JP2016217606A - Vehicle and heat exchanger - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、大気中に排出されていた熱を、自動車を介して有効に利用するための技術に関する。 The present invention relates to a technique for effectively using heat that has been discharged into the atmosphere via an automobile.
近年、ガソリンエンジン技術の進歩やハイブリッド車の普及等から自動車のエネルギー効率が向上しているものの、図4(a)に模式的に示すように、燃料から動力として得られるエネルギーは4割程度であり、6割は熱として大気中に排出されている。 In recent years, the energy efficiency of automobiles has improved due to advances in gasoline engine technology and the spread of hybrid vehicles, but as shown schematically in Fig. 4 (a), the energy obtained from fuel is about 40%. Yes, 60% is discharged into the atmosphere as heat.
また、自動車は、一般に水平方向に広い面を有する形状であり、主として屋外を走行することから、図4(b)に模式的に示すように、太陽光放射の影響を受けやすい。さらに、車内は温室のようにガラス面に囲まれた密閉空間であるため、特に夏場にはボディや車内に熱が蓄積され、周囲よりもはるかに高い温度となる。車内を快適な温度とするために冷房を使用すると、その分車外の大気中に熱を排出することになる。 In addition, automobiles generally have a shape that has a wide surface in the horizontal direction and travel mainly outdoors, so that they are easily affected by solar radiation as schematically shown in FIG. Furthermore, since the interior of the vehicle is a sealed space surrounded by a glass surface like a greenhouse, heat is accumulated in the body and the vehicle, especially in summer, and the temperature is much higher than the surroundings. If air conditioning is used to make the interior of the vehicle comfortable, heat will be discharged into the atmosphere outside the vehicle.
自動車が発した熱や蓄積した熱は、大気中に排出され、無駄になるとともにヒートアイランド現象の一因ともなり得る。この自動車の排出熱を、自動車を介して有効利用することができれば、エネルギーのロスを抑制し、地球環境保全に貢献することになり、自動車の付加価値を高めることができる。 The heat generated by the automobile or the accumulated heat is discharged into the atmosphere and is wasted and can contribute to the heat island phenomenon. If the exhaust heat of the automobile can be effectively used via the automobile, energy loss can be suppressed, contributing to global environmental conservation, and the added value of the automobile can be increased.
そこで、本発明は、大気中に排出されていた自動車の熱を、自動車を介して有効に利用することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to effectively use the heat of an automobile that has been discharged into the atmosphere via the automobile.
上記課題を解決するため、本発明の第1の態様である自動車は、走行するための動力系と、前記動力系が発する熱を、熱媒体を用いて伝える熱伝導路と、蓄熱材を収容した蓄熱カートリッジを着脱可能に格納し、前記熱伝導路を伝わった熱を前記蓄熱カートリッジに蓄積する熱交換器と、を備えたことを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, the automobile according to the first aspect of the present invention contains a power system for traveling, a heat conduction path for transmitting heat generated by the power system using a heat medium, and a heat storage material. The heat storage cartridge is detachably stored, and the heat exchanger stores the heat transferred through the heat conduction path in the heat storage cartridge.
ここで、熱媒体を収容し、太陽光エネルギーに基づく熱を収集する集熱器をさらに備え、前記熱伝導路は、前記集熱器が収集した熱を含めて前記熱交換器に伝えるようにしてもよい。 Here, it further includes a heat collector that accommodates the heat medium and collects heat based on solar energy, and the heat conduction path is configured to transmit the heat collected by the heat collector to the heat exchanger. May be.
上記課題を解決するため、本発明の第2の態様である熱交換器は、熱媒体を用いて熱を伝える熱伝導路と接続する熱交換器であって、蓄熱材を収容した蓄熱カートリッジを着脱可能に格納し、前記熱伝導路を伝わった熱を前記蓄熱カートリッジに蓄積することを特徴とする。 In order to solve the above-described problem, a heat exchanger according to a second aspect of the present invention is a heat exchanger that is connected to a heat conduction path that transmits heat using a heat medium, and includes a heat storage cartridge that contains a heat storage material. The heat storage cartridge is detachably stored, and the heat transmitted through the heat conduction path is stored in the heat storage cartridge.
上記課題を解決するため、本発明の第3の態様である熱交換器は、熱媒体を用いて熱を伝える熱伝導路と接続する熱交換器であって、蓄熱材を収容した蓄熱カートリッジを着脱可能に格納し、前記蓄熱カートリッジに蓄積された熱を前記熱伝導路に出力することを特徴とする。 In order to solve the above-described problem, a heat exchanger according to a third aspect of the present invention is a heat exchanger that is connected to a heat conduction path that transfers heat using a heat medium, and includes a heat storage cartridge that contains a heat storage material. The heat storage cartridge is detachably stored, and the heat stored in the heat storage cartridge is output to the heat conduction path.
本発明によれば、大気中に排出されていた自動車の熱を、自動車を介して有効に利用することができるようになる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the heat | fever of the motor vehicle currently discharged | emitted in air | atmosphere can be utilized effectively via a motor vehicle.
本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。図1は、本実施形態に係る自動車排出熱利用システム10の構成を説明するブロック図である。本図に示すように、自動車排出熱利用システム10は、自動車100と、施設200とを含んで構成され、自動車100が蓄積した熱を施設200で利用することを基本形態とする。なお、自動車排出熱利用システム10を構成する自動車100の台数と、施設200の個数は任意である。 Embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of an automobile exhaust heat utilization system 10 according to the present embodiment. As shown in this figure, the automobile exhaust heat utilization system 10 includes an automobile 100 and a facility 200, and uses the heat accumulated in the automobile 100 in the facility 200 as a basic form. Note that the number of automobiles 100 and the number of facilities 200 constituting the automobile exhaust heat utilization system 10 are arbitrary.
自動車100は、動力系110、集熱器120、熱伝導路130、車載熱交換器140を備えている。車載熱交換器140は、熱伝導路130を介して、動力系110、集熱器120のそれぞれと接続されている。 The automobile 100 includes a power system 110, a heat collector 120, a heat conduction path 130, and an in-vehicle heat exchanger 140. The in-vehicle heat exchanger 140 is connected to each of the power system 110 and the heat collector 120 via the heat conduction path 130.
動力系110は、燃料、電源等から供給されるエネルギーにより自動車100を走行させるための機構であり、自動車100に本来的に備えられているブロックである。動力系110の動力機構は、ガソリンエンジン、ディーゼルエンジン、電気モータ等の種別は問わない。動力系110は、自動車100の走行に際し、エネルギーを消費することにより熱を発生する。 The power system 110 is a mechanism for driving the automobile 100 with energy supplied from a fuel, a power source, and the like, and is a block that is originally provided in the automobile 100. The power mechanism of the power system 110 may be any type such as a gasoline engine, a diesel engine, and an electric motor. The power system 110 generates heat by consuming energy when the automobile 100 is traveling.
集熱器120は、熱媒体を収容し、自動車100が受ける太陽光エネルギー等を熱として収集する。熱媒体は、熱容量あるいは潜熱が大きく、伝熱係数が大きい流体を用いることが好ましく、水、油、不凍液、ガス等を用いることができる。ただし、固体の熱媒体を用いてもよい。集熱器120は、集熱効率を高めるために、自動車100のボンネット、屋根、トランク、車内等の太陽光を受けやすい箇所に配置する。このため、集熱器120は平板状の筐体とし、濃色であることが好ましい。 The heat collector 120 accommodates a heat medium and collects solar energy received by the automobile 100 as heat. As the heat medium, a fluid having a large heat capacity or latent heat and a large heat transfer coefficient is preferably used, and water, oil, antifreeze, gas, or the like can be used. However, a solid heat medium may be used. The heat collector 120 is disposed at a place where it is easy to receive sunlight, such as the hood, roof, trunk, and interior of the automobile 100 in order to increase the heat collection efficiency. For this reason, it is preferable that the heat collector 120 is a flat housing and has a dark color.
熱伝導路130は、熱媒体が流れる経路であり、動力系110で発生した熱および集熱器が収集した熱を車載熱交換器140に導く。熱伝導路130は、熱媒体で腐食しない材料を用いるものとする。固体の熱媒体を用いた場合は、その固体で熱伝導路130を形成してもよい。 The heat conduction path 130 is a path through which the heat medium flows, and guides the heat generated in the power system 110 and the heat collected by the heat collector to the in-vehicle heat exchanger 140. The heat conduction path 130 is made of a material that does not corrode with a heat medium. When a solid heat medium is used, the heat conduction path 130 may be formed of the solid.
車載熱交換器140は、1または複数個の蓄熱カートリッジ20を格納し、熱伝導路130を伝わった熱を蓄熱カートリッジ20に蓄積する。蓄熱カートリッジ20は、着脱可能であり、例えば、熱媒体との熱の授受を行なうための熱入出口を設けた断熱容器中に潜熱蓄熱材を収容することで構成することができる。熱媒体との熱の授受は、例えば、熱伝導を利用したり、熱媒油等を介して行なうことできる。 The in-vehicle heat exchanger 140 stores one or a plurality of heat storage cartridges 20 and accumulates heat transmitted through the heat conduction path 130 in the heat storage cartridge 20. The heat storage cartridge 20 is detachable. For example, the heat storage cartridge 20 can be configured by housing the latent heat storage material in a heat insulating container provided with a heat inlet / outlet for transferring heat with a heat medium. The transfer of heat with the heat medium can be performed using, for example, heat conduction or heat medium oil.
潜熱蓄熱材は、相転移の際に出入りする熱を利用して蓄熱を行なう物質であり、エリスリトール・酢酸ナトリウム3水塩・硫酸ナトリウム10水塩等を用いることができる。これらの物質は、化学反応を発生せず、不燃性なので自動車100内においても安全に取り扱うことができる。ただし、潜熱蓄熱材以外の蓄熱材を蓄熱カートリッジ20に収容してもよい。 The latent heat storage material is a substance that stores heat using heat that enters and exits during phase transition, and erythritol, sodium acetate trihydrate, sodium sulfate decahydrate, and the like can be used. Since these substances do not generate a chemical reaction and are nonflammable, they can be handled safely in the automobile 100. However, a heat storage material other than the latent heat storage material may be accommodated in the heat storage cartridge 20.
以上の構成により、自動車100では、走行中に発生する熱や太陽光を受けて得られた熱を蓄熱カートリッジ20に蓄積する処理が行なわれる。蓄熱カートリッジ20は、着脱可能で自動車100とともに移動するため、自動車100内で蓄熱された蓄熱カートリッジ20を所望の場所に容易に届けることができる。本実施形態では、一例として施設200に届けるものとする。 With the configuration described above, the automobile 100 performs processing for accumulating heat generated during traveling and heat obtained by receiving sunlight in the heat storage cartridge 20. Since the heat storage cartridge 20 is detachable and moves together with the automobile 100, the heat storage cartridge 20 stored in the automobile 100 can be easily delivered to a desired place. In this embodiment, it shall deliver to the facility 200 as an example.
施設200は、工場、住宅、公共施設、商業施設等とすることができ、据置熱交換器210、熱利用系220、熱電変換器230、電気利用系240、集熱器250、熱伝導路260を備えている。据置熱交換器210は、熱利用系220、熱電変換器230、集熱器250のそれぞれと、熱媒体が流れる流路である熱伝導路260を介して接続されている。 The facility 200 can be a factory, a house, a public facility, a commercial facility, or the like, and includes a stationary heat exchanger 210, a heat utilization system 220, a thermoelectric converter 230, an electricity utilization system 240, a heat collector 250, and a heat conduction path 260. It has. The stationary heat exchanger 210 is connected to each of the heat utilization system 220, the thermoelectric converter 230, and the heat collector 250 via a heat conduction path 260 that is a flow path through which the heat medium flows.
据置熱交換器210は、1または複数個の蓄熱カートリッジ20を格納し、蓄熱カートリッジ20に蓄熱されている熱を取り出したり、蓄熱カートリッジ20に熱を蓄積したりする。取り出した熱は、熱伝導路260を経由して熱利用系220、熱電変換器230に伝えられる。 The stationary heat exchanger 210 stores one or a plurality of heat storage cartridges 20, extracts heat stored in the heat storage cartridge 20, and stores heat in the heat storage cartridge 20. The extracted heat is transmitted to the heat utilization system 220 and the thermoelectric converter 230 via the heat conduction path 260.
なお、据置熱交換器210は、可搬型に構成してもよい。また、車載熱交換器140と据置熱交換器210との区分は便宜的なものであり、両者は熱交換器として共通の構成とすることができる。 The stationary heat exchanger 210 may be configured to be portable. Moreover, the division | segmentation with the vehicle-mounted heat exchanger 140 and the stationary heat exchanger 210 is convenient, and both can be made into a common structure as a heat exchanger.
熱利用系220は、据置熱交換器210が蓄熱カートリッジ20から取り出した熱を利用するブロックである。熱は、施設200の形態に応じて、空調、給湯等種々の目的で利用することができる。 The heat utilization system 220 is a block that uses the heat extracted from the heat storage cartridge 20 by the stationary heat exchanger 210. The heat can be used for various purposes such as air conditioning and hot water supply depending on the form of the facility 200.
熱電変換器230は、据置熱交換器210が蓄熱カートリッジ20から取り出した熱を電気に変換する。熱電変換器230は、ゼーペック効果を利用した熱電素子等を用いることができる。 The thermoelectric converter 230 converts the heat extracted from the heat storage cartridge 20 by the stationary heat exchanger 210 into electricity. As the thermoelectric converter 230, a thermoelectric element using the Seepeck effect or the like can be used.
電気利用系240は、熱電変換器230で変換された電気を利用するブロックである。電気は、施設200の形態に応じて照明、家電等種々の目的で利用することができる。 The electricity utilization system 240 is a block that utilizes electricity converted by the thermoelectric converter 230. Electricity can be used for various purposes such as lighting and home appliances according to the form of the facility 200.
集熱器250は、熱媒体を用いて、施設200で発生する熱を収集するブロックである。例えば、施設200が工場であれば、工場の排熱により熱媒体を温めることで熱を収集することができる。集熱器250が収集した熱は、熱伝導路を経由して、据置熱交換器210に伝えられる。 The heat collector 250 is a block that collects heat generated in the facility 200 using a heat medium. For example, if the facility 200 is a factory, heat can be collected by heating the heat medium by exhaust heat from the factory. The heat collected by the heat collector 250 is transferred to the stationary heat exchanger 210 via the heat conduction path.
なお、施設200は、熱利用系220あるいは熱電変換器230を含めた電気利用系240のいずれかを備えていれば足りる。また、集熱器250は備えていなくてもよい。 The facility 200 only needs to include either the heat utilization system 220 or the electricity utilization system 240 including the thermoelectric converter 230. Further, the heat collector 250 may not be provided.
以上の構成により、施設200では、蓄熱カートリッジ20から取り出した熱をそのまま利用したり、電気に変換して利用したりする処理が行なわれる。また、施設200では、集熱器250を用いて排熱を収集し、蓄熱カートリッジ20に蓄積する処理も行なうことができる。熱を蓄積した蓄熱カートリッジ20は、自動車100の車載熱交換器140に搭載し、他の施設200に届けることが可能である。 With the above configuration, in the facility 200, the heat extracted from the heat storage cartridge 20 is used as it is or converted into electricity for use. Further, in the facility 200, it is possible to collect exhaust heat using the heat collector 250 and store it in the heat storage cartridge 20. The heat storage cartridge 20 that has accumulated heat can be mounted on the in-vehicle heat exchanger 140 of the automobile 100 and delivered to another facility 200.
蓄熱カートリッジ20は、汎用性を備えさせるために、そのサイズ、容量等を規格化することが望ましい。車載熱交換器140、据置熱交換器210は、規格化されたサイズ、容量等に対応した構造とする。サイズ、容量等は複数のタイプを規定するようにしてもよい。ただし、蓄熱カートリッジ20、車載熱交換器140は、車載可能なサイズとする。 It is desirable to standardize the size, capacity, etc. of the heat storage cartridge 20 in order to provide versatility. The in-vehicle heat exchanger 140 and the stationary heat exchanger 210 have a structure corresponding to a standardized size, capacity, and the like. A plurality of types of size, capacity, etc. may be specified. However, the heat storage cartridge 20 and the in-vehicle heat exchanger 140 have sizes that can be mounted in the vehicle.
例えば、図2に示すように、蓄熱カートリッジ20を所定サイズの円筒状に形成し、車載熱交換器140、据置交換器210は、蓄熱カートリッジ20を複数個格納できる格納小部屋を設けた形状とすることができる。車載熱交換器140の搭載車両や、据置熱交換器210の配置場所、施設200の特性等に応じて格納可能な蓄熱カートリッジ20の個数を調整できるように、車載熱交換器140、据置熱交換器210を複数のサイズから選定できるようにすることが望ましい。 For example, as shown in FIG. 2, the heat storage cartridge 20 is formed in a cylindrical shape of a predetermined size, and the in-vehicle heat exchanger 140 and the stationary exchanger 210 have a shape provided with a storage small chamber in which a plurality of heat storage cartridges 20 can be stored. can do. The in-vehicle heat exchanger 140 and the stationary heat exchange are adjusted so that the number of the heat storage cartridges 20 that can be stored can be adjusted according to the vehicle on which the in-vehicle heat exchanger 140 is mounted, the location of the stationary heat exchanger 210, the characteristics of the facility 200, and the like. It is desirable to allow the vessel 210 to be selected from a plurality of sizes.
例えば、図2(a)に示した自動車100に搭載される車載熱交換器140では、4個の蓄熱カートリッジ20を格納可能としており、図2(b)に示した施設に配置される据置熱交換器210では、8個の蓄熱カートリッジ20を格納可能としている。 For example, in the in-vehicle heat exchanger 140 mounted on the automobile 100 shown in FIG. 2A, four heat storage cartridges 20 can be stored, and the stationary heat disposed in the facility shown in FIG. In the exchanger 210, eight heat storage cartridges 20 can be stored.
上述のような自動車100と施設200とをそれぞれ複数個含んで構成される自動車排出熱利用システム10は、自動車100と施設200との間で蓄熱カートリッジ20を介した熱のやり取りを簡易に行なうことができる。 The automobile exhaust heat utilization system 10 including a plurality of automobiles 100 and facilities 200 as described above can easily exchange heat between the automobile 100 and the facilities 200 via the heat storage cartridge 20. Can do.
例えば、図3に示すように、施設A200a、施設B200b、施設C200c、施設D200dと4つの施設がある場合に、自動車100で蓄熱した蓄熱カートリッジ20をいずれかの施設200の据置熱交換器210に格納することで、自動車100で蓄積した熱を施設200で利用することができるようになる。 For example, as shown in FIG. 3, when there are four facilities, a facility A 200 a, a facility B 200 b, a facility C 200 c, and a facility D 200 d, the heat storage cartridge 20 that stores heat in the automobile 100 is placed in the stationary heat exchanger 210 of any facility 200. By storing, the heat accumulated in the automobile 100 can be used in the facility 200.
また、ある施設200で熱を蓄積した蓄熱カートリッジ20を、自動車100の車載熱交換器140に格納して他の施設200に移動し、移動先の施設200の据置熱交換器210に格納することで、ある施設200で蓄積した熱をエネルギーが不足している他の施設200で利用することができるようになる。 Further, the heat storage cartridge 20 that has accumulated heat in a certain facility 200 is stored in the in-vehicle heat exchanger 140 of the automobile 100, moved to another facility 200, and stored in the stationary heat exchanger 210 of the destination facility 200. Thus, the heat accumulated in one facility 200 can be used in another facility 200 that lacks energy.
なお、自動車100に熱利用系や熱電変換器を搭載することで、施設200で熱を蓄積した熱を自動車100で利用することもできるようになる。また、過剰な熱を蓄熱カートリッジ20に蓄積しておき、後に自身がその熱を利用することも可能である。 In addition, by mounting a heat utilization system or a thermoelectric converter in the automobile 100, the heat accumulated in the facility 200 can be used in the automobile 100. It is also possible to store excess heat in the heat storage cartridge 20 and use the heat later.
このように、本実施形態の自動車排出熱利用システム10では、蓄熱カートリッジ20を介して自動車100が蓄積した熱を施設200で利用することができるため、従来、大気中に排出されていた自動車の熱を、自動車を介して有効に利用することができるようになる。 As described above, in the automobile exhaust heat utilization system 10 according to the present embodiment, the heat accumulated in the automobile 100 can be used in the facility 200 via the heat storage cartridge 20. Heat can be used effectively through the automobile.
ここで、蓄熱カートリッジ20は、自動車100が備える車載熱交換器140に格納されるため、自動車100が移動することにより、容易に施設200に届けることができる。このため、熱を施設200に導くためのパイプライン等を別途設ける必要がなく、経済的に自動車排出熱利用システム10を実現することが可能である。 Here, since the heat storage cartridge 20 is stored in the in-vehicle heat exchanger 140 included in the automobile 100, it can be easily delivered to the facility 200 by the movement of the automobile 100. For this reason, it is not necessary to separately provide a pipeline or the like for guiding heat to the facility 200, and the automobile exhaust heat utilization system 10 can be realized economically.
10 自動車排出熱利用システム
20 蓄熱カートリッジ
100 自動車
110 動力系
120 集熱器
130 熱伝導路
140 車載熱交換器
200 施設
210 据置熱交換器
220 熱利用系
230 熱電変換器
240 電気利用系
250 集熱器
260 熱伝導路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Car exhaust heat utilization system 20 Heat storage cartridge 100 Car 110 Power system 120 Heat collector 130 Heat conduction path 140 Car-mounted heat exchanger 200 Facility 210 Stationary heat exchanger 220 Heat utilization system 230 Thermoelectric converter 240 Electric utilization system 250 Heat collector 260 Heat conduction path
Claims (4)
前記動力系が発する熱を、熱媒体を用いて伝える熱伝導路と、
蓄熱材を収容した蓄熱カートリッジを着脱可能に格納し、前記熱伝導路を伝わった熱を前記蓄熱カートリッジに蓄積する熱交換器と、
を備えたことを特徴とする自動車。 A power system for traveling,
A heat conduction path for transmitting heat generated by the power system using a heat medium;
A heat exchanger that detachably stores a heat storage cartridge containing a heat storage material, and stores heat transmitted through the heat conduction path in the heat storage cartridge;
An automobile characterized by comprising:
前記熱伝導路は、前記集熱器が収集した熱を含めて前記熱交換器に伝えることを特徴とする請求項1に記載の自動車。 A heat collector that houses a heat medium and collects heat based on solar energy;
The automobile according to claim 1, wherein the heat conduction path transfers heat collected by the heat collector to the heat exchanger.
蓄熱材を収容した蓄熱カートリッジを着脱可能に格納し、前記熱伝導路を伝わった熱を前記蓄熱カートリッジに蓄積することを特徴とする熱交換器。 A heat exchanger connected to a heat conduction path that transfers heat using a heat medium,
A heat exchanger, wherein a heat storage cartridge containing a heat storage material is detachably stored, and heat transmitted through the heat conduction path is stored in the heat storage cartridge.
蓄熱材を収容した蓄熱カートリッジを着脱可能に格納し、前記蓄熱カートリッジに蓄積された熱を前記熱伝導路に出力することを特徴とする熱交換器。 A heat exchanger connected to a heat conduction path that transfers heat using a heat medium,
A heat exchanger that detachably stores a heat storage cartridge containing a heat storage material, and outputs heat accumulated in the heat storage cartridge to the heat conduction path.
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