JPH06109386A - 蓄熱装置および該装置への蓄熱剤の充填方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 蓄熱器コアを取巻く内側ケーシングとこの内
側ケーシングを断熱領域をおいて包囲する外側ケーシン
グとを備え、内側ケーシング内の蓄熱器コアは蓄熱剤収
容部とその収容部を挟む伝熱媒体通路からなり、伝熱媒
体通路は伝熱媒体の導入口と排出口に連通し、蓄熱剤収
容部は伝熱部材により複数の空洞部室に形成され、伝熱
部材は充填剤が通過し得る多数の細孔を有する蓄熱装
置、さらに蓄熱剤収容部間が管状部材で導通された装
置、及び蓄熱剤収容部を貫通する伝熱媒体通路である管
状部材を充填剤が通過し得る複数の細孔を持つ多数の板
状伝熱部材をで接合支持した装置、およびそれら装置へ
の蓄熱剤の充填方法。 【効果】 充填時に伝熱部材の細孔部などを通り蓄熱剤
が３次元方向に流れるので短時間で充填でき、また伝熱
部材の表面積が大きいので伝熱効率が高い。

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、蓄熱器コアへ蓄熱剤を
容易に充填でき、かつ蓄熱の効率の良好な蓄熱装置、お
よびその装置への蓄熱剤の充填方法に関する。

【０００２】

【従来の技術およびその課題】自動車用エンジンなどの
内燃機関においては、ガソリンの燃焼エネルギーのうち
駆動力として用いられるのはその３分の１程度であり、
通常はエネルギーの約３分の２は有効利用されずに廃熱
として無駄に捨てられている。そこで、この廃熱の一部
をエンジンの冷却媒体を介して蓄熱保存しておき、この
熱を必要に応じて、例えば冬期間、エンジンの始動前の
車内暖房、エンジン吸気部の予熱による燃費の改善など
に有効利用するための蓄熱装置が提案されている。

【０００３】蓄熱装置の原理は、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）の熱を蓄熱剤、す
なわち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しかつその相転
移熱が大きい材料に熱を蓄えるものである。蓄熱剤は蓄
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
の蓄熱剤を断熱状態にて保存しておいて、エンジンの始
動時などに伝熱媒体を介して、必要時に蓄熱剤自体の熱
と蓄熱剤が液相から固相へ転移するとき放出される転移
熱を利用するものである。

【０００４】蓄熱装置は、蓄熱剤と伝熱媒体との接触面
積を大きくして熱交換が効率よく円滑に行なわれるよう
に構成されている。図６に蓄熱装置の１例の概略構成を
示す。図６の例では、蓄熱剤と伝熱媒体との熱交換が行
なわれる蓄熱器コア４０を収容した内側ケーシング５１
を外側ケーシング５０で包囲し、内側ケーシング５１と
外側ケーシング５０との間の領域４１は蓄えた熱の損失
を極力少なくすべく、断熱状態に保たれている。

【０００５】蓄熱器コア４０は熱伝導の良好なアルミ材
などの金属材料からなる蓄熱ブロックで組立てられてい
る。蓄熱ブロックには複数の平板状の伝熱媒体通路２に
挟まれた複数の蓄熱剤収容部５が設けられ、蓄熱剤収容
部５はその外部壁面に熱伝導に用いられる波状等のプレ
ート（フィン）が固着（熱的結合）されている。その蓄
熱剤収容部５には特定の温度域で固相から液相へ転移
し、その後蓄熱された熱を放出する際再び結晶化して固
体へ戻る蓄熱剤が注入口（図示せず。）から充填された
後密閉される。

【０００６】従来の蓄熱器コアの構成例を図７〜図１１
に基いて説明する。図７は蓄熱器コアを構成する蓄熱ブ
ロック３８の１例の部分拡大斜視図であり、図８は図７
を矢印８の方向から見た図である。蓄熱ブロック３８は
アルミ材などの金属材料で作られており、伝熱媒体通路
となる平板状の溝部２が蓄熱剤を収納する空洞部分６を
挟む四角形状をなしている。蓄熱剤収納のための空洞部
６は矢印８方向には閉塞され、伝熱媒体通路２は長さ方
向に向って管状で断面が波形状に加工された板金９によ
り細溝４に分割されている。図８に示された例では細溝
４は断面がほぼ台形状をなしている。

【０００７】伝熱媒体通路（溝部）２の間で閉塞された
蓄熱剤収容部５は、図７では上部側を開放した状態で示
しているが、伝熱用の部材である波板１２で収容部５を
多数の溝状の空洞室６に分割すると共に収容部６の間隔
を一定に保持している。板金９は伝熱媒体通路の溝部２
と同じアルミ材などの金属材料で作られている。波形状
の板金９は加工が容易であり、大きな熱伝導面積が得ら
れ、１０で示される接触点で波形板９を溝部２の壁面に
固定して両者間に良好な熱的結合を形成している。

【０００８】図９は図７を上部（矢印）１１の方向から
見た蓄熱ブロック３８を示す。伝熱媒体用の通路（溝
部）２と同様に蓄熱剤７を収納する蓄熱剤収容部５は、
波形状に加工された板金１２により空洞部内は断面コの
字状の空洞室６に分割されている。波形板１２は溝部２
と同様のアルミ材で作られ、接触点１３で波形板１２は
伝熱媒体通路２の外壁面と溶接などにより固定され、伝
熱が効果的に行なわれる。

【０００９】図１０は上記の蓄熱ブロック２個を並行に
直接接触させて配置させ表面回りを溶接接合し、外部か
らは気密とした蓄熱ブロックの組合せからなる伝熱媒体
容器（蓄熱器）１４を示す。蓄熱ブロックが四角形状で
あることから、これを組合せた蓄熱器１４、従って蓄熱
装置も四角形状となり、スペースの限られた自動車に組
込んで使用するのに好都合である。閉塞する前に空洞部
６には加熱した液状の蓄熱剤を封入する。

【００１０】本例の伝熱媒体容器１４においては伝熱媒
体はその通路２の細溝４内を流れる。この場合、２つの
蓄熱ブロックの溝２は流れ方向に直列に接続されてい
る。このため伝熱媒体容器１４の両端部、すなわち導入
口および排出口側とその反対側には伝熱媒体貯溜部１
５，１６が設けられている。図１１は図１０の伝熱媒体
容器１４を上部からみた一部切欠平面図である。伝熱媒
体は導入管１７から伝熱媒体貯溜部１５に入り、伝熱媒
体通路２を通って排出口１８から排出される。導入管１
７には切換弁１９が取り付けられており、これを用いて
エンジンの冷却システムから入る冷却水（伝熱媒体）導
入管２０を、加熱応用システム用の管２１側に切換える
ことができる。

【００１１】同様に、排出口１８にも切換弁２２が設け
られており、これを用いてエンジンの冷却システムから
出る伝熱媒体の流出口２３を応用システム用の管２４に
切換えることができる。エンジンの冷却システムを循環
状態に連結させたとき、すなわち高温伝熱媒体を蓄熱ブ
ロックに流れさせたとき、熱は空洞部６に入っている蓄
熱剤７に伝達され、蓄熱剤７が固体から液体に変化し、
それと同時に伝達された熱が貯蔵される。

【００１２】図６〜図１１の例では、蓄熱ブロックが蓄
熱装置に組立てられた状態において、蓄熱剤７は収容部
の空洞部６に垂直方向に充填され、伝熱媒体は空洞部に
対して直角方向（水平方向）の細溝４を流れているが、
図１２のように蓄熱剤７の充填方向を水平方向で、伝熱
媒体通路２が水平方向の構成でもよい。

【００１３】蓄熱装置用の蓄熱剤としては、相転移点が
６５〜９０℃の範囲にあり、エンジン冷却水の高温度域
で固相から液相に転移する無機塩の水和物（硝酸マグネ
シウム・６水和物／硝酸リチウム（融解温度，７０
℃）、水酸化バリウム・８水和物（融解温度，７８℃）
など）が使用される。このような蓄熱剤を蓄熱装置の蓄
熱器コアに充填するには、予め蓄熱剤を高温にして溶融
状態にしておき、蓄熱器コアに取付けられている充填用
の孔から注入した後、注入口を密封する方法により行な
われる。

【００１４】通常、充填時には溶融状態の蓄熱剤が固化
しないように、蓄熱器コア全体を相転移温度以上に加熱
した熱湯などの中に浸して高温に保温しながら蓄熱剤を
流し込んでいる。しかし、溶解状態の蓄熱剤は粘度が高
く、また収容部５には伝熱媒体との熱交換を効率的に行
なわせるための伝熱部材（波板）があり、断面積の小さ
な構造である空洞部内に高温の充填剤を固化させること
なく注入する操作は難作業であり、できるだけ短時間で
充填するすることが望まれている。従って、本発明の課
題は、蓄熱装置に蓄熱剤をより効率的に充填することが
できる蓄熱装置および蓄熱剤の充填方法を提供せんとす
るものである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明者は上記課題に鑑
み、充填用の孔から注入した液状の蓄熱剤が蓄熱剤収容
部内を三次元的に拡がりながら充填される構造を採用し
て上記課題を解決した。

【００１６】すなわち、本発明は １）蓄熱器コア４０を取り巻く内側ケーシング５１と、
この内側ケーシング５１を断熱領域４１をおいて包囲す
る外側ケーシング５０とを備え、前記内側ケーシング５
１内の蓄熱器コア４０は蓄熱剤収容部５と前記収容部５
を挟む複数の伝熱媒体通路２とからなり、前記伝熱媒体
通路２は伝熱媒体の導入口１７と排出口１８に連通し、
前記収容部５は伝熱部材１２により複数の空洞部室６が
形成され、伝熱部材１２は充填剤が通過し得る複数の細
孔３１を有すること特徴とする蓄熱装置、

【００１７】２）蓄熱剤収容部５が、複数の管部材３２
により導通している前記１に記載の蓄熱装置、

【００１８】３）蓄熱器コア４０を取り巻く内側ケーシ
ング５１と、この内側ケーシング５１を断熱領域４１を
おいて包囲する外側ケーシング５０とを備え、前記内側
ケーシング５１内の蓄熱器コア４０は蓄熱剤収容部５と
前記収容部５を貫通する伝熱媒体通路である複数の管状
部材３５とからなり、前記管状部材３５は伝熱媒体の導
入口１７と排出口１８に連通し、かつ充填剤が通過し得
る複数の細孔３１を有する多数の板状伝熱部材１２を介
して相互に接合されていること特徴とする蓄熱装置、お
よび

【００１９】４）前記１、２または３に記載の蓄熱装置
の蓄熱器コア４０を蓄熱剤の融解温度以上に保温して、
前記内側ケーシング５１に配した蓄熱剤の注入口３０か
ら融解状態の蓄熱剤を注入した後、注入口３０を密封す
ることを特徴とする蓄熱剤の充填方法である。

【００２０】以下、本発明を実施例により説明する。図
１は本発明の１実施例に係る蓄熱装置の概略構成を示す
一部切欠斜視図であり、図２は図１の装置で使用する蓄
熱器コアを構成する蓄熱ブロック３８の１例の部分拡大
斜視図である。この装置は、蓄熱器コア４０を取り巻く
内側ケーシング５１と、この内側ケーシング５１を間隔
をおいて包囲する外側ケーシング５０と、内側ケーシン
グ５１と外側ケーシング５０との間の断熱領域４１を備
えており、内側ケーシング５１内に収納する蓄熱器コア
４０は、伝熱用の金属製波形板状部材（伝熱部材）１２
で垂直方向に仕切られた蓄熱剤充填のための複数の空洞
部６が伝熱媒体通路２で挟まれた構造を有している。

【００２１】波形板状部材１２は水平方向に多数の細孔
３１を穿たれたルーバー（鎧戸）構造をしている。この
ため本例の装置によれば、注入口３０から注入される高
温の溶融蓄熱剤は空洞部６の底面に達した後、ルーバー
の細孔３１を通って、隣接する空洞部６に流れ込むの
で、細孔３１を有さない従来装置に比べて充填時間が格
段に短くなる。図１の例では、空洞部６は垂直方向に並
んでいるが、空洞部６が水平方向に配設されたもので
も、波形板状部材１２に穿たれた多数の細孔３１を通っ
て蓄熱剤が下方に流れると同時に空洞部６を横方向に３
次元的に速やかに流れ、同様に速やかに充填される。

【００２２】なお、蓄熱器コア４０を収容する内側ケー
シング５１は、図１０の従来例と同様の伝熱媒体の導入
口１７および排出口１８にそれぞれ連通する伝熱媒体貯
溜部１５および１６を備えた構造の伝熱媒体容器が使用
できるが、蓄熱器コア４０が伝熱媒体貯溜部１５および
１６と接する部分の波形板状部材には細孔を設けない
か、あるいは別途蓄熱剤を遮断する隔壁を設けて密封状
態とし伝熱媒体通路２のみが伝熱媒体貯溜部１５，１６
と連通するようにする。

【００２３】図３は本発明の他の実施例に係る蓄熱装置
の蓄熱器コアを構成する蓄熱ブロック３８の部分拡大斜
視図である。この例では、平板で挟まれた伝熱媒体通路
２を貫通する蓄熱剤の導通路（管部材３２）を多数設け
たものである。注入口３０に注がれる蓄熱剤はフィン
（波形板状部材１２）のルーバー（細孔３１）を流れて
分割された蓄熱剤収容部５の空洞部６の間を流れるだけ
でなく、伝熱媒体通路２を貫通する管部材３２を通って
伝熱媒体通路２を挟んで隣接する蓄熱剤収容部５をも自
由に流動するため、蓄熱剤の充填時間を一層短縮でき
る。

【００２４】図４は本発明の好ましい実施例に係る蓄熱
装置の蓄熱器コアを構成する蓄熱ブロック３８の部分拡
大斜視図であり、図５は図４の蓄熱ブロック３８が伝熱
媒体貯溜部と接する部分をＡ方向から見た図である。こ
の例では、蓄熱ブロック３８により構成される蓄熱器コ
ア部分は、伝熱媒体貯溜部１５，１６に連通して伝熱媒
体通路２となる複数の管状部材（平管状チューブ）３５
が多数の細孔３１を有するコの字状の熱伝導プレート
（フィン）１２に接合・積層されている。そして、蓄熱
器コアが伝熱媒体貯溜部１５，１６と接する部分には、
図５に示すような隔壁６０を配して、蓄熱剤収容部５を
伝熱媒体貯溜部１５，１６に対して密閉状態とし、伝熱
媒体通路となる管状部材３５のみが伝熱媒体貯溜部１
５，１６と連通している。

【００２５】すなわち、この蓄熱器コアを利用した本例
の蓄熱装置は、図１の装置と同様に蓄熱器コアを取り巻
く内側ケーシングと、内側ケーシングを断熱領域をおい
て包囲する外側ケーシングとを備え、前記内側ケーシン
グ内に収容する蓄熱器コアは蓄熱剤収容部５と前記収容
部５を貫通する伝熱媒体通路である複数の管状部材３５
とからなり、前記管状部材３５は充填剤が通過し得る複
数の細孔３１を有する伝熱面積の大きい多数のフィン
（板状伝熱部材１２）を介して相互に多数箇所で接合支
持されている。

【００２６】管状部材３５の回りには空間部領域があ
り、板状伝熱部材１２には、液状の蓄熱剤が通る多数の
ルーバー状の細孔３１が穿たれているので、注入された
蓄熱剤は細孔３１を通りつつ管状部材３５の回りに速や
かに充填される。従って、本例の装置では蓄熱剤が速や
かに充填されるだけでなく、伝熱媒体と蓄熱剤との熱的
接触面積が大きいので、熱交換が一層円滑かつ効率的に
行なわれる。

【００２７】本発明の蓄熱装置への蓄熱剤の充填は以下
のようして行なわれる。図１に示されるように蓄熱剤充
填用の注入口３０を上部に有する本発明の蓄熱装置１の
蓄熱器コア４０を収納した内側ケーシング５１を、蓄熱
剤の固化温度以上の熱湯などに浸しておく。一方、加熱
溶融した液状の蓄熱剤を液状を維持するように高温に保
温しながら、前記注入口３０から融解状態の蓄熱剤を注
入する。注入完了後は直ちに、あるいは所望の温度まで
冷却した後、注入口３０をろう付などにより密封する。
その後、内側ケーシング５１を外側ケーシング５０に収
納して蓄熱装置１を組立てる。

【００２８】

【発明の効果】本発明の蓄熱装置は、蓄熱器コアとして
蓄熱剤収容部の伝熱のための波形の伝熱部材であるフィ
ンに多数の切込みを設けたルーバー構造のもの、および
上記に加えて伝熱媒体通路を貫通する蓄熱剤収容部間を
導通する菅状部材を設けた構造のもの、あるいは蓄熱剤
収容部を貫通する伝熱媒体通路を管状部材としこの菅状
部材同志をルーバー状の開口を有する多数の板状伝熱部
材１２を介して相互に接合した構造を採用したものであ
る。本発明の装置によれば、充填時に蓄熱剤が３次元方
向に流動するので、高温、高粘度で取扱いにくい蓄熱剤
を速やかに蓄熱装置に充填できる。また、細孔を有する
フィン構造の伝熱部材を使用しているため、伝熱媒体と
蓄熱剤の熱交換が効率的に行なわれる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の１実施例に係る蓄熱装置の概略構成を
示す一部切欠斜視図である。

【図２】図１の装置で使用する蓄熱器コアを構成する蓄
熱ブロックの１例の部分拡大斜視図である。

【図３】本発明の他の実施例に係る蓄熱装置の蓄熱器コ
アを構成する蓄熱ブロックの部分拡大斜視図である。

【図４】本発明の好ましい実施例に係る蓄熱装置の蓄熱
器コアを構成する蓄熱ブロックの部分拡大斜視図であ
る。

【図５】図４の蓄熱ブロックが伝熱媒体貯溜部と接する
部分を矢印Ａ方向から見た図である。

【図６】従来の蓄熱装置の概略の構成を示す一部切欠斜
視図である。

【図７】従来の蓄熱装置で使用される蓄熱ブロックの１
例の部分拡大斜視図である。

【図８】図７の蓄熱ブロックを矢印８の方向から見た図
である。

【図９】図７の蓄熱ブロックを上部（矢印）１１の方向
から見た図である。

【図１０】蓄熱ブロックを２個組合わせた伝熱媒体容器
１４の概略の構成を示す斜視図である。

【図１１】図１０の伝熱媒体容器１４を上部から見た一
部切欠平面図である。

【図１２】伝熱媒体容器１４の他の例を説明する一部切
欠斜視図である。

【符号の説明】

１ 蓄熱装置 ２ 伝熱媒体通路 ５ 蓄熱剤収容部 ６ 空洞部 ７ 蓄熱剤 １２ 伝熱部材 １５，１６ 伝熱媒体貯溜部 １７ 導入口 １８ 排出口 ３０ 蓄熱剤注入口 ３１ 細孔 ３２ 管部材 ３５ 管状部材 ４０ 蓄熱器コア ４１ 断熱領域 ５０ 外側ケーシング ５１ 内側ケーシング

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 蓄熱器コア４０を取り巻く内側ケーシン
   グ５１と、この内側ケーシング５１を断熱領域４１をお
   いて包囲する外側ケーシング５０とを備え、前記内側ケ
   ーシング５１内の蓄熱器コア４０は蓄熱剤収容部５と前
   記収容部５を挟む複数の伝熱媒体通路２とからなり、前
   記伝熱媒体通路２は伝熱媒体の導入口１７と排出口１８
   に連通し、前記収容部５は伝熱部材１２により複数の空
   洞部室６が形成され、伝熱部材１２は充填剤が通過し得
   る複数の細孔３１を有すること特徴とする蓄熱装置。
2. 【請求項２】 蓄熱剤収容部５が、複数の管部材３２に
   より導通している請求項１に記載の蓄熱装置。
3. 【請求項３】 蓄熱器コア４０を取り巻く内側ケーシン
   グ５１と、この内側ケーシング５１を断熱領域４１をお
   いて包囲する外側ケーシング５０とを備え、前記内側ケ
   ーシング５１内の蓄熱器コア４０は蓄熱剤収容部５と前
   記収容部５を貫通する伝熱媒体通路である複数の管状部
   材３５とからなり、前記管状部材３５は伝熱媒体の導入
   口１７と排出口１８に連通し、かつ充填剤が通過し得る
   複数の細孔３１を有する多数の板状伝熱部材１２を介し
   て相互に接合されていること特徴とする蓄熱装置。
4. 【請求項４】 請求項１、２または３に記載の蓄熱装置
   の蓄熱器コア４０を蓄熱剤の融解温度以上に保温して、
   前記内側ケーシング５１に配した蓄熱剤の注入口３０か
   ら融解状態の蓄熱剤を注入した後、注入口３０を密封す
   ることを特徴とする蓄熱剤の充填方法。