JPH02169994A - 蓄熱装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明は過冷却状態にある塩水和物を発熱装置により結
晶化させる際に放出される潜熱を利用する蓄熱装置に関
する。

「従来の技術」 酢酸ナトリウム水和物等の塩水和物は、融解、凝固の潜
熱が大きくかつ比較的安定な過冷却現象を呈するため、
この性質を利用して断熱材不要の軽量、小型の蓄熱装置
を構成することが可能となり、自動車の即効ヒータやそ
の他の即効加熱装置等に使用される。この蓄熱装置は蓄
熱材を収納する容器が作動流体回路と熱交換関係に配置
され作動流体が高温にあるとき蓄熱材が熱を受けて溶融
し、作動流体が低温になったとき蓄熱材が過冷却状態と
なって潜熱を保留し、その後加熱が必要になったとき蓄
熱材を発熱装置により結晶化することにより潜熱を放出
し急速な加熱を行うものである。

［本発明が解決しようとする課題」 従来の蓄熱装置は熱交換器部の構造が複雑で大型となり
コスト高になりがちである上蓄熱密度が小さい構造とな
っているので放出される潜熱の量が少なく比較的広いス
ペースの急速加熱には熱量が不足しがちである。

本発明は小型の発熱装置で過冷却状態の塩水和物を繰り
返し安定的に結晶化することができると共に小型で蓄熱
密度が大きく製造容易で安価な熱交換器部を有する蓄熱
装置を提供することを目的とするものである。

［問題を解決するための手段」 上記目的を達成する本発明の蓄熱装置は、内外二重の管
で構成され前記両管の一方は内部に塩水和物から成る蓄
熱材を収納する蓄熱材容器を形成し他方は各端部に夫々
入口および出口を持ち内部を作動流体が流れる作動流体
容器を形成している熱交換器部と、前記熱交換器部の適
所に設けられ前記蓄熱材容器内の過冷却状態の蓄熱材を
加圧接触によって結晶化するための発熱装置とを有する
ことを特徴とする。

「作用」 本発明の熱交換器部は上記のように内外二重の管で構成
されているため蓄熱密度が大きい、即ち熱交換器の単位
体積又は単位重量当りの蓄熱材の量が多いので蓄熱材を
溶解するときに多量の熱を蓄えることができる、そして
蓄熱材が過冷却状態から結晶化する際には大量の熱を効
率よく放出でキルノで比較的広いスペースに対しても十
分急速加熱効果を発揮することができる。

「実施例」 第１図は本発明の蓄熱装置を構成するための蓄熱モジュ
ールの一実施例を示す。１は銅、銅合金、アルミニウム
、アルミニウム合金等の耐蝕性がよく、熱伝導性、曲げ
加工性にすぐれた材料で構成された蛇腹状のパイプから
成る蓄熱材容器、２は同じく耐蝕性がよく熱伝導性、曲
げ加工性にすぐれた材料で構成され蓄熱材容器１の周り
に二重に配置されたパイプから成る作動流体容器である
。これ等の二重のパイプから成る容器１，２の途中に発
熱機構３が取り付けられる。発熱機構３は頂部に押ボタ
ン４を有するピストン５と、ピストン５を囲むシリンダ
ー６と、ピストン５を上方に押すスプリング７と、ピス
トン５の下方においてシリンダー６内に置かれる発熱装
置８とを有し、シリンダー６の両側にはシリンダーの軸
線に直角方向に突出する内外二重の環状突部９，１０が
形成され内方の突部９に蓄熱材容器１を構成するパイプ
が外方の突部１０に作動流体容器２を構成するパイプが
接続される。ピストン５とシリンダー６の間は上下に伸
縮可能な蛇腹１１によってシールされている。

発熱装置８は第２図に示す如く台座１２と、台座１２に
対して上下運動可能なキャップ１３とキャップ１３の中
心を下方に延びる接触棒１４とキャップ１３を上方に押
し上げるスプリング１５とから成り、台座１２の中心部
上面には円錐形の穴部１６が形成され穴部１６の底は貫
通孔１７を介してシリンダー・６の底部付近と通じ蓄熱
材が流入するようになっている。発熱装置の各部品は塩
水和物に対して耐蝕性のあるステンレス等で作られるが
、材質は必ずしもステンレスに限ることなく耐蝕性のよ
い金属ならばよい。

第３図は発熱装置８の他の例を示し、各部品は同じくス
テンレス等で作られるが、この実施例ではキャップ１３
′　はステンレスの薄板で形成され台座１２′　の側壁
にかしめ止めにより固定される。キャップ１３′　　を
上から押すとキャップ１３′　はへこんで接触棒１４の
先端を穴部１６の表面に接触せしめることができ、キャ
ップ１３′　　を押すのをやめるとキャップ１３′　は
自身の弾性で元に戻ることができる。

従ってキャップを押し上げるためのスプリングが不要と
なり第２図のものに比較して部品点数を減らすことがで
きる。

第１図に示す如く蓄熱材容器１の両端はプラグ１８で閉
塞されその内部に塩水和物から成る蓄熱材、例えば酢酸
ナトリウム三水和物（ＣＨａＣＯＯＮａ−４５重量％Ｈ
２０）が収容される。作動流体容器２の外周面には針状
フィンを螺旋状に巻きつけたスパイラルフィン１９が取
りつけられ、作動流体容器２の内部には蓄熱材容器１の
周りを矢印に示す如くエンジン冷却水などの作動流体が
流れる。なお作動流体容器２の外周面はスパイラルフィ
ン１９を取り付ける代りに外周面を掘り起こして細いフ
ィンを形成する所謂スカイブトフィンタイプのものとし
てもよい。

第４図は第１図の蓄熱モジュールをサーペンタイン状に
屈曲して形成した蓄熱装置で両端の屈曲部はブラケット
２０で支持され、内外二重の管で構成される蓄熱材容器
１と作動流体容器２は可成り長尺の熱交換器部を形成す
る。

上記蓄熱装置を自動車の運転席のすぐ近くに取りつけ即
効ヒータとして使用する場合の作用について述べると、
作動流体容器２はエンジン冷却水が作動流体として流れ
るように接続され作動流体容器２の入口および出口には
エンジン冷却水の温度によって開閉を制御される作動流
体入口弁および出口弁（図示せず）が設けられる。蓄熱
材として融点５８°Ｃの酢酸ナトリウム三水和物を使用
した場合例えばエンジン冷却水温度が６０°Ｃ以上にな
ると作動流体入口弁、出口弁が開き、高温の冷却水が作
動流体容器中を流れる。この冷却水によって蓄熱材容器
中の固体状の蓄熱材が融解潜熱を吸収して液体状態にな
る。エンジンが停止し、冷却水の温度が降下しはじめる
と、作動流体入口弁、出口弁は閉じ蓄熱材の温度も降下
するが、蓄熱材は凝固点である５８°Ｃ以下になっても
過冷却現象を起して固化せず液体状態のままでいる。

外気温が低く、エンジン始動直後に温風が必要な時は手
動又は手元にあるスイッチ等によって発熱機構３の押ボ
タン４を押すと発熱装置８の接触棒１４の先端が穴部１
６に接触し高い面圧が発生する。

この圧力が結晶核生成のエネルギーとなって接触部に種
結晶を生成する。種結晶が生成されると蓄熱材の結晶化
が急速に広がり蓄熱材全体が固化して融解潜熱を放出す
る。この融解潜熱の放出により蓄熱材は５８°Ｃ近くま
で温度が上昇するのでこの熱を利用して即効暖房を行う
ことができる。例えば作動流体入口弁および出口弁を開
いてエンジン冷却水を加熱して暖房用ヒータコアを加熱
する方法をとることができるが、この方法に対しては熱
量が不足するので、通常は作動流体入口弁および出口弁
は閉じて発生した熱は熱交換器部分のみに保留しこの熱
を直接ファンによって車室内に送り込む方法をとる方が
効果的である。又この熱は運転者の暖房のみならずフロ
ントガラスの氷を溶かすデフロスタ−にも使うことがで
きる。エンジン冷却水の温度が蓄熱材の融点以上の６０
°になると再び作動流体入口弁および出口弁が開いて高
ｌ晟の冷却水で固化した蓄熱材を融解し、再び即効暖房
を行う準備がなされる。

第５図は第１図の蓄熱モジュールにおいて発熱機構のピ
ストン５とシリンダー６をシールするために使用された
蛇腹１１をＯリング２１に代えた点だけが異なる実施例
を示し、第４図に示す如くサーペンタイン状に屈曲させ
て使用することは第１図のものと同様である。Ｏリング
２１は蛇腹１１より耐久性を向上せしめることができる
。

第６図の蓄熱モジュールはピストン５とシリンダー６を
シールするためにＯリング２１を使用する点は第５図の
実施例と同じであるが、ピストン５の下方に別体の発熱
装置８を置く代わりに発熱装置をピストン５に一体化し
たものである。即ちピストン５の下端に接触棒２２を一
体に形成しその下方に対向するシリンダーブロックの部
分に円錐形の穴部２３を形成する。押ボタン４を押し接
触棒２２の先端を穴部２３に接触せしめると第２図およ
び第３図の発熱装置８の場合と同様に接触部に高い面圧
が発生し種結晶を生成し蓄熱材全体の結晶化を進めるこ
とができる。

第７図は本発明を自動車用シートに適用した例を示す。

シート本体２４の内部には第４図に示した構造の蓄熱装
置の熱交換器部が埋込まれ作動流体容器２にはエンジン
冷却水通路２５が接続され矢印の方向にエンジン冷却水
が流される。３は発熱機構で上述した各種のタイプのも
のを使用することができる。第８図は第７図のＡ部断面
図で蓄熱材容器１の内部に酢酸ナトリウム三水和物等の
蓄熱材が収容され、蓄熱材容器１とこれを囲む作動流体
容器２の間の環状断面の通路をエンジン冷却水が流れる
。図中２６はクツション、２７はシート外皮、２８はク
ツションスプリングである。この場合作動流体容器２は
クツション２６と直接接触しているので容器２の周囲に
放熱用のフィンを取りつける必要はない。

この自動車用シートへの応用例も基本的作用は前述した
温風による車室内即効暖房の場合と同じである。即ち６
０°Ｃ以上のエンジン冷却水の流れによって融解した蓄
熱材（ＣＨ３ＣＯＯＮａ　４５重量％Ｈ２０）はエンジ
ン停止後外気温まで温度が低下するが、過冷却により液
体状態に保持されている。その後シートを急速に暖めた
いとき、シート側面に取りつけた発熱機構３の押ボタン
を手で押すと前述の通り蓄熱材に種結晶が生成され蓄熱
材全体が急激に固化して多世の融解潜熱を放出しシート
を短時間で暖めることができる。

以上の実施例は内外二重の管をサーペンタイン状に屈曲
した蓄熱装置を示したが、この蓄熱装置は製作は簡単で
あるがサーペンタイン状の屈曲部の曲率半径に、二重管
の太さの３倍程度を必要とし、このため上下に平行に並
ぶ二重管の間に可成りの空間、例えば約１５０ｍｍの空
間ができるため全体構造が大きくなるので蓄熱密度はそ
れ程大きくならない。次にこの点を改善した他の実施例
を説明する。

第９ａ図および第９ｂ図はこの改善実施例に使用される
二重管の断面を示し、第９ａ図はアルミ押出し品等で作
った角型の二重管３０で中心部に作動流体容器２がその
周囲に蓄熱材容器１が形成され、第９ｂ図は同じくアル
ミ押出し品等で作った丸型の二重管３０′　で中心部に
作動流体容器２′がその周囲に蓄熱材容器１′が形成さ
れ蓄熱材容器１′の外周には歯車形状をしたフィン３′
が一体に形成されている。なお図示されていないがこれ
等の二重管の蓄熱材容器部分の内部に両面クラッドフィ
ンを挿入し一体ろう付けすることにより蓄熱材の熱伝導
を向上せしめるようにしてもよい。

第９ａ図の二重管３０は第１０図および第１１図に示す
ようにフィン３５を介在させて複数個（図では３個）積
層し、両端にサイドプレート３６を取り付ける。サイド
プレート３６は内外二重壁で構成され各蓄熱材容器１は
サイドプレート３６の内壁に設けた貫通孔３７を通りサ
イドプレート３６の内部を通して互に連通している。各
作動流体容器２は両端においてサイドプレート３６を貫
通し夫々パイプ接合部３４を介して１本の作動流体入口
管４０および作動流体出口管４１に接続されている。

最上部の二重管３０の蓄熱材容器１の部分には円筒形の
アルミ台４２を介して円筒形発熱装置４３が取り付けら
れている。円筒形発熱装置４３は第１２ａ図に示す如く
アルミ台４２にネジ込み固定されるシリンダ４４どシリ
ンダ４４に嵌入されるピストン４５を備えたギャップ４
６を有し、シリンダ関の下端（図の左端）開口部には円
錐面から成る接触部４７が形成され接触部４７の直上（
図の右）の側壁部分には貫通孔４８が形成されている。

又シリンダＭの内部下端近くには下端外縁を接触部４９
に接触させて接触部品４９が挿入され、接触部品４７と
ピストン４５の間にはコイルバネ５０が挿入されている
。５１はシリンダＭとピストン４５の隙間からの蓄熱材
の漏出を防止するためのパツキンである。発熱装置の材
質はステンレスｆＡ　（ＪＩＳ　ＳＵＳ　３０４　）が
適している。

以上の発熱装置４３を備えた本実施例の蓄熱装置は第４
図について説明した実施例と同様に作用する。即ち蓄熱
材容器１には例えば融点５８°Ｃの酢酸ナトリウム三水
和物が封入され、エンジン冷却水温が６０°Ｃ以上にな
ったとき作動流体容器２を通して作動流体入口管４０か
ら作動流体出口管４１へとエンジン冷却水が流れるよう
になされる。この冷却水によって蓄熱材容器中の固体状
の蓄熱材が融解潜熱を吸収して液体状態になる。エンジ
ンが停止し冷却水の温度が降下すると蓄熱材の温度も降
下するが、蓄熱材は凝固点である５８°Ｃ以下になって
も過冷却現象を起して固化せず液体状態のままでいる。

放熱作用は発熱装置４３のキャップ４６を数ｍｍ軽く押
すだけで接触部品４９が接触部４７を強く押して高い面
圧が発生し、この圧力が種結晶を生成することによって
開始される。この種結晶の生成によって蓄熱材の結晶化
が蓄熱材容器全体に急速に広がり蓄熱材全体が固化して
融解潜熱が放出される。なお発熱装置４３のコイルバネ
５０は接触部品４９が車の振動で動いて接触部４７に衝
撃を与え不必要に放熱作用が行われることを防ぐために
接触部品を動かないように押える役割を果たしている。

この実施例の蓄熱装置は多数の二重管３０がコンパクト
に積層されているため蓄熱密度が高い。

第１２ｂ図はボタン型発熱装置４３′　を示している。

この発熱装置４３′　は全体を蓄熱材容器に浸漬させて
使用するもので全体の長さは第１２ａ図の円筒型発熱装
置４３より短くなっているが、その他の基本構造は変わ
らない。この発熱装置４３′　は蓄熱材容器内に設けた
枠の中に浸漬されキャップ４６′　　を蓄熱材容器の外
部から押すことができるように蓄熱材容器のこの部分に
は孔があけられ耐熱性プラスチックフィルムが張設され
る。

第９ａ図の角型の二重管３０は暖房シート等に使うのに
便利であり、第９ｂ図の丸型の二重管３０′　は外面に
フィン３′があるのでこのままで暖房用パイプとして使
用することができる。

「発明の効果」 本発明の蓄熱装置は熱交換器部分を構成する蓄熱材容器
と作動流体容器を内外二重の管で構成したので熱交換器
部をコンパクトに形成することができ、しかも蓄熱密度
を大きくすることができるので蓄熱材を過冷却状態から
、固化せしめるとき多量の潜熱を放出し即効加熱効果を
向上せしめることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の蓄熱装置を形成するための蓄熱モジュ
ールの一実施例の断面図、第２図は本発明の蓄熱装置に
使用される発熱装置の一例の断面図、第３図は同じく発
熱装置の他の例の断面図、第４図は第１図の蓄熱モジュ
ールをサーペンタイン状に屈曲させて形成した蓄熱装置
の主として熱交換器部の配置を示す側断面図、第５図は
本発明に使用される蓄熱モジュールの他の実施例の断面
図、第６図は同じく蓄熱モジュールの更に他の実施例の
断面図、第７図は本発明の蓄熱装置を自動車用シートに
適用した例を示す斜視図でシート本体の一部を切欠いて
示す。第８図は第７図のＡ部断面図、第９ａ図および第
９ｂ図は本発明の蓄熱装置の他の実施例に使用される夫
々角型二重管および丸型二重管の断面図、第１０図は第
９ａ図の角型二重管を使用した蓄熱装置の斜視図、第１
１図は第１０図のＸニーＸＩ線に沿って切断した断面図
、第１２ａ図は第１０図の蓄熱装置に使用される発熱装
置の断面図、第１２ｂ図は同じく発熱装置の他の例を示
す断面図である。 １．１′　・・・蓄熱材容器 ２．２′　・・・作動流体容器 ８、４３．４３’　・・・発熱装置。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）内外二重の管で構成され前記両管の一方は内部に
   塩水和物から成る蓄熱材を収納する蓄熱材容器を形成し
   他方は各端部に夫々入口および出口を持ち内部を作動流
   体が流れる作動流体容器を形成している熱交換器部と、
   前記蓄熱材容器の適所に設けられ前記蓄熱材容器内の過
   冷却状態の蓄熱材を結晶化するための発熱装置とを有す
   ることを特徴とする蓄熱装置。
2. （２）前記内外二重の管をサーペンタイン状に屈曲した
   ことを特徴とする請求項１記載の蓄熱装置。
3. （３）前記内外二重の管を複数組平列に配置し、前記複
   数個の蓄熱材容器を各端部で互に連通せしめ、前記複数
   個の作動流体容器の各入口および各出口を夫々共通の入
   口管および出口管に連結したことを特徴とする請求項１
   記載の蓄熱装置。