JP2020128841A - Heat exchange structure body and heat storage heating device - Google Patents

Heat exchange structure body and heat storage heating device Download PDF

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泰 木原
Yasushi Kihara
泰 木原
勇輝 岩野
Yuki Iwano
勇輝 岩野
真人 反町
Masato Sorimachi
真人 反町
小林 隆雄
Takao Kobayashi
隆雄 小林
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Abstract

To provide a heat exchange structure body and a heat storage heating device capable of utilizing waste heat of exhaust gas with high heat transfer efficiency through a simple configuration.SOLUTION: A heat exchange structure body 11 which absorbs heat from exhaust gas G flowing in an exhaust pipe L21 of an engine and radiates the heat to cooling water W, comprises: piping L11 which forms a flow passage of the cooling water W along a portion of the exhaust pipe L21; and a heat storage section which encases the exhaust pipe L21 and the piping L11 and is filled with a solid-solid phase transition heat storage material 21. The cooling water W heated through heat radiation of the heat storage section heats a rear seat heater. The exhaust pipe L21 introduced into the heat storage section is branched piping branched from an exhaust pipe L20 before the same is introduced into the heat storage section. The heat storage section has a heat storage container 20 which is filled with the solid-solid phase transition heat storage material 21 and a heat transfer medium 22.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

本発明は、排気ガスの排熱を伝熱効率良く利用する熱交換構造体及び蓄熱暖房装置に関する。 The present invention relates to a heat exchange structure and a heat storage heating device that utilize exhaust heat of exhaust gas with good heat transfer efficiency.

内燃機関であるエンジンを搭載した車両は、冷却水を用いてエンジンを冷却している。また、エンジンを搭載した車両は、エンジンの発熱により加熱された冷却水を利用して車内の暖房を行うヒータを備えている。ここで、特許文献1では、固体固体相転移蓄熱材を用い、加熱された冷却水が相転移温度を超える場合に冷却水から吸熱することによって熱エネルギーを蓄熱し、冷却水が冷却されて相転移温度以下になった場合に、蓄熱された熱エネルギーを冷却水に放熱し、加熱された冷却水を利用して、ヒータにより車内を暖めている。これにより、固体固体相転移蓄熱材を有した蓄熱装置は、定常運転によりエンジンが稼動しているときに蓄熱し、アイドリングストップなどでエンジンが稼動していないときに放熱してヒータにより車内を暖めることができる。なお、特許文献1には、排気管の排熱を蓄熱し、この蓄熱された熱の放熱によって加熱された冷却水をエンジン側に戻す蓄熱部が記載されている。 A vehicle equipped with an engine that is an internal combustion engine uses cooling water to cool the engine. Further, a vehicle equipped with an engine includes a heater that heats the inside of the vehicle by utilizing cooling water heated by heat generated by the engine. Here, in Patent Document 1, when a solid solid phase transition heat storage material is used, heat energy is stored by absorbing heat from the cooling water when the heated cooling water exceeds the phase transition temperature, and the cooling water is cooled to form a phase. When the temperature becomes equal to or lower than the transition temperature, the stored heat energy is released to the cooling water, and the heated cooling water is used to warm the inside of the vehicle by the heater. As a result, the heat storage device having the solid-solid phase transition heat storage material stores heat when the engine is operating in steady operation and radiates heat when the engine is not operating due to idling stop etc. to warm the interior of the vehicle with the heater. be able to. It should be noted that Patent Document 1 describes a heat storage unit that stores exhaust heat of an exhaust pipe and returns cooling water heated by heat radiation of the stored heat to the engine side.

特開2016−31187号公報JP, 2016-31187, A

ここで、特許文献1に記載されている排気ガスの熱をさらに有効利用する技術が求められている。 Here, there is a demand for a technique for more effectively utilizing the heat of exhaust gas described in Patent Document 1.

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、簡易な構成で、排気ガスの排熱をさらに伝熱効率良く利用することができる熱交換構造体及び蓄熱暖房装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide a heat exchange structure and a heat storage heating device with a simple configuration that can utilize exhaust heat of exhaust gas with higher heat transfer efficiency. To do.

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる熱交換構造体は、移動体のエンジンの排気管を流れる排気ガスから吸熱した熱を冷却熱媒体に放熱する熱交換構造体であって、前記排気管の一部に沿って前記冷却熱媒体の流路を形成する配管と、前記排気管と前記配管とを包み固体固体相転移蓄熱材が充填された蓄熱部と、を備えることを特徴とする。 In order to solve the above problems and achieve the object, a heat exchange structure according to the present invention is a heat exchange structure that radiates heat absorbed from exhaust gas flowing through an exhaust pipe of an engine of a moving body to a cooling heat medium. And, a pipe that forms a flow path of the cooling heat medium along a part of the exhaust pipe, and a heat storage unit that is filled with a solid-solid phase transition heat storage material that surrounds the exhaust pipe and the pipe, It is characterized by being provided.

また、本発明にかかる熱交換構造体は、上記の発明において、前記蓄熱部に導入される前記排気管は、前記蓄熱部に導入される前の前記排気管の一部を分岐した分岐配管であることを特徴とする。 Further, the heat exchange structure according to the present invention is, in the above-mentioned invention, the exhaust pipe introduced into the heat storage section is a branch pipe branched from a part of the exhaust pipe before being introduced into the heat storage section. It is characterized by being.

また、本発明にかかる熱交換構造体は、上記の発明において、前記蓄熱部は、蓄熱容器内に前記固体固体相転移蓄熱材と伝熱媒体とが充填されていることを特徴とする。 Further, the heat exchange structure according to the present invention is characterized in that, in the above-mentioned invention, the heat storage part is filled with the solid-solid phase transition heat storage material and the heat transfer medium in a heat storage container.

また、本発明にかかる熱交換構造体は、上記の発明において、前記伝熱媒体は、液状又はグリス状であることを特徴とする。 Further, the heat exchange structure according to the present invention is characterized in that, in the above-mentioned invention, the heat transfer medium is liquid or grease-like.

また、本発明にかかる熱交換構造体は、上記の発明において、前記冷却熱媒体は冷却水であり、前記固体固体相転移蓄熱材の相転移温度は、所定温度から当該所定温度よりも高い前記冷却水の沸点までの間であることを特徴とする。 Further, in the heat exchange structure according to the present invention, in the above invention, the cooling heat medium is cooling water, and the phase transition temperature of the solid-solid phase transition heat storage material is higher than a predetermined temperature from the predetermined temperature. It is characterized in that it is up to the boiling point of the cooling water.

また、本発明にかかる熱交換構造体は、上記の発明において、前記固体固体相転移蓄熱材は、強相関電子系化合物であることを特徴とする。 Further, the heat exchange structure according to the present invention is characterized in that, in the above-mentioned invention, the solid-solid phase transition heat storage material is a strongly correlated electron compound.

また、本発明にかかる熱交換構造体は、上記の発明において、前記排気管及び前記配管は、前記排気管が前記配管の内部に設けられた二重配管構造であることを特徴とする。 Further, the heat exchange structure according to the present invention is characterized in that, in the above-mentioned invention, the exhaust pipe and the pipe have a double pipe structure in which the exhaust pipe is provided inside the pipe.

また、本発明にかかる熱交換構造体は、上記の発明において、前記排気管及び前記配管は、各側面が当接していることを特徴とする。 Further, the heat exchange structure according to the present invention is characterized in that, in the above-mentioned invention, each side surface of the exhaust pipe and the pipe are in contact with each other.

また、本発明にかかる蓄熱暖房装置は、前記排気管を流れる排気ガスから吸熱した熱が冷却熱媒体によって受熱され、この受熱された熱を利用してヒータにより移動体内を暖める蓄熱暖房装置であって、前記排気管に、上記の発明のいずれか一つに記載の熱交換構造体を設けたことを特徴とする。 Further, the heat storage heating device according to the present invention is a heat storage heating device in which the heat absorbed from the exhaust gas flowing through the exhaust pipe is received by the cooling heat medium, and the received heat is used to warm the moving body by the heater. Then, the heat exchange structure according to any one of the above inventions is provided in the exhaust pipe.

また、本発明にかかる蓄熱暖房装置は、上記の発明において、前記冷却熱媒体は、エンジンを冷却する冷却水であり、前記配管は、前記エンジンの冷却水を導入することを特徴とする。 In the heat storage heating device according to the present invention, in the above invention, the cooling heat medium is cooling water for cooling the engine, and the pipe introduces cooling water for the engine.

また、本発明にかかる蓄熱暖房装置は、上記の発明において、前記ヒータは、前記移動体の後席側に設けられていることを特徴とする。 Further, a heat storage heating device according to the present invention is characterized in that, in the above-mentioned invention, the heater is provided on a rear seat side of the moving body.

本発明によれば、簡易な構成で、排気ガスの排熱を伝熱効率良く利用することができる。 According to the present invention, exhaust heat of exhaust gas can be efficiently used with a simple configuration.

図1は、本発明の実施の形態である蓄熱暖房装置を含むシステムの概要構成を示す模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a system including a heat storage heating device according to an embodiment of the present invention. 図2は、排気管に対する熱交換構造体の配置の一例を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing an example of the arrangement of the heat exchange structure with respect to the exhaust pipe. 図3は、熱交換構造体の構成を示す透視図である。FIG. 3 is a perspective view showing the configuration of the heat exchange structure. 図4は、熱交換構造体の横断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view of the heat exchange structure. 図5は、固体固体相転移蓄熱材の相転移に伴う吸熱特性及び放熱特性を示す図である。FIG. 5: is a figure which shows the heat absorption characteristic and heat dissipation characteristic accompanying a phase transition of a solid-solid phase transition heat storage material. 図6は、変形例1の熱交換構造体の構成を示す透視図である。FIG. 6 is a perspective view showing the configuration of the heat exchange structure of Modification 1. 図7は、変形例1の熱交換構造体の横断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view of the heat exchange structure of Modification Example 1. 図8は、変形例2の熱交換構造体の構成を示す透視図である。8: is a perspective view which shows the structure of the heat exchange structure of the modification 2. FIG. 図9は、変形例2の熱交換構造体の横断面図である。FIG. 9 is a cross-sectional view of the heat exchange structure of Modification 2. 図10は、変形例3の蓄熱暖房装置を含むシステムの構成を示す模式図である。FIG. 10: is a schematic diagram which shows the structure of the system containing the thermal storage heating apparatus of the modification 3. As shown in FIG. 図11は、排気ガス再循環(EGR:Exhaust Gas Recirculation)システムのEGRクーラーに適用した変形例4の熱交換構造体の一例を示す横断面図である。FIG. 11: is a cross-sectional view which shows an example of the heat exchange structure of the modification 4 applied to the EGR cooler of an exhaust gas recirculation (EGR:Exhaust Gas Recirculation) system.

以下、添付図面を参照して本発明を実施するための形態について説明する。なお、以下では、座席を暖めるシートヒータに利用される例について説明する。近年では、車両の後部座席等にヒータを設けるようになっており、その需要も増大している。そこで、エンジンによって加熱された冷却水を、後部座席側に配置されたヒータに供給することが考えられる。しかしながら、エンジンから後部座席側のヒータまでの間に、冷却水の配管を設けることは装置構成が大きくなり、しかも、配管長が長くなるため、伝熱効率が悪いという課題があった。本発明によれば、例えば、後部座席などのヒートシータに排気ガスの排熱を伝熱効率良く利用することができる。なお、本発明は、シートヒータに限られず、車内暖房などに利用されてもよい。 Embodiments for carrying out the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. In addition, below, the example utilized for the seat heater which warms a seat is demonstrated. In recent years, heaters have been installed in the back seats of vehicles and the like, and the demand for them is increasing. Therefore, it is conceivable to supply the cooling water heated by the engine to the heater arranged on the rear seat side. However, providing the cooling water pipe between the engine and the heater on the rear seat side requires a large device configuration and a long pipe length, which causes a problem of poor heat transfer efficiency. According to the present invention, for example, exhaust heat of exhaust gas can be efficiently used for heat theta such as a rear seat. The present invention is not limited to the seat heater and may be used for heating the inside of the vehicle.

<装置構成>
図1は、本発明の実施の形態である蓄熱暖房装置10を含むシステムの概要構成を示す模式図である。なお、本システムは、エンジン3の排熱を利用し車両内の前部座席側の前席ヒータ4を加熱する暖房装置1と、排気ガスGの排熱を利用し後部座席側に後席ヒータ14を加熱する蓄熱暖房装置10とが車両に搭載されている。
<Device configuration>
FIG. 1 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a system including a heat storage heating device 10 according to an embodiment of the present invention. The present system uses the exhaust heat of the engine 3 to heat the front seat heater 4 on the front seat side in the vehicle and the heating device 1 that uses the exhaust heat of exhaust gas G to the rear seat heater on the rear seat side. A heat storage heating device 10 for heating 14 is mounted on the vehicle.

<暖房装置1の構成>
図1に示すように、暖房装置1は、冷却熱媒体である冷却水Wによってエンジン3を冷却し、加熱された冷却水Wをラジエータ2によって冷却するとともに、エンジン3によって加熱された冷却水Wを前席ヒータ4に導入して前席ヒータ4を加熱する。配管系Lは、これらエンジン冷却と前席ヒータ加熱との2系統の配管系を有する。
<Configuration of heating device 1>
As shown in FIG. 1, the heating device 1 cools the engine 3 with the cooling water W that is a cooling heat medium, cools the heated cooling water W with the radiator 2, and cools the cooling water W heated with the engine 3. Is introduced into the front seat heater 4 to heat the front seat heater 4. The piping system L has two piping systems for cooling the engine and heating the front seat heater.

ポンプ6は、冷却水Wをエンジン3側に圧送するポンプである。ポンプ6は、ラジエータ2によって冷却された冷却水W及び前席ヒータ4によって熱交換されて冷却された冷却水Wが導入される。流量流路調整弁5は、例えば、サーモスタットバルブであり、導入された冷却水Wが一定温度を超える場合、ラジエータ2側の配管を開にし、冷却水Wをラジエータ2によって冷却させ、導入された冷却水Wが一定温度以下の場合、ラジエータ2をバイパスする配管側を閉にし、そのまま冷却水Wをポンプ6側に導出して、暖機運転を行わせる。なお、厳密には、流量流路調整弁5は、温度に応じて、ラジエータ2側の配管の開度及びラジエータ2をバイパスする配管側の開度を調整する。 The pump 6 is a pump that pumps the cooling water W to the engine 3 side. Into the pump 6, the cooling water W cooled by the radiator 2 and the cooling water W that has been heat-exchanged by the front heater 4 and cooled are introduced. The flow rate flow control valve 5 is, for example, a thermostat valve, and when the introduced cooling water W exceeds a certain temperature, the piping on the radiator 2 side is opened and the cooling water W is cooled by the radiator 2 and introduced. When the cooling water W is at a certain temperature or lower, the pipe side bypassing the radiator 2 is closed, and the cooling water W is led to the pump 6 side as it is to perform the warm-up operation. Strictly speaking, the flow rate flow control valve 5 adjusts the opening of the pipe on the radiator 2 side and the opening of the pipe bypassing the radiator 2 according to the temperature.

<蓄熱暖房装置10の構成>
エンジン3の排気ガスを排出する排気管L20は、車両の下部に這いまわされ、車両の後部まで延びている。蓄熱暖房装置10は、排気管L20の後部側、例えばマフラーの近くに熱交換構造体11を配置する。ポンプ12は、冷却水Wを熱交換構造体11に圧送する。熱交換構造体11は、排気管L20及び冷却水Wを包み、固体固体相転移蓄熱材が充填された蓄熱部を有する。熱交換構造体11は、排気管L20から排気ガスGの排熱を蓄熱し、蓄熱した熱エネルギーを冷却水Wに放熱する。熱交換構造体11に蓄熱機能をもたせているのは、アイドリングストップ車や、ハイブリッド車等においてエンジン3が停止し、排気ガスの排熱量が小さくなって冷却水Wの温度が低くなった場合、熱交換構造体11に蓄熱された熱を放熱することによって冷却水Wを加熱し、この加熱した冷却水Wによって後席ヒータ14を加熱するためである。
<Configuration of heat storage heating device 10>
An exhaust pipe L20 for exhausting exhaust gas of the engine 3 is laid around the lower part of the vehicle and extends to the rear part of the vehicle. The heat storage heating device 10 arranges the heat exchange structure 11 on the rear side of the exhaust pipe L20, for example, near the muffler. The pump 12 pumps the cooling water W to the heat exchange structure 11. The heat exchange structure 11 has a heat storage part that encloses the exhaust pipe L20 and the cooling water W and is filled with a solid-solid phase transition heat storage material. The heat exchange structure 11 stores the exhaust heat of the exhaust gas G from the exhaust pipe L20 and radiates the stored thermal energy to the cooling water W. The heat exchange structure 11 has a heat storage function when the engine 3 is stopped in an idling stop vehicle, a hybrid vehicle, or the like, the exhaust heat amount of exhaust gas becomes small, and the temperature of the cooling water W becomes low, This is because the cooling water W is heated by radiating the heat stored in the heat exchange structure 11, and the rear seat heater 14 is heated by the heated cooling water W.

配管系L10は、配管L11,L12を有する。放熱された熱を受熱した冷却水Wは加熱される。この加熱された冷却水Wは、配管L11を介して後席ヒータ14側に導出される。後席ヒータ14に導入された冷却水Wは、後席ヒータ14との熱交換によって冷却され、配管L12を介してポンプ12に戻される。 The piping system L10 has piping L11 and L12. The cooling water W that has received the radiated heat is heated. The heated cooling water W is led to the rear seat heater 14 side via the pipe L11. The cooling water W introduced into the rear seat heater 14 is cooled by heat exchange with the rear seat heater 14 and returned to the pump 12 via the pipe L12.

<熱交換構造体の配置>
図2に示すように、熱交換構造体11には、排気管L20を通る排気ガスGの一部を分岐した分岐配管である排気管L21を有する。この排気管L21への排気ガスGの流量は、排気管L20内に設けられた流量調整弁13によって調整される。
<Arrangement of heat exchange structure>
As shown in FIG. 2, the heat exchange structure 11 has an exhaust pipe L21 that is a branch pipe that branches a part of the exhaust gas G passing through the exhaust pipe L20. The flow rate of the exhaust gas G to the exhaust pipe L21 is adjusted by the flow rate adjusting valve 13 provided in the exhaust pipe L20.

<熱交換構造体の構成>
図3は、熱交換構造体11の構成を示す透視図である。また、図4は、熱交換構造体11の横断面図である。図3及び図4に示すように、熱交換構造体11は、蓄熱容器20内を貫通し、冷却水Wを通す配管L11と、排気ガスGを通す排気管L21とが配置される。そして、蓄熱容器20内には、配管L11と排気管L21とを包む固体固体相転移蓄熱材21が充填される。また、蓄熱容器20内には、固体固体相転移蓄熱材21間の間隙を埋める伝熱媒体22が充填されてもよい。固体固体相転移蓄熱材21は、粒状、顆粒状、あるいは焼結体の形態である。伝熱媒体22は、配管L11及び排気管L21と、固体固体相転移蓄熱材21との間の伝熱効率を良くする高熱伝導率を有したグリス状又は液状のものである。伝熱媒体22は、例えばシリコーングリスやモリブデングリスである。
<Structure of heat exchange structure>
FIG. 3 is a perspective view showing the configuration of the heat exchange structure 11. Further, FIG. 4 is a cross-sectional view of the heat exchange structure 11. As shown in FIGS. 3 and 4, the heat exchange structure 11 includes a pipe L11 that passes through the heat storage container 20 and passes the cooling water W and an exhaust pipe L21 that passes the exhaust gas G. Then, the heat storage container 20 is filled with a solid-solid phase transition heat storage material 21 that encloses the pipe L11 and the exhaust pipe L21. Further, the heat storage container 20 may be filled with a heat transfer medium 22 that fills a gap between the solid-solid phase transition heat storage materials 21. The solid-solid phase transition heat storage material 21 is in the form of particles, granules, or a sintered body. The heat transfer medium 22 is a grease-like or liquid one having a high thermal conductivity which improves heat transfer efficiency between the pipe L11 and the exhaust pipe L21 and the solid-solid phase transition heat storage material 21. The heat transfer medium 22 is, for example, silicone grease or molybdenum grease.

固体固体相転移蓄熱材21は、温度が相転移温度以下である場合に固体状の第1相状態に変化するとともに、温度が相転移温度を超える場合に固体状の第2相状態に変化する。そして、図5に示すように、固体固体相転移蓄熱材21は、加熱される場合、相転移温度(例えば、65℃付近)での相変化時に吸熱し、逆に、冷却される場合、相転移温度での相変化時に放熱する。 The solid-solid phase transition heat storage material 21 changes to a solid first phase state when the temperature is equal to or lower than the phase transition temperature, and changes to a solid second phase state when the temperature exceeds the phase transition temperature. .. Then, as shown in FIG. 5, the solid-solid phase transition heat storage material 21 absorbs heat during a phase change at a phase transition temperature (for example, around 65° C.) when heated, and conversely, when cooled, the phase is changed. Dissipates heat during a phase change at the transition temperature.

固体固体相転移蓄熱材21は、強相関電子系化合物であり、例えば、二酸化バナジウム(VO)や、VOに、W、Re、Ru、Nb、Taなどをドープしたバナジウム酸化物である。 The solid-solid phase transition heat storage material 21 is a strongly correlated electron compound, and is, for example, vanadium dioxide (VO 2 ) or vanadium oxide in which VO 2 is doped with W, Re, Ru, Nb, Ta, or the like.

なお、伝熱媒体22がグリス状である場合、グリス内に、熱伝導部材のフィラ―を含めても良い。熱伝導性部材としては、例えば、酸化アルミニウム、水酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化ケイ素、炭化ケイ素、酸化亜鉛、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、炭化ケイ素、ダイヤモンドなどである。 When the heat transfer medium 22 is in the form of grease, a filler of a heat conducting member may be included in the grease. Examples of the heat conductive member include aluminum oxide, aluminum hydroxide, magnesium oxide, silicon oxide, silicon carbide, zinc oxide, boron nitride, aluminum nitride, silicon nitride, silicon carbide and diamond.

本実施の形態では、固体固体相転移蓄熱材21の相転移温度を65℃としているが、相転移は、所定温度(例えば、40℃)から冷却水Wの沸点までの間であればよく、例えば90℃であってもよい。なお、相転移温度は、固体固体相転移蓄熱材21のドープ材の混合比によって変化させることができる。 In the present embodiment, the phase transition temperature of the solid-solid phase transition heat storage material 21 is 65° C., but the phase transition may be between a predetermined temperature (for example, 40° C.) and the boiling point of the cooling water W, For example, it may be 90°C. The phase transition temperature can be changed depending on the mixing ratio of the doping material of the solid/solid phase transition heat storage material 21.

具体的な、固体固体相転移蓄熱材21は、VOであり、蓄熱容器20に対して50重量%である。また、伝熱媒体22に含まれる熱伝導性部材は、窒化ホウ素であり、蓄熱容器20に対して20重量%である。さらに、伝熱媒体22は、シリコーン系のグリスであり、蓄熱容器20に対して30重量%である。このような配合によって、蓄熱容器20は、蓄熱密度が110J/cc、蓄熱温度が90℃、熱伝導率が2.8W/mK、比熱が2.2J/gK、密度が3.2g/cmの特性を呈する。 The specific solid-solid phase transition heat storage material 21 is VO 2 and is 50% by weight with respect to the heat storage container 20. Further, the heat conductive member included in the heat transfer medium 22 is boron nitride, and is 20% by weight with respect to the heat storage container 20. Further, the heat transfer medium 22 is silicone-based grease, and is 30% by weight with respect to the heat storage container 20. With such a composition, the heat storage container 20 has a heat storage density of 110 J/cc, a heat storage temperature of 90° C., a thermal conductivity of 2.8 W/mK, a specific heat of 2.2 J/gK, and a density of 3.2 g/cm 3. Exhibit the characteristics of.

<変形例1>
図6は、変形例1の熱交換構造体11の構成を示す透視図である。また、図7は、変形例1の熱交換構造体11の横断面図である。図6及び図7に示すように、本変形例1では、排気管L21が配管L11内に設けられた二重配管構造としている。これにより、変形例1の熱交換構造体11は、蓄熱機能を有するとともに、排気管L21と配管L11との熱交換を直接に行うことができる。
<Modification 1>
FIG. 6 is a perspective view showing the configuration of the heat exchange structure 11 of Modification 1. Further, FIG. 7 is a cross-sectional view of the heat exchange structure 11 of Modification 1. As shown in FIGS. 6 and 7, in the first modification, the exhaust pipe L21 is provided in the pipe L11 to have a double pipe structure. Accordingly, the heat exchange structure 11 of Modification 1 has a heat storage function and can directly exchange heat between the exhaust pipe L21 and the pipe L11.

<変形例2>
図8は、変形例2の熱交換構造体11の構成を示す透視図である。また、図9は、変形例2の熱交換構造体11の横断面図である。図8及び図9に示すように、本変形例2では、排気管L21と配管L11との側面が当接した構造としている。これにより、変形例2の熱交換構造体11は、簡易な構造で、蓄熱機能を有するとともに、排気管L21と配管L11との熱交換効率を高めることができる。
<Modification 2>
8: is a perspective view which shows the structure of the heat exchange structure 11 of the modification 2. As shown in FIG. Further, FIG. 9 is a cross-sectional view of the heat exchange structure 11 of Modification 2. As shown in FIGS. 8 and 9, in the second modification, the exhaust pipe L21 and the pipe L11 are in contact with each other at their side surfaces. As a result, the heat exchange structure 11 of Modification 2 has a simple structure, has a heat storage function, and can improve the heat exchange efficiency between the exhaust pipe L21 and the pipe L11.

<変形例3>
図10は、変形例3の蓄熱暖房装置10aを含むシステムの構成を示す模式図である。図10に示すように、変形例3の蓄熱暖房装置10aは、配管系L10に対応する配管系L10aが開閉弁15を介して配管系Lに接続される。すなわち、図1に示した蓄熱暖房装置10は、配管系L10が暖房装置1の配管系Lから独立し、車内で2つの配管系を設けていたが、図10に示した蓄熱暖房装置10aは、暖房装置1の配管系Lに接続され、車内で1つの配管系とする構成としている。
<Modification 3>
FIG. 10: is a schematic diagram which shows the structure of the system containing the thermal storage heating apparatus 10a of the modification 3. As shown in FIG. As shown in FIG. 10, in the heat storage heating device 10a of Modification 3, a pipe system L10a corresponding to the pipe system L10 is connected to the pipe system L via an opening/closing valve 15. That is, in the heat storage heating device 10 shown in FIG. 1, the pipe system L10 is independent of the pipe system L of the heating device 1 and two pipe systems are provided in the vehicle, but the heat storage heating device 10a shown in FIG. It is connected to the piping system L of the heating device 1 so as to form one piping system in the vehicle.

1つの配管系の中には、ポンプ6,12などのウォーターポンプのほか、図示しない水位計付きのリザーバタンクや、流量流路調整弁5などの流量流路切替電磁バルブといった電動部品を設ける必要がある。したがって、図1に示した暖房装置1と蓄熱暖房装置10とを有した車両には、2セットの電動部品設ける必要があるが、図10に示した暖房装置1と蓄熱暖房装置10aとを有した車両には、1セットの電動部品のみで済むことになる。 In addition to water pumps such as pumps 6 and 12, it is necessary to provide electric components such as a reservoir tank with a water level gauge (not shown) and a flow passage switching electromagnetic valve such as a flow passage adjusting valve 5 in one piping system. There is. Therefore, a vehicle having the heating device 1 and the heat storage heating device 10 shown in FIG. 1 needs to be provided with two sets of electric components, but the heating device 1 and the heat storage heating device 10a shown in FIG. The vehicle that has been completed requires only one set of electric parts.

この結果、配管の配索性と暖気速度とを重視する場合には、図1に示した蓄熱暖房装置10を採用し、配索性や暖気速度は、図1に示した蓄熱暖房装置10に比して落ちるが電動部品のコストダウン、特にポンプ数の削減を重視する場合には、図10に示した蓄熱暖房装置10aの構成を採用することが好ましい。 As a result, when importance is attached to the installation property of the pipe and the warm air speed, the heat storage heating device 10 shown in FIG. Although it falls off, it is preferable to adopt the configuration of the heat storage heating device 10a shown in FIG. 10 when the cost reduction of the electric parts, especially the reduction of the number of pumps is emphasized.

<変形例4>
図11は、排気ガス再循環(EGR:Exhaust Gas Recirculation)システムのEGRクーラーに適用した変形例4の熱交換構造体31の一例を示す横断面図である。熱交換構造体31は、EGRクーラーの配管L30内に、排気ガスGを通し、乱流化する複数の排気管L31が配置される。排気管L31と配管L30との間の流路は、冷却水Wが通る。したがって、変形例1の二重管構造に近似したものとなっている。蓄熱容器20には、排気管L31及び配管L30が貫通し、配管L30を包むように、固体固体相転移蓄熱材21が充填される。また、蓄熱容器20内には、固体固体相転移蓄熱材21間の間隙を埋める伝熱媒体22が充填されてもよい。固体固体相転移蓄熱材21及び伝熱媒体22は、上記の実施の形態及び変形例1〜3と同じである。また、配管L30内を通る冷却水Wは、後席ヒータ14を加熱するが、前席ヒータ4を加熱するようにしてもよい。
<Modification 4>
FIG. 11 is a cross-sectional view showing an example of the heat exchange structure 31 of Modification 4 applied to the EGR cooler of the exhaust gas recirculation (EGR) system. In the heat exchange structure 31, a plurality of exhaust pipes L31 that pass the exhaust gas G and make it turbulent are arranged in the pipe L30 of the EGR cooler. The cooling water W passes through the flow path between the exhaust pipe L31 and the pipe L30. Therefore, it is similar to the double tube structure of the first modification. The heat storage container 20 is filled with the solid-solid phase transition heat storage material 21 so as to penetrate the exhaust pipe L31 and the pipe L30 and wrap the pipe L30. Further, the heat storage container 20 may be filled with a heat transfer medium 22 that fills a gap between the solid-solid phase transition heat storage materials 21. The solid-solid phase transition heat storage material 21 and the heat transfer medium 22 are the same as those in the above-described embodiment and modifications 1 to 3. The cooling water W flowing through the pipe L30 heats the rear seat heater 14, but may heat the front seat heater 4.

変形例4では、EGRクーラーに再循環する排気ガスGの熱をも蓄熱し、蓄熱した熱を車内暖房に用いることができるので、さらに排気ガスGの有効利用を増大させることができる。 In the modified example 4, the heat of the exhaust gas G recirculated to the EGR cooler is also stored, and the stored heat can be used for heating the vehicle interior, so that the effective use of the exhaust gas G can be further increased.

以上、本発明者らによってなされた発明を適用した実施の形態及び変形例について説明したが、本実施の形態による本発明の開示の一部をなす記述及び図面により本発明は限定されることはない。すなわち、本実施の形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施の形態、実施例、及び運用技術等は全て本発明の範疇に含まれる。 Although the embodiment and the modified example to which the invention made by the present inventors is applied have been described above, the present invention is not limited by the description and the drawings which form part of the disclosure of the present invention according to the present embodiment. Absent. That is, all other embodiments, examples, operation techniques and the like made by those skilled in the art based on the present embodiment are included in the scope of the present invention.

1 暖房装置
2 ラジエータ
3 エンジン
4 前席ヒータ
5 流量流路調整弁
6,12 ポンプ
10,10a 蓄熱暖房装置
11,31 熱交換構造体
13 流量調整弁
14 後席ヒータ
15 開閉弁
20 蓄熱容器
21 固体固体相転移蓄熱材
22 伝熱媒体
G 排気ガス
L,L10配管系
L11,L12,L30 配管
L20,L21,L31 排気管
W 冷却水
1 Heating Device 2 Radiator 3 Engine 4 Front Heater 5 Flow Rate Flow Control Valve 6,12 Pump 10, 10a Heat Storage Heating Device 11,31 Heat Exchange Structure 13 Flow Rate Control Valve 14 Rear Seat Heater 15 Open/Close Valve 20 Heat Storage Container 21 Solid Solid phase transition heat storage material 22 Heat transfer medium G Exhaust gas L, L10 Piping system L11, L12, L30 Piping L20, L21, L31 Exhaust pipe W Cooling water

Claims (11)

移動体のエンジンの排気管を流れる排気ガスから吸熱した熱を冷却熱媒体に放熱する熱交換構造体であって、
前記排気管の一部に沿って前記冷却熱媒体の流路を形成する配管と、
前記排気管と前記配管とを包み固体固体相転移蓄熱材が充填された蓄熱部と、
を備えることを特徴とする熱交換構造体。
A heat exchange structure that radiates heat absorbed from exhaust gas flowing through an exhaust pipe of an engine of a moving body to a cooling heat medium,
A pipe forming a flow path of the cooling heat medium along a part of the exhaust pipe,
A heat storage part that is filled with a solid-solid phase transition heat storage material that surrounds the exhaust pipe and the pipe,
A heat exchange structure comprising:
前記蓄熱部に導入される前記排気管は、前記蓄熱部に導入される前の前記排気管の一部を分岐した分岐配管であることを特徴とする請求項1に記載の熱交換構造体。 The heat exchange structure according to claim 1, wherein the exhaust pipe introduced into the heat storage unit is a branch pipe that branches a part of the exhaust pipe before being introduced into the heat storage unit. 前記蓄熱部は、蓄熱容器内に前記固体固体相転移蓄熱材と伝熱媒体とが充填されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の熱交換構造体。 The heat storage structure according to claim 1 or 2, wherein the heat storage unit has a heat storage container filled with the solid-solid phase transition heat storage material and a heat transfer medium. 前記伝熱媒体は、液状又はグリス状であることを特徴とする請求項3に記載の熱交換構造体。 The heat exchange structure according to claim 3, wherein the heat transfer medium is liquid or grease-like. 前記冷却熱媒体は冷却水であり、
前記固体固体相転移蓄熱材の相転移温度は、所定温度から当該所定温度よりも高い前記冷却水の沸点までの間であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一つに記載の熱交換構造体。
The cooling heat medium is cooling water,
The phase transition temperature of the solid-solid phase transition heat storage material is between a predetermined temperature and a boiling point of the cooling water higher than the predetermined temperature, according to any one of claims 1 to 4. Heat exchange structure.
前記固体固体相転移蓄熱材は、強相関電子系化合物であることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一つに記載の熱交換構造体。 The heat exchange structure according to any one of claims 1 to 5, wherein the solid-solid phase transition heat storage material is a strongly correlated electron compound. 前記排気管及び前記配管は、前記排気管が前記配管の内部に設けられた二重配管構造であることを特徴とする請求項1〜6のいずれか一つに記載の熱交換構造体。 The heat exchange structure according to any one of claims 1 to 6, wherein the exhaust pipe and the pipe have a double pipe structure in which the exhaust pipe is provided inside the pipe. 前記排気管及び前記配管は、各側面が当接していることを特徴とする請求項1〜6のいずれか一つに記載の熱交換構造体。 The heat exchange structure according to any one of claims 1 to 6, wherein the exhaust pipe and the pipe are in contact with each other at their side surfaces. 前記排気管を流れる排気ガスから吸熱した熱が冷却熱媒体によって受熱され、この受熱された熱を利用してヒータにより移動体内を暖める蓄熱暖房装置であって、
前記排気管に、請求項1〜7のいずれか一つに記載の熱交換構造体を設けたことを特徴とする蓄熱暖房装置。
A heat storage heating device in which heat absorbed from exhaust gas flowing through the exhaust pipe is received by a cooling heat medium, and the moving body is warmed by a heater using the received heat.
A heat storage heating device, wherein the exhaust pipe is provided with the heat exchange structure according to any one of claims 1 to 7.
前記冷却熱媒体は、エンジンを冷却する冷却水であり、
前記配管は、前記エンジンの冷却水を導入することを特徴とする請求項9に記載の蓄熱暖房装置。
The cooling heat medium is cooling water for cooling the engine,
The heat storage heating device according to claim 9, wherein the pipe introduces cooling water for the engine.
前記ヒータは、前記移動体の後席側に設けられていることを特徴とする請求項9又は10に記載の蓄熱暖房装置。 The heat storage heating device according to claim 9 or 10, wherein the heater is provided on a rear seat side of the moving body.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN114777544A (en) * 2022-04-21 2022-07-22 山东大学 Intermittent steam waste heat recycling system and working method
WO2023286591A1 (en) * 2021-07-15 2023-01-19 イーグル工業株式会社 Heat storage heat exchanger

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