により電気チラーを作動させ、当該電気チラーを特定熱源として利用することも可能である。
【００５７】
なお本発明に係る空調システムＳは、図８に示しているように、複数階建ての建築物にも問題なく適用することができる
【００５８】
〈空調システムの作用・機能〉
本発明に係る空調システムＳは一年を通して使用することができる。以下暖かい時期に冷房することを前提に説明するが、寒い時期に暖房する場合には基本的に温度関係が逆になるのみである。よって重複した説明は省略する。
【００５９】
例えば外気温が３０℃を想定する。こういった状況下では、室内２０は外気温の伝熱をはじめ、太陽光によって熱された屋根や壁等の構造物自体が輻射する熱によって、時間と共に上昇し、場合によっては外気温である３０℃を上回る。しかし例えば特定熱源として井戸水を利用した場合、夏場でもその供給されるときの温度は１６℃程度であり、外気温との間に１０℃以上もの開きがある。
【００６０】
空調システムＳでは、この特定熱源（ここでは水道水）の温度（特定熱源が持つ熱エネルギー）を最大限利用して空調に利用している。即ち、空調システムＳの電源が入ると、全熱交換器１３０に内蔵された送風機（図示していない）が作動し、第１の送風路１７０や第２の送風路１８０内の空気を積極的に移動させ始める。
【００６１】
同時に、循環パイプ１５０内の水やオイルを循環させるポンプ（図示していない）が作動し、特定熱源から得られた熱エネルギーを蓄熱型熱交換器５０へと伝達する。
【００６２】
吸気口１３２から吸い込まれた外気（例えば３０℃）は吸気路１３４を介して床下空間２２に放出され、当該床下空間２２内に配置されている蓄熱型熱交換器５０を通過する。この通過の際、蓄熱型熱交換器５０に数多く設置されているフィン状の蓄熱カプセル６０の温度は、特定熱源の温度（例えば１８℃）となっているので、ここで熱交換が行われて冷却される。
【００６３】
冷却された空気は、第１の送風路１７０の一部である床下空間２２から室内側空隙層１２４へと順次移動する。室内側空隙層１２４に入った空気は、当該空隙層１２４内を上昇すると共に、その一部（場合により全部であってもよい）は放出口１１８ａから室内２２へと放出される。また、本発明においては、建築物の内外空間を仕切る仕切面の中に設けた空隙層１２２と、当該空隙層１２２を更に層状に少なくとも二分して室内側空隙層１２４と反室内側空隙層１２６を形成するように遮熱シート１２０を配置している（即ち、空気を通す室内側空隙層は遮熱シートよりも室内側（内側）に配置しており、更に、この遮熱シート１２０の直ぐ屋外側（外側）にも空隙層（反室内側空隙層１２６）が設けられている）ので、伝導熱はもちろん輻射熱もカットできる。即ち、室内側空隙層１２４内の空気の温度が屋外の影響によって過度に上昇してしまうことはない。
【００６４】
室内２２に放出された空気は、順次元々室内に存在していた空気との間で交換されつつ、天井面１４に形成された回収口１３６ａから排気路１３６へと回収される。また、室内２２に放出されずに室内側空隙層１２４内を移動した空気も、最終的には天井空間２４を介して排気路１３６に回収される（即ち、第２の送風路１８０の流れに乗る）。
【００６５】
排気路１３６に回収されてくる空気の温度は、当然であるが、室内に存する人体から放射される熱や、電気製品等の使用による発熱等によって上昇しているが、まだまだ外気温には遠く及ばないレベルである。この熱エネルギーをそのまま外気に放出してしまうと非常に無駄が生じる（折角冷やした空気の熱エネルギーが無駄になる）ので、本空調システムＳにおいては、全熱交換器１３０によって、これから取り込もうとするフレッシュエアとの間で熱交換を行う。
【００６６】
一旦この流れが完了すれば、蓄熱型熱交換器５０の負担は極めて小さいので、特定熱源として必要な熱エネルギーも僅かである。また、室内外は空隙層１２２と遮熱シート１２０によって非常に効率よく断熱・遮熱されているので、屋外から流入してくる熱や、室内から流出する熱量も極めて小さい。よって、補充すべき熱量も少なく、省エネルギーでも十分な空調システムを実現することが可能となっている。
【００６７】
更に、本空調システムＳが稼働している場合、常に、外気（フレッシュエア）との間で換気が行われている。よって、熱エネルギーを無駄にせずに換気（例えば２４時間換気）も同時に実現可能である。
【００６８】
なお上記では、建築物の内外を仕切る仕切構造に空隙層を設けた構成として説明しているが、本願発明は、室内外の仕切構造だけでなく、室内空間同士の仕切構造を利用することも可能である。即ち、建築物内の空間を仕切る仕切構造の中に設けた空隙層と、当該空隙層を更に層状に少なくとも二分して室内側空隙層と反室内側空隙層を形成するように配置された遮熱シートと、を備えた仕切構造と、前記室内側空隙層と連通し、当該室内側空隙層内に空気を送り込むことができる第１の送風路と、前記室内側空隙層と連通し、当該室内側空隙層内から空気を排出することができる第２の送風路と、前記第２の送風路内の空気を屋外に排出すると共に、当該第２の送風路内の空気と屋外から前記第１の送風路に取り込むフレッシュエアとの間で熱交換を行う第１の熱交換器と、空気を積極的に移動させるための送風機と、を備えることを特徴とする空調システムとして構成してもよく、更に両方を同時に適用することも可能である。要するに、室内外を仕切る仕切構造（壁、屋根、床など）のみならず、室内同士を仕切る仕切構造にも同様に適用することが可能である。
【００６９】
また、上記説明した仕切構造１００では、空隙層を「二分」していた。しかしこれに限定されるものではなく、必要により２枚以上の遮熱シート１２０を配置して、「三分」以上に構成することも可能である。要は、「空気を通す空隙層の室外側に遮熱シート１２０が存在している限りにおいて、種々の構造を採用することができる。
【符号の説明】
【００７０】
Ｓ・・・空調システム
Ｅ・・・放熱面
５０・・・蓄熱型熱交換器
５２・・・支持棒
５４・・・ナット
６０・・・蓄熱カプセル
６０ａ・・・第１の蓄熱カプセル（蓄熱材の融点３０℃）
６０ｂ・・・第２の蓄熱カプセル（蓄熱材の融点１８℃）
６１・・・中空部（蓄熱材）
６２・・・貫通孔
６３・・・突起部
６４・・・開口部
６５・・・角部
６６・・・小孔
６７・・・密着部
６８・・・密着部
７０・・・伝熱管
７２・・・本体
７４・・・コアパイプ
７６・・・作動液
７８・・・チャンバー
【特許請求の範囲】
【請求項１】
伝熱管を挿嵌させるための貫通孔を備え所定の温度で固相から液相へと変化する蓄熱材が封入された扁平な蓄熱カプセルと、
熱源と接続される伝熱管と、を備え、
当該伝熱管に対して複数の前記蓄熱カプセルが挿嵌配置されている
ことを特徴とする蓄熱型熱交換器。
【請求項２】
請求項１において、
第１の温度を融点とする第１の蓄熱材が封入された第１の蓄熱カプセルと、前記第１の温度よりも低い第２の温度を融点とする第２の蓄熱材が封入された第２の蓄熱カプセルとが前記伝熱管に対して挿嵌配置されると共に、
前記熱源として、前記第１の温度よりも高温度を供給可能な第１の熱源と、前記第２の温度よりも低温度を供給可能な第２の熱源とに接続可能とされている
ことを特徴とする蓄熱型熱交換器。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記蓄熱カプセルの貫通孔周縁が、その他の部位に比べて貫通方向に突起した突起部を構成している
ことを特徴とする蓄熱型熱交換器。
【請求項４】
請求項３において、
前記突起部は、前記蓄熱カプセルの一方面側にのみ突起し、当該突起している側に他の蓄熱カプセルを重ね合わせると当該突起部のみが隣り合う蓄熱カプセルと接触する
ことを特徴とする蓄熱型熱交換器。
【請求項５】
請求項３において、
前記突起部は、前記蓄熱カプセルの両面側に突起し、他の蓄熱カプセルを重ね合わせると当該突起部のみが隣り合う蓄熱カプセルと接触する
ことを特徴とする蓄熱型熱交換器。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかにおいて、
貫通孔の内径を共通とし且つ大きさの異なる蓄熱カプセルが複数種類用意されている
ことを特徴とする蓄熱型熱交換器。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかにおいて、
外径を共通とし且つ長さの異なる伝熱管が複数種類用意されている
ことを特徴とする蓄熱型熱交換器。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかにおいて、
前記貫通孔が前記蓄熱カプセルの略中心に設けられると共に、当該蓄熱カプセルの四隅にそれぞれ小孔が形成され、
同じ隅に位置する前記小孔を全て跨ぐように支持棒が挿通されている
ことを特徴とする蓄熱型熱交換器。
【請求項９】
建築物内の空気を循環させる為、若しくは、建築物内の空気を換気する為に設けられた送風路の途中に、請求項１〜８のいずれかに記載の蓄熱型熱交換器を配置した
ことを特徴とする空調システム。
【請求項１】
伝熱管を挿嵌させるための貫通孔を備え所定の温度で固相から液相へと変化する蓄熱材が封入された扁平な蓄熱カプセルと、
熱源と接続される伝熱管と、を備え、
当該伝熱管に対して複数の前記蓄熱カプセルが挿嵌配置されている
ことを特徴とする蓄熱型熱交換器。
【請求項２】
請求項１において、
第１の温度を融点とする第１の蓄熱材が封入された第１の蓄熱カプセルと、前記第１の温度よりも低い第２の温度を融点とする第２の蓄熱材が封入された第２の蓄熱カプセルとが前記伝熱管に対して挿嵌配置されると共に、
前記熱源として、前記第１の温度よりも高温度を供給可能な第１の熱源と、前記第２の温度よりも低温度を供給可能な第２の熱源とに接続可能とされている
ことを特徴とする蓄熱型熱交換器。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記蓄熱カプセルの貫通孔周縁が、その他の部位に比べて貫通方向に突起した突起部を構成している
ことを特徴とする蓄熱型熱交換器。
【請求項４】
請求項３において、
前記突起部は、前記蓄熱カプセルの一方面側にのみ突起し、当該突起している側に他の蓄熱カプセルを重ね合わせると当該突起部のみが隣り合う蓄熱カプセルと接触する
ことを特徴とする蓄熱型熱交換器。
【請求項５】
請求項３において、
前記突起部は、前記蓄熱カプセルの両面側に突起し、他の蓄熱カプセルを重ね合わせると当該突起部のみが隣り合う蓄熱カプセルと接触する
ことを特徴とする蓄熱型熱交換器。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかにおいて、
貫通孔の内径を共通とし且つ大きさの異なる蓄熱カプセルが複数種類用意されている
ことを特徴とする蓄熱型熱交換器。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかにおいて、
外径を共通とし且つ長さの異なる伝熱管が複数種類用意されている
ことを特徴とする蓄熱型熱交換器。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかにおいて、
前記貫通孔が前記蓄熱カプセルの略中心に設けられると共に、当該蓄熱カプセルの四隅にそれぞれ小孔が形成され、
同じ隅に位置する前記小孔を全て跨ぐように支持棒が挿通されている
ことを特徴とする蓄熱型熱交換器。
【請求項９】
建築物内の空気を循環させる為、若しくは、建築物内の空気を換気する為に設けられた送風路の途中に、請求項１〜８のいずれかに記載の蓄熱型熱交換器を配置した
ことを特徴とする空調システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−１５９２２０（Ｐ２０１２−１５９２２０Ａ）
【公開日】平成２４年８月２３日（２０１２．８．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１８１２３（Ｐ２０１１−１８１２３）
【出願日】平成２３年１月３１日（２０１１．１．３１）
【出願人】（３１００１４９２０）株式会社リトルバード (2)
【出願人】（５１１０２６１２０）株式会社ティー・レックス (1)
【出願人】（５１１０２７２４２）
【出願人】（５９８１４６４７０）
【出願人】（５１１０２７２５３）
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月２３日（２０１２．８．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月３１日（２０１１．１．３１）
【出願人】（３１００１４９２０）株式会社リトルバード (2)
【出願人】（５１１０２６１２０）株式会社ティー・レックス (1)
【出願人】（５１１０２７２４２）
【出願人】（５９８１４６４７０）
【出願人】（５１１０２７２５３）
【Ｆターム（参考）】
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