JPH0684873B2 - Solid heat storage with heat pipe function - Google Patents
Solid heat storage with heat pipe functionInfo
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- JPH0684873B2 JPH0684873B2 JP1103024A JP10302489A JPH0684873B2 JP H0684873 B2 JPH0684873 B2 JP H0684873B2 JP 1103024 A JP1103024 A JP 1103024A JP 10302489 A JP10302489 A JP 10302489A JP H0684873 B2 JPH0684873 B2 JP H0684873B2
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- Resistance Heating (AREA)
- Heat-Pump Type And Storage Water Heaters (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は顕熱として熱エネルギを蓄える固体蓄熱器に
関し、さらに詳しくは主として潜熱として熱の輸送を行
なう作動流体と蓄熱材との間で熱授受を行なうよう構成
された蓄熱器に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a solid-state heat storage device that stores heat energy as sensible heat, and more specifically, it transfers heat between a working fluid and heat storage material that mainly transport heat as latent heat. A regenerator configured to perform.
従来の技術 個人住宅や中小規模集合住宅などにおける各戸の給湯設
備としては、小型であること、エネルギコストが低廉で
あることなどの要請があり、本出願人等はそれらの要請
を満すことのできる給湯設備を特願昭63−253575(特開
平1−252898号公報参照)として既に提案した。その基
本構成は、熱源である蓄熱器と水を加熱する熱交換器と
をループ型ヒートパイプによって連結したものであり、
これを略示すれば第5図の通りである。すなわち第5図
中符号1はループ型ヒートパイプを示し、これは真空排
気した密閉循環路の内部に、水やフロン、アルコールな
どの潜熱として熱の輸送を行なう凝縮性の流体を作動流
体として封入したものであり、そのヒートパイプ1のう
ちの一部が低い位置において蓄熱器2を貫通しており、
これに対して高い位置において熱交換器3を貫通してい
る。蓄熱器2はセラミック材料や有機材料などの適宜の
材料を蓄熱材とするものであって、外部から熱を与える
ために電気ヒータ4が取付けられている。また熱交換器
3は外部から供給した水を加熱して温水とするものであ
り、その給水管路5には開閉弁6が介装されている。さ
らにまたループ型ヒートパイプ1のうち熱交換器3から
蓄熱器2に至る管路の部分には、液相の作動流体の流量
を調整する調整弁7が設けられている。2. Description of the Related Art There are demands for small-sized hot water supply facilities for individual houses, small-scale apartment houses, etc. to be small in size, low energy costs, etc. A hot water supply system that can be used has already been proposed as Japanese Patent Application No. 63-253575 (see Japanese Patent Laid-Open No. 1-252898). The basic configuration is that a heat storage device that is a heat source and a heat exchanger that heats water are connected by a loop heat pipe,
This is schematically shown in FIG. That is, reference numeral 1 in FIG. 5 denotes a loop heat pipe, which is a vacuum-exhausted closed circuit in which a condensable fluid for transporting heat as latent heat of water, chlorofluorocarbon, alcohol, etc. is enclosed as a working fluid. The heat pipe 1 partially penetrates the heat storage device 2 at a low position,
On the other hand, the heat exchanger 3 is penetrated at a high position. The heat storage device 2 uses a suitable material such as a ceramic material or an organic material as a heat storage material, and an electric heater 4 is attached to apply heat from the outside. The heat exchanger 3 heats water supplied from the outside to make hot water, and an opening / closing valve 6 is provided in the water supply pipe line 5 thereof. Furthermore, a regulating valve 7 for regulating the flow rate of the working fluid in the liquid phase is provided in the portion of the loop heat pipe 1 from the heat exchanger 3 to the heat accumulator 2.
したがって上述した給湯設備では、電気ヒータ4によっ
て蓄熱材を加熱することにより熱エネルギを蓄熱器2に
蓄えておき、出湯の必要があるときは、調整弁7を介し
て液相の作動流体を蓄熱器2に送る一方、熱交換器3に
水を供給すれば、ヒートパイプ1のうち蓄熱器2の部分
で作動流体が加熱されて蒸発し、その蒸気が熱交換器3
の部分に流れた後に水に熱を与えて凝縮し、その結果、
温水が得られる。このように第5図に示す給湯設備で
は、出湯の必要があるとき以外の任意のときに電気ヒー
タ4をオンにして熱エネルギを蓄えておくことができる
ため、安価な深夜電力を利用でき、また貯湯タンクが要
らないので、小型のものとすることができる。Therefore, in the hot water supply facility described above, heat energy is stored in the heat storage device 2 by heating the heat storage material by the electric heater 4, and when tapping is required, the working fluid in the liquid phase is stored via the adjusting valve 7. If water is supplied to the heat exchanger 3 while being sent to the heat exchanger 2, the working fluid is heated and evaporated in the heat storage portion 2 of the heat pipe 1, and the vapor is transferred to the heat exchanger 3
After flowing to the part of the water, heat is given to the water to condense, and as a result,
Hot water is obtained. As described above, in the hot water supply facility shown in FIG. 5, since the electric heater 4 can be turned on to store thermal energy at any time other than when hot water is needed, inexpensive midnight power can be used, Since a hot water storage tank is not required, it can be made small.
発明が解決しようとする課題 上述した給湯設備では、蓄熱材から水に対する熱の伝達
を、ヒートパイプ内の作動流体が媒介することになるか
ら、蛇口の開動作と同時に所要温度の温水を得るべく熱
応答性を良好ならしめるためには、蓄熱器2における蓄
熱材からヒートパイプへの熱伝達を迅速かつ多量に行な
わせる必要がある。そこで例えば蓄熱材としてセラミッ
クなどの固体を使用する場合、第6図に示すように、ル
ープ型ヒートパイプ1のうち作動流体を蒸発させる蒸発
部8を、上部ヘッダ管9と下部ヘッダ管10との間に複数
の縦管11を設けて全体として格子状に形成し、その縦管
11を二分割構造の固体蓄熱材12によって密着状態に挟み
付け、かつ必要に応じて縦管11と蓄熱材12とを溶接する
蓄熱器を採用することが考えられる。DISCLOSURE OF THE INVENTION Problems to be Solved by the Invention In the hot water supply facility described above, since the working fluid in the heat pipe mediates the transfer of heat from the heat storage material to the water, it is necessary to obtain hot water at the required temperature at the same time as the faucet opening operation. In order to improve the thermal response, it is necessary to transfer heat from the heat storage material in the heat storage device 2 to the heat pipe quickly and in large quantities. Therefore, for example, when a solid such as ceramic is used as the heat storage material, as shown in FIG. 6, the loop-type heat pipe 1 includes an evaporator 8 for evaporating a working fluid, and an evaporator 8 for the upper header pipe 9 and a lower header pipe 10. A plurality of vertical tubes 11 are provided between them to form a grid as a whole.
It is conceivable to employ a heat accumulator that sandwiches 11 by a solid heat storage material 12 having a two-divided structure in a close contact state, and welds the vertical pipe 11 and the heat storage material 12 as necessary.
このような構造の蓄熱器にあっては、縦管11と蓄熱材12
とを密着させるために、蓄熱材12に半円形断面の凹部13
を形成する必要があるが、その凹部13の径と縦管11の外
径とを完全に一致させることは凹部13の加工技術上極め
て困難であり、その結果、通常では凹部13の径が縦管11
の外径とわずかながら相違してしまい、それに伴って縦
管11と蓄熱材12とが点もしくは線で接触してしまい、両
者の間に空間部が生じる。このような空間部には空気が
入り込み、しかも空気は熱伝達率が低いために、蓄熱材
12と縦管11との間の熱伝達が阻害される問題を生じる。In the heat accumulator having such a structure, the vertical pipe 11 and the heat storage material 12
In order to bring the heat storage material 12 into close contact with the
However, it is extremely difficult in terms of the processing technology of the recess 13 to make the diameter of the recess 13 and the outer diameter of the vertical pipe 11 perfectly match. Tube 11
However, the vertical pipe 11 and the heat storage material 12 come into contact with each other at a point or a line, resulting in a space between them. Air enters the space like this, and the heat transfer coefficient of air is low.
This causes a problem that heat transfer between 12 and the vertical pipe 11 is obstructed.
このような不都合を解消するために、蓄熱材12と縦管11
とを溶接することも可能であるが、そのためには技術的
に困難もしくは高度な作業が要求され、蓄熱器あるいは
給湯設備がコスト高になる不都合を生じ、また縦管11と
蓄熱材12とは繰り返し加熱・冷却されるうえに熱膨張率
が異なるから、長期間使用しているうちに溶接部分で剥
離して空間部が生じ、前述したような不都合が生じるお
それがある。これに加え、溶接の際に縦管11が損傷を受
けて作動流体が漏洩したり、これとは反対に空気が内部
に侵入したりするおそれがある。In order to eliminate such inconvenience, the heat storage material 12 and the vertical pipe 11
It is also possible to weld and, but for that purpose technically difficult or advanced work is required, the disadvantage that the cost of the regenerator or hot water supply equipment becomes high, and the vertical pipe 11 and the regenerator material 12 Since it is repeatedly heated and cooled and has a different coefficient of thermal expansion, it may peel off at the welded portion to form a space during long-term use, which may cause the aforementioned inconvenience. In addition to this, the vertical pipe 11 may be damaged during welding and the working fluid may leak, or, on the contrary, air may enter the inside.
また一方、縦管11と蓄熱材12との間の空間部に、ペース
ト状のサーマルジョイントを充填することにより、縦管
11と蓄熱材12との間の熱伝達を確実にすることが考えら
れるが、サーマルジョイントは経時的に劣化するので、
熱伝達が次第に損われたり、また縦管11や蓄熱材12が熱
膨張・熱収縮することにより不可避的に空間部が生じる
不都合がある。On the other hand, the space between the vertical pipe 11 and the heat storage material 12 is filled with a paste-like thermal joint to form a vertical pipe.
It is conceivable to ensure heat transfer between 11 and the heat storage material 12, but since the thermal joint deteriorates over time,
There is a disadvantage that the heat transfer is gradually impaired, and the vertical tube 11 and the heat storage material 12 are thermally expanded and contracted to inevitably form a space.
蓄熱材12と縦管11とを確実に面接触させかつ接触面積を
可及的に広くするために、縦管11を矩形断面のものとす
ることが考えられるが、そのようにすると管材の入手が
困難になり、またヘッダ管9,10に対する溶接を含めた全
体としての製造作業性が悪くなり、さらには強度や熱的
特性が円周方向で不均一なるなどの問題を生じる。In order to ensure surface contact between the heat storage material 12 and the vertical pipe 11 and to widen the contact area as much as possible, it is conceivable that the vertical pipe 11 has a rectangular cross section. And the header pipes 9 and 10 are deteriorated in overall manufacturing workability including welding, and further, strength and thermal characteristics become uneven in the circumferential direction.
そして上述した従来蓄熱器の構造では、ヘッダ管9,10が
蓄熱材12の外部に位置することになるために、この部分
が伝熱面として機能せず、熱効率悪くなる問題がある。
これを解決するためには、分割構造の蓄熱材でヘッダ管
9,10を挟み込む構造とすればよいが、そのためには蓄熱
材をヘッダ管9,10に密着させるための複雑な構造や作業
が必要となる問題が生じる。In the structure of the conventional heat storage device described above, since the header pipes 9 and 10 are located outside the heat storage material 12, this portion does not function as a heat transfer surface, and there is a problem that thermal efficiency deteriorates.
In order to solve this, a header pipe with a heat storage material with a divided structure
Although the structure in which the heat storage material is sandwiched between the header pipes 9 and 10 is necessary, a complicated structure and work for bringing the heat storage material into close contact with the header pipes 9 and 10 are required.
この発明は上記の事情を背景としてなされたもので、熱
的な特性に優れ、しかも小型軽量な固体蓄熱器を提供す
ることを目的とするものである。The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a small-sized and lightweight solid regenerator having excellent thermal characteristics.
課題を解決するための手段 この発明ののヒートパイプ機能を備えた固体蓄熱器は、
上記の目的を達成するために、ガス透過性のない蓄熱材
ブロックの内部に形成された中空部として、前記蓄熱材
ブロックの上部にほぼ水平方向に向けて形成されかつ蓄
熱材ブロックの側面に開口した上部ヘッダ部と、前記蓄
熱材ブロックの下部にほぼ水平方向に向けて形成されか
つ蓄熱材ブロックの側面に開口した下部ヘッダ部と、こ
れらのヘッダ部を連通させるよう上下方向に向けて形成
された複数の縦孔部とを有する構成とし、かつ前記中空
部の上部ヘッダ部の一端および下部ヘッダ部の一端に、
それぞれ蒸発潜熱として熱を輸送する作動流体を流通さ
せるパイプを気密状態に接続してなることを特徴とする
ものである。Means for Solving the Problems A solid regenerator having a heat pipe function of the present invention,
In order to achieve the above-mentioned object, as a hollow portion formed inside the heat storage material block having no gas permeability, it is formed in the upper part of the heat storage material block in a substantially horizontal direction and is opened on the side surface of the heat storage material block. The upper header portion, the lower header portion which is formed in the lower portion of the heat storage material block in a substantially horizontal direction, and which is opened on the side surface of the heat storage material block, and the upper header portion which is formed in the vertical direction so as to communicate these header portions. A plurality of vertical holes, and at one end of the upper header portion and one end of the lower header portion of the hollow portion,
Each of them is characterized in that a pipe for circulating a working fluid that transports heat as evaporation latent heat is connected in an airtight state.
さらにこの発明では、前記蓄熱材ブロックの外面に他の
材種の固体の蓄熱材を密着して取付け、そして例えば蓄
熱材ブロックを金属とし、かつ異材種の固体の蓄熱材を
セラミックとすることにより、重量を特に増大させずに
蓄熱容量を増大させることができる。Furthermore, in the present invention, a solid heat storage material of another material type is closely attached to the outer surface of the heat storage material block, and, for example, the heat storage material block is made of metal, and the solid heat storage material of a different material type is made of ceramic. The heat storage capacity can be increased without particularly increasing the weight.
さらに中空部の下側に加熱器を設け、中空部内の作動流
体を下側から補助加熱することによって作動流体の蒸発
を促進させることができる。Further, a heater is provided below the hollow portion and auxiliary heating of the working fluid in the hollow portion is performed from the lower side, whereby evaporation of the working fluid can be promoted.
作用 この発明の蓄熱器では、蓄熱材ブロックに形成された中
空部の内部を作動流体が流れることにより、作動流体が
蓄熱材に接触して両者の間で熱授受が行なわれる。より
具体的には、作動流体は、外部からパイプを介して蓄熱
材ブロックの内部に形成されたヘッダ部のうち一方(例
えば下部ヘッダ部)に流入し、この下部ヘッダ部から同
じく蓄熱材ブロックの内部に形成された複数の縦孔部に
分岐されて流入し、さらに同じく蓄熱材ブロックの内部
に形成された他方のヘッダ部(例えば上部ヘッダ部)に
集合され、そのヘッダ部からパイプを介して外部へ流出
することになるが、下部ヘッダ部、縦孔部、上部ヘッダ
部を作動流体が流れる間、作動流体は蓄熱材に接触し続
け、その間熱授受が行なわれることになる。このように
蓄熱作用を行なう蓄熱材ブロック自体が作動流体の流通
する中空部を形成するから、作動流体と蓄熱材との間に
介在する物がなく、そのため両者の間の熱伝達が極めて
効率良く行なわれ、また熱膨張や熱収縮もしくは経時変
化による熱伝達率の低下は生じない。そして前述のよう
に各縦孔部にそれぞれ作動流体を流入、流出させるため
のヘッダ部分(上部ヘッダ部、下部ヘッダ部)自体も蓄
熱材ブロックの内部に形成されているため、作動流体と
の熱授受を行なう伝熱面積が広く、その点からも熱伝達
を極めて効率良く行なうことができる。Function In the heat storage device of the present invention, the working fluid flows inside the hollow portion formed in the heat storage material block, so that the working fluid comes into contact with the heat storage material to transfer heat between the two. More specifically, the working fluid flows from the outside into one of the header parts (for example, the lower header part) formed inside the heat storage material block via the pipe, and from the lower header part, the working fluid of the heat storage material block is also discharged. It branches into a plurality of vertical holes formed inside and flows in, and is gathered in the other header part (for example, upper header part) also formed inside the heat storage material block, and from that header part through a pipe. Although it flows out to the outside, while the working fluid flows through the lower header portion, the vertical hole portion, and the upper header portion, the working fluid keeps contacting the heat storage material, and heat is transferred during that time. Since the heat storage material block itself that performs heat storage forms a hollow portion through which the working fluid flows, there is no intervening material between the working fluid and the heat storage material, and therefore heat transfer between the two is extremely efficient. The thermal conductivity does not decrease due to thermal expansion, thermal contraction or aging. As described above, since the header portions (upper header portion and lower header portion) for inflowing and outflowing the working fluid into and from the vertical holes are also formed inside the heat storage material block, the heat of the working fluid is not generated. The heat transfer area for transferring and receiving is large, and heat transfer can be performed extremely efficiently from that point as well.
蓄熱材ブロックの外面に他の材質の固体の蓄熱材を密着
して取付けた場合、熱エネルギは蓄熱材ブロックと他の
材質の固体の蓄熱材との両方に蓄えられ、またこれらの
蓄熱材ブロックおよび固体の蓄熱材とから作動流体に熱
が与えられる。その場合、蓄熱材ブロックと固体の蓄熱
材とは平面で接触させることができるので、両者の間で
の熱授受は良好に行なわれる。When a solid heat storage material made of another material is attached to the outer surface of the heat storage material block, heat energy is stored in both the heat storage material block and the solid heat storage material made of another material. The heat is applied to the working fluid from the solid heat storage material. In that case, since the heat storage material block and the solid heat storage material can be brought into contact with each other on a flat surface, heat transfer between them can be favorably performed.
そして中空部の下側に加熱器を配置した構成では、中空
部内の作動流体を下側から加熱することが可能になるの
で、作動流体の蒸発を促進することができる。In the configuration in which the heater is arranged on the lower side of the hollow portion, the working fluid in the hollow portion can be heated from the lower side, so that the evaporation of the working fluid can be promoted.
実施例 つぎにこの発明の実施例を図面を参照して説明する。Embodiment Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
第1図はこの発明の一実施例を示す破断断面正面図であ
り、第2図は同じく破断断面平面図であって、蓄熱材ブ
ロック20はステンレス鋼や鋳鉄などの体積比熱の大きい
金属によって薄い直方体状に形成されており、この蓄熱
材ブロック20の内部には、上下の各ヘッダ部21,22およ
びこれらを連通させる複数本の縦孔部23からなる中空部
が形成されている。すなわち上部ヘッダ部21は、蓄熱材
ブロック20の上側の部分に、ほぼ水平方向に沿って形成
され、蓄熱材ブロック20の側面に開口している。また下
部ヘッダ部22は、蓄熱材ブロック20の下側の部分に、ほ
ぼ水平方向に沿って形成され、上部ヘッダ部21とは反対
方向に向けて開口している。さらに各縦孔部23は、互い
に平行でかつ上下方向に向けて形成されて各ヘッダ部2
1,22を連通させている。この中空部は、蓄熱材ブロック
20に穿孔加工を施して形成し、かつ不必要な開口部にプ
ラグ24を溶接してここを密閉することにより形成しても
よく、あるいは蓄熱材ブロック20の鋳造の際に貫通孔を
同時に形成し、しかる後に不必要な開口部にプラグ24を
溶接してここを密閉して形成してもよい。特に後者の方
法は、中空部の内表面に凹凸ができるために、後述する
作動流体の核沸騰の促進や表面積の増大などの点で好ま
しい。FIG. 1 is a front view of a fractured cross section showing one embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a plan view of a fractured cross section of the same. The heat storage material block 20 is made of a metal having a large volume specific heat, such as stainless steel or cast iron. The heat storage material block 20 is formed in a rectangular parallelepiped shape, and inside the heat storage material block 20, there is formed a hollow portion including upper and lower header portions 21 and 22 and a plurality of vertical hole portions 23 that communicate these. That is, the upper header portion 21 is formed in the upper side portion of the heat storage material block 20 along substantially the horizontal direction, and opens on the side surface of the heat storage material block 20. Further, the lower header portion 22 is formed in the lower portion of the heat storage material block 20 along a substantially horizontal direction, and opens in a direction opposite to the upper header portion 21. Further, each vertical hole portion 23 is formed in parallel with each other and in the vertical direction, and each header portion 2
1,22 are in communication. This hollow part is a heat storage material block
It may be formed by perforating 20 and welding the plug 24 to an unnecessary opening and sealing the plug 24, or a through hole may be formed at the same time when the heat storage material block 20 is cast. However, after that, the plug 24 may be welded to an unnecessary opening and sealed here. In particular, the latter method is preferable in terms of accelerating nucleate boiling of the working fluid, which will be described later, and increasing the surface area because the inner surface of the hollow portion has irregularities.
蓄熱材ブロック20の表裏両面には、上下方向に沿う厚板
部25と板厚の薄いフィン26とが突設されており、その厚
板部25には電気ヒータ27が上下方向に向けて挿入配置さ
れている。また前記下部ヘッダ部22の下側に他の電気ヒ
ータ28がほぼ水平方向に向けて挿入配置されている。な
お、厚板部25とフィン26とは蓄熱材ブロック20と一体に
鋳造してもよいが、溶接により蓄熱材ブロック20に一体
化させてもよい。Thick plate portions 25 and thin fins 26 extending in the vertical direction are projectingly provided on both front and back surfaces of the heat storage material block 20, and electric heaters 27 are inserted in the thick plate portions 25 in the vertical direction. It is arranged. Further, another electric heater 28 is inserted and arranged below the lower header portion 22 in a substantially horizontal direction. The thick plate portion 25 and the fins 26 may be cast integrally with the heat storage material block 20, or may be integrated with the heat storage material block 20 by welding.
上記の厚板部25とフィン26との間には、セラミックや蓄
熱レンガなどの体積比熱の大きい固体蓄熱材29が、蓄熱
材ブロック20に密着した状態に配置されている。これら
の固体蓄熱材29の取付構造について説明すると、各厚板
部25の先端部には、第3図に分解して示すように、蓄熱
材ブロック20の表面もしくは裏面と平行となるようフラ
ットプレート30がボルト31によって固定され、各固体蓄
熱材29はそのフラットプレート30と蓄熱材ブロック20と
の間に配置され、かつフラットプレート30との間に配置
した弾性体たとえば皿バネ32によって蓄熱材ブロック20
に密着するよう押し付けられている。したがって蓄熱材
ブロック20と固体蓄熱材29との熱膨張量・熱収縮量の相
違を、両者の相対的な滑りを許容することにより吸収
し、同時に密着状態を常時維持するようになっている。
なお、固体蓄熱材29と蓄熱材ブロック20および厚板部25
ならびにフィン26との接触面には伝熱セメントを塗布し
ておくことが好ましい。また第3図中符号33はスペーサ
である。Between the thick plate portion 25 and the fins 26, a solid heat storage material 29 having a large volume specific heat, such as ceramics or heat storage bricks, is arranged in close contact with the heat storage material block 20. Explaining the mounting structure of these solid heat storage materials 29, as shown in exploded view in FIG. 3, a flat plate is provided at the tip of each thick plate portion 25 so as to be parallel to the front surface or the back surface of the heat storage material block 20. 30 is fixed by bolts 31, each solid heat storage material 29 is disposed between the flat plate 30 and the heat storage material block 20, and the heat storage material block is formed by an elastic body, such as a disc spring 32, disposed between the flat heat storage material block 20 and the flat heat storage material block 20. 20
It is pressed so that it adheres to the. Therefore, the difference in the amount of thermal expansion and the amount of thermal contraction between the heat storage material block 20 and the solid heat storage material 29 is absorbed by allowing relative sliding between the two, and at the same time the close contact state is always maintained.
The solid heat storage material 29, the heat storage material block 20, and the thick plate portion 25
In addition, it is preferable to apply heat transfer cement to the contact surface with the fins 26. Reference numeral 33 in FIG. 3 is a spacer.
前述した上部ヘッダ部21には蒸気管34が気密性を維持し
た状態で接続され、また下部ヘッダ部22には液戻り管35
が気密性を維持した状態で接続されており、そしてこの
状態で中空部には、空気などの非凝縮性流体を真空排気
した状態で、水やアルコールなどの凝縮性の流体が作動
流体として封入されている。また前記固体蓄熱材29を取
付けた蓄熱材ブロック20の外周全体が断熱材36によって
被覆されている。A vapor pipe 34 is connected to the upper header portion 21 while maintaining airtightness, and a liquid return pipe 35 is connected to the lower header portion 22.
Are connected while maintaining airtightness, and in this state, a non-condensable fluid such as air is evacuated and a condensable fluid such as water or alcohol is sealed as a working fluid. Has been done. Further, the entire outer circumference of the heat storage material block 20 to which the solid heat storage material 29 is attached is covered with a heat insulating material 36.
上述した蓄熱器を使用した給湯設備の系統図を第4図に
示す。ここにす給湯設備は前述し蓄熱材ブロック20の中
空部をループ型ヒートパイプ37の一部としたものであ
り、蒸気管34と液戻り管35とが、熱交換器38の一部をな
す凝縮器39に接続されている。この凝縮器39は、上部ヘ
ッダ管40と下部ヘッダ管41とを複数本の凝縮管42によっ
て連通させた構造であって、前記蒸気管34が上部ヘッダ
管40に接続され、かつ液戻り管35が下部ヘッダ管41に接
続されている。そして熱交換器38は、この凝縮器39の外
周をジャケット43で覆った構造であって、そのジャケッ
ト43の下部流入口に給水管44が接続され、かつ上部流出
口に給湯管45が接続されている。またその給湯管45に
は、上部流出口から送り出された温水を給水管44から分
流させた水と混合して温水温度を一定に保つためのミキ
シングバルブ46が介装されている。さらに凝縮器39の下
部ヘッダ管41に接続した液戻り管35の途中には、流量調
整弁47が介装されている。Fig. 4 shows a system diagram of hot water supply equipment using the above-mentioned heat storage device. The hot water supply equipment here is one in which the hollow portion of the heat storage material block 20 is part of the loop heat pipe 37 described above, and the steam pipe 34 and the liquid return pipe 35 form part of the heat exchanger 38. It is connected to the condenser 39. This condenser 39 has a structure in which an upper header pipe 40 and a lower header pipe 41 are connected by a plurality of condensing pipes 42, the vapor pipe 34 is connected to the upper header pipe 40, and a liquid return pipe 35. Are connected to the lower header pipe 41. The heat exchanger 38 has a structure in which the outer periphery of the condenser 39 is covered with a jacket 43, the water supply pipe 44 is connected to the lower inlet of the jacket 43, and the hot water supply pipe 45 is connected to the upper outlet. ing. Further, the hot water supply pipe 45 is provided with a mixing valve 46 for mixing the hot water sent out from the upper outlet with the water branched from the water supply pipe 44 to keep the hot water temperature constant. Further, a flow rate adjusting valve 47 is provided in the middle of the liquid return pipe 35 connected to the lower header pipe 41 of the condenser 39.
前述した蓄熱器の作用を第4図に示す給湯設備の作用と
併せて説明すると、先ず蓄熱器における各電気ヒータ2
7,28をオンにして発熱させると、蓄熱材ブロック20が加
熱昇温されてここに熱エネルギが顕熱として蓄えられ、
また蓄熱材ブロック20の熱がこれに密着させた固体蓄熱
材29に与えられ、その固体蓄熱材29にも熱エネルギが蓄
えられる。その場合、蓄熱材ブロック20と固体蓄熱材29
とは、その熱膨張率が相違することにより膨張量が異な
るが、両者は積極的に接合されずに、皿バネ32の弾性力
で互いに加圧接触させられているだけであるから、両者
の相対移動が許容され、両者の間に熱応力やそれに伴う
亀裂が生じず、同時に密着状態が維持される。The operation of the heat accumulator described above will be described together with the operation of the hot water supply equipment shown in FIG.
When 7, 28 is turned on to generate heat, the heat storage material block 20 is heated and heated, and thermal energy is stored as sensible heat there,
Further, the heat of the heat storage material block 20 is given to the solid heat storage material 29 that is brought into close contact therewith, and thermal energy is also stored in the solid heat storage material 29. In that case, the heat storage material block 20 and the solid heat storage material 29
The expansion amount is different due to the difference in the thermal expansion coefficient, but the two are not positively joined and are simply brought into pressure contact with each other by the elastic force of the disc spring 32. Relative movement is allowed, thermal stress and cracks accompanying it do not occur between the two, and at the same time a close contact state is maintained.
一方、蓄熱材ブロック20における中空部および凝縮部39
ならびにこれらを接続した蒸気管34、液戻り管35からな
るループ型ヒートパイプ37の内部には、蒸発潜熱として
熱を輸送する作動流体が封入されており、前記流量調整
弁47を開くことにより、液相の作動流体が液戻り管35を
介して蓄熱器の下部ヘッダ部22に供給される。その場
合、蓄熱器を熱交換器38より低い位置に設け、かつ液戻
り管35を第1図に示すように下部ヘッダ部22に向けて下
向きに傾斜させることにより、液相の作動流体は水頭差
によって下部ヘッダ部22に供給される。下部ヘッダ部22
に供給された作動流体は、温度の高い蓄熱材ブロック20
に接触して加熱されるために蒸発し、その蒸気は上部ヘ
ッダ部21から蒸気管34に流出する。このような作動流体
を蒸発させるための加熱は、作動流体が蓄熱材ブロック
20に直接接触することにより行なわれるから、熱伝達を
阻害する要因が殆どなく、極めて効率良く熱伝達が行な
われる。作動流体を加熱蒸発させることにより蓄熱材ブ
ロック20の温度が低下すると、固体蓄熱材29から蓄熱材
ブロック20に熱が与えられ、結局、蓄熱材ブロック20と
固体蓄熱材29との両方に蓄えた熱エネルギが作動流体を
加熱蒸発させることに使用される。その場合、固体蓄熱
材29から蓄熱材ブロック20に対する熱の伝達は、両者の
接触面を介した熱伝達のみならず、前述した厚板部25お
よびフィン26を介しても行なわれるから、熱伝達効率は
良好になる。なお、作動流体の蒸発が不足する場合、下
部ヘッダ部22の下側に設けた電気ヒータ28を通電発熱さ
せれば、下部ヘッダ部22に供給した作動流体をほぼ直接
加熱することになるので、作動流体の蒸発が活発に生じ
る。On the other hand, the hollow portion and the condensation portion 39 in the heat storage material block 20.
Further, the steam pipe 34 connecting them, the inside of the loop heat pipe 37 consisting of the liquid return pipe 35, the working fluid for transporting heat as latent heat of vaporization is sealed, by opening the flow rate adjusting valve 47, The liquid-phase working fluid is supplied to the lower header portion 22 of the heat accumulator through the liquid return pipe 35. In that case, the heat accumulator is provided at a position lower than the heat exchanger 38, and the liquid return pipe 35 is inclined downward toward the lower header portion 22 as shown in FIG. The difference is supplied to the lower header portion 22. Lower header part 22
The working fluid supplied to the heat storage material block 20
To vaporize because it is heated and flows out from the upper header portion 21 to the steam pipe 34. For heating to evaporate the working fluid, the working fluid is stored in the heat storage material block.
Since it is carried out by directly contacting with 20, there are few factors that hinder the heat transfer, and the heat transfer is performed extremely efficiently. When the temperature of the heat storage material block 20 is lowered by heating and evaporating the working fluid, heat is given to the heat storage material block 20 from the solid heat storage material 29, and eventually stored in both the heat storage material block 20 and the solid heat storage material 29. Thermal energy is used to heat and vaporize the working fluid. In that case, the heat transfer from the solid heat storage material 29 to the heat storage material block 20 is performed not only through the contact surfaces of the two, but also through the thick plate portion 25 and the fins 26 described above, and therefore the heat transfer is performed. Efficiency is good. When the working fluid is insufficiently evaporated, if the electric heater 28 provided on the lower side of the lower header portion 22 is energized to generate heat, the working fluid supplied to the lower header portion 22 will be heated almost directly. Evaporation of the working fluid occurs actively.
以上のようにして生じた作動流体の蒸気は、蒸気管34を
通って凝縮器39に流れるが、前記給水管44から熱交換器
38に水を供給してあれば、凝縮器39の内部の作動流体蒸
気とジャケット43の内部の水との間で熱交換が生じ、水
が加熱されて温水となり、給湯管45から送り出される。
また同時に凝縮器39の内部では、放熱することにより作
動流体蒸気が凝縮し、液化した作動流体は下部ヘッダ管
41から液戻り管35に流出し、流量調整弁47を介して再度
蓄熱器に供給される。なお、熱交換器38で得られる温水
温度が設定温度より高い場合には、ミキシングバルブ46
において水が混合され、給湯温度が設定温度に維持され
る。The steam of the working fluid generated as described above flows to the condenser 39 through the steam pipe 34, but from the water supply pipe 44 to the heat exchanger.
When water is supplied to 38, heat exchange occurs between the working fluid vapor inside the condenser 39 and the water inside the jacket 43, the water is heated to become hot water, and is sent out from the hot water supply pipe 45.
At the same time, inside the condenser 39, the working fluid vapor is condensed by radiating heat, and the liquefied working fluid is transferred to the lower header pipe.
It flows from 41 to the liquid return pipe 35, and is supplied again to the heat accumulator via the flow rate adjusting valve 47. If the hot water temperature obtained by the heat exchanger 38 is higher than the set temperature, the mixing valve 46
In, the water is mixed and the hot water supply temperature is maintained at the set temperature.
発明の効果 以上説明したようにこの発明の蓄熱器によれば、ヒート
パイプの一部となる中空部が蓄熱材ブロックに空所を設
けることにより形成されているから、蓄熱作用を行なう
蓄熱材ブロックに作動流体が直接接触することになり、
その結果、蓄熱材から作動流体に対する熱伝達を阻害す
る部材材や空間部分がなくなり、従来になく効率良く作
動流体との間で熱授受を生じさせることができ、特にヘ
ッダ部分までもが蓄熱材ブロックの内部に形成されてい
るため、伝熱面積が従来になく著しく広く、その点から
も効率良く作動流体との熱授受を行なうことができ、ま
た熱容量を減じることなく小型化を図ることができる。
また蓄熱材ブロックの内部には異材質の構造部材が存在
しないから、熱応力やそれに伴う亀裂発生などの危険が
なく、また当然、作動流体の漏洩や空気の侵入などの危
険を未然に防止することができる。EFFECTS OF THE INVENTION As described above, according to the heat storage device of the present invention, since the hollow portion that is a part of the heat pipe is formed by providing the heat storage material block with the space, the heat storage material block that performs the heat storage operation is provided. Working fluid will come into direct contact with
As a result, there is no member material or space portion that hinders heat transfer from the heat storage material to the working fluid, and heat can be exchanged with the working fluid more efficiently than ever before, especially even the header portion is the heat storage material. Since it is formed inside the block, the heat transfer area is remarkably wider than before, and from that point as well, it is possible to efficiently transfer heat to and from the working fluid, and also to reduce the size without reducing the heat capacity. it can.
In addition, since there is no structural member made of a different material inside the heat storage material block, there is no risk of thermal stress or cracks accompanying it, and of course, the risk of working fluid leakage or air intrusion is prevented beforehand. be able to.
また蓄熱材ブロックの外面に材質の異なる固体蓄熱材を
密着して取付けることにより、蓄熱量や形状・寸法を容
易にニーズにあったものとすることができ、特に金属と
セラミックやレンガなど併用をすれば、軽量化を図るこ
とができる。In addition, the solid heat storage materials of different materials can be closely attached to the outer surface of the heat storage material block to easily adjust the heat storage amount and shape / dimension to meet the needs. If so, the weight can be reduced.
そしてまた中空部の下側に加熱器を設けることにより、
蓄熱料が不足しもしくは減少した場合に、その加熱器に
よって迅速かつ効率良く作動流体を加熱蒸発させること
が可能になる。And again by providing a heater under the hollow part,
When the heat storage material is insufficient or reduced, the heater makes it possible to heat and evaporate the working fluid quickly and efficiently.
第1図はこの発明の一実施例を示す破断断面正面図、第
2図は同じく破断断面平面図、第3図は固体蓄熱材の取
付け構造を説明するための部分分解平面図、第4図は第
1図および第2図に示す蓄熱器を使用した給湯設備の系
統図、第5図はループ型ヒートパイプを使用した一般的
な給湯設備の系統図、第6図はループ型ヒートパイプの
ヘッダ管タイプの蒸発器に固体蓄熱材を取付ける一般的
な蓄熱器の構成を説明するための概略斜視図である。 20……蓄熱材ブロック、21……上部ヘッダ部、22……下
部ヘッダ部、23……縦孔部、28……電気ヒータ、29……
固体蓄熱材。FIG. 1 is a front view of a fractured cross section showing an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a plan view of a fractured cross section of the same, and FIG. 3 is a partially exploded plan view for explaining a mounting structure of a solid heat storage material, and FIG. Is a system diagram of hot water supply equipment using the heat storage device shown in FIGS. 1 and 2, FIG. 5 is a system diagram of general hot water supply equipment using a loop type heat pipe, and FIG. 6 is a loop type heat pipe. It is a schematic perspective view for demonstrating the structure of the general heat storage device which attaches a solid heat storage material to a header pipe type evaporator. 20 …… Heat storage material block, 21 …… Upper header part, 22 …… Lower header part, 23 …… Vertical hole part, 28 …… Electric heater, 29 ……
Solid heat storage material.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 999999999 京セラ株式会社 京都府京都市山科区東野北井ノ上町5番地 の22 (72)発明者 望月 正孝 東京都江東区木場1丁目5番1号 藤倉電 線株式会社内 (72)発明者 益子 耕一 東京都江東区木場1丁目5番1号 藤倉電 線株式会社内 (72)発明者 置鮎 隆一 東京都江東区木場1丁目5番1号 藤倉電 線株式会社内 (72)発明者 鈴木 皓三 東京都千代田区内幸町1丁目1番3号 東 京電力株式会社内 (72)発明者 岡田 宗男 東京都千代田区内幸町1丁目1番3号 東 京電力株式会社内 (72)発明者 鈴木 康一 愛知県刈谷市朝日町2丁目1番地 アイシ ン精機株式会社内 (72)発明者 久松 明彦 愛知県常滑市港町3丁目77番地 株式会社 イナックス榎戸工場内 (72)発明者 長崎 浩一 鹿児島県国分市山下町1番1号 京セラ株 式会社鹿児島国分工場内 (56)参考文献 特開 昭63−38245(JP,A) 実開 昭58−154378(JP,U) ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (71) Applicant 999999999 Kyocera Co., Ltd. 5-5 Higashinokitainouemachi, Yamashina-ku, Kyoto Prefecture 22 (72) Inventor Masataka Mochizuki 1-5-1, Kiba, Koto-ku, Tokyo Fujikura Den (72) Inventor Koichi Masuko 1-5-1, Kiba, Koto-ku, Tokyo Fujikura Electric Line Co., Ltd. (72) Inventor Ryuichi Okiayu 1-1-5, Kiba, Koto-ku, Tokyo Fujikura Electric Line Shares In-house (72) Inventor Kozo Suzuki 1-3-3 Uchisaiwaicho, Chiyoda-ku, Tokyo Within Tokyo Electric Power Co., Inc. (72) Inoue Muneo 1-3-1 Uchiyuki-cho, Chiyoda-ku, Tokyo Within Tokyo Electric Power Co., Inc. (72) Inventor Koichi Suzuki 2-1-1 Asahi-cho, Kariya City, Aichi Prefecture Aisin Seiki Co., Ltd. (72) Inventor Akihiko Hisamatsu 3-chome, Minato-cho, Tokoname City, Aichi Prefecture Address 7 Inax Enokido Co., Ltd. (72) Inventor Koichi Nagasaki 1-1 Yamashita-cho, Kokubun City, Kagoshima Prefecture Kyocera Stock Company Kagoshima Kokubun Plant (56) Reference JP 63-38245 (JP, A) Actual Kaisho 58-154378 (JP, U)
Claims (4)
形成された中空部として、前記蓄熱材ブロックの上部に
ほぼ水平方向に向けて形成されかつ蓄熱材ブロックの側
面に開口した上部ヘッダ部と、前記蓄熱材ブロックの下
部にほぼ水平方向に向けて形成されかつ蓄熱材ブロック
の側面に開口した下部ヘッダ部と、これらのヘッダ部を
連通させるよう上下方向に向けて形成された複数の縦孔
部とを有する構成とし、かつ前記中空部の上部ヘッダ部
の一端および下部ヘッダ部の一端に、それぞれ蒸発潜熱
として熱を輸送する作動流体を流通させるパイプを気密
状態に接続してなることを特徴とするヒートパイプ機能
を備えた固体蓄熱器。1. An upper header portion formed as a hollow portion formed inside a heat storage material block having no gas permeability in a substantially horizontal direction at an upper portion of the heat storage material block and opening on a side surface of the heat storage material block. And a lower header portion that is formed in the lower portion of the heat storage material block in a substantially horizontal direction and is open to the side surface of the heat storage material block, and a plurality of vertical portions formed in the vertical direction so as to communicate these header portions. And a pipe for circulating a working fluid for transporting heat as latent heat of vaporization is connected to one end of the upper header portion and one end of the lower header portion of the hollow portion in an airtight state. Solid heat storage with the characteristic heat pipe function.
ロックとは異材質の固体の蓄熱材が密着して取付けられ
ていることを特徴とする請求項1に記載のヒートパイプ
機能を備えた固体蓄熱器。2. The heat pipe function according to claim 1, wherein a solid heat storage material different from the heat storage material block is closely attached to the outer surface of the heat storage material block. Solid heat storage.
り、かつ前記固体の蓄熱材がセラミックであることを特
徴とする請求項2に記載のヒートパイプ機能を備えた固
体蓄熱器。3. The solid regenerator having a heat pipe function according to claim 2, wherein the heat storage material block is a metal block, and the solid heat storage material is ceramic.
いることを特徴とする請求項1に記載のヒートパイプ機
能を備えた固体蓄熱器。4. The solid regenerator having a heat pipe function according to claim 1, wherein a heater is provided below the central portion.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1103024A JPH0684873B2 (en) | 1989-04-21 | 1989-04-21 | Solid heat storage with heat pipe function |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1103024A JPH0684873B2 (en) | 1989-04-21 | 1989-04-21 | Solid heat storage with heat pipe function |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02282696A JPH02282696A (en) | 1990-11-20 |
| JPH0684873B2 true JPH0684873B2 (en) | 1994-10-26 |
Family
ID=14343077
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1103024A Expired - Lifetime JPH0684873B2 (en) | 1989-04-21 | 1989-04-21 | Solid heat storage with heat pipe function |
Country Status (1)
| Country | Link |
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| JP (1) | JPH0684873B2 (en) |
Families Citing this family (2)
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|---|---|---|---|---|
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Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58154378U (en) * | 1982-04-07 | 1983-10-15 | 株式会社フジクラ | Soaking plate |
| JPS6338245A (en) * | 1986-08-01 | 1988-02-18 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | Cold plate |
-
1989
- 1989-04-21 JP JP1103024A patent/JPH0684873B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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| JPH02282696A (en) | 1990-11-20 |
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