JP5515486B2 - 蓄熱構造体およびその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明の第1実施形態について図1〜図4に基づいて説明する。本実施形態は、本発明の蓄熱構造体を、車両のエンジン(内燃機関)の排気系から排気の有する熱を蓄熱して、その熱を暖機促進に利用する蓄熱装置に適用したものである。
Mg(OH)2→MgO+H2O
これにより、図3(b)および図4に示すように、蓄熱材2としての酸化マグネシウムが伝熱部材10の表面に固定される。
2Mg+O2→2MgO
(化3)
2Cu+O2→2CuO
ここで、酸化マグネシウムの標準生成自由エネルギーは−569kJ/mol、酸化銅の標準生成自由エネルギーは−129.5kJ/molである。酸化マグネシウムの標準生成自由エネルギーは、酸化銅の標準生成自由エネルギーより小さいので、上記化2、3の反応のうち化2に示される反応(マグネシウムの酸化反応)が優先的に起こる。すなわち、伝熱部材10の表面には、酸化マグネシウムが酸化銅よりも優先的に生成される。
次に、本発明の第2実施形態について説明する。
4Al+3O2→2Al2O3
これにより、伝熱部材10の表面、すなわち蓄熱材2と接触する面に生成された酸化アルミニウム粒子と、蓄熱材2のうち伝熱部材10と接触する面に存在する酸化マグネシウムとが親和性を持つため、結果として伝熱部材10と蓄熱材2との密着性を向上させることができる。このとき、蓄熱材2の表面全体が伝熱部材10によりコーティングされることはないので、加熱モードにおいて、蓄熱材2の水和反応が確実に進行し、十分な熱出力を確保することが可能となる。
次に、本発明の第3実施形態について図5に基づいて説明する。図5(a)、(b)は、本第3実施形態に係る蓄熱構造体の製造方法を示す概略断面図である。本第3実施形態では、蓄熱材2を構成する金属酸化物として酸化カルシウム(CaO)を用いている。また、伝熱部材10は、Mg−Cu合金から構成されている。
Ca(OH)2→CaO+H2O
さらに、以下の化6に示すように、ドロマイトが酸化カルシウムおよび酸化マグネシウムの混合物6と二酸化炭素とに分離する反応が生じる。
CaMg(CO3)2→CaO+MgO+2CO2
これにより、図5(b)に示すように、混合物6が伝熱部材10の表面に固定されるとともに、蓄熱材2としての酸化カルシウムが混合物6における伝熱部材10と反対側の面に固定される。このとき、混合物6における伝熱部材10と反対側の面に存在する混合物6中の酸化カルシウム粒子60と、蓄熱材2のうち混合物6と接触する面に存在する酸化カルシウムとが同一となり、高い親和性を持つため、蓄熱材2と混合物6とが強固に密着される。
なお、上記第1実施形態では、蓄熱材2として酸化マグネシウムを用いた例について説明したが、これに限らず、蓄熱材2として酸化カルシウムを用いてもよい。この場合、伝熱部材10の表面、すなわち蓄熱材2と接触する面に生成された酸化マグネシウム粒子100と、蓄熱材2のうち伝熱部材10と接触する面に存在する酸化カルシウムとが親和性を持つため、伝熱部材10と蓄熱材2との密着性を向上させることができる。
10 伝熱部材
Claims (10)
- 気体を反応媒体とし、前記反応媒体と可逆反応可能な金属酸化物で構成される蓄熱材(2)と、
前記反応媒体と前記金属酸化物が反応して化合物を生成する際に発生する熱によって加熱される加熱対象物との間で熱の授受を行う伝熱部材(10)とを備え、
前記伝熱部材(10)は、前記蓄熱材(2)を構成する前記金属酸化物と親和性を有する金属酸化物の金属元素を含む金属から構成されており、
前記伝熱部材(10)を構成する前記金属元素の酸化物が生成する際の標準生成自由エネルギーが、前記伝熱部材(10)中に含まれる前記金属元素を除く他の金属元素の酸化物が生成する際の標準生成自由エネルギーより小さく、前記伝熱部材(10)における前記蓄熱材(2)と接触している面に、前記蓄熱材(2)を構成する金属酸化物と親和性を有する金属酸化物の粒子(100)が生成されていることを特徴とする蓄熱構造体。 - 前記反応媒体は水であり、前記水と前記金属酸化物とを反応させて水和物を生成する際に生じる水和熱によって、前記加熱対象物を加熱することを特徴とする請求項1に記載の蓄熱構造体。
- 前記伝熱部材(10)は、前記蓄熱材(2)を構成する前記金属酸化物の金属元素と同一の金属元素を含む金属から構成されており、前記伝熱部材(10)における前記蓄熱材(2)と接触している面に、前記蓄熱材(2)を構成する金属酸化物と同一の金属酸化物の粒子(100)が生成されていることを特徴とする請求項1または2に記載の蓄熱構造体。
- 前記蓄熱材(2)を構成する前記金属酸化物は、酸化マグネシウムまたは酸化カルシウムであり、
前記伝熱部材(10)は、Mg−Cu合金またはAl合金により構成されていることを特徴とする請求項1または2に記載の蓄熱構造体。 - 前記蓄熱材(2)を構成する前記金属酸化物は、酸化マグネシウムであり、
前記伝熱部材(10)は、Mg−Cu合金により構成されていることを特徴とする請求項3に記載の蓄熱構造体。 - 気体を反応媒体とし、前記反応媒体と可逆反応可能な金属酸化物で構成される蓄熱材(2)と、前記反応媒体と前記金属酸化物が反応して化合物を生成する際に発生する熱によって加熱される加熱対象物との間で熱の授受を行う伝熱部材(10)とを備える蓄熱構造体の製造方法であって、
前記蓄熱材(2)を構成する前記金属酸化物と前記反応媒体との化合物を用意する工程と、
前記伝熱部材(10)として、前記蓄熱材(2)を構成する前記金属酸化物と親和性を有する金属酸化物の金属元素を含む金属から構成され、前記伝熱部材(10)を構成する前記金属元素の酸化物が生成する際の標準生成自由エネルギーが、前記伝熱部材(10)中に含まれる前記金属元素を除く他の金属元素の酸化物が生成する際の標準生成自由エネルギーより小さいものを用意する工程と、
前記蓄熱材(2)を構成する前記金属酸化物と前記反応媒体との化合物を前記伝熱部材(10)の表面に配置する工程と、
前記蓄熱材(2)を構成する前記金属酸化物と前記反応媒体との化合物が配置された前記伝熱部材(10)を加熱することにより、前記金属酸化物と前記反応媒体との化合物を前記金属酸化物と前記反応媒体とに分離させ、かつ前記伝熱部材(10)における前記蓄熱材(2)と接触している面に、前記蓄熱材(2)を構成する金属酸化物と親和性を有する金属酸化物の粒子(100)を生成させる工程とを備えることを特徴とする蓄熱構造体の製造方法。 - 前記反応媒体が水であることを特徴とする請求項6に記載の蓄熱構造体の製造方法。
- 前記伝熱部材(10)を用意する工程では、前記伝熱部材(10)として、前記蓄熱材(2)を構成する前記金属酸化物の金属元素と同一の金属元素を含む金属から構成されるものを用意し、
前記伝熱部材(10)を加熱する工程では、前記伝熱部材(10)における前記蓄熱材(2)と接触している面に、前記蓄熱材(2)を構成する金属酸化物と同一の金属酸化物の粒子(100)を生成させることを特徴とする請求項6または7に記載の蓄熱構造体の製造方法。 - 前記蓄熱材(2)を構成する前記金属酸化物と前記反応媒体との化合物を用意する工程では、水酸化マグネシウムまたは水酸化カルシウムを用意し、
前記伝熱部材(10)を用意する工程では、Mg−Cu合金またはAl合金を用意することを特徴とする請求項6または7に記載の蓄熱構造体の製造方法。 - 前記蓄熱材(2)を構成する前記金属酸化物と前記反応媒体との化合物を用意する工程では、水酸化マグネシウムを用意し、
前記伝熱部材(10)を用意する工程では、Mg−Cu合金を用意することを特徴とする請求項8に記載の蓄熱構造体の製造方法。
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