(57)【要約】【課題】蓄熱能力および放熱能力の高い蓄熱装置を提供すること。【解決手段】ヒータ２を中心にして外周には熱伝導率の高い顕熱蓄熱部５を密接させ、さらに顕熱蓄熱部５の外周には熱伝導率の低い潜熱蓄熱部８を第一空気通路１１を介して設けて蓄熱装置を構成した。顕熱蓄熱部５は、ヒータからの熱を効率よく吸収して蓄熱するとともに、外周を第一空気通路１１で囲まれているため放熱面積を広く確保することができるので、蓄熱能力および放熱能力に優れた蓄熱装置となる。さらに、顕熱蓄熱部５の蓄熱温度を高く設定することができるので、蓄えられる熱量を増加させることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヒータと、前記ヒータの外周に密接して設けられた顕熱蓄熱部と、前記顕熱蓄熱部の外周に第一空気通路を介して設けられた潜熱蓄熱部を備えていることを特徴とする蓄熱装置。
【請求項２】
前記第一空気通路と前記潜熱蓄熱部の間には、断熱部材が設けられていることを特徴とする請求項１記載の蓄熱装置。
【請求項３】
前記潜熱蓄熱部は、内部に伝熱部材を有することを特徴とする請求項１または２に記載の蓄熱装置。
【請求項４】
潜熱蓄熱部との間に第二空気通路を介して設けられたケースと、前記第二空気通路と蓄熱装置の外部とを連通する連通口と、連通口を開閉する開閉部材を有することを特徴とする請求項１から３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】
本発明は、ヒータを用いて蓄熱体を加熱する蓄熱装置に関し、特に蓄熱体として顕熱蓄熱体と潜熱蓄熱体を用いる蓄熱装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ヒータで蓄熱体を加熱する蓄熱装置が提案され、暖房装置等に用いられている。蓄熱装置は、夜間にヒータを通電して蓄熱体に熱を蓄えておき、日中に蓄えた熱を放出して暖房を行うことができるため、割安な深夜電力を利用することによる使用電力のコスト低減が期待できる。
【０００３】
また、蓄熱装置に用いられる蓄熱体には大きく分けて顕熱蓄熱体と潜熱蓄熱体があるが、潜熱蓄熱体は顕熱蓄熱体に比べて熱容量が大きいため、潜熱蓄熱体を用いることによって蓄熱による暖房効果を長く保つことができ、さらに装置自体を小型化することができるという利点がある。しかしながら、潜熱蓄熱体は熱伝導率が低いため、必要な熱量を蓄えるのに時間がかかるという問題があった。
【０００４】
そこで図６に示すように、潜熱蓄熱体と顕熱蓄熱体の両方を利用した蓄熱装置が提案されている。この蓄熱装置は、ヒータ２１と、顕熱蓄熱体２２と、潜熱蓄熱体２３を備えており、ヒータ２１により蓄熱体の加熱が開始されると、まず熱伝導性の良い顕熱蓄熱体２２が先に昇温し熱を放出するようになる。一方で潜熱蓄熱体２３はその間にヒータ２１からの熱を蓄え続け、一定量の熱が潜熱蓄熱体２３に蓄熱されるとヒータ２１による加熱を停止または制御して、潜熱蓄熱体２３からの放熱を暖房に用いるのである。
【特許文献１】特開２００７−２４３５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述の構成ではヒータと蓄熱体が接していないため、ヒータが発する熱を効率的に蓄熱体へ伝達することができず、蓄熱体が十分な熱を蓄えるのにはまだ時間がかかってしまう。そして、顕熱蓄熱体と潜熱蓄熱体が面で接しているため、そのぶん顕熱蓄熱体の放熱面積が小さくなり、暖房時の放熱効率が悪くなってしまっていた。
【０００６】
また、顕熱蓄熱体と潜熱蓄熱体では耐熱温度に大きな違いがあり、顕熱蓄熱体は耐熱温度がおよそ７００℃であるのに対して、潜熱蓄熱体は２００℃程度と極端に低い。そのため、このように耐熱温度の異なる蓄熱体を密着状態で設けようとするならば、耐熱温度の低い潜熱蓄熱体に合わせて顕熱蓄熱体の蓄熱温度を低く設定しなくてはならないため、蓄熱装置が蓄えることができる熱量を大きくすることができなかった。
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するためのもので、小型でありながら蓄熱能力および放熱能力の高い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】
【０００８】
本発明は、ヒータと、前記ヒータの外周に密接して設けられた顕熱蓄熱部と、前記顕熱蓄熱部の外周に第一空気通路を介して設けられた潜熱蓄熱部を備えていることを特徴とする蓄熱装置である。
【０００９】
また、前記第一空気通路と前記潜熱蓄熱部の間には、断熱部材が設けられていることを特徴とする請求項１記載の蓄熱装置である。
【００１０】
また、前記潜熱蓄熱部は、内部に伝熱部材を有することを特徴とする請求項１または２に記載の蓄熱装置である。
【００１１】
また、潜熱蓄熱部との間に第二空気通路を介して設けられたケースと、前記第二空気通路と蓄熱装置の外部とを連通する連通口と、連通口を開閉する開閉部材を有することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の蓄熱装置である。
【発明の効果】
【００１２】
上述のように構成することにより、顕熱蓄熱部は、ヒータからの熱を効率よく吸収して蓄熱するとともに、大きい放熱面積を確保することができるため、蓄熱能力および放熱能力に優れた蓄熱装置となる。さらに、顕熱蓄熱部の蓄熱温度を高く設定することができるので、蓄えられる熱量を増加させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
好適と考える本発明の実施形態を、本発明の作用を示して簡単に説明する。
【００１４】
本発明の蓄熱装置は、ヒータと顕熱蓄熱部と潜熱蓄熱部を備え、ヒータを中心にして外周には熱伝導率の高い顕熱蓄熱部を密接させて設け、さらに顕熱蓄熱部の外周には顕熱蓄熱部よりも熱伝導率の低い蓄熱材からなる潜熱蓄熱部を空気通路を介して設けている。
【００１５】
蓄熱時において、ヒータから発せられる熱は、まずその外周の顕熱蓄熱部に蓄えられるようになっており、ヒータと顕熱蓄熱部は密接しているので熱の損失が少なく、効率的に蓄熱体に熱を蓄えることが可能となる。
【００１６】
また、顕熱蓄熱部はそれ自体の熱伝導率が高いため、ヒータの加熱を開始してから短時間で昇温してやがて熱を放出するようになり、顕熱蓄熱部から放出された熱はその外周の空気通路にある空気を加熱する。
【００１７】
そして、上述のように顕熱蓄熱部から放出された熱により加熱された空気は、さらにその外周に設けられた潜熱蓄熱部をゆっくりと加熱し、これにより潜熱蓄熱部には熱が蓄えられることになる。潜熱蓄熱部は顕熱蓄熱部よりも耐熱温度が低いが、潜熱蓄熱部と顕熱蓄熱部の間に空気通路を介在させることにより、顕熱蓄熱部の放出する熱は空気通路内の空気を介して徐々に潜熱蓄熱部に伝わるため、従来に比べて顕熱蓄熱部の蓄熱温度を高く設定することが可能となり、蓄熱できる熱量を増加させることができる。
【００１８】
また、放熱時においては、顕熱蓄熱部は外周を空気通路で囲まれているので放熱する面積が広くなるため、効率よく熱を放出して顕熱蓄熱体の外周にある空気を加熱する。さらに、潜熱蓄熱部からの放熱によっても空気は加熱され、この加熱された空気が室内の暖房に用いられることとなる。
【００１９】
なお、顕熱蓄熱体は熱伝導率が高いため放熱しやすいが、顕熱蓄熱体の蓄熱量が減少しても、潜熱蓄熱体から放出される熱によっても空気は加熱され続けるので長時間の暖房を行うことが可能となる。
【実施例１】
【００２０】
本発明の具体的な実施例について図面に基づいて説明する。
【００２１】
図１、図２は本発明の蓄熱装置の断面を示した図であって、蓄熱部１はその中心にヒータ２を備え、このヒータ２の外周には顕熱蓄熱体４からなる顕熱蓄熱部５を配置し、さらに顕熱蓄熱部５の外周には第一空気通路１１を介して容器６内に潜熱蓄熱体７を収容した潜熱蓄熱部８を配置して構成されている。
【００２２】
顕熱蓄熱部５を構成する顕熱蓄熱体４には、酸化鉄系レンガなどの熱伝導率が比較的高く、熱容量の低い材料が用いられていて、ヒータ２の熱を素早く吸収して昇温させることができる。
【００２３】
一方、潜熱蓄熱部８を構成する潜熱蓄熱体７には、例えばエリスリトール、ガラクチオール、マンニトール、その他、多糖類から選ばれた有機物が使用されており、加熱によって潜熱蓄熱体７が融解されると、このときに加えられた熱量が潜熱として潜熱蓄熱部８に蓄熱される。この潜熱蓄熱体７は、顕熱蓄熱体４に比べて熱伝導率は低いが熱容量が大きいため、蓄えた熱を長時間放出することができる。
【００２４】
また、加熱の際に熱損失が発生しないよう、ヒータ２と顕熱蓄熱部５は互いに密接して設けられており、これらの間隙には例えば高温耐久性に優れる無機接着剤を充填して固着されている。なお、ヒータ２によって加熱される顕熱蓄熱部５はかなりの高温となるが、耐熱温度は酸化鉄系レンガの場合およそ７００℃と高温耐性に優れているため、ヒータ２に密接して配置することが可能である。
【００２５】
ところが、潜熱蓄熱体７の耐熱温度は２００℃程度と顕熱蓄熱体４に比べてかなり低く、潜熱蓄熱部８と顕熱蓄熱部５を密接して配置する構成としてしまうと、顕熱蓄熱部５の蓄熱温度を潜熱蓄熱部８に合わせて低く設定せざるを得ない。しかし、潜熱蓄熱部８と顕熱蓄熱部５の間に第一空気通路１１を介在させることにより、顕熱蓄熱部５が放出する熱は第一空気通路１１内の空気を加熱し、その熱が潜熱蓄熱部８に伝わり徐々に蓄熱されるので、従来に比べて顕熱蓄熱部５の蓄熱温度を高く設定することが可能となる。したがって、蓄熱部１全体に蓄えられる蓄熱量を大きくすることができる。
【００２６】
そして、潜熱蓄熱部８の内部には伝熱部材９が設けられており、第一空気通路１１内の空気が放出する熱をこの伝熱部材９を介して潜熱蓄熱部８の内部に伝達することで、潜熱蓄熱体７の加熱効率が向上する。
【００２７】
なお伝熱部材９としては、図３のように顕熱蓄熱体４を潜熱蓄熱体７に混入してもよい。顕熱蓄熱体４は熱伝導率が高いため、第一空気通路１１内の空気が放出する熱を潜熱蓄熱部８の内部に伝達することができる。
【００２８】
また、蓄熱部１の外周の温度が高いと、転倒した場合に火災発生の原因になってしまうが、本発明の蓄熱部１はヒータ２の温度を高くしても、最外周である潜熱蓄熱部８の温度はヒータ２と比べて低く抑えることができるため、火災発生のおそれもなく安全性にも優れている。
【００２９】
そして、断熱材からなるケース１０が蓄熱部１を囲うように設けられ、この蓄熱部１とケース１０の間には空気が通過する第二空気通路１２が形成されている。また、ケース１０の所定位置には第一空気通路１１および第二空気通路１２と蓄熱装置の外部とを連通し空気が出入りする連通口１３ａ、１３ｂが設けられるとともに、この連通口１３ａ、１３ｂを開閉する開閉部材１４が設置されている。
【００３０】
なお、蓄熱部１をケース１０内に設置する際には、ヒータ２はケース１０の上部に貫通させて係止し、潜熱蓄熱部８は第二空気通路１２を遮断しないよう棒状の部材などを用いてケース１０に取り付けられる。
【００３１】
次に、前述した構成から成る蓄熱装置の動作について説明する。
【００３２】
蓄熱動作：まず、ヒータ２への通電が開始されると、ヒータ２から発する熱はその外周の顕熱蓄熱部５に供給される。顕熱蓄熱部５はヒータ２に密接して配置されているので、ヒータ２が発する熱は全て顕熱蓄熱体４に吸収され、さらに顕熱蓄熱体４は熱伝導率が高いため、ヒータ２からの熱を受けて素早く昇温し、熱を放出するようになる。
【００３３】
そして、顕熱蓄熱部５から放出された熱は、その外周に設けられた第一空気通路１１内の空気を加熱し、加熱された空気はさらにその外周に設けられている潜熱蓄熱部８に熱を伝える。
【００３４】
また、潜熱蓄熱体７の内部には伝熱部材９が設けられており、この伝熱部材９が第一空気通路１１内の空気が放出する熱を潜熱蓄熱部８の内部から伝達するので、潜熱蓄熱部８は第一空気通路１１との境界面からだけでなく内部からも加熱されることとなり、加熱効率が向上する。
【００３５】
そして、潜熱蓄熱体７の温度が融解温度に達すると、潜熱蓄熱体７が融解してこの潜熱が潜熱蓄熱部８に蓄熱される。
【００３６】
その後、蓄熱部１に蓄えられた熱量が所定値に達すると、ヒータ２への通電が停止される。蓄熱部１の最外周である潜熱蓄熱体７は、熱伝導率が低いため放熱しにくく、そのためヒータ２への通電が停止した後も蓄熱部１は高温を維持することができ、さらには、蓄熱動作時において開閉部材１４は閉じられているので、蓄熱部１に蓄えられた熱は、第二空気通路１２およびケース１０によっても外部への放出が抑えられ、放熱の要求があるまで高温を維持することが可能となる。
【００３７】
放熱動作：ここでは、本蓄熱装置を暖房装置の熱源として使用した場合について説明する。暖房装置の本体より放熱の要求があると、開閉部材１４が開き、図示しない送風機によって暖房装置内に空気が取り込まれる。連通口１３ａから蓄熱装置内部に流入した空気は、第一空気通路１１および第二空気通路１２に流れ込む。
【００３８】
図４は放熱動作時の空気の流れを示した図であって、連通口１３ａから第一空気通路１１に流入した空気（実線矢印）は、顕熱蓄熱部５および潜熱蓄熱部８の内側が放出する熱により加熱され、第二空気通路１２へ流入した空気（破線矢印）は、潜熱蓄熱部８の外側が放出する熱により加熱される。つまり、蓄熱装置内に第一空気通路１１および第二空気通路１２の二つの空気通路を設けることにより、放熱面積が増加するため、効率よく放熱させて通過する空気を加熱することができる。
【００３９】
なお、顕熱蓄熱体４は熱伝導率が高いため空気を素早く昇温させることができるが、熱容量が小さいため短時間で放熱してしまう。反対に潜熱蓄熱体７は、熱容量が大きいため長時間放熱をすることが可能であり、蓄えた潜熱を放熱することで徐々に凝固する。つまり、蓄熱部１が十分な蓄熱量を有している状態では、主に顕熱蓄熱部５により空気を加熱し、放熱により蓄熱量が減少した状態では、主に潜熱蓄熱部８により空気を加熱することで長時間の暖房が可能となるのである。
【００４０】
そして、第一空気通路１１および第二空気通路１２を通過して昇温した空気は温風としてもう一方の連通口１３ｂより排出され、この温風が暖房装置の吹出口より排出されて室内を暖房する。
【００４１】
その後、暖房装置本体から放熱停止の要求があると、開閉部材１４を閉じて以降の放熱を遮断する。
【００４２】
したがって、夜間ヒータ２を通電して蓄熱体に熱を蓄えておき、日中には蓄えた熱を放出して暖房を行うことができるため、割安な深夜電力を利用することで使用電力のコストを低減することとなる。
【実施例２】
【００４３】
次に、本発明の実施例２について説明するが、実施例１と同一部分については同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００４４】
図５は、本発明の実施例２の蓄熱装置の断面を示した図であって、第一空気通路１１内の潜熱蓄熱部８の表面には顕熱蓄熱部５が放出する熱から潜熱蓄熱部８を保護する断熱部材１５が設けられている。
【００４５】
長時間に亘って高い暖房能力を維持するためには、暖房装置の運転が停止している時に蓄熱部１から放熱されてしまう熱量を減らさなくてはならないが、そのためには、蓄熱部１と空気との接触面積をできるだけ少なくすることが望ましく、蓄熱部１を小さく構成する必要がある。ところが、蓄熱部１の大きさを小さくしようとすると、第一空気通路１１の幅も狭くなるため、顕熱蓄熱部５と潜熱蓄熱部８との距離が短くなってしまい、潜熱蓄熱部８の表面温度が耐熱温度を超えてしまう。
【００４６】
そこで、潜熱蓄熱部８の表面に断熱部材１５を設けて、顕熱蓄熱部５が放出する熱から潜熱蓄熱部８を保護するようになっている。このように構成することで、顕熱蓄熱部５と潜熱蓄熱部８間の距離が短くなっても、潜熱蓄熱部８の表面温度が必要以上に高くなることが防止されるので、第一空気通路１１の幅を狭くして蓄熱部１を小型にすることができる。したがって、蓄熱部１から放熱してしまう熱量を減らすこととなり、長時間に亘って高い暖房能力を維持する蓄熱装置を構成することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の実施例１の蓄熱装置の断面図である。
【図２】本発明の実施例１の蓄熱部の断面図である。
【図３】本発明の実施例１の蓄熱部の断面図である。
【図４】本発明の蓄熱装置内部の空気の流れを示した図である。
【図５】本発明の実施例２の蓄熱部の断面図である。
【図６】従来の蓄熱装置の断面図である。
【符号の説明】
【００４８】
２    ヒータ
５    顕熱蓄熱部
８    潜熱蓄熱部
９    伝熱部材
１０  ケース
１１  第一空気通路
１２  第二空気通路
１３ａ、１３ｂ  連通口
１４  開閉部材
１５  断熱部材
【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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