(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
筐体と、前記筐体内に設けられ、袋状の容器に潜熱蓄熱材が封入された複数の蓄熱部材と、互いに対向する前記蓄熱部材の間に設けられた仕切板と、を備え、前記仕切板は、前記蓄熱部材の主面と平行な平坦部と、前記平坦部から前記蓄熱部材側に突出した突起部とを有し、前記隣接する蓄熱部材の表面と前記仕切板の平坦部とは隙間なく接して積層されており、一方、前記蓄熱部材の表面に前記仕切板の前記突起部の先端が接して積層されていることで、その近傍に隙間が形成されており、かつ、前記隙間は前記蓄熱部材と熱交換する熱媒体の流路であることを特徴とする蓄熱装置。
【請求項２】
前記蓄熱部材の袋状の容器を、金属の薄膜、樹脂の薄膜、または、金属の薄膜と樹脂の薄膜を貼り合わせた積層フィルムのいずれか１つで構成したことを特徴とする請求項１に記載の蓄熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、潜熱蓄熱材を利用した蓄熱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、蓄熱装置として、図６に示すような、容器に蓄熱材を封入してなる蓄熱部材１１を、筐体内に多層に配列、充填し、該蓄熱部材１１間に波状の金属スペーサ１５を介在せしめ、隣り合った蓄熱部材１１の間に熱媒体を通過させて蓄熱するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特公昭５８−５５４３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般に蓄熱装置は、装置の体積に制約がある中で蓄放熱性能を最大化させるために、蓄熱材の充填量を大きくし、かつ蓄熱材の熱伝導をよくするために蓄熱部材を薄く、さらに個数を多くして伝熱面積を増やす必要がある。また、各蓄熱部材の間隔を小さくする必要がある。
【０００５】
しかしながら、前記従来の構成では、蓄熱部材の間隔が小さくなればなるほど、隣接する蓄熱部材の表面どうしの全体にわたって、薄く均一な間隔の熱媒体流路を、波上の金属スペーサで形成することは困難であった。このため、熱媒体の流れが偏在して蓄熱部材全面からうまく伝熱されなくなるという課題を有していた。
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するもので、装置全体の体積を極力小さくする中で蓄熱材の充填量を大きくしつつ、蓄熱材と熱媒体とがまんべんなく熱交換をおこなうことのできる蓄熱装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記従来の課題を解決するために、本発明の蓄熱装置は、筐体と、前記筐体内に設けられ、袋状の容器に潜熱蓄熱材が封入された複数の蓄熱部材と、互いに対向する前記蓄熱部材の間に設けられた仕切板と、を備え、前記仕切板は、前記蓄熱部材の主面と平行な平坦部と、前記平坦部から前記蓄熱部材側に突出した突起部とを有し、前記隣接する蓄熱部材の表面と前記仕切板の平坦部とは隙間なく接して積層されており、一方、前記蓄熱部材の表面に前記仕切板の前記突起部の先端が接して積層されていることで、その近傍に隙間が形成されており、かつ、前記隙間は前記蓄熱部材と熱交換する熱媒体の流路であることを特徴としたものである。
【０００８】
これによって、潜熱蓄熱材を封入した袋状の容器の表面が仕切板の突起部によって部分的に押しのけられ、その近傍に熱媒体が通過する流路がつくられる。一方、仕切板の平坦部においては袋状の容器の表面は仕切板にすきまなく接し、熱媒体は通過させない。この構成によって蓄熱部材の表面全体にわたって任意の場所に熱媒体を通過させる流路を設計することができる。このため、潜熱蓄熱材と熱媒体との熱交換の効率を向上させることができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の蓄熱装置は、潜熱蓄熱材の充填量を大きく確保しつつ、熱媒体の流れが偏在することがなく、有効に蓄熱材と熱媒体との熱交換がおこなわれる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態１における蓄熱装置の構成断面図
【図２】同蓄熱装置における仕切板の斜視図
【図３】同蓄熱装置における仕切板の断面図
【図４】同蓄熱装置組立方法を説明する図
【図５】変形例における仕切板の断面図
【図６】従来の蓄熱装置の構成断面図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
第１の発明は、筐体と、前記筐体内に設けられ、袋状の容器に潜熱蓄熱材が封入された複数の蓄熱部材と、互いに対向する前記蓄熱部材の間に設けられた仕切板と、を備え、前記仕切板は、前記蓄熱部材の主面と平行な平坦部と、前記平坦部から前記蓄熱部材側に突出した突起部とを有し、前記隣接する蓄熱部材の表面と前記仕切板の平坦部とは隙間なく接して積層されており、一方、前記蓄熱部材の表面に前記仕切板の前記突起部の先端が接して積層されていることで、その近傍に隙間が形成されており、かつ、前記隙間は前記蓄熱部材と熱交換する熱媒体の流路であるものである。
【００１２】
これにより、潜熱蓄熱材を封入した袋状の容器の表面が前記仕切板の突起部によって部分的に押しのけられ、その近傍に熱媒体が通過する流路がつくられる。一方、前記仕切板の平坦部においては袋状の容器の表面は仕切板にすきまなく接し、熱媒体は通過させない。この構成によって蓄熱部材の表面全体にわたって任意の場所に熱媒体を通過させる流路を設計することができる。
【００１３】
第２の発明は、特に第１の発明の前記蓄熱部材の袋状の容器を、金属の薄膜、樹脂の薄膜、または、金属の薄膜と樹脂の薄膜を貼り合わせた積層フィルムのいずれか１つで構成することにより、薄く高強度でかつ適度な可撓性を有する容器となるため、突起部に押しのけられる際に熱媒体流路としての隙間を形成しつつ、平坦部では容器表面は仕切板に沿い、熱媒体を通過させない。
【００１４】
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はない。
【００１５】
（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を示す断面図である。図１は、熱媒体の流れ方向に垂直な面での断面図である。図２は、蓄熱装置に設けられた仕切板の斜視図であり、図３は、仕切板の断面図である。
【００１６】
図１に示すように、筐体４は、金属または樹脂で構成された容器である。その内部には、複数の蓄熱部材１と仕切板２とが交互に積み重ねられて設けられている。また、筐体４は、内部に蓄熱部材１と熱交換する熱媒体（例えば、水や冷媒など）を流すことができる密閉容器であり、熱媒体を流入させる入口部（図示せず）と、熱媒体を流出させる出口部（図示せず）とを備えている。図１において、入口部から流入した熱媒体は、紙面に垂直な方向へ流れ、出口部から流出する。
【００１７】
蓄熱部材１は、金属の薄膜と樹脂の薄膜とを貼り合せた積層フィルムの袋（本発明のおける袋状の容器）１ｂに、潜熱蓄熱材１ａが封入されている（図４参照）。
【００１８】
また、図２、図３に示すように、仕切板２は、金属等で構成された略平板状の板であり、蓄熱部材１の主面と平行な面である平坦部２ｂと、平坦部２ｂから蓄熱部材１の方向へ突出する複数の突起部２ａとを交互に備えている。突起部２ａは、仕切板２の熱媒体の流れ方向（図２の矢印方向）の全幅にわたって形成されている。
【００１９】
図３に示すように、突起部２ａは、平坦部２ｂから一方（図３においては上方）へ突出する傾斜面を形成する第１傾斜面２１と、平坦部２ｂから他方（図３においては下方）へ突出する傾斜面を形成する第２傾斜面２２と、第１傾斜面２１と第２傾斜面２２とを接続する第３傾斜面２３とから形成されている。
【００２０】
第１傾斜面２１、第２傾斜面２２が平坦部２ｂから突出する長さ（高さ）は、平坦部２ｂの熱媒体流れ方向に垂直な長さ（突起部２ａどうしの間隔）より小さく、１／２以下であることが望ましい。また、第１傾斜面２１と第２傾斜面２２とは平行に形成されている。第３傾斜面２３と平坦部２ｂとがなす角度は、第１傾斜面２１、第２傾斜面２２と平坦部２ｂとがなす角度より大きい。つまり、第３傾斜面２３は、第１傾斜面２１、第２傾斜面２２より平坦部２ｂに対して急な斜面となっている。第３傾斜面２３は平坦部２ｂに対して、略垂直であることが望ましい。
【００２１】
筐体４内に、蓄熱部材１と仕切板２とを交互に隣接して積み重ねることにより、仕切板２の突起部２ａによって、隣接する蓄熱部材１の積層フィルムの袋１ｂの表面が互いに押しのけられ、それによって熱媒体が流れる熱媒体流路３が形成される。
【００２２】
次に、上に述べた構成の蓄熱装置の組立方法を、図４を用いて説明する。図４（ａ）は、蓄熱部材１と仕切板２を積層する前の状態を示す部分断面図であり、図４（ｂ）は、蓄熱部材１と仕切板２を積層させた後の状態を示す部分断面図である。潜熱蓄熱材１ａはその融点以下では固体、融点以上で液体となる蓄熱剤である。このため、蓄熱装置の組立にあたり、まず所定量の潜熱蓄熱材１ａを積層フィルムの袋１ｂに封入して密封した蓄熱部材１を、融点以上に加熱する。融点以上に加熱された状態では、蓄熱部材１は液体となった潜熱蓄熱材１ａによって自由な形状をとり、それによって積層フィルムの袋１ｂも接する物体の形状に沿うようになる。しかしながら積層フィルムの袋１ｂは、その可撓性の程度によって、完全に物体表面に沿うのではなく、急な形状変化のある部分では、緩やかに沿うこととなる。
【００２３】
次に、複数の蓄熱部材１と複数の仕切板２を交互にならべる（図４（ａ）参照）。その後、積層方向に力を加え、隣接する蓄熱部材１と仕切板２の平坦部２ｂとが接するように積層する（図４（ｂ）参照）。このとき、蓄熱部材１の袋１ｂは、仕切板２の平坦部２ｂに沿うようになる。つまり、蓄熱部材１の表面と平坦部２ｂとの間には、隙間はできない。一方、突起部２ａの先端に積層フィルムの袋１ｂ表面が接するが、その近傍には沿うことができず、仕切板２と蓄熱部材１の表面との間に隙間ができる。この隙間が、熱媒体が流れる熱媒体流路３となる。
【００２４】
積層された蓄熱部材１と仕切板２とは、筐体４に収められて所定の構成となる。その後、潜熱蓄熱材１ａが融点以下の温度にして、組立が終わる。
【００２５】
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。
【００２６】
蓄熱装置に熱をためる蓄熱運転、または、熱を取り出す放熱運転において、熱媒体流路３に熱媒体を流し、蓄熱部材１との熱交換をおこなう。突起部２ａは仕切板２の熱媒体の流れ方向（図２の矢印方向）にわたって形成されているため、熱媒体流路３は突起部２ａの近傍にできた管状のものとなり、この中に熱媒体をスムーズに流すことができる。この管状の熱媒体流路３の寸法やピッチは蓄熱部材１のサイズや熱媒体の流量に応じて、必要な伝熱面積を得るように設計することが可能である。
【００２７】
このことにより、積層フィルムの袋１ｂの寸法精度はそれほど正確ではないのであるが、比較的大きな熱媒体流路３の径をとりながら、潜熱蓄熱材１ａの充填量を大きくすることが可能となる。
【００２８】
また、突起部２ａの数とその高さ（突起部２ａの大きさ）は、それぞれ独立に決めることができ、その結果として熱媒体流路３の断面積とその伝熱面積が任意に設計できる。管状の流路は熱媒体がスムーズに流れやすく、また物性や流量を考慮して蓄熱部材１の体積を最大化できる寸法を決めればよい。
【００２９】
また、蓄熱部材の表面全体にわたって任意の場所に熱媒体流路３を設計することができる。例えば、筐体４内において、入口部と出口部の位置関係から熱媒体が流れにくい部分に位置する場所には、突起部２ａを密に設けることで、熱媒体の流れの偏在を低減できる。このため、潜熱蓄熱材と熱媒体との熱交換の効率を向上させることができる。
【００３０】
また、熱媒体流路３の断面積が小さいほど蓄熱部材の体積は大きくできる反面、伝熱面積は減少するのであるが、仕切板２の熱伝導による伝熱面積の拡大効果により、単に管状の熱媒体流路３の周長以上に伝熱量は大きくなるという効果もある。このことについては、従来のように薄い一様な隙間を形成する場合には、熱媒体をまんべんなく流すことが非常に困難になる上に、隙間の間隔の寸法で流路断面積と伝熱面積の関係が決まってしまうので、熱媒体の物性や流量を考慮した上でのそれぞれの最適設計ができないことに対して、本実施の形態の大きな長所となる。
【００３１】
また、本実施の形態では、第３傾斜面２３は、第１傾斜面２１、第２傾斜面２２より平坦部２ｂに対して急な斜面となっているため、第１傾斜面２１と第３傾斜面２３の間の空間や、第２傾斜面２２と第３傾斜面２３の間の空間に、袋１ｂが入り込みにくくなるため、突起部２ａの近傍に確実に隙間を設けることができる。
【００３２】
また、本実施の形態では、第１傾斜面２１、第２傾斜面２２の平坦部２ｂからの高さは、突起部２ａどうしの間隔より十分小さいので、隣接する熱媒体流路３が連通することを防止できる。つまり、独立した熱媒体流路３を複数、形成することができる。これによって、筐体４内における熱媒体の流れの偏在をさらに低減できる。
【００３３】
以上のように、本実施の形態においては、積層フィルムの袋１ｂの適当な可撓性を利用して、仕切板２の突起部２ａと平坦部２ｂの配置を設計することにより、蓄熱部材１と熱媒体との良好な熱交換関係を実現する熱媒体流路３を形成することができ、無理なく蓄熱部材１全体の蓄熱を有効に利用することができる。
【００３４】
また、潜熱蓄熱材の充填量を大きく確保しつつ、熱媒体の個々の流路の大きさやその配置を計画的におこなう自由度が高いので、熱媒体の流れが偏在することがなく、有効に蓄熱材と熱媒体との熱交換がおこなわれる。
【００３５】
なお、本実施の形態では、第１傾斜面２１と第２傾斜面２２とは、平坦部２ｂからの高さが同じであるが、異なる高さにしても良い。さらに、仕切板２の変形例として、図５に示すように、仕切板が備える突起部は、第１傾斜面２１と第３傾斜面２３とで形成され第２傾斜面２２を備えない突起部であってもよい（図５（ａ）参照）。また、第２傾斜面２２と第３傾斜面２３とで形成され第１傾斜面２１を備えない突起部であってもよい（図５（ｂ）参照）。
【００３６】
また、袋１ｂは、金属と樹脂の薄膜を貼り合せた積層フィルムであることが、潜熱蓄熱材１ａを内部に保持する耐久性と、突起部２ａ近傍に隙間を生じる可撓性とを備える点で望ましいが、これに限ることなく、例えば、金属の薄膜や、樹脂の薄膜であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
以上のように、本発明にかかる蓄熱装置は、潜熱蓄熱材を有効に実装し、小さい体積で大きな蓄熱量を得ることができるので、家庭用、業務用の給湯装置、温水暖房装置に適用することができる。
【符号の説明】
【００３８】
１  蓄熱部材
１ａ  潜熱蓄熱材
１ｂ  袋
２  仕切板
２ａ  突起部
２ｂ  平坦部
３  熱媒体流路
４  筐体
２１  第１傾斜面
２２  第２傾斜面
２３  第３傾斜面
【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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