JPH06159953A

JPH06159953A - 潜熱蓄熱装置

Info

Publication number: JPH06159953A
Application number: JP4335407A
Authority: JP
Inventors: Isamu Akiyama; 勇秋山
Original assignee: Takata Corp
Current assignee: Takata Corp
Priority date: 1992-11-20
Filing date: 1992-11-20
Publication date: 1994-06-07

Abstract

(57)【要約】【目的】外部の熱源を利用して蓄熱を行い、給湯、温
風暖房を行う。【構成】蓄熱材の充填された蓄熱モジュール２内に外
部熱源１５から排熱が導入される熱流路を形成する。こ
の熱流路との熱伝達により蓄熱材に蓄熱し、蓄熱モジュ
ール２の外側表面に複数の熱電素子２２を配設する。蓄
熱モジュール２内の所定位置に熱電素子２２の起電力に
より蓄熱材を加熱可能な補助ヒータ３を装着する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は潜熱蓄熱装置に係り、特
に外部熱源からの排熱を蓄熱材に蓄熱するとともに、熱
電素子による起電力を利用した補助加熱手段を用いて前
記蓄熱材を加熱して効率良く給湯、温風供給を行えるよ
うにした潜熱蓄熱装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】熱エネルギーは、エネルギー利用形態の
うちでも占める割合が大きく、また各種エネルギーの変
換、使用時の損失分の大半が熱エネルギーとして失われ
ていることが知られている。このためこの熱エネルギー
を蓄え、必要なときに必要な量のエネルギーを取り出
し、有効に利用しようという種々の蓄熱技術が古くから
開発されてきている。１９世紀には工場排ガス熱を蓄熱
により回収したり、発電に利用したりする試みも行われ
ている。また、１９７０年代後半のオイルショック、石
油に代表される化石燃料の有限性のクローズアップ等か
ら省資源、省エネルギー効果の大きい蓄熱技術が大いに
注目されるに至っている。

【０００３】この蓄熱技術には顕熱蓄熱、潜熱蓄熱、化
学蓄熱等の方法が知られているが、顕熱蓄熱が蓄熱材の
比熱に依存した単純な温度変化を利用しているのに対し
て、潜熱蓄熱は蓄熱材の溶融潜熱を考慮することがで
き、蓄熱効率が良く、使用する蓄熱材の融点近くでより
高い熱容量が得られるのが特徴である。今日、この潜熱
蓄熱の技術の有効性が認められ、潜熱蓄熱に関する研究
が蓄熱材の開発や潜熱蓄熱器を利用した蓄熱技術に至る
まで広く進められている。すなわち、給湯、温風供給を
目的とした比較的低温蓄熱のための蓄熱材と、太陽熱発
電等を目的とした高温蓄熱のための蓄熱材とでは、求め
ている熱特性の基準が異なるため、用途に応じた蓄熱材
の開発、選定が重要なポイントとなっている。

【０００４】たとえば、工業技術院のサンシャイン計画
では、既設個人住宅用の潜熱蓄熱器としては融点９４℃
のアンモニウム・ミョウバン（ＮＨ₄Ａｌ(ＳＯ₄)₂・１
２Ｈ₂Ｏ）が蓄熱材として利用され、太陽熱発電プラン
トとしては融点３５７℃の塩化リチウム・塩化カリウム
の混合塩（ＬｉＣｌ−ＫＣｌ）が採用されている。ま
た、蓄熱材を貯蔵する容器構造についても種々の検討が
なされている。潜熱蓄熱では蓄熱材と熱媒体とは別々に
存在し、両者の間で熱交換操作を行うことにより蓄熱材
に熱エネルギーを蓄熱するようになっている。したがっ
て、蓄熱材の伝熱面積を大きくとることを目的として蓄
熱材を封入した小さなカプセルを容器内に多数整列配置
して熱交換効率を向上させる構造等がとられている。

【０００５】一方、外部の熱源から排出される排熱の熱
エネルギーから直接起電力を生じさせる素子として熱電
素子が知られている。この熱電素子はＰ型半導体とＮ型
半導体とを接合した熱電モジュールを構成し、半導体同
士の接合部面を排熱路等に接して高温状態にし、他端の
低温部との温度差によるゼーベック効果で起電力を生じ
させることができる。適用機器としては自動車排気ガス
等を利用し、熱電素子による起電力をバッテリー等に蓄
電するようにした排熱回収装置等が提案されている（特
開昭５８−３５２２２号公報参照）。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、前述の潜熱
蓄熱材は蓄熱密度が高い上に熱伝導率が小さいので、蓄
熱材単位体積当たりの伝熱面積を大きくしないと、十分
な熱交換が行えないという問題がある。また、開発され
ている潜熱蓄熱器では、内部の蓄熱材にエネルギーを蓄
える、すなわち蓄熱材を溶融させるのに、深夜電力等の
商用電力が使用され、ヒータ等を加熱して熱エネルギー
を蓄熱材に与えているが現状である。さらに蓄熱された
熱エネルギーにより温水等を得て給湯等に利用した場
合、余剰の蓄熱分を温水等の温調のために有効に利用し
たいという要請もある。

【０００７】そこで、本発明の目的は前述した従来の技
術が有する問題点を解消し、外部熱源等から排出された
排熱を装置内に収容された潜熱蓄熱材に導入して蓄熱す
るとともに、さらに蓄熱された熱エネルギーを熱電発電
により電気エネルギーに変換し、蓄熱材の再加熱等に利
用できるようにした潜熱蓄熱装置を提供することにあ
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は外部熱源から導入される熱流路が内部に形
成され、該熱流路との熱伝達により蓄熱可能な蓄熱材の
充填された蓄熱材容器に配設された熱電素子と、前記蓄
熱材容器内の所定位置に装着され、前記熱電素子の起電
力により前記蓄熱材を加熱可能な加熱手段とを備えたこ
とを特徴とするものである。

【０００９】また、前記熱流路を切り換えて用水流路と
し、該用水流路を通過する用水を前記蓄熱材との熱交換
により所定温度に加熱し、温水供給を可能にすることが
好ましい。さらに、前記熱流路を切り換えて送風流路と
し、該送風を前記蓄熱材との熱交換により所定温度に加
熱し、温風供給を可能にすることが好ましい。加えて前
記熱電素子の低温端子側に冷却流路を形成したり、前記
蓄熱材容器の横断面形状を螺旋状とすることが好まし
い。

【００１０】

【作用】本発明によれば、蓄熱材の充填された蓄熱材容
器内に外部熱源から排出される熱が導入される熱流路を
形成し、該熱流路での熱伝達により蓄熱材に蓄熱し、前
記蓄熱材容器に熱電素子を配設し、前記蓄熱材容器内の
所定位置に前記熱電素子の起電力により前記蓄熱材を加
熱可能な加熱手段を装着したので、断続的に熱流路を通
過する排熱ガスの熱を有効に蓄熱材に蓄熱して定常的に
高温を保持する熱源を形成できるとともに、さらにこの
高温状態から放熱する蓄熱材の余剰熱エネルギー分を利
用して前記蓄熱材容器に接触配置させた熱電素子による
熱電発電を行い、前記蓄熱材の加温、保温を何時でも制
御しながら行え、排熱を多段的に有効利用できる。

【００１１】また、前記熱流路を切り換えて用水流路と
し、該用水流路を通過する用水を前記蓄熱材との熱交換
により何時でも所定温度に加熱して温水供給したり、前
記熱流路を切り換えて送風流路とし、該送風を前記蓄熱
材との熱交換により何時でも所定温度に加熱して温風供
給したりすることにより、外部の熱源から断続的に排出
される熱エネルギーを一定の高温状態に蓄熱保持してお
き、その熱エネルギーを利用することで、経済的で省エ
ネルギーの見地から好ましい給湯、温風暖房システムを
実現できる。加えて前記熱電素子の低温端子側に冷却流
路を形成することにより、熱電素子の発電効率を高める
ことができ、また前記蓄熱材容器の横断面形状を螺旋状
とすることで高温給湯の効率化を図ることができる。

【００１２】

【実施例】以下本発明による潜熱蓄熱装置の一実施例を
図１を参照して説明する。図１は本発明による潜熱蓄熱
装置を中心として構成された給湯システムの概略構成図
を示している。同図において、２点鎖線で囲まれたブロ
ック１内には本発明による潜熱蓄熱装置の主要構成部分
である蓄熱モジュール２と、この蓄熱モジュール２内の
補助ヒータ３に接続された蓄電池４と、補助ヒータ３を
運転制御するための温度センサ５とが示されている。

【００１３】また、給湯システム全体の構成フローとし
ては、潜熱蓄熱装置のブロック１の給湯流路の上流側に
は、所定水量の用水を供給可能な主水源６と、この主水
源６から蓄熱モジュール２に所定量の用水を供給可能な
ポンプ７と、潜熱蓄熱装置への用水流入量を調整する流
量調整弁８とが直列に配置されている。一方、潜熱蓄熱
装置のブロック１の下流側には、補助水源９からの流路
が三方弁１０を介して流量調整可能に接続されている。
この補助水源９は、潜熱蓄熱装置で加熱された高温水に
冷却水を混合し、所定温調をするためのものである。さ
らに、供給水量、水温調整の制御を行うために外部コン
トローラ１１が設けられている。外部コントローラ１１
には流路上に設置された熱電対等の温度センサ１２から
の水温情報が送られ、水温及び供給水量を制御するため
にポンプ７と弁８と蓄熱モジュール２の補助ヒータ３の
内部コントローラ１３に動作指令が送られる。

【００１４】次に、前述の潜熱蓄熱装置ブロックの概略
構成を図１を参照して説明する。蓄熱モジュール２は、
蓄熱容器２１内に潜熱蓄熱材が封入され、複数個が連結
された蓄熱セル２０の集合体である。個々の蓄熱セル２
０の一部には給水流路１４が貫通しており、さらに外部
の排熱源１５から送られる高温の排熱ガスを外部に排出
するための排熱流路１６が、蓄熱セル２０内で給水流路
１４と並列に延在するように接続されている。この排熱
ガスの熱量が熱交換により蓄熱材料に導入され蓄熱され
る。

【００１５】また、蓄熱容器２１の周囲には複数の熱電
素子２２が蓄熱容器２１の外側表面に密着するように配
設されており、高温蓄熱された蓄熱モジュール２からの
伝熱作用を利用して熱電素子２２により熱電発電が行わ
れる。この熱電発電により得られた起電力は制御回路１
７を介して蓄電池４に充電され、所定タイミングで前述
の蓄熱モジュール２内に収容されている補助ヒータ３を
加熱する。したがって補助ヒータ３を利用して蓄熱モジ
ュール２内に配置されている温度センサ５からの温度情
報により経路上の内部コントロール１３で蓄熱モジュー
ル２の温度調整を行える。以上の潜熱蓄熱装置ブロック
１により、排熱を利用するだけで主水源６から送水され
る用水を所定温度まで高め、各所に給湯することができ
る。

【００１６】以下において、蓄熱モジュール２の構成の
詳細な説明を行い、種々の変形例について併せて説明す
る。図２は蓄熱モジュール２を構成する蓄熱セル２０の
一例を、その横断面が現れるように示した説明図であ
る。この蓄熱セル２０は外形がほぼ立方体をなしたステ
ンレス製の蓄熱容器２１からなり、その内面に断熱材２
３により均一層厚の断熱層が形成されている。使用する
断熱材としては、たとえば４００〜６００℃の範囲に融
点を持つ蓄熱材を用いる場合、無機材料を用いるのが有
効である。その際、ロックウール、ケイ酸カルシウム
（ゾノライト系、トベルモライト系）、パーミキュライ
ト、セラミックファイバー、カーボン等をそのまま充填
する方法あるいはさらに断熱性を持たせるためにジルコ
ニアの粉末等を充填し内部を真空にする方法等をとるこ
とができる。さらにその内部には偏平板状の蓄熱材カプ
セル２４が上下に間隔をあけて断熱層内面にその端部が
固着されるように配置されている。この蓄熱材カプセル
２４で挟まれて形成された空間が排熱流路２５を形成
し、この排熱流路２５内を熱媒である排熱ガス等が通過
するようになっている。なお、蓄熱材カプセル２４には
内部に充填されている蓄熱材２６と排熱ガス等の熱媒と
の伝熱速度を得るためにステンレス等の金属材料が使わ
れている。

【００１７】また、蓄熱材カプセル２４内に充填される
蓄熱材としては４００℃（６７３Ｋ〜６００℃（８７３
Ｋ）の融点を持ち、潜熱が大きい高温蓄熱の可能な材料
が選定されている。たとえば、蓄熱密度が大きく装置の
小型化を図りやすい蓄熱材料としては、水酸化リチウム
−フッ化リチウムの混合塩（ＬｉＯＨ−ＬｉＦ）や水酸
化リチウム−炭酸リチウムの混合塩（ＬｉＯＨ−Ｌｉ₂
ＣＯ₃）、塩化リチウム−フッ化リチウムの混合塩（Ｌ
ｉＣｌ−ＬｉＦ）、水素化リチウム−塩化ナトリウム
（ＬｉＨ−ＮａＣｌ）や水酸化リチウム単一成分塩（Ｌ
ｉＯＨ）等がある。コストを抑えた装置を作れる安価な
蓄熱材料として、塩化ナトリウム−塩化マグネシウムの
混合塩（ＮａＣｌ−ＭｇＣｌ₂）、フッ化リチウム−フ
ッ化ナトリウム−塩化ナトリウムの混合塩（ＬｉＦ−Ｎ
ａＦ−ＮａＣｌ）、塩化ナトリウム−塩化カルシウムの
混合塩（ＮａＣｌ−ＣａＣｌ₂）、塩化ナトリウム−塩
化カリウムの混合塩（ＮａＣｌ−ＫＣｌ）等がある。ま
た、熱伝導性の大きな蓄熱材料として亜鉛（Ｚｎ）等の
単一金属やアルミニウム−シリコン合金（Ａｌ−Ｓ
ｉ）、アルミニウム−銅−マグネシウム−亜鉛合金（Ａ
ｌ−Ｃｕ−Ｍｇ−Ｚｎ）等がある。以上に例示したもの
は共融塩とすることにより融点調整を行っている。

【００１８】さらに蓄熱材２６の内部のほぼ中央位置に
は、補助ヒータ３として遠赤外線ヒータ２７がセットさ
れている。この遠赤外線ヒータ２７はセラミックス外被
放射体を有する線状ヒータで、排熱ガスの流れ方向に平
行に延設されている。またヒータ種類としては遠赤外線
ヒータの他に、抵抗加熱ヒータ等を使用することもでき
る。

【００１９】一方、蓄熱容器２１内には蓄熱材カプセル
２４で排熱流路２５と仕切られた２本の冷却流路２８が
蓄熱材カプセル２４の上下位置に形成され、蓄熱材カプ
セル２４の外側面には複数の熱電素子２２がほぼ全面に
わたり配設されている。この冷却流路２８には蓄熱時に
冷却水、冷却空気等の冷媒が導入され、蓄熱作用と同時
に行われる熱電発電における熱電素子２２の低温側端子
の冷却が行われる。

【００２０】ここで、給湯時の操作について説明する。
排熱ガスが蓄熱セル２０内の排熱流路２５を通過する
際、この排熱ガスと蓄熱材カプセル２４の壁面との伝熱
を介して蓄熱材２６は蓄熱される。また給湯が行われな
い場合、特に蓄熱時には前述の主水源６から冷却流路２
８に冷却水を送り、熱電素子２２の冷却を行えるように
なっており、その後給湯時には主水源６からの送水を図
示しないバルブで切り換えて給湯用水として前述の排熱
流路２５を通過させる。この給湯用水は蓄熱の完了した
高温部を通過するので、所定温度まで加熱される。さら
に蓄熱モジュール２を通過した高温水は温調部の補助水
源９からの温度調整用の冷却水と三方弁１０で混合さ
れ、三方弁１０を挟んだ位置に配置された温度センサ１
２で温度を検知しながら所望の温度に調整され給湯され
る。

【００２１】ところで、図４（ａ）は、熱電素子２２の
一例を示した概略図であり、鉄ケイ化物にドーパント金
属を複合化（鉄−シリサイド系（ＦｅＳｉ₂））して形
成したｐ型半導体３０とｎ型半導体３１とを先端で接合
した細長い略Ｕ字形をなす単体素子でアルミベース３２
を介して端部からリード線３３を延出させた構造になっ
ている。この基本形状を適宜設定して、図２に示したよ
うな形状の熱電素子２２を製作している。

【００２２】ここで、熱電素子２２の熱電作用を図４
（ａ）を例に説明する。熱電素子２２の高温端２２ａを
加熱した際、低温側端子２２ｂとの温度差（Δｔ）にお
いて、ゼーベック効果によりｐ型半導体３０の低温側端
子２２ｂを＋端、ｎ型半導体３１の低温側端子２２ｂを
−端とした電圧が発生し、本実施例のように補助ヒータ
等の負荷抵抗を接続することで所定の起電力を取り出す
ことができる。また図２に示したように、所定起電力を
確保するために熱電素子２２は蓄熱材カプセル２４の外
面全面に配設されモジュール化されている。すなわち各
熱電素子２２は各低温側端子２２ｂが直列に結線されて
おり、蓄熱セル全体でモジュール化された複数の熱電素
子で所定の起電力を得るように設計されている。以下に
おいて、モジュール化された熱電素子２２をさす場合に
は、熱電モジュール３８と記す。

【００２３】本実施例では前述のように鉄−シリサイド
系（ＦｅＳｉ₂）半導体が使用されているが、この半導
体での熱発電能力としては高温端温度７６０℃（１０３
３Ｋ）、低温側温度２５０℃（５２３Ｋ）の時に熱電素
子２２の内部抵抗の変化に応じて最大電力６０ｍＷを見
込むことができる。本実施例以外の熱電半導体として
は、やや低温に設定する場合にII−V族化合物のＺｎＳ
ｂが４５０℃（７２３Ｋ）程度以下において、高い熱電
能を示すｐ型半導体として好適である。また、IV-VI族
化合物のＰｂＴｅの添加不純物を変化させ、幅広い熱特
性を得ることも可能である。V-VI族化合物として、ビス
マステルル系化合物Ｂｉ₂Ｔｅ₃、他にＳｂ₂Ｔｅ₃、Ｂｉ
₂Ｓｅ₃、Ｂｉ₂Ｔｅ₃とＳｂ₂Ｔｅ₃の固溶体、Ｂｉ₂Ｓｅ₃
とＢｉ₂Ｔｅ₃の固溶体等を挙げることができる。

【００２４】図４（ｂ）は前述のＢｉ₂Ｔｅ₃を使用して
π型素子３５を構成し、複数の素子を直列に連結して高
温側を接合板３６で支持し、低温側で隣接したｐ型素子
とｎ型素子の端子接続３７を行うようにした熱電モジュ
ール３８を示したものである。

【００２５】図５は、高効率の熱電発電を行うために熱
電素子２２をカスケード構造やセグメント構造とした変
形例を示した模式構造図である。同図（ａ）はカスケー
ド構造を示しており、温度特性の異なる異種材料からな
る熱電素子２２ａ、２２ｂ、２２ｃを電気絶縁層３９を
介在させて積層することにより高出力を得ることができ
る。これにより温度勾配に応じて各素子で発電効率が最
大になるように熱電素子２２を組み立てることができ
る。同図（ｂ）はセグメント構造を示しており、所定の
温度勾配となる各温度領域において、性能指数の大きな
異種の熱電素子材料２２ａ、２２ｂ、２２ｃが温度勾配
方向に直列に溶着されて１個の熱電素子２２が構成され
ている。

【００２６】また図２に示したように一方、各熱電素子
２２の低温側端子の表面にはフィンパターン４０が形成
されている。このフィンパターン４０は熱電素子２２の
低温側端子の冷却のために設けられ、冷却流路２８内を
通過する空気や水との熱伝達を促進するいわゆる中断フ
ィンの役割を果たす。この場合熱電素子２２の低温側端
子表面に沿って流れる冷媒（空気、水）が形成する境界
層の連続的な発達を阻止し分断することにより平均熱伝
達率を向上させる。このフィンパターン４０の形状とし
ては図示したようなスリットフィンの他、ピンフィン、
波形フィン、フラットフィン、ステアフィン、ルーバー
フィン等の種々の形状をとれ、その寸法も冷却流路２８
の内のり寸法に合わせて任意に設定することができる。

【００２７】図３は複数の蓄熱セル２０を図示しないラ
ック上に多段に配列し、蓄熱モジュール２を構成した例
を示したものである。排熱ガスの流路方向に関し、直列
多段に配置する場合には、上流側の排熱温度と下流側の
排熱温度とに温度差が生じるので、使用する潜熱蓄熱材
の材質を変えて使用することも可能である。その場合、
本実施例では、使用している熱電素子の熱電効果が十分
得られるように、最も下流側でも４００℃（６７３Ｋ）
程度の排熱温度が確保されるような潜熱蓄熱材料を使用
することが好ましい。なお、使用する熱電素子２２によ
る熱電発電が、比較的低温の端子間の温度差（Δｔ）で
実現できる場合には、もっと低い動作温度域を示す熱電
素子を使用しても良いことはいうまでもない。

【００２８】次に、図６〜図９を参照して前述の蓄熱セ
ルの変形例について説明する。図６は、熱媒の流れ方向
の前後面が略半球状で本体部が円筒形状をした蓄熱容器
２１を有する蓄熱セル２０の縦断面図を示している。こ
の蓄熱容器２１の内面には均一厚の断熱層２３が形成さ
れている。図示しない排熱源からの排熱ガスは蓄熱容器
２１内を貫通する排熱パイプ２９内を通過するように設
計されている。さらにその内部において、排熱パイプ２
９の周囲を取り囲むように円環筒状の蓄熱材カプセル２
４が嵌挿されている。この蓄熱材カプセル２４からはピ
ンフィン４１が所定間隔で突設されており、排熱パイプ
２９内を通過する熱流からの熱伝達を促進する役割を果
たしている。

【００２９】蓄熱材カプセル２４の外周には前述の熱電
モジュール３８が周状に形成されており、さらにその外
周にはフィンパターン４０が形成され、伝熱面積の増
加、境界層の発生防止により蓄熱容器２１内の冷却流路
２８を通過する冷媒との熱伝達を促進するようになって
いる。なお、線状ヒータ２７は蓄熱材カプセル２４の周
方向に所定間隔で排熱下流側から貫入されており、熱電
素子２２による起電力を利用して潜熱蓄熱材２６の温度
保持及び加熱を行うことができるようになっている。こ
の変形例によれば、図２に示した蓄熱セル２０に比べ、
排熱パイプや冷却流路２８の取り合いを容易に設計でき
るという利点がある。この利点は複数の蓄熱セルを組み
合わせて蓄熱モジュールを構成する場合に特に顕著であ
る。

【００３０】図７は隣接する４本の蓄熱セルにより１個
の冷却流路を構成した変形例を示したものである。本変
形例では、蓄熱材カプセル２４を蓄熱セルとしてそのま
ま利用できるという利点がある。蓄熱材カプセル２４は
図７に示したように角面取りの施された略直方体形状を
なし、その中央部分に排熱パイプ２９がの形成され、そ
の外面には熱電モジュール３８が配置されている。この
蓄熱セルを図７に示したように４本を束ねて組み立てる
ことで、熱電モジュール３８の取着面に包囲された略四
角形状の冷却流路２８が形成される。本変形例はこのよ
うな構成をとることから蓄熱セルを積み上げて蓄熱モジ
ュール２を作ると同時に冷却流路２８を形成でき、個々
の蓄熱セルの構造を簡単にできる。

【００３１】図８は略エ字形の蓄熱材カプセル２４を横
方向に並べることで排熱パイプと冷却流路２８とを同時
に形成するようにした変形例を示したものである。図８
に示したように隣接配置された蓄熱材カプセル２４のウ
ェブ位置の凹所面に熱電モジュール３８を取着すること
で、その凹所空間で冷却流路２８を形成でき、さらに同
様に隣接する凹所空間を利用して排熱パイプ２９も形成
できる。同図では棒状ヒータ２７が下面側から貫入する
ように配置されているが、このようにヒータを配置する
ことでヒータ結線を蓄熱モジュール２の下面側に集中さ
せることができ、排熱や冷媒を送るための側面スペース
を余裕をもってとることができる。

【００３２】図９は排熱管４５を通過する排熱ガスの熱
をヒートパイプ４６により蓄熱セル２０に導き、その伝
熱された熱を銅等の高熱伝導性金属製の蓄熱材カプセル
２４に蓄熱するタイプの変形例を示している。この変形
例では熱電モジュール３８が外面に露出し、その表面全
面にわたりテントフィン等のフィンパターン４０が形成
され、外気により低温側端子の冷却が行えるようになっ
ている。したがって、蓄熱材カプセル２４内に形成され
た流路２８は用水または空気の加熱のみに利用される。

【００３３】次に、蓄熱材カプセルの形状を変え、伝熱
効率を高めた変形例について図１０〜図１２を参照して
説明する。図１０は蓄熱セル２０の横断面を示したもの
で、蓄熱材カプセル２４は横断面が螺旋形状をなし、そ
の外周に熱電モジュール３８が前述の例と同様に配置さ
れ、断熱材を有する蓄熱容器２１内に収容されている。
このような構成をとることにより排熱流路２５と蓄熱材
カプセル２４との伝熱面積を大きくすることができ、蓄
熱材２６を迅速に所定蓄熱温度まで高めることができる
一方、給湯時に用水が通過する際の熱交換面積が大きく
とれ、瞬時に高温用水を供給することができる。

【００３４】同図において、その端面には粉状、粒状あ
るいはペースト状の潜熱蓄熱材料を封入するための蓄熱
材注入孔２４ａが所定位置に複数個形成されている。こ
の蓄熱材注入孔２４ａは蓄熱材注入の際にカプセル内部
の空気抜孔の役割も果し、蓄熱材注入後、各孔は閉塞さ
れる。またヒータ２７は螺旋状に形成された排熱流路２
５内の所定位置に配設されている。

【００３５】また図１０に示した蓄熱セル２０を排熱流
れ方向に直列多段配置した例が図１１に示されている。
同図では説明のために蓄熱容器２１を取り除いた状態が
示されている。同図から明らかなように各蓄熱セルの排
熱流路２５を所定角度ごとにずらして各蓄熱セルが配置
されているので、排熱ガスの流れが乱され、蓄熱セルに
対する伝熱効率を高めることができる。同図において
も、前述のように使用する蓄熱材料を所定蓄熱セルごと
に変えて各段での蓄熱効率を最大にすることができる。

【００３６】図１２は図１０に示した蓄熱材カプセル２
４の形状の変形例を示したものである。同図（ａ）は図
１０に示した蓄熱材カプセル２４を全体が長円形状の螺
旋形とした変形例を示している。このような形状にする
ことにより蓄熱材カプセル２４を収容する蓄熱容器２１
の形状を略直方体形状とすることができ、モジュールの
構成をコンパクトにすることができるという利点があ
る。また、同図（ｂ）は同様に全体が長円形状の螺旋形
蓄熱材カプセル２４の厚みを薄くし、排熱流路２５の断
面積を増やした変形例を示している。これにより排熱流
路２５内を通過する排熱ガスの流速を増加させ、高温化
に対応できるようになっている。

【００３７】以下、図１３〜図１７において、いままで
説明した潜熱蓄熱モジュール２を各種設備に適用した潜
熱蓄熱装置の例について説明する。図１３は、本発明に
よる潜熱蓄熱装置を中心として構成された温風暖房シス
テムの概略構成図を示している。同図の２点鎖線で囲ま
れたブロック１は、図１と同様の本発明による潜熱蓄熱
装置の主要構成部分である。このブロック１は蓄熱モジ
ュール２と、この蓄熱モジュール２に接続された蓄電池
４と、蓄電池４により加熱される補助ヒータ３と、蓄熱
モジュール２内の温度を検知するための温度センサ５と
から構成されている。

【００３８】温風暖房システム全体の構成フローとして
は、潜熱蓄熱装置のブロックの空気流路の上流側に、所
定風量を送風可能なファン５０と、潜熱蓄熱装置への所
定流入量を調整する流量調整弁５１とが直列に配置され
ている。一方、潜熱蓄熱装置のブロックの下流側には、
温調用ファン５２が設けられており、三方弁５３を介し
て温調用冷却空気を流路内に供給できるようになってい
る。さらに、供給風量、温風が送られる室内の温度調整
の制御を行うために外部コントローラ５４が設けられて
いる。外部コントローラ５４には経路上に設置された熱
電対等の温度センサ５５、５６からの送風温度情報が送
られ、また送風温度及び送風量を制御するためにファン
５０と調整弁５１とに動作指令が送られる。この変形例
においても熱電モジュールにより補助ヒータ３を加熱さ
せることができ、蓄熱材を高温に保持することができ
る。

【００３９】図１４は前述の給湯機能と温風暖房機能と
を熱交換器を介して一体的に実現した給湯・温風暖房シ
ステムの概略構成を示している。同図において、潜熱蓄
熱装置の下流側には熱交換器６０が配置されている。本
実施例ではフィンチューブ形熱交換器が使用されてお
り、用水の流路を構成する銅管チューブ６１内を潜熱蓄
熱装置ブロック１から出てきた温水が通過し、管外の熱
交換器内６２をファン６３により送られた温風用空気が
流れ、両者の熱交換が行われる。その他の構成は前述の
給湯システムと温風暖房システムのものと同様であるた
め、その説明を省略する。

【００４０】図１５は図１４の構成に加え、補助熱源と
して太陽熱集熱器を併用した変形例を示したものであ
る。図中符号７０は太陽熱集熱器を示しており、この太
陽熱集熱器７０にポンプ７３を介して主水源６から用水
が送水され、集熱器内部に貯留された用水は太陽熱によ
り所定温度まで暖められ、温水として混合弁に送られ、
主水源６からの冷水と混合され、蓄熱モジュール２に送
水される。太陽熱集熱器７０の構成としては、本実施例
では非集光型集熱器が用いられているが、フレネルレン
ズ、反射鏡等の集光機構を備えた集熱器を使用すること
も可能である。

【００４１】また、この集熱器７０の表面には結晶系Ｓ
ｉ太陽電池発電モジュール７１が全面に配設されるとと
もに、集熱器を熱源として熱電モジュール７２が配置さ
れている。これにより太陽熱による用水の加熱と同時
に、太陽光による光電変換発電と太陽熱による熱電発電
とを補助的に行える。なお、使用する太陽電池の種類と
しては他に、アルファモス系Ｓｉ電池やＧａＡｓ等のII
I−V族化合物半導体からなる太陽電池を選択することが
できる。

【００４２】太陽電池発電モジュール７１及び熱電モジ
ュール７２と蓄電池４との間の回路上には逆流防止ダイ
オードを有する電圧制御回路７４が設けられており、二
次電池である蓄電池４が過充電により破壊したり、太陽
電池発電モジュール７１及び熱電モジュール７２が蓄電
池４の電圧より低い場合に電流が太陽電池側に逆流しな
いようになっている。

【００４３】図１６は家庭用小型給湯器に本発明を適用
した実施例を示したものである。従来この種の給湯器は
内部に熱交換器を備えており、内蔵バーナーを燃焼させ
て用水を加熱するとともに冷水との混合により所定温度
の温水を得ている。本実施例では、給湯器本体８０には
バーナー等の熱源はなく、外部熱源として台所等にある
ガステーブル８１から得られる排熱をヒートパイプ８２
を介して給湯器８０まで伝熱させて利用している。給湯
器８０は断熱材８３により覆われた２槽の貯留部８４か
らなり、その内部は前述と同様の蓄熱モジュール８５が
収容されている温水部８６と、給水弁Ｂから供給される
冷水を混合して高温水を所定温度に調整する温調部８７
とに分離されている。温調部８７ではコントローラ８８
での設定温度を温度センサ８９が検知しながら冷水が混
合され、出湯栓９０からは所定温度の温水が供給され
る。同図には図示していないが、熱電モジュールを設け
て蓄熱材の保温加温を行うようにもなっている。

【００４４】図１７は移動可能な温風器の例を示してお
り、この温風器９１も図１６と同様の台所等にあるガス
テーブル８１から得られる排熱をヒートパイプ８２を介
して内部の蓄熱部９２に伝熱させる方式をとっている。
蓄熱時には、図示したように温風器９１内に収容された
蓄熱モジュール９２の一部にヒートパイプ８２の放熱端
８２ａを固定して蓄熱を行い、暖房時にはヒートパイプ
８２を切り離して温風器９１のみを好きな場所に自由に
移動できる。このとき熱電モジュール９３による熱電発
電により内部の送風ファン９４を回転させる。これによ
り高温状態の蓄熱材９８からの放熱を熱反射板９５及び
ルーバー９６の調整により外部に温風として放出するこ
とができる。また温風の高低温度調整のために熱電モジ
ュール９３に接続された補助ヒータ９７を使用すること
もできる。同図では補助ヒータ９７は蓄熱材９８内に埋
設され、蓄熱材９８を加熱、保温するようになっている
が、発熱状態のヒータ９７に対して送風ファン９４で風
を送るようにしても良い。

【００４５】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、熱源から断続的に排出される排熱の熱エネル
ギーのみを有効利用して常時、適温な給湯、温風暖房を
実現でき、また蓄熱された際に放熱される余剰熱エネル
ギー分を熱電発電により再度、温調等に利用でき省資
源、省エネルギーの見地から高い効果を期待できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による潜熱蓄熱装置を備えた給湯システ
ムの一実施例を示した概略構成図。

【図２】本発明による蓄熱セルの一例を示した部分断面
斜視図。

【図３】図２に示した蓄熱セルを組み立てて熱電モジュ
ールを構成した一例を示した斜視図。

【図４】本発明に用いられる熱電素子の一例を示した正
面図。

【図５】熱電素子の変形例を示した正面図。

【図６】本発明による蓄熱セルの変形例を示した縦断面
図。

【図７】本発明による蓄熱セルの変形例を示した部分断
面斜視図。

【図８】本発明による蓄熱セルの変形例を示した部分断
面斜視図。

【図９】本発明による蓄熱セルの変形例を示した部分断
面斜視図。

【図１０】本発明による蓄熱セルの変形例を示した横断
面図。

【図１１】図１０に示した蓄熱材容器の配置例を示した
斜視図。

【図１２】本発明による蓄熱材容器の変形例を示した部
分端面斜視図。

【図１３】本発明による潜熱蓄熱装置を備えた温風暖房
システムの一実施例を示した概略構成図。

【図１４】本発明による潜熱蓄熱装置を備えた給湯・温
風暖房システムの一実施例を示した概略構成図。

【図１５】図１４に示した給湯・温風暖房システムの変
形例を示した概略構成図。

【図１６】本発明による潜熱蓄熱装置を備えた給湯器の
一実施例を示した概略構成図。

【図１７】本発明による潜熱蓄熱装置を備えた温風器の
一実施例を示した概略構成図。

【符号の説明】

１潜熱蓄熱装置ブロック２，９２蓄熱モジュール３，２７，９７補助ヒータ４蓄電池６主水源１５排熱源２０蓄熱セル２１蓄熱容器２２熱電素子２３断熱材２４蓄熱材カプセル２５排熱流路２６，８５，９８蓄熱材２８冷却流路３８，７２，９３熱電モジュール４０，４２フィンパターン４５排熱管４６，８２ヒートパイプ５０，５２，６３，９４ファン６２熱交換器７０太陽熱集熱器７１太陽電池モジュール８０給湯器９１温風器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】外部熱源から導入される熱流路が内部に形
成され、該熱流路との熱伝達により蓄熱可能な蓄熱材の
充填された蓄熱材容器と、該蓄熱材容器に配設された熱
電素子と、前記蓄熱材容器内の所定位置に装着され、前
記熱電素子の起電力により前記蓄熱材を加熱可能な加熱
手段とを備えたことを特徴とする潜熱蓄熱装置。
【請求項２】前記熱流路を切り換えて用水流路とし、該
用水流路を通過する用水を前記蓄熱材との熱交換により
所定温度に加熱し、温水供給を可能にしたことを特徴と
する請求項１記載の潜熱蓄熱装置。
【請求項３】前記熱流路を切り換えて送風流路とし、該
送風を前記蓄熱材との熱交換により所定温度に加熱し、
温風供給を可能にしたことを特徴とする請求項１記載の
潜熱蓄熱装置。
【請求項４】前記熱電素子の低温端子側に冷却流路を形
成したことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれ
か１項に記載の潜熱蓄熱装置。
【請求項５】前記蓄熱材容器は横断面形状を螺旋状とし
たことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１
項に記載の潜熱蓄熱装置。