JPH0132425B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は建物の外壁や梁などの構造物の１部を
蓄熱槽として利用すると共に、この蓄熱槽に太陽
熱および建物内発生廃熱を大量かつ長期貯蔵可能
に蓄熱し、暖房や給湯が必要なときに適宜この蓄
熱を利用するようにした蓄熱装置に関する。

本発明の目的とするところは、その１つは冬期
の暖房時まで冬期以前の太陽熱を蓄える装置を提
供することであり、その２は建物内で発生する廃
熱を回収する装置を提供することであり、その３
はこれらの蓄熱を行なうにさいして建物の有効な
空間を占有することなくこれを行なえるような装
置を提供することであり、その４は蓄熱とこれの
回収のために熱媒と蓄熱物質との熱交換効率のよ
い装置を提供することである。

この目的において本発明は建物例えばビルの外
壁や梁などの建築構造物の１部を蓄熱用に利用す
ると共にこの蓄熱を潜熱の形態で行なうように
し、この潜熱蓄熱を行なうための蓄熱槽を特殊な
蓄熱器ユニツトの集合体で構成するものである。
すなわち本発明は、太陽熱集熱器と蓄熱槽間に熱
媒循環路を形成すると共に建物内熱発生源とこの
蓄熱槽間にも熱媒循環路を形成して太陽熱および
建物内発生熱を該蓄熱槽内に蓄熱する蓄熱装置に
おいて、蓄熱槽が建物の外壁または梁などの構造
物体の中に収蔵されかつこの蓄熱槽が蓄熱物質を
封入した多数の蓄熱器ユニツトの集合体で構成さ
れ、この各々の蓄熱器ユニツトが太陽熱または建
物内発生熱で融解可能な蓄熱物質を封入した容器
からなり、この各々の容器内に熱媒気体を通す通
路と熱媒液体を通す通路とが独立して形成されて
いることを特徴とする建物の構造物体を蓄熱槽に
利用した蓄熱装置を提供するものである。

本発明の蓄熱装置で使用する蓄熱物質としては
各種の水和塩や含水塩混合物例えば、CaCl₂・
6H₂O、Na₂SO₄・10H₂O、Na₂S₂O₃・5H₂O、
Na₂HPO₄−NaH₂PO₄−KH₂PO₄−H₂O系混合
物、有機化合物類例えばエチレンジアミン、また
は油脂類例えばパラフインやシリコンオイルなど
の融点が比較的低くかつ潜熱の比較的大きな物質
類が好適である。従来から物質の固相−液相間の
相変態における潜熱を利用して蓄熱することの有
利性が原理的に判つていてもこれの実用規模での
装置は未だ出現していない。すなわち、大容量の
蓄熱とこれの回収をくり返し行なえるような潜熱
利用の蓄熱装置実用化は、熱媒と大容量の蓄熱物
質全体との熱交換を、蓄熱槽物質の変成や劣化を
起さずかつ蓄熱物質による汚染の問題なくこれを
行なうことが技術的に困難なために至難であると
されていた。本発明においては、このような潜熱
蓄熱を建物の構造物の中にとじ込めて行なうもの
であり、このためにこの蓄熱物質を封入する蓄熱
槽として特殊な蓄熱器ユニツトの集合体で構成す
る。

そこでまず、本発明の建物構造物内蓄熱槽を構
成する１要素としての蓄熱器ユニツトについて説
明し、次いでその集合のしかたおよび配置を説明
した上で（第１〜１２図）、本発明の装置の全体
構成（第１３〜１５図）を順次図面の実施例に従
つて説明する。

第１図は本発明の蓄熱ユニツトの基本型の１実
施例を示した断面図である。第１図において、１
は円筒型の罐体であり、この罐体１の上下には上
蓋２と下蓋２′が気密に取付けられている。この
上蓋２と下蓋２′の中心部には罐体１と同軸の小
円筒３が気密に取付けられると共に、この小円筒
３を取巻くようにしてコイル４が配置してある。
コイル４の１方の端は罐体１の下方に、他方の端
は罐体１の上方に突出しており、この罐体１への
コイル端の接続も気密が保持されている。５は蓄
熱物質の注入口、６は蓄熱物質の排出口であり、
蓄熱物質充填後はこの注入口５と排出口６はめく
らにしておく。このようにして蓄熱物質を封入す
る容器が形成され、この容器内に熱媒流体を流す
ための通路、すなわち小円筒３とコイル４が形成
される。後述するが、この小円筒３は気体例えば
空気を流す通路として使用され、コイル４は液体
例えば水を流す通路として使用される。この図示
の蓄熱器ユニツトは上下左右が実質上対称であ
り、図示の位置を上下逆さにしても同一形状に表
われ、これを同軸的に接合した場合、図の破線で
示す他の同型の蓄熱器ユニツトにおける小円筒
３′の出口は実線の小円筒３の入口と整合して連
結され、同様にコイル４も出口と入口が配管接続
されたようになつている。

第２図は第１図の蓄熱器ユニツトを８個組み合
わせて１単位の蓄熱槽を構成した状態を、また第
３図ではこの８個の蓄熱器ユニツトからなる１単
位蓄熱槽をさらに集合した状態を、それぞれ図解
的に示したものである。

１単位の蓄熱槽は、第２図に示したように、方
形の４隅に組まれたａ〜ｄの４本の中空パイプ
と、これらの中空パイプａ〜ｂ，ｂ〜ｃ，ｃ〜
ｄ，ｄ〜ａ間の中心の辺に配置された４本の中空
パイプイ〜ニと、中央に位置する１本の中空パイ
プCPとからなる枠組みの中に、８個の蓄熱器ユ
ニツトを２段にして収めることによつて構成され
ている。これらの中空パイプのうち、中央のパイ
プCPを除いた周辺のものは、この１単位の蓄熱
槽を隣り合わせて集合するさいに、その隣接する
槽と共用される。

この状態は第３図の配置に示すように、１単位
の蓄熱槽Uiにおける隅のパイプａ〜ｄが、或る
方向（図では紙面の上下方向）では隣接する単位
蓄熱槽の隅のパイプとして共用されるが、或る方
向（図では紙面の左右方向）では隣接する単位蓄
熱槽の辺のパイプとして共用される。そして、こ
れらのパイプの全てａ〜ｄ，イ〜ニ，CPは蓄熱
器ユニツトを組み合わせて固定する支柱としての
役割のほかに、各蓄熱器ユニツトの内部に配され
たコイル４（第１図）を互いに連結して熱媒液体
を循環させるための熱媒配管として機能させるよ
うにしてある。各々の単位蓄熱槽において、各パ
イプは第４図に示したような支持板７を３枚使用
して互いに位置決めされ、このように位置決めさ
れた９本のパイプと３枚の支持板によつて、８個
の蓄熱器ユニツトが２個づつ軸心に合わせて接合
された４本の筒となり、この４本の筒で１単位の
蓄熱槽に構成される。この軸心に合わせて接合さ
れることによつて、小円筒３（第１図）は互いに
整合して連結され、この中に熱媒気体が通され
る。

熱媒液体は、各々の中空パイプａ〜ｄ，イ〜
ニ，CPを利用して各蓄熱器ユニツトのコイルに
循環されるが、この接続関係は第３図の配置にお
ける矢印で示してある。例えば第３図のUiの単
位蓄熱槽について見れば、中央のパイプCPに熱
媒液体が各々の内部コイルから流出するように接
続され、かつ辺のパイプイとロから熱媒液体が
各々の内部コイルに流入するように接続される。
他方、このUiの右隣りの単位蓄熱槽においては、
中央のパイプCPとの接続はUiと同じであるが、
Uiでは隅のパイプａ〜ｄとして機能していたも
のが辺のパイプイ〜ニとして機能し、これから熱
媒液体が流入するようになる。つまり、単位蓄熱
槽の隣接にさいして蓄熱器ユニツト１個分をずら
して隣接させることによつて、隣の単位蓄熱槽で
は液体循環用に使用されなかつたパイプが隣りの
単位蓄熱槽では液体循環用に使用され、しかもそ
のさい、単位蓄熱槽として個別に見た場合、いづ
れにおいても、各パイプと各ユニツト内のコイル
との接続位置は不変とすることができる。この不
変の接続関係を保つて単位蓄熱槽を無限に集合す
ることができ、実際には、受熱または放熱の熱容
量に合わせてこの集合の度合いを任意に調節する
ことができる。なお、この集合の場合、第３図の
ような広がりの方向ほかに上下方向の接続も随意
であり、３次元的な任意の構造をもつた蓄熱槽構
造物を構築することができる。構築された蓄熱槽
において、熱媒気体は各蓄熱器ユニツトの小円筒
を通すようにすると共に、各蓄熱器ユニツトの間
の空隙、すなわち罐体１の外側にも通すようにす
れば、各蓄熱器ユニツト内の蓄熱物質はこの熱媒
気体との熱交換面積が一層増大してその熱交換効
率が向上する。実際の運転にあたつて、熱媒気体
は蓄熱用に、また、コイルに通す熱媒液体は放熱
用に利用するとよいが、その逆の運転も場合によ
つては行ない得る。

以下さらに本発明の蓄熱器ユニツトの他の利用
のしかた並びに他の形状構造例を示す。

第５図は蓄熱器ユニツトを軸方向に接続するさ
いにリングジヨイント９を利用した例を示す。こ
のリングジヨイント９は第６図に示したように、
気体が透過する開口１０が上下リング１１と１２
の間に設けられており、このリング１１と１２に
対し、接続しようとする蓄熱器ユニツトの端部を
嵌め込む。そして、第４図に示した支持板７をこ
のリングジヨイント９の中央部で支持させる。１
３はこの支持板７を受けるための張り出し片を示
している。この支持板７を使用しかつ蓄熱器ユニ
ツトの接合にさいして小円筒同志の接続を若干切
離しておくと、小円筒から小円筒へ流れる気体の
１部は開口１０を経て罐体の外側へ流れ出るし、
逆に罐体の外側を流れる気体は支持板７に衝突し
て（この支持板７がバツフルプレートとして機能
して）この開口１０から小円筒内に流入するよう
な気流の流れが生じ、罐体の外側と内側（小円
筒）に気流が混合しながら流れることになり、こ
の気体と蓄熱物質との熱交換が各蓄熱器ユニツト
内の蓄熱物質の全域にわたつて効果的に行なわれ
る。

第７図は、第１図の蓄熱器ユニツトを最もコン
パクトに配置する場合の配置図である。この場
合、１個の蓄熱器ユニツトに対し２本のパイプ１
４と１５が用いられ、その１方は蓄熱器ユニツト
内のコイルに熱媒液体を流入する流入管、他方は
熱媒液体をコイルから流出させる流出管として使
用される。各蓄熱器ユニツトの軸方向への接続
は、この第７図の配置を保つたまま積層される
が、１方の蓄熱器ユニツトで流出管となつたパイ
プは流出管とするような接続のしかたをしてもよ
い。つまり、各蓄熱器ユニツトのコイルをパイプ
１４と１５にシリーズに接続してもよい。このシ
リーズに接続するかあるいはパラレルに接続する
かは、受熱容量、熱媒流体量、蓄熱物質の種類と
量によつて決定される。この積層にあたつて、第
６図の如きリングジヨイントの使用も可能であ
り、罐体の外側と内側（小円筒）に熱媒気体を流
すようにすることもできる。ただし、この第７図
の配置では第３図の配置よりも各蓄熱器ユニツト
同志の間隙は小さいので、必ずしも第４図のよう
なバツフルプレートを使用しなくともよい。

第８〜１２図は、角形（直方体）の外形をもつ
蓄熱器ユニツトの例を示したもので、第８図はこ
の直方体の罐体１の長手方向の中心に小円筒３を
１本取付けたもの、第９図は同じく長手方向に４
本の小円筒３を平行に取付けたものを示してい
る。蓄熱物質はこの罐体１内の小円筒３の囲りに
封入され、この罐体１を長手方向に貫通する小円
筒に熱媒通体例えば空気を通すことにより、この
熱媒通体と蓄熱物質の熱交換が行なわれる。第８
図および第９図のそれぞれは同形のものを小円筒
同志が接続するように隣接して集合することによ
り、所望容量の蓄熱槽に構成することができる。
第１０図は罐体１の中に２本の独立した屈曲通路
を設けたもので、罐体１内に封入される蓄熱物質
の全域内にこの通路が行きわたるようにすると共
に、熱媒流体の出入口を１方の面に集約した例で
ある。すなわち、第１０図において、１６₁と１
６₂は１方の通路の出入口、１７₁と１７₂は他方
の通路の出入口であり、これら４個のポートはい
づれも罐体１の１方の面に集約してある。第１１
図は第１０図と同様の屈曲通路を１本と、第８図
同様の小円筒３とを租み合わせた例、第１２図は
第１０図と同様の屈曲通路を１本と、第９図同様
の４本の小円筒３とを組み合わせた例を示してい
る。第１０〜１２図において屈曲通路は液体の熱
媒を、また小円筒は気体の熱媒を通すようにする
とよい。

これら第８〜１２図のものは、それぞれ同型の
ものを熱媒通路の出口を他のものの熱媒通路の入
口に接続することによつて接続し積層化すること
ができる。

本発明においては、以上の実施例で示したよう
な蓄熱器ユニツトを用い、これらの熱媒通路３ま
たは４内に熱媒が流れるように互いに集合してこ
の集合体を建物の構造物の中にとじ込める。例え
ばビルの外壁や梁その他の建築構造物体を、その
中に空洞が形成できるような強度設計とし、この
空洞の形状に合わせて、各蓄熱槽ユニツトの接続
集合体をとじ込める。例えば第３図や第７図の配
置では２次元的な広がりをもつ配置であるから、
これを垂直な外壁面や屋上スラブ内に内蔵させる
ことが好適である。また梁などにおいては第２図
のような単位蓄熱槽を蓄熱器ユニツトの軸方向と
接続して細長い集合体とするとよい。

第１３図および第１４図は建物の外壁面の中に
既述の蓄熱器ユニツトをとじ込めた状態を示す例
である。第１３図においては、外壁面の中に水平
方向に空気入口チヤンバー２０と空気出口チヤン
バー２１を作り、これらのチヤンバー２０と２１
との間に単位蓄熱槽UiやUjをとじ込めた状態を
示しており、各単位蓄熱槽は先に説明したように
複数の蓄熱器ユニツトを接続したものである。各
チヤンバー２０と２１は、それぞれ空気入口連絡
ボツクス２２と空気出口連絡ボツクス２３に連通
しており、ボツクス２２から空気を導入すれば各
蓄熱器ユニツトの蓄熱物質と熱交換してボツクス
２３から取出せるようになつている。第１３図に
おいて液体配管は示されていないが、各蓄熱器ユ
ニツトに通ずる液体配管が既に説明したように配
設されている。

第１４図はビルの地下外壁構造の中に単位蓄熱
槽Ui，Uj，Ux，Uyなどをとじ込めた状態を示
す。すなわちビルの地下において、地下土と接す
る外壁（例えば方形のビルであれば４面の外壁）
の中にUxやUyをとじ込め、地中スラブ２３の構
造梁２４の中にUiやUjをとじ込めたものである。
これらの単位蓄熱槽Ui〜Uyはそれぞれ断熱壁２
５の枠内に収容されており、熱媒通路２６，２７
が設けられている。

このようにして、建物の構造物体の中に既述の
蓄熱ユニツトの群を内蔵させ、これら蓄熱器ユニ
ツトの各熱媒通路に熱媒（空気および／または
水）を循環させることによつて、蓄熱と放熱が行
ない得ることになる。

第１５図はこのような建物構造内の蓄熱器ユニ
ツト群を用いた本発明の蓄熱装置の全体構成例を
示している。第１５図において、３０および３
０′は外壁内に蓄熱器ユニツトを内蔵させた蓄熱
槽、３１〜３１″は梁内に蓄熱器ユニツトを内蔵
させた蓄熱槽、３２は太陽熱集熱器、３３および
３３′はボイラまたは吸収式冷凍機などの廃熱発
生機器、３４はスチームヘツダー、３５は高圧ド
レンタンク、３６はホツトウエルタンク、３７と
３７′は給湯ストレージタンク、３８は煙突、３
９は煙道、４０は熱交換器（ヒートパイプ）を示
している。また、４１は制御器であり、熱媒の流
量やその流れの発停を制御するものである。

図の実施例において、蓄熱運転および放熱運転
の代表的な動作態様を説明すると、太陽熱の蓄熱
運転は、熱媒循環ポンプ４２によつて、太陽熱集
熱器３２と蓄熱槽３０および３０′との間に熱媒
（図例では水）を循環して行なう。実際において
は暖房に備える時期が近くなつたら、この蓄熱運
転を行ない、各蓄熱器ユニツトの蓄熱物質が融解
するまでこの蓄熱運転を行ない、暖房必要時まで
潜熱として貯えておく。この蓄熱槽３０と３０′
の放熱運転は各蓄熱器内に熱媒を必要に応じて通
すことによつて行なわれ、温水または温風として
回収できることは先に説明したとおりである。

建物内発生熱の蓄熱は、図例では蓄熱槽３１〜
３１″によつて行なうようになつている。すなわ
ち、循環ポンプ４３と４４の運転により、高圧ド
レンタンク３５、ホツトウエルタンク３６、熱交
換器４０などを循環させる熱媒（例えば水）を蓄
熱槽３１〜３１′に通して潜熱蓄熱を行なうこと
ができる。この蓄熱を取出すときには、先の蓄熱
槽３０や３１′と同様にこの中に熱媒を通すこと
によつて必要に応じて行なうことができる。

なお、各蓄熱槽３０〜３１″において蓄熱が過
大になつた場合や蓄熱が不要のときは、太陽熱集
熱器３２や建物発生熱はその熱媒回路を給湯スト
レージタンク３７や３７′に切替えて給湯用に利
用すればよい。

このようにして、建物の構造物体の中に第１〜
１２図に示したような蓄熱器ユニツトの集合体を
収蔵して蓄熱槽を構成し、この蓄熱槽と太陽熱集
熱器や建物内発生熱源との間で熱媒循環路を形成
することによつて、太陽熱並びに建物廃熱を長期
にわたつて潜熱の形態で貯蔵でき、かつこれを必
要に応じて効率よく取り出すことができ、先述の
本発明の目的が効果的に達成できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に従う蓄熱器ユニツトの代表例
を示す断面略図、第２図は８個の蓄熱器ユニツト
で１単位の蓄熱槽を構成した例を示す斜視図、第
３図は単位蓄熱槽を集合した配置図、第４図は単
位蓄熱槽を構成するさいに使用する支持板（バツ
フルプレート）の斜視図、第５図は蓄熱器ユニツ
トの接続部を示す略正面図、第６図はその接続部
に使用するリングジヨイントの斜視図、第７図は
蓄熱器ユニツトの他の配置例を示す配置図、第８
〜１２図はいづれも角形の外形をもつ蓄熱器ユニ
ツトの例を示す斜視図、第１３図は本発明の蓄熱
器ユニツトの集合により構成した蓄熱装置の例を
示す概略断面図、第１３図は建物外壁面の中に蓄
熱器ユニツトの群を内蔵させた例を示す縦断面略
図、第１４図は建物の地下構造物体の中に蓄熱器
ユニツトを内蔵させた縦断面略図、第１５図は本
発明の蓄熱装置の全体構成例を示す機器配置系統
図である。 １……罐体、２……蓋、３……小円筒（熱媒気
体通路）、４……コイル（熱媒液体通路）、５……
支持板（バツフルプレート）、９……リングジヨ
イント、２０……空気入口チヤンバー、２１……
空気出口チヤンバー、２３……地下構造梁、２５
……断熱壁、３２……太陽熱集熱器、３０，３１
……蓄熱槽、３３……廃熱発生機器、３５……高
圧ドレンタンク、３６……ホツトウエルタンク、
３７……給湯ストレージタンク、４０……熱交換
器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 太陽熱集熱器と蓄熱槽間に熱媒循環路を形成
   すると共に建物内熱発生源とこの蓄熱槽間にも熱
   媒循環路を形成して太陽熱および建物内発生熱を
   該蓄熱槽内に蓄熱する蓄熱装置において、蓄熱槽
   が建物の外壁または梁などの構造物体の中に収蔵
   されかつこの蓄熱槽が蓄熱物質を封入した多数の
   蓄熱器ユニツトの集合体で構成され、この各々の
   蓄熱器ユニツトが太陽熱または建物内発生熱で融
   解可能な蓄熱物質を封入した容器からなり、この
   各々の容器内に熱媒気体を通す通路と熱媒液体を
   通す通路とが独立して形成されていることを特徴
   とする建物の構造物体を蓄熱槽に利用した蓄熱装
   置。