JP2008115795A - Heat storage device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば、自動車に搭載されて、エンジンから排出される高温のガス(熱源)から熱を奪って蓄え、この蓄えた熱を車内暖房に利用するのに用いられる蓄熱装置に関するものである。 The present invention relates to a heat storage device that is mounted on, for example, an automobile, takes heat from a high-temperature gas (heat source) discharged from an engine, and stores the heat for use in heating a vehicle. .
従来、上記したような蓄熱装置としては、例えば、エンジンの冷却水系に、冷却水の熱を放熱させる放熱部及び所定温度以上に温まった冷却水を蓄える蓄熱部を有し、この蓄熱部の温水回収時に放熱部の放熱容量を小さくするべく、放熱部の放熱容量を可変とした車両用エンジン暖機装置(例えば特許文献1参照)や、冷却水循環回路に、蓄熱器と、冷却水温度に応じて作動して冷却水が蓄熱器をバイパスして流れるようにするバイパス機構を設けたエンジンの暖機装置がある(例えば特許文献2参照)。 Conventionally, as a heat storage device as described above, for example, an engine cooling water system has a heat radiating unit that radiates heat of cooling water and a heat storage unit that stores cooling water heated to a predetermined temperature or more. In order to reduce the heat dissipation capacity of the heat dissipation part at the time of recovery, the vehicle engine warm-up device with variable heat dissipation capacity of the heat dissipation part (see, for example, Patent Document 1), the cooling water circulation circuit, the heat accumulator, and the cooling water temperature There is an engine warm-up device provided with a bypass mechanism that operates in such a manner that the cooling water flows by bypassing the regenerator (see, for example, Patent Document 2).
上記した自動車用のエンジン暖機装置において、エンジンが十分に暖まっている状態では、高温となったエンジン用冷却水の一部ないし全部をヒータコア内に循環させて暖房に利用し、一方、起動時におけるエンジンが低温の状態では、暖機機間を短縮するために、低温のエンジン用冷却水のヒータコアへの循環を止めるようにしている。
ところが、上記したエンジン暖機装置において、エンジンが低温の状態ではヒータコアを暖めることができないことから、電熱ヒータによりヒータコアを加熱するようにしているが、この場合には、電熱ヒータが消費する電力を考慮してバッテリ容量を大きくしなくてはならず、その分だけ重量の増加を招くほか、コストが増大する恐れがある。 However, in the engine warm-up device described above, since the heater core cannot be heated when the engine is at a low temperature, the heater core is heated by the electric heater. In this case, the electric power consumed by the electric heater is reduced. In consideration of this, the battery capacity must be increased, which may increase the weight and increase the cost.
そこで、エンジンが十分に暖まっている状態で高温となったエンジン用冷却水を蓄熱器内に蓄えておき、起動時などのエンジン用冷却水の温度が低いときに、この蓄えた高温のエンジン用冷却水をヒータコア等へ供給することで、暖房の補助として利用する試みがなされているが、この高温となったエンジン用冷却水を蓄熱器内に蓄えるシステムにあっては、エンジン用冷却水を高温のまま保持し得る時間に限界があり、必要なときに十分な熱量を得ることができないと言う問題を有しており、特にこれらの問題を解決することが従来の課題となっていた。 Therefore, the engine coolant that has become hot with the engine sufficiently warm is stored in the regenerator, and when the temperature of the engine coolant is low, such as when starting up, Attempts have been made to use cooling water as an auxiliary heater by supplying cooling water to the heater core, etc. However, in a system that stores this high temperature engine cooling water in a regenerator, There is a limit to the time that can be maintained at a high temperature, and there is a problem that a sufficient amount of heat cannot be obtained when necessary. In particular, it has been a conventional problem to solve these problems.
本発明は、上記した従来の課題に着目してなされたものであり、コンパクト化を実現したうえで、常時必要な熱量を取り出すことができ、その結果、自動車等の移動体に搭載するのに好適な蓄熱装置を提供することを目的としている。 The present invention has been made by paying attention to the above-described conventional problems, and after realizing a compact size, the necessary amount of heat can be always taken out. As a result, it can be mounted on a moving body such as an automobile. It aims at providing a suitable heat storage device.
本発明に係る蓄熱装置は、熱を得て分離反応を起こすと共に分離した蒸気や液体などの流体と反応して発熱する化合物、すなわち、アルカリ,アルカリ土類金属,希土類金属のういちのいずれかの酸化物(例えば、CaOやMgOやLi2O)が封入され且つ熱入力部及び熱出力部を有する第1の圧力容器と、この第1の圧力容器と連通する第2の圧力容器と、この第2の圧力容器内に位置し且つ第1の圧力容器と連通して上記化合物の分離反応で生じた流体が該第1の圧力容器内の圧力上昇により移動するのに伴って容積が拡大する可変容積室と、この可変容積室に蓄えられた上記化合物の分離反応で生じた流体を第1の圧力容器内に戻すべく作動して上記化合物を流体と反応させる戻し供給手段を備えている構成としたことを特徴としており、この構成を前述した従来の課題を解決するための手段としている。 The heat storage device according to the present invention obtains heat to cause a separation reaction and reacts with a separated fluid such as vapor or liquid to generate heat, that is, any one of alkali, alkaline earth metal, rare earth metal A first pressure vessel in which an oxide (for example, CaO, MgO, or Li 2 O) is sealed and having a heat input portion and a heat output portion; a second pressure vessel in communication with the first pressure vessel; and The volume of the fluid that is located in the second pressure vessel and communicates with the first pressure vessel and is generated by the separation reaction of the compound increases as the pressure in the first pressure vessel moves. A variable volume chamber and a return supply means that operates to return the fluid generated by the separation reaction of the compound stored in the variable volume chamber into the first pressure vessel to react the compound with the fluid. It is characterized by Cage, and a means for solving the conventional problems described above the configuration.
本発明に係る蓄熱装置において、第1の圧力容器の熱入力部を介して熱が入力されると、化合物を封入したこの第1の圧力容器内の温度が上昇し、このようにして第1の圧力容器の内部が加熱されると、化合物が分離反応を起こし、このときに発生する蒸気や液体などの流体が第1の圧力容器に連通する可変容積室に移動することで、この可変容積室の体積が増大することとなり、この可変容積室内に充填された流体は、放置又は冷却により液体に相変化する、すなわち、吸熱過程を経て蓄熱状態となる。 In the heat storage device according to the present invention, when heat is input through the heat input portion of the first pressure vessel, the temperature in the first pressure vessel enclosing the compound rises, and thus the first pressure vessel When the inside of the pressure vessel is heated, the compound undergoes a separation reaction, and a fluid such as a vapor or a liquid generated at this time moves to the variable volume chamber communicating with the first pressure vessel. The volume of the chamber increases, and the fluid filled in the variable volume chamber changes into a liquid by being left standing or cooled, that is, a heat storage state is obtained through an endothermic process.
そして、このような蓄熱状態にある蓄熱装置において、可変容積室に蓄えた液状の流体を戻し供給手段を作動させて第1の圧力容器内に残った化合物に戻し供給すると、化合物が反応を起こして発熱し、これで生じた熱を第1の圧力容器の熱出力部を介して出力すれば、発熱過程を経て放熱状態となる。 In the heat storage device in such a heat storage state, when the liquid fluid stored in the variable volume chamber is returned and supplied to the compound remaining in the first pressure vessel by operating the return supply means, the compound reacts. If the generated heat is output via the heat output part of the first pressure vessel, the heat release process is achieved.
このように、本発明に係る蓄熱装置では、基本となる吸熱過程及び発熱過程は、化合物の分離反応(例えば、脱水反応及び水和反応)を利用したものであることから、従来の温水や氷を貯蔵するシステムと異なり、蓄熱状態を長時間保ち得ることとなる。 As described above, in the heat storage device according to the present invention, the basic endothermic process and exothermic process utilize a compound separation reaction (for example, dehydration reaction and hydration reaction). Unlike a system that stores heat, the heat storage state can be maintained for a long time.
また、本発明に係る蓄熱装置では、熱を取り出す際に新たな熱源を必要としないのに加えて、圧力容器内の圧力上昇を抑制できることから、装置の軽量小型化が図られることとなり、移動体に搭載するのに適したものとなる。 In addition, the heat storage device according to the present invention does not require a new heat source when taking out heat, and can suppress an increase in pressure in the pressure vessel. It is suitable for mounting on the body.
さらに、本発明に係る蓄熱装置では、戻し供給手段を作動させて可変容積室に蓄えた液状の流体を第1の圧力容器内に残った化合物に戻し供給して反応を起こさせ、これで生じた熱を第1の圧力容器の熱出力部、例えば、熱出力部に配置した導通管を介して出力し得る、すなわち、必要に応じて導通管に流した流体を用いて所望の場所に熱エネルギを出力し得ることとなる。 Further, in the heat storage device according to the present invention, the return supply means is operated to supply the liquid fluid stored in the variable volume chamber back to the compound remaining in the first pressure vessel to cause a reaction, and this occurs. Heat can be output through a conduction pipe arranged in the heat output section of the first pressure vessel, for example, the heat output section. Energy can be output.
このように、熱出力部に対して、エンジン冷却水等の流体がすでに流れている配管などの導通管を配置すればよいので、その分だけ構造がシンプルなものとなり、加えて、戻し供給手段を作動させることだけに電源を用いれば済むので、省電力化も図られることとなる。 In this way, since it is only necessary to arrange a conducting pipe such as a pipe in which a fluid such as engine cooling water has already flowed in the heat output section, the structure becomes simple as much, and in addition, a return supply means Since it is sufficient to use a power source only to operate the power, power saving can be achieved.
一方、本発明の蓄熱装置を用いた自動車用蓄熱システムは、第1の圧力容器の熱入力部に自動車用エンジンの排気管からの分岐管を配置すると共に、第2の圧力容器の冷却部にラジエータから自動車用エンジンに伸びる冷却液導通管の途中の部分を配置し、自動車用エンジンからヒータコア等の発熱箇所へ伸びる導通管の途中の部分を第1の圧力容器の熱出力部に配置する構成としたことを特徴としている。 On the other hand, in the automotive heat storage system using the heat storage device of the present invention, the branch pipe from the exhaust pipe of the automobile engine is arranged in the heat input part of the first pressure vessel, and the cooling part of the second pressure vessel. Arranged in the middle of the coolant conducting pipe extending from the radiator to the automobile engine, and arranged in the middle of the conducting pipe extending from the automobile engine to the heat generating part such as the heater core in the heat output portion of the first pressure vessel It is characterized by that.
本発明の蓄熱装置を用いた自動車用蓄熱システムにおいて、上記したように、自動車用エンジンから排出される排気ガスを高温熱源として利用し、化合物がこの排気ガスから熱を得て分離反応を起こす際に発生する蒸気や液体などの流体をその圧力上昇を抑えながら蓄え、この蓄えた流体を化合物に戻し供給して反応を起こさせ、これで生じた熱を冷却経路等を介してヒータコアやトランスミッション等の発熱箇所へ導けば、車室内の迅速な暖房や素早い暖機運転を行い得ることとなって、快適性や燃費の向上が図られることとなる。 In the heat storage system for automobiles using the heat storage device of the present invention, as described above, when exhaust gas discharged from an automobile engine is used as a high-temperature heat source, the compound obtains heat from the exhaust gas and causes a separation reaction. The fluid such as steam or liquid generated in the tank is stored while suppressing the pressure rise, and the stored fluid is supplied back to the compound to cause a reaction, and the heat generated thereby is heated via a cooling path etc. to the heater core, transmission, etc. If it is led to the heat generation point, the vehicle interior can be quickly heated and the warm-up operation can be performed quickly, so that comfort and fuel efficiency can be improved.
本発明によれば、上記した構成としているので、コンパクト化を実現したうえで、常時必要な熱量を取り出すことができ、したがって、自動車等の移動体に搭載するのに極めて好適なものとなるという非常に優れた効果がもたらされる。 According to the present invention, since it has the above-described configuration, it is possible to take out a necessary amount of heat at all times after realizing compactness, and therefore, it is extremely suitable for mounting on a moving body such as an automobile. A very good effect is brought about.
本発明の蓄熱装置において、第2の圧力容器に、可変容積室を冷却する冷却部、例えば、低温の流体が流れる配管を設けた構成とすることが可能である。この場合には、可変容積室内に蓄えられた化合物の分離反応で生じた流体が、冷却部によって冷却されて液状に相変化するので、可変容積室の体積が縮小する分だけ可変容積室及び第2の圧力容器の各圧力上昇を抑制し得ることなり、その結果、装置全体の軽量小型化に寄与し得ると共に、低コスト化にも貢献し得ることとなる。 In the heat storage device of the present invention, the second pressure vessel may be provided with a cooling unit that cools the variable volume chamber, for example, a pipe through which a low-temperature fluid flows. In this case, the fluid generated by the separation reaction of the compound stored in the variable volume chamber is cooled by the cooling unit and changes to a liquid phase, so that the volume of the variable volume chamber and the first volume are reduced as much as the volume of the variable volume chamber is reduced. Each pressure rise of the pressure vessel of 2 can be suppressed, and as a result, it can contribute to the reduction in weight and size of the entire apparatus and can also contribute to cost reduction.
また、本発明の蓄熱装置において、戻し供給手段を可変容積室に連通する噴霧器とした構成とすることができ、この場合には、可変容積室内の流体がミスト状となって均質に化合物へ散布されるため、流体を液状のまま直接散布するのに比べて反応速度が促進され、とくに、噴霧される液滴の平均粒径が細かい場合には、例えば、平均粒径が5μm以下である場合には、第1の圧力容器内の全体に広がって充満するので、反応速度がより一層促進されることとなる。 Further, in the heat storage device of the present invention, the return supply means can be configured as a sprayer that communicates with the variable volume chamber, and in this case, the fluid in the variable volume chamber becomes a mist and is uniformly dispersed in the compound. Therefore, the reaction rate is accelerated compared to the case where the fluid is directly sprayed in a liquid state, and particularly when the average particle size of the sprayed droplets is fine, for example, when the average particle size is 5 μm or less. In this case, since the whole of the first pressure vessel is filled and filled, the reaction rate is further promoted.
さらに、本発明の蓄熱装置において、互いに連通する第1の圧力容器と可変容積室との間に、第1の圧力容器の内部圧力に応じて第1の圧力容器から可変容積室への流体の移動を制御し且つ逆流を阻止する制御弁を設けた構成を採用することができる。 Furthermore, in the heat storage device of the present invention, the fluid flowing from the first pressure vessel to the variable volume chamber according to the internal pressure of the first pressure vessel between the first pressure vessel and the variable volume chamber communicating with each other. A configuration provided with a control valve that controls movement and prevents backflow can be employed.
この制御弁は、第1の圧力容器の内部圧力の上昇によって受動的に開閉するもの、及び、後述する制御部からの信号によって能動的に開閉するもののいずれでもよく、この構成を採用すると、第1の圧力容器から可変容積室へ移動する流体の逆流を阻止しつつ、制御部からの信号などによって圧力制御することで、反応速度や反応タイミングをコントロールし得ることとなる。 This control valve may be either one that opens and closes passively due to an increase in the internal pressure of the first pressure vessel, or one that actively opens and closes according to a signal from the control unit described later. The reaction speed and the reaction timing can be controlled by controlling the pressure by a signal from the control unit while preventing the reverse flow of the fluid moving from one pressure vessel to the variable volume chamber.
さらにまた、本発明の蓄熱装置において、互いに連通する第1の圧力容器と第2の圧力容器との間に、可変容積室の容積拡大に伴って上昇する第2の圧力容器の内部圧力が設定値を超えた段階で第2の圧力容器から第1の圧力容器への流体の移動のみを許容する一方向弁を設けた構成を採用することができる。 Furthermore, in the heat storage device of the present invention, the internal pressure of the second pressure vessel that rises as the volume of the variable volume chamber increases is set between the first pressure vessel and the second pressure vessel that communicate with each other. A configuration in which a one-way valve that allows only movement of fluid from the second pressure vessel to the first pressure vessel when the value is exceeded can be employed.
この蓄熱装置において、第1の圧力容器の熱入力部を介して入力される熱によって化合物が分離反応を起こし、これで発生する蒸気や液体などの流体が第1の圧力容器に連通する可変容積室に移動してその体積が設定値を超えると、第2の圧力容器内に充填された気体が一方向弁を介して第1の圧力容器内に流入するので、第2の圧力容器の内圧上昇が抑えられるのと同時に、第2の圧力容器内の気体が第1の圧力容器内へ流入する分だけ、化合物の分離反応で生じた流体の可変容積室への移動が促進されることとなる。 In this heat storage device, the compound undergoes a separation reaction by heat input through the heat input portion of the first pressure vessel, and a variable volume in which a fluid such as vapor or liquid generated thereby communicates with the first pressure vessel. Since the gas filled in the second pressure vessel flows into the first pressure vessel via the one-way valve when the volume exceeds the set value after moving to the chamber, the internal pressure of the second pressure vessel At the same time as the rise is suppressed, the movement of the fluid generated by the separation reaction of the compound to the variable volume chamber is promoted by the amount of gas in the second pressure vessel flowing into the first pressure vessel. Become.
加えて、一方向弁では、第1の圧力容器から第2の圧力容器への流体の移動が規制されるので、第1の圧力容器内における流体の量が少なくなり、その結果、システム全体が冷えたとしても第1の圧力容器内の加圧状態が維持されることとなる。つまり、可変容積室に蓄えた液状の流体と第1の圧力容器内の化合物とを加圧状態の下で反応させ得ることから、この反応が促進してなされることとなる。 In addition, in the one-way valve, the movement of fluid from the first pressure vessel to the second pressure vessel is restricted, so that the amount of fluid in the first pressure vessel is reduced, and as a result, the entire system is Even if it is cooled, the pressurized state in the first pressure vessel is maintained. That is, since the liquid fluid stored in the variable volume chamber and the compound in the first pressure vessel can be reacted under pressure, this reaction is promoted.
ここで、第1の圧力容器の熱入力部を介して入力される熱で化合物が分離反応を起こして蒸気や液体などの流体が発生すると、第2の圧力容器の内部圧力は上昇するが、可変容積室は容積が拡大するので圧力の上昇を抑え得ることとなる。つまり、第2の圧力容器の内部圧力をモニタしておくことで、熱入力部を介しての熱流入による化合物の反応状態を知り得ることとなる、すなわち、分離反応の開始から終了までを認識し得ることとなる。 Here, when a compound undergoes a separation reaction with heat input through the heat input unit of the first pressure vessel to generate a fluid such as a vapor or a liquid, the internal pressure of the second pressure vessel increases. Since the volume of the variable volume chamber is increased, an increase in pressure can be suppressed. In other words, by monitoring the internal pressure of the second pressure vessel, it is possible to know the reaction state of the compound due to heat inflow through the heat input section, that is, from the start to the end of the separation reaction. It will be possible.
一方、熱で化合物が分離反応を起こして蒸気や液体などの流体が発生すると、第1の圧力容器,第2の圧力容器,可変容積室の各温度がいずれも変化するので、これらの温度変化をモニタするように成すことでも、熱入力部を介しての熱流入による化合物の反応状態を知り得ることとなり、したがって、本発明の蓄熱装置において、第1の圧力容器と第2の圧力容器の内部圧力検出手段、及び、第1の圧力容器,第2の圧力容器,可変容積室の温度検出手段のうちの少なくともいずれか一方の検出手段と、この検出手段からの信号に基づいて第1の圧力容器の熱入力部に対する熱の導入を制御する制御部を設けた構成とすることが望ましい。 On the other hand, when the compound undergoes a separation reaction with heat and a fluid such as vapor or liquid is generated, the temperatures of the first pressure vessel, the second pressure vessel, and the variable volume chamber all change. Even if it is made to monitor, the reaction state of the compound due to the heat inflow through the heat input section can be known. Therefore, in the heat storage device of the present invention, the first pressure vessel and the second pressure vessel Based on a signal from the internal pressure detection means and at least one of the first pressure vessel, the second pressure vessel, the temperature detection means of the variable volume chamber, and a signal from the detection means It is desirable to provide a control unit that controls the introduction of heat to the heat input unit of the pressure vessel.
なお、熱で化合物が分離反応を起こすと、第1の圧力容器,第2の圧力容器,可変容積室の各温度がいずれも変化するものの、その変化の度合いは圧力の変化よりも緩やかであるため、第2の圧力容器の内部圧力の変化を監視する方が望ましい。 When the compound undergoes a separation reaction with heat, the temperatures of the first pressure vessel, the second pressure vessel, and the variable volume chamber all change, but the degree of change is more gradual than the change in pressure. Therefore, it is desirable to monitor the change in the internal pressure of the second pressure vessel.
そして、熱入力部への熱の導入を規制する制御部による具体的な制御としては、例えば、高温流体が流れる配管から方向制御弁を介して枝分かれする分岐管を熱入力部に配置した場合において、必要に応じて方向制御弁を駆動して分岐管への流れを止めるといったことが考えられる。 And as concrete control by the control part which controls introduction of heat to the heat input part, for example, in the case where the branch pipe branched from the pipe through which the high-temperature fluid flows through the direction control valve is arranged in the heat input part The direction control valve may be driven as necessary to stop the flow to the branch pipe.
このように、本発明の蓄熱装置において、内部圧力検出手段及び温度検出手段のうちの少なくともいずれか一方の検出手段と、制御部を設けた構成とすると、分離反応の終了を判断して、熱入力部を介して熱が第1の圧力容器へ流入するのを規制するため、例えば、可変容積室から戻された流体と化合物との反応が終了した後に、不用意に化合物が再び分離反応を起こしてしまうのを回避し得ることとなり、したがって、必要なときに必要な熱エネルギを取り出し得ることとなる。 As described above, in the heat storage device of the present invention, when the detection unit of at least one of the internal pressure detection unit and the temperature detection unit and the control unit are provided, the end of the separation reaction is determined, In order to restrict heat from flowing into the first pressure vessel via the input unit, for example, after the reaction between the fluid returned from the variable volume chamber and the compound is completed, the compound is inadvertently separated again. It can be avoided that it happens, so that the necessary thermal energy can be taken out when necessary.
さらにまた、本発明の蓄熱装置において、制御部は、戻し供給手段の作動中ないしその前後の時間帯にのみ第1の圧力容器の熱出力部からの熱の導出を許容するべく制御する構成とすることができる。 Furthermore, in the heat storage device of the present invention, the control unit performs control so as to allow the derivation of heat from the heat output unit of the first pressure vessel only during the operation of the return supply means or in the time zone before and after the operation. can do.
具体的には、制御部において、戻し供給手段が動作している間ないしその前後の僅かな時間帯が、可変容積室から戻された流体と化合物との反応による発熱状態にあると判断して、この時間帯にのみ熱出力部を介しての熱の導出を許容する、例えば、熱出力部に配置した導通管を流れる低温流体を介しての熱の導出を許容するように制御する。 Specifically, the control unit determines that a slight time zone before or after the return supply means is operating is in a heat generation state due to the reaction between the fluid returned from the variable volume chamber and the compound. Control is performed so as to allow the derivation of heat through the heat output unit only during this time period, for example, to allow the derivation of heat through the low-temperature fluid flowing through the conduction pipe disposed in the heat output unit.
上記した構成を採用すると、可変容積室から戻された流体と化合物との反応時(発熱過程を経た放熱時)にのみ熱出力部を介しての熱の導出を許容し、化合物の分離反応時(吸熱過程を経た蓄熱時)には熱出力部を介しての熱の導出を阻止し得るので、蓄熱機能の低下が少なく抑えられることとなる。 When the above configuration is adopted, heat can be derived via the heat output section only during the reaction between the fluid returned from the variable volume chamber and the compound (at the time of heat release through the exothermic process), and during the compound separation reaction Since heat can be prevented from being derivated through the heat output portion (at the time of heat storage through the endothermic process), a decrease in the heat storage function can be suppressed to a small extent.
さらにまた、本発明の蓄熱装置において、第1の圧力容器及び第2の圧力容器に圧力調整弁をそれぞれ設けた構成とすることが可能である。 Furthermore, in the heat storage device of the present invention, the first pressure vessel and the second pressure vessel can each be provided with a pressure regulating valve.
この場合、第2の圧力容器に設けた圧力調整弁は、第2の圧力容器の内圧が予め設定された値になると外部と連通するべく開放作動して第2の圧力容器内の気体を排気することで、この第2の圧力容器の異常な内圧上昇を抑え、一方、第1の圧力容器に設けた圧力調整弁は、これを開閉作動することにより、両圧力容器及び可変容積室の内圧を制御するように成せば、両圧力容器のコンパクト化が図られると共に、内圧上昇による破損を回避し得ることとなる。 In this case, when the internal pressure of the second pressure vessel reaches a preset value, the pressure regulating valve provided in the second pressure vessel opens to communicate with the outside and exhausts the gas in the second pressure vessel. Thus, an abnormal increase in the internal pressure of the second pressure vessel is suppressed, while the pressure regulating valve provided in the first pressure vessel opens and closes the internal pressure of both the pressure vessels and the variable volume chamber. If the pressure is controlled, both pressure vessels can be made compact and damage due to an increase in internal pressure can be avoided.
さらにまた、本発明の蓄熱装置において、可変容積室がポリウレタンゴム,ニトリルゴム,ふっ素ゴム,シリコーンゴム等の弾性部材から成っている構成とすることができ、この場合には、蒸気や液体などの流体の回収及び第2の圧力容器内に充填されている気体の第1の圧力容器への移動を簡単な構造で行い得ることとなる。 Furthermore, in the heat storage device of the present invention, the variable volume chamber can be made of an elastic member such as polyurethane rubber, nitrile rubber, fluorine rubber, or silicone rubber. In this case, vapor, liquid, etc. The recovery of the fluid and the movement of the gas filled in the second pressure vessel to the first pressure vessel can be performed with a simple structure.
以下、本発明を実施例により更に詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention still in detail, this invention is not limited to a following example.
図1〜図8は本発明の蓄熱装置の一実施例を示しており、図1に示すように、この蓄熱装置1は、温度上昇によって分離反応を起こす化合物X(この実施例では水酸化カルシウム)を封入したステンレス鋼材から成る第1の圧力容器2と、この圧力容器2と同じくステンレス鋼材から成っていて流路3を介して圧力容器2と連通する第2の圧力容器4と、この第2の圧力容器4内に位置し且つ第1の圧力容器2と制御流路5を介して連通してこの第1の圧力容器2内の圧力上昇に伴って容積が変化するポリウレタンゴムから成る可変容積室6を備えている。
1 to 8 show an embodiment of the heat storage device of the present invention. As shown in FIG. 1, the
第1の圧力容器2は、熱入力部2a及び熱出力部2bを具備しており、熱入力部2aには、気体又は液体の高温の熱源流体が流れる熱源流体導通管7が配置してあると共に、熱出力部2bには、気体又は液体の流体が流れる流体導通管8が配置してある。
The
一方、第2の圧力容器4は、冷却部4aを具備しており、この冷却部4aには、冷却用の流体が流れる冷却流体導通管9が配置してあって、上記圧力容器2と導通管7,8との間及び圧力容器4と導通管9との間において、いずれも熱の授受が成されるものの、流体自体の流通は成されないようにしてある。
On the other hand, the
この場合、第1の圧力容器2と可変容積室6を連通する制御流路5には、図示しない制御部からの信号を受けて開閉作動する制御弁11が配置してあり、一方、両圧力容器2,4を連通する流路3には、第1の圧力容器2から第2の圧力容器4へ流れを規制して第2の圧力容器4から第1の圧力容器2への流れのみを許容する一方向弁12が配置してある。
In this case, a
また、第1の圧力容器2には、導通管13を介して可変容積室6と連通して圧力容器2内に液滴を噴霧可能な噴霧器14が設けてあり、さらに、両圧力容器2,4には、図示しない圧力センサがそれぞれ設けてあると共に、これらの圧力センサで検出した圧力が所定値を超えた時点で上記制御部からの信号を受けて外部と連通するように作動する圧力調整弁15,16がそれぞれ設けてある。
In addition, the
上記した蓄熱装置1において、第1の圧力容器2の熱入力部2aに配置した熱源流体導通管7を介して熱が入力されると、化合物Xを封入したこの第1の圧力容器2内の温度が上昇し、このようにして第1の圧力容器2の内部が加熱されると、図2に示すように、化合物Xが脱水反応を起こし、このときに発生する水蒸気が制御流路5の開状態にある制御弁11を介して可変容積室6に移動する。
In the
この水蒸気の移動により可変容積室6の体積が増大すると、これに押されて第2の圧力容器4内の空気が流路3の一方向弁12を介して第1の圧力容器2内に流入するので、第2の圧力容器4の内圧上昇が抑えられるのと同時に、第2の圧力容器4内の空気が第1の圧力容器2内へ流入する分だけ、化合物Xの分離反応で生じた水蒸気の可変容積室6への移動が促進されることとなる。
When the volume of the
続いて、化合物Xの脱水反応が進むと、すなわち、水蒸気の発生が進むと、図3に示すように、可変容積室6の体積が膨張し続けるが、これと同時に、第2の圧力容器4の冷却部4aに配置した冷却流体導通管9を流れる冷却水によって、第2の圧力容器4及び可変容積室6が冷却されるので、可変容積室6内の水蒸気が冷却されて徐々に水へ相変化する。
Subsequently, when the dehydration reaction of the compound X proceeds, that is, when the generation of water vapor proceeds, the volume of the
そして、可変容積室6内の水蒸気は冷却流体導通管9を流れる冷却水に冷却される以外に、自然に放置することによっても冷却され、最終的には化合物Xの脱水反応が完了した後、図4に示すように、可変容積室6内の水蒸気がすべて水に相変化する。
Then, the water vapor in the
すなわち、吸熱過程を経て図4の状態で平衡に達し、高温流体の熱エネルギが保存された蓄熱状態となり、この蓄熱状態を長時間保持し得ることとなる。この蓄熱状態において、可変容積室6は、体積が徐々に小さくなり、これに伴って第2の圧力容器4内の圧力も小さくなるが、第1の圧力容器2の内部の水蒸気量が少ないので、加圧状態が維持されることとなる。
That is, the heat absorption process is reached and the equilibrium is reached in the state shown in FIG. 4, and the heat storage state in which the thermal energy of the high-temperature fluid is stored is maintained, and this heat storage state can be maintained for a long time. In this heat storage state, the volume of the
この化合物Xの脱水反応の間において、圧力センサで検出した第2の圧力容器4の内圧が予め設定した値を超えると、第2の圧力容器4に設けた外部と連通する圧力調整弁16が制御部からの信号を受けて開き、これと同様に圧力センサで検出した第1の圧力容器2の内圧が予め設定した値を超えると、第1の圧力容器2に設けた外部と連通する圧力調整弁15が制御部からの信号を受けて開くので、両圧力容器2,4の内部圧力がいずれも所定の圧力に保持されることとなる。
During the dehydration reaction of the compound X, when the internal pressure of the
つまり、両圧力容器2,4に圧力センサをそれぞれ設けたことにより、脱水反応の開始から終了までを認識し得るのに加えて、両圧力容器2,4の過度な圧力上昇や可変容積室6の過度な膨張を防止し得ることから、装置全体のコンパクト化に寄与し得ることとなる。なお、両圧力容器2,4の所定圧力は、発生する水蒸気量及び蒸気温度と装置の大きさとの関係等によって適宜設定する。
That is, by providing the pressure sensors in both the
上記した蓄熱状態にある蓄熱装置1において、脱水反応が完了した化合物Xは、この実施例の場合酸化カルシウムの状態で第1の圧力容器2内に封入されているが、保存している熱エネルギを必要に応じて取り出す場合には、例えば、自動車用エンジンの低温下での始動時における暖機や暖房等で高温の熱が必要となる場合には、図5に示すように、可変容積室6と導通管13を介して連通する噴霧器14から、可変容積室6内に存在する水をミスト状にして第1の圧力容器2内にある酸化カルシウム状態の化合物Xに散布する。
In the
このように、可変容積室6内に存在する水をミスト状にして散布すると、化合物Xに均一に吹き付けることが可能であるうえ、上記したように、第1の圧力容器2の内部の加圧状態が維持されるので、酸化カルシウム状態の化合物Xと水の水和反応が促進して成され、これで生じた熱を第1の圧力容器2の熱出力部2bに配置した流体導通管8に流した水などの低温流体に伝えれば、図6に示すように、この低温流体が急速加熱されて、暖機したいエンジンや駆動部品やヒータコア等の所望の発熱部位へ出力されることとなり、この間、第1の圧力容器2内の圧力調整が必要な場合には、圧力調整弁15を適宜開くことにより調整する。
Thus, when the water present in the
続いて、第1の圧力容器2内に水を噴霧することにより、図7に示すように、発熱反応が継続され、高温となった流体が流体導通管8を介して連続して所望の部位へ輸送される、すなわち、発熱過程を経て放熱状態となる。
Subsequently, by spraying water into the
そして、酸化カルシウム状態の化合物Xの発熱反応が完了すると、化合物Xは元の水酸化カルシウムの状態に戻るが、この時点において、図8に示すように、所望の部位が十分に暖められて、流体導通管8に高温の流体が流れる定常状態になる。
Then, when the exothermic reaction of the compound X in the calcium oxide state is completed, the compound X returns to the original calcium hydroxide state, but at this point, as shown in FIG. A steady state is reached in which a high-temperature fluid flows through the
上記したように、この蓄熱装置1では、蓄熱状態→放熱状態→定常状態までを化合物Xの分離反応を利用した一つのシステムで行っているので、コンパクト化を実現することができ、加えて、主として噴霧器14の駆動にのみ電源を用いれば済むので、省電力化も図られることとなる。
As described above, in this
次に、上記した蓄熱装置1を用いた自動車用蓄熱システムについて説明する。
Next, an automotive heat storage system using the above-described
この自動車用蓄熱システムは、蓄熱装置1を自動車用エンジンの冷却系統に組み込んで成るもので、この自動車用エンジンの冷却系統は、図9に示すように、自動車用エンジン21及びラジエータ22を2本の冷却液導通管9で結んで形成される冷却液循環路23を有していて、自動車用エンジン21から排出された冷却液の一部は、方向制御弁24からヒータコア25を経由して方向制御弁26を介して冷却液循環路23に戻る副循環路23Aを流れるようになっている。
This automobile heat storage system is constructed by incorporating the
この場合、蓄熱装置1の第1の圧力容器2に対して自動車用エンジン21の排気管7からの分岐管7Aを熱源流体導通管として貫通状態で配置していると共に、第2の圧力容器4に対してラジエータ22から自動車用エンジン2に伸びる冷却液導通管9の途中の部分を貫通状態で配置しており、さらに、第1の圧力容器2に対して自動車用エンジン21から方向制御弁24を介してヒータコア25へ伸びる導通管8の途中の部分を貫通状態で配置するように成すことで、この導通管8を通しても自動車用エンジン21から排出された冷却液の一部をヒータコア25に送ることができるようにしている。
In this case, the
この自動車用蓄熱システムでは、通常走行時等において、図9に示すように、第1の圧力容器2を貫通する排気管7からの分岐管7Aを介して熱が入力されると、化合物Xを封入したこの第1の圧力容器2内の温度が上昇して化合物Xが脱水反応を起こし、このときに発生する水蒸気が第2の圧力容器4内の可変容積室6に移動する。分岐管7Aを流れる排気ガスは、化合物Xを加熱した後、車外に放出される。
In this vehicle heat storage system, when heat is input through the
この化合物Xの脱水反応による水蒸気の発生が進むのと同時に、第2の圧力容器4を貫通する冷却流体導通管9を流れるラジエータ22からの冷却水によって、可変容積室6内の水蒸気が冷却されて水へ相変化する、すなわち、吸熱過程を経て高温流体である排気ガスの熱エネルギが保存された蓄熱状態となり、この蓄熱状態を長時間保持し得ることとなる。冷却流体導通管9を流れる冷却水は、可変容積室6内の水蒸気を冷却した後、再び自動車用エンジン21に戻される。
At the same time as the generation of water vapor due to the dehydration reaction of the compound X proceeds, the water vapor in the
一方、蓄熱装置1が蓄熱状態にある自動車用蓄熱システムにおいて、自動車用エンジン21の低温下での始動時に暖房用の熱を必要とする場合には、図10に示すように、可変容積室6内に存在する水を第1の圧力容器2内にある酸化カルシウム状態の化合物Xに散布すると、酸化カルシウム状態の化合物Xと水とが水和反応を起こし、第1の圧力容器2を貫通する導通管8を流れる冷却水が、上記水和反応で生じた熱で急速加熱されて、ヒータコア25へ送られる。
On the other hand, in the automobile heat storage system in which the
このヒータコア25を経由して暖められた冷却水は、ヒータコア25における空気との熱交換により低温となった後、方向制御弁26及び冷却流体導通管9を介してラジエータ22へ送られて空冷され、このラジエータ22で空冷された冷却水は、エンジン21へ伸びる冷却流体導通管9を介して第2の圧力容器4内を貫通して、再びエンジン21へ戻される。
The cooling water heated via the
したがって、この自動車用蓄熱システムでは、上記した構成とすることで、エンジン21が冷えていて冷却水が低温の場合であったとしても、バッテリBを用いずに迅速にヒータコア25を暖め得ることとなり、この際、特別な流路やポンプを増やす必要がないので、自動車用として極めて好適なものとなる。
Therefore, in this automotive heat storage system, the
1 蓄熱装置
2 第1の圧力容器
2a 熱入力部
2b 熱出力部
4 第2の圧力容器
4a 冷却部
6 可変容積室
7 排気管(熱源流体導通管)
7A 分岐管
8 流体導通管
9 冷却流体導通管
11 制御弁
12 一方向弁
14 噴霧器(戻し供給手段)
15,16 圧力調整弁
21 自動車用エンジン
22 ラジエータ
25 ヒータコア
X 化合物
DESCRIPTION OF
15, 16
Claims (11)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2006300651A JP2008115795A (en) | 2006-11-06 | 2006-11-06 | Heat storage device |
Applications Claiming Priority (1)
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Family Applications (1)
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---|---|---|---|
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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-
2006
- 2006-11-06 JP JP2006300651A patent/JP2008115795A/en active Pending
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