JP2014196884A

JP2014196884A - 潜熱蓄熱装置

Info

Publication number: JP2014196884A
Application number: JP2013073299A
Authority: JP
Inventors: 秀信渡辺; Hidenobu Watanabe; 浩次山田; Koji Yamada
Original assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Current assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Priority date: 2013-03-29
Filing date: 2013-03-29
Publication date: 2014-10-16

Abstract

【課題】簡単な構成で低コストに潜熱蓄熱材の状態を判定できる、潜熱蓄熱装置を提供する。
【解決手段】第２電極７は、潜熱蓄熱材２が液体状態であるときに第１電極６と接触するように設けられている。潜熱蓄熱材２は、液相から固相に相転移すると、体積が減少する。蓄熱材ケース３内を密閉している蓋４が伸縮可能であるので、潜熱蓄熱材２の過冷却状態が解除されて、潜熱蓄熱材２が液相から固相に相転移すると、潜熱蓄熱材２の体積の減少に伴って、蓋４が固体状態の潜熱蓄熱材２の形状に沿って変形し、第１電極６が第２電極７から離間する。そのため、第１電極６と第２電極７とが通電状態であるときに、潜熱蓄熱材２が過冷却状態であると判定することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、潜熱蓄熱装置に関する。

たとえば、エンジンを走行用駆動源として搭載する車両において、エンジンや自動変速機などを暖機する方法として、潜熱蓄熱材（過冷却蓄熱材）を用いた潜熱蓄熱装置による暖機方法が提案されている。この暖機方法では、車両の走行に伴って生じる廃熱を潜熱蓄熱装置に蓄熱し、その熱をエンジンの始動時などに潜熱蓄熱装置から放出することにより、エンジンや自動変速機などが暖機される。

暖機を適切に制御するためには、潜熱蓄熱材の状態を正確に検知する必要がある。そこで、潜熱蓄熱材の温度を検出する蓄熱材温度センサの出力および潜熱蓄熱材と熱交換可能な熱源の温度を検出する熱源温度センサの出力に基づいて、潜熱蓄熱材の熱時定数を算出し、その算出された熱時定数に基づいて、潜熱蓄熱材の状態を判定する装置が提案されている。

特開２０１１−１７９７６６号公報

しかしながら、かかる装置は、構成が複雑であり、コストがかかる。

本発明の目的は、簡単な構成で低コストに潜熱蓄熱材の状態を判定できる、潜熱蓄熱装置を提供することである。

前記の目的を達成するため、本発明に係る潜熱蓄熱装置は、潜熱蓄熱材と、前記潜熱蓄熱材を収容する容器と、前記潜熱蓄熱材の上方に、前記潜熱蓄熱材が収容された前記容器内を密閉するように設けられた伸縮可能な蓋と、前記蓋の上面に設けられた第１電極と、前記蓋の上方に、前記容器に対して固定的であり、前記蓋との間に生じる空間がその外部と通気可能であり、かつ、前記潜熱蓄熱材が液体状態であるときに前記第１電極と接触するように設けられた第２電極と、前記第１電極と前記第２電極とが通電状態であるときに、前記潜熱蓄熱材が過冷却状態であると判定する判定手段とを備える。

この構成によれば、第１電極および第２電極は、潜熱蓄熱材が液体状態であるときに互いに接触するように設けられている。潜熱蓄熱材は、液相から固相に相転移すると、体積が減少する。容器内を密閉している蓋が伸縮可能であるので、潜熱蓄熱材の過冷却状態が解除されて、潜熱蓄熱材が液相から固相に相転移すると、潜熱蓄熱材の体積の減少に伴って、蓋が固体状態の潜熱蓄熱材の形状に沿って変形し、第１電極が第２電極から離間する。そのため、第１電極と第２電極とが通電状態であるときに、潜熱蓄熱材が過冷却状態であると判定することができる。

このように、第１電極および第２電極で構成される簡単なセンサにより、潜熱蓄熱材が過冷却状態であるか否かが判定される。また、その検出信号が１ビットのデジタル信号となるので、潜熱蓄熱材が過冷却状態であるか否かを判定する処理が簡素である。よって、簡単な構成で低コストに潜熱蓄熱材の状態を判定することができる。

本発明によれば、簡単な構成で低コストに潜熱蓄熱材の状態を判定することができる。

本発明の一実施形態に係る潜熱蓄熱装置の構成を図解的に示す図であり、潜熱蓄熱材が液体状態であるときを示す。本発明の一実施形態に係る潜熱蓄熱装置の構成を図解的に示す図であり、潜熱蓄熱材が固体状態であるときを示す。過冷却状態判定処理の流れを示すフローチャートである。

以下では、本発明の実施の形態について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。

図１および図２は、本発明の一実施形態に係る潜熱蓄熱装置の構成を図解的に示す図である。

潜熱蓄熱装置１は、たとえば、エンジンを走行用駆動源として搭載する車両に備えられて、車両の走行中に発生する廃熱を潜熱蓄熱材２に蓄熱しておき、車両の冷間始動時に、エンジンや自動変速機などを暖機するために用いられる。

潜熱蓄熱装置１は、潜熱蓄熱材２、蓄熱材ケース３、蓋４、電極支持体５、第１電極６、第２電極７、温度センサ８およびＥＣＵ（電子制御ユニット）９を備えている。

潜熱蓄熱材２は、過冷却状態をとり得る材料からなる。その材料としては、酢酸ナトリウム３水和物および糖アルコール類（エリスリトール、スレイトールなどに融点調整剤、過冷却調整剤、劣化防止剤を加えたもの）を例示することができる。潜熱蓄熱材２には、過冷却状態の潜熱蓄熱材２に刺激を与えるための発核アクチュエータ（図示せず）が接続されている。潜熱蓄熱材２が過冷却状態であるときに、発核アクチュエータにより、過冷却状態の潜熱蓄熱材２に刺激が与えられると、潜熱蓄熱材２に固相の核が生じる。この固相の核が生じると、潜熱蓄熱材２が液相から固相に一気に相転移する。相転移により、潜熱蓄熱材２から潜熱が放出される。

潜熱蓄熱材２は、蓄熱材ケース３に収容されている。蓄熱材ケース３は、たとえば、金属からなり、有底筒状に形成されている。蓄熱材ケース３は、開放端を上方に向けた状態で、たとえば、エンジンの冷却水（ＬＬＣ）や自動変速機の作動油（ＡＴＦ）などの熱媒体と熱交換可能に設けられている。

蓋４は、伸縮可能な材料、たとえば、シリコンゴムなどのゴムからなる。蓋４は、蓄熱材ケース３に収容された潜熱蓄熱材２が液体状態であるときに、潜熱蓄熱材２の上面に接する位置に配置され、その周縁が蓄熱材ケース３の内周面に気密に接合されている。これにより、蓋４は、蓄熱材ケース３を密封し、その密封潜熱蓄熱材２を内および蓋４によって閉塞される空間内に密封されている。

電極支持体５は、蓋４に対して上方に対向して、蓄熱材ケース３に対して固定的に配置されている。具体的には、電極支持体５は、蓄熱材ケース３の上端縁間に架設されている。電極支持体５は、たとえば、樹脂からなる。電極支持体５の中央部には、蓋４側に突出する凸部１１が形成されている。

また、蓄熱材ケース３の周壁（側壁）には、蓋４と電極支持体５とに挟まれる空間１２をその外部と連通させるための連通口１３が形成されている。

第１電極６は、蓋４の上面の中央部に配置されている。

第２電極７は、電極支持体５の凸部１１の下面（蓋４側の面）に配置されている。

第１電極６および第２電極７は、図１に示されるように、潜熱蓄熱材２が液体状態であるときに、互いに接触するように設けられている。潜熱蓄熱材２が液相から固相に相転移すると、図２に示されるように、体積が減少する。蓋４が伸縮可能であるので、潜熱蓄熱材が液相から固相に相転移すると、潜熱蓄熱材の体積の減少に伴って、蓋４が固体状態の潜熱蓄熱材２の形状に沿って変形する。その結果、第１電極６が第２電極７から離間する。また、車両の走行中に廃熱が発生し、その廃熱を蓄熱した熱媒体と潜熱蓄熱材２との間で熱交換が行われると、潜熱蓄熱材２が昇温し、潜熱蓄熱材２の温度が融点を上回ると、潜熱蓄熱材２が融解し始める。潜熱蓄熱材２が液体状態になると、蓋４が復元し、第１電極６が第２電極７に接触する。車両のエンジンが停止されると、潜熱蓄熱材２が自然冷却によって融点以下に低下すると、潜熱蓄熱材２が過冷却状態になり、潜熱蓄熱材２に潜熱が蓄熱される。

温度センサ８は、たとえば、潜熱蓄熱材２との間で熱交換を行う熱媒体の温度を検出可能に設けられている。ただし、温度センサ８は、蓄熱材ケース１１の周壁を貫通して設けられ、感熱部が潜熱蓄熱材２内に配置されるように設けられていてもよく、この場合、温度センサ８により、潜熱蓄熱材２に固相の核が生じたときの温度変化を検出することができる。一方、温度センサ８が潜熱蓄熱材２との間で熱交換を行う熱媒体の温度を検出可能に設けられる場合、蓄熱材ケース３（潜熱蓄熱材２などを含む。）が必要に応じて複数設けられても、温度センサ８を蓄熱材ケース３ごとに設ける必要がないので、効率的かつ低コストな構成とすることができる。

ＥＣＵ９は、ＣＰＵおよびメモリを含む。ＥＣＵ９には、第１電極６および第２電極７からそれぞれ延びる配線１４，１５が接続されている。配線１４，１５間には、ＥＣＵ９内で所定の電圧（たとえば、５Ｖ）が印加されている。第１電極６および第２電極７が互いに接続されると、第１電極６および第２電極７間が通電状態となる。一方、第１電極６および第２電極７が互いに離間すると、第１電極６および第２電極７間が非通電状態となる。すなわち、第１電極６および第２電極７は、スイッチを構成している。ＥＣＵ９は、配線１４，１５に電流が流れているか否かにより、第１電極６および第２電極７の通電状態（通電状態であるか非通電状態であるか）を判定することができる。また、ＥＣＵ９には、温度センサ８が接続されている。ＥＣＵ９は、第１電極６および第２電極７間の通電状態および温度センサ８の検出信号に基づいて、潜熱蓄熱材２が過冷却状態であるか否かを判定する。

図３は、過冷却状態判定処理の流れを示すフローチャートである。

ＥＣＵ９は、潜熱蓄熱材２が過冷却状態であるか否かを判定するために、まず、温度センサ８の検出信号を参照し、温度センサ８によって間接的または直接的に検出される潜熱蓄熱材２の温度が潜熱蓄熱材２の融点よりも低いか否かを判定する（ステップＳ１）。

潜熱蓄熱材２の温度が潜熱蓄熱材２の融点以上である場合には（ステップＳ１のＮＯ）、以降の処理が実行されない。

潜熱蓄熱材２の温度が潜熱蓄熱材２の融点よりも低いときには（ステップＳ１のＹＥＳ）、ＥＣＵ９は、第１電極６および第２電極７間が通電状態であるか否か、つまり第１電極６および第２電極７で構成されるスイッチがオンであるか否かを判定する（ステップＳ２）。

ＥＣＵ９は、第１電極６および第２電極７間が非通電状態である場合、つまり第１電極６および第２電極７で構成されるスイッチがオフである場合には（ステップＳ２のＮＯ）、潜熱蓄熱材２が固体状態であると判断して、潜熱蓄熱材２の温度が潜熱蓄熱材２の融点よりも低いか否かを再び判定する（ステップＳ１）。

一方、ＥＣＵ９は、潜熱蓄熱材２の温度が潜熱蓄熱材２の融点よりも低く（ステップＳ１のＹＥＳ）、かつ、第１電極６および第２電極７間が通電状態である場合、つまり第１電極６および第２電極７で構成されるスイッチがオンである場合には（ステップＳ２のＹＥＳ）、潜熱蓄熱材２が過冷却状態であり、潜熱蓄熱材２の蓄熱が完了していると判定し（ステップＳ３）、一連の処理を終了する。

以上のように、第２電極７は、潜熱蓄熱材２が液体状態であるときに第１電極６と接触するように設けられている。潜熱蓄熱材２は、液相から固相に相転移すると、体積が減少する。蓄熱材ケース３内を密閉している蓋４が伸縮可能であるので、潜熱蓄熱材２の過冷却状態が解除されて、潜熱蓄熱材２が液相から固相に相転移すると、潜熱蓄熱材２の体積の減少に伴って、蓋４が固体状態の潜熱蓄熱材２の形状に沿って変形し、第１電極６が第２電極７から離間する。そのため、第１電極６と第２電極７とが通電状態であるときに、潜熱蓄熱材２が過冷却状態であると判定することができる。

このように、第１電極６および第２電極７で構成される簡単なセンサ（スイッチ）により、潜熱蓄熱材２が過冷却状態であるか否かが判定される。また、その検出信号が１ビットのデジタル信号となるので、潜熱蓄熱材２が過冷却状態であるか否かを判定する処理が簡素である。よって、簡単な構成で低コストに潜熱蓄熱材２の状態を判定することができる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、他の形態で実施することもできる。

たとえば、第２電極７が電極支持体５の下面に配置された構成を取り上げたが、電極支持体５を導電性を有する材料（たとえば、金属）で形成し、配線１５を電極支持体５に接続して、電極支持体５を第２電極として機能させることにより、第２電極７を省略してもよい。

また、温度センサ８を省略して、第１電極６および第２電極７間が通電状態である場合、つまり第１電極６および第２電極７で構成されるスイッチがオンである場合に、潜熱蓄熱材２が過冷却状態であると判定されてもよい。この場合、潜熱蓄熱装置１の構成を一層簡素化することができる。

さらにまた、潜熱蓄熱装置１は、エンジンを走行用駆動源として搭載する車両以外にも、種々の装置に用いることができ、たとえば、走行用駆動源としてのモータおよびモータの電源としての燃料電池を搭載する車両に備えられて、燃料電池の暖機のために用いられてもよい。

その他、前述の構成には、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。

１潜熱蓄熱装置
２潜熱蓄熱材
３蓄熱材ケース（容器）
４蓋
６第１電極
７第２電極
９ＥＣＵ（判定手段）

Claims

潜熱蓄熱材と、
前記潜熱蓄熱材を収容する容器と、
前記潜熱蓄熱材の上方に、前記潜熱蓄熱材が収容された前記容器内を密閉するように設けられた伸縮可能な蓋と、
前記蓋の上面に設けられた第１電極と、
前記蓋の上方に、前記容器に対して固定的であり、前記蓋との間に生じる空間がその外部と通気可能であり、かつ、前記潜熱蓄熱材が液体状態であるときに前記第１電極と接触するように設けられた第２電極と、
前記第１電極と前記第２電極とが通電状態であるときに、前記潜熱蓄熱材が過冷却状態であると判定する判定手段とを備える、潜熱蓄熱装置。