JPH02282697A - 固体蓄熱器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明はセラミックやレンガ、金属などを蓄熱体とし
た固体蓄熱器に関するものである。

従来の技術 蓄熱容量を大きくする方法として、蓄熱材の吊を多くす
る方法、状態変化に伴う潜熱を利用する方法、蓄熱温度
を高くする方法等が号えられるが、家庭用などの所謂民
生用熱機器の蓄熱器としては、大きさや価格、安定性な
どの点から、温度を高くして蓄熱を行なう固体を蓄熱材
とした構造のものが好ましいと考えられる。セラミック
やレンガなどの固体を蓄熱材とした所謂固体蓄熱器では
、蓄熱あるいは放熱のための熱輸送媒体との熱交換を良
好に行なわせるために、蓄熱材の内部に熱輸送媒体を流
すことになるが、蓄熱材が腐食するなど熱輸送媒体と蓄
熱材とが反応してしまう場合や熱輸送媒体がヒートバイ
ブの作動流体であって漏洩や外気の混入を避ける必要が
あるなどの場合には、熱輸送媒体を流すための管路を、
蓄熱材の内部にバイブを通して形成し、その管路を蓄熱
材に対して気密および液密状態に維持する必要がある。

発明が解決しようとする課題 固体の蓄熱材の内部にバイブを挿通ずる場合、両者の間
の熱伝達を可及的に良好ならしめるために、蓄熱材とバ
イブとを密着状態とすることが望まれるが、現実には両
者の間にわずかな空間が生じて熱伝達が阻害される場合
が多い。すなわち熱媒体を流すバイブとしては入手が容
易であること、円周方向での熱的な特性および強度が均
一であることなどの要請で円形断面の一般的なバイブを
使用し、また伝熱面積を広くするために複数本のパイプ
を蓄熱材の内部に挿通することになるため、蓄熱材に対
するパイプの固定手段として熱膨張および収縮を利用し
たシマリ嵌めの手段を採用することが困難であり、その
ため蓄熱材に形成した円形凹部とパイプとのそれぞれの
曲率のわずかな相違により両者の間に空間が生じてしま
い、また固体蓄熱材として粒状のものを使用すれば、必
然的にパイプと蓄熱材との間に空間が生じる。また蓄熱
材とパイプとの間にある程度の容積状態を確保できたと
しても、一般には蓄熱材とパイプとのそれぞれの熱膨張
率は異なっているから、蓄熱や放熱に伴う温度変化によ
って両者の間に微小に空間が生じ、これが熱伝達を阻害
することになる。

このような不都合を解消するために、パイプの外周面と
蓄熱材との間にペースト状のザーマルジョイントを充填
することが考えられるが、サーマルジヨイント自体も熱
収縮するために、パイプと蓄熱材との間に空間が生じ、
この部分で熱伝達がｌｌ１１害される問題がある。

この発明は上記の事情を背景としてなされたもので、蓄
熱もしくは放熱にあたっての伝熱抵抗が少なく、したが
って熱応答性に優れた固体蓄熱器を提供することを目的
とするものである。

課題を解決するための手段 この発明は、上記の目的を達成するために、顕然として
熱を蓄える固体の蓄熱材の内部に、熱輸送用流体を流す
管路を設けるとともに、その管路と前記蓄熱材との間に
高熱伝導率気体を加圧して封入したことを特徴とするも
のである。

作　　　　　用 蓄熱材を加熱することによりその、顕然として熱が蓄え
られる。これは例えば管路の内部に温度の高い熱輸送媒
体を流し、もしくは適宜の加熱手段を用いて行なわれる
。また管路の内部に蓄熱材より低温の熱輸送媒体を流す
ことにより、その熱輸送媒体が蓄熱材により加熱され、
蓄熱材の有する熱を取り出すことができる。これら蓄熱
および放熱のいずれの場合でも熱輸送媒体と蓄熱材との
管路を介した熱伝達が生じるが、管路の外面と蓄熱材と
の間には高熱伝導率の気体が加圧して封入されているた
めに、ここでの熱伝達率が高い値に維持され、したがっ
て蓄熱材と熱輸送媒体との間の熱伝達が良好に生じる。

また蓄熱材と管路との熱膨張量もしく（ユ収縮量が相違
して両者の間の空間容積に変動が生じても、その空間部
は高熱伝導率気体で満された状態に維持されるから、蓄
熱材と熱輸送媒体との間の熱伝達が阻害されることがな
い。

実　　施　　例 つぎにこの発明の実施例を図面を参照して説明する。

第１図および第２図はこの発明の一実施例を模式的に示
す断面図であり、ここに示す固体蓄熱器は、ループ型ヒ
ートパイプの蒸発器１を熱輸送用体流銘とし、その外側
に蓄熱材２を設けて構成したものである。すなわち蒸発
器１は、互いにほぼ水平方向に沿いかつ互いに平行な上
部ヘッダ管３と下部ヘッダ管４との間に両者を連通させ
る複数本の蒸発管５を設けて全体として格子状に構成さ
れており、その上部ヘッダ管３には、蒸気管６が接続さ
れ、また下部ヘッダ管４には液戻り管７が接続されてい
る。そしてこの蒸発器１の内部には、通常のヒートパイ
プと同様に、黒光潜熱として熱を輸送する水やフロンな
どの作動流体が封入されている。

上記の蒸発器１は、ブロック状の蓄熱材２の内部に埋め
込んだ状態に配置されている。すなわちこの蓄熱材２は
、セラミックや金属あるいは蓄熱レンガなどの体積比熱
の大きい材料からなるものであって、分割片の対向面に
前記蒸光器１を収容する四部を形成した二分割４１ＩＩ
造であり、各分割片を対向させて接合することにより、
蒸発器１を収容し、かつその状態で蒸発器１の周囲に不
可避的もしくは積極的にわずかな空間部８が形成されて
いる。そしてその空間部８には熱伝導率の高い気体、例
えばヘリウムガス、二酸化炭素ガス、窒素ガス、水素ガ
スが加圧状態（例えば０．１Ｋｆｉ／ｃｉ〜５、ＯＫＩ
／ｄ程度）で封入されている。さらに蓄熱材２のうち蒸
発器１より下側の部分には加熱源として電気ヒータ９が
挿入配置されている。

以上のように構成した蓄熱材２の外周には断熱材１０が
回者して配置され、またその外周には、全体を気密状態
に覆うケース１１が設けられている。なお、前記蒸気管
６および液戻り管７は蓄熱材２、断熱材１０およびケー
ス１１を貫通して外部に引き出されており、また電気ヒ
ータ９のリード線も同様に外部に引き出されている。

上記の蓄熱器に対する蓄熱は、ｎ−記電気ヒータ９を通
電発熱させて蓄熱材２を加熱４渇することにより行ない
、その場合、蓄熱材２は固体であって状態の変化を伴わ
ず、顕然として熱を蓄える。

このようにして蓄えた熱を取り出づ一場合には、前記照
光器１に液戻り管７から液相の作動流体を供給して行な
う。すなわち蒸発器１の内部に作ｖＪ液が供給されると
、その作動液は蓄熱材２の有する熱によって加熱される
ために蒸発し、その蒸気は上部ヘッダ菅３を介して蒸気
管６から送り出される。その場合の蓄熱ｔ４２から作動
液に対する熱伝達は、蒸発器１を構成するバイブおよび
前記空間部８を介して行なわれるが、その空間部８には
ヘリウムガスなどの高熱伝導率気体が加圧した状態で封
入されているから、蓄熱材２から蒸発器７に対する熱伝
達が良好に行なわれ、また蒸発器１とその内部の作ｖＪ
流体とは直接接触しているから両者の間の熱伝達も良好
に行なわれ、したがって前述した蓄熱器では、蓄熱材２
から作動流体に対する伝熱抵抗が少なく、作動流体を効
率よく加熱昇温し、熱応答性の良好なものとすることが
できる。

また蓄熱材２と蒸発器１との素材が責なることにより、
温度変化に伴って両者の間の空間容積が変動するが、そ
の空間部８に封入されているのは高熱伝導率気体である
から、蓄熱材２と蒸発器１との間の熱伝達率が低下する
ことはない。

なお、以上述べた実施例では、蓄熱材２を二分割構造の
ブロック状のものとしたが、この弁明は上記の実施例に
限定されるものではないのであって、必要に応じて適宜
の形状の固体蓄熱材を使用することができる。その例を
示せば以下の通りであり、第３図に示す例は、蓄熱材２
を粒状とし、これを熱輸送媒体流路としてのフィン１２
の付いたバイブ１３の外周に充填し、かつその粒状蓄熱
材２の間に高熱伝導率気体を加圧封入したものである。

また第４図に示す例は、蓄熱材２を平板状に形成し、こ
れをフィン１２の間に挿入するとともに、バイブ１３お
よびフィン１２と平板状蓄熱材２との間の空間部８に高
熱伝導率気体を加圧封入したものである。さらに第５図
に示す例は、蓄熱材２を円弧状断面に形成し、これをバ
イブ１４の外面に軸線方向に沿って設けたフィン１５の
間に配置し、そのバイブ１４ＬＴ３よびフィン１５と蓄
熱材２との間の空間部８に高熱伝導率気体を加圧１１人
したものである。

なお、この発明における熱輸送媒体は上述したヒートバ
イブの作動流体に限定されず、またその熱輸送媒体を流
す管路も上述した構成の蒸発器に限定されず、必要に応
じて適宜のものを使用することかできる。

発明の効宋 以上の説明から明らかなようにこの弁明の蓄熱器によれ
ば、蓄熱材と管路との間の空間部が高熱伝導率気体によ
って充満されているから、不可避的に空間部が生じると
しても蓄熱材と管路との間の熱伝達が良好に行なわれ、
また蓄熱Ｉと管路との熱膨張量もしくは収縮量が相違し
ていて空間部の容積に変動が生じても、その内部に充填
しである物質は加圧した気体であるから、蓄熱材と管路
との間の熱伝達率に大きな変動はなく、この点Ｃも蓄熱
材と管路との間の熱伝達が良好な状態に維持され、した
がって総じてこの発明によれば、内部での伝熱抵抗が少
なく熱応答性の良好な蓄熱器を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を模式的に示す縦断面図、
第２図は同じく横断面図、第３図ないし第５図のそれぞ
れはこの発明の他の実施例における蓄熱材および管路の
形状を示す部分図である。 １・・・蒸発器、　２・・・蓄熱材、　８・・・空間部
。 第 層 図 第２図 第５図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 顕然として熱を蓄える固体の蓄熱材の内部に、熱輸送用
   流体を流す管路が設けられるとともに、その管路と前記
   蓄熱材との間に高熱伝導率気体を加圧して封入してなる
   ことを特徴とする固体蓄熱器。