JP4030772B2 - 蓄熱ユニットおよびその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、廃熱回収に適した蓄熱ユニットおよびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、内燃機関においては、駆動時に多くの廃熱を発生させる一方で、起動時には熱量を付与することで起動が円滑になることから、駆動時の廃熱を蓄熱して起動時のウォームアップに使用するように蓄熱ユニットが設けられたものがある。
【０００３】
従来の蓄熱ユニットに関するものとして、例えば、特公平５−４２４４号公報に開示されたものがある。この蓄熱ユニットは、内箱とこの内箱の外側を覆う断熱材とこの断熱材の外側を覆う外箱とを有し、中心部分の一側に流体を導入させるための入口部が設けられるとともに中心部分の他側に流体を排出させるための出口部が設けられた箱体と、包体内に蓄熱材を封入してなるとともに箱体内に配置される蓄熱体と、この蓄熱体が巻き付けられる心材とを有している。そして、蓄熱体は複数のスペーサを介在させつつ心材に渦状に巻きつけられることによって、熱交換される流体を流す流体流路となる隙間を形成するようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記の蓄熱ユニットでは、包体に蓄熱材を封入して蓄熱体を形成するとともに、この蓄熱体をスペーサを介することで流体流路となる隙間を形成しつつ心材に渦状に巻きつけるようになっており、部品点数が多く、しかも製造が煩雑であることから製造コストが増大してしまうという問題があった。
【０００５】
また、蓄熱体をスペーサを介することで流体流路となる隙間を形成しつつ心材に渦状に巻きつけるため、心材が必ず必要であり、この心材の分、蓄熱容量が少なくなってしまうという問題もあった。
【０００６】
したがって、本発明は、部品点数を低減でき、しかも製造が容易となって製造コストを低減することができる上、蓄熱容量を多く確保できて高性能化が図れる蓄熱ユニットおよびその製造方法の提供を目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１記載の蓄熱ユニットは、両端が開口する筒状の外壁部（例えば実施の形態における外壁部１６）と、熱量を有する流体を流動させる流体流路（例えば実施の形態における流体流路１９）を前記外壁部よりも内側に形成する流体流路形成部（例えば実施の形態における流体流路形成部２０）と、蓄熱材（例えば実施の形態における蓄熱材２１）が充填される蓄熱材充填空間（例えば実施の形態における蓄熱材充填空間２２）を前記外壁部よりも内側に前記流体流路に隣接して形成する蓄熱材充填空間形成部（例えば実施の形態における蓄熱材充填空間形成部２３）とが一体成形されるとともに、開口を対向させるように前後に配設される少なくとも２以上の主部材（例えば実施の形態における主部材１２）と、隣り合う前記主部材同士の間を仕切るセパレータ（例えば実施の形態における第１セパレータ３９および第２セパレータ４３）と、前端にある前記主部材の前側および後端にある前記主部材の後側にそれぞれ配設される蓋部材（例えば実施の形態における蓋部材４６）とを有することを特徴としている。
【０００８】
これにより、外壁部と、熱量を有する流体を流動させる流体流路を外壁部よりも内側に形成する流体流路形成部と、蓄熱材が充填される蓄熱材充填空間を外壁部よりも内側に流体流路に隣接して形成する蓄熱材充填空間形成部とを一体成形して主部材を形成し、その後、例えば、少なくとも２以上の主部材を間にセパレータを介して連結させるとともに、前端にある主部材の前側および後端にある主部材の後側に蓋部材を連結させ、蓄熱材充填空間に蓄熱材を充填させればよいことになる。このため、包体に蓄熱材を封入して蓄熱体を形成するとともにこの蓄熱体をスペーサを介することで流体流路となる隙間を形成しつつ心材に渦状に巻きつけるものに比して、部品点数が減るとともに、製造が容易となる。しかも、主部材の外壁部、流体流路形成部および蓄熱材充填空間形成部を一体に形成してなるため、心材が不要となり、その分、流体流路および蓄熱部を大きくすることができる。
【０００９】
本発明の請求項２記載の蓄熱ユニットは、請求項１記載のものに関して、前記主部材には、熱量の放熱を防ぐため断熱材（例えば実施の形態における断熱材３６）が配置されまたは空間とされる断熱空間（例えば実施の形態における断熱空間１７）を、前記外壁部と、前記流体流路形成部および前記蓄熱材充填空間形成部との間に形成する断熱空間形成部（例えば実施の形態における断熱空間形成部１８）がさらに一体成形されていることを特徴としている。
【００１０】
このように、主部材には、外壁部と、熱量を有する流体を流動させる流体流路を外壁部よりも内側に形成する流体流路形成部と、蓄熱材が充填される蓄熱材充填空間を外壁部よりも内側に流体流路に隣接して形成する蓄熱材充填空間形成部とに加えて、断熱材が配置されまたは空間とされる断熱空間を形成する断熱空間形成部がさらに一体成形されているため、この断熱空間形成部の分も部品点数が減るとともに、製造が容易となる。
【００１１】
本発明の請求項３記載の蓄熱ユニットは、請求項１または２記載のものに関して、前記蓋部材には、前記流体流路に通じる流体流通開口（例えば実施の形態における流体流通開口５２）を形成する流体流通口部（例えば実施の形態における流体流通口部４８）が一体成形されていることを特徴としている。
【００１２】
このように、蓋部材には、流体流路に通じる流体流通開口を形成する流体流通口部が一体成形されているため、流体流路に通じる流体流通口部の分も部品点数が減るとともに、製造が容易となる。
【００１３】
本発明の請求項４記載の蓄熱ユニットは、請求項１乃至３のいずれか一項記載のものに関して、前記蓋部材には、前記蓄熱材充填空間に通じる蓄熱材充填開口（例えば実施の形態における蓄熱材充填開口５３）を形成する蓄熱材充填口部（例えば実施の形態における蓄熱材充填口部４９）が一体成形されていることを特徴としている。
【００１４】
このように、蓋部材には、蓄熱材充填空間に通じる蓄熱材充填開口を形成する蓄熱材充填口部が一体成形されているため、蓄熱材充填空間に通じる蓄熱材充填開口の分も部品点数が減るとともに、製造が容易になる。
【００１５】
本発明の請求項５記載の蓄熱ユニットは、請求項１乃至４のいずれか一項記載のものに関して、前記セパレータには、隣り合う前記主部材の前記流体流路同士を連通させる流体流路連通穴（例えば実施の形態における流体流路連通穴４０，４４）が形成されていることを特徴としている。
【００１６】
このように、セパレータに、隣り合う主部材の流体流路同士を連通させる流体流路連通穴が形成されているため、一方の流体流通開口から導入された流体を、少なくとも２以上の主部材のすべての流体流路に通過させることができる。
【００１７】
本発明の請求項６記載の蓄熱ユニットは、請求項１乃至５のいずれか一項記載のものに関して、前記セパレータには、隣り合う前記主部材の前記蓄熱材充填空間同士を連通させる蓄熱材充填空間連通穴（例えば実施の形態における蓄熱材充填空間連通穴４１，４５）が形成されていることを特徴としている。
【００１８】
このように、セパレータに、隣り合う主部材の蓄熱材充填空間同士を連通させる蓄熱材充填空間連通穴が形成されているため、隣り合う主部材の蓄熱材充填空間に一度に蓄熱材を充填することができる。
【００１９】
本発明の請求項７記載の蓄熱ユニットは、請求項１乃至６のいずれか一項記載のものに関して、少なくとも２以上の前記主部材は、同一形状をなしていることを特徴としている。
【００２０】
このように、少なくとも２以上の主部材が同一形状をなしているため、一体成形のための金型を各主部材で共用できる。
【００２１】
本発明の請求項８記載の蓄熱ユニットは、請求項１乃至７のいずれか一項記載のものに関して、前記流体流路および前記蓄熱材充填空間は、それぞれ一重螺旋状または多重螺旋状をなしていることを特徴としている。
【００２２】
このように、流体流路および蓄熱材充填空間は、それぞれ一重螺旋状または多重螺旋状をなしているため、流体流路および蓄熱材充填空間の屈曲回数を少なく保ったまま、蓄熱材との伝熱面積を大きくとることができ、かつ流路抵抗を少なく抑えることができる。
【００２３】
本発明の請求項９記載の蓄熱ユニットの製造方法は、請求項１乃至８のいずれか一項記載の蓄熱ユニットの製造方法であって、前記主部材を、射出成形または押出成形により成形し、少なくとも２以上の前記主部材と、前記セパレータと、一対の前記蓋部材とを接合し一体化することを特徴としている。
【００２４】
このように、主部材を、射出成形または押出成形により成形するため、主部材を簡易に作成でき、熱収縮にも強くなる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施形態を図１〜図６を参照して以下に説明する。
【００２６】
本実施形態の蓄熱ユニット１１は、図１に示すように、多角形筒状、具体的には六角形筒状の主部材１２を複数、具体的には四つ有している。
【００２７】
主部材１２は、図２にも示すように、両端に開口１５を備える六角形筒状の外壁部１６と、熱量の放熱を防ぐための断熱空間１７を外壁部１６よりも内側に形成する断熱空間形成部１８と、熱量を有する流体を流動させる流体流路１９を断熱空間１７よりも内側（すなわち外壁部１６よりも内側）に形成する流体流路形成部２０と、蓄熱材２１が充填される蓄熱材充填空間２２を断熱空間１７よりも内側（すなわち外壁部１６よりも内側）に流体流路１９に隣接して形成する蓄熱材充填空間形成部２３とを有している。なお、上記により断熱空間形成部１８は、外壁部１６と、流体流路形成部２０および蓄熱材充填空間形成部２３との間に断熱空間１７を形成する。
【００２８】
以下、主部材１２について図２を主に参照してさらに説明する。
【００２９】
主部材１２は、外壁部１６の各角部の内面から中心側に突出する複数、具体的には六ケ所の壁部３１と、これら壁部３１の内端部同士を連結させる、外壁部１６と同じ六角形状の壁部３２とを有している。
【００３０】
また、主部材１２は、壁部３２の各壁部３１近傍から螺旋状をなして中心側に延出する複数、具体的には六ケ所の壁部３３と、各壁部３３の内側に各壁部３３と対をなして所定の間隔をあけつつ螺旋状に延出する複数、具体的には六ケ所の壁部３４とを有しており、これら壁部３３，３４は、対をなさずに隣り合うもの同士が中心側で連結されている。
【００３１】
なお、壁部３１〜３４は、すべて全長にわたって外壁部１６の両開口１５側の端部に軸線方向における高さを一致させている。
【００３２】
そして、外壁部１６の内面を含む内面側の部分と、壁部３１の壁面を含む壁面側の部分と、壁部３２の外面を含む外面側の部分とで筒状に連結される所定部分が、それぞれ断熱空間形成部１８を構成しており、これら複数（具体的には６カ所）の断熱空間形成部１８の内側に熱量の放熱を防ぐための断熱空間１７がそれぞれ形成される。
【００３３】
以上のような形状に主部材１２は一体成形されている。
【００３４】
断熱空間１７内には、ウレタン等の断熱材３６がそれぞれ充填されることになるが、断熱空間１７を何も充填せず空間のままとしておいてもこの空間の空気層が熱量の放熱を防ぐことになる。なお、断熱空間形成部１８に光沢加工を施すことにより断熱性能をさらに高めるようにしてもよい。ここで、断熱空間１７および断熱空間形成部１８を形成しない場合もある。
【００３５】
また、対をなす壁部３３，３４の互いに対向する壁面を含む壁面側の部分が、すべて中心側で連結して多重螺旋状の蓄熱材充填空間形成部２３を構成しており、この蓄熱材充填空間形成部２３の内側に蓄熱材充填空間２２が形成される。つまり、この蓄熱材充填空間２２は、中心側で互いに連通する複数、具体的には６カ所の多重螺旋状の分岐部３７で構成されている。
【００３６】
そして、この蓄熱材充填空間２２に蓄熱材２１が充填される。ここで、蓄熱材充填空間２２に充填される蓄熱材２１は、潜熱蓄熱材であり、エリスリトール、キシリトール、ソルビトール等の糖アルコール系のものや、Ｍｇ（ＮＯ３）２−６Ｈ２Ｏ等が用いられる。
【００３７】
さらに、対をなさない壁部３３，３４の互いに対向する壁面を含む壁面側の部分と壁部３２の一部とが、それぞれ独立して多重螺旋状をなす複数、具体的には６カ所の流体流路形成部２０を構成しており、これらの流体流路形成部２０の内側にそれぞれ流体流路１９が形成される。
【００３８】
本実施形態の蓄熱ユニット１１は、図１および図３に示すように、多角形状、具体的には六角形状の第１セパレータ３９を複数有している。第１セパレータ３９は、前後に隣り合う主部材１２同士の間に配置されるもので、第１セパレータ３９には、両側に隣接して配置される一対の主部材１２の流体流路１９の対応するものの外端部同士を連通させる複数、具体的には六ケ所の流体流路連通穴４０と、両側に隣接して配置される一対の主部材１２の蓄熱材充填空間２２の分岐部３７の対応するものの外端部同士を連通させる複数、具体的には六ケ所の蓄熱材充填空間連通穴４１とが形成されている。
【００３９】
さらに、本実施形態の蓄熱ユニット１１は、図１および図４に示すように、多角形状、具体的には六角形状の第２セパレータ４３を有している。第２セパレータ４３は、前後に隣り合う主部材１２同士の間に配置されるもので、第２セパレータ４３には、両側に隣接して配置される主部材１２の流体流路１９の対応するものの内端部同士を連通させる複数、具体的には６つの略扇形の流体流路連通穴４４が放射状に形成されており、これら流体流路連通穴４４の間となる中央位置には、両側に隣接して配置される主部材１２の蓄熱材充填空間２２の対応するものの中央部同士を連通させる蓄熱材充填空間連通穴４５が形成されている。なお、隣り合う流体流路連通穴４４同士の間の閉塞部４４ａは、隣接する主部材１２の蓄熱材充填空間２２の中央部よりも外側の所定範囲を閉塞させるものである。
【００４０】
加えて、本実施形態の蓄熱ユニット１１は、図１、図５および図６に示すように、多角形状、具体的には六角形状の蓋部材４６を一対有している。蓋部材４６には、中央に厚さ方向の一側に突出して円筒状の流体流通口部４８が形成されており、この流体流通口部４８の内側に同軸をなして円筒状の蓄熱材充填口部４９が形成されている。流体流通口部４８と蓄熱材充填口部４９との間には、複数の扇形の流体流路連通穴５０が放射状に形成されている。なお、蓋部材４６はこのような形状に一体成形されている。
【００４１】
ここで、流体流通口部４８と蓄熱材充填口部４９との間の空間は、隣接する主部材１２のすべての流体流路１９の内端部に連通してこれらを合流させる流体流通開口５２とされており、蓄熱材充填口部４９の内側の空間は、隣接する主部材１２の蓄熱材充填空間２２の中央部に連通する蓄熱材充填開口５３とされている。そして、この蓄熱材充填開口５３は、蓄熱材充填口部４９に取り付けられる栓部材５５で閉塞される。また、流体流路連通穴５０同士の間にある閉塞部５０ａは隣接する主部材１２の蓄熱材充填空間２２の流体流通開口５２内に位置する部分を閉塞させる。
【００４２】
ここで、上記した主部材１２は、ポリプロピレン、ポリアミド、ポリオキシメチレンおよびポリエチレンテレフタレート等の樹脂や、アルミニウム等の金属、さらにはセラミック等で一体成形される。なお、樹脂で一体成形する際には押出成形や射出成形により成形でき、アルミニウムで一体成形する際には押出成形や削り出し等で成形でき、アルミニウム以外の金属で一体成形する場合には削り出しや焼結等で成形できる。
【００４３】
また、上記した第１セパレータ３９、第２セパレータ４３および蓋部材４６は、それぞれ、上記した主部材１２と同様、ポリプロピレン、ポリアミド、ポリオキシメチレンおよびポリエチレンテレフタレート等の樹脂や、アルミニウム等の金属、さらにはセラミック等で一体成形される。なお、第１セパレータ３９、第２セパレータ４３および蓋部材４６は、樹脂で一体成形する際には射出成形により成形でき、アルミニウムで一体成形する際には削り出し等で成形でき、アルミニウム以外の金属で一体成形する場合には削り出しや焼結等で成形できる。
【００４４】
そして、同一形状に形成された主部材１２を一対、間に第１セパレータ３９を介在させた状態で互いの開口１５を対向させるように前後に重なり合わせるとともに、このような対を二対、第２セパレータ４３を間に介在させた状態で互いの開口１５を対向させるように前後に重なり合わせ、さらに、前端にある主部材１２の前側に蓋部材４６を流体流通口部４８を外側にして配置し、後端にある主部材１２の後側に蓋部材４６を流体流通口部４８を外側にして配置して、これらをすべての六角形状を合わせつつ接着し一体化する。すなわち、蓋部材４６、主部材１２、第１セパレータ３９、主部材１２、第２セパレータ４３、主部材１２、第１セパレータ３９、主部材１２および蓋部材４６の順に積層された状態で、これらが一体化される。このとき、超音波溶着、ろう付け、接着剤による接着等の中から材質にあった適宜の接着方法によって接着する。
【００４５】
このように接着により一体化した状態で、一方の蓋部材４６の蓄熱材充填開口５３から流動性のある状態で蓄熱材２１を充填する。すると、蓄熱材２１は、充填が開始される蓋部材４６に隣接する主部材１２において蓄熱材充填空間２２の中央からすべての分岐部３７に分流して外側に向け移動し、この主部材１２に次に隣接する第１セパレータ３９の各蓄熱材充填空間連通穴４１を通って、この第１セパレータ３９に次に隣接する主部材１２において蓄熱材充填空間２２のすべての分岐部３７を内側に向け移動して中央で合流し、この主部材１２に次に隣接する第２セパレータ４３の蓄熱材充填空間連通穴４５を通り、この第２セパレータ４３に次に隣接する主部材１２において蓄熱材充填空間２２の中央からすべての分岐部３７に分流して外側に向け移動し、この主部材１２に次に隣接する第１セパレータ３９の各蓄熱材充填空間連通穴４１を通って、この第１セパレータ３９に次に隣接する主部材１２において蓄熱材充填空間２２のすべての分岐部３７を内側に向け移動して中央で合流するようにして充填される。このとき、この主部材１２に次に隣接する他方の蓋部材４６の蓄熱材充填開口５３から空気抜きが行われる。そして、蓄熱材２１の充填後、各蓄熱材充填口部４９に栓部材５５を打ち込むことで、各蓄熱材充填開口５３を閉塞させる。そして、充填された蓄熱材２１を固化させることで、蓄熱ユニット１１が形成される。
【００４６】
このような蓄熱ユニット１１において、一方の蓋部材４６の流体流通口部４８の流体流通開口５２から導入された流体は、この蓋部材４６の複数の流体流路連通穴５０に分岐されてこの蓋部材４６に隣接する主部材１２の複数の流体流路１９に流され、各流体流路１９を螺旋の外側に向け移動した後、この主部材１２に隣接する第１セパレータ３９の流体流路連通穴４０を通って、この第１セパレータ３９に隣接する次の主部材１２の各流体流路１９を螺旋の中心側に向け移動して、この主部材１２に次に隣接する第２セパレータ４３の流体流路連通穴４４を通って、この第２セパレータ４３に隣接する次の主部材１２の各流体流路１９を螺旋の外側に向け移動した後、この主部材１２に隣接する第１セパレータ３９の流体流路連通穴４０を通って、この第１セパレータ３９に隣接する次の主部材１２の各流体流路１９を螺旋の中心側に向け移動して、この主部材１２に次に隣接する他方の蓋部材４６の複数の流体流路連通穴５０を通った後、この蓋部材４６の流体流通口部４８の流体流通開口５２で合流して外部に導出される。
【００４７】
以上の実施形態によれば、外壁部１６と、熱量を有する流体を流動させる流体流路１９を外壁部１６よりも内側に形成する流体流路形成部２０と、蓄熱材２１が充填される蓄熱材充填空間２２を外壁部１６よりも内側に流体流路１９に隣接して形成する蓄熱材充填空間形成部２３とを一体成形して主部材１２を形成し、その後、一対の主部材１２を間に第１セパレータ３９を介して連結させるとともに、このような一対の主部材１２および第１セパレータ３９の組同士を第２セパレータ４３を介して連結させ、さらに、前端にある主部材１２の前側および後端にある主部材１２の後側に一対の蓋部材４６を連結させ、蓄熱材充填空間２２に蓄熱材２１を充填させればよいことになる。
【００４８】
このため、包体に蓄熱材を封入して蓄熱体を形成するとともにこの蓄熱体をスペーサを介することで流体流路となる隙間を形成しつつ心材に渦状に巻きつけるものに比して、部品点数が減るとともに、製造が容易となる。しかも、主部材１２の外壁部１６、流体流路形成部２０および蓄熱材充填空間形成部２３を一体に形成してなるため、心材が不要となり、その分、流体流路１９および蓄熱部を大きくすることができる。
【００４９】
したがって、部品点数を低減でき、しかも製造が容易となって製造コストを低減することができる上、蓄熱容量を多く確保できて高性能化が図れる。
【００５０】
しかも、主部材１２には、上記した外壁部１６と流体流路形成部２０と蓄熱材充填空間形成部２３とに加えて、断熱材３６が配置されまたは空間とされる断熱空間１７を形成する断熱空間形成部１８がさらに一体成形されているため、この断熱空間形成部１８の分も部品点数が減るとともに、製造が容易となる。
【００５１】
したがって、断熱空間形成部１８を設ける場合でも部品点数を低減でき、しかも製造が容易となって製造コストを低減することができる。
【００５２】
さらに、一対の蓋部材４６には、流体流路１９に通じる流体流通開口５２を形成する流体流通口部４８が一体成形されているため、流体流路１９に通じる流体流通口部４８の分も部品点数が減るとともに、製造が容易となる。
【００５３】
したがって、流体流通口部４８を設ける場合でも部品点数を低減でき、しかも製造が容易となって製造コストを大幅に低減することができる。
【００５４】
加えて、一対の蓋部材４６には、蓄熱材充填空間２２に通じる蓄熱材充填開口５３を形成する蓄熱材充填口部４９が一体成形されているため、蓄熱材充填空間２２に通じる蓄熱材充填口部４９の分も部品点数が減るとともに、製造が容易になる。
【００５５】
したがって、蓄熱材充填口部４９を設ける場合でも部品点数を低減でき、しかも製造が容易となって製造コストを大幅に低減することができる。
【００５６】
加えて、第１セパレータ３９および第２セパレータ４３に、隣り合う主部材１２の流体流路１９同士を連通させる流体流路連通穴４０，４４が形成されているため、一方の流体流通口部４８から導入され他方の流体流通口部４８から導出される流体をすべての主部材１２の流体流路１９に通過させることができる。
【００５７】
さらに、第１セパレータ３９および第２セパレータ４３に、隣り合う主部材１２の蓄熱材充填空間２２同士を連通させる蓄熱材充填空間連通穴４１，４５が形成されているため、すべての主部材１２の蓄熱材充填空間２２に一度に蓄熱材２１を充填することができる。
【００５８】
したがって、容易に蓄熱材２１を充填することができる。また、蓄熱材２１に潜熱蓄熱材を使った場合、蓄熱材２１が相変化を起こす際に、すべての主部材１２の蓄熱材充填空間２２で結晶化が伝播するので過冷却現象が起きにくくなる。
【００５９】
さらに、流体流路１９および蓄熱材充填空間２２は、それぞれ多重螺旋状をなしているため、流体流路１９および蓄熱材充填空間２２の屈曲回数を少なく保ったまま、蓄熱材２1との伝熱面積を大きくとることができ、かつ流路抵抗を少なく抑えることができる。
【００６０】
加えて、すべての主部材１２が同一形状をなしているため、一体成形のための金型を各主部材１２で共用できる。
【００６１】
したがって、金型償却費を削減することができる。
【００６２】
さらに、主部材１２を、射出成形または押出成形により成形するため、主部材１２を簡易に作成でき、熱収縮にも強くなる。
【００６３】
なお、以上においては、蓋部材４６、主部材１２、第１セパレータ３９、主部材１２、第２セパレータ４３、主部材１２、第１セパレータ３９、主部材１２および蓋部材４６の順に積層した状態で、これらを一体化する場合を例にとり説明したが、少なくとも主部材１２を２以上有していればよく、例えば、蓋部材４６、主部材１２、第１セパレータ３９、主部材１２および蓋部材４６の順に積層した状態で、これらを一体化してもよい。
【００６４】
また、以上においては、蓋部材４６、主部材１２、第１セパレータ３９および第２セパレータ４３が多角形状をなす場合を例にとり説明したが、図７に示すように円形状にすることも可能である。
【００６５】
加えて、以上においては、主部材１２が多重螺旋状の蓄熱材充填空間形成部２３と多重螺旋状の流体流路形成部２０を有することで多重螺旋状の蓄熱材充填空間２２と多重螺旋状の流体流路１９を有する場合を例にとり説明したが、図７に示すように、主部材１２が一重螺旋状の蓄熱材充填空間形成部２３と一重螺旋状の流体流路形成部２０とを有することで一重螺旋状の蓄熱材充填空間２２と一重螺旋状の流体流路１９とを有する構成とすることが可能である。この場合、蓋部材４６には蓄熱材充填空間２２の螺旋の外端部に連通するように蓄熱材充填口部４９が一体成形される。また、第１セパレータ３９には、流体流路１９の螺旋の外端部に連通するように流体流路連通穴４０が形成され、蓄熱材充填空間２２の螺旋の内端部に連通するように蓄熱材充填空間連通穴４１が形成される。さらに、第２セパレータ４３には、流体流路１９の螺旋の内端部に連通するように流体流路連通穴４４が形成され、蓄熱材充填空間２２の螺旋の外端部に連通するように蓄熱材充填空間連通穴４５が形成される。
【００６６】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の請求項１記載の蓄熱ユニットによれば、外壁部と、熱量を有する流体を流動させる流体流路を外壁部よりも内側に形成する流体流路形成部と、蓄熱材が充填される蓄熱材充填空間を外壁部よりも内側に流体流路に隣接して形成する蓄熱材充填空間形成部とを一体成形して主部材を形成し、その後、例えば、少なくとも２以上の主部材を間にセパレータを介して連結させるとともに、前端にある主部材の前側および後端にある主部材の後側に蓋部材を連結させ、蓄熱材充填空間に蓄熱材を充填させればよいことになる。このため、包体に蓄熱材を封入して蓄熱体を形成するとともにこの蓄熱体をスペーサを介することで流体流路となる隙間を形成しつつ心材に渦状に巻きつけるものに比して、部品点数が減るとともに、製造が容易となる。しかも、主部材の外壁部、流体流路形成部および蓄熱材充填空間形成部を一体に形成してなるため、心材が不要となり、その分、流体流路および蓄熱部を大きくすることができる。
【００６７】
したがって、部品点数を低減でき、しかも製造が容易となって製造コストを低減することができる上、蓄熱容量を多く確保できて高性能化が図れる。しかも、主部材を複数に分割するため、熱収縮に対して強くなる。
【００６８】
本発明の請求項２記載の蓄熱ユニットによれば、主部材には、外壁部と、熱量を有する流体を流動させる流体流路を外壁部よりも内側に形成する流体流路形成部と、蓄熱材が充填される蓄熱材充填空間を外壁部よりも内側に流体流路に隣接して形成する蓄熱材充填空間形成部とに加えて、断熱材が配置されまたは空間とされる断熱空間を形成する断熱空間形成部がさらに一体成形されているため、この断熱空間形成部の分も部品点数が減るとともに、製造が容易となる。
【００６９】
したがって、断熱空間形成部を設ける場合でも部品点数を低減でき、しかも製造が容易となって製造コストを低減することができる。
【００７０】
本発明の請求項３記載の蓄熱ユニットによれば、蓋部材には、流体流路に通じる流体流通開口を形成する流体流通口部が一体成形されているため、流体流路に通じる流体流通口部の分も部品点数が減るとともに、製造が容易となる。
【００７１】
したがって、流体流通口部を設ける場合でも部品点数を低減でき、しかも製造が容易となって製造コストを大幅に低減することができる。
【００７２】
本発明の請求項４記載の蓄熱ユニットによれば、蓋部材には、蓄熱材充填空間に通じる蓄熱材充填開口を形成する蓄熱材充填口部が一体成形されているため、蓄熱材充填空間に通じる蓄熱材充填開口の分も部品点数が減るとともに、製造が容易になる。
【００７３】
したがって、蓄熱材充填口部を設ける場合でも部品点数を低減でき、しかも製造が容易となって製造コストを大幅に低減することができる。
【００７４】
本発明の請求項５記載の蓄熱ユニットによれば、セパレータに、隣り合う主部材の流体流路同士を連通させる流体流路連通穴が形成されているため、一方の流体流通開口から導入された流体を、少なくとも２以上の主部材のすべての流体流路に通過させることができる。
【００７５】
本発明の請求項６記載の蓄熱ユニットによれば、セパレータに、隣り合う主部材の蓄熱材充填空間同士を連通させる蓄熱材充填空間連通穴が形成されているため、隣り合う主部材の蓄熱材充填空間に一度に蓄熱材を充填することができる。
【００７６】
したがって、容易に蓄熱材を充填することができる。また、蓄熱材に潜熱蓄熱材を使った場合、蓄熱材が相変化を起こす際に、一対の主部材の両方の蓄熱材充填空間で結晶化が伝播するので過冷却現象が起きにくくなる。
【００７７】
本発明の請求項７記載の蓄熱ユニットによれば、少なくとも２以上の主部材が同一形状をなしているため、一体成形のための金型を各主部材で共用できる。
【００７８】
したがって、金型償却費を削減することができる。
【００７９】
本発明の請求項８記載の蓄熱ユニットによれば、流体流路および前記蓄熱材充填空間は、それぞれ一重螺旋状または多重螺旋状をなしているため、流体流路および蓄熱材充填空間の屈曲回数を少なく保ったまま、蓄熱材との伝熱面積を大きくとることができ、かつ流路抵抗を少なく抑えることができる。
【００８０】
本発明の請求項９記載の蓄熱ユニットの製造方法によれば、主部材を、射出成形または押出成形により成形するため、主部材を簡易に作成でき、熱収縮にも強くなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態の蓄熱ユニットを示す分解斜視図である。
【図２】 本発明の一実施形態の蓄熱ユニットの主部材を示す断面図である。
【図３】 本発明の一実施形態の蓄熱ユニットの第１セパレータを示す平面図である。
【図４】 本発明の一実施形態の蓄熱ユニットの第２セパレータを示す平面図である。
【図５】 本発明の一実施形態の蓄熱ユニットの蓋部材を示す平面図である。
【図６】 本発明の一実施形態の蓄熱ユニットの蓋部材を示す部分断面図である。
【図７】 本発明の一実施形態の蓄熱ユニットの変形例を示す分解斜視図である。
【符号の説明】
１１ 蓄熱ユニット
１２ 主部材
１５ 開口
１６ 外壁部
１７ 断熱空間
１８ 断熱空間形成部
１９ 流体流路
２０ 流体流路形成部
２１ 蓄熱材
２２ 蓄熱材充填空間
２３ 蓄熱材充填空間形成部
３６ 断熱材
３９ 第１セパレータ
４０，４４ 流体流路連通穴
４１ 蓄熱材充填空間連通穴
４３ 第２セパレータ
４６ 蓋部材
４８ 流体流通口部
４９ 蓄熱材充填口部
５２ 流体流通開口
５３ 蓄熱材充填開口
【発明の属する技術分野】
本発明は、廃熱回収に適した蓄熱ユニットおよびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、内燃機関においては、駆動時に多くの廃熱を発生させる一方で、起動時には熱量を付与することで起動が円滑になることから、駆動時の廃熱を蓄熱して起動時のウォームアップに使用するように蓄熱ユニットが設けられたものがある。
【０００３】
従来の蓄熱ユニットに関するものとして、例えば、特公平５−４２４４号公報に開示されたものがある。この蓄熱ユニットは、内箱とこの内箱の外側を覆う断熱材とこの断熱材の外側を覆う外箱とを有し、中心部分の一側に流体を導入させるための入口部が設けられるとともに中心部分の他側に流体を排出させるための出口部が設けられた箱体と、包体内に蓄熱材を封入してなるとともに箱体内に配置される蓄熱体と、この蓄熱体が巻き付けられる心材とを有している。そして、蓄熱体は複数のスペーサを介在させつつ心材に渦状に巻きつけられることによって、熱交換される流体を流す流体流路となる隙間を形成するようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記の蓄熱ユニットでは、包体に蓄熱材を封入して蓄熱体を形成するとともに、この蓄熱体をスペーサを介することで流体流路となる隙間を形成しつつ心材に渦状に巻きつけるようになっており、部品点数が多く、しかも製造が煩雑であることから製造コストが増大してしまうという問題があった。
【０００５】
また、蓄熱体をスペーサを介することで流体流路となる隙間を形成しつつ心材に渦状に巻きつけるため、心材が必ず必要であり、この心材の分、蓄熱容量が少なくなってしまうという問題もあった。
【０００６】
したがって、本発明は、部品点数を低減でき、しかも製造が容易となって製造コストを低減することができる上、蓄熱容量を多く確保できて高性能化が図れる蓄熱ユニットおよびその製造方法の提供を目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１記載の蓄熱ユニットは、両端が開口する筒状の外壁部（例えば実施の形態における外壁部１６）と、熱量を有する流体を流動させる流体流路（例えば実施の形態における流体流路１９）を前記外壁部よりも内側に形成する流体流路形成部（例えば実施の形態における流体流路形成部２０）と、蓄熱材（例えば実施の形態における蓄熱材２１）が充填される蓄熱材充填空間（例えば実施の形態における蓄熱材充填空間２２）を前記外壁部よりも内側に前記流体流路に隣接して形成する蓄熱材充填空間形成部（例えば実施の形態における蓄熱材充填空間形成部２３）とが一体成形されるとともに、開口を対向させるように前後に配設される少なくとも２以上の主部材（例えば実施の形態における主部材１２）と、隣り合う前記主部材同士の間を仕切るセパレータ（例えば実施の形態における第１セパレータ３９および第２セパレータ４３）と、前端にある前記主部材の前側および後端にある前記主部材の後側にそれぞれ配設される蓋部材（例えば実施の形態における蓋部材４６）とを有することを特徴としている。
【０００８】
これにより、外壁部と、熱量を有する流体を流動させる流体流路を外壁部よりも内側に形成する流体流路形成部と、蓄熱材が充填される蓄熱材充填空間を外壁部よりも内側に流体流路に隣接して形成する蓄熱材充填空間形成部とを一体成形して主部材を形成し、その後、例えば、少なくとも２以上の主部材を間にセパレータを介して連結させるとともに、前端にある主部材の前側および後端にある主部材の後側に蓋部材を連結させ、蓄熱材充填空間に蓄熱材を充填させればよいことになる。このため、包体に蓄熱材を封入して蓄熱体を形成するとともにこの蓄熱体をスペーサを介することで流体流路となる隙間を形成しつつ心材に渦状に巻きつけるものに比して、部品点数が減るとともに、製造が容易となる。しかも、主部材の外壁部、流体流路形成部および蓄熱材充填空間形成部を一体に形成してなるため、心材が不要となり、その分、流体流路および蓄熱部を大きくすることができる。
【０００９】
本発明の請求項２記載の蓄熱ユニットは、請求項１記載のものに関して、前記主部材には、熱量の放熱を防ぐため断熱材（例えば実施の形態における断熱材３６）が配置されまたは空間とされる断熱空間（例えば実施の形態における断熱空間１７）を、前記外壁部と、前記流体流路形成部および前記蓄熱材充填空間形成部との間に形成する断熱空間形成部（例えば実施の形態における断熱空間形成部１８）がさらに一体成形されていることを特徴としている。
【００１０】
このように、主部材には、外壁部と、熱量を有する流体を流動させる流体流路を外壁部よりも内側に形成する流体流路形成部と、蓄熱材が充填される蓄熱材充填空間を外壁部よりも内側に流体流路に隣接して形成する蓄熱材充填空間形成部とに加えて、断熱材が配置されまたは空間とされる断熱空間を形成する断熱空間形成部がさらに一体成形されているため、この断熱空間形成部の分も部品点数が減るとともに、製造が容易となる。
【００１１】
本発明の請求項３記載の蓄熱ユニットは、請求項１または２記載のものに関して、前記蓋部材には、前記流体流路に通じる流体流通開口（例えば実施の形態における流体流通開口５２）を形成する流体流通口部（例えば実施の形態における流体流通口部４８）が一体成形されていることを特徴としている。
【００１２】
このように、蓋部材には、流体流路に通じる流体流通開口を形成する流体流通口部が一体成形されているため、流体流路に通じる流体流通口部の分も部品点数が減るとともに、製造が容易となる。
【００１３】
本発明の請求項４記載の蓄熱ユニットは、請求項１乃至３のいずれか一項記載のものに関して、前記蓋部材には、前記蓄熱材充填空間に通じる蓄熱材充填開口（例えば実施の形態における蓄熱材充填開口５３）を形成する蓄熱材充填口部（例えば実施の形態における蓄熱材充填口部４９）が一体成形されていることを特徴としている。
【００１４】
このように、蓋部材には、蓄熱材充填空間に通じる蓄熱材充填開口を形成する蓄熱材充填口部が一体成形されているため、蓄熱材充填空間に通じる蓄熱材充填開口の分も部品点数が減るとともに、製造が容易になる。
【００１５】
本発明の請求項５記載の蓄熱ユニットは、請求項１乃至４のいずれか一項記載のものに関して、前記セパレータには、隣り合う前記主部材の前記流体流路同士を連通させる流体流路連通穴（例えば実施の形態における流体流路連通穴４０，４４）が形成されていることを特徴としている。
【００１６】
このように、セパレータに、隣り合う主部材の流体流路同士を連通させる流体流路連通穴が形成されているため、一方の流体流通開口から導入された流体を、少なくとも２以上の主部材のすべての流体流路に通過させることができる。
【００１７】
本発明の請求項６記載の蓄熱ユニットは、請求項１乃至５のいずれか一項記載のものに関して、前記セパレータには、隣り合う前記主部材の前記蓄熱材充填空間同士を連通させる蓄熱材充填空間連通穴（例えば実施の形態における蓄熱材充填空間連通穴４１，４５）が形成されていることを特徴としている。
【００１８】
このように、セパレータに、隣り合う主部材の蓄熱材充填空間同士を連通させる蓄熱材充填空間連通穴が形成されているため、隣り合う主部材の蓄熱材充填空間に一度に蓄熱材を充填することができる。
【００１９】
本発明の請求項７記載の蓄熱ユニットは、請求項１乃至６のいずれか一項記載のものに関して、少なくとも２以上の前記主部材は、同一形状をなしていることを特徴としている。
【００２０】
このように、少なくとも２以上の主部材が同一形状をなしているため、一体成形のための金型を各主部材で共用できる。
【００２１】
本発明の請求項８記載の蓄熱ユニットは、請求項１乃至７のいずれか一項記載のものに関して、前記流体流路および前記蓄熱材充填空間は、それぞれ一重螺旋状または多重螺旋状をなしていることを特徴としている。
【００２２】
このように、流体流路および蓄熱材充填空間は、それぞれ一重螺旋状または多重螺旋状をなしているため、流体流路および蓄熱材充填空間の屈曲回数を少なく保ったまま、蓄熱材との伝熱面積を大きくとることができ、かつ流路抵抗を少なく抑えることができる。
【００２３】
本発明の請求項９記載の蓄熱ユニットの製造方法は、請求項１乃至８のいずれか一項記載の蓄熱ユニットの製造方法であって、前記主部材を、射出成形または押出成形により成形し、少なくとも２以上の前記主部材と、前記セパレータと、一対の前記蓋部材とを接合し一体化することを特徴としている。
【００２４】
このように、主部材を、射出成形または押出成形により成形するため、主部材を簡易に作成でき、熱収縮にも強くなる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施形態を図１〜図６を参照して以下に説明する。
【００２６】
本実施形態の蓄熱ユニット１１は、図１に示すように、多角形筒状、具体的には六角形筒状の主部材１２を複数、具体的には四つ有している。
【００２７】
主部材１２は、図２にも示すように、両端に開口１５を備える六角形筒状の外壁部１６と、熱量の放熱を防ぐための断熱空間１７を外壁部１６よりも内側に形成する断熱空間形成部１８と、熱量を有する流体を流動させる流体流路１９を断熱空間１７よりも内側（すなわち外壁部１６よりも内側）に形成する流体流路形成部２０と、蓄熱材２１が充填される蓄熱材充填空間２２を断熱空間１７よりも内側（すなわち外壁部１６よりも内側）に流体流路１９に隣接して形成する蓄熱材充填空間形成部２３とを有している。なお、上記により断熱空間形成部１８は、外壁部１６と、流体流路形成部２０および蓄熱材充填空間形成部２３との間に断熱空間１７を形成する。
【００２８】
以下、主部材１２について図２を主に参照してさらに説明する。
【００２９】
主部材１２は、外壁部１６の各角部の内面から中心側に突出する複数、具体的には六ケ所の壁部３１と、これら壁部３１の内端部同士を連結させる、外壁部１６と同じ六角形状の壁部３２とを有している。
【００３０】
また、主部材１２は、壁部３２の各壁部３１近傍から螺旋状をなして中心側に延出する複数、具体的には六ケ所の壁部３３と、各壁部３３の内側に各壁部３３と対をなして所定の間隔をあけつつ螺旋状に延出する複数、具体的には六ケ所の壁部３４とを有しており、これら壁部３３，３４は、対をなさずに隣り合うもの同士が中心側で連結されている。
【００３１】
なお、壁部３１〜３４は、すべて全長にわたって外壁部１６の両開口１５側の端部に軸線方向における高さを一致させている。
【００３２】
そして、外壁部１６の内面を含む内面側の部分と、壁部３１の壁面を含む壁面側の部分と、壁部３２の外面を含む外面側の部分とで筒状に連結される所定部分が、それぞれ断熱空間形成部１８を構成しており、これら複数（具体的には６カ所）の断熱空間形成部１８の内側に熱量の放熱を防ぐための断熱空間１７がそれぞれ形成される。
【００３３】
以上のような形状に主部材１２は一体成形されている。
【００３４】
断熱空間１７内には、ウレタン等の断熱材３６がそれぞれ充填されることになるが、断熱空間１７を何も充填せず空間のままとしておいてもこの空間の空気層が熱量の放熱を防ぐことになる。なお、断熱空間形成部１８に光沢加工を施すことにより断熱性能をさらに高めるようにしてもよい。ここで、断熱空間１７および断熱空間形成部１８を形成しない場合もある。
【００３５】
また、対をなす壁部３３，３４の互いに対向する壁面を含む壁面側の部分が、すべて中心側で連結して多重螺旋状の蓄熱材充填空間形成部２３を構成しており、この蓄熱材充填空間形成部２３の内側に蓄熱材充填空間２２が形成される。つまり、この蓄熱材充填空間２２は、中心側で互いに連通する複数、具体的には６カ所の多重螺旋状の分岐部３７で構成されている。
【００３６】
そして、この蓄熱材充填空間２２に蓄熱材２１が充填される。ここで、蓄熱材充填空間２２に充填される蓄熱材２１は、潜熱蓄熱材であり、エリスリトール、キシリトール、ソルビトール等の糖アルコール系のものや、Ｍｇ（ＮＯ３）２−６Ｈ２Ｏ等が用いられる。
【００３７】
さらに、対をなさない壁部３３，３４の互いに対向する壁面を含む壁面側の部分と壁部３２の一部とが、それぞれ独立して多重螺旋状をなす複数、具体的には６カ所の流体流路形成部２０を構成しており、これらの流体流路形成部２０の内側にそれぞれ流体流路１９が形成される。
【００３８】
本実施形態の蓄熱ユニット１１は、図１および図３に示すように、多角形状、具体的には六角形状の第１セパレータ３９を複数有している。第１セパレータ３９は、前後に隣り合う主部材１２同士の間に配置されるもので、第１セパレータ３９には、両側に隣接して配置される一対の主部材１２の流体流路１９の対応するものの外端部同士を連通させる複数、具体的には六ケ所の流体流路連通穴４０と、両側に隣接して配置される一対の主部材１２の蓄熱材充填空間２２の分岐部３７の対応するものの外端部同士を連通させる複数、具体的には六ケ所の蓄熱材充填空間連通穴４１とが形成されている。
【００３９】
さらに、本実施形態の蓄熱ユニット１１は、図１および図４に示すように、多角形状、具体的には六角形状の第２セパレータ４３を有している。第２セパレータ４３は、前後に隣り合う主部材１２同士の間に配置されるもので、第２セパレータ４３には、両側に隣接して配置される主部材１２の流体流路１９の対応するものの内端部同士を連通させる複数、具体的には６つの略扇形の流体流路連通穴４４が放射状に形成されており、これら流体流路連通穴４４の間となる中央位置には、両側に隣接して配置される主部材１２の蓄熱材充填空間２２の対応するものの中央部同士を連通させる蓄熱材充填空間連通穴４５が形成されている。なお、隣り合う流体流路連通穴４４同士の間の閉塞部４４ａは、隣接する主部材１２の蓄熱材充填空間２２の中央部よりも外側の所定範囲を閉塞させるものである。
【００４０】
加えて、本実施形態の蓄熱ユニット１１は、図１、図５および図６に示すように、多角形状、具体的には六角形状の蓋部材４６を一対有している。蓋部材４６には、中央に厚さ方向の一側に突出して円筒状の流体流通口部４８が形成されており、この流体流通口部４８の内側に同軸をなして円筒状の蓄熱材充填口部４９が形成されている。流体流通口部４８と蓄熱材充填口部４９との間には、複数の扇形の流体流路連通穴５０が放射状に形成されている。なお、蓋部材４６はこのような形状に一体成形されている。
【００４１】
ここで、流体流通口部４８と蓄熱材充填口部４９との間の空間は、隣接する主部材１２のすべての流体流路１９の内端部に連通してこれらを合流させる流体流通開口５２とされており、蓄熱材充填口部４９の内側の空間は、隣接する主部材１２の蓄熱材充填空間２２の中央部に連通する蓄熱材充填開口５３とされている。そして、この蓄熱材充填開口５３は、蓄熱材充填口部４９に取り付けられる栓部材５５で閉塞される。また、流体流路連通穴５０同士の間にある閉塞部５０ａは隣接する主部材１２の蓄熱材充填空間２２の流体流通開口５２内に位置する部分を閉塞させる。
【００４２】
ここで、上記した主部材１２は、ポリプロピレン、ポリアミド、ポリオキシメチレンおよびポリエチレンテレフタレート等の樹脂や、アルミニウム等の金属、さらにはセラミック等で一体成形される。なお、樹脂で一体成形する際には押出成形や射出成形により成形でき、アルミニウムで一体成形する際には押出成形や削り出し等で成形でき、アルミニウム以外の金属で一体成形する場合には削り出しや焼結等で成形できる。
【００４３】
また、上記した第１セパレータ３９、第２セパレータ４３および蓋部材４６は、それぞれ、上記した主部材１２と同様、ポリプロピレン、ポリアミド、ポリオキシメチレンおよびポリエチレンテレフタレート等の樹脂や、アルミニウム等の金属、さらにはセラミック等で一体成形される。なお、第１セパレータ３９、第２セパレータ４３および蓋部材４６は、樹脂で一体成形する際には射出成形により成形でき、アルミニウムで一体成形する際には削り出し等で成形でき、アルミニウム以外の金属で一体成形する場合には削り出しや焼結等で成形できる。
【００４４】
そして、同一形状に形成された主部材１２を一対、間に第１セパレータ３９を介在させた状態で互いの開口１５を対向させるように前後に重なり合わせるとともに、このような対を二対、第２セパレータ４３を間に介在させた状態で互いの開口１５を対向させるように前後に重なり合わせ、さらに、前端にある主部材１２の前側に蓋部材４６を流体流通口部４８を外側にして配置し、後端にある主部材１２の後側に蓋部材４６を流体流通口部４８を外側にして配置して、これらをすべての六角形状を合わせつつ接着し一体化する。すなわち、蓋部材４６、主部材１２、第１セパレータ３９、主部材１２、第２セパレータ４３、主部材１２、第１セパレータ３９、主部材１２および蓋部材４６の順に積層された状態で、これらが一体化される。このとき、超音波溶着、ろう付け、接着剤による接着等の中から材質にあった適宜の接着方法によって接着する。
【００４５】
このように接着により一体化した状態で、一方の蓋部材４６の蓄熱材充填開口５３から流動性のある状態で蓄熱材２１を充填する。すると、蓄熱材２１は、充填が開始される蓋部材４６に隣接する主部材１２において蓄熱材充填空間２２の中央からすべての分岐部３７に分流して外側に向け移動し、この主部材１２に次に隣接する第１セパレータ３９の各蓄熱材充填空間連通穴４１を通って、この第１セパレータ３９に次に隣接する主部材１２において蓄熱材充填空間２２のすべての分岐部３７を内側に向け移動して中央で合流し、この主部材１２に次に隣接する第２セパレータ４３の蓄熱材充填空間連通穴４５を通り、この第２セパレータ４３に次に隣接する主部材１２において蓄熱材充填空間２２の中央からすべての分岐部３７に分流して外側に向け移動し、この主部材１２に次に隣接する第１セパレータ３９の各蓄熱材充填空間連通穴４１を通って、この第１セパレータ３９に次に隣接する主部材１２において蓄熱材充填空間２２のすべての分岐部３７を内側に向け移動して中央で合流するようにして充填される。このとき、この主部材１２に次に隣接する他方の蓋部材４６の蓄熱材充填開口５３から空気抜きが行われる。そして、蓄熱材２１の充填後、各蓄熱材充填口部４９に栓部材５５を打ち込むことで、各蓄熱材充填開口５３を閉塞させる。そして、充填された蓄熱材２１を固化させることで、蓄熱ユニット１１が形成される。
【００４６】
このような蓄熱ユニット１１において、一方の蓋部材４６の流体流通口部４８の流体流通開口５２から導入された流体は、この蓋部材４６の複数の流体流路連通穴５０に分岐されてこの蓋部材４６に隣接する主部材１２の複数の流体流路１９に流され、各流体流路１９を螺旋の外側に向け移動した後、この主部材１２に隣接する第１セパレータ３９の流体流路連通穴４０を通って、この第１セパレータ３９に隣接する次の主部材１２の各流体流路１９を螺旋の中心側に向け移動して、この主部材１２に次に隣接する第２セパレータ４３の流体流路連通穴４４を通って、この第２セパレータ４３に隣接する次の主部材１２の各流体流路１９を螺旋の外側に向け移動した後、この主部材１２に隣接する第１セパレータ３９の流体流路連通穴４０を通って、この第１セパレータ３９に隣接する次の主部材１２の各流体流路１９を螺旋の中心側に向け移動して、この主部材１２に次に隣接する他方の蓋部材４６の複数の流体流路連通穴５０を通った後、この蓋部材４６の流体流通口部４８の流体流通開口５２で合流して外部に導出される。
【００４７】
以上の実施形態によれば、外壁部１６と、熱量を有する流体を流動させる流体流路１９を外壁部１６よりも内側に形成する流体流路形成部２０と、蓄熱材２１が充填される蓄熱材充填空間２２を外壁部１６よりも内側に流体流路１９に隣接して形成する蓄熱材充填空間形成部２３とを一体成形して主部材１２を形成し、その後、一対の主部材１２を間に第１セパレータ３９を介して連結させるとともに、このような一対の主部材１２および第１セパレータ３９の組同士を第２セパレータ４３を介して連結させ、さらに、前端にある主部材１２の前側および後端にある主部材１２の後側に一対の蓋部材４６を連結させ、蓄熱材充填空間２２に蓄熱材２１を充填させればよいことになる。
【００４８】
このため、包体に蓄熱材を封入して蓄熱体を形成するとともにこの蓄熱体をスペーサを介することで流体流路となる隙間を形成しつつ心材に渦状に巻きつけるものに比して、部品点数が減るとともに、製造が容易となる。しかも、主部材１２の外壁部１６、流体流路形成部２０および蓄熱材充填空間形成部２３を一体に形成してなるため、心材が不要となり、その分、流体流路１９および蓄熱部を大きくすることができる。
【００４９】
したがって、部品点数を低減でき、しかも製造が容易となって製造コストを低減することができる上、蓄熱容量を多く確保できて高性能化が図れる。
【００５０】
しかも、主部材１２には、上記した外壁部１６と流体流路形成部２０と蓄熱材充填空間形成部２３とに加えて、断熱材３６が配置されまたは空間とされる断熱空間１７を形成する断熱空間形成部１８がさらに一体成形されているため、この断熱空間形成部１８の分も部品点数が減るとともに、製造が容易となる。
【００５１】
したがって、断熱空間形成部１８を設ける場合でも部品点数を低減でき、しかも製造が容易となって製造コストを低減することができる。
【００５２】
さらに、一対の蓋部材４６には、流体流路１９に通じる流体流通開口５２を形成する流体流通口部４８が一体成形されているため、流体流路１９に通じる流体流通口部４８の分も部品点数が減るとともに、製造が容易となる。
【００５３】
したがって、流体流通口部４８を設ける場合でも部品点数を低減でき、しかも製造が容易となって製造コストを大幅に低減することができる。
【００５４】
加えて、一対の蓋部材４６には、蓄熱材充填空間２２に通じる蓄熱材充填開口５３を形成する蓄熱材充填口部４９が一体成形されているため、蓄熱材充填空間２２に通じる蓄熱材充填口部４９の分も部品点数が減るとともに、製造が容易になる。
【００５５】
したがって、蓄熱材充填口部４９を設ける場合でも部品点数を低減でき、しかも製造が容易となって製造コストを大幅に低減することができる。
【００５６】
加えて、第１セパレータ３９および第２セパレータ４３に、隣り合う主部材１２の流体流路１９同士を連通させる流体流路連通穴４０，４４が形成されているため、一方の流体流通口部４８から導入され他方の流体流通口部４８から導出される流体をすべての主部材１２の流体流路１９に通過させることができる。
【００５７】
さらに、第１セパレータ３９および第２セパレータ４３に、隣り合う主部材１２の蓄熱材充填空間２２同士を連通させる蓄熱材充填空間連通穴４１，４５が形成されているため、すべての主部材１２の蓄熱材充填空間２２に一度に蓄熱材２１を充填することができる。
【００５８】
したがって、容易に蓄熱材２１を充填することができる。また、蓄熱材２１に潜熱蓄熱材を使った場合、蓄熱材２１が相変化を起こす際に、すべての主部材１２の蓄熱材充填空間２２で結晶化が伝播するので過冷却現象が起きにくくなる。
【００５９】
さらに、流体流路１９および蓄熱材充填空間２２は、それぞれ多重螺旋状をなしているため、流体流路１９および蓄熱材充填空間２２の屈曲回数を少なく保ったまま、蓄熱材２1との伝熱面積を大きくとることができ、かつ流路抵抗を少なく抑えることができる。
【００６０】
加えて、すべての主部材１２が同一形状をなしているため、一体成形のための金型を各主部材１２で共用できる。
【００６１】
したがって、金型償却費を削減することができる。
【００６２】
さらに、主部材１２を、射出成形または押出成形により成形するため、主部材１２を簡易に作成でき、熱収縮にも強くなる。
【００６３】
なお、以上においては、蓋部材４６、主部材１２、第１セパレータ３９、主部材１２、第２セパレータ４３、主部材１２、第１セパレータ３９、主部材１２および蓋部材４６の順に積層した状態で、これらを一体化する場合を例にとり説明したが、少なくとも主部材１２を２以上有していればよく、例えば、蓋部材４６、主部材１２、第１セパレータ３９、主部材１２および蓋部材４６の順に積層した状態で、これらを一体化してもよい。
【００６４】
また、以上においては、蓋部材４６、主部材１２、第１セパレータ３９および第２セパレータ４３が多角形状をなす場合を例にとり説明したが、図７に示すように円形状にすることも可能である。
【００６５】
加えて、以上においては、主部材１２が多重螺旋状の蓄熱材充填空間形成部２３と多重螺旋状の流体流路形成部２０を有することで多重螺旋状の蓄熱材充填空間２２と多重螺旋状の流体流路１９を有する場合を例にとり説明したが、図７に示すように、主部材１２が一重螺旋状の蓄熱材充填空間形成部２３と一重螺旋状の流体流路形成部２０とを有することで一重螺旋状の蓄熱材充填空間２２と一重螺旋状の流体流路１９とを有する構成とすることが可能である。この場合、蓋部材４６には蓄熱材充填空間２２の螺旋の外端部に連通するように蓄熱材充填口部４９が一体成形される。また、第１セパレータ３９には、流体流路１９の螺旋の外端部に連通するように流体流路連通穴４０が形成され、蓄熱材充填空間２２の螺旋の内端部に連通するように蓄熱材充填空間連通穴４１が形成される。さらに、第２セパレータ４３には、流体流路１９の螺旋の内端部に連通するように流体流路連通穴４４が形成され、蓄熱材充填空間２２の螺旋の外端部に連通するように蓄熱材充填空間連通穴４５が形成される。
【００６６】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の請求項１記載の蓄熱ユニットによれば、外壁部と、熱量を有する流体を流動させる流体流路を外壁部よりも内側に形成する流体流路形成部と、蓄熱材が充填される蓄熱材充填空間を外壁部よりも内側に流体流路に隣接して形成する蓄熱材充填空間形成部とを一体成形して主部材を形成し、その後、例えば、少なくとも２以上の主部材を間にセパレータを介して連結させるとともに、前端にある主部材の前側および後端にある主部材の後側に蓋部材を連結させ、蓄熱材充填空間に蓄熱材を充填させればよいことになる。このため、包体に蓄熱材を封入して蓄熱体を形成するとともにこの蓄熱体をスペーサを介することで流体流路となる隙間を形成しつつ心材に渦状に巻きつけるものに比して、部品点数が減るとともに、製造が容易となる。しかも、主部材の外壁部、流体流路形成部および蓄熱材充填空間形成部を一体に形成してなるため、心材が不要となり、その分、流体流路および蓄熱部を大きくすることができる。
【００６７】
したがって、部品点数を低減でき、しかも製造が容易となって製造コストを低減することができる上、蓄熱容量を多く確保できて高性能化が図れる。しかも、主部材を複数に分割するため、熱収縮に対して強くなる。
【００６８】
本発明の請求項２記載の蓄熱ユニットによれば、主部材には、外壁部と、熱量を有する流体を流動させる流体流路を外壁部よりも内側に形成する流体流路形成部と、蓄熱材が充填される蓄熱材充填空間を外壁部よりも内側に流体流路に隣接して形成する蓄熱材充填空間形成部とに加えて、断熱材が配置されまたは空間とされる断熱空間を形成する断熱空間形成部がさらに一体成形されているため、この断熱空間形成部の分も部品点数が減るとともに、製造が容易となる。
【００６９】
したがって、断熱空間形成部を設ける場合でも部品点数を低減でき、しかも製造が容易となって製造コストを低減することができる。
【００７０】
本発明の請求項３記載の蓄熱ユニットによれば、蓋部材には、流体流路に通じる流体流通開口を形成する流体流通口部が一体成形されているため、流体流路に通じる流体流通口部の分も部品点数が減るとともに、製造が容易となる。
【００７１】
したがって、流体流通口部を設ける場合でも部品点数を低減でき、しかも製造が容易となって製造コストを大幅に低減することができる。
【００７２】
本発明の請求項４記載の蓄熱ユニットによれば、蓋部材には、蓄熱材充填空間に通じる蓄熱材充填開口を形成する蓄熱材充填口部が一体成形されているため、蓄熱材充填空間に通じる蓄熱材充填開口の分も部品点数が減るとともに、製造が容易になる。
【００７３】
したがって、蓄熱材充填口部を設ける場合でも部品点数を低減でき、しかも製造が容易となって製造コストを大幅に低減することができる。
【００７４】
本発明の請求項５記載の蓄熱ユニットによれば、セパレータに、隣り合う主部材の流体流路同士を連通させる流体流路連通穴が形成されているため、一方の流体流通開口から導入された流体を、少なくとも２以上の主部材のすべての流体流路に通過させることができる。
【００７５】
本発明の請求項６記載の蓄熱ユニットによれば、セパレータに、隣り合う主部材の蓄熱材充填空間同士を連通させる蓄熱材充填空間連通穴が形成されているため、隣り合う主部材の蓄熱材充填空間に一度に蓄熱材を充填することができる。
【００７６】
したがって、容易に蓄熱材を充填することができる。また、蓄熱材に潜熱蓄熱材を使った場合、蓄熱材が相変化を起こす際に、一対の主部材の両方の蓄熱材充填空間で結晶化が伝播するので過冷却現象が起きにくくなる。
【００７７】
本発明の請求項７記載の蓄熱ユニットによれば、少なくとも２以上の主部材が同一形状をなしているため、一体成形のための金型を各主部材で共用できる。
【００７８】
したがって、金型償却費を削減することができる。
【００７９】
本発明の請求項８記載の蓄熱ユニットによれば、流体流路および前記蓄熱材充填空間は、それぞれ一重螺旋状または多重螺旋状をなしているため、流体流路および蓄熱材充填空間の屈曲回数を少なく保ったまま、蓄熱材との伝熱面積を大きくとることができ、かつ流路抵抗を少なく抑えることができる。
【００８０】
本発明の請求項９記載の蓄熱ユニットの製造方法によれば、主部材を、射出成形または押出成形により成形するため、主部材を簡易に作成でき、熱収縮にも強くなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態の蓄熱ユニットを示す分解斜視図である。
【図２】 本発明の一実施形態の蓄熱ユニットの主部材を示す断面図である。
【図３】 本発明の一実施形態の蓄熱ユニットの第１セパレータを示す平面図である。
【図４】 本発明の一実施形態の蓄熱ユニットの第２セパレータを示す平面図である。
【図５】 本発明の一実施形態の蓄熱ユニットの蓋部材を示す平面図である。
【図６】 本発明の一実施形態の蓄熱ユニットの蓋部材を示す部分断面図である。
【図７】 本発明の一実施形態の蓄熱ユニットの変形例を示す分解斜視図である。
【符号の説明】
１１ 蓄熱ユニット
１２ 主部材
１５ 開口
１６ 外壁部
１７ 断熱空間
１８ 断熱空間形成部
１９ 流体流路
２０ 流体流路形成部
２１ 蓄熱材
２２ 蓄熱材充填空間
２３ 蓄熱材充填空間形成部
３６ 断熱材
３９ 第１セパレータ
４０，４４ 流体流路連通穴
４１ 蓄熱材充填空間連通穴
４３ 第２セパレータ
４６ 蓋部材
４８ 流体流通口部
４９ 蓄熱材充填口部
５２ 流体流通開口
５３ 蓄熱材充填開口
Claims (9)
- 両端が開口する筒状の外壁部と、熱量を有する流体を流動させる流体流路を前記外壁部よりも内側に形成する流体流路形成部と、蓄熱材が充填される蓄熱材充填空間を前記外壁部よりも内側に前記流体流路に隣接して形成する蓄熱材充填空間形成部とが一体成形されるとともに、開口を対向させるように前後に配設される少なくとも２以上の主部材と、
隣り合う前記主部材同士の間を仕切るセパレータと、
前端にある前記主部材の前側および後端にある前記主部材の後側にそれぞれ配設される蓋部材とを有することを特徴とする蓄熱ユニット。 - 前記主部材には、熱量の放熱を防ぐため断熱材が配置されまたは空間とされる断熱空間を、前記外壁部と、前記流体流路形成部および前記蓄熱材充填空間形成部との間に形成する断熱空間形成部がさらに一体成形されていることを特徴とする請求項１記載の蓄熱ユニット。
- 前記蓋部材には、前記流体流路に通じる流体流通開口を形成する流体流通口部が一体成形されていることを特徴とする請求項１または２記載の蓄熱ユニット。
- 前記蓋部材には、前記蓄熱材充填空間に通じる蓄熱材充填開口を形成する蓄熱材充填口部が一体成形されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項記載の蓄熱ユニット。
- 前記セパレータには、隣り合う前記主部材の前記流体流路同士を連通させる流体流路連通穴が形成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項記載の蓄熱ユニット。
- 前記セパレータには、隣り合う前記主部材の前記蓄熱材充填空間同士を連通させる蓄熱材充填空間連通穴が形成されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項記載の蓄熱ユニット。
- 少なくとも２以上の前記主部材は、同一形状をなしていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項記載の蓄熱ユニット。
- 前記流体流路および前記蓄熱材充填空間は、それぞれ一重螺旋状または多重螺旋状をなしていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項記載の蓄熱ユニット。
- 請求項１乃至８のいずれか一項記載の蓄熱ユニットの製造方法であって、前記主部材を、射出成形または押出成形により成形し、少なくとも２以上の前記主部材と、前記セパレータと、一対の前記蓋部材とを接合し一体化することを特徴とする蓄熱ユニットの製造方法。
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