JP2020202337A

JP2020202337A - 蓄熱容器

Info

Publication number: JP2020202337A
Application number: JP2019110089A
Authority: JP
Inventors: 亮福田; Akira Fukuda
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2019-06-13
Filing date: 2019-06-13
Publication date: 2020-12-17
Anticipated expiration: 2039-06-13
Also published as: JP7222314B2

Abstract

【課題】蓄熱容器に蓄積された熱の保温性能を向上させる。【解決手段】蓄熱容器１は、発熱部Ｈを包囲する断熱構造１１と、断熱構造１１に形成された開口部１２に収容可能な蓋１３と、を備え、蓋１３は、一端と他端との温度差に応じて電力を発生する熱電素子１３１と、熱電素子１３１が発生した電力により熱を発するヒータ１３２と、を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、容器内部に熱を蓄積するための蓄熱容器に関する。

従来、熱電素子を用いて容器内部を冷却及び放熱することにより容器内部の温度を調整する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００１−３４９６５３号公報

特許文献１に記載の容器は、熱電素子を用いて容器内部の温度を調整することができるが、容器内部に熱を蓄積することには適していない。容器内部に熱を蓄積するための蓄熱容器は、例えば、容器内部と容器外部との間に真空層を設けた断熱構造を有している。

しかし、このような蓄熱容器において、外気又は熱源と接触する部分（例えば、蓄熱容器の蓋）は、蓄熱容器の高温側から低温側へ熱流束が生じるので、蓄熱容器の内部の熱が蓄熱容器の外部へ逃げやすいという問題が生じていた。

そこで、本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであり、蓄熱容器に蓄積された熱の保温性能を向上させることを目的とする。

本発明の第１の態様の蓄熱容器は、発熱部を包囲する断熱構造と、前記断熱構造に形成された開口部に収容可能な蓋と、を備え、前記蓋は、一端と他端との温度差に応じて電力を発生する熱電素子と、前記熱電素子が発生した電力により熱を発するヒータと、を有する。

また、前記熱電素子は、前記ヒータよりも前記開口部から遠い位置に設けられてもよい。

また、前記熱電素子は、前記蓋において前記開口部から最も遠い側に設けられており、前記ヒータは、前記蓋において前記開口部に最も近い側に設けられてもよい。

また、前記ヒータは、前記熱電素子が発した電力に加えて、外部電源から供給される電力により熱を発してもよい。

また、前記蓄熱容器は、車両に搭載されており、前記断熱構造は、前記発熱部としての前記車両の内燃機関を包囲してもよい。

本発明によれば、蓄熱容器に蓄積された熱の保温性能を向上させることができるという効果を奏する。

本実施形態に係る蓄熱容器の構成を示す図である。本実施形態に係る蓋の構成を示す図である。蓋の変形例の構成を示す図である。

［蓄熱容器の構成］
図１は、本実施形態に係る蓄熱容器１の構成を示す図である。蓄熱容器１は、内部に熱を蓄積することを目的としている。図１に示すように、蓄熱容器１は、断熱構造１１と、開口部１２と、蓋１３とを有する。

断熱構造１１は、発熱部Ｈを包囲しており、発熱部Ｈが発する熱の外部への伝達を遮断する。具体的には、断熱構造１１は、内壁１１１と外壁１１２との間に真空層１１３を有しており、真空層１１３により発熱部Ｈが発する熱の外部への伝達を遮断する。

発熱部Ｈは、蓄熱容器１の内部に設けられ、熱を発する。発熱部Ｈが発した熱は、断熱構造１１及び蓋１３に伝達される。発熱部Ｈは、例えば、内燃機関、ヘッドランプ又はアクチュエータ等の作動時に熱を発する車両の構成部材である。

開口部１２は、断熱構造１１の一部に形成されており、蓋１３を収容可能である。
蓋１３は、開口部１２に収容され、開口部１２に収容された状態で、一方の面が発熱部Ｈに接し、他方の面が蓄熱容器１の外部と接する。蓋１３は、発熱部Ｈと蓄熱容器１の外部との間に収容されるので、蓄熱容器１の高温側（発熱部Ｈ側）から低温側（外部側）へ熱流束が生じることにより、蓄熱容器１の内部の熱が蓋１３を介して蓄熱容器１の外部へ伝達される。

［蓋の構成］
図２は、本実施形態に係る蓋１３の構成を示す図である。具体的には、図２（ａ）は、蓋１３の詳細な構成を示す図であり、図２（ｂ）は、蓋１３付近で伝達される熱の温度勾配を示す図である。図２（ａ）に示すように、蓋１３は、断熱部材１３０と、熱電素子１３１と、ヒータ１３２と、電圧変換部１３３とを有する。

断熱部材１３０は、熱電素子１３１とヒータ１３２との間に設けられ、断熱材で構成される。

熱電素子１３１は、ヒータ１３２よりも開口部１２から遠い位置に設けられており、電圧変換部１３３を介してヒータ１３２と電気的に接続されている。熱電素子１３１は、例えば、ゼーベック効果を利用して、蓋１３の一端（高温側）と他端（低温側）との温度差に応じて電力を発生する。熱電素子１３１は、例えばＢｉ−Ｔｅ系、Ｐｂ−Ｔｅ系又はＳｉ−Ｇｅ系等の熱電変換材料で構成される。

ヒータ１３２は、蓋１３において開口部１２に近い位置に設けられており、電圧変換部１３３を介して熱電素子１３１と電気的に接続されている。ヒータ１３２は、熱電素子１３１が発生した電力により熱を発する。

電圧変換部１３３は、例えば、直流変換器（ＤＣ−ＤＣコンバータ）及びレギュレータ等を含む。電圧変換部１３３は、熱電素子１３１が発生した電力をヒータ１３２で使用可能な電圧に変換し、変換後の電圧をヒータ１３２に供給する。

熱電素子１３１は、蓋１３において開口部１２から最も遠い側に設けられており、ヒータ１３２は、蓋１３において開口部１２に最も近い側に設けられていることが好ましい。蓋１３がこのように構成されていることで、蓋１３の一端と他端との温度差が大きくなり、熱電素子１３１が発生する電力を大きくすることができる。

ここで、蓋１３における熱流束と温度勾配との関係について説明する。蓋１３は、厚さに比べて面積が大きく、熱が厚さ方向にのみ１次元的に伝達されると仮定することができる。また、蓋１３は、一定の熱伝導率を有し、熱が蓋１３全体に伝達されると仮定することができる。

このような場合、蓄熱容器１の高温側から低温側へ熱流束が生じると、蓋１３付近において、図２（ｂ）に示すような温度勾配が生じる。図２（ｂ）の温度勾配Ａは、熱電素子１３１及びヒータ１３２が動作していないときの温度勾配であり、温度勾配Ｂは、熱電素子１３１及びヒータ１３２が動作しているときの温度勾配である。

熱電素子１３１が電力を発生し、発生した電力によりヒータ１３２が熱を発すると、蓋１３全体が加熱されるので、蓋１３の内部の温度差が減少し、蓄熱容器１の高温側から低温側へ生じる熱流束が緩和される。その結果、蓋１３における温度勾配Ｂは、蓋１３における温度勾配Ａよりも緩やかな変動となる。このように蓄熱容器１は、ヒータ１３２が発する熱により蓄熱容器１の高温側から低温側へ生じる熱流束を緩和することができるので、蓄熱容器１に蓄積された熱の保温性能を向上させることができる。

蓄熱容器１は、例えば車両に搭載されており、断熱構造１１は、発熱部Ｈとしての車両の内燃機関を包囲する。車両にこのような蓄熱容器１が設けられていることで、アイドリング中における内燃機関の保温性能が向上する。また、蓄熱容器１は、ヘッドランプ、作動しているアクチュエータの近傍等のような車両において熱を蓄積することを必要とする部位に適用されてもよい。

［変形例１］
図３は、蓋１３の変形例の構成を示す図である。図３に示す変形例では、蓋１３の電圧変換部１３３に外部電源１３４及び制御部１３５が接続されている。ヒータ１３２は、熱電素子１３１が発した電力に加えて、外部電源１３４から供給される電力により熱を発してもよい。このようにすることで、蓄熱容器１は、蓄熱容器１の高温側から低温側へ生じる熱流束による熱の変動量に相当する電力を熱電素子１３１により供給し、さらに加熱が必要な場合、外部電源１３４から供給される電力によりヒータ１３２を加熱することができる。

また、マイクロコンピュータ等で構成される制御部１３５が電圧変換部１３３及び外部電源１３４の動作を制御してもよい。例えば、制御部１３５は、内燃機関のアイドリング中には電圧変換部１３３及び外部電源１３４を動作させ、内燃機関のアイドリング停止時には電圧変換部１３３及び外部電源１３４の動作を停止させるように制御する。このようにすることで、蓄熱容器１は、ヒータ１３２の動作を切り替えることにより容器内部において熱を使う量を調節することができる。

［変形例２］
上述した実施形態では、熱電素子１３１は、蓋１３において開口部１２から最も遠い側に設けられており、ヒータ１３２は、蓋１３において開口部１２に最も近い側に設けられている。しかし、熱電素子１３１及びヒータ１３２が設けられる位置は、上述した位置に限定されない。

例えば、蓄熱容器１は、蓋１３において高温側と低温側との温度差が大きい側に熱電素子１３１を設けてもよい。具体的には、蓄熱容器１の外部に熱を奪いやすい媒体がある場合、熱電素子１３１は、蓋１３において開口部１２から最も遠い側に設けられてもよい。また、蓄熱容器１の発熱部Ｈに熱を奪いやすい媒体がある場合、熱電素子１３１は、蓋１３において開口部１２から最も近い側に設けられてもよい。

このように蓄熱容器１は、高温側と低温側との温度差が大きい側に熱電素子１３１を設けることにより蓄熱容器１に蓄積される熱の保温性能を向上させることができる。また、蓄熱容器１において、発熱部Ｈに替えて、冷却材等が流れる低温部が設けられてもよい。このようにすることで、蓄熱容器１は、低温部の冷却性能を向上させることができる。

［蓄熱容器１による効果］
以上説明したように、蓄熱容器１は、一端と他端との温度差に応じて電力を発生する熱電素子１３１と、熱電素子１３１が発生した電力により熱を発するヒータ１３２と、を有する蓋１３を有している。このようにすることで、蓄熱容器１は、ヒータ１３２が発する熱により蓄熱容器１の高温側から低温側へ生じる熱流束を緩和することができるので、蓄熱容器１に蓄積された熱の保温性能を向上させることができる。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。例えば、装置の全部又は一部は、任意の単位で機能的又は物理的に分散・統合して構成することができる。また、複数の実施の形態の任意の組み合わせによって生じる新たな実施の形態も、本発明の実施の形態に含まれる。組み合わせによって生じる新たな実施の形態の効果は、もとの実施の形態の効果を併せ持つ。

１蓄熱容器
１１断熱構造
１１１内壁
１１２外壁
１１３真空層
１２開口部
１３蓋
１３１熱電素子
１３２ヒータ
１３３電圧変換部
１３４外部電源
１３５制御部
Ｈ発熱部

Claims

発熱部を包囲する断熱構造と、
前記断熱構造に形成された開口部に収容可能な蓋と、
を備え、
前記蓋は、
一端と他端との温度差に応じて電力を発生する熱電素子と、
前記熱電素子が発生した電力により熱を発するヒータと、
を有する、
蓄熱容器。
前記熱電素子は、前記ヒータよりも前記開口部から遠い位置に設けられている、請求項１に記載の蓄熱容器。
前記熱電素子は、前記蓋において前記開口部から最も遠い側に設けられており、
前記ヒータは、前記蓋において前記開口部に最も近い側に設けられている、請求項１又は２に記載の蓄熱容器。
前記ヒータは、前記熱電素子が発した電力に加えて、外部電源から供給される電力により熱を発する、
請求項１から３のいずれか一項に記載の蓄熱容器。
前記蓄熱容器は、車両に搭載されており、
前記断熱構造は、前記発熱部としての前記車両の内燃機関を包囲する、
請求項１から４のいずれか一項に記載の蓄熱容器。