JP4239658B2 - 蓄熱タンク - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、たとえば内燃機関の冷却系に用いられる蓄熱タンクに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の蓄熱タンクとして利用可能な断熱容器としては、例えば、特許文献１に記載されるような断熱容器が知られている。
この断熱容器は、内容器の開口部と外容器の開口部が連結され、内容器と外容器間が真空層とされた二重構造となっている。そして、内容器の開口部周辺の内壁に内容器を構成する金属より熱伝導率の低い低熱伝導材を貼着することにより、内容器の内壁から連結された開口部を介して外容器外壁へと伝わる熱量、すなわち放熱される熱量をできるだけ低減しようとしていた。
【特許文献１】
実開平３−７５９７号公報
【特許文献２】
特開平２−２６５５１３号公報
【特許文献３】
特開平４−１１４６１４号公報
【特許文献４】
公開技報２００１−６２３８号公報
【特許文献５】
実開昭６３−６８９４３号公報
【特許文献６】
特開２０００−７３７６４号公報
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし上記した従来技術の場合には、内容器と外容器が連結されている以上、放熱される熱量は無視できず、金属製真空断熱容器に熱媒体を貯蔵して長時間放置すると、熱媒体の温度が低下してしまい、所望温度の熱媒体を供給できない虞がある。
【０００４】
また、エンジンの冷却系に用いた場合、蓄熱タンクは冷却系の配管を通じてエンジンとつながっている。蓄熱タンク内に温水が保温されているとき、蓄熱タンクと配管の管がつながっていることで、蓄熱タンクのタンク壁と管との接続部分を伝わって蓄熱タンクから管側に熱の放出が起こり、蓄熱タンク内の温度が低下してしまう。
【０００５】
本発明は、上記した従来技術の問題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、断熱層の被覆では断熱しきれないタンク壁を伝わって外部へ逃げる熱量を可及的に低減し得る蓄熱タンクを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、第１の発明は、タンク本体の断熱層で被覆されない部分の温度を上昇させることにより熱の流出を遮蔽するものである。
すなわち、外側が断熱層で覆われた蓄熱タンクであって、前記断熱層が被覆されていないタンク壁面の部位の少なくとも一部の温度を上昇させる温度上昇手段を設けたことを特徴とする。
タンク壁面の断熱層が被覆されていない部位とは、熱媒体供給または排出を行う開口部であることが好適である。
【０００７】
温度上昇手段は電気を通電することで発熱するヒータであり、ヒータは省電力を図るためにヒータ膜体によって構成されることが好ましい。
また、ヒータを布設する部位の両端部に絞りを設け、ヒータ加熱を局所的に行うようにすれば、効率よく加熱することができる。
【０００８】
第２の発明は、蓄熱タンク内の温水を高温のまま維持するため、冷却水の供給または回収を行わない場合には、蓄熱タンクと配管の管を切り離すことにより蓄熱タンクからの熱の逃げを抑制するものである。
すなわち、熱媒体供給または排出を行う開口部を備えた内タンクの外側が断熱層で被覆された蓄熱タンクであって、前記熱媒体の供給または排出を行う際には熱媒体が流れる熱媒体供給排出管と開口部を連通し、熱媒体の供給または排出を行なわない際には熱媒体が流れる熱媒体供給排出管と開口部の連通を遮断する開口部連通遮断手段を有することを特徴とする。
【０００９】
ここで、熱媒体供給排出管とは配管系の管のことであり、供給する場合と排出する場合の両方を含む意味で「供給排出」の語を用いている。供給のみの管も含まれるし、排出のみの管も含まれる。また、供給もするし排出もする管も含まれる。
前記熱媒体供給排出管と開口部の連通を遮断する際には開口部を断熱材で被覆することにより、開口部の断熱が可能となる。
また、断熱層と断熱材を同一材料で構成すれば、断熱層の断熱性能を十分に発揮させることができる。更に、製造コストを低減させることができる。
【０００１０】
開口部連通遮断手段は、蓄熱タンク本体の熱媒体の供給または排出を行う開口部が配置されるタンク壁面と対向し蓄熱タンク本体に対して相対回転可能に組み付けられる台座とを備えた構成で、台座には熱媒体供給排出管につながる通路が設けられ、前記蓄熱タンク本体と台座の相対回転によって蓄熱タンク本体側の開口部と台座側の通路が連通，遮断される構成となっていることが好適である。
【００１１】
また、開口部連通遮断手段は、蓄熱タンク本体の熱媒体の供給または排出を行う開口部に対して熱媒体供給排出管の管端部を抜き差し可能とし、差し込んだ場合に開口部と供給排出管が連通し、抜き出した場合に遮断する構成としてもよい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下に本発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。
＜第１の実施の形態＞
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る蓄熱タンクの断面構造を示している。この蓄熱タンクは、内燃機関の冷却水の蓄熱タンクとして用いられる場合を想定した模式図である。蓄熱タンクは、エンジン運転中にエンジンを冷却し高温になった冷却水を回収し、エンジン再始動時に冷却系に供給することにより、暖気が終了した状態でエンジンを始動可能とし、エミッションの悪化を防止するものである。
【００１３】
本実施の形態の蓄熱タンク１は、内部中空のタンク本体としての内タンク２と、内タンク２の外周を所定の隙間３を隔てて取り囲む外タンク５と、この内タンク２と外タンク５間の隙間３に詰められ内タンク２を被覆する断熱材４と、熱媒体としての冷却水の供給を行う入口ポート７と、冷却水の排出を行う出口ポート８と、を備えている。
この例では、内タンク２と外タンク５間の隙間３に詰められた断熱材４によって内タンクを被覆する断熱層を構成しているが、断熱材４は必ずしも必要ではなく、隙間３を真空にして真空断熱としてもよい。
内タンク２は、筒状の胴部２１と、胴部２１上端を閉塞する上壁部２２と、胴部２１下端を閉塞する下壁部２３と、を備え、入口ポート７および出口ポート８は下壁部２３に設けられている。入口ポート７は下壁部２３から下方に向けて筒状に突出する筒口部７１を有する構成で、出口ポート８は下壁部に設けた孔に挿し通される上下方向に延びる排出パイプ８１によって構成される。
【００１４】
また、内タンク２内には、上部空間と底部空間を区分する混合防止板６が設けられている。混合防止板６には複数の孔６ａが設けられている。混合防止板６は、エンジン停止後次回のエンジン始動時に、出口ポート８から排出される高温の冷却水に入口ポート７から流入してくる低温の冷却水が急激に混合して温度が低下するのを防止するものである。混合防止板６には出口ポートの排出パイプ８１が挿し通される孔が設けられ、出口ポートの上端開口部は混合防止板６の上方に位置する。
外タンク５も、内タンク２の胴部２１と隙間３を隔てて取り囲む筒状の胴部５１と、内タンク２の上壁部２２と隙間３を隔てて対向する上壁部５２と、内タンク２の下壁部２３と隙間３を隔てて対向する下壁部５３とを備え、下壁部５３には入口ポート７を構成する筒口部７１に気密に嵌着される孔と、出口ポート８の排出パイプ８１が気密に嵌着される孔が設けられている。
【００１５】
入口ポート７の筒口部７１の先端は外タンク５の下壁部５３より所定長さ下方に突出しており、筒口部７１の付け根部７２は断熱材４によって覆われているが、先端の開口筒部７３が外気に露出している。
出口ポート８を構成する排出パイプ８１については、内タンク２内に挿入されたタンク内挿入部８２と、断熱材４によって覆われた断熱材被覆部８３と、外タンク５の下壁部５３から所定長さだけ下方に突出する先端の開口筒部８４とに区分されており、この開口筒部８４は外気に露出している。タンク内挿入部８２の上端は内タンク２の上壁部２２近傍まで延びており、内タンク２の上部の冷却水を排出する構成となっている。
そして、この断熱材４で被覆されていない入口ポート７の開口筒部７３および出口ポート８の開口筒部８４に、温度上昇手段としてのヒータ９が設けられている。
【００１６】
ヒータ９は電気を通電することで発熱するもので、図１（Ｂ），（Ｃ）に示すように、省電力を目的にヒータ膜体によって構成されている。ヒータ膜体は印刷及び蒸着法で作成した薄膜抵抗であり、高電気抵抗を確保する。膜材は白金等の体積固有抵抗が大きい材料が望ましい。
ヒータ９の基材側は開口筒部７３，８４が樹脂であるために直接ヒータ９の抵抗膜９ａを載せ、膜表面には、熱伝導率が小さくかつ電気的に高い絶縁性を有する樹脂で被覆した積層構造である。
また、開口筒部７３，８４のヒータ９を布設する部位の両端部には、開口筒部７３，８４断面を絞る絞りを構成する凹部１０が設けられ、ヒータ加熱を局所的に加熱する構成としている。凹部１０は開口筒部７３，８４外周に全周的に設けられる環状溝であり、蓄熱時にタンク内の水温が低下しないようにする。
【００１７】
このように、開口筒部７３，８４からの熱の流出に対してヒータ９の加熱によって抵抗層を設け、かつヒータ９を敷設する両端部に絞り（凹部１０）を設け、ヒータ加熱を局所的な加熱とし、開口筒部７３，８４内側に存在する温水を効率よく加熱する。
本発明の蓄熱タンクによれば、エンジン運転時に温められた冷却水がタンク内に蓄えられる。蓄えられた冷却水は断熱材４によって外気と断熱され、温水が維持される。
入口，出口ポート７，８の開口筒部７３，８４が下向きに位置するように設置されるので、タンク内の冷却水の温度分布は、タンク内上部が高く下部が低い温度分布となる。本発明では、冷却水の入口，出口ポート７，８の開口筒部７３，８４がヒータ９によって常に高い温度に保たれるので、熱の流出に対する熱障壁となって高い温度を維持させる。
【００１８】
ヒータ９が無い場合には、図２（Ａ）に比較例として示すように、内タンク２および外タンク５が入口，出口ポート７，８に直接，間接的に接しているため、矢印に示すように、熱流が内タンク２のタンク壁から入口，出口ポート７，８の開口筒部７３，８４および外タンク５のタンク壁に伝わって放熱され、断熱材４の効果が発揮できない。タンク材として熱伝導率が小さい樹脂を使用したとしても、熱伝導率は断熱材４と比べて３けた又は４けた程度大きく、熱流は矢印の方向に向かって流出してしまう。したがって、タンク内温水は経過時間と共に大きな低下を示す。
【００１９】
図２（Ｂ）は、ヒータを設けない蓄熱タンクと本発明のヒータを設けた蓄熱タンクの保温性能を比較した実験結果を示している。
実験は、ヒータを設けない蓄熱タンクと、本発明の蓄熱タンク内に所定温度の温水を供給し、３６時間後の初期温度に対する温度差を示している。
その結果、ヒータ無しの場合には３４〜３５℃程度温度が低下したのに対して、ヒータを敷設した本発明の蓄熱タンクでは、温度差が１１〜１２℃程度と保温性が大きく向上した。
尚、図示していながヒータを敷設した位置より前のポートが大気に露出している場合、断熱材で被覆しておくことが望ましい。
【００２０】
＜第２の実施の形態＞
図３には本発明の第２の実施の形態に係る蓄熱タンクを示している。
この実施の形態では、蓄熱タンク内の温水を高温のまま維持するため、冷却水の供給または回収を行わない場合には、蓄熱タンクと配管系の管を切り離すことにより蓄熱タンクからの熱の逃げを抑制するものである。
すなわち、この第２の実施の形態の蓄熱タンク１００は、蓄熱タンク本体１０１と、蓄熱タンク本体１０１の開口部と配管系の管との連通・遮断を切り換える開口部連通遮断機構１１０とを備えた構造となっている。
【００２１】
蓄熱タンク本体１０１は、内部中空の内タンク１０２と、内タンク１０２の外側を被覆する断熱層１０３と、熱媒体としての冷却水をタンク内に供給する入口ポート１０７と、タンク内の冷却水の排出する出口ポート１０８と、を備えている。
入口ポート１０７の開口部１７１と出口ポート１０８の開口部１８１は内タンク１０２の底壁１０２ａに配置され、下向きに所定長さだけ突出している。
断熱層１０３は、内タンク１０２外周面を被覆して保温する断熱材１０４と、この断熱材１０４の外周を被覆する外タンク１０５とを備えた構成となっている。内タンク１０２の底壁１０２ａを覆う断熱材１０４の厚みは開口部１７１，１８１の突出長さと同一で、開口部１７１，１８１の先端面は、内タンク１０２の底壁１０２ａを被覆する断熱材１０４の下端面と同一面となっている。
なお、内タンク１０２内には、上部空間と底部空間を区分する混合防止板１０６が設けられている。混合防止板１０６は図１と同様に複数の孔を有し、出口ポート１０８から排出される高温の冷却水に入口ポート１０７から流入してくる低温の冷却水が急激に混合して温度が低下するのを防止するものである。
開口部連通遮断機構１１０は、冷却水の供給または排出を行う際には冷却水が流れる冷却水の熱媒体供給排出管としての供給管１４０および排出管１５０と前記入口ポート１０７および出口ポート１０８の開口部１７１，１８１とを連通し、冷却水の供給または排出を行なわない際には冷却水が流れる供給管１４０および排出管１５０と入口ポート１０７および出口ポート１０８の開口部１７１，１８１の連通を遮断するものである。
【００２２】
図示例の開口部連通遮断機構１１０は、蓄熱タンク本体１０１を支える台座１２０を備えている。台座１２０は蓄熱タンク本体の入口ポート１０７および出口ポート１０８の開口部１７１，１８１が配置されるタンク底壁１１１と対向して配置され、蓄熱タンク本体１０１と回転軸Ｏを中心にして相対回転可能に組み付けられている。そして、回転駆動手段としてのモータ１３０により、蓄熱タンク本体１０１（または台座部）が回転駆動されるようになっている。たとえば、モータ１３０を台座１２０に固定し、モータ軸１３１を蓄熱タンク本体１０１に固定しておく。
【００２３】
台座１２０には蓄熱タンク本体１０１の開口部１７１，１８１に対応して冷却水の供給、排出を行う供給管１４０および排出管１５０の管端部で構成される通路１４１，１５１が配置され、蓄熱タンク本体１０１と台座１２０の相対回転によって蓄熱タンク本体１０１側の開口部１７１，１８１と通路１４１，１５１が連通，遮断される構成となっている。
供給管１４０と排出管１５０の通路１４１，１５１と開口部１７１，１８１の連通を遮断する際には、開口部１７１，１８１は台座１２０に設けられた断熱材１２１で被覆される構成となっている。この断熱材１２１は台座１２０上面に設けられた凹部に組み込まれ、蓄熱タンク本体１０１の底面と回転摺動自在に接触している。この蓄熱タンク本体１０１底面も断熱材１０４が露出しており、断熱材１０４，１２１同士が互いに接触している。
また、断熱材１０４，１２１については、少なくとも熱伝導率が同程度の材料で構成される。ここで、本実施の形態では、断熱材として、ＳｉＯ2またはＡｌ2Ｏ3を用いている。これらの断熱材は、例えば直径１μｍ以下で厚さが１０〜５０ｎｍの中空の球状に加工し、これを断熱層１０３に充填しても良い。また、断熱材としてポリウレタン、ポリスチレンを用いても良い。
【００２４】
温水をエンジンに供給するときやエンジンから回収する時は、図３（Ｃ）に示すように、台座１２０の通路１４１，１５１と蓄熱タンク本体１０１の開口部１７１，１８１が連通するように、台座１２０と蓄熱タンク本体１０１とを相対的に回転移動させる。
温水を回収して保温するときは、図３（Ｂ）に示すように、台座１２０の通路１４１，１５１と蓄熱タンク本体１０１の開口部１７１，１８１が貫通しない十分な位置まで移動させる。このように、冷却水の通路となる開口部１７１，１８１を遮断し、かつ台座１２０の断熱材１２１で覆うことにより、外気との接触部分を減らし、熱の逃げ場をなくすことにより保温性が向上する。
これにより、蓄熱タンク本体１０１の温水の温度を長時間にわたって維持でき、温水をエンジン冷却系に供給することにより、暖気が終了した状態でエンジンを始動でき、エミッションの悪化を防止できる。
【００２５】
図４は、開口部連通遮断機構の他の構成例を示している。
この開口部連通遮断機構２１０は所謂クイックカプラー方式で、蓄熱タンク本体の入口ポート１０７（出口ポート１０８）の開口部１７１（１８１）に対して供給管１４０（排出管１５０）の管端部を抜き差し可能とし、差し込んだ場合に開口部１７１（１８１）と供給管１４０（排出管１５０）が連通し、抜き出した場合に遮断する構成となっている。
この例では、開口部１７１（１８１）と管端部１４１ａ（１５１ａ）の双方に、スプリングの弾性復元力によって常時閉弁状態に保持される弁機構２２０，２３０が設けられ、差し込んだ場合にスプリングの力に抗して弁体が押されて開弁する構成となっている。
【００２６】
開口部１７１（１８１）の弁機構２２０は、開口部１７１（１８１）内に上下移動自在に挿入された弁体２２１と、弁体２２１を開口部１７１から外に押し出す方向（図中下方）に付勢する第１，第２スプリング２２２，２２３と、付勢された弁体２２１が押しつけられて着座する開口部内周に設けられた環状弁座２２４とを備えている。弁体２２１は、環状弁座２２４に着座する円板部２２１ａと、円板部２２１ａ中央から下方に突出する軸部２２１ｂと、を備えている。第１スプリング２２２は圧縮スプリングで弁体２２１の上方に配置され、第２スプリング２２３は引張スプリングで弁体２２１の下方に配置されている。
【００２７】
管端部１４１ａ（１５１ａ）の弁機構２３０は、管端部１４１ａ（１５１ａ）内に上下移動自在に挿入された弁体２３１と、弁体２３１を管端部１４１ａ（１５１ａ）から押し出す方向に付勢するスプリング２３２と、スプリング２３２により付勢された弁体２３１が押しつけられて着座する管端部の開口端部内周に設けられた環状弁座２３３とを備えている。
この管端部１４１ａ（１５１ａ）を、不図示のモータやサーモスタットなどの駆動手段を使って上下させることにより、蓄熱タンク本体側の開口部１７１（１８１）に着脱させることができる。
【００２８】
＜その他の実施の形態＞
次に、本発明と関連する発明の実施の形態を説明する。
関連発明１．
この発明は、蓄熱タンク内に混合防止板に関するものである。
蓄熱システムでは、電動ポンプ等で熱媒体としての冷却水を蓄熱タンク内に送り込むことにより、タンク内の温水を押し出して、必要なところに供給している。その際、冷えた水が上部空間に大量に入り込むと温水の温度が下がってしまうので、タンク内に底部空間と上部空間を区切る混合防止板を設け、冷えた水が上部空間の温水と急激に混合しないようにしている。
【００２９】
しかし、混合防止板が固定式では、水と温水との非混合率は約７０％で、３０％程度は蓄熱された温水と冷えた水とが混合することにより全体の温度が下がる。
また、ポンプ作動直後は高温の温水が供給できるが、後半では冷えた水と混合し、低い温度の温水を供給することになって、供給する温水の温度にむらができてしまい、蓄熱していた熱量を有効に使用できない。
そこで、この発明では、流入する冷えた冷却水の量に応じて移動する可動式の混合防止板を設定することにより、温水と冷えたままの冷却水との混合を押え、高温を維持した状態で温水を供給させるようにしたものである。
【００３０】
図５には、関連発明１の実施の形態に係る蓄熱タンクを示している。
すなわち、蓄熱タンク３０１は、内部中空のタンク本体３０２と、タンク本体３０２内に熱媒体としての冷却水を供給する入口ポート３０７と、タンク内の冷却水を排出する出口ポート３０８と、を備えている。タンク本体３０２は外側が断熱層で被覆されていてもよいし、被覆されていなくてもよい。
タンク本体３０２は、筒状の胴部３２１と、胴部３２１上端を閉塞する上壁部３２２と、胴部３２１下端を閉塞する下壁部３２３と、を備え、入口ポート３０７および出口ポート３０８は下壁部３２３に設けられている。出口ポート３０８は下壁部３２３から上壁部３２２近傍まで上下方向に延びる排出パイプ３８１を備えている。
【００３１】
この排出パイプ３８１を支柱にして、上下に移動可能な混合防止板３０６が設けられている。すなわち、図５（Ｂ），（Ｃ）に示すように、混合防止板３０６は、中央に排出パイプ３８１に挿通されるパイプ挿入口３６１が設けられた円板状部材で、パイプ挿入口３６１の口縁に排出パイプ３８１外周に摺動自在に接触する円筒形状の内周ガイド３６２が、外径端部にタンク本体３０２の胴部３２１内周に摺動自在に接触する円筒形状の外周ガイド３６３が設けられている。
【００３２】
本実施の形態の蓄熱タンクによれば、不図示のポンプが作動して冷たい水が入口ポート３０７からタンク本体３０２内に送り込まれると、送り込まれた水によって混合防止板３０６が押し上げられ、同時にタンク上部の温水が排出パイプ３８１の上端開口部からパイプ内部を通り出口ポート３０８から押し出され、冷却系の各部に供給される（図６（Ａ），（Ｂ）参照）。この際、混合防止板３０６により上部にある温水と送り込まれてきた冷たい水の混合が妨げられる。
ポンプが停止し（あるいは弁等で）水の流れが止まると、混合防止板３０６は自重により下部に戻る（図６（Ｃ）参照）。
このように、簡単な構造でありながら、冷たい水が温水側に混入することがなく、高温のまま温水を排出できる。
【００３３】
図７は、この関連発明１の他の実施の形態を示している。
この実施の形態では、温水の排出パイプ３８１に螺旋状の溝またはレールにより螺旋ガイド３８２が設けられている。そして、混合防止板３０６の上には羽３６４が設けられ、パイプ挿入口３６１の内周ガイド３６２に螺旋ガイド３８２に係合して螺旋ガイド３８２に沿ってトレースするように案内用の突起３６５が設けられている。
この実施の形態によれば、混合防止板３０６上昇時に突起３６５が螺旋ガイド３８２をトレースするように案内されるので、混合防止板３０６は回転しながら上昇し、羽３６４によって旋回流が生じ、排出パイプ３８１上端からパイプ内への温水がスムースに流れこむ。
【００３４】
関連発明２．
この発明は、特に金属製の真空断熱タンクに関するものである。
金属製の真空断熱タンクでは、内タンクと外タンクの隙間を真空にした二重構造となっており、内タンクと外タンクが口部で連結されている。このような真空断熱タンクでは、熱が熱伝導率の高いタンク壁の金属部を伝わって、内タンクから外タンクに熱が逃げる。特に内タンクと外タンクが連結された口部周辺から逃げる熱量が多い。
そこで、本発明は、タンク本体の一部材質を変更することによって熱の逃げを抑えるものである。特に、内タンクの開口部と外タンクの開口部との結合部位からの放熱量を抑制することにより、保温能力向上を図るものである。
【００３５】
図８には、関連発明２の実施の形態に係る蓄熱タンクを示している。
すなわち、蓄熱タンク４００は、内部中空のタンク本体４０１と、タンク本体４０１の開口部４０２に組み付けられるハウジング４２０と、から構成されている。ハウジング４２０には、タンク本体４０１内に熱媒体としての冷却水を供給する入口ポート４０７と、タンク本体４０１内の冷却水を排出する出口ポート４０８と、を備えている。
【００３６】
タンク本体４０１は金属製で、内タンク４０３と外タンク４０５の間に真空層４０４を設けた二重構造となっており、真空層４０４によって保温性を保っている。タンク本体４０１内には、下端が出口ポート４０８に接続される排出パイプ４８１が上下方向に延びている。また、タンク本体４０１には固定の混合防止板４０６が配設され、底部空間と上部空間を区分している。混合防止板４０６には複数の孔４０６ａが設けられている。
タンク本体４０１の内タンク４０３と外タンク４０５は開口部４０２の先端で接合されており、内タンク４０３と外タンク４０５の接合部４０２ａ周辺に、タンク本体４０１を構成する金属より熱伝導率が低い断熱材４０９が挟まれており、タンク本体４０１のタンク壁を通じて伝わる熱伝導を抑えている。
【００３７】
図８（Ｂ）は、接合例を拡大して示している。
図示例では、開口部４０２の内タンク４０３側のタンク壁が一部分断され、断熱材４０９が挟まれた構成となっている。断熱材４０９はタンク本体４０１のタンク材に用いられる金属よりも熱伝導率が低い材料であればよい。断熱材４０９と内タンク４０３の切断端との接合は、ねじを切ってねじ結合することが好ましい。
さらに、真空性を確保するために、断熱材４０９の表面にメッキ等の金属膜４１０が表面に貼り付けられている。金属膜４１０は金属なので熱伝導率は高いが、厚さを極限まで薄くすることで、熱の伝わりを下げることができる。
このように、開口部４０２の熱伝導率を下げることで、保温性を向上させることができる。
【００３８】
図８（Ｃ）は、タンク本体４０１の開口部４０２の内タンク４０３と外タンク４０５の先端接合部を分断し、内タンク４０３と外タンク４０５の先端を断熱材４０９を介して接合したものである。
断熱材４０９を接合部に取り付けることで、熱の逃げの他に真空タンクで最も応力が加わる接合部の強度を向上させることも可能である。
断熱材４０９は内タンク４０３と外タンク４０５の双方とねじ結合しており、断熱材４０９の内周から外周および先端部の全体を金属膜４１０で被覆している。
【００３９】
図８（Ｄ）は、タンク本体４０１の開口部４０２の外タンク４０５側のタンク壁が一部分断され、断熱材４０９が挟まれた構成となっている。
【００４０】
関連発明３．
蓄熱タンクでは、タンク本体の外側が断熱材によって被覆されているが、断熱されていない入口，出口ポート周辺から熱が逃げやすい。
そこで、この発明は、このポート周辺からの放熱量を抑制することにより、保温能力向上を図るものである。
【００４１】
図９（Ａ）には、関連発明３の実施の形態に係る蓄熱タンクを示している。
すなわち、この蓄熱タンク５０１は樹脂製であり、内タンク５０２と外タンク５０５の間に超微細多孔質材等よりなる断熱材５０４が充填もしくは配置される。断熱材５０４の入った層は、必要に応じて（熱伝導率を下げたい場合）真空とされる。
内タンク５０２の底壁５２１には熱媒体としての冷却水の供給を行う入口ポート５０７と出口ポート５０８が設けられている。入口ポート５０７は、内タンク５０２の底壁５２１から下方に延び、断熱材５０４および外タンク５０５の底壁を貫通して所定長さだけ下方に突出している。出口ポート５０８は、内タンク５０２および外タンク５０５の下壁部に設けた孔に挿し通される上下方向に延びるパイプによって構成される。
【００４２】
また、内タンク５０２内には、上部空間と底部空間を区分する混合防止板５０６が設けられている。混合防止板５０６には複数の孔５０６ａが設けられると共に、出口ポート５０８が挿し通される孔が設けられている。混合防止板５０６の外周は内タンク５０２内周に固定されている。
そして、入口ポート５０７および出口ポート５０８の混合防止板５０６よりタンク外の先端まで、いずれのポートも下向きなので、混合防止板５０６より下部分５８１が、それぞれ断熱材５１０，５１１によって断熱されている。
また、混合防止板５０６も熱伝達率が低い材料として断熱材５１２にて構成される。
【００４３】
入口ポート５０７および出口ポート５０８の混合防止板５０６より下の部分を断熱材５１０，５１１で断熱することで、ポート付近からの放熱を防止できる。特に、混合防止板５０６を断熱材とすることにより、混合防止板５０６の上下で温度差ができ、冷水が混入したときにタンク本体部分の水温低下が少なくなる。また、図９（Ｂ）に示すように、混合防止板５０６は断熱材とせず、入口ポート５０７および出口ポート５０８のみを断熱材５１０，５１１で断熱するだけでも、ポート付近からの放熱を防止できるので、簡易的に保温性を向上させることができる。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、外側が断熱層で覆われた蓄熱タンクであって、前記断熱層が被覆されていないタンク壁面の部位の少なくとも一部の温度を上昇させる温度上昇手段を設けたことにより、断熱層の被覆では断熱しきれないタンク壁を伝わって外部へ逃げる熱量を可及的に低減することができ、断熱層の断熱性能を十分に発揮させることができる。
【００４５】
また、熱媒体が流れる熱媒体供給排出管と開口部を連通・遮断させる開口部連通遮断手段を設けたことにより、冷却水の供給または回収を行わない場合には、蓄熱タンクと配管系の管を切り離すことにより蓄熱タンクからの熱の逃げを可及的に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は本発明の第１の実施の形態に係る蓄熱タンクを示すもので、同図（Ａ）は概略断面図、同図（Ｂ）はヒータ部分の部分拡大図、同図（Ｃ）はヒータ部分の模式的断面図である。
【図２】 図２（Ａ）はヒータが無い比較例として示した蓄熱タンクの断面図、同図（Ｂ）はヒータが有る場合と無い場合の初期からの温度差を示すグラフである。
【図３】 図３は本発明の第２の実施の形態に係る蓄熱タンクを示すもので、同図（Ａ）は概略断面図、同図（Ｂ），（Ｃ）は同図（Ａ）の連通遮断機構の動作説明図である。
【図４】 図４（Ａ），（Ｂ）は連通遮断機構の他の構成例の動作説明図である。
【図５】 図５（Ａ）は本発明の関連発明１の蓄熱タンクの概略断面図、同図（Ｂ）は同図（Ａ）の混合防止板の平面図、同図（Ｃ）は同図（Ｂ）の側面図である。
【図６】 図６（Ａ）乃至（Ｃ）は図５（Ａ）の蓄熱タンクの混合防止板の動作状態を示す概略断面説明図である。
【図７】 図７（Ａ）は本発明の関連発明１の他の実施の形態に係る蓄熱タンクの概略断面図、同図（Ｂ）は同図（Ａ）の混合防止板の平面図、同図（Ｃ）は同図（Ｂ）の側面図である。
【図８】 図８（Ａ）は本発明の関連発明２の蓄熱タンクの概略断面図、同図（Ｂ）乃至（Ｄ）は内タンクと外タンクの連結部の各種構成例を示す部分断面図である。
【図９】 図９（Ａ）は本発明の関連発明３の実施の形態に係る蓄熱タンクの概略断面図、同図（Ｂ）は関連発明３の他の実施の形態の概略断面図である。
【符号の説明】
１ 蓄熱タンク
２ 内タンク
３ 隙間
４ 断熱材
５ 外タンク
６ 混合防止板
７ 入口ポート
８ 出口ポート
９ ヒータ
１０ 凹部
２１ 胴部
２２ 上壁部
２３ 下壁部
５１ 胴部
５２ 上壁部
５３ 下壁部
７１ 筒口部
７２ 付け根部
７３ 開口筒部
８１ 排出パイプ
８２ タンク内挿入部
８３ 断熱材被覆部
８４ 開口筒部
１００ 蓄熱タンク
１０１ 蓄熱タンク本体
１０２ 内タンク
１０２ａ 底壁
１０３ 断熱層
１０４ 断熱材
１０５ 外タンク
１０６ 混合防止板
１０７ 入口ポート
１０８ 出口ポート
１１０ 開口部連通遮断機構
１１１ タンク底壁
１２０ 台座
１２１ 断熱材
１３０ モータ
１３１ モータ軸
１４０ 供給管
１４１ 通路
１４１ａ 管端部
１５０ 排出管
１７１ 開口部
１８１ 開口部
２１０ 開口部連通遮断機構
２２０ 弁機構
２２１ａ 円板部
２２１ｂ 軸部
２２１ 弁体
２２２ スプリング
２２３ スプリング
２２４ 環状弁座
２３０ 弁機構
２３１ 弁体
２３２ スプリング
２３３ 環状弁座
【発明の属する技術分野】
本発明は、たとえば内燃機関の冷却系に用いられる蓄熱タンクに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の蓄熱タンクとして利用可能な断熱容器としては、例えば、特許文献１に記載されるような断熱容器が知られている。
この断熱容器は、内容器の開口部と外容器の開口部が連結され、内容器と外容器間が真空層とされた二重構造となっている。そして、内容器の開口部周辺の内壁に内容器を構成する金属より熱伝導率の低い低熱伝導材を貼着することにより、内容器の内壁から連結された開口部を介して外容器外壁へと伝わる熱量、すなわち放熱される熱量をできるだけ低減しようとしていた。
【特許文献１】
実開平３−７５９７号公報
【特許文献２】
特開平２−２６５５１３号公報
【特許文献３】
特開平４−１１４６１４号公報
【特許文献４】
公開技報２００１−６２３８号公報
【特許文献５】
実開昭６３−６８９４３号公報
【特許文献６】
特開２０００−７３７６４号公報
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし上記した従来技術の場合には、内容器と外容器が連結されている以上、放熱される熱量は無視できず、金属製真空断熱容器に熱媒体を貯蔵して長時間放置すると、熱媒体の温度が低下してしまい、所望温度の熱媒体を供給できない虞がある。
【０００４】
また、エンジンの冷却系に用いた場合、蓄熱タンクは冷却系の配管を通じてエンジンとつながっている。蓄熱タンク内に温水が保温されているとき、蓄熱タンクと配管の管がつながっていることで、蓄熱タンクのタンク壁と管との接続部分を伝わって蓄熱タンクから管側に熱の放出が起こり、蓄熱タンク内の温度が低下してしまう。
【０００５】
本発明は、上記した従来技術の問題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、断熱層の被覆では断熱しきれないタンク壁を伝わって外部へ逃げる熱量を可及的に低減し得る蓄熱タンクを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、第１の発明は、タンク本体の断熱層で被覆されない部分の温度を上昇させることにより熱の流出を遮蔽するものである。
すなわち、外側が断熱層で覆われた蓄熱タンクであって、前記断熱層が被覆されていないタンク壁面の部位の少なくとも一部の温度を上昇させる温度上昇手段を設けたことを特徴とする。
タンク壁面の断熱層が被覆されていない部位とは、熱媒体供給または排出を行う開口部であることが好適である。
【０００７】
温度上昇手段は電気を通電することで発熱するヒータであり、ヒータは省電力を図るためにヒータ膜体によって構成されることが好ましい。
また、ヒータを布設する部位の両端部に絞りを設け、ヒータ加熱を局所的に行うようにすれば、効率よく加熱することができる。
【０００８】
第２の発明は、蓄熱タンク内の温水を高温のまま維持するため、冷却水の供給または回収を行わない場合には、蓄熱タンクと配管の管を切り離すことにより蓄熱タンクからの熱の逃げを抑制するものである。
すなわち、熱媒体供給または排出を行う開口部を備えた内タンクの外側が断熱層で被覆された蓄熱タンクであって、前記熱媒体の供給または排出を行う際には熱媒体が流れる熱媒体供給排出管と開口部を連通し、熱媒体の供給または排出を行なわない際には熱媒体が流れる熱媒体供給排出管と開口部の連通を遮断する開口部連通遮断手段を有することを特徴とする。
【０００９】
ここで、熱媒体供給排出管とは配管系の管のことであり、供給する場合と排出する場合の両方を含む意味で「供給排出」の語を用いている。供給のみの管も含まれるし、排出のみの管も含まれる。また、供給もするし排出もする管も含まれる。
前記熱媒体供給排出管と開口部の連通を遮断する際には開口部を断熱材で被覆することにより、開口部の断熱が可能となる。
また、断熱層と断熱材を同一材料で構成すれば、断熱層の断熱性能を十分に発揮させることができる。更に、製造コストを低減させることができる。
【０００１０】
開口部連通遮断手段は、蓄熱タンク本体の熱媒体の供給または排出を行う開口部が配置されるタンク壁面と対向し蓄熱タンク本体に対して相対回転可能に組み付けられる台座とを備えた構成で、台座には熱媒体供給排出管につながる通路が設けられ、前記蓄熱タンク本体と台座の相対回転によって蓄熱タンク本体側の開口部と台座側の通路が連通，遮断される構成となっていることが好適である。
【００１１】
また、開口部連通遮断手段は、蓄熱タンク本体の熱媒体の供給または排出を行う開口部に対して熱媒体供給排出管の管端部を抜き差し可能とし、差し込んだ場合に開口部と供給排出管が連通し、抜き出した場合に遮断する構成としてもよい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下に本発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。
＜第１の実施の形態＞
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る蓄熱タンクの断面構造を示している。この蓄熱タンクは、内燃機関の冷却水の蓄熱タンクとして用いられる場合を想定した模式図である。蓄熱タンクは、エンジン運転中にエンジンを冷却し高温になった冷却水を回収し、エンジン再始動時に冷却系に供給することにより、暖気が終了した状態でエンジンを始動可能とし、エミッションの悪化を防止するものである。
【００１３】
本実施の形態の蓄熱タンク１は、内部中空のタンク本体としての内タンク２と、内タンク２の外周を所定の隙間３を隔てて取り囲む外タンク５と、この内タンク２と外タンク５間の隙間３に詰められ内タンク２を被覆する断熱材４と、熱媒体としての冷却水の供給を行う入口ポート７と、冷却水の排出を行う出口ポート８と、を備えている。
この例では、内タンク２と外タンク５間の隙間３に詰められた断熱材４によって内タンクを被覆する断熱層を構成しているが、断熱材４は必ずしも必要ではなく、隙間３を真空にして真空断熱としてもよい。
内タンク２は、筒状の胴部２１と、胴部２１上端を閉塞する上壁部２２と、胴部２１下端を閉塞する下壁部２３と、を備え、入口ポート７および出口ポート８は下壁部２３に設けられている。入口ポート７は下壁部２３から下方に向けて筒状に突出する筒口部７１を有する構成で、出口ポート８は下壁部に設けた孔に挿し通される上下方向に延びる排出パイプ８１によって構成される。
【００１４】
また、内タンク２内には、上部空間と底部空間を区分する混合防止板６が設けられている。混合防止板６には複数の孔６ａが設けられている。混合防止板６は、エンジン停止後次回のエンジン始動時に、出口ポート８から排出される高温の冷却水に入口ポート７から流入してくる低温の冷却水が急激に混合して温度が低下するのを防止するものである。混合防止板６には出口ポートの排出パイプ８１が挿し通される孔が設けられ、出口ポートの上端開口部は混合防止板６の上方に位置する。
外タンク５も、内タンク２の胴部２１と隙間３を隔てて取り囲む筒状の胴部５１と、内タンク２の上壁部２２と隙間３を隔てて対向する上壁部５２と、内タンク２の下壁部２３と隙間３を隔てて対向する下壁部５３とを備え、下壁部５３には入口ポート７を構成する筒口部７１に気密に嵌着される孔と、出口ポート８の排出パイプ８１が気密に嵌着される孔が設けられている。
【００１５】
入口ポート７の筒口部７１の先端は外タンク５の下壁部５３より所定長さ下方に突出しており、筒口部７１の付け根部７２は断熱材４によって覆われているが、先端の開口筒部７３が外気に露出している。
出口ポート８を構成する排出パイプ８１については、内タンク２内に挿入されたタンク内挿入部８２と、断熱材４によって覆われた断熱材被覆部８３と、外タンク５の下壁部５３から所定長さだけ下方に突出する先端の開口筒部８４とに区分されており、この開口筒部８４は外気に露出している。タンク内挿入部８２の上端は内タンク２の上壁部２２近傍まで延びており、内タンク２の上部の冷却水を排出する構成となっている。
そして、この断熱材４で被覆されていない入口ポート７の開口筒部７３および出口ポート８の開口筒部８４に、温度上昇手段としてのヒータ９が設けられている。
【００１６】
ヒータ９は電気を通電することで発熱するもので、図１（Ｂ），（Ｃ）に示すように、省電力を目的にヒータ膜体によって構成されている。ヒータ膜体は印刷及び蒸着法で作成した薄膜抵抗であり、高電気抵抗を確保する。膜材は白金等の体積固有抵抗が大きい材料が望ましい。
ヒータ９の基材側は開口筒部７３，８４が樹脂であるために直接ヒータ９の抵抗膜９ａを載せ、膜表面には、熱伝導率が小さくかつ電気的に高い絶縁性を有する樹脂で被覆した積層構造である。
また、開口筒部７３，８４のヒータ９を布設する部位の両端部には、開口筒部７３，８４断面を絞る絞りを構成する凹部１０が設けられ、ヒータ加熱を局所的に加熱する構成としている。凹部１０は開口筒部７３，８４外周に全周的に設けられる環状溝であり、蓄熱時にタンク内の水温が低下しないようにする。
【００１７】
このように、開口筒部７３，８４からの熱の流出に対してヒータ９の加熱によって抵抗層を設け、かつヒータ９を敷設する両端部に絞り（凹部１０）を設け、ヒータ加熱を局所的な加熱とし、開口筒部７３，８４内側に存在する温水を効率よく加熱する。
本発明の蓄熱タンクによれば、エンジン運転時に温められた冷却水がタンク内に蓄えられる。蓄えられた冷却水は断熱材４によって外気と断熱され、温水が維持される。
入口，出口ポート７，８の開口筒部７３，８４が下向きに位置するように設置されるので、タンク内の冷却水の温度分布は、タンク内上部が高く下部が低い温度分布となる。本発明では、冷却水の入口，出口ポート７，８の開口筒部７３，８４がヒータ９によって常に高い温度に保たれるので、熱の流出に対する熱障壁となって高い温度を維持させる。
【００１８】
ヒータ９が無い場合には、図２（Ａ）に比較例として示すように、内タンク２および外タンク５が入口，出口ポート７，８に直接，間接的に接しているため、矢印に示すように、熱流が内タンク２のタンク壁から入口，出口ポート７，８の開口筒部７３，８４および外タンク５のタンク壁に伝わって放熱され、断熱材４の効果が発揮できない。タンク材として熱伝導率が小さい樹脂を使用したとしても、熱伝導率は断熱材４と比べて３けた又は４けた程度大きく、熱流は矢印の方向に向かって流出してしまう。したがって、タンク内温水は経過時間と共に大きな低下を示す。
【００１９】
図２（Ｂ）は、ヒータを設けない蓄熱タンクと本発明のヒータを設けた蓄熱タンクの保温性能を比較した実験結果を示している。
実験は、ヒータを設けない蓄熱タンクと、本発明の蓄熱タンク内に所定温度の温水を供給し、３６時間後の初期温度に対する温度差を示している。
その結果、ヒータ無しの場合には３４〜３５℃程度温度が低下したのに対して、ヒータを敷設した本発明の蓄熱タンクでは、温度差が１１〜１２℃程度と保温性が大きく向上した。
尚、図示していながヒータを敷設した位置より前のポートが大気に露出している場合、断熱材で被覆しておくことが望ましい。
【００２０】
＜第２の実施の形態＞
図３には本発明の第２の実施の形態に係る蓄熱タンクを示している。
この実施の形態では、蓄熱タンク内の温水を高温のまま維持するため、冷却水の供給または回収を行わない場合には、蓄熱タンクと配管系の管を切り離すことにより蓄熱タンクからの熱の逃げを抑制するものである。
すなわち、この第２の実施の形態の蓄熱タンク１００は、蓄熱タンク本体１０１と、蓄熱タンク本体１０１の開口部と配管系の管との連通・遮断を切り換える開口部連通遮断機構１１０とを備えた構造となっている。
【００２１】
蓄熱タンク本体１０１は、内部中空の内タンク１０２と、内タンク１０２の外側を被覆する断熱層１０３と、熱媒体としての冷却水をタンク内に供給する入口ポート１０７と、タンク内の冷却水の排出する出口ポート１０８と、を備えている。
入口ポート１０７の開口部１７１と出口ポート１０８の開口部１８１は内タンク１０２の底壁１０２ａに配置され、下向きに所定長さだけ突出している。
断熱層１０３は、内タンク１０２外周面を被覆して保温する断熱材１０４と、この断熱材１０４の外周を被覆する外タンク１０５とを備えた構成となっている。内タンク１０２の底壁１０２ａを覆う断熱材１０４の厚みは開口部１７１，１８１の突出長さと同一で、開口部１７１，１８１の先端面は、内タンク１０２の底壁１０２ａを被覆する断熱材１０４の下端面と同一面となっている。
なお、内タンク１０２内には、上部空間と底部空間を区分する混合防止板１０６が設けられている。混合防止板１０６は図１と同様に複数の孔を有し、出口ポート１０８から排出される高温の冷却水に入口ポート１０７から流入してくる低温の冷却水が急激に混合して温度が低下するのを防止するものである。
開口部連通遮断機構１１０は、冷却水の供給または排出を行う際には冷却水が流れる冷却水の熱媒体供給排出管としての供給管１４０および排出管１５０と前記入口ポート１０７および出口ポート１０８の開口部１７１，１８１とを連通し、冷却水の供給または排出を行なわない際には冷却水が流れる供給管１４０および排出管１５０と入口ポート１０７および出口ポート１０８の開口部１７１，１８１の連通を遮断するものである。
【００２２】
図示例の開口部連通遮断機構１１０は、蓄熱タンク本体１０１を支える台座１２０を備えている。台座１２０は蓄熱タンク本体の入口ポート１０７および出口ポート１０８の開口部１７１，１８１が配置されるタンク底壁１１１と対向して配置され、蓄熱タンク本体１０１と回転軸Ｏを中心にして相対回転可能に組み付けられている。そして、回転駆動手段としてのモータ１３０により、蓄熱タンク本体１０１（または台座部）が回転駆動されるようになっている。たとえば、モータ１３０を台座１２０に固定し、モータ軸１３１を蓄熱タンク本体１０１に固定しておく。
【００２３】
台座１２０には蓄熱タンク本体１０１の開口部１７１，１８１に対応して冷却水の供給、排出を行う供給管１４０および排出管１５０の管端部で構成される通路１４１，１５１が配置され、蓄熱タンク本体１０１と台座１２０の相対回転によって蓄熱タンク本体１０１側の開口部１７１，１８１と通路１４１，１５１が連通，遮断される構成となっている。
供給管１４０と排出管１５０の通路１４１，１５１と開口部１７１，１８１の連通を遮断する際には、開口部１７１，１８１は台座１２０に設けられた断熱材１２１で被覆される構成となっている。この断熱材１２１は台座１２０上面に設けられた凹部に組み込まれ、蓄熱タンク本体１０１の底面と回転摺動自在に接触している。この蓄熱タンク本体１０１底面も断熱材１０４が露出しており、断熱材１０４，１２１同士が互いに接触している。
また、断熱材１０４，１２１については、少なくとも熱伝導率が同程度の材料で構成される。ここで、本実施の形態では、断熱材として、ＳｉＯ2またはＡｌ2Ｏ3を用いている。これらの断熱材は、例えば直径１μｍ以下で厚さが１０〜５０ｎｍの中空の球状に加工し、これを断熱層１０３に充填しても良い。また、断熱材としてポリウレタン、ポリスチレンを用いても良い。
【００２４】
温水をエンジンに供給するときやエンジンから回収する時は、図３（Ｃ）に示すように、台座１２０の通路１４１，１５１と蓄熱タンク本体１０１の開口部１７１，１８１が連通するように、台座１２０と蓄熱タンク本体１０１とを相対的に回転移動させる。
温水を回収して保温するときは、図３（Ｂ）に示すように、台座１２０の通路１４１，１５１と蓄熱タンク本体１０１の開口部１７１，１８１が貫通しない十分な位置まで移動させる。このように、冷却水の通路となる開口部１７１，１８１を遮断し、かつ台座１２０の断熱材１２１で覆うことにより、外気との接触部分を減らし、熱の逃げ場をなくすことにより保温性が向上する。
これにより、蓄熱タンク本体１０１の温水の温度を長時間にわたって維持でき、温水をエンジン冷却系に供給することにより、暖気が終了した状態でエンジンを始動でき、エミッションの悪化を防止できる。
【００２５】
図４は、開口部連通遮断機構の他の構成例を示している。
この開口部連通遮断機構２１０は所謂クイックカプラー方式で、蓄熱タンク本体の入口ポート１０７（出口ポート１０８）の開口部１７１（１８１）に対して供給管１４０（排出管１５０）の管端部を抜き差し可能とし、差し込んだ場合に開口部１７１（１８１）と供給管１４０（排出管１５０）が連通し、抜き出した場合に遮断する構成となっている。
この例では、開口部１７１（１８１）と管端部１４１ａ（１５１ａ）の双方に、スプリングの弾性復元力によって常時閉弁状態に保持される弁機構２２０，２３０が設けられ、差し込んだ場合にスプリングの力に抗して弁体が押されて開弁する構成となっている。
【００２６】
開口部１７１（１８１）の弁機構２２０は、開口部１７１（１８１）内に上下移動自在に挿入された弁体２２１と、弁体２２１を開口部１７１から外に押し出す方向（図中下方）に付勢する第１，第２スプリング２２２，２２３と、付勢された弁体２２１が押しつけられて着座する開口部内周に設けられた環状弁座２２４とを備えている。弁体２２１は、環状弁座２２４に着座する円板部２２１ａと、円板部２２１ａ中央から下方に突出する軸部２２１ｂと、を備えている。第１スプリング２２２は圧縮スプリングで弁体２２１の上方に配置され、第２スプリング２２３は引張スプリングで弁体２２１の下方に配置されている。
【００２７】
管端部１４１ａ（１５１ａ）の弁機構２３０は、管端部１４１ａ（１５１ａ）内に上下移動自在に挿入された弁体２３１と、弁体２３１を管端部１４１ａ（１５１ａ）から押し出す方向に付勢するスプリング２３２と、スプリング２３２により付勢された弁体２３１が押しつけられて着座する管端部の開口端部内周に設けられた環状弁座２３３とを備えている。
この管端部１４１ａ（１５１ａ）を、不図示のモータやサーモスタットなどの駆動手段を使って上下させることにより、蓄熱タンク本体側の開口部１７１（１８１）に着脱させることができる。
【００２８】
＜その他の実施の形態＞
次に、本発明と関連する発明の実施の形態を説明する。
関連発明１．
この発明は、蓄熱タンク内に混合防止板に関するものである。
蓄熱システムでは、電動ポンプ等で熱媒体としての冷却水を蓄熱タンク内に送り込むことにより、タンク内の温水を押し出して、必要なところに供給している。その際、冷えた水が上部空間に大量に入り込むと温水の温度が下がってしまうので、タンク内に底部空間と上部空間を区切る混合防止板を設け、冷えた水が上部空間の温水と急激に混合しないようにしている。
【００２９】
しかし、混合防止板が固定式では、水と温水との非混合率は約７０％で、３０％程度は蓄熱された温水と冷えた水とが混合することにより全体の温度が下がる。
また、ポンプ作動直後は高温の温水が供給できるが、後半では冷えた水と混合し、低い温度の温水を供給することになって、供給する温水の温度にむらができてしまい、蓄熱していた熱量を有効に使用できない。
そこで、この発明では、流入する冷えた冷却水の量に応じて移動する可動式の混合防止板を設定することにより、温水と冷えたままの冷却水との混合を押え、高温を維持した状態で温水を供給させるようにしたものである。
【００３０】
図５には、関連発明１の実施の形態に係る蓄熱タンクを示している。
すなわち、蓄熱タンク３０１は、内部中空のタンク本体３０２と、タンク本体３０２内に熱媒体としての冷却水を供給する入口ポート３０７と、タンク内の冷却水を排出する出口ポート３０８と、を備えている。タンク本体３０２は外側が断熱層で被覆されていてもよいし、被覆されていなくてもよい。
タンク本体３０２は、筒状の胴部３２１と、胴部３２１上端を閉塞する上壁部３２２と、胴部３２１下端を閉塞する下壁部３２３と、を備え、入口ポート３０７および出口ポート３０８は下壁部３２３に設けられている。出口ポート３０８は下壁部３２３から上壁部３２２近傍まで上下方向に延びる排出パイプ３８１を備えている。
【００３１】
この排出パイプ３８１を支柱にして、上下に移動可能な混合防止板３０６が設けられている。すなわち、図５（Ｂ），（Ｃ）に示すように、混合防止板３０６は、中央に排出パイプ３８１に挿通されるパイプ挿入口３６１が設けられた円板状部材で、パイプ挿入口３６１の口縁に排出パイプ３８１外周に摺動自在に接触する円筒形状の内周ガイド３６２が、外径端部にタンク本体３０２の胴部３２１内周に摺動自在に接触する円筒形状の外周ガイド３６３が設けられている。
【００３２】
本実施の形態の蓄熱タンクによれば、不図示のポンプが作動して冷たい水が入口ポート３０７からタンク本体３０２内に送り込まれると、送り込まれた水によって混合防止板３０６が押し上げられ、同時にタンク上部の温水が排出パイプ３８１の上端開口部からパイプ内部を通り出口ポート３０８から押し出され、冷却系の各部に供給される（図６（Ａ），（Ｂ）参照）。この際、混合防止板３０６により上部にある温水と送り込まれてきた冷たい水の混合が妨げられる。
ポンプが停止し（あるいは弁等で）水の流れが止まると、混合防止板３０６は自重により下部に戻る（図６（Ｃ）参照）。
このように、簡単な構造でありながら、冷たい水が温水側に混入することがなく、高温のまま温水を排出できる。
【００３３】
図７は、この関連発明１の他の実施の形態を示している。
この実施の形態では、温水の排出パイプ３８１に螺旋状の溝またはレールにより螺旋ガイド３８２が設けられている。そして、混合防止板３０６の上には羽３６４が設けられ、パイプ挿入口３６１の内周ガイド３６２に螺旋ガイド３８２に係合して螺旋ガイド３８２に沿ってトレースするように案内用の突起３６５が設けられている。
この実施の形態によれば、混合防止板３０６上昇時に突起３６５が螺旋ガイド３８２をトレースするように案内されるので、混合防止板３０６は回転しながら上昇し、羽３６４によって旋回流が生じ、排出パイプ３８１上端からパイプ内への温水がスムースに流れこむ。
【００３４】
関連発明２．
この発明は、特に金属製の真空断熱タンクに関するものである。
金属製の真空断熱タンクでは、内タンクと外タンクの隙間を真空にした二重構造となっており、内タンクと外タンクが口部で連結されている。このような真空断熱タンクでは、熱が熱伝導率の高いタンク壁の金属部を伝わって、内タンクから外タンクに熱が逃げる。特に内タンクと外タンクが連結された口部周辺から逃げる熱量が多い。
そこで、本発明は、タンク本体の一部材質を変更することによって熱の逃げを抑えるものである。特に、内タンクの開口部と外タンクの開口部との結合部位からの放熱量を抑制することにより、保温能力向上を図るものである。
【００３５】
図８には、関連発明２の実施の形態に係る蓄熱タンクを示している。
すなわち、蓄熱タンク４００は、内部中空のタンク本体４０１と、タンク本体４０１の開口部４０２に組み付けられるハウジング４２０と、から構成されている。ハウジング４２０には、タンク本体４０１内に熱媒体としての冷却水を供給する入口ポート４０７と、タンク本体４０１内の冷却水を排出する出口ポート４０８と、を備えている。
【００３６】
タンク本体４０１は金属製で、内タンク４０３と外タンク４０５の間に真空層４０４を設けた二重構造となっており、真空層４０４によって保温性を保っている。タンク本体４０１内には、下端が出口ポート４０８に接続される排出パイプ４８１が上下方向に延びている。また、タンク本体４０１には固定の混合防止板４０６が配設され、底部空間と上部空間を区分している。混合防止板４０６には複数の孔４０６ａが設けられている。
タンク本体４０１の内タンク４０３と外タンク４０５は開口部４０２の先端で接合されており、内タンク４０３と外タンク４０５の接合部４０２ａ周辺に、タンク本体４０１を構成する金属より熱伝導率が低い断熱材４０９が挟まれており、タンク本体４０１のタンク壁を通じて伝わる熱伝導を抑えている。
【００３７】
図８（Ｂ）は、接合例を拡大して示している。
図示例では、開口部４０２の内タンク４０３側のタンク壁が一部分断され、断熱材４０９が挟まれた構成となっている。断熱材４０９はタンク本体４０１のタンク材に用いられる金属よりも熱伝導率が低い材料であればよい。断熱材４０９と内タンク４０３の切断端との接合は、ねじを切ってねじ結合することが好ましい。
さらに、真空性を確保するために、断熱材４０９の表面にメッキ等の金属膜４１０が表面に貼り付けられている。金属膜４１０は金属なので熱伝導率は高いが、厚さを極限まで薄くすることで、熱の伝わりを下げることができる。
このように、開口部４０２の熱伝導率を下げることで、保温性を向上させることができる。
【００３８】
図８（Ｃ）は、タンク本体４０１の開口部４０２の内タンク４０３と外タンク４０５の先端接合部を分断し、内タンク４０３と外タンク４０５の先端を断熱材４０９を介して接合したものである。
断熱材４０９を接合部に取り付けることで、熱の逃げの他に真空タンクで最も応力が加わる接合部の強度を向上させることも可能である。
断熱材４０９は内タンク４０３と外タンク４０５の双方とねじ結合しており、断熱材４０９の内周から外周および先端部の全体を金属膜４１０で被覆している。
【００３９】
図８（Ｄ）は、タンク本体４０１の開口部４０２の外タンク４０５側のタンク壁が一部分断され、断熱材４０９が挟まれた構成となっている。
【００４０】
関連発明３．
蓄熱タンクでは、タンク本体の外側が断熱材によって被覆されているが、断熱されていない入口，出口ポート周辺から熱が逃げやすい。
そこで、この発明は、このポート周辺からの放熱量を抑制することにより、保温能力向上を図るものである。
【００４１】
図９（Ａ）には、関連発明３の実施の形態に係る蓄熱タンクを示している。
すなわち、この蓄熱タンク５０１は樹脂製であり、内タンク５０２と外タンク５０５の間に超微細多孔質材等よりなる断熱材５０４が充填もしくは配置される。断熱材５０４の入った層は、必要に応じて（熱伝導率を下げたい場合）真空とされる。
内タンク５０２の底壁５２１には熱媒体としての冷却水の供給を行う入口ポート５０７と出口ポート５０８が設けられている。入口ポート５０７は、内タンク５０２の底壁５２１から下方に延び、断熱材５０４および外タンク５０５の底壁を貫通して所定長さだけ下方に突出している。出口ポート５０８は、内タンク５０２および外タンク５０５の下壁部に設けた孔に挿し通される上下方向に延びるパイプによって構成される。
【００４２】
また、内タンク５０２内には、上部空間と底部空間を区分する混合防止板５０６が設けられている。混合防止板５０６には複数の孔５０６ａが設けられると共に、出口ポート５０８が挿し通される孔が設けられている。混合防止板５０６の外周は内タンク５０２内周に固定されている。
そして、入口ポート５０７および出口ポート５０８の混合防止板５０６よりタンク外の先端まで、いずれのポートも下向きなので、混合防止板５０６より下部分５８１が、それぞれ断熱材５１０，５１１によって断熱されている。
また、混合防止板５０６も熱伝達率が低い材料として断熱材５１２にて構成される。
【００４３】
入口ポート５０７および出口ポート５０８の混合防止板５０６より下の部分を断熱材５１０，５１１で断熱することで、ポート付近からの放熱を防止できる。特に、混合防止板５０６を断熱材とすることにより、混合防止板５０６の上下で温度差ができ、冷水が混入したときにタンク本体部分の水温低下が少なくなる。また、図９（Ｂ）に示すように、混合防止板５０６は断熱材とせず、入口ポート５０７および出口ポート５０８のみを断熱材５１０，５１１で断熱するだけでも、ポート付近からの放熱を防止できるので、簡易的に保温性を向上させることができる。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、外側が断熱層で覆われた蓄熱タンクであって、前記断熱層が被覆されていないタンク壁面の部位の少なくとも一部の温度を上昇させる温度上昇手段を設けたことにより、断熱層の被覆では断熱しきれないタンク壁を伝わって外部へ逃げる熱量を可及的に低減することができ、断熱層の断熱性能を十分に発揮させることができる。
【００４５】
また、熱媒体が流れる熱媒体供給排出管と開口部を連通・遮断させる開口部連通遮断手段を設けたことにより、冷却水の供給または回収を行わない場合には、蓄熱タンクと配管系の管を切り離すことにより蓄熱タンクからの熱の逃げを可及的に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は本発明の第１の実施の形態に係る蓄熱タンクを示すもので、同図（Ａ）は概略断面図、同図（Ｂ）はヒータ部分の部分拡大図、同図（Ｃ）はヒータ部分の模式的断面図である。
【図２】 図２（Ａ）はヒータが無い比較例として示した蓄熱タンクの断面図、同図（Ｂ）はヒータが有る場合と無い場合の初期からの温度差を示すグラフである。
【図３】 図３は本発明の第２の実施の形態に係る蓄熱タンクを示すもので、同図（Ａ）は概略断面図、同図（Ｂ），（Ｃ）は同図（Ａ）の連通遮断機構の動作説明図である。
【図４】 図４（Ａ），（Ｂ）は連通遮断機構の他の構成例の動作説明図である。
【図５】 図５（Ａ）は本発明の関連発明１の蓄熱タンクの概略断面図、同図（Ｂ）は同図（Ａ）の混合防止板の平面図、同図（Ｃ）は同図（Ｂ）の側面図である。
【図６】 図６（Ａ）乃至（Ｃ）は図５（Ａ）の蓄熱タンクの混合防止板の動作状態を示す概略断面説明図である。
【図７】 図７（Ａ）は本発明の関連発明１の他の実施の形態に係る蓄熱タンクの概略断面図、同図（Ｂ）は同図（Ａ）の混合防止板の平面図、同図（Ｃ）は同図（Ｂ）の側面図である。
【図８】 図８（Ａ）は本発明の関連発明２の蓄熱タンクの概略断面図、同図（Ｂ）乃至（Ｄ）は内タンクと外タンクの連結部の各種構成例を示す部分断面図である。
【図９】 図９（Ａ）は本発明の関連発明３の実施の形態に係る蓄熱タンクの概略断面図、同図（Ｂ）は関連発明３の他の実施の形態の概略断面図である。
【符号の説明】
１ 蓄熱タンク
２ 内タンク
３ 隙間
４ 断熱材
５ 外タンク
６ 混合防止板
７ 入口ポート
８ 出口ポート
９ ヒータ
１０ 凹部
２１ 胴部
２２ 上壁部
２３ 下壁部
５１ 胴部
５２ 上壁部
５３ 下壁部
７１ 筒口部
７２ 付け根部
７３ 開口筒部
８１ 排出パイプ
８２ タンク内挿入部
８３ 断熱材被覆部
８４ 開口筒部
１００ 蓄熱タンク
１０１ 蓄熱タンク本体
１０２ 内タンク
１０２ａ 底壁
１０３ 断熱層
１０４ 断熱材
１０５ 外タンク
１０６ 混合防止板
１０７ 入口ポート
１０８ 出口ポート
１１０ 開口部連通遮断機構
１１１ タンク底壁
１２０ 台座
１２１ 断熱材
１３０ モータ
１３１ モータ軸
１４０ 供給管
１４１ 通路
１４１ａ 管端部
１５０ 排出管
１７１ 開口部
１８１ 開口部
２１０ 開口部連通遮断機構
２２０ 弁機構
２２１ａ 円板部
２２１ｂ 軸部
２２１ 弁体
２２２ スプリング
２２３ スプリング
２２４ 環状弁座
２３０ 弁機構
２３１ 弁体
２３２ スプリング
２３３ 環状弁座
Claims (5)
- 外側が断熱層で覆われた蓄熱タンクであって、
前記断熱層が被覆されていないタンク壁面の部位の少なくとも一部の温度を上昇させる温度上昇手段を設け、
前記温度上昇手段は電気を通電することで発熱するヒータであり、
前記ヒータはヒータ膜体によって構成されており、
前記ヒータを布設する部位の両端部に絞りを設けてヒータ加熱を局所的に行う構成としたことを特徴とする蓄熱タンク。 - タンク壁面の断熱層が被覆されていない部位とは、熱媒体の供給または排出を行う開口部である請求項１に記載の蓄熱タンク。
- 熱媒体の供給または排出を行う開口部を備え外側が断熱層で被覆された蓄熱タンクであって、
前記熱媒体の供給または排出を行う際には熱媒体が流れる熱媒体供給排出管と開口部を連通し、熱媒体の供給または排出を行なわない際には熱媒体が流れる熱媒体供給排出管と開口部の連通を遮断する開口部連通遮断手段を有し、
前記熱媒体供給排出管と前記開口部の連通を遮断する際には開口部を断熱材で被覆する構成となっており、
前記断熱層と前記断熱材とは同一材料で構成することを特徴とする蓄熱タンク。 - 前記開口部連通遮断手段は、蓄熱タンク本体の熱媒体の供給または排出を行う開口部が配置されるタンク壁面と対向し蓄熱タンク本体に対して相対回転可能に組み付けられる台座とを備えた構成で、
台座には熱媒体供給排出管につながる通路が設けられ、前記蓄熱タンク本体と台座の相対回転によって蓄熱タンク本体側の開口部と台座側の通路が連通，遮断される構成となっていることを特徴とする請求項３に記載の蓄熱タンク。 - 開口部連通遮断手段は、蓄熱タンク本体の熱媒体の供給または排出を行う開口部に対して熱媒体供給排出管の管端部を抜き差し可能とし、差し込んだ場合に開口部と熱媒体供給排出管が連通し、抜き出した場合に遮断する構成となっている請求項３に記載の蓄熱タン
ク。
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