JP2008261584A

JP2008261584A - 蓄熱器

Info

Publication number: JP2008261584A
Application number: JP2007105629A
Authority: JP
Inventors: Takashi Sawada; 敬澤田; Masahito Megata; 雅人目片; Takayuki Takatani; 隆幸高谷
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2007-04-13
Filing date: 2007-04-13
Publication date: 2008-10-30

Abstract

【課題】伝熱性能、蓄熱能力に優れた蓄熱器を提供する。
【解決手段】両端部を封止した内管４と、両端が開放し前記内管４を収納する中管５と、前記中管５を覆うと共に両端部が封止された外管６と、前記中管５と前記外管６の間に形成された空間及び前記内管４内に封入された蓄熱剤２とを備え、前記内管４と前記中管５との間に熱媒流路７を形成したもので、高耐圧の熱媒流路７と、熱媒流路７の両面に蓄熱剤２を保有する伝熱面を形成することとなり、高圧の熱媒を熱媒流路７に供給して高速で流し、伝熱面積を大きくして、伝熱性能、蓄熱能力を向上させることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、給湯および暖房等に利用する蓄熱器に関するものである。

従来、この種の蓄熱器は、潜熱蓄熱剤を入れた蓄熱カプセルと水とを蓄熱槽に充填し、熱源で加熱した温水を蓄熱槽上部から流入させ蓄熱カプセルと熱交換したあと低温になった水を蓄熱槽下部から取り出し熱源に循環することにより蓄熱し、熱の取り出しは、蓄熱槽下部に給水し蓄熱カプセルと熱交換したあと温水として蓄熱槽上部から取り出すことにより給湯等の熱負荷に供していた（例えば、特許文献１参照）。

図６は、上記特許文献１に記載された従来の蓄熱器の構成を示す図及び蓄熱カプセルの断面図である。図６に示すように、従来の蓄熱器は、蓄熱槽１と、蓄熱槽１に密に収納されると共に、内部に蓄熱剤２を充填した多数の蓄熱カプセル３とから構成されている。
特開２００４−３２４９９５号公報

しかしながら、前記従来の蓄熱器の構成では、蓄熱カプセル３の周りの水の流れが不安定で流速がおそく伝熱面積も小さいため、伝熱性能が悪く、蓄熱カプセル３内の蓄熱剤２に充分に熱を伝えることができず、蓄熱能力が小さいという課題を有していた。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、伝熱性能に優れ蓄熱能力が大きい蓄熱器を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の蓄熱器は、両端部を封止した内管と、両端が開放し前記内管を収納する中管と、前記中管を覆うと共に両端部が封止された外管と、前記中管と前記外管の間に形成された空間及び前記内管内に封入された蓄熱剤とを備え、前記内管と前記中管との間に熱媒流路を形成したもので、高耐圧の熱媒流路と、熱媒流路の両面に蓄熱剤を保有する伝熱面を形成することとなり、高圧の熱媒を熱媒流路に供給して高速で流し、伝熱面積を大きくすることができ、伝熱性能に優れ、蓄熱能力の大きい蓄熱器を提供することができる。

本発明の蓄熱器は、蓄熱剤への伝熱面積を大きくし、熱媒を高速で流すことにより、伝熱性能を向上して蓄熱能力を大きくすることができる。

第１の発明は、両端部を封止した内管と、両端が開放し前記内管を収納する中管と、前記中管を覆うと共に両端部が封止された外管と、前記中管と前記外管の間に形成された空間及び前記内管内に封入された蓄熱剤とを備え、前記内管と前記中管との間に熱媒流路を形成したもので、高耐圧の熱媒流路と、熱媒流路の両面に蓄熱剤を保有する伝熱面を形成することとなり、高圧の熱媒を熱媒流路に供給して高速で流し、伝熱面積を大きくすることができ、伝熱性能に優れ、蓄熱能力の大きい蓄熱器を提供することができる。

第２の発明は、特に、第１の発明の中管を螺旋状に形成すると共に外管内面と内管外面に密着させて、前記内管の外面と前記中管の内表面との間に螺旋状の熱媒流路を形成した
もので、螺旋状の熱媒流路を設けて熱媒を高速螺旋流として流すこととなり、伝熱性能を向上させることができる。

第３の発明は、特に、第１の発明の内管の外表面に螺旋フィンを配して、前記内管と前記中管との間に螺旋状の熱媒流路を形成したもので、螺旋状の熱媒流路を設けて熱媒を高速螺旋流で流すこととなり、伝熱性能を向上させることができる。

第４の発明は、特に、第１〜第３のいずれか１つの発明の中管と外管の間に形成された空間及び内管内に、蓄熱剤と共に伝熱促進材を封入したもので、伝熱面から離れた蓄熱剤へも伝熱促進材を介して伝熱することとなり、蓄熱剤封入部全体の熱伝導率が向上し、伝熱性能を向上させることができる。

第５の発明は、特に、第１〜第４のいずれか１つの発明の内管内に低融点潜熱蓄熱剤を、中管と外管の間に形成された空間に高融点潜熱蓄熱剤をそれぞれ封入したもので、外部への熱損失を低減し広い温度範囲にわたって潜熱を利用することとなり、冷暖房機などのような利用温度が広範囲で変化する負荷に対しても、大きな蓄熱能力を発揮することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものでない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態における蓄熱器の構成を示す断面図である。

図１において、本実施の形態における蓄熱器は、両端部が封止された内管４と、両端が開放され、内部に内管４を収納した中管５と、中管５を覆うと共に両端部が封止された外管６と、内管４の内部及び中管５と外管６との間に形成される空間に充填された蓄熱剤２を備え、内管４と中管５の間に熱媒流路７を形成したものである。

以上のように構成された本実施の形態における蓄熱器について、以下その動作、作用を説明する。

まず、中管５の一端に高温の冷媒を流すと、冷媒は、内管４と中管５の間に形成された熱媒流路７で流速をあげて流れることとなり、内管４の内部の蓄熱剤２と中管５と外管６との間の蓄熱剤２を加熱し融解させて融解熱として蓄熱したあと、冷媒は温度を低下させて中管５の反対の端部から流出する。

次に、中管５の一端に低温の冷媒を流すと、熱媒流路７を高速で通過する際に、内管４の内部の蓄熱剤２と、中管５と外管６との間の蓄熱剤２を冷却し凝固させて凝固熱として放熱したあと、冷媒は温度を上げて中管５の反対の端部から流出することとなる。

以上のように、本実施の形態によれば、内管４と中管５と外管６で３重管を形成して、内管４と中管５との間に高耐圧の熱媒流路７を形成し、熱媒流路７の内側と外側に蓄熱剤２を設けることにより、ヒートポンプ回路などに搭載できる高耐圧構造を実現し、蓄熱剤２の充填量を多くして伝熱面積を大きくし、冷媒の流速を高速化することとなり、伝熱性能が向上し、蓄熱能力を拡大することができる。

（実施の形態２）
図２は、本発明の第２の実施の形態における蓄熱器の断面図である。

本実施の形態における蓄熱器は、図２に示すように、中管５を螺旋管で構成すると共に外管６の内面と内管４の外面に密着させて設け、内管４の外面と中管５の内面との間に螺旋状の熱媒流路７を構成したもので、他の構成は、上記第１の実施の形態における蓄熱器と同一なので、同一部分には同一符号を付してその説明を省略する。

まず、中管５の一端に冷媒を流すと、冷媒が螺旋状の熱媒流路７を高速で旋廻して流れることにより、熱媒流路７の両面の蓄熱剤２に高効率で伝熱して中管５の反対側の端部から流出することとなる。

以上のように、本実施の形態によれば、螺旋形状の中管５により螺旋状の熱媒流路７が形成され、冷媒を高速旋廻流として伝熱面に流すこととなり、伝熱性能を向上させることができる。

（実施の形態３）
図３は、本発明の第３の実施の形態における蓄熱器の断面図である。

本実施の形態における蓄熱器は、図３に示すように、内管４の外表面に螺旋フィン８を設けて、中管５と螺旋フィン８で螺旋状の熱媒流路７を構成したもので、他の構成は、上記第１の実施の形態における蓄熱器と同一なので、同一部分には同一符号を付してその説明を省略する。

まず、中管５の一端に冷媒を流すと、螺旋状の熱媒流路７を冷媒が高速で旋廻して流れることにより、熱媒流路７の両面の蓄熱剤２に高効率で伝熱して中管５の反対側の端部から流出することとなる。

以上のように、本実施の形態によれば、中管５と螺旋フィン８で螺旋状の熱媒流路７を構成することにより、冷媒を高速旋廻流として伝熱面に流すことができ、伝熱性能を向上させることができる。

（実施の形態４）
図４は、本発明の第４の実施の形態における蓄熱器の断面図である。

本実施の形態における蓄熱器は、図４に示すように、金網などを折り曲げて形成した伝熱促進材９を、中管５と外管６の間に形成される空間及び内管４の内部の空間に、蓄熱剤２と共に充填したもので、他の構成は、上記第１の実施の形態における蓄熱器と同一なので、同一部分には同一符号を付してその説明を省略する。

まず、中管５の一端に高温の冷媒を流すと、冷媒は、内管４と中管５の間に形成された熱媒流路７で流速をあげて流れることとなり、内管４内の蓄熱剤２に伝熱促進材９を介して熱を伝えるとともに、中管５と外管６の間の蓄熱剤２にも伝熱促進材９を介して熱を伝えるものであり、伝熱面から離れた蓄熱剤２へも伝熱促進材９が熱橋として作用すること
により、効率的に熱を伝えることができる。

以上のように、本実施の形態によれば、中管５と外管６の間に形成される空間及び内管４の内部に、蓄熱剤２と伝熱促進材９とを充填して構成することにより、熱媒流路７を流れる冷媒から伝熱促進材９を介して蓄熱剤２に効率的に伝熱することとなり、蓄熱剤２全体の熱伝導率が向上し、伝熱性能を向上させることができる。

（実施の形態５）
図５は、本発明の第５の実施の形態における蓄熱器の断面図である。

本実施の形態における蓄熱器は、図５に示すように、内管４内に低融点潜熱蓄熱剤２ａを、中管５と外管６の間に形成される空間に、高融点潜熱蓄熱剤２ｂを、それぞれ充填したもので、すなわち、内管４と中管５と外管６で形成する３重管の内部側に低融点潜熱蓄熱剤２ａを、外部側に高融点潜熱蓄熱剤２ｂをそれぞれ充填したもので、他の構成は、上記第１の実施の形態における蓄熱器と同一なので、同一部分には同一符号を付してその説明を省略する。

まず、高温の冷媒を、熱媒流路７に流すと、内部側の低融点潜熱蓄熱剤２ａが先に融解を終了して温度上昇し、外部側の高融点潜熱蓄熱剤２ｂは、融点温度を保ったまま融解を続けるので、外側より内側が高温の状態で蓄熱する。

反対に低温の冷媒を熱媒流路７に流すと、外部側の高融点潜熱蓄熱剤２ｂが先に凝固を終了し温度低下し、内部側の低融点潜熱蓄熱剤２ａは、凝固温度を保ったまま凝固を続けるので外側より内側の方が高温の状態で放熱することとなる。

以上のように、本実施の形態によれば、内側に低融点潜熱蓄熱剤２ａを、外側に高融点潜熱蓄熱剤２ｂをそれぞれ充填して構成することにより、蓄放熱過程において、内側を高温に、外側を低温の状態にして外部への熱損失を低減することができ、広い温度範囲にわたって潜熱を利用する蓄熱能力の大きな高効率の蓄熱器を実現することができる。

以上のように、本発明にかかる蓄熱器は、伝熱性能に優れ蓄熱能力が大きく利用温度範囲も広くとれるので、住宅の冷暖房、浴室乾燥、衣類乾燥機および産業用の廃熱回収装置などの用途にも適用できる。

（ａ）本発明の実施の形態１における蓄熱器の断面図、（ｂ）図１（ａ）のＡ−Ａ断面図本発明の実施の形態２における蓄熱器の断面図本発明の実施の形態３における蓄熱器の断面図本発明の実施の形態４における蓄熱器の断面図本発明の実施の形態５における蓄熱器の断面図（ａ）従来の蓄熱器の構成を示す図、（ｂ）同蓄熱器の蓄熱カプセルの部分断面図

符号の説明

２蓄熱剤
２ａ低融点潜熱蓄熱材
２ｂ高融点潜熱蓄熱材
４内管
５中管
６外管
７熱媒流路
８螺旋フィン
９伝熱促進材

Claims

両端部を封止した内管と、両端が開放し前記内管を収納する中管と、前記中管を覆うと共に両端部が封止された外管と、前記中管と前記外管の間に形成された空間及び前記内管内に封入された蓄熱剤とを備え、前記内管と前記中管との間に熱媒流路を形成した蓄熱器。
中管を螺旋状に形成すると共に外管内面と内管外面に密着させて、前記内管の外面と前記中管の内表面との間に螺旋状の熱媒流路を形成した請求項１に記載の蓄熱器。
内管の外表面に螺旋フィンを配して、前記内管と前記中管との間に螺旋状の熱媒流路を形成した請求項１に記載の蓄熱器。
中管と外管の間に形成された空間及び内管内に、蓄熱剤と共に伝熱促進材を封入した請求項１〜３のいずれか１項に記載の蓄熱器。
内管内に低融点潜熱蓄熱剤を、中管と外管の間に形成された空間に高融点潜熱蓄熱剤をそれぞれ封入した請求項１〜４のいずれか１項に記載の蓄熱器。