JP2004232897A

JP2004232897A - 複合型蓄熱装置

Info

Publication number: JP2004232897A
Application number: JP2003019360A
Authority: JP
Inventors: Susumu Kiyokawa; 晋清川
Original assignee: Misato Co Ltd
Current assignee: Misato Co Ltd
Priority date: 2003-01-28
Filing date: 2003-01-28
Publication date: 2004-08-19

Abstract

【課題】特に、床暖房と、床冷房の両方に使用できる複合型蓄熱装置を提供する。
【解決手段】１つの容器１内に少なくとも２種類の潜熱型の蓄熱材が充填されており、第１の蓄熱材ｈ１は中温域の融点を、第２の蓄熱材は高温域の融点を、第３の蓄熱材は低温域の融点をそれぞれ持ち、前記高温域の融点は強暖房に適した温度であり、中温域は通常暖房に適した温度であり、更に低温域は冷房に適した温度であることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、床暖房と床冷房とができる室温調節装置に好適な複合型蓄熱装置の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
床暖房装置は、電熱加熱式と温水加熱式が使用されている。電熱加熱式の床暖房装置は、例えばコンクリート床面や床板上敷かれた断熱シート上に面状発熱体を敷き、その上に床板を敷いた構造のものや前記発熱体上に更に蓄熱材を配置したものが知られている。また、マット状の蓄熱材の表面に形成された蛇行形成された溝内に発熱ケーブルを配置したものも知られている。
【０００３】
一方、温水式の床暖房装置はコンクリート床面や床板上に敷かれた断熱板の表面に蛇行形成した溝内に細径の銅パイプやポリエチレンやポリプロピレン製のパイプを配置し、屋外に設置されたボイラより温水あるいは熱媒を供給するようにしたものがある。
【０００４】
この温水式の床暖房装置は、電気料金に比較してガスあるいは灯油を熱源とするので暖房コストが安価であるという理由でかなり利用されている。しかし、この温水式暖房装置の場合は熱の供給源が屋外に設置されているボイラであり、これより供給された温水（あるいは熱媒）が床構造の内部の配管中で逐次に放熱しながら流動して冷却されるので、床面部分によって温度差を発生して一定の温度に保持することは困難である上に、寿命が比較的短いという本質的な問題を有している。
【０００５】
これに対して電熱加熱式床暖房装置は、通電と共に床面を一斉に加熱することができる上に温度制御も容易であるので、床面の温度を均一に保持することが可能であが、一般的に認識されているように、家庭用電気料金を暖房の熱ネエルギーに換算するとガスや灯油より高価になる場合が多い（例：家庭用電力料金：６円、夜間電力料金：３〜６円）。
【０００６】
ところで、冬季に暖房された室内に蓄積される熱エネルギー割合の概算を検討すると、室内の空気を１とすると、壁面や天井面が１９、暖房床構造が８０の割合である。このような熱エネルギーの割合いから、暖房床構造が保持する熱エネルギーの量は他の部分の持つ熱エネルギーに比較して著しく大きいことが分かる。
【０００７】
前記のように熱エネルギーに消費される電気料金を考慮すると、可能な限り夜間電力で暖房床構造内に蓄熱しておき、この蓄熱された熱エネルギーを昼間に室内に放出することによって熱的なバランスを取りながら、可能な限り昼間電力を消費しないように通電を制御することで、安価な暖房費で暖房することが可能である。
【０００８】
また、冷房と暖房の条件を考えて見ると、夏期の冷房時は外気温度より約５℃程度の温度差があれば効率的な冷房を行うことができると言われており、推奨冷房温度は２６℃〜２８℃である。また、暖房条件を考えて見ると、冬季の外気温が１０℃以下の場合、暖房された室内の温度は１８℃〜２０℃であれば、十分に暖房の効果を感ずることができるのである。
【０００９】
冬季に夜間電力を使用して床構造内に蓄熱し、これを昼間に熱エネルギーとして放出することにより、極めて安価に暖房をすることができることが分かる。この熱エネルギーを蓄積する機能を持つ蓄熱材（剤）としては、硫酸ナトリウム１０水塩（Ｎａ_２ＳＯ_４・１０Ｈ_２０：芒硝）が使用されている（例えば、特許文献１参照。）。
【００１０】
【特許文献１】
特開平４−１２３７０号公報
【００１１】
しかし、前記公報に記載された発明の蓄熱式電気暖房機の制御方法に使用されている蓄熱材の場合、２８℃で融解し、２５℃で凝固する性質を持っており、一つの融点あるいは軟化点しか持っていない。従って、この蓄熱材を使用した床構造は、例えば夜間電力によって面状発熱体を発熱させて３０℃に温度制御しながら蓄熱材を加熱することで、潜熱を吸収して溶融状態として床構造内に大きな熱エネルギーを貯蔵できる。そして昼間の暖房時にこの蓄熱材が持つ顕熱と潜熱からなる熱エネルギーを放熱しながら室内を長時間にわたって低コストで暖房できるのである。
【００１２】
一方、冷房時の状態を考えて見ると、例えば夏期になると外気の温度が３０℃以上特に４０℃以上の温度になる。この場合の冷房時には、外気温度より５℃程度低い温度で十分に冷房効果を感ずることができる。
【００１３】
図１に示すように、冷房時のエアコンの室内の温度制御範囲Ａは２８℃〜３１℃であり、また、暖房時の室内の温度制御範囲Ｂは１８℃〜２０℃である。このように冷房と暖房との温度範囲は３１℃〜１８℃の広範囲である。
【００１４】
例えば、エアコンと電熱式あるいは熱媒流通式の床暖房装置とを組合わせることで、エアコンによる空気加熱暖房と床暖房装置からの暖房の双方の立体的な暖房を効率的に行うことができる。
【００１５】
最近、床構造の内部に蛇行状の配管内に所定の温度に冷却された冷媒を流して床冷房する方法が開発されているが、前記エアコンによる空調（冷房）と床冷房とを組合わせることにより、経済的な室温調節を行うことができる。
【００１６】
前記特許文献１に記載されているように、発熱体と蓄熱材を組合わせた床暖房装置を構成することによって夜間電力を有効に利用して床暖房することができることは明らかであが、前記のようにエアコンによる暖房と冷房、そして床暖房と新概念の床冷房とを組合わせることによって暖房と冷房を低コストが行うことが可能となる。
【００１７】
床暖房における蓄熱材の効果については前記の通りであるが、低融点の蓄熱材を使用して夜間電力によってこの蓄熱材に冷熱を貯蔵することができれば、１年を通じて、夜間電力を主熱源として室内を暖房と冷房とに調節することが可能である。
【００１８】
床暖房使用する蓄熱材として硫酸ナトリウム１０水塩を使用した場合、融点が２８℃、凝固点が２５℃であるので、この蓄熱材を床冷房に使用することができず、この床冷房の実現には多々困難があったのである。また、通常は蓄熱材は一種類のものが使用されており、これを温度範囲の広い蓄熱材として使用することは不可能であったのである。
【００１９】
このように床暖房ができても、床冷房は未知の分野であり、しかも、従来の暖房床構造に大幅な変更を加えることなく、これを低コストで実施できるようにするためには、暖房にも冷房にも使用できる蓄熱材が必要である。
【００２０】
本発明は、従来の蓄熱材の持つ蓄熱する温度範囲が極めて狭く、暖房しか利用できないという問題点を解消した複合型蓄熱材を提供することを目的とするものである。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するための本発明に係る複合型蓄熱材は、次のように構成されている。
【００２２】
１）１つの容器内に少なくとも２種類の潜熱型の蓄熱材が充填されたことを特徴としている。
【００２３】
２）１つの容器内に少なくとも２種類の潜熱型の蓄熱材が充填されており、第１の蓄熱材は高温域の融点を、第２の蓄熱材は中温域の融点を、第３の蓄熱材は低温域の融点をそれぞれ持ち、前記高温域の融点は強暖房に適した温度であり、中温域は通常暖房に適した温度であり、更に低温域は冷房に適した温度であることを特徴としている。
【００２４】
３）第１の蓄熱材は４１〜３９℃、第２の蓄熱材と３１〜２８℃、第３の蓄熱材と２０〜１４℃の融点をそれぞれ持つことを特徴としている。
【００２５】
４）１つの容器内に少なくとも２種類の潜熱型の蓄熱材が充填されており、第１の蓄熱材は高温域の融点を、第２の蓄熱材は中温域の融点を、第３の蓄熱材は低温域の融点をそれぞれ持ち、前記第２と第３の蓄熱材はカプセル状に形成されていることを特徴としている。
【００２６】
５）１つの容器内に少なくとも２種類の潜熱型の蓄熱材が充填されており、第１の蓄熱材は高温域の融点を、第２の蓄熱材は中温域の融点を、第３の蓄熱材は低温域の融点をそれぞれ持ち、前記第２と第３の蓄熱材は間仕切り壁の内部に充填されていることを特徴としている。
【００２７】
６）前記蓄熱装置は、暖房と冷房する冷媒が配置された放熱・吸熱部材に併設されていることを特徴としている。
【００２８】
要するに本発明は、冬季から夏期にわたる気温の変化に伴う暖房と冷房の時期を考慮して生活空間を快適な温度に制御するものであるが、特に床構造内に冷媒を通す配管を設けることによって、同床構造を使用して暖房のみならず、冷房も補助することができるのである。
【００２９】
【発明の実施の形態】
次に、図面を参照して本発明の複合蓄熱装置の実施の形態について説明する。図１は本発明に係る複合蓄熱装置１の要部を示す断面図であって、容器２の内部に第１の蓄熱材ｈ１と第２の蓄熱材ｈ２と第３の蓄熱材ｈ３を充填している。
【００３０】
容器２は、例えば、厚さｔが１．５ｍｍのアルミ板を使用し、厚さＨが１５ｍｍ、幅Ｂが２５０〜５００ｍｍ、長さが２５００ｍｍの薄板状ないし薄箱状のものである。
【００３１】
Ａ）第１の蓄熱材について
第１の蓄熱材ｈ１は、基礎となる蓄熱材であって、硫酸ナトリウム（Ｎａ_２ＳＯ_４・１０Ｈ_２Ｏ）を使用する。この蓄熱材ｈ１としては、結晶水を有する無機塩、例えばフッ化カリウム、塩化カルシウム、水酸化バリウム、水酸化ストロンチウム、チオ硫酸ナトリウム、硫酸カルシウム、アンモニウム明ばん、結晶水を有する有機塩、例えば酢酸ナトリウム、酢酸ナトリウム混合塩など、各種の蓄熱材として使用されている物質を選別して使用することができる。
【００３２】
結晶水を有する無機塩あるいは有機塩は、結晶水を放出する際の融解熱による蓄熱、結晶水と結合する際の凝固潜熱による放熱を利用するものであり、従って、小容量で多量の潜熱、放熱が可能となる物質である。
【００３３】
Ｂ）第２の蓄熱材と第３の蓄熱材について
第２の蓄熱材と第３の蓄熱材は、第１の蓄熱材と別の行動を示すものであり、これらの蓄熱材の全てが融解しても相互に混合したり、反応したりしないものであることが必要である。
【００３４】
具体的には、ノルマルパラフィンを使用することができる。ノルマルパラフィンとしてはａ）ｎ−テトラデカン（Ｃ_１４Ｈ_３０）、ｂ）ｎ−ペンタデカン（Ｃ_１５Ｈ_３２）あるいはｃ）ｎ−ヘキサデカン（Ｃ_１６Ｈ_３４）の炭素数を持つもので、ａ）の融点は５．９℃、融解熱は５４．８ｃａｌ／ｇである。また、ｃ）の融点は１８．２℃、融解熱は５４．６ｃａｌ／ｇである。
【００３５】
このようにノルマルパラフィンの炭素数によって融解点を調整することができることが分かっているので、これを単独あるいは混合して使用することによって従来にない、冷房床に適した融点（１５〜１８℃）を持つものを選定できる。
【００３６】
図１には示されていないが、薄板状の複合蓄熱装置１の下方の支持床面内には冷媒を流通させる蛇管が配置されており、冷凍機で冷房に適した温度（約１０℃前後）に冷却された冷媒が供給・循環されている。
【００３７】
本発明の蓄熱材に利用する第２及び第３の蓄熱材として使用するノルマルパラフィンは、好ましくはマイクロカプセル、あるいはパイプや間仕切り壁として仕上げられている。このマイクロカプセルの製造方法の詳細な説明は省略するが、外核（壁剤樹脂）としてアクリル系樹脂やポリエチレン等のポリオレフン系樹脂を使用してその内部にノルマルパラフィン等の蓄熱材からなる芯物質を含む構造に形成する。
【００３８】
本発明は、蓄熱材の形状をマイクロカプセルにすることが最も好ましいが、これに限定されるものではなく、細いチューブの内部に蓄熱材を充填したもの、細いウインナソーセージ状のもの、粒状のもの、あるいは薬品カプセル状のもの、更に間仕切りしてその内部に収容したもの等を使用することができる。
【００３９】
本発明のような複合型蓄熱装置を使用して「床暖房と床冷房」の双方を行う場合には次のような温度制御の方法を適用すると良い。
【００４０】
例えば、３１℃を越えると融解し、２８℃以下になると凝固する蓄熱材を中心（第１の蓄熱材）として、これの上下に融点を持つ蓄熱材を複合構造により使用するのである。
【００４１】
即ち、３０℃を中心として「＋１０℃、−１５℃」の温度範囲とし、４０℃、３０℃、１５℃付近で凝固潜熱のピークを示す蓄熱材を使用する。
【００４２】
例えば、３０℃前後の融点を持つ第１の蓄熱材の含有量の比率を「５」、４０℃前後の融点を持つ第２の蓄熱材の含有量を「２」、更に１５℃付近の融点を持つ第３の蓄熱材の含有量を「３」とした蓄熱材を充填した複合型蓄熱装置を使用する。
【００４３】
前記複合型蓄熱装置を床暖房構造及び床冷房構造の蓄熱装置とすることにより、夏期は床冷房装置として使用し、冬季は床暖房装置として使用することができる。
【００４４】
そして前記のように、低コストの夜間電力を使用して前記複合型蓄熱装置内に熱エネルギーを蓄熱したり、あるいは冷熱を蓄熱することにより、床暖房のみではなく、床冷房も実施することができるのである。
【００４５】
なお、実施例においては３種類の融解温度の異なる蓄熱材を使用した例を示しているが、最低が２種類のものでも実施可能である。
【００４６】
図２は、容器２の内部に、合成樹脂パイプあるいはアルミパイプＰ１、Ｐ２にそれぞれ第２、第３の蓄熱材を封入したものを配置し、これらのパイプＰ１、Ｐ２の外側に第１の蓄熱材ｈ１を充填した複合型蓄熱装置を示している。
【００４７】
図３は間仕切りＳ１、Ｓ２により小部屋を形成し、その内部に蓄熱材ｈ２、ｈ３を充填した複合型蓄熱装置を示している。
【００４８】
図４は間仕切りＳ１、Ｓ２を容器２の天板と底板の両方の間に形成したもので、その中間部にトンネルＴを開口して蓄熱材ｈ１の移動を容易にして、熱移動を良好にして蓄熱材が所定の温度において融解と凝固を正確に行うことができるように配慮したものである。なお、詳細は図示されていないが、図２のようにパイプを使用せず、合成樹脂フイルムからなる袋や筒体を使用してその内部に蓄熱材を封入して仕切るようにしても良い。
【００４９】
【発明の効果】
本発明に係る複合型蓄熱装置は、１つの容器内に少なくとも２種類の潜熱型の蓄熱材が充填されており、第１の蓄熱材は高温域の融点を、第２の蓄熱材は中温域の融点を、第３の蓄熱材は低温域の融点をそれぞれ持ち、前記高温域の融点は強暖房に適した温度であり、中温域は通常暖房に適した温度であり、更に低温域は冷房に適した温度であることを特徴としている。
【００５０】
従って、蓄熱する温度範囲を、従来の蓄熱材より遙に広くすることができることから、冬季の床暖房は勿論、夏期の床冷房を実施することができる。しかも、その蓄熱工程において、価格の安い夜間電力を使用することにより、低コストで快適な雰囲気を調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】複合型蓄熱装置の要部を示す断面図である。
【図２】間仕切りにパイプを使用した複合型蓄熱装置の要部を示す断面図である。
【図３】間仕切りに型材を使用した複合型蓄熱装置の要部を示す断面図である。
【図４】間仕切りを表裏の壁面の内面に至る仕切り壁を形成した複合型蓄熱装置の要部を示す断面図である。
【符号の説明】
１複合型蓄熱装置Ｈ厚さＢ幅
ｈ１第１の蓄熱材（中温域用）ｈ２第２の蓄熱材（高温域用）
ｈ３第３の蓄熱材（低温、冷房用）

Claims

１つの容器内に少なくとも２種類の潜熱型の蓄熱材が充填された複合型蓄熱装置。
１つの容器内に少なくとも２種類の潜熱型の蓄熱材が充填されており、第１の蓄熱材は高温域の融点を、第２の蓄熱材は中温域の融点を、第３の蓄熱材は低温域の融点をそれぞれ持ち、前記高温域の融点は強暖房に適した温度であり、中温域は通常暖房に適した温度であり、更に低温域は冷房に適した温度であることを特徴とする請求項１記載の複合型蓄熱装置。
第１の蓄熱材は４１〜３９℃、第２の蓄熱材と３１〜２８℃、第３の蓄熱材と２０〜１４℃の融点をそれぞれ持つことを特徴とする請求項１記載の複合型蓄熱装置。
１つの容器内に少なくとも２種類の潜熱型の蓄熱材が充填されており、第１の蓄熱材は高温域の融点を、第２の蓄熱材は中温域の融点を、第３の蓄熱材は低温域の融点をそれぞれ持ち、前記第２と第３の蓄熱材はカプセル状に形成されていることを特徴とする請求項１記載の複合型蓄熱装置。
１つの容器内に少なくとも２種類の潜熱型の蓄熱材が充填されており、第１の蓄熱材は高温域の融点を、第２の蓄熱材は中温域の融点を、第３の蓄熱材は低温域の融点をそれぞれ持ち、前記第２と第３の蓄熱材は仕切り壁の内部に充填されていることを特徴とする請求項１記載の複合型蓄熱装置。
前記蓄熱装置は、暖房と冷房する冷媒が配置された放熱・吸熱部材に併設されていることを特徴とする請求項１記載の複合型蓄熱装置。