JP5118500B2 - 蓄熱容器 - Google Patents

Description

本発明は、流体が高温のときに、この流体から熱を吸収して蓄え、流体が低温になったときに、この流体へ熱を戻す蓄熱容器に関する。

流体が高温のときに、この流体から熱を吸収して蓄え、流体が低温になったときに、この流体へ熱を戻す蓄熱容器としては、温水用蓄熱器が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
実開平５−２５２５４号公報（図１）

特許文献１を次図に基づいて説明する。
図８は従来の技術の基本構成を説明する図であり、温水用蓄熱器１００は、外容器１０１の内側に真空部１０２を介して配置される内容器１０３と、この内容器１０３内に水を導入するための導入路１０４と、導入路１０４から導入された水を通過させるために複数の蓄熱材１０５の間に配置される通路１０６と、この通路１０６を通った水が外部へ排出されるための排出路１０７とから構成される。

このような温水用蓄熱器１００は、内容器１０３内の水の温度が高い場合には、この高温の水の熱エネルギを蓄熱材１０５が吸収し、蓄える。

一方、内容器１０３内の水の温度が低い場合には、蓄熱材１０５に蓄えられた熱エネルギを放出することにより内容器１０３内の水を暖める。

ところで、温水用蓄熱器１００の内部の大部分は、真空部１０２で囲われているため、外部への熱放散が防止される。しかし、導入路１０４は、外容器１０１から突出している部分は、格別に断熱処理されていない。すると、導入路１０４が熱の通り道になって、外へ熱が逃げる。この結果、想像線１０８で示される部分から温度が低下し、温水用蓄熱器１００の内部の温度低下を招く。排出路１０７も同様に、熱の通り道になって、外へ熱が逃げる。この結果、想像線１０８で示される部分から温度が低下し、温水用蓄熱器１００の内部の温度低下を招く。

蓄熱容器であるから、高い保温性が求められる。そこで保温性の高い蓄熱容器の提供が望まれる。

本発明は、保温性の高い蓄熱容器を提供することを課題とする。

請求項１に係る発明は、外周面が断熱された容器に蓄熱材を充填し、流体を外部から前記容器内へ導入する流体導入管及び容器内の流体を外部へ導出する流体排出管を備え、
流体導入管及び流体排出管を容器の底部から容器内へ挿入し、容器の底部から所定の高さまでは、流体導入管及び流体排出管と蓄熱材との間に断熱層を介在させ、
流体排出管は、通水孔を有する支持部材により容器に一体的に取り付けられ、
流体導入管の上端には容器の底部に向かって延びる延長管が接続され、この延長管は、支持部材により支持されている蓄熱容器であって、
流体排出管は、容器の底部近傍まで延びていると共に、流体導入管を囲い、
流体排出管の外周に断熱層が形成され、
この断熱層の外周に蓄熱材が配置され、
流体導入管の上端から延びる延長管は、流体排出管よりも上方へ延び、流体排出管よりも上方の位置から水平に延び、水平に延びた先端から下方に向かって支持部材を貫通して延びていることを特徴とする。

請求項２に係る発明は、蓄熱材は球状のカプセル内に収納され、カプセルの径は通水孔の径よりも大きく、且つ、流体導入管の内径及び延長管の内径よりも小さいことを特徴とする。
請求項３に係る発明は、支持部材は、流体排出管の上端を支持していることを特徴とする。

請求項１に係る発明では、流体導入管及び排出管を容器の底部から容器内へ挿入し、容器の底部から所定の高さまでは、流体導入管及び排出管と蓄熱材との間に断熱層を介在させる。断熱層を介在させることで、流体導入管及び排出管内の熱が容器内に移動できなくなる。熱が容器内に移動できなくなり、高い保温性を確保することができる。

さらに、請求項１に係る発明では、流体排出管は支持部材により容器に一体的に取り付けられる。容器に一体的に取り付けることにより、流体排出管の強度が増す。

加えて、請求項１に係る発明では、流体導入管の上端には底部に向かって延びる延長管が接続される。流体を流体導入管及び延長管を介して容器内に流入させることにより流体導入管及び排出管をより長くすることができる。即ち、流体導入管及び流体排出管の長さを長くし容器内の高い位置まで配置することにより、容器内のスペースを有効に活用することができる。

請求項２に係る発明では、カプセルの径は通水孔の径よりも大きく、流体導入管の内径及び延長管の内径よりも小さい。容器内に蓄熱材を入れない状態で流体導入管等を組み立て、最後に流体導入管からカプセルを投入することにより蓄熱材を容器内に配置させることができる。組立作業の自由度が増し有益である。

本発明を実施するための最良の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。
図１は本発明に係る蓄熱容器の分解斜視図であり、蓄熱容器１０は、内部に破線で示される流体排出管１１が配置される容器部材１２と、この容器部材１２内部に流体を導入するため下端に流体導入口１３が配置される流体導入管１４と、容器部材１２の底部に配置される第１連結部材１６に接続され左右に流体入口１７及び流体出口１８を有する第２連結部材１９と、流体排出管１１の上端に嵌合され複数の通水孔２１を有する支持部材２２と、この支持部材２２に流体排出管１１と共に支持され流体導入管１４に接続されるＬ字型の延長管２３と、容器部材１２内に配置され蓄熱材２４が収納されるカプセル２５と、から構成される。

支持部材２２には、流体排出管１１及び延長管２３を通すための孔２６、２７が設けられている。
２８は流体導入管１４、第１及び第２連結部材１６、１９を一体的に連結するために用いるボルトである。即ち、流体導入管１４は第１及び第２連結部材１６、１９から構成される連結部材２９により容器部材１２に一体的に取付けられる。

流体排出管１１は支持部材２２により容器部材１２に一体的に取り付けられる。容器部材１２に一体的に取り付けることにより、流体排出管１１の強度が増す。

図２は本発明に係る蓄熱容器の正面断面図であり、容器部材１２は容器３１を外容器３２により囲い、外容器３２及び容器３１の間に存在する隙間を真空引きして真空部３３を形成することにより構成される。即ち、容器３１の外周面に真空部３３を配置することにより容器３１は断熱される。

このような容器３１及び流体排出管１１の外周面３５の間には断熱層３６が真空で構成され、流体排出管１１の上端３８は容器３１に接合され、下端３９は外容器３２の口部４１に接合される。断熱層３６をどの高さまで設けるかについては後述する。

容器３１及び支持部材２２により囲われた領域には、蓄熱材が収納されたカプセル２５が配置される。
蓄熱材にはパラフィン、酢酸ナトリウム三水和物、エリスリトールが好適であるが、これらのものに限られず用いることができる。

加えて、カプセル２５の径Ｄ１は、流体導入管１４及び延長管２３の内径Ｄ２よりも小さく、通水孔２１の径Ｄ３よりも大きいことが望ましい。この場合には、容器３１内にカプセル２５を入れない状態で流体導入管１４等を組み立て、最後に流体導入管１４からカプセル２５を投入することによりカプセル２５を容器３１内に配置させることができる。組立作業の自由度が増し有益である。

図３は図２の３部拡大図であり、流体導入管１４の上端には凹部４５が形成され、延長管２３の一端には凸部４６が形成され、これらの凹部４５及び凸部４６が嵌合されることにより流体導入管１４及び延長管２３は接続されている。

以上に述べた蓄熱容器の作用を車両の冷却回路を例に次に述べる。
図４は本発明に係る蓄熱容器を用いる冷却回路を説明する図であり、車両の冷却回路５０には、ポンプ５１によって汲み上げられた冷却水により冷却されるエンジン５２と、このエンジン５２から流し込まれ冷却水をヒータ５３へ供給する蓄熱容器１０と、エンジン５２により温められた冷却水が所定の温度に達したときには冷却水をラジエータ５４に流し所定の温度に達していないときにはラジエータ５４に冷却水を流さないサーモスタッド５５とを備えている。

車両の走行中は、矢印（１）で示されるようにエンジン５２を通過した冷却水のうちの一部は蓄熱容器１０、ヒータ５３及びポンプ５１を通って再びエンジン５２を通過する。
一方、矢印（１）で示される回路を循環しない冷却水は、矢印（２）又は矢印（３）で示されるように冷却回路５０内を循環する。

矢印（２）で示される回路を循環させるか矢印（３）で示される回路を循環させるかは、エンジン５２を通過した冷却水の温度によりサーモスタッド５５が制御する。即ち、冷却水の温度が所定の温度よりも高い場合には冷却水をラジエータ５４により冷却する必要があるため、矢印（３）で示されるように回路内を循環する。

一方、冷却水の温度が所定の温度に達しない場合には、所定の温度に上がるまで冷却水は矢印（２）で示される回路を循環する。
また、車両が停車した場合には、冷却水の循環が止まる。

図５は本発明に係る蓄熱容器の車両走行中における作用を説明する図であり、車両の走行中には矢印（５）で示されるように冷却水は流体入口１７及び流体導入口１３を通過し、矢印（６）で示されるように流体導入管１４内を通過する。流体導入管１４内を通過した冷却水は矢印（７）で示されるように延長管２３から容器３１内部へ導入され、矢印（８）で示されるように容器３１内部を上昇する。

容器３１内部を上昇した冷却水は、矢印（９）で示されるように通水孔２１を通過し、矢印（１０）で示されるように流体排出管１１内を下降し、矢印（１１）で示されるように流体出口１８を通過して外部へ排出される。

車両の走行中は、温められた冷却水が容器３１内部を通過する。この温められた冷却水の熱エネルギをカプセル２５に収納された蓄熱材が吸収して蓄える。

冷却水を流体導入管１４及び延長管２３を介して容器３１内に流入させることにより流体導入管及び排出管１４、１１をより長くすることができる。即ち、流体導入管及び排出管１４、１１の長さを容器３１内の高い位置まで配置することにより、容器３１内のスペースを有効に活用することができる。

図６は本発明に係る蓄熱容器の車両停車中における作用を説明する図であり、車両が停車してしばらくすると流体導入管及び排出管１４、１１の内部には流体の熱的性質により、温度が異なる複数の層が形成される。

この成層は、容器３１の底部から想像線６１までの領域に形成される低温層６２と、想像線６３よりも上側の領域に形成され保温時に容器３１内部の温度とほぼ同じ温度となる高温層６４と、低温層６２及び高温層６４の間に形成され低温層６２の温度及び高温層６４の温度の中間の温度である混合層６５とから形成される。

断熱層３６が配置されていることにより流体導入管及び排出管１４、１１内の冷却水の熱エネルギは、容器３１側へ移動することが防止される。従って、断熱層３６は少なくとも低温層６２及び混合層６５が形成される場所に配置すればよい。

容器３１の底部から所定の高さまでは、流体導入管及び排出管１４、１１と蓄熱材との間に断熱層３６を介在させる。断熱層３６を介在させることで、流体導入管及び排出管１４、１１内の熱エネルギが容器３１内に移動できなくなる。流体導入管及び排出管１４、１１内の熱エネルギが容器３１内に移動できなくなるため、高い保温性を確保することができる。

加えて、容器３１内部の冷却水はカプセル２５が放出する熱エネルギで温められることにより、更に保温性を高めることができる。

以下に本発明に係る蓄熱容器の別実施例を説明する。
図７は本発明に係る蓄熱容器の別実施例図であり、図２と共通要素は符号を流用して、詳細な説明は省略する。
別実施例では、容器３１の外周面及び断熱層３６に断熱材６７を配置した。

容器３１の外周面及び断熱層３６を真空にする場合よりも容易に蓄熱容器１０を製造することができ、有益である。

なお、図２では容器３１の外周面及び断熱層３６を真空にし、図７では容器３１の外周面及び断熱層３６を断熱材６７で囲ったが、これらを組み合わせても使用することができる。
即ち、容器３１の外周面を真空にし、断熱層３６を断熱材６７で構成することや、容器３１の外周面に断熱材６７を配置し、断熱層３６を真空にすることは差し支えない。

尚、本発明にかかる蓄熱容器は、実施の形態では車両の冷却回路に適用したが、家庭用温水器や家庭用蓄熱タンクにも適用可能であり、蓄熱容器の用途は車両用蓄熱容器に限られるものではない。

本発明の蓄熱容器は、車両用蓄熱容器に好適である。

本発明に係る蓄熱容器の分解斜視図である。 本発明に係る蓄熱容器の正面断面図である。 図２の３部拡大図である。 本発明に係る蓄熱容器を用いる冷却回路を説明する図である。 本発明に係る蓄熱容器の車両走行中における作用を説明する図である。 本発明に係る蓄熱容器の車両停車中における作用を説明する図である。 本発明に係る蓄熱容器の別実施例図である。 従来の技術の基本構成を説明する図である。

符号の説明

１０…蓄熱容器、１１…流体排出管、１４…流体導入管、２１…通水孔、２２…支持部材、２３…延長管、２４…蓄熱材、２５…カプセル、２９…連結部材、３１…容器、３３…真空部、６７…断熱材。

Claims (3)

1. 外周面が断熱された容器に蓄熱材を充填し、流体を外部から前記容器内へ導入する流体導入管及び容器内の流体を外部へ導出する流体排出管を備え、
   前記流体導入管及び前記流体排出管を前記容器の底部から前記容器内へ挿入し、前記容器の底部から所定の高さまでは、前記流体導入管及び前記流体排出管と前記蓄熱材との間に断熱層を介在させ、
   前記流体排出管は、通水孔を有する支持部材により前記容器に一体的に取り付けられ、
   前記流体導入管の上端には前記容器の底部に向かって延びる延長管が接続され、この延長管は、前記支持部材により支持されている蓄熱容器であって、
   前記流体排出管は、前記容器の底部近傍まで延びていると共に、前記流体導入管を囲い、
   前記流体排出管の外周に前記断熱層が形成され、
   この断熱層の外周に前記蓄熱材が配置され、
   前記流体導入管の上端から延びる前記延長管は、前記流体排出管よりも上方へ延び、前記流体排出管よりも上方の位置から水平に延び、水平に延びた先端から下方に向かって前記支持部材を貫通して延びていることを特徴とする蓄熱容器。
2. 前記蓄熱材は球状のカプセル内に収納され、前記カプセルの径は前記通水孔の径よりも大きく、且つ、前記流体導入管の内径及び前記延長管の内径よりも小さいことを特徴とする請求項１記載の蓄熱容器。
3. 前記支持部材は、前記流体排出管の上端を支持していることを特徴とする請求項２記載の蓄熱容器。

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