JPH06257973A - 蓄熱装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】ゲル化の過程で比重の大きな未溶解の結晶が残
るのを防止することによって過冷却破壊の原因をなく
し、安定した過冷却状態を長期間に亘り維持して蓄熱と
する蓄熱装置を提供する。 【構成】水化の多いゲル相と水化の少ない結晶相との間
を可逆的に相転移する塩水和物からなる蓄熱媒体２６が
過冷却状態にある場合に、この蓄熱媒体２６を加圧器３
７および皿ばね３２等により機械的に刺激して結晶相へ
転移させるとともに、この蓄熱媒体２６が熱源からの熱
を受けて結晶相からゲル相へ相転移する場合、この蓄熱
媒体２６が融点以上の状態でこの蓄熱媒体２６を撹拌羽
根４４により撹拌することによって均一にゲル相へ転移
させるようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、塩水化物の溶解、凝固
に伴う潜熱を利用した蓄熱装置に関し、自動車用即効ヒ
ータ、即効デフロスタ、即効暖房シート、エンジンオイ
ル加温器などの装置に用いて有効である。

【０００２】

【従来の技術】塩水化物質の融解、凝固等の相転移に伴
う吸、放熱作用を利用した潜熱蓄熱装置として、特開昭
６１−２７１３８１号に開示された蓄熱装置が提案され
ている。この原理を説明すれば、例えば蓄熱媒体として
酢酸ナトリウム三水化物（ＣＨ₃ ＣＯＯＮａ・ｎＨ
₂ Ｏ、ｎ＝2.5 〜3.5 ）を用いた場合、この酢酸ナトリ
ウム三水化物は、結晶状態で外部から潜熱を吸収して５
８℃になるとゲル状となり、完全にゲル状となったもの
は温度が低下しても（５８℃以下になっても）結晶化
（水化の少ない相への転移）せずにゲル状態（水化の多
い相）のまま（過冷却状態）となっており、この熱を取
り出したい時に、この蓄熱媒体に機械的刺激等を加える
と過冷却状態が一気に崩れゲル状態から結晶状態に変化
し、このとき融解潜熱、例えば４０〜６０cal/g の熱量
を放出する。

【０００３】したがって、このような蓄熱媒体を使用す
れば融解潜熱量が大きく、しかも凝固の際に著しい過冷
却現象を生じるとともに、過冷却ゲル相として長時間保
存することが可能であり、その熱を必要とするときには
これを短時間に取り出すことができ、よって即効性の自
動車用即効ヒータ、即効デフロスタ、即効暖房シート、
エンジンオイル加温器などのような瞬間加熱装置などに
適用して有効である。

【０００４】このような塩水和物からなる蓄熱媒体は、
蓄熱媒体中に含まれる水分量が蓄熱媒体の単位重量当り
の発熱量や、過冷却ゲル相の安定化に大きな影響を与え
ることが知られており、上記公開公報に示す技術は、蓄
熱媒体の水分を常に最適な量に保つため自動的に水分の
量を検出して、自動的に補給するようにしたものであ
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような塩水化物からなる蓄熱媒体を蓄熱容器に収納した
蓄熱装置においては、蓄熱媒体が複数回の融解、結晶化
を繰り返すうちに比重の大きな未溶解の結晶が容器底部
に析出することがある。このような結晶が存在すると、
この結晶が核となって温度が低下していくにつれて徐々
に自動的にゲル状態のものを結晶化させるようになり、
このため過冷却の崩壊が起こり、過冷却状態が維持され
なくなるのでせっかく蓄えた熱が無駄に放出されてしま
い、長期間の蓄熱が不可能になる。

【０００６】本発明はこのような事情にもとづきなされ
たもので、その目的とするところは、比重の大きな未溶
解の結晶が残るのを防止し、過冷却の崩壊の原因となる
結晶の析出をなくし、安定した過冷却状態を維持して長
期間にわたり蓄熱を可能とする蓄熱装置を提供しようと
するものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するため、蓄熱媒体の過冷却ゲル相を安定化させるため
この蓄熱媒体が融点以上の状態でこの蓄熱媒体を撹拌す
る手段を設けたことを特徴とする。

【０００８】

【作用】本発明によれば、蓄熱媒体が熱を受けてゲル化
する過程で撹拌手段により撹拌すると、水分の分布が均
等になり、未溶解の蓄熱媒体がなくなり、全体が均等に
ゲル化されるようになる。このため、融点以下の温度に
なっても結晶化を起こさず、過冷却ゲル相として長時間
保存することが可能になる。

【０００９】

【実施例】以下本発明を図に示す実施例に基づいて説明
する。図２は本発明の第１の実施例であるエンジン冷却
水を加熱する蓄熱式即効ヒータの構成を説明する系統図
である。図２において符号１は本発明の蓄熱装置であ
り、これについては後で説明する。２はエンジン３のウ
ォータジャケット、４はエンジン冷却水冷却用のラジエ
ータ、５はラジエータ４に強制送風するファンである。
エンジン３のウォータジャケット２とラジエータ４はラ
ジエータ配管Ａにより接続されており、このラジエータ
配管Ａにはウォータポンプ６によって冷却水が図中実線
矢印ａの向きに循環するように収容されている。なお、
このエンジン冷却水の温度はラジエータ配管Ａに設置し
た水温センサ７により検知する。

【００１０】８は空調用ヒータコアであり、空調用ダク
ト９内に収納されている。空調用ヒータコア８と前記蓄
熱装置１は暖房用配管Ｂにより接続されており、この暖
房用配管Ｂにはウォータポンプ１０によってエンジン冷
却水が図中実線矢印ｂの向きに循環送水するように収容
されている。１１は空調装置の送風用ファンである。上
記ラジエータ配管Ａと暖房用配管Ｂは、接続配管Ｃおよ
びＤにより結ばれており、これらラジエータ配管Ａと暖
房用配管Ｂとの連通、断続は、接続配管ＣおよびＤに設
けた電磁開閉弁１２、１３の作動によりなされるように
なっている。

【００１１】次に蓄熱装置１の構成を図１にもとづき説
明する。２１はエンジン冷却水容器であり、このエンジ
ン冷却水容器２１には前記暖房用配管Ｂの経路を構成す
る流入パイプ２２および流出パイプ２３が液密に接続さ
れている。したがって、エンジン冷却水はこのエンジン
冷却水容器２１内を通るようになっている。なお、この
エンジン冷却水容器２１を通るエンジン冷却水は、後述
するが、蓄熱媒体から潜熱を受けるとともに、逆にこの
蓄熱媒体に熱を供給することによってこの蓄熱媒体を結
晶相からゲル相へ相転移を行わせる熱源ともなる。上記
エンジン冷却水容器２１内を通るエンジン冷却水の温度
は冷却水温度センサ２４により検知する。

【００１２】上記エンジン冷却水容器２１内には、蓄熱
媒体容器２５が形成されている。蓄熱媒体容器２５は、
例えばアルミニウム、ステンレスなどの熱伝導性に優れ
た材料からなり、上記エンジン冷却水容器２１に対し気
液密的に区画されてエンジン冷却水容器２１とともに２
重容器を構成している。

【００１３】この蓄熱媒体容器２５内には、蓄熱媒体と
して上記酢酸ナトリウム水化物（ＣＨ₃ ＣＯＯＮａ・ｎ
Ｈ₂ Ｏ、ｎ＝2.5 〜3.5 ）２６が充填されている。蓄熱
媒体２６として上記酢酸ナトリウム水化物を用いる場合
は、含水量は４０〜６０wt％の範囲に保つのが好まし
く、４０wt％未満では結晶相を融点以上に十分加熱して
も、水化に用いられる水分が不足するため一部結晶相が
残留し、吸熱を停止して除々に温度が下がるにつれて残
留していた結晶核を中心としてゆっくり結晶化が起こ
り、潜熱を放出してしまって蓄熱が不可能となる。また
６０wt％以上では、発熱量が低下してしまう。特に、酢
酸ナトリウム水化物、ＣＨ₃ ＣＯＯＮａ・ｎＨ₂ Ｏにお
いては、ｎ＝３すなわち水分量３９．５wt％の時が発熱
量が大きいことが知られているが、本発明者らの実験に
よれば、これよりもやや水分量が多いほうが発熱量は少
し下がるものの過冷却状態が安定して維持できることが
明らかとなり、含水率は４５wt％程度が最も好ましい。

【００１４】上記蓄熱媒体容器２５の底部には、蓄熱媒
体２６の温度を検出する蓄熱媒体温度センサ２７と（図
２に図示する）、蓄熱媒体２６がゲル相から結晶相へと
転移するのを誘起する相転移誘起手段３０、および撹拌
装置４０が設置されている。相転移誘起手段３０につい
て図１にもとづき説明すると、３１はケースであり、蓄
熱媒体容器２５の底部に固定されている。このケース３
１の内側端部には皿ばね３２が固定されており、この皿
ばね３２には図示しない多数の切り込みを形成してあ
る。この皿ばね３２に対向してケース３１には作動杆３
３が摺動可能に貫通されており、この作動杆３３によっ
て皿ばね３２を押すと、この皿ばね３２が反転して凹
み、またこの押圧力を解除すると皿ばね３２が弾性復帰
して反対側に変位する。このような反転変位により上記
切り込みが擦れ、これが蓄熱媒体２６を機械的に刺激し
てこの蓄熱媒体２６がゲル相から結晶相へ転移するのを
誘起する。作動杆３３の途中にはフランジ部３４が設け
られており、このフランジ部３４とケース３１の間には
金属製ベローズ３５が掛け渡されている。作動杆３３が
往復移動するとベローズ３５が伸縮し、これによっても
蓄熱媒体２６を機械的に刺激するようになっている。作
動杆３３の他端は蓄熱媒体容器２５の底部から外部に導
出されており、この導出端には押しノブ３６が形成され
ている。この押しノブ３６は、図２に示す加圧器３７に
より往復駆動されるようになっている。加圧器３７は詳
図しないが、回転運動を直線往復運動に変換し、この直
線運動により押しノブ３６を往復運動させる。

【００１５】一方、撹拌装置４０について説明する。こ
の撹拌装置４０は、永久磁石を利用して非接触式に構成
されているものであり、蓄熱媒体容器２５の底部にはホ
ルダー４１が取り付けられており、このホルダー４１に
は撹拌軸４２が回転自在に支持されている。撹拌軸４２
の基端には従動磁石４３が取り付けられているととも
に、先端には撹拌羽根４４が取り付けられている。そし
て、蓄熱媒体容器２５の外には、上記従動磁石４３に対
向して駆動磁石４５が配置されており、この駆動磁石４
５は回転モータ４６により回転されるようになってい
る。回転モータ４６により駆動磁石４５を回転させる
と、蓄熱媒体容器２５内の従動磁石４３が回転し、これ
により撹拌羽根４４が回転されるようになっている。

【００１６】また、図２において５０は、本実施例の蓄
熱式即効ヒータを制御するための制御回路であり、この
制御回路５０は図示しない車両運転席の空調用パネルに
設けられた即効ヒータスイッチ５１のＯＮ作動により電
源５２と接続され、これにより制御作動を行う。制御回
路５０の作用は、後述するが、ラジエータ配管Ａに設置
した水温センサ７と、エンジン冷却水容器２１に取り付
けた冷却水温度センサ２４と、蓄熱媒体温度センサ２７
からの検知信号を受け、これら信号に応じて、電磁開閉
弁１２、１３の開閉を制御するとともに、相転移誘起手
段３０の加圧器３７、および撹拌装置４０の回転モータ
４６を制御するようになっている。

【００１７】次に、上記の構成による第１の実施例につ
いて、その作用を上記制御回路５０の機能とともに、図
３のフローチャートにもとづき説明する。

【００１８】まず、図３のステップ１０１に示すよう
に、エンジン３を始動する。この時、エンジン冷却水温
度が低い場合には、ステップ１０２に示す通り、運転者
が図示しない車両空調装置操作パネルに設けられた即効
ヒータスイッチ５１を押すと、制御回路５０が作動す
る。この時、ステップ１０３に示すように、電磁開閉弁
１２、１３が閉じられ、ステップ１０４の通り、相転移
誘起手段３０の加圧器３７が作動する。加圧器３７は作
動杆３３を往復駆動するから皿ばね３２を押したり放し
たりし、よって皿ばね３２は凹んだり出っ張たりする反
転運動を繰り返し、このような反転運動により皿ばね３
２に形成した図示しない切り込みが擦れ、これが蓄熱媒
体２６を機械的に刺激してこの蓄熱媒体２６をゲル相か
ら結晶相へ転移させる。また、このときベローズ３５が
伸縮し、これによっても蓄熱媒体２６を機械的に刺激す
る。この結果、あらかじめ過冷却ゲル状態に保持されて
いた蓄熱媒体の界面と皿ばね３２やベローズ３５の接触
部付近に機械的振動エネルギーが原因となって結晶が発
生し、引き続いて全体が瞬間的に結晶化する。このとき
の相転移によって融解潜熱、例えば４０〜６０cal/g の
熱量を放出する。この熱は蓄熱媒体容器２５の壁を通じ
てこの周囲を取り巻いているエンジン冷却水容器２１内
のエンジン冷却水を加熱する。

【００１９】次に、ステップ１０５のように、ウォータ
ポンプ１０が作動し、上記エンジン冷却水容器２１内で
暖められたエンジン冷却水をヒ−タコア８に供給する。
ヒ−タコア８では周囲の空気を暖め、この暖められた空
気はステップ１０６に示すように、送風ファン１１によ
り車室内に送風される。なお、この場合、エンジン冷却
水は、エンジン冷却水容器２１とヒ−タコア８を結ぶ循
環経路、つまり暖房用配管Ｂ内で循環され、エンジン冷
却水容器２１で暖められたエンジン冷却水を継続してヒ
−タコア８に供給する。したがって、エンジン３が充分
に暖まっていなくても、瞬時に暖かい風を車室に送るこ
とができるので、即効ヒータとしての機能を果たす。

【００２０】このような即効ヒータが作動しているうち
に、エンジン３の温度が上昇し、ウォータジャケット２
で暖められたエンジン冷却水はラジエータ４を通る。つ
まり、この場合、ラジエータ４を通るエンジン冷却水は
ラジエータ配管Ａを循環され、よってエンジン３の熱で
速やかに温度上昇する。

【００２１】ラジエータ４を通るエンジン冷却水の温度
Ｔ₂ は水温センサ７により検出され、また、ヒ−タコア
８を通るエンジン冷却水の温度Ｔ₁ は水温センサ２４に
より検出される。ステップ１０７に示すように、Ｔ₂ が
Ｔ₁ より大きくなる（Ｔ₂ ＞Ｔ₁ ）と、ステップ１０８
に示すように、１２および１３の電磁開閉弁が開かれ、
かつステップ１０９に示すように、ウォータポンプ１０
が停止する。このため、エンジン３で暖められたエンジ
ン冷却水がラジエータ４の外に、破線矢印で示すよう
に、蓄熱装置１およびヒータコア８を循環するようにな
る。これが通常の暖房運転であり、ヒータコア８にはエ
ンジン３回りのウォータジャケット２で暖められたエン
ジン冷却水が供給される。

【００２２】そして、エンジン３により暖められた冷却
水が蓄熱装置１のエンジン冷却水容器２１を通るとき
に、蓄熱媒体容器２５の壁を通じて蓄熱媒体２６に熱を
伝える。つまり、このとき高温の冷却水が本発明の熱源
として機能する。そして、エンジン冷却水の温度が５８
℃以上になると、上記蓄熱媒体２６はこの潜熱を吸収
し、５８℃になると結晶状態が崩れ、ゲル状となる。完
全にゲル状となったものは温度が低下しても（５８℃以
下になっても）結晶化（水化の少ない相への転移）せず
にゲル状態（水化の多い相）のまま（過冷却状態）とな
る。

【００２３】蓄熱媒体２６の温度は温度センサ２７によ
り監視しており、ステップ１１０に示すように、この温
度センサ２７が蓄熱媒体２６の融点である５８℃を検出
すると、制御回路５０は温度センサ２７が蓄熱媒体２６
の温度を５８℃に達したと検出した後、例えば５分後に
撹拌装置４０の回転モータ４６に指令を発し、ステップ
１１０に示すように、この回転モータ４６を駆動する。
回転モータ４６は駆動磁石４５を回転し、このため蓄熱
媒体容器２５内の従動磁石４３が回転し、よって撹拌羽
根４４が回転される。このため、蓄熱媒体容器２５内の
蓄熱媒体２６が撹拌される。すなわち、蓄熱媒体２６が
高温のエンジン冷却水から潜熱を吸収して相転移により
ゲル化する場合、撹拌装置４０により蓄熱媒体２６を撹
拌するから、水分の分布が均等になり、未溶解の蓄熱媒
体がなくなる。このため、全体が均等にゲル化されるよ
うになる。なお、温度センサ２７が蓄熱媒体２６が５８
℃に達したことを検出した後、５分後に撹拌装置４０を
駆動するのは、蓄熱媒体２６が５８℃に達した直後では
未だ蓄熱媒体２６が結晶状態であるから撹拌羽根４４が
回転不能状態にあるためである。

【００２４】このようにしてエンジン３の運転が継続す
ると、エンジン冷却水は最高８０℃に達し、この期間中
撹拌装置４０が駆動され、蓄熱媒体２６を撹拌し続け
る。このため、比重の大きな未溶解の蓄熱媒体２６の残
存を防止し、つまり結晶の種となる残留結晶を消失さ
せ、完全なゲル化を促す。ステップ１１２に示すよう
に、エンジン３を停止すると、スイッチ５１もオフ状態
になり、ステップ１１３に示すように撹拌装置４０の回
転モータ４６が停止されるので撹拌羽根４４も停止され
る。そして、エンジン３の停止後は蓄熱媒体２６の温度
が徐々に低下し、外気温に近づく。この場合、蓄熱媒体
２６は過冷却ゲル相が安定しているから、融点である５
８℃以下の温度になってもゲル化状態を保持し、融解潜
熱を長時間保存することが可能になる。そして、再び、
即効ヒータを作動させるには、エンジン始動後にスイッ
チ５１を起動する操作を繰り返せばよい。

【００２５】図４は本発明の撹拌装置３０の第２の実施
例を示すもので、これについて説明する。上記実施例の
撹拌装置３０は、リンクを用いて直線運動を回転運動に
変換して撹拌羽根を回転するようにしたものである。つ
まり、ケース６０を貫通した往復軸６１の上端と撹拌軸
６２との間にリンクレバー６３を掛け渡し、往復軸６１
の直線往復運動をリンクレバー６３を通じて撹拌軸６２
の回転運動に変換してある。撹拌軸６２はスティ６４に
設けた軸受６５にて回転自在に支持されており、この撹
拌軸６２には撹拌羽根６６が取着されている。なお６７
は復帰用ばねであり、その他の構造は図１の場合と同様
であってよい。

【００２６】このような構成の場合、往復軸６１の端部
に形成した押しノブ６８を図示しない加圧器により往復
駆動すると、往復軸６１が直線往復運動され、この直線
運動がリンクレバー６３を介して撹拌軸６２を回転運動
させるようになり、よって撹拌羽根６６が回転されるの
で、潜熱媒体を撹拌することができる。

【００２７】また本発明における撹拌手段は、上記磁石
式、リンク式に制約されるものではなく、要するに蓄熱
媒体を均一に撹拌できる構造であればよい。

【００２８】さらに、本発明の蓄熱装置は、車両用即効
暖房システムの他に、ウオッシャー液やバッテリー液の
急速加熱装置、エンジンオイル加温器、即効デフロス
タ、即効暖房シート、その他車両のステアリングホイル
部に設けられ、運転者の手が冷たい時にホイルを握る手
に向けて温風を吹き付けるヒータ等にも有効に応用可能
である。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、蓄
熱媒体が融点以上に場合にこの蓄熱媒体を撹拌する撹拌
手段を設けたから、水分の分布が均等になり、比重の大
きな未溶解の結晶が残るのが防止され、全体が均等にゲ
ル化されるようになる。このため、安定した過冷却状態
を維持し、融点以下の温度になっても結晶化を起こさ
ず、過冷却ゲル相として長時間保存することが可能にな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示し、撹拌装置を設け
た蓄熱装置の構成を説明する断面図。

【図２】本発明の蓄熱装置を適用した自動車用即効暖房
システムの構成を説明する系統図。

【図３】制御回路の制御方法を説明するフローチャー
ト。

【図４】本発明の第２の実施例を示す撹拌装置の断面
図。

【符号の説明】

１…蓄熱装置 ２…ウォータジャケット
３…エンジン ４…エンジン冷却水冷却用のラジエータ
５…ファン ６…ウォータポンプ ７…水温センサ ８…空調用ヒータコア ９…空調用ダクト １
０…ウォータポンプ １１…送風用ファン １２、１３…電磁開閉弁 ２１…エンジン冷却水容器 ２５…蓄熱媒体容器
２６…蓄熱媒体 ２７…蓄熱媒体温度センサ ３０…相転移誘起手段 ３２…皿ばね
３３…作動杆 ３５…ベローズ ３６…押しノブ
３７…加圧器 ４０…撹拌装置 ４１…ホルダー
４２…撹拌軸 ４３…従動磁石 ４４…撹拌羽根
４５…駆動磁石 ４６…回転モータ ５０…制御回路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水化の多いゲル相と、水化の少ない結晶
   相との間を潜熱の発生、吸収を伴って可逆的に相転移す
   る塩水和物からなる蓄熱媒体と、 この蓄熱媒体の過冷却状態にあるゲル相を機械的に刺激
   し、前記過冷却ゲル相の結晶相への転移を誘起する相転
   移誘起手段と、 前記蓄熱媒体の過冷却ゲル相を安定化させるためにこの
   蓄熱媒体が融点以上の状態でこの蓄熱媒体を撹拌する撹
   拌手段と、 前記蓄熱媒体へ熱を供給することによって前記蓄熱媒体
   を結晶相からゲル相へ相転移を行わせる熱源と、 を備えたことを特徴とする蓄熱装置。