JP2011102677A - Heat accumulator - Google Patents
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Abstract
Description
本願発明は、蓄熱器に関する。詳しくは、熱媒体と蓄熱材との熱交換効率が高く、また、断熱性が高いとともに装置の小型化を図ることのできる蓄熱器に関する。 The present invention relates to a heat accumulator. Specifically, the present invention relates to a heat accumulator having high heat exchange efficiency between a heat medium and a heat accumulating material, high heat insulation, and capable of downsizing the apparatus.
自動車の車室の暖房を行うために、ヒートポンプ式の空調装置が用いられることが多い。一般的な車両用のヒートポンプ式空調装置は、エンジンの回転を取り出してコンプレッサを作動させ、外気から室内へ熱を移動させるように構成されている。このため、エンジンの燃費が低下するといった問題が生じる。また、エンジンが作動していなければ空調装置を利用することはできない。 In order to heat the passenger compartment of an automobile, a heat pump type air conditioner is often used. A general heat pump type air conditioner for a vehicle is configured to take out the rotation of an engine and operate a compressor to move heat from outside air into the room. For this reason, the problem that the fuel consumption of an engine falls arises. Also, the air conditioner cannot be used unless the engine is operating.
また、電気自動車に上記従来の空調装置を適用する場合、駆動用モータの他にコンプレッサを作動させるために電気を利用しなければならない。したがって、消費電力も大きくなり、バッテリーの消耗が早まるといった問題が生じる。 In addition, when the conventional air conditioner is applied to an electric vehicle, electricity must be used to operate a compressor in addition to a drive motor. Therefore, there is a problem that power consumption increases and battery consumption is accelerated.
上記問題を緩和するため、エンジンやモータ等で発生した排熱を蓄熱器に蓄熱して空調に利用するシステムが提案されている。 In order to alleviate the above problem, a system has been proposed in which exhaust heat generated by an engine, a motor, or the like is stored in a regenerator and used for air conditioning.
上記特許文献1には、蓄熱を利用して車室内の空調を行う車両用蓄熱空調装置が開示されている。上記特許文献1に記載されている車両用蓄熱空調装置では、冷却液等の熱媒体が流動するパイプを、蓄熱材を充填した蓄熱容器内に配置して蓄熱器を構成し、エンジン等の駆動源を含む入熱回路から熱媒体を介して上記蓄熱器に蓄熱するように構成している。一方、車室内に設けた空調装置を含む放熱回路を介して上記蓄熱器に蓄積した熱を車室内に移動して放熱させ、室内の暖房を行うように構成している。
上記特許文献1に記載されている蓄熱空調装置では、蓄熱材として水が用いられている。しかしながら、水の比熱は小さく、また、充分な熱量を得るには、大量の水を保持させた蓄熱器を採用しなければならない。このため、蓄熱器が大型化するとともに、重量も増大するという問題が発生する。また、水の比熱を利用して蓄熱するものであるため、熱容量が小さく、また、放熱するにしたがって蓄熱材の温度が変化する。このため、安定した温度で空調を行うのは困難である。
In the heat storage air conditioner described in
上記不都合を解決するため、特許文献2に記載されているような樹脂製の蓄熱材及びこの蓄熱材を用いた蓄熱器が提供されている。
In order to solve the above inconvenience, a resin heat storage material as described in
従来の蓄熱器は、液体あるいは固体の蓄熱材を充填した蓄熱容器内にパイプを通し、このパイプの周壁を介して熱媒体と蓄熱材との熱交換を行うように構成されている。 A conventional heat accumulator is configured to pass a pipe through a heat storage container filled with a liquid or solid heat storage material, and to perform heat exchange between the heat medium and the heat storage material via a peripheral wall of the pipe.
ところが、上記パイプの周壁を介して熱交換を行う場合、蓄熱材と上記パイプとの接触面積が限られる。このため、蓄熱器から短時間に大きな熱量を取り出し、あるいは蓄熱材に入熱することは困難である。また、蓄熱材と上記パイプとの接触面積を大きくするには、蓄熱器内に長い配管を設ける必要があり、蓄熱器が大型化するといった問題が生じる。 However, when heat exchange is performed via the peripheral wall of the pipe, the contact area between the heat storage material and the pipe is limited. For this reason, it is difficult to take out a large amount of heat from the regenerator in a short time or to input heat into the heat storage material. Further, in order to increase the contact area between the heat storage material and the pipe, it is necessary to provide a long pipe in the heat storage device, which causes a problem that the heat storage device is enlarged.
さらに、エンジンルームの温度は、120℃程度まで上がることがある。固体状の上記樹脂蓄熱材は、パラフィン等の融点の低い蓄熱樹脂を含むため、上記の温度が作用すると流動化する。このため、上記蓄熱材を密閉保持する容器が必要となる。このため、蓄熱器の構造が複雑になるとともに、蓄熱器が大型化するといった問題が生じる。 Furthermore, the temperature in the engine room may rise to around 120 ° C. Since the solid resin heat storage material includes a heat storage resin having a low melting point such as paraffin, it is fluidized when the above temperature is applied. For this reason, a container for hermetically holding the heat storage material is required. For this reason, the structure of the heat accumulator becomes complicated, and problems such as an increase in the size of the heat accumulator arise.
さらに、蓄熱器に蓄積した熱を有効に活用するには、不使用時等に蓄熱器からの熱が流出しないように高い断熱性を備える必要がある。ところが、熱媒体が蓄熱容器に出入りする部分から熱が逃げやすく、蓄熱器の断熱性が低いという問題があった。 Furthermore, in order to effectively use the heat accumulated in the regenerator, it is necessary to provide high heat insulation so that heat from the regenerator does not flow out when not in use. However, there is a problem that heat easily escapes from the part where the heat medium enters and exits the heat storage container, and the heat insulating property of the heat accumulator is low.
本願発明は、上記問題を解決し、蓄熱材と熱媒体との熱交換を効率よく行うことができるとともに、断熱性の高い蓄熱器を提供することを課題としている。 This invention makes it a subject to solve the said problem and to provide heat storage with high heat insulation while being able to perform heat exchange with a heat storage material and a heat medium efficiently.
請求項1に記載した発明は、断熱容器の内部に蓄熱材を収容して構成される蓄熱器であって、断熱部材を介して上記断熱容器に貫通形成されるとともに、上記断熱容器に第1の熱媒体を導入する第1の熱媒体導入部と、上記蓄熱材の内部を通過する第1の熱媒体流動路と、断熱部材を介して上記断熱容器に貫通形成されるとともに、上記断熱容器から上記第1の熱媒体を排出する第1の熱媒体排出部とを備え、上記第1の熱媒体流動路の上記蓄熱材に対する断面内周長を、上記第1の熱媒体導入部及び上記第1の熱媒体排出部における上記断熱容器貫通部の断面内周長より大きく設定したものである。
The invention described in
本願発明では、第1の熱媒体が断熱容器内部に導入される第1の熱媒体導入部と、第1の熱媒体が断熱容器から排出される第1の熱媒体排出部とを、断熱部材を介して上記断熱容器を貫通するように構成している。 In the present invention, the first heat medium introduction part into which the first heat medium is introduced into the heat insulation container and the first heat medium discharge part from which the first heat medium is discharged from the heat insulation container are provided as heat insulation members. It is comprised so that the said heat insulation container may be penetrated through.
上記断熱部材を介して上記第1の熱媒体導入部及び第1の熱媒体排出部を設けることにより、蓄熱器内部に蓄積した熱がこれら部位を介して流出するのを防止することができる。このため、断熱容器の断熱性を高めることができる。 By providing the first heat medium introduction part and the first heat medium discharge part via the heat insulating member, it is possible to prevent the heat accumulated in the heat accumulator from flowing out through these parts. For this reason, the heat insulation of a heat insulation container can be improved.
上記断熱部材の構成は特に限定されることはない。熱伝導率の低い樹脂材料から上記断熱部材を形成することができる。上記樹脂材料として、エポキシ樹脂等の熱伝導率が低く、かつ、耐熱性のある樹脂材料を採用することができる。 The structure of the said heat insulation member is not specifically limited. The heat insulating member can be formed from a resin material having a low thermal conductivity. As the resin material, a heat-resistant resin material having low thermal conductivity such as epoxy resin can be employed.
また、本願発明では、上記第1の熱媒体流動路の上記蓄熱材に対する断面内周長を、上記第1の熱媒体導入部及び上記第1の熱媒体排出部における上記断熱容器貫通部の断面内周長より大きく設定している。 Moreover, in this invention, the cross-sectional inner peripheral length with respect to the said thermal storage material of the said 1st heat-medium flow path is made into the cross section of the said heat insulation container penetration part in the said 1st heat-medium introduction part and the said 1st heat-medium discharge part. It is set larger than the inner circumference.
上記第1の熱媒体導入部及び上記第1の熱媒体排出部における上記断熱容器貫通部の断面内周長を小さく設定することにより、熱媒体が流動する部分と断熱容器外壁部との接触面積を小さく設定することができる。このため、上記第1の熱媒体導入部及び上記第1の熱媒体排出部から熱が流出するのを低減させることができる。 The contact area between the portion where the heat medium flows and the outer wall portion of the heat insulating container is set by setting the inner circumferential length of the cross section of the heat insulating container penetrating portion small in the first heat medium introducing section and the first heat medium discharging section. Can be set small. For this reason, it is possible to reduce the outflow of heat from the first heat medium introduction section and the first heat medium discharge section.
一方、本願発明では、上記第1の熱媒体流動路の上記蓄熱材に対する断面内周長を、上記第1の熱媒体導入部及び上記第1の熱媒体排出部における上記断熱容器貫通部の断面内周長より大きく設定している。この構成を採用することにより、上記第1の熱媒体導入部あるいは上記第1の熱媒体排出部に比べて、上記蓄熱材と上記第1の熱媒体との間の熱交換面積を増加させることができる。したがって、第1の熱媒体と蓄熱材との間の熱交換効率が高まる。なお、上記題1の熱媒体と上記蓄熱材との熱交換効率を高めるため、上記第1の熱媒体流動路を、銅等の熱伝導性の高い材料から形成するのが望ましい。
On the other hand, in this invention, the cross-sectional inner peripheral length with respect to the said thermal storage material of the said 1st heat-medium flow path is made into the cross section of the said heat insulation container penetration part in a said 1st heat-medium introduction part and a said 1st heat-medium discharge part. It is set larger than the inner circumference. By adopting this configuration, the heat exchange area between the heat storage material and the first heat medium is increased as compared with the first heat medium introduction section or the first heat medium discharge section. Can do. Therefore, the heat exchange efficiency between the first heat medium and the heat storage material is increased. In addition, in order to improve the heat exchange efficiency between the heat medium of the
請求項2に記載した発明のように、上記断熱部材を、上記内周長を変化させる配管部材として構成できる。 According to a second aspect of the present invention, the heat insulating member can be configured as a piping member that changes the inner peripheral length.
上記配管部材は、熱伝導率の低い材料から形成されるとともに、上記内周長が変化するように構成される。たとえば、円形断面の配管部材を採用する場合、断熱性の樹脂材料から形成するとともに、上記内周長を軸断面がテーパ状に変化するように構成することができる。この構成によって、断熱容器内に導入した第1の熱媒体を上記第1の熱媒体流動路に円滑に導いて、大きな熱交換面積を介して熱交換を行わせることができるとともに、熱交換を終えた第1の熱媒体を上記第1の熱媒体排出部から円滑に排出させることができる。 The piping member is formed of a material having low thermal conductivity, and is configured so that the inner peripheral length changes. For example, when a pipe member having a circular cross section is employed, the inner peripheral length can be configured such that the axial cross section changes into a taper shape while being formed from a heat insulating resin material. With this configuration, the first heat medium introduced into the heat insulating container can be smoothly guided to the first heat medium flow path, and heat exchange can be performed through a large heat exchange area. The finished first heat medium can be smoothly discharged from the first heat medium discharge section.
しかも、上記配管部材が断熱性の材料から形成されているとともに、上記題1の熱媒体流動路の断面内周長に比べて小さい断面内周長を備える。このため、断熱容器への熱伝導を最小限に抑えて、蓄熱器の断熱性を高めることができる。
In addition, the piping member is formed of a heat insulating material, and has a cross-sectional inner peripheral length that is smaller than the cross-sectional inner peripheral length of the heat medium flow path of the
上記配管部材の形態も特に限定されることはない。たとえば、請求項3に記載した発明のように、上記第1の熱媒体導入部と上記第1の熱媒体排出部とを円筒状の配管部材から構成するとともに、上記第1の熱媒体流動路を上記配管部材に接続される円筒状に形成し、上記配管部材を、上記第1の熱媒体流動路に向かって内径を拡大させるように構成することができる。なお、上記配管部材及び第1の熱媒体流動路は、円筒状の部材以外の形態を備える部材から構成することもできる。たとえば、断面矩形状等の形態の配管部材を採用することもできる。
The form of the piping member is not particularly limited. For example, as in the invention described in
円筒状のパイプ部材を用いて上記配管部材を構成することにより、内径を容易に拡大させることができる。このため、熱交換器を容易に構成できる。 By configuring the piping member using a cylindrical pipe member, the inner diameter can be easily increased. For this reason, a heat exchanger can be configured easily.
請求項4に記載した発明は、断熱部材を介して上記断熱容器に貫通形成されるとともに、上記断熱容器に第2の熱媒体を導入する第2の熱媒体導入部と、上記蓄熱材の内部を通過する第2の熱媒体流動路と、断熱部材を介して上記断熱容器に貫通形成されるとともに、上記断熱容器から上記第2の熱媒体を排出する第2の熱媒体排出部とを備えて蓄熱器を構成したものである。
The invention described in
蓄熱用の熱媒体と放熱用の熱媒体を用いて、蓄熱及び放熱をそれぞれ行うように構成することにより蓄熱効率が高まる。また、種々の用途に利用できる蓄熱器を構成できる。 By using a heat storage heat storage medium and a heat dissipation heat medium to perform heat storage and heat dissipation, heat storage efficiency is increased. Moreover, the thermal accumulator which can be utilized for various uses can be comprised.
第1の熱媒体と第2の熱媒体は、特に限定されることはない。たとえば、第1の熱媒体としてエンジン冷却水を利用する一方、第2の熱媒体として空気を利用することができる。この場合、第1の熱媒体を蓄熱用に用いる一方、第2の熱媒体を放熱用に用いる。 The first heat medium and the second heat medium are not particularly limited. For example, engine cooling water can be used as the first heat medium, while air can be used as the second heat medium. In this case, the first heat medium is used for heat storage, while the second heat medium is used for heat dissipation.
断熱部材を介して、上記第2の熱媒体導入部及び上記第2の熱媒体排出部を形成することにより、請求項1に記載した発明と同様に、上記熱媒体の出入口から熱が逃げるのを防止できる。このため、断熱性を高めることができる。
By forming the second heat medium introduction part and the second heat medium discharge part via the heat insulating member, heat escapes from the entrance / exit of the heat medium as in the invention described in
請求項5に記載した発明は、上記第2の熱媒体導入部と上記第2の熱媒体排出部の一方と、上記第1の熱媒体導入部とが、上記第1の熱媒体導入部を内管とする二重管構造を備えるとともに、上記第2の熱媒体導入部と上記第2の熱媒体排出部の他方と、上記第1の熱媒体排出部とが、上記第1の熱媒体排出部を内管とする二重管構造を備えて蓄熱器を構成したものである。 According to a fifth aspect of the present invention, one of the second heat medium introduction unit, the second heat medium discharge unit, and the first heat medium introduction unit is configured to replace the first heat medium introduction unit. The second heat medium introduction section, the other of the second heat medium discharge section, and the first heat medium discharge section are provided with a double pipe structure as an inner pipe, and the first heat medium discharge section A heat accumulator is configured with a double-pipe structure with the discharge part as an inner pipe.
第1の熱媒体と第2の熱媒体とを利用する場合、各熱媒体に対応した出入口を設ける必要がある。このため、蓄熱器の構造が複雑になるばかりでなく、上記出入口から熱が逃げるやすくなる。また、各熱媒体の出入口を設けるスペースを確保しなければならないため、蓄熱容器が大型化するといった問題が生じやすい。 When the first heat medium and the second heat medium are used, it is necessary to provide an entrance / exit corresponding to each heat medium. For this reason, not only the structure of the heat accumulator is complicated, but heat easily escapes from the entrance / exit. Moreover, since it is necessary to secure a space for providing the entrance / exit of each heat medium, there is a problem that the heat storage container is enlarged.
本請求項に記載した発明では、二重管構造を採用しているため、配管スペースを小さくすることが可能になる。このため、蓄熱器を小型化することができる。また、熱媒体の出入口のスペースが小さくなる分、蓄熱器内部から熱が逃げにくくなり、断熱性も高まる。 In the invention described in this claim, since the double pipe structure is adopted, the piping space can be reduced. For this reason, a thermal accumulator can be reduced in size. In addition, since the space at the entrance and exit of the heat medium is reduced, heat is less likely to escape from the inside of the regenerator, and heat insulation is improved.
上記二重管は、第1の熱媒体導入部と第1の熱媒体排出部とを内管に設定している。したがって、第1の熱媒体を蓄熱用の熱媒体が流動するように設定するのが好ましい。 In the double pipe, the first heat medium introduction section and the first heat medium discharge section are set as the inner pipe. Therefore, it is preferable to set the first heat medium so that the heat storage heat medium flows.
なお、各熱媒体導入部同士を二重管構造にすることもできるし、熱媒体導入部と熱媒体排出部とを二重管構造にすることもできる。 In addition, each heat-medium introduction part can also be made into a double tube structure, and a heat-medium introduction part and a heat medium discharge | emission part can also be made into a double tube structure.
熱交換効率を高めることができるとともに、断熱性の高い蓄熱器を提供できる。 While improving heat exchange efficiency, a heat storage with high heat insulation can be provided.
以下、本願発明の実施形態を図に基づいて具体的に説明する。 Embodiments of the present invention will be specifically described below with reference to the drawings.
図1は、本願発明に係る蓄熱器の一例を示す断面図である。 FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of a heat accumulator according to the present invention.
蓄熱器1は、断熱容器2に円柱状の蓄熱材3を収容して構成される。上記断熱容器2は、円筒状の収容部4と、この収容部4の両側にそれぞれ接合される円錐状の蓋部5,6を備えて構成される。上記収容部4と上記蓋部5,6は、断熱性の材料から形成されている。なお、上記断熱容器を真空の壁部を有する容器から構成することもできる。
The
本実施形態では、上記蓄熱材3は、外周部に設けられた断熱材20を介して、上記断熱容器2の内周部に収容保持されている。
In the present embodiment, the
上記蓋部5の軸方向端部には、第1の熱媒体7を導入する第1の熱媒体導入部10aと、第2の熱媒体9を導入する第2の熱媒体導入部11aとが設けられている。一方、蓋部6の端部には、第1の熱媒体7を排出する第1の熱媒体排出部10bと、第2の熱媒体9を排出する第2の熱媒体排出部11bとが設けられている。なお、それぞれの熱媒体導入部10a,11aを断熱容器2の同じ側に設けるとともに、それぞれの熱媒体排出部10b.11bを断熱容器2の同じ側に設けたが、一方の熱媒体導入部と一方の熱媒体排出部とを同じ側に設けることもできる。また、各熱媒体導入部と各熱媒体排出部とを、蓄熱容器の異なる部位にそれぞれ設けることもできる。
A first heat
本実施形態では、上記第1の熱媒体として自動車エンジンを冷却する冷却水が採用されている。一方、上記第2の熱媒体として空気が採用されている。上記エンジンから出た排熱を上記冷却水を利用して上記蓄熱器1に蓄熱する。蓄積した熱は、上記第2の熱媒体である空気を介して空調等に利用できるように構成している。
In the present embodiment, cooling water for cooling the automobile engine is employed as the first heat medium. On the other hand, air is employed as the second heat medium. The exhaust heat from the engine is stored in the
本実施形態では、上記第1の熱媒体導入部10aと上記第2の熱媒体導入部11aとを二重管構造に構成している。すなわち、上記第1の熱媒体導入部10aは、軸に沿うように設けられたパイプ状の断熱性配管部材8によって構成されている。一方、第2の熱媒体導入部11aは、上記蓋部材5に一体的に形成されているとともに、上記配管部材8の外周に筒状空間13aを介して形成された円筒壁部12aを備え、上記円筒壁部12aに側部から第2の熱媒体9を導入できるように構成している。
In the present embodiment, the first heat
上記配管部材8の先端部には、第1の熱媒体が流動させられる配管28aが接続されている。一方、上記円筒壁部12aから側方に延出する部分には、第2の熱媒体が流動させられる配管29aが接続されている。
A
本実施形態では、蓄熱側の熱媒体7と放熱側の熱媒体9とを、蓋部5に設けられるとともに、二重管構造を備える第1の熱媒体導入部10a及び第2の熱媒体導入部11aを介して、蓄熱器1の内部へ導入する。また、蓋部6に設けられるとともに、二重管構造を備える第1の熱媒体排出部10b及び第2の熱媒体排出部11bを介して、蓄熱器1の外部へ排出する。このため、外部の配管28a,29a,28b,29bと接続される接続部分をコンパクトに形成することが可能となる。また、上記配管28a、29a,28b,29bが接続される部分を一体的に構成することが可能となり、配管スペースを小さくすることが可能となり、蓄熱器1の小型化を図ることができる。
In the present embodiment, the heat storage
さらに、上記第1の熱媒体導入部10a及び第1の熱媒体排出部10bを構成する配管部材8、及び上記第2の熱媒体導入部11a及び上記第2の熱媒体排出部11bが構成された蓋部材5,6は、ともに断熱性の高い材料から形成されている。上記構成を採用することにより、上記第1の熱媒体7が流動させられる上記配管28a,28bあるいは上記第2の熱媒体が流動させられる上記配管29a,29bを介して、蓄熱器内部に蓄積された熱が放熱されるのを防止できる。
Furthermore, the piping
一方、本実施形態では、上記配管部材8は、熱媒体導入側の小径部8aと、上記蓄熱材3の軸芯に沿って設けられた第1の熱媒体流動路17に接続される大径部8bと、上記小径部から大径部へ向けてテーパ状に拡径された拡径部8cとを備えて構成されている。
On the other hand, in the present embodiment, the piping
上記小径部8aが上記蓋部5,6を貫通させられる部分の断面内周長は、上記大径部8bが上記第1の熱媒体流動路17を構成する熱伝導性パイプ17bに接続される部分の断面内周長より小さく設定されている。上記構成を採用することにより、上記第1の熱媒体が導入される部分において、上記配管部材8の外周部と上記蓋部5,6の接触面積を小さくすることが可能となり、熱伝導により上記配管部材8から蓋部5,6へ伝わる熱量を小さくすることができる。
The inner peripheral length of the cross section of the portion through which the
また、本実施形態では、上記第1の熱媒体流動路17の断面内周長を、上記配管部材8の小径部8aより大きく設定しているため、上記第1の熱媒体と上記蓄熱材3との熱交換面積を大きく設定できる。この構成によって、上記第1の熱媒体と上記蓄熱材3との熱交換効率を高めることができる。
In the present embodiment, the inner peripheral length of the cross section of the first heat
上記断熱容器2を構成する材料は特に限定されることはない。断熱性の高い樹脂材料から形成することができる。たとえば、エポキシ樹脂を用いて上記断熱容器を構成できる。また、上記断熱容器の一部又は全部を真空断熱構造を備えて構成することができる。
The material which comprises the said
上記配管部材8を構成する材料も、上記断熱容器と同様に断熱性の高い樹脂材料から形成することができる。
The material which comprises the said
上記蓄熱材3の構成も限定されることはない。固体状の蓄熱材を採用することにより、第2の熱媒体と上記蓄熱材3とを直接接触させるように構成するのが望ましい。
The configuration of the
図3に示すように、本実施形態では、上記蓄熱材3は、空隙14を有する熱伝導性多孔質体15と、上記空隙14内に充填保持された蓄熱物質16とを備えて構成される。
As shown in FIG. 3, in the present embodiment, the
図4に、上記熱伝導性多孔質体15の内部構造の概要を示す。上記熱伝導性多孔質体15は、通気性を有する3次元網状構造を備える。本実施形態では、空隙率が90%以上のニッケル金属多孔質体を採用している。
In FIG. 4, the outline | summary of the internal structure of the said heat conductive
上記熱伝導性多孔質体15は、種々の手法を用いて製造されたものを採用することができる。たとえば、発泡させた多孔質樹脂支持体に、無電解メッキ、真空蒸着、スパッタリング等の方法で、カーボンや金属を被覆して導電性を付与する。この導電性を付与した多孔質樹脂支持体をメッキ浴中で給電ブスバーを兼ねた回転軸の周りに回転する陰極体の表面に密着させることにより、陽極から金属を上記多孔質体に電気メッキする。その後、上記多孔質樹脂支持体を除去することにより、図4に示すような、三角柱状の骨格が3次元に連なった連続気孔(空隙)をもつ金属多孔質体を得ることができる。
What was manufactured using the various method as the said heat conductive
図5に示すように、本実施形態では、所定厚みを有する複数の円板状の熱伝導性多孔質部材15aを積層して組み付けることにより、所要の高さを有する円柱状の熱伝導性多孔質体15が構成される。
As shown in FIG. 5, in the present embodiment, a plurality of disk-shaped thermally conductive
上記熱伝導性多孔質部材15aは、図示しないシート状の熱伝導性多孔質体から、プレス等によって切り出される。切り出された各熱伝導性多孔質部材15aに、ドリル等を用いて、上記第1の熱媒体流動路17を構成する貫通孔17aと、第2の熱媒体流動路18を構成する貫通孔18aが形成される。なお、上記貫通孔17a,18aを形成する工程は、上記切り出す前のシート状熱伝導性多孔質体に対して行うこともできる。
The heat conductive
複数の熱伝導性多孔質部材15aを、上記各貫通孔17a、18aが一致するように積層することにより、所定の高さを有する円柱状の熱伝導性多孔質体15が形成される。
By stacking a plurality of heat conductive
図6に示すように、軸芯に設けた上記貫通孔17aに、第1の熱媒体流動路17を構成する銅製の熱伝導性パイプ17bが通挿される。熱伝導性パイプ17bを採用することにより、上記第1の熱媒体との熱交換を効率よく行うことができる。また、上記熱伝導性パイプ17bと、上記熱伝導性多孔質体の貫通孔17aの内周部とを圧着やロウ付けの手法を用いて接合することにより、これら部材間の熱伝導効率をさらに高めることができる。上記熱伝導性パイプ17bの両端部が、上述した配管部材8の大径部8bに接続されることにより、上記第1の熱媒体7と上記第2の熱媒体9とが、上述した二重管構造を介して蓄熱器1の内部にそれぞれ導入される。
As shown in FIG. 6, a copper heat
上記熱媒体流動路17,18を設けた熱伝導性多孔質体15の上記連続気孔14に、蓄熱物質16が充填されている。本実施形態では、図7に示すように、上記熱伝導性パイプ17bの両端部に栓22を設けた後、熱伝導性多孔質体15を、浸漬槽23内で溶融状態にある樹脂蓄熱物質16に浸漬し、上記蓄熱物質16を上記熱伝導性多孔質体15の連続気孔14に充填する。
A
上記蓄熱物質16を充填した後、所定時間冷却乾燥させることにより、上記蓄熱物質16を固化させて、上記熱伝導性多孔質体内に固定する。
After the
図8に、上記蓄熱物質16を充填した上記熱伝導性多孔質体15の拡大断面図を示す。この図に示すように、上記第1の熱媒体流動路17と上記第2の熱媒体流動路18を設けた部分以外の多孔質体の連続気孔14内に、蓄熱物質16が充填保持されている。
In FIG. 8, the expanded sectional view of the said heat conductive
本実施形態に係る蓄熱物質としてパラフィンを主剤とし、保形成分を含む蓄熱物質を採用することができる。たとえば、パラフィン95%と保形成分としてのポリエチレン樹脂を5%含む蓄熱物質を採用できる。パラフィンの融点(ガラス転移温度)は、30℃〜80℃であるが、上記保形成分を含有させることにより保形性が高まり、約80℃まで、上記熱伝導性多孔質体15の連続気孔14内に保持させることが可能となる。したがって、パラフィン樹脂を含む場合、樹脂被覆工程は80℃以下の温度で行われる。
As the heat storage material according to the present embodiment, a heat storage material containing paraffin as a main ingredient and containing a preservative can be employed. For example, a heat storage material containing 95% paraffin and 5% polyethylene resin as a preservative can be employed. Although the melting point (glass transition temperature) of paraffin is 30 ° C. to 80 ° C., the shape retaining property is enhanced by containing the above-described retention component, and the continuous pores of the thermally conductive
さらに、本実施形態では、上記蓄熱物質16を充填した熱伝導性多孔質体15の外周部を覆うように、熱硬化性樹脂から形成された樹脂被覆層19が設けられている。上記樹脂被覆層19は、上記貫通孔18aの内周部にも設けられており、上記第2の熱媒体流動路18を構成している。
Furthermore, in this embodiment, the
図3及び図9に示すように、上記樹脂被覆層19は、液状の熱硬化性樹脂24を満たした浸漬層25に、上記蓄熱物質を充填した熱伝導性多孔質体15を浸漬することにより形成される。これにより、蓄熱材3の外周部に0.2〜0.3mmの薄い樹脂被覆層19が形成される。なお、必要に応じて、上記熱硬化性樹脂で被覆した後、所定温度の炉内において上記熱硬化性樹脂を硬化させる被覆層硬化工程を行うことができる。上記被覆層硬化工程も、80℃以下の温度で行われる。
As shown in FIGS. 3 and 9, the
本実施形態においては、上記熱硬化性樹脂24として、エポキシ樹脂を採用している。硬化前のエポキシ樹脂として、常温で液状のものが採用される。上記エポキシ樹脂を採用することにより、上記蓄熱物質16を溶融させることなく、上記樹脂被覆層19を形成できる。なお、上記樹脂被覆層19を構成する樹脂材料は、エポキシ樹脂に限定されることはなく、他の熱硬化性樹脂等を採用できる。
In the present embodiment, an epoxy resin is employed as the
図10に、樹脂被覆層19を形成した蓄熱材3の要部拡大断面図を示す。
In FIG. 10, the principal part expanded sectional view of the
図1及び図10に示すように、上記円柱状の蓄熱材3の外周部、すなわち、外周面、端面及び上記第2の熱媒体流動路18の内周面が、上記樹脂被覆層19に覆われている。これにより、上記熱伝導性多孔質体15の連続気孔14内に充填保持された蓄熱物質16が、上記樹脂被覆層19によって封止されている。一方、上記第1の熱媒体流動路17を構成するパイプ17bの外周面は、上記熱伝導性多孔質体15及び上記蓄熱物質16に接触した状態に設定されている。
As shown in FIGS. 1 and 10, the outer peripheral portion of the cylindrical
上記樹脂被覆層19を構成するエポキシ樹脂は、上述したように、上記蓄熱物質の流動温度以下で被覆処理及び硬化処理を行えるとともに、120℃以上の耐熱温度(ガラス転移温度)を備えるものが採用されている。このため、蓄熱材3が上記蓄熱物質16の流動化温度以上に加熱された場合であっても、上記蓄熱物質16が上記熱伝導性多孔質体15内に保持される。この構成を採用することにより、高温に晒される自動車のエンジンルーム等に配置した場合であっても、固体性状を備える蓄熱物質として使用することが可能となる。
As described above, the epoxy resin constituting the
また、本実施形態に係る上記蓄熱材3は、一体的につながる3次元網目状の熱伝導性多孔質体15の連続気孔14内に、蓄熱物質16を保持させた形態を備える。また、上記熱伝導性多孔質体15の熱伝導率は、上記蓄熱物質16より大きい。このため、上記蓄熱材3の内部では、主として上記熱伝導性多孔質体15を介して熱が移動させられ、上記蓄熱材3の内部における熱移動の速度が速い。したがって、蓄熱材3の一部から入熱された熱を、上記蓄熱材3の全域に移動させて蓄熱することができる。また、上記蓄熱材3の全域から放熱部位に熱を移動させて、短時間に大量の熱を放熱させることもできる。
Moreover, the said
しかも、本実施形態では、上記第1の熱媒体流動路17を構成する熱伝導性パイプ17bの外周部が、上記熱伝導性多孔質体15及び上記蓄熱物質16に直接接触するように構成されている。このため、第1の熱媒体7と上記蓄熱物質16の熱交換効率を高めることが可能となる。
Moreover, in the present embodiment, the outer peripheral portion of the heat
一方、上記第2の熱媒体流動路18には、樹脂被覆層19が設けられている。上記樹脂被覆層19の耐熱温度(軟化温度)は、上記蓄熱物質16より高い。このため、上記蓄熱物質16が流動化する温度以上の温度が作用した場合にも、上記蓄熱材内から上記蓄熱物質が漏れ出る恐れはない。しかも、上記樹脂被覆層19の厚みが薄いため、第2の熱媒体との熱交換効率も高い。
On the other hand, a
この結果、本実施形態に係る上記蓄熱器1は、暖房等の空調用に利用できるばかりでなく、自動車の駆動系を暖機運転するために用いることも可能となる。
As a result, the
本実施形態では、上記第2の熱媒体流動路18を多数設けているため、非常に大きな熱交換面積を介して、第2の熱媒体9である空気に熱が移動させられる。したがって、大量の空気を上記蓄熱物質16の温度近傍まで上昇させることができる。しかも、上記樹脂被覆層19が薄く形成されているため、熱交換が阻害される恐れもない。
In the present embodiment, since a large number of the second heat
上記実施形態では、円筒状の断熱容器2内に円柱状の蓄熱材3を充填するとともに、上記第1の熱媒体流動路17を構成する熱伝導性パイプ17bの両端部が、上記配管部材8,8の大径部8b,8bにそれぞれ接続されている。一方、上記第2の熱媒体流動路18は、上記蓋部5,6の空間を介して集合させられ、上記配管部材8の外周部にそれぞれ形成された環状空間13a,13bを介して、上記配管29a,29bに接続されている。
In the above embodiment, the cylindrical
上記構成によって、上記第1の熱媒体7から上記蓄熱材3に効率よく蓄熱することができるとともに、上記蓄熱材3から第2の熱媒体9に熱を移動させて空調等を行うことができる。しかも、上記第1の熱媒体7及び第2の熱媒体9を導入する導入部10a,11aと、上記第1の熱媒体7及び第2の熱媒体9を排出する排出部10b,11bは、断熱性の高い二重管構造を備えている。このため、上記蓄熱材3に蓄積した熱が、接続された各管路28a,28b,29a,29bから逃げにくい。したがって、断熱性が高い蓄熱器1を構成することができる。
With the above configuration, heat can be efficiently stored from the
なお、上記蓄熱物質16を充填する工程を、ディッピングの手法を用いて行ったが、これら工程は、上記実施形態に限定されることはない。たとえば、所定の金型内に熱伝導性多孔質体あるいは熱伝導性多孔質部材を保持した状態で、蓄熱物質を射出成形の手法を用いて充填することができる。
In addition, although the process of filling the said
図11及び図12に、本願発明の第2の実施形態を示す。 11 and 12 show a second embodiment of the present invention.
第2の実施形態は、第1の実施形態に示すような二重管構造を採用することなく、第1の熱媒体導入部110a, 第1の熱媒体排出部110b,第2の熱媒体導入部111a,第2の熱媒体排出部111bを構成したものである。
In the second embodiment, the first heat
第2の実施形態においては、左右の軸方向壁に第2の熱媒体導入部111aと、第2の熱媒体排出部111bとをそれぞれ設けている。一方、第1の熱媒体導入部110aと第1の熱媒体排出部110bは、断熱容器102の周壁の上方から断熱容器102内に貫入させられるように構成されている。熱媒体流動路117は、上記断熱容器102に収容された蓄熱材103の内部でコ字状に屈曲させられて方向が転換させられ、上記第1の熱媒体導入部を構成する配管部材108,108にそれぞれ接続されている。
In the second embodiment, the second heat
上記配管部材108は、断熱性の樹脂材料から形成されているとともに、小径部108aと、大径部108bと、上記小径部108aから上記大径部108bにかけて断面内周長が拡大するように構成された拡径部108cとを備えて構成されている。上記小径部108aは、上記断熱容器102の周壁部を貫通させられて第1の熱媒体107が流動する蓄熱側回路の配管128a,128bにそれぞれ接続されている。一方、上記大径部108bは、上記第1の熱媒体流動路117を構成する熱伝導性パイプ117bに接続されている。
The piping
上記構成を採用することにより、外部の配管128a,128b,129a,129bを、断熱性の配管部材108を介して、断熱容器102の外部において接続できる。このため、蓄熱器内に蓄積された熱が、上記配管128a,128b,129a,129bを介して逃げるのを阻止できる。
By adopting the above configuration, the
しかも、小径部108aにおいて、上記断熱容器102の周壁を貫通するように構成しているため、上記配管部材108の外周部と上記断熱容器102の周壁との接触面積を小さくすることができる。したがって、上記配管部材108の外周部から上記断熱容器の外周部へ伝導する熱を最小限に抑えることができる。
Moreover, since the small-diameter portion 108a is configured to penetrate the peripheral wall of the
さらに、上記第2の熱媒体導入部111aと、第2の熱媒体排出部111bは、断熱部材131a,131bを介して、外部配管129a及び129bと接続されている。このため、上記第2の熱媒体導入部111a及び第2の熱媒体排出部111bから熱が逃げるのを有効に防止できる。
Furthermore, the second heat
上記各構成を採用することにより、蓄熱材103と第1の熱媒体107の間の熱交換効率、及び蓄熱材103と第2の熱媒体109の間の熱交換効率をそれぞれ高めることができるばかりでなく、断熱性の高い蓄熱容器102を構成することが可能となる。
By adopting each of the above configurations, the heat exchange efficiency between the
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
熱媒体との熱交換効率が高く、また、断熱性の高い蓄熱器を形成できる。 A heat accumulator with high heat exchange efficiency with the heat medium and high heat insulation can be formed.
1 蓄熱器
2 断熱容器
3 蓄熱材
7 第1の熱媒体
8 配管部材(断熱部材)
9 第2の熱媒体
17 第1の熱媒体流動路
18 第2の熱媒体流動路
10a 第1の熱媒体導入部
10b 第1の熱媒体排出部
11a 第2の熱媒体導入部
11b 第2の熱媒体排出部
DESCRIPTION OF
9
Claims (5)
断熱部材を介して上記断熱容器に貫通形成されるとともに、上記断熱容器に第1の熱媒体を導入する第1の熱媒体導入部と、
上記蓄熱材の内部を通過する第1の熱媒体流動路と、
断熱部材を介して上記断熱容器に貫通形成されるとともに、上記断熱容器から上記第1の熱媒体を排出する第1の熱媒体排出部とを備え、
上記第1の熱媒体流動路の上記蓄熱材に対する断面内周長を、上記第1の熱媒体導入部及び上記第1の熱媒体排出部における上記断熱容器貫通部の断面内周長より大きく設定した、蓄熱器。 A heat accumulator configured to contain a heat storage material inside an insulated container,
A first heat medium introduction section that is formed through the heat insulation container through a heat insulation member, and that introduces a first heat medium into the heat insulation container;
A first heat medium flow path passing through the inside of the heat storage material;
And a first heat medium discharge unit that is formed through the heat insulating container through a heat insulating member and discharges the first heat medium from the heat insulating container,
A cross-sectional inner peripheral length of the first heat medium flow path with respect to the heat storage material is set to be larger than a cross-sectional inner peripheral length of the heat insulating container penetrating portion in the first heat medium introduction part and the first heat medium discharge part. A regenerator.
上記第1の熱媒体流動路を上記配管部材に接続される円筒状に形成し、
上記配管部材を、上記第1の熱媒体流動路に向かって内径を拡大させるように構成した、請求項2に記載の蓄熱器。 The first heat medium introduction part and the first heat medium discharge part are constituted by a cylindrical piping member,
Forming the first heat medium flow path into a cylindrical shape connected to the piping member;
The regenerator according to claim 2, wherein the piping member is configured to expand an inner diameter toward the first heat medium flow path.
上記蓄熱材の内部を通過する第2の熱媒体流動路と、
断熱部材を介して上記断熱容器に貫通形成されるとともに、上記断熱容器から上記第2の熱媒体を排出する第2の熱媒体排出部とを備える、請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の蓄熱器。 A second heat medium introduction section that is formed through the heat insulation container through a heat insulation member, and that introduces a second heat medium into the heat insulation container;
A second heat medium flow path that passes through the inside of the heat storage material;
4. The apparatus according to claim 1, further comprising: a second heat medium discharge unit that is formed to penetrate the heat insulating container through a heat insulating member and discharges the second heat medium from the heat insulating container. The heat accumulator according to item.
上記第2の熱媒体導入部と上記第2の熱媒体排出部の他方と、上記第1の熱媒体排出部とが、上記第1の熱媒体排出部を内管とする二重管構造を備える、請求項4に記載の蓄熱器。 One of the second heat medium introduction part, the second heat medium discharge part, and the first heat medium introduction part have a double tube structure in which the first heat medium introduction part is an inner pipe. As well as
The other of the second heat medium introduction part, the second heat medium discharge part, and the first heat medium discharge part have a double tube structure in which the first heat medium discharge part is an inner pipe. The heat accumulator of Claim 4 provided.
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