JP2006189170A - 蓄熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】蓄熱装置において、熱媒体と蓄熱材との間の熱伝達効率の向上を図ると共に構成の簡素化及び低コスト化を図る。
【解決手段】２枚のシート材４８，４９の間に蓄熱材５０を挟み、各シート材４８，４９を所定間隔で複数位置を接合することで、蓄熱材封入部４５ａと溝部４５ｂが交互に設けたシート部材４５を製造し、このシート部材４５をパイプ５１に巻き取ることで複数の蓄熱材封入部４５ａからなる蓄熱部４６と溝部４５ｂに対応した複数の冷却水通路４７を形成した状態で、真空部４４により断熱機能を有する蓄熱容器４１内に挿入して第１室５２及び第２室５３を区画し、第１室５２にエンジン冷却水の送水管５５を連結し、第２室５３に配水管５１を連結する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、冷却水やオイルなどの熱媒体が持つ熱を蓄熱する蓄熱装置に関するものである。

一般的な水冷式エンジンでは、エンジンに冷却水通路としてウォータジャケットを設け、エンジン冷却水をこのウォータジャケットに循環することで、エンジン全体を均一に冷却するようにしている。ところが、エンジンを冷間始動するときには、低温のエンジン冷却水がウォータジャケットを循環することとなり、エンジンを早期に暖機することができない。この場合、エンジンの吸気ポートや燃焼室等の壁面温度が低くなるため、燃料が霧化し難くなり、始動性の低下や排気エミッションの悪化などが誘発されてしまう。

そこで、従来、水冷式エンジンにおいて、エンジン冷却水が持つ熱を蓄熱タンクに一時的に蓄熱し、エンジンが冷間始動されるときに、この蓄熱タンク内の高温のエンジン冷却水をエンジンのウォータジャケットに循環させることで、エンジンを早期に暖機するようにした蓄熱装置が提案されている。

なお、従来の蓄熱装置としては、例えば、下記特許文献１に記載されたものがある。この下記特許文献１に記載された「蓄熱槽」は、蓄熱槽内に複数の蓄熱体を配置することで、その間に熱媒体流路を形成し、流入口から槽内に入った熱媒体が熱媒体流路を流動することで熱媒体と蓄熱体との間で蓄熱または放熱を行うものである。

特開平６−０５０１２１号公報

ところで、エンジン冷却水などの熱媒体と蓄熱体との間で蓄熱及び放熱を行う場合、熱の出入りを迅速に行うために、この熱媒体と蓄熱体との伝熱面積を大きくする必要がある。上述した特許文献１では、蓄熱槽内に複数の蓄熱体を配置してその間に熱媒体流路を形成し、熱媒体がこの熱媒体流路を流動するときに蓄熱体に接触して熱交換を行っている。そのため、時間当たりの熱伝達量が十分でなく、蓄熱体による熱媒体の加熱、即ち、エンジンの暖機を短時間で行うことができず、エンジン始動性や排気エミッションを十分に向上させることができない。また、熱媒体と蓄熱体との伝熱面積を大きくするために、蓄熱槽内における蓄熱体の位置を考慮して熱媒体流路を長くしたり、蓄熱体にフィンなどを設けることが考えられるが、装置自体の構成が複雑となり、製造コストの増加を招いてしまう。

本発明は、このような問題を解決するためのものであって、熱媒体と蓄熱材との間の熱伝達効率の向上を図ると共に構成の簡素化及び低コスト化を図った蓄熱装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の蓄熱装置は、断熱機能を有する蓄熱容器と、該蓄熱容器内に設けられた蓄熱部と、該蓄熱部に設けられた熱媒体通路と、該熱媒体通路の一端部に熱媒体を供給する熱媒体供給部と、前記熱媒体通路の他端部から熱媒体を排出する熱媒体排出部とを具えた蓄熱装置において、複数の棒状をなす蓄熱材封入部を並列状態で連結してシート部材を形成し、該シート部材を巻き取ることで前記蓄熱部が形成されると共に、前記シート部材の重合部に前記熱媒体通路が複数形成されたことを特徴とするものである。

また、本発明の蓄熱装置では、前記シート部材は、２枚のシート材を所定間隔で接合してその間に蓄熱材を封入することで前記蓄熱材封入部が並列状態に形成されると共に、前記シート部材を巻き取ることで前記シート材の接合位置に対応して前記熱媒体通路が複数形成されたことを特徴としている。

本発明の蓄熱装置では、前記シート材の接合位置に管状部材を装着した状態で前記シート部材を巻き取ることで、該管状部材により前記熱媒体通路が形成されたことを特徴としている。

本発明の蓄熱装置では、前記シート部材と共に炭素繊維からなる熱伝達シートが重ねて巻き取られたことを特徴としている。

本発明の蓄熱装置では、前記シート部材は、蓄熱材を封入したパイプ部材を連結部材により連結することで前記蓄熱材封入部が並列状態に形成されると共に、前記シート部材を巻き取ることで前記パイプ部材の連結位置に対応して前記熱媒体通路が複数形成されたことを特徴としている。

本発明の蓄熱装置は、断熱機能を有する蓄熱容器と、該蓄熱容器内に設けられた蓄熱部と、該蓄熱部に設けられた熱媒体通路と、該熱媒体通路の一端部に熱媒体を供給する熱媒体供給部と、前記熱媒体通路の他端部から熱媒体を排出する熱媒体排出部とを具えた蓄熱装置において、複数の棒状をなす蓄熱材封入部材が束状となって前記蓄熱部が形成されると共に、この束状となって隣接した前記蓄熱材封入部材の隙間に前記熱媒体通路が形成されたことを特徴とするものである。

本発明の蓄熱装置では、前記蓄熱容器は縦型形状をなし、内部に蓄熱部が設けられることで前記熱媒体通路により連通する下端部の第１室と上端部の第２室とが形成され、前記蓄熱容器の下部から前記第１室に前記熱媒体供給部が連結される一方、前記蓄熱容器の下部から前記蓄熱部を貫通して前記第２室に熱媒体排出部が連結されたことを特徴としている。

本発明の蓄熱装置では、蓄熱部の中心位置に所定長さのパイプを配設することで前記熱媒体排出部が形成されたことを特徴としている。

本発明の蓄熱装置では、前記蓄熱容器は、内部に蓄熱部が設けられることで前記熱媒体通路により連通する第１室と第２室とが形成され、前記第１室に整流部材が装着されると共に前記熱媒体供給部が連結される一方、前記第２室に前記熱媒体排出部が連結されたことを特徴としている。

本発明の蓄熱装置によれば、断熱機能を有する蓄熱容器内に蓄熱部を設けると共に、この蓄熱部に熱媒体通路を設け、熱媒体通路の一端部に熱媒体を供給する熱媒体供給部を設ける一方、熱媒体通路の他端部から熱媒体を排出する熱媒体排出部を設けて構成し、複数の棒状をなす蓄熱材封入部を並列状態で連結してシート部材を形成し、このシート部材を巻き取ることで蓄熱部を形成すると共に、シート部材の重合部に熱媒体通路を複数形成したので、熱媒体供給部から蓄熱容器に高温の熱媒体が供給された場合、この高温の熱媒体が熱媒体通路を通過するときに蓄熱部に熱伝達して蓄熱される一方、熱媒体供給部から蓄熱容器に低温の熱媒体が供給された場合、この低温の熱媒体が熱媒体通路を通過するときに蓄熱部から熱伝達されて高温となり、簡単な構成で伝熱面積を拡大することができ、蓄熱量及び放熱量を増加して熱媒体と蓄熱材との間の熱伝達効率を向上することができると共に、構成の簡素化及び低コスト化を図ることができる。

以下に、本発明に係る蓄熱装置の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。

図１は、本発明の実施例１に係る蓄熱装置の断面図、図２は、図１のII−II線に沿った断面図、図３は、実施例１の蓄熱装置におけるシート部材の積層状態を表す断面図、図４は、シート部材の正面図、図５は、図４のＶ−Ｖ線に沿った断面図、図６は、実施例１の蓄熱装置が適用されたエンジンの冷却装置を表す概略図である。

本実施例の車両は、ガソリンエンジンと電気モータの２種類の動力源を組み合わせて使用するパワートレーンを有するハイブリッド車両である。従って、イグニッションキースイッチのオン操作時に、エンジン冷却水の温度が所定温度以下であると、エンジンが始動し、発進時や低速走行時には、エンジンを停止して電気モータにより走行し、通常走行時には、エンジンまたは電気モータにより走行し、高負荷時には、エンジン及び電気モータにより走行するように制御される。

まず、上述したハイブリッド車両に搭載されたエンジンの冷却装置について説明する。実施例１の蓄熱装置が適用されたエンジン冷却装置において、図６に示すように、エンジン１１は水冷式直列４気筒エンジンであって、シリンダブロック１２の上部にシリンダヘッド１３が締結されて構成され、シリンダブロック１２には４つの気筒１４が直列に形成されている。そして、このシリンダブロック１２には、各気筒１４の周囲に位置してウォータジャケット１５が形成される一方、シリンダヘッド１３にも、図示しない吸気ポート及び吸気ポートを避けるように、シリンダブロック１２のウォータジャケット１５に連結するウォータジャケット１６が形成されている。

シリンダブロック１２のウォータジャケット１５の入口側には、エンジン１１によって駆動する機械式のウォータポンプ１７が装着されると共に、このウォータポンプ１７の吸入側にはサーモスタット弁１８が装着されている。従って、このウォータポンプ１７によりエンジン冷却水をシリンダブロック１２及びシリンダヘッド１３の各ウォータジャケット１５，１６に供給して循環することができる。

シリンダヘッド１３のウォータジャケット１６の出口側には、第１冷却水循環通路１９の基端部が連結されており、この第１冷却水循環通路１９の先端部はラジエータ２０に連結され、このラジエータ２０は第２冷却水循環通路２１を介してサーモスタット弁１８に連結されている。なお、ラジエータ２０には連結通路２２を介してリザーバタンク２３が連結されている。また、ウォータジャケット１６の出口側には、バイパス通路２４の基端部が連結されており、このバイパス通路２４の先端部はサーモスタット弁１８に連結されている。更に、ウォータジャケット１６の出口側には、第１ヒータ通路２５の基端部が連結されており、この第１ヒータ通路２５の先端部はヒータコア２６に連結され、このヒータコア２６は第２ヒータ通路２７を介してサーモスタット弁１８に連結されている。

このサーモスタット弁１８は、エンジン冷却水の温度に応じて開閉するものであり、シリンダヘッド１３のウォータジャケット１６の出口部には、エンジン１１内を流れるエンジン冷却水の温度を検出する温度センサ２８が設けられている。従って、サーモスタット弁１８にて、エンジン１１の始動直後など、温度センサ２８が検出したエンジン冷却水の温度が所定温度以下のときには、バイパス通路２４と連通し、エンジン１１の始動から所定時間経過後などエンジン冷却水の温度が所定温度より高いときには、第２冷却水循環通路２１と連通する。

また、エンジン１１には、エンジン冷却水が高温であるとき、この高温のエンジン冷却水の熱を蓄熱する一方、エンジン冷却水が低温であるとき、この蓄熱した熱により低温のエンジン冷却水を加熱する蓄熱装置が設けられている。ここで、本実施例の蓄熱装置について詳細に説明する。

即ち、本実施例の蓄熱装置において、第１ヒータ通路２５の中途部と第２ヒータ通路２７の中途部を連結してヒータコア２６をバイパスするように予熱通路２９が設けられており、この予熱通路２９に蓄熱タンク３０が設けられている。そして、第１ヒータ通路２５と予熱通路２９との連結部に切換弁３１が設けられ、予熱通路２９における第２ヒータ通路２７側に電動式のウォータポンプ３２が設けられている。

この蓄熱タンク３０において、図１乃至図３に示すように、蓄熱容器４１は、外側容器４２と内側容器４３が所定の隙間をあけて重合し、端部が溶接により固定されており、外側容器４２と内側容器４３との間を真空部４４とすることで、断熱機能を有するものとなっている。そして、この蓄熱容器４１は縦型形状をなし、下端部に開口部４１ａが形成され、この開口部４１ａから内部にかけて同一径となるように形成されている。

蓄熱容器４１内には、シート部材４５により構成された蓄熱部４６と冷却水通路（熱媒体通路）４７とが設けられている。このシート部材４５は、詳細を後述するが、複数の棒状をなす蓄熱材封入部を並列状態で連結してなり、このシート部材４５を巻き取ることで蓄熱部４６が形成されると共に、このシート部材４５の重合部に熱媒体通路４７が複数形成されている。

即ち、図４及び図５に示すように、蓄熱容器４１の長さより短い幅Ｗで、所定長さＬを有する軟質性の樹脂からなる２枚のシート材４８，４９を用意し、このシート材４８，４９の間に粉末状の蓄熱材５０を挟み、外周部を接合すると共に、長さＬ方向に所定間隔で両シート材４８，４９を複数位置で接合する。この場合、接合方法としては、熱による溶着や接着剤による接着などが望ましい。このように接合すると、内部に蓄熱材５０を封入した幅Ｗ方向に沿った蓄熱材封入部４５ａが長さＬ方向に並列状態に形成されると共に、各蓄熱材封入部４５ａの間に溝部４５ｂが形成されたシート部材４５が製造される。そして、このように製造されたシート部材４５を、図１乃至図３に示すように、蓄熱容器４１の長さより長いパイプ５１に、蓄熱材封入部４５ａ及び溝部４５ｂがこのパイプ５１と平行となるように巻き取ってシート部材４５を密着するように重合させる。すると、複数の蓄熱材封入部４５ａからなる蓄熱部４６と、この重合部におけるシート材４８，４９の接合位置、つまり、溝部４５ｂに対応して複数の冷却水通路４７が形成される。この場合、パイプ５１に巻き取ったシート部材４５の外径が蓄熱容器４１の内径とほぼ等しくなるように、シート材４８，４９の長さＬを設定する。なお、このシート材４８，４９に封入される蓄熱材５０は、エンジン冷却水よりも多くの熱量を蓄熱することが可能である潜熱蓄熱材である。

パイプ５１に巻き取ったシート部材４５を蓄熱容器４１内に挿入することで、この蓄熱容器４１内の下端部に第１室５２と上端部に第２室５３が区画して形成され、この第１室５２と第２室５３と複数の冷却水通路４７により連通されている。そして、蓄熱容器４１の開口部４１ａを閉塞するように、ウレタン製のキャップ５４が図示しないＯリングを介して嵌着されており、このキャップ５４の中心部からずれた位置に外部から短いパイプ５５を貫通して第１室５２に連通することで、このパイプ５５を外部から第１室５２にエンジン冷却水を供給する送水管（熱媒体供給部）として機能させる。一方、キャップ５４の中心部に前述したパイプ５１の一端部を貫通して第２室５３に連通することで、このパイプ５１を外部にエンジン冷却水を排出する配水管（熱媒体排出部）として機能させる。なお、送水管５５の他端部は、予熱通路２９におけるウォータポンプ３２側に連結（図６参照）され、配水管５１の他端部は、予熱通路２９における切換弁３１に連結（図６参照）されている。

なお、パイプ５１にシート部材４５を巻き取るとき、シート部材４５の重なった面同士を接着剤により固定することで、封入した蓄熱材５０の固液状態に拘らず、冷却水通路４７の形状を維持することができる。また、シート部材４５の重なった面同士の間にシール材を介装することで漏れをなくし、第１室５２のエンジン冷却水を冷却水通路４７を通して確実に第２室５３に流動させることができる。更に、パイプ５１に巻き取ったシート部材４５を蓄熱容器４１内に挿入するとき、巻き取られたシート部材４５の外周面と蓄熱容器４１の内面とを接着剤により固定し、且つ、シール部材を介装することで、冷却水通路４７の形状維持とエンジン冷却水の漏れを防止することができる。

また、キャップ５４の先端部には、複数の送水孔５６ａが均一に形成された整流部材５６が装着されており、キャップ５４が蓄熱容器４１に固定された状態で、この整流部材５６は第１室５２の中間部に位置し、送水管５５から第１室５２に供給されたエンジン冷却水を全ての冷却水通路４７に均等に供給するようにしている。

従って、高温のエンジン冷却水が送水管５５から蓄熱容器４１の第１室５２に供給された場合、高温のエンジン冷却水は整流部材５６により全ての冷却水通路４７に均等に配分され、各冷却水通路４７を上昇して第２室５３に流れる。このとき、シート部材４５にて、冷却水通路４７に隣接して蓄熱部４６が形成されており、高温のエンジン冷却水の熱が蓄熱部４６に伝達されることとなり、蓄熱部４６と冷却水通路４７との伝熱面積が拡大されることで、蓄熱部４６は熱を効率的に蓄熱することができる。そして、シート部材４５で熱交換したエンジン冷却水は低温となって第２室５３に至り、配水管５１を通って外部に排出される。

一方、エンジン１１の始動時など、低温のエンジン冷却水が送水管５５から蓄熱容器４１の第１室５２に供給された場合、低温のエンジン冷却水は整流部材５６により全ての冷却水通路４７に均等に配分され、各冷却水通路４７を上昇して第２室５３に流れる。このとき、シート部材４５にて、冷却水通路４７に隣接して蓄熱部４６が形成されており、蓄熱部４６に蓄熱された熱が低温のエンジン冷却水に伝達されることとなり、蓄熱部４６と冷却水通路４７との伝熱面積が拡大されることで、蓄熱部４６の熱をエンジン冷却水に効率的に放熱することができる。そして、シート部材４５で熱交換したエンジン冷却水は高温となって第２室５３に至り、配水管５１を通って外部に排出される。

ここで、本実施例の蓄熱装置が適用されたエンジン冷却装置の制御について説明する。図６に示すように、エンジン１１が暖機された状態では、エンジン冷却水の温度が所定温度より高くなっており、サーモスタット弁１８は第２冷却水循環通路２１及び第２ヒータ通路２７をウォータジャケット１５，１６側と連通している。従って、エンジン冷却水は、図６に実線で示すように、ウォータポンプ１７によりシリンダブロック１２のウォータジャケット１５からシリンダヘッド１３のウォータジャケット１６に供給され、エンジン１１を冷却する。そして、シリンダヘッド１３のウォータジャケット１６から排出された高温のエンジン冷却水は、第１冷却水循環通路１９からラジエータ２０に循環されてここで冷却される。また、シリンダヘッド１３のウォータジャケット１６から排出された高温のエンジン冷却水は、第１ヒータ通路２５からヒータコア２６に循環され、暖房に寄与する。

また、予熱通路２９に装着されたウォータポンプ３２を駆動することで、高温のエンジン冷却水を蓄熱タンク３０内に循環する。すると、図１に示すように、高温のエンジン冷却水が送水管５５を通して蓄熱容器４１の第１室５２に供給され、高温のエンジン冷却水が整流部材５６により整流されてから各冷却水通路４７を通って第２室５３に流動するとき、この高温のエンジン冷却水の熱が多数の蓄熱部４６に伝達されて蓄熱される。従って、エンジン１１が停止した後は、ウォータジャケット１５，１６内のエンジン冷却水が低温となっても、蓄熱タンク３０内の蓄熱部４６には大量の熱が蓄熱されることとなる。

そして、運転者がエンジン１１を始動しようと、イグニッションキースイッチをオン操作したとき、水温センサ２８が検出したウォータジャケット１６内のエンジン冷却水の温度が所定温度以下の場合には、エンジン１１が始動する前に、エンジン冷却水の予熱処理を行う。

即ち、予熱通路２９に装着されたウォータポンプ３２を駆動すると共に、切換弁３１により第１ヒータ通路２５におけるシリンダヘッド１３のウォータジャケット１６側の通路と予熱通路２９とを連通することで、図６に点線で示すように、蓄熱タンク３０内の高温のエンジン冷却水を予熱通路２９及び第１ヒータ通路２５を介してシリンダヘッド１３のウォータジャケット１６に循環する。この場合、ウォータポンプ３２の駆動により低温の冷却水が蓄熱タンク３０内に供給されることで、図１に示すように、蓄熱タンク３０内の高温のエンジン冷却水が予熱通路２９に送り出される。そして、蓄熱容器４１の第１室５２に供給された低温の冷却水は、各冷却水通路４７を通って第２室５３に流動するとき、蓄熱部４６から熱を受け取って第２室５３から流動し、高温となって配水管５１から送り出される。

そして、予熱通路２９の電動式のウォータポンプ３２だけが駆動し、エンジン１１の機械式のウォータポンプ１７が停止していることで、ウォータポンプ３２、蓄熱タンク３０、予熱通路２９、第１ヒータ通路２５、ウォータジャケット１６、ウォータジャケット１５、ウォータポンプ１７、サーモスタット弁１８、第２ヒータ通路２７、ウォータポンプ３２の順でエンジン冷却水が流れることとなる。従って、高温のエンジン冷却水が始動前のエンジン１１のウォータジャケット１５，１６に循環されることとなり、事前にエンジン１１を加熱することができる。

その後、エンジン１１が始動されると、ウォータポンプ３２の駆動を停止すると共に、切換弁３１によりシリンダヘッド１３のウォータジャケット１６側からヒータコア２６側への第１ヒータ通路２５の流れを可能とし、サーモスタット弁１８はバイパス通路２４と連通することとなる。すると、エンジン冷却水は、図６に実線で示ように、ウォータポンプ１７、ウォータジャケット１５、ウォータジャケット１６、バイパス通路２４、サーモスタット弁１８、ウォータポンプ１７の順に流れる。この場合、各通路には蓄熱タンク３０で加熱された高温のエンジン冷却水が循環されることで、エンジン１１が予熱されており、エンジン１１の暖機を促進することができる。

このように実施例１の蓄熱装置にあっては、２枚のシート材４８，４９の間に蓄熱材５０を挟み、各シート材４８，４９を所定間隔で複数位置を接合することで、蓄熱材封入部４５ａと溝部４５ｂが交互に設けられたシート部材４５を製造し、このシート部材４５をパイプ５１に巻き取ることで複数の蓄熱材封入部４５ａからなる蓄熱部４６と溝部４５ｂに対応した複数の冷却水通路４７を形成し、真空部４４により断熱機能を有する蓄熱容器４１内にこのシート部材４５を挿入することで、第１室５２及び第２室５３を区画し、第１室５２にエンジン冷却水の送水管５５を連結し、第２室５３に配水管５１を連結している。

従って、送水管５５から蓄熱容器４１の第１室５２に高温の熱媒体が供給された場合、この高温のエンジン冷却水が冷却水通路４７を通過するときに蓄熱部４６に熱伝達して蓄熱される一方、送水管５５から蓄熱容器４１に低温のエンジン冷却水が供給された場合、この低温のエンジン冷却水が冷却水通路４７を通過するときに蓄熱部４６から熱伝達されて高温となり、簡単な構成で蓄熱部４６と冷却水通路４７との伝熱面積を拡大することができ、蓄熱量及び放熱量を増加してエンジン冷却水と蓄熱部４６との間の熱伝達効率を向上することができる。

その結果、エンジン１１の暖機後におけるエンジン冷却水の熱を蓄熱タンク３０に蓄熱し、エンジン始動前に蓄熱タンク３０に蓄熱した熱によりエンジン冷却水を加熱し、高温のエンジン冷却水をエンジン１１に送って予熱することで、エンジン１１の暖機を促進することができる。そして、エンジンの暖機を短時間で行うことで、エンジン始動性や排気エミッションを向上させることができる。

また、蓄熱材封入部４５ａと溝部４５ｂとが交互に設けられたシート部材４５をパイプ５１に巻き取って蓄熱部４６と冷却水通路４７を形成し、また、このシート部材４５を２枚のシート材４８，４９により蓄熱材５０を挟んで複数位置を接合して製造している。従って、伝熱面積の広い蓄熱部４６と冷却水通路４７とを簡単に形成することができ、装置の簡素化及び低コスト化を図ることができる。

図７は、本発明の実施例２に係る蓄熱装置におけるシート部材の正面図、図８は、図７のVIII−VIII線に沿った断面図、図９は、実施例２の蓄熱装置におけるシート部材の積層状態を表す断面図である。なお、前述した実施例で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。

実施例２の蓄熱装置の全体構成は、前述した実施例１とほぼ同様であり、蓄熱容器内に配置されたシート部材の構成のみが相違している。即ち、実施例２の蓄熱装置において、図７及び図８に示すように、所定の幅Ｗで所定長さＬを有する軟質性の樹脂からなる２枚のシート材４８，４９を用意し、このシート材４８，４９の間に粉末状の蓄熱材５０を挟み、外周部を接合すると共に、長さＬ方向に所定間隔で両シート材４８，４９を複数位置で接合する。すると、内部に蓄熱材５０を封入した幅Ｗ方向に沿った蓄熱材封入部６２ａが長さＬ方向に並列状態に形成されると共に、各蓄熱材封入部６２ａの間に溝部６２ｂが形成され、この各溝部６２ｂに管状部材としての冷却水用細管６１を装着することで、シート部材６２が製造される。

このように製造されたシート部材６２をこの冷却水用細管６１の軸方向を軸心として巻き取り、このシート部材６２の表面部が密着するように重合させる。すると、図９に示すように、複数の蓄熱材封入部６２ａからなる蓄熱部４６と、溝部６２ｂに位置する冷却水用細管６１により冷却水通路４７が形成される。この場合、シート部材６２に対して冷却水用細管６１を固定しなくても良いが、固定することで位置ずれを防止することができる。また、シート材４８，４９の間に蓄熱材５０を挟んだ状態で外周部を接合する必要はあるが、所定間隔で複数位置を接合しなくても良く、溝部６２ｂに該当する位置に冷却水用細管６１を装着して巻き取っても良い。

そして、巻き取ったシート部材６２を、前述した実施例１と同様に、蓄熱容器内に挿入することで、この蓄熱容器内に蓄熱材封入部６２ａからなる蓄熱部４６と、冷却水用細管６１からなる冷却水通路４７を容易に配設することができる。

このように実施例２の蓄熱装置にあっては、２枚のシート材４８，４９の間に蓄熱材５０を挟み、各シート材４８，４９を所定間隔で複数位置を接合することで、蓄熱材封入部６２ａと溝部６２ｂとを交互に形成し、各溝部６２ｂに冷却水用細管６１を装着してシート部材６２を製造し、このシート部材６２を巻き取ることで複数の蓄熱材封入部６２ａからなる蓄熱部４６と冷却水用細管６１からなる冷却水通路４７を形成し、断熱機能を有する蓄熱容器内にこのシート部材６２を挿入して用いるようにしている。

従って、溝部６２ｂに冷却水用細管６１を装着してこれを冷却水通路４７として活用することで、シート部材６２を巻き取っても冷却水通路４７の通路断面形状が変形することはなく、断熱容器内でエンジン冷却水が均一に流動することとなり、簡単な構成で蓄熱部４６と冷却水通路４７との十分な伝熱面積を確保することができ、エンジン冷却水と蓄熱部４６との間の熱伝達時間を短縮して熱伝達効率を向上することができる。

図１０は、本発明の実施例３に係る蓄熱装置の断面図である。なお、前述した実施例で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。

実施例３の蓄熱装置において、図１０に示すように、蓄熱タンク３０は、前述した実施例１と同様に、真空断熱機能を有する蓄熱容器４１内に、蓄熱材封入部４５ａ及び溝部４５ｂが交互に形成されたシート部材４５を巻き取った状態で挿入し、内部に蓄熱部４６と冷却水通路４７とを設けている。そして、本実施例では、パイプを用いてシート部材４５を巻き取らずにその中心部に冷却水排出通路を確保している。

即ち、図１０に示すように、シート部材４５は、所定の大きさの２枚のシート材４８，４９の間に蓄熱材５０を挟み、所定の位置を接合して複数の蓄熱材封入部４５ａと溝部４５ｂとを交互に形成して製造する。そして、このように製造されたシート部材４５を、中心部に所定の内径を有する冷却水排出通路７１が形成されるように、巻き取ってシート部材４５の表面が密着するように重合させる。すると、中心部に冷却水排出通路７１が形成されると共に、複数の蓄熱材封入部４５ａからなる蓄熱部４６と、複数の溝部４５ｂに対応した冷却水通路４７が形成される。

巻き取ったシート部材４５を蓄熱容器４１内に挿入することで、この蓄熱容器４１内の下端部に第１室５２と上端部に第２室５３が区画して形成され、この第１室５２と第２室５３と複数の冷却水通路４７により連通され。開口部４１ａにキャップ５４を嵌着して閉止する。そして、このキャップ５４の中心部からずれた位置に外部からパイプ５５を第１室５２に貫通し、このパイプ５５を送水管として機能させる一方、キャップ５４の中心部に外部からパイプ７２を第１室５２に貫通して冷却水排出通路７１に連通することで、この冷却水排出通路７１及び配水管としてのパイプ７２を外部にエンジン冷却水を排出する熱媒体排出部として機能させる。

従って、高温のエンジン冷却水が送水管５５から蓄熱容器４１の第１室５２に供給された場合、高温のエンジン冷却水は整流部材５６で整流されてから各冷却水通路４７に流入し、この各冷却水通路４７を上昇するときに、高温のエンジン冷却水の熱が隣接する蓄熱部４６に伝達されることとなり、蓄熱部４６は熱を効率的に蓄熱する。そして、シート部材４５で熱交換したエンジン冷却水は低温となって第２室５３に至り、冷却水排出通路７１及び配水管７２を通って外部に排出される。

一方、エンジン１１の始動時など、低温のエンジン冷却水が送水管５５から蓄熱容器４１の第１室５２に供給された場合、低温のエンジン冷却水は整流部材５６により整流されてから各冷却水通路４７に流入し、この各冷却水通路４７を上昇するときに、低温の冷却水は、隣接する蓄熱部４６に蓄熱された熱を受け取ることとなり、蓄熱部４６は熱を効率的に放熱する。そして、シート部材４５で熱交換したエンジン冷却水は高温となって第２室５３に至り、冷却水排出通路７１及び配水管７２を通って外部に排出される。

このように実施例３の蓄熱装置にあっては、２枚のシート材４８，４９の間に蓄熱材５０を挟み、各シート材４８，４９を所定間隔で複数位置を接合することで、蓄熱材封入部４５ａと溝部４５ｂとを交互に形成してシート部材６２を製造し、このシート部材６２を中心部に空洞部を設けるように巻き取ることで、中心部に冷却水排出通路７１を形成すると共に、複数の蓄熱材封入部４５ａからなる蓄熱部４６と溝部４５ｂからなる冷却水通路４７を形成し、蓄熱容器４１内にこのシート部材４５を挿入することで、第１室５２及び第２室５３を区画し、第１室５２に送水管５５を連結し、冷却水排出通路７１に配水管７２を連結している。

従って、第２室５３のエンジン冷却水を外部に排出するために、シート部材４５の中心部に設けるパイプを不要として、装置の簡素化及び低コスト化を図ることができると共に、第２室５３のエンジン冷却水が冷却水排出通路７１を通って外部に排出されるときも、エンジン冷却水と蓄熱部４６との間での熱交換が可能となり、伝熱面積を拡大してエンジン冷却水と蓄熱部４６との間の熱伝達効率を向上することができる。

図１１は、本発明の実施例４に係る蓄熱装置におけるシート部材の積層状態を表す断面図である。なお、前述した実施例で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。

実施例４の蓄熱装置の全体構成は、前述した実施例１とほぼ同様であり、蓄熱容器内に配置されたシート部材の構成のみが相違している。即ち、実施例４の蓄熱装置において、図１１に示すように、所定の幅で所定長さを有する軟質性の樹脂からなる２枚のシート材４８，４９を用意し、このシート材４８，４９の間に粉末状の蓄熱材５０を挟み、外周部を接合すると共に、長さ方向に所定間隔で両シート材４８，４９を複数位置で接合することで、内部に蓄熱材５０を封入した蓄熱材封入部４５ａが並列状態に形成されると共に、各蓄熱材封入部４５ａの間に溝部４５ｂが形成されたシート部材４５が製造される。

このように製造されたシート部材４５の平面部に炭素繊維からなる熱伝達シート８１を重ね、シート部材４５及び熱伝達シート８１を重ねて巻き取り、互いに密着するように重合させる。すると、複数の蓄熱材封入部４５ａからなる蓄熱部４６と、溝部４５ｂに対応して冷却水通路４７が形成されると共に、各蓄熱部４６と各冷却水通路４７とが熱伝達シート８１を介して密着することとなる。この場合、シート部材４５に対して熱伝達シート８１を接着しなくても良いが、接着することで密着性が増し、熱伝達性を向上することができる。

そして、巻き取ったシート部材４５及び熱伝達シート８１を、前述した実施例１と同様に、蓄熱容器内に挿入することで、この蓄熱容器内に蓄熱材封入部４５ａからなる蓄熱部４６と、溝部４５ｂからなる冷却水通路４７を容易に配設することができる。

このように実施例４の蓄熱装置にあっては、２枚のシート材４８，４９の間に蓄熱材５０を挟み、各シート材４８，４９を所定間隔で複数位置を接合することで、蓄熱材封入部４５ａと溝部４５ｂとを交互に形成してシート部材４５を製造し、このシート部材４５と炭素繊維からなる熱伝達シート８１を重ねて巻き取ることで複数の蓄熱材封入部４５ａからなる蓄熱部４６と複数の溝部４５ｂからなる冷却水通路４７を形成し、断熱機能を有する蓄熱容器内にこのシート部材４５及び熱伝達シート８１を挿入して用いるようにしている。

従って、シート部材４５と熱伝達シート８１とを重ねて巻き取って蓄熱部４６及び冷却水通路４７を形成したことで、この蓄熱部４６と冷却水通路４７は、直接または熱伝達シート８１を介して接触することとなり、エンジン冷却水と蓄熱部４６との間の熱伝達を促進することができ、短時間で多量の熱交換を可能とし、エンジン冷却水と蓄熱部４６との間の熱伝達効率を向上することができる。

図１２は、本発明の実施例５に係る蓄熱装置におけるシート部材の断面図、図１３は、実施例５の蓄熱装置におけるシート部材の積層状態を表す断面図である。なお、前述した実施例で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。

実施例５の蓄熱装置の全体構成は、前述した実施例１とほぼ同様であり、蓄熱容器内に配置されたシート部材の構成のみが相違している。即ち、実施例５の蓄熱装置において、図１２に示すように、所定の幅で所定長さを有する軟質性の樹脂からなる２枚のシート材４８，４９と炭素繊維からなる熱伝達シート８１を用意し、このシート材４８，４９の間に粉末状の蓄熱材５０を挟み込むと共に熱伝達シート８１を介装し、外周部を接合すると共に、長さ方向に所定間隔で両シート材４８，４９を複数位置で接合する。すると、内部に蓄熱材５０を封入すると共に熱伝達シート８１を挟持した蓄熱材封入部４５ａが並列状態に形成されると共に、各蓄熱材封入部４５ａの間に溝部４５ｂが形成され、この各溝部４５ｂに冷却水用細管６１を装着することで、シート部材８２が製造される。

このように製造されたシート部材８２をこの冷却水用細管６１の軸方向を軸心として巻き取り、このシート部材８２の表面部が密着するように重合させる。すると、図１３に示すように、複数の蓄熱材封入部８２ａからなる蓄熱部４６と、溝部８２ｂに位置する冷却水用細管６１により冷却水通路４７が形成され、各蓄熱部４６と各冷却水通路４７とが密着すると共に、この蓄熱部４６内にある熱伝達シート８１を介して互いに密着することとなる。

そして、巻き取ったシート部材８２を、前述した実施例１と同様に、蓄熱容器内に挿入することで、この蓄熱容器内に蓄熱材封入部８２ａからなる蓄熱部４６と、溝部８２ｂからなる冷却水通路４７を容易に配設することができる。

このように実施例５の蓄熱装置にあっては、２枚のシート材４８，４９の間に蓄熱材５０を挟み込むと共に、炭素繊維から成る熱伝達シート８１を介装し、各シート材４８，４９を所定間隔で複数位置を接合することで、蓄熱材封入部８２ａと溝部８２ｂとを交互に形成し、各溝部８２ｂに冷却水用細管６１を装着してシート部材６２を製造し、このシート部材８２を巻き取ることで複数の蓄熱材封入部８２ａからなる蓄熱部４６と複数の冷却水用細管６１からなる冷却水通路４７を形成し、断熱機能を有する蓄熱容器内にこのシート部材８２を挿入して用いるようにしている。

従って、シート部材８２に熱伝達シート８１を内装して巻き取ることで蓄熱部４６を形成し、且つ、溝部８２ｂに冷却水用細管６１を装着して冷却水通路４７を形成したことで、この蓄熱部４６と冷却水通路４７は、直接または熱伝達シート８１を介して接触することとなり、また、冷却水通路４７の変形をなくして断熱容器内でエンジン冷却水が均一に流動することとなり、簡単な構成で蓄熱部４６と冷却水通路４７との十分な伝熱面積を確保し、エンジン冷却水と蓄熱部４６との間の熱伝達を促進することができ、短時間で多量の熱交換を可能とし、エンジン冷却水と蓄熱部４６との間の熱伝達効率を向上することができる。

図１４は、本発明の実施例６に係る蓄熱装置におけるシート部材の正面図、図１５は、図１４のXV−XV線に沿った断面図、図１６は、実施例６の蓄熱装置におけるシート部材の積層状態を表す断面図である。なお、前述した実施例で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。

実施例６の蓄熱装置の全体構成は、前述した実施例１とほぼ同様であり、蓄熱容器内に配置されたシート部材の構成のみが相違している。即ち、実施例４の蓄熱装置において、図１４及び図１５に示すように、所定の長さＬｐを有する樹脂製のパイプ部材９１を多数用意し、この各パイプ部材９１内に粉末状の蓄熱材５０を充填して開口部を接合して封入する。そして、各パイプ部材９１を上部位置と下部位置でひも状の連結部材９２により連結すると、内部に蓄熱材５０を封入した蓄熱材封入部としてのパイプ部材９１が並列状態に形成された幅Ｗで長さＬを有するシート部材９３が製造される。

このように製造されたシート部材９３を巻き取ってこのシート部材９３の表面部が密着するように重合させる。すると、図１６に示すように、複数のパイプ部材９１からなる蓄熱部４６と、各パイプ部材９１の隙間により形成された冷却水通路４７が形成される。そして、巻き取ったシート部材９３を、前述した実施例１と同様に、蓄熱容器内に挿入することで、この蓄熱容器内に蓄熱部４６と冷却水通路４７を容易に配設することができる。

このように実施例６の蓄熱装置にあっては、パイプ部材９１内に蓄熱材５０を封入し、各パイプ部材９１を連結部材９２により複数並列状態で連結してシート部材９３を製造し、このシート部材９３を巻き取ることで複数のパイプ部材９１としての蓄熱材封入部からなる蓄熱部４６と、各パイプ部材９１が隣接した隙間からなる冷却水通路４７を形成し、断熱機能を有する蓄熱容器内にこのシート部材９３を挿入して用いるようにしている。

従って、簡単な構成でパイプ部材９１としての蓄熱部４６とその隙間としての冷却水通路４７との伝熱面積を拡大することができ、蓄熱量及び放熱量を増加してエンジン冷却水と蓄熱部４６との間の熱伝達効率を向上することができると共に、装置の簡素化及び低コスト化を図ることができる。

なお、この実施例６では、蓄熱材５０を封入した複数のパイプ部材９１を連結部材９２により連結してシート部材９３を製造し、このシート部材９３を巻き取った状態で蓄熱容器内に挿入したが、この構成に限るものではない。例えば、蓄熱材５０を封入した複数のパイプ部材９１をシート形状に連結せずに円柱形状に束ねた状態で蓄熱容器内に挿入してもよい。また、蓄熱材５０を封入した複数のパイプ部材９１をバラの状態のまま蓄熱容器内に挿入してもよく、この場合、蓄熱容器の開口部の径を内径に比べて小さくすることができ、蓄熱容器外部への放熱量を低減することができる。

また、上述した各実施例では、蓄熱タンク３０を起立状態として車両に搭載したが、水平状態として車両に搭載しても良く、この場合、蓄熱容器を筒形状として一端部に熱媒体供給部を設け、他端部に熱媒体排出部を設ければよい。

そして、本実施例では、本発明の蓄熱装置をハイブリッド車両におけるエンジン冷却水を予熱するものとして適用したが、エンジンだけをパワートレーンとする車両におけるエンジン冷却水を予熱するものに適用することもでき、この場合、ドアロックの開錠やドアの開放動作により予熱を開始するようにすると良い。また、本発明の蓄熱装置を熱媒体としてエンジン冷却水を予熱するものとしたが、エンジンオイルやミッションオイルなどを予熱することもでき、更に、エンジンに限らず、他の分野で活用することもできる。

以上のように、本発明に係る蓄熱装置は、棒状をなす複数の蓄熱材封入部により蓄熱部を形成すると共に、この蓄熱部に蓄熱材封入部に隣接して熱媒体通路を設けたものであり、冷却水やオイルなどの熱媒体が持つ熱を蓄熱する蓄熱装置に適用して有用である。

本発明の一実施例に係る蓄熱装置の断面図である。 図１のII−II線に沿った断面図である。 実施例１の蓄熱装置におけるシート部材の積層状態を表す断面図である。 シート部材の正面図である。 図４のＶ−Ｖ線に沿った断面図である。 実施例１の蓄熱装置が適用されたエンジンの冷却装置を表す概略図である。 本発明の実施例２に係る蓄熱装置におけるシート部材の正面図である。 図７のVIII−VIII線に沿った断面図である。 実施例２の蓄熱装置におけるシート部材の積層状態を表す断面図である。 本発明の実施例３に係る蓄熱装置の断面図である。 本発明の実施例４に係る蓄熱装置におけるシート部材の積層状態を表す断面図である。 本発明の実施例５に係る蓄熱装置におけるシート部材の断面図である。 実施例５の蓄熱装置におけるシート部材の積層状態を表す断面図である。 本発明の実施例６に係る蓄熱装置におけるシート部材の正面図である。 図１４のXV−XV線に沿った断面図である。 実施例６の蓄熱装置におけるシート部材の積層状態を表す断面図である。

符号の説明

１１ エンジン
１２ シリンダブロック
１３ シリンダヘッド
１５，１６ ウォータジャケット
１７ ウォータポンプ
１８ サーモスタット弁
２０ ラジエータ
２４ バイパス通路
２５ 第１ヒータ通路
２６ ヒータコア
２７ 第２ヒータ通路
２８ 温度センサ
２９ 予熱通路
３０ 蓄熱タンク
３１ 切換弁
３２ ウォータポンプ
４１ 蓄熱容器
４４ 真空部（断熱機能）
４５，６２，８２，９３ シート部材
４６ 蓄熱部
４７ 冷却水通路（熱媒体通路）
４８，４９ シート材
５０ 蓄熱材
５１，７２ パイプ、配水管（熱媒体排出部）
５２ 第１室
５３ 第２室
５５ パイプ、送水管（熱媒体供給部）
５６ 整流部材
６１ 冷却水用細管（管状部材）
７１ 冷却水排出通路（熱媒体排出部）
８１ 熱伝達シート
９１ パイプ部材
９２ 連結部材

Claims (9)

1. 断熱機能を有する蓄熱容器と、該蓄熱容器内に設けられた蓄熱部と、該蓄熱部に設けられた熱媒体通路と、該熱媒体通路の一端部に熱媒体を供給する熱媒体供給部と、前記熱媒体通路の他端部から熱媒体を排出する熱媒体排出部とを具えた蓄熱装置において、複数の棒状をなす蓄熱材封入部を並列状態で連結してシート部材を形成し、該シート部材を巻き取ることで前記蓄熱部が形成されると共に、前記シート部材の重合部に前記熱媒体通路が複数形成されたことを特徴とする蓄熱装置。
2. 請求項１に記載の蓄熱装置において、前記シート部材は、２枚のシート材を所定間隔で接合してその間に蓄熱材を封入することで前記蓄熱材封入部が並列状態に形成されると共に、前記シート部材を巻き取ることで前記シート材の接合位置に対応して前記熱媒体通路が複数形成されたことを特徴とする蓄熱装置。
3. 請求項２に記載の蓄熱装置において、前記シート材の接合位置に管状部材を装着した状態で前記シート部材を巻き取ることで、該管状部材により前記熱媒体通路が形成されたことを特徴とする蓄熱装置。
4. 請求項１に記載の蓄熱装置において、前記シート部材と共に炭素繊維からなる熱伝達シートが重ねて巻き取られたことを特徴とする蓄熱装置。
5. 請求項１に記載の蓄熱装置において、前記シート部材は、蓄熱材を封入したパイプ部材を連結部材により連結することで前記蓄熱材封入部が並列状態に形成されると共に、前記シート部材を巻き取ることで前記パイプ部材の連結位置に対応して前記熱媒体通路が複数形成されたことを特徴とする蓄熱装置。
6. 断熱機能を有する蓄熱容器と、該蓄熱容器内に設けられた蓄熱部と、該蓄熱部に設けられた熱媒体通路と、該熱媒体通路の一端部に熱媒体を供給する熱媒体供給部と、前記熱媒体通路の他端部から熱媒体を排出する熱媒体排出部とを具えた蓄熱装置において、複数の棒状をなす蓄熱材封入部材が束状となって前記蓄熱部が形成されると共に、この束状となって隣接した前記蓄熱材封入部材の隙間に前記熱媒体通路が形成されたことを特徴とする蓄熱装置。
7. 請求項１または６に記載の蓄熱装置において、前記蓄熱容器は縦型形状をなし、内部に蓄熱部が設けられることで前記熱媒体通路により連通する下端部の第１室と上端部の第２室とが形成され、前記蓄熱容器の下部から前記第１室に前記熱媒体供給部が連結される一方、前記蓄熱容器の下部から前記蓄熱部を貫通して前記第２室に熱媒体排出部が連結されたことを特徴とする蓄熱装置。
8. 請求項７に記載の蓄熱装置において、蓄熱部の中心位置に所定長さのパイプを配設することで前記熱媒体排出部が形成されたことを特徴とする蓄熱装置。
9. 請求項１または６に記載の蓄熱装置において、前記蓄熱容器は、内部に蓄熱部が設けられることで前記熱媒体通路により連通する第１室と第２室とが形成され、前記第１室に整流部材が装着されると共に前記熱媒体供給部が連結される一方、前記第２室に前記熱媒体排出部が連結されたことを特徴とする蓄熱装置。
   

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