JP2017211117A - 蓄熱システム、車両用の蓄熱システム及び蓄熱方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、蓄熱に要する時間が短く、突沸現象の発生を防ぎ、蓄熱材が混合媒体と共に流出することを防ぎ、蓄熱材の減少量を抑制して発熱量を維持する蓄熱システム、車両用の蓄熱システム及び蓄熱方法を提供する。【解決手段】 本発明に係る蓄熱システムは、第一の媒体及び第二の媒体の混合媒体と、前記第一の媒体及び前記第二の媒体にそれぞれ吸着して発熱する固体粒子からなる蓄熱材とを備え、前記第一の媒体が、前記第二の媒体より沸点が低く、前記第二の媒体より前記蓄熱材への吸着能が高く、前記第二の媒体より吸着熱が高い。【選択図】 図１

Description

本発明は、蓄熱システム、車両用の蓄熱システム及び蓄熱方法に関する。

従来より、車両のエンジンを始動する際に、暖機を促進して燃費の向上や排ガスの浄化を行い、また暖房性能を向上するために、車両から排出される熱エネルギを一時的に蓄えて使用する蓄熱システムが種々提案されてきている。

このような蓄熱システムとして、水を加えると発熱し、熱を加えると水を解離するゼオライトを排気ガス経路に設置することによって、エンジン排気ガスの熱エネルギを蓄熱し、エンジンを始動する際に車室暖房用のエアコンに放熱するシステムが知られている（例えば、特許文献１）。

特開昭６２−１２０２１５号公報

しかしながら、上述した例では、蓄熱時にゼオライト等の蓄熱材に効率よく熱を伝えることが困難であり、水等の媒体を蒸発させて蓄熱材を乾燥する速度が遅いという課題がある。また、水等の媒体とゼオライト等の蓄熱材とを反応させると、突沸現象が起きる虞がある。そして、この沸騰現象に起因し、蓄熱材が崩壊して、媒体と共に流出し、反応を繰り返すたびに発熱量が低下するという問題がある。

前記課題に照らして、本発明は、蓄熱に要する時間が短く、突沸現象の発生を防ぎ、蓄熱材が混合媒体と共に流出することを防ぎ、蓄熱材の発熱量を維持することができる蓄熱システム、車両用の蓄熱システム及び蓄熱方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は一の側面で蓄熱システムであり、第一の媒体と第二の媒体とを混合してなる混合媒体と、前記第一の媒体及び前記第二の媒体の各々に吸着して発熱する固体粒子からなる吸着蓄熱材とを備え、前記第一の媒体が、前記第二の媒体より沸点が低く、かつ前記第二の媒体より前記蓄熱材への吸着能が高く、前記第二の媒体より吸着熱が高くなるようにしている。

また、本発明は別の側面にて車両用の蓄熱システムである。本システムは、蓄熱システムを備える車両用の蓄熱システムであって、前記車両がエンジンを備え、前記加熱手段が前記エンジンの排ガスであり、前記混合媒体が、前記車両の内部の前記エンジンの冷却水循環経路に流通する冷却水であり、前記蓄熱材を、前記エンジンの冷却水循環経路内に設けている。

また、本発明は別の側面にて車両用の蓄熱方法であり、前記蓄熱システムを用いた車両の蓄熱方法であって、前記冷却水循環経路内の前記混合媒体を前記蓄熱材に吸着させ、前記吸着により生じた蓄熱材の熱により前記エンジンを暖機する暖機加速工程と、前記冷却水循環経路を切り替えて、前記エンジンの排ガスの熱によって前記混合媒体が吸着した蓄熱材を昇温して蓄熱する蓄熱工程とを含む。

本発明によれば、突沸現象の発生を防ぎ、蓄熱材が混合媒体と共に流出することを防ぎ、蓄熱材の減少量を抑制して発熱量を維持し、蓄熱時間を短縮できる蓄熱システム、さらに、１回の乗車時間が短いユーザであっても、燃料消費量を節約しながら運転できる車両用の蓄熱システム及び蓄熱方法が提供される。

図１は、本発明に係る蓄熱システムの一実施の形態について、その構成を概略的に示す模式図である。 図２は、本発明に係る蓄熱システムについて、車両を暖機モードとした際の蓄熱材の温度変化を検討した実施例の結果を示すグラフである。 図３は、本発明に係る蓄熱システムについて、車両を蓄熱モードとした際の蓄熱材の温度変化を検討した実施例の結果を示すグラフである。 図４は、本発明に係る蓄熱システムについて、車両を蓄熱モードとした際の蓄熱材の乾燥度を検討した実施例の結果を示すグラフである。

以下、本発明に係る蓄熱システム、車両用の蓄熱システム及び蓄熱方法の実施の形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。なお、本発明は、本実施の形態によって限定されるものではない。また、添付図面は、本実施の形態の概要を説明するための図であり、付属する機器を一部省略している。

本実施の形態に係る蓄熱システムは、第一の媒体と第二の媒体とが混合してなる液相の混合媒体と吸着蓄熱材とを少なくとも備えている。

第一の媒体は、混合媒体の主成分となる媒体であり、第二の媒体よりも沸点が低く、第二の媒体よりも蓄熱材に対する吸着能が高く、かつ蓄熱材への吸着による吸着熱が第二の媒体よりも高い液相の媒体である。第一の媒体としては、水（Ｈ₂Ｏ）、アンモニア（ＮＨ₃）等が挙げられる。これらのうち、第一の媒体としては、実用的な観点より、水が好ましい。

第二の媒体は、混合媒体の副成分となる液相の媒体である。第二の媒体としては、エチレングリコール（Ｃ₂Ｈ₆Ｏ₂）、プロピレングリコール（Ｃ₃Ｈ₈Ｏ₂）、メタノール（ＣＨ₄ＯＨ）等が挙げられる。これらのうち、第二の媒体としては、実用的な観点より、エチレングリコールが好ましい。

第一の媒体と第二の媒体との混合比は、第一の媒体及び第二の媒体が蓄熱材と吸着し、かつ蓄熱材の昇温によって蒸発できる混合比であればよい。例えば、第一の媒体を水とし、第二の媒体をエチレングリコールとした場合、第二の媒体の質量パーセントは、１０〜９０％とすることができる。実用的には、第二の媒体の質量パーセントは、２０〜６０％である。

吸着蓄熱材（以下、蓄熱材ともいう。）は、気相または液相の媒体が固定化されることに伴って発熱し、かつ媒体が脱離することに伴って蓄熱する固体粒子からなる蓄熱材である。蓄熱材としては、シリカゲル、活性化アルミナ、ゼオライト等が挙げられる。これらのうち、実用的な観点より、ゼオライトが好ましい。ゼオライトとしては、Ｘ型ゼオライト、Ｙ型ゼオライト、ＺＳＭ−５型ゼオライトまたはＡ型ゼオライトが挙げられる。これらのうち、Ａ型またはＸ型ゼオライトがより好ましい。

吸着蓄熱材に対する混合媒体の量は、混合媒体との接触により蓄熱材が発熱できる量であればよく、限定されない。

このような構成を備える蓄熱システムでは、混合媒体により蓄熱材を加湿すると、蓄熱材が発熱して、蓄熱材から熱が取り出される。蓄熱材の発熱の際、混合媒体中の第二の媒体による蓄熱材の発熱量は、第一の媒体による蓄熱材の発熱量よりも小さい。このため、第一の媒体のみで加湿した場合と比較して、蓄熱材の温度の上昇速度を抑制することができる。その結果、蓄熱材が発熱する際の突沸現象の発生を防ぎ、蓄熱材が混合媒体と共に流出することを防ぎ、かつ蓄熱材の減少量を抑制して発熱量を維持することができる。なお、混合媒体による蓄熱材の加湿をさらに継続すると、混合媒体中の第一の媒体の蓄熱材への吸着能が第二の媒体の蓄熱材よりも高いため、第一の媒体が第二の媒体を置換する。この置換の際、第二の媒体が蓄熱材から脱着する吸熱反応と第一の媒体が蓄熱材に吸着する発熱反応とが同時に起こる。その結果、「（第一の媒体の吸着熱）−（第二の媒体の吸着熱）」で表される正の熱量が継続的に発生して、蓄熱材及び混合媒体の温度は前記置換の反応が続く限度で上昇する。なお、蓄熱材に吸着した第二の媒体は、未反応の新しい混合媒体による加湿を続けても、全て第一の媒体に置換されることはない。第二の媒体がある割合で蓄熱材に残存した状態になると、前記置換の反応が進行しなくなり、蓄熱材が発熱しない状態となる。

また、蓄熱材は、蓄熱材を加熱する加熱手段をさらに備えることができる。加熱手段は、その発生熱によって蓄熱材を直接または間接的に昇温するように構成されている。加熱手段としては、後述するように、高温の排ガス等が挙げられる。

このような加熱手段により蓄熱材を加熱すると、蓄熱材に加熱手段で生じた熱を蓄熱できる。混合媒体が吸着した蓄熱材を加熱して蓄熱材を昇温させると、混合媒体中の第一の媒体の沸点が第二の媒体の沸点より低いため、蓄熱材に吸着した混合媒体は第一の媒体の沸点に最初に到達し、第一の媒体が蒸発する。すると、第一の媒体の蓄熱材に対する吸着能が第二の媒体の蓄熱材に対する吸着能よりも高いため、蒸気になった第一の媒体は、蓄熱材に残存している第二の媒体を置換する。この置換の反応により、「（第一の媒体の吸着熱）−（第二の媒体の吸着熱）」で表される正の熱量が発生し、蓄熱材の温度の上昇速度が大きくなり、混合媒体が蓄熱材から蒸発する蒸発速度が高まる。したがって、加熱手段による蓄熱材の乾燥（蓄熱）速度を向上させて、乾燥（蓄熱）時間を短縮できる。さらに、乾燥を完了して、蓄熱材を再度発熱するために要する時間を短縮することができる。

図１は、本発明に係る蓄熱システムの実施の形態について、そのシステムを車両に適用した構成を概略的に示す模式図である。また、本明細書では、媒体または排ガスの流通方向にて沿って、「上流」と「下流」を区別して用いている。

図１に示すように、本実施の形態に係る車両用の蓄熱システムは、蓄熱部１０と、エンジン部２０と、ラジエータ３０と、リザーバタンク４０と、ヒータコア５０とを備えている。エンジン部２０、ラジエータ３０、リザーバタンク４０及びヒータコア５０は、それぞれ、冷却水を循環させる冷却水循環経路Ｌ₂₀を介して連結している。混合媒体は、車両のエンジン部２０を冷却する際に冷却水循環経路Ｌ₂₀を循環する、エンジン部２０の冷却水（クーラント液）として機能する。なお、図１中では、冷却水及び排ガスの流通方向を矢印で示している。

蓄熱部１０は、その内部に蓄熱材を充填しており、蓄熱部１０には、三方弁１１と排水弁１２とパージ弁１３とが付設されている。蓄熱材１０は、その上流側にて、冷却水循環経路Ｌ₂₀の混合媒体をその内部に流入させるための三方弁１１と冷却水循環経路Ｌ₁₀を介して連通し、その下流側にて、その内部の混合媒体を冷却水循環経路Ｌ₂₀へ流出するための排水弁１２及び排水ポンプＰ₁₀と冷却水循環経路Ｌ₁₀を介して連通している。蓄熱部１０は、気相の混合媒体をリザーバタンク４０に送るためのパージ弁１３と冷却水循環経路Ｌ₁₃を介して連通している。また、蓄熱部１０の内部にはエンジン部２０からの排ガス経路Ｌ₂₁の一部が挿通しており、排ガス経路Ｌ₂₁の一部は蓄熱材を排ガスによって加熱できるように蓄熱材の周囲または内部に設置されている。このように、蓄熱部１０を、車両の廃熱、すなわち、エンジン部２０からの排ガスの熱を受けることができる排ガス経路Ｌ₂₁の一部に設けている。

三方弁１１は、それぞれが自動開閉可能な冷却水循環経路Ｌ₂₀のエンジン部２０側の弁１１ａと、ヒータコア５０側の弁１１ｂと、冷却水循環経路Ｌ₁₀の蓄熱部１０側の弁１１ｃとを有している。三方弁１１は、少なくとも弁１１ａと弁１１ｃが開いた状態で、冷却水循環経路Ｌ₂₀と冷却水循環経路Ｌ₁₀とを連通し、混合媒体を蓄熱部１０へ流入させるように構成されている。また、三方弁１１は、弁１１ｃが閉じた状態で、混合媒体の蓄熱部１０への流入を止め、弁１１ｃが閉じて弁１１ｂが開いた状態で、冷却水循環経路Ｌ₂₀と冷却水循環経路Ｌ₁₀とをそれぞれ個別の経路とするように構成されている。

排水弁１２は、自動開閉可能な弁を有し、その開閉によって蓄熱部１０からの混合媒体の流出を制御するように構成されている。また、排水弁１２の下流側には、排水ポンプＰ₁₀を設置している。排水弁１２は、その弁が開いた状態で、冷却水循環経路Ｌ₂₀と蓄熱部１０の他端側の冷却水循環経路Ｌ₁₀とを連通し、さらに排水ポンプＰ₁₀を駆動させた状態で、混合媒体を蓄熱部１０から流出させ、混合媒体を冷却水循環経路Ｌ₁₀から冷却水循環経路Ｌ₂₀へ流入させる。また、排水弁１２は、その弁が閉じた状態で、混合媒体の蓄熱部１０からの流出を止めるように構成されている。

冷却水循環経路Ｌ₁₀は、冷却水循環経路Ｌ₂₀と混合媒体を共有するように連結可能であり、混合媒体が循環する冷却水循環経路路Ｌ₂₀の一部となるように構成されている。換言すれば、蓄熱部１０は、エンジン部２０の冷却水循環経路Ｌ₂₀、Ｌ₁₀の一部に設けられている。冷却水循環経路Ｌ₂₀、Ｌ₁₀は、混合媒体を蓄熱材の発熱により昇温してエンジン部２０を暖機する際に、車両の暖機モードの暖機流路として機能する。

エンジン部２０は、その内部に液冷エンジンが設置され、当該冷却エンジンの図示しないウォータジャケットが、その上流側にて冷却水循環経路Ｌ₂₀の混合媒体をその内部に流入させるためのウォータポンプＰ₂₀と連通し、その下流側にて冷却水循環経路Ｌ₂₀と連通している。また、エンジン部２０は、その駆動により生じた排ガスを車両の外部に排出するための排ガス経路Ｌ₂₁と連通している。排ガス経路Ｌ₂₁には、排ガス中の窒素化合物（ＮＯ_x）等を除去する触媒を充填した触媒部２１を設置している。また、排ガス経路Ｌ₂₁の一部は、高温の排ガスにより蓄熱部１０の内部の蓄熱材を加熱して乾燥するために、蓄熱部１０の内部に挿通している。すなわち、エンジン部２０から生じた高温の排ガスは、その熱を蓄熱材に供給して加熱することにより、蓄熱材を蓄熱・乾燥する装置であり、前述した加熱手段として機能する。触媒部２１の触媒としては、例えば三元触媒等を用いることができる。

ラジエータ３０は、車両の走行風等の媒体と混合媒体とを熱交換する熱交換器であり、冷却水循環経路Ｌ₂₀上に設置され、熱交換によって混合媒体を冷却するように構成されている。ラジエータ３０は、冷却水循環経路Ｌ₂₀内の混合媒体の熱に応じて開閉するサーモスタット３１を介してエンジン部２０と連結し、冷却した混合媒体をエンジン部２０に供給して、エンジン部２０を冷却するように構成されている。また、ラジエータ３０は、冷却水循環経路Ｌ₂₀を介してリザーバタンク４０と連結し、冷却水循環経路Ｌ₂₀内の圧力が設定値を越えると、冷却水循環経路Ｌ₂₀内の混合媒体をリザーバタンク４０に送り、冷却水循環経路Ｌ₂₀内の圧力が設定値以下になると、リザーバタンク４０内の混合媒体を冷却水循環経路Ｌ₂₀内に戻すように構成されている。

リザーバタンク４０は、混合媒体を貯蔵するためのタンクであり、その一端側にて冷却水循環経路Ｌ₂₀と連通し、その他端側にて冷却水循環経路Ｌ₁₃及びパージ弁１３を介して蓄熱部１０と連結している。リザーバタンク４０は、パージ弁１３が開いた状態で、蓄熱部１０内の気相の混合媒体をその内部に流入し、凝縮して貯留するように構成されている。

ヒータコア５０は、冷却水循環経路Ｌ₂₀のエンジン部２０の下流側に設置され、冷却水循環経路Ｌ₂₀を循環する混合媒体の熱を利用して、車両内の空気を昇温するように構成されている。ヒータコア５０により、本実施の形態の蓄熱材に起因する車内の暖房性能を向上できる。

続いて、上記の構成を有する蓄熱システムの作動形態を説明することにより、本発明に係る蓄熱方法の実施の形態を説明する。本実施の形態の蓄熱方法は、暖機加速工程と排水工程と蓄熱工程とを少なくとも含む。暖機加速工程及び蓄熱工程は、それぞれ車両の暖機モード及び蓄熱モードともいう。

暖機加速工程では、車両のエンジンを始動する際に、ウォータポンプＰ₂₀が駆動して三方弁１１の弁１１ａと弁１１ｂが開いた状態から、弁１１ｂを閉じて三方弁１１の弁１１ｃを開くことにより冷却水循環系を切り替え、混合媒体を冷却水循環経路Ｌ₁₀、Ｌ₂₀から蓄熱部１０に注入する。それと同時に、排水弁１２を開き、排水ポンプＰ₁₀が駆動する。蓄熱部１０に注入した混合媒体は、蓄熱部１０内の蓄熱材を加湿して、蓄熱材に吸着し、これにより混合媒体と蓄熱材との吸着熱が生じる。吸着熱により加熱・昇温した混合媒体を蓄熱部１０から冷却水循環経路Ｌ₁₀、Ｌ₂₀へ排出する。排出した混合媒体を、冷却水循環経路Ｌ₁₀、Ｌ₂₀上の排水弁１２、排水ポンプＰ₁₀、ウォータポンプＰ₂₀を経由してエンジン部２０に流入する。エンジン部２０内のエンジンは、昇温した混合媒体との熱交換により暖機される。エンジン部２０を通過した混合媒体を、冷却水循環経路Ｌ₁₀、Ｌ₂₀を介して再び蓄熱部１０内に流入させ、冷却水を昇温する。このように、本工程では、車両の暖機モードとして、冷却水循環経路Ｌ₁₀、Ｌ₂₀内で、混合媒体を媒体として循環させ、蓄熱材で生じた熱をエンジン部２０に伝熱することによりエンジンを暖機する。

排水工程では、三方弁１１の弁１１ｃを閉じ、弁１１ｂを開けることにより、混合媒体の蓄熱部１０への流入を止める。続いて、パージ弁１３を開き、蓄熱部１０内に残った混合媒体を排水ポンプＰ₁₀によって冷却水循環経路Ｌ₂₀に払い出す。払い出された混合媒体の容量は、リザーバタンク４０に流入した混合媒体の容量増加量となる。この工程では、弁１１ｃを閉じると同時に弁１１ｂを開くため、混合媒体が循環する冷却水循環系が暖機加速工程前の循環系（冷却水循環経路Ｌ₂₀）に切り替わり、混合媒体がヒータコア５０に流入する。これにより、エンジン部２０で昇温した混合媒体の熱を利用して、車両内の空気を昇温できる。

蓄熱工程では、排水工程後に、排水弁１２を閉じることにより、自動的に蓄熱工程が開示する。続いて、排水ポンプＰ₁₀を停止する。蓄熱部１０内の蓄熱材をエンジン部２０の駆動により生じた高温の排ガスと熱交換して加熱する。排ガスによる加熱により、蓄熱材に吸着していた混合媒体が蒸気となって脱離し、蓄熱材を乾燥（蓄熱）する。蓄熱材が十分に乾燥し、車両の運転を停止した際に、パージ弁１３を閉じる。なお、蓄熱材が十分に乾燥するまでは、パージ弁１３は開いた状態とする。これにより、蓄熱部１０内で蒸発した混合媒体をリザーバタンク４０に導いて凝縮させて貯留する。排ガスの温度は、例えば１３０〜４６０℃とすることができる。なお、蓄熱工程は、蓄熱材が十分に乾燥するまでは、車両の運転により繰り返し実施する。この場合、エンジン始動時の冷却水循環系は蓄熱工程から開始する。蓄熱材が十分乾燥した場合、その後の次回のエンジン始動時は、冷却水循環系が暖機加速工程から開始する。蓄熱材が十分乾燥する程度は、当業者により適宜決定することができる。

本実施の形態によれば、暖機加速工程の際、車両を暖機モードとした状態で、エンジン部の冷却水（混合媒体）を蓄熱部に流入して蓄熱材を加湿すると、蓄熱材が発熱する。冷却水中の第二の媒体の発熱量は第一の媒体の発熱量に比べて小さいため、冷却水による蓄熱材の温度上昇の速度を、第一の媒体のみを冷却水とした場合と比較して抑制できる。したがって、混合媒体の急激な体積膨張に起因して生じる蓄熱材の粒子内の圧力変動を抑えることができ、粒子が崩壊して、崩壊した粒子が冷却水と共に流出することを防ぐことができる。その結果、暖機加速工程を繰り返すことによる蓄熱材の発熱量の低下を防ぐことができ、蓄熱材の耐久性を向上することができる。

また、本実施の形態によれば、混合媒体を、エンジン部の冷却水循環経路内を流通する冷却水とし、蓄熱材を備える蓄熱部を、冷却水循環経路内の一部として設けている。これにより、エンジン部の冷却水とした混合媒体を蓄熱材に直接的に接触することができる。したがって、暖機加速工程の際、車両を暖機モードとした状態で、蓄熱部から発生した熱を、冷却水を媒体としてエンジン部に効率良く伝えることができ、エンジン部を効率良く昇温することができる。その結果、車両に搭載する蓄熱システムを小型化することができる。

さらに、本実施の形態によれば、蓄熱工程の際、冷却水循環系を蓄熱モードとした状態でエンジン部を駆動すると、高温の排ガスによって蓄熱部内の蓄熱材が加熱され脱水される。このとき冷却水は混合媒体であるため、混合媒体を全て第一の媒体とした場合と比較して乾燥（蓄熱）時間を大幅に短縮することができる。したがって、短い乗車時間で次回エンジン始動時に暖機加速工程を利用できるようになる。その結果、例えば、１回の乗車時間が短いユーザであっても、頻繁に暖機加速工程を利用できるようになり、燃料の消費量を節約しながら運転できる。

なお、本実施の形態では、車両用の蓄熱システムを例示した。本発明はこれに限定されない。本発明に係る蓄熱システムは、そのシステムが適用できる範囲で他の内燃機関に適用できることは明らかである。本発明に係る蓄熱システムは、例えば、四輪車、二輪車、バギー、トラクター、雪上車、船外機等に適用することができる。

以下、実施例によって本発明を具体的に説明することにより、本発明の効果を明らかにする。本発明に係る蓄熱システムは、以下の実施例によって制限されない。

［試験例１］
第一の媒体として水を用い、第二の媒体としてエチレングリコールを用い、これらを１：１の質量比で撹拌・混合して混合媒体を得た。得られた混合媒体を試験例１の媒体とした。

［試験例２］
第一の媒体として、試験例１の混合媒体と同量の水のみを準備し、これを試験例２の媒体とした。

＜暖機モードでの蓄熱材の温度変化＞
試験例１及び試験例２の各々の媒体について、Ｘ型ゼオライトを気密性のあるビーカ内に充填し、これにゼオライトに対する質量比で０．４の媒体（常温）を注入してゼオライトを発熱させた。媒体の注入開始時間を暖機モードの開始時間とし、発熱中のゼオライトの温度を所定時間の間で経時的に測定した。ロガーのサンプリングレートは０．２秒である。結果を図２に示す。

図２に示すように、試験例１では、暖機モードの開始からゼオライトの温度はほぼ一定に上昇していき、１８０秒でゼオライトの温度は９０℃に達し、３００秒までゼオライトの温度は９０℃程度であった。一方、試験例２では、暖機モードの開始から瞬間的に３０秒でゼオライトの温度は１００℃程度に達して突沸し、３００秒までゼオライトの温度は８０〜９０℃程度であった。

結果より、水とエチレングリコールとの混合媒体を用いた試験例１であれば、水のみを用いた試験例２と比べて、蓄熱材の経時的な温度上昇を緩やかにできることがわかった。また、試験例１でも、試験例２と同様以上の温度まで昇温することができ、十分な発熱効果を得られることがわかった。さらに、蓄熱材としては、ゼオライトが好適であることがわかった。これにより、暖機モードを繰り返しても、蓄熱材の発熱量が一定とし、蓄熱材内の圧力変動量を小さくすることができ、蓄熱材の粒子の崩壊を抑制できることがわかった。また、粒子の崩壊に起因する蓄熱材の減少量を抑制できることから、蓄熱モードを繰り返しても、蓄熱材の発熱量の低下を抑制できることが推測される。

＜蓄熱モードでの蓄熱材の温度変化と乾燥度＞
図２に示す発熱後、ビーカ内のゼオライトを２３０ｍｍ×２９５ｍｍ×４０ｍｍのバット内で水に浸漬し、ゼオライトに水を十分に置換させた。浸漬後、排水工程として、目開き１ｍｍ／ｍｍ、線径０．５ｍｍのザルを用いて十分に水を切った後、質量を計測した。温度測定は熱電対を用い、質量測定は、ロードセル型電子天秤を用いた。上記排水後の試験例１及び試験例２の各々について、ゼオライトを充填したバットを２５０℃に予熱した熱処理オーブン内に入れて所定の時間加熱し、オーブン内にバットを入れた時間を蓄熱モードの開始時間として、加熱（乾燥）中の温度を所定時間の間で経時的に測定した。乾燥後、オーブンからゼオライトを取り出して質量を計測した。得られたデータより蓄熱材の乾燥度（％）を算出した。蓄熱モードでの蓄熱材の温度測定の結果を図３に示し、蓄熱モードでの蓄熱材の乾燥度の結果を図４に示す。温度測定は熱電対を用い、質量測定は、ロードセル型電子天秤を用いた。

蓄熱材の乾燥度φ（％）は、以下の式（ｉ）〜（ｖ）から算出した。より具体的には、絶乾状態のビーズゼオライトは、パウダー８０質量％（パウダー比率：ａ）とバインダー２０質量％（１−ａ）とで構成され、初期（缶出）状態で既にパウダー比２質量％（缶出吸着量：ｂ）の水分を吸着している。また、最大吸着量（ｃ）は、パウダー比３０質量％である。下記式（ｉｉ）〜（ｉｖ）を用いて、数値ａ〜ｃと缶出状態のビーズ質量（Ｙ₁）から、パウダー質量（Ｘ₁）、バインダー質量（Ｘ₂）、及び最大吸着量（Ｖ₁）を求めた。続いて、下記式（ｖ）を用いて、最大吸着量（Ｖ₂）を乾燥後のビーズ質量（Ｙ₂）から算出した。得られた最大吸着量（Ｖ₁）と乾燥後吸着量（Ｖ₂）から、下記式（ｉ）を用いて、乾燥度φ（％）を算出した。

図３に示すように、試験例１では、蓄熱モードの開始から３０分でゼオライトの温度は２７５℃程度に達し、４５分まで２５０℃程度まで推移し、６０分まで２５０℃程度であった。一方、試験例２では、蓄熱モードの開始から３０分でゼオライトの温度は２００℃程度、４５分で２４０℃程度、６０分で２４５℃程度まで上昇した。

結果より、水とエチレングリコールとの混合媒体を用いた試験例１であれば、水のみを用いた試験例２と比べて、蓄熱材の上昇温度を高め、かつ温度上昇速度を高めることがわかった。

このときの乾燥度の推移をグラフに描くと、図４に示すように、試験例１は、蓄熱モードの開始から３０分程度で蓄熱材の乾燥度は７５％程度に到達し、３５分程度で蓄熱材の乾燥度が上限値に到達していた。これに対して、試験例２は、蓄熱材の乾燥度が上限値の８５％程度に到達するために６０分程度かかった。

結果より、水とエチレングリコールとの混合媒体を用いた試験例１は、水を用いた試験例２に比べて、蓄熱材の乾燥（蓄熱）時間を４２％程度も短縮できることがわかった。したがって試験例１であれば、冷却水循環系の蓄熱モードにおいて、蓄熱材の乾燥（蓄熱）速度を向上できることが推測される。また、本結果でも、蓄熱材としてゼオライトが好適であることがわかる。このように、試験例１であれば、蓄熱に要する時間が短く、例えば１回の乗車時間が短いユーザであっても、直ぐに蓄熱材が十分に乾燥された状態になることから、エンジン始動時に冷却水循環系の暖機加速工程が頻繁に起動されて暖機時間短縮の恩恵を受け、燃料の消費量を節約しながら運転できる。

本発明に係る蓄熱システム、車両用の蓄熱システム及び蓄熱方法によれば、突沸現象の発生を防ぎ、蓄熱材が混合媒体と共に流出することを防ぎ、蓄熱材の発熱量を維持することができる。また、蓄熱時間が短いため、１回の乗車時間が短いユーザであっても、蓄熱による暖機時間短縮の恩恵を受け、燃料の消費量を節約しながら運転できる。

１０ 蓄熱部
１１ 三方弁
１１ａ、１１ｂ、１１ｃ 弁
１２ 排水弁
１３ パージ弁
２０ エンジン部
２１ 触媒部
３０ ラジエータ
３１ サーモスタット
４０ リザーバタンク
５０ ヒータコア
Ｌ₁₀、Ｌ₁₃、Ｌ₂₀ 冷却水循環経路
Ｌ₂₁ 排ガス経路
Ｐ₁₀ 排水ポンプ
Ｐ₂₀ ウォータポンプ

Claims (6)

1. 第一の媒体と第二の媒体とを混合してなる混合媒体と、
   前記第一の媒体及び前記第二の媒体の各々に吸着して発熱する固体粒子からなる吸着蓄熱材と
   を備え、
   前記第一の媒体が、前記第二の媒体より沸点が低く、かつ前記第二の媒体より前記蓄熱材への吸着能が高く、前記第二の媒体より吸着熱が高いことを特徴とする蓄熱システム。
2. 前記蓄熱材を加熱する加熱手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の蓄熱システム。
3. 前記第一の媒体が水であり、前記第二の媒体がエチレングリコールであり、前記蓄熱材がゼオライトであることを特徴とする請求項１または２に記載の蓄熱システム。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の蓄熱システムを備える車両用の蓄熱システムであって、
   前記車両がエンジンを備え、
   前記加熱手段が、前記エンジンの排ガスであり、前記混合媒体が、前記車両の内部の前記エンジンの冷却水循環経路に流通する冷却水であり、前記蓄熱材を、前記エンジンの冷却水循環経路内に設けたことを特徴とする車両用の蓄熱システム。
5. 前記蓄熱材を、前記エンジンの廃熱を受ける箇所に設けたことを特徴とする請求項４に記載の車両用の蓄熱システム。
6. 請求項４または５に記載の蓄熱システムを用いた車両の蓄熱方法であって、
   前記冷却水循環経路内の前記混合媒体を前記蓄熱材に吸着させ、前記吸着により生じた蓄熱材の熱により前記エンジンを暖機する暖機加速工程と、
   前記冷却水循環経路を切り替えて、前記エンジンの排ガスの熱によって前記混合媒体が吸着した蓄熱材を昇温して蓄熱する蓄熱工程と
   を含む車両用の蓄熱方法。

Images