JP4726728B2 - 蓄熱装置 - Google Patents

Description

本発明は、蓄熱材と熱交換流体との間で熱エネルギーを交換する蓄熱装置に関する。

近年、蓄熱材に蓄えられた熱エネルギーを冷却水等の熱交換流体に付与することで、エネルギーの有効利用を図るようにした蓄熱装置の開発が進められている。
この蓄熱装置をエンジンに採用することで、駆動中の廃熱を蓄熱し、蓄熱した廃熱を始動時に利用することができる。始動時に廃熱を利用することで、エンジンを円滑に起動することが可能になる。

蓄熱装置のなかには、熱伝達効率を高める技術を採用したものがある（例えば、特許文献１参照。）。
また、一般的な熱交換器のなかにも、熱伝達効率を高める技術として種々のものがある（例えば、特許文献２参照。）。
特開２００４−２７１１１９公報 特開平５−１４９６８７号公報

特許文献１の蓄熱装置を次図に基づいて説明する。
図１３は従来の蓄熱装置を示す概要図である。
蓄熱装置１００は、円筒形密閉タンク１０１内に複数の蓄熱板１０２…をスペーサ１０３…を介して積層させ、蓄熱板１０２…に二重管１０４を貫通させ、二重管１０４に流入口１０５を連通させたものである。
蓄熱板１０２は、内部空間に蓄熱材が封入された密閉容器である。

流入口１０５から流体が導かれ、導かれた流体が、二重管１０４の外管１０６を経て矢印の如く放射状に流出する。流出した流体が、蓄熱板１０２，１０２間の隙間１０７…を流れる際に、流体および蓄熱材間で熱エネルギーの交換がおこなわれる。
隙間１０７…から流出した流体は、円筒形密閉タンク１０１に沿って矢印の如く上昇する。上昇した流体は、二重管１０４の内管１０８に導かれ、内管１０８を経て流出口１０９から流出する。

蓄熱装置１００によれば、流体が隙間１０７…を流れる際に、流体の流れを、スペーサ１０３…で乱すことにより、蓄熱材および流体間の熱交換効率が、ある程度高められる。
しかし、スペーサ１０３…は小さい半円球状なので、スペーサ１０３…に流体を当てても流体の流れを均一に乱すことが難しく、蓄熱材および流体間の熱交換効率を高めるには改良の余地がある。

熱交換効率を高める手段として、特許文献１に、例えば、特許文献２の技術を採用することが考えられる。
特許文献２の蓄熱装置を次図に基づいて説明する。
図１４は従来の一般的な熱交換器を示す概要図である。

熱交換器２００は、上下の伝熱プレート２０１，２０１を一定空間２０２（流体通路２０２）を介して向かい合わせ、上下の伝熱プレート２０１，２０１から流体通路２０２側に多数の伝熱フィン２０３…を分割した状態で延ばし、分割した多数の伝熱フィン２０３…で流体との伝熱面積を確保するものである。
この熱交換器２００によれば、流体通路２０２側に多数の伝熱フィン２０３…を分割して設けることで、流体の流れを乱すことが可能になり、熱交換効率を高めることができる。

しかし、特許文献２の熱交換器２００では、流体通路２０２側に多数の伝熱フィン２０３…を分割して設ける必要があり、そのことがコストを抑える妨げになっていた。
さらに、流体通路２０２側に多数の伝熱フィン２０３…を分割して設けることで、熱交換器２００が大型化するとともに重量が増加する。
加えて、流体通路２０２側に多数の伝熱フィン２０３…を分割して設けるため、流体の流れが伝熱フィン２０３…で必要以上に妨げられ、流体の圧力損失が極めて大きい。

本発明は、コスト低減や小型・軽量化を図り、流体の圧力損失を抑え、熱交換効率を一層高めることができる蓄熱装置を提供することを課題とする。

請求項１に係る発明は、蓄熱材を充填する蓄熱材充填空間とこの蓄熱材充填空間に隣接して流体を通す流体通路とを設けた蓄熱モジュールを備え、前記蓄熱材と前記流体との間で熱エネルギーを交換する蓄熱装置において、前記蓄熱モジュールは、積層された複数の平板状のプレートからなり、前記平板状のプレートは、外周に形成された外周フランジと、この外周フランジに対して面一になるように内周に形成された内周フランジと、前記外周フランジおよび前記内周フランジ間に、各フランジに対して所定高さに形成された合わせ部と、を有することで充填用凹部が形成され、この合わせ部に、前記流体通路の一部となる通路用凹部が前記外周フランジ側から前記内周フランジ側に向けて渦巻き状に形成され、前記複数のプレートを互いに表裏反転させ、前記合わせ部同士をそれぞれ接合することで、前記通路用凹部を前記合わせ部で塞いで前記流体通路が渦巻き状に形成されるとともに、前記外周フランジ同士および前記内周フランジ同士をそれぞれ接合することで前記充填用凹部で前記蓄熱材充填空間が形成された蓄熱装置であって、前記接合された合わせ部のうち、一方の合わせ部にバーリングが形成されるとともに、他方の合わせ部に前記バーリングが挿通可能な取付孔が形成され、この取付孔に前記バーリングを差し込んだ後、バーリングの先端部を加締めて一対のプレートを接合するとともに、前記バーリングおよび前記取付孔で前記蓄熱材が通過する蓄熱材通過部を形成し、前記接合した一対のプレートのうち、一方のプレート側の流体通路および他方のプレート側の流体通路を、前記蓄熱材充填空間内において互いに離間させたことを特徴とする。

請求項２に係る発明は、前記バーリングおよび前記取付孔は、前記プレートを表裏反転させた状態において、表裏反転させないプレートの前記取付孔および前記バーリングにそれぞれ臨むように設けられ、前記通路用凹部は、底部の高さが前記合わせ部の所定高さに対して低く設定されたことを特徴とする。

請求項１に係る発明では、流体通路を渦巻き状に形成した。渦巻き状の流体通路に流体を流すことで、流体の流れを一定方向に渦を巻く渦流にすることができる。
流体の流れを渦流にすることで、蓄熱材および流体間の熱伝達効率を高めることができる。これにより、熱伝達効率を高めた分だけ伝熱面積を抑えることができるので、蓄熱装置の小型・軽量化を図ることができる。

さらに、渦巻き状の流体通路に流体を流すことで、流体の流れを一定方向に渦を巻く渦流にすることで、従来技術のように、流体の流れを伝熱フィンで必要以上に妨げる虞がない。
このように、流体の流れを伝熱フィンで必要以上に妨げないので、流体の圧力損失を抑えることができる。

また、一対の合わせ部をバーリングを加締めて接合した。よって、一対の合わせ部を確実に接合することができ、かつ、一対の合わせ部の面圧を好適に確保することができる。
これにより、一対の合わせ部を容易に接合できるので、作業性を高めてコスト低減を図ることができる。
ここで、バーリングとは、バーリング加工によって形成されたもので、板材に下穴を開け、下穴の周縁部を円筒状に立てたもの（すなわち、フランジ）をいう。

さらに、外周フランジ同士を接合するとともに内周フランジ同士を接合することで一対のプレートを接合した。そして、接合した一対のプレートのうち、一方のプレート側の流体通路および他方のプレート側の流体通路を蓄熱材充填空間内において互いに離間させた。
よって、各プレートの接合面積を減らすことができ、接合する外周フランジ間の面圧や、接合する内周フランジ間の面圧を十分に確保することができる。
これにより、外周フランジ同士や内周フランジ同士を容易に接合できるので、作業性を高めてコスト低減を図ることができる。

加えて、一方のプレート側の流体通路と、他方のプレート側の流体通路とを蓄熱材充填空間内において離間させることで、蓄熱モジュールの接触面積を減らすことができる。
よって、流体や蓄熱材の熱伝導を小さく抑えることが可能になり、流体や蓄熱材の熱の保温性を向上させることができる。
このように、流体や蓄熱材の熱の保温性を向上させることで、熱交換効率を一層高めることができる。

請求項２に係る発明では、表裏反転させたプレートのバーリングおよび取付孔を、表裏反転させないプレートの取付孔およびバーリングにそれぞれ臨ませるようにした。
よって、表裏反転させたプレートのバーリングを、表裏反転させないプレートの取付孔に差し込むとともに、表裏反転させたプレートの取付孔を、表裏反転させないプレートのバーリングに嵌め込むことが可能になる。
これにより、一種類のプレートを表裏反転させて接合することで、蓄熱モジュールを形成することができるので、コスト低減を図ることができる。

さらに、通路用凹部の底部の高さを、合わせ部の所定高さに対して低く設定した。よって、各プレートの外周フランジ同士および内周フランジ同士を接合するだけで、接合した一対のプレートのうち、一方のプレート側の流体通路および他方のプレート側の流体通路を蓄熱材充填空間内において互いに離間させることができる。
これにより、流体通路の離間を簡単な構成で実施できるのでコスト低減をさらに図ることができる。

本発明を実施するための最良の形態を添付図に基づいて以下に説明する。
図１は本発明に係る蓄熱装置を示す分解斜視図である。
蓄熱装置１０は、熱交換用の蓄熱モジュール１１と、蓄熱モジュール１１の下部１１ａに設けられた下板１３と、蓄熱モジュール１１の上部１１ｂに設けられた上板１４と、上板に設けられた蓋部材１５と、蓄熱モジュール１１に流体１６（図２参照）を供給／排出する流体供給／排出部１８とを備える。

蓄熱モジュール１１は、複数個のプレート接合体２０…が同軸上に接合されている。プレート接合体２０は、一対のプレート２１がバーリング２２…を加締めることで接合されている。

すなわち、蓄熱モジュール１１は、複数枚のプレート２１を同軸上に積層したものである。プレート２１は、円盤状に形成され、中央に開口部２３が形成された板状の部材である（図４も参照）。
なお、複数個のプレート接合体２０…を接合する手段としては、溶接、ろう付け、接着などがある。

図２は本発明に係る蓄熱装置を示す断面図であり、特にバーリングを切断した状態で示す図である。図３は本発明に係る蓄熱装置の流体通路を説明する断面図である。
ここで、構成の理解を容易にするために、プレート２１のうち、表裏反転させたプレートを２１Ａ、表裏反転させないプレートを２１Ｂとして説明する。
プレート接合体２０は、表裏反転させた上側のプレート２１Ａと、表裏反転させない下側のプレート２１Ｂとのそれぞれの合わせ部２４，２４をバーリング２２で加締めることで接合させたものである。

複数個のプレート接合体２０は、それぞれ同軸上に接合されている。一例として、最上位のプレート接合体２０と、最上位から２番目のプレート接合体２０との接合について説明する。
最上位のプレート接合体２０のうち下側のプレート２１Ｂを、最上位から２番目のプレート接合体２０のうち上側のプレート２１Ａに臨ませる。

下側のプレート２１Ｂの外周フランジ２５と上側のプレート２１Ａの外周フランジ２５とを接合する。さらに、下側のプレート２１Ｂの内周フランジ２６と上側のプレート２１Ａの内周フランジ２６とを接合する。
よって、最上位のプレート接合体２０および最上位から２番目のプレート接合体２０が一体に接合される。

同様に、複数個のプレート接合体２０を接合することで蓄熱モジュール１１が得られる。
プレート２１は、中央に開口部２３が形成されている。よって、プレート２１を積層した蓄熱モジュール１１の中央に、開口部２３…で流路部４５が形成される。

蓄熱モジュール１１の下部１１ａに下板１３を設け、蓄熱モジュール１１の上部１１ｂに上板１４を設ける。
これにより、蓄熱モジュール１１内に、蓄熱材１７を充填可能な蓄熱材充填空間２８が形成される。
蓄熱材１７は、液体から固体に相変化を伴う材料（潜熱蓄熱材）である。例えば、蓄熱材１７として、パラフィン系のもの、エリスリトール、キシリトールやソルビトールなどの糖アルコール系のもの、硝酸マグネシウム６水和物などの塩水和物が用いられる。

さらに、蓄熱モジュール１１内には、表裏反転させたプレート２１Ａと、表裏反転させないプレート２１Ｂとを接合することで、流体１６を導く複数の流体通路３０が設けられている。
流体１６は、蓄熱材１７と互いに熱交換し得る液体、すなわち熱交換流体（冷媒、熱媒）である。例えば、流体１６として、エンジン冷却用の冷却水が用いられ、その他冷水や温水も用いられる。

複数の流体通路３０は、蓄熱材充填空間２８において互いに非接触状態で、かつ蓄熱材充填空間２８に隣接した状態に設けられている。
流体通路３０は、図３に示すように、外端部３０ａが供給部３８に連通され、内端部３０ｂが排出部４３に連通されている。
供給部３８は、上板１４の供給孔３６に導入孔３９を介して連通されている。排出部４３は、流路部４５に臨む。

下板１３は、円盤状に形成され（図１参照）中央に開口部３１が形成され、開口部３１の外側に一対の蓄熱材充填口３２，３２が形成されている。
開口部３１は、蓄熱モジュール１１の流路部４５と同軸上に形成されている。一対の蓄熱材充填口３２，３２は、蓄熱モジュール１１の蓄熱材充填空間２８に臨む位置に形成されている。

下板１３の蓄熱材充填口３２，３２から蓄熱材充填空間２８に蓄熱材１７を充填した後、蓄熱材充填口３２，３２をプラグ３３，３３で塞ぐ。
これにより、蓄熱材充填空間２８に蓄熱材１７が充填された状態に保たれる。

上板１４は、円盤状に形成され（図１参照）中央に嵌合孔３５が形成され、外周に沿って１２個の供給孔３６（図１も参照）が等間隔に形成されている。
嵌合孔３５は、蓄熱モジュール１１の流路部４５と同軸上に配置されている。供給孔３６…は、供給部３８…の導入孔３９…に臨む。
この上板１４に蓋部材１５が設けられている。蓋部材１５は、断面凹部状に形成され、外周縁部１５ａを上板１４に設けることで、上板１４と蓋部材１５との間に空間４１が形成されている。

図２に示すように、流体供給／排出部１８は、下板１３にコネクタ５１がボルト５２…で取り付けられ、コネクタ５１に供給管５４が設けられている。
コネクタ５１は、筒状のコネクタ本体５６と、コネクタ本体５６の下端部５６ａから下向きに延出された導入連結管５７と、コネクタ本体５６の周壁５６ｂから横向きに延出された導出連結管５８とを有する。

コネクタ本体５６は、上端部にフランジ５６ｃが設けられ、フランジ５６ｃがボルト５２…で下板１３に取り付けられている。
コネクタ本体５６は、下板１３の開口部３１を経て蓄熱モジュール１１の流路部４５に連通されている。

コネクタ本体５６の下端部５６ａに段部６１が形成されている。段部６１に供給管５４のフランジ５４ａが嵌合されている。供給管５４の上端部５４ｂは、上板１４の嵌合孔３５に嵌合されている。
これにより、供給管５４は、流路部４５に対して同軸上に取り付けられている。
流体供給／排出部１８は、一例として、コネクタ５１の導入連結管５７および導出連結管５８が、エンジン６３の水冷ジャケットにホース６４，６５で接続されている。

よって、前記水冷ジャケット内の流体（冷却水）１６がホース６４を経て導入連結管５７まで導かれる。導入連結管５７まで導かれた流体１６は、供給管５４を経て空間４１に導かれる。
空間４１に導かれた流体１６は、供給孔３６…および導入孔３９…を経て供給部３８…に導かれる（図３参照）。

供給部３８…に導かれた流体１６は、流体通路３０を経て排出部４３まで導かれる。流体１６が流体通路３０を流れる際に、流体１６と蓄熱材１７との間で熱エネルギーの交換がおこなわれる。
排出部４３まで導かれた流体１６は、流路部４５を経てコネクタ本体５６に導かれる。コネクタ本体５６に導かれた流体１６は、導出連結管５８およびホース６５を経てエンジン６３の水冷ジャケット内に戻る。

図４は本発明に係る蓄熱装置のプレートを示す斜視図、図５は図４の５−５線断面図である。上側のプレート２１は、表裏反転したプレート２１Ａであり、下側のプレート２１は表裏反転しないプレート２１Ｂである。
プレート２１は、外周に形成された外周フランジ２５と、開口部２３の周縁（以下、「内周」という）に形成された内周フランジ２６と、外周フランジ２５および内周フランジ２６間に形成された合わせ部２４と、合わせ部２４の外周および外周フランジ２５を連結する外周壁７１と、合わせ部２４の内周および内周フランジ２６を連結する内周壁７２とを有する。

外周フランジ２５および内周フランジ２６は、それぞれリング状に形成され、それぞれの表面が面一になるように形成されている。
合わせ部２４は、外周フランジ２５および内周フランジ２６に対して所定高さＨ１を保つように形成されている。
これにより、プレート２１は、合わせ部２４、外周壁７１、および内周壁７２で充填用凹部７３が形成される。

合わせ部２４は、複数本（１２本）の通路用凹部７４が等間隔に渦巻き状に設けられ、通路用凹部７４間にバーリング２２および取付孔７５がそれぞれ複数個設けられている。
通路用凹部７４は、流体通路３０（図２参照）の一部を構成するために、内周フランジ２６側から外周フランジ２５に向けて略１２０°の角度で渦巻き状に形成された溝である。

通路用凹部７４は、合わせ部２４の両面のうち、充填用凹部７３が形成された面２４ａ（以下、「非接合面２４ａ」という）に突出させることで、反対側の面２４ｂ（以下、「接合面２４ｂ」という）に溝が形成される。
通路用凹部７４は、底部７４ａの高さＨ２が、合わせ部２４の所定高さＨ１に対して低く設定されている。
底部７４ａの高さＨ２を、合わせ部２４の所定高さＨ１に対して低く設定した理由は図８で説明する。

この通路用凹部７４は、外端部７４ｂが供給凹部７７に連通され、内端部７４ｃが排出凹部７８に連通されている。
供給凹部７７は、非接合面２４ａに突出することで接合面２４ｂに凹みが形成される。供給凹部７７は、底部７７ａが、外周フランジ２５および内周フランジ２６に対して面一になるように形成されている。
排出凹部７８は、非接合面２４ａに突出することで接合面２４ｂに凹みが形成される。排出凹部７８は、底部７８ａが、通路用凹部７４の底部７４ａに対して面一になるように形成されている。

バーリング２２は、合わせ部２４の接合面２４ｂから突出するように延びた環状の突出部で、軸方向に貫通孔２２ａが形成されている。
取付孔７５は、バーリング２２が差し込み可能となるよう、バーリング２２の外径より大きな内径で形成された孔である。

図６は本発明に係る蓄熱装置のプレートを示す平面図である。
バーリング２２…および取付孔７５…は、プレート２１の中心８０から半径方向に延びる１２本の直線８１ａ〜８１ｌ（アルファベット「エル」の小文字）上で、かつ、第１〜第４の円弧８２ａ〜８２ｄ上に設けられている。
１２本の直線８１ａ〜８１ｌは、３０度の間隔をおいて等間隔に配置されている。

具体的には、バーリング２２…および取付孔７５…は、直線８１ａ〜８１ｌから選択した直線８１ａおいて、第１円弧８２ａ上にバーリング２２、第２円弧８２ｂ上に取付孔７５、第３円弧８２ｃ上にバーリング２２、第４円弧８２ｄ上に取付孔７５がそれぞれ設けられている。

また、バーリング２２…および取付孔７５…は、直線８１ｂおいて、第１円弧８２ａ上に取付孔７５、第２円弧８２ｂ上にバーリング２２、第３円弧８２ｃ上に取付孔７５、第４円弧８２ｄ上にバーリング２２がそれぞれ設けられている。
すなわち、バーリング２２および取付孔７５は、１２本の直線８１ａ〜８１ｌ上において、第１〜第４の円弧８２ａ〜８２ｄ上にそれぞれ交互に設けられている。

さらに、バーリング２２…および取付孔７５…は、第１円弧８２ａ上において、１２本の直線８１ａ〜８１ｌ上に交互に設けられている。
加えて、バーリング２２および取付孔７５は、第２〜第４の円弧８２ｂ〜８２ｄ上において、第１円弧８２ａと同様に、１２本の直線８１ａ〜８１ｌ上に交互に設けられている。
バーリング２２…および取付孔７５…は、プレート２１の中心８０を対称軸として対称になるように設けられている。

図５に戻って、上側のプレート２１Ａは表裏反転させた後、プレート２１の中心８０を軸に３０度回転させたものである。
上側のプレート２１Ａに設けられたバーリング２２…が、下側のプレート２１Ｂに設けられた取付孔７５…に臨むように設けられている。
さらに、上側のプレート２１Ａに設けられた取付孔７５…が、下側のプレート２１Ｂに設けられたバーリング２２…に臨むように設けられている。

すなわち、バーリング２２…および取付孔７５…は、プレート２１を表裏反転させてプレート２１Ａとした状態において、表裏反転させないプレート２１Ｂの取付孔７５…およびバーリング２２…にそれぞれ臨むように設けられている。

これにより、表裏反転させた上側のプレート２１Ａのバーリング２２…を、表裏反転させない下側のプレート２１Ｂの取付孔７５…に差し込むことができる。
さらに、上側のプレート２１Ａの取付孔７５…を、下側のプレート２１Ｂのバーリング２２…に嵌め込むことができる。

この状態において、上側のプレート２１Ａの合わせ部２４が、下側のプレート２１Ｂの合わせ部２４に載置される。よって、上下側の合わせ部２４，２４の各接合面２４ｂ，２４ｂが接触する。
取付孔７５…から突出したバーリング２２…の先端部２２ｂ…を加締めることで、上下側の合わせ部２４，２４がバーリング２２…で接合される。

以上説明したように、表裏反転させた上側のプレート２１Ａのバーリング２２…および取付孔７５…を、表裏反転させない下側のプレート２１Ｂの取付孔７５…およびバーリング２２…にそれぞれ臨ませるようにした。

よって、表裏反転させた上側のプレート２１Ａのバーリング２２…を、表裏反転させない下側のプレート２１Ｂの取付孔７５…に差し込むとともに、表裏反転させた上側のプレート２１Ａの取付孔７５…を、表裏反転させない下側のプレート２１Ｂのバーリング２２…に嵌め込むことが可能になる。
これにより、一種類のプレート２１を表裏反転させて接合することで、図１に示すプレート接合体２０を形成することができる。

図７は本発明に係る蓄熱装置のプレートを積層した状態を示す断面図であり、特にバーリング２２や流体通路３０同士の交差部位を切断した状態で示す図である。図８は図７に示す流体通路に沿った断面を示す図であり、具体的には、渦巻き状の流体通路３０に沿って切断した状態を示す図である。
上側のプレート２１Ａのバーリング２２…を、下側のプレート２１Ｂの取付孔７５…に差し込んだ状態で、バーリング２２…の先端部２２ｂ…が加締められる。
さらに、上側のプレート２１Ａの取付孔７５…を、下側のプレート２１Ｂのバーリング２２…に嵌め込んだ状態で、バーリング２２…の先端部２２ｂ…が加締められる。
表裏反転したプレート２１Ａの合わせ部２４と、表裏反転しないプレート２１Ｂの合わせ部２４とをバーリング２２…で接合することでプレート接合体２０が得られる。

ここで、バーリング２２…および取付孔７５…は、図６に示すように、それぞれ交互に配置されている。よって、上側の合わせ部２４の取付孔７５…から突出したバーリング２２…は、下側の合わせ部２４の取付孔７５…から突出したバーリング２２…と同じ数になる。
これにより、取付孔７５…から突出したバーリング２２…の先端部２２ｂ…を加締めた際に、上下側の合わせ部２４，２４に均等に加締め力が作用する。
したがって、上下側の合わせ部２４，２４を良好に接合することができる。

表裏反転したプレート２１Ａの合わせ部２４と、表裏反転しないプレート２１Ｂの合わせ部２４とをバーリング２２…で接合した状態において、バーリング２２…および取付孔７５…で蓄熱材通過部７６が形成される。
すなわち、バーリング２２…は、貫通孔２２ａを有する環状の突出部である。この貫通孔２２ａは、バーリング２２…を加締めた後、開口された状態に保たれている。

よって、上側の合わせ部２４で形成された蓄熱材充填空間２８と、下側の合わせ部２４で形成された蓄熱材充填空間２８とは、貫通孔２２ａ（すなわち、蓄熱材通過部７６）で連通された状態に保たれる。
すなわち、蓄熱材通過部７６は、上側の合わせ部２４で形成された蓄熱材充填空間２８と、下側の合わせ部２４で形成された蓄熱材充填空間２８とを貫通孔２２ａで連通するものである。

図２に戻って、蓄熱モジュール１１の蓄熱材充填空間２８は蓄熱材通過部７６で全体に連結されている。
よって、下板１３の蓄熱材充填口３２，３２から蓄熱材充填空間２８に蓄熱材１７を充填すると、充填された蓄熱材１７は、蓄熱材通過部７６を経て蓄熱材充填空間２８の全域に導かれる。
これにより、蓄熱材充填空間２８の全域に蓄熱材１７を充填することができる。

ところで、図４に示すように、表裏反転させた上側のプレート２１Ａは、表裏反転させない下側のプレート２１Ｂと比較すると、通路用凹部７４…が逆向きの渦巻き状になる。
よって、上側のプレート２１Ａおよび下側のプレート２１Ｂを接合した状態において、プレート２１Ａの通路用凹部７４…は、プレート２１Ｂの通路用凹部７４…に交差するように配置される。

表裏反転したプレート２１Ａの合わせ部（上側の合わせ部）２４と、表裏反転しないプレート２１Ｂの合わせ部（下側の合わせ部）２４とを接合することで、上側の合わせ部２４の通路用凹部７４を下側の合わせ部２４で塞ぐ。
これにより、上側の合わせ部２４の通路用凹部７４と下側の合わせ部２４とで上側の流体通路３０が渦巻き状に形成される。
上側の流体通路３０は、蓄熱材充填空間２８に臨んでいる（隣接している）。

同様に、下側の合わせ部２４の通路用凹部７４を、上側の合わせ部２４で塞ぐことで、下側の合わせ部２４の通路用凹部７４と上側の合わせ部２４とで下側の流体通路３０が渦巻き状に形成される。
下側の流体通路３０は、蓄熱材充填空間２８に臨んでいる（隣接している）。

前述したように、上側の通路用凹部７４および下側の通路用凹部７４は、逆向きの渦巻き状に配置されているので所定の部位で互いに交差する。
よって、上側の流体通路３０および下側の流体通路３０は、交差した部位（以下、「交差部位」という）８５において互いに交差した状態で連通する。
流体通路３０…を渦巻き状にし、さらに、上下側の流体通路３０，３０を交差部位８５において互いに連通させた理由は図１１で説明する。

また、上側のプレート２１Ａおよび下側のプレート２１Ｂをバーリング２２…で接合することで、上側のプレート２１Ａの供給凹部７７および下側のプレート２１Ｂの供給凹部７７で供給部３８が形成される。
供給部３８は、上下側の流体通路３０の外端部に連通される。

さらに、上側のプレート２１Ａおよび下側のプレート２１Ｂをバーリング２２…で接合することで、上側のプレート２１Ａの排出凹部７８および下側のプレート２１Ｂの排出凹部７８で排出部４３が形成される。
排出部４３は、上下側の流体通路３０の内端部に連通される。

ここで、複数のプレート接合体２０を接合する例について説明する。
上側のプレート接合体２０および下側のプレート接合体２０は、外周フランジ２５，２５同士が接合されるとともに、内周フランジ２６，２６同士が接合されて一体に接合される。
具体的には、上側のプレート接合体２０のうち下側のプレート２１Ｂを、下側のプレート接合体２０のうち上側のプレート２１Ａに臨ませる。

下側のプレート２１Ｂの外周フランジ２５と、上側のプレート２１Ａの外周フランジ２５とを接合する。さらに、下側のプレート２１Ｂの内周フランジ２６と上側のプレート２１Ａの内周フランジ２６とを接合する。
これにより、上側のプレート接合体２０および下側のプレート接合体２０が一体に接合される。

この状態において、上側のプレート接合体２０のうちプレート２１Ｂの充填用凹部７３と、下側のプレート接合体２０のうちプレート２１Ａの充填用凹部７３とが閉塞されて蓄熱材充填空間２８の一部が形成される。

また、下側のプレート２１Ｂの供給凹部７７と、上側のプレート２１Ａの供給凹部７７とは、それぞれの底部７７ａ，７７ａが接合されている。
これにより、上側のプレート接合体２０の供給部３８と、下側のプレート接合体２０の供給部３８とが、それぞれの底部７７ａ，７７ａの導入孔３９，３９を介して連通されている。

上側のプレート接合体２０および下側のプレート接合体２０を一体に接合したように、複数のプレート接合体２０を接合することで、図２に示す蓄熱モジュール１１が得られる。

図５で説明したように、通路用凹部７４の底部７４ａの高さＨ２を、合わせ部２４の所定高さＨ１に対して低く設定した。
上側のプレート接合体２０のうち下側の流体通路３０と、下側のプレート接合体２０のうち上側の流体通路３０との間に間隔Ｓを確保することができる。

よって、下側の流体通路３０と上側の流体通路３０とを蓄熱材充填空間２８内において離間（非接触状態に）させることができる。
これにより、下側の流体通路３０と上側の流体通路３０との離間を簡単な構成で実施できる。

さらに、下側の流体通路３０と上側の流体通路３０とを蓄熱材充填空間２８内において離間させることで、下側のプレート２１Ｂと上側のプレート２１Ａとの接合面積を減らすことができる。
プレート２１Ａ，２１Ｂの接触面積を減らすことで、接合する外周フランジ２５，２５間の面圧や、接合する内周フランジ２６，２６間の面圧を十分に確保することができる。
したがって、外周フランジ２５，２５同士や内周フランジ２６，２６同士を容易に接合することができる。

加えて、下側の流体通路３０と上側の流体通路３０とを蓄熱材充填空間２８内において離間させて蓄熱モジュール１１の接触面積を減らすことで、流体１６や蓄熱材１７の熱伝導を小さく抑えることができる。
流体１６や蓄熱材１７の熱伝導を小さく抑えることで、流体１６や蓄熱材１７の熱の保温性を向上させることができる。

つぎに、蓄熱装置１０を用いて熱エネルギーを交換する例を図９〜図１１に基づいて説明する。
図９は本発明に係る蓄熱装置の流体の流れを説明する斜視図、図１０は本発明に係る蓄熱装置の流体の流れを説明する断面図である。
エンジン６３の水冷ジャケット内の流体（冷却水）１６がホース６４を経て矢印Ａの如く導入連結管５７まで導かれる。導入連結管５７まで導かれた流体１６は、供給管５４に矢印Ｂの如く導かれる。
供給管５４に導かれた流体１６は、供給管５４を経て空間４１に矢印Ｃの如く導かれる。空間４１に導かれた流体１６は、供給孔３６…および導入孔３９…を経て供給部３８…に矢印Ｄの如く導かれる。

供給部３８…に導かれた流体１６のうち、一部の流体１６が上側の流体通路３０に矢印Ｅの如く導かれるとともに、残りの流体１６が下側の流体通路３０に矢印Ｆ（図９参照）の如く導かれる。
上側の流体通路３０に導かれた流体１６は、上側の流体通路３０を経て排出部４３に矢印Ｇの如く導かれる。
下側の流体通路３０に導かれた流体１６は、下側の流体通路３０を経て排出部４３に矢印Ｈ（図９参照）の如く導かれる。

排出部４３まで導かれた流体１６は、流路部４５（図１０参照）に矢印Ｉの如く導かれる。流路部４５に導かれた流体１６は、流路部４５を経てコネクタ本体５６に矢印Ｊの如く導かれる。
コネクタ本体５６に導かれた流体１６は、導出連結管５８およびホース６５を経て矢印Ｋの如くエンジン６３の水冷ジャケット内に戻る。
このように、流体１６がエンジン６３および蓄熱モジュール１１（図１０参照）間で循環する。
これにより、エンジン６３の廃熱を回収するとともに、この回収された廃熱をエンジン６３の始動時に利用することができる。

具体的には、エンジン６３の駆動中に、エンジン６３の廃熱で流体１６が加熱され、加熱された流体１６が蓄熱モジュール１１内を循環することで、流体１６の熱が蓄熱材１７（図１０参照）に蓄熱（回収）される。
一方、エンジン６３の起動時に、流体１６が蓄熱モジュール１１内を循環することで、蓄熱材１７に蓄熱されたエンジン６３の廃熱で流体１６が加熱され、加熱された流体１６がエンジン６３に戻り、エンジン６３の廃熱を始動時に利用することができる。

図１１（ａ），（ｂ）は本発明に係る流体通路の流体の流れを説明する図である。
なお、図１１においては、理解を容易にするために、上側の流体通路３０を３０Ａ、下側の流体通路３０を３０Ｂとして説明する。
（ａ）に示すように、流体１６は、供給孔３６…および導入孔３９…を経て供給部３８…に矢印Ｄの如く導かれる。供給部３８…に導かれた流体１６のうち、一部の流体１６が上側の流体通路３０Ａに矢印Ｅの如く導かれるとともに、残りの流体１６が下側の流体通路３０Ｂに導かれる。

ここで、図４に示すように、下側のプレート２１Ｂの通路用凹部７４…は、渦巻き状である。よって、下側の流体通路３０Ｂは、渦巻き状になる。
また、図４に示すように、上側のプレート２１Ａの通路用凹部７４…は、下側のプレート２１Ｂの通路用凹部７４…に対して逆向きの渦巻き状である。よって、上側の流体通路３０Ａは、逆向きの渦巻き状になる。

このように、渦巻き状の流体通路３０Ａに流体１６を流すことで、流体通路３０Ａの流体１６の流れを一定方向に渦を巻く渦流にすることができる。
同様に、渦巻き状の流体通路３０Ｂに流体１６を流すことで、流体通路３０Ｂの流体１６の流れを一定方向に渦を巻く渦流にすることができる。

流体通路３０Ａ，３０Ｂの流体１６の流れを渦流にすることで、流体１６が流体通路３０Ａ，３０Ｂを流れる際に、流体１６と蓄熱材１７との間で熱エネルギーの交換を良好におこなうことができる。
よって、蓄熱材１７および流体１６間の熱伝達効率を高めることができる。
熱伝達効率を高めることで伝熱面積を減らすことができるので、蓄熱装置１０の小型化や軽量化を図ることができる。

さらに、流体通路３０Ａ，３０Ｂを渦巻き状にすることで、流体通路３０Ａ，３０Ｂの流体１６の流れを渦流にすることができる。よって、従来技術のように、流体１６を伝熱フィンに当てて流れを乱す必要がない。
これにより、流体通路３０Ａ，３０Ｂの流体１６の流れが伝熱フィンで遮られることがないので、流体１６の圧力損失を抑えることができる。

また、上側のプレート接合体２０の流体通路３０Ｂと、下側のプレート接合体２０の流体通路３０Ａとの間に間隔Ｓを確保して、上下側の流体通路３０Ａ，３０Ｂを蓄熱材充填空間２８内において離間させた。
これにより、蓄熱モジュール１１の接触面積を減らして流体１６や蓄熱材１７の熱伝導を小さく抑え、流体１６や蓄熱材１７の熱の保温性を向上できる。

（ｂ）に示すように、上下側の流体通路３０Ａ，３０Ｂを交差部位８５において互いに交差させた状態で連通させた。
交差部位８５において、上側の流体通路３０Ａの流体１６は矢印Ｅの如く流れる。下側の流体通路３０Ｂの流体１６は紙面に対して表面側から裏面側に向けて流れる。

上側の流体通路３０Ａの流体１６の流れが、下側の流体通路３０Ｂの流体１６に影響を与える。これにより、下側の流体通路３０Ｂの流体１６に矢印Ｌの如く渦流を発生させることができる。
また、下側の流体通路３０Ｂの流体１６の流れが、上側の流体通路３０Ａの流体１６に影響を与える。これにより、上側の流体通路３０Ａの流体１６に矢印Ｍの如く渦流を発生させることができる。

上下側の流体通路３０Ａ，３０Ｂの交差部位８５において、それぞれの流体通路３０Ａ，３０Ｂの流体１６に渦流を発生させることで、流体１６と蓄熱材１７との間で熱エネルギーの交換を良好におこなうことができる。
よって、蓄熱材１７（（ａ）参照）と流体１６との間の熱伝達効率を高めることができる。熱伝達効率を高めることで、伝熱面積を減らすことができる。
伝熱面積を減らすことで、図１に示す蓄熱装置１０の小型化や軽量化を図ることができる。

ここで、交差部位８５の渦流は、流体通路３０Ａ，３０Ｂを流れる流体１６同士の干渉を利用して発生させている。
よって、従来技術のように、流体１６を伝熱フィンに当てて流れを乱す必要がない。
これにより、流体通路３０Ａ，３０Ｂの流体１６の流れが伝熱フィンで遮られることがないので、流体１６の圧力損失を抑えることができる。
さらに、上側の流体通路３０Ａおよび下側の流体通路３０Ｂを、それぞれ逆向きに形成して、交差部位８５で連通させたのみの簡単な構成で、流体１６を渦流にすることができる。

つぎに、上側のプレート２１Ａを下側のプレート２１Ｂに接合する例を図１２に基づいて説明する。
図１２（ａ）〜（ｃ）は本発明に係る蓄熱装置のプレートを接合する例を説明する図である。
（ａ）において、上側のプレート２１Ａに設けられたバーリング２２を、下側のプレート２１Ｂに設けられた取付孔７５に臨ませる。
上側のプレート２１Ａに設けられた合わせ部２４を、下側のプレート２１Ｂに設けられた合わせ部２４に矢印Ｎの如く載置することで、バーリング２２を取付孔７５に矢印Ｏ（アルファベット「オー」の大文字）の如く差し込む。

（ｂ）において、バーリング２２を取付孔７５に差し込むことで、バーリング２２の先端部２２ｂが取付孔７５から突出する。

（ｃ）において、バーリング２２の先端部２２ｂを加締めて、先端部２２ｂを拡径させた状態に押しつぶす。
押しつぶされた先端部２２ｂは、外径Ｄ１が取付孔７５の孔径Ｄ２より大きくなる。押しつぶされた先端部２２ｂと上側の合わせ部２４とで、取付孔７５の周縁７５ａを挟持する。
これにより、上下側の合わせ部２４，２４がバーリング２２で接触した状態に接合（保持）され、プレート接合体２０が得られる。

バーリング２２…の先端部２２ｂ…を加締めることで、表裏反転したプレート２１Ａの合わせ部２４と、表裏反転しないプレート２１Ｂの合わせ部２４とを確実に接合することができ、かつ、それぞれの合わせ部２４，２４の面圧を好適に確保することができる。
これにより、それぞれの合わせ部２４，２４を容易に接合できるので、作業性を高めてコスト低減を図ることができる。

表裏反転したプレート２１Ａの合わせ部２４と、表裏反転しないプレート２１Ｂの合わせ部２４とをバーリング２２…で接合した状態において、バーリング２２…および取付孔７５…で蓄熱材通過部７６が形成される。
上側の合わせ部２４で形成された蓄熱材充填空間２８と、下側の合わせ部２４で形成された蓄熱材充填空間２８とを、蓄熱材通過部７６の貫通孔２２ａで連通した状態に保つことができる。

なお、前記実施の形態では、蓄熱装置１０を鉛直に向けて配置した例について説明したが、これに限らないで、蓄熱装置１０の用途やレイアウト等に合わせて任意に決めることが可能である。

また、前記実施の形態では、蓄熱装置１０をエンジン６３に採用した例について説明したが、これに限らないで、その他の装置に採用することも可能である。
さらに、前記実施の形態では、一対のプレート２１，２１に流体通路３０を１２本設けたが、流体通路３０の本数は適宜変更が可能である。
また、流体通路３０を内周フランジ２６側から外周フランジ２５に向けて略１２０°の角度で渦巻き状に形成したが、渦巻き状の角度は適宜変更が可能である。
加えて、前記実施の形態では、プレート２１を円盤状に形成した例について説明したが、プレート２１の形状は円盤状に限らないで、矩形状などの他の形状にすることも可能である。

本発明の蓄熱装置は、蓄熱材と熱交換流体との間で熱エネルギーを交換する蓄熱装置への適用に好適である。

本発明に係る蓄熱装置を示す分解斜視図である。 本発明に係る蓄熱装置を示す断面図である。 本発明に係る蓄熱装置の流体通路を説明する断面図である。 本発明に係る蓄熱装置のプレートを示す斜視図である。 図４の５−５線断面図である。 本発明に係る蓄熱装置のプレートを示す平面図である。 本発明に係る蓄熱装置のプレートを積層した状態を示す断面図である。 図７に示す流体通路に沿った断面を示す図である。 本発明に係る蓄熱装置の流体の流れを説明する斜視図である。 本発明に係る蓄熱装置の流体の流れを説明する断面図である。 本発明に係る流体通路の流体の流れを説明する図である。 本発明に係る蓄熱装置のプレートを接合する例を説明する図である。 従来の蓄熱装置を示す概要図である。 従来の一般的な熱交換器を示す概要図である。

符号の説明

１０…蓄熱装置、１１…蓄熱モジュール、１６…流体、１７…蓄熱材、２１…プレート、２２…バーリング、２２ｂ…バーリングの先端部、２４…合わせ部、２５…外周フランジ、２６…内周フランジ、２８…蓄熱材充填空間、３０…流体通路、７３…充填用凹部、７４…通路用凹部、７４ａ…通路用凹部の底部、７５…取付孔、７６…蓄熱材通過部、Ｈ１…合わせ部の所定高さ、Ｈ２…底部の高さ。

Claims (2)

1. 蓄熱材を充填する蓄熱材充填空間とこの蓄熱材充填空間に隣接して流体を通す流体通路とを設けた蓄熱モジュールを備え、前記蓄熱材と前記流体との間で熱エネルギーを交換する蓄熱装置において、
   前記蓄熱モジュールは、積層された複数の平板状のプレートからなり、
   前記平板状のプレートは、
   外周に形成された外周フランジと、
   この外周フランジに対して面一になるように内周に形成された内周フランジと、
   前記外周フランジおよび前記内周フランジ間に、各フランジに対して所定高さに形成された合わせ部と、を有することで充填用凹部が形成され、
   この合わせ部に、前記流体通路の一部となる通路用凹部が前記外周フランジ側から前記内周フランジ側に向けて渦巻き状に形成され、
   前記複数のプレートを互いに表裏反転させ、前記合わせ部同士をそれぞれ接合することで、前記通路用凹部を前記合わせ部で塞いで前記流体通路が渦巻き状に形成されるとともに、前記外周フランジ同士および前記内周フランジ同士をそれぞれ接合することで前記充填用凹部で前記蓄熱材充填空間が形成された蓄熱装置であって、
   前記接合された合わせ部のうち、一方の合わせ部にバーリングが形成されるとともに、他方の合わせ部に前記バーリングが挿通可能な取付孔が形成され、
   この取付孔に前記バーリングを差し込んだ後、バーリングの先端部を加締めて一対のプレートを接合するとともに、前記バーリングおよび前記取付孔で前記蓄熱材が通過する蓄熱材通過部を形成し、
   前記接合した一対のプレートのうち、一方のプレート側の流体通路および他方のプレート側の流体通路を、前記蓄熱材充填空間内において互いに離間させたことを特徴とする蓄熱装置。
2. 前記バーリングおよび前記取付孔は、前記プレートを表裏反転させた状態において、表裏反転させないプレートの前記取付孔および前記バーリングにそれぞれ臨むように設けられ、
   前記通路用凹部は、底部の高さが前記合わせ部の所定高さに対して低く設定されたことを特徴とする請求項１記載の蓄熱装置。

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