JP6818942B1 - 蓄熱式給湯器 - Google Patents

Abstract

蓄熱式給湯器は、容器と、容器の内部に充填された蓄熱材と、容器の内部に収容され、第１の熱媒と熱交換して蓄熱材に蓄熱すると共に、第２の熱媒と熱交換して蓄熱材から放熱させる熱交換器と、を備えている。蓄熱材は、エリスリトールと水とを有している。水に対するエリスリトールの混合比率は、重量比６０［ｗｔ％］以上８０［ｗｔ％］以下である。

Description

本発明は、エリスリトール及び水を有する蓄熱材を備えた蓄熱式給湯器に関するものである。

従来、蓄熱材を使用した蓄熱式給湯器が知られている。蓄熱式給湯器の蓄熱材は、一般的に水が使用されるが、体積あたりの蓄熱量が多い固体から液体に相変化する際の潜熱を利用した潜熱蓄熱材も使用される。例えば特許文献１には、蓄熱式給湯器の蓄熱材として、糖アルコールの一種であるエリスリトールを使用した構成が開示されている。

特開２０００−０８７０２０号公報

エリスリトールは、他の種類の潜熱蓄熱材に比べて潜熱量が多く、潜熱を放出する際の温度が融点１１９℃と高いため、蓄熱材として広く使用されている。しかし、給湯などの１００℃以下で使用する給湯器等のシステム機器に、蓄熱材としてエリスリトールを使用すると、エリスリトールの融点が高いことが原因で、相変化時にエリスリトールの潜熱を十分に放出することができず、蓄熱量が低下するおそれがある。そのため、給湯器などのシステム機器に、蓄熱材としてエリスリトールを使用する場合、十分な蓄熱量が得られるだけの蓄熱材を容器に充填する必要があり、機器が大型化するおそれがある。

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、給湯などの１００℃以下で使用するシステム機器に、エリスリトールを主成分とした蓄熱材を使用した場合であっても、蓄熱量の低下を抑制することにより、全体として小型化を実現することができる、蓄熱式給湯器を提供することを目的とする。

本発明に係る蓄熱式給湯器は、内部で熱交換が行なわれる容器と、前記容器の内部に充填された蓄熱材と、前記容器の内部に収容され、第１の熱媒と熱交換して前記蓄熱材に蓄熱すると共に、第２の熱媒と熱交換して前記蓄熱材から放熱させる熱交換器と、前記蓄熱材を流動させる装置と、を備え、前記蓄熱材は、エリスリトールと該エリスリトールを溶解する水とを有し、前記水に対する前記エリスリトールの混合比率は、重量比６０［ｗｔ％］以上８０［ｗｔ％］以下であり、前記蓄熱材は、放熱時において、前記エリスリトールが析出された固相部と、前記エリスリトールの固相が析出していない水溶液部とに分離し、前記蓄熱材を流動させる装置によって前記蓄熱材を流動し、前記固相部が前記容器の下部に堆積し、前記水溶液部が前記固相部の上に位置する構成である。

本発明によれば、エリスリトールと水とを有し、水に対するエリスリトールの混合比率を重量比６０［ｗｔ％］以上８０［ｗｔ％］以下とした蓄熱材を用いているので、エリスリトールが水に溶解することにより、エリスリトールが相変化する温度（融点）を、給湯用途の４０℃〜９０℃の範囲で使用する場合に適する６０℃〜９０℃に低下させることができる。これにより、エリスリトールの潜熱を十分に放出させることができ、蓄熱材の蓄熱量を向上させることができる。よって、給湯などの１００℃以下で使用するシステム機器に、エリスリトールを主成分とした蓄熱材を使用した場合であっても、蓄熱材の蓄熱量を向上させることができるため、容器に充填する蓄熱材の量を削減することで、全体として小型化を実現することができる。

実施の形態１に係る蓄熱式給湯器であって、蓄熱材の放熱時における状態の内部構成を示した模式図である。 水に対するエリスリトールの混合比率と蓄熱材の融点との関係を示したグラフである。 水に対するエリスリトールの混合比率と蓄熱材の単位面積あたりの熱量との関係を示したグラフである。 実施の形態１に係る蓄熱式給湯器の変形例を示した模式図である。 実施の形態２に係る蓄熱式給湯器であって、蓄熱材の放熱時における状態の内部構成を示した模式図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。なお、各図中、同一又は相当する部分には、同一符号を付して、その説明を適宜省略又は簡略化する。また、各図に記載の構成について、その形状、大きさ、及び配置等は、本発明の範囲内で適宜変更することができる。

実施の形態１．
（蓄熱式給湯器１００の構成）
図１は、実施の形態１に係る蓄熱式給湯器であって、蓄熱材の放熱時における状態の内部構成を示した模式図である。本実施の形態１に係る蓄熱式給湯器１００は、図１に示すように、容器１と、蓄熱材２と、第１の熱媒と熱交換して蓄熱材２に蓄熱すると共に、第２の熱媒と熱交換して蓄熱材２から放熱させる熱交換器３と、蓄熱材２を撹拌する撹拌機６と、を備えている。

容器１は、例えば略直方体形状である。容器１の材質は、ＳＵＳ、Ａｌ、Ｃｕ又はポリカーボネイド等の耐熱性及び強度の高い材料である。容器１の内部には、蓄熱材２、熱交換器３及び撹拌機６の撹拌翼６０が収容されている。容器１の側面には、熱交換器３の給湯水流入配管４ｂ、給湯水流出配管４ｃ、熱媒流入配管５ｂ及び熱媒流出配管５ｃが挿入される複数の開口が形成されている。容器１の下部は、蓄熱材２の放熱時に、容器１の内底面に沈殿するエリスリトール２０の固体を堆積させるための堆積空間となる。

蓄熱材２は、主にエリスリトール２０と水２１とを有している。エリスリトール２０とは、エリスリトール、ペンタエリスリトール及びジペンタエリスリトール等が含まれる。水２１は、純水が好ましいが、エリスリトール２０を劣化させる物質が含まれていない水であれば純水でなくて良い。エリスリトール２０と水２１は、溶解する性質があり、且つ高い蓄熱量を有する。蓄熱式給湯器１００は、蓄熱材２が高い蓄熱量を有することにより、容器１に充填する蓄熱材２の充填量を削減でき、全体として小型化することができる。また、蓄熱材２は、蓄熱時において、全体においてエリスリトール２０の固相が析出していない水溶液となり、放熱時において、図１に示すように、エリスリトール２０が析出された固相部Ｂと、エリスリトール２０の固相が析出していない水溶液部Ａとに分離される性質を有している。

熱交換器３は、放熱用熱交換器４と、蓄熱用熱交換器５と、を有している。放熱用熱交換器４は、例えばチューブ型熱交換器であり、放熱用伝熱管４ａと、給湯水流入配管４ｂと、給湯水流出配管４ｃと、フィン４ｄと、を有している。また、蓄熱用熱交換器５は、例えばチューブ型熱交換器であり、蓄熱用伝熱管５ａと、熱媒流入配管５ｂと、熱媒流出配管５ｃと、図示省略のフィンと、を有している。

放熱用伝熱管４ａは、円筒、平板又は扁平状である。放熱用伝熱管４ａは、アルミニウム、Ｃｕ又はＳＵＳ等の金属を加工して形成される。放熱用伝熱管４ａの内部には、蓄熱材２の熱を放出するための第２の熱媒として給湯水が流れる。

給湯水流入配管４ｂ及び給湯水流出配管４ｃは、アルミニウム、Ｃｕ又はＳＵＳ等の金属を加工して形成される。給湯水流入配管４ｂは、容器１の一側面に形成された開口に挿入され、容器１の内部と外部とに跨って設けられており、容器内側の端部が放熱用伝熱管４ａの一端に接続されている。給湯水流出配管４ｃは、容器１の一側面に形成された開口に挿入され、容器１の内部と外部とに跨って設けられており、容器内側の端部が放熱用伝熱管４ａの他端に接続されている。実施の形態１に係る蓄熱式給湯器１００では、給湯水流入配管４ｂが容器１の上方に配置され、給湯水流出配管４ｃが容器１の下方に配置された構成を示している。但し、給湯水流入配管４ｂが容器１の下方を配置され、給湯水流出配管４ｃが容器１の上方に配置された構成でもよい。

フィン４ｄは、アルミニウム、Ｃｕ、ＳＵＳ又はカーボン等の熱伝導性の高い金属を平板状に加工したものである。フィン４ｄは、放熱用伝熱管４ａの外周面に設けられている。

蓄熱用伝熱管５ａは、円筒、平板又は扁平状である。蓄熱用伝熱管５ａは、アルミニウム、Ｃｕ又はＳＵＳ等の金属を加工して形成される。蓄熱用伝熱管５ａの内部には、蓄熱材２を加熱するための第１の熱媒として、例えば水、油、二酸化炭素、又はＲ４１０ａなどのＨＦＣ系冷媒が流れる。

熱媒流入配管５ｂ及び熱媒流出配管５ｃは、アルミニウム、Ｃｕ又はＳＵＳ等の金属を加工して形成される。熱媒流入配管５ｂは、容器１の一側面に形成された開口に挿入され、容器１の内部と外部とに跨って設けられており、容器内側の端部が蓄熱用伝熱管５ａの一端に接続されている。熱媒流出配管５ｃは、容器１の一側面に形成された開口に挿入され、容器１の内部と外部とに跨って設けられており、容器内側の端部が蓄熱用伝熱管５ａの他端に接続されている。実施の形態１に係る蓄熱式給湯器１００では、熱媒流入配管５ｂが容器１の上方に配置され、熱媒流出配管５ｃが容器１の下方に配置された構成を示している。但し、熱媒流入配管５ｂが容器１の下方を配置され、熱媒流出配管５ｃが容器１の上方に配置された構成でもよい。

蓄熱用熱交換器５のフィンは、アルミニウム、Ｃｕ、ＳＵＳ又はカーボン等の熱伝導性の高い金属を平板状に加工したものである。蓄熱用熱交換器５のフィンは、蓄熱用伝熱管５ａの外周面に設けられている。

なお、放熱用熱交換器４は、蓄熱材２から熱を放熱させることができる構成であれば良く、実施の状況に応じて形状を適宜変更して設けるものとする。例えば、放熱用熱交換器４は、フィン４ｄを有さず、放熱用伝熱管４ａ、給湯水流入配管４ｂ及び給湯水流出配管４ｃのみで構成してもよい。

同様に、蓄熱用熱交換器５は、蓄熱材２に熱を蓄熱させることができる構成であれば良く、実施の状況に応じて形状を適宜変更して設けるものとする。例えば、蓄熱用熱交換器５は、フィンを有さず、蓄熱用伝熱管５ａ、熱媒流入配管５ｂ及び熱媒流出配管５ｃのみで構成してもよい。

また、放熱用熱交換器４及び蓄熱用熱交換器５は、一例としてチューブ式熱交換器について説明したが、蓄熱材２と熱交換できる構成であれば平板状の板を複数枚積層させたプレート式の熱交換器でも良い。

撹拌機６は、蓄熱材２を撹拌するための撹拌翼６０と、撹拌翼６０を回転させる回転機６１と、を有している。撹拌翼６０は、ＳＵＳ、アルミニウム若しくはＣｕ等の金属材料、プラスチック若しくは樹脂等の軽量材料、又は磁石等の磁性材料で形成されている。撹拌翼６０は、回転機６１の駆動によって回転し、蓄熱材２を撹拌する。回転機６１は、例えば電気で駆動するモータ又は磁場等によって、撹拌翼６０を回転させる駆動源である。

（エリスリトール２０と水２１の混合割合）
次に、図２及び図３に基づいてエリスリトール２０と水２１の混合比率について説明する。図２は、水に対するエリスリトールの混合比率と蓄熱材の融点との関係を示したグラフである。図２では、横軸が水２１に対するエリスリトール２０の混合比率［ｗｔ％］を示し、縦軸が蓄熱材２の融点［℃］を示している。エリスリトール２０は、水２１と溶解する性質を有する。蓄熱材２は、エリスリトール２０が水２１に溶解することにより、エリスリトール２０が相変化する温度（融点）を低下させることができる。図２に示すように、蓄熱材２は、水２１に対するエリスリトール２０の混合比率が低下するにしたがって融点が下がる性質を有する。蓄熱材２は、給湯用途の４０℃〜９０℃の範囲で使用する場合、融点を６０℃〜９０℃の範囲にすることが好ましい。そうすると、図２から、水２１に対するエリスリトール２０の混合比率は、重量比６０［ｗｔ％］以上８０［ｗｔ％］以下が適することになる。

次に、図３は、水に対するエリスリトールの混合比率と蓄熱材の単位面積あたりの熱量との関係を示したグラフである。図３では、横軸が水２１に対するエリスリトール２０の混合比率［ｗｔ％］を示し、縦軸が蓄熱材２の単位体積あたりの熱量［ＭＪ・Ｌ^−１］を示している。図３に示すように、蓄熱材２の単位体積あたりの熱量は、エリスリトール２０の混合比率に応じて増加し、エリスリトール２０の混合比率が重量比８０［ｗｔ％］付近で最大となる。つまり、エリスリトール２０の混合比率は、重量比８０［ｗｔ％］付近が最適となる。よって、図２及び図３の結果から、給湯用途４０℃〜９０℃の範囲で使用する場合、水２１に対するエリスリトール２０の混合比率は、重量比６０［ｗｔ％］以上８０［ｗｔ％］以下が適することになり、更に言えば重量比８０［ｗｔ％］が最適となる。

（蓄熱式給湯器１００の蓄熱動作）
次に、蓄熱式給湯器１００の蓄熱動作について説明する。蓄熱式給湯器１００は、蓄熱用熱交換器５の熱媒流入配管５ｂから高温の熱媒が流れると、蓄熱用伝熱管５ａからフィンを介して、蓄熱材２に熱が伝えられる。蓄熱式給湯器１００は、低温の蓄熱材２が温められ温度が上昇し融点に達すると、エリスリトール２０の固相が融解し液相になる。一方、蓄熱材２に熱を与えた熱媒は、温度が低下し、熱媒流出配管５ｃから排出される。また、蓄熱時に、撹拌機６の撹拌翼６０を回転させることで蓄熱材２を撹拌させることができる。蓄熱材２を撹拌させることで、蓄熱材２と熱媒の熱交換性能が向上する。ここで、蓄熱用熱交換器５を流れる熱媒を加熱する熱源機は、ヒートポンプ、ヒータ又は燃焼器であり、熱媒を加熱できるものであれば良い。また、熱媒を加熱するシステムは、熱媒流出配管５ｃから排出され熱源機を流れ、再び熱媒流入配管５ｂから蓄熱用熱交換器５内に流入する循環式のものでも、熱媒流出配管５ｃから外部へ排出され循環しない一過式のものでも良い。

（蓄熱式給湯器１００の放熱動作）
次に、蓄熱式給湯器１００の放熱動作について説明する。蓄熱式給湯器１００は、放熱用熱交換器４の給湯水流入配管４ｂから給湯水が流れると、蓄熱材２の熱がフィン４ｄを介して放熱用伝熱管４ａに伝えられ、内部を流れる給湯水の温度が上昇する。同時に、蓄熱材２は、熱を奪われて温度が下がる。すると、放熱用伝熱管４ａの周りの蓄熱材２の温度が融点に達し、放熱用伝熱管４ａの周囲にエリスリトール２０の固相が析出する。蓄熱材２から熱を与えられ温度が上昇した給湯水は、給湯水流出配管４ｃから排出される。また、放熱時に、撹拌機６の撹拌翼６０を回転させることで蓄熱材２を撹拌させることができる。エリスリトール２０の固相は、熱伝導率が金属等の物質に比べ低い。そのため、蓄熱式給湯器１００では、撹拌機６を回転させて蓄熱材２を撹拌することで、蓄熱材２と熱媒の熱交換性能が向上させることができる。

（撹拌翼６０の配置位置）
次に、撹拌翼６０の配置位置について説明する。蓄熱材２は、エリスリトール２０と水２１との混合液である。この蓄熱材２におけるエリスリトール２０の濃度は、蓄熱材２の温度を用いて式（１）で求められる。
ｘ＝−０．００３８７Ｔ^２＋１．３４Ｔ−５．９４ （１）
ｘは、蓄熱材２におけるエリスリトール濃度［ｗｔ％］である。Ｔは、蓄熱材２の温度［℃］である。つまり、放熱時の蓄熱材２の温度に応じて蓄熱材２から析出するエリスリトール２０の固相量と、蓄熱材２との液相量は、一意に定まる。なお、放熱時の蓄熱材２の温度に応じて蓄熱材２から析出するエリスリトール２０の固相量は、式（１）から求めることができる。具体的には、容器の大きさ（幅Ｗ［ｍｍ］×奥行きＢ［ｍｍ］×高さＨ［ｍｍ］）とし、固相量をＶ［ｍｍ３］とすると、容器１の底面積（幅Ｗ［ｍｍ］×奥行きＢ［ｍｍ］）から固相が析出する高さＨ’は、Ｈ’＝Ｖ／（Ｂ×Ｗ）となる。

一方、撹拌機６の撹拌翼６０は、蓄熱材２の水溶液部Ａに配置した方が良い。撹拌翼６０がエリスリトール２０の固相によって動力低下を起こすことなく蓄熱材２を撹拌することができるので、安定した熱交換が可能となり、給湯性能が向上するからである。

したがって、蓄熱式給湯器１００は、式（１）と、放熱時の蓄熱材２の温度を基に計算されるエリスリトール２０の固相量と、に基づき、放熱時に固相部Ｂと水溶液部Ａとが分離された状態における水溶液部Ａが位置する部分である高さＨ’以上Ｈ以下の高さの間に、撹拌機６の撹拌翼６０を配置することで、安定した熱交換が可能となる。

（撹拌機６を備える効果）
次に、蓄熱材２を撹拌する撹拌機６の効果について説明する。蓄熱材２は、エリスリトール２０と水２１の混合液であり、エリスリトール２０が水２１に溶解する点に特徴を有する。例えばパラフィン、エリスリトール単体、又は酢酸ナトリウム三水和物等の一般的な蓄熱材２を、熱交換器等を用いて冷却した場合、伝熱面から蓄熱材２の温度が低下し、伝熱面に蓄熱材２の固相が析出する。一方、本実施の形態１の蓄熱材２を冷却した場合、水２１からエリスリトール２０が析出して凝固する。そして、撹拌機６で蓄熱材２を流動させつつ冷却した場合、蓄熱材２の温度は均一になるため伝熱面から離れたところにある水２１からもエリスリトール２０の凝固が生じる。伝熱面以外で凝固したエリスリトール２０の固相は、蓄熱材２の密度よりも大きいため、容器１の下部に堆積する。即ち、本実施の形態１に係る蓄熱式給湯器１００では、撹拌機６で蓄熱材２を撹拌させることで、熱交換器３の表面に析出するエリスリトール２０の固相量を低下させることができるので、熱交換器３の熱交換性能の低下を抑制できる。つまり、蓄熱式給湯器１００は、撹拌機６を備えることで、放熱用熱交換器４、蓄熱用熱交換器５を小型化しても熱交換性能を十分に発揮させることができるので、熱交換器３を小型化して装置全体を小型化することができる。

以上のように、本実施の形態１に係る蓄熱式給湯器１００は、容器１と、容器１の内部に充填された蓄熱材２と、容器１の内部に収容され、第１の熱媒と熱交換して蓄熱材２に蓄熱すると共に、第２の熱媒と熱交換して蓄熱材２から放熱させる熱交換器３と、を備えている。蓄熱材２は、エリスリトール２０と水２１とを有している。水２１に対するエリスリトール２０の混合比率は、重量比６０［ｗｔ％］以上８０［ｗｔ％］以下である。つまり、本実施の形態１に係る蓄熱式給湯器１００は、エリスリトール２０が水２１に溶解することにより、エリスリトール２０が相変化する温度（融点）を、給湯用途の４０℃〜９０℃の範囲で使用する場合に適する６０℃〜９０℃に低下させることができる。これにより、エリスリトール２０の潜熱を十分に放出させることができ、蓄熱材２の蓄熱量を向上させることができる。よって、蓄熱式給湯器１００は、エリスリトール２０を主成分とした蓄熱材２を使用した場合であっても、蓄熱材２の蓄熱量を向上させることができるため、容器１に充填する蓄熱材２の量を削減することで、全体として小型化を実現することができる。

また、本実施の形態１に係る蓄熱式給湯器１００は、蓄熱材２を撹拌する撹拌機６を更に備えている。蓄熱式給湯器１００は、撹拌機６で蓄熱材２を撹拌させることで、熱交換器３の表面に析出するエリスリトール２０の固相量を低下させることができるので、熱交換器３の熱交換性能の低下を抑制できる。よって、蓄熱式給湯器１００は、撹拌機６を備えることで、熱交換器３を小型化しても熱交換性能を十分に発揮させることができるので、熱交換器３を小型化して装置全体を小型化することができる。

また、蓄熱材２は、放熱時において、エリスリトール２０が析出された固相部Ｂと、エリスリトール２０の固相が析出していない水溶液部Ａとに分離される性質を有している。撹拌機６は、放熱時に固相部Ｂと水溶液部Ａとが分離された状態における水溶液部Ａが位置する部分に、撹拌翼６０が配置されている。よって、蓄熱式給湯器１００は、撹拌翼６０がエリスリトール２０の固相によって動力低下を起こすことなく蓄熱材２を撹拌できるので、安定した熱交換が可能となり、給湯性能を向上させることができる。

図４は、実施の形態１に係る蓄熱式給湯器の変形例を示した模式図である。蓄熱式給湯器１００は、図４に示すように、熱交換器３を蓄熱材２の蓄熱と放熱とを兼ねた１つの熱交換器で構成してもよい。つまり、図１において蓄熱用熱交換器５が蓄熱材２に蓄熱する構成であれば良いので、蓄熱用熱交換器５に流れる熱媒として給湯水を使用することもできる。よって、蓄熱用熱交換器５を用いず、放熱用熱交換器４を蓄熱用熱交換器５としても使用することも可能である。すなわち、図４においては、放熱用熱交換器４を蓄熱用熱交換器５と兼用するものであり、蓄熱材２の蓄熱が放熱用熱交換器４に高温水を流して行われる。

実施の形態２．
次に、実施の形態２に係る蓄熱式給湯器１０１を図５に基づいて説明する。図５は、実施の形態２に係る蓄熱式給湯器であって、蓄熱材の放熱時における状態の内部構成を示した模式図である。なお、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。

本実施の形態２に係る蓄熱式給湯器１０１は、実施の形態１に係る蓄熱式給湯器１００の撹拌機６に代えて、蓄熱材２を流動させるポンプ７を備えている点に特徴を有する。

（蓄熱式給湯器１０１の構成）
まず、蓄熱式給湯器１０１の構成について説明する。本実施の形態２に係る蓄熱式給湯器１０１は、図５に示すように、容器１と、容器１の内部に充填された蓄熱材２と、容器１の内部に収容された放熱用熱交換器４及び蓄熱用熱交換器５と、容器１の内部の蓄熱材２を流動させるポンプ７と、を備えている。

容器１には、実施の形態１で説明した構成に加えて、ポンプ７が接続され、蓄熱材２を容器１の外部へ排出させる吸引用配管口１０と、ポンプ７が接続され、排出した蓄熱材２を容器１の内部へ再び流入させる吐出用配管口１１と、が形成されている。

ポンプ７は、例えば遠心型ポンプ、定容積ポンプ又はプランジャ式ポンプなどの流体を吸引し吐出する装置である。ポンプ７の材質は、例えばアルミニウム若しくはＳＵＳ等の強度材料、又はプラスチックなどの軽量材料である。ポンプ７は、吸引口が容器１の吸引用配管口１０と接続され、吐出口が容器１の吐出用配管口１１と接続されている。

なお、本実施の形態２に係る蓄熱式給湯器１０１では、容器１の吸引用配管口１０からポンプ７までの回路上に蓄熱材２に熱を与える熱源機、及び蓄熱材２から放熱する放熱器を有さない場合を示している。但し、蓄熱式給湯器１０１は、ポンプ７を用いて容器１内の蓄熱材２を循環する構成であれば回路上にその他の機器が配置されても良い。

（蓄熱式給湯器１０１の蓄熱動作）
次に、蓄熱式給湯器１０１の蓄熱動作について説明する。本実施の形態２に係る蓄熱式給湯器１０１は、実施の形態１と同様に、蓄熱用熱交換器５の熱媒流入配管５ｂから高温の熱媒が流れると、蓄熱用伝熱管５ａからフィンを介して蓄熱材２に熱が伝えられる。蓄熱式給湯器１０１は、低温の蓄熱材２が温められ温度が上昇し融点に達すると、エリスリトール２０の固相が融解し液相になる。一方、蓄熱材２に熱を与えた熱媒は、温度が低下し、熱媒流出配管５ｃから排出される。また、蓄熱時に、ポンプ７を駆動させて、蓄熱材２を容器１の外部へ排出し、排出した蓄熱材２を再び容器１の内部へ流入させることにより、蓄熱材２を流動させることができる。蓄熱材２を流動させることで、蓄熱材２と熱媒の熱交換性能が向上する。ここで、蓄熱用熱交換器５を流れる熱媒を加熱する熱源機は、ヒートポンプ、ヒータ又は燃焼器であり、熱媒を加熱できるものであれば良い。また、熱媒を加熱するシステムは、熱媒流出配管５ｃから排出され熱源機を流れ、再び熱媒流入配管５ｂから蓄熱用熱交換器５内に流入する循環式のものでも、熱媒流出配管５ｃから外部へ排出され循環しない一過式のものでも良い。

（蓄熱式給湯器１０１の放熱動作）
次に、蓄熱式給湯器１０１の放熱動作について説明する。本実施の形態２に係る蓄熱式給湯器１０１は、実施の形態１と同様に、放熱用熱交換器４の給湯水流入配管４ｂから給湯水が流れると、蓄熱材２の熱がフィン４ｄを介して、放熱用伝熱管４ａに伝えられ内部を流れる給湯水の温度が上昇する。同時に、蓄熱材２は、熱を奪われ温度が下がる。すると、放熱用伝熱管４ａの周りの蓄熱材２の温度が融点に達し、放熱用伝熱管４ａの周囲にエリスリトール２０の固相が析出する。蓄熱材２から熱を与えられ温度が上昇した給湯水は、給湯水流出配管４ｃから排出される。また、放熱時に、ポンプ７を駆動させて、蓄熱材２を容器１の外部へ排出し、排出した蓄熱材２を再び容器１の内部へ流入させることにより、蓄熱材２を流動させることができる。エリスリトール２０の固相は、熱伝導率が金属等の物質に比べ低い。そのため、蓄熱式給湯器１０１では、ポンプ７で蓄熱材２を流動させることで、蓄熱材２と熱媒の熱交換性能が向上させることができる。

（吸引用配管口１０及び吐出用配管口１１の配置位置）
次に、容器１の吸引用配管口１０及び吐出用配管口１１の配置位置について説明する。本実施の形態２の蓄熱式給湯器１０１における蓄熱材２も、実施の形態１と同様に、エリスリトール２０と水２１の混合液である。この蓄熱材２におけるエリスリトール２０の濃度は、蓄熱材２の温度を用いて式（１）で求められる。
ｘ＝−０．００３８７Ｔ^２＋１．３４Ｔ−５．９４ （１）
ｘは、蓄熱材２におけるエリスリトール濃度［ｗｔ％］である。Ｔは、蓄熱材２の温度［℃］である。つまり、放熱時の蓄熱材２の温度に応じて蓄熱材２から析出するエリスリトール２０の固相量と、蓄熱材２との液相量は、一意に定まる。一方、容器１の吸引用配管口１０及び吐出用配管口１１は、蓄熱材２の水溶液部Ａに配置した方が良い。吸引用配管口１０及び吐出用配管口１１を固相部Ｂに配置してしまうと、エリスリトール２０の固相が配管内に析出し、該固相によって配管内が塞がれてしまうためである。したがって、蓄熱式給湯器１０１は、上記式（１）と、放熱時の蓄熱材２の温度を元に計算されるエリスリトール２０の固相量に基づき、放熱時に固相部Ｂと水溶液部Ａとが分離された状態における水溶液部Ａが位置する部分に、吸引用配管口１０及び吐出用配管口１１を配置することで、安定した熱交換が可能となり、給湯性能が向上する。

以上のように、本実施の形態２に係る蓄熱式給湯器１０１も、エリスリトール２０が水２１に溶解することにより、エリスリトール２０が相変化する温度（融点）を、給湯用途の４０℃〜９０℃の範囲で使用する場合に適する６０℃〜９０℃に低下させることができる。これにより、エリスリトール２０の潜熱を十分に放出させることができ、蓄熱材２の蓄熱量を向上させることができる。よって、蓄熱式給湯器１０１は、エリスリトール２０を主成分とした蓄熱材２を使用した場合であっても、蓄熱材２の蓄熱量を向上させることができるため、容器１に充填する蓄熱材２の量を削減することで、全体として小型化を実現することができる。

また、本実施の形態２に係る蓄熱式給湯器１０１は、蓄熱材２を容器１の外部へ排出し、排出した蓄熱材２を再び容器１の内部へ流入させることにより、蓄熱材２を流動させるポンプ７を更に備えている。容器１には、ポンプ７が接続され、蓄熱材２を容器１の外部へ排出させる吸引用配管口１０と、ポンプ７が接続され、排出した蓄熱材２を容器１の内部へ再び流入させる吐出用配管口１１と、が形成されている。よって、蓄熱式給湯器１０１は、ポンプ７を駆動させて蓄熱材２を流動させることで、熱交換器３の表面に析出するエリスリトール２０の固相量を低下させることができるので、熱交換器３の熱交換性能の低下を抑制できる。よって、蓄熱式給湯器１０１は、ポンプ７を備えることで、熱交換器３を小型化しても熱交換性能を十分に発揮させることができるので、熱交換器３を小型化して装置全体として小型化することができる。

蓄熱材２は、放熱時において、エリスリトール２０が析出された固相部Ｂと、エリスリトール２０の固相が析出していない水溶液部Ａとに分離される性質を有している。容器１には、放熱時に固相部Ｂと水溶液部Ａとが分離された状態における水溶液部Ａが位置する部分に、吸引用配管口１０及び吐出用配管口１１が形成されている。よって、蓄熱式給湯器１０１は、吸引用配管口１０及び吐出用配管口１１の配管内に析出するエリスリトール２０の固相で、該配管内が塞がれる事態を防止することができるので、蓄熱材２を流動させて安定した熱交換が可能となり、給湯性能を向上させることができる。

なお、実施の形態２に係る蓄熱式給湯器１０１においても、熱交換器３を蓄熱材２の蓄熱と放熱とを兼ねた１つの熱交換器で構成してもよい。つまり、蓄熱用熱交換器５に流れる熱媒として給湯水を使用することもできるので、蓄熱用熱交換器５を用いず、放熱用熱交換器４を蓄熱用熱交換器５として使用することも可能である。

以上に、蓄熱式給湯器１００及び１０１を実施の形態に基づいて説明したが、蓄熱式給湯器１００及び１０１は上述した実施の形態の構成に限定されるものではない。例えば、蓄熱式給湯器１００及び１０１は、上述した構成要素に限定されるものではなく、他の構成要素を含んでもよい。要するに、蓄熱式給湯器１００及び１０１は、その技術的思想を逸脱しない範囲において、当業者が通常に行う設計変更及び応用のバリエーションの範囲を含むものである。

１ 容器、２ 蓄熱材、３ 熱交換器、４ 放熱用熱交換器、４ａ 放熱用伝熱管、４ｂ 給湯水流入配管、４ｃ 給湯水流出配管、４ｄ フィン、５ 蓄熱用熱交換器、５ａ 蓄熱用伝熱管、５ｂ 熱媒流入配管、５ｃ 熱媒流出配管、６ 撹拌機、７ ポンプ、１０ 吸引用配管口、１１ 吐出用配管口、２０ エリスリトール、２１ 水、６０ 撹拌翼、６１ 回転機、１００、１０１ 蓄熱式給湯器、Ａ 水溶液部、Ｂ 固相部。

Claims (7)

1. 内部で熱交換が行なわれる容器と、
   前記容器の内部に充填された蓄熱材と、
   前記容器の内部に収容され、第１の熱媒と熱交換して前記蓄熱材に蓄熱すると共に、第２の熱媒と熱交換して前記蓄熱材から放熱させる熱交換器と、
   前記蓄熱材を流動させる装置と、を備え、
   前記蓄熱材は、エリスリトールと該エリスリトールを溶解する水とを有し、
   前記水に対する前記エリスリトールの混合比率は、重量比６０［ｗｔ％］以上８０［ｗｔ％］以下であり、
   前記蓄熱材は、放熱時において、前記エリスリトールが析出された固相部と、前記エリスリトールの固相が析出していない水溶液部とに分離し、前記蓄熱材を流動させる装置によって前記蓄熱材を流動し、前記固相部が前記容器の下部に堆積し、前記水溶液部が前記固相部の上に位置する構成である、蓄熱式給湯器。
2. 前記蓄熱材を流動させる装置として前記蓄熱材を撹拌する撹拌機を備えている、請求項１に記載の蓄熱式給湯器。
3. 前記撹拌機は、放熱時に前記固相部と前記水溶液部とが分離された状態における前記水溶液部が位置する部分に、撹拌翼が配置されている、請求項２に記載の蓄熱式給湯器。
4. 前記蓄熱材を流動させる装置として、前記蓄熱材を前記容器の外部へ排出し、排出した前記蓄熱材を再び前記容器の内部へ流入させることにより、前記蓄熱材を流動させるポンプを備えており、
   前記容器には、前記ポンプが接続され、前記蓄熱材を前記容器の外部へ排出させる吸引用配管口と、前記ポンプが接続され、排出した前記蓄熱材を前記容器の内部へ再び流入させる吐出用配管口と、が形成されている、請求項１に記載の蓄熱式給湯器。
5. 前記容器には、放熱時に前記固相部と前記水溶液部とが分離された状態における前記水溶液部が位置する部分に、前記吸引用配管口及び前記吐出用配管口が形成されている、請求項４に記載の蓄熱式給湯器。
6. 前記熱交換器は、
   熱媒が流れる蓄熱用熱交換器と、
   給湯水が流れる放熱用熱交換器と、を有する、請求項１〜５のいずれか一項に記載の蓄熱式給湯器。
7. 前記熱交換器は、前記蓄熱材の蓄熱と放熱とを兼ねた１つの熱交換器で構成されている、請求項１〜６のいずれか一項に記載の蓄熱式給湯器。

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