JP5218175B2 - 蓄熱装置及びそれを備えた給湯機 - Google Patents

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、表板と裏板とを接合して形成され、前記表板と前記裏板との間に流体が流れる流路を有する加熱器および放熱器と、前記加熱器と前記放熱器との間に配置される蓄熱体とを備え、前記加熱器と前記放熱器とのうち、少なくともどちらかを複数有し、前記表板は、複数の切欠き部、前記切欠き部の側方に配設される表入口管および表出口管を有し、前記裏板は、複数の切欠き部、前記切欠
き部の側方に配設される裏入口管および裏出口管を有し、複数設けられた前記加熱器および／または前記放熱器は、前記表入口管と前記裏入口管とを並列に接続して入口管路を形成するとともに、前記表出口管と前記裏出口管とを並列に接続して出口管路を形成し、前記放熱器は、前記加熱器の表裏を逆にして構成され、前記加熱器と前記蓄熱体と前記放熱器とを交互に配列することを特徴とするものである。

これにより、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、加熱器と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実現することができる。

第１の発明は、表板と裏板とを接合して形成され、前記表板と前記裏板との間に流体が流れる流路を有する加熱器および放熱器と、前記加熱器と前記放熱器との間に配置される蓄熱体とを備え、前記加熱器と前記放熱器とのうち、少なくともどちらかを複数有し、前記表板は、複数の切欠き部、前記切欠き部の側方に配設される表入口管および表出口管を有し、前記裏板は、複数の切欠き部、前記切欠き部の側方に配設される裏入口管および裏出口管を有し、複数設けられた前記加熱器および／または前記放熱器は、前記表入口管と前記裏入口管とを並列に接続して入口管路を形成するとともに、前記表出口管と前記裏出口管とを並列に接続して出口管路を形成し、前記放熱器は、前記加熱器の表裏を逆にして構成され、前記加熱器と前記蓄熱体と前記放熱器とを交互に配列することを特徴とするものである。

これにより、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、加熱器と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。

また、放熱器は加熱器の表裏板を逆にして配列し、放熱器を構成する板の切欠き部に加熱器の入口管と出口管を配置し、加熱器を構成する板の切欠き部に放熱用流路板の入口管と出口管を配置することで、同一の構成で加熱器と放熱器とを構成することができる。

第２の発明は、前記表板と前記裏板とで狭持される中板を備え、前記中板に、九十九折部を設けたことを特徴とするもので、流体と加熱器、放熱器との間における伝熱面積を増大することができる。

第３の発明は、前記表板と前記裏板とで狭持される中板を備え、前記中板に、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、流体と加熱器、放熱器との熱伝達率を大きくすることができる。

第４の発明は、前記表板に接合した直管と、前記直管と同軸上に前記裏板に接合して外管と、前記外管の内周面に設けた凹部と、前記凹部に設けたシール部材とを備え、前記直管を前記外管に挿入して、前記入口管路、前記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、容易に加熱器を構成する表裏板と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５の発明は、前記入口管路と前記出口管路とは、加熱器および／または放熱器内の一流路にて連通する構成としたことを特徴とするもので、複数の加熱器および／または放熱器を並列に接続して、複数の加熱器を並列に接続した場合には、各加熱器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、複数の放熱器を並列に接続した場合には、各放熱器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６の発明は、前記加熱器および／または前記放熱器に、前記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、加熱器を構成する表裏板の加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することができる。また、放熱器を構成する表裏板の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、蓄熱体からの放熱運転の効率を向上することができる。

第７の発明は、前記表板と前記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性能を向上することができる。

第８の発明は、前記表板、前記裏板、前記中板は、銅またはステンレス製であることが望ましい。

第９の発明は、第１〜第８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２個の加熱器８の入口を並列に接続して、加熱出口管路９は加熱器８の出口を並列に接続し、放熱入口管路１０は放熱器１１の入口を並列に接続して、放熱出口管路１２は３個の放熱器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、加熱器８と放熱器１１とを交互に配列して形成される空間に一面を加熱器８に密着して他の一面を放熱器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熱器８／放熱器１１の構成図を示すものである。

図２において、加熱器８は、表板１５と裏板１６と中板１７の３枚の平板を接合して流路１８を形成し、表板１５に表入口管１９と表出口管２０とを接合して、裏板１６に裏入口管２１と裏出口管２２とを接合し、表入口管１９と表出口管２０に隣接する部分に切り欠き部２３とを設けたものであり、放熱器１１は加熱器８と構成を同一にして表裏を逆にして配列したものである。また、中板１７には九十九折部１７ａを配するとともに、凸部なるディンプル加工１７ｂ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から加熱器８に流して、加熱器８に密着する平板状蓄熱体１４を表板１５または裏板１６に加えて中板１７をも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に給水して放熱器１１に流すことにより、放熱器１１に密着する平板状蓄熱体１４から表板１５または裏板１６に加えて中板１７をも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、加熱器８の裏面の裏入口管２１と裏出口管２２とを次に配列する加熱器８の表面の表入口管１９と表出口管２０に接続して複数枚の加熱器８を並列に接続し、加熱器８と加熱器８の間に加熱器８の表裏を逆にした放熱器１１を平板状蓄熱体１４を挟んで配列し、放熱器１１の裏面の裏入口管２１と裏出口管２２とを次に配列する放熱器１１の表面の表入口管１９と表出口管２０に接続して複数枚の放熱器１１を並列に接続して配列することとなる。

また、中板１７には九十九折部１７ａを配しているので、流体と加熱器８、放熱器１１との間における伝熱面積が増大するとともに、流路１８を流れる流体がディンプル加工１７ｂにより乱されて乱流状態となり、流体と加熱器８、放熱器１１との熱伝達率が大きくなる。

以上のように、本実施の形態においては２個の加熱器８の入口を並列に接続して加熱入口管路７を設け、２個の加熱器８の出口を並列に接続し加熱出口管路９を設け、３個の放熱器１１の入口を並列に接続し放熱入口管路１０を設け、３個の放熱器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は加熱器８と放熱器１１とを交互に複数枚配列して形成される空間に一面を加熱器８に密着して、他の一面を放熱器１１に密着して設けた構成とし、また加熱器８は、表板１５と裏板１６と中板１７の３枚の平板を接合して流路１８を形成し、表板１５に表入口管１９と表出口管２０とを接合して、裏板１６に裏入口管２１と裏出口管２２とを接合することにより、平板状蓄熱体１４は、一面に密着する加熱器８を流れる加熱流体から大きな伝熱面積、熱伝達率で受熱して蓄熱し、他の一面に密着する放熱器１１に流れる流体に大きな伝熱面積、熱伝達率で放熱することとなる。

また、加熱器８の表面に表入口管１９と表出口管２０を設け、裏面に裏入口管２１と裏出口管２２とを設けて表入口管１９と表出口管２０の側部に切り欠き部２３を設けた構成とし、放熱器１１を加熱器８の表裏を逆にした構成とすることにより、複数の加熱器８の表入口管１９と裏入口管２１とを順に接続して加熱入口管路７を構成して表出口管２０と裏出口管２２を順に接続して加熱出口管路９を構成し、複数の放熱器１１の表入口管１９と裏入口管２１とを順に接続して放熱入口管路１１を構成し、表出口管２０と裏出口管２２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、加熱用流体と放熱用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、加熱器８の切り欠き部２３に放熱入口管路１１と放熱出口管路１２を配して放熱器１１の切り欠き部２３に加熱入口管路７と加熱出口管路９を配することができ、装置を小型化することができる。

なお、本実施の形態においては、２個の加熱器８、３個の放熱器１１の場合について説
明したが、例えばとちらかが一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、加熱器８は表板１５の表面に垂直に接合した直管２４と、直管２４と同軸上の裏板１６の表面に接合した直管２４の内径より小さい外径を有する外管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枚の加熱器８の直管２４を他の加熱器８の外管２５に順次差し込んで同軸上に複数枚の加熱器８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を他の加熱器８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枚の加熱器８の間に配置する平板状蓄熱体１４と放熱器１１など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、加熱器８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。

放熱器１１を複数並列に配列する場合においても、直管２４を外管２５に差し込んでＯリング２７でシールすることにより同様の効果を得ることができる。

（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、加熱器８と放熱器１１の流路１８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、複数の加熱器８を並列に配管接続して加熱流体を流す場合、加熱入口管路７から分岐して各加熱器８の入口から流路１８に流れて出口から加熱出口管路１０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器８と放熱器１１の流路１８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、多数の加熱器８と放熱器１１を並列に接続した構成においても、各加熱器８を流れる加熱流体の流量を均一にして各放熱器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、加熱器８と放熱器１１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を加熱器８と放熱器１１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熱器８と放熱器１１の周囲に折り曲げ部２８を設けた構成とすることにより、加熱器８と放熱器１１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、加熱器８と平板状蓄熱体１４と放熱器１１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の両面に加熱器８と放熱器１１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、加熱器８と平板状蓄熱体１４と放熱器１１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の両面に加熱器８と放熱器１１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熱器８と平板状蓄熱体１４と放熱器１１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の両面において加熱器８と放熱器１１とを強固に密着固定させることとなる。

その結果、加熱器８から平板状蓄熱体１４へ蓄熱し平板状蓄熱体１４から放熱器１１に放熱する蓄放熱運転を高性能で行い、加熱器８と放熱器１１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における図２（ｃ）のＡ−Ａ断面図（ｂ）同蓄熱装置の斜視図（ｃ）同蓄熱装置の正面図（ｄ）同図２（ｃ）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

８ 加熱器
９ 加熱出口管路
１０ 放熱入口管路
１１ 放熱器
１２ 放熱出口管路
１３ 加熱循環回路
１４ 蓄熱体
１５ 表板
１６ 裏板
１７ 中板
１７ａ 九十九折部
１７ｂ ディンプル加工
１８ 流路
１９ 表入口管
２０ 表出口管
２１ 裏入口管
２２ 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 (9)

1. 表板と裏板とを接合して形成され、前記表板と前記裏板との間に流体が流れる流路を有する加熱器および放熱器と、前記加熱器と前記放熱器との間に配置される蓄熱体とを備え、前記加熱器と前記放熱器とのうち、少なくともどちらかを複数有し、
   前記表板は、複数の切欠き部、前記切欠き部の側方に配設される表入口管および表出口管を有し、
   前記裏板は、複数の切欠き部、前記切欠き部の側方に配設される裏入口管および裏出口管を有し、
   複数設けられた前記加熱器および／または前記放熱器は、前記表入口管と前記裏入口管とを並列に接続して入口管路を形成するとともに、前記表出口管と前記裏出口管とを並列に接続して出口管路を形成し、
   前記放熱器は、前記加熱器の表裏を逆にして構成され、前記加熱器と前記蓄熱体と前記放熱器とを交互に配列することを特徴とする蓄熱装置。
2. 前記表板と前記裏板とで狭持される中板を備え、
   前記中板に、九十九折部を設けたことを特徴とする請求項１に記載の蓄熱装置。
3. 前記表板と前記裏板とで狭持される中板を備え、
   前記中板に、凹凸部を設けた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. 前記表板に接合した直管と、前記直管と同軸上に前記裏板に接合して外管と、前記外管の内周面に設けた凹部と、前記凹部に設けたシール部材とを備え、前記直管を前記外管に挿入して、前記入口管路、前記出口管路を形成することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の蓄熱装置。
5. 前記入口管路と前記出口管路とは、加熱器および／または放熱器内の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１〜４のいずれか１項に記載の蓄熱装置。
6. 前記加熱器および／または前記放熱器に、前記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１〜５のいずれか１項に記載の蓄熱装置。
7. 前記表板と前記裏板の周囲に締結体を設けたことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の蓄熱装置。
8. 前記表板、前記裏板、前記中板は、銅またはステンレスから形成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. 前記請求項１〜８のいずれか１項に記載の蓄熱装置を備えた給湯機。