JP2014098531A - Heat storing and radiating device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、蓄放熱装置に関する。 The present invention relates to a heat storage and dissipation device.
近年、省エネルギーなどの観点から、ケミカルヒートポンプや吸着式冷凍装置を始めとする、廃熱などの熱源を回収して利用するための熱回収システムが注目されている。 In recent years, a heat recovery system for recovering and using a heat source such as waste heat, such as a chemical heat pump and an adsorption refrigeration apparatus, has attracted attention from the viewpoint of energy saving.
熱回収システムは、一般的に、作動媒体(以後、反応媒体と呼ぶ)と可逆的に反応する蓄熱材(以後、反応材と呼ぶ)との間で熱を交換する蓄放熱装置と、反応媒体を蒸発させる蒸発器と、反応媒体を凝縮させる凝縮器とが、開閉機構を介して接続される。また、蓄放熱装置は、一般的に、熱媒が移動する熱媒流路と、該熱媒流路と熱的に接続され、反応材を収納する反応材収納部とを有して構成される。 A heat recovery system generally includes a heat storage and heat dissipation device that exchanges heat between a working medium (hereinafter referred to as a reaction medium) and a heat storage material (hereinafter referred to as a reaction material) that reacts reversibly, and a reaction medium. An evaporator for evaporating the gas and a condenser for condensing the reaction medium are connected via an opening / closing mechanism. The heat storage and heat dissipation device is generally configured to include a heat medium passage through which a heat medium moves, and a reaction material storage section that is thermally connected to the heat medium flow path and stores the reaction material. The
蓄放熱装置を使用して効率的に熱を回収する場合、反応材と、熱媒流路の一部を形成する反応材収納部の壁部と、の密着性が重要となる。しかしながら、反応材は、蓄熱及び放熱の過程で膨張及び収縮するため、反応材と反応材収納部の壁部を常に密着させることが困難である。そのため、特許文献1などでは、バネ部材などの弾性材を使用して、反応材を反応材収納部の壁部に押し当てる技術が記載されている。 In the case of efficiently recovering heat using the heat storage / dissipation device, the adhesion between the reaction material and the wall portion of the reaction material storage portion that forms part of the heat medium flow path is important. However, since the reaction material expands and contracts in the process of heat storage and heat dissipation, it is difficult to always keep the reaction material and the wall portion of the reaction material storage portion in close contact with each other. Therefore, Patent Document 1 and the like describe a technique in which an elastic material such as a spring member is used to press the reaction material against the wall portion of the reaction material storage unit.
蓄放熱装置を例えば工業的に応用する場合、大量の熱を効率良く回収することが望まれる。そのため、大型化が容易な単純な構成で、効率良く熱を回収する装置の開発が重要となる。 For example, when industrially applying the heat storage and heat dissipation device, it is desired to efficiently recover a large amount of heat. Therefore, it is important to develop an apparatus that efficiently recovers heat with a simple configuration that can be easily increased in size.
また、蓄放熱装置で使用される反応材は、蓄熱及び放熱過程を繰り返すことで劣化するため、劣化した反応材を交換する必要がある。したがって、蓄放熱装置は、反応材が容易に着脱可能であることが好ましい。 In addition, since the reaction material used in the heat storage and heat dissipation device deteriorates by repeating the heat storage and heat dissipation process, it is necessary to replace the deteriorated reaction material. Therefore, it is preferable that the reaction storage material can be easily attached to and detached from the heat storage and dissipation device.
しかしながら、特許文献1に記載された蓄放熱装置は、構成が複雑であり、上記の要件を十分に満たしていなかった。 However, the heat storage and heat dissipation device described in Patent Document 1 has a complicated configuration and does not sufficiently satisfy the above requirements.
上記課題に対して、熱交換性能に優れた、経済的な蓄放熱装置を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide an economical heat storage and heat dissipation device with excellent heat exchange performance.
本発明の一様態によると、
反応媒体と可逆的に反応する反応材を用いた蓄放熱装置であって、
所定の間隔で複数枚平行に配置された平板状の熱媒体流路と、
隣り合う前記熱媒体流路で挟持することで前記反応材を保持する反応材収納部と、
隣り合う前記熱媒体流路を連通する熱媒体管と、
を有し、
前記熱媒体管が、伸縮性を有するベローズ構造を有する、
蓄放熱装置が提供される。
According to one aspect of the present invention,
A heat storage and heat dissipation device using a reaction material that reacts reversibly with a reaction medium,
A plurality of flat plate-like heat medium flow paths arranged in parallel at a predetermined interval;
A reaction material storage section for holding the reaction material by being sandwiched between the adjacent heat medium flow paths;
A heat medium pipe communicating with the adjacent heat medium flow path;
Have
The heat medium pipe has a bellows structure having elasticity.
A heat storage / dissipation device is provided.
また、本発明の他の様態によると、
反応媒体と可逆的に反応する反応材を用いた蓄放熱装置であって、
所定の間隔で平行に配置された複数の伝熱フィンと、
隣り合う前記伝熱フィンで挟持することで前記反応材を保持する反応材収納部と、
前記複数の伝熱フィンに垂直な方向に伸び、前記伝熱フィンに熱的に接続されて、熱媒体流路と、
を有し、
前記熱媒体流路は、伸縮性を有するベローズ構造を有する、
蓄放熱装置が提供される。
Also, according to another aspect of the present invention,
A heat storage and heat dissipation device using a reaction material that reacts reversibly with a reaction medium,
A plurality of heat transfer fins arranged in parallel at predetermined intervals;
A reaction material storage section for holding the reaction material by being sandwiched between adjacent heat transfer fins;
Extending in a direction perpendicular to the plurality of heat transfer fins and thermally connected to the heat transfer fins;
Have
The heat medium flow path has a bellows structure having elasticity.
A heat storage / dissipation device is provided.
本発明によれば、熱交換性能に優れた、経済的な蓄放熱装置を提供できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the economical thermal storage / dissipation apparatus excellent in heat exchange performance can be provided.
以下、本実施形態の蓄放熱装置の構成の実施形態について、図を参照して説明する。なお、後述する各々の実施形態は、単独で実施されても良く、組み合わせて実施されても良い。 Hereinafter, an embodiment of the configuration of the heat storage and dissipation device of the present embodiment will be described with reference to the drawings. In addition, each embodiment mentioned later may be implemented independently and may be implemented in combination.
(第1の実施形態)
先ず、後述する伸縮性を有するベローズ構造を、プレート型の蓄放熱装置に適用した実施形態について、説明する。プレート型の蓄放熱装置は、後述する第4又は第5の実施形態におけるフィンチューブ型の蓄放熱装置と比して、一般的に熱交換効率が高いという特徴を有する。
(First embodiment)
First, an embodiment will be described in which a bellows structure having elasticity described later is applied to a plate-type heat storage device. The plate-type heat storage / dissipation device is generally characterized by high heat exchange efficiency as compared with the fin-tube type heat storage / dissipation device in the fourth or fifth embodiment described later.
図1に、第1の実施形態の蓄放熱装置100aの一例の概略断面図を示す。また、図3に、図1の蓄放熱装置の熱交換器部101の概略構成図を示す。なお、本実施形態において、熱交換器部とは、後述する熱媒体流路と熱媒体管とを指す。
FIG. 1 shows a schematic cross-sectional view of an example of the heat storage and
本実施形態の蓄放熱装置100aは、装置本体である筐体102内に、後述する反応材104を収納する反応材収納部106と、反応材104と熱を授受する複数の熱媒体流路108と、複数の熱媒体流路108に連通する熱媒体管110aと、を有する。
The heat storage and
熱媒体流路108は、蓄放熱装置100aと熱の授受を行う熱媒体が通る平板状の流路であり、所定の間隔で複数枚平行に配置される。
The heat
蓄放熱装置100aの作動時において、反応材104は、隣り合う1対の熱媒体流路108で挟持される。即ち、熱媒体流路108は、反応材収納部106の対向する壁部を形成する。なお、蓄放熱装置100aの作動とは、反応材104による蓄熱過程及び放熱過程のことを指す。反応材104の蓄熱時には、熱媒体により反応材104を加熱することで、反応材104に吸着した作動媒体を脱着させる。一方、放熱時には、作動媒体を反応材104に供給して吸着させることで、その反応熱を熱媒体に供給する。
During the operation of the heat storage and
熱媒体流路108は、内部に熱媒体が通るため、中空構造で形成される。熱媒体流路108の材料としては、熱伝導性に優れた金属であれば、特に限定されない。また、熱媒体流路108は、反応材及び/又は反応媒体に対する耐腐食コーティング加工がなされていても良い。
The heat
また、熱媒体流路108の厚さ方向から見た形状は、特に限定されず、図3に一例を示すように、六角形であっても良い。しかしながら、本発明はこの点において限定されず、熱媒体流路108の厚さ方向から見た形状は、円形、楕円形、矩形などの形状とすることができる。
Moreover, the shape seen from the thickness direction of the heat-
後に詳細に説明するが、反応材104は、ブロック状又は平板状に成形されたものや、粒子状のものを使用することができる。反応材104の成形方法としては、特に限定されず、例えば、公知のバインダーを用いて所望の形状に成形する方法などが挙げられる。また、反応材104として粒子状のものを使用する場合、反応材104の粒子径よりも開口部の径が小さい、メッシュや金属焼結体等のフィルターを使用して、粒子状の反応材を梱包して使用する(後述する第5の実施形態参照)。したがって、反応材104は、蓄熱及び放熱の過程で固体の形状を維持するものであれば、どのようなものでも使用することができる。
As will be described in detail later, the
また、反応材104又は反応媒体流路108には、反応材の膨張方向を規定するための、ガイド部材を設けることが好ましい。図2に、本実施形態のガイド部材の一例の概略図を示す。より具体的には、図2(a)は反応材104が膨張時のガイド部材105の概略図であり、図2(b)は反応材104が収縮時のガイド部材105の概略図である。
The
図2(a)と図2(b)に示すように、ガイド部材105は、反応材104の外周を覆うように形成され、反応材104の膨張の方向を規定する。具体的には、後述する蓄放熱装置の間隙距離調整方向に垂直な方向への反応材104の膨張を抑制するように、反応材104の膨張方向を規定する。
As shown in FIGS. 2A and 2B, the guide member 105 is formed so as to cover the outer periphery of the
ガイド部材105は、反応媒体と反応材との反応を妨げないように、反応媒体を通過させ、かつ、反応材104の漏れ出しを防止する通気部105aを有することが好ましい。具体的には、ガイド部材105は、例えば、金属メッシュ、多孔質セラミック、パンチングメタルなどで構成されることが好ましい。
The guide member 105 preferably has a
なお、ガイド部材105は、反応材104に設けることが、反応材104の劣化時の交換の観点から好ましい。
The guide member 105 is preferably provided on the
本実施形態では、前述の通り、反応材104は、隣り合う1対の平行平板状の熱媒体流路108によって挟持される。この隣り合う熱媒体流路108は、熱媒体流路108の厚さ方向(即ち、熱媒体流路108と反応材104との積層方向)に伸びる熱媒体管110aによって連通される(繋がれる)。
In the present embodiment, as described above, the
本実施形態において、熱媒体管110aは、伸縮性を有するベローズ構造を有することに留意する必要がある。熱媒体管110aがベローズ構造を有することにより、反応材104が収納される反応材収納部106の空間幅(隣り合う熱媒体流路108間の間隔)が、実質的に無段階で可変となる。そのため、反応材104の厚みが、反応媒体との反応による体積変化や、熱膨張又は熱収縮によって増減した場合であっても、熱媒体管110aがその増減に追従する。それによって、反応材104と熱媒体流路108との間に空隙が生じることが抑制される。即ち、蓄熱又は放熱過程において、反応材104と熱媒体流路108との間の熱接触を十分に確保することができ、熱交換特性が優れた蓄放熱装置100aを得ることができる。
In the present embodiment, it should be noted that the
なお、「反応材収納部106の空間幅が、実質的に無段階で可変となる」とは、ベローズ構造の伸縮範囲が、反応材の熱膨張及び熱収縮による変化量(膨張量及び収縮量)よりも大きいことを意味する。反応材の熱膨張及び熱収縮による変化量は、反応材と反応媒体の組み合わせなどに依存するため、それらに応じて、当業者は、ベローズ構造の絞り込み深さ、熱媒体管110aの径(外径及び内径)、ベローズ構造の長さなどを設計することができる。
Note that “the space width of the reaction
蓄放熱装置100a内に形成される反応材収納部106は、1つの蓄放熱装置内に一箇所であっても良いが、一般的には、図1に示されるように、複数箇所形成される。即ち、平板状の熱媒体流路108は、1つの蓄放熱装置内に3つ以上設置される。この場合、蓄放熱装置100aは、熱媒体流路108と反応材収納部106とが交互に形成された構造を有する。つまり、蓄放熱装置100aの作動時には、熱媒体流路108と、反応材収納部106に収納された反応材104とが、交互に積層された構造を有する。そして、隣り合う熱媒体流路108は全て、ベローズ構造を有する熱媒体管110aによって連通される。
The reaction
反応材104と熱媒体流路108の積層方向は、鉛直方向でも良いし、水平方向でも良いが、鉛直方向であることが好ましい。反応材104と熱媒体流路108との積層方向を鉛直方向にした場合、反応材104及び熱媒体流路108の自重を利用して、ベローズ構造を収縮させることができる。より具体的には、各々の熱媒体管110aに対して、自身よりも鉛直方向上側に存在する反応材104及び/又は熱媒体流路108の自重により、ベローズ構造が収縮する。したがって、反応材104と熱媒体流路108の積層方向を鉛直方向に設計することにより、反応材104と熱媒体流路108との間の熱接触性を効率的に確保することができる。しかしながら、後述する押当機構を利用するなどして、反応材104が1対の熱媒体流路108によって保持することができる場合は、反応材104と熱媒体流路108とを水平方向に積層しても良い。なお、図1では、反応材104と熱媒体流路108とを鉛直方向に積層した形態について、示している。
The stacking direction of the
また、本実施形態の蓄放熱装置100aは、熱媒体管110aがベローズ構造を有することにより、劣化した反応材104の交換が容易であるという特徴を有する。劣化した反応材104の交換について、図4を参照して説明する。
Moreover, the heat storage and
図4に、第1の実施形態の蓄放熱装置の他の例の概略断面図を示す。本実施形態の蓄放熱装置100aは、熱媒体管110aがベローズ構造を有することにより、反応材104が収納される反応材収納部106の空間幅(熱媒体管110aの長さ)を容易に広げることができる。そのため、反応材104が劣化した場合においても、熱媒体管110aのベローズ構造部分を引き伸ばして反応材収納部106の空間幅を広げることで、容易に反応材104を交換することができる。蓄放熱装置を大型化する場合、一般的に、使用する反応材104の量も多くなる。そのため、反応材104の着脱を容易に実施することができる本実施形態の蓄放熱装置は、大型化にも有利である。
FIG. 4 shows a schematic cross-sectional view of another example of the heat storage and heat dissipation device of the first embodiment. In the heat storage and
反応材収納部106が複数箇所形成される場合、蓄放熱装置全体の熱交換特性を向上させる観点から、積層方向の上端の熱媒体流路108の上及び/又は積層方向の下端の熱媒体流路108の下に、各々、更なる反応材104a、104bを配置することが好ましい。この場合、更なる反応材104aの上に断熱材112aを、更なる反応材104bの下に断熱材112bを設置して、断熱材112a、112bと熱媒体流路108とで、各々、更なる反応材104a、104bを挟持することが好ましい。このような構成とすることにより、更なる反応材104a及び/又は104bが、筐体102の内壁との間で熱交換することを抑制することができる。
In the case where a plurality of reaction
図1では、断熱材112a、112bの、反応材104と接触する側の表面が平滑に描かれている。しかしながら、本発明はこの点において限定されず、断熱材112a、112bは、後述する図6などで示すように、反応材104と接触する側の表面に凸部が形成されていても良い。断熱材112a、112bの、反応材104と接触する側の表面に凸部が形成されていることにより、反応媒体の流路を確保し、断熱材への接触熱伝達による熱損失を減少させることが出来る。
In FIG. 1, the surfaces of the
筐体102は、一般的に、ステンレス鋼などの材料により形成され、第1の開口部114、第2の開口部116及び第3の開口部118を有して形成される。第1の開口部114は、反応材104と反応する反応媒体を筐体102に導入又は排気するために形成される。なお、図1において、第1の開口部114は、筐体102の側壁に形成されているが、本発明はこの点において限定されず、図1の筐体102の頂面(蓋面)又は底面に形成されても良い。
The
筐体102に形成される第2及び第3の開口部116、118は、各々、熱媒体供給管120、熱媒体排出管122に接続される。熱媒体供給管120は、熱媒体流路108の一方の端部に連通しており、この熱媒体供給管120を介して、熱媒体流路108に熱媒体が供給される。熱媒体排出管122は、熱媒体流路108の他方の端部に連通しており、供給された熱媒体は、熱媒体流路108を移動して熱の授受を行い、熱媒体排出管122を介して排出される。
The second and
図1において、第2の開口部116及び第3の開口部118は、筐体102の頂面に形成されているが、本発明はこの点において限定されず、それぞれ独立して、図1の筐体102の底面又は側壁に形成されても良い。
In FIG. 1, the
第2の開口部116及び第3の開口部118が、筐体102の底面又は頂面のいずれかに形成される場合、熱媒体供給管12及び熱媒体排出管122は、図1に示すように、伸縮性を有するベローズ構造を有することが好ましい。
When the
また、本実施形態の蓄放熱装置100aは、熱媒体管110aのベローズ機構を収縮させ、熱媒体流路108を反応材104に押し当てる、押当機構124を有することが好ましい。
Moreover, it is preferable that the heat storage and
押当機構124としては、熱媒体管110aのベローズ機構を収縮させて、熱媒体流路108を反応材104に押し当てることができれば、特に限定されない。押当機構124の一例として、押当機構124は、断熱材112a、112bの、反応材104a、104bが存在する側とは反対側の表面に配置された、バネ部材124aであっても良い。図1では、反応材104bの下に配置された断熱材112bにバネ部材124を配置する例を示したが、反応材104aの上に配置された断熱材112aにバネ部材124を配置しても良いし、両断熱材112a、112bにバネ部材124を形成しても良い。
The pressing mechanism 124 is not particularly limited as long as the bellows mechanism of the
なお、バネ部材124の配置は、使用する反応材と反応媒体の組み合わせや、反応材104の大きさ等にも依存する。例えば、反応材104の自重により熱媒体管110aのベローズ構造が押圧され、反応材104と熱媒体流路108とが十分に熱的に接触する場合、バネ部材124を下側だけに形成することが、蓄放熱装置100aの製造コストを抑制することができるため、好ましい。
The arrangement of the spring member 124 also depends on the combination of the reaction material and the reaction medium to be used, the size of the
次に、本発明で使用できる反応材及び反応媒体について説明する。なお、ここで述べる反応材は、本明細書における全ての実施形態にも、適用可能である。 Next, the reaction material and reaction medium that can be used in the present invention will be described. In addition, the reaction material described here is applicable also to all embodiment in this specification.
反応材としては、反応媒体との吸着反応及び脱着反応を可逆的に行うことができ、吸着及び脱着の過程で固体又はゲルの形態である反応材であれば、特に限定されない。 The reaction material is not particularly limited as long as it can reversibly perform an adsorption reaction and a desorption reaction with a reaction medium and is a solid or gel in the adsorption and desorption process.
反応媒体としては、例えば、水、アンモニア、メタノールなどを使用することができる。反応媒体として水を用いる場合、反応材としては、例えば、硫酸カルシウム、硫酸ナトリウム、塩化カルシウム、塩化マグネシウム、塩化マンガン、酸化カルシウム、酸化マグネシウム、酢酸ナトリウム、炭酸ナトリウムなどを使用することができる。反応媒体としてアンモニアを用いる場合、反応材としては、例えば、塩化マンガン、塩化マグネシウム、塩化ニッケル、塩化バリウム、塩化カルシウムなどを使用することができる。反応媒体としてメタノールを使用する場合、反応材としては、例えば、塩化マグネシウムなどが挙げられる。これらの材料は、1種類を単独で使用しても良いし、2種類以上を混合して使用しても良い。 As the reaction medium, for example, water, ammonia, methanol or the like can be used. When water is used as the reaction medium, examples of the reaction material include calcium sulfate, sodium sulfate, calcium chloride, magnesium chloride, manganese chloride, calcium oxide, magnesium oxide, sodium acetate, and sodium carbonate. When ammonia is used as the reaction medium, examples of the reaction material that can be used include manganese chloride, magnesium chloride, nickel chloride, barium chloride, and calcium chloride. When methanol is used as the reaction medium, examples of the reaction material include magnesium chloride. These materials may be used alone or in combination of two or more.
なお、反応材の熱膨張及び熱収縮による膨張量及び収縮量は、反応材及び反応媒体の組み合わせに依存する。当業者は、蓄放熱装置の大きさ、所望とする熱交換特性などを考慮して、反応材の大きさ、隣り合う熱媒体流路108間の間隔(即ち、ベローズ構造を有する熱媒体管110aの長さ)を設計することができる。
Note that the amount of expansion and contraction due to the thermal expansion and contraction of the reaction material depends on the combination of the reaction material and the reaction medium. Those skilled in the art will consider the size of the heat storage device, the desired heat exchange characteristics, etc., the size of the reaction material, the spacing between adjacent heat medium flow paths 108 (that is, the
反応材は、熱伝導性を高めるために、高熱伝導性材料を混合して使用しても良い。高熱伝導性材料としては、例えば粒状の膨張黒鉛、金属粉などが挙げられる。 In order to increase the thermal conductivity, the reaction material may be used by mixing a high thermal conductivity material. Examples of the high thermal conductivity material include granular expanded graphite and metal powder.
また、上述した反応材の中には、潮解性を有する物質が含まれるが、このような反応材であっても、膨張黒鉛等と混合して含浸処理することで、蓄熱及び放熱の過程で固定の形態となるものであれば、使用することができる。 In addition, the above-mentioned reaction material includes a substance having deliquescence, but even such a reaction material is mixed with expanded graphite or the like and impregnated, so that heat storage and heat dissipation can be performed. If it becomes a fixed form, it can be used.
反応材は、例えば、粒子状のものを使用しても良いし、予めブロック状又は板状に成形したものを使用しても良い。 As the reaction material, for example, a particulate material may be used, or a material previously formed into a block shape or a plate shape may be used.
反応材として、ブロック状又は板状にしたものを使用する場合、反応材は更に、反応材の交換の作業性を向上させる構造を有しても良い。 When using a reaction material in the form of a block or a plate, the reaction material may further have a structure for improving workability for exchanging the reaction material.
反応材の交換の作業性を向上させる構造としては、反応材の交換器具を引っ掛けるための、凸部、凹部などが挙げられる。または、反応材を成形する際に、耐熱性を有する紐等を用いて取手部を形成しても良い。 Examples of the structure for improving the workability of the reaction material exchange include a convex part and a concave part for hooking a reaction material exchange tool. Or you may form a handle part using the string etc. which have heat resistance, when shape | molding a reaction material.
図5に、反応材の交換を説明するための、図3の熱交換器部101の概略構成図を示す。図5の例では、反応材104は凹部126を有しており、図示しない交換器具を凹部104に引っ掛けることで、反応材104の劣化時に、反応材104を容易に交換することができる。
FIG. 5 is a schematic configuration diagram of the
また、図5に示すように、反応材104は、反応媒体が通るための、反応媒体通気流路128を有していても良い。反応媒体通気流路128は、限定されないが、例えば反応材104における、熱媒体流路108と接触しない表面の、一方の端部から他方の端部へと連通する穴部である。反応媒体通気流路128を有することにより、反応材104の熱媒体流路108との接触性を妨害することなく、反応材104の表面積を大きくすることができる。これにより、反応媒体の供給及び排気が速やかに行われ、反応材104と反応媒体との間の反応性を高めることができる。また、反応材104に反応媒体通気流路128を形成することにより、反応材104を大きくした場合においても、反応材104の深部(例えば、反応材104の厚さ方向の中心部)に反応媒体を確実に供給することができる。
Further, as shown in FIG. 5, the
なお、1つの反応材104に複数の反応媒体通気流路128を形成しても良い。この場合、各々の反応媒体通気流路128が交差して形成されていても良い。
A plurality of reaction
なお、反応媒体通気流路128の形成方法としては、例えば、予め一方の表面に溝部が形成された反応材104を2つ準備し、これらを溝部が対向するように接合する方法などが挙げられる。接合方法としては、特に限定されないが、公知の接着剤などを使用して接合することができる。また、前述したように、反応材104の膨張収縮により反応媒体通気流路128が崩れる又は閉塞することを防ぐため、パンチングメタル、金属メッシュ、金属焼結体又は多孔質セラミックなどで構成された、通気性を持つガイド部材(補強構造体)を設置することが好ましい。
Examples of the method for forming the reaction
熱媒体流路108と反応材104との接触は、例えば反応材104のゆがみ等から、実際には面接触とはならず、接触面の一部だけが接触する点接触となる。そのため、熱媒体流路108の、反応材104との間の接触面(以後、熱媒体流路108の伝熱面とも呼ぶ)には、伝熱性を有するグリスを塗布しても良い。或いは、熱媒体流路108と反応材104との間に、金属を含む又はカーボン等の非金属を含む、高い熱伝導性を有するシート及び/又はフェルトを配置することが好ましい。これらのシート又はフェルトは、反応材104の表面の凹凸への追従性を有するため、反応材104と熱媒体流路108との間の熱交換効率を向上させることができる。
The contact between the heat
高い熱伝導性を有するシート及び/又はフェルトを配置することの変形例として、上述のシート及び/又はフェルトを、熱媒体流路108の表面に接合しても良い。接合手段としては、ロウ付けや融着などの手段を採用することができる。また、反応材104の表面に、予め前述のシート及び/又はフェルトなどの、弾性を有する熱伝導体を埋め込むことも可能である。
As a modification of disposing a sheet and / or felt having high thermal conductivity, the above-described sheet and / or felt may be joined to the surface of the heat
以上、第1の実施形態の蓄放熱装置は、熱媒体管が伸縮性を有するベローズ構造を有することにより、反応材の厚みが反応媒体との反応による熱膨張又は熱収縮によって増減した場合であっても、その増減に追従することができる。それによって、反応材と熱媒体流路との間に空隙が生じることが抑制され、反応材と熱媒体流路との間の熱接触を十分に確保することができる。その結果として、熱交換特性に優れた蓄放熱装置を得ることができる。また、第1の実施形態の蓄放熱装置は、熱媒体管が伸縮性を有するベローズ構造を有することにより、反応材が劣化した場合における、反応材の交換作業性にも優れる。 As described above, the heat storage / dissipation device of the first embodiment is a case where the thickness of the reaction material increases or decreases due to thermal expansion or contraction due to the reaction with the reaction medium because the heat medium tube has a stretchable bellows structure. However, it can follow the increase and decrease. Accordingly, the generation of a gap between the reaction material and the heat medium flow path is suppressed, and sufficient thermal contact between the reaction material and the heat medium flow path can be ensured. As a result, a heat storage / dissipation device having excellent heat exchange characteristics can be obtained. Moreover, the heat storage and heat dissipation apparatus of the first embodiment is excellent in the exchange workability of the reaction material when the reaction material is deteriorated by having the bellows structure in which the heat medium tube has elasticity.
(第2の実施形態)
図6に、第2の実施形態の蓄放熱装置100bの一例の概略断面図を示す。
(Second Embodiment)
FIG. 6 shows a schematic cross-sectional view of an example of the heat storage and
図6において、第2の実施形態の蓄放熱装置100bは、基本的に、前述の図1に示した蓄放熱装置100aと同様の構成を有する。従って、図6において、図1と同様の部材には、図1と同じ参照符号が使用されている。また、蓄放熱装置100bの本体である筐体102は、省略して示している。
In FIG. 6, the heat storage and
第2の実施形態の蓄放熱装置100bは、反応材104を収納する反応材収納部106と、反応材104と熱を授受する複数の熱媒体流路108と、複数の熱媒体流路108を連通する伸縮性のベローズ構造を有する熱媒体管110bと、を有する。
The heat storage and
第2の実施形態の蓄放熱装置100bは、熱媒体流路108内にバネ部材130が設置されている。熱媒体流路108内にバネ部材130を設置することにより、隣り合う熱媒体流路108同士に挟まれる反応材104が、熱媒体流路108により応力を受けるため、反応材104と熱媒体流路108との間の接触性を良好にすることができる。また、熱媒体流路108内にバネ部材130を設置することにより、熱媒体流路108内の熱媒体が乱流化されるため、熱媒体と熱媒体流路108との間の熱交換性が良好になる。さらに、熱媒体流路108の壁部を薄くすることができるため、熱媒体流路108の熱容量が小さくなり、熱媒体との熱交換性が良好になる。またさらに、熱媒体流路108の壁部が薄くすることにより、蓄放熱装置100bを軽量化することができるという特徴も有する。
In the heat storage and
また、第2の実施形態の蓄放熱装置100bは、熱媒体管110bが、可撓性を有する管、一例を挙げるとフレキシブルチューブ、で形成されている。熱媒体管110bがフレキシブルチューブで形成されることにより、熱媒体流路108と熱媒体管110bとの接続を、熱媒体流路108の、熱媒体流路108と反応材104との接触面以外の面を介して実施することができる。一例として、熱媒体管110bは、熱媒体流路108の側壁部を介して接続される。そのため、第1の実施形態の熱媒体管110aが熱媒体流路108の伝熱面に形成される場合と比して、熱媒体流路108の伝熱面を広くすることができる。また、反応材104と反応媒体との組み合わせによって、反応材104の熱膨張及び熱収縮における変化量が大きくなる場合であっても、反応材104の厚みの変化に確実に追従することができる。さらに、筐体102内における、熱交換器部110bの配置の自由度を高くすることができるという特徴を有する。
In the heat storage /
以上、第2の実施形態の蓄放熱装置は、熱媒体管が伸縮性を有するベローズ構造であり、かつ、可撓性を有するフレキシブルチューブで形成されている。そのため、反応材の厚みが反応媒体との反応による熱膨張又は熱収縮によって増減した場合であっても、その増減に追従することができる。さらに、熱媒体管を、熱媒体流路の側壁部に接続することができ、熱媒体流路と反応材との接触面を広くすることができる。 As described above, the heat storage and dissipation device of the second embodiment has a bellows structure in which the heat medium tube has stretchability and is formed of a flexible tube having flexibility. Therefore, even when the thickness of the reaction material increases or decreases due to thermal expansion or contraction due to reaction with the reaction medium, the increase and decrease can be followed. Furthermore, the heat medium pipe can be connected to the side wall portion of the heat medium flow path, and the contact surface between the heat medium flow path and the reaction material can be widened.
(第3の実施形態)
図7に、第3の実施形態の蓄放熱装置100cの一例の概略断面図を示す。
(Third embodiment)
FIG. 7 shows a schematic cross-sectional view of an example of the heat storage and dissipation device 100c of the third embodiment.
第3の実施形態の蓄放熱装置100cは、基本的に、前述の図6に示した蓄放熱装置100bと同様の構成を有する。従って、図7において、図6と同様の部材には、図6と同じ参照符号が使用されている。また、蓄放熱装置100cの本体である筐体102は、省略して示している。
The heat storage and heat dissipation device 100c of the third embodiment basically has the same configuration as the above-described heat storage and
第3の実施形態の蓄放熱装置100cは、熱媒体流路108の伝熱面の表面がパターニングされている。熱媒体流路108の伝熱面のパターンは、限定されないが、熱媒体流路108の一方の端部から他方の端部へと延びる溝部132であっても良い。別の言い方をすると、隣り合う熱媒体流路108により反応材104を挟持した場合においても、作動媒体は、溝部108を介して自由に流出入することができる。
In the heat storage and heat dissipation device 100c of the third embodiment, the surface of the heat transfer surface of the heat
このとき、熱媒体流路108に、複数の溝部132が形成されていても良く、複数の溝部132は、交差していても良い。また、溝部132の深さは、特に限定されない。
At this time, a plurality of
熱媒体流路108の伝熱面の表面に溝部132が形成されていることにより、熱媒体流路108内の熱媒体が乱流化されるため、熱媒体と熱媒体流路108との間の熱交換性が良好になる。また、反応材104を大きくした場合においても、反応材104の深部にまで反応媒体を確実に供給することができる。さらに、溝部132が形成された熱媒体流路108は、平面方向への変形が強くなるため、蓄放熱装置100cを軽量化することができるという特徴も有する。
Since the
また、第3の実施形態の蓄放熱装置100cは、押当機構124が、隣り合う熱媒体流路108の間に形成され、熱媒体流路108を反応材104へと押し当てる、バネ部材124bである。バネ部材124bにより、熱媒体流路108は、その伝熱面に垂直な方向に力が印加されるため、熱媒体流路108が反応材104へと押し当てられる。このように、熱交換器部101自身が反応材104を挟持する機構を有することにより、熱媒体流路108と反応材104の積層方向を、鉛直方向だけでなく、例えば水平方向とすることができる。即ち、筐体102内における、熱交換器部110bの配置の自由度を高くすることができる。
Further, in the heat storage / dissipation device 100c of the third embodiment, the pressing mechanism 124 is formed between the adjacent
なお、図7では、図6で示した熱媒体管が伸縮性を有するベローズ構造であり、かつ、可撓性を有するフレキシブルチューブで形成されている蓄放熱装置において、熱媒体流路108の伝熱面の表面がパターニングされている例を示した。しかしながら、本発明はこの点において限定されない。図8に、第3の実施形態の蓄放熱装置100cの他の例の概略構成図を示す。図8に示すように、第1の実施形態の蓄放熱装置100aの熱媒体流路108の伝熱面の表面が、上述のようにパターニングされていても良い。
In FIG. 7, in the heat storage and heat dissipation device in which the heat medium tube shown in FIG. 6 has a stretchable bellows structure and is formed of a flexible tube having flexibility, the heat
以上、第3の実施形態の蓄放熱装置は、伝熱面の表面がパターニングされている。そのため、熱媒体流路内の熱媒体が乱流化されるため、熱媒体と熱媒体流路との間の熱交換性が良好になる。また、反応材を大きくした場合においても、反応材の深部にまで反応媒体を確実に供給することができる。さらに、蓄放熱装置を軽量化することができる。 As described above, in the heat storage and dissipation device of the third embodiment, the surface of the heat transfer surface is patterned. Therefore, since the heat medium in the heat medium flow path is turbulent, the heat exchange between the heat medium and the heat medium flow path is improved. Even when the reaction material is enlarged, the reaction medium can be reliably supplied to the deep part of the reaction material. Furthermore, the weight of the heat storage / dissipation device can be reduced.
(第4の実施形態)
次に、伸縮性を有するベローズ構造を、フィンチューブ型の蓄放熱装置に適用した第
4の実施形態について、説明する。フィンチューブ型の蓄放熱装置は、図1などで示したプレート型の蓄放熱装置と比して、構造が簡単であり、熱媒体流路を構成する金属などの部材の使用量が少ないという特徴を有する。また、反応材の充填密度を高くすることができる。したがって、使用される用途や規模などに応じて、当業者は、プレート型及び/又はフィンチューブ型の蓄放熱装置を適宜選択することができる。
(Fourth embodiment)
Next, a fourth embodiment in which a bellows structure having stretchability is applied to a fin-tube type heat storage and heat dissipation device will be described. The fin tube type heat storage and heat dissipation device is characterized in that the structure is simple and the amount of metal and other members constituting the heat medium flow path is small compared to the plate type heat storage and heat dissipation device shown in FIG. Have Moreover, the packing density of the reaction material can be increased. Therefore, a person skilled in the art can appropriately select a plate-type and / or fin-tube type heat storage / dissipation device according to the intended use and scale.
図9(a)に、第4の実施形態の蓄放熱装置200aの一例の概略断面図を示す。また、図9(b)に図9(a)のA−A断面図を示す。
FIG. 9A shows a schematic cross-sectional view of an example of the heat storage and
第4の実施形態の蓄放熱装置200aは、フィンチューブ型の蓄放熱装置であり、装置本体である図示しない筐体内に、反応材202を収納する反応材収納部204と、熱媒体が移動する、伸縮性のベローズ構造を有するチューブ状の熱媒体流路206と、前記熱媒体流路206と熱的に接続される伝熱フィン208と、を有する。
The heat storage and
一般的に、伝熱フィン208は平板状であり、複数枚が、所定の間隔で平行に配置される。所定の間隔で配置された伝熱フィン208の間には、反応材202が収納され、反応材202は、隣り合う伝熱フィン208によって挟持される。つまり、反応材収納部204の少なくとも一部の外壁は、隣り合う伝熱フィン208によって形成される。
In general, the
伝熱フィン208が3枚以上配置される場合、伝熱フィン208に挟持される反応材202は、複数のピースに分割される。反応材202を複数のピースに分割することにより、熱媒体流路206が複雑に配置された場合であっても、充填率良く反応材202を配置することができる。
When three or more
熱媒体流路206は、伝熱フィン208に熱的に接続されたチューブ状の構造を有し、伝熱フィン208に垂直な方向に、伝熱フィン208及び反応材202を貫通して形成される。一般的に、熱媒体流路206は複数段形成され、複数の熱媒体流路206は各々連通しており、図示しない熱媒体供給源から供給された熱媒体は、複数の熱媒体流路206を介して、複数段階で熱の授受が行われる。
The heat
本実施形態の蓄放熱装置200aは、チューブ状の熱媒体流路206が、伸縮性のベローズ構造を有する。熱媒体流路206が伸縮性のベローズ構造を有することにより、プレート型の蓄放熱装置と同様に、反応材収納部204の空間幅(隣り合う伝熱フィン208の間の間隔)が無段階で可変となる。そのため、反応材202の厚みが、反応媒体との反応による熱膨張又は熱収縮によって増減した場合であっても、熱媒体流路206がその増減に追従する。それによって、反応材202と伝熱フィン208との間に空隙が生じることが抑制される。即ち、蓄熱又は放熱過程において、反応材202と伝熱フィン208との間の熱接触を十分に確保することができ、熱交換特性に優れた蓄放熱装置200aを得ることができる。
In the heat storage /
本実施形態の蓄放熱装置200aはまた、熱媒体流路206がベローズ構造を有することにより、反応材202が収納される反応材収納部204の空間幅を容易に広げることができる。そのため、反応材202が劣化した場合においても、熱媒体流路206のベローズ構造部分を引き伸ばして反応材収納205の空間幅を広げることで、容易に反応材202を交換することができる。即ち、本実施形態の蓄放熱装置は、反応材202の着脱を容易に実施することができる。
The heat storage /
本実施形態の蓄放熱装置200aは、伝熱フィン208を反応材202へと押し当てるための、押当機構210を有することが好ましい。押当機構210としては、例えば前述までの実施形態で説明したバネ部材であっても良いが、本発明はこれに限定されない。例えば図9(a)に示すように、押当機構210は、複数の伝熱フィン208のうちの、第1の端部側に配置された伝熱フィンから、第2の端部側に配置された伝熱フィンへと、伝熱フィン及び反応材を貫通して伸びる構造体であっても良い。この場合、押当機構210の一方の先端はフック状となっており、例えば第1の端部側に配置された伝熱フィンを固定し、他方の先端はバネ部材を介して第2の端部側に配置された伝熱フィンをネジ止めする保持部材である。
The heat storage and
また、本実施形態の蓄放熱装置200aは、反応媒体が通るための、反応媒体通気流路212を有していても良い。反応媒体通気流路212は、限定されないが、例えば反応材202における、伝熱フィン208と接触しない表面の、一方の端部から他方の端部へと連通する穴部である。反応媒体通気流路212を有することにより、反応材202の伝熱フィン208との接触性を妨害することなく、反応材202の表面積を大きくすることができる。これにより、反応媒体の供給及び排気が速やかに行われ、反応材202と反応媒体との間の反応性を高めることができる。本実施形態では、熱媒体流路206が、反応材202を貫通して形成されているため、反応材202と熱媒体流路206との間には空隙214が形成される。したがって、図9(b)に示すように、この空隙214を反応媒体通気流路212の一部として活用することが好ましい。
Moreover, the heat storage and
以上、第4の実施形態の蓄放熱装置は、フィンチューブ型の蓄放熱装置であり、熱媒体流路が伸縮性を有するベローズ構造を有することにより、反応材の厚みが反応媒体との反応による熱膨張又は熱収縮によって増減した場合であっても、その増減に追従することができる。それによって、反応材と伝熱フィンとの間に空隙が生じることが抑制され、反応材と伝熱フィンとの間の熱接触を十分に確保することができる。その結果として、熱交換特性に優れた蓄放熱装置を得ることができる。また、第4の実施形態の蓄放熱装置は、熱媒体流路が伸縮性を有するベローズ構造を有することにより、反応材が劣化した場合における、反応材の交換作業性にも優れる。そのため、蓄放熱装置の大型化が容易である。 As described above, the heat storage / heat dissipation device of the fourth embodiment is a fin-tube type heat storage / heat dissipation device, and the heat medium flow path has a stretchable bellows structure so that the thickness of the reaction material depends on the reaction with the reaction medium. Even when it is increased or decreased by thermal expansion or thermal contraction, the increase or decrease can be followed. Thereby, it is suppressed that a space | gap arises between a reaction material and a heat transfer fin, and the thermal contact between a reaction material and a heat transfer fin can fully be ensured. As a result, a heat storage / dissipation device having excellent heat exchange characteristics can be obtained. Moreover, the heat storage / heat dissipation device of the fourth embodiment is excellent in the exchange workability of the reaction material when the reaction material is deteriorated by having the bellows structure in which the heat medium passage has elasticity. Therefore, it is easy to increase the size of the heat storage / dissipation device.
(第5の実施形態)
次に、反応材202として、粒子状の反応材と使用した実施形態について説明する。
(Fifth embodiment)
Next, an embodiment in which a particulate reaction material is used as the
図10に、第5の実施形態の蓄放熱装置の一例の概略断面図を示す。第5の実施形態の蓄放熱装置200bは、基本的に、前述の図9に示した蓄放熱装置200aと同様の構成を有する。従って、図10において、図9と同様の部材には、図8と同じ参照符号が使用されている。
FIG. 10 is a schematic cross-sectional view of an example of the heat storage and heat dissipation device of the fifth embodiment. The energy storage and
第4の実施形態では、反応材202として、板状又はブロック状のものを使用したが、第5の実施形態では、反応材202として、粒子状の反応材を使用する。この場合、反応材202を反応材収納部204に保持するために、フィルター216を使用して反応材202を梱包することが好ましい。フィルター216は、反応材202の粒子径よりも径が小さい開口部を有し、フィルター216によって、反応媒体は自由に通過することができ、かつ、粒子状の反応材202は覆われたフィルター216内でのみ移動することができる。このようなフィルター216としては、例えば、伝熱性にも優れる金属メッシュや金属焼結体などを使用することが好ましい。なお、この場合、熱媒体流路206のベローズ構造部分も、フィルター216で覆うことが好ましい。ベローズ構造部分に粒子状の反応材202が入り込んだ場合、ベローズ構造の収縮が阻害されることがある。そのため、ベローズ構造部分もフィルター216で覆うことにより、ベローズ構造部分に反応材202の粒子が入り込むことを抑制することができる。
In the fourth embodiment, a plate-like or block-like material is used as the
フィルター216を使用した実施形態は、第5の実施形態の蓄放熱装置のみならず、他の全ての実施形態の蓄放熱装置に適用可能であることは、当業者には明確である。
It is clear to those skilled in the art that the embodiment using the
以上、第5の実施形態により、反応材202として粒子状の反応材を使用した蓄放熱装置が提供できる。したがって、本発明は、蓄熱又は放熱の過程で固体の形状を保つことができれば、板状、ブロック状又は粒子状のいずれの状態の反応材であっても、使用することができる。
As described above, according to the fifth embodiment, a heat storage / dissipation device using a particulate reaction material as the
100a、100b 蓄放熱装置
101 熱交換器部
102 筐体
104 反応材
106 反応材収納部
108 熱媒体流路
110 熱媒体管
112a、112b 断熱材
114 第1の開口部
116 第2の開口部
118 第3の開口部
120 熱媒体供給管
122 熱媒体排出管
124 押当機構
126 凹部
128 反応媒体通気流路
130 バネ部材
132 溝部
200 蓄放熱装置
202 反応材
204 反応材収納部
206 熱媒体流路
208 伝熱フィン
210 押当機構
212 反応媒体通気流路
214 空隙
216 フィルター
100a, 100b Energy storage /
Claims (10)
所定の間隔で複数枚平行に配置された平板状の熱媒体流路と、
隣り合う前記熱媒体流路で挟持することで前記反応材を保持する反応材収納部と、
隣り合う前記熱媒体流路を連通する熱媒体管と、
を有し、
前記熱媒体管は、伸縮性を有するベローズ構造を有する、
蓄放熱装置。 A heat storage and heat dissipation device using a reaction material that reacts reversibly with a reaction medium,
A plurality of flat plate-like heat medium flow paths arranged in parallel at a predetermined interval;
A reaction material storage section for holding the reaction material by being sandwiched between the adjacent heat medium flow paths;
A heat medium pipe communicating with the adjacent heat medium flow path;
Have
The heat medium pipe has a bellows structure having elasticity.
Energy storage and heat dissipation device.
請求項1に記載の蓄放熱装置。 A pressing mechanism for pressing the heat medium flow path against the reaction material;
The heat storage and heat dissipation device according to claim 1.
前記蓄放熱装置は、前記熱媒体流路の配置方向の最外側に設置された断熱材を更に有し、
前記押当機構は、前記断熱材が前記バネ部材を介して、前記反応材又は前記熱媒体流路を押圧することにより、前記熱媒体流路を前記反応材に押し当てる、
請求項2に記載の蓄放熱装置。 The pressing mechanism has a spring member,
The heat storage and heat dissipation device further has a heat insulating material installed on the outermost side in the arrangement direction of the heat medium flow path,
The pressing mechanism is configured to press the heat medium channel against the reaction material by pressing the reaction material or the heat medium channel through the spring member.
The heat storage and heat dissipation device according to claim 2.
請求項1乃至3のいずれか一項に記載の蓄放熱装置。 The heat medium flow path includes a spring member that expands and contracts in the stacking direction of the heat medium flow path and the reaction material storage unit.
The storage-and-dissipation apparatus as described in any one of Claims 1 thru | or 3.
請求項1乃至4のいずれか一項に記載の蓄放熱装置。 The heat medium tube is a flexible tube.
The heat storage / dissipation device according to any one of claims 1 to 4.
所定の間隔で平行に配置された複数の伝熱フィンと、
隣り合う前記伝熱フィンで挟持することで前記反応材を保持する反応材収納部と、
前記複数の伝熱フィンに垂直な方向に伸び、前記伝熱フィンに熱的に接続されて、熱媒体流路と、
を有し、
前記熱媒体流路は、伸縮性を有するベローズ構造を有する、
蓄放熱装置。 A heat storage and heat dissipation device using a reaction material that reacts reversibly with a reaction medium,
A plurality of heat transfer fins arranged in parallel at predetermined intervals;
A reaction material storage section for holding the reaction material by being sandwiched between adjacent heat transfer fins;
Extending in a direction perpendicular to the plurality of heat transfer fins and thermally connected to the heat transfer fins;
Have
The heat medium flow path has a bellows structure having elasticity.
Energy storage and heat dissipation device.
請求項6に記載の蓄放熱装置。 A pressing mechanism for pressing the heat transfer fins against the reaction material;
The heat storage and heat dissipation device according to claim 6.
前記反応材は、前記反応材の劣化時において、前記凹部を介して前記蓄放熱装置から取り出される、
請求項1乃至7のいずれか一項に記載の蓄放熱装置。 A concave portion is formed in the reaction material,
The reaction material is taken out from the heat storage and heat dissipation device through the recess when the reaction material is deteriorated.
The heat storage / dissipation device according to any one of claims 1 to 7.
請求項1乃至8のいずれか一項に記載の蓄放熱装置。 Grease having high thermal conductivity is applied to the contact surface with the reaction material of the heat storage and dissipation device,
The storage-and-dissipation apparatus as described in any one of Claims 1 thru | or 8.
請求項1乃至9のいずれか一項に記載の蓄放熱装置。 Between the heat storage and dissipation device and the reaction material, a sheet or felt having high thermal conductivity is disposed,
The storage-and-dissipation apparatus as described in any one of Claims 1 thru | or 9.
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