JPH0229547A - 蓄熱装置 - 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〕 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。

〔従来の技術〕

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く知られており、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。

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。

〔従来技術の課題〕

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ｉ１（・比熱×￥［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。

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。

〔課題を解決するための手段〕

上記に鑑みて本発明は、非酸化物系セラミックスから成
る蓄熱体の所要個所に電気ヒータを埋設し、前記蓄熱体
に穿設した流通孔、または複数の蓄熱休相互間に形成し
た流通孔の両端にヒートパイプを接合して蓄熱装置を構
成したものである。

〔実施例〕

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を貫通するように穿設された
流通孔１ａの両端にヒートパイプ２を接合し、蓄熱体１
の必要な個所に電気ヒータ３を埋設してなるものである
。

蓄熱体１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（ａ）に示すように、各蓄熱体１には流通孔
１ａが穿設されている。この流通孔１ａの端部には、銅
等の金属からなる緩衝材４を介してステンレスからなる
ヒートパイプ２を活性金属法により接合しである。した
がって、ヒートパイプ２内を流れる熱媒体としての水は
、流通孔ｌａ内を通過する際に蓄熱体１と直接接触し、
熱伝達率を非常に高いものとできる。また、蓄熱体１と
ヒートパイプ２の間に緩衝材４を備えていることから、
互いの熱膨張差を吸収することができる。さらに、各ヒ
ートパイプ２は、第１図に示すように、各流通孔１ａを
並列に接続しているが、各流通孔１ａを直列に接続した
ものでもよい。

上記蓄熱体ｌとヒートパイプ２の接合構造については、
第２図（ａ）に示したものに限らず、第２図（ｂ）に示
すように、蓄熱体１の端部に凹部１ｂを形成しておいて
、この凹部１ｂに緩衝材４、ヒートパイプ２の一部を挿
入して接合したものでもよい。

あるいは、第２図（ｃ）に示すように、蓄熱体１に凸部
１ｃを形成しておいて、この凸部ＩＣとヒートパイプ２
を突き合わせ、これらを緩衝材４で取り囲んで接合した
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
窒化珪素質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１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。

この蓄熱袋ＷＴ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ｌ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。

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、籾温水を利用
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。

上記実施例では、蓄熱体１に流通孔１ａを穿設し、両端
にヒートパイプ２を接合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
流通孔１１ａを形成し、該流通孔ＩＬａの両端に緩衝材
１４を介してヒートパイプ１２を活性金属法で接合する
ようにしてもよい。このような構造とすれば、蓄熱体１
１の加工が容易であり、また各蓄熱体１１間にも銅など
からなる緩衝材１５を備えておけば、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。

なお、第３図では４個の蓄熱体１１を組合わせて流通孔
１１ａを形成したものを示したが、２個の蓄熱体１１を
組合わせて形成したものでもよ（、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、非酸化物系セラミックスからなる直方体
の蓄熱体１１を複数組合わせ、これらの蓄熱体１１の間
に流通孔１１ａを形成し、ヒータ１３を埋設してなるも
のである。

流通孔１１ａは４個の蓄熱体１１を組合わせて形成され
、この流通孔１１ａの両端部には、前記したように緩衝
材１４を介してヒートパイプ１２が接合されている。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なるヒータが最も
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いる。

また、上記実施例では複数の蓄熱体１１を組み合わせて
形成する流通孔１１ａとして断面が円形のもののみを示
したが、これに限らず、断面が多角形あるいは半円など
の流通孔１１ａを形成したものであってもよい。

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、５ｉ３Ｎ４９０重量％以上で、
Ｙ２Ｏ３＋　Ａｌ２Ｏ２を添加した窒化珪素質セラミッ
クスにより形成し、２４ｍｍ　Ｘ　４３ｍｍ　Ｘ　１９
６ｍｍ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、流通孔ＩＬ
ａは内径６ＩＩＩ＋＋１のものを２８本形成した。また
電気ヒータ１３は窒化珪素質セラミックスからなり、１
．２ｋｗ／ｈで、５００℃で飽和するものを５６本使用
した。

全体としての蓄熱体１１の体積は１４．２　Ｎ　、流通
孔１１ａの内部容積は１．６　Ｘ　ＩＱ−’ｍ３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、２
１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、＾１２０．
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としてもほ
ぼ同様の結果であった。

〔発明の効果〕

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
蓄熱体に穿設した流通孔、または複数の蓄熱体間に形成
した流通孔の両端にヒートパイプを接合して蓄熱装置を
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接合しであることから、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く安全性に優れ
、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。

【図面の簡単な説明】

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（ａ）　（ｂ）　（ｃ）はそれぞれ蓄熱体とヒート
パイプの接合構造を説明するための第１図中ＸＸ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)

【特許請求の範囲】
1. （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、前記蓄熱体に熱媒
   体が通る流通孔を穿設し、該流通孔の両端に緩衝材を介
   してヒートパイプを接合したことを特徴とする蓄熱装置
   。
2. （２）非酸化物系セラミックスから成る複数の蓄熱休相
   互間に熱媒体が通る流通孔を形成し、該流通孔の両端に
   緩衝材を介してヒートパイプを接合し、かつ上記蓄熱体
   の所要個所に電気ヒータを埋設してなる蓄熱装置。