(57)【要約】【課題】圧力損失を抑制しつつ蓄熱材の表面積を大きく確保することで、小型で熱交換効率の高い蓄熱装置を提供する。【解決手段】蓄熱装置は、熱交換媒体との熱交換により蓄熱および放熱する蓄熱体３０と、内部に蓄熱体を収納して、蓄熱体と熱交換媒体とを熱交換させる蓄熱容器１１と、蓄熱容器の内部に熱交換媒体を流入させる入口管５２と、蓄熱容器の内部から熱交換媒体を流出させる出口管６２と、蓄熱体の密度が蓄熱容器全体における密度よりも小さい低密度領域５３、６３と、蓄熱体の密度が蓄熱容器の全体における平均密度よりも大きい高密度領域７３とを備え、低密度領域は、入口管または出口管に対向した領域に設けられている。これによると、低密度領域において、熱交換媒体を蓄熱容器の内部にスムーズに流入させることができ、圧力損失が抑制できる。このため、小型で熱交換効率の高い蓄熱装置を得ることができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱交換媒体との熱交換により蓄熱および放熱する蓄熱体（３０、３３０、５３０）と、
内部に前記蓄熱体を収納して、前記蓄熱体と前記熱交換媒体とを熱交換させる蓄熱容器（１１、６１１、１０１１）と、
前記蓄熱容器の内部に前記熱交換媒体を流入させる入口管（５２、６５２）と、
前記蓄熱容器の内部から前記熱交換媒体を流出させる出口管（６２、６６２）と、
前記蓄熱体の密度が前記蓄熱容器の全体における平均密度よりも小さい低密度領域（５３、６３、２４３、３６３、４４３、６６３、１０６３、１１６３）と、
前記蓄熱体の密度が前記蓄熱容器の全体における平均密度よりも大きい高密度領域（７３、２７３、３７３、４７３、６５３）とを備え、
前記低密度領域は、前記入口管または前記出口管に対向した領域に設けられている蓄熱装置。
【請求項２】
前記低密度領域は、前記出口管に対向した領域に設けられている請求項１に記載の蓄熱装置。
【請求項３】
前記低密度領域と前記高密度領域とは、前記入口管の位置する上流側から前記出口管の位置する下流側に向かう方向と交差する方向に並んで設けられている請求項１または請求項２に記載の蓄熱装置。
【請求項４】
前記低密度領域と前記高密度領域とは、前記入口管の位置する上流側から前記出口管の位置する下流側に向かって交互に設けられている請求項３に記載の蓄熱装置。
【請求項５】
前記蓄熱体は、内部に固相と液相との間で相変化を起こして蓄熱する潜熱蓄熱体が蓄熱ケースに充填された蓄熱カプセル（３０、５３０）であって、
前記蓄熱カプセルの移動を制限する保持部材（２１、６２１、１１２１ａ、１１２１ｂ）を備えている請求項１から請求項４のいずれかに記載の蓄熱装置。
【請求項６】
前記保持部材は、格子状のメッシュを有し、前記メッシュの格子間隔は、前記蓄熱カプセルの外径よりも小さい請求項５に記載の蓄熱装置。
【請求項７】
前記保持部材は、前記蓄熱カプセルを接着して固定している請求項５に記載の蓄熱装置。
【請求項８】
前記蓄熱体は、内側に蓄熱材を有する紐状の部材がシート状に形成されているシート状蓄熱体（３３０）であって、
前記低密度領域は、前記シート状蓄熱体において、空隙率が前記シート状蓄熱体の全体における平均空隙率よりも大きい高空隙率領域（４４３）である請求項１から請求項７のいずれかに記載の蓄熱装置。
【請求項９】
前記蓄熱体は、固相と液相との間で相変化を起こして蓄熱する潜熱蓄熱体であって、
前記蓄熱体は、第１蓄熱体（３０）と前記第１蓄熱体よりも相変化温度の高い第２蓄熱体（５３０）とを備えている請求項１から請求項８のいずれかに記載の蓄熱装置。
【請求項１０】
前記蓄熱容器の内部には、上流に比べて下流に前記第２蓄熱体が多く配されている請求項９に記載の蓄熱装置。
【請求項１１】
前記蓄熱容器は、内部に前記高密度領域を有する内部容器（６１１ａ）と、前記内部容器を収納して内部に前記高密度領域を有さない外部容器（６１１ｂ）とを備える二重構造であって、
前記入口管は、前記内部容器と接続する内部入口管（６５２ａ）と前記外部容器と接続する外部入口管（６５２ｂ）とを有し、
前記外部入口管を開閉する弁体（６８５）とを備え、
前記弁体の開状態においては、前記熱交換媒体が前記外部容器の内部を流れ、前記弁体の閉状態においては、前記熱交換媒体が前記内部容器の内部を流れる請求項１から請求項４のいずれかに記載の蓄熱装置。
【請求項１２】
前記弁体は、前記内部容器内の内部圧力によって開閉が制御される請求項１１に記載の蓄熱装置。
【請求項１３】
前記内部容器は、前記内部容器の内部と前記外部容器の内部とを連通する連通孔（７４２）を備えている請求項１１または請求項１２に記載の蓄熱装置。
【請求項１４】
前記内部容器は、前記外部容器よりも熱伝導しやすい容器である請求項１１から請求項１３のいずれかに記載の蓄熱装置。
【請求項１５】
前記蓄熱体は、内部に固相と液相との間で相変化を起こして蓄熱する潜熱蓄熱体が蓄熱ケースに充填された蓄熱カプセルであって、
前記入口管の内側に位置して前記蓄熱容器の内部に延出して設けられて前記熱交換媒体が流れる流路を形成している内部管（１０５５）と、
前記入口管を通って前記蓄熱容器の内部に前記熱交換媒体を吹き出す第１入口部（１０５６）と、
前記内部管を通って前記蓄熱容器の内部に前記熱交換媒体を吹き出す第２入口部（１０５８）とを備え、
前記第１入口部と前記第２入口部とは、互いに異なる方向に前記熱交換媒体を吹き出して前記蓄熱カプセルと前記熱交換媒体とを熱交換させる請求項２に記載の蓄熱装置。
【請求項１６】
前記内部管の開口面積は、前記入口管の開口面積の半分よりも大きい面積である請求項１５に記載の蓄熱装置。
【請求項１７】
前記内部管の外周から前記入口管の内周までの距離は、前記蓄熱カプセルの外径よりも大きい請求項１５または請求項１６に記載の蓄熱装置。
【請求項１８】
前記高密度領域を経由せずに前記入口管から前記出口管に向かう流路であるバイパス流路（８８１）と、
前記バイパス流路の設けられて、前記蓄熱容器の内部圧力に応じて前記バイパス流路を開閉する弁体（８８５）とを備え、
前記弁体の開状態においては、前記熱交換媒体が前記バイパス流路を流れ、前記弁体の閉状態においては、前記熱交換媒体が前記高密度領域を経由するように流れる請求項１から請求項４のいずれかに記載の蓄熱装置。
【請求項１９】
前記高密度領域を経由せずに前記入口管から前記出口管に向かう流路であるバイパス流路（１１８１）と、
前記バイパス流路の設けられて、前記熱交換媒体の温度に応じて前記バイパス流路を開閉するバルブ（１１９５）とを備え、
前記バルブの開状態においては、前記熱交換媒体が前記バイパス流路を流れ、前記バルブの閉状態においては、前記熱交換媒体が前記高密度領域を経由するように流れる請求項１から請求項４のいずれかに記載の蓄熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この明細書における開示は蓄熱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、ダクト内に複数の蓄熱板を層状に備えた蓄熱装置を開示する。蓄熱装置は、空調空気などの熱交換媒体と蓄熱板とで熱交換を行う。蓄熱装置は、熱交換効率を高く維持しつつ熱交換媒体の流通時の圧力損失を小さくすることが求められる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−１８３０８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来技術の構成では、蓄熱板を層状に備えているため圧力損失は小さいが、蓄熱材の表面積を大きく確保することが困難であり、熱交換媒体と蓄熱板との熱交換効率が低い。したがって、高い熱出力の蓄熱装置を得るには装置を大型にする必要があった。一方、蓄熱板とが接触する表面積を大きくすると上述の観点において、または言及されていない他の観点において、蓄熱装置にはさらなる改良が求められている。
【０００５】
開示される１つの目的は、圧力損失を抑制しつつ蓄熱材の表面積を大きく確保することで、小型で熱交換効率の高い蓄熱装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
ここに開示された蓄熱装置は、熱交換媒体との熱交換により蓄熱および放熱する蓄熱体（３０、３３０、５３０）と、内部に蓄熱体を収納して、蓄熱体と熱交換媒体とを熱交換させる蓄熱容器（１１、６１１、１０１１）と、蓄熱容器の内部に熱交換媒体を流入させる入口管（５２、６５２）と、蓄熱容器の内部から熱交換媒体を流出させる出口管（６２、６６２）と、蓄熱体の密度が蓄熱容器全体における密度よりも小さい低密度領域（５３、６３、２４３、３６３、４４３、６６３、１０６３、１１６３）と、蓄熱体の密度が蓄熱容器の全体における平均密度よりも大きい高密度領域（７３、２７３、３７３、４７３、６５３）とを備え、低密度領域は、入口管または出口管に対向した領域に設けられている。
【０００７】
開示された蓄熱装置によると、入口管または出口管に対向して設けられた低密度領域において、スムーズに熱交換媒体を流すことができる。すなわち、蓄熱容器への熱交換媒体の流入や蓄熱容器からの熱交換媒体の流出をスムーズにすることができる。このため、熱交換媒体の流入や流出で発生する大きな圧力損失によって、蓄熱装置の内部を流れる熱交換媒体の流量が大きく低下してしまうことを抑制できる。言い換えると、蓄熱装置の内部を流れる熱交換媒体の流量を多く確保しやすい。したがって、蓄熱装置の内部に蓄熱体を高密度に配置して蓄熱装置を小型化した場合であっても、蓄熱装置全体での熱交換媒体の流量を多く確保して、蓄熱体と熱交換媒体と効率的に熱交換させることで熱交換効率を高めることができる。
【０００８】
この明細書における開示された複数の態様は、それぞれの目的を達成するために、互いに異なる技術的手段を採用する。請求の範囲およびこの項に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態の部分との対応関係を例示的に示すものであって、技術的範囲を限定することを意図するものではない。この明細書に開示される目的、特徴、および効果は、後続の詳細な説明、および添付の図面を参照することによってより明確になる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】内部にメッシュを備えた状態の蓄熱容器を示す構成図である。
【図２】蓄熱装置の内部構成を示す断面図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線における断面を示す断面図である。
【図４】第２実施形態の蓄熱装置の内部構成を示す断面図である。
【図５】図４のＶ−Ｖ線における断面を示す断面図である。
【図６】第３実施形態の蓄熱装置の内部構成を示す断面図である。
【図７】図６のＶＩＩ−ＶＩＩ線における断面を示す断面図である。
【図８】第４実施形態の蓄熱装置の内部構成を示す断面図である。
【図９】第５実施形態の蓄熱装置の内部構成を示す断面図である。
【図１０】第６実施形態の蓄熱装置の内部構成を示す断面図である。
【図１１】第７実施形態の蓄熱装置の内部構成を示す断面図である。
【図１２】第８実施形態の蓄熱装置の内部構成を示す断面図である。
【図１３】第９実施形態の蓄熱装置の内部構成を示す断面図である。
【図１４】第１０実施形態の蓄熱装置の内部構成を示す断面図である。
【図１５】第１１実施形態の蓄熱装置の内部構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図面を参照しながら、複数の実施形態を説明する。複数の実施形態において、機能的におよび／または構造的に対応する部分および／または関連付けられる部分には同一の参照符号、または百以上の位が異なる参照符号が付される場合がある。対応する部分および／または関連付けられる部分については、他の実施形態の説明を参照することができる。
【００１１】
第１実施形態
蓄熱装置１は、内部に蓄熱材を備え蓄熱材と内部に流す熱交換媒体とを熱交換させる装置である。熱交換媒体としては、エンジン冷却水（ＬＬＣ）や水や尿素などがあげられる。蓄熱材に比べて熱交換媒体の温度が高い場合には、熱交換媒体から熱を吸収して蓄熱する。蓄熱材に比べて熱交換媒体の温度が低い場合には、熱交換媒体に熱を与えて放熱する。蓄熱装置１は、例えば車両に搭載されて、エンジンなどの発熱部品で発生した排熱を蓄熱する。蓄熱装置１は、蓄えた熱を暖房や暖機などの目的で必要な時に放熱して熱を効率的に利用可能にする装置である。
【００１２】
図１において、蓄熱装置１は、蓄熱容器１１を備えている。蓄熱容器１１は、円筒状の円筒面４１を備えている。蓄熱容器１１は、円筒面４１の両端にそれぞれ入口面５１と出口面６１とを有している。入口面５１と出口面６１とは、円盤状である。蓄熱容器１１において、入口面５１と出口面６１とは対向している。言い換えると、蓄熱容器１１は、円筒面４１と入口面５１と出口面６１とで構成される有底の筒状容器である。
【００１３】
円筒面４１と入口面５１と出口面６１との外周面は、断熱性の高いグラスウールなどの断熱材で覆われている。ただし、円筒面４１と入口面５１と出口面６１とを断熱性能の高い材料で構成して蓄熱容器１１に断熱性を持たせてもよい。あるいは、円筒面４１と入口面５１と出口面６１との内部を真空状態にした真空断熱構造で構成して蓄熱容器１１に断熱性を持たせてもよい。言い換えると、蓄熱容器１１は、蓄熱容器１１の内部と蓄熱容器１１の外部である空気との熱のやり取りを制限した断熱容器である。
【００１４】
入口面５１には、入口管５２が設けられている。入口管５２は、蓄熱容器１１の外側に突出している円筒形状である。入口管５２は、入口面５１の略中央に設けられている。出口面６１には、出口管６２が設けられている。出口管６２は、蓄熱容器１１の外側に突出している円筒形状である。出口管６２は、出口面６１の中央と外縁との間に設けられている。
【００１５】
蓄熱容器１１は、内部にシート状のメッシュ２１を備えている。メッシュ２１は、円筒形の蓄熱容器１１の内径と略同じ大きさの円形である。メッシュ２１は、複数枚積層されて全体として円柱状を構成している。メッシュ２１同士の間には、蓄熱カプセル３０が配置されることとなる。複数枚のメッシュ２１に代えて、連続するシート状のメッシュを折り返して積層するように円柱状を構成してもよい。あるいは、連続するシート状のメッシュを、渦状に巻いて円柱状を構成してもよい。連続するシート状のメッシュを使用する場合、あらかじめ蓄熱カプセル３０を接着剤などで貼り付けた状態のメッシュを使用することで、蓄熱カプセル３０の分布を容易に調整可能である。
【００１６】
図２において、蓄熱容器１１の内部には、メッシュ２１と蓄熱カプセル３０とが配置されている。網目状のメッシュ２１は、入口面５１および出口面６１に平行に複数配置されている。隣接するメッシュ２１の間には、蓄熱カプセル３０が配置されている。蓄熱カプセル３０は、メッシュ２１の網目状の格子構造の内部にはまり込んで固定されている。言い換えると、蓄熱カプセル３０は、メッシュ２１によって蓄熱容器１１内部での自由な移動が制限された状態である。メッシュ２１は、請求項の保持部材に相当する。
【００１７】
蓄熱容器１１の内部であって入口管５２に対向した領域は、入口領域５３である。入口領域５３は、入口管５２の中心からの距離が略等しい距離に形成されている。言い換えると、入口領域５３は、蓄熱容器１１の内部に熱交換媒体が流入する際の入口近傍の領域である。入口領域５３は、入口管５２を覆っている。入口領域５３は、入口面５１から出口面６１に向かって徐々に断面積が小さくなる円錐形状である。入口領域５３において最も出口面６１に近い端部は、入口管５２の中心軸上に位置している。
【００１８】
入口領域５３においては、蓄熱カプセル３０が部分的に間引かれている。言い換えると、入口領域５３の内部に存在する蓄熱カプセル３０の体積を入口領域５３における体積で割った充填率は、平均充填率よりも小さい。ここで、平均充填率とは、入口領域５３を含む蓄熱容器１１の内部全体に存在する蓄熱カプセル３０の体積を蓄熱容器１１の内部全体の体積で割った充填率のことである。言い換えると、入口領域５３は、蓄熱カプセル３０の密度が蓄熱容器１１の内部全体における密度よりも小さい低密度領域である。
【００１９】
入口領域５３において、蓄熱カプセル３０同士は隣接しておらず、メッシュ２１の格子における蓄熱カプセル３０の１つ分の距離をあけて蓄熱カプセル３０が配置されている。言い換えると、入口領域５３において、蓄熱カプセル３０が配置されている部分と蓄熱カプセル３０が配置されていない部分とが交互に並んでいる。すなわち、入口領域５３において、蓄熱カプセル３０同士の間には、蓄熱カプセル３０の１つ分よりも大きな隙間が形成されている。
【００２０】
蓄熱容器１１の内部であって出口管６２に対向した領域は、出口領域６３である。出口領域６３は、出口管６２の中心からの距離が略等しい距離に形成されている。言い換えると、出口領域６３は、蓄熱容器１１の内部から熱交換媒体が流出する際の出口近傍の領域である。出口領域６３は、出口管６２を覆っている。出口領域６３は、出口面６１から入口面５１に向かって徐々に断面積が小さくなる円錐形状である。出口領域６３において最も入口面５１に近い端部は、出口管６２の中心軸上に位置している。
【００２１】
出口領域６３においては、蓄熱カプセル３０が部分的に間引かれている。言い換えると、出口領域６３の内部に存在する蓄熱カプセル３０の体積を出口領域６３における体積で割った充填率は、蓄熱容器１１の全体の充填率である平均充填率よりも小さい。言い換えると、出口領域６３は、蓄熱カプセル３０の密度が蓄熱容器１１の内部全体における平均密度よりも小さい低密度領域である。
【００２２】
出口領域６３において、蓄熱カプセル３０同士は隣接しておらず、メッシュ２１の格子における蓄熱カプセル３０の１つ分の距離をあけて蓄熱カプセル３０が配置されている。言い換えると、出口領域６３において、蓄熱カプセル３０が配置されている部分と蓄熱カプセル３０が配置されていない部分とが交互に並んでいる。すなわち、出口領域６３において、蓄熱カプセル３０同士の間には、蓄熱カプセル３０の１つ分よりも大きな隙間が形成されている。
【００２３】
入口領域５３と出口領域６３とのどちらにも属さない領域において、蓄熱カプセル３０は、入口面５１と出口面６１との間で互いに隣接して密に配置されている。隣接する蓄熱カプセル３０の間には、蓄熱カプセル３０の１つ分よりも小さな隙間が形成されている。すなわち、入口領域５３と出口領域６３とのどちらにも属さない領域の内部に存在する蓄熱カプセル３０の体積を入口領域５３と出口領域６３とのどちらにも属さない領域の体積で割った充填率は、平均充填率よりも大きい。すなわち、入口領域５３と出口領域６３とのどちらにも属さない領域は、蓄熱カプセル３０の密度が蓄熱容器１１の内部全体における平均密度よりも大きい高密度領域７３である。
【００２４】
図３において、出口管６２の周辺である出口領域６３では、蓄熱カプセル３０が間引かれている。言い換えると、出口領域６３において、蓄熱カプセル３０は疎に配置されている。一方、出口領域６３ではない領域において、蓄熱カプセル３０は規則的に密に配置されている。蓄熱容器１１の内部全体において、出口領域６３は、最も単位体積当たりの蓄熱カプセル３０の数が少ない領域である。言い換えると、出口領域６３は、最も低密度な領域である。
【００２５】
網目状のメッシュ２１の格子間隔Ｌｍは、蓄熱カプセル３０の外径Ｌｃよりも小さい。すなわち、蓄熱カプセル３０は、メッシュ２１を通り抜けることができない。メッシュ２１の格子間隔Ｌｍは、縦方向と横方向とで等しい。すなわち、メッシュ２１は、繊維同士の間に設けた隙間が正方形状をなしている。ただし、メッシュ２１は、蓄熱カプセル３０の移動を制限できればよく、繊維同士の隙間が正方形状をなさなくてもよい。
【００２６】
蓄熱カプセル３０は、蓄熱ケース内部に蓄熱材が収容されて形成されている。蓄熱ケースは、内部が中空の球体形状の容器である。蓄熱ケースは、樹脂製である。蓄熱カプセル３０は、直径が２〜３ｍｍ程度のミリオーダーサイズである。蓄熱ケースは、内部に蓄熱材が収容された状態で密閉されている。言い換えると、蓄熱材が蓄熱ケースの外部に漏れだすことが無い状態である。蓄熱カプセル３０は、請求項の蓄熱体に相当する。
【００２７】
蓄熱ケースに収容される蓄熱材としては、体積変化が小さい固相と液相との相の変化で蓄熱を行う潜熱蓄熱体が好ましい。具体的な蓄熱材の例としては、パラフィンワックスがあげられる。固相と液相との相変化で蓄熱する蓄熱材を利用することで、蓄熱装置１としてのサイズが小型であっても、多くの熱を蓄積可能である。ただし、潜熱蓄熱体としてはラウリン酸などの脂肪酸化合物や、キシリトールなどの糖類を主成分とするものも使用可能である。また、使用可能な蓄熱材料としては潜熱蓄熱体に限られない。例えば、顕熱蓄熱材として水を利用するなどしてもよい。
【００２８】
図２を用いて、蓄熱装置１の内部における熱交換媒体の流れについて説明する。入口領域５３は、高密度領域７３に比べて蓄熱カプセル３０の密度が小さい。すなわち、入口領域５３は、高密度領域７３に比べて流れを阻害して圧力損失を高める抵抗となる部材が少ない。このため、入口管５２から蓄熱容器１１の内部に流入した熱交換媒体は、高密度領域７３に流入するよりも入口領域５３の内部を広がりやすい。低密度領域である入口領域５３の内部を広がる過程で熱交換媒体と蓄熱カプセル３０とが接触して熱交換を行う。
【００２９】
入口領域５３の内部に広がった熱交換媒体は、入口領域５３と高密度領域７３との境界から高密度領域７３へと流れ込む。この熱交換媒体の流入過程において、低密度領域である入口領域５３を経由することで、入口管５２から高密度領域７３に直接流れ込む場合に比べて圧力損失を低減することができる。すなわち、入口管５２が低密度領域である入口領域５３に接続されているため、入口管５２から蓄熱容器１１の内部に熱交換媒体が流入しやすい。さらに、入口管５２の開口面積に比べて、入口領域５３と高密度領域７３との境界面の面積が大きい。このため、入口領域５３から蓄熱容器１１の内部に熱交換媒体がスムーズに広がりやすい。
【００３０】
高密度領域７３の内部に流入した熱交換媒体は、蓄熱カプセル３０と接触して熱交換しながら入口管５２から離れて出口管６２に近づく方向に移動する。高密度領域７３においては、低密度領域である入口領域５３や出口領域６３に比べて多くの蓄熱カプセル３０と熱交換するため、熱交換効率が高い。
【００３１】
高密度領域７３を通過した熱交換媒体は、高密度領域７３と出口領域６３との境界面から出口領域６３へと流れ込む。出口領域６３は、高密度領域７３に比べて流れを阻害して圧力損失を高める抵抗となる部材が少ない。このため、高密度領域７３を流れる熱交換媒体は、出口領域６３との境界面に達した時点で、高密度領域７３を流れるよりも出口領域６３に流入して出口領域６３の内部を広がりやすい。低密度領域である出口領域６３の内部を広がる過程で熱交換媒体と蓄熱カプセル３０とが熱交換を行う。
【００３２】
出口領域６３において、熱交換媒体は出口領域６３から出口管６２へと流れ込んで蓄熱容器１１の内部から外部へと熱交換媒体が流出する。この熱交換媒体の流出過程において、低密度領域である出口領域６３を経由することで、高密度領域７３から出口管６２に直接流れ込む場合に比べて圧力損失を低減することができる。すなわち、出口管６２の開口面積に比べて、出口領域６３と高密度領域７３との境界面の面積が大きい。このため、蓄熱容器１１の内部から出口領域６３に熱交換媒体がスムーズに集まりやすい。さらに、出口管６２が低密度領域である出口領域６３に接続されているため、蓄熱容器１１の内部から出口管６２に熱交換媒体が流入しやすい。
【００３３】
さらに、出口領域６３において、蓄熱カプセル３０がメッシュ２１によって保持されている。このため、蓄熱カプセル３０が出口領域６３に凝集して部分的に密度が高まることがない。すなわち、出口領域６３における圧力損失が異常に高まることを防止して、熱交換媒体がスムーズに流れることを維持している。
【００３４】
上述した実施形態によると、入口管５２に対向した入口領域５３が低密度領域である。このため、蓄熱容器１１の内部への熱交換媒体の流入において、入口領域５３が低密度領域でない場合に比べて圧力損失を低減することができる。言い換えると、入口領域５３が低密度領域でない場合に比べて、スムーズに熱交換媒体を蓄熱容器１１の内部に流入させることができる。したがって、蓄熱装置１での熱交換をスムーズにして熱交換効率を高めることができる。言い換えると、入口領域５３が低密度領域でない場合に比べて熱交換媒体の流量を多く確保することができる。
【００３５】
出口管６２に対向した出口領域６３が低密度領域である。このため、蓄熱容器１１の内部からの熱交換媒体の流出において、出口領域６３が低密度領域でない場合に比べて圧力損失を低減することができる。言い換えると、出口領域６３が低密度領域でない場合に比べて、スムーズに熱交換媒体を蓄熱容器１１の外部に流出させることができる。したがって、蓄熱装置１での熱交換をスムーズにして熱交換効率を向上させることができる。言い換えると、出口領域６３が低密度領域でない場合に比べて熱交換媒体の流量を多く確保することができる。
【００３６】
入口領域５３と出口領域６３以外の領域を高密度領域７３としている。このため、限られた空間に多くの蓄熱カプセル３０を効率的に配置することができる。したがって、蓄熱装置１を小型化できる。あるいは、入口領域５３と出口領域６３以外にも低密度領域を設けた場合に比べて、同じ蓄熱容器１１の大きさであっても、多くの熱を蓄熱することができる。
【００３７】
蓄熱体として球体の蓄熱カプセル３０を用いている。このため、蓄熱体としての表面積を板状の蓄熱体などに比べて大きく確保することができる。したがって、熱交換媒体と蓄熱カプセル３０との熱交換効率を高めることができる。さらに、蓄熱カプセル３０の内部に液体の蓄熱材を使用しても、蓄熱材が蓄熱カプセル３０の外に漏れ出すことが無いため、より多くの種類の蓄熱材から用途に応じた最適な蓄熱材を選択して使用しやすい。
【００３８】
蓄熱材として固相と液相との状態変化を起こす潜熱蓄熱体を用いている。このため、顕熱蓄熱材に比べてより多くの熱を蓄熱することができる。したがって、顕熱蓄熱材を使う場合に比べて蓄熱装置１を小型で高い熱交換効率の装置とすることができる。
【００３９】
蓄熱カプセル３０を格子状のメッシュ２１で保持している。このため、蓄熱カプセル３０を所定間隔に並べた状態を維持して、熱交換媒体と蓄熱カプセル３０とを熱交換させることができる。このため、出口管６２の近傍で蓄熱カプセル３０が凝集することで、圧力損失が非常に大きくなり、熱交換媒体の循環が滞ってしまうことを防止できる。あるいは、高密度領域７３において、蓄熱カプセル３０の位置が偏ってしまい、部分的に低密度領域が形成されることによる熱交換効率の低下を抑制できる。
【００４０】
メッシュ２１の格子間隔Ｌｍが蓄熱カプセル３０の外径Ｌｃよりも小さい。このため、メッシュ２１によって蓄熱カプセル３０を所望の位置に容易に保持することができる。したがって、蓄熱容器１１の内部に低密度領域と高密度領域７３のように蓄熱カプセル３０の密度分布を調整しやすい。
【００４１】
メッシュ２１は、接着剤によって蓄熱カプセル３０を接着して固定してもよい。この場合、接着固定しない場合に比べて、蓄熱カプセル３０をより確実に所望の位置に配置することができる。さらに、あらかじめ蓄熱カプセル３０を接着しておいたメッシュ２１を蓄熱容器１１の内部に配置すればよいので、蓄熱装置１の製造が容易である。ただし、入口領域５３や出口領域６３に該当する部分のみを接着剤であらかじめ固定しておくなどして、接着されている部分と接着されていない部分との両方を設けてもよい。
【００４２】
第２実施形態
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。この実施形態では、低密度領域２４３と高密度領域２７３とが熱交換媒体の流れ方向に対して平行な方向に交互に形成されているとともに、流れ方向と交差する方向にも交互に形成されている。
【００４３】
図４において、蓄熱容器１１の内部には、低密度領域２４３が形成されている。低密度領域２４３においては、蓄熱カプセル３０が部分的に間引かれている。言い換えると、低密度領域２４３の内部に存在する蓄熱カプセル３０の体積を低密度領域２４３における体積で割った充填率は、平均充填率よりも小さい。言い換えると、低密度領域２４３は、蓄熱カプセル３０の密度が蓄熱容器１１の内部全体における平均密度よりも小さい領域である。
【００４４】
低密度領域２４３において、蓄熱カプセル３０同士は隣接しておらず、メッシュ２１の格子における蓄熱カプセル３０の１つ分の距離をあけて蓄熱カプセル３０が配置されている。言い換えると、低密度領域２４３において、蓄熱カプセル３０が配置されている部分と蓄熱カプセル３０が配置されていない部分とが交互に並んでいる。すなわち、低密度領域２４３において、蓄熱カプセル３０同士の間には、蓄熱カプセル３０の１つ分よりも大きな隙間が形成されている。
【００４５】
低密度領域２４３としては、入口管５２から近い順に第１低密度領域２４３ａ、第２低密度領域２４３ｂ、第３低密度領域２４３ｃが設けられている。第２低密度領域２４３ｂは、第１低密度領域２４３ａから斜め方向にずれた位置に設けられている。第３低密度領域２４３ｃは、第１低密度領域２４３ａから出口面６１に向かう向きに平行移動した位置に設けられている。第１低密度領域２４３ａから第２低密度領域２４３ｂまでの距離Ｌｄは、第１低密度領域２４３ａから第３低密度領域２４３ｃまでの距離Ｌｖよりも小さい。すなわち、第１低密度領域２４３ａから最も近くに位置する別の低密度領域２４３は、第２低密度領域２４３ｂである。
【００４６】
蓄熱容器１１の内部には、高密度領域２７３が形成されている。高密度領域２７３においては、蓄熱カプセル３０が互いに隣接して密に配置されている。すなわち、高密度領域２７３の内部に存在する蓄熱カプセル３０の体積を高密度領域２７３の体積で割った充填率は、平均充填率よりも大きい。すなわち、高密度領域２７３は、蓄熱カプセル３０の密度が蓄熱容器１１の内部全体における平均密度よりも大きい領域である。高密度領域２７３において、隣接する蓄熱カプセル３０の間には、蓄熱カプセル３０の１つ分よりも小さな大きさの隙間が形成されている。
【００４７】
低密度領域２４３と高密度領域２７３とは、熱交換媒体の流れ方向に対して平行な方向に交互に形成されている。すなわち、入口管５２の位置する上流側から出口管６２の位置する下流側に向かって低密度領域２４３と高密度領域２７３との両方の領域が交互に繰り返して形成されている。言い換えると、入口管５２の位置する上流側から出口管６２の位置する下流側に向かう方向に蓄熱カプセル３０の分布が変更されている。
【００４８】
低密度領域２４３と高密度領域２７３とは、入口管５２の位置する上流側から出口管６２の位置する下流側に向かう熱交換媒体の流れ方向に対して交差する方向に交互に形成されている。すなわち、円筒面４１から対向する円筒面４１までの間に低密度領域２４３と高密度領域２７３との両方の領域が形成されている。言い換えると、熱交換媒体の流れ方向に対して交差する方向に蓄熱カプセル３０の分布が変更されている。
【００４９】
円筒状の蓄熱容器１１において、長手方向の中心軸部分は常に高密度領域２７３である。言い換えると、高密度領域２７３は、蓄熱容器１１の中心部分によって高密度領域２７３同士が接続されて一体の領域をなしている。一方、低密度領域２４３は、周りを蓄熱容器１１の内壁または高密度領域２７３によって囲まれている。すなわち、低密度領域２４３は、複数の領域に分断された状態で、低密度領域２４３同士が互いに接触することなく配置されている。
【００５０】
図５において、蓄熱容器１１の内部は、低密度領域２４３と高密度領域２７３との２つの領域に分けられている。低密度領域２４３と高密度領域２７３とは、２つの領域ともに半円形の領域である。紙面に向かって右側の領域が低密度領域２４３である。低密度領域２４３は、蓄熱容器１１の中心部分の領域を含んでいないため、円筒面４１の長手方向の開口面積の半分よりも少し小さな面積である。一方、紙面に向かって左側の領域が高密度領域２７３である。高密度領域２７３は、蓄熱容器１１の真ん中の領域を含んでいるため、円筒面４１の長手方向の開口面積の半分を少し超える領域である。
【００５１】
図４を用いて、蓄熱装置１の内部における熱交換媒体の流れについて説明する。低密度領域２４３は、高密度領域２７３に比べて蓄熱カプセル３０の密度が小さい。このため、入口管５２から蓄熱容器１１の内部に流入した熱交換媒体は、高密度領域２７３に流入するよりも低密度領域２４３の内部を広がりやすい。低密度領域２４３の内部を広がる過程で熱交換媒体と蓄熱カプセル３０とが熱交換を行う。
【００５２】
第１低密度領域２４３ａの内部に広がった熱交換媒体は、第１低密度領域２４３ａと高密度領域２７３との境界から高密度領域２７３へと流れ込む。特に、第１低密度領域２４３ａから最も近い位置に設けられている第２低密度領域２４３ｂに向かって、矢印Ａ１方向に示すような斜め方向に熱交換媒体が移動しやすい。すなわち、第１低密度領域２４３ａと第２低密度領域２４３ｂとの対向する角部の間で熱交換媒体が移動しやすい。ただし、矢印Ａ１方向に流れが集中すると局所的に圧力損失が大きくなるため、流れが分散して矢印Ａ１方向以外の流れも発生しやすくなる。
【００５３】
矢印Ａ１方向以外の流れとしては、第１低密度領域２４３ａから第３低密度領域２４３ｃに向かう矢印Ａ２方向に示すような流れが発生しやすい。第１低密度領域２４３ａから第３低密度領域２４３ｃへの移動は、高密度領域２７３を挟んで第１低密度領域２４３ａと第３低密度領域２４３ｃとが対向する面の間で発生する。この時、対向する面同士は平行な面であるため、対抗する面のうち角部などの特定の箇所に集中して流れが発生するのではなく、複数箇所で流れが発生しやすい。
【００５４】
高密度領域２７３の内部に流入した熱交換媒体は、蓄熱カプセル３０と熱交換しながら隣接する低密度領域２４３に近づく方向に移動する。高密度領域２７３においては、低密度領域２４３に比べて多くの蓄熱カプセル３０と熱交換するため、熱交換効率が高い。
【００５５】
高密度領域２７３を通過した熱交換媒体は、高密度領域２７３と低密度領域２４３との境界面から低密度領域２４３へと流れ込む。低密度領域２４３に流れ込んだ熱交換媒体は、低密度領域２４３の内部を広がりやすい。その後、再び別の低密度領域２４３に向かって高密度領域２７３を経由しながら移動を繰り返して出口領域６３に近づき、出口領域６３に達した熱交換媒体は、出口管６２から蓄熱容器１１の外部に流出する。
【００５６】
上述した実施形態によると、低密度領域２４３と高密度領域２７３とは、入口管５２の位置する上流側から出口管６２の位置する下流側に向かう熱交換媒体の流れ方向に対して平行な方向に交互に形成されている。このため、入口管５２から出口管６２に至るまでの間に複数の低密度領域２４３を通過することとなる。したがって、熱交換媒体は、複数の低密度領域２４３の内部に広がりやすく、低密度領域２４３から高密度領域２７３への移動が境界面の広い範囲で行われやすい。よって、蓄熱容器１１の内部に熱交換媒体を行き渡らせやすい。
【００５７】
低密度領域２４３と高密度領域２７３とは、入口管５２の位置する上流側から出口管６２の位置する下流側に向かう熱交換媒体の流れ方向に対して交差する方向に交互に形成されている。このため、熱交換媒体の流れ方向に対して交差する方向に蓄熱カプセル３０の分布密度が一定である場合に比べて、低密度領域２４３と高密度領域２７３との境界面の面積を大きく確保することができる。したがって、低密度領域２４３から高密度領域２７３への移動が境界面の広い範囲で行われやすい。よって、蓄熱容器１１の内部に熱交換媒体を行き渡らせやすい。
【００５８】
低密度領域２４３と高密度領域２７３とは、入口管５２の位置する上流側から出口管６２の位置する下流側に向かう熱交換媒体の流れ方向に対して平行な方向と交差する方向のそれぞれに互い違いに形成されている。このため、高密度領域２７３を経由しながら入口管５２から出口管６２までの間をジグザグに熱交換媒体が流れやすい。言い換えると、入口管５２から出口管６２までの間を最短距離で移動する直線的な経路とは異なる経路で熱交換媒体が流れやすい。したがって、蓄熱容器１１の内部の広い範囲に熱交換媒体が広がりやすい。言い換えると、熱交換媒体と熱交換しない蓄熱カプセル３０の数を低減することができる。よって、蓄熱装置１の熱交換効率を向上させることができる。
【００５９】
第３実施形態
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。この実施形態では、蓄熱体が蓄熱カプセル３０ではなく、紐状の蓄熱体をシート状に形成したシート状蓄熱体３３０である。
【００６０】
図６において、蓄熱容器１１の内部には、メッシュ２１とシート状蓄熱体３３０とが配置されている。シート状蓄熱体３３０は、紐状の蓄熱体が複雑に絡み合った不織布である。ここで、紐状の蓄熱体は、繊維状の蓄熱材の周囲を樹脂等でコーティングして構成されている。言い換えると、紐状の蓄熱体は、円筒状の樹脂による外壁の内部に蓄熱材が充填されて全体として紐状をなしている構造である。シート状蓄熱体３３０は、紐状の蓄熱体による不織布を複数枚積層して形成されている。シート状蓄熱体３３０は全体として、円筒状の蓄熱容器１１の内側構造に合わせた円柱形状である。
【００６１】
メッシュ２１は、入口面５１および出口面６１に平行に複数配置されている。平行に並んでいるメッシュ２１の間には、シート状蓄熱体３３０が配置されている。メッシュ２１は、シート状蓄熱体３３０を保持し、シート状蓄熱体３３０が蓄熱容器１１の内部で偏ってしまうことを防止している。
【００６２】
蓄熱容器１１の内部であって出口管６２に対向した領域は、出口領域３６３である。出口領域３６３は、出口管６２と中心軸を同じくした円柱状の領域である。言い換えると、出口領域３６３は、蓄熱容器１１の内部から熱交換媒体が流出する際の出口の近傍の領域である。
【００６３】
出口領域３６３においては、シート状蓄熱体３３０の目が粗く形成されている。言い換えると、出口領域３６３におけるシート状蓄熱体３３０が存在しない空隙の体積を出口領域３６３における体積で割った空隙率は、平均空隙率よりも大きい。すなわち、出口領域３６３は、高空隙率領域である。ここで、平均空隙率とは、出口領域３６３を含む蓄熱容器１１の内部全体においてシート状蓄熱体３３０が存在しない空隙の体積を蓄熱容器１１の内部全体の体積で割った空隙率のことである。言い換えると、出口領域３６３は、シート状蓄熱体３３０の密度が蓄熱容器１１の内部全体における平均密度よりも小さい低密度領域である。
【００６４】
出口領域３６３において、シート状蓄熱体３３０を構成する紐状の蓄熱体は、高密度領域３７３における紐状の蓄熱体よりも多くの隙間を有した状態で不織布を形成している。すなわち、同じ厚さの不織布を形成する際に、出口領域３６３のシート状蓄熱体３３０の方が使用する紐状の蓄熱体の長さを短くして隙間を多くしている。ただし、シート状蓄熱体３３０において、高密度領域３７３の空隙率よりも出口領域３６３の空隙率を大きくする方法として、不織布の積層枚数を減らすなどの方法を採用してもよい。あるいは、低密度領域の不織布に高密度領域３７３の不織布よりも太い紐状の蓄熱体を利用するなどして、目が粗く空隙率の大きい不織布を形成するようにしてもよい。
【００６５】
図７において、低密度領域である出口領域３６３と、高密度領域３７３とは同一平面上に並んで存在している。出口領域３６３は、出口管６２の中心軸を中心とした円形の領域である。高密度領域３７３は、円形の領域から出口領域３６３に相当する部分が切り欠かれた形状である。出口領域３６３の外径Ｄｔは、高密度領域３７３の外径Ｄｋの半分の大きさである。ただし、出口領域３６３の大きさは、少なくとも出口管６２と対向する領域を覆う大きさであればよく、高密度領域３７３の外径Ｄｋの半分の大きさよりも小さくてもよい。また、断面が四角形状や楕円形状であってもよい。
【００６６】
図６において、熱交換媒体は、高密度領域３７３と出口領域３６３との境界面から出口領域３６３へと流れ込む。低密度領域である出口領域３６３の内部を広がる過程で熱交換媒体と蓄熱カプセル３０とが熱交換を行う。出口領域３６３において、熱交換媒体は出口領域３６３から出口管６２へと流れ込んで蓄熱容器１１の内部から外部へと熱交換媒体が流出する。この熱交換媒体の流出過程において、低密度領域である出口領域３６３を経由することで、高密度領域３７３から出口管６２に直接流れ込む場合に比べて圧力損失を低減することができる。すなわち、出口管６２の開口面積に比べて、出口領域３６３と高密度領域３７３との境界面の面積が大きい。このため、蓄熱容器１１の内部から出口領域３６３に熱交換媒体がスムーズに集まりやすい。さらに、出口管６２が低密度領域である出口領域３６３に接続されているため、蓄熱容器１１の内部から出口管６２に熱交換媒体がスムーズに流入しやすい。
【００６７】
出口領域３６３の外径Ｄｔの大きさが大きいほど、出口管６２に熱交換媒体がスムーズに流入しやすい。すなわち、熱交換媒体の流れる過程での圧力損失を低減し、熱交換媒体の流量を多く確保しやすい。一方、出口領域３６３の外径Ｄｔの大きさが小さいほど、高密度領域３７３の割合が増えるため多くの熱を蓄熱することが可能である。
【００６８】
上述した実施形態によると、シート状蓄熱体３３０を用いて出口領域３６３を低密度領域である高空隙率領域としている。このため、シート状蓄熱体３３０の空隙率を細かく調整することで、圧力損失の大きさを細かく調整できる。したがって、蓄熱カプセル３０を間引くことで低密度領域を形成する場合に比べて、細かく熱交換媒体の流量を調整して適切な流量を確保しやすい。
【００６９】
第４実施形態
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。この実施形態では、低密度領域４４３と高密度領域４７３とが熱交換媒体の流れ方向に対して平行な方向に交互に形成されているとともに、流れ方向と交差する方向にも交互に形成されている。
【００７０】
図８において、蓄熱容器１１の内部には、低密度領域４４３が形成されている。低密度領域４４３においては、シート状蓄熱体３３０の空隙率は、平均空隙率よりも大きい。すなわち、低密度領域４４３は、高空隙率領域である。
【００７１】
低密度領域４４３としては、入口管５２から近い順に第１低密度領域４４３ａ、第２低密度領域４４３ｂ、第３低密度領域４４３ｃが設けられている。第２低密度領域４４３ｂは、第１低密度領域４４３ａから斜め方向にずれた位置に設けられている。第３低密度領域４４３ｃは、第１低密度領域４４３ａから出口面６１に向かう向きに平行移動した位置に設けられている。
【００７２】
蓄熱容器１１の内部には、高密度領域４７３が形成されている。高密度領域４７３においては、シート状蓄熱体３３０の空隙率は、平均空隙率よりも小さい。すなわち、高密度領域４７３は、低空隙率領域である。
【００７３】
低密度領域４４３と高密度領域４７３とは、熱交換媒体の流れ方向に対して平行な方向に交互に形成されている。すなわち、入口管５２から出口管６２に向かって低密度領域４４３と高密度領域４７３との両方の領域が交互に繰り返して形成されている。言い換えると、熱交換媒体の流れ方向に対して平行な方向にシート状蓄熱体３３０の疎密の分布が変更されている。
【００７４】
低密度領域４４３と高密度領域４７３とは、熱交換媒体の流れ方向に対して交差する方向に交互に形成されている。すなわち、円筒面４１から対向する円筒面４１までの間に低密度領域４４３と高密度領域４７３との両方の領域が形成されている。言い換えると、熱交換媒体の流れ方向に対して交差する方向にシート状蓄熱体３３０の疎密の分布が変更されている。
【００７５】
蓄熱装置１の内部における熱交換媒体の流れについて説明する。低密度領域４４３は、高密度領域４７３に比べて空隙率が大きい。このため、入口管５２から蓄熱容器１１の内部に流入した熱交換媒体は、高密度領域４７３に流入するよりも低密度領域４４３の内部を広がりやすい。低密度領域４４３の内部を広がる過程で熱交換媒体とシート状蓄熱体３３０とが熱交換を行う。
【００７６】
第１低密度領域４４３ａの内部に広がった熱交換媒体は、第１低密度領域４４３ａと高密度領域４７３との境界から高密度領域４７３へと流れ込む。特に、第１低密度領域４４３ａから近い位置に設けられている第２低密度領域４４３ｂに向かって、矢印Ｂ１方向に示すような斜め方向に熱交換媒体が移動しやすい。すなわち、第１低密度領域４４３ａと第２低密度領域４４３ｂとの対向する角部の間で熱交換媒体が移動しやすい。ただし、矢印Ｂ１方向に流れが集中すると局所的に圧力損失が大きくなるため、流れが分散して矢印Ｂ１方向以外の流れも発生しやすくなる。
【００７７】
矢印Ｂ１方向以外の流れとしては、第１低密度領域４４３ａから第３低密度領域４４３ｃに向かう矢印Ｂ２方向に示すような流れが発生しやすい。第１低密度領域４４３ａから第３低密度領域４４３ｃへの移動は、高密度領域４７３を挟んで第１低密度領域４４３ａと第３低密度領域４４３ｃとが対向する面の間で発生する。この時、対向する面同士は平行であるため、対抗する面のうち角部などの特定の箇所に集中して流れが発生するのではなく、複数箇所で流れが発生しやすい。
【００７８】
高密度領域４７３の内部に流入した熱交換媒体は、シート状蓄熱体３３０と熱交換しながら隣接する低密度領域４４３に近づく方向に移動する。高密度領域４７３においては、低密度領域４４３に比べて多くのシート状蓄熱体３３０と熱交換するため、熱交換効率が高い。
【００７９】
高密度領域４７３を通過した熱交換媒体は、高密度領域４７３と低密度領域４４３との境界面から低密度領域４４３へと流れ込む。低密度領域４４３に流れ込んだ熱交換媒体は、低密度領域４４３の内部を広がりやすい。その後、再び別の低密度領域４４３に向かって高密度領域４７３を経由しながら移動を繰り返して出口領域３６３に近づき、出口領域３６３に達した熱交換媒体は、出口管６２から蓄熱容器１１の外部に流出する。
【００８０】
上述した実施形態によると、シート状蓄熱体３３０を用いて低密度領域４４３と高密度領域４７３とを交互に形成している。このため、シート状蓄熱体３３０の空隙率を細かく調整することで、圧力損失の大きさを細かく調整できる。したがって、蓄熱カプセル３０を間引くことで低密度領域を形成する場合に比べて、熱交換媒体の流量を細かく調整して複数の経路に熱交換媒体の流れを分配しやすい。このため、蓄熱容器１１の内部の広い範囲に熱交換媒体を広げやすい。言い換えると、熱交換媒体と熱交換しないシート状蓄熱体３３０の数を低減することができる。したがって、蓄熱装置１の熱交換効率を高めることができる。
【００８１】
第５実施形態
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。この実施形態では、出口領域５６３に蓄熱カプセル３０よりも相変化温度の高い高温蓄熱カプセル５３０を配置している。
【００８２】
図９において、出口領域５６３には、蓄熱カプセル３０よりも固相と液相との間での相変化温度が高い蓄熱材を内部に充填した高温蓄熱カプセル５３０を配置している。
【００８３】
高温蓄熱カプセル５３０には、蓄熱カプセル３０に充填されている蓄熱材よりも相変化温度が高い蓄熱材が充填されている。具体的には、蓄熱カプセル３０に充填されている蓄熱材の固相と液相との相変化温度は４０℃であり、高温蓄熱カプセル５３０に充填されている蓄熱材の固相と液相との相変化温度は６０℃である。具体的な蓄熱材としては、蓄熱カプセル３０に充填したパラフィンワックスよりも炭素数の大きなパラフィンワックスを用いることができる。蓄熱カプセル３０は、請求項の第１蓄熱体に相当する。高温蓄熱カプセル５３０は、請求項の第２蓄熱体に相当する。
【００８４】
高温蓄熱カプセル５３０は、蓄熱カプセル３０よりもサイズが大きい。したがって、隣り合う高温蓄熱カプセル５３０同士の隙間は、隣り合う蓄熱カプセル３０同士の隙間よりも大きい。したがって、出口領域５６３における高温蓄熱カプセル５３０の充填率は、高温蓄熱カプセル５３０と蓄熱カプセル３０を備える蓄熱容器１１の全体の充填率である平均充填率よりも小さい。言い換えると、出口領域５６３は、低密度領域である。
【００８５】
熱交換媒体は、入口領域５３および高密度領域７３において蓄熱カプセル３０と熱交換を行うことで、蓄熱カプセル３０の相変化温度に近づくように温度が変化する。その後、熱交換媒体は、熱交換媒体の流れの下流である出口領域６３において高温蓄熱カプセル５３０と熱交換を行うことで、高温蓄熱カプセル５３０の相変化温度に近づくように温度が変化する。すなわち、熱交換媒体に放熱する場合において、蓄熱装置１の入口領域５３から出口領域６３までの全体を通して、熱交換媒体を段階的に加熱して熱交換媒体を目標の温度に近づけることができる。あるいは、熱交換媒体から吸熱する場合において、蓄熱装置１の入口領域５３から出口領域６３までの全体を通して、熱交換媒体を段階的に吸熱して蓄熱体３０、５３０を目標の温度や状態に近づけることができる。
【００８６】
上述した実施形態によると、固相と液相との間で状態変化を起こす相変化温度の低い蓄熱カプセル３０と相変化温度の高い高温蓄熱カプセル５３０とを備え、高温蓄熱カプセル５３０を蓄熱装置１における熱交換媒体の流れの下流に設けている。このため、上流に高温蓄熱カプセル５３０を備えた場合に比べて、より高い温度まで熱交換媒体の温度を上げやすい。言い換えると、高い熱出力が得られやすい。
【００８７】
蓄熱容器１１の内部を上流側と下流側との２つの領域に分けて、上流側に配した蓄熱体よりも下流側に配した蓄熱体の方が、固相と液相との間での相変化温度が高くなるように構成してもよい。あるいは、３つ以上の領域に分けて上流側から下流側に向かって徐々に相変化温度が高くなるように構成してもよい。これによると、蓄熱容器１１の内部全体で段階的に熱交換することができ、高い熱出力が得られやすい。また、相変化温度の異なる蓄熱材を同じ大きさの蓄熱ケースに充填してもよい。
【００８８】
第６実施形態
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。この実施形態では、蓄熱カプセル３０がメッシュ６２１によって特定の領域を超える移動が制限され、出口領域６６３における蓄熱カプセル３０の密度が入口領域６５３における蓄熱カプセル３０の密度よりも小さくなるように構成されている。さらに、熱交換媒体の流路を複数有し、圧力損失の大きさに応じて流路を切り替えている。また、内部容器６１１ａは外部容器６１１ｂよりも熱伝導率が高い。
【００８９】
図１０において、蓄熱装置１は、二重構造の蓄熱容器６１１を有している。蓄熱容器６１１は、内部容器６１１ａと外部容器６１１ｂとの２つの容器を有している。内部容器６１１ａは、外部容器６１１ｂの内部に収納されている。
【００９０】
内部容器６１１ａは、円筒状の円筒面６４１ａを備えている。内部容器６１１ａは、円筒面６４１ａの両端にそれぞれ内部入口面６５１ａと内部出口面６６１ａとを有している。言い換えると、内部容器６１１ａは、円筒面６４１ａと内部入口面６５１ａと内部出口面６６１ａとで構成される有底の筒状容器である。
【００９１】
内部入口面６５１ａには、内部入口管６５２ａが設けられている。内部入口管６５２ａは、内部容器６１１ａの外側に突出している円筒形状である。内部入口管６５２ａは、内部入口面６５１ａの略中央に設けられている。内部入口管６５２ａの先端部分にはメッシュ６２１ａが設けられている。内部出口面６６１ａには、内部出口管６６２ａが設けられている。内部出口管６６２ａは、内部容器６１１ａの外側に突出している円筒形状である。内部出口管６６２ａは、内部出口面６６１ａの中央と外縁との間に設けられている。内部出口管６６２ａの先端部分にはメッシュ６２１ｂが設けられている。
【００９２】
内部容器６１１ａは、内部にシート状のメッシュ６２１を備えている。メッシュ６２１は、円筒形の内部容器６１１ａの内径と略同じ大きさの円形である。メッシュ６２１は、内部容器６１１ａの中央よりも内部出口管６６２ａに近い位置に設けられている。
【００９３】
内部容器６１１ａの内壁とメッシュ６２１とで区切られる領域のうち、内部入口管６５２ａを有する領域は入口領域６５３である。一方、内部容器６１１ａの内壁とメッシュ６２１とで区切られる領域のうち、内部出口管６６２ａを有する領域は出口領域６６３である。入口領域６５３と出口領域６６３の内部には複数の蓄熱カプセル３０が設けられている。蓄熱カプセル３０は、入口領域６５３あるいは出口領域６６３の中で自由に移動可能であるが、メッシュ２１を通過して入口領域６５３と出口領域６６３との間を行き来することは制限されている。
【００９４】
外部容器６１１ｂは、円筒状の円筒面６４１ｂを備えている。外部容器６１１ｂは、円筒面６４１ｂの両端にそれぞれ外部入口面６５１ｂと外部出口面６６１ｂとを有している。言い換えると、外部容器６１１ｂは、円筒面６４１と外部入口面６５１ｂと外部出口面６６１ｂとで構成される有底の筒状容器である。
【００９５】
外部入口面６５１ｂには、外部入口管６５２ｂが設けられている。外部入口管６５２ｂは、外部容器６１１ｂの外側に突出している円筒形状である。外部入口管６５２ｂは、外部入口面６５１ｂの略中央に設けられている。外部出口面６６１ｂには、外部出口管６６２ｂが設けられている。外部出口管６６２ｂは、外部容器６１１ｂの外側に突出している円筒形状である。外部出口管６６２ｂは、外部出口面６６１ｂの中央と外縁との間に設けられている。
【００９６】
円筒面６４１ｂと外部入口面６５１ｂと外部出口面６６１ｂとの外周面は、グラスウールなどの断熱材で覆われている。言い換えると、外部容器６１１ｂは、外部容器６１１ｂの内部と外部容器６１１ｂの外部である空気との熱のやり取りを制限した断熱容器である。
【００９７】
内部容器６１１ａの内部入口管６５２ａは、外部容器６１１ｂの外部入口管６５２ｂの内部に挿入されている。言い換えると、入口管６５２は二重管構造である。内部容器６１１ａの内部出口管６６２ａは、外部容器６１１ｂの外部出口管６６２ｂの内部に挿入されている。言い換えると、出口管６６２は二重管構造である。
【００９８】
内部容器６１１ａは、外部容器６１１ｂよりも熱伝達率が高くなるように形成されている。すなわち、内部容器６１１ａは、外部容器６１１ｂよりも熱伝達率の高い材料で形成されている。例えば、外部容器６１１ｂがステンレスで形成されているのに対して、内部容器６１１ａはアルミニウムで形成されている。ただし、熱伝達率を高くする方法は材料選択に限られない。例えば、内部容器６１１ａを外部容器６１１ｂよりも薄く形成することで熱伝達率を向上させるようにしてもよい。この場合、内部容器６１１ａの全体を一様に薄く形成するのではなく、薄い部分と厚い部分とを混在させるように内部容器６１１ａを形成してもよい。
【００９９】
内部容器６１１ａは、外部容器６１１ｂの内部に収納されている。内部容器６１１ａの外壁と外部容器６１１ｂの内壁とは、接触しておらず離間している。すなわち、内部容器６１１ａと外部容器６１１ｂとの間には、熱交換媒体が流通可能なバイパス流路６８１が形成されている。
【０１００】
内部容器６１１ａの内部入口面６５１ａと外部容器６１１ｂの外部入口面６５１ｂとの間には、弁体６８５が設けられている。弁体６８５は、弾性体６８６によって、内部容器６１１ａの内部入口面６５１ａから外部容器６１１ｂの外部入口面６５１ｂに向かって付勢されている。弾性体６８６は、例えばバネやゴムである。
【０１０１】
出口領域６６３における蓄熱カプセル３０の数は、入口領域６５３における蓄熱カプセル３０の数よりも少ない。すなわち、出口領域６６３の内部に存在する蓄熱カプセル３０の体積を出口領域６６３における体積で割った充填率は、内部容器６１１ａの全体の充填率である平均充填率よりも小さい。言い換えると、出口領域６６３は、蓄熱カプセル３０の密度が内部容器６１１ａの内部全体における平均密度よりも小さい低密度領域である。一方、入口領域６５３は、蓄熱カプセル３０の密度が内部容器６１１ａの内部全体における平均密度よりも大きい高密度領域である。
【０１０２】
蓄熱装置１の内部における熱交換媒体の流れについて説明する。熱交換媒体は、入口管６５２から蓄熱容器６１１の内部に流入しようとする。この時、入口管６５２は二重構造であるため、内部入口管６５２ａと外部入口管６５２ｂとの２つの流路が存在する。しかしながら、弁体６８５により、外部入口管６５２ｂから蓄熱容器６１１の内部に流れ込む流路は遮断されているため、内部入口管６５２ａを流れることとなる。
【０１０３】
内部入口管６５２ａを流れた熱交換媒体は、内部容器６１１ａの入口領域６５３に流入する。入口領域６５３においては、蓄熱カプセル３０と熱交換を行いながら内部出口管６６２ａに近づく方向に移動する。メッシュ６２１を通過して出口領域６６３に流入した熱交換媒体は、蓄熱カプセル３０と熱交換を行いながら内部出口管６６２ａに向かう。内部出口管６６２ａに到達した熱交換媒体は、内部出口管６６２ａから蓄熱容器６１１の外部へと流出する。
【０１０４】
入口領域６５３は、蓄熱カプセル３０の密度の大きな高密度領域であり、出口領域６６３は、蓄熱カプセル３０の密度の小さな低密度領域である。このため、入口領域６５３においては、出口領域６６３よりも熱交換効率が高い。一方、出口領域６６３においては、入口領域６５３よりも蓄熱カプセル３０の凝集が引き起こされにくい。すなわち、圧力損失が大きくなりにくいため、スムーズに熱交換媒体が流れやすい。
【０１０５】
内部容器６１１ａの内部で熱交換媒体が凝集するなどして、熱交換媒体の流れが滞った場合には、内部容器６１１ａの内部圧力が上昇する。この上昇した内部圧力により、弁体６８５を介して弾性体６８６の付勢力に抗する力が加わることで、弁体６８５は外部入口面６５１ｂから引き離される。言い換えると、弁体６８５が開放されて熱交換媒体が外部入口管６５２ｂからバイパス流路６８１に流入可能となる。バイパス流路６８１に流入した熱交換媒体は、バイパス流路６８１を通って外部出口管６６２ｂまで流れる。その後、外部出口管６６２ｂを通過して蓄熱容器６１１の外部へと流出する。
【０１０６】
熱交換媒体がバイパス流路６８１を通過することで、内部容器６１１ａの内部圧力は低下する。また、熱交換媒体の流れによって下流に凝集していた蓄熱カプセル３０が入口領域６５３あるいは出口領域６６３の内部で分散することで、圧力損失が低下する。これにより、内部圧力よりも弾性体６８６によって弁体６８５を外部入口面６５１ｂに向けて付勢する力が上回ると、弁体６８５が閉じられる。すなわち、バイパス流路６８１への流路が遮断されて、熱交換媒体が再び内部容器６１１ａの内部を流れる。
【０１０７】
上述した実施形態によると、出口領域６６３を低密度領域としているため、内部出口管６６２ａの近傍で蓄熱カプセル３０が凝集することを抑制できる。したがって、蓄熱容器６１１の内部で圧力損失が異常に高くなることを抑制できる。さらに、入口領域６５３を高密度領域としているため、高い熱出力が得られやすい。
【０１０８】
内部容器６１１ａの内部において圧力損失が上昇した場合に流通可能となるバイパス流路６８１を備え、バイパス流路６８１の開閉を切り替える弁体６８５は、内部容器６１１ａ内の内部圧力に応じて開閉を制御している。このため、蓄熱カプセル３０の凝集によって圧力損失が増加した場合であっても、熱交換媒体を流通させることができる。したがって、高い熱交換効率を維持しやすい。
【０１０９】
内部容器６１１ａは、外部容器６１１ｂよりも熱伝達率が高くなるように形成されている。このため、熱交換媒体がバイパス流路６８１などの内部容器６１１ａの外を流れる場合にも、内部容器６１１ａを介して熱交換媒体の熱を蓄熱カプセル３０に伝達させることができる。したがって、熱交換効率を向上させることができる。
【０１１０】
第７実施形態
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。この実施形態では、内部容器６１１ａの側面に連通孔７４２を備えている。
【０１１１】
図１１において、出口領域６６３を構成する内部容器６１１ａの側面において、連通孔７４２が形成されている。連通孔７４２は、内部容器６１１ａの側面のうち、内部出口管６６２ａに近い位置に設けられている。連通孔７４２は、円形状の開口であり、３つの連通孔７４２が並んで設けられている。連通孔７４２の開口面積は蓄熱カプセル３０よりも小さい。すなわち、蓄熱カプセル３０は、連通孔７４２を通過することができない大きさである。
【０１１２】
連通孔７４２は、内部容器６１１ａからバイパス流路６８１に熱交換媒体を流す。これにより、内部出口管６６２ａの先端部分に蓄熱カプセル３０が凝集するなどして圧力損失が異常に高くなることを抑制する。
【０１１３】
連通孔７４２は、弁体６８５が開放された状態において、バイパス流路６８１から内部容器６１１ａの内部に熱交換媒体を流す。これにより、内部出口管６６２ａの近傍において、内部出口管６６２ａの吸い込み方向とは異なる方向に熱交換媒体を流す。
【０１１４】
上述した実施形態によると、内部容器６１１ａの側面において、連通孔７４２が形成されている。このため、熱交換媒体を内部出口管６６２ａに偏って流すのではなく、連通孔７４２を経由して外部出口管６６２ｂにも流すことができる。したがって、熱交換媒体の流れが分散されるため、特定の箇所において蓄熱カプセル３０が凝集するなどして圧力損失が異常に高まることを抑制できる。
【０１１５】
連通孔７４２は、弁体６８５が開放された状態において、内部出口管６６２ａの吸い込み方向とは異なる方向に熱交換媒体を流す。このため、内部出口管６６２ａの周りにつまった状態の蓄熱カプセル３０に対して横方向から流体圧力を加えることができる。したがって、蓄熱カプセル３０のつまりを解消することができる。
【０１１６】
第８実施形態
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。この実施形態では、バイパス管８８１が蓄熱容器６１１の外部にらせん状に形成されている。
【０１１７】
図１２において、入口管５２は、蓄熱容器１１の外側でバイパス管８８１と接続している。バイパス管８８１は、蓄熱容器１１の円筒面４１に沿うようにらせん状に設けられている。バイパス管８８１は、円筒面４１において蓄熱容器１１と接触している。バイパス管８８１は、蓄熱容器１１の外側で出口管６２と接続している。バイパス管８８１は、高密度領域である入口領域６５３を経由せずに入口管５２から出口管６２に向かう流路を形成している。バイパス管８８１は、請求項のバイパス流路に相当する。
【０１１８】
蓄熱容器１１とバイパス管８８１の外周面は、断熱性の高いグラスウールなどの断熱材で覆われている。すなわち、蓄熱容器１１にバイパス管８８１が接触した状態で、その周りを断熱材で覆うことで断熱容器を形成している。したがって、バイパス管８８１を流れる熱交換媒体の熱は、接触状態にあるバイパス管８８１と蓄熱容器１１を介して蓄熱容器１１の内部に伝わりやすく、空気中には放熱されにくい。
【０１１９】
バイパス管８８１の内部において、入口管５２に近い位置には球状弁体８８５が設けられている。球状弁体８８５は、弾性体８８６によって、入口管５２に向かう方向に付勢されている。すなわち、入口管５２からバイパス管８８１に熱交換媒体が流入してくることを防ぐように球状弁体８８５を閉じている。球状弁体８８５は、請求項の弁体に相当する。
【０１２０】
蓄熱容器１１の内部で蓄熱カプセル３０が凝集するなどして内部圧力が上昇し、弾性体８８６の付勢力を越えた場合には、球状弁体８８５が熱交換媒体によって押されて開放され、バイパス管８８１に熱交換媒体が流れ込む。バイパス管８８１に流れ込んだ熱交換媒体は、バイパス管８８１を流れて出口管６２に到達する。このバイパス管８８１を流れる過程で蓄熱容器１１の内部の熱交換媒体および蓄熱カプセル３０に熱を伝達して熱交換する。
【０１２１】
上述した実施形態によると、蓄熱容器１１や入口管５２や出口管６２を二重構造にする必要がないため、蓄熱容器１１の圧力損失が上昇した場合のバイパス機能を容易に実現できる。
【０１２２】
第９実施形態
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。この実施形態では、蓄熱容器６１１の内部において、バイパス流路６８１の入口と出口とが対角に位置している。
【０１２３】
図１３において、バイパス管９８１は、外部入口管６５２ｂと外部入口面６５１ｂとを接続している。バイパス流路６８１における入口であるバイパス管９８１と外部入口面６５１ｂとの接続箇所は、バイパス流路６８１における出口である外部出口管６６２ｂと最も離れた反対の位置に設けられている。言い換えると、バイパス流路６８１の入口と出口とは互いにおよそ対角の位置関係にある。すなわち、バイパス流路６８１の入口から出口までの経路としては、内部容器６１１ａの紙面に向かって左側を通る経路と、内部容器６１１ａの紙面に向かって右側を通る経路との少なくとも２つの経路を備えている。この２つの経路は、内部容器６１１ａの中心軸の径方向においてずれていない位置に入口と出口を設けた場合に比べて経路同士の距離の差を小さくしている。バイパス管９８１は、請求項のバイパス流路に相当する。
【０１２４】
熱交換媒体がバイパス流路６８１を通過する場合に、最短距離に近い経路が複数存在することとなる。したがって、複数の経路に分散して熱交換媒体がバイパス流路６８１を通過する。このため、バイパス流路６８１を通過する熱交換媒体と内部容器６１１ａの内部に存在する蓄熱カプセル３０との熱交換が特定の箇所に集中してしまうことを抑制できる。
【０１２５】
上述した実施形態によると、バイパス流路６８１の入口と出口とが対角に位置している。このため、バイパス流路６８１を通過する熱交換媒体から内部容器６１１ａへの熱伝達を広い範囲で引き起こすことができる。したがって、蓄熱装置１としての熱交換効率を高めることができる。
【０１２６】
第１０実施形態
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。この実施形態では、内部容器１０１１ａの内部において、熱交換媒体を旋回させて流すように構成されている。
【０１２７】
図１４において、内部容器１０１１ａの内側に位置して内部管１０５５が設けられている。内部管１０５５は、入口管５２の内側から後述する仕切り板１０５７まで延出して設けられている円筒部材である。入口管５２と内部管１０５５とは二重管構造をなしている。内部管１０５５の内側には蓄熱カプセル３０が配されている。内部管１０５５の外壁と入口管５２の内壁との間には、内部容器１０１１ａの内部と連通している第１入口部１０５６が設けられている。第１入口部１０５６は円環状である。第１入口部１０５６の径方向の幅Ｗａは、内部管１０５５の外周から入口管５２の内周までの距離である。第１入口部１０５６の幅Ｗａは、蓄熱カプセル３０の外径Ｌｃよりも大きい。言い換えると、第１入口部１０５６は、熱交換媒体だけでなく蓄熱カプセル３０も流通可能な開口である。内部管１０５５の開口面積は、入口管５２の開口面積の半分よりも大きい。
【０１２８】
内部容器１０１１ａの内側には、仕切り板１０５７が設けられている。仕切り板１０５７は、入口管５２と接続されている第１領域１０９１と、入口管５２と接続されていない第２領域１０９２とに内部容器１０１１ａの内側を仕切っている。仕切り板１０５７は円盤形状の板部材である。仕切り板１０５７には、第２入口部１０５８が設けられている。第２入口部１０５８は、円形の開口である。第２入口部１０５８は、複数の開口が円環状に並んで設けられている。第２入口部１０５８は、仕切り板１０５７で仕切られた第１領域１０９１と第２領域１０９２とを連通させている。第２入口部１０５８の幅は、蓄熱カプセル３０の外径Ｌｃよりも大きい。言い換えると、第２入口部１０５８は、熱交換媒体だけでなく蓄熱カプセル３０を流通可能な開口である。
【０１２９】
第１入口部１０５６と第２入口部１０５８とは、内部容器１０１１ａの中心軸において径方向にずれた位置に設けられている。言い換えると、第１入口部１０５６は、内部容器１０１１ａの中心軸に近い位置に設けられている。一方、第２入口部１０５８は、内部容器１０１１ａの中心軸から離れた外周に近い位置に設けられている。
【０１３０】
内部容器１０１１ａの側面には、内部容器１０１１ａと外部容器１０１１ｂとを連通する連通孔１０４２が設けられている。連通孔１０４２は、第１領域１０９１に設けられている。連通孔１０４２には、網目状のメッシュが形成されており、蓄熱カプセル３０が連通孔１０４２を通過できないように構成されている。
【０１３１】
内部容器１０１１ａの内部にのみ蓄熱カプセル３０が存在している。すなわち、外部容器１０１１ｂの出口管６２に対向する領域である出口領域１０６３には、蓄熱カプセル３０が存在しない。このため、内部容器１０１１ａの外側に位置する出口領域１０６３は、蓄熱容器１０１１の平均密度よりも蓄熱カプセル３０の密度が小さい低密度領域である。
【０１３２】
蓄熱装置１の内部における熱交換媒体の流れについて説明する。入口管５２から流入した熱交換媒体は、内部管１０５５を流れる流れと第１入口部１０５６を流れる流れとに分かれる。第１入口部１０５６を流れた熱交換媒体は、矢印Ｃ１に示す方向に第１領域１０９１に吹き出して、内部管１０５５の外周に沿って第１領域１０９１の内部を流れる。
【０１３３】
内部管１０５５を流れた熱交換媒体は、内部管１０５５を通過して第２領域１０９２の内部に流れ込む。第２領域１０９２に流入した熱交換媒体は、矢印Ｃ２に示す方向に第２入口部１０５８から第１領域１０９１に吹き出して、内部容器１０１１ａの内壁に沿って第１領域１０９１の内部を流れる。熱交換媒体は、内部管１０５５を流れる過程と第２領域１０９２を流れる過程でそれぞれ蓄熱カプセル３０と熱交換を行う。
【０１３４】
内部管１０５５を流れる熱交換媒体は、第１入口部１０５６を流れる熱交換媒体に比べて、蓄熱カプセル３０による圧力損失の影響を受けやすい。したがって、内部管１０５５の開口面積を入口管５２の開口面積の半分よりも大きくすることで、第１入口部１０５６を通る熱交換媒体の量と、第２入口部１０５８を通る熱交換媒体の量とを略同等としている。第１入口部１０５６と第２入口部１０５８との熱交換媒体の流量を略同等とすることで、第１領域１０９１における熱交換媒体の吹き出し強さを略同等とし、第１領域１０９１内で熱交換媒体が旋回しやすくしている。
【０１３５】
第１領域１０９１においては、第１入口部１０５６と第２入口部１０５８から同時に熱交換媒体が流入する。この時、第１入口部１０５６と第２入口部１０５８とが内部容器１０１１ａの中心軸において径方向にずれた位置に設けられている。言い換えると、第１入口部１０５６から吹き出される熱交換媒体と第２入口部１０５８から吹き出される熱交換媒体とは、互いに異なる方向から第１領域１０９１に吹き出される。このため、それぞれの流れが正面からぶつかり合うのではなく、矢印Ｃ３に示すように第１入口部１０５６と第２入口部１０５８との中間の位置を中心に渦を巻くように旋回して流れる。第１領域１０９１において、熱交換媒体が旋回して流れる過程で蓄熱カプセル３０と熱交換媒体とが熱交換を行う。一部の熱交換媒体は、連通孔１０４２から外部容器１０１１ｂに流出する。
【０１３６】
上述した実施形態によると、第１入口部１０５６と第２入口部１０５８とから熱交換媒体を異なる方向に吹き出させて、蓄熱カプセル３０と熱交換媒体とを熱交換させている。このため、第１領域１０９１に設けた連通孔１０４２に蓄熱カプセル３０が凝集しにくい。あるいは、連通孔１０４２の近傍に蓄熱カプセル３０が凝集した場合であっても、旋回流によって凝集した状態を解除して連通孔１０４２から熱交換媒体をスムーズに流出させやすい。したがって、圧力損失が異常に高まることを抑制し、蓄熱装置１の熱交換効率を高めることができる。
【０１３７】
内部管１０５５の開口面積は、入口管５２の開口面積の半分よりも大きい。言い換えると、内部管１０５５の開口面積は第１入口部１０５６の面積よりも大きい。このため、熱交換媒体が内部管１０５５や第２領域１０９２を流れる過程で圧力損失を受けて流量が低下するような場合であっても、第１入口部１０５６と第２入口部１０５８とから第１領域１０９１に吹き出す熱交換媒体の流量を略同等にできる。したがって、熱交換媒体を旋回させやすい。言い換えると、連通孔１０４２の付近で蓄熱カプセル３０が凝集してしまうことを効果的に抑制できる。
【０１３８】
第１入口部１０５６の幅Ｗａは、蓄熱カプセル３０の外径Ｌｃよりも大きい。このため、内部容器１０１１ａと内部管１０５５との間で蓄熱カプセル３０を循環させることができる。したがって、第１入口部１０５６において、蓄熱カプセル３０が凝集してしまうことを抑制できる。
【０１３９】
第１１実施形態
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。この実施形態では、バイパス流路の内部に熱交換媒体の温度に応じて開閉するバルブ１１９５を備えている。
【０１４０】
図１５において、蓄熱容器１１の内部には入口管５２から出口管６２までの経路にバイパス管１１８１が形成されている。バイパス管１１８１は、円筒状である。バイパス管１１８１は、入口面５１と接続している。バイパス管１１８１の内部には、蓄熱カプセル３０が配されていない。すなわち、バイパス管１１８１は、蓄熱カプセル３０が配されている領域よりも圧力損失の小さい流路を形成している。バイパス管１１８１は、請求項のバイパス流路に相当する。
【０１４１】
バイパス管１１８１における熱交換媒体の流れの上流部分は、網目状のメッシュ１１２１ａで構成されている。言い換えると、バイパス管１１８１において、入口管５２に近い部分は、メッシュ１１２１ａで全周が構成されている。すなわち、熱交換媒体は、メッシュ１１２１ａを通過してバイパス管１１８１の内部から外部へと移動可能である。
【０１４２】
バイパス管１１８１のメッシュ１１２１ａに対向する領域は、入口領域１１５３である。入口領域１１５３においては、蓄熱カプセル３０が部分的に間引かれている。言い換えると、入口領域１１５３の内部に存在する蓄熱カプセル３０の体積を入口領域１１５３における体積で割った充填率は、平均充填率よりも小さい。ここで、平均充填率とは、入口領域５３を含む蓄熱容器１１の内部全体に存在する蓄熱カプセル３０の体積をバイパス管１１８１を除く蓄熱容器１１の内部全体の体積で割った充填率のことである。言い換えると、入口領域１１５３は、蓄熱カプセル３０の密度が蓄熱容器１１の内部全体における密度よりも小さい低密度領域である。
【０１４３】
バイパス管１１８１における熱交換媒体の流れの下流部分は、網目状のメッシュ１１２１ｂで構成されている。言い換えると、バイパス管１１８１において、出口管６２に近い部分は、メッシュ１１２１ｂで構成されている。メッシュ１１２１ｂは、円形状である。すなわち、熱交換媒体は、メッシュ１１２１ｂを通過してバイパス管１１８１の内部から外部へと移動可能である。
【０１４４】
バイパス管１１８１のメッシュ１１２１ｂに対向する領域は、出口領域１１６３である。出口領域１１６３は、メッシュ１１２１ｂから出口管６２までの間に連続して設けられている。出口領域１１６３においては、蓄熱カプセル３０が部分的に間引かれている。言い換えると、出口領域１１６３の内部に存在する蓄熱カプセル３０の体積を出口領域１１６３における体積で割った充填率は、平均充填率よりも小さい。ここで、平均充填率とは、出口領域１１６３を含む蓄熱容器１１の内部全体に存在する蓄熱カプセル３０の体積をバイパス管１１８１を除く蓄熱容器１１の内部全体の体積で割った充填率のことである。言い換えると、出口領域１１６３は、蓄熱カプセル３０の密度が蓄熱容器１１の内部全体における密度よりも小さい低密度領域である。
【０１４５】
バイパス管１１８１の内部には熱交換媒体の温度に応じて開閉を制御するバルブ１１９５が設けられている。バルブ１１９５は、例えばサーモスタットである。バルブ１１９５は、熱交換媒体の温度が所定温度以上の場合には開状態となる。すなわち、バイパス管１１８１を流れた熱交換媒体は、バルブ１１９５を通過して、バイパス管１１８１から流れ出す。一方、バルブ１１９５は、熱交換媒体の温度が所定値よりも低い場合には閉状態となる。すなわち、バイパス管１１８１を流れた熱交換媒体は、バルブ１１９５で遮断されてバイパス管１１８１を通過することができない。ここで、所定温度とは例えば６０℃である。
【０１４６】
蓄熱装置１の内部における熱交換媒体の流れについて説明する。熱交換媒体の温度が所定温度よりも低い場合、熱交換媒体は、バルブ１１９５が閉状態であるため、バイパス管１１８１を通過することができない。したがって、蓄熱カプセル３０が配されている圧力損失の大きな経路を流れる。すなわち、メッシュ１１２１ａから入口領域１１５３に流入し、そこから高密度領域７３を流れて出口領域１１６３まで移動する。出口領域１１６３に達した熱交換媒体は、出口管６２から蓄熱容器１１の外部へと流出する。熱交換媒体は、入口領域１１５３と高密度領域７３と出口領域１１６３とを通過する過程で、蓄熱カプセル３０と熱交換する。すなわち、熱交換媒体が蓄熱カプセル３０から熱を奪って蓄熱媒体の温度が上昇する。
【０１４７】
熱交換媒体の温度が所定温度以上の場合、熱交換媒体は、バルブ１１９５が開状態であるため、バイパス管１１８１を通過することができる。したがって、高密度領域７３のような圧力損失の大きな経路を流れるのではなく、バイパス管１１８１を流れる。すなわち、バルブ１１９５を通過してバイパス管１１８１を流れてメッシュ１１２１ｂから出口領域１１６３に流入する。出口領域１１６３に達した熱交換媒体は、高密度領域７３よりも圧力損失の小さな出口管６２に進み、蓄熱容器１１の外部へと流出する。熱交換媒体は、バイパス管１１８１を通過する過程で、バイパス管１１８１を介して蓄熱カプセル３０と熱交換する。すなわち、熱交換媒体が蓄熱カプセル３０に熱を与えて蓄熱カプセル３０の温度が上昇する。
【０１４８】
上述した実施形態によると、バイパス管１１８１の内部に熱交換媒体の温度に応じてバイパス管１１８１を開閉するバルブ１１９５が設けられている。このため、熱交換媒体を温める必要がある場合とそうでない場合とで経路を切り替えることができる。したがって、熱交換媒体と蓄熱カプセル３０との熱交換が不要な場合に、圧力損失の小さな経路を通過させることで、熱交換媒体の循環に要するエネルギーを低減させることができる。言い換えると、蓄熱装置１で効率的に熱交換させることができる。
【０１４９】
他の実施形態
この明細書における開示は、例示された実施形態に制限されない。開示は、例示された実施形態と、それらに基づく当業者による変形態様を包含する。例えば、開示は、実施形態において示された部品および／または要素の組み合わせに限定されない。開示は、多様な組み合わせによって実施可能である。開示は、実施形態に追加可能な追加的な部分をもつことができる。開示は、実施形態の部品および／または要素が省略されたものを包含する。開示は、１つの実施形態と他の実施形態との間における部品および／または要素の置き換え、または組み合わせを包含する。開示される技術的範囲は、実施形態の記載に限定されない。開示されるいくつかの技術的範囲は、請求の範囲の記載によって示され、さらに請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内での全ての変更を含むものと解されるべきである。
【符号の説明】
【０１５０】
１  蓄熱装置、  １１  蓄熱容器、  ２１  メッシュ、  ３０  蓄熱カプセル、  ５２  入口管、  ５３  入口領域、  ６２  出口管、  ６３  出口領域、  ７３  高密度領域、  ２４３  低密度領域、  ２７３  高密度領域、  ３３０  シート状蓄熱体、  ３６３  出口領域、  ３７３  高密度領域、  ４４３  低密度領域、  ４７３  高密度領域、  ５３０  高温蓄熱カプセル  ６１１  蓄熱容器、  ６１１ａ  内部容器、  ６１１ｂ  外部容器、  ６２１  メッシュ、  ６５２  入口管  ６５２ａ  内部入口管、  ６５２ｂ  外部入口管、  ６５３  入口領域、  ６６３  出口領域、  ６８１  バイパス流路、  ６８５  弁体、  ７４２  連通孔、  ８８１  バイパス管、  ８８５  球状弁体、  ９８１  バイパス管、  １０４２  連通孔、  １０５５  内部管、  １０５６  第１入口部、  １０５７  仕切り板、  １０５８  第２入口部、  １１２１ａ  メッシュ、  １１２１ｂ  メッシュ、  １１５３  入口領域、  １１６３  出口領域、  １１８１  バイパス管、  １１９５  バルブ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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