JP2008106972A - 蓄熱器 - Google Patents

Abstract

【課題】蓄熱材の温度分布の温度差による自然対流を用いた蓄熱器の剛性を向上させる。
【解決手段】上下方向に起立させた複数の伝熱プレート２が互いに所定の間隔をあけて配列されるとともに、温熱もしくは冷熱を蓄える蓄熱材１がこれらの伝熱プレート２の間に対流可能に充填された蓄熱器３において、前記各伝熱プレート２の間に配置されて隣接する前記伝熱プレート同士を連結する複数の梁４が設けられ、上下方向で隣接する前記梁４が上下方向に所定の間隔をあけた状態でかつ前記伝熱プレート２の表面に沿う水平方向に互いにずれて配置されている。
【選択図】 図１

Description

この発明は、温熱もしくは冷熱を蓄える蓄熱材との間で熱交換する複数の伝熱プレートが互いにほぼ平行に配置され、それらの間に蓄熱材を対流可能に充填した蓄熱器に関するものである。

従来、熱交換器や蓄熱器・蓄冷器において熱搬送媒体間で熱交換が行われる場合、熱源流体と熱回収流体との流れる一体型の多穴チューブが蓄熱材の内部に設けられることが知られており、その一例が特許文献１に記載されている。この特許文献１に記載された発明は、複数の前記多穴チューブが一定の間隔で蓄熱材の内部に設けられ、熱源流体と熱回収流体とが流通する第１タンク及び第２タンクに配置されている。

特開２００３−３３６９７４号公報

上述した特許文献１に記載されている発明では、任意の形状を有し、熱源液体および熱回収液体の流通しているチューブが熱交換器の両端に設けられている第１タンク及び第２タンクの間に配置されている。そして、これらのチューブの外周側に蓄熱材が充填されている。そのチューブは、各液体と蓄熱材とを隔絶するとともに、各液体と蓄熱材との間の熱交換を媒介するのであるから、熱交換面積が可及的に広くなり、また熱伝達抵抗が小さくなるように構成されている。そのため、温度差による熱応力や蓄熱材の熱膨張もしくは熱収縮による応力などが作用した場合には、チューブが変形する可能性がある。これに対して、特許文献１に記載された熱交換器では、各チューブの間にフィンが配置されているので、このフィンがいわゆるスペーサーの機能を果たして、チューブの変形を抑制するように作用する場合がある。しかしながら、それらのフィンが、各チューブの間の空間を閉じた状態になっているので、蓄熱材が溶融して対流を生じる場合に、その対流が阻害され、その結果、蓄熱あるいは放熱の応答性が阻害される可能性がある。

この発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、伝熱プレートの実質的な剛性と併せて蓄熱効率を向上させることのできる蓄熱器を提供することを目的とするものである。

上記目的を達成するため請求項１の発明は、上下方向に起立させた複数の伝熱プレートが互いに所定の間隔をあけて配列されるとともに、温熱もしくは冷熱を蓄える蓄熱材がこれらの伝熱プレートの間に対流可能に充填された蓄熱器において、前記各伝熱プレートの間に配置されて隣接する前記伝熱プレート同士を連結する複数の梁が設けられ、上下方向で隣接する前記梁が上下方向に所定の間隔をあけた状態でかつ前記伝熱プレートの表面に沿う水平方向に互いにずれて配置されていることを特徴とするものである。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記各梁の水平方向での両端部側に、対流によって流動する前記蓄熱材を通過させるスペースが設けられていることを特徴とするものである。

請求項１の発明によれば、伝熱プレートの間に配置されて隣接する前記伝熱プレート同士を連結する複数の梁が、上下方向で所定の間隔をあけた状態で伝熱プレートの表面に沿う水平方向に互いにずれて配置されているため、梁の端部同士が接近することが回避され、梁の端部側に十分な対流流路を確保することができる。したがって、梁を迂回する蓄熱材の流れの干渉や、そのために生じる蓄熱材の対流の阻害を防ぐことができる。

また、請求項２の発明によれば、梁の水平方向での両端部側に、対流によって流動する前記蓄熱材を通過させるスペースが設けられている。ここで、蓄熱器にエネルギーを低下させる負の熱の蓄熱を行う場合には、蓄熱器３の内部よりも外部が高温となる。一方で、蓄熱器にエネルギーを増大させる正の熱の蓄熱を行う場合には、蓄熱器３の内部よりも外部が低温となる。したがって、蓄熱器３の内部で蓄熱材１の温度分布に差が生じるため、温度の低い蓄熱材１が蓄熱器３の下方へ移動し、温度の高い蓄熱材１が蓄熱器３の上方へ移動し、これにより自然対流が誘発される。

つぎにこの発明をより具体的に説明する。この発明の蓄熱器は、エネルギーを増大させる正の熱の蓄熱と、エネルギーを低下させる負の熱の蓄熱とのいずれも蓄熱材１に蓄えることが可能であるが、以下の説明では、後者のいわゆる冷熱の蓄熱を行うように構成した具体例を示す。図１には、上下方向に起立させた複数の伝熱プレート２が所定の間隔をあけて配列された蓄熱器３の模式的な斜視図が示されている。また、図２に示す例は、蓄熱器３の内部に設けられている蓄熱材１の対流を示す図であり、複数の梁４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄが蓄熱器３の内部に設けられた板状の伝熱プレート２と接合されている。前記伝熱プレート２には、熱搬入媒体としての冷媒または熱搬出媒体としてのブラインについて上下方向に流通させる図示しない管が設けられている。この管は伝熱プレート２に凸状の突起が設けられ、該突起の内部が連続した空洞となっている。

前記梁４は前記伝熱プレート２の両端と接触しない状態で、隣接する伝熱プレート２同士と接合されるように起立させて複数列配列されている。また、梁４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄの平面は互いに平行であるものに限定されず、平面同士の向きが互いに傾いていても良い。さらに、伝熱プレート２と接合されている梁４ｃは、上下方向について、隣接する列に配列されている梁４ａと梁４ｂとの間に設けられている。このため、前記伝熱プレート２の端部と図１に対する側面方向で対向している前記梁４との隙間との間で蓄熱材１の迂回する伝熱プレート２の側端部側にスペース５ａ、５ｂが設けられる。また、隣接する梁４の列の隙間にはスペース５ｃが設けられる。ここで、梁４の材質は高い剛性を有していれば熱伝導性は特に問わないが、一例として熱伝導性の悪い材質を使用した場合について以下に説明する。

蓄熱器３の外側には、伝熱プレート２の上部に設けられている図示しないヘッダーと連結するように、第１通路６ａが蓄熱器３を貫通して設けられている。また、伝熱プレート２の下部に設けられている図示しないフッターと連結するように、第１通路６ｂが蓄熱器３を貫通して蓄熱器３の外側に設けられている。

一方、前記蓄熱器３の外側の端部で、伝熱プレート２の上部に設けられ、前記第１通路６ａと連結されていない図示しないヘッダーと連結するように、第２通路７ａが蓄熱器３を貫通して設けられている。また、伝熱プレート２の下部に設けられ、前記第１通路６ｂと連結されていない図示しないフッターと連結するように、第２通路７ｂが蓄熱器３を貫通して蓄熱器３の外側に設けられている。

前記第１通路６ａ，６ｂ、または前記第２通路７ａ，７ｂのどちらか一方には蓄熱材１よりも温度の低い冷媒が流入されており、他方にはブラインが流入されている。一例として、第１通路６ａに冷媒が流入された場合は、この冷媒は図示しないヘッダーを経由して、伝熱プレート２に設けられている図示しない管に流入される。そして、この管と接触している蓄熱材１と冷媒との間で熱交換が行われる。

蓄熱器３の内部には、各伝熱プレート２の間に配置されて隣接する前記伝熱プレート２同士を連結する複数の梁４が設けられ、上下方向で隣接する前記梁４が上下方向に所定の間隔をあけた状態でかつ前記伝熱プレート２の表面に沿う水平方向に互いにずれて配置されている。具体的には、前記梁４は、隣接されている梁の列の梁と梁との間で隣接する梁と水平方向にずれるように配置される。つまり、図２においては、梁４ｃは隣接される梁４の列である梁４ａと梁４ｂとの間に配置され、また梁４ｂは隣接される梁４の列である梁４ｃと梁４ｄとの間に配置される。これにより、同じ列に配置されている梁４ａと梁４ｂとの間隔、または梁４ａ，４ｂと隣接されている列の梁４ｃ，４ｄとの間隔、及び梁４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄと伝熱プレート２との間隔が広くなる。そして、蓄熱材１は伝熱プレート２と接合されている梁４を迂回してスペース５ａ，５ｂ，５ｃに不可避的に流入する。

ここで、蓄熱器にエネルギーを低下させる負の熱の蓄熱を行う場合には、蓄熱器３の内部よりも外部が高温となる。一方で、蓄熱器にエネルギーを増大させる正の熱の蓄熱を行う場合には、蓄熱器３の内部よりも外部が低温となる。したがって、蓄熱器３の内部で蓄熱材１の温度分布に差が生じるため、温度の低い蓄熱材１が蓄熱器３の下方へ移動し、温度の高い蓄熱材１が蓄熱器３の上方へ移動し、これにより自然対流が誘発される。

図３には、図１と同じ構造を有する蓄熱器で、蓄熱材の温度分布の温度差が大きい場合の蓄熱材の流路を示した図である。このとき、蓄熱材１の温度分布の温度差が大きい場合は、蓄熱材１の移動速度が速くなるため、蓄熱器３の上下方向全体に蓄熱材１の対流が生じる。なお。蓄熱器の構造は図１と同一であるため、同じ符号を付して説明を省略する。

ここで、蓄熱器にエネルギーを低下させる負の熱の蓄熱を行う場合には、蓄熱器３の内部よりも外部が高温となる。一方で、蓄熱器にエネルギーを増大させる正の熱の蓄熱を行う場合には、蓄熱器３の内部よりも外部が低温となる。したがって、蓄熱器３の内部で蓄熱材１の温度分布に差が生じるため、温度の低い蓄熱材１が蓄熱器３の下方へ移動し、温度の高い蓄熱材１が蓄熱器３の上方へ移動し、これにより自然対流が誘発される。

なお、本実施例においては、一列あたり二枚の伝熱プレートが二列配置されている構造について記載したが、一列あたりの伝熱プレートの枚数及び列の数はこれに限られず、一列あたり複数枚の伝熱プレートが起立され、この伝熱プレートが複数列配列されていればよい。また、この発明は上述した各具体例に限定されないのであって、車両以外の熱回収装置に適用でき、例えば家庭や工場で固定設置されるコージェネレーションシステムにも適用することができる。

この発明の一例を模式的に示す蓄熱器全体の斜視図である。 この発明の一例を模式的に示す蓄熱器における一の蓄熱材の対流を示す図である。 この発明の一例を模式的に示す蓄熱器における他の蓄熱材の対流を示す図である。

符号の説明

１…蓄熱材、 ２…伝熱プレート、 ３…蓄熱器、 ４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ…梁、 ５ａ，５ｂ，５ｃ…スペース、 ６ａ，６ｂ…第１通路、 ７ａ，７ｂ…第２通路。

Claims (2)

1. 上下方向に起立させた複数の伝熱プレートが互いに所定の間隔をあけて配列されるとともに、温熱もしくは冷熱を蓄える蓄熱材がこれらの伝熱プレートの間に対流可能に充填された蓄熱器において、
   前記各伝熱プレートの間に配置されて隣接する前記伝熱プレート同士を連結する複数の梁が設けられ、上下方向で隣接する前記梁が上下方向に所定の間隔をあけた状態でかつ前記伝熱プレートの表面に沿う水平方向に互いにずれて配置されていることを特徴とする蓄熱器。
2. 前記各梁の水平方向での両端部側に、対流によって流動する前記蓄熱材を通過させるスペースが設けられていることを特徴とする請求項１に記載の蓄熱器。

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