WO2019244202A1 - 蓄熱器、蓄熱システム及び蓄熱方法 - Google Patents

蓄熱器、蓄熱システム及び蓄熱方法 Download PDF

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WO2019244202A1
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heat storage
utilization
storage material
pipe
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PCT/JP2018/023098
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泰光 野村
一法師　茂俊
俊圭 鈴木
純一 中園
英治 信時
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三菱電機株式会社
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    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/14—Thermal energy storage

Definitions

  • the present invention relates to a heat storage device, a heat storage system, and a heat storage method for storing heat.
  • Patent Literature 1 discloses that a heat storage material, a heat transfer tube, and a fin are accommodated in a reaction vessel having an opening provided in an upper portion thereof, and a condensing section for condensing and liquefying water vapor to condense water.
  • a heat storage material container having a water transport path formed therein is disclosed.
  • Patent Literature 1 discloses a heat storage system that is a water heater provided with a heat storage material container.
  • the water vapor desorbed from the heat storage material rises through the opening of the reaction vessel and flows out of the reaction vessel, and is condensed in the condensing section to become water. It is stored in the water storage unit through the water transport route.
  • the heat storage material container disclosed in Patent Literature 1 includes a condensation unit and a water transport path outside the reaction container that stores the heat storage material
  • the heat storage system including the heat storage material container and the heat storage material container may have a heat storage material container. It becomes large.
  • the present invention has been made in order to solve the above-described problems, and provides a heat storage device, a heat storage system, and a heat storage method for realizing miniaturization.
  • the heat storage device is a heat storage material having a polymer and water exhibiting hydrophilicity and hydrophobicity depending on temperature, and heat exchanges with a heating fluid to heat the heat storage material and store heat in the heat storage material.
  • the heat exchanger includes a heat exchanger that exchanges heat with the use fluid to absorb heat from the heat storage material and release heat from the heat storage material, and a container filled with the heat storage material and housing the heat exchanger.
  • the heat storage device includes, in addition to the heat exchanger and the container, a heat storage material having a polymer that exhibits hydrophilicity and hydrophobicity depending on temperature and water. Water is in a liquid state during heat storage in the heat storage material and heat release from the heat storage material. For this reason, a condensing section for condensing and liquefying steam and a water transport path through which liquefied water flows are unnecessary. Therefore, the heat storage device can be downsized.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing a heat storage device 100 according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 2 is a circuit diagram showing a heat storage system 500 according to Embodiment 1 of the present invention. It is a schematic diagram which shows the heat storage device 101 concerning Embodiment 2 of this invention.
  • FIG. 6 is a circuit diagram showing a heat storage system 501 according to Embodiment 2 of the present invention. It is a schematic diagram which shows the heat storage unit 102 according to Embodiment 3 of the present invention.
  • FIG. 9 is a circuit diagram showing a heat storage system 502 according to Embodiment 3 of the present invention.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a heat storage device 100 according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the heat storage device 100 includes a container 61, a heat exchanger 65, and a heat storage material 90.
  • the container 61 has, for example, a substantially rectangular parallelepiped shape, is made of SUS (stainless steel), and has a thickness of 1 mm.
  • the interior of the container 61 is filled with a heat storage material 90, and an air layer 95 is formed at the top.
  • the container 61 accommodates the heat exchanger 65, and has a plurality of openings on the upper and lower surfaces into which the heating pipe 66 and the heat utilization pipe 67 of the heat exchanger 65 are inserted.
  • the heat exchanger 65 is, for example, a fin-and-tube type, and includes a heating pipe 66, a heat utilization pipe 67, and a plurality of fins 68.
  • the heating pipe 66 is formed by processing a metal such as SUS or Cu into a cylindrical shape or a flat shape, and a heating fluid for heating the heat storage material 90 flows therein.
  • the heating pipe 66 is inserted into openings formed on the upper and lower surfaces of the container 61, and is provided across the inside and the outside of the container 61. Note that joints 69 are provided at both ends of the heating pipe 66.
  • the type of the joint 69 can be appropriately changed according to the structure of the heat storage system 500 in which the heat storage device 100 is provided, and examples thereof include a quick fastener joint and a Swagelok joint.
  • a quick fastener joint By providing the joint 69 in the heating pipe 66, it becomes easy to connect the heat storage device 100 to the heat storage system 500.
  • the heat utilization pipe 67 is formed by processing a metal such as SUS or Cu into a cylindrical or flat shape, and a heat utilization fluid for absorbing heat from the heat storage material 90 flows therein.
  • the heat utilization pipe 67 is inserted into openings formed on the upper surface and the lower surface of the container 61, and is provided across the inside and the outside of the container 61.
  • joints 69 are provided at both ends of the heat utilization pipe 67.
  • the type of the joint 69 can be appropriately changed according to the structure of the heat storage system 500 in which the heat storage device 100 is provided, and examples thereof include a quick fastener joint and a Swagelok joint.
  • the fins 68 are plates formed by processing a metal such as SUS or Al into a plate shape, and are arranged substantially in parallel. A plurality of openings are formed in the fin 68, and the heating pipe 66 and the heat utilization pipe 67 are inserted into the openings of the plurality of fins 68 arranged substantially in parallel while reciprocating a plurality of times.
  • the heat exchanger 65 exchanges heat with the heating fluid to heat the heat storage material 90 and store heat in the heat storage material 90, and exchanges heat with the heat utilization fluid to absorb heat from the heat storage material 90 and release heat from the heat storage material 90. .
  • the heating fluid flows downward from above in the vertical direction and the heat utilization fluid flows upward from below is illustrated, but the heating fluid and the heat utilization fluid flow in opposite directions.
  • the heating fluid may flow upward from below in the vertical direction, and the heat utilization fluid may flow downward from above.
  • an opening may be formed in the side surface of the container 61 so that the heating fluid and the heat utilization fluid flow in the horizontal direction.
  • the heat exchanger 65 may have any structure as long as it can heat and radiate the heat storage material 90, and its shape and material can be appropriately changed.
  • the heat exchanger 65 may have a shape in which the heating pipe 66 and the heat utilization pipe 67 are arranged at high density without having the fins 68.
  • the heat exchanger 65 may have a shape in which a layer in which the heating fluid flows, a layer in which the heat utilization fluid flows, and a layer filled with the heat storage material 90 are arranged in layers.
  • the heat storage material 90 has at least the polymer 92 and the water 91, and is, for example, a temperature-responsive gel.
  • the polymer 92 is a temperature-responsive polymer that exhibits hydrophilicity and hydrophobicity depending on the temperature.
  • the temperature is a lower critical solution temperature (Lower Critical Solution Temperature: LCST) for the water 91.
  • the polymer 92 shows hydrophilicity at a temperature lower than the lower critical solution temperature, and shows hydrophobicity at a temperature higher than the lower critical solution temperature.
  • polymer 92 examples include poly (N-ethyl (meth) acrylamide), poly (Nn-propyl (meth) acrylamide), poly (N-isopropyl (meth) acrylamide), and poly (N-cyclopropyl).
  • (Meth) acrylamide poly (N, N-dimethyl (meth) acrylamide), poly (N-ethyl-N-methyl (meth) acrylamide), poly (N-methyl-NNn-propyl (meth) acrylamide) , Poly (N-isopropyl-N-methyl (meth) acrylamide), poly (N, N-diethyl (meth) acrylamide), poly (N- (meth) acryloylpyrrolidine), poly (N- (meth) acryloylpiperidine) , Poly (N-ethoxyethyl (meth) acrylamide), poly (N-ethyl-N-methoxyethyl) ) Acrylamide), poly (N-methoxypropyl (meth) acrylamide), poly (N-ethoxypropyl (meth) acrylamide), poly (N-isopropoxypropyl (meth) acrylamide), poly (N-methoxyethoxypropyl (
  • the water 91 is preferably pure water, but may not be pure water as long as the water 91 does not contain a component that may deteriorate the polymer 92.
  • the water 91 is divided into bound water bound to the high-density crosslinked product of the polymer 92 and free water excluding the bound water. Since the polymer 92 has a hydrophilic swelling structure at a temperature lower than the lower critical solution temperature, the bound water of the water 91 forms a stable high-arrangement structure and increases the hydrogen bonding force. On the other hand, since the polymer 92 has a hydrophobic shrinkage structure at a temperature higher than the lower critical solution temperature, the bound water of the water 91 forms an unstable low array structure and weakens the hydrogen bonding force.
  • the heat storage material 90 can increase or decrease the hydrogen bonding force of the bound water before and after the lower critical solution temperature. As described above, since the heat storage material 90 can change the hydrogen bonding force of the bound water before and after the lower critical solution temperature, it has a high heat storage amount corresponding to the change in the hydrogen bonding force. Since the heat storage material 90 has a high heat storage amount, the filling amount of the heat storage material 90 filled in the container 61 can be reduced. Therefore, the heat storage 100 can be reduced in size.
  • the heat storage operation of the heat storage device 100 Next, the operation of the heat accumulator 100 will be described. First, the heat storage operation of the heat storage device 100 will be described.
  • the heating fluid flows through the heating pipe 66, the heat of the heating fluid is transmitted to the heat storage material 90 via the heating pipe 66 and the fins 68, and the temperature of the heat storage material 90 increases.
  • the temperature of the water 91 contained in the heat storage material 90 rises, the water 91 expands and its volume increases.
  • an air layer 95 is formed above the heat storage material 90 inside the container 61, and the air in the air layer 95 is compressed by the volume of the expanded water 91. Therefore, the volume of the container 61 can be kept substantially constant.
  • a pressure adjusting mechanism may be provided in the container 61 so that the pressure in the container 61 is adjusted by the pressure adjusting mechanism when the water 91 expands.
  • the polymer 92 contained in the heat storage material 90 contracts when the temperature rises and exceeds the lower critical solution temperature. This is called a shrinking step.
  • the shrinking step the bound water of the water 91 is reduced in arrangement and the hydrogen bonding force is reduced.
  • the heat storage material 90 absorbs the hydrogen bonding energy corresponding to the decrease in the hydrogen bonding force. That is, the polymer 92 has a shrinking step, and in the shrinking step, endothermic energy due to lower arrangement of the bound water of the water 91 is stored in the heat storage material 90.
  • the water 91 is in a liquid state. Thereafter, the heating fluid flows out of the container 61 at a reduced temperature.
  • the heat storage in the shrinking step is performed inside the container 61, and the water 91 is in a liquid state in the shrinking step. Therefore, in the heat storage device 100, the step of evaporating and the step of condensing the water 91 are unnecessary. Therefore, a condensing section for condensing and liquefying water vapor and a water transport path through which liquefied hot water flows are unnecessary. Therefore, the heat storage device 100 can be reduced in size.
  • Heat dissipation operation of heat storage unit 100 Next, the heat radiation operation of the heat storage device 100 will be described.
  • the heat utilization fluid flows through the heat utilization pipe 67
  • the heat of the heat storage material 90 is transmitted to the heat utilization fluid via the heat utilization pipe 67 and the fins 68, and the temperature of the heat storage material 90 decreases.
  • the temperature of the water 91 contained in the heat storage material 90 decreases, the water 91 contracts and the volume decreases.
  • the volume of the container 61, the area of the fin 68, and the filling amount of the heat storage material 90 are designed so that the fin 68 is immersed in the heat storage material 90 even when the volume of the water 91 is reduced most.
  • the polymer 92 contained in the heat storage material 90 swells when the temperature decreases and falls below the lower critical solution temperature. This is called a swelling step.
  • the swelling step the bound water of the water 91 is highly arranged, and the hydrogen bonding force is increased.
  • the heat storage material 90 generates hydrogen bonding energy corresponding to the increase in the hydrogen bonding force. That is, the polymer 92 has a swelling step, and in the swelling step, the heat generated by the arrangement of the bound water of the water 91 is released from the heat storage material 90.
  • the water 91 is in a liquid state. Thereafter, the heat utilization fluid rises in temperature and flows out of the container 61.
  • heat is stored in the heat storage material 90 in the contraction step, and heat is released from the heat storage material 90 in the swelling step.
  • the heat radiation in the swelling step is performed inside the container 61, and the water 91 is in a liquid state in the swelling step. Therefore, in the heat storage device 100, the step of evaporating and the step of condensing the water 91 are unnecessary. Therefore, a condensing section for condensing and liquefying water vapor and a water transport path through which liquefied hot water flows are unnecessary. Therefore, the heat storage device 100 can be reduced in size.
  • the heat storage and heat release of the heat storage material 90 are performed inside the container 61 by the contraction step and the swelling step of the polymer 92.
  • the water 91 is in a liquid state, and the evaporating step and the condensing step of the water 91 in the regenerator 100 are unnecessary. Therefore, a condensing section for condensing and liquefying water vapor and a water transport path through which liquefied hot water flows are unnecessary. Therefore, the heat storage device 100 can be reduced in size.
  • the heat storage material 90 changes the level of the hydrogen bonding force of the bound water of the water 91 and has a high heat storage amount corresponding to the change in the hydrogen bonding force. Therefore, the filling amount of the heat storage material 90 can be reduced, so that the heat storage device 100 can be downsized.
  • a sheet or a film in which a plurality of openings having a size through which the polymer 92 does not pass may be provided in the container 61 in a layered manner. Accordingly, it is possible to suppress the polymer 92 from moving upward or downward in the container 61 due to a difference in specific gravity from the water 91.
  • FIG. 2 is a circuit diagram showing heat storage system 500 according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the heat storage system 500 includes the heat source 200, the heating pump 52, the heat storage device 100, a heating fluid, and a heat utilization fluid.
  • the joint 69 at the lower part of the heating pipe 66 and the heat source 200 are connected by the water inlet pipe 50 via the heating pump 52, and the heat source 200 and the joint 69 at the upper part of the heating pipe 66 are connected by the tapping pipe 51.
  • the heat source circuit 31 is configured, and the heating fluid circulates through the heat source circuit 31.
  • the heat source 200 generates heat and is, for example, an electric heater or a vapor compression heat pump driven by electric power.
  • the heat source 200 heats the heating fluid flowing through the water inlet pipe 50.
  • the heating pump 52 transports a heating fluid.
  • the heating pump 52 transports the heating fluid flowing in the water inlet pipe 50 to the heat source 200, and flows the heating fluid flowing out of the heat source 200 to the hot water outlet pipe 51 to be transported to the heating pipe 66.
  • the heating fluid is, for example, water, an antifreeze such as ethylene glycol or propylene glycol, or a refrigerant such as HFC or CO 2 .
  • the joint 69 below the heat utilization pipe 67 is connected to the water supply pipe 10 connected to a water supply pipe through which tap water or clean water flows.
  • tap water or clean water is called water supply.
  • the joint 69 above the heat utilization pipe 67 is connected to the hot water supply pipe 11, and a heat utilization terminal is connected to the hot water supply pipe 11.
  • the heat utilization terminal is a hot water supply terminal such as a shower or a faucet.
  • the utilization circuit 32 is configured.
  • the heat utilization fluid is supplied water, and the supplied water is used at a hot water supply terminal such as a shower or a faucet via the use circuit 32.
  • the heat storage material 90 is stored in the container 61 of the heat storage device 100, and the lower critical solution temperature of the polymer 92 is set to, for example, 60 ° C.
  • Heat storage operation of heat storage system 500 Next, the operation of the heat storage system 500 will be described. First, the heat storage operation of the heat storage system 500 will be described.
  • the heating pump 52 rotates, the heating fluid flows into the heat source 200 through the water inlet pipe 50.
  • the heating fluid that has flowed into the heat source 200 is heated by the heat source 200, the temperature rises to, for example, 70 ° C., and flows into the tapping pipe 51.
  • the heating fluid that has flowed into the tapping pipe 51 flows into the heating pipe 66 of the regenerator 100.
  • the heating fluid is heated to 70 ° C. by appropriately adjusting the rotation speed of the heating pump 52 and the heating capacity of the heat source 200.
  • heating fluid flowing through the heating pipe 66 heats the heat storage material 90, and the polymer 92 shrinks when the temperature exceeds the lower critical solution temperature of 60 ° C. Thereby, heat storage in the heat storage material 90 is performed.
  • the heating fluid at 70 ° C. raises the temperature of the heat storage material 90 to around 70 ° C.
  • the heat radiation operation of the heat storage system 500 will be described.
  • the hot water supply terminal that is, by using the shower or the faucet
  • the supply water as the heat utilization fluid flows into the heat utilization pipe 67 of the regenerator 100 through the water supply pipe 10.
  • the feedwater flows in the heat exchanger 65 in a direction opposite to the flow of the heating fluid.
  • the temperature of the supply water is, for example, 10 ° C., and when the supply water flows through the heat utilization pipe 67, the supply water absorbs the heat of the heat storage material 90, and the temperature of the heat storage material 90 decreases.
  • the polymer 92 swells below the lower critical solution temperature of 60 ° C. Thereby, heat radiation from the heat storage material 90 is performed.
  • Water supply at 10 ° C. lowers the temperature of the heat storage material 90 to around 10 ° C.
  • the temperature of the water supply rises to 60 ° C. to 70 ° C. and is used at the hot water supply terminal through the hot water supply pipe 11.
  • the temperature of the water supply rises to 60 ° C. or more, it is preferable to eliminate the influence of bacteria and the like contained in the water supply.
  • the heating fluid guides the heat of the heat source 200 to the regenerator 100, and the regenerator 100 stores the heat of the heat source 200.
  • the heat utilization fluid guides the heat of the heat storage device 100 to the heat utilization terminal, and the heat stored in the heat storage device 100 is used.
  • the heat storage operation is performed at night
  • the heat source 200 can be operated using inexpensive power at night to store heat in the heat storage device 100. Therefore, the power rate of the heat storage system 500 can be reduced.
  • the temperature of the water supply as the heat utilization fluid rises, and the water supply itself is used at the hot water supply terminal. That is, direct heat utilization in which the heat utilization fluid is directly utilized in the heat utilization terminal.
  • heat storage system 500 in the heat storage operation and the heat release operation of heat storage system 500, water 91 included in heat storage device 100 is in a liquid state. Therefore, in the heat storage system 500, the step of evaporating and the step of condensing the water 91 are unnecessary. Therefore, a condensing section for condensing and liquefying water vapor and a water transport path through which liquefied hot water flows are unnecessary. Therefore, heat storage system 500 can be reduced in size. In the heat storage operation and the heat radiation operation of the heat storage system 500, the heating fluid and the heat utilization fluid flow in the heat storage 100 in opposite directions.
  • the heat storage system 500 can be further reduced in size.
  • FIG. FIG. 3 is a schematic diagram showing a heat storage device 101 according to Embodiment 2 of the present invention.
  • the second embodiment is different from the first embodiment in that the polymer 93 is in contact with the surface of the heat exchanger 65.
  • the same portions as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted. The description will focus on differences from the first embodiment.
  • the regenerator 101 will be described. As shown in FIG. 3, inside the container 61, the surface of the heat exchanger 65 and the polymer 93 are in contact. Specifically, the surface of at least one of the heating pipe 66, the heat utilization pipe 67, and the fins 68 constituting the heat exchanger 65 is in contact with the polymer 93.
  • the heating pipe 66 is formed by processing a metal such as SUS or Cu into a cylindrical shape or a flat shape.
  • the heat utilization pipe 67 is formed by processing a metal such as SUS or Cu into a cylindrical shape or a flat shape.
  • the fin 68 is a plate formed by processing a metal such as SUS or Al into a plate shape.
  • a reaction solution containing at least a solvent containing a polymer monomer, a crosslinking agent, and a polymerization initiator is applied to the metal surface, and radical polymerization is performed.
  • the radical polymerization can be realized by, for example, irradiating the reaction solution applied to the metal surface with radiation.
  • the reaction solution may contain an activator or coupling agent for the metal surface. Therefore, in the second embodiment, the reaction solution of the polymer 93 is applied to one or more surfaces of the heating pipe 66, the heat utilization pipe 67, and the fins 68 to perform radical polymerization.
  • the surface of at least one of the heating pipe 66, the heat utilization pipe 67, and the fins 68 constituting the heat exchanger 65 comes into contact with the polymer 93.
  • this state may be referred to as grafting (grafting) the polymer 93 to the heat exchanger 65 or may be referred to as applying the polymer 93 to the heat exchanger 65.
  • each of the plurality of fins 68 is, for example, about 0.1 mm to 1 mm, and the distance between the fins 68 is about 1 to 3 mm.
  • the thickness of the polymer 93 polymerized on the surface of the fin 68 is, for example, preferably about 1/5 to 1/10 of the distance between the fins 68, and more preferably about 0.1 mm to 0.6 mm.
  • the water 91 is further filled between the fins 68 while polymerizing the polymer 93 on both surfaces of the fins 68. That is, the thickness of the polymer 93 polymerized on the surface of the heat exchanger 65 is based on the distance between the heat exchange surfaces of the heat exchanger 65.
  • the filling amount of the heat storage material 90 becomes a filling amount suitable for the heat transfer capacity of the heat exchanger 65. Therefore, the size of the container 61 can be reduced, and accordingly, the heat storage device 101 can be reduced in size.
  • the heat exchanger 65 may have any structure that can heat and radiate the heat storage material 90, and the shape and the material can be appropriately changed.
  • the heat exchanger 65 may have a shape in which the heating pipe 66 and the heat utilization pipe 67 are arranged at high density without having the fins 68. In this case, the distance between the heating pipe 66 and the heat utilization pipe 67 may be several mm.
  • the heat exchanger 65 may have a shape in which a layer in which the heating fluid flows, a layer in which the heat utilization fluid flows, and a layer filled with the heat storage material 90 are arranged in layers.
  • the distance between the layers may be several mm.
  • the heat of the heating fluid is transmitted to the heat storage material 90 via the heating pipe 66 and the fins 68.
  • the heat radiation operation when the heat utilization fluid flows through the heat utilization pipe 67, the heat of the heat storage material 90 is transmitted to the heat utilization fluid via the heat utilization pipe 67 and the fins 68.
  • the polymer 93 since the polymer 93 is in contact with at least one of the surfaces of the heating pipe 66, the heat utilization pipe 67, and the fins 68, the heat transfer performance during heat storage and heat dissipation is improved. Therefore, since the capacity of the heat exchanger 65 can be reduced, the heat storage device 101 can be downsized.
  • the polymer 93 is in contact with at least one surface of the heating pipe 66, the heat utilization pipe 67, and the fin 68, the polymer 93 in the container 61 is caused by a difference in specific gravity from the water 91. It is possible to suppress the movement in the upper direction or the lower direction in 61.
  • FIG. 4 is a circuit diagram showing a heat storage system 501 according to Embodiment 2 of the present invention. Next, the heat storage system 501 will be described.
  • the second embodiment is different from the first embodiment in that the circulation pump 22 is provided in the use circuit 32 and the heat dissipation terminal 23 is connected to the use circuit 32.
  • the configuration of the heat source circuit 31 is the same as that of the first embodiment, and the description is omitted.
  • the lower joint 69 of the heat utilization pipe 67 and the heat radiation terminal 23 are connected by the return pipe 20 via the circulation pump 22, and are connected to the upper joint 69 of the heat utilization pipe 67 and the heat utilization terminal.
  • a certain heat dissipation terminal 23 is connected by the outgoing pipe 21.
  • the utilization circuit 32 is configured, and the heat utilization fluid circulates through the utilization circuit 32.
  • the heat utilization fluid is, for example, an antifreeze such as water, ethylene glycol or propylene glycol.
  • the heat dissipation terminal 23 is, for example, a floor heating panel, a fan coil unit, or a hot water radiator panel.
  • the heat dissipation terminal 23 is an example of a heat utilization terminal, and the heat radiated by the heat utilization fluid at the heat dissipation terminal 23 is used for heating or the like.
  • the heat storage material 90 is accommodated in the container 61 of the heat storage device 101, and the polymer 93 has a lower critical solution temperature of, for example, 40 ° C.
  • Heat storage operation of heat storage system 501 Next, the operation of the heat storage system 501 will be described. First, the heat storage operation of the heat storage system 501 will be described.
  • the heating pump 52 rotates, the heating fluid flows into the heat source 200 through the water inlet pipe 50.
  • the heating fluid that has flowed into the heat source 200 is heated by the heat source 200, the temperature rises, for example, to 50 ° C., and flows into the tapping pipe 51.
  • the heating fluid that has flowed into the tapping pipe 51 flows into the heating pipe 66 of the regenerator 101.
  • the heating fluid is heated to 50 ° C. by appropriately adjusting the rotation speed of the heating pump 52 and the heating capacity of the heat source 200.
  • the heating fluid at 50 ° C.
  • the heating fluid at 50 ° C. raises the temperature of the heat storage material 90 to around 50 ° C.
  • the heat utilization fluid that has radiated heat at the heat radiation terminal 23 and has a temperature of, for example, about 30 ° C. flows into the heat utilization pipe 67 of the regenerator 101 through the return pipe 20.
  • the heat utilization fluid flows in the heat exchanger 65 in a direction opposite to the flow of the heating fluid.
  • the temperature of the heat utilization fluid is, for example, 30 ° C., and when the heat utilization fluid flows through the heat utilization pipe 67, the heat utilization fluid absorbs the heat of the heat storage material 90, and the temperature of the heat storage material 90 decreases.
  • the polymer 93 swells below a lower critical solution temperature of 40 ° C. Thereby, heat radiation from the heat storage material 90 is performed.
  • the heat utilization fluid at 30 ° C. lowers the temperature of the heat storage material 90 to around 30 ° C.
  • the temperature of the heat utilizing fluid rises to about 40 ° C. to 50 ° C., and the heat utilizing fluid radiates heat at the heat radiation terminal 23 through the going pipe 21.
  • the heat dissipation terminal 23 is a floor heating panel or the like, and the temperature of the heat utilization fluid is preferably 40 ° C. to 50 ° C.
  • the heating fluid guides the heat of the heat source 200 to the regenerator 101, and the regenerator 101 stores the heat of the heat source 200.
  • the heat utilization fluid guides the heat of the heat storage device 101 to the heat utilization terminal, and the heat stored in the heat storage device 101 is used.
  • the heat utilization fluid rises and heat is radiated by the heat radiation terminal 23.
  • the heat utilization fluid itself is not directly used, but the heat of the heat utilization fluid is utilized. That is, indirect heat utilization in which the heat utilization fluid is indirectly used at the heat utilization terminal.
  • the water 91 included in the heat storage device 101 is in a liquid state.
  • the water 91 is in a liquid state, and the heat storage system 501 does not require a step of evaporating and condensing the water 91. Therefore, a condensing section for condensing and liquefying water vapor and a water transport path through which liquefied hot water flows are unnecessary. Therefore, the heat storage system 501 can be reduced in size.
  • the heat storage device 101 according to the second embodiment can be used for the heat storage system 501 according to the first embodiment.
  • the heat storage system 501 according to the second embodiment is different from the heat storage system 100 according to the first embodiment. It is possible to use.
  • FIG. FIG. 5 is a schematic diagram showing a heat storage device 102 according to Embodiment 3 of the present invention.
  • the third embodiment is different from the first and second embodiments in that the heating pipe 66 and the heat utilization pipe 67 of the first and second embodiments are the same heating utilization pipe 86.
  • the same portions as those in the first and second embodiments are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted. The description will focus on differences from the first embodiment.
  • the heating utilization pipe 86 is formed by processing a metal such as SUS or Cu into a cylindrical or flat shape.
  • the heating use pipe 86 and the fins 68 are configured in the same manner as the heating use pipes 66 and the fins 68 and the heat use pipes 67 and the fins 68 of the first and second embodiments.
  • the heating fluid flows through the heating utilization pipe 86, and the heat of the heating fluid is transmitted to the heat storage material 90 via the heating utilization pipe 86 and the fins 68 to perform heat storage. .
  • the heat utilization fluid flows in the heating utilization pipe 86 in a direction opposite to the flow of the heating fluid, and the heat of the heat storage material 90 is transmitted through the heating utilization pipe 86 and the fins 68. The heat is transmitted to the heat utilization fluid to release the heat.
  • the heating fluid flows downward from above in the vertical direction and the heat utilization fluid flows upward from below is illustrated, but the heating fluid and the heat utilization fluid flow in opposite directions. It should just be.
  • the heating fluid may flow upward from below in the vertical direction, and the heat utilization fluid may flow downward from above.
  • an opening may be formed in the side surface of the container 61 so that the heating fluid and the heat utilization fluid flow in the horizontal direction.
  • the heating fluid and the heat utilization fluid flow through the same heating utilization pipe 86 to store and radiate heat. For this reason, the capacity of the heat exchanger 65 can be further reduced as compared with the case where each of the heating pipe 66 and the heat utilization pipe 67 is provided. Therefore, the heat storage 102 can be further downsized.
  • FIG. 6 is a circuit diagram showing a heat storage system 502 according to Embodiment 3 of the present invention. Next, the heat storage system 502 will be described.
  • Embodiment 3 is different from Embodiments 1 and 2 in that a switch 53 is provided.
  • the lower joint 69 and the switch 53 of the heating utilization pipe 86 are connected by the lower pipe 16.
  • the switch 53 and the heat source 200 are connected by the water inlet pipe 50 via the heating pump 52, and the heat source 200 and the joint 69 above the heating utilization pipe 86 are connected by the hot water outlet pipe 51 and the upper pipe 15.
  • the heat source circuit 31 is configured, and the heating fluid circulates through the heat source circuit 31.
  • the heat radiating terminal 23 and the switch 53 are connected by the return pipe 20 via the circulation pump 22, and the joint 69 below the heating pipe 86 and the switch 53 are connected by the lower pipe 16.
  • the upper joint 69 of the heating utilization pipe 86 and the heat dissipation terminal 23 which is a heat utilization terminal are connected by the upper piping 15 and the outgoing piping 21.
  • the utilization circuit 32 is configured, and the heat utilization fluid circulates through the utilization circuit 32. That is, the heat source circuit 31 and the utilization circuit 32 include the upper pipe 15, the upper joint 69 of the heating pipe 86, the heating pipe 86, the lower joint 69 of the heating pipe 86, and the lower pipe 16. The same part as the switch 53 is configured.
  • the switch 53 is, for example, a three-way valve that connects the lower pipe 16, the water inlet pipe 50, and the return pipe 20, and is provided upstream of the heating pump 52 in the heat source circuit 31.
  • the switch 53 has a function of communicating two of the connected lower pipe 16, the water inlet pipe 50, and the return pipe 20, and blocking the remaining one path.
  • the switch 53 also has a function of communicating all three of the connected lower pipe 16, the water inlet pipe 50, and the return pipe 20.
  • the heating fluid and the heat utilization fluid are the same, for example, an antifreeze such as water, ethylene glycol or propylene glycol.
  • the switch 53 communicates the lower pipe 16 and the water inlet pipe 50 to cut off the path of the return pipe 20, that is, the use circuit 32.
  • the heating pump 52 rotates, the heating fluid flows into the heat source 200 through the lower pipe 16 and the water inlet pipe 50.
  • the heating fluid that has flowed into the heat source 200 is heated by the heat source 200, the temperature rises, for example, to 50 ° C., and flows into the tapping pipe 51.
  • the heating fluid does not flow from the hot water supply pipe 51 to the outgoing pipe 21 but flows to the upper pipe 15 and flows into the heating use pipe 86 of the regenerator 102. I do.
  • the heating fluid is heated to 50 ° C. by appropriately adjusting the rotation speed of the heating pump 52 and the heating capacity of the heat source 200.
  • the heating fluid at 50 ° C. flowing through the heating utilization pipe 86 heats the heat storage material 90, and the polymer 93 contracts when the temperature exceeds the lower critical solution temperature of 40 ° C. Thereby, heat storage in the heat storage material 90 is performed.
  • the heating fluid at 50 ° C. raises the temperature of the heat storage material 90 to around 50 ° C.
  • the switch 53 connects the lower pipe 16 and the return pipe 20 to cut off the path of the water inlet pipe 50, that is, the heat source circuit 31.
  • the circulation pump 22 rotates
  • the heat utilization fluid that has radiated heat at the heat radiation terminal 23 and has a temperature of, for example, about 30 ° C. reaches the switch 53 through the return pipe 20.
  • the heat utilization fluid does not flow from the return pipe 20 to the water inlet pipe 50 but flows to the lower pipe 16 and flows into the heating utilization pipe 86 of the heat storage device 102. I do.
  • the heat utilization fluid flows in the heat exchanger 65 in a direction opposite to the flow of the heating fluid when storing heat.
  • the temperature of the heat utilization fluid is, for example, 30 ° C., and when the heat utilization fluid flows through the heating utilization pipe 86, the heat utilization fluid absorbs heat of the heat storage material 90, and the temperature of the heat storage material 90 decreases.
  • the polymer 93 swells below a lower critical solution temperature of 40 ° C. Thereby, heat radiation from the heat storage material 90 is performed.
  • the heat utilization fluid at 30 ° C. lowers the temperature of the heat storage material 90 to around 30 ° C.
  • the temperature of the heat utilization fluid rises to about 40 ° C. to 50 ° C.
  • the heat utilization fluid since the heat source circuit 31 is shut off by the switch 53, the heat utilization fluid does not flow from the upper pipe 15 to the hot water pipe 51, but radiates at the heat radiation terminal 23 through the going pipe 21.
  • the heating fluid guides the heat of the heat source 200 to the regenerator 102, and the regenerator 102 stores the heat of the heat source 200.
  • the heat utilization fluid guides the heat of the regenerator 102 to the heat utilization terminal, and the heat stored in the regenerator 102 is used. For example, if the heat storage operation is performed at night, the heat source 200 can be operated using inexpensive power at night to store heat in the heat storage device 102. Therefore, the power rate of the heat storage system 502 can be suppressed.
  • the water 91 included in the heat storage device 102 is in a liquid state.
  • the water 91 is in a liquid state, and the heat storage system 502 does not require a step of evaporating and condensing the water 91. Therefore, a condensing section for condensing and liquefying water vapor and a water transport path through which liquefied hot water flows are unnecessary. Therefore, heat storage system 502 can be reduced in size.
  • the heating fluid and the heat utilization fluid flow in the heat storage device 102 in opposite directions.
  • the heat storage system 502 can be further reduced in size.
  • the switch 53 communicates the lower pipe 16, the return pipe 20, and the water inlet pipe 50.
  • the circulation pump 22 rotates, the heat utilization fluid that has radiated heat at the radiating terminal 23 and has a temperature of, for example, about 30 ° C. flows to the lower pipe 16 and the water inlet pipe 50.
  • the heat utilization fluid that has flowed through the lower pipe 16 is heated by the regenerator 102, rises to a temperature of, for example, about 45 ° C., and flows out into the upper pipe 15, similarly to the heat radiation operation.
  • the heat utilization fluid flowing into the water inlet pipe 50 is heated by the heat source 200, rises to, for example, 50 ° C., and flows into the hot water outlet pipe 51.
  • the heat utilization fluid at a temperature of 45 ° C. passing through the heat storage unit 102 and the heat utilization fluid at a temperature of 50 ° C. passing through the heat source 200 merge.
  • the temperature of the heat utilization fluid becomes, for example, 48 ° C., flows into the outgoing pipe 21, and flows into the heat radiation terminal 23.
  • the case where only the heat from the heat storage device 102 is radiated by the heat utilization terminal is referred to as simple radiation
  • the case where the heat from the heat storage device 102 and the heat from the heat source 200 are radiated by the heat utilization terminal is referred to as simultaneous radiation.
  • the simultaneous heat dissipation can use the heat from the heat source 200 as compared with the simple heat dissipation, so that the heat dissipation at the heat dissipation terminal 23 can be increased.
  • heat from the heat source 200 can be used for the heat dissipation terminal 23 without passing through the heat storage device 102, heat loss in the heat storage device 102 can be avoided. Therefore, heat utilization efficiency is high.
  • the polymer 93 may not be in contact with the surface of the heat exchanger 65 as in the first embodiment.
  • heat storage system 502 of the third embodiment may use direct heat as in the first embodiment.
  • the heat utilization terminal may be used for cooling.
  • the lower critical solution temperature of the polymer 92 may be set to, for example, 10 ° C.
  • the use of the first embodiment may be indirect heat utilization as in the second and third embodiments, and the use of the second and third embodiments may be direct heat utilization as in the first embodiment.
  • the heat storage system 500 according to the application can be realized.
  • the heat source 200 may have a function of heating the inflowing heating fluid, and may have a configuration in which natural energy such as solar heat is collected and used, or waste heat discharged from a factory, bathing facility, or home. A configuration that uses the information may be used. In this case, the energy consumption of the heat storage system 500 can be reduced. Further, heating pump 52 may be provided inside heat source 200. In this case, the piping system of the heat storage system 500 can be simplified.

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Abstract

蓄熱器は、温度により親水性と疎水性とを示す高分子及び水を有する蓄熱材料と、加熱用流体と熱交換して蓄熱材料を加熱して蓄熱材料に蓄熱すると共に、熱利用流体と熱交換して蓄熱材料から吸熱して蓄熱材料から放熱させる熱交換器と、蓄熱材料が充填され、熱交換器が収容された容器と、を備える。

Description

蓄熱器、蓄熱システム及び蓄熱方法
　本発明は、熱を蓄える蓄熱器、蓄熱システム及び蓄熱方法に関する。
　従来、給湯器等に利用される蓄熱システムに設けられた熱を蓄える蓄熱器が知られている。特許文献１には、蓄熱材料と伝熱管とフィンとを収容し上部に開口部が設けられた反応容器と、水蒸気を凝縮して液化する凝縮部とを収容し、凝縮した水が輸送される水輸送経路が内部に形成された蓄熱材容器が開示されている。また、特許文献１には、蓄熱材容器を備えた給湯器である蓄熱システムが開示されている。特許文献１の蓄熱材容器は、蓄熱材料から脱離した水蒸気が、反応容器の開口部を通って上昇して反応容器の外部に流出し、凝縮部で凝縮して水となって、水が水輸送経路を通って水貯留部に貯留される。
特開２０１２－１６７８９２号公報
　しかしながら、特許文献１に開示された蓄熱材容器は、蓄熱材料を収容する反応容器の外部に、凝縮部と水輸送経路とを設けているため、蓄熱材容器及び蓄熱材容器を備える蓄熱システムが大型化してしまう。
　本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、小型化を実現する蓄熱器、蓄熱システム及び蓄熱方法を提供するものである。
　本発明に係る蓄熱器は、温度により親水性と疎水性とを示す高分子及び水を有する蓄熱材料と、加熱用流体と熱交換して蓄熱材料を加熱して蓄熱材料に蓄熱すると共に、熱利用流体と熱交換して蓄熱材料から吸熱して蓄熱材料から放熱させる熱交換器と、蓄熱材料が充填され、熱交換器が収容された容器と、を備える。
　本発明によれば、蓄熱器が、熱交換器と容器とのほかに、温度により親水性と疎水性とを示す高分子及び水を有する蓄熱材料を備えている。蓄熱材料への蓄熱及び蓄熱材料からの放熱時に、水は液体状態である。このため、水蒸気を凝縮して液化する凝縮部と、液化した水が流れる水輸送経路とが不要である。よって、蓄熱器を小型化することができる。
本発明の実施の形態１に係る蓄熱器１００を示す模式図である。 本発明の実施の形態１に係る蓄熱システム５００を示す回路図である。 本発明の実施の形態２に係る蓄熱器１０１を示す模式図である。 本発明の実施の形態２に係る蓄熱システム５０１を示す回路図である。 本発明の実施の形態３に係る蓄熱器１０２を示す模式図である。 本発明の実施の形態３に係る蓄熱システム５０２を示す回路図である。
実施の形態１．
　以下、本発明に係る蓄熱器、蓄熱システム及び蓄熱方法の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の実施の形態１に係る蓄熱器１００を示す模式図である。
　（蓄熱器１００）
　図１に示すように、蓄熱器１００は、容器６１と、熱交換器６５と、蓄熱材料９０とを備えている。容器６１は、例えば略直方体状をなしており、材質はＳＵＳ（ステンレス鋼材）であり、厚みは１ｍｍである。容器６１の内部には、蓄熱材料９０が充填されており、最上部に空気層９５が形成されている。また、容器６１は、熱交換器６５を収容しており、上面及び下面に、熱交換器６５の加熱配管６６及び熱利用配管６７が挿入される複数の開口が形成されている。
　熱交換器６５は、例えばフィンアンドチューブ型であり、加熱配管６６と熱利用配管６７と複数のフィン６８とを有している。加熱配管６６は、例えばＳＵＳ又はＣｕ等の金属を円筒状又は扁平状に加工したものであり、内部に蓄熱材料９０を加熱するための加熱用流体が流れる。加熱配管６６は、容器６１の上面及び下面に形成された開口に挿入されており、容器６１の内部と外部とに跨って設けられている。なお、加熱配管６６の両端には、継手６９が設けられている。継手６９の種類は、蓄熱器１００が設けられる蓄熱システム５００の構造に応じて適宜変更可能であり、例えばクイックファスナー継手又はＳｗａｇｅｌｏｋ継手等が挙げられる。加熱配管６６に継手６９が設けられることにより、蓄熱器１００を蓄熱システム５００に接続することが容易となる。
　熱利用配管６７は、例えばＳＵＳ又はＣｕ等の金属を円筒状又は扁平状に加工したものであり、内部に蓄熱材料９０から吸熱するための熱利用流体が流れる。熱利用配管６７は、容器６１の上面及び下面に形成された開口に挿入されており、容器６１の内部と外部とに跨って設けられている。なお、熱利用配管６７の両端には、継手６９が設けられている。継手６９の種類は、蓄熱器１００が設けられる蓄熱システム５００の構造に応じて適宜変更可能であり、例えばクイックファスナー継手又はＳｗａｇｅｌｏｋ継手等が挙げられる。熱利用配管６７に継手６９が設けられることにより、蓄熱器１００を蓄熱システム５００に接続することが容易となる。
　フィン６８は、例えばＳＵＳ又はＡｌ等の金属を板状に加工したプレートであり、略平行に並べられている。フィン６８には複数の開口が形成されており、加熱配管６６及び熱利用配管６７が、それぞれ複数回往復しつつ略平行に並べられた複数のフィン６８の開口に挿入されている。熱交換器６５は、加熱用流体と熱交換して蓄熱材料９０を加熱して蓄熱材料９０に蓄熱すると共に、熱利用流体と熱交換して蓄熱材料９０から吸熱して蓄熱材料９０から放熱させる。
　本実施の形態１では、加熱用流体が鉛直方向の上方から下方に流れ、熱利用流体が下方から上方に流れる場合について例示しているが、加熱用流体と熱利用流体とが逆向きに流れる構成であればよい。例えば、加熱用流体が鉛直方向の下方から上方に流れ、熱利用流体が上方から下方に流れる構成としてもよい。また、容器６１の側面に開口が形成され、加熱用流体と熱利用流体とが水平方向に流れる構成としてもよい。
　また、熱交換器６５は、蓄熱材料９０を加熱及び放熱することができる構造であればよく、形状及び材料は適宜変更可能である。例えば、熱交換器６５は、フィン６８を有さずに、加熱配管６６と熱利用配管６７とを高密度に配置した形状としてもよい。また、熱交換器６５は、加熱用流体が流れる層と、熱利用流体が流れる層と、蓄熱材料９０が充填された層とを、層状に並べた形状としてもよい。
　蓄熱材料９０は、少なくとも高分子９２と水９１とを有しており、例えば温度応答性ゲルである。高分子９２は、温度により親水性と疎水性とを示す温度応答性高分子である。温度は、水９１に対する下限臨界溶液温度（Ｌｏｗｅｒ　Ｃｒｉｔｉｃａｌ　Ｓｏｌｕｔｉｏｎ　Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ：ＬＣＳＴ）である。高分子９２は、下限臨界溶液温度より低温の場合に親水性を示し、下限臨界溶液温度より高温の場合に疎水性を示す。
　高分子９２の具体例としては、ポリ（Ｎ－エチル（メタ）アクリルアミド）、ポリ（Ｎ－ｎ－プロピル（メタ）アクリルアミド）、ポリ（Ｎ－イソプロピル（メタ）アクリルアミド）、ポリ（Ｎ－シクロプロピル（メタ）アクリルアミド）、ポリ（Ｎ，Ｎ－ジメチル（メタ）アクリルアミド）、ポリ（Ｎ－エチル－Ｎ－メチル（メタ）アクリルアミド）、ポリ（Ｎ－メチル－Ｎ－ｎ－プロピル（メタ）アクリルアミド）、ポリ（Ｎ－イソプロピル－Ｎ－メチル（メタ）アクリルアミド）、ポリ（Ｎ，Ｎ－ジエチル（メタ）アクリルアミド）、ポリ（Ｎ－（メタ）アクリロイルピロリジン）、ポリ（Ｎ－（メタ）アクリロイルピペリジン）、ポリ（Ｎ－エトキシエチル（メタ）アクリルアミド）、ポリ（Ｎ－エチル－Ｎ－メトキシエチル（メタ）アクリルアミド）、ポリ（Ｎ－メトキシプロピル（メタ）アクリルアミド）、ポリ（Ｎ－エトキシプロピル（メタ）アクリルアミド）、ポリ（Ｎ－イソプロポキシプロピル（メタ）アクリルアミド）、ポリ（Ｎ－メトキシエトキシプロピル（メタ）アクリルアミド）、ポリ（Ｎ－テトラヒドロフルフリル（メタ）アクリルアミド）、ポリ（Ｎ－１－メチル－２－メトキシエチル（メタ）アクリルアミド）、ポリ（Ｎ－１－メトキシメチルプロピル（メタ）アクリルアミド）、ポリ〔Ｎ－（２，２－ジメトキシエチル）－Ｎ－メチル（メタ）アクリルアミド〕、ポリ〔Ｎ－（１，３－ジオキソラン－２－イル）－Ｎ－メチル（メタ）アクリルアミド〕、ポリ〔Ｎ－８－（メタ）アクリロイル１，４－ジオキサ－８－アザースピロ（４，５）デカン〕、ポリ（Ｎ，Ｎ－ジメトキシエチル（メタ）アクリルアミド）、ポリ（Ｎ－（メタ）アクリロイルモルフォリン）などの高密度架橋物、又は、上記を構成するモノマーの２種以上を共重合した共重合体の高密度架橋物である。この種の高密度架橋物は、高分子鎖同士が接触することができる混みいった構造を有している。
　水９１は、純水が好ましいが、高分子９２を劣化させるおそれのある成分が含まれていない水９１であれば純水でなくてもよい。水９１は、高分子９２の高密度架橋物に結合した結合水と、結合水を除く自由水とに分けられる。高分子９２は、下限臨界溶液温度より低温で親水性の膨潤構造であるため、水９１の結合水が安定な高配列構造を形成し、水素結合力を高める。一方、高分子９２は、下限臨界溶液温度より高温で疎水性の収縮構造であるため、水９１の結合水が不安定な低配列構造を形成し、水素結合力を弱める。即ち、蓄熱材料９０は、下限臨界溶液温度の前後において結合水の水素結合力を向上又は低下させることができる。このように、蓄熱材料９０は、下限臨界溶液温度の前後において結合水の水素結合力を変化させることができるため、水素結合力の変化に相当する高い蓄熱量を有する。蓄熱材料９０が高い蓄熱量を有するため、容器６１内に充填される蓄熱材料９０の充填量を削減できる。従って、蓄熱器１００を小型化することができる。
　（蓄熱器１００の蓄熱動作）
　次に、蓄熱器１００の動作について説明する。先ず、蓄熱器１００の蓄熱動作について説明する。加熱配管６６に加熱用流体が流れると、加熱配管６６とフィン６８とを介して、加熱用流体の熱が蓄熱材料９０に伝えられ、蓄熱材料９０の温度が上昇する。蓄熱材料９０に含まれる水９１の温度が上昇すると、水９１は膨張して体積が増加する。ここで、容器６１内部において蓄熱材料９０の上方には、空気層９５が形成されており、水９１が膨張した体積分だけ、空気層９５の空気が圧縮される。このため、容器６１の体積を略一定に保つことができる。なお、容器６１に圧力調整機構を設け、水９１が膨張した際に容器６１内の圧力が圧力調整機構によって調整されるように構成してもよい。蓄熱材料９０に含まれる高分子９２は、温度が上昇して下限臨界溶液温度を超えると収縮する。これを収縮工程と呼称する。収縮工程において、水９１の結合水は低配列化して水素結合力が低下する。これにより、蓄熱材料９０は、水素結合力の低下分に相当する水素結合エネルギーを吸熱する。即ち、高分子９２は収縮工程を有し、収縮工程において、水９１の結合水の低配列化による吸熱エネルギーが蓄熱材料９０に蓄熱される。なお、収縮工程において、水９１は液体状態である。その後、加熱用流体は、温度が低下して容器６１から流出する。
　このように、収縮工程における蓄熱は容器６１の内部で実施され、収縮工程において水９１は液体状態である。このため、蓄熱器１００において、水９１の蒸発工程及び凝縮工程が不要である。従って、水蒸気を凝縮して液化する凝縮部と、液化した湯が流れる水輸送経路とが不要である。よって、蓄熱器１００を小型化することができる。
　（蓄熱器１００の放熱動作）
　次に、蓄熱器１００の放熱動作について説明する。熱利用配管６７に熱利用流体が流れると、熱利用配管６７とフィン６８とを介して、蓄熱材料９０の熱が熱利用流体に伝えられ、蓄熱材料９０の温度が低下する。蓄熱材料９０に含まれる水９１の温度が低下すると、水９１は収縮して体積が減少する。なお、水９１の体積が最も減少した場合にも、フィン６８が蓄熱材料９０に浸漬するように、容器６１の容積、フィン６８の面積及び蓄熱材料９０の充填量が設計されている。蓄熱材料９０に含まれる高分子９２は、温度が低下して下限臨界溶液温度を下回ると膨潤する。これを膨潤工程と呼称する。膨潤工程において、水９１の結合水は高配列化して水素結合力が上昇する。蓄熱材料９０は、水素結合力の上昇分に相当する水素結合エネルギーを発熱する。即ち、高分子９２は膨潤工程を有し、膨潤工程において、水９１の結合水の高配列化による発熱エネルギーが蓄熱材料９０から放熱される。なお、膨潤工程において、水９１は液体状態である。その後、熱利用流体は、温度が上昇して容器６１から流出する。
　このように、本実施の形態１の蓄熱方法及び放熱方法は、収縮工程において蓄熱材料９０に蓄熱され、膨潤工程において蓄熱材料９０から放熱される。ここで、膨潤工程における放熱は容器６１の内部で実施され、膨潤工程において水９１は液体状態である。このため、蓄熱器１００において、水９１の蒸発工程及び凝縮工程が不要である。従って、水蒸気を凝縮して液化する凝縮部と、液化した湯が流れる水輸送経路とが不要である。よって、蓄熱器１００を小型化することができる。
　以上説明したように、蓄熱器１００において、高分子９２の収縮工程及び膨潤工程によって、容器６１の内部で蓄熱材料９０の蓄熱及び放熱が行われる。収縮工程及び膨潤工程において、水９１は液体状態であり、蓄熱器１００において、水９１の蒸発工程及び凝縮工程が不要である。従って、水蒸気を凝縮して液化する凝縮部と、液化した湯が流れる水輸送経路とが不要である。よって、蓄熱器１００を小型化することができる。また、蓄熱材料９０は、水９１の結合水の水素結合力の高低を変化させ、水素結合力の変化に相当する高い蓄熱量を有する。よって、蓄熱材料９０の充填量を削減することができるため、蓄熱器１００を小型化することができる。
　なお、容器６１内に、高分子９２が通過しない寸法の複数の開口が形成されたシート又は膜を層状に設けてもよい。これにより、高分子９２が、水９１との比重差によって容器６１内の上部方向又は下部方向に移動することを抑制することができる。
　（蓄熱システム５００）
　図２は、本発明の実施の形態１に係る蓄熱システム５００を示す回路図である。次に、蓄熱システム５００について説明する。蓄熱システム５００は、熱源２００と、加熱ポンプ５２と、蓄熱器１００と、加熱用流体と、熱利用流体とを備えている。加熱配管６６の下部の継手６９と熱源２００とは、加熱ポンプ５２を介して入水配管５０により接続され、熱源２００と加熱配管６６の上部の継手６９とは、出湯配管５１により接続されている。これにより、熱源回路３１が構成されており、加熱用流体は熱源回路３１を循環している。熱源２００は、熱を生成するものであり、例えば電気ヒータ又は電力で駆動する蒸気圧縮式ヒートポンプ等である。熱源２００は、入水配管５０を通って流入した加熱用流体を加熱する。加熱ポンプ５２は、加熱用流体を搬送するものあり、入水配管５０に流れる加熱用流体を熱源２００に搬送し、熱源２００から流出した加熱用流体を出湯配管５１に流して加熱配管６６に搬送する。加熱用流体は、例えば水、エチレングリコール又はプロピレングリコール等の不凍液、ＨＦＣ又はＣＯ２等の冷媒である。
　熱利用配管６７の下部の継手６９は、水道水又は上水が流れる給水管に接続された給水配管１０に接続されている。なお、水道水又は上水を、給水と呼称する。熱利用配管６７の上部の継手６９は、給湯配管１１に接続されており、給湯配管１１には熱利用端末が接続されている。なお、本実施の形態１では、熱利用端末は、シャワー又は蛇口等の給湯端末である。これにより、利用回路３２が構成されている。本実施の形態１では、熱利用流体が給水となっており、給水が、利用回路３２を介して、シャワー又は蛇口等の給湯端末で利用される。
　蓄熱器１００の容器６１には、蓄熱材料９０が収容されており、高分子９２は、下限臨界溶液温度が例えば６０℃に構成されている。
　（蓄熱システム５００の蓄熱動作）
　次に、蓄熱システム５００の動作について説明する。先ず、蓄熱システム５００の蓄熱動作について説明する。加熱ポンプ５２が回転すると、加熱用流体は、入水配管５０を通って熱源２００に流入する。熱源２００に流入した加熱用流体は、熱源２００において加熱されて、温度が例えば７０℃に上昇し、出湯配管５１に流入する。出湯配管５１に流入した加熱用流体は、蓄熱器１００の加熱配管６６に流入する。なお、加熱ポンプ５２の回転数及び熱源２００の加熱能力を適宜調整することによって、加熱用流体が７０℃に加熱される。加熱配管６６を流れる７０℃の加熱用流体は蓄熱材料９０を加熱して、高分子９２は、下限臨界溶液温度である６０℃を超えると収縮する。これにより、蓄熱材料９０への蓄熱が行われる。なお、７０℃の加熱用流体は、蓄熱材料９０の温度を７０℃付近まで上昇させる。
　（蓄熱システム５００の放熱動作）
　次に、蓄熱システム５００の放熱動作について説明する。給湯端末の利用、即ちシャワー又は蛇口の利用により、熱利用流体である給水が、給水配管１０を通って蓄熱器１００の熱利用配管６７に流入する。給水は、熱交換器６５において加熱用流体の流れとは逆向きに流れる。給水の温度は例えば１０℃であり、給水が熱利用配管６７に流れると、給水は蓄熱材料９０の熱を吸熱して、蓄熱材料９０の温度が低下する。高分子９２は、下限臨界溶液温度である６０℃を下回ると膨潤する。これにより、蓄熱材料９０からの放熱が行われる。なお、１０℃の給水は、蓄熱材料９０の温度を１０℃付近まで低下させる。ここで、蓄熱材料９０の温度が７０℃付近であるため、給水の温度は６０℃～７０℃に上昇し、給湯配管１１を通って給湯端末で利用される。なお、給水の温度が６０℃以上に上昇すると、給水中に含まれる雑菌等の影響の排除に好ましい。
　このように、加熱用流体が熱源２００の熱を蓄熱器１００に導き、蓄熱器１００が熱源２００の熱を蓄熱する。そして、熱利用流体が蓄熱器１００の熱を熱利用端末に導き、蓄熱器１００に蓄えられた熱が利用される。例えば、蓄熱動作が夜間に実施されれば、夜間の安価な電力を用いて熱源２００を運転して蓄熱器１００に蓄熱することができる。従って、蓄熱システム５００の電力料金を抑制することができる。本実施の形態１では、熱利用流体である給水の温度が上昇して、給湯端末で給水自体が利用される。即ち、熱利用流体が熱利用端末で直接利用される直接熱利用である。
　本実施の形態１によれば、蓄熱システム５００の蓄熱動作及び放熱動作において、蓄熱器１００に含まれる水９１は液体状態である。このため、蓄熱システム５００において、水９１の蒸発工程及び凝縮工程が不要である。従って、水蒸気を凝縮して液化する凝縮部と、液化した湯が流れる水輸送経路とが不要である。よって、蓄熱システム５００を小型化することができる。また、蓄熱システム５００の蓄熱動作及び放熱動作において、加熱用流体と熱利用流体とは、蓄熱器１００において逆向きに流れる。従って、加熱用流体と熱利用流体とが同じ向きに流れる場合に比べて、蓄熱材料への蓄熱、及び蓄熱材料からの放熱の効率がよい。従って、熱交換器６５の容量を削減することができるため、蓄熱システム５００を更に小型化することができる。
実施の形態２．
　図３は、本発明の実施の形態２に係る蓄熱器１０１を示す模式図である。本実施の形態２は、高分子９３が熱交換器６５の表面に接触している点で、実施の形態１と相違する。本実施の形態２では、実施の形態１と同一の部分は同一の符号を付して説明を省略し、実施の形態１との相違点を中心に説明する。
　（蓄熱器１０１）
　先ず、蓄熱器１０１について説明する。図３に示すように、容器６１の内部において、熱交換器６５の表面と高分子９３とが接触している。具体的には、熱交換器６５を構成する加熱配管６６、熱利用配管６７及びフィン６８のいずれか１つ以上の表面と高分子９３とが接触している。加熱配管６６は、例えばＳＵＳ又はＣｕ等の金属を円筒状又は扁平状に加工したものである。熱利用配管６７は、例えばＳＵＳ又はＣｕ等の金属を円筒状又は扁平状に加工したものである。フィン６８は、例えばＳＵＳ又はＡｌ等の金属を板状に加工したプレートである。
　一般的に、金属表面に接触した高分子を生成するには、少なくとも高分子のモノマーを含む溶媒と、架橋剤と、重合開始剤とを含む反応溶液を金属表面に塗布し、ラジカル重合を行う。ラジカル重合は、金属表面に塗布した反応溶液に、例えば放射線を照射することによって実現することができる。反応溶液は、金属表面の活性化剤又はカップリング剤を含有していてもよい。従って、本実施の形態２では、高分子９３の反応溶液を、加熱配管６６、熱利用配管６７及びフィン６８のいずれか１つ以上の表面に塗布してラジカル重合する。これにより、熱交換器６５を構成する加熱配管６６、熱利用配管６７及びフィン６８のいずれか１つ以上の表面と高分子９３とが接触する。なお、この状態を、高分子９３を熱交換器６５に接木（グラフト化）すると呼称してもよいし、高分子９３を熱交換器６５に塗布すると呼称してもよい。
　複数のフィン６８は、例えばそれぞれの厚みが０．１ｍｍ～１ｍｍ程度で、フィン６８同士の間の距離は１～３ｍｍ程度である。フィン６８の表面に重合する高分子９３の厚みは、例えばフィン６８同士の間の距離の約１／５～１／１０程度が好ましく、約０．１ｍｍ～０．６ｍｍ程度が好ましい。これにより、フィン６８の両表面に高分子９３を重合しつつ、更に、フィン６８同士の間に水９１が充填される。即ち、熱交換器６５の表面に重合する高分子９３の厚みは、熱交換器６５の熱交換面同士の間の距離に基づいている。これにより、蓄熱材料９０の充填量が、熱交換器６５の伝熱能力に適した充填量となる。従って、容器６１を小型化することができ、それに伴って蓄熱器１０１を小型化することができる。また、熱交換器６５は、蓄熱材料９０を加熱及び放熱することができる構造であればよく、形状及び材料は適宜変更可能である。例えば、熱交換器６５は、フィン６８を有さずに、加熱配管６６と熱利用配管６７とを高密度に配置した形状としてもよい。この場合、加熱配管６６と熱利用配管６７との間の距離は数ｍｍであればよい。また、熱交換器６５は、加熱用流体が流れる層と、熱利用流体が流れる層と、蓄熱材料９０が充填された層とを、層状に並べた形状としてもよい。この場合、層間の距離は数ｍｍであればよい。層を並べる場合、各層を鉛直上下方向に並べることによって、高分子９３が、水９１との比重差によって容器６１内の上部方向又は下部方向に移動することを抑制することができる。
　実施の形態１と同様に、蓄熱動作において、加熱配管６６に加熱用流体が流れると、加熱配管６６とフィン６８とを介して、加熱用流体の熱が蓄熱材料９０に伝えられる。また、放熱動作において、熱利用配管６７に熱利用流体が流れると、熱利用配管６７とフィン６８とを介して、蓄熱材料９０の熱が熱利用流体に伝えられる。本実施の形態２では、高分子９３が加熱配管６６、熱利用配管６７及びフィン６８のいずれか１つ以上の表面と接触しているため、蓄熱時及び放熱時の伝熱性能が向上する。従って、熱交換器６５の容量を削減することができるため、蓄熱器１０１を小型化することができる。また、高分子９３が加熱配管６６、熱利用配管６７及びフィン６８のいずれか１つ以上の表面と接触しているため、容器６１内で、高分子９３が、水９１との比重差によって容器６１内の上部方向又は下部方向に移動することを抑制することができる。
　（蓄熱システム５０１）
　図４は、本発明の実施の形態２に係る蓄熱システム５０１を示す回路図である。次に、蓄熱システム５０１について説明する。本実施の形態２は、利用回路３２に循環ポンプ２２が設けられ、利用回路３２に放熱端末２３が接続されている点で、実施の形態１と相違する。熱源回路３１の構成は、実施の形態１と同様であるため説明を省略する。図４に示すように、熱利用配管６７の下部の継手６９と放熱端末２３とは、循環ポンプ２２を介して戻り配管２０により接続され、熱利用配管６７の上部の継手６９と熱利用端末である放熱端末２３とは、往き配管２１により接続されている。これにより、利用回路３２が構成されており、熱利用流体は利用回路３２を循環している。ここで、熱利用流体は、例えば水、エチレングリコール又はプロピレングリコール等の不凍液である。放熱端末２３は、例えば床暖房パネル、ファンコイルユニット又は温水ラジエータパネルである。放熱端末２３は、熱利用端末の一例であり、熱利用流体が放熱端末２３で放熱した熱が暖房などに利用される。
　蓄熱器１０１の容器６１には、蓄熱材料９０が収容されており、高分子９３は、下限臨界溶液温度が例えば４０℃に構成されている。
　（蓄熱システム５０１の蓄熱動作）
　次に、蓄熱システム５０１の動作について説明する。先ず、蓄熱システム５０１の蓄熱動作について説明する。加熱ポンプ５２が回転すると、加熱用流体は、入水配管５０を通って熱源２００に流入する。熱源２００に流入した加熱用流体は、熱源２００において加熱されて、温度が例えば５０℃に上昇し、出湯配管５１に流入する。出湯配管５１に流入した加熱用流体は、蓄熱器１０１の加熱配管６６に流入する。なお、加熱ポンプ５２の回転数及び熱源２００の加熱能力を適宜調整することによって、加熱用流体が５０℃に加熱される。加熱配管６６を流れる５０℃の加熱用流体は蓄熱材料９０を加熱して、高分子９３は、下限臨界溶液温度である４０℃を超えると収縮する。これにより、蓄熱材料９０への蓄熱が行われる。なお、５０℃の加熱用流体は、蓄熱材料９０の温度を５０℃付近まで上昇させる。
　（蓄熱システム５０１の放熱動作）
　次に、蓄熱システム５０１の放熱動作について説明する。循環ポンプ２２が回転すると、放熱端末２３で放熱して例えば３０℃程度の温度となった熱利用流体は、戻り配管２０を通って蓄熱器１０１の熱利用配管６７に流入する。熱利用流体は、熱交換器６５において加熱用流体の流れとは逆向きに流れる。熱利用流体の温度は例えば３０℃であり、熱利用流体が熱利用配管６７に流れると、熱利用流体は蓄熱材料９０の熱を吸熱して、蓄熱材料９０の温度が低下する。高分子９３は、下限臨界溶液温度である４０℃を下回ると膨潤する。これにより、蓄熱材料９０からの放熱が行われる。なお、３０℃の熱利用流体は、蓄熱材料９０の温度を３０℃付近まで低下させる。ここで、蓄熱材料９０の温度が５０℃付近であるため、熱利用流体の温度は４０℃～５０℃程度に上昇し、熱利用流体は往き配管２１を通って放熱端末２３で放熱する。前述の如く、放熱端末２３は床暖房パネル等であり、熱利用流体の温度は４０℃～５０℃であることが好ましい。
　このように、加熱用流体が熱源２００の熱を蓄熱器１０１に導き、蓄熱器１０１が熱源２００の熱を蓄熱する。そして、熱利用流体が蓄熱器１０１の熱を熱利用端末に導き、蓄熱器１０１に蓄えられた熱が利用される。例えば、蓄熱動作が夜間に実施されれば、夜間の安価な電力を用いて熱源２００を運転して蓄熱器１０１に蓄熱することができる。従って、蓄熱システム５０１の電力料金を抑制することができる。本実施の形態２では、熱利用流体の温度が上昇して放熱端末２３で放熱する。このように、熱利用流体自体が直接利用されず、熱利用流体の熱が利用される。即ち、熱利用流体が熱利用端末で間接利用される間接熱利用である。
　本実施の形態２によれば、蓄熱システム５０１の蓄熱動作及び放熱動作において、蓄熱器１０１に含まれる水９１は液体状態である。水９１は液体状態であり、蓄熱システム５０１において、水９１の蒸発工程及び凝縮工程が不要である。従って、水蒸気を凝縮して液化する凝縮部と、液化した湯が流れる水輸送経路とが不要である。よって、蓄熱システム５０１を小型化することができる。なお、本実施の形態２の蓄熱器１０１は、実施の形態１の蓄熱システム５０１に使用することが可能であり、本実施の形態２の蓄熱システム５０１は、実施の形態１の蓄熱器１００を使用することが可能である。
実施の形態３．
　図５は、本発明の実施の形態３に係る蓄熱器１０２を示す模式図である。本実施の形態３は、実施の形態１及び２の加熱配管６６と熱利用配管６７とが同一の加熱利用配管８６である点で、実施の形態１、２と相違する。本実施の形態３では、実施の形態１、２と同一の部分は同一の符号を付して説明を省略し、実施の形態１との相違点を中心に説明する。
　（蓄熱器１０２）
　先ず、蓄熱器１０２について説明する。図５に示すように、加熱利用配管８６は、例えばＳＵＳ又はＣｕ等の金属を円筒状又は扁平状に加工したものである。加熱利用配管８６とフィン６８とは、実施の形態１及び２の加熱配管６６とフィン６８及び熱利用配管６７とフィン６８と同じように構成されている。蓄熱材料９０に蓄熱される際、加熱利用配管８６に加熱用流体が流れて、加熱用流体の熱は、加熱利用配管８６とフィン６８とを介して蓄熱材料９０に伝えられて蓄熱が行われる。一方、蓄熱材料９０から放熱される際、加熱利用配管８６に熱利用流体が加熱用流体の流れと逆向きに流れて、蓄熱材料９０の熱は、加熱利用配管８６とフィン６８とを介して熱利用流体に伝えられて放熱が行われる。
　本実施の形態３では、加熱用流体が鉛直方向の上方から下方に流れ、熱利用流体が下方から上方に流れる場合について例示しているが、加熱用流体と熱利用流体とが逆向きの流れとなればよい。例えば、加熱用流体が鉛直方向の下方から上方に流れ、熱利用流体が上方から下方に流れる構成としてもよい。また、容器６１の側面に開口が形成され、加熱用流体と熱利用流体とが水平方向に流れる構成としてもよい。
　本実施の形態３によれば、加熱用流体と熱利用流体とが、同じ加熱利用配管８６に流れて蓄熱及び放熱が行われる。このため、加熱配管６６と熱利用配管６７とをそれぞれ有する場合よりも更に熱交換器６５の容量を削減することができる。従って、蓄熱器１０２を更に小型化することができる。
　（蓄熱システム５０２）
　図６は、本発明の実施の形態３に係る蓄熱システム５０２を示す回路図である。次に、蓄熱システム５０２について説明する。本実施の形態３は、切替器５３を有している点で、実施の形態１、２と相違する。図６に示すように、加熱利用配管８６の下部の継手６９と切替器５３とは、下部配管１６により接続されている。切替器５３と熱源２００とは、加熱ポンプ５２を介して入水配管５０により接続され、熱源２００と加熱利用配管８６の上部の継手６９とは、出湯配管５１及び上部配管１５により接続されている。これにより、熱源回路３１が構成されており、加熱用流体は熱源回路３１を循環している。また、放熱端末２３と切替器５３とは、循環ポンプ２２を介して戻り配管２０により接続され、加熱利用配管８６の下部の継手６９と切替器５３とは、下部配管１６により接続されている。加熱利用配管８６の上部の継手６９と熱利用端末である放熱端末２３とは、上部配管１５及び往き配管２１により接続されている。これにより、利用回路３２が構成されており、熱利用流体は利用回路３２を循環している。即ち、熱源回路３１と利用回路３２とは、上部配管１５と、加熱利用配管８６の上部の継手６９と、加熱利用配管８６と、加熱利用配管８６の下部の継手６９と、下部配管１６と、切替器５３とにおいて同一部を構成している。
　切替器５３は、下部配管１６、入水配管５０及び戻り配管２０を接続する例えば三方弁であり、熱源回路３１において加熱ポンプ５２よりも上流側に設けられている。切替器５３は、接続されている下部配管１６、入水配管５０及び戻り配管２０のうち２本を連通して残りの１本の経路を遮断する機能を有する。また、切替器５３は、接続されている下部配管１６、入水配管５０及び戻り配管２０のうち３本の全てを連通する機能も有する。なお、加熱用流体と熱利用流体とは同一であり、例えば水、エチレングリコール又はプロピレングリコール等の不凍液である。
　（蓄熱システム５０２の蓄熱動作）
　次に、蓄熱システム５０２の動作について説明する。先ず、蓄熱システム５０２の蓄熱動作について説明する。切替器５３は、下部配管１６と入水配管５０とを連通して、戻り配管２０の経路、すなわち利用回路３２を遮断する。加熱ポンプ５２が回転すると、加熱用流体は、下部配管１６及び入水配管５０を通って熱源２００に流入する。熱源２００に流入した加熱用流体は、熱源２００において加熱されて、温度が例えば５０℃に上昇し、出湯配管５１に流入する。ここで、利用回路３２は切替器５３によって遮断されているため、加熱用流体は、出湯配管５１から往き配管２１には流れず、上部配管１５に流れ、蓄熱器１０２の加熱利用配管８６に流入する。なお、加熱ポンプ５２の回転数及び熱源２００の加熱能力を適宜調整することによって、加熱用流体が５０℃に加熱される。加熱利用配管８６を流れる５０℃の加熱用流体は蓄熱材料９０を加熱して、高分子９３は、下限臨界溶液温度である４０℃を超えると収縮する。これにより、蓄熱材料９０への蓄熱が行われる。なお、５０℃の加熱用流体は、蓄熱材料９０の温度を５０℃付近まで上昇させる。
　（蓄熱システム５０２の放熱動作）
　次に、蓄熱システム５０２の放熱動作について説明する。切替器５３は、下部配管１６と戻り配管２０とを連通して、入水配管５０の経路、すなわち熱源回路３１を遮断する。循環ポンプ２２が回転すると、放熱端末２３で放熱して例えば３０℃程度の温度となった熱利用流体は、戻り配管２０を通って切替器５３に至る。ここで、熱源回路３１は切替器５３によって遮断されているため、熱利用流体は、戻り配管２０から入水配管５０には流れず、下部配管１６に流れ、蓄熱器１０２の加熱利用配管８６に流入する。熱利用流体は、熱交換器６５において蓄熱時における加熱用流体の流れとは逆向きに流れる。熱利用流体の温度は例えば３０℃であり、熱利用流体が加熱利用配管８６に流れると、熱利用流体は蓄熱材料９０の熱を吸熱して、蓄熱材料９０の温度が低下する。高分子９３は、下限臨界溶液温度である４０℃を下回ると膨潤する。これにより、蓄熱材料９０からの放熱が行われる。なお、３０℃の熱利用流体は、蓄熱材料９０の温度を３０℃付近まで低下させる。ここで、蓄熱材料９０の温度が５０℃付近であるため、熱利用流体の温度は４０℃～５０℃程度に上昇する。ここで、熱源回路３１は切替器５３によって遮断されているため、熱利用流体は、上部配管１５から出湯配管５１には流れず、往き配管２１を通って放熱端末２３で放熱する。
　このように、加熱用流体が熱源２００の熱を蓄熱器１０２に導き、蓄熱器１０２が熱源２００の熱を蓄熱する。そして、熱利用流体が蓄熱器１０２の熱を熱利用端末に導き、蓄熱器１０２に蓄えられた熱が利用される。例えば、蓄熱動作が夜間に実施されれば、夜間の安価な電力を用いて熱源２００を運転して蓄熱器１０２に蓄熱することができる。従って、蓄熱システム５０２の電力料金を抑制することができる。
　本実施の形態３によれば、蓄熱システム５０２の蓄熱動作及び放熱動作において、蓄熱器１０２に含まれる水９１は液体状態である。水９１は液体状態であり、蓄熱システム５０２において、水９１の蒸発工程及び凝縮工程が不要である。従って、水蒸気を凝縮して液化する凝縮部と、液化した湯が流れる水輸送経路とが不要である。よって、蓄熱システム５０２を小型化することができる。また、蓄熱システム５０２の蓄熱動作及び放熱動作において、加熱用流体と熱利用流体とは、蓄熱器１０２において逆向きに流れる。従って、加熱用流体と熱利用流体とが同じ向きに流れる場合に比べて、蓄熱材料への蓄熱、及び蓄熱材料からの放熱の効率がよい。従って、熱交換器６５の容量を削減することができるため、蓄熱システム５０２を更に小型化することができる。
　（蓄熱システム５０２の同時放熱動作）
　次に、蓄熱システム５０２の同時放熱動作について説明する。切替器５３は、下部配管１６と戻り配管２０と入水配管５０とを連通する。循環ポンプ２２が回転すると、放熱端末２３で放熱して例えば３０℃程度の温度となった熱利用流体は、下部配管１６と入水配管５０とに流れる。下部配管１６に流れた熱利用流体は、放熱動作と同様に、蓄熱器１０２で加熱されて例えば４５℃程度の温度に上昇し、上部配管１５に流出する。一方、入水配管５０に流れた熱利用流体は、熱源２００において加熱されて、例えば５０℃に上昇し、出湯配管５１に流入する。出湯配管５１と上部配管１５とが合流する場所において、蓄熱器１０２を通った４５℃の温度の熱利用流体と、熱源２００を通った５０℃の温度の熱利用流体とが合流する。これにより、熱利用流体の温度は例えば４８℃になり、往き配管２１に流れ、放熱端末２３に流入する。
　ここで、蓄熱器１０２からの熱のみを熱利用端末で放熱する場合を単純放熱と呼称し、蓄熱器１０２からの熱と熱源２００からの熱とを熱利用端末で放熱する場合を同時放熱と呼称する。本実施の形態３のように、同時放熱は、単純放熱に比べて熱源２００からの熱も利用することができるため、放熱端末２３での放熱量を増加させることができる。また、熱源２００からの熱を、蓄熱器１０２を介さずに放熱端末２３に利用することができるため、蓄熱器１０２における熱損失を回避することができる。従って、熱の利用効率が高い。なお、本実施の形態３の蓄熱器１０２において、実施の形態１のように、高分子９３が熱交換器６５の表面と接触していなくてもよい。また、本実施の形態３の蓄熱システム５０２は、実施の形態１のように直接熱利用であってもよい。
　なお、実施の形態２及び３は、熱利用端末が冷房用途であってもよい。この場合、高分子９２の下限臨界溶液温度が、例えば１０℃に構成されていればよい。また、実施の形態１の用途は、実施の形態２及び３と同様に間接熱利用でもよく、実施の形態２及び３の用途は、実施の形態１と同様に直接熱利用でもよい。用途に応じて、高分子９２の下限臨界溶液温度を調整することによって、用途に応じた蓄熱システム５００を実現することができる。
　熱源２００は、流入する加熱用流体を加熱する機能を有していればよく、太陽熱等の自然エネルギーを集熱して利用する構成でもよいし、工場、入浴施設又は家庭から排出される廃熱を利用する構成でもよい。この場合、蓄熱システム５００の消費エネルギーを削減することができる。また、加熱ポンプ５２は熱源２００の内部に設けられてもよい。この場合、蓄熱システム５００の配管系統を簡略化することができる。
　１０　給水配管、１１　給湯配管、１５　上部配管、１６　下部配管、２０　戻り配管、２１　往き配管、２２　循環ポンプ、２３　放熱端末、３１　熱源回路、３２　利用回路、５０　入水配管、５１　出湯配管、５２　加熱ポンプ、５３　切替器、６１　容器、６５　熱交換器、６６　加熱配管、６７　熱利用配管、６８　フィン、６９　継手、８６　加熱利用配管、９０　蓄熱材料、９１　水、９２　高分子、９３　高分子、９５　空気層、１００，１０１，１０２　蓄熱器、２００　熱源、５００，５０１，５０２　蓄熱システム。

Claims (16)

  1. 　温度により親水性と疎水性とを示す高分子及び水を有する蓄熱材料と、
    　加熱用流体と熱交換して前記蓄熱材料を加熱して前記蓄熱材料に蓄熱すると共に、熱利用流体と熱交換して前記蓄熱材料から吸熱して前記蓄熱材料から放熱させる熱交換器と、
    　前記蓄熱材料が充填され、前記熱交換器が収容された容器と、
    　を備える蓄熱器。
  2. 　前記容器の内部で、蓄熱及び放熱が行われる
    　請求項１記載の蓄熱器。
  3. 　前記高分子は、収縮工程と膨潤工程とを有し、
    　前記収縮工程において前記蓄熱材料に蓄熱され、前記膨潤工程において前記蓄熱材料から放熱される
    　請求項１又は２記載の蓄熱器。
  4. 　前記収縮工程及び前記膨潤工程において、前記水は液体状態である
    　請求項３記載の蓄熱器。
  5. 　前記温度は、前記水に対する下限臨界溶液温度であり、
    　前記高分子は、前記下限臨界溶液温度より低温の場合に親水性を示し、前記下限臨界溶液温度より高温の場合に疎水性を示す
    　請求項１～４のいずれか１項に記載の蓄熱器。
  6. 　前記下限臨界溶液温度より低温の場合に、膨潤工程を有し、
    　前記下限臨界溶液温度より高温の場合に、収縮工程を有する
    　請求項５記載の蓄熱器。
  7. 　前記蓄熱材料は、温度応答性ゲルである
    　請求項１～６のいずれか１項に記載の蓄熱器。
  8. 　前記熱交換器の表面と前記高分子とが接触している
    　請求項１～７のいずれか１項に記載の蓄熱器。
  9. 　前記高分子の厚みは、前記熱交換器の熱交換面同士の間の距離に基づいている
    　請求項８記載の蓄熱器。
  10. 　前記熱交換器は、
    　前記加熱用流体が流れる加熱配管と、
    　前記熱利用流体が流れる熱利用配管と、を有する
    　請求項１～９のいずれか１項に記載の蓄熱器。
  11. 　前記加熱配管と前記熱利用配管とが同一の加熱利用配管である
    　請求項１０記載の蓄熱器。
  12. 　熱を生成する熱源と、
    　請求項１～１１のいずれか１項に記載の蓄熱器と、
    　前記熱源によって生成された熱を前記蓄熱器に導く前記加熱用流体と、
    　前記蓄熱器に蓄えられた熱を熱利用端末に導く前記熱利用流体と、
    　を備える蓄熱システム。
  13. 　前記蓄熱器において、前記加熱用流体と前記熱利用流体とは、逆向きに流れる
    　請求項１２記載の蓄熱システム。
  14. 　前記蓄熱器からの熱を前記熱利用端末で放熱する単純放熱と、
    　前記蓄熱器からの熱と前記熱源からの熱とを前記熱利用端末で放熱する同時放熱と、を有する
    　請求項１２又は１３記載の蓄熱システム。
  15. 　前記熱利用端末における熱利用として、
    　前記熱利用流体が前記熱利用端末で直接利用される直接熱利用、又は、前記熱利用流体の熱が前記熱利用端末で利用される間接熱利用を有する
    　請求項１２～１４のいずれか１項に記載の蓄熱システム。
  16. 　温度により親水性と疎水性とを示す高分子及び水を有する蓄熱材料と、
    　加熱用流体と熱交換して前記蓄熱材料を加熱して前記蓄熱材料に蓄熱すると共に、熱利用流体と熱交換して前記蓄熱材料から吸熱して前記蓄熱材料から放熱させる熱交換器と、
    　前記蓄熱材料が充填され、前記熱交換器が収容された容器と、を備えた蓄熱器の蓄熱方法であって、
    　前記高分子は、収縮工程と膨潤工程とを有し、
    　前記収縮工程において前記蓄熱材料に蓄熱され、前記膨潤工程において前記蓄熱材料から放熱される
    　蓄熱方法。
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