JP2010216700A - 蓄熱装置及びそれを備えた給湯機 - Google Patents

Abstract

【課題】加熱流体で平板状蓄熱体に蓄熱し、放熱流体で平板状蓄熱体から熱を取り出して、熱交換器などの特別な部品を追加することなく簡単な構成で小さな容積に大量の熱を蓄熱して取り出すこと。
【解決手段】加熱流体の流れる加熱流路８と、放熱流体の流れる放熱流路１１と、前記加熱流路８及び前記放熱流路１１を有する加放熱器１５と、蓄熱体１４とを備え、前記加放熱器１５を複数有するとともに、前記加放熱器１５で前記蓄熱体１４を狭持して形成したことを特徴とするもので、加熱流路８を流れる加熱流体から効率よく受熱して蓄熱し、放熱流路１１に流れる流体に効率よく放熱し、熱交換器などの特別な部品を追加することなく簡単な構成で小さな容積に大量の熱を効率よく蓄熱して取り出すことができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、風呂給湯の熱回収等に利用する蓄熱装置に関するものである。

従来、この種の蓄熱装置は、潜熱蓄熱剤を充填した球状の蓄熱体を円筒状の蓄熱槽に充填し、熱源で加熱した温水を蓄熱槽上部から流入させ下部から取り出す回路で循環することにより蓄熱し、熱の取り出しは蓄熱槽下部から給水して上部から温水を取り出すことにより給湯などに利用していた（例えば、特許文献１参照）。

図７は、特許文献１に記載された従来の蓄熱装置を示すものである。図７に示すように、蓄熱槽１と、球状の蓄熱体２と、循環ポンプ３と、熱源４と、給水管５と、給湯管６とから構成されている。
特開２００４−３２４９９５号公報

しかしながら、前記従来の構成では、蓄熱槽１内に占める蓄熱体２の容積比率は幾何学的形状の制約から小さな値となり、実用上５０％程度となるため、蓄熱槽１内に蓄熱する熱量は少なく、蓄熱容量を大きくすることが困難で、蓄熱時に用いる加熱流体と放熱時に用いる放熱流体は同一の流体となるので、熱回収などの用途に用いる場合は熱交換器などの部品を追加する必要があり、装置が大きくなるなどの課題を有していた。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、加熱流体で蓄熱体に蓄熱し、放熱流体で蓄熱体から熱を取り出して、熱交換器などの特別な部品を追加することなく簡単な構成で小さな容積に大量の熱を効率よく蓄熱して取り出すことができ、小型で高性能の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、加熱流体の流れる加熱流路と、放熱流体の流れる放熱流路と、前記加熱流路及び前記放熱流路を有する加放熱器と、蓄熱体とを備え、前記加放熱器を複数有するとともに、前記加放熱器で前記蓄熱体を狭持して形成したことを特徴とするもので、熱交換器などの部品を追加することなく加熱用流体と放熱用流体を分離することができ、蓄熱体の厚さを大きくして、加放熱器の厚さを小さくすることにより、蓄熱槽内に占める蓄熱体の体積比率を大きくして、少ない容積に大量の熱を蓄熱し、蓄熱または放熱を効率よく行うことができることとなる。

本発明によれば、小さな容積に大量の熱を効率よく蓄熱して取り出すことができ、小型で高性能の蓄熱装置を提供することができる。

第１の発明は、加熱流体の流れる加熱流路と、放熱流体の流れる放熱流路と、前記加熱流路及び前記放熱流路を有する加放熱器と、蓄熱体とを備え、前記加放熱器を複数有するとともに、前記加放熱器で前記蓄熱体を狭持して形成したことを特徴とするもので、加熱流体を加熱流路に流して加放熱器で蓄熱体を加熱して蓄熱した後、放熱流体を放熱流路に流して蓄熱体から加放熱器を介して受熱することとなり、熱交換器などの特別な部品を追加することなく簡単な構成で小さな容積に大量の熱を効率よく蓄熱して取り出すことがで
きる。また、蓄熱剤を介さずに、加熱流体から放熱流体への熱交換を行うことも可能となり、効率よく熱利用ができる。また、蓄熱剤を介さずに、加熱流体から放熱流体への熱交換を行うことも可能となり、効率よく熱利用ができる。

第２の発明は、加熱流路の入口および放熱流路の入口をそれぞれ並列に接続して形成した加熱入口管路および放熱入口管路と、前記加熱流路の出口および前記放熱流路の出口をそれぞれ並列に接続して加熱出口管路および放熱出口管路とを有することを特徴とするもので、加熱流体を加熱入口管路に流して加放熱器で蓄熱体を加熱して蓄熱した後、放熱流体を放熱入口管路に流して蓄熱体から加放熱器を介して受熱することとなり、熱交換器などの特別な部品を追加することなく簡単な構成で小さな容積に大量の熱を効率よく蓄熱して取り出すことができる。また、蓄熱剤を介さずに、加熱流体から放熱流体への熱交換を行うことも可能となり、効率よく熱利用ができる。

第３の発明は、加熱流路、放熱流路は、表板と裏板と前記表板と前記裏板とで狭持される中板とを接合することで形成されることを特徴とするもので、加放熱器の厚さを小さくすることが可能となり、蓄熱槽内に占める蓄熱体の体積比率を大きくして、少ない容積に大量の熱を蓄熱し、蓄熱または放熱を効率よく行うことができることとなる。

第４の発明は、中板に、九十九折部を設けたことを特徴とするもので、流体と加放熱板との間における伝熱面積を増大することができる。

第５発明では、中板に、凹凸部を設けたことを特徴とするもので、流路内を流れる流体が乱されて乱流状態となり、流体と加放熱板との熱伝達率を大きくすることができる。

第６の発明は、加放熱器は、中心軸に対し軸対称形状であることを特徴とするもので、加放熱器は表裏の区別なく構成することができる。

第７の発明は、一方の加放熱器に接合した直管と、前記直管と同軸上で他方の加放熱器に接合した外管とを備え、前記外管の内周面に凹部、前記凹部にシール部材を設け、前記直管を前記外管に挿入して、入口管路および出口管路を形成することを特徴とするもので、特別な配管部材を追加することなく、容易に加放熱器を構成する表裏板を積層して装置を小型化することができる。

第８の発明は、入口管路と出口管路とは、加熱流路および／または放熱流路内のそれぞれ一流路にて連通する構成としたことを特徴とする入もので、複数の加放熱器を並列に接続して、接続した場合には、各加熱流路に対して均等に流量を分配することとなり、蓄熱体に均等に蓄熱することができる。また、各放熱流路に対して均等に流量を分配することとなり、蓄熱体から均等に熱を取り出すことができる。

第９の発明は、加放熱器に、蓄熱体の少なくとも一部を覆う突出部を設けたことを特徴とするもので、加熱流路および放熱流路を構成する表裏板の加熱、放熱面の平面度を保って蓄熱体に強固に密着することとなり、蓄熱運転の効率を向上、また、蓄熱体からの放熱運転の効率を向上することができる。

第１０の発明は、表板と裏板の周囲に締結体を設けたことを特徴とするもので、蓄熱体は、締結体により加熱器と放熱器の伝熱面に密着し、外管に差し込まれた直管の抜けを防止してシールを保つこととなり、簡易な構成で接続部からの流体の漏れを防止して蓄放熱
第１１の発明は、加放熱器は、銅またはステンレスで形成したことを特徴とするもので、加放熱器は、銅またはステンレス製であることが望ましい。

第１２の発明は、第１〜第１１のいずれかの蓄熱装置を備えた給湯機で、小さな容積に大量の熱を効率よく蓄熱して利用することができるので、小型化を実現した給湯機を提供できる。

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装置の構成図を示すものである。

図１において、加熱入口管路７は３個の加放熱器１５に設けた加熱流路８の入口を並列に接続して、加熱出口管路９は加熱流路８の出口を並列に接続し、放熱入口管路１０は３個の加放熱器１５に設けた放熱流路１１の入口を並列に接続して、放熱出口管路１２は放熱流路１１の出口を並列に接続したものである。

また、加熱入口管路７と加熱出口管路１０には、循環ポンプ３とヒートポンプや浴槽などの熱源４とを接続して加熱循環回路１３を構成し、放熱入口管路１０に給水して放熱出口管路１２から給湯として取り出す構成としている。平板状蓄熱体１４は、加放熱器１５に挟まれる空間に一面を加熱流路８に密着して他の一面を放熱流路１１に密着して設けて構成している。

図２は本発明の第１の実施の形態の蓄熱装置の加放熱器１５の構成図を示すものである。

図２において、加放熱器１５は、表板１６と裏板１７と中板１８の３枚の平板を接合して加熱流路８と放熱流路１１を形成し、表板１６に表入口管１９ａと表出口管２０ａとを接合して、裏板１７に裏入口管２１ａと裏出口管２２ａとを接合し、表板１６の表入口管１９ａと表出口管２０ａに隣接する部分と、裏板１７の裏入口管２１ａと裏出口管２２ａに隣接する部分に切り欠き部２３とを設け、中板１８には表入口管１９ｂと表出口管２０ｂと裏入口管２１ｂと裏出口管２２ｂとを設けたものであり、加放熱器１５は中心軸に対し軸対称形状に構成したものである。また、中板１８には九十九折部１８ａを配するとともに、ディンプル加工１８ｂが施してある。

以上のように構成された蓄熱装置について、以下その動作、作用を説明する。

まず、蓄熱運転は、循環ポンプ３を運転して加熱循環回路１３に加熱流体を循環させることにより、熱源４で加熱して高温となった加熱流体を、加熱入口管路７から加熱流路８に流して、加放熱器１５に密着する平板状蓄熱体１４を表板１６または中板１８と裏板１７を介して加熱して蓄熱することとなる。放熱運転は、放熱入口管路１０に給水して放熱流路１１に流すことにより、加放熱器１５に密着する平板状蓄熱体１４から裏板１７または中板１８と表板１６を介して受熱し給水を加熱して放熱出口管路１２から高温の湯として取り出すこととなる。

また、加放熱器１５の表入口管１９ａ、表出口管２０ａ、裏入口管２１ａ、裏出口管２２ａを次に配列する加放熱器１５の表入口管１９ｂ、表出口管２０ｂ、裏入口管２１ａ、裏出口管２２ｂに接続して複数枚の加放熱器１５を、平板状蓄熱体１４を挟んで並列に接続して配列することとなる。

また、蓄熱運転と放熱運転を同時に行う場合、平板状蓄熱剤１４を介さずに加熱流体から加放熱器１５を介して放熱流体への熱交換を行う。

また、中板１８には九十九折部１８ａを配しているので、流体と加放熱器１５との間における伝熱面積が増大するとともに、加熱流路８、放熱流路１１を流れる流体がディンプル加工１８ｂにより乱されて乱流状態となり、流体と加放熱器１５との熱伝達率が大きくなる。また、加放熱器１５は中心軸に対し軸対称形状に構成しているので裏表の区別がない。

以上のように、本実施の形態においては、３個の加放熱器１５の、加熱流路８の入口を並列に接続して加熱入口管路７を設け、加熱流路８の出口を並列に接続し加熱出口管路９を設け、放熱流路１１の入口を並列に接続し放熱入口管路１０を設け、放熱流路１１の出口を並列に接続して放熱出口管路１２を設け、平板状蓄熱体１４は、加放熱器１５に挟まれる空間に一面を加熱流路８に密着して他の一面を放熱流路１１に密着して設けた構成にすることにより、一面に密着する加熱流路８を流れる加熱流体から効率よく受熱して蓄熱し、他の一面に密着する放熱流路１１に流れる流体に効率よく放熱することとなる。

また、加放熱器１５は、表板１６に表入口管１９ａと表出口管２０ａとを接合して、裏板１７に裏入口管２１ａと裏出口管２２ａとを接合し、表板１６の表入口管１９ａと表出口管２０ａに隣接する部分と、裏板１７の裏入口管２１ａと裏出口管２２ａに隣接する部分に切り欠き部２３とを設け、中板１８の切り欠き部２３にあたる部分に表入口管１９ｂと表出口管２０ｂと裏入口管２１ａと裏出口管２２ｂとを設け、中心軸に対し軸対称形状に構成することにより、複数の加放熱器１５の表入口管１９ａと表入口管１９ｂとを順に接続して加熱入口管路７を構成して、表出口管２０ａと表出口管２０ｂを順に接続して加熱出口管路９を構成し、複数の放熱流路１１の裏入口管２１ａと裏入口管２１ｂとを順に接続して放熱入口管路１１を構成し、裏出口管２２ａと裏出口管２２ｂとを順に接続して放熱出口管路１２を構成することとなる。

その結果、加熱流体と放熱流体を分離することができ、熱交換器などの特別な部品を追加することなく簡単な構成で小さな容積に大量の熱を効率よく蓄熱して、また効率よく取り出すことができる。

また、蓄熱運転と放熱運転を同時に行う場合、平板状蓄熱剤１４を介さずに加熱流体から加放熱器１５を介して放熱流体への熱交換を行うこととなり、効率よく熱利用ができる。

また、加放熱器１５は中心軸に対し軸対称形状に構成しているので、裏表の区別をすることなく組み立てることができる。また、加放熱器１５は、銅またはステンレス製であることが望ましい。なお、本実施の形態においては、３個の加放熱器１５の場合について説明したが、例えば二個であっても、十個であっても構わない。

（実施の形態２）
図３は本発明の第２の実施の形態の蓄熱装置の構成図を示すものである。

図３において、加放熱器１５は表板１６と裏板１７の表面に垂直に接合した直管２４と、直管２４と同軸上の中板１５の表面に接合した直管２４の外径より大きいさい内径を有する外管２５と、外管２５の内周面に設けたリング状凹部２６と、リング状凹部２６に設けたシール部材であるＯリング２７とを設けて構成している。

以上のように構成された蓄熱装置について、以下その動作、作用を説明する。

まず、１枚の加放熱器１５の直管２４を他の加放熱器１５の外管２５に順次差し込んで
同軸上に複数枚の加熱器１５を並列に配列することとなる。

以上のように、本実施の形態においては、加熱器８の直管２４を他の加放熱器１５の外管２５に差し込んでリング状凹部２６に設けたＯリング２７でシールすることにより、２枚の加放熱器１５の間に配置する平板状蓄熱体１４の厚みが異なる場合においても直管２４の外管２５への差込長さをかえることにより、加放熱器１５と平板状蓄熱体１４の密着を強固に保つことができるので、信頼性の高い高性能の装置を実現することができる。

（実施の形態３）
図４は本発明の第３の実施の形態の蓄熱装置の構成図を示すものである。

図４において、加熱流路８と放熱流路１１は、入口と出口とを１パスで結ぶ流路で構成している。

以上のように構成された蓄熱装置について、以下その動作、作用を説明する。

まず、複数の加放熱器１５を並列に配管接続して加熱流体を流す場合は、加熱入口管路７から分岐して各加熱流路器８に流れて加熱出口管路９に合流して流れでることとなり、放熱流体を流す場合は、放熱入口管路１０から分岐して各放熱流路器１１に流れて放熱出口管路１２に合流して流れでることとなる。

以上のように、本実施の形態においては加熱流路８と放熱流路１１を入口と出口とを一通路で結ぶ流路で構成することにより、多数の加熱流路８と放熱流路１１を並列に接続した構成においても、各加熱流路８を流れる加熱流体の流量を均一にして各放熱流路１１を流れる放熱流体の流量を均一にすることとなり、平板状蓄熱体１４の熱授受を安定させて高性能な蓄放熱運転をすることができる。

（実施の形態４）
図５は本発明の第４の実施の形態の蓄熱装置の構成図を示すものである。

図５において、加放熱器１５は周囲に折り曲げ部２８を設けたものであり、左右端部の折り曲げ方向を逆向きにし、上下端部の折り曲げ方向を逆向きにして構成している。

以上のように構成された蓄熱装置について、以下その動作、作用を説明する。

まず、平板状蓄熱体１４を加放熱器１５で挟んで密着して設けるとき、平板状蓄熱体１４の側面は折り曲げ部２８で囲まれた構成となる。

以上のように、本実施の形態においては加放熱器１５の周囲に折り曲げ部２８を設けた構成とすることにより、加放熱器１５の表面の歪を折り曲げ部２８で矯正して、折り曲げ部２８で周囲を囲まれた空間に平板状蓄熱体１４を配置することとなるので、平板状蓄熱体１４を適正な位置に配置して平板状蓄熱体１４との密着を向上させて伝熱性能を向上することができる。

（実施の形態５）
図６は本発明の第５の実施の形態の蓄熱装置の構成図を示すものである。

図６において、加放熱器１５と平板状蓄熱体１４からなる複数の配列は、周囲に帯状締結体２９を設けたものであり、帯状締結体２９で締め付けて、平板状蓄熱体１４の両面に加放熱器１５を強固に密着固定して構成している。

以上のように構成された蓄熱装置について、以下その動作、作用を説明する。

まず、加放熱器１５と平板状蓄熱体１４からなる複数の配列の外周を帯状締結体２９で締め付けて平板状蓄熱体１４の両面に加放熱器１５を密着固定し、配管接続の位置を固定することとなる。

以上のように、本実施の形態においては加放熱器１５と平板状蓄熱体１４からなる複数の配列は、周囲に帯状締結体２９を設けた構成とすることにより、平板状蓄熱体１４の両面において加放熱器１５とを強固に密着固定させることとなる。

その結果、加放熱器１５から平板状蓄熱体１４へ蓄熱し平板状蓄熱体１４から加放熱器１５に放熱する蓄放熱運転を高性能で行い、加放熱器１５の内圧が高くなった状態でも帯状締結体２９で変形を抑えることとなるので、接続配管の抜けを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、小さな容積に大量の熱を効率よく蓄熱して利用することができるので、住宅の給湯、暖房、浴室暖房乾燥、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。

本発明の実施の形態１における蓄熱装置の構成図 （ａ）本発明の実施の形態１における蓄熱装置の斜視図（ｂ）同蓄熱装置の正面図（ｃ）同図２（ｂ）のＡ−Ａ断面図（ｄ）同図２（ｂ）のＢ−Ｂ断面図 （ａ）本発明の実施の形態２における蓄熱装置の正面図（ｂ）同図３（ａ）のＡ−Ａ断面図 本発明の実施の形態３における蓄熱装置の正面図 （ａ）本発明の実施の形態４における蓄熱装置の正面図（ｂ）同図５（ａ）のＡ−Ａ断面図 本発明の実施の形態５における蓄熱装置の斜視図 従来の蓄熱装置の構成図

７ 加熱入口管路
８ 加熱流路
９ 加熱出口管路
１０ 放熱入口管路
１１ 放熱流路
１２ 放熱出口管路
１３ 加熱循環回路
１４ 蓄熱体
１５ 加放熱器
１６ 表板
１７ 裏板
１８ 中板
１８ａ 九十九折部
１８ｂ ディンプル加工
１９ａ 表入口管
１９ｂ 表入口管
２０ａ 表出口管
２０ｂ 表出口管
２１ａ 裏入口管
２１ｂ 裏入口管
２２ａ 裏出口管
２２ｂ 裏出口管
２３ 切欠き部
２４ 直管
２５ 外管
２６ リング状凹部
２７ Ｏリング
２８ 折り曲げ部
２９ 帯状締結体

Claims (12)

1. 加熱流体の流れる加熱流路と、放熱流体の流れる放熱流路と、前記加熱流路及び前記放熱流路を有する加放熱器と、蓄熱体とを備え、前記加放熱器を複数有するとともに、前記加放熱器で前記蓄熱体を狭持して形成したことを特徴とする蓄熱装置。
2. 加熱流路の入口および放熱流路の入口をそれぞれ並列に接続して形成した加熱入口管路および放熱入口管路と、前記加熱流路の出口および前記放熱流路の出口をそれぞれ並列に接続して加熱出口管路および放熱出口管路とを有することを特徴とする請求項１に記載の蓄熱装置。
3. 加熱流路、放熱流路は、表板と裏板と前記表板と前記裏板とで狭持される中板とを接合することで形成されることを特徴とする請求項１または２に記載の蓄熱装置。
4. 中板に、九十九折部を設けたことを特徴とする請求項３に記載の蓄熱装置。
5. 中板に、凹凸部を設けたことを特徴とする請求項３または４に記載の蓄熱装置。
6. 加放熱器は、中心軸に対し軸対称形状であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の蓄熱装置。
7. 一方の加放熱器に接合した直管と、前記直管と同軸上で他方の加放熱器に接合した外管とを備え、前記外管の内周面に凹部、前記凹部にシール部材を設け、前記直管を前記外管に挿入して、入口管路および出口管路を形成することを特徴とする請求項２〜６のいずれか１項に記載の蓄熱装置。
8. 入口管路と出口管路とは、加熱流路および／または放熱流路内のそれぞれ一流路にて連通する構成としたことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の蓄熱装置。
9. 加放熱器に、蓄熱体の少なくとも一部を覆う突出部を設けたことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の蓄熱装置。
10. 表板と裏板の周囲に締結体を設けたことを特徴とする請求項1〜９のいずれか１項に記載の蓄熱装置。
11. 加放熱器は、銅またはステンレスで形成したことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の蓄熱装置。
12. 請求項１〜１１にいずれか１項に記載の蓄熱装置を備えた給湯機。