JP2006105531A - 蓄熱カプセル - Google Patents

Abstract

【課題】伝熱性能の優れた蓄熱カプセルを提供することを目的とする。
【解決手段】カプセル１の内部に蓄熱剤２が充填され、前記カプセル１の内部に伝熱体５を有することを特徴とするもので、カプセル１に充填された蓄熱剤２のうち、中心部近くの従来熱の伝わりづらい領域に対して、熱が伝熱体５を通して伝わっていくため、カプセル１全体の伝熱性能を向上させることができる。また、蓄熱槽に充填した状態で使用するだけでなく、排熱利用蓄熱からカプセルにて搬送、熱需要場所での使用を行うトータル蓄熱利用システム等の用途にも適用できるものである。
【選択図】図１

Description

本発明は内部に蓄熱剤を収容した蓄熱カプセルに関するものである。

従来、この種の蓄熱カプセルは内部に蓄熱剤を収容した球体のカプセルが一般的である。また、蓄熱槽に対する充填率を向上させるため、球体を連結させた形状をしているものや（例えば、特許文献１参照）、表面積を大きくして伝熱特性を向上させるため、くびれをもった円筒形状をしているもの（例えば、特許文献２参照）等もある。

図９は、従来の一般的な蓄熱カプセルを示すものである。図９に示すように、カプセル１と、カプセルに封入された蓄熱剤２と、蓄熱剤を注入するための蓄熱剤注入口３、蓄熱剤の膨張を吸収するための空隙部４とから構成されている。
特開２００３−３２９３８３号公報 特開平８−９４２６９号公報

しかしながら、前記従来の構成では、カプセルを球体とすることで耐圧性能に優れている等の利点はあったが、球体は内容積に対する表面積が小さくなり、また球体の中心部には熱が伝わりにくいため、他の形状に比べて伝熱性能が悪くなるという課題を有していた。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、伝熱性能の優れた蓄熱カプセルを提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の蓄熱カプセルは、カプセル内部に蓄熱剤が充填され、前記カプセル内部に伝熱体を有することを特徴とするもので、カプセルに充填された蓄熱剤のうち、中心部に近くで従来伝熱が不十分な部分に対して、熱が伝熱体を通して伝わっていくため、カプセル全体の伝熱性能を向上させることができる。

本発明によれば、カプセル内に充填した蓄熱剤全体に効率よく伝熱することで、カプセル全体の伝熱性能を向上した蓄熱カプセルを提供することができる。

第１の発明は、カプセル内部に蓄熱剤が充填され、前記カプセル内部に伝熱体を有することを特徴とするもので、カプセルに充填された蓄熱剤のうち、中心部近くの従来熱の伝わりづらい領域に対して、熱が伝熱体を通して伝わっていくため、カプセル全体の伝熱性能を向上させることができる。

第２の発明は、伝熱体は、カプセル内部壁面より内方へ突出する突出部であるもので、構造を複雑にすることなく、カプセルに充填された蓄熱剤のうち、中心部近くの従来熱の伝わりづらい領域に対して、熱が突出部を通して伝わっていくため、カプセル全体の伝熱性能を向上させることができる。

第３の発明は、伝熱体は、カプセル内部壁面の複数箇所を互いに連結する構成としたも
ので、伝熱体をカプセル内部壁面の複数箇所を橋渡しする形状とすることにより、カプセルに充填された蓄熱剤のうち、中心部近くの従来熱の伝わりづらい領域に対して、熱が伝熱体を通して伝わっていくため、カプセル全体の伝熱性能を向上させることができる。

第４の発明は、カプセル内部に蓄熱剤が充填され、加熱・冷却媒体が入る込む加熱・冷却路を有し、前記加熱・冷却路は、前記カプセルを貫通または前記カプセルの外部壁面より内方へ突出した構成としたもので、前記加熱・冷却路内を加熱・冷却媒体が充填または流れるため、カプセル内部にも熱が伝わり、カプセル全体の伝熱性能を向上させることができる。

さらに、蓄熱槽内にランダムに充填されたカプセルの前記加熱・冷却路を加熱・冷却媒体が充填または流れることで、蓄熱槽の流れにおいて乱流を促進し、蓄熱槽全体としての伝熱性能も向上させることができる。

第５の発明は、カプセル内部に蓄熱剤が充填され、前記カプセル内部を貫通する伝熱体と、前記伝熱体を貫通させるための孔部と、前記伝熱体を固定するための固定手段と、前記伝熱体とカプセルとをシールする密閉手段とを有することを特徴とするもので、カプセルからの熱だけでなく、加熱・冷却媒体と伝熱体とが直接熱の授受を行い、カプセルに充填された蓄熱剤のうち、中心部近くの従来熱の伝わりづらい領域に対しても、熱が伝熱体を通して伝わっていくため、カプセル全体の伝熱性能を向上させることができる。

第６の発明は、カプセル内部に蓄熱剤が充填され、前記カプセルの表面にディンプルを有することを特徴とするもので、カプセル周辺の加熱・冷却媒体の流れにおいて乱流を促進し、蓄熱槽全体としての伝熱性能を向上させることができる。

第７の発明は、カプセル内部に蓄熱剤が充填され、前記カプセルの外部壁面より外方向に突出する突起部を有することを特徴とするもので、カプセルの表面積を大きくすることができるため、カプセル全体の伝熱性能を向上させることができる。さらに、加熱・冷却媒体の流れにおいて乱流を促進することで、蓄熱槽全体としての伝熱性能を向上させることができる。

第８の発明は、カプセル内部に蓄熱剤が充填され、充填された蓄熱剤の膨張・収縮に合わせて、前記カプセルの容積を変化させる体積変化吸収手段を有することを特徴とするもので、通常の蓄熱カプセルにおいて、体積変化吸収のために作られている空隙部をなくすことができるため、空隙部の熱抵抗がなくなり、蓄熱剤がカプセルの全表面に接触できるのでカプセル全体の伝熱性能を向上させることができる。

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。

（実施の形態１）
図１〜図３は、本発明の第１の実施の形態における蓄熱カプセルの模式図を示すものである。

図１において、カプセル１の内壁から内方へ突出した突出部からなる伝熱体５が形成されており、同様に図２では、カプセル１の内壁から内方へ突出したフィン形状の伝熱体５が形成されている。さらに図３では、伝熱体５をカプセル１の内部壁面の複数箇所を連結し、橋渡しする形状となっている。カプセル１の内部には、蓄熱剤２が蓄熱剤注入口３から注入され、充填されている。ここで、伝熱体５は蓄熱剤２がカプセル１の内部に偏ることなく十分に充填することができる形状であるものとする。

以上のように構成された蓄熱カプセルについて、以下その動作、作用を説明する。

まず、蓄熱カプセル１は、水等の加熱・冷却媒体で満たされた蓄熱槽（図示せず）に充填される。ここでは蓄熱カプセル１に蓄熱する場合を考える。何らかの加熱装置（図示せず）により加熱された水等の媒体が蓄熱槽に流入した場合、蓄熱槽に充填された蓄熱カプセルの表面からその熱が内部へと蓄熱されていく。その際、熱は蓄熱剤２を伝わっていくと同時に、伝熱体５からも内部へと伝わっていく。

以上のように、本実施の形態において、蓄熱カプセルの内部に伝熱体５を設けることにより、蓄熱カプセルに充填された蓄熱剤２のうち、中心部近くの従来熱の伝わりづらい領域に対して、熱が伝熱体５を通して伝わっていくため、カプセル全体の熱抵抗が低減し、伝熱性能を向上させることができる。同様に放熱の場合においても、中心部の熱が蓄熱剤２を伝わっていくと同時に、伝熱体５からも水等の媒体へと伝わっていくため、効率よく放熱することができる。

ここで、伝熱体５の数や、凸部形状、フィン形状等は本発明において限定しないものとする。

（実施の形態２）
図４は、本発明の第２の実施の形態における蓄熱カプセルの模式図を示すものである。なお、上記実施の形態と同一部品については同一符号を付し、その説明を省略する。

図４において、カプセル１に水等の加熱・冷却媒体が流れる加熱・冷却路６が形成されている。カプセル１の内部には、蓄熱剤２が蓄熱剤注入口３から注入され、充填されている。

蓄熱カプセルに蓄熱を行う場合、加熱された水等の媒体は加熱・冷却路６を通り、その熱はカプセル１の周囲からだけでなく加熱・冷却路６側からも蓄熱剤２へと伝わっていく。

以上のように、本実施の形態においては蓄熱カプセルの内部に加熱・冷却路６を設けることにより、蓄熱カプセルに充填された蓄熱剤２のうち中心部近くの従来熱の伝わりづらい領域に対して、熱が加熱・冷却路６側から伝わって行くため、カプセル１全体の熱抵抗が低減し、伝熱性能を向上させることができる。放熱の場合においても、前実施の形態同様に性能を向上させることができる。

なお、本実施の形態においては、加熱・冷却路６は、前記カプセル１を貫通する構成となっているが、前記カプセル１の外部壁面より内方へ突出し、先止まりなる構成としたも、同様の効果は有する。

（実施の形態３）
図５は、本発明の第３の実施の形態における、蓄熱カプセルの模式図である。なお、上記実施の形態と同一部品については同一符号を付し、その説明を省略する。

図５において、カプセル外部から内部に伸びる伝熱体５と、伝熱体５を貫通させるための孔部７と、伝熱体５を固定するための固定手段８と、伝熱体５とカプセルと１をシールする密閉手段９とを設けた構成となっている。カプセル１の内部には、蓄熱剤２が蓄熱剤注入口３から注入され、充填されている。

蓄熱カプセルに蓄熱を行う場合、加熱された水等の媒体はカプセル１からの熱だけでなく、加熱媒体と伝熱体５とが直接熱の授受を行い、カプセル１に充填された蓄熱剤２へと伝わっていく。また密閉手段９により、内部に充填された蓄熱剤２はカプセル１の外に漏れることはない。

以上のように、本実施の形態においては蓄熱カプセルに充填された蓄熱剤２のうち中心部近くの従来熱の伝わりづらい領域に対して、熱が伝熱体５を通して伝わっていくため、カプセル全体の伝熱性能を向上させることができる。放熱の場合においても、前実施の形態同様性能を向上させることができる。

（実施の形態４）
図６は、本発明の第４の実施の形態における、蓄熱カプセルの模式図である。なお、上記実施の形態と同一部品については同一符号を付し、その説明を省略する。

図６において、カプセル１の表面にディンプル１０が形成され、カプセル１の内部には蓄熱剤２が蓄熱剤注入口３から注入され、充填されている。

蓄熱カプセルに蓄熱を行う場合、加熱された水等の媒体からカプセル１の表面を介して蓄熱剤２へと伝わっていく。この際、ディンプル１０の影響により蓄熱槽内の流れにおいて乱流が促進される。

以上のように、本実施の形態においては、乱流の促進により蓄熱カプセルへの伝熱性能を向上させることができる。放熱の場合においても、同様に性能を向上させることができる。

（実施の形態５）
図７は、本発明の第５の実施の形態における、蓄熱カプセルの模式図である。なお、上記実施の形態と同一部品については同一符号を付し、その説明を省略する。

図７において、カプセル１の表面に外部突起１１が形成され、カプセル１の内部には蓄熱剤２が蓄熱剤注入口３から注入され、充填されている。

蓄熱カプセルに蓄熱を行う場合、加熱された水等の媒体からカプセル１の表面と、外部突起１１を介して蓄熱剤２へと伝わっていく。この際、外部突起１１の影響により蓄熱槽内の流れにおいて乱流が促進される。

以上のように、本実施の形態においては、表面積が拡大することができ、かつ乱流の促進により蓄熱カプセルへの伝熱性能を向上させることができる。放熱の場合においても、同様に性能を向上させることができる。

（実施の形態６）
図８は、本発明の第６の実施の形態における、蓄熱カプセルの模式図である。なお、上記実施の形態と同一部品については同一符号を付し、その説明を省略する。

図８において、カプセル１の表面に体積変化吸収手段１２が形成され、カプセル１の内部には蓄熱剤２が蓄熱剤注入口３から注入され、充填されている。

体積変化吸収手段１２は蓄熱剤２が膨張していないとき、蓄熱剤２がカプセル１の全表面に接触することができるような状態を保持する。次に蓄熱剤２が膨張したとき、伸縮性のある材料を用いてることで、体積変化吸収手段１２はカプセル１の外側方向へ膨らみ、
蓄熱剤２の体積膨張分を吸収する。

以上のように、本実施の形態においては、カプセル１の内表面が常に蓄熱剤２に接し、カプセル１内に空隙部のない状態を形成することができるため、蓄熱カプセル全体の熱抵抗が低減され、伝熱性能を向上させることができる。

以上のように、本発明にかかる蓄熱カプセルは、熱抵抗を低減し、伝熱性能を向上させることが可能となるので、蓄熱槽に充填した状態で使用するだけでなく、排熱利用蓄熱からカプセルにて搬送、熱需要場所での使用を行うトータル蓄熱利用システム等の用途にも適用できる。

（ａ）本発明の実施の形態１における蓄熱カプセルの模式断面図（ｂ）同蓄熱カプセルの模式全体図 （ａ）本発明の実施の形態１における他の蓄熱カプセルの模式断面図（ｂ）同蓄熱カプセルの模式全体図 （ａ）本発明の実施の形態１における他の蓄熱カプセルの模式断面図（ｂ）同蓄熱カプセルの模式全体図 （ａ）本発明の実施の形態２における他の蓄熱カプセルの模式断面図（ｂ）同蓄熱カプセルの模式全体図 （ａ）本発明の実施の形態３における他の蓄熱カプセルの模式断面図（ｂ）同蓄熱カプセルの模式全体図 本発明の実施の形態４における蓄熱カプセルの模式図 本発明の実施の形態５における蓄熱カプセルの模式図 （ａ）本発明の実施の形態６における他の蓄熱カプセルの模式図（収縮時）（ｂ）同蓄熱カプセルの模式図（膨張時） 従来の蓄熱カプセルの模式図

符号の説明

１ カプセル
２ 蓄熱剤
３ 蓄熱剤注入口
４ 空隙部
５ 伝熱体
６ 加熱・冷却路
７ 孔部
８ 固定手段
９ 密閉手段
１０ ディンプル
１１ 突起部
１２ 体積変化吸収手段

Claims (8)

1. カプセル内部に蓄熱剤が充填され、前記カプセル内部に伝熱体を有することを特徴とする蓄熱カプセル。
2. 伝熱体は、カプセル内部壁面より内方へ突出する突出部である請求項１記載の蓄熱カプセル。
3. 伝熱体は、カプセル内部壁面の複数箇所を互いに連結する構成とした請求項１記載の蓄熱カプセル。
4. カプセル内部に蓄熱剤が充填され、加熱・冷却媒体が入る込む加熱・冷却路を有し、前記加熱・冷却路は、前記カプセルを貫通または前記カプセルの外部壁面より内方へ突出した構成とした蓄熱カプセル。
5. カプセル内部に蓄熱剤が充填され、前記カプセル内部を貫通する伝熱体と、前記伝熱体を貫通させるための孔部と、前記伝熱体を固定するための固定手段と、前記伝熱体とカプセルとをシールする密閉手段とを有することを特徴とする蓄熱カプセル。
6. カプセル内部に蓄熱剤が充填され、前記カプセルの表面にディンプルを有することを特徴とする蓄熱カプセル。
7. カプセル内部に蓄熱剤が充填され、前記カプセルの外部壁面より外方向に突出する突起部を有することを特徴とする蓄熱カプセル。
8. カプセル内部に蓄熱剤が充填され、充填された蓄熱剤の膨張・収縮に合わせて、前記カプセルの容積を変化させる体積変化吸収手段を有することを特徴とする蓄熱カプセル。
   

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