JP2008170089A - 蓄熱器 - Google Patents

Abstract

【課題】 流通媒体と蓄熱材との熱交換率の向上、容器内スペースの有効活用、流通媒体の流通抵抗の低減、長時間に亘る蓄熱性能の維持等を実現し、小さくても大容量の熱量を速やかに蓄熱及び放熱できる蓄熱器の提供。
【解決手段】 有底筒状の容器２と、この容器２の開口端を塞いだ状態で設けられ、且つ、流通媒体の入口パイプ５及び出口パイプ６を有する閉塞部材３を備え、容器２内に蓄熱材１６が収容された蓄熱器１において、蓄熱材１６を、両端部が閉塞された偏平管状の蓄熱チューブ６内に収容すると共に、この蓄熱チューブ６を蛇行させた形状に形成した。
【選択図】 図１

Description

本発明は、蓄熱器に関する。

従来、有底円筒状の容器と、この容器の開口端を塞いだ状態で設けられ、且つ、流通媒体の入口パイプ及び出口パイプを有する閉塞部材を備える蓄熱器の技術が公知になっている（特許文献１〜４参照）。
また、容器内に蓄熱材を収容したタイプのものもある（特許文献５参照）。
特開２００２−３２６６７４号公報 特開２００４−１５４３３８号公報 特開２００４−００１６２３号公報 特開２００４−２２４１５３号公報 特開平９−３３１８５号公報

しかしながら、特許文献１〜４の発明にあっては、蓄熱器の保温性能が不十分であるため、車両に適用した場合にはエンジン始動時やヒータコア始動時に所望の温度の流通媒体が得られない、または大きな容器が必要になるという問題点があった。

一方、特許文献５の発明にあっては、容器内に蓄熱材を収容しているため、蓄熱性能はある程度期待できるものの、流通媒体と蓄熱材との熱交換率が悪く、蓄熱材の蓄熱性能を十分に発揮できないという問題点があった。
加えて、容器内の流通媒体の流通抵抗の低減を図りたいという要求があった。
なお、容器内に蓄熱材を直接充填すると、流通媒体の流通抵抗が大きくなる、容器内の隅に充填された蓄熱材が殆ど機能しない、メンテナンス性が悪い等の理由により実際上の採用は困難となる。

本発明は上記課題を解決するためになされたものであって、その目的とするところは、流通媒体と蓄熱材との熱交換率の向上、容器内スペースの有効活用、流通媒体の流通抵抗の低減、長時間に亘る蓄熱性能の維持等を実現し、小さくても大容量の熱量を速やかに蓄熱及び放熱できる蓄熱器を提供することである。

本発明の請求項１記載の発明では、有底筒状の容器と、この容器の開口端を塞いだ状態で設けられ、且つ、流通媒体の入口パイプ及び出口パイプを有する閉塞部材を備え、前記容器内に蓄熱材が収容された蓄熱器において、前記蓄熱材を、両端部が閉塞された偏平管状の蓄熱チューブ内に収容すると共に、この蓄熱チューブを蛇行させた形状に形成したことを特徴とする。

本発明の請求項１記載の発明にあっては、有底筒状の容器と、この容器の開口端を塞いだ状態で設けられ、且つ、流通媒体の入口パイプ及び出口パイプを有する閉塞部材を備え、前記容器内に蓄熱材が収容された蓄熱器において、前記蓄熱材を、両端部が閉塞された偏平管状の蓄熱チューブ内に収容すると共に、この蓄熱チューブを蛇行させた形状に形成したため、流通媒体と蓄熱材との熱交換率の向上、容器内スペースの有効活用、流通媒体の流通抵抗の低減、長時間に亘る蓄熱性能の維持等を実現し、小さくても大容量の熱量を速やかに蓄熱及び放熱できる。

以下、この発明の実施例を図面に基づいて説明する。

以下、実施例１を説明する。
なお、容器の軸方向及び軸直方向を上下方向及び水平方向と称して説明する。
図１は本発明の実施例１の蓄熱器を示す正面図、図２は本実施例１の蓄熱器の分解斜視図、図３は本実施例１の蓄熱器の側断面図、図４は図３のＳ４−Ｓ４線における断面図である。
図５は本実施例１の蓄熱チューブの斜視図、図６は図５のＳ６−Ｓ６線における断面図、図７は本実施例１の蓄熱チューブの端部の閉塞方法を説明する図である。

先ず、全体構成を説明する。
図１、２に示すように、本実施例１の蓄熱器１では、容器２と、閉塞部材３と、入力パイプ４及び出力パイプ５と、蓄熱チューブ６が備えられている。

図３、４に示すように、容器２は金属製真空二重構造（図中二重構造は省略）で有底円筒状に形成される他、その縮径された開口端が閉塞部材３によって閉塞されている。

閉塞部材３は、容器２の開口端の内側に嵌合して容器２内を密封する基部７と、容器２との間に所定の隙間L1,L2を有して基部７から上方へ立設された円筒状のガイド壁８と、このガイド壁８の内側で基部７から上方へ立設された複数（本実施例１では４つ）の支持部９ａ〜９ｄが備えられ、これらは全て樹脂製となっている。

基部７の略中央には、ガイド壁８の内側の空間Ｏ１に連通した連通孔７ａが形成されると共に、ここに環状のシール部材１０を介して入力パイプ４の一端部が連通接続されている。
また、基部７の外周には、その全周に亘って環状のシール部材１１が容器２の開口端の内側との間に介装されると共に、このシール部材１１の上方にはガイド壁８と容器２との空間Ｏ２に連通した円周溝１２が全周に亘って形成されている。
また、円周溝１２の一部と連通し、連通孔７ａと対向する位置に下方へ開口された連通孔７ｂが形成されると共に、ここに環状のシール部材１３を介して出力パイプ５の一端部が連通接続されている。
なお、本実施例１の入力パイプ４及び出力パイプ５は金属製であるが、耐熱性の樹脂製としても良い。

各支持部９ａ〜９ｄは、基部７の径方向４箇所から上方へそれぞれ立設される他、その内側に形成された係止段部１４にそれぞれ対応する蓄熱チューブ６の一部が係止され、これによって各蓄熱チューブ６が固定支持されている。
なお、本実施例１のガイド壁８と基部７とは一体的に形成されているが、これら両者を予め別体で製造した後で溶着しても良い。

図５に示すように、本実施例１では５本の蓄熱チューブ６（６ａ〜６ｅ）が採用される他、各蓄熱チューブ６は、偏平した長軸を上下方向として水平面内で蛇行させた偏平管状に形成される他、この蛇行した隙間には波板状のフィン１５が設けられている。
なお、本実施例１の蓄熱チューブ６はアルミ製であるが、その材質、設置数、蛇行数は適宜設定でき、厚みＸ１、幅Ｘ２、高さＸ３の寸法についてもＸ３>Ｘ２の範囲内で適宜設定できる。

また、図６に示すように、蓄熱チューブ６内には蓄熱材１６が収容されている。
本実施例１の蓄熱材１６は、温度記憶物質（例えば水酸化バリウム八水和物等）が封入された複数のマイクロカプセルから成り、この温度記憶物質が周囲の温度変化に伴って固体と液体の間を相変化することにより吸熱または放熱を行うようになっている。
なお、本実施例１のマイクロカプセルは樹脂製で直径数ミクロンであるが、その材質や直径は適宜設定でき、パウダー状またはスラリー状にしても良い。

本実施例１の蓄熱チューブ６を製造するには、先ず、エバポレータの偏平管と同様の製造方法にて仮組み状態の蓄熱チューブ６及びファイン１５を図外の加熱炉内で熱処理してろう付固定することにより一体的に形成する。

次に、蓄熱材１６を蓄熱チューブ６に充填した後、図７に示すように、蓄熱チューブ６の両端部において、耐熱性のゴム等の弾性素材からなるシール部材１６を挿入して外部から加締めることにより、該蓄熱チューブ６の端部を閉塞して所望の蓄熱チューブ６を得る。

従って、蓄熱チューブ６内の蓄熱材１６に溶接熱を加えることなく、蓄熱チューブ６の両端部を閉塞でき、好適となる。
なお、シール部材１６の代わりに耐熱性の充填材（例えば接着剤やパテ等）を充填して閉塞しても良い。

そして、図３に示すように、各蓄熱チューブ６ａ〜６ｅが各支持部９ａ〜９ｄのそれぞれ対応する係止段部１４に係止されて固定支持され、これによって、各蓄熱チューブ６ａ〜６ｅがガイド壁８の内側で上下方向に重ねて配置されている。
この際、各支持部9a,9bにおける上下方向に隣接する係止段部１４の水平方向深さが異なることにより、隣接する蓄熱チューブ６同士が水平方向に所定寸法Ｌ３だけオフセットした状態で交互に配置されている。
なお、蓄熱チューブ６の配置数及び配置間隔は適宜設定できる。
また、本実施例１では隣接する蓄熱チューブ６同士を図４中左右方向へオフセットさせているが、さらに、上下方向へオフセットさせて配置しても良い。

次に、作用を説明する。
このように構成された蓄熱器１では、図３に示すように、高温な流通媒体（一点鎖線矢印で図示）が入力パイプ４から空間Ｏ１に流入すると、蓄熱チューブ６内の蓄熱材１６が熱せられて固体から液体に相変化することにより潜熱を吸収する。

一方、低温な流通媒体が入力パイプ４から空間Ｏ１に流入する、あるいは、ガイド壁８の内側に貯留された流通媒体が所定温度まで低下した際には、蓄熱チューブ６内の蓄熱材１６が冷やされて液体から固体に相変化することにより潜熱を放出し、これによって、蓄熱チューブ６を介して流通媒体が加熱される。

そして、蓄熱器２内で加熱・保温された流通媒体は、必要に応じて入力パイプ４の流通媒体の追加供給によって空間Ｏ２から円周溝１２、出力パイプ５を介して排出される。

この際、前述したように、入口パイプ４を空間Ｏ１に連通接続する一方、出口パイプ５を空間Ｏ２に連通接続したため、容器２内のスペースを有効利用でき、蓄熱チューブ６の設計自由度を広げることができる。

また、蓄熱チューブ６における偏平した長軸を上下方向（流通媒体の流れと平行）として水平面内で蛇行させた形状に形成したため、流通抵抗を低くできる。
また、小さなスペースに全長の長い蓄熱チューブ６を収容でき、容器２のコンパクト化と蓄熱チューブ６の放熱面積の拡大を同時に実現できる。

また、蓄熱チューブ６を上下方向へ複数重ねて配置すると共に、隣接する蓄熱チューブ６同士をオフセットさせて配置したため、流通媒体と蓄熱チューブ６が接触し易くなり、これによって、流通媒体と蓄熱チューブ６内の蓄熱材１６の熱交換効率を高めることができる。

また、本実施例１の蓄熱器１を車両に搭載し、流通媒体をエンジンとラジエータとの間を環流するエンジン冷却水に適用した場合には、エンジン冷却水が高温な間、つまり、エンジンの運転中にエンジン冷却水の一部を蓄熱器１へ流入させて蓄熱材１６に吸熱させる一方、エンジンの停止後に蓄熱材１６から放熱させてエンジン冷却水を加熱することにより、この加熱されたエンジン冷却水をエンジン始動直後の冷えたエンジンへ流入させて暖気運転をスムーズに行うのに使用することができる。

或いは、エンジン冷却水の一部をヒータコアに利用した場合にも同様にエンジン始動直後の車室内の暖房をスムーズに行うことができる。

なお、本実施例１の蓄熱器１は車両への搭載に限らず、流通媒体の種類や使用形態等も適宜設定できる。

次に、効果を説明する。
以上、説明したように、本実施例１の蓄熱器１にあっては、有底筒状の容器２と、この容器２の開口端を塞いだ状態で設けられ、且つ、流通媒体の入口パイプ４及び出口パイプ５を有する閉塞部材３を備え、容器２内に蓄熱材１６が収容された蓄熱器１において、蓄熱材１６を、両端部が閉塞された偏平管状の蓄熱チューブ６内に収容すると共に、この蓄熱チューブ６を蛇行させた形状に形成したため、流通媒体と蓄熱材１６との熱交換率の向上、容器２内スペースの有効活用、流通媒体の流通抵抗の低減、長時間に亘る蓄熱性能の維持等を実現し、小さくても大容量の熱量を速やかに蓄熱及び放熱できる。

以下、実施例２を説明する。
本実施例２において、前記実施例１と同様の構成部材については同じ符号を付してその説明は省略し、相違点のみ詳述する。

図８は本発明の実施例２の蓄熱器の側断面図である。

本実施例２では、図８に示すように、実施例１で説明したガイド壁８に代えて閉塞部材３から有底筒状に立設した金属製のガイド壁２０を採用すると共に、このガイド壁の上壁に複数の連通孔２１を形成した点が実施例１と異なる。

なお、流通媒体（一点鎖線矢印で図示）の流れは、空間Ｏ１、Ｏ２の間を連通孔２１を介して流通すること以外は実施例１と同様であるため、その説明は省略する。
また、ガイド壁２０の下端は閉塞部材３に図外の接着剤等により接着されている。勿論、これら両者を嵌合させて固定しても良い。

また、連通孔２１の形状、形成位置、大きさは適宜設定できるが、形成位置についてはガイド壁８内の貯留容積を考慮して底部に形成することが好ましい。

以上、本実施例を説明してきたが、本発明は上述の実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても、本発明に含まれる。
例えば、本実施例１では、容器２やガイド壁８等を円筒状に形成したが、これらの形状や詳細な部位の寸法等は適宜設定できる。
また、入力パイプ４と出力パイプ５を入れ替えて流通媒体の流れを本実施例１で説明した方向とは逆に流通させても良い。

また、図９に示すように、流通媒体の流通抵抗を考慮して蓄熱チューブ６のフィン１５を省略しても良い。

さらに、蓄熱チューブ６内の蓄熱材１６の熱膨張を許容するための膨張室を有する膨張容器を各蓄熱チューブ６毎に連通させて、または全てのチューブ６に連通させた状態で設けても良い。

本発明の実施例１の蓄熱器を示す正面図である。 本実施例１の蓄熱器の分解斜視図である。 本実施例１の蓄熱器の側断面図である。 図３のＳ４−Ｓ４線における断面図である。 本実施例１の蓄熱チューブの斜視図である。 図５のＳ６−Ｓ６線における断面図である。 本実施例１の蓄熱チューブの端部の閉塞方法を説明する図である。 本発明の実施例２の蓄熱器の側断面図である。 その他の実施例の蓄熱チューブの斜視図である。

符号の説明

１ 蓄熱器
２ 容器
３ 閉塞部材
４ 入力パイプ
５ 出力パイプ
６、６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ、６ｅ 蓄熱チューブ
７ 基部
７ａ、７ｂ 連通孔
８ ガイド壁
９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ 支持部
１０、１１、１３、１６ シール部材
１２ 円周溝
１４ 係止段部
１５ フィン
１６ 蓄熱材
２０ ガイド壁
２１ 連通孔

Claims (7)

1. 有底筒状の容器と、この容器の開口端を塞いだ状態で設けられ、且つ、流通媒体の入口パイプ及び出口パイプを有する閉塞部材を備え、
   前記容器内に蓄熱材が収容された蓄熱器において、
   前記蓄熱材を、両端部が閉塞された偏平管状の蓄熱チューブ内に収容すると共に、この蓄熱チューブを蛇行させた形状に形成したことを特徴とする蓄熱器。
2. 請求項１記載の蓄熱器において、
   前記容器内に閉塞部材から該容器と所定の隙間を有して立設された筒状のガイド壁を設け、
   前記ガイド壁の内側に蓄熱チューブを配置し、
   前記閉塞部材の流通媒体の入口パイプまたは出口パイプの一方をガイド壁の内側に連通接続し、
   前記閉塞部材の流通媒体の入口パイプまたは出口パイプの他方をガイド壁と容器との間に連通接続したことを特徴とする蓄熱器。
3. 請求項１または２記載の蓄熱器において、
   前記蓄熱チューブにおける偏平した長軸を容器の軸方向と平行として容器の軸直面内で蛇行させた形状に形成したことを特徴とする蓄熱器。
4. 請求項１〜３のうちいずれかに記載の蓄熱器において、
   前記蓄熱チューブを容器の軸方向へ複数重ねて配置すると共に、隣接する蓄熱チューブ同士をオフセットさせて配置したことを特徴とする蓄熱器。
5. 請求項１〜４のうちいずれかに記載の蓄熱器において、
   前記蓄熱チューブの蛇行した隙間にフィンを介装したことを特徴とする蓄熱器。
6. 請求項１〜５のうちいずれかに記載の蓄熱器において、
   前記蓄熱チューブの端部をゴム等の弾性素材から成るシール部材で閉塞したことを特徴とする蓄熱器。
7. 請求項１〜６のうちいずれかに記載の蓄熱器において、
   前記ガイド壁を閉塞部材から有底筒状に立設すると共に、このガイド壁の一部に連通孔を形成したことを特徴とする蓄熱器。

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