JP3362457B2 - 蓄熱装置 - Google Patents

蓄熱装置

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JP3362457B2 JP17373793A JP17373793A JP3362457B2 JP 3362457 B2 JP3362457 B2 JP 3362457B2 JP 17373793 A JP17373793 A JP 17373793A JP 17373793 A JP17373793 A JP 17373793A JP 3362457 B2 JP3362457 B2 JP 3362457B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関の廃熱を蓄熱
し始動時の予熱あるいは車内の暖房などに利用する蓄熱
装置に関し、さらに詳しくは、蓄熱コア部の熱膨張が少
なく、断熱性に優れ、また蓄熱コア部の支持構造が安定
であり、断熱部分の脱気など装置組立てが容易な蓄熱装
置に関する。
【0002】
【従来の技術】最近、自動車用エンジンなどの内燃機関
におけるエネルギー効率を高めるために、内燃機関から
生じる廃熱の一部を蓄熱保存し、この熱を必要に応じ
て、例えば冬期間におけるエンジンの始動前の車内暖房
やエンジン吸気部の予熱に利用して燃費の改善などに役
立てるための蓄熱装置が提案されている。蓄熱装置の原
理は、固相および液相状態の比熱が大きく、冷却時の伝
熱媒体温度範囲で固相から液相に相転移する際に大きな
相転移熱を発生する材料を蓄熱材として用い、この蓄熱
材とエンジン内での燃焼熱を冷却するための冷却液(伝
熱媒体)との間で熱交換を行わせて熱を蓄えるものであ
る。蓄熱材は蓄熱時には伝熱媒体の熱を吸収して固相か
ら液相に転移し、さらに伝熱媒体の温度まで上昇する。
この加熱状態の蓄熱材を断熱状態にて保存しておき、必
要時に蓄熱材自体の熱と蓄熱材が液相から固相へ転移す
るときに放出される転移熱をエンジンや室内に伝熱媒体
を介して導く。
【0003】
【発明の解決課題】以上のように蓄熱装置は、伝熱媒体
を介して導入された内燃機関の余熱などを蓄熱コア部に
蓄え、これを保存するために該蓄熱コア部とこれを収納
する外側ケーシングとの間に断熱領域が形成されてお
り、通常、この断熱領域は断熱効果を高めるために真空
に保たれている。一般に断熱性は真空度に比例するの
で、充分な断熱効果を得るために、従来、断熱領域を1
-5〜10-6torrの比較的高い真空度に保持している
が、装置内部をこのような高真空度に排気する時間がか
かり、しかも蓄熱装置の使用期間を通じてこの真空度を
維持するのが難しいという問題がある。さらに高真空度
に耐えるように容器を筒型に形成する必要があるなど容
器形状の自由度が制限される。また装置組立時の真空脱
気に伴い、蓄熱コア部が膨脹して断熱領域が狭くなるた
め、断熱材粉末の充填が不十分になる。本発明は従来の
蓄熱装置における上記課題を解決した蓄熱装置を提供す
ることを目的とする。
【0004】
【課題の解決手段】本発明者等は、従来の蓄熱装置にお
ける上記課題を解決するために、断熱領域に超微粒子シ
リカなどの固体断熱材粉末を充填し、断熱領域を中真空
に保持した蓄熱装置を先に提案したが(特願平4−26
5337号)、本発明はこれをさらに改良し、上記超微
粒子シリカなどに代えて断熱効果に優れた多孔質断熱材
粒子を用い、さらに蓄熱材コア部の膨脹を抑制して断熱
領域の厚さを確保すると共にその組立てを容易にしたも
のである。
【0005】すなわち、本発明によれば以下の蓄熱装置
が提供される。 (1) 熱を断熱保存する蓄熱コア部を有し、該蓄熱コ
ア部には蓄熱材収容部と該収容部を流れる伝熱媒体の流
路が形成されており、該伝熱媒体と蓄熱材との間で熱交
換が行われる蓄熱装置において、蓄熱コア部が断熱領域
を隔てて外側ケーシングに収納されており、該断熱領域
に多孔質断熱材粒子が充填されると共に中真空に保持さ
れ、さらに蓄熱コア部にその膨脹を抑制する補強部材が
設けられており、また蓄熱コア部と外側ケーシングの間
にこれらを一体に固定する断熱性の固定支持具が設けら
れていることを特徴とする蓄熱装置。 (2) 外側ケーシングに耐熱フィルターを備えた脱気
孔が設けられている上記(1) の蓄熱装置。 (3) 多孔質断熱材粒子として粒径10μm 〜3mmの
パーライト、バーミキュライトまたはケイソウ土が用い
られ、断熱領域が3×10-1torr以下の中真空に保持さ
れている上記(1) の蓄熱装置。
【0006】
【実施例】以下、本発明を図面に示す実施例に基づいて
具体的に説明する。図1は本発明に係る蓄熱装置の概略
を示す断面図であり、図2は断熱粒子を充填する方法を
示す断面説明図、図3は蓄熱コア部の固定支持具を模式
的に示す斜視図、図4はべーキング方法の説明図であ
る。図1の実施例において、蓄熱装置20は、蓄熱コア
部21と、該蓄熱コア部21を収納する外側ケーシング
22によって形成されている。該蓄熱コア部21は内側
ケーシング23を有し、その内部には平管状の管材(冷
却水管)を並列に多数配した伝熱媒体管路24が形成さ
れており、該管路24の間に蓄熱剤収容部が設けられて
いる。該蓄熱剤収容部は伝熱効果を高めるようにフィン
25によって多数の溝に仕切られ、各溝に蓄熱材26が
密閉して充填されている。
【0007】該蓄熱コア部21は断熱領域60を隔てて
外側ケーシング22に収納されている。該断熱領域60
は気密に形成され、多孔質断熱材粒子が上記蓄熱コア部
全体を覆うように充填されると共に3×10-1torr以下
の中真空に保持される。多孔質断熱材粒子としてはパー
ライト、バーミキュライトまたはケイソウ土などが最適
である。断熱材として用いられるパーライトはSiO2
を主成分としAl等を含む粒子であり、黒曜石や真珠岩
などの天然ガラス質岩石を粉砕し、900〜1200℃に急速
に加熱し膨脹させたものであって、気密性の微細気泡を
有する。同様に断熱材として用いられるバーミキュライ
トおよびケイソウ土も気密性の微細気泡を有する多孔質
粒子である。該パーライトの粒径は10μm 〜3mmが好
ましい。粒径が10μm より小さいと、これを断熱領域
60に充填して真空脱気する際にフィルターが目詰りを
生じる。また3mmより大きな粒子では固体による熱伝導
が大きくなり、また断熱領域に充填し難くなるので好ま
しくない。上記多孔質断熱材粒子は断熱性に優れるので
断熱領域の真空度は3×10-1torr以下、好ましくは1
×10-1〜10-3torrの中真空で足りる。
【0008】上記蓄熱コア部21の両端には貯溜部2
7、28が設けられており、これら貯溜部27、28は
隔壁29によって仕切られると共に上記冷却水の管路2
4に連通し、一方の貯溜部27は、その内部が導入側2
7a、排出側27cおよび中央部27bに仕切られてお
り、またその反対側の貯溜部28は導入側28aと排出
側28bに仕切られ、これにより蓄熱コア部21の内部
を循環する伝熱媒体(冷却水)の流路が形成されてい
る。上記貯溜部27aおよび27cには導入管30と排
出管31とが各々接続しており、導入管30を通じて導
入側貯溜部27aに流入した冷却水は導入側管路24a
を経て導入側貯溜部28aに至り、ここから中央部管路
24bを通じて中央貯溜部27bに流入し、さらに排出
側管路24cおよび貯溜部28bを経て排出側貯溜部2
7cに至り、排出管31を通じて外部に導かれる。
【0009】上記蓄熱コア部21には真空脱気時の膨脹
を抑制するための補強部材70が内装されている。該補
強部材70はピン状の部材であり、蓄熱材充填部を貫い
て、その両端が内側ケーシング23の両側面に接合され
ている。該補強部材70は蓄熱コア部21を均等に拘束
するように該蓄熱コア部21の4隅と中央部におのおの
設けられている。装置組立時に断熱領域が真空脱気され
ると、外側ケーシング22は大気圧で内側に押圧され、
一方、蓄熱コア部21は内部が外気に連通しているので
外側に膨脹する圧力を受けるが、蓄熱コア部21の内部
には上記補強部材70が設けられているので蓄熱コア部
21がこの補強部材70によって拘束され、膨脹が抑え
られる。従って断熱領域60の幅が蓄熱コア部21の膨
脹によって減少せず、所定の断熱幅が確保されるので、
断熱材粒子の充填が不十分になる虞がない。
【0010】図2に示すように、真空脱気のために外側
ケーシング22には脱気口71と、該脱気口71に耐熱
フィルター72を装着した脱気部73が設けられてい
る。該脱気部73は外部の真空ポンプ(図示省略)に接
続される。さらに外側ケーシング22には断熱材粒子8
0を導入するための供給口81が設けられており、該供
給口81には断熱材粒子80を貯溜したホッパ82が取
付けられ、供給口81を通じて断熱材粒子80が断熱領
域60に充填される。断熱材粒子80を充填した後に、
加熱(ベーキング)しながら脱気口71を通じて断熱領
域60が真空に脱気され、これに伴いさらに供給口81
から断熱材粒子80が吸引される。この真空脱気の際
に、脱気口71には耐熱フィルター72が蓋設されてい
るので脱気口71から断熱材粒子80が漏出する虞がな
い。なお予熱した断熱材粒子80を充填しても良い。耐
熱フィルター72としては焼結フィルター、ステンレス
ワイヤ等を用いることができる。
【0011】ベーキング方法を図4に示す。蓄熱装置2
0にバンドヒータ90を巻いて200℃程度に加熱し、
一方、蓄熱コア部21の内部には沸騰した熱湯91をポ
ンプ92によって循環させ、内部を加熱した状態で真空
脱気を行う。脱気後は脱気部73および供給口81を封
止する。
【0012】本実施例では、さらに蓄熱コア部21が安
定に内装されるように蓄熱コア部21と外側ケーシング
22とを一体に固定する固定支持具50が設けられてい
る。該固定支持具50は一対の受部材51と該受部材5
1に嵌着する係合部材52からなる。図3に示すよう
に、受部材51はU字型をなし、その開口部51aを除
く周辺部の縁部51bが内側に折れ込み、該縁部51b
によって囲まれた嵌合用凹部51cが形成されている。
一方、係合部材52はその胴部52aの両端には平板部
52bが設けられており、該平板部52bは該胴部52
aの両側に張出している。該係合部材52は受部材51
の開口部51aを通じて、その両端の平板部52bが一
対の上記受部材52の凹部51cにおのおの嵌合して係
合する。上記受部材51は外側ケーシング22および内
側ケーシング23の対応する位置に予め取付けられる。
蓄熱コア部21を外側ケーシング22に連結固定するに
は、蓄熱コア部21を外側ケーシング22に収納して位
置合わせをした後に受部材51の開口部51aを介して
係合部材52の平板部52bを各受部材51の凹部51
cに嵌合し、該開口部51aを止板53で塞ぎ、受部材
51の端部に設けたネジ孔51dにネジ止めしてこれら
を固定する。上記固定支持具50によって蓄熱コア部2
1は外側ケーシング22に固定され支持されるので、導
入管30や排出管31の接合部分に応力が集中せず、こ
の部分に負担がかからない。また固定方法は受部材51
に係合部材52を嵌着すれば良いので装置の組立てが容
易になる。なお上記固定支持具50は断熱性の耐熱樹脂
材料やセラミック材料によって形成するのが良い。
【0013】
【発明の効果】本発明の蓄熱装置は、優れた断熱性を有
する多孔質断熱材粒子が蓄熱コア部の周りに充填されて
いるので断熱領域の真空度が3×10-1torr以下の中真
空で足り、また蓄熱コア部には真空脱気時の膨脹を抑え
る補強部材が内装されているので断熱領域の幅が減少せ
ずに断熱材粒子が十分に充填される。従って、優れた断
熱効果が得られる。また蓄熱コア部が固定支持具によっ
て外側ケーシングに一体に固定されているのでその取付
け構造が安定であり、組立ても容易である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る蓄熱装置の概略を示す断面図。
【図2】断熱粒子を充填する方法を示す蓄熱装置の断面
説明図。
【図3】蓄熱コア部の固定支持具を模式的に示す斜視
図。
【図4】べーキング方法の説明図である。
【符号の説明】
20−蓄熱装置 21−蓄熱コア部 22−外側ケーシング 23−内側ケーシング 24−管路 25−フィン 26−蓄熱材 27、28−貯溜部 29−隔壁 30−導入管 31−排出管 50−固定支持具 60−断熱領域 70−補強部材 71−脱気口 72−耐熱フィルター 73−脱気部 80−断熱材粒子 81−供給口 82−ホッパ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 塚本 浩詞 愛知県小牧市大字北外山字哥津3600番地 東海ゴム工業株式会社内 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F28D 20/00 F28D 20/02 F02G 5/04 F02N 17/06 F24F 5/00

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 熱を断熱保存する蓄熱コア部を有し、該
    蓄熱コア部には蓄熱材収容部と該収容部を流れる伝熱媒
    体の流路が形成されており、該伝熱媒体と蓄熱材との間
    で熱交換が行われる蓄熱装置において、蓄熱コア部が断
    熱領域を隔てて外側ケーシングに収納されており、該断
    熱領域に多孔質断熱材粒子が充填されると共に中真空に
    保持され、さらに蓄熱コア部にその膨脹を抑制する補強
    部材が設けられており、また蓄熱コア部と外側ケーシン
    グの間にこれらを一体に固定する断熱性の固定支持具が
    設けられていることを特徴とする蓄熱装置。
  2. 【請求項2】 外側ケーシングに耐熱フィルターを備え
    た脱気孔が設けられている請求項1の蓄熱装置。
  3. 【請求項3】 多孔質断熱材粒子として粒径10μm 〜
    3mmのパーライト、バーミキュライトまたはケイソウ土
    が用いられ、断熱領域が3×10-1torr以下の中真空に
    保持されている請求項1の蓄熱装置。
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