JPH0229546A - 蓄熱装置 - Google Patents
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- JPH0229546A JPH0229546A JP63180594A JP18059488A JPH0229546A JP H0229546 A JPH0229546 A JP H0229546A JP 63180594 A JP63180594 A JP 63180594A JP 18059488 A JP18059488 A JP 18059488A JP H0229546 A JPH0229546 A JP H0229546A
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
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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。
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〕
本発明は給湯器などに用いる電気式の蓄熱装置に関する
ものである。
ものである。
従来から、比熱の大きい物体に熱を蓄えておいて、後で
この熱を利用する蓄熱技術は広（知られており、さまざ
まな分野で利用されていた。
この熱を利用する蓄熱技術は広（知られており、さまざ
まな分野で利用されていた。
例えば、電気エネルギーによる蓄熱を利用した給湯器と
しては、第６図に示すように、水を直接加熱する貯湯式
のものが広く用いられていた。
しては、第６図に示すように、水を直接加熱する貯湯式
のものが広く用いられていた。
これは、ヒータ３０を設置した貯湯タンク３１と、その
周囲を覆った断熱材３２により構成され、貯湯タンク３
１内の水３３を直接加熱しておいて必要に応じて蛇口３
４より温水を取り出すようにしており、水３３内体を蓄
熱体として利用するものであった。
周囲を覆った断熱材３２により構成され、貯湯タンク３
１内の水３３を直接加熱しておいて必要に応じて蛇口３
４より温水を取り出すようにしており、水３３内体を蓄
熱体として利用するものであった。
ところが、このような従来の貯湯式給湯器は水３３を蓄
熱体としていたことから、蓄熱温度は１００℃以上とな
らず、所望の熱量（＝比熱×質量×温度）を得るために
は大きな容積を必要とし、給湯器を小型化することがで
きなかった。
熱体としていたことから、蓄熱温度は１００℃以上とな
らず、所望の熱量（＝比熱×質量×温度）を得るために
は大きな容積を必要とし、給湯器を小型化することがで
きなかった。
また、容積が大きいと、断熱を必要とする面積が大きく
なるため、断熱ロスが激しく、ヒータ３０への電気容量
も大きくせざるを得ないという問題点があった。さらに
、従来の貯湯式給湯器は安全性や安定した給湯性能など
の点でも問題があった。
なるため、断熱ロスが激しく、ヒータ３０への電気容量
も大きくせざるを得ないという問題点があった。さらに
、従来の貯湯式給湯器は安全性や安定した給湯性能など
の点でも問題があった。
この他、石やレンガ等を蓄熱体として利用することも知
られていたが、電気エネルギーを用いた、効率のよい蓄
熱装置は開発されていなかった。
られていたが、電気エネルギーを用いた、効率のよい蓄
熱装置は開発されていなかった。
上記に鑑みて本発明は、非酸化物系セラミックスから成
る蓄熱体の必要個所に電気ヒータを埋設し、前記蓄熱体
に穿設した貫通孔に緩衝材を介してヒートパイプを挿通
・固定するか、または複数の蓄熱体でヒートパイプを挟
み込んで固定して蓄熱装置を横取したものである。
る蓄熱体の必要個所に電気ヒータを埋設し、前記蓄熱体
に穿設した貫通孔に緩衝材を介してヒートパイプを挿通
・固定するか、または複数の蓄熱体でヒートパイプを挟
み込んで固定して蓄熱装置を横取したものである。
以下、本発明の実施例を図によって説明する。
第１図に示す蓄熱装置Ｔは、ブロック状の蓄熱体１を複
数個組合わせ、各蓄熱体１を貫通するようにヒートパイ
プ２を備え、蓄熱体ｌの所要個所に電気ヒータ３を埋設
してなるものである。
数個組合わせ、各蓄熱体１を貫通するようにヒートパイ
プ２を備え、蓄熱体ｌの所要個所に電気ヒータ３を埋設
してなるものである。
蓄熱体ｌは炭化珪素質セラミックス、窒化珪素質セラミ
ックス等の非酸化物系セラミックスから成る直方体であ
り、第２図に示すように、各蓄熱体１には貫通孔１ａが
穿設されている。この貫通孔ｌａ内に銅などの金属から
成る緩衝材４を介して、ステンレスからなるヒートパイ
プ２が挿入され、活性金属法により固着されているが、
緩衝材４を備えていることから、高温時の蓄熱体１とヒ
ートパイプ２の熱膨張差を吸収することができる。また
、各ヒートパイプ２は第１図に示すようにすべて並列に
接続されているが、各ヒートパイプ２を直列に接続した
ものでもよい。
ックス等の非酸化物系セラミックスから成る直方体であ
り、第２図に示すように、各蓄熱体１には貫通孔１ａが
穿設されている。この貫通孔ｌａ内に銅などの金属から
成る緩衝材４を介して、ステンレスからなるヒートパイ
プ２が挿入され、活性金属法により固着されているが、
緩衝材４を備えていることから、高温時の蓄熱体１とヒ
ートパイプ２の熱膨張差を吸収することができる。また
、各ヒートパイプ２は第１図に示すようにすべて並列に
接続されているが、各ヒートパイプ２を直列に接続した
ものでもよい。
さらに、電気ヒータ３は、蓄熱体１の一辺に形成した凹
部に挿入したものであり、シーズヒータなどさまざまな
ものを用いることができるが、アルミナセラミックスや
窒化珪素セラミックスに発熱体を埋設してなるセラミッ
クヒータを用いればより好適である。特に窒化珪素質セ
ラミックスから成るヒータは、蓄熱体ｌと熱膨張係数が
同等であり、耐熱衝撃性に優れ、ヒータ自身で温度制御
ができるなど、優れたものである。
部に挿入したものであり、シーズヒータなどさまざまな
ものを用いることができるが、アルミナセラミックスや
窒化珪素セラミックスに発熱体を埋設してなるセラミッ
クヒータを用いればより好適である。特に窒化珪素質セ
ラミックスから成るヒータは、蓄熱体ｌと熱膨張係数が
同等であり、耐熱衝撃性に優れ、ヒータ自身で温度制御
ができるなど、優れたものである。
また、各蓄熱体ｌは互いに固着されておらず、この蓄熱
装置Ｔを取り囲む断熱材やフレーム（いずれも不図示）
によって支持されている。
装置Ｔを取り囲む断熱材やフレーム（いずれも不図示）
によって支持されている。
この蓄熱装置Ｔは電気ヒータ３に通電することによって
蓄熱体１を高温に維持しておき、必要なときにヒートパ
イプ２を通じてこの熱を取り出すようにしたものである
が、蓄熱体１として、炭化珪素質セラミックスや窒化珪
素質セラミックスなどの比熱、熱伝導率、耐熱衝撃性の
大きな材質を用いていることから、小型で効率のよい蓄
熱を行うことができる。
蓄熱体１を高温に維持しておき、必要なときにヒートパ
イプ２を通じてこの熱を取り出すようにしたものである
が、蓄熱体１として、炭化珪素質セラミックスや窒化珪
素質セラミックスなどの比熱、熱伝導率、耐熱衝撃性の
大きな材質を用いていることから、小型で効率のよい蓄
熱を行うことができる。
次に、この蓄熱装置Ｔを給湯器に用いた例を説明する。
第５図に示すように、蓄熱装置Ｔを断熱材５で取り囲み
、ヒートパイプ２は熱交換器Ｋを通って循環する熱サイ
ホン式のものとし、熱交換器にでは水管Ｐを通る水に伝
熱するようになっている。
、ヒートパイプ２は熱交換器Ｋを通って循環する熱サイ
ホン式のものとし、熱交換器にでは水管Ｐを通る水に伝
熱するようになっている。
上記給湯器は、まず夜間中に電気ヒータ３に通電して、
蓄熱体ｌを５００℃程度に加熱しておき、朝温水を利用
する際に蛇口を捻ると、ヒートパイプ２中を熱媒体であ
る水が循環し、熱交換器にで、水管Ｐ中の水に熱を伝え
温水が発生するようになっている。この給湯器は、クリ
ーンな電気エネルギーのみを用いるものであり、インテ
リシュエンドビルにも応用でき、また夜間電力を使用す
ることから、低コストで効率をよくすることができる。
蓄熱体ｌを５００℃程度に加熱しておき、朝温水を利用
する際に蛇口を捻ると、ヒートパイプ２中を熱媒体であ
る水が循環し、熱交換器にで、水管Ｐ中の水に熱を伝え
温水が発生するようになっている。この給湯器は、クリ
ーンな電気エネルギーのみを用いるものであり、インテ
リシュエンドビルにも応用でき、また夜間電力を使用す
ることから、低コストで効率をよくすることができる。
また、この蓄熱装置Ｔは、上記給湯器に限らず暖房装置
などにも利用できることは言うまでもない。
などにも利用できることは言うまでもない。
さらに、上記実施例では、蓄熱体１に貫通孔１ａを穿設
し、ヒートパイプ２を挿入したものを示したが、第３図
に示すように、複数の蓄熱体１１を組合わせ、これらの
間に緩衝材１４を介してヒートパイプ１２を挟み込み、
活性金属法で接合するようにしてもよい。これは、４個
の蓄熱体１１の間に銅等の金属から成る緩衝材１４を介
してヒートパイプ１２を挟み込んで、各蓄熱体１１の間
にも緩衝材１５を備えたものである。このような構造と
することにより、接合面に圧力（１Ｋｇ７ｃｍ”程度）
を加えながら、活性金属法による接合が行えるため、よ
り強固に接合でき、また、緩衝材１４．１５として用い
る銅は熱伝導率が高いことから蓄熱体１１の熱応答性を
高めることができる。さらに蓄熱体１１として用いるセ
ラミックスの加工も容易となる。
し、ヒートパイプ２を挿入したものを示したが、第３図
に示すように、複数の蓄熱体１１を組合わせ、これらの
間に緩衝材１４を介してヒートパイプ１２を挟み込み、
活性金属法で接合するようにしてもよい。これは、４個
の蓄熱体１１の間に銅等の金属から成る緩衝材１４を介
してヒートパイプ１２を挟み込んで、各蓄熱体１１の間
にも緩衝材１５を備えたものである。このような構造と
することにより、接合面に圧力（１Ｋｇ７ｃｍ”程度）
を加えながら、活性金属法による接合が行えるため、よ
り強固に接合でき、また、緩衝材１４．１５として用い
る銅は熱伝導率が高いことから蓄熱体１１の熱応答性を
高めることができる。さらに蓄熱体１１として用いるセ
ラミックスの加工も容易となる。
なお、第３図では４個の蓄熱体１１を組合わせてヒート
パイプ１２を挟み込む構造のものを示したが、２個の蓄
熱体１１で挟み込むようにしたものでもよく、また、各
蓄熱体１１間に緩衝材１５を備えないものであってもよ
い。
パイプ１２を挟み込む構造のものを示したが、２個の蓄
熱体１１で挟み込むようにしたものでもよく、また、各
蓄熱体１１間に緩衝材１５を備えないものであってもよ
い。
次に上記第３図に示した構造の蓄熱体１１を用いた蓄熱
装置について説明する。第４図（ａ） （ｂ）に示す蓄
熱装置Ｔ゛は非酸化物セラミックスからなる直方体の蓄
熱体１１を１、複数組合わせ、これらの蓄熱体１１の間
に挟み込むようにヒートパイプ１２を装着し、所要個所
に電気ヒータ１３を埋設してなるものである。
装置について説明する。第４図（ａ） （ｂ）に示す蓄
熱装置Ｔ゛は非酸化物セラミックスからなる直方体の蓄
熱体１１を１、複数組合わせ、これらの蓄熱体１１の間
に挟み込むようにヒートパイプ１２を装着し、所要個所
に電気ヒータ１３を埋設してなるものである。
ヒートパイプ１２は４個の蓄熱体１１で挟み込むように
装着され、ヒートパイプ１２の周囲、および各蓄熱体１
１の間には、銅などの金属からなる緩衝材１４、１５を
備えて、熱膨張差を吸収し、熱応答性を高めるようにな
っている。また、これらのヒートパイプ１２は図示して
いないが、それぞれ第１図に示したものと同様に並列に
接続されるようになっている。
装着され、ヒートパイプ１２の周囲、および各蓄熱体１
１の間には、銅などの金属からなる緩衝材１４、１５を
備えて、熱膨張差を吸収し、熱応答性を高めるようにな
っている。また、これらのヒートパイプ１２は図示して
いないが、それぞれ第１図に示したものと同様に並列に
接続されるようになっている。
さらに、電気ヒータ１３は、蓄熱体１１の一辺に形成し
た凹部に挿入してあり、シーズヒータやセラミックヒー
タなどさまざまなものを用いることができるが、前記し
たように窒化珪素質セラミックスから成るヒータが最も
優れていた。
た凹部に挿入してあり、シーズヒータやセラミックヒー
タなどさまざまなものを用いることができるが、前記し
たように窒化珪素質セラミックスから成るヒータが最も
優れていた。
この蓄熱体Ｔ゛はまわりをフレーム２０で支持する構造
となっているが、フレーム２０にはロッド２１、スプリ
ング２２が備えられ、このロッド２１で常時蓄熱体１１
を押圧支持するようになっており、高温時のセラミック
スと金属の熱膨張差を吸収することができる。
となっているが、フレーム２０にはロッド２１、スプリ
ング２２が備えられ、このロッド２１で常時蓄熱体１１
を押圧支持するようになっており、高温時のセラミック
スと金属の熱膨張差を吸収することができる。
実際に、第４図（ａ） （ｂ）に示す蓄熱装置Ｔ”を試
作した。蓄熱体１１は、Ｓｉ＋Ｎａ ９０重量％以上
で、Ｙ２Ｏ、、Ａｌ□０３を添加した窒化珪素質セラミ
ックスにより形成し、２４＋＋ｕ＋＋ Ｘ ４３ｍｍ
Ｘ １９６ｍｍの直方体で、この蓄熱体１１を７０個用
いて、図のように縦５個、横１４個差べて組合わせ、ヒ
ートパイプ１２は内径６ｍｍのものを２８本用い、緩衝
材１４．１５は銅からなり厚さ２ｍｍとした。また電気
ヒータ１３は窒化珪素質セラミックスからなるヒータを
用い、１．２ｋｗ／ｈで、５００℃で飽和するものを５
６本使用した。
作した。蓄熱体１１は、Ｓｉ＋Ｎａ ９０重量％以上
で、Ｙ２Ｏ、、Ａｌ□０３を添加した窒化珪素質セラミ
ックスにより形成し、２４＋＋ｕ＋＋ Ｘ ４３ｍｍ
Ｘ １９６ｍｍの直方体で、この蓄熱体１１を７０個用
いて、図のように縦５個、横１４個差べて組合わせ、ヒ
ートパイプ１２は内径６ｍｍのものを２８本用い、緩衝
材１４．１５は銅からなり厚さ２ｍｍとした。また電気
ヒータ１３は窒化珪素質セラミックスからなるヒータを
用い、１．２ｋｗ／ｈで、５００℃で飽和するものを５
６本使用した。
全体としての蓄熱体１１の体積は１４．２６、ヒートパ
イプ１２の内部容積は１．６ Ｘ １０−’ｍ’であっ
た。この蓄熱装置は電気ヒータ１３に通電すると３０分
で５００℃に達し、給湯器として用いる場合一般家庭台
所で必要な２６００Ｋｃａ ｌの熱量を蓄熱することが
できた。ちなみに、第６図に示した貯湯式の給湯器の場
合、上記と同様に２６００Ｋｃａ ｌの蓄熱を行うため
には、２８１の容積を必要とすることから、本発明の蓄
熱装置が小型となることがわかる。
イプ１２の内部容積は１．６ Ｘ １０−’ｍ’であっ
た。この蓄熱装置は電気ヒータ１３に通電すると３０分
で５００℃に達し、給湯器として用いる場合一般家庭台
所で必要な２６００Ｋｃａ ｌの熱量を蓄熱することが
できた。ちなみに、第６図に示した貯湯式の給湯器の場
合、上記と同様に２６００Ｋｃａ ｌの蓄熱を行うため
には、２８１の容積を必要とすることから、本発明の蓄
熱装置が小型となることがわかる。
また、蓄熱体１１の材質を、上記した窒化珪素質セラミ
ックスにかえて、ＳｉＣ９０重量％以上で、八１□０．
を添加してなる炭化珪素質セラミックス、あるいはＡＩ
Ｎを主成分とする窒化アルミ質セラミックスを用いても
ほぼ同様の結果であった。
ックスにかえて、ＳｉＣ９０重量％以上で、八１□０．
を添加してなる炭化珪素質セラミックス、あるいはＡＩ
Ｎを主成分とする窒化アルミ質セラミックスを用いても
ほぼ同様の結果であった。
叙上のように本発明によれば、非酸化物系セラミックス
から成る蓄熱体の所要個所に電気ヒータを埋設し、前記
蓄熱体に穿設した貫通孔に緩衝材を介してヒートパイプ
を挿通・固定するか、ま゛たは複数の蓄熱体で、ヒート
パイプを挟み込んで固定して蓄熱装置を構成したことに
よって、蓄熱体として比熱、熱伝導率、耐熱衝撃性の大
きい非酸化物系セラミックスを用いていることから、よ
り高温で蓄熱量を大きくでき、またヒートパイプを直接
蓄熱体に挿通しであることから、熱伝導を良好にできる
結果、小型で効率のよい高性能の蓄熱装置とすることが
できる。
から成る蓄熱体の所要個所に電気ヒータを埋設し、前記
蓄熱体に穿設した貫通孔に緩衝材を介してヒートパイプ
を挿通・固定するか、ま゛たは複数の蓄熱体で、ヒート
パイプを挟み込んで固定して蓄熱装置を構成したことに
よって、蓄熱体として比熱、熱伝導率、耐熱衝撃性の大
きい非酸化物系セラミックスを用いていることから、よ
り高温で蓄熱量を大きくでき、またヒートパイプを直接
蓄熱体に挿通しであることから、熱伝導を良好にできる
結果、小型で効率のよい高性能の蓄熱装置とすることが
できる。
さらに、本発明の蓄熱装置を給湯器に用いれば、蓄熱装
置の形状は自由なものとできることから、デッドスペー
スを有効に利用でき、発火などの恐れがな（安全性に優
れ、温度制御が容易で安定した給湯性能を得られるなど
多くの特長を有した給湯器を提供することができる。
置の形状は自由なものとできることから、デッドスペー
スを有効に利用でき、発火などの恐れがな（安全性に優
れ、温度制御が容易で安定した給湯性能を得られるなど
多くの特長を有した給湯器を提供することができる。
第１図は本発明実施例に係る蓄熱装置を示す斜視図、第
２図は蓄熱体とヒートパイプの接合構造を説明するため
の第１図中Ｘ−Ｘ線部分断面図である。 第３図は蓄熱体とヒートパイプの接合構造の他の実施例
を示す分解斜視図である。 第４図（ａ）は本発明の他の実施例を示す斜視図である
。第４図（ｂ）は同図（ａ）中のＹ−Ｙ線部分断面図で
ある。 第５図は本発明の蓄熱装置を用いた給湯器の概念図、第
６図は従来の貯湯式給湯器を示す断面図である。
２図は蓄熱体とヒートパイプの接合構造を説明するため
の第１図中Ｘ−Ｘ線部分断面図である。 第３図は蓄熱体とヒートパイプの接合構造の他の実施例
を示す分解斜視図である。 第４図（ａ）は本発明の他の実施例を示す斜視図である
。第４図（ｂ）は同図（ａ）中のＹ−Ｙ線部分断面図で
ある。 第５図は本発明の蓄熱装置を用いた給湯器の概念図、第
６図は従来の貯湯式給湯器を示す断面図である。
Claims (2)
- （１）非酸化物系セラミックスからなる蓄熱体の所要個
所に電気ヒータを埋設するとともに、前記蓄熱体に穿設
した貫通孔に緩衝材を介してヒートパイプを挿通・固定
したことを特徴とする蓄熱装置。 - （２）非酸化物系セラミックスから成る複数の蓄熱体の
間に緩衝材を介してヒートパイプを挟み込んで組合わせ
、かつ上記各蓄熱体の所要個所に電気ヒータを埋設して
なる蓄熱装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63180594A JP2700897B2 (ja) | 1988-07-20 | 1988-07-20 | 蓄熱装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63180594A JP2700897B2 (ja) | 1988-07-20 | 1988-07-20 | 蓄熱装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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