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技術 蓄熱熱交換器

出願人 ダイキン工業株式会社
発明者 岡本康令瀬戸口隆之藤波功高岡成幸
出願日 2004年7月23日 (15年4ヶ月経過) 出願番号 2004-215695
公開日 2005年9月2日 (14年2ヶ月経過) 公開番号 2005-233597
状態 拒絶査定
技術分野 再生式熱交換装置;蓄熱プラント、その他
主要キーワード メッシュ状態 取出速度 配管ピッチ 対向対 配設本数 向クロス 冷媒ヘッダ クロス方向
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (20)

課題

蓄熱熱交換器熱交換能力を可及的に向上させる。

解決手段

所定管径以下の細径管を用い、それらをメッシュ構造にして、伝熱管密度の高い細径管構造熱交換器を形成することによって、蓄熱密度および熱伝達率が高く、熱取出速度を有効に向上させた蓄熱熱交換器を提供するようにした。

概要

背景

従来から、例えば蓄熱槽内固相と液相に相変化する潜熱蓄熱材を収容し、該潜熱蓄熱材を融解することによって蓄熱する一方、利用時には外部からの冷媒で同潜熱蓄熱材を凝固させることによって熱を取り出すフィンチューブ式の潜熱蓄熱熱交換器が知られている(例えば特許文献1参照)。

特開2001−207163号公報(明細書第1−9頁、図3−7)

概要

蓄熱熱交換器熱交換能力を可及的に向上させる。 所定管径以下の細径管を用い、それらをメッシュ構造にして、伝熱管密度の高い細径管構造の熱交換器を形成することによって、蓄熱密度および熱伝達率が高く、熱取出速度を有効に向上させた蓄熱熱交換器を提供するようにした。

目的

そこで、本願発明では、以上のような事情に鑑み、所定管径以下の細径管を用い、それらを蓄熱容器内にメッシュ構造にして配設することにより、伝熱管密度の高い細径多管構造の熱交換器を形成することによって、蓄熱材中における蓄熱密度および熱伝達率が高く、放熱時の熱の取出速度を有効に向上させた蓄熱熱交換器を提供することを目的とするものである。

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
2件

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請求項1

冷媒の通る伝熱管部分所定外径以下の細径管(2a),(2a)・・・よりなり、該所定外径以下の細径管(2a),(2a)・・・が所定の間隔を保って多数本配設されて熱交換器(2)、(3)を形成しているとともに、該熱交換器(2)、(3)が蓄熱材を蓄えた蓄熱容器(1)内に収納されていることを特徴とする蓄熱熱交換器

請求項2

冷媒の通る伝熱管部分が所定外径以下の細径管(2a),(2a)・・・よりなり、該所定外径以下の細径管(2a),(2a)・・・が所定の間隔を保って多数本メッシュ構造に配設されて各単位熱交換器ユニット(H1)〜(Hn)を形成しているとともに、これら各単位熱交換器ユニット(H1)〜(Hn)が上下方向に所定の間隔を保って多段構造に積層された状態で、蓄熱材を蓄えた蓄熱容器1内に収納されていることを特徴とする蓄熱熱交換器。

請求項3

多数本の細径管(2a),(2a)・・・は、相互に所定のピッチ(P)を保って平行に配列され、それらを連結部材(2b),(2b)・・・で相互に連結したメッシュ構造に配設されていることを特徴とする請求項2記載の蓄熱熱交換器。

請求項4

多数本の細径管(2a),(2a)・・・は、相互にX−Y方向にクロスする状態で織成されてメッシュ構造に配設されていることを特徴とする請求項2記載の蓄熱熱交換器。

請求項5

各単位熱交換器ユニット(H1)〜(Hn)の多数本の細径管(2a),(2a)・・・の両端部は、それぞれ1束に収束されて冷媒ヘッダ(21),(22)の接続管(21a),(22a)部分に接続されていることを特徴とする請求項2,3又は4記載の蓄熱熱交換器。

請求項6

多数本の細径管(2a),(2a)・・・は、それぞれ合成樹脂製の細管であることを特徴とする請求項1,2,3,4又は5記載の蓄熱熱交換器。

請求項7

冷媒ヘッダは、蓄熱時と放熱時で同一の冷媒ヘッダ(21),(22)を共通に使用するように構成されていることを特徴とする請求項2,3,4,5又は6記載の蓄熱熱交換器。

請求項8

冷媒ヘッダは、蓄熱時と放熱時で各々別々の冷媒ヘッダ(21),(22)、(21),(22)を使用するように構成されていることを特徴とする請求項2,3,4,5又は6記載の蓄熱熱交換器。

請求項9

多数本の細径管(2a),(2a)・・・は、その外径が0.2mm〜0.6mmのものであることを特徴とする請求項1,2,3,4,5,6,7又は8記載の蓄熱熱交換器。

技術分野

0001

本願発明は、蓄熱熱交換器の構造に関するものである。

背景技術

0002

従来から、例えば蓄熱槽内固相と液相に相変化する潜熱蓄熱材を収容し、該潜熱蓄熱材を融解することによって蓄熱する一方、利用時には外部からの冷媒で同潜熱蓄熱材を凝固させることによって熱を取り出すフィンチューブ式の潜熱蓄熱熱交換器が知られている(例えば特許文献1参照)。

0003

特開2001−207163号公報(明細書第1−9頁、図3−7)

発明が解決しようとする課題

0004

この潜熱蓄熱熱交換器は、潜熱蓄熱材を用いているために、水などの顕熱蓄熱材に比べて蓄熱密度は高いが、他方熱伝達率が低く、特に水の対流熱伝達のように大きな熱伝達率を得ることが困難である。

0005

また、同フィンチューブ式の熱交換器では、フィンカラーがあるために、例えばフィンピッチを1.2mm以下に縮小することが困難で、単位体積当たりの伝熱面積も1670m2/m3以下と小さく、フィン効率フィン伝熱管との間の接触抵抗などから、形状的、構造的にも放熱時における熱の取出スピードを向上させるには一定の限界がある。

0006

さらに同フィンチューブ式の熱交換器には、その管板外部に曲がり管部がある。そして、この曲がり管部分はフィンがないため、蓄熱も放熱もできない。そのため同領域における5〜10%程度の蓄熱材が無駄になっている(有効に使えない)。

0007

また、蓄熱時の冷媒配管と放熱(利用)時の冷媒配管とが異なる構成の場合にフィンチューブ式熱交換器を用いると、伝熱管とフィンとの距離が長くなって、フィン効率が大幅に低下する。

0008

そこで、本願発明では、以上のような事情に鑑み、所定管径以下の細径管を用い、それらを蓄熱容器内メッシュ構造にして配設することにより、伝熱管密度の高い細径管構造の熱交換器を形成することによって、蓄熱材中における蓄熱密度および熱伝達率が高く、放熱時の熱の取出速度を有効に向上させた蓄熱熱交換器を提供することを目的とするものである。

課題を解決するための手段

0009

本願発明は、上記の目的を達成するために、次のような課題解決手段を備えて構成されている。

0010

(1) 第1の課題解決手段
この発明の第1の課題解決手段は、冷媒の通る伝熱管部分所定外径以下の細径管2a,2a・・・よりなり、該所定外径以下の細径管2a,2a・・・が所定の間隔を保って多数本配設されて熱交換器2、3を形成しているとともに、該熱交換器2、3が蓄熱材を蓄えた蓄熱容器1内に収納されて蓄熱熱交換器2が構成されている。

0011

したがって、このような構成では、蓄熱容器1内の蓄熱材中に、伝熱管である所定外径以下の細径管2a,2a・・・が、同一方向又はクロス方向に多数本均等に密集した状態で、フィンなどを介することなくダイレクトに接触して均等に分布するようになり、蓄熱材と伝熱管である細径管2a,2a・・・との間の熱抵抗が大きく低減され、細径管2a,2a・・・内を流れる冷媒と蓄熱材との熱伝達率(熱伝達性能)が大きく向上する。

0012

その結果、熱交換性能も大きく向上する。

0013

(2) 第2の課題解決手段
この発明の第2の課題解決手段は、冷媒の通る伝熱管部分が所定外径以下の細径管2a,2a・・・よりなり、該所定外径以下の細径管2a,2a・・・が所定の間隔を保って多数本メッシュ構造に配設されて各単位熱交換器ユニットH1〜Hnを形成しているとともに、これら各単位熱交換器ユニットH1〜Hnが上下方向に所定の間隔を保って多段構造に積層された状態で、蓄熱材を蓄えた蓄熱容器1内に収納されて蓄熱熱交換器2を構成している。

0014

したがって、このような構成の場合、蓄熱容器1内の蓄熱材中に伝熱管である所定外径以下の細径管2a,2a・・・が、メッシュ構造により多数本均等に密集した状態で、フィンなどを介することなくダイレクトに接触して分布するようになり、蓄熱材と伝熱管である細径管2a,2a・・・との間の熱抵抗が大きく低減され、細径管2a,2a・・・内を流れる冷媒と蓄熱材との熱伝達率(熱伝達性能)が大きく向上する。

0015

その結果、熱交換性能も大きく向上する。

0016

(3) 第3の課題解決手段
この発明の第3の課題解決手段は、上記第2の課題解決手段の構成において、多数本の細径管2a,2a・・・は、相互に所定のピッチPを保って平行に配列され、それらを連結部材2b,2b・・・で相互に連結したメッシュ構造に配設されていることを特徴としている。

0017

このように多数本の細径管2a,2a・・・を相互に所定のピッチPを保って平行に配列し、それらを連結部材2b,2b・・・で相互に連結したメッシュ構造に配設すると、蓄熱材中に多数本の細径管2a,2a・・・が、蓄熱材との接触効率良く全体に亘って均等に分布するようになり、より有効に蓄熱材と細径管2a,2a・・・との間の熱抵抗が低減され、細径管2a,2a・・・内を流れる冷媒と蓄熱材との熱伝達率(熱伝達性能)が一層大きく向上する。

0018

その結果、熱交換性能も一層大きく向上する。

0019

(4) 第4の課題解決手段
この発明の第4の課題解決手段は、上記第2の課題解決手段の構成において、多数本の細径管2a,2a・・・は、相互にX−Y方向にクロスする状態で織成されてメッシュ構造に配設されていることを特徴としている。

0020

このように多数本の細径管2a,2a・・・を相互にX−Y方向にクロスする状態で構成することによってメッシュ構造に配設すると、蓄熱材中に多数本の細径管2a,2a・・・が、蓄熱材との接触効率良く、より全体に亘って均等に分布するようになり、より有効に蓄熱材と細径管2a,2a・・・との間の熱抵抗が低減され、細径管2a,2a・・・内を流れる冷媒と蓄熱材との熱伝達率(熱伝達性能)が一層大きく向上する。

0021

その結果、熱交換性能も一層大きく向上する。

0022

また全体の剛性も大きく向上する。

0023

(5) 第5の課題解決手段
この発明の第5の課題解決手段は、上記第2,第3又は第4の課題解決手段の構成において、各単位熱交換器ユニットH1〜Hnの多数本の細径管2a,2a・・・の両端部は、それぞれ1束に収束されて冷媒ヘッダ21,22の接続管21a,22a部分に接続されていることを特徴としている。

0024

このような構成によると多数本の細径管2a,2a・・・を、入口側および出口側の各冷媒ヘッダ21,22と簡単に接続することができる。

0025

(6) 第6の課題解決手段
この発明の第6の課題解決手段は、上記第1,第2,第3,第4又は第5の課題解決手段の構成において、多数本の細径管2a,2a・・・は、それぞれ合成樹脂製の細管であることを特徴としている。

0026

このような構成によると、蓄熱材の種類如何に拘わらず、電食等による腐蝕を回避することができ、長期に亘って安定した熱交換性能を維持することができる。

0027

(7) 第7の課題解決手段
この発明の第7の課題解決手段は、上記第2,第3,第4,第5又は第6の課題解決手段の構成において、冷媒ヘッダは、蓄熱時と放熱時で同一の冷媒ヘッダ21,22を共通に使用するように構成されていることを特徴としている。

0028

このような構成によると、冷媒ヘッダの本数が少なくて済み、構造が簡単で、低コストになる。

0029

(8) 第8の課題解決手段
この発明の第8の課題解決手段は、上記第2,第3,第4,第5又は第6の課題解決手段の構成において、冷媒ヘッダは、蓄熱時と放熱時で各々別々の冷媒ヘッダ21,22、21,22を使用するように構成されていることを特徴としている。

0030

このような構成によると、冷媒ヘッダの本数は増えるが、他方熱交換性能を向上させることができる。

0031

(9) 第9の課題解決手段
この発明の第9の課題解決手段は、上記第1,第2,第3,第4,第5,第6,第7又は第8の課題解決手段の構成において、多数本の細径管2a,2a・・・は、その外径が0.2mm〜0.6mmのものであることを特徴としている。

0032

上記細径管2a,2a・・・は、その外径が小さく肉厚が小さいほど熱交換性能は向上する。また、単位体積当り配設本数を多くすることができるので、トータルとしての伝熱面積を増大させることができ、蓄熱材との熱伝達率が大きくなる。また耐圧性も、同一の厚みでは向上する。

0033

一方、圧力損失は、内径が小さくなり、総管長も長くなるので、逆に大きくなる。

0034

これらの関係を、例えば外径0.1mm〜1mmの範囲について測定計算して見ると外径については、上述のように0.2mm〜0.6mmの範囲のものが、耐圧性、圧力損失共に実用的なレベルで、しかも熱交換性能も高く、適していることが分った。

発明の効果

0035

以上の結果、本願発明によれば、次のような効果を得ることができる。

0036

(1)単位体積当りの伝熱管密度が高くなるので、冷媒と蓄熱材との伝熱面積が大きく増大する。

0037

(2)冷媒と蓄熱材との間が伝熱媒体(伝熱管の管壁)のみであるので、熱抵抗が大きく低下する。

0038

(3)蓄熱材の液力直径(伝熱面と蓄熱材との距離)が小さくなる。

0039

(4) これらの結果、冷媒と蓄熱材間の熱伝達率が大きく向上して、利用側への熱の取出速度が大幅にアップする。

発明を実施するための最良の形態

0040

最良の実施の形態1)
先ず図1図4は、本願発明の最良の実施の形態1に係る蓄熱熱交換器の全体および要部の構成を示している。

0041

図1は同蓄熱熱交換器の全体的な構成を示している。符号1は所望の種類の蓄熱材が所定量貯留された方形の蓄熱容器、符号2は蓄熱熱交換器であり、蓄熱熱交換器2は、蓄熱容器1内に浸漬状態で収納されている。

0042

この最良の実施の形態における蓄熱熱交換器2は、多数本(例えば200本程度)の合成樹脂製の細径管(中空細径管)をメッシュ構造に編成した偏平単位熱交換器ユニットH1〜Hnを、図1のように上下方向に多数段積層(200段程度)したものとなっている。そして、それら各単位熱交換器ユニットH1〜Hnの各々は、例えば図2のように、例えば外径0.2mm〜0.6mm程度の合成樹脂製の細径管2a,2a・・・を多数本平行に配設し、それらを直交方向に設けた連結部材2b,2b・・・で連結固定接着等)することにより、相互の間に所定のピッチP,P・・・を保った状態で平面方向に保持されている。

0043

これら多数本の細径管2a,2a・・・は、その縦方向(図面前後方向)の寸法Aと横方向(図面左右方向)の寸法Bを所定の比率に設定した平面方形の形状となるように、それぞれの長手方向両端側の各端部を対角線方向の一端側に収束させ、該各収束部2c,2cを例えば図3のように断面円形状に結束して同対角線方向の各位置に上下方向に延びて配置された冷媒ヘッダ21,22の水平方向内側に延びる接続管21a,21a・・・、22a,22a・・・内に図4のように嵌合シールすることによって接続し、それによって、その各開口端ヘッダ21,22内に連通されている。

0044

そして、これら各冷媒ヘッダ21,22は、例えば図1に矢印a,bで示すように、蓄熱時又は放熱時(熱取出時)の何れかの動作に応じて何れか一方側が冷媒の入口ヘッダ、他方側が冷媒の出口ヘッダとして機能する。

0045

このような構成によると、冷媒の通る伝熱管部分が合成樹脂製の細径管2a,2a・・・よりなり、しかも該合成樹脂製の細径管2a,2a・・・が所定の間隔を保って多数本メッシュ構造に並設連結されて、単位熱交換器ユニットH1〜Hnを形成し、これら単位熱交換器ユニットH1〜Hnが上下方向に密接した所定の間隔を置いて多段構造に積層された状態で、蓄熱容器1内に収納されて、蓄熱熱交換器2を構成している。

0046

したがって、蓄熱容器1内の蓄熱材中に伝熱管である多数本の合成樹脂製の細径管2a,2a・・・が、均一かつ均等に密集した状態で、フィンなどを介することなくダイレクトに接触して分布するようになり、蓄熱材と細径管2a,2a・・・との間の熱抵抗が大きく低減され、細径管2a,2a・・・内を流れる冷媒と蓄熱材との熱伝達率(熱伝達性能)が大きく向上する。その結果、熱交換性能も大きく向上する。

0047

今例えば、この熱交換性能の向上効果を、従来のアルミ製のフィンチューブ式熱交換器の場合と比較して見ると、次のようになる。

0048

(1) 従来のアルミ製フィンチューブ式熱交換器の場合
1−1)フィン条件
・フィンピッチ:1.2mm
フィン間の隙間長さ:0.0012m
・伝熱面積(最大):1670m2/m3
・フィン効率:0.93
1−2)蓄熱材
熱伝導率:0.5W/mk
・量:10L(0.01m3)
1−3)単位体積あたりの熱交換能力A(W/K)
A=(0.5(W/mk)/0.0012(m))×1670(m2/m3)
×0.01(m3)×0.93
=6,470(W/K)
(2) 本実施の形態の合成樹脂製細径管式蓄熱熱交換器の場合
2−1) 細径管条件
・管径(外径):0.3mm〜0.6mm
配管ピッチ:0.9mm〜1.8mm
・細径管間の隙間長さ:0.0003m
・伝熱面積(最大):2690m2/m3
2−2) 蓄熱材
・熱伝導率:0.5W/mk
・量:10L(0.01m3)
2−3) 単位体積あたりの熱交換能力A(W/K)
A=(0.5(W/mk)/0.0003(m))×2690(m2/m3)
×0.01(m3)
=44,833(W/K)
以上の結果から分かるように、本実施の形態の合成樹脂製細径管式の蓄熱熱交換器の場合には、従来のアルミ製フィンチューブ式熱交換器の場合に比べて、その伝熱面積が約1.6倍に拡大され、しかもフィンを介することなく直接蓄熱材と接触するため、冷媒と蓄熱材との間の熱伝達率が約7倍程度まで大幅に向上し、フィンチューブ式熱交換器の冷媒と伝熱管との間の熱伝達率、フィンと蓄熱材との間の熱伝達率を考慮したとしても、フィンチューブ式のものよりも熱交換能力(熱回収速度)が約3倍程度に大幅に向上する。

0049

要するに、従来のアルミ製フィンチューブ式熱交換器では、フィンカラーが必要であることから、フィンピッチを1.2mm以下に縮小することが困難で、単位体積当たりの伝熱面積も1670m2/m3以下と小さく、フィン効率やフィンと伝熱管との間の接触抵抗などから、形状的、構造的にも熱の取出スピードを向上させるには限界があり、また管板外部の曲がり管部分にはフィンがないため、同部分は蓄熱も放熱もできない死滅域となり、少なくとも5〜10%程度は蓄熱材を有効に使えないロスがあった。さらに、蓄熱時の冷媒配管と放熱(利用)時の冷媒配管が異なるような場合に、フィンチューブ式熱交換器を用いると、伝熱管とフィンとの距離が長くなり、フィン効率が大幅に低下するなどの問題により、有効な熱回収能力を実現することができなかったが、上記本実施の形態の構成では、これらのことを問題にしなくても済む。

0050

また、空調用の熱交換器などに一般的に使用されているようなアルミフィンと銅製の伝熱管とからなるフィンチューブ式熱交換器では、水系蓄熱材(水、ブライン系の水溶液、その他の水溶液)や無機水和物を蓄熱材として用いたときに、異種金属による腐食電流により、アルミ材腐食崩壊し、長時間使用した後には熱交換性能が急激に低下する。またコルゲート型アルミ製熱交換器でも、空気による水中での酸化腐蝕により、同様に熱交換性能が急激に低下する問題がある。

0051

しかし、本実施の形態の場合、以上のように細径管として合成樹脂製のものを採用していることから、そのような腐蝕の問題もなくなる。

0052

この場合、上記合成樹脂製の細径管としては、例えば「ポリエーテルエーテルケトン」や「ポリエーテルケトンケトン」、「ポリフェニレンサルファイト」などのガス透過性が低いものが好ましい。

0053

そのような合成樹脂製の細径管を用いると、R410Aなどの高圧冷媒でも使用可能となる。

0054

なお、上記細径管2a,2a・・・は、その外径が小さく肉厚が小さいほど熱交換性能は向上する。また、単位体積当りの配設本数を多くすることができるので、トータルとしての伝熱面積を増大させることができ、蓄熱材との熱伝達率が大きくなる。また耐圧性も、同一の厚みでは向上する。

0055

一方、圧力損失は、内径が小さくなり、総管長も長くなるので、逆に大きくなる。

0056

これらの関係を、例えば外径0.1mm〜1mmの範囲について測定計算して見ると、以下の(表1)のようになり、細径管2a,2a・・・の外径については、上述のように0.2mm〜0.6mmの範囲のものが、耐圧性、圧力損失共に実用的なレベルで、しかも熱交換性能も高く、適していることが分る。

0057

0058

(最良の実施の形態2)
次に図5図7は、本願発明の最良の実施の形態2に係る蓄熱熱交換器の全体の構成を示している。

0059

上述の最良の実施の形態1の蓄熱熱交換器の構成では、各単位熱交換器ユニットに冷媒を流す冷媒ヘッダを対角方向一対(2本)のものとし、蓄熱時と放熱時とで共通に使用できるように構成した。

0060

しかし、このような構成の場合、各単位熱交換器ユニットH1〜Hnの細径管2a,2a・・・を流れる冷媒の方向が同じであるために、熱交換性能の向上には一定の限界がある。

0061

そこで、この最良の実施の形態では、これを改善するために、例えば上述のような合成樹脂製の細径管2a,2a・・・を、図6及び図7のようにX−Y方向クロス構造に織り合わせてメッシュ構造の各単位熱交換器ユニットH1〜Hnを形成するとともに、図5のように、それら各単位熱交換器ユニットH1〜HnのX−Y方向の各細径管2a,2a・・・に対応して各々対角方向に冷媒ヘッダを1組づつ設けて、蓄熱時および放熱時で、それぞれ専用の冷媒ヘッダが使用されるようにしたことを特徴とするものである(但し、図5中では蓄熱容器1は省略して示している)。

0062

このような構成によると、各単位熱交換器ユニットH1〜Hnの伝熱管である合成樹脂製の細径管2a,2a・・・、2a,2a・・・がX−Y方向にクロスして、さらに均等かつ高密度なメッシュ構造に配設され、冷媒も蓄熱材中をX−Y方向に対向方向にクロスして流れるので、より熱交換性能が向上する(冷媒の流れは図5中のa,bを参照)。

0063

なお、図示の構成の場合、各細径管2a,2a・・・、2a,2a・・・間のピッチP(図6参照)はX方向、Y方向共に等しく設定しているが、これは所望の範囲で変えるようにしてもよい。

0064

(最良の実施の形態3)
次に図8は、本願発明の最良の実施の形態3に係る蓄熱熱交換器の要部の構成を示している。

0065

ところで、上述の最良の実施の形態2のように、合成樹脂製の細径管2a,2a・・・、2a,2a・・・をX−Y方向に交互にクロスさせて織成することにより、メッシュ構造の偏平な単位熱交換器ユニットH1〜Hnを形成するようにした場合、その支持剛性および形状維持性能が問題となる。

0066

その対策として、例えば下面側水平方向に幾本かの支持部材張り渡して蓄熱容器1側に係止することもひとつの手段であるが、その場合には支持部材が余分に必要となり、その分組付け作業も複雑となる。

0067

そこで、この最良の実施の形態の構成では、例えば図8に示すように、X−Y何れか一方向側の細径管(図示ではX方向の細径管)の径を相対的に大きくすることによって、芯材としての機能を発揮させ、上述の問題に対応できるようにしたことを特徴としている。

0068

このような構成によると、別に支持部材を設けることなく、本来の形状での安定した支持が可能となり、上述した最良の実施の形態2のものと同様の適正な熱交換性能を有効に発揮させることができる。

0069

(最良の実施の形態4)
次に図9は、本願発明の最良の実施の形態4に係る蓄熱熱交換器の全体の構成を示している。

0070

この最良の実施の形態では、例えば上述の実施の形態2のように多数本の合成樹脂製の細径管2a,2a・・・、2a,2a・・・をX−Y方向に交互にクロスさせてメッシュ構造の偏平な単位熱交換器ユニットH1〜Hnを形成するようにした場合において、X−Y方向の各細径管2a,2a・・・、2a,2a・・・を対角方向ではなく、各々対辺方向中央部で収束させるとともに、同中央部分に冷媒ヘッダ21,22、21,22を設けることにより、両端側収束部2c,2c、2c,2cの細径管長さを可及的に短かく、結束しやすくししたことを特徴とするものである。

0071

このような構成によると、X−Y方向の細径管2a,2a・・・、2a,2a・・・の各端部の長さが可及的に短かくなり、端部を前述の図3のような円柱体状に揃えやすくなるとともに、冷媒ヘッダ21,22、21,22の接続管21a,22a、21a,22aとの接続が容易になる。

0072

また、相対的に冷媒の流通性が向上する。

0073

(最良の実施の形態5)
次に図10は、本願発明の最良の実施の形態5に係る蓄熱熱交換器の全体の構成を示している。

0074

以上の各最良の実施の形態の構成では、その何れの場合にも各単位熱交換器ユニットH1〜Hn毎に冷媒ヘッダ21,22、21,22の各々に接続管21a,22a、21a,22aを設けて冷媒ヘッダ21,22、21,22と接続するようにしている。

0075

したがって、同冷媒ヘッダ21,22、21,22部分の接続管21a,22a、21a,22aも、それに応じた数だけ必要であり、冷媒ヘッダ21,22、21,22部分の構造が複雑となる。

0076

そこで、この実施の形態では、例えば図10に示すように、メッシュ構造の上下方向各段の単位熱交換器ユニットH1〜Hnの細径管端部の全てを断面円形の1束に収束(結束)させることにより、各冷媒ヘッダ21,22について1つの接続管21a,22aを介して各冷媒ヘッダ21,22、21,22に接続するようにし、それによって接続管部分の数を減らして各冷媒ヘッダ21,22、21,22部分の構造を簡単にしたことを特徴とするものである。

0077

なお、図示の例では、その単位熱交換器ユニットの基本構成として、上述の最良の実施の形態4のタイプを採用している。

0078

(最良の実施の形態6)
さらに図11および図12は、本願発明の最良の実施の形態6に係る蓄熱熱交換器の全体の構成を示している。

0079

この実施の形態の蓄熱熱交換器ユニット3の構成は、例えば図11(斜視図)および図12(平面図)に示すように、偏平な箱形の冷媒ヘッダ41,42、41,42を四方に対向させて配置し、それらの各対向対面する冷媒ヘッダ41,42、41,42間に所定の間隔で多数本の合成樹脂製の細径管2a,2a・・・、2a,2a・・・を架設し、それによって少なくとも同一平面上ではクロスさせることなく多数本の細径管をX−Y方向に交互に配設したことを特徴とするものである。

0080

そして、同構成の蓄熱熱交換器ユニット3が、図1のものと同様の蓄熱容器1内に、図12のような平面状態となるように冷媒ヘッダ41,42、41,42を立てた状態にして収納設置される。

0081

このような構成によっても、略上述の各最良の実施の形態と同様に、蓄熱容器1内の蓄熱材中に伝熱管である合成樹脂製の細径管2a,2a・・・、2a,2a・・・が、多数本均一かつ均等に密集した状態でダイレクトに接触して分布するようになり、蓄熱材と細径管2a,2a・・・、2a,2a・・・との間の熱抵抗が大きく低減され、細径管2a,2a・・・、2a,2a・・・内を流れる冷媒と蓄熱材との間の熱伝達率(熱伝達性能)が大きく向上する。

0082

その結果、熱交換性能も大きく向上する。

0083

(最良の実施の形態7)
次に図13図16は、本願発明の最良の実施の形態7に係る蓄熱熱交換器の構成を示している。

0084

上述の最良の実施の形態2に係る蓄熱熱交換器の構成の場合、各単位熱交換器ユニットH1〜H2の各々は、前述の図5図7に示されるように、例えば外径0.2mm〜0.6mm程度の合成樹脂製の細径管(中空細径管)2a,2a・・・を多数本(数百本程度)クロス方向に配設することにより、相互の間に所定のピッチP,P・・・を保ったメッシュ状態で平面方向に保持されている。

0085

そして、これら多数本の細径管2a,2a・・・は、その縦方向(図面前後方向)の寸法Aと横方向(図面左右方向)の寸法Bを所定の比率に設定した平面方形の形状となるように、それぞれの長手方向両端側の各端部を対角線方向の一端側に収束させ、該各収束部2c,2cを図5のように断面円形状に結束して同対角線方向の各位置に上下方向に延びる冷媒ヘッダ21,22の水平方向の各接続管21a,21a・・・、22a,22a・・・内に収束嵌合することによって接続し、それによって、それらの各開口端がヘッダ21,22内に連通されるように構成されている。

0086

ところが、すでに述べたように、単に多数本の細径管をX−Y方向にクロスして織成しただけのメッシュ構造の熱交換器では、その外周部側端部を固定していないことから、それ以降の管端部加工工程において、図5のように多くの本数の細径管を束ねて、冷媒ヘッダ21,22の接続管21a,21aに集約しようとすると、外周部側端部の形状の変形が生じやすく、非常に集約しずらい問題がある。

0087

また、外周部側端部の端面において織込み状態(クロス状態)が解けてバラケてしまう。さらに、一旦、編み機から取り出した細径管組織は、全体の形状も定まりにくく、それぞれ多段状態での位置決めも困難である。

0088

そこで、この最良の実施の形態では、このような事情に鑑み、例えば図15および図16に示すように上記メッシュ部の外周部側端部に所定の幅の固型部5を設けてメッシュ部の外周部側端部を固型することにより、メッシュ部全体の形状を安定させるとともに、図13および図14に示すように、細径管2a,2a・・・端部の収束処理および冷媒ヘッダ21,22の接続管21a,22aとの接続を容易にしたことを特徴とするものである。

0089

すなわち、固型部5は、例えば図15図16に示すように上記蓄熱熱交換器2のメッシュ部の4方外周部側端部に位置する各細径管2a,2a・・・の上下に所定の合成樹脂材を配置し、上下両方向から加熱溶融した後に固化させることによって、同メッシュ部の外周部側端部組織固型化するようになっている。

0090

そして、このように固型部5を形成する合成樹脂材としては、上記細径管2a,2a・・・を形成する合成樹脂材よりも融点の低い合成樹脂材が選択されている。

0091

上記のように、メッシュ部の外周部側端部を、合成樹脂材を用い、同合成樹脂材を加熱溶融させた後に固化させることによって固型化する場合、上記各細径管2a,2a・・・が金属製のものの場合には特に問題がない。

0092

しかし、上記各細径管2a,2a・・・が、上述のように合成樹脂材よりなる場合、加熱時に各細径管2a,2a・・・を保護する必要がある。

0093

そこで、そのような場合、上述の固型部5を形成する合成樹脂材には、上記各細径管2a,2a・・・を形成する合成樹脂材よりも融点の低い合成樹脂材を採用して、上記各細径管2a,2a・・・に熱の影響を与えることなく、固型化用の合成樹脂材を加熱溶融して固型化するようにする。

0094

このような構成によると、上記固型部5により、相互にクロスして配設された多数本の細径管2a,2a・・・よりなるメッシュ部の外周部側端部の組織が確実に固型され、各細径管2a,2a・・・の端部組織が解れることなく、安定して織成時の状態に保持され、熱交換器全体としてのメッシュ形状も図示のような安定した形状に保持される。

0095

また、各細径管2a,2a・・・端部の位置も一定になり、例えば図14に示すように、それらの収束処理および冷媒ヘッダ部21,22の接続管21a,22aへの集合、接続も容易になる。

0096

その結果、例えば図13に示すように、同細径多管式熱交換器2を単位熱交換器ユニットH1〜Hnとして、蓄熱容器1内に所定の間隔で多段構造に積層して蓄熱熱交換器を形成するような場合にも、その位置決めが容易で、正確に積層することができる。

0097

なお、上記冷媒ヘッダ部21,22は、それぞれ対角方向に位置して設けられ例えば図13中に矢印a,bで示すように、蓄熱時又は放熱時(熱取出時)の何れかの動作に応じて何れか一方側が冷媒の入口ヘッダ、他方側が冷媒の出口ヘッダとして機能する。

0098

(最良の実施の形態8)
次に図17は、本願発明の最良の実施の形態8に係る蓄熱熱交換器の構成を示している。

0099

この実施の形態のものは、上記最良の実施の形態4の構成における各単位熱交換器ユニットH1〜Hnの各々のメッシュ部の外周部側端部に、上記最良の実施の形態7のものと同様の合成樹脂製の固型部5を設けて、メッシュ部の外周部側端部を固型することにより、メッシュ部全体の形状を安定させるとともに、各細径管端部の収束処理および冷媒ヘッダ21,22の接続管21a,22aとの接続を容易にしたことを特徴とするものである。

0100

その他の構成および作用効果は、全て実施の形態4のものと同様である。

0101

(最良の実施の形態9)
次に図18は、本願発明の最良の実施の形態9に係る蓄熱熱交換器の構成を示している。

0102

この実施の形態のものは、上記最良の実施の形態5の構成における各単位熱交換器ユニットH1〜Hnの各々のメッシュ部の外周部側端部に、上記最良の実施の形態7のものと同様の合成樹脂製の固型部5を設けて、メッシュ部の外周部側端部を固型することにより、メッシュ部全体の形状を安定させるとともに、各細径管端部の収束処理および冷媒ヘッダ21,22の接続管21a,22aとの接続を容易にしたことを特徴とするものである。

0103

その他の構成および作用効果は、全て実施の形態5のものと同様である。

0104

(最良の実施の形態10)
次に図19および図20は、本願発明の最良の実施の形態10に係る蓄熱熱交換器の構成を示している。

0105

この最良の実施の形態10は、上記最良の実施の形態2のものと同様のX−Y方向にクロスした各細径管2a,2a・・・の外周部側端部に、上記実施の形態7のものと同様の合成樹脂製の固型部5を設ける一方、同固型部5から平行な状態で所定長さ外方に突出している各細径管2a,2a・・・の端部を、全く収束させることなく、横方向に長い1本の冷媒ヘッダ31,32、31,32に対して、そのまま平行に接続するようにしている。

0106

したがって、外周部4方の細径管2a,2a・・・の各端部の冷媒ヘッダ31,32との接続は、非常に容易となる。

0107

そして、この場合、上記各冷媒ヘッダ31,32には、その管長手方向の一方側に位置して、それぞれ冷媒配管33,34、33,34が接続される。

0108

(最良の実施の形態11)
次に図21および図22は、本願発明の最良の実施の形態11に係る蓄熱熱交換器の構成を示している。

0109

この最良の実施の形態11のものは、基本的には上記最良の実施の形態10のものと同様であり、ただ冷媒ヘッダ31,32、31,32に対する冷媒配管33,34、33,34の接続位置を冷媒ヘッダ31,32、31,32の管端ではなく、管体中間位置にしたことを特徴とするものである。

0110

その他の構成、作用は全く同様である。

0111

(最良の実施の形態12)
次に図23は、本願発明の最良の実施の形態12に係る蓄熱熱交換器の構成を示している。

0112

上記最良の実施の形態7〜11の構成では、それぞれ多数本の細径管2a,2a・・・よりなるメッシュ部の外周部側端部を、合成樹脂材を用い、同合成樹脂材を加熱溶融させた後、固化させることによって固型化するに際して、別途溶着用の合成樹脂材を準備して加熱溶着するようにしている。

0113

しかし、そのようにした場合、別途溶着用の合成樹脂材が必要となり、材料コストがアップする。また溶着時の保持手段等の治具が必要になり、織成後の加工工程も複雑になる。

0114

そこで、この最良の実施の形態12の構成では、上記最良の実施の形態7〜11構成における合成樹脂製の細径管2a,2a・・・の内のメッシュ部外周部端側に位置するものを、細径管2a,2a・・・を形成する合成樹脂材よりも融点の低い細径の中実合成樹脂材2b,2b、2b,2b・・・により形成し、それらを、図23に示すように、メッシュ部の外周側端部に位置して多数本の細径管2a,2a・・・と一緒に織り込んで、扁平に加熱溶着するようにしている。

0115

このような構成によると、同溶着部での細径管2aの本数が減少するが、別途加熱溶着用の合成樹脂材を必要とせず、同時に織り込めば足りるので、固型部5の形成が容易である。例えば製造工程上、1本の生産ライン上で織り込み工程の後に加熱処理工程を置くことにより、多数本の細径管2a,2a・・・を、1本毎に型や治具に脱着することなく製造できることから、その生産性が大きく向上する。

0116

(最良の実施の形態13)
次に図24および図25は、本願発明の最良の実施の形態3に係る蓄熱熱交換器の構成を示している。

0117

上記実施の形態7〜11の構成では、それぞれ多数本の細径管2a,2a・・・よりなるメッシュ部の外周部側端部を、合成樹脂材を用い、同合成樹脂材を加熱溶融させた後、固化させることによって固型化するに際して別途溶着用の合成樹脂材を準備して加熱溶融するようにしている。

0118

しかし、そのようにした場合、別途溶着用の合成樹脂材が必要となり、材料コストがアップする。また溶着時の保持手段等の治具が必要になり、織成後の加工工程も複雑になる。

0119

また、上記最良の実施の形態12の構成では、細径管2a,2a・・・を形成する合成樹脂材よりも融点の低い細径の中実合成樹脂材2b,2b、2b,2b・・・をメッシュ部の外周側端部に位置して複数本の細径管2a,2a・・・と一緒に織り込み、加熱溶着することにより固型部5を形成するようにしているが、融点の差が相当に大きくないと、細径管2a,2a・・・が熱の影響を受けて変形する可能性がある。

0120

そこで、この最良の実施の形態13の構成では、例えばメッシュ部の外周部端側に位置して細径管2a,2a・・・と一緒に織り込まれる上記図23の中実合成樹脂材2b,2b、2b,2b・・・を、細径管2a,2a・・・よりも融点が低い発泡材を含む熱膨張性のある細径の合成樹脂材とし、それらを、例えば図24および図25に示すように、織成ライン後端において3倍程度に加熱膨張させることによって、同外周端部分を堅締することによって固型部5としたことを特徴とするものである。

0121

このような構成によると、加熱溶着する場合よりは、融点差が小さくて済み、細径管2a,2a・・・の熱変形の恐れが低減される。また、製造工程における生産効率も、より向上する。

0122

さらに、このような構成を採用した場合、同固型部5部分の厚さ(直径)が3倍位に拡大されるので、例えば、同細径多管式熱交換器2を単位熱交換器ユニットH1〜Hnとして、前述の図13のように多段構造に積層すると、同固型部5部分が相互に接触して相互の間のピッチを規定するスペーサの役目を果たすとともに、同相互の接触状態が蓄熱容器の壁部としてのシール効果をもたらす。

図面の簡単な説明

0123

本願発明の最良の実施の形態1に係る蓄熱熱交換器の全体的な構成を示す斜視図である。
同熱交換器の要部である細径管並設部分の構成を示す拡大斜視図である。
同熱交換器の要部である細径管端部の冷媒ヘッダとの接続用結束部の構成を示す拡大斜視図である。
図3の結束部の冷媒ヘッダ側接続管との接続状態を示す拡大断面図である。
本願発明の最良の実施の形態2に係る蓄熱熱交換器の全体的な構成を示す斜視図である。
同熱交換器の要部である細径管クロス部分の構成を示す拡大平面図である。
同細径管クロス部分の拡大断面図である。
本願発明の最良の実施の形態3に係る蓄熱熱交換器の要部の構成を示す斜視図である。
本願発明の最良の実施の形態4に係る蓄熱熱交換器の全体的な構成を示す斜視図である。
本願発明の最良の実施の形態5に係る蓄熱熱交換器の全体的な構成を示す斜視図である。
本願発明の最良の実施の形態6に係る蓄熱熱交換器の全体的な構成を示す斜視図である。
同熱交換器の構成を示す平面図である。
本願発明の最良の実施の形態7に係る蓄熱熱交換器の全体的な構成を示す斜視図である。
同熱交換器の単位ユニット部分の構成を示す平面図である。
同熱交換器の要部である細径管メッシュ部の構成を示す拡大平面図である。
同熱交換器のメッシュ部の構成を示す拡大断面図である。
本願発明の最良の実施の形態8に係る蓄熱熱交換器の単位ユニット部分の構成を示す平面図である。
本願発明の最良の実施の形態9に係る蓄熱熱交換器の単位ユニット部分の構成を示す平面図である。
本願発明の最良の実施の形態10に係る蓄熱熱交換器の単位ユニット部分の構成を示す平面図である。
同熱交換器の要部である細径管端部の冷媒ヘッダとの接続部の構成を示す断面図である。
本願発明の最良の実施の形態11に係る蓄熱熱交換器の単位ユニット部分の構成を示す平面図である。
同熱交換器の要部である細径管端部の冷媒ヘッダとの接続部の構成を示す断面図である。
本願発明の最良の実施の形態12に係る熱交換器の要部の構成を示す拡大平面図である。
本願発明の最良の実施の形態13に係る熱交換器の要部の構成を示す拡大平面図である。
同熱交換器の構成を示す図13のB−B線断面図である。

符号の説明

0124

1:蓄熱容器
2:蓄熱熱交換器
2a:合成樹脂製の細径管
2b:連結部材
2c:収束部(結束部)
21,22:冷媒ヘッダ
21a,22a:冷媒ヘッダの接続管
31,32,41,42:冷媒ヘッダ
H1〜Hn:単位熱交換器ユニット

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