JP4921952B2 - 蓄熱槽及び蓄熱空調システム - Google Patents

Description

本発明は、蓄熱槽及び蓄熱空調システムに関し、特に、熱搬送媒体の流路を構成する複数の槽を備えた蓄熱槽及び当該蓄熱槽を用いた蓄熱空調システムに関する。

従来から、一般住宅やオフィス等の各種の空間に対して空調を行うため、蓄熱槽を利用した蓄熱空調システムが提案されている。このような蓄熱空調システムにおいては、低負荷時に、熱源機器によって冷却又は加熱された水等の熱搬送媒体を蓄熱槽に導入して蓄熱し、高負荷時に、当該蓄熱された冷熱又は温熱を熱搬送媒体を介して取り出して利用する。

このような蓄熱槽において蓄熱効率を高めるためには、蓄熱槽の内部において熱搬送媒体を澱ませること無く回流させることが必要であるため、熱搬送媒体の滞留領域（死水領域）を無くすことが好ましい。また、蓄熱効率を高めるためには、蓄熱槽の出入り口における熱搬送媒体の温度差を十分に持たせることが必要であるため、蓄熱槽の内部に導入された熱搬送媒体の短絡（ショートサーキット）を極力防止することが好ましい。

このため、従来から、複数の槽を相互に直列的に連結して構成された蓄熱槽が提案されている。例えば、地下空間を蓄熱槽として利用する場合には、基礎梁で区画された各槽を連通管で直列的に接続し、熱搬送媒体を各槽に順次連通させている。タンク式の蓄熱槽においては、蓄熱槽の内部を複数の仕切り板で区画することによって当該蓄熱槽の内部に複数の槽を形成したり（例えば、特許文献１の図１参照）、あるいは、極端にアスペクト比の大きいタンクを用いることで死水領域が生じ難くしていた。

特開平８−２９６８７４号公報

しかしながら、このようにタンク式の蓄熱槽を複数の仕切り板で区画するためには、多数の仕切り板を蓄熱槽の内部に溶接等の手段にて固定する必要があり、蓄熱槽の施工コストを増大させる一因になっていた。また、極端にアスペクト比の大きいタンクを用いた場合には、設置スペースの制約が大きくなり、施工性を低下させる一因になっていた。

本発明は、上述した従来技術の課題を解決するためになされたものであり、熱搬送媒体の短絡や滞留を簡易な構造で低減することができる、蓄熱槽及び蓄熱空調システムを提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するため、請求項１に記載の本発明は、熱搬送媒体の流路を構成する複数の槽を備えた蓄熱槽であって、前記複数の槽の中の最外槽以外の各槽を、当該各槽の１つ外側の槽に順次内包されるように配置することで、相互に入れ子状に配置し、前記複数の槽の中の最外槽以外の各槽を可撓性素材から形成し、前記複数の槽の各々には、前記熱搬送媒体を当該各槽から当該各槽に隣接する次順の槽に流出させるための流出口を形成し、前記各槽の前記流出口と、当該各槽に隣接する次順の槽の前記流出口とを、相互に対向する位置に配置したことを特徴とする。

また、請求項２に記載の本発明は、請求項１に記載の本発明において、前記複数の槽の少なくとも一つの内部空間に、前記複数の槽の相互間隔を維持するためのスペーサを配置したことを特徴とする。

また、請求項３に記載の本発明は、請求項２に記載の本発明において、前記スペーサを、前記複数の槽の少なくとも一つの槽壁に一体に突設したことを特徴とする。

また、請求項４に記載の本発明は、請求項１から３のいずれか一項に記載の本発明において、前記複数の槽の少なくとも一つの内部空間に、潜熱蓄熱材を配置したことを特徴とする。

また、請求項５に記載の本発明は、請求項４に記載の本発明において、前記槽の槽壁に複数の空間部を設け、当該複数の空間部に前記潜熱蓄熱材を封入したことを特徴とする。

また、請求項６に記載の本発明は、請求項２及び５に記載の本発明において、前記潜熱蓄熱材を封入した前記空間部にて、前記スペーサを形成したことを特徴とする。

また、請求項７に記載の本発明は、熱源と、空調機と、蓄熱槽とを、熱搬送媒体を流通可能に接続した蓄熱空調システムにおいて、前記蓄熱槽として、請求項１から６のいずれか１項に記載の蓄熱槽を用いたこと、を特徴とする。

請求項１に係る本発明の蓄熱槽によれば、蓄熱槽に設けた複数の槽に対して熱搬送媒体を順次回流させることができるので、蓄熱槽の内部に導入された熱搬送媒体のショートサーキットを防止することができる。また、流出口を介して各槽に導入された熱搬送媒体が、当該槽の内部を経由して、次の流出口を介して次順の槽に導入されるので、各槽の内部にくまなく熱搬送媒体を回流させることができ、死水領域の発生を低減又は防止できる。

また、請求項２に係る本発明の蓄熱槽によれば、各槽の内部空間における水の流路をスペーサを介して所望の形状に維持しておくことができ、死水領域の発生を防止できる。

また、請求項３に係る本発明の蓄熱槽によれば、前記スペーサを、前記複数の槽の少なくとも一つの槽壁に一体に突設したことにより、各槽を配置するだけでスペーサを設置でき、スペーサを個別的に配置する手間が省けるので、蓄熱槽を一層簡易に形成することができる。

また、請求項４に係る本発明の蓄熱槽によれば、蓄熱槽に導入された冷水の冷熱又は温水の温熱を潜熱蓄熱材に蓄熱でき、蓄熱密度の向上を図ることができる。特に、潜熱蓄熱材は融点近傍の作用温度での凝固・融解による熱授受を含めた「見かけの比熱」が大きいことから、容積に対する蓄熱容量が大きく、蓄熱材を潜熱蓄熱材とすることで、蓄熱密度の向上を図ることができる。

また、請求項５に係る本発明の蓄熱槽によれば、各槽を潜熱蓄熱材と一体化でき、各槽を組み入れることで、自動的に潜熱蓄熱材を配置できる。従って、潜熱蓄熱材を独立して配置する手間を省略できるので、潜熱蓄熱材を用いた蓄熱槽の組立てを一層簡易化できる。

また、請求項６に係る本発明の蓄熱槽によれば、潜熱蓄熱材を封入した空間部によってスペーサを兼ねているので、スペーサ及び潜熱蓄熱材を独立して配置する手間を省略できるので、スペーサ及び潜熱蓄熱材を用いた蓄熱槽の組立てを一層簡易化できる。

また、請求項７に係る本発明の蓄熱空調システムによれば、熱搬送媒体を介して蓄熱槽にて蓄熱する蓄熱空調システムにおいて、蓄熱槽に設けた複数の槽に対して熱搬送媒体を順次回流させることができるので、請求項１から請求項６に係る上記発明と同様の効果を得ることができる。

以下に添付図面を参照して、この発明に係る蓄熱槽及び蓄熱空調システムの各実施の形態を詳細に説明する。まず、〔I〕各実施の形態に共通の基本的概念を説明した後、〔II〕各実施の形態の具体的内容について説明し、〔III〕最後に、各実施の形態に対する変形例について説明する。ただし、これら各実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

〔I〕各実施の形態に共通の基本的概念
まず、各実施の形態に共通の基本的概念について説明する。各実施の形態に係る蓄熱空調システムは、一般住宅やオフィス等、空調の対象になる各種の空間（以下、空調対象空間）に対する空調を行うためのシステムに関する。ここで、空調対象空間としては、１つの領域として区画された空間の他、複数の領域や、あるいは、明確な区画のない開放又は半開放領域を含む。

この蓄熱空調システムの具体的構成は、蓄熱槽に関して特記する構成を除いて任意であり、例えば、空調対象空間に温湿度を調整した気体を送出する空調機、熱負荷を処理する熱源機、熱搬送媒体を循環させる循環管路、及び、蓄熱を行う蓄熱槽を備えて構成されている。そして、これら空調機、蓄熱槽、及び、熱源機が循環管路にて順次接続されており、この循環管路を介して熱搬送媒体を循環させることによって、熱交換が可能となっている。ただし、空調機と熱源機とを接続する循環管路を蓄熱槽に直接接続するものに限られず、循環管路から分岐されたバイパス管路等を介して熱搬送媒体を蓄熱槽に導入するように、蓄熱空調システムを構成することもできる。

ここで、空調機の具体的構成は任意であり、循環処理用の空調機の他、外気処理用の外気空調機をも含み得る。また、熱源機の具体的構成も任意であり、冷凍機の他、必要に応じて、冷却塔等の付帯設備を含み得る。また、熱搬送媒体は、水、ブライン、冷媒、又は、水和物スラリーを含み得るが、以下の説明では水（冷水）を用いるものとして説明する。

上記構成のうち、蓄熱槽は、循環管路にて循環されている熱搬送媒体をその内部に導入し、この熱搬送媒体の冷熱又は温熱を蓄熱する蓄熱手段である。この蓄熱槽としては、蓄熱媒体（水）が熱搬送媒体を兼ねる蓄熱槽（実施の形態１から５）と、蓄熱媒体（水、氷、潜熱蓄熱材等）が熱搬送媒体との間で熱交換する蓄熱槽（実施の形態６から１０）との両方を含み得る。

〔II〕各実施の形態の具体的内容
次に、本発明に係る蓄熱槽の各実施の形態の具体的内容について説明する。

〔実施の形態１〕
まず、本発明の実施の形態１について説明する。この実施の形態１は、蓄熱媒体が熱搬送媒体を兼ねる蓄熱槽の基本的形態である。

（蓄熱槽の構造）
最初に、蓄熱槽１の構造について説明する。図１は本実施の形態１に係る蓄熱槽１の縦断面図、図２は図１の蓄熱槽１のＡ−Ａ矢視図である。この蓄熱槽１は、複数の槽１０〜１３を備えて構成されており、最内側の槽１０には送水管２が挿通されると共に、最外側の槽１３には取水管３が挿通されている。これら送水管２及び取水管３は、上述の循環管路を構成するもので、図示しない熱源機にて加熱又は冷却された水（又は図示しない空調機にて熱交換を終えた水）が送水管２を介して蓄熱槽１に導入されると共に、当該蓄熱槽１に導入された水が取水管３を介して空調機又は熱源機に導入される。

複数の槽１０〜１３は、水の流路を構成するもので、それぞれ袋状に形成されていると共に、相互に入れ子状に配置されている。すなわち、これら複数の槽１０〜１３によって囲繞される部分をそれぞれ受容部（内部空間）１０ａ〜１３ａとすると、受容部１３ａには受容部１２ａが内包され、受容部１２ａには受容部１１ａが内包され、受容部１１ａには受容部１０ａが内包されている（１０ａ⊂１１ａ⊂１２ａ⊂１３ａ）。ただし、ここでいう「内包」とは、各受容部１０ａ〜１３ａのうち、水の流路を構成するために実質的に必要な部分を包含していることを意味しており、各受容部１０ａ〜１３ａの端部等が他の受容部１０ａ〜１３ａの外側に突出しているような状態を含む趣旨である。

これら各槽１０〜１２の開口端部１０ｂ〜１２ｂは、最外側の槽１３の上面よりも上方に引き出されており、平面上の相互に略同一な位置において、送水管２の周囲に収束されている。この収束方法は、各槽１０〜１２からの水の流出を防止できる限りにおいて任意であるが、例えば、各槽１０〜１２の開口端部１０ｂ〜１２ｂは、相互に熱溶着され、あるいは、面ファスナの如き接続手段にて送水管２に巻き付け固定されている。

これら複数の槽１０〜１３のうち、最外側の槽１３を除いた各槽１０〜１２は、可撓性素材から形成されている。ここで、可撓性素材とは、容易に折り曲げ成形可能であり、かつ、透水性のないものを意味し、例えばポリエチレンやポリプロピレンを用いて各槽１０〜１２を形成することができる。また、最外側の槽１３は、蓄熱槽１の筐体（タンク）として機能するものであり、蓄熱槽１の所望の強度や耐寒性及び耐熱性を維持できる材質、例えばＦＲＰにて形成され、またこの槽１３の外部には、断熱材を配置する等して保温性を向上させることもできる。ただし、この槽１３を蓄熱槽１の筐体として機能させる必要がない場合、例えば蓄熱槽１を全体として他の保護手段の内部に収容するような場合には、当該槽１３についても可撓性素材にて形成することができる。また、各槽１０〜１２が所定形状に拡充された後は、各槽１０〜１２の可撓性を維持する必要は必ずしもないため、各槽１０〜１２を水硬化性樹脂（例えば吸水性アクリル樹脂）を用いて形成することで、水の投入によって自動的に硬化させて、各槽１０〜１２の形状を一層安定的に維持するようにしてもよい。

また、各槽１０〜１２の各々には、流出口１０ｃ〜１２ｃが形成されている。この流出口１０ｃ〜１２ｃは、水を当該各槽１０〜１２から当該各槽１０〜１２に隣接する次順の槽１１〜１３に流出させるための開口部である。具体的には、送水管２を介して槽１０に導入された水が、流出口１０ｃを介して槽１１に導入され、流出口１１ｃを介して槽１２に導入され、流出口１２ｃを介して槽１３に導入され、最終的には取水管３を介して蓄熱槽１の外部に排水される。特に、水の投入で生じた水位差により、各槽１０〜１３の相互間で圧力差が生じ、水が各槽１０〜１３に順次に回流する。従って、蓄熱槽１の内部に導入された水のショートサーキットを防止することができる。なお、各流出口の具体的構成は、各槽１０〜１３に対して水を単位時間当りの所望の流量だけ流出させることができる限りにおいて任意であり、例えば短尺筒状の硬質樹脂を各槽１０〜１２の側壁に貫通状に固定することで、流出口１０ｃ〜１２ｃを構成することができる。

ここで、各槽１０〜１２の流出口１０ｃ〜１２ｃと、当該各槽１０〜１２に隣接する次順の槽１０〜１２の流出口１０ｃ〜１２ｃとは、相互に対向する位置に配置されている。具体的には、槽１０の流出口１０ｃと、当該槽１０に隣接する次順の槽１１の流出口１１ｃとは、相互に対向する位置に配置されている。同様に、流出口１１ｃと流出口１２ｃとが、それぞれ相互に対向する位置に配置されている。さらには、送水管２と流出口１０ｃ、及び、流出口１２ｃと取水管３についても、相互に対向する位置に配置されている。ここで、「対抗する位置に配置」とは、当該配置された２つの流出口１０ｃ〜１２ｃ（又は送水管２や取水管３）が相互に極力離れる位置に配置されることを意図しており、これら２つの流出口１０ｃ〜１２ｃ（又は送水管２や取水管３）の相互間の距離が最も大きくなることを意図している。この構成によれば、各槽１０〜１２に導入された水が、当該槽１０〜１２の内部を経由して、次の流出口１０ｃ〜１２ｃを介して次順の槽１１〜１３に導入され、あるいは、取水管３を介して外部に取り出される。従って、各槽１０〜１３の内部にくまなく水が流れ、死水領域の発生を低減又は防止できる。

このような送水管２、流出口１０ｃ〜１２ｃ、又は、取水管３の具体的な配置位置は、実際には、シミュレーション等を通じて、必要十分な蓄放熱が得られるように決定することが好ましい。また、送水管２、流出口１０ｃ〜１２ｃ、又は、取水管３の具体的な内径については、各槽１０〜１３の相互間の水位差が所望のレベルになるように調整することが好ましい。なお、ここでは、各槽１０〜１３に送水管２、流出口１０ｃ〜１２ｃ、又は、取水管３を一つのみ設けた例を示しているが、これらを複数設けてもよい。この場合、これら複数の送水管２、複数の流出口１０ｃ〜１２ｃ、又は、複数の取水管３が、次段の槽１０〜１３のいずれの送水管２、流出口１０ｃ〜１２ｃ、又は、取水管３とも短絡しない位置に配置されていればよい。こうすることで、各槽１０〜１３の内部空間を流れる水の滞留域が一層発生し難くなる。

（蓄熱槽１の組立て方法）
次に、蓄熱槽１の組立て方法について説明する。蓄熱槽１は、工場等にて組み立てることもできるが、設置現場において容易に組み立てることも可能である。例えば、設置現場において組み立てる場合、当該現場に最外側の槽１３と及び他の各槽１０〜１２を搬入する。ここで、各槽１０〜１２は、可撓性素材から形成されているので、折り畳まれたコンパクトな状態で取り扱うことができる。そして、最外側の槽１３の内部に槽１２を入れ、この槽１２の内部に次の槽１１を入れ、同様に槽１１の内部に次の槽１０を入れ込む。

そして、送水管２を最内側の槽１０に差し込んだ状態で固定すると共に、取水管３を最外側の槽１３に差し込んだ状態で固定する。次いで、各槽１０〜１２の開口端部１０ｂ〜１２ｂを収束し、組立て作業が終了する。その後、送水管２から水を送水することで、水圧によって各槽１０〜１２がその可撓性によって自動的に所定形状に拡充される。あるいは、各槽１０〜１２に水を満たした状態で又は水を満たしながら組み立てることで、水の浮力を利用して各槽１０〜１２の自重を軽減しつつ、組み立て作業を行うことができる。このような組立て方法によれば、従来のように多数の仕切り板を蓄熱槽１の内部に溶接にて固定する必要がないため、蓄熱槽１の施工コストを大幅に低減することができる。また、上記と逆の手順を行うことで、蓄熱槽１を分解でき、蓄熱槽１の移送や再利用を容易に行なうことができる。この他、最外側の層１３を除く各槽１０〜１２を予め入れ子状に配置しておき、その後にこれら各槽１０〜１２を一括して最外側の層１３の内部に配置してもよい。

（実施の形態１の効果）
このように本実施の形態１によれば、蓄熱槽１に設けた複数の槽１０〜１３に対して水を順次回流させることができるので、蓄熱槽１の内部に導入された水のショートサーキットを防止することができる。また、送水管２又は流出口１０ｃ〜１２ｃを介して各槽１０〜１３に導入された水が、当該槽１０〜１３の内部を経由して次段に至るので、各槽１０〜１３の内部にくまなく水を回流させることができ、死水領域の発生を低減又は防止できる。

特に、各槽１０〜１２を可撓性素材から形成したので、各槽１０〜１２の取り扱いが容易になり、設置現場においても容易に組み立てることができる。また、可撓性の複数の槽１０〜１２を入れ子状に組み立てることで蓄熱槽１を設置できるので、従来のように多数の仕切り板を蓄熱槽１の内部に溶接等の手段にて固定する必要がなくなり、蓄熱槽１の施工コストを大幅に低減することができる。また、蓄熱槽１を容易に分解でき、蓄熱槽１の移送や再利用を容易に行なうことができる。さらに、各槽１０〜１２を水硬化性樹脂にて形成した場合には、各槽１０〜１２を形成した後で水を投入することで各槽１０〜１２を自動的に硬化させることができ、あるいは、各槽１０〜１２に水を投入した後でこれら各槽１０〜１２を水中で成形しながら硬化させることで、各槽１０〜１２の形状を一層安定的に維持することができる。

〔実施の形態２〕
次に、本発明の実施の形態２について説明する。この実施の形態２は、各槽の相互間隔を維持するためのスペーサを配置した形態である。なお、実施の形態２の構成は、特記する場合を除いて実施の形態１の構成と略同一であり、実施の形態１の構成と略同一の構成についてはこの実施の形態１で用いたのと同一の符号及び／又は名称を必要に応じて付して、その説明を省略する。

（蓄熱槽の構造）
最初に、蓄熱槽２０の構造について説明する。図３は本実施の形態２に係る蓄熱槽２０２の縦断面図、図４は図３のB−B矢視断面図である。蓄熱槽２０の各槽１１〜１３の内部空間には、スペーサ２１が設けられている。このスペーサ２１は、各槽１０〜１３の相互間隔を維持するための間隔維持手段であり、例えば、複数の脚部２１ａと保持部２１ｂとから棚状に構成されている。

複数の脚部２１ａは、例えば棒状に形成され、各槽１１〜１３の槽壁の下方部の上面に立設されている。また、保持部２１ｂは、例えば平板状に形成され、各脚部２１ａによって支持されている。この保持部２１ｂの上面には、当該保持部２１ｂが配置されている槽１１〜１３の前段側の槽１０〜１２の槽壁が、略水平状になるように保持されている。例えば、槽１１の内部に配置されたスペーサ２１の保持部２１ｂの上面には、槽１０の槽壁が、略水平状に保持されている。ここで、脚部２１ａの長さと保持部２１ｂの厚みとの合計値は、各槽１０〜１３の所望の相互間隔に略対応するように決定されている。従って、各槽１０〜１３の槽壁が、このスペーサ２１によって所望の相互間隔を保つ位置において略水平状に保持される。このため、各槽１０〜１３の内部における水の流路を所望の形状に維持しておくことができ、死水領域の発生を防止できる。

（蓄熱槽２０の組立て方法）
次に、蓄熱槽２０の組立て方法について説明する。最外側の槽１３を設置した後、この槽１３の内部にスペーサ２１を配置してから、この槽１３の内部に前段の槽１２を配置する。以降、同様に、スペーサ２１と槽１１、１０とを交互に配置する。その他の手順は、実施の形態１と同様であるので説明を省略する。

（実施の形態２の効果）
このように本実施の形態２によれば、実施の形態１と同様の基本的効果に加えて、各槽１０〜１３の相互間隔をスペーサ２１にて維持すると共に、各槽１０〜１３の槽壁を略水平状に維持することで、各槽１０〜１３の内部における水の流路を所望の形状に維持しておくことができて、水の滞留を防止することができる。

〔実施の形態３〕
次に、本発明の実施の形態３について説明する。この実施の形態３は、実施の形態２とは異なる形状のスペーサを用いた形態である。なお、実施の形態３の構成は、特記する場合を除いて実施の形態２の構成と略同一であり、実施の形態２の構成と略同一の構成についてはこの実施の形態２で用いたのと同一の符号及び／又は名称を必要に応じて付して、その説明を省略する。

図５は本実施の形態３に係る蓄熱槽３０の縦断面図である。蓄熱槽３０の槽１１〜１３の内部空間には、スペーサ３１が設けられている。具体的には、槽１０、１１は狭幅に形成されると共に、槽１２、１３は広幅に形成されており、槽１２が槽１１を包含すると共に槽１１の側方に延出している。各スペーサ３１は、実施の形態２のスペーサ２１の半分程度の幅に形成され、狭幅の槽１１の内部には１つのスペーサ３１のみが配置され、広幅の槽１２、１３の内部には２つのスペーサが左右に並設されている。このように、各槽１０、１１及びスペーサ３１を実施の形態２よりも小型化することで、蓄熱槽３０の内部の受容部１０ａ〜１３ａの容積を自由に調整することができる。また、１つのスペーサ３１の体積や重量を低減してその取扱いを一層容易とすることができる。

（実施の形態３の効果）
このように本実施の形態３によれば、実施の形態２と同様の効果に加えて、蓄熱槽３０の内部の受容部１０ａ〜１３ａの容積を自由に調整することができると共に、１つのスペーサ３１の体積や重量を低減してその取扱いを一層容易とすることができる。

〔実施の形態４〕
次に、本発明の実施の形態４について説明する。この実施の形態４は、実施の形態２とは異なる形状のスペーサを用いた形態である。なお、実施の形態４の構成は、特記する場合を除いて実施の形態２の構成と略同一であり、実施の形態２の構成と略同一の構成についてはこの実施の形態２で用いたのと同一の符号及び／又は名称を必要に応じて付して、その説明を省略する。

図６は本実施の形態４に係る蓄熱槽４０の縦断面図、図７は図６のC−C矢視断面図である。蓄熱槽４０の内部空間には、スペーサ４１が設けられている。具体的には、各槽１１〜１３の内部に、複数のスペーサ４１が間隔を隔てて並設されている。各スペーサ４１は、上下一対の平板状の保持部４１ａと、この保持部４１ａの相互間に立設された脚部４１ｂとから、全体として略Ｉ字状に形成されている。各スペーサ４１は、実施の形態３のスペーサ３１よりもさらに狭幅に形成されており、一層多くのスペーサ４１を並設することが可能になっている。このように、各槽１１〜１３の内部のスペーサ４１を分割配置することで、各槽１１〜１３の内部における水の流動性を一層高めることができると共に、１つのスペーサ４１の体積や重量を低減してその取扱いを一層容易とすることができる。

（実施の形態４の効果）
このように本実施の形態４によれば、実施の形態２と同様の効果に加えて、各槽１１〜１３の内部のスペーサ４１を分割配置することで、各槽１１〜１３の内部における水の流動性を一層高めることができると共に、１つのスペーサ４１の体積や重量を低減してその取扱いを一層容易とすることができる。

〔実施の形態５〕
次に、本発明の実施の形態５について説明する。この実施の形態５は、スペーサを各槽に一体に設けた形態である。なお、実施の形態５の構成は、特記する場合を除いて実施の形態２の構成と略同一であり、実施の形態２の構成と略同一の構成についてはこの実施の形態２で用いたのと同一の符号及び／又は名称を必要に応じて付して、その説明を省略する。

図８は本実施の形態５に係る蓄熱槽５０の縦断面図、図９は各槽の槽壁の要部斜視図である。蓄熱槽５０の各槽１０〜１３の内部空間には、スペーサ５１が設けられている。具体的には、各槽１０〜１３の槽壁に、複数のスペーサ５１が間隔を隔てて一体的に固定されている。各スペーサ５１は、細長棒状に形成されており、各槽１０〜１３の槽壁の下面において下方に突出するように固定されている。このスペーサ５１の具体的形成方法や素材は任意であるが、例えば、樹脂製のスペーサ５１を各槽１０〜１３の槽壁に溶着固定することができる。このように、各槽１０〜１３にスペーサ５１を一体化させた場合には、スペーサ５１を独立して取り扱う必要がなくなり、蓄熱槽５０の組立て時にも、各槽１０〜１３を順次入れ込むだけで、スペーサ５１を自動的に配置できる。

（実施の形態５の効果）
このように本実施の形態５によれば、実施の形態２と同様の効果に加えて、各槽１０〜１３にスペーサ５１を一体化させることで、スペーサ５１を独立して取り扱う必要がなくなり、蓄熱槽５０の組立を一層容易に行なうことができる。

〔実施の形態６〕
次に、本発明の実施の形態６について説明する。この実施の形態６は、蓄熱媒体が熱搬送媒体との間で熱交換する蓄熱槽の基本的形態である。なお、実施の形態６の構成は、特記する場合を除いて実施の形態１の構成と略同一であり、実施の形態１の構成と略同一の構成についてはこの実施の形態１で用いたのと同一の符号及び／又は名称を必要に応じて付して、その説明を省略する。

（蓄熱槽の構造）
最初に、蓄熱槽６０の構造について説明する。図１０は本実施の形態６に係る蓄熱槽６０の縦断面図である。蓄熱槽６０の各槽１０〜１３の内部空間には、潜熱蓄熱材（ＰＣＭ）６１が配置されている。そして、各槽１０〜１３に導入された水は、この潜熱蓄熱材６１の周囲を回流することにより、当該潜熱蓄熱材６１の間で熱交換を行なう。このように、蓄熱槽６０に導入された冷水の冷熱又は温水の温熱を潜熱蓄熱材６１に蓄熱でき、蓄熱密度の向上を図ることができる。特に、潜熱蓄熱材６１を用いることで、相変化に伴う潜熱を利用することで見かけの比熱が高くなり、蓄熱密度の一層の向上が図られている。

この潜熱蓄熱材６１の具体的な配置構造は任意であるが、ここでは、潜熱蓄熱材６１は、複数の中空球状（カプセル状）の小型容器６１ａに充填された状態で各槽の内部に収容されている。この小型容器６１ａの具体的素材は任意であるが、熱伝導率が高い材料で、単位体積あたりの表面積の大きいものが好ましく、例えば金属製（アルミやステンレス等）を用いることができる。この他、潜熱蓄熱材６１の熱伝導率を高めるため、小型容器６１ａを薄厚化したり、その外表面に伝熱用フィンを取り付けてもよい。ただし、蓄放熱計画上、伝熱速度が大きくなくてもよい場合はこの限りではない。また、潜熱蓄熱材６１の配置密度（配置個数）に関しては、水の回流を妨げない密度とすることが好ましい。実際には、シミュレーション等を通じて、必要十分な伝熱速度や回流速度が得られるように、潜熱蓄熱材６１の構造や配置密度を決定することが好ましい。このように、潜熱蓄熱材６１を小型容器６１ａに充填することで、その取扱いが容易になると共に、単位体積あたりの熱搬送媒体との接触面積を大きくでき、その凝固又は融解を促進することができる。

このように潜熱蓄熱材６１を用いる場合、水の温度は潜熱蓄熱材６１が相変化するように設定する。例えば、蓄熱槽６０に冷水を導入して冷熱を蓄熱する場合において、潜熱蓄熱材６１の凝固点が１０℃で融点が１３℃である場合、蓄冷する時には５℃程度の水を投入し、放冷する時には１８℃程度の水を投入する。

（蓄熱槽６０の組立て方法）
次に、蓄熱槽６０の組立て方法について説明する。最外側の槽１３を設置した後、この槽１３の内部に潜熱蓄熱材６１を配置してから、この槽１３の内部に前段の槽１２を配置する。以降、同様に、潜熱蓄熱材６１と槽１１、１０とを交互に配置する。その他の手順は、実施の形態１と同様であるので説明を省略する。

（実施の形態６の効果）
このように本実施の形態６によれば、実施の形態１と同様の基本的効果に加えて、蓄熱槽６０に導入された冷水の冷熱又は温水の温熱を潜熱蓄熱材６１に蓄熱でき、蓄熱密度の向上を図ることができる。特に、潜熱蓄熱材６１を用いることで、相変化に伴う潜熱を利用することで見かけの比熱が高くなり、蓄熱密度の一層の向上が図られている。また、潜熱蓄熱材６１を小型容器６１ａに充填することで、その取扱いが容易になると共に、単位体積あたりの熱搬送媒体との接触面積を大きくでき、その凝固又融解を促進することができる。

〔実施の形態７〕
次に、本発明の実施の形態７について説明する。この実施の形態７は、各槽の内部に潜熱蓄熱材とスペーサの両方を配置した形態である。なお、実施の形態７の構成は、特記する場合を除いて実施の形態２又は実施の形態６の構成と略同一であり、実施の形態２又は実施の形態６の構成と略同一の構成についてはこれら実施の形態２又は実施の形態６で用いたのと同一の符号及び／又は名称を必要に応じて付して、その説明を省略する。

（蓄熱槽の構造）
最初に、蓄熱槽７０の構造について説明する。図１１は本実施の形態６に係る蓄熱槽７０の縦断面図である。蓄熱槽７０の各槽１０〜１３の内部空間には、スペーサ２１及び潜熱蓄熱材６１が配置されている。ここで、スペーサ２１は実施の形態２と同様に形成されており、潜熱蓄熱材６１は実施の形態５と同様に小型容器６１ａの内部に収容されている。ただし、この小型容器６１ａは、中空球状ではなく中空円筒状に形成されている。そして、スペーサ２１の上面に各槽１０〜１３の槽壁が水平状に保持され、この槽壁の上面に潜熱蓄熱材６１が載置されている。ただし、この他にも、スペーサ２１から潜熱蓄熱材６１を吊り下げるように配置してもよい。

（蓄熱槽７０の組立て方法）
次に、蓄熱槽７０の組立て方法について説明する。最外側の槽１３を設置した後、この槽１３の内部に潜熱蓄熱材６１とスペーサ２１とを順次配置してから、この槽１３の内部に次順の槽１２を配置する。以降、同様に、潜熱蓄熱材６１とスペーサ２１とを配置してから、槽１１、１０を配置する。その他の手順は、実施の形態２又は実施の形態６と同様であるので説明を省略する。

（実施の形態７の効果）
このように本実施の形態７によれば、実施の形態２及び実施の形態６と同様の効果を同時に得ることができる。

〔実施の形態８〕
次に、本発明の実施の形態８について説明する。この実施の形態８は、各槽の内部に潜熱蓄熱材とスペーサの両方を配置した形態である。なお、実施の形態８の構成は、特記する場合を除いて実施の形態３又は実施の形態７の構成と略同一であり、実施の形態３又は実施の形態７の構成と略同一の構成についてはこれら実施の形態３又は実施の形態７で用いたのと同一の符号及び／又は名称を必要に応じて付して、その説明を省略する。

図１２は本実施の形態８に係る蓄熱槽８０の縦断面図である。蓄熱槽８０の各槽及びスペーサ２１は実施の形態３と同様に構成されており、このスペーサ２１の上面には、実施の形態７と同様に構成された潜熱蓄熱材６１が配置されている。

（実施の形態８の効果）
このように本実施の形態８によれば、実施の形態３及び実施の形態７と同様の効果を同時に得ることができる。

〔実施の形態９〕
次に、本発明の実施の形態９について説明する。この実施の形態９は、各槽の槽壁に複数の空間部を設け、当該複数の空間部に潜熱蓄熱材を封入した形態である。なお、実施の形態９の構成は、特記する場合を除いて実施の形態１及び実施の形態６の構成と略同一であり、実施の形態１及び実施の形態６の構成と略同一の構成についてはこれら実施の形態１及び実施の形態６で用いたのと同一の符号及び／又は名称を必要に応じて付して、その説明を省略する。

（蓄熱槽の構造）
最初に、蓄熱槽９０の構造について説明する。図１３は本実施の形態９に係る蓄熱槽９０の縦断面図、図１４は図１３の各槽の槽壁の要部斜視図である。蓄熱槽９０の各槽１０〜１２の槽壁には、複数の空間部９１が形成されており、各空間部９１に潜熱蓄熱材６１が封入されている。各槽１０〜１２の具体的製造方法としては、例えば、複数の凹部を有する第１のシートを準備し、この第１のシートの凹部に潜熱蓄熱材６１を充填した後、この第１のシートの当該潜熱蓄熱材６１側の面に対して平板状の第２のシートを重ね合わせて、これら第１のシートと第２のシートとを相互に溶着することで、各槽１０〜１２を製造することができる。

（蓄熱槽９０の組立て方法）
次に、蓄熱槽９０の組立て方法について説明する。基本的には、実施の形態１と同様の手順にて、蓄熱槽９０を組み立てることができる。ここでは、各槽１０〜１２に潜熱蓄熱材６１が一体化されているので、各槽１０〜１２を組み入れることで、自動的に潜熱蓄熱材６１を配置でき、潜熱蓄熱材６１を独立して配置する手間を省略できるので、潜熱蓄熱材６１を用いた蓄熱槽９０の組立てを一層簡易化できる。

（実施の形態９の効果）
このように本実施の形態９によれば、実施の形態１及び実施の形態６と同様の効果を同時に得ることができる。さらに、潜熱蓄熱材６１を独立して配置する手間を省略できるので、潜熱蓄熱材６１を用いた蓄熱槽９０の組立てを一層簡易化できる。

〔実施の形態１０〕
最後に、本発明の実施の形態１０について説明する。この実施の形態１０は、潜熱蓄熱材にてスペーサを兼ねるようにした形態である。なお、実施の形態１０の構成は、特記する場合を除いて実施の形態５及び実施の形態９の構成と略同一であり、実施の形態５及び実施の形態９の構成と略同一の構成についてはこれら実施の形態５及び実施の形態９で用いたのと同一の符号及び／又は名称を必要に応じて付して、その説明を省略する。

図１５は本実施の形態１０に係る蓄熱槽１００の縦断面図である。蓄熱槽１００の各槽１１〜１２の槽壁には、複数の空間部１０１が形成されており、各空間部１０１に潜熱蓄熱材６１が封入されている。ここで、各空間部１０１の上下方向の長さは、実施の形態９よりも縦長状に形成されており、実施の形態５のスペーサ２１と同様に、各槽１１〜１２の所望の相互間隔に略対応するように決定されている。従って、各槽１１〜１２の槽壁が、この空間部１０１によって所望の相互間隔を保つ位置において略水平状に保持される。すなわち、各空間部１０１及び潜熱蓄熱材６１は、実施の形態５のスペーサ２１と同様に機能する。

（実施の形態１０の効果）
このように本実施の形態１０によれば、実施の形態５及び実施の形態９と同様の効果を同時に得ることができる。さらに、潜熱蓄熱材６１を封入した空間部１０１によってスペーサを兼ねているので、スペーサを独立して配置する手間を省略でき、スペーサ及び潜熱蓄熱材６１を用いた蓄熱槽１００の組立てを一層簡易化できる。

〔III〕各実施の形態に対する変形例
以上、本発明の各実施の形態について説明したが、本発明の具体的な構成及び手段は、特許請求の範囲に記載した各発明の技術的思想の範囲内において、任意に改変及び改良することができる。以下、このような変形例について説明する。

（解決しようとする課題や発明の効果について）
また、発明が解決しようとする課題や発明の効果は、前記した内容に限定されるものではなく、本発明によって、前記に記載されていない課題を解決したり、前記に記載されていない効果を奏することもでき、また、記載されている課題の一部のみを解決したり、記載されている効果の一部のみを奏することがある。

（複数種類の蓄熱材の利用について）
実施の形態６から１０においては、潜熱蓄熱材６１を用いるものとして説明したが、凝固点や融点が異なる複数種類の潜熱蓄熱材６１（またはこれらを混合して形成された蓄熱材）を用いてもよい。この場合には、様々な温度の熱搬送媒体に対して、効率的な蓄熱を行うことが可能になる。

（熱搬送媒体の流動方向について）
上記各実施の形態においては、最内側の槽から最外側の槽に至る方向に熱搬送媒体が流動するものとして説明していたが、最外側の槽から最内側の槽に至る方向に流動させてもよい。この場合には、最外側の槽に送水管を挿入すると共に、最内側の槽に取水管を挿入することになる。

この発明は、タンク式の蓄熱槽や当該蓄熱槽を用いる蓄熱空調システムに利用でき、特に、熱搬送媒体の滞留領域の発生や短絡を防止して蓄熱効率を高めることに有用である。

本発明の実施の形態１に係る蓄熱槽の縦断面図である。 図１の蓄熱槽のＡ−Ａ矢視図である。 実施の形態２に係る蓄熱槽の縦断面図である。 図３のB−B矢視断面図である。 実施の形態３に係る蓄熱槽の縦断面図である。 実施の形態４に係る蓄熱槽の縦断面図である。 図６のC−C矢視断面図である。 実施の形態５に係る蓄熱槽の縦断面図である。 各槽の槽壁の要部斜視図である。 実施の形態６に係る蓄熱槽の縦断面図である。 実施の形態７に係る蓄熱槽の縦断面図である。 実施の形態８に係る蓄熱槽の縦断面図である。 実施の形態９に係る蓄熱槽の縦断面図である。 図１３の各槽の槽壁の要部斜視図である。 実施の形態１０に係る蓄熱槽の縦断面図である。

符号の説明

１、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０、１００ 蓄熱槽
２ 送水管
３ 取水管
１０〜１２ 槽
１０ａ〜１３ａ 受容部
１０ｂ〜１２ｂ 開口端部
１０ｃ〜１２ｃ 流出口
２１、３１、４１、５１ スペーサ
２１ａ、４１ｂ 脚部
２１ｂ、４１ａ 保持部
６１ 潜熱蓄熱材
６１ａ 小型容器
９１、１０１ 空間部

Claims (7)

1. 熱搬送媒体の流路を構成する複数の槽を備えた蓄熱槽であって、
   前記複数の槽の中の最外槽以外の各槽を、当該各槽の１つ外側の槽に順次内包されるように配置することで、相互に入れ子状に配置し、
   前記複数の槽の中の最外槽以外の各槽を可撓性素材から形成し、
   前記複数の槽の各々には、前記熱搬送媒体を当該各槽から当該各槽に隣接する次順の槽に流出させるための流出口を形成し、
   前記各槽の前記流出口と、当該各槽に隣接する次順の槽の前記流出口とを、相互に対向する位置に配置したこと、
   を特徴とする蓄熱槽。
2. 前記複数の槽の少なくとも一つの内部空間に、前記複数の槽の相互間隔を維持するためのスペーサを配置したこと、
   を特徴とする請求項１に記載の蓄熱槽。
3. 前記スペーサを、前記複数の槽の少なくとも一つの槽壁に一体に突設したこと、
   を特徴とする請求項２に記載の蓄熱槽。
4. 前記複数の槽の少なくとも一つの内部空間に、潜熱蓄熱材を配置したこと、
   を特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の蓄熱槽。
5. 前記槽の槽壁に複数の空間部を設け、当該複数の空間部に前記潜熱蓄熱材を封入したこと、
   を特徴とする請求項４に記載の蓄熱槽。
6. 前記潜熱蓄熱材を封入した前記空間部にて、前記スペーサを形成したこと、
   を特徴とする請求項２及び５に記載の蓄熱槽。
7. 熱源と、空調機と、蓄熱槽とを、熱搬送媒体を流通可能に接続した蓄熱空調システムにおいて、
   前記蓄熱槽として、請求項１から６のいずれか１項に記載の蓄熱槽を用いたこと、
   を特徴とする蓄熱空調システム。

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