JP2009109167A

JP2009109167A - 蓄熱装置

Info

Publication number: JP2009109167A
Application number: JP2007284994A
Authority: JP
Inventors: Masahito Megata; 雅人目片; Takashi Sawada; 敬澤田
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2007-11-01
Filing date: 2007-11-01
Publication date: 2009-05-21

Abstract

【課題】省スペース化を図りながら変形を防止することができる潜熱蓄熱剤を用いた信頼性の高い蓄熱装置を提供すること。
【解決手段】非蓄熱時には固体となり蓄熱時には液体となる潜熱蓄熱剤３を平板状に成型した蓄熱手段４と、前記蓄熱手段４を挟み込み保持している伝熱壁５と、前記伝熱壁５を通じて前記蓄熱手段４を加熱または冷却するための流体の流路である流体通路６と、前記蓄熱手段４と前記伝熱壁５と前記流体通路６とを帯状に締め付けて固定する固定手段８とを備え、前記固定手段８の内方で、かつ、前記伝熱壁５の前記蓄熱手段４に対向しない両端面に補強材７を配設する構成としたことを特徴とするもので、帯状の固定手段８で蓄熱装置を周囲より拘束した際、蓄熱装置の厚さ方向に加重を加えることによって蓄熱装置の変形を防止することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、潜熱蓄熱剤を搭載した蓄熱装置に関するものである。

蓄熱を行う方法として、非蓄熱時には固体となり蓄熱時には液体となる潜熱蓄熱剤の相変化を利用した蓄熱装置は良く知られており、この潜熱蓄熱剤をカプセル状の容器内に充填した蓄熱カプセルと被加熱流体を熱交換させることにより、蓄熱・放熱を行う装置はすでに実用化されている。

ここで、カプセル状の容器に潜熱蓄熱剤を充填した場合、熱交換を行う伝熱面との間の熱抵抗が大きくなる可能性があり、また容器の占める体積が大きくなる傾向となるため、体積当たりの潜熱蓄熱剤の充填量が減少することになる。

この課題を解決するため、潜熱蓄熱剤を薄いアルミラミネートフィルムにより成型された袋に充填し、熱交換を行う真空パックする試みが示されている（例えば、特許文献１参照）。
実用新案登録第３１１５０８６号公報

ここで、特許文献１記載の蓄熱装置を加熱・冷却するためには蓄熱装置に直接接触する伝熱壁と、伝熱壁を通じて水等の熱源と熱交換を行うための流体通路が必要である。通常、伝熱壁と流体通路は一体成型されており、複数の蓄熱装置を挟み込むような構造で外部から固定し、流体通路内を流れる湯または水によって蓄熱装置に蓄熱を行ったり放熱を行ったりするものである。

しかし、蓄熱装置内に封入されている潜熱蓄熱剤は融解温度より高くなると液体となりまた体積が膨張するため、薄いアルミラミネートフィルムでは形状保持と圧力吸収を行うことができず伝熱壁を外側に押し出すような力が加わる。この力を抑えるためには外部からこれを押えるための固定手段が必要になるが、省スペースで固定を行うためには蓄熱装置との密着性が高く余分なスペースを取らない帯状の固定手段を周囲に巻きつけ締め付けるのが望ましい。

ただし、この構造は本来最も荷重をかけたい蓄熱装置の厚さ方向ではなくコーナー部に強い加重が加わってしまうため、外側に押し出す力を抑えるには不十分であり、またコーナー部の変形が予想される。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、省スペース化を図りながら変形を防止することができる潜熱蓄熱剤を用いた信頼性の高い蓄熱装置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、本発明の蓄熱装置は、非蓄熱時には固体となり蓄熱時には液体となる潜熱蓄熱剤を平板状に成型した蓄熱手段と、前記蓄熱手段を挟み込み保持している伝熱壁と、前記伝熱壁を通じて前記蓄熱手段を加熱または冷却するための流体の流路である流体通路と、前記蓄熱手段と前記伝熱壁と前記流体通路とを帯状に締め付けて固定する固定手段とを備え、前記固定手段の内方で、かつ、前記伝熱壁の前記蓄熱手段に対向しない両端面に補強材を配設する構成としたことを特徴とするもので、帯状の固定
手段で蓄熱装置を周囲より拘束した際、蓄熱装置の厚さ方向に加重を加えることによって蓄熱装置の変形を防止することができる。

また、非蓄熱時には固体となり蓄熱時には液体となる潜熱蓄熱剤を平板状に成型した蓄熱手段と、前記蓄熱手段を挟み込み保持している伝熱壁と、前記伝熱壁を通じて前記蓄熱手段を加熱または冷却するための流体の流路である流体通路と、前記蓄熱手段と前記伝熱壁と前記流体通路とを帯状に締め付けて固定する固定手段とを備え、前記固定手段の内方で、かつ、前記伝熱壁の前記蓄熱手段に対向しない両端面の少なくとも一部を、他面より厚く形成したことを特徴とするもので、帯状の固定手段で蓄熱装置を周囲より拘束した際、別途新規部品を用いることなく蓄熱装置の厚さ方向に加重を加えることができる。

本発明によれば、省スペース化を図りながら変形を防止することができる潜熱蓄熱剤を用いた信頼性の高い蓄熱装置を提供できる。

第１の発明は、非蓄熱時には固体となり蓄熱時には液体となる潜熱蓄熱剤を平板状に成型した蓄熱手段と、前記蓄熱手段を挟み込み保持している伝熱壁と、前記伝熱壁を通じて前記蓄熱手段を加熱または冷却するための流体の流路である流体通路と、前記蓄熱手段と前記伝熱壁と前記流体通路とを帯状に締め付けて固定する固定手段とを備え、前記固定手段の内方で、かつ、前記伝熱壁の前記蓄熱手段に対向しない両端面に補強材を配設する構成としたことを特徴とするもので、帯状の固定手段で蓄熱装置を周囲より拘束した際、蓄熱装置の厚さ方向に加重を加えることによって蓄熱装置の変形を防止することができる。

第２の発明は、非蓄熱時には固体となり蓄熱時には液体となる潜熱蓄熱剤を平板状に成型した蓄熱手段と、前記蓄熱手段を挟み込み保持している伝熱壁と、前記伝熱壁を通じて前記蓄熱手段を加熱または冷却するための流体の流路である流体通路と、前記蓄熱手段と前記伝熱壁と前記流体通路とを帯状に締め付けて固定する固定手段とを備え、前記固定手段の内方で、かつ、前記伝熱壁の前記蓄熱手段に対向しない両端面の少なくとも一部を、他面より厚く形成したことを特徴とするもので、帯状の固定手段で蓄熱装置を周囲より拘束した際、別途新規部品を用いることなく蓄熱装置の厚さ方向に加重を加えることができる。

第３の発明は、特に、第１の発明または第２の発明の固定手段に、金属製のバンドを用いることにより、長期間の使用による耐久性や信頼性を向上させることができる。

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、本実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１における蓄熱装置の上面断面図、図２は本発明の実施の形態１における蓄熱装置の側面断面図、図３は本発明の実施の形態１または２における蓄熱装置を用いた給湯機の構成図である。

蓄熱装置１は大きくアルミラミネートフィルム製の袋２に真空パックされ平板状に成型された潜熱蓄熱剤３を封入した蓄熱手段４、蓄熱手段４を両側から挟み込むような構造で保持し蓄熱手段４に対して熱の授受を行うための伝熱壁５、２枚の伝熱壁５内部に空間が設けられ蓄熱手段４を加熱または冷却するための流体（ここでは水）が流れる流体通路６、伝熱壁の蓄熱手段と接触していない両面の幅方向に対し中心部に設置されている補強材７、蓄熱手段４・伝熱壁５・流体通路６及び補強材７を周囲より拘束する固定手段８、蓄
熱手段４・伝熱壁５及び流体通路６から外部への熱リークを防止するためウレタンフォームまたはウレタンスラブ等により構成される断熱手段９、蓄熱手段４に蓄熱を行うための湯を加熱する加熱手段１０により構成される。伝熱壁５は２枚の銅板を貼り合わせたような構造をしており、はんだ付けまたはロウ付けにより接着されている。

流体通路６には蓄熱時には湯、放熱時には水が流される。蓄熱手段４の寸法は取り扱い及び持ち運びが容易である幅２００ｍｍ、高さ２００ｍｍ、厚さ２０ｍｍの寸法に成型されており、蓄熱手段４内に封入されている潜熱蓄熱剤３は現在一般家庭で使用されている貯湯タンクを有した給湯機の貯湯温度と同等温度である６０℃前後に融点を有する主成分が酢酸ナトリウム三水和物で構成されているものを使用している。

補強材７は熱及び外部からの加重に強い銅・アルミ等の金属製であることが望ましいが蓄熱装置１全体の軽量化を考慮して耐熱・耐荷重性に優れた樹脂等も使用可能である。固定手段８は熱変化に対応するための耐久性及び潜熱蓄熱剤が融解・凝固する際の体積変化に耐える強度を有するステンレス製の金属バンドが用いられている。

蓄熱時に利用される湯は加熱手段１０によって常温の水から６５〜８０℃程度の湯に昇温される。加熱手段１０はボイラーや電気ヒーター等でももちろん問題ないが、近年の省エネルギー化の流れを考えるとヒートポンプによる加熱がエネルギー効率も優れており望ましい。蓄熱手段４・伝熱壁５及び流体通路６は外部との温度差が大きくこのままでは外部への熱リークによって蓄熱性能の悪化が予想されるため、グラスウール・発泡スチロール及び硬質ウレタンスラブ等によって構成される断熱手段９によって外部との熱の出入りを遮断する構造としている。

この蓄熱装置１を一般家庭の給湯用に用いる場合、家庭環境、設置スペース等にもよるが潜熱蓄熱剤３の必要量は１００〜３００ｋｇ程度になるため、上記の寸法の蓄熱手段４が９０〜２７０個程度必要となる。この数量の蓄熱手段４を一定のスペースに設置するため、蓄熱手段４と断熱壁５及び流体通路６は厚さ方向に積層する構造によって省スペース化を図っている。まず端部に内部に流体通路６を有した伝熱壁５が設置され、その横に一定数量の蓄熱手段４が並べられる。その横にさらに伝熱壁５、その横に蓄熱手段４というような構造により、無駄な空間を有することなく一定体積に最大限潜熱蓄熱剤３を充填することができる。

この蓄熱装置１を用いた給湯機の作用を説明する。蓄熱運転を行う場合、流体通路６に加熱手段１０で加熱された高温の湯が循環ポンプ１１を通じて流され、潜熱蓄熱剤３に蓄熱を行う。潜熱蓄熱剤３の温度が湯の温度に対して低い場合は、湯が有する熱は伝熱壁５を通じて潜熱蓄熱剤３に移動する。潜熱蓄熱剤３は温度が上昇するにつれて固体から液体へと相変化を行い、潜熱領域の蓄熱を行うが、融解すると体積が膨張するため、液化した潜熱蓄熱剤３は袋２内の余裕空間に移動を行う。

このとき潜熱蓄熱剤３の体積膨張の影響で積層している蓄熱手段４の厚さ方向に力が加わり蓄熱装置１全体を変形させようとする。この力を固定手段８により規制しているが、帯状の金属バンドで平板を拘束する場合、通常最も力が加わるのがコーナー部であり厚さ方向へ力が加わりにくいため、補強材７を設置し潜熱蓄熱剤３が体積膨張した際、厚さ方向への加重が強く加わるような構造にすることにより、蓄熱装置１の変形を強制的に防止することができる。この動作を連続して行うと、酢酸ナトリウム三水和物系の潜熱蓄熱剤３の場合、融点が約６０℃であるため、この温度を上回ると蓄熱完了である。

蓄熱が完了すると必要時に所定の温度の湯を使用することができる。湯を使用するため蛇口等が開けられた場合、水道から供給された水は伝熱壁５を通じて蓄熱手段４内の潜熱
蓄熱剤３と熱交換することにより加熱され、その後混合弁１２により水と混合され所定の温度に調整した後、利用系に送られ風呂、シャワー等に使用される。潜熱蓄熱剤３の有する熱が充分に利用され放熱されると液体から固体へと相変化を行う。潜熱蓄熱剤３は相変化により凝固すると体積が減少するため、蓄熱手段４内の潜熱蓄熱剤３は上部に空間を残した状態で伝熱壁５との密着を保ちながら固体へと相変化を行う。

なお、本実施の形態に示した各種材料や数値などは必ずしもこれに限定されるものではなく、所定の役割を果たすことができるならば別の材料や数値で何ら問題はない。

（実施の形態２）
図３は本発明の実施の形態１または２における蓄熱装置を用いた給湯機の構成図、図４は本発明の実施の形態２における蓄熱装置の上面断面図、図５は本発明の実施の形態２における蓄熱装置の側面断面図である。実施の形態１と同一要素については同一符号を付して説明を省略する。

以下、相違点を中心に説明すると、補強材７を設置する代わりに蓄熱装置１の両面を構成している蓄熱手段４と接触していない伝熱壁５を幅方向の中心部が高くなるように成型し端部に移動するにしたがい傾斜するような構造としたものである。

この蓄熱装置１を用いた給湯機の作用を説明する。蓄熱運転を行う場合、流体通路６に加熱手段８で加熱された高温の湯が循環ポンプ１１を通じて流され、潜熱蓄熱剤３に蓄熱を行う。潜熱蓄熱剤３の温度が湯の温度に対して低い場合は、湯が有する熱は伝熱壁５を通じて潜熱蓄熱剤３に移動する。潜熱蓄熱剤３は温度が上昇するにつれて固体から液体へと相変化を行い、潜熱領域の蓄熱を行うが、融解すると体積が膨張するため、液化した潜熱蓄熱剤３は袋２内の余裕空間に移動を行う。

このとき潜熱蓄熱剤３の体積膨張の影響で積層している蓄熱手段４の厚さ方向に力が加わり蓄熱装置１全体を変形させようとする。この力を固定手段８により規制しているが、帯状の金属バンドで平板を拘束する場合、通常最も力が加わるのがコーナー部であり厚さ方向へ力が加わりにくいため、蓄熱装置１を構成する蓄熱手段４と接触していない両面の伝熱壁５の中心部を両端部より高くし、端部に移動するにつれて傾斜をするような構造とした。これにより潜熱蓄熱剤３が体積膨張した際、伝熱壁５両面の中心部に最も強く、両端部に対しても一定の加重を加えることが可能となり、蓄熱装置１の変形を強制的に防止することができる。

以上のように、本発明にかかる蓄熱装置は、省スペース化を図りながら蓄熱装置の変形を防止することができるため、膨張・収縮を繰り返す物質の固定全般に利用可能である。

本発明の実施の形態１における蓄熱装置の上面断面図同蓄熱装置の側面断面図本発明の実施の形態２における蓄熱装置の上面断面図同蓄熱装置の側面断面図本発明の実施の形態１および２における蓄熱装置を用いた給湯機の構成図

符号の説明

１蓄熱装置
２袋
３潜熱蓄熱剤
４蓄熱手段
５伝熱壁
６流体通路
７補強材
８固定手段
９断熱手段

Claims

非蓄熱時には固体となり蓄熱時には液体となる潜熱蓄熱剤を平板状に成型した蓄熱手段と、前記蓄熱手段を挟み込み保持している伝熱壁と、前記伝熱壁を通じて前記蓄熱手段を加熱または冷却するための流体の流路である流体通路と、前記蓄熱手段と前記伝熱壁と前記流体通路とを帯状に締め付けて固定する固定手段とを備え、前記固定手段の内方で、かつ、前記伝熱壁の前記蓄熱手段に対向しない両端面に補強材を配設する構成としたことを特徴とする蓄熱装置。
非蓄熱時には固体となり蓄熱時には液体となる潜熱蓄熱剤を平板状に成型した蓄熱手段と、前記蓄熱手段を挟み込み保持している伝熱壁と、前記伝熱壁を通じて前記蓄熱手段を加熱または冷却するための流体の流路である流体通路と、前記蓄熱手段と前記伝熱壁と前記流体通路とを帯状に締め付けて固定する固定手段とを備え、前記固定手段の内方で、かつ、前記伝熱壁の前記蓄熱手段に対向しない両端面の少なくとも一部を、他面より厚く形成したことを特徴とする蓄熱装置。
固定手段に金属製のバンドを用いた請求項１または請求項２に記載の蓄熱装置。