JP2018146207A - 放熱器および暖房機器 - Google Patents

Abstract

【課題】潜熱蓄熱材が固着して伝熱効率が悪くなってしまうことのない放熱器および暖房機器を提供する。
【解決手段】放熱用容器１０と、放熱用容器１０に収容される液状の熱媒２および潜熱蓄熱カプセル３と、を備える放熱器１である。潜熱蓄熱カプセル３は、外殻をなすカプセル３１と、カプセル３１内に収容される潜熱蓄熱材３２と、を有する。熱媒２の密度は、潜熱蓄熱材３２が液体である場合における潜熱蓄熱カプセル３の密度よりも大きく、かつ、潜熱蓄熱材３２が固体である場合における潜熱蓄熱カプセル３の密度よりも小さい。また、放熱器１と、放熱器１の下部を加熱する加熱手段５と、を備える暖房機器４である。
【選択図】図２

Description

本発明は、放熱器および暖房機器に関する。

従来、暖房機器に利用される放熱器として、放熱パイプを露出した構造として、放熱パイプ中に温水を通流させるものが広く知られている（例えば特許文献１参照）。このような放熱器にあっては、暖房温度を維持するために温水を常に通流させる必要があった。

そこで、温水を常に通流させなくても暖房温度の維持がある程度できるように、潜熱蓄熱材を利用した暖房システムが開発された（例えば特許文献２参照）。この暖房システムは、潜熱蓄熱材を収容した蓄熱槽内に、熱源としての第１熱媒の流路および加熱対象としての給湯用の流路を配設している。潜熱蓄熱材が用いられることにより、第１熱媒を常に通流させる必要がないとともに、所定の温度を保ちながら放熱することで暖房温度を維持することが可能である。

特開平１０−８９７１５号公報 特開２０１４−１４９１４７号公報

しかしながら、上記潜熱蓄熱材を利用した暖房システムにあっては、給湯用の流路となる配管の表面に、潜熱蓄熱材が固着して伝熱効率が悪くなってしまう、という問題があった。

本発明は上記従来の問題点に鑑みて発明したものであって、その目的とするところは、潜熱蓄熱材が固着して伝熱効率が悪くなってしまうことのない放熱器および暖房機器を提供することにある。

請求項１に係る発明は、放熱用容器と、前記放熱用容器に収容される液状の熱媒および潜熱蓄熱カプセルと、を備える放熱器である。

前記潜熱蓄熱カプセルは、外殻をなすカプセルと、前記カプセル内に収容される潜熱蓄熱材と、を有する。

前記熱媒の密度は、前記潜熱蓄熱材が液体である場合における前記潜熱蓄熱カプセルの密度よりも大きく、かつ、前記潜熱蓄熱材が固体である場合における前記潜熱蓄熱カプセルの密度よりも小さい。

また請求項２に係る発明は、請求項１に記載の放熱器と、前記放熱器の下部を加熱する加熱手段と、を備える暖房機器である。

請求項１に係る発明にあっては、熱媒中に潜熱蓄熱カプセルを有するものであるため、配管の表面等に潜熱蓄熱材が固着して伝熱効率が悪くなってしまうことがない。

請求項２に係る発明にあっては、潜熱蓄熱カプセルが熱媒の下部において蓄熱して上部に浮上し、熱媒の上部において放熱して下部に沈降するため、熱媒の上部と下部の温度差が小さくなり、温度の均一化を図ることができる。

図１Ａは、本発明の一実施形態に係る放熱器の斜視図である。図１Ｂは、同上の放熱器に収容される潜熱蓄熱カプセルの断面図である。 図２は、本発明の一実施形態に係る暖房機器の低温状態における断面図である。 図２は、同上の暖房機器の高温状態における断面図である。

本発明に係る放熱器および暖房機器の一実施形態について図１〜図３に基いて説明する。

図１に示すように、放熱器１は、放熱用容器１０と、放熱用容器１０に収容される液状の熱媒２および潜熱蓄熱カプセル３と、を備える。

放熱用容器１０は、熱伝導性の高い材質からなることが好ましく、例えば銅や銅合金をはじめとする金属により好適に形成されるが、熱伝導性が高くない材質であってもよく、例えばガラス等でもよく、材質は特に限定されない。また、放熱用容器１０の大きさ、形状、厚み等についても、特に限定されない。

また、放熱用容器１０は、密閉されるものであってもよいし、完全に密閉されないものであってもよい。

熱媒２は、液体からなる熱媒体で、放熱用容器１０との間、および、潜熱蓄熱カプセル３との間で熱の授受を行う。熱媒２は、設計上想定されている放熱器１の使用温度範囲において液体をなし、沸点は使用温度範囲よりも高く、融点は使用温度範囲よりも低い。具体的には、熱媒２は、水、塩化ナトリウム水溶液をはじめ、塩化カルシウム水溶液、塩化マグネシウム水溶液、エチレングリコール等、広く用いられているものが好適に用いられるが、特に限定されない。熱媒２については後述する。

潜熱蓄熱カプセル３は、外殻をなすカプセル３１と、カプセル３１内に収容される潜熱蓄熱材３２と、を有する。

カプセル３１は、熱伝導性および変形性を有するもので、例えばメラミン樹脂、ポリスチレン樹脂、アクリル樹脂といった樹脂により好適に形成されるが、樹脂の種類は限定されず、また、材質は特に樹脂に限定されない。また、カプセル３１の大きさ、形状、厚み等についても、特に限定されない。

潜熱蓄熱材３２は、相変化物質（Phase Change Material）であり、主に相変化時の潜熱を蓄えるが、顕熱も蓄える。潜熱蓄熱材３２としては、例えば、各種のパラフィン、塩化カルシウム水和物、硫酸ナトリウム水和物、酢酸ナトリウム水和物といった物質が好適に利用され、他にも公知の潜熱蓄熱材３２が適宜利用可能であり、特に限定されない。潜熱蓄熱材３２は、想定されている放熱器１の使用温度範囲に応じて設定されるもので、設定方法としては公知の種々の方法が適宜利用可能であり、特に限定されない。

熱媒２の密度は、潜熱蓄熱材３２が液体である場合における潜熱蓄熱カプセル３の密度よりも大きくなるように、調整される。さらに、熱媒２の密度は、潜熱蓄熱材３２が固体である場合における潜熱蓄熱カプセル３の密度よりも小さくなるように、調整される。調整方法としては、異なる種類の熱媒２を混合する等、公知の種々の方法が適宜利用可能であり、特に限定されない。

上述したように、本実施形態の放熱器１が構成される。次に、この放熱器１と、放熱器１の下部を加熱する加熱手段５と、を備える暖房機器４について説明する。

図２に示すように、放熱器１を加熱する加熱手段５は、例えば、電気ヒータ、温水ヒータ、オイルヒータ、燃焼機器を備えたもの、ペルチエ素子等、公知の種々の加熱手段５が適宜利用可能であり、特に限定されない。本実施形態では、暖房機器４は、加熱手段５として温水ヒータを備える。

また、本実施形態では、暖房機器４は、放熱器１と加熱手段５とを所定の位置関係で保持する保持部４０を備えている。この保持部４０を備えた暖房機器４において、加熱手段５は、放熱器１の下部を加熱するように構成されている。なお、保持部４０の大きさ、形状、材質等については、特に限定されない。

以下、放熱器１の作用について、暖房機器４による暖房運転の一例に基いて説明する。

まず、加熱手段５による放熱器１の加熱を開始し、暖房を開始する。暖房開始時、暖房機器４周辺の気温は５℃であるとし、放熱器１の温度も５℃であるとする。本実施形態では、潜熱蓄熱材３２は、融点が２０℃に設定されている。

放熱器１においては、５℃の条件下、潜熱蓄熱カプセル３内の潜熱蓄熱材３２は固体であり、潜熱蓄熱材３２の密度は５℃の熱媒２の密度よりも大きい。カプセル３１は変形性を有するため、内容積が潜熱蓄熱材３２の体積に応じて変化する。潜熱蓄熱材３２の密度が大きく体積が小さい場合、カプセル３１の容積も小さくなり、潜熱蓄熱カプセル３全体の密度が熱媒２の密度よりも大きくなる。このため、潜熱蓄熱カプセル３は熱媒２の下部に沈んでいる。

加熱手段５による放熱器１の加熱を継続すると、放熱器１の温度、すなわち、放熱用容器１０、熱媒２および潜熱蓄熱カプセル３の温度が上昇し、２０℃に達する。放熱器１の温度が２０℃に達した後、放熱器１の加熱を継続すると、放熱器１の温度が２０℃を維持したまま、潜熱蓄熱材３２が潜熱を蓄える。これに伴い、潜熱蓄熱材３２は、固体から液体へと相転移していく。潜熱蓄熱カプセル３内の潜熱蓄熱材３２が液体になると、２０℃の条件下で、潜熱蓄熱カプセル３全体の密度が熱媒２の密度よりも小さくなり、図３に示すように、潜熱蓄熱カプセル３は熱媒２の上部へと浮上する。なお、潜熱蓄熱材３２が全て液体にならなくても、液体の割合が増加して、潜熱蓄熱カプセル３全体の密度が熱媒２の密度よりも小さくなった時点で、潜熱蓄熱カプセル３が浮上する。

熱媒２の上部に浮上した潜熱蓄熱カプセル３は、放熱し、液体から固体へと相転移する。潜熱蓄熱カプセル３内の潜熱蓄熱材３２が固体になると、２０℃の条件下で、潜熱蓄熱カプセル３全体の密度が熱媒２の密度よりも大きくなり、潜熱蓄熱カプセル３は熱媒２の下部へと沈降する。なお、潜熱蓄熱材３２が全て固体にならなくても、固体の割合が増加して、潜熱蓄熱カプセル３全体の密度が熱媒２の密度よりも大きくなった時点で、潜熱蓄熱カプセル３が沈降する。

この暖房機器４において、加熱手段５は放熱器１の下部を加熱しており、熱媒２は下部が高温となり上部が低温となる温度分布を有する。潜熱蓄熱カプセル３は、高温となる熱媒２の下部において蓄熱して浮上し、低温となる熱媒２の上部において放熱して下部に沈降し、これを繰り返す。このため、潜熱蓄熱カプセル３を有する暖房機器４にあっては、潜熱蓄熱カプセル３を有しないものより、熱媒２の上部と下部の温度差が小さくなり、より温度の均一化を図ることができる。

また、この暖房機器４においては、潜熱蓄熱カプセル３が熱媒２の下部に沈降している場合に加熱手段５により加熱を行い、潜熱蓄熱カプセル３が熱媒２の上部に浮上している場合に加熱手段５による加熱を停止する間欠運転を行っても、不都合がほとんどない。すなわち、加熱手段５による加熱を行っていない間には、潜熱蓄熱カプセル３の液体から固体への相転移により放熱がなされるため、周囲の気温の低下が抑えられるものである。

また、放熱器１が、熱媒２中に潜熱蓄熱カプセル３を有するものであるため、配管の表面等に潜熱蓄熱材３２が固着して伝熱効率が悪くなってしまう、という問題もない。

なお、暖房機器４は、保持部４０を備えなくてもよい。また、加熱手段５は、放熱器１の上部を加熱してもよく、下部を加熱するものに限定されない。

１ 放熱器
１０ 放熱用容器
２ 熱媒
３ 潜熱蓄熱カプセル
３１ カプセル
３２ 潜熱蓄熱材
４ 暖房機器
４０ 保持部
５ 加熱手段

Claims (2)

1. 放熱用容器と、前記放熱用容器に収容される液状の熱媒および潜熱蓄熱カプセルと、を備え、
   前記潜熱蓄熱カプセルは、外殻をなすカプセルと、前記カプセル内に収容される潜熱蓄熱材と、を有し、
   前記熱媒の密度は、前記潜熱蓄熱材が液体である場合における前記潜熱蓄熱カプセルの密度よりも大きく、かつ、前記潜熱蓄熱材が固体である場合における前記潜熱蓄熱カプセルの密度よりも小さいことを特徴とする放熱器。
2. 請求項１記載の放熱器と、前記放熱器の下部を加熱する加熱手段と、を備えることを特徴とする暖房機器。

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