CN113710983A - 蓄热单元 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种能够以简单的结构来安装于各种对象物且能够高效地进行换热的蓄热单元。具备:通过将具有挠性的无机纤维(102)粘结或缠结来构成且具有期望的形状的至少一个无机纤维部件(100);以及与上述无机纤维接触的蓄热材料(200)。
Description
技术领域
本发明涉及一种具有蓄热材料的蓄热单元。
背景技术
已知有一种用于将半导体基板等各种对象物调整至期望的温度的蓄热单元。蓄热单元由蓄热材料、导热性部件以及片部件等构成(例如,参照专利文献1)。具体而言,蓄热材料是相变型的蓄热材料。并且,导热性的部件具有波状的形状,由使用了形成有石墨层的层叠体的树脂强化石墨片等构成。片部件由包含导热材料层且刚性相互不同的两种薄膜构成。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2017-75773号公报
发明内容
发明所要解决的课题
上述蓄热单元是为了提高整体的强度并且提高形状的自由度而完成的,但由于配置或接合具有各种特性、形状的多个部件,所以构造变得复杂,并且组装也一定会变得繁杂。
本发明是鉴于上述方面而完成的,其目的在于,提供一种能够以简单的结构来安装于各种对象物且能够高效地进行换热的蓄热单元。
用于解决课题的方案
本发明的蓄热单元的特征在于,具备:
至少一个无机纤维部件,其通过将无机纤维粘结或缠结来构成且具有期望的形状;以及
蓄热材料,其与上述无机纤维接触。
发明的效果如下。
能够以简单的结构来安装于各种对象物且能够高效地进行换热。
附图说明
图1是示出无机纤维片100的外观的简图。
图2是将无机纤维片100放大来示出构成无机纤维片100的无机纤维102的微观状态的简图。
图3是将构成蓄热单元10的无机纤维片100及蓄热材料200放大来示出无机纤维片100与蓄热材料200接触的微观状态的概念图。
图4是示出包埋型的无机纤维片100及蓄热材料200的微观的接触状态的概念图。
图5是示出含浸型的无机纤维片100及蓄热材料200的微观的接触状态的概念图。
图6是示出担载型的无机纤维片100及蓄热材料200的微观的接触状态的概念图。
图7是示出担载型的无机纤维片100及蓄热材料200的微观的接触状态的概念图。
图8是示出层叠型的无机纤维片100及蓄热材料200的微观的接触状态的概念图。
图9的(A)是通过将连续的单一的无机纤维片100折弯来使无机纤维片100形成为重叠的状态的例子,(B)示出使相互独立的多个无机纤维片100重叠而形成的状态。
图10是示出使用了图9的(B)所示的无机纤维片100的蓄热单元10的具体构造的剖视图。
图11是示出具有网眼状的形状的无机纤维网体150的俯视图。
图12是示出在大致形成为圆筒状的单一的配管PI1配置蓄热单元10A的例子的立体图。
图13是示出在形成为圆筒状的三根配管PI1配置蓄热单元10B的例子的立体图。
图14是示出在大致形成为方筒状的配管PI2的外侧沿配管PI2配置蓄热单元10C的例子的立体图。
图15是示出在形成为方筒状的配管PI3的内部沿配管PI3配置蓄热单元10D的例子的立体图。
图16是示出在形成为方筒状的配管PI2的外侧沿配管PI2配置蓄热单元10C的例子的立体图。
图17是示出用于将工件(对象物)调整至预定的温度的温度调整装置600的结构的简图。
图18是示出使高温用蓄热单元640再生的流路的图。
图19是示出使低温用蓄热单元650再生的流路的图。
图20是示出使无机纤维片100形成为平坦状的形状的状态的立体图。
图21是示出以使凹凸重复的方式使无机纤维片100变形后的状态的立体图。
图22是示出具有以使截面重复V字状和倒V字状的方式折曲后的形状的无机纤维片100的立体图。
图23是示出具有以使截面重复U字状和倒U字状的方式折曲后的形状的无机纤维片100的立体图。
图24是示出使长条的无机纤维片100变形成螺旋状的状态的立体图。
图25是示出使无机纤维片100变形成涡旋状(盘簧状)的状态的立体图。
图26是示出使多个无机纤维片100相互分离且大致平行地配置而成为层叠状的状态的立体图。
图27是示出在配管PI0的周围配置有蓄热材料200的状态的剖视图。
图28是示出在配管PI0的周围配置有无机纤维片100及蓄热材料200的状态的剖视图。
图29是示出壳体300的一部分的剖视图。
图30是示出壳体300的结构的剖视图。
具体实施方式
《《本实施方式的概要》》
《第一实施方式》
根据第一实施方式,提供一种蓄热单元,其具备:
至少一个无机纤维部件(例如,下述的无机纤维片100等),其通过将无机纤维(例如,下述的无机纤维102等)粘结或缠结来构成且具有期望的形状;以及
蓄热材料(例如,下述的蓄热材料200等),其与上述无机纤维接触。
第一实施方式的蓄热单元具备至少一个无机纤维部件和蓄热材料。无机纤维部件包含无机纤维,通过将无机纤维粘结或缠结来构成。无机纤维部件具有期望的形状。此外,无机纤维可以具有挠性,也可以不具有挠性。无机纤维的挠性的大小、有无均可。
通过设为这样的结构,第一实施方式的蓄热单元具备至少一个无机纤维部件和蓄热材料,从而能够设为简单的结构。并且,第一实施方式的蓄热单元能够经由无机纤维部件在蓄热材料与外部之间高效地进行换热。
《第二实施方式》
第二实施方式在第一实施方式的基础上构成为,
无机纤维部件配置为与供载热体流动的流路接触,并且通过将无机纤维粘结或缠结来构成,上述无机纤维部件配置在上述流路内。
《第三实施方式》
第三实施方式在第一实施方式的基础上构成为,
还具备收纳上述无机纤维部件和上述蓄热材料的收纳体(例如,下述的壳体300等)。
《第四实施方式》
根据第四实施方式,提供一种蓄热单元,是在用于调节对象体的温度的换热装置(例如,下述的温度调整装置600等)中使用的蓄热单元(例如,下述的蓄热单元10、高温用蓄热单元640、低温用蓄热单元650等),
上述换热装置还具有:
温度调整部(例如,下述的工件用调温部630等),其对设置对象体的对象体设置部的温度进行调节;
载热体供给部(例如,下述的高温冷却器610或低温冷却器620等),其将预定的温度(例如,下述的预定的高温或预定的低温等)的载热体供给至上述温度调整部;
第一供给流路(例如,下述的配管702、703、706、704、705等),其将载热体从上述载热体供给部供给至上述温度调整部;
返回流路(例如,下述的配管708、710、712、714、716等),其是与上述蓄热单元相邻地设置的返回流路,使载热体从上述温度调整部返回至上述载热体供给部,并且载热体与上述蓄热单元能够进行换热;
第二供给流路(例如,下述的702、720、704、722等),其将载热体从上述载热体供给部供给至上述蓄热单元;以及
流路形成部(例如,下述的分支部752、754等),其形成上述第一供给流路或上述第二供给流路的任一个,
上述蓄热单元具备:
至少一个无机纤维体(例如,下述的无机纤维片100等),其通过将无机纤维(例如,下述的无机纤维102等)粘结或缠结来构成;以及
蓄热材料(例如,下述的蓄热材料200等),其与上述无机纤维接触地形成,
在由上述流路形成部形成了上述第一供给流路时,通过上述蓄热材料与载热体的换热,使载热体的温度接近上述预定的温度(例如,下述的图17的状态等),
在由上述流路形成部形成了上述第二供给流路时,通过上述蓄热材料与载热体的换热,上述蓄热材料得到再生(例如,下述的图18或图19的状态等)。
在换热装置中,通过将蓄热材料用作换热的辅助引擎,从而容易使载热体的温度接近期望的预定的温度。即,不完全依赖于温度控制器等控制装置,而是使用本发明的蓄热单元,由此能够降低温度控制器等控制装置的负荷。
《第五实施方式》
第五实施方式在第四实施方式的基础上,构成为,
在上述载热体为加热剂(温媒)的情况下,
在由上述流路形成部形成了上述第一供给流路时,热量从上述蓄热材料传递至加热剂,由此加热剂的温度升高而接近上述预定的温度(例如,下述的图17的状态等),
在由上述流路形成部形成了上述第二供给流路时,热量从加热剂传递至上述蓄热材料,由此上述蓄热材料的温度升高而上述蓄热材料得到再生(例如,下述的图18或图19的状态等)。
《第六实施方式》
第六实施方式在第四实施方式的基础上,构成为,
在上述载热体为制冷剂的情况下,
在由上述流路形成部形成了上述第一供给流路时,热量从制冷剂传递至上述蓄热材料,由此制冷剂的温度降低而接近上述预定的温度(例如,下述的图17的状态等),
在由上述流路形成部形成了上述第二供给流路时,热量从上述蓄热材料传递至制冷剂,由此上述蓄热材料的温度降低而上述蓄热材料得到再生(例如,下述的图18或图19的状态等)。
《《本实施方式的详细内容》》
以下,基于附图对实施方式进行说明。
《《蓄热单元10的结构》》
蓄热单元10主要由无机纤维片100及蓄热材料200构成。另外,蓄热单元10也可以具有壳体300。将在下文中详细地说明壳体300的有无。
《〈无机纤维片100及蓄热材料200〉》
《无机纤维片100》
上述无机纤维片100只要不阻碍本发明的效果就没有特别限定,例如可以举出湿式抄造无机纤维102而成的片、利用公知的干式无纺布的制法而制作出的无机纤维片、织入有无机长纤维的片(例如,网状物)等。其中,湿式抄造出的纤维片能够使片的厚度变薄,并且无机纤维102等均匀地分散来形成致密的网状构造,是厚度、重量的偏差较少的均匀的片,因此优选。通过使无机纤维片100较薄且均匀,能够使本发明的蓄热单元包含多个无机纤维片100,从而能够使蓄热单元整体的蓄热及散热进行均匀且迅速的换热。
本发明的无机纤维片100所使用的纤维只要是无机纤维就没有特别限定,例如可以举出:铜、银、金、铂、铝、镍、铬、钨等单一金属纤维;不锈钢、铜合金、钨合金、铬合金等合金纤维;玻璃纤维;氧化铝纤维;石墨纤维;碳纤维;二氧化硅纤维;硼纤维等。上述纤维能够单独使用或组合多种使用。其中,为了能够加快本发明的蓄热单元的蓄热及散热的速度,优选导热率较高的材质,优选金属纤维及合金纤维,更优选铜、银、铝、不锈钢、铜合金。
并且,本发明的无机纤维片100只要不阻碍本发明的效果就可以含有有机纤维。有机纤维的含量的上限例如能够设为20%以下。
此外,本发明的蓄热单元也能够使用有机纤维片来代替上述无机纤维片100。尤其在使用导热率比下述的蓄热材料200的导热率高的材质的有机纤维片的情况下,能够显现本发明的蓄热单元的效果。此处,作为导热率较高的材质的有机纤维片,例如可以举出芳纶纤维、聚乙烯纤维、聚酰胺纤维、聚四氟乙烯纤维、聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维等结晶性高分子纤维。然而,本发明所使用的纤维片优选导热率较高的材质,在代替无机纤维脂片而使用导热率较低的有机纤维片的情况下,作为蓄热单元而言性能较差。
能够根据需要而在上述无机纤维片100中添加其它添加物。作为上述添加物,例如可以举出粘合剂、增稠剂。作为粘合剂,可以举出丙烯酸树脂、聚乙烯醇等。
上述无机纤维片100在制造时能够使用将无机纤维102用粘合树脂粘结而成的片,但通过将该片形成为在真空或非氧化的气氛气体中以无机纤维102不完全熔融的温度进行烧结而成的无机纤维100%的片,能够制作不含有机物且具有无机纤维102彼此融合的强度的片。在无机纤维102彼此的结合较多的情况下,无机纤维102内的热量传递变得迅速,能够高效地进行本发明的蓄热单元的蓄热及散热。
上述无机纤维片100所使用的纤维的纤维直径没有特别限定,例如能够为1μm~50μm,优选为2μm~30μm,更优选为3μm~20μm。
上述无机纤维片100所使用的纤维的纤维长度只要不妨碍制造就没有特别限定,例如能够为0.1mm~5mm,优选为0.5mm~3mm,更优选为1mm~2mm。
上述无机纤维片100的空隙率没有特别限定,例如能够为30%~99%,更优选为40%~98%,进一步优选为50%~97%。在处于这样的范围的情况下,能够形成具有刚性的无机纤维片100。并且,蓄热材料200能够分布遍及上述无机纤维片100的内部,蓄热材料200能够以较大的面积与构成无机纤维片100的纤维表面紧贴。因此,蓄热单元能够经由无机纤维片100对蓄热材料200高效地进行蓄热及散热。
上述空隙率是不存在纤维的空间相对于纤维片的体积的比例,根据纤维片的体积和质量以及纤维原材料的密度来计算。
空隙率(%)=(1-纤维片的质量/(纤维片的体积×纤维的密度))×100
需要说明的是,空隙率能够通过使用的纤维的粗细、量、纤维缠结而成的材料的密度、压缩成形中的压力来调整。
此外,在上述的例子中,示出了无机纤维片100仅由金属纤维102构成,但也可以由无机纤维102以外的纤维等构成。
《蓄热材料200》
本发明的蓄热材料200从载热体经由无机纤维片100传递热量,来进行蓄热及散热。蓄热材料200能够使用显热蓄热方式、潜热蓄热方式或化学蓄热方式的蓄热材料,没有特别限定。
显热蓄热方式的蓄热材料200由于蓄热密度较低,所以蓄热效率较低,但在稳定性、安全性、价格、操作的容易性、耐久性较高的方面非常优异。潜热蓄热方式的蓄热材料200的蓄热密度较高,蓄热效率优异,并且在稳定性、安全性、价格、操作的容易性、耐久性较高的方面非常优异。化学蓄热方式的蓄热材料200的蓄热密度非常高,蓄热效率非常优异,但稳定性、安全性、价格、操作的容易性以及耐久性较低。因此,在本发明的蓄热单元中,能够优选使用潜热蓄热方式的蓄热材料200。并且,通过调整蓄热材料的成分、混合比率,能够控制蓄热温度、蓄热能量。
作为优选例的潜热蓄热方式的蓄热材料200能够使用将施加给蓄热材料200的热量作为引起固液相转变时的潜热来积蓄的方式的蓄热材料、或者将其作为引起固固相转变时的潜热来积蓄的方式的蓄热材料。
作为利用了固液相转变的潜热的蓄热材料200,可以举出:水(冰)、石蜡系、碱金属氢氧化物、氢氧化镁、氢氧化铍、碱土金属氢氧化物、硝酸盐等无机盐、三水合醋酸钠等无机水合盐等单一成分的蓄热材料;六水合硝酸镁和六水合氯化镁的混合物等无机盐或无机水合物的混合物、月桂酸和癸酸的混合物等有机化合物的混合物、硝酸铵和尿素的混合物等无机盐和有机化合物的混合物等多个成分的混合物。并且,石蜡系例如能够使用正链烷烃系蓄热材料的正十五烷、或者由弹性体和石蜡构成的材料。
利用了固液相转变的潜热的蓄热材料200例如能够以如下方式用于本发明的蓄热单元:在对利用了固液相转变的潜热的蓄热材料200加热使为液相后,使其含浸于本发明的无机纤维片100,或者将上述无机纤维片100浸渍于液相的蓄热材料200,之后降低温度使之成为固相,使上述无机纤维片100包埋在蓄热材料200中等。
作为利用了固固相转变的潜热的蓄热材料200,可以举出:聚乙二醇共聚交联结合物等有机化合物;LiMnO4、LiVS2、LiVO2、NaNiO2、LiRh2O4、V2O3、V4O7、V6O11、Ti4O7、SmBaFe2O5、EuBaFe2O5、GdBaFe2O5、TbBaFe2O5、DyBaFe2O5、HoBaFe2O5、YBaFe2O5、PrBaCo2O5.5、DyBaCo2O5.54、HoBaCo2O5.48、YBaCo2O5.49等过渡金属陶瓷;用铌(Nb)、钼(Mo)、钌(Ru)、钽(Ta)、钨(W)、铼(Re)、锇(Os)、铱(Ir)等金属置换钒的一部分后的二氧化钒(VO2)。作为用上述金属置换钒的一部分后的二氧化钒,是当将上述置换后的金属设为M、将置换后的M的量设为x时能够表示为V1-xMxO2的化合物。此处,x是超过0且小于1的小数。
利用了固固相转变的潜热的蓄热材料200例如能够以如下方式用于本发明的蓄热单元:将利用了固固相转变的潜热的蓄热材料200形成为粉体,向本发明的无机纤维片100填充、担载等,或者使上述无机纤维片100埋设在粉体的蓄热材料200中等。
并且,利用了固固相转变的潜热的蓄热材料200能够作为片状、块状等块状物而与无机纤维片100层叠或接触来使用。
《无机纤维片100的结构》
图1是示出无机纤维片100的外观的简图。如图1所示,无机纤维片100具备具有挠性的片状(薄板状)的形态。无机纤维片100能够挠曲或折曲,能够使之变形成期望的形状。并且,能够对无机纤维片100进行切断等加工,能够将无机纤维片100加工成期望的大小。如下文所述,无机纤维片100能够配置为与配管等部件的形状、大小等相应的形状、大小。此外,无机纤维片100不仅具有挠性,也可以刚性较高而不具有挠性。根据收纳于蓄热单元10的无机纤维片100的状态、形状、大小、蓄热材料200的种类等,来适当地选择在挠性的大小、有无的方面合适的无机纤维片100即可。
无机纤维片100具有片状的形状,并且具有预定的厚度,具有第一面110和第一面的相反侧的第二面120这两个相互朝向相反方向的一定的表面。此外,无机纤维片100的厚度未必恒定,只要能够划定第一面110和第二面120即可。
图2是将无机纤维片100放大来示出构成无机纤维片100的无机纤维102的微观状态的简图。无机纤维片100通过将相邻的无机纤维102的一部分彼此粘结或缠结来形成。此外,关于各个无机纤维102,可以仅在一处进行粘结或缠结,也可以在多处进行粘结或缠结。通过将相邻的无机纤维102粘结或缠结,能够遍及粘结或缠结的多个无机纤维102来依次传递热量。
这样,无机纤维片100只要维持将无机纤维102粘结或缠结的状态而构成为能够导热即可,不受形状、大小等形态限定,只要是由无机纤维102构成的无机纤维体即可。例如,如下文所述,无机纤维片100用于与蓄热单元10的外部进行换热(热量的授受)。此外,蓄热单元10的外部有在安装蓄热单元10的配管等部件中流动的载热体、制冷剂等载热介质(载热体)等。
《〈无机纤维片100及蓄热材料200的接触种类〉》
图3是将构成蓄热单元10的无机纤维片100及蓄热材料200放大来示出无机纤维片100与蓄热材料200接触的微观状态的概念图。图3中,黑色曲线示出构成无机纤维片100的无机纤维102,多条横线示出蓄热材料200存在的区域。此外,蓄热材料200在由多条横线示出的区域内连续地形成。
如图3所示,蓄热单元10具有无机纤维片100和蓄热材料200。如上所述,构成无机纤维片100的无机纤维102相互粘结或缠结。在相邻的无机纤维102之间形成有间隙(空隙)。在图3所示的例子中,在相邻的无机纤维102的间隙填充蓄热材料200而连续地形成。这样,蓄热材料200不仅与无机纤维片100的表面(第一面110或第二面120)部分的无机纤维102接触,还与在无机纤维片100的内侧的区域内存在的无机纤维102接触。此外,图3中,为了明确地示出作为无机纤维片100的表面的第一面110或第二面120,用一点划线来示出。这样,在图3所示的例子中,构成无机纤维片100的无机纤维102整体上与蓄热材料200接触。即,在图3所示的例子中,遍及无机纤维片100的整个区域(表面及内部的区域)填充有蓄热材料200。
此外,也可以在无机纤维102之间的整个间隙不充分地填充蓄热材料200,而是产生某种程度的间隙(空气层、区域)(未图示),只要蓄热材料200至少与无机纤维102的一部分表面接触,蓄热材料200就能够积蓄热量,能够在蓄热单元10的外部与蓄热材料200之间进行换热。
通过使无机纤维102与蓄热材料200接触,能够不经由空气地在无机纤维102与蓄热材料200之间直接进行换热。具体而言,从蓄热单元10的外部导入的热量首先传递至无机纤维片100的无机纤维102,接着经由无机纤维片100传递至蓄热材料200,积蓄于蓄热材料200。另一方面,蓄热材料200所积蓄的热量首先传递至无机纤维片100的无机纤维102,接着经由无机纤维片100导出至蓄热单元10的外部。
无机纤维片100与蓄热材料200的接触种类如下所示地有包埋型、含浸型、担载型、层叠型等。同样,在以下所示的图4~图8中,黑色曲线示出构成无机纤维片100的无机纤维102,多条横线示出蓄热材料200存在的区域。在由多条横线示出的区域内,蓄热材料200连续地形成。担载型是例如颗粒状的蓄热材料固定于构成无机纤维片100的无机纤维表面的方式。
《含浸型》
图4是示出含浸型的无机纤维片100及蓄热材料200的微观的接触状态的概念图。与图3相同,蓄热单元10具有无机纤维片100和蓄热材料200。此外,图4中,为了明确地示出第一面110或第二面120,也用一点划线来假想地示出。
在含浸型中,通过在无机纤维片100中埋入整个蓄热材料200,来使无机纤维片100与蓄热材料200接触。与图3相同,在相邻的无机纤维102的间隙填充蓄热材料200而连续地形成。通过向位于蓄热材料200的外侧的无机纤维片100传递热量,能够向存在于无机纤维片100的内侧的区域的蓄热材料200导入热量并积蓄。根据含浸的蓄热材料的量,图3所示的方式也可以说是包埋的一个形态。
《包埋型》
图5是示出包埋型的无机纤维片100及蓄热材料200的微观的接触状态的概念图。与图3及图4相同,蓄热单元10具有无机纤维片100和蓄热材料200。此外,图5中,为了明确地示出第一面110或第二面120,也用一点划线来假想地示出。
在包埋型中,通过在蓄热材料200中埋入无机纤维片100(无机纤维片100的至少一部分),来维持无机纤维片100与蓄热材料200接触的状态。此外,在包埋型的情况下,优选构成为使无机纤维片100的一部分延伸至蓄热材料200的外部,或者使位于蓄热材料200的内部的无机纤维片100与位于蓄热材料200的外部的金属体、其它无机纤维片连接。通过像这样构成,能够在蓄热材料200的内侧与外侧之间进行换热。
《层叠型》
图6、图7及图8是示出层叠型的无机纤维片100及蓄热材料200的微观的接触状态的概念图。与图3~图5相同,蓄热单元10具有无机纤维片100和蓄热材料200。此外,图6、图7及图8中,为了明确地示出第一面110或者第二面120,也用一点划线来假想地示出。
层叠型是无机纤维片100仅一部分与蓄热材料200接触、或者蓄热材料200局部地进入到无机纤维片100的内部的方式。图6中,与蓄热材料200接触直到无机纤维片100的内部,图7中,仅在无机纤维片100的表面与蓄热材料200接触。图8是将图6层叠后的方式。
《与蓄热材料200的接触》
在图3~图8所示的例子中,作为一例,对使无机纤维片100呈平坦状的情况进行了说明,但如上所述,无机纤维片100具有挠性,能够变形成期望的形状。即使在使无机纤维片100变形了的情况下,通过适当地选择上述的包埋型、含浸型、担载型、层叠型等,使蓄热材料200与无机纤维片100接触,也能够构成各种蓄热单元10。
此外,同样,在图4~图8所示的例子等中,也可以在无机纤维片100的无机纤维102之间的整个间隙不充分地填充蓄热材料200,而是产生某种程度的间隙(空气层、区域)(未图示),只要蓄热材料200至少与无机纤维102的一部分表面接触,就能够在蓄热材料200中积蓄热量,能够在蓄热单元10的外部与蓄热材料200之间进行换热。
《其它的接触种类》
上述的包埋型、含浸型、担载型、层叠型是无机纤维片与蓄热材料200接触的方式的一例,只要无机纤维片100以能够进行换热的方式与蓄热材料200接触即可,无机纤维片与蓄热材料200接触的方式能够根据装配蓄热单元10的配管等部件的形状、大小、载热体的种类、流速等来适当地决定。
《〈层叠型的具体的层叠构造〉》
如上所述,图8示出层叠型的无机纤维片100及蓄热材料200的微观的接触状态。图8中,为了明确地示出无机纤维片100及蓄热材料200的配置关系,将重叠(相邻)的无机纤维片100以分离的方式示出。在实际构成蓄热单元10的情况下,优选如图9的(A)及图9的(B)所示,将重叠(相邻)的无机纤维片100以相互接触的方式配置。热量容易在重叠的无机纤维片100的整体中传递,从而能够在蓄热单元10的外部与蓄热材料200之间迅速地进行换热。
此外,如上所述,在图9的(A)及图9的(B)所示的例子中,重叠的无机纤维片100相互接触或粘结,但为了明确地示出,将重叠的各个无机纤维片100分离来示出。
图9的(A)是通过将连续的单一的无机纤维片100折弯来使无机纤维片100重叠而大致形成为长方体状的形状的例子。图9的(B)是示出使相互独立的多个平坦的无机纤维片100重叠而大致形成为长方体状的形状的状态的例子。无论是图9的(A)所示的例子还是图9的(B)所示的例子,重叠的无机纤维片100都相互接触或粘结,从而利用重叠的无机纤维片100的整体,能够容易地传递热量。
《〈蓄热单元10的具体构造〉》
图10是示出使用了图9的(B)所示的无机纤维片100的蓄热单元10的具体构造的剖视图。需要说明的是,使用图9的(A)所示的无机纤维片100也能够构成蓄热单元10。
图10所示的蓄热单元10具有壳体300。壳体300具有容纳部306和盖体部308。容纳部306具有凹状的形状,重叠而能够将无机纤维片100和蓄热材料200(未图示)容纳于容纳部306。盖体部308具有板状的形状,能够与容纳部306的上端部卡合。容纳部306及盖体部308的材料能够是铜或不锈钢等。
首先,将无机纤维片100容纳于容纳部306。具体而言,以填埋容纳部306整体的程度使无机纤维片100重合地容纳于容纳部306。这样,能够用无机纤维片100大致填充容纳部306。接着,使盖体部308与容纳部306的上端部卡合,用盖体部308覆盖容纳部306的开口部309。通过对容纳部306加热使之烧结,来使重合的无机纤维片100彼此、无机纤维片100与容纳部306等连结。通过连结,热量能够容易地在重合的无机纤维片100的整体中传递。并且,用Ni等将盖体部308硬钎焊于容纳部306来进行密封。此外,在通过烧结能够将盖体部308与容纳部306连结并密封的情况下,不需要硬钎焊。根据盖体部308及容纳部306的材质来适当地决定烧结的温度、硬钎焊的有无、硬钎焊的材料等即可。
在将盖体部308密封于容纳部306之后,从蓄热材料200的注入孔(未图示)向容纳部306注入蓄热材料200(未图示)。此外,在注入蓄热材料200后,利用铜、不锈钢等金属等堵塞注入孔。这样,蓄热单元10的内部由无机纤维片100及蓄热材料200填充,无机纤维片100成为与容纳部306和盖体部308双方连结并接触的状态。通过像这样构成,不论从容纳部306还是从盖体部308都能够向所封入的无机纤维片100传递热量。由此,能够容易地经由无机纤维片100将蓄热单元10的外部的制冷剂的热量传递至蓄热材料200,或者能够容易地经由无机纤维片100将蓄热材料200所积蓄的热量传递至蓄热单元10的外部的载热体。
此外,在上述的例子中,示出了使多片无机纤维片100重合来填充容纳部306的例子,但在单一的无机纤维片100的厚度具有容纳部306的深度程度的情况下,能够使用单一的无机纤维片100而不使多片无机纤维片100重合。并且,在无机纤维片100的厚度具有多种的情况下,通过适当地组合重叠,能够填充容纳部306。
《〈蓄热单元10的其它构造〉》
在图9的(A)及图9的(B)的例子中,示出了使无机纤维片100重合而整体形成为大致长方体状的形状的情况。重合的无机纤维片100整体的形状不仅大致为长方体状的形状,根据蓄热单元10的形状(容纳部的形状)来适当地决定即可。例如,作为整体,能够呈大致立方体状的形状、大致圆柱状的形状、大致多棱柱状的形状等。并且,也能够呈由球体状、椭圆体状等曲面构成的形状。另外,也可以以围绕预定的中心轴(配管等)的方式卷绕无机纤维片100来形成。无论是哪种形状,只要重合的无机纤维片100能够相互接触而热量能够容易在重合的无机纤维片100的整体中传递即可。
《〈无机纤维网体150〉》
在上述的例子中,无机纤维片100具有纤维片的形态,但只要能够传递热量则也可以是其它形态。图11是示出具有网眼状的形状的无机纤维网体150的俯视图。图11所示的黑线是由无机纤维构成的长条的缆线(纱、线)。无机纤维网体150通过使多根纵缆线和多根横缆线相互分离并在重叠的部分处连结来形成。
将多片无机纤维网体150重合,通过烧结将接触的部分连结,从而与无机纤维片100相同,热量能够在多片无机纤维网体150的整体中传递。通过形成为网眼状,能够确保较大的间隙区域152,使蓄热材料200容易在间隙区域152内移动,从而能够将蓄热材料200容易地***到无机纤维的间隙而容易与无机纤维网体150接触。需要说明的是,无论是无机纤维片100还是无机纤维网体150,占空系数均大致为4%~6%。
《〈蓄热单元10相对于部件的配置〉》
如上所述,蓄热单元10具有无机纤维片100及蓄热材料200。此外,此处,蓄热单元10具有壳体300(壳体300A~300D)。
《在单一的圆筒状的配管PI1配置蓄热单元10A的情况》
图12是示出在形成为大致圆筒状的单一的配管PI1配置蓄热单元10A的例子的立体图。蓄热单元10A具有壳体300A。
〈配管PI1〉
配管PI1形成为长条的圆筒状,沿长边方向形成有贯通孔430A。配管PI1具有外周面410A和内周面420A。由外周面410A划定配管PI1的外形。由内周面420A划定贯通孔430A。制冷剂、加热剂等载热体能够在贯通孔430A中流动。配管PI1由金属、树脂等形成。
〈蓄热单元10A〉
蓄热单元10A具有形成为长条的圆筒状的壳体300A,沿长边方向形成有贯通孔330A。蓄热单元10A的壳体300A具有外周面310A和内周面320A。由外周面310A划定蓄热单元10A的壳体300A的外形。由内周面320A划定贯通孔330A。蓄热单元10A具有比配管PI1的外径稍大的内径。配管PI1定位于蓄热单元10A的贯通孔330A。蓄热单元10A的壳体300A的内周面320A能够与配管PI1的外周面410A紧贴。
〈接触种类及无机纤维片100的形态〉
在图12所示的蓄热单元10A中,作为无机纤维片100的形态,能够使用下述的螺旋状、涡旋状(盘簧状)(参照图25)等。并且,无机纤维片100与蓄热材料200的接触种类可以是包埋型、含浸型、担载型、层叠型中的任一种。能够将蓄热材料200设置在配管PI1的外周面410A与卷绕成螺旋状的无机纤维片100之间。并且,也能够在卷绕成螺旋状的无机纤维片100的外周侧设置蓄热材料200。另外,也能够在卷绕成涡旋状(盘簧状)且相邻的无机纤维片100之间的区域配置蓄热材料200。通过像这样构成,能够增加蓄热材料200整体的量。此外,无机纤维片100的形态不仅可以使用螺旋状、涡旋状(盘簧状),还可以根据壳体300A的大小而适当地使用平坦状、凹凸状、层叠状等。
流动于配管PI1的载热体与蓄热材料200的换热经由配管PI1、壳体300A以及无机纤维片100来进行。载热体的热量经由配管PI1、壳体300A以及无机纤维片100积蓄于蓄热材料200,或者蓄热材料200所积蓄的热量经由配管PI1、壳体300A以及无机纤维片100传递至载热体。此外,也能够不经由无机纤维片100而是经由配管PI1和壳体300A来与蓄热材料200进行换热。
另外,优选用绝热材料覆盖壳体300A的周围。具体而言,用围绕壳体300A的整体并紧贴的绝热材料进行覆盖。通过使用绝热材料,热量不会传递至外部,从而能够高效地在流经配管PI1的制冷剂、加热剂等载热体与蓄热材料200之间进行换热。
并且,优选将无机纤维片100配置为在配管PI1内与配管PI1接触。能够进一步高效地在流经配管PI1的制冷剂、加热剂等载热体与蓄热材料200之间进行换热。
《在多个圆筒状的配管PI1配置蓄热单元10B的情况》
图13是示出在形成为圆筒状的三根配管PI1配置蓄热单元10B的例子的立体图。蓄热单元10B具有壳体300B。此外,配管的数量不限定于三根,只要是多根即可。
〈配管PI1〉
配管PI1的每一个与图12所示的配管相同。制冷剂、加热剂等载热体能够在形成于配管PI1的每一个的贯通孔430A中流动。三根配管PI1具有相同的粗细,相互分离并大致平行而且等间隔地配置。
〈蓄热单元10B〉
蓄热单元10B具有形成为沿着三根配管PI1的长边方向的大致方筒状的壳体300B,沿配管PI1的长边方向形成有贯通孔330B。蓄热单元10B能够一并地包覆三根配管PI1。蓄热单元10B具有外周面310B和内周面320B。由外周面310B划定蓄热单元10B的壳体300B的外形。由内周面320B划定贯通孔330B。蓄热单元10B的贯通孔330B的截面比三根配管PI1的截面大。在蓄热单元10B的贯通孔330B并列地配置三根配管PI1。在蓄热单元10B的贯通孔330B中,三根配管PI1相互分离地配置,也从蓄热单元10B的内周面320B分离地配置。
〈接触种类及无机纤维片100的形态〉
在图13所示的蓄热单元10B中,作为无机纤维片100的形态,能够使用下述的螺旋状、涡旋状(盘簧状)(参照图25)等。能够在三根配管PI1的每一根呈螺旋状地卷绕无机纤维片100,或者呈涡旋状(盘簧状)地卷绕无机纤维片100。并且,无机纤维片100与蓄热材料200的接触种类可以是包埋型、含浸型、担载型、层叠型中的任一种。
与图12相同,能够将蓄热材料200设置在配管PI1各自的外周面410A与卷绕成螺旋状的无机纤维片100之间。并且,也能够在卷绕成螺旋状的无机纤维片100的外周侧设置蓄热材料200。另外,也能够在卷绕成涡旋状(盘簧状)且相邻的无机纤维片100之间的区域配置蓄热材料200。通过像这样构成,能够增加蓄热材料200整体的量。此外,无机纤维片100的形态不仅可以使用螺旋状、涡旋状(盘簧状),还可以根据壳体300B的大小而适当地使用平坦状、凹凸状、层叠状等。
并且,也能够在相互分离地配置的三根配管PI1之间的区域配置无机纤维片100。该无机纤维片100优选遍及贯通孔330B的整体连续地配置。通过连续地配置无机纤维片100,能够高效地导热。
此外,图13所示的蓄热单元10B示出了三根配管PI1沿一层并列配置的结构,但也可以沿多层的每一层并列配置多个配管PI1。
流动于三根配管PI1的载热体与蓄热材料200的换热经由配管PI1的每一个、壳体300B以及无机纤维片100来进行。载热体的热量经由配管PI1、壳体300B以及无机纤维片100积蓄于蓄热材料200,或者蓄热材料200所积蓄的热量经由配管PI1、壳体300B以及无机纤维片100传递至载热体。此外,也可以不经由无机纤维片100而是经由配管PI1和壳体300B来与蓄热材料200进行换热。
另外,优选用绝热材料覆盖壳体300B的周围。具体而言,用围绕壳体300B的整体并紧贴的绝热材料进行覆盖。通过使用绝热材料,热量不会传递至外部,从而能够高效地在流经配管PI1的制冷剂、加热剂等载热体与蓄热材料200之间进行换热。
并且,优选将无机纤维片100配置为在配管PI1内与配管PI1接触。能够在流经配管PI1的制冷剂、加热剂等载热体与蓄热材料200之间更加高效地进行换热。
《沿方筒状的配管PI2的外侧配置蓄热单元10C的情况》
图14是示出在大致形成为方筒状的配管PI2的外侧沿配管PI2配置蓄热单元10C的例子的立体图。蓄热单元10C具有壳体300C。
〈配管PI2〉
配管PI2形成为长条的方筒状,沿长边方向形成有贯通孔430C。配管PI2具有第一面410C和第二面420C。由第一面410C划定配管PI1的外形。由第二面420C划定贯通孔430C。制冷剂、加热剂等载热体能够在贯通孔430C中流动。配管PI2由金属、树脂等形成。
〈蓄热单元10C〉
蓄热单元10C具有形成为长条的方筒状的壳体300C,沿长边方向形成有贯通孔330C。蓄热单元10C的壳体300C具有第一面310C和第二面320C。由第一面310C划定蓄热单元10C的壳体300C的外形。由第二面320C划定贯通孔330C。蓄热单元10C的壳体300C的宽度(在配管PI2的短边方向上的长度)与配管PI1的宽度(短边方向上的长度)相同。在图14所示的例子中,蓄热单元10C的壳体300C的上表面配置为与配管PI2的下表面紧密接触。这样,在图14所示的例子中,配管PI2的第一面与蓄热单元10C的壳体300C的第一面接触,进行换热。
〈接触种类及无机纤维片100的形态〉
在图14所示的蓄热单元10C中,作为无机纤维片100的形态,能够使用下述的平坦状(参照图20)、层叠状(参照图26)等。并且,无机纤维片100与蓄热材料200的接触种类可以是包埋型、含浸型、担载型、层叠型中的任一种。能够将蓄热材料200设置在壳体300C的第一面310C、第二面320C与平坦状的无机纤维片100之间。并且,也能够在形成为层叠状的无机纤维片100之间的区域设置蓄热材料200。通过像这样构成,能够增加蓄热材料200整体的量。此外,无机纤维片100的形态不仅可以使用平坦状、层叠状,还可以根据壳体300C的大小而适当地使用螺旋状、涡旋状(盘簧状)、凹凸状等。
流动于配管PI2的载热体与蓄热材料200的换热经由配管PI2、壳体300C以及无机纤维片100来进行。载热体的热量经由配管PI2、壳体300C以及无机纤维片100积蓄于蓄热材料200,或者蓄热材料200所积蓄的热量经由配管PI2、壳体300C以及无机纤维片100传递至载热体。此外,也可以不经由无机纤维片100而是经由配管PI2及壳体300C来与蓄热材料200进行换热。
另外,优选用绝热材料覆盖壳体300C及配管PI2的周围。具体而言,用围绕壳体300C及配管PI2的整体并紧贴的绝热材料进行覆盖。通过使用绝热材料,热量不会传递至外部,从而能够高效地在流经配管PI1的制冷剂、加热剂等载热体与蓄热材料200之间进行换热。
并且,优选将无机纤维片100配置为在配管PI2内与配管PI2接触。能够进一步高效地在流经配管PI2的制冷剂、加热剂等载热体与蓄热材料200之间进行换热。
《在方筒状的配管的内部配置蓄热单元10的情况》
图15是示出在形成为方筒状的配管PI3的内部沿配管PI3配置蓄热单元10D的例子的立体图。蓄热单元10D具有壳体300D。
〈配管PI3〉
配管PI3形成为长条的方筒状,沿长边方向形成有贯通孔430D。配管PI3具有外周面410D和内周面420D。由外周面410D划定配管PI3的外形。由内周面420D划定贯通孔430D。制冷剂、加热剂等载热体能够在贯通孔430D中流动。此外,如将在下文中说明,在贯通孔430D也配置蓄热单元10D。配管PI3由金属、树脂等形成。
〈蓄热单元10D〉
蓄热单元10D具有形成为长条的方筒状的壳体300D,沿长边方向形成有贯通孔330D。蓄热单元10D的壳体300D具有外周面310D和内周面320D。由外周面310D划定蓄热单元10D的壳体300D的外形。由内周面320D划定贯通孔330D。蓄热单元10D的壳体300D的外周面410D的宽度(在配管PI3的短边方向上的长度)及高度比配管PI3的宽度(短边方向上的长度)及高度小。在图15所示的例子中,蓄热单元10D的整体容纳于配管PI3的内侧。这样一来,蓄热单元10D的壳体300D的外周面310D能够整体与流动于配管PI3的载热体接触,从而能够提高换热的效率。
〈接触种类及无机纤维片100的形态〉
在图15所示的蓄热单元10D中,作为无机纤维片100的形态,能够使用下述的平坦状(参照图20)、层叠状(参照图26)等。并且,无机纤维片100与蓄热材料200的接触种类可以是包埋型、含浸型、担载型、层叠型中的任一种。能够将蓄热材料200设置在壳体300D的内周面320D与平坦状的无机纤维片100之间。并且,也能够在形成为层叠状的无机纤维片100之间的区域设置蓄热材料200。此外,无机纤维片100的形态不仅可以使用平坦状、层叠状,还可以根据壳体300D的大小而适当地使用螺旋状、涡旋状(盘簧状)、凹凸状等。
流动于配管PI3的载热体与蓄热材料200的换热经由壳体300D和无机纤维片100来进行。制冷剂的热量经由壳体300D及无机纤维片100传递至蓄热材料200,或者蓄热材料200所积蓄的热量经由壳体300D及无机纤维片100传递至载热体。这样,通过构成为在配管PI3的内侧容纳蓄热单元10D,能够不经由配管PI3地进行换热,从而能够提高换热的效率。此外,在该情况下,也能够不经由无机纤维片100而经由壳体300D来与蓄热材料200进行换热。
另外,优选用绝热材料覆盖配管PI3的周围。具体而言,用围绕配管PI3的整体并紧贴的绝热材料进行覆盖。通过使用绝热材料,热量不会传递至外部,从而能够高效地在流经配管PI3的制冷剂、加热剂等载热体与蓄热材料200之间进行换热。
并且,优选将无机纤维片100配置为在配管PI3内与配管PI3接触。能够进一步高效地在流经配管PI3的制冷剂、加热剂等载热体与蓄热材料200之间进行换热。
《沿方筒状的配管的外侧夹持来配置蓄热单元10的情况》
与图14相同,图16是示出在形成为方筒状的配管PI2的外侧沿配管PI2配置蓄热单元10C的例子的立体图。图14中,示出了仅在构成蓄热单元10C的外周的一个面配置配管PI2的例子,但图16中,在蓄热单元10C的外周的两个面配置配管PI2。由于使用外周的两个面进行热量的授受,所以能够提高效率、迅速地进行热量的授受。
流动于配管PI2的载热体与蓄热材料200的热量的授受经由配管PI2、壳体300C以及无机纤维片100来进行。制冷剂的热量经由配管PI1、壳体300C以及无机纤维片100传递至蓄热材料200,或者蓄热材料200所积蓄的热量经由配管PI1、壳体300C以及无机纤维片100传递至载热体。此外,也可以不经由无机纤维片100而是经由配管PI1及壳体300C来与蓄热材料200进行热量的授受。
另外,优选用绝热材料覆盖壳体300C及两根配管PI2的周围。具体而言,用围绕壳体300C及两根配管PI2的整体并紧贴的绝热材料进行覆盖。通过使用绝热材料,热量不会传递至外部,从而能够高效在流经两根配管PI2的制冷剂、加热剂等载热体与蓄热材料200之间进行换热。
并且,优选将无机纤维片100配置为在两根配管PI2各自的内部与配管PI2接触。能够进一步高效地在流经配管PI2的制冷剂、加热剂等载热体与蓄热材料200之间进行换热。
《《蓄热单元10的应用》》
如上所述,蓄热单元10安装于配管等部件,能够在蓄热材料200与载热体之间进行换热。
《温度调整装置600的结构》
图17是示出用于将工件(对象物)调整至预定的温度的温度调整装置600的结构的简图。此外,为了简便,图17省略了阀、止回阀、泵等来示出。阀的开闭、载热体的流量能够适当地调整。温度调整装置600具有高温冷却器610、低温冷却器620以及工件用调温部630,将使从高温冷却器610送出的加热剂与从低温冷却器620送出的制冷剂混合而成的混合载热体供给至工件用调温部630,在工件用调温部630中将工件调整至期望的温度。
高温冷却器610与配管702连接,能够从配管702送出预定的高温的加热剂。配管702与分支部752连接。分支部752也与配管703及配管720连接。分支部752具有阀(未图示)。也可以通过使分支部752的阀为打开状态或关闭状态,来使配管702仅与配管703或配管720的任一方连通,或者通过适当地调节分支部752的阀的开度,来使配管702与配管703及配管720双方连通,对朝向配管703的流量以及朝向配管720的流量实施流量控制。从高温冷却器610送出的加热剂通过分支部752的阀的动作而向配管703或配管720的任一方送出。
低温冷却器620与配管704连接,能够从配管704送出比预定的高温低的预定的低温加热剂。配管704与分支部754连接。分支部754也与配管705及配管722连接。分支部754具有阀(未图示)。也可以通过使分支部754的阀为打开状态或关闭状态,来使配管704仅与配管705或配管722的任一方连通,或者通过适当地调节分支部754的阀的开度,来使配管704与配管705及配管722双方连通,对朝向配管705的流量以及朝向配管722的流量实施流量控制。从低温冷却器620送出的制冷剂通过分支部754的阀的动作而向配管705或配管722的任一方送出。
配管703及配管705与混合部760连接。混合部760与配管706连接。配管706与工件用调温部630连接。从高温冷却器610送出的加热剂和从低温冷却器620送出的制冷剂在混合部760中混合而成为混合介质,并经由配管706供给至工件用调温部630。
工件用调温部630具有能够设置工件的设置台(未图示)。设置台构成为经由配管706供给的混合介质与工件能够进行换热,能够根据混合介质来调整工件的温度。
工件用调温部630与配管708连接。在工件用调温部630中,向配管708送出与工件的换热结束后的混合介质。配管708与分支部762连接。分支部762与配管710及配管714连接。经由配管708到达至分支部762的混合介质在分支部762分支到配管710和配管714。
如上所述,分支部752分支成配管703和配管720。配管710及配管720与合流部772连接。另外,配管724与合流部772连接。合流部772具有阀(未图示)。也可以通过使合流部772的阀为打开状态或关闭状态,来仅选择配管710或配管720的任一方而与配管724连通,或者通过适当地调节合流部772的阀的开度,来使配管710及配管720双方与配管724连通,对来自配管710的流量以及来自配管720的流量实施流量控制。通过合流部772的阀的动作,在配管710与配管724连通时,配管710经由合流部772及配管724而与高温用蓄热单元640连接,高温用蓄热单元640经由配管712而与高温冷却器610连接。并且,通过合流部772的阀的动作,在配管720与配管724连通时,能够使高温用蓄热单元640再生。
如上所述,分支部754分支成配管705和配管722。配管714及配管722与合流部774连接。另外,配管726与合流部774连接。合流部774具有阀(未图示)。也可以通过使合流部774的阀为打开状态或关闭状态,来仅选择配管714或配管722的任一方而与配管726连通,或者通过适当地调节合流部774的阀的开度,来使配管714及配管722双方与配管726连通,对来自配管714的流量以及来自配管722的流量实施流量控制。通过合流部774的阀的动作,在配管714与配管726连通时,配管714经由合流部774及配管726而与低温用蓄热单元650连接,低温用蓄热单元650经由配管716而与低温冷却器620连接。并且,通过合流部774的阀的动作,在配管722与配管726连通时,能够使低温用蓄热单元650再生。
〈高温用蓄热单元640〉
如上所述,通过合流部772的阀的动作,在配管710与配管724连通时,配管710与高温用蓄热单元640连接。从分支部762送出至配管710的混合介质作为回流介质被供给至高温用蓄热单元640。高温用蓄热单元640具有上述的蓄热单元10,且具有无机纤维片100及蓄热材料200。能够在高温用蓄热单元640的蓄热材料200与流动于配管710的回流介质之间进行换热。
如上所述,从高温冷却器610送出的加热剂与从低温冷却器620送出的制冷剂在混合部760中混合而成为混合介质。该混合介质的温度因与制冷剂的混合而变得比从高温冷却器610送出的加热剂的温度低。因此,流经配管710的回流介质的温度也变低。在没有高温用蓄热单元640的情况下,温度较低的回流介质返回至高温冷却器610,从而用于利用高温冷却器610提高至预定的高温的高温冷却器610的负担不得不变大。
这样一来,通过在比回流介质向高温冷却器610返回靠前的流路设置高温用蓄热单元640,能够将高温用蓄热单元640的蓄热材料200所积蓄的热量传递至回流介质,从而能够事先提高回流介质的温度。通过在回流介质向高温冷却器610返回之前提高回流介质的温度,能够减小高温冷却器610的负担。通过设置高温用蓄热单元640,不需要最大限度地使用高温冷却器610的能力,能够使高温冷却器610的动作有富余,或者能够具有能力较低的部件作为高温冷却器610,从而能够使温度调整装置600省电。
〈低温用蓄热单元650〉
如上所述,通过合流部774的阀的动作,在配管714与配管726连通时,配管714与低温用蓄热单元650连接。从分支部762送出至配管714的混合介质作为回流介质被供给至低温用蓄热单元650。低温用蓄热单元650具有上述的蓄热单元10,且具有无机纤维片100及蓄热材料200。能够在低温用蓄热单元650的蓄热材料200与流动于配管714的回流介质之间进行换热。
如上所述,从低温冷却器620送出的制冷剂与从高温冷却器610送出的加热剂在混合部760中混合而成为混合介质。该混合介质的温度因与加热剂的混合而变得比从低温冷却器620送出的制冷剂的温度高。因此,流经配管714的回流介质的温度也变高。在没有低温用蓄热单元650的情况下,温度较高的回流介质返回至低温冷却器620,从而用于利用低温冷却器620降低至预定的低温的低温冷却器620的负担不得不变大。
这样一来,通过在比回流介质向低温冷却器620返回靠前的流路设置低温用蓄热单元650,能够将回流介质的热量传递至低温用蓄热单元650的蓄热材料200,从而能够事先降低回流介质的温度。通过在回流介质向低温冷却器620返回之前降低回流介质的温度,能够减小低温冷却器620的负担。通过设置低温用蓄热单元650,不需要最大限度地使用低温冷却器620的能力,能够使低温冷却器620的动作有富余,或者能够使用能力较低的部件作为低温冷却器620,从而能够使温度调整装置600省电。
《通常动作状态》
图17示出高温冷却器610和低温冷却器620进行稳定动作、并且高温用蓄热单元640及低温用蓄热单元650进行通常动作时的载热体的流路。图17中,载热体的流动由黑色箭头示出。在通常动作状态下,分支部752的阀以使配管702与配管703连通的方式动作,分支部754的阀以使配管704与配管705连通的方式动作。合流部772的阀以使配管710与配管724连通的方式动作,合流部774的阀以使配管714与配管726连通的方式动作。
高温冷却器610能够从配管702送出预定的高温例如80℃的加热剂。另一方面,低温冷却器620能够从配管704送出比预定的高温低的预定的低温例如-20℃的制冷剂。
分支部752的阀以使配管702与配管703连通的方式动作,从高温冷却器610送出的加热剂在配管702及配管703中流动。并且,分支部754的阀以使配管704与配管705连通的方式动作,从低温冷却器620送出的制冷剂在配管704及配管705中流动。
从高温冷却器610送出且流经配管702及配管703后的加热剂与从低温冷却器620送出且流经配管704及配管705后的制冷剂在混合部760中混合而成为期望的温度的混合介质。此外,从高温冷却器610送出的加热剂的流量、从低温冷却器620送出的制冷剂的流量由未图示的阀等适当地调节,能够在期望的温度下成为期望的流量的混合介质。混合介质流经配管706而被供给至工件用调温部630。在工件用调温部630中,能够在混合介质与工件之间进行换热,能够由混合介质将工件调整至期望的温度。
被供给至工件用调温部630的混合介质成为通过配管708、由分支部762分支而流经配管710及配管714的回流介质。流经配管710的回流介质被供给至高温用蓄热单元640,回流介质的温度通过高温用蓄热单元640的蓄热材料200与回流介质的换热而升高。温度升高后的回流介质经由配管712返回至高温冷却器610。流经配管714的回流介质被供给至低温用蓄热单元650,回流介质的温度通过低温用蓄热单元650的蓄热材料200与回流介质的换热而降低。温度降低后的回流介质经由配管716返回至低温冷却器620。
《高温用蓄热单元640的再生动作状态》
如上所述,在通常动作状态下,构成高温用蓄热单元640的蓄热单元10的蓄热材料200用于与温度降低后的回流介质进行换热来提高回流介质的温度。通过与该回流介质的换热,蓄热材料200逐渐失去热量而温度降低。在蓄热材料200的温度降低时,无法充分地进行与回流介质的换热,难以提高回流介质的温度。因此,在蓄热材料200的温度降低时,需要进行用于在蓄热材料200积蓄热量的再生动作。此处,切换加热剂的流路而将从高温冷却器610送出的加热剂供给至高温用蓄热单元640,在高温用蓄热单元640的蓄热材料200积蓄热量,从而使高温用蓄热单元640再生。
图18是示出使高温用蓄热单元640再生的流路的图。为了简便,图18也省略了阀、止回阀、泵等来示出。阀的开闭、载热体的流量能够适当地调整。载热体的流动由黑色箭头示出。在高温用蓄热单元640的再生动作状态下,分支部752的阀以使配管702与配管720连通的方式动作。合流部772的阀以使配管720与配管724连通的方式动作。并且,在图18所示的例子中,停止从低温冷却器620送出制冷剂。
高温冷却器610进行动作,从高温冷却器610送出的加热剂在分支部752经由配管720向高温用蓄热单元640供给。被供给至高温用蓄热单元640的载热体的热量传递至构成高温用蓄热单元640的蓄热单元10,在蓄热单元10的蓄热材料200积蓄热量,由此高温用蓄热单元640再生。
此外,如上所述,能够通过调节分支部752的阀以及合流部772的阀的开度来控制流量。具体而言,能够利用分支部752的阀使配管702与配管703及配管720双方连通来调节朝向配管703的流量以及朝向配管720的流量,并且能够利用合流部772的阀使配管710及配管720双方与配管724连通来调节来自配管710的流量以及来自配管720的流量。这样,也可以通过适当地控制配管的流量,一边进行混合介质与工件的换热,一边使高温用蓄热单元640再生。
《低温用蓄热单元650的再生动作状态》
如上所述,在通常动作状态下,构成低温用蓄热单元650的蓄热单元10的蓄热材料200用于与温度上升后的回流介质进行换热来降低回流介质的温度。通过与该回流介质的换热,蓄热材料200逐渐积蓄热量而温度上升。在蓄热材料200的温度上升时,无法充分地进行与回流介质的换热,难以降低回流介质的温度。因此,在蓄热材料200的温度上升时,需要进行用于从蓄热材料200吸收热量的再生动作。此处,切换制冷剂的流路而将从低温冷却器620送出的制冷剂供给至低温用蓄热单元650,从低温用蓄热单元650的蓄热材料200吸收热量,从而使低温用蓄热单元650再生。
图19是示出使低温用蓄热单元650再生的流路的图。为了简便,图19也省略了阀、止回阀、泵等来示出。阀的开闭、载热体的流量能够适当地调整。载热体的流动由黑色箭头示出。在低温用蓄热单元650的再生动作状态下,分支部754的阀以使配管704与配管722连通的方式动作。合流部774的阀以使配管722与配管726连通的方式动作。并且,在图19所示的例子中,停止从高温冷却器610流出加热剂。
低温冷却器620进行动作,从低温冷却器620送出的制冷剂在分支部754经由配管722向低温用蓄热单元650供给。构成低温用蓄热单元650的蓄热单元10的蓄热材料200所积蓄的热量向被供给至低温用蓄热单元650的制冷剂传递,从蓄热材料200吸收热量,由此低温用蓄热单元650再生。
此外,如上所述,能够通过调节分支部754的阀以及合流部774的阀的开度来控制流量。具体而言,能够利用分支部754的阀使配管704与配管705及配管722双方连通来调节朝向配管705的流量以及朝向配管722的流量,并且能够利用合流部774的阀使配管714及配管722双方与配管726连通来调节来自配管714的流量以及来自配管722的流量。这样,也可以通过适当地控制配管的流量,一边进行混合介质与工件的换热,一边使低温用蓄热单元650再生。
《温度调整装置600中的蓄热材料200的功能》
在温度调整装置600中,通过将蓄热材料200用作辅助引擎,不主动地控制调整温度,就能够调整回流介质的温度,从而能够以被动的简单的结构使载热体的温度接近期望的温度。
《〈无机纤维片100的形态〉》
如上所述,具有无机纤维片100和蓄热材料200。蓄热单元10配置为与配管等供载热体、制冷剂流动的部件接触,经由无机纤维片100在载热体、制冷剂等加热剂与蓄热材料200之间进行换热。如上所述,无机纤维片100整体具备具有挠性的片状(薄板状)的形态(参照图1)。能够利用该无机纤维片100的挠性,根据配管等部件的形状、大小等,使无机纤维片100适当地变形来构成蓄热单元10。
以下,仅对无机纤维片100的形态进行说明。此外,在构成蓄热单元10的情况下,只要构成为与上述的包埋型、含浸型、担载型、层叠型等组合而使无机纤维片100与蓄热材料200接触即可。
《平坦状》
图20是示出将无机纤维片100形成为平坦状的形状的状态的立体图。例如,能够用于配管等部件的顶板、底板等外侧的面具有平坦面的情况等。通过使无机纤维片100沿平坦面扩展(伸展)来使之变形成平坦状,从而能够配置于顶板、底板等部件。此外,配管等部件的形状不仅可以是完全平坦的形状,也可以是平缓地弯曲的形状。
即使在使无机纤维片100呈平坦状来使用的情况下,也可以将蓄热材料200配置于无机纤维片100的内部的区域并使其接触,还可以配置于无机纤维片100的第一面110、第二面120并使其接触。例如,也能够在配管等部件与无机纤维片100之间配置蓄热材料200。并且,也能够在远离配管等部件的位置配置蓄热材料200。
《凹凸状》
图21是示出以使凹凸重复的方式使无机纤维片100变形后的状态的立体图。例如,能够用于将蓄热单元10安装于弯曲的重复凹状部和凸状部的加工成波纹状的形状的部件等的情况。通过使无机纤维片100一边沿弯曲的凹凸面逐渐变形一边扩展(伸展)来安装,能够使无机纤维片100变形成凹凸状而配置于部件。
此外,凹凸状的形状不仅可以是如图21所示的波纹状的形状那样由平缓的曲面构成的形状,也可以是如图22所示地以使截面重复V字状和倒V字状的方式折曲后的形状。另外,如图23所示,凹凸状的形状也可以是不仅包括弯曲的面还包括平面的形状。需要说明的是,图23中,省略了无机纤维片100的厚度来示出。图23所示的形状是以使截面重复U字状和倒U字状的方式弯曲后的形状,相邻的平面部分形成为相互平行。相邻的平面部分为层叠状的构造。这样,在设为图23所示的层叠状的构造的情况下,能够通过对单一的无机纤维片100进行加工来构成,从而能够简化结构并且简化制造工序。
即使在使无机纤维片100变形成凹凸状的情况下,也可以将蓄热材料200配置于无机纤维片100的内部的区域并使其接触,还可以配置于无机纤维片100的第一面110、第二面120并使其接触。在该情况下,例如也能够在配管等部件与无机纤维片100之间配置蓄热材料200。并且,也能够在远离配管等部件的位置配置蓄热材料200。
《螺旋状》
图24是示出使长条的无机纤维片100变形成螺旋状的状态的立体图。需要说明的是,图24中,省略了无机纤维片100的厚度来示出。例如,能够用于将无机纤维片100卷绕于配管等长条的部件的情况。通过使无机纤维片100沿配管的周围卷绕并沿配管的长边方向逐渐位移,能够使无机纤维片100变形成螺旋状而配置于配管。此外,长条的部件可以是沿长边方向呈直线状延伸的形状,也可以是弯曲的形状,还可以是折弯的形状。
即使在使无机纤维片100变形成螺旋状的情况下,也可以将蓄热材料200配置于无机纤维片100的内部的区域并使其接触,还可以配置于无机纤维片100的第一面110、第二面120并使其接触。在该情况下,例如也能够在配管等部件与无机纤维片100之间配置蓄热材料200。并且,也能够在远离配管等部件的位置配置蓄热材料200。
《涡旋状(盘簧状)》
图25是示出使无机纤维片100变形成涡旋状(盘簧状)后的状态的立体图。需要说明的是,图25中,省略了无机纤维片100的厚度来示出。例如,能够将无机纤维片100配置于配管等长条的部件,并且以将配管作为中心来卷绕并变形而半径逐渐变大的方式配置于配管的周围。上述的螺旋状通过使无机纤维片100沿配管的周围卷绕并且沿配管的长边方向逐渐位移来形成,但螺旋状通过使无机纤维片100卷绕而不沿长边方向位移,就能够形成。
即使在使无机纤维片100变形成涡旋状的情况下,也可以将蓄热材料200配置于无机纤维片100的内部的区域并使其接触,还可以配置于无机纤维片100的第一面110、第二面120并使其接触。在该情况下,例如也能够在配管等部件与无机纤维片100之间配置蓄热材料200。并且,也能够在远离配管等部件的位置配置蓄热材料200。尤其是,也能够在卷绕于配管且相邻的无机纤维片100之间的区域配置蓄热材料200。通过像这样构成,能够增加蓄热材料200整体的量。
《层叠状》
图26是示出使多个无机纤维片100相互分离且大致平行地配置而成为层叠状的状态的立体图。例如,能够用于将蓄热单元10安装于顶板、底板等具有平坦面的部件的情况等。能够在顶板、底板等平坦面之上层叠多个无机纤维片100而形成为层叠状。在构成为层叠状的情况下,也能够在相邻的无机纤维片100之间配置蓄热材料200,能够整体上增加蓄热材料200的量。并且,由于大致平行地配置多个无机纤维片100,所以能够容易使配置于相邻的无机纤维片100之间的蓄热材料200的温度分布(无机纤维片100的面内的温度分布)一致,从而能够有效地灵活利用到蓄热材料200的各个角落。
即使在使无机纤维片100形成为层叠状的情况下,也可以将蓄热材料200配置于无机纤维片100的内部的区域并使其接触,还可以配置于无机纤维片100的第一面110、第二面120并使其接触。在该情况下,例如也能够在配管等部件与无机纤维片100之间配置蓄热材料200。并且,也能够在远离配管等部件的位置配置蓄热材料200。
需要说明的是,只要能够使多个无机纤维片100相互分离且大致平行地配置即可,不仅能够使多个无机纤维片100呈平坦状,还能够保持平行并使多个无机纤维片100弯曲而层叠。
《〈无机纤维片100的形态、蓄热材料200的接触种类以及热量的传递〉》
作为无机纤维片100的形态,说明了平坦状、凹凸状、螺旋状、涡旋状(盘簧状)、层叠状,但它们是一例,能够根据配管等供载热体、制冷剂流动的部件的形状、大小等,适当地决定无机纤维片100的形状、配置等形态。并且,如上所述,仅对无机纤维片100的形态进行了说明,而蓄热材料200根据无机纤维片100的形态来适当地选择上述的包埋型、含浸型、担载型、层叠型等接触种类,以与无机纤维片100接触的方式构成蓄热单元10即可。
如上所述,在蓄热单元10中,从蓄热单元10的外部导入的热量经由无机纤维片100传递至蓄热材料200。并且,蓄热材料200所积蓄的热量经由无机纤维片100向蓄热单元10的外部导出。这样,热量经由无机纤维片100导入或导出。如上所述,通过适当地决定无机纤维片100的大小、形状,并且适当地决定配置无机纤维片100的位置,能够使无机纤维片与蓄热材料200的接触状态成为适当的状态。
在蓄热单元10中,通过使无机纤维片100适当地分布,能够使从外部传递至蓄热单元10的热量在无机纤维片100中分散,从而均匀地传递至蓄热材料200。并且,能够将蓄热材料200所积蓄的热量从蓄热材料200所处的部位均匀地集中到无机纤维片并传递至蓄热单元10的外部。例如,能够以各向同性地分布的方式配置无机纤维片100。这样一来,能够高效地使蓄热材料200吸收热量来蓄热,并且能够从蓄热材料200取出热量而向外部供给。
并且,为了增加能够进行换热的热量,有时也需要增加蓄热材料200的量。如图27所示,在增加了蓄热材料200的量的情况下,需要将蓄热材料200配置到离配管PI0较远的位置LD。在像这样构成时,认为向位于离配管PI0较远的位置LD的蓄热材料200传递热量需要时间,或者从位于离配管PI0较远的位置LD的蓄热材料200取出热量需要时间。在该情况下,难以向蓄热材料200的整体传递热量,或者难以从蓄热材料200的整体取出热量,又或者换热的响应性变差,从而即使增加蓄热材料200的量,也有可能无法充分地灵活利用蓄热材料200的整体。
因此,如图28所示,通过将无机纤维片100配置直至蓄热材料200的各个角落,能够迅速地将热量传递至位于离配管PI0较远的位置LD的蓄热材料200,或者迅速地从位于离配管PI0较远的位置LD的蓄热材料200取出热量。在图28所示的例子中,使用了上述图23所示的具有层叠构造的凹凸状的无机纤维片100。通过使用具有层叠构造的凹凸状的无机纤维片100,能够遍及蓄热材料200的整体均匀地进行换热。需要说明的是,不仅可以使用该图23所示的凹凸状的无机纤维片100,还能够使用其它形态的无机纤维片100。根据安装蓄热单元10的配管等部件的形状、大小等、载热体及制冷剂的种类、流速等、蓄热材料200的量等,来适当地决定无机纤维片100的形态即可。
并且,如图28所示,无机纤维片100具有引导端部130。无机纤维片100包括引导端部130而一体地形成,能够传递热量。无机纤维片100的引导端部130配置于配管PI0的内部。这样一来,能够容易地将流经配管PI0的制冷剂的热量传递至蓄热材料200,或者容易地将蓄热材料200所积蓄的热量传递至流经配管PI0的载热体。
《〈壳体300〉》
如上所述,蓄热单元10也可以具有壳体300。在蓄热单元10具有壳体300的情况下,无机纤维片100及蓄热材料200收纳于壳体300。此外,无机纤维片100的一部分优选从壳体300伸出或露出。该无机纤维片100的延伸部、露出部用于蓄热单元10与外部之间的导热。例如,该外部有流经配管的载热体、制冷剂等载热介质(载热体)。
在蓄热材料200是进行固固相转变的物质的情况下,由于始终具有恒定的形状,所以不需要壳体300。另一方面,在蓄热材料200是进行固液相转变的物质的情况下,在液体状态时,由于无法维持恒定的形状,所以需要壳体300。此外,即使蓄热材料200是进行固固相转变的物质,也可以构成为在壳体300收纳无机纤维片100及蓄热材料200。通过收纳于壳体300,来防止破损、污损,从而能够维持无机纤维与蓄热材料200的接触状态,使导热性稳定。
《壳体300的结构》
图29是示出壳体300的一部分的剖视图。如图29所示,壳体300具有铜箔302和铜板304。铜箔302及铜板304作为壳体300的箱体发挥功能。铜箔302及铜板304由铜构成且具有大致平坦的形状(大致平板状)。铜箔302及铜板304相互分离且平行地配置,无机纤维片100及蓄热材料200配置在铜箔302与铜板304之间。无机纤维片100及蓄热材料200成为由铜箔302和铜板304夹住的状态。此外,在图29所示的例子中,铜箔302形成上表面,铜板304形成下表面。
在从蓄热单元10的外部向铜箔302、铜板304传递热量时,能够经由无机纤维片100将热量传递至蓄热材料200并积蓄。并且,在蓄热材料200积蓄有热量时,能够经由无机纤维片100将热量传递至铜箔302、铜板304,并向蓄热单元10的外部输出。
图30是示出壳体300的结构的剖视图。如图30所示,能够将铜箔302与铜板304的相互面对面的端部接合。通过接合,能够密封铜箔302和铜板304,即使蓄热材料200液化,也能够防止漏出。接合能够使用铆接或焊接等方法。通过将铜箔302与铜板304接合,能够封入无机纤维片100及蓄热材料200。
在上述的例子中,使用铜箔302作为上表面,使用铜板304作为下表面,但不限定于铜制,也可以使用不锈钢等其它金属、碳、石墨等。并且,铜制的铜箔302及铜板304为铜制而厚度不同。可以仅使用铜箔302来构成壳体300,也可以仅使用铜板304来构成壳体300。
《《变形例1》》
如上所述,蓄热单元10(高温用蓄热单元640、低温用蓄热单元650等)与载热体进行换热。为了提高换热的效率,能够使用绝热材料。例如,通过将包括具有覆盖蓄热单元10整体的形状及大小的绝热材料的绝热体包覆于蓄热单元10,能够防止热量传递至蓄热材料200及加热剂以外,从而能够提高蓄热材料200与加热剂之间的换热的效率。通过使用绝热材料,能够迅速地使载热体接近期望的温度,并且也能够迅速地进行蓄热材料200的再生。
《《本实施方式的详细内容》》
如上所述,通过本实施方式记载了本发明,但不应该理解为构成该公开的一部分的记载以及附图对本发明加以限定。这样,本发明当然包括此处未记载的各种实施方式等。
符号说明
10—蓄热单元,100—无机纤维片,102—无机纤维,200—蓄热材料,300—壳体,600—温度调整装置,610—高温冷却器,620—低温冷却器,630—工件用调温部,640—高温用单元,650—低温用单元。
Claims (6)
1.一种蓄热单元,其特征在于,具备:
至少一个无机纤维部件,其通过将无机纤维粘结或缠结来构成且具有期望的形状;以及
蓄热材料,其与上述无机纤维接触。
2.根据权利要求1所述的蓄热单元,其特征在于,
无机纤维部件配置为与供载热体流动的流路接触,并且通过将无机纤维粘结或缠结来构成,上述无机纤维部件配置在上述流路内。
3.根据权利要求1所述的蓄热单元,其特征在于,
还具备收纳上述无机纤维部件和上述蓄热材料的收纳体。
4.一种蓄热单元,在用于调节对象体的温度的换热装置中使用,其特征在于,
上述换热装置还具有:
温度调整部,其对设置对象体的对象体设置部的温度进行调节;
载热体供给部,其将预定的温度的载热体供给至上述温度调整部;
第一供给流路,其将载热体从上述载热体供给部供给至上述温度调整部;
返回流路,其是与上述蓄热单元相邻地设置的返回流路,使载热体从上述温度调整部返回至上述载热体供给部,并且载热体能够在上述返回流路中与上述蓄热单元进行换热;
第二供给流路,其将载热体从上述载热体供给部供给至上述蓄热单元;以及
流路形成部,其形成上述第一供给流路和上述第二供给流路中的任一个,
上述蓄热单元具备:
至少一个无机纤维体,其通过将无机纤维粘结或缠结来构成;以及
蓄热材料,其与上述无机纤维接触地形成,
在由上述流路形成部形成了上述第一供给流路时,通过上述蓄热材料与载热体的换热,使载热体的温度接近上述预定的温度,
在由上述流路形成部形成了上述第二供给流路时,通过上述蓄热材料与载热体的换热,上述蓄热材料得到再生。
5.根据权利要求4所述的蓄热单元,其特征在于,
在上述载热体为加热剂的情况下,
在由上述流路形成部形成了上述第一供给流路时,热量从上述蓄热材料传递至加热剂,由此加热剂的温度升高而接近上述预定的温度,
在由上述流路形成部形成了上述第二供给流路时,热量从加热剂传递至上述蓄热材料,由此上述蓄热材料的温度升高而上述蓄热材料得到再生。
6.根据权利要求4所述的蓄热单元,其特征在于,
在上述载热体为制冷剂的情况下,
在由上述流路形成部形成了上述第一供给流路时,热量从制冷剂传递至上述蓄热材料,由此制冷剂的温度降低而接近上述预定的温度,
在由上述流路形成部形成了上述第二供给流路时,热量从上述蓄热材料传递至制冷剂,由此上述蓄热材料的温度降低而上述蓄热材料得到再生。
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