JP2004255912A

JP2004255912A - 蓄熱装置

Info

Publication number: JP2004255912A
Application number: JP2003045980A
Authority: JP
Inventors: Daigo Takahashi; 大悟高橋; Kazuyoshi Suzuki; 一義鈴木; Koichi Saka; 鉱一坂; Teruhiko Kameoka; 輝彦亀岡
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2003-02-24
Filing date: 2003-02-24
Publication date: 2004-09-16

Abstract

【課題】過冷却材に蓄えられた熱を効率よく放熱させる。
【解決手段】放熱要求が停止するまで、過冷却材６ｂに蓄えられた熱を放熱させ得る状態とするとともに、過冷却材６ｂの温度が過冷却材の融点以下となったときには過冷却材６ｂの過冷却状態を解除する。これにより、過冷却材６ｂに蓄えられた顕熱は勿論のこと潜熱も放熱することができるので、過冷却材６ｂに蓄えられた熱を効率よく放熱することができる。
【選択図】図６

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、潜熱を蓄えたまま相変化せずに過冷却状態となる過冷却材を用いた蓄熱装置に関するもので、車両用暖房装置に用いて有効である。
【０００２】
【従来の技術】
エンジンの暖機促進又はエンジン始動直後等のエンジン冷却水温度が低いときの暖房能力を向上させるために、従来は、エンジン冷却水経路内に、過冷却特性を持った蓄熱物質を封入した蓄熱装置を配置し、前回エンジン運転時の排熱の一部を蓄熱材に蓄えておき、エンジン始動時に蓄熱材の過冷却状態を必要に応じて解除（発核）させて、発生する潜熱によって冷却水を昇温していた（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−０９３６６０号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、発明者は、特許文献１に記載の発明と同様に、エンジン冷却水経路内に過冷却特性を持った蓄熱物質を封入した蓄熱装置を配置したエンジン冷却水回路を検討したところ、以下のような問題が発生した。
【０００５】
すなわち、蓄熱物質である過冷却材は、エンジン運転時に排熱により加熱されて固相から液相となって融解潜熱を蓄えるとともに、液相状態にてさらに加熱されることにより顕熱を蓄え、次回のエンジン始動時に備える。
【０００６】
そして、エンジン停止後、過冷却材は雰囲気との温度差に応じて徐々に温度が低下していくが、過冷却材は断熱材に保温されているため、比較的に温度が低下し難い。このため、次回のエンジン始動時に、過冷却材の温度が融点（凝固点）より高い場合がある。
【０００７】
一方、過冷却材に蓄えられた熱のうち融解潜熱は、融点（凝固点）以下まで相変化せずに温度が低下した過冷却材に機械的な衝撃を与える等してその過冷却状態を解除することにより放出されるが、過冷却材の温度が融点（凝固点）より高い場合に過冷却状態を解除させる過冷却解除手段を作動させても無駄であるので、通常、過冷却解除手段を作動させる前に、過冷却材が過冷却状態にあるか否か、つまり過冷却材の温度が融点より低いか否かを判定し、過冷却材の温度が融点より低い場合に限り、過冷却解除手段を作動させて過冷却材に蓄えられた融解潜熱を放出させている。
【０００８】
しかし、この蓄熱装置では、放熱要求があった時、つまりエンジン始動時のみ、過冷却材の温度が融点より低いか否かを判定しているので、前述のごとく、エンジン始動時に過冷却材の温度が融点より高い場合には、過冷却解除手段が作動せず、過冷却材に蓄えられた熱のうち顕熱のみが放熱され、過冷却材に蓄えられた熱を効率よく放熱することができない。
【０００９】
本発明は、上記点に鑑み、第１には、従来と異なる新規な蓄熱装置を提供し、第２には、過冷却材に蓄えられた熱を効率よく放熱させることを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明では、潜熱を蓄えたまま相変化せずに過冷却状態となる過冷却材を断熱的に収納した蓄熱器（６ａ）と、過冷却材の過冷却状態を解除する過冷却解除手段（６ｃ）と備え、過冷却材に蓄熱された熱を放熱させる放熱要求を受けたときには、放熱要求が停止するまで、過冷却材に蓄えられた熱を放熱させ得る状態とするとともに、過冷却材の温度が過冷却材の融点以下のときには、過冷却解除手段（６ｃ）を作動させることを特徴とする。
【００１１】
これにより、過冷却材に蓄えられた顕熱は勿論のこと潜熱も放熱することができ得るので、過冷却材に蓄えられた熱を効率よく放熱することができる。
【００１２】
請求項２に記載の発明では、過冷却材に蓄熱された熱を放熱させる放熱要求を受けた時から過冷却材の温度を計測し始めることを特徴とする。
【００１３】
これにより、放熱要求の有無に係わらず過冷却材の温度を測定する場合に比べて制御処理負荷を低減できる。
【００１４】
請求項３に記載の発明では、請求項１又は２に記載の蓄熱装置（６）から放熱された熱を用いて室内に吹き出す空気を加熱する即効暖房モードを有することを特徴とするものである。
【００１５】
請求項４に記載の発明では、エンジン冷却水を熱源として室内に吹き出すヒータ（５）と、請求項１又は２に記載の蓄熱装置（６）とを備え、蓄熱装置（６）にて加熱されたエンジン冷却水をヒータ（５）を供給する即効暖房モードを有することを特徴とするものである。
【００１６】
請求項５に記載の発明では、請求項１又は２に記載の蓄熱装置（６）から放熱された熱を用いて、ＡＴＦ、ＣＶＴＦ、ＰＳＦ及びギヤオイルのうち少なくとも１つを加熱することを特徴とするものである。
【００１７】
因みに、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【００１８】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
本実施形態は、本発明に係る蓄熱装置を車両用暖房装置に用いたもので、図１は本実施形態に係る車両用暖房装置の模式図である。
【００１９】
エンジン１は走行用の動力を発生させる駆動源をなす熱機関であり、ラジエータ２はエンジン１で発生した廃熱を回収したエンジン冷却水と大気とを熱交換してエンジン冷却水を冷却する放熱器である。
【００２０】
サーモスタット３はラジエータ２を流れるエンジン冷却水量を調節する流量を制御することによりエンジン冷却水の温度、つまりエンジン１の温度を調節するバルブである。なお、図１では、バイパス通路３ａがエンジン１に内蔵されていないが、実際の車両では、バイパス通路３ａはエンジン１に内蔵されており、ウォータポンプ４及びサーモスタット３はエンジン１に組み付けられている。
【００２１】
ヒータ５はエンジン冷却水を熱源として室内に吹き出す空気を加熱するもので、蓄熱装置６はエンジン冷却水回路のうちエンジン１の冷却水流入側に設置されて、エンジン冷却水から吸熱した熱を蓄えるとともに、その蓄えた熱を必要に応じてエンジン冷却水に向けて放熱するものである。
【００２２】
次に、蓄熱装置６について、図２、３に基づいて述べる。
【００２３】
蓄熱装置６は、潜熱を蓄えたまま相変化せずに過冷却状態となる過冷却材６ｂを断熱的に収納した蓄熱器６ａ、過冷却材６ｂに電圧を印加することにより過冷却材６ｂの過冷却状態を解除する過冷却解除手段をなす電極６ｃ、及び過冷却材６ｂの温度を測ることにより過冷却材６ｂの状態、つまり過冷却状態にあるか否かを検出する温度センサ６ｄ等からなるものである。
【００２４】
ここで、蓄熱器６ａは、図３に示すように、複数本の冷却水通路６ｅ周りに過冷却材６ｂを充填したキャプセル６ｆ、及びキャプセル６ｆ全体を覆う断熱容器６ｇ等からなるもので、断熱容器６ｇは真空断熱層又は発泡スチロール等で構成されている。
【００２５】
そして、蓄熱装置６内に流入したエンジン冷却水は、図２に示すように、キャプセル６ｆの略中央部に設けられた冷却水通路６ｅから紙面上側の空間６ｈに流れ込み、空間６ｈから各冷却水通路６ｅに分配されて各冷却水通路６ｅにて過冷却材６ｂと熱交換し、その後、紙面下側の空間６ｊにて集合した後、蓄熱装置６外に流出する。
【００２６】
また、冷却水通路６ｅ内外にフィン６ｋ（図３参照）を設けてエンジン冷却水と過冷却材６ｂとの熱交換を促進しているとともに、電極６ｃをキャプセル６ｆの略中央部に配置して、過冷却状態の解除（発核）がキャプセル６ｆ全体に均等に伝わるようにしている。
【００２７】
因みに、本実施形態では、過冷却材６ｂとして、酢酸ナトリウム３水塩を主成分にしたものが用いられる。そして、この過冷却材６ｂは、図４に示すように、常温（２５℃）において固体であるが、５８℃以上に加熱されると、液体となり潜熱を蓄える。このように潜熱を蓄えると、その後、例えば常温まで冷却されても、この過冷却材６ｂは凝固することなくゲル状のまま、一旦蓄えた潜熱を放出することなく温度が低下するため、常温時においても、潜熱を保持した過冷却状態となる（図５参照）。そして、この過冷却状態にある過冷却材６ｂに適当な刺激を加えて過冷却状態を解除すると、蓄えていた融解潜熱を凝固熱として放出して凝固する。
【００２８】
また、電極６ｃへの電圧の印加は、電子制御装置７（図１参照）により制御されており、この電子制御装置７は、エンジン１の点火装置や燃料噴射装置等を制御するエンジン制御装置や空調装置（暖房装置）を制御するエアコン制御装置との間で信号の授受を行いながら予め設定されたプログラムに従って電極６ｃへの電圧の印加を制御する。
【００２９】
次に、図６に基づいて電子制御装置７の制御作動を述べる。
【００３０】
電子制御装置７は、放熱要求信号、つまりエンジン冷却水温度が低く、エンジン冷却水を蓄熱装置６にて加熱することを要求する信号が、エンジン制御装置又はエアコン制御装置からの放熱要求信号が入力されたときには、温度センサ６ｄの検出温度が過冷却材６ｂの融点Ｔｍ１より低いか否かを判定する（Ｓ１〜Ｓ３）。
【００３１】
そして、温度センサ６ｄの検出温度が過冷却材６ｂの融点Ｔｍ１より低い場合には、電極６ｃに電圧を印加して過冷却状態を解除してからＳ１に戻り（Ｓ４）、温度センサ６ｄの検出温度が過冷却材６ｂの融点Ｔｍ１以上の場合には、電極６ｃに電圧を印加することなく、Ｓ１に戻る。
【００３２】
このため、放熱要求が停止するまで、過冷却材６ｂに蓄えられた熱がエンジン冷却水に与え続けられるとともに、過冷却材６ｂの温度が過冷却材の融点以上の場合には、過冷却材６ｂに顕熱として蓄えられた熱がエンジン冷却水に与え続けられ、温度センサ６ｄの検出温度が過冷却材６ｂの融点Ｔｍ１より低い場合には、過冷却材６ｂに潜熱として蓄えられた熱がエンジン冷却水に与え続けられる。
【００３３】
なお、電極６ｃに電圧を印加しているときに、エンジン冷却水の温度が上昇して暖機運転が終了する等して放熱要求が停止した場合、又は過冷却材６ｂが完全に凝固して潜熱の放熱が終了した場合には、電極６ｃへの電圧印加及び温度センサ６ｄによる温度測定を停止する。
【００３４】
次に、本実施形態の作用効果を述べる。
【００３５】
本実施形態では、放熱要求が停止するまで、過冷却材６ｂに蓄えられた熱を放熱させ得る状態とするとともに、過冷却材６ｂの温度が過冷却材の融点以下となったときには過冷却材６ｂの過冷却状態を解除するので、過冷却材６ｂに蓄えられた顕熱は勿論のこと潜熱も放熱することができ、過冷却材６ｂに蓄えられた熱を効率よく放熱することができる。
【００３６】
また、過冷却材６ｂに蓄えられた熱を効率よく放熱することができるので、暖機運転時間を短縮することができるとともに、蓄熱装置６から放熱された熱を用いて室内に吹き出す空気を加熱する即効暖房モードを実施することができる。
【００３７】
また、放熱要求があったときのみ過冷却材６ｂの温度を測定するので、放熱要求の有無に係わらず過冷却材６ｂの温度を測定する場合に比べて、電子制御装置７の負荷を低減できる。
【００３８】
（第２実施形態）
第１実施形態では、蓄熱装置６がヒータ５の冷却水出口側に設けられていたので、蓄熱装置６から放熱された熱の多くは、エンジン１に吸収されてしまう。そこで、本実施形態では、図７に示すように、蓄熱装置６をヒータ５の冷却水入口側に設けて蓄熱装置６から放熱された熱の多くが暖房に利用されるようにしたものである。
【００３９】
（第３実施形態）
第１実施形態（図６参照）では、放熱要求があったときのみ過冷却材６ｂの温度を測定したが、本実施形態は、図８に示すように、放熱要求の有無に係わらず、過冷却材６ｂの温度を測定するものである。
【００４０】
（その他の実施形態）
上述の実施形態では、処理をループさせて連続的に過冷却材６ｂの温度を測定したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば１秒後、５秒後、１０秒後といったように時間をおいて電極６ｃに電圧を印加するか否か、つまり過冷却状態を解除するか否かを判定してもよい。そして、このようにすれば、電子制御装置７の負荷を減らすことができる。
【００４１】
また、上述の実施形態では、エンジン冷却水の加熱に本発明に係る蓄熱装置６を用いたが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えばエンジンオイル、ＡＴＦ（ＡｕｔｏｍａｔｉｃＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎＦｌｕｉｄ、自動変速機用オイル）、ＣＶＴＦ（ＣｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙＶａｒｉａｂｌｅＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎＦｌｕｉｄ、無段階変速機用オイル）、ＰＳＦ（ＰｏｗｅｒＳｔｅｅｒｉｎｇＦｌｕｉｄ、パワーステアリング用オイル）、ギアオイル等の加熱に用いてもよい。
【００４２】
また、上述の実施形態では、過冷却材６ｂの温度のみに基づいて過冷却材６ｂの状態を検出したが、本発明はこれに限定されるものではなく、他のパラメータも考慮して多次元的に過冷却材６ｂの状態を検出してもよい。
【００４３】
また、過冷却材６ｂは上述の実施形態に示されたものに限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る車両用暖房装置の模式図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る蓄熱装置の断面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ断面図である。
【図４】過冷却材の特性図である。
【図５】過冷却材及び冷却水の温度変化を示すグラフである。
【図６】本発明の第１実施形態に係る蓄熱装置の制御を示すフローチャートである。
【図７】本発明の第２実施形態に係る車両用暖房装置の模式図である。
【図８】本発明の第３実施形態に係る蓄熱装置の制御を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１…エンジン、２…ラジエータ、３…サーモスタット、
４…ポンプ、５…ヒータ、６…蓄熱装置、７…電子制御装置。

Claims

潜熱を蓄えたまま相変化せずに過冷却状態となる過冷却材を断熱的に収納した蓄熱器（６ａ）と、
前記過冷却材の過冷却状態を解除する過冷却解除手段（６ｃ）と備え、
前記過冷却材に蓄熱された熱を放熱させる放熱要求を受けたときには、前記放熱要求が停止するまで、前記過冷却材に蓄えられた熱を放熱させ得る状態とするとともに、前記過冷却材の温度が過冷却材の融点以下のときには、前記過冷却解除手段（６ｃ）を作動させることを特徴とする蓄熱装置。
前記過冷却材に蓄熱された熱を放熱させる放熱要求を受けた時から前記過冷却材の温度を計測し始めることを特徴とする請求項１に記載の蓄熱装置。
請求項１又は２に記載の蓄熱装置（６）から放熱された熱を用いて室内に吹き出す空気を加熱する即効暖房モードを有することを特徴とする車両用暖房装置。
エンジン冷却水を熱源として室内に吹き出すヒータ（５）と、
請求項１又は２に記載の蓄熱装置（６）とを備え、
前記ヒータ（５）に供給されるエンジン冷却水を前記蓄熱装置（６）にて加熱する即効暖房モードを有することを特徴とする車両用暖房装置。
請求項１又は２に記載の蓄熱装置（６）から放熱された熱を用いて、ＡＴＦ、ＣＶＴＦ、ＰＳＦ及びギヤオイルのうち少なくとも１つを加熱することを特徴とする車両。