JPH0650121A - 蓄熱装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】塩水和物蓄熱材の融解潜熱の損失を抑制する。 【構成】塩水和物蓄熱材２７が収容された容器２４の周
囲に、その周囲を取り囲むようにして融解潜熱型の断熱
用蓄熱材２９を設けた。これにより、エンジンオイル１
１の熱を塩水和物蓄熱材２７が蓄熱した後、温度が降下
すると断熱用蓄熱材２９に蓄えられた融解潜熱が融点付
近の温度で徐々に放出され、塩水和物蓄熱材２７の温度
低下を抑制する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、例えば自動車に搭載
されたエンジンのエンジンオイルを加熱したり、同じく
エンジン冷却水を加熱して、エンジンの始動性を高めた
り、低外気温時における暖房運転を行ったりする等に用
いる蓄熱装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】塩水和物の過冷却現象を利用して蓄熱す
る融解潜熱型の蓄熱装置が知られている。

【０００３】この蓄熱装置は、塩水和物よりなる蓄熱材
を収容容器に収容して蓄熱器を構成する構造となってい
て、塩水和物蓄熱材の固体状態から液体状態への変化、
すなわち潜熱の吸収に伴う溶解によって、外部の作動流
体からの熱を蓄え、必要な時に過冷却状態からこれを結
晶化させることによって融解潜熱を取出すことができる
ようにしてある。

【０００４】こうした塩水和物を蓄熱材として用いた蓄
熱装置は、塩水和物の融点以下の過冷却状態において
も、安定して融解潜熱の一部を蓄えることができるとい
う利点を有している。

【０００５】このため、この蓄熱装置は、低外気温時に
おける自動車用エンジンの始動性の向上、低外気温時の
暖房運転の立上げ性を良くするべく、エンジンオイルや
エンジン冷却水の温度を急速に昇温させたりするといっ
た用途などに用いられる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、この塩水和
物を蓄熱材として用いた蓄熱装置は、融点以下になる
と、蓄えた潜熱の一部が低温になるほど失われて、蓄熱
量が減少するという欠点をもっている。

【０００７】この対策として、蓄熱器の周囲に、発泡ス
チロ−ル，ガラスウ−ルなどの断熱材を設けることが考
えられる。

【０００８】しかし、断熱性能はよくなく、低外気温の
影響を受けて、蓄熱器の温度が比較的短時間に外気温近
くまで下がってしまうという問題がある。

【０００９】こうした点が障害となって、融解潜熱型の
蓄熱装置は、有効な活用が阻害されていた。

【００１０】この発明は、このような事情に着目してな
されたもので、その目的とするところは、塩水和物蓄熱
材の融解潜熱の損失を抑制する蓄熱装置を提供すること
にある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
にこの発明の蓄熱装置は、塩水和物蓄熱材を収容容器に
収容して構成される蓄熱器の周囲を、作動流体の熱を融
解潜熱により蓄え、かつその温度が融点付近へ低下する
にしたがい、蓄熱した潜熱を放出する融解潜熱型の蓄熱
材で覆ったことにある。

【００１２】

【作用】この発明の蓄熱装置によると、蓄熱器の塩水和
物蓄熱材は、高温の作動流体の熱が伝熱されると、急速
に融解し、固体状態から液体状態へ変化する。このと
き、潜熱の吸収により、塩水和物は作動流体の熱を蓄熱
する。

【００１３】一方、断熱をする融解潜熱型の蓄熱材も、
上記塩水和物蓄熱材と同様、潜熱の吸収により、作動流
体の熱を蓄熱する。

【００１４】その後、作動流体の温度が、塩水和物蓄熱
材、融解潜熱型の蓄熱材の融点付近に下がるとする。

【００１５】このとき、塩水和物蓄熱材は、融解潜熱の
一部を蓄えている。

【００１６】これに対し、融解潜熱型の蓄熱材は、吸収
した潜熱をゆっくりと放出しながら、融点付近の温度を
長時間、維持していく。

【００１７】この熱的な断熱効果により、塩水和物蓄熱
材の温度低下を妨げる。

【００１８】

【実施例】以下、この発明を図１ないし図４に示す第１
の実施例にもとづいて説明する。図２は、この発明を適
用した自動車に搭載されているエンジンを示す。

【００１９】このエンジンの本体１は、ピストン２，シ
リンダ（図示しない）などの部品が設けられたシリンダ
ブロック３の頭部に、動弁系４，カムカバ−５などが設
けられたシリンダヘッド６を設け、下部にオイルポンプ
７ａが内蔵されたオイルパン７を設けて構成される。な
お、８はシリンダブロック３に設けたクランク軸（図示
しない）の軸端に装着されたプ−リ、９はシリンダブロ
ック３の側部に装着されたオイルフィルタ−、１０はカ
ムカバ−５に設けたエンジンオイル用給油部、１１はオ
イルパン７に集溜されたエンジンオイル（本願の作動流
体に相当）を示す。

【００２０】エンジンの本体１には、上記オイルポンプ
７ａにより、オイルパン７の内部から吸い上げたエンジ
ンオイル１１を、上記オイルフィルタ−９、同オイルフ
ィルタ−９の出口部とシリンダブロック３の側部に設け
た入口部（図示しない）とを連通する流路９ａ、シリン
ダブロック３に設けた上記流路９ａと連通するギャラリ
−１２を介して、カム軸１３，弁１４など、潤滑が必要
とされる各種のエンジン部品の摺動部に導くためのオイ
ル通路１５が設けられている。また本体１には潤滑後の
エンジンオイル１１を戻す、例えばシリンダヘッド６か
らのエンジンオイル１１をオイルパン７内へ戻すための
孔部１６といった戻しの通路が設けられていて、オイル
パン７内に集溜されているエンジンオイル１１を本体１
の内部に還流させるようにしてある。

【００２１】またこのエンジンオイル還流系を構成する
流路９ａには、蓄熱装置２０が設けられている。

【００２２】この蓄熱装置２０は、蓄熱器２１と接触加
圧式の発熱器２２（結晶化を誘起する機器）とを組合わ
せた構造が用いられている。この蓄熱装置２０の全体構
造が図１に示され、同じく発熱器２２の構造が図３に示
されている。

【００２３】蓄熱器２１について説明すれば、２３は例
えば円筒箱状に構成されたエンジンオイル用（作動流体
用）の容器である。この容器２３内の一部、例えば右側
壁には、容器２３内の左方向へ延びる、例えば円筒箱状
に構成された塩水和物用の容器２４（本願の収容容器に
相当）が設けられている。この容器２３の周壁部の上下
部分には、上記流路９ａを構成する入口パイプ２５と出
口パイプ２６が連通接続されている。これにより、容器
２３と容器２４とで囲まれる離間部を通路１７として、
オイルフィルタ−９からのエンジンオイル１１を流通さ
せるようにしている。

【００２４】また各容器２３，２４は、耐食性に優れ、
かつ熱伝導性に優れる部材、例えばステンレス鋼から構
成されていて、エンジンオイル１１の熱を容器２４の外
側、容器２３の内側へ効率良く伝熱できるようにしてあ
る。

【００２５】容器２４内には、融点以下でも固化せずに
融解潜熱を蓄えておくことが可能な蓄熱材、例えば「CH
₃ COO Na−45重量% H₂ O 」で示される融点５８℃、融
解潜熱６０cal/g をもつ、塩水和物蓄熱材２７が収容さ
れている。

【００２６】オイルパン７の内部のエンジンオイル１１
は、自動車の走行中、約９０℃に達し、これがエンジン
の本体１の内部を還流する。このエンジンオイル１１の
高温時の温度より低い融点をもつ塩水和物蓄熱材とし
て、「CH₃ COO Na−45重量% H₂ O 」を用いている。

【００２７】この塩水和物蓄熱材２７における潜熱の吸
収に伴う融解、すなわち固体状態から液体状態への相変
化を利用して、上記通路１７を介して、高温のエンジン
オイル１１の熱を蓄えることができるようにしてある。

【００２８】また容器２３の周囲には、例えばステンレ
ス製の断熱材用の容器２８が設けられている。この容器
２８は例えば円筒箱状に構成されている。そして、この
容器２８と容器２３とで囲まれる離間部は断熱材収容部
を構成している。

【００２９】この断熱材収容部には、エンジンオイル１
１の高温時の温度より低く、塩水和物蓄熱材２７より高
い融点をもつ融解潜熱型の蓄熱材、例えば「Ｃ₂₁〜Ｃ₅₀
パラフィン」で示される融点６７℃、融解潜熱４５cal/
g をもつ、断熱用蓄熱材２９が収容されている。

【００３０】この断熱用蓄熱材２９は、融解潜熱によ
り、上記塩水和物蓄熱材２７と同様、エンジンオイル１
１の熱を蓄える特性を有している。また断熱用蓄熱材２
９は、上記塩水和物蓄熱材２７とは異なり、融点付近に
温度が低下すると、ゆっくりと融解潜熱を放出しなが
ら、融点付近の温度を長時間、維持する特性をもってい
る。この断熱用蓄熱材２９の特性を利用して、蓄熱器２
１の周囲全体を熱的に断熱している。

【００３１】発熱器２２の詳細な構造を図３に示す。

【００３２】３１は、例えば小径な筒形のボディ３２の
頭部にキャップ部３３を設けて構成される発熱器２３の
本体である。この本体３１は、例えば耐食性、熱伝導性
に優れるステンレス鋼から構成してある。

【００３３】この発熱器２２の本体３１は、容器２８の
右側壁の中央に取付けられている。具体的には、キャッ
プ部３３の外周部に設けたねじ部（図示しない）をねじ
込むことにより取付けられていて、先端部が容器２８の
右側壁、容器２３の右側壁（容器２４と共通な壁部）の
中央を貫通して、容器２４内に延びている。またキャッ
プ部３３は容器２８の外部に露出している。

【００３４】ボディ３２の先端側中央には開口路３４が
形成されている。開口路３４は、ボディ３２の先端面中
央に設けた、容器２４内に開口する小径な孔部３５と、
ボディ３２の先端側の軸心部分に同軸心方向に沿って設
けた、孔部３５の径寸法より大きな径の孔部３６と、こ
れら双方の孔部３５，３６を直列に連通する円錐形の孔
部３７とから構成される。

【００３５】この開口路３４の孔部３５の部分には、同
部分の形状と略対応する外形をもつ短全長の接触部品３
８が摺動自在に嵌挿されている。なお、３８ａは接触部
品３８の軸心中央に設けた貫通孔を示す。

【００３６】さらにボディ３２の内部には、上記孔部３
６に連続して、その孔部３６の径寸法より大きな径で構
成されるシリンダ室３９が形成されている。このシリン
ダ室３９の周壁の一部には、容器２４に開口する開口部
４０が設けられていて、同開口部４０ならびに上記接触
部品３８の貫通孔３８ａを通して、シリンダ室３９内に
上記容器２４に収容された塩水和物蓄熱材２７を充満さ
せることができるようにしている。

【００３７】そして、このシリンダ室３９にピストン４
１を往復動自在に嵌挿してある。

【００３８】一方、キャップ部３３の中央には、操作杆
４２が摺動自在に貫通している。この操作杆４２の中段
の外周部分には段差部分で構成されるストッパ部４２ａ
が設けられ、同ストッパ部４２ａとキャップ部３３の貫
通孔３３ａの開口縁との当接により、操作杆４２のスト
ロ−クを所定に規制するようにしてある。

【００３９】操作杆４２のシリンダ室３９内へ突き出る
端部には、上記ピストン４１が連結され、操作杆４２の
外部へ突き出る端部には、押ノブ４３が連結されてい
る。

【００４０】またこのピストン４１と接触部品３８との
間には、圧縮スプリング４４が介装され、孔部３７の内
面に接触部品３８の先端部を押付けている。そして、こ
の接触部品３８の先端の角部３８ｂとそれに接触する孔
部３７の円錐面３７ａとの間の接触部分を、液体状態か
ら固体状態への相変化の誘起を開始させる開始部位４５
としている。

【００４１】すなわち、塩水和物蓄熱材２７の液体状態
から固体状態への相変化は、機械的な刺激により誘起さ
れることがわかっており、本実施例では、押ノブ４３の
押操作により、金属同志を衝撃的に擦らせるような変位
を、加圧されている接触部品３８で発生させるようにし
ている。

【００４２】他方、シリンダ室３９に突き出る操作杆４
２の軸部周囲には、同部分を囲むように金属製の伸縮自
在なベロ−ズ４６が設けられている。このベロ−ズ４６
は、一端がピストン４１の外周部に連結され、他端がシ
リンダ室３９のキャップ端の内周面に突設された鍔部分
４７に連結されていて、ピストン４１を境としたピスト
ン４１のキャップ側のシリンダ室部分を周囲から隔絶し
ている。この隔絶構造により、容器２４の塩水和物蓄熱
材２７から、ベロ−ズ外側の塩水和物蓄熱材２７を介し
て、シリンダ室３９を充満している塩水和物蓄熱材２７
に、直接的に、熱を伝えることができるようにしてあ
る。

【００４３】つぎに、このように構成された蓄熱装置２
０の作用について説明する。

【００４４】蓄熱装置２０は、自動車の走行中、エンジ
ンの排熱を蓄熱する。

【００４５】すなわち、自動車の走行中、エンジンオイ
ル還流系は、エンジンを動力として駆動されるオイルポ
ンプ７ａにより、作動流体となるオイルパン７内のエン
ジンオイル１１を汲上げ、オイルフィルタ−９、蓄熱装
置２０の蓄熱器２１およびギャラリ−を介して、エンジ
ン各部の潤滑部分に供給している。そして、潤滑を終え
たエンジンオイル１１が、孔部１６などを通って、オイ
ルパン７へ戻るというサイクルを繰り返している。

【００４６】こうしてエンジンの本体１の各部を還流す
るエンジンオイル１１は、エンジンの本体１から発する
熱を受けて温度上昇し、次第に高温となる。これによ
り、オイルパン７に溜っているエンジンオイル１１も高
温となっていく。具体的には、オイルパン７内のエンジ
ンオイル１１は約９０℃に達する。

【００４７】このエンジンオイル１１が蓄熱器２１を流
通するときに、同エンジンオイル１１の熱が通路１７を
構成する壁部を伝わって、容器２４内の塩水和物蓄熱材
２７および容器２８内の断熱用蓄熱材２９へ伝熱され
る。

【００４８】これにより、固体状態にある各塩水和物蓄
熱材２７および断熱用蓄熱材２９は加熱される。

【００４９】ここで、「CH₃ COO Na−45重量% H₂ O 」
および「Ｃ₂₁〜Ｃ₅₀パラフィン」で示される各蓄熱材の
融点は、エンジンオイル１１の高温時の温度より低いか
ら、固体状態にある塩水和物蓄熱材２７および断熱用蓄
熱材２９の双方は、融解しながら潜熱を吸収して、固体
状態から液体状態へ相変化していく。

【００５０】むろん、この際、発熱器２２の内部の塩水
和物蓄熱材２７も、ベロ−ズ外側および開口路３４の塩
水和物蓄熱材２７を介して、シリンダ室３９の塩水和物
蓄熱材２７に熱が伝わることで、固体状態から液体状態
へ相変化する。

【００５１】ついで、エンジンを停止する。

【００５２】このエンジン停止と共に、オイルパン７内
のエンジンオイル１１は徐々に温度が下がり、やがて外
気温と同じになる。

【００５３】塩水和物蓄熱材２７と断熱用蓄熱材２９も
徐々に温度が低下していく。

【００５４】このとき、「CH₃ COO Na−45重量% H₂ O
」（塩水和物蓄熱材２７）は、融解潜熱の一部を蓄え
ている。

【００５５】また「Ｃ₂₁〜Ｃ₅₀パラフィン」（断熱用蓄
熱材２９）は、６７℃で融解潜熱を放出しながら、長時
間の間、この６７℃の温度を維持していく。但し、その
後、「Ｃ₂₁〜Ｃ₅₀パラフィン」は顕熱を放出しながら冷
えていく。

【００５６】この「Ｃ₂₁〜Ｃ₅₀パラフィン」の融解潜熱
の放出により、「CH₃ COO Na−45重量% H₂ O 」の温度
低下は妨げられる。

【００５７】つまり、蓄熱器２２の周囲は、断熱用蓄熱
材２９によって熱的に断熱され、「CH₃ COO Na−45重量
% H₂ O 」の温度低下するのを最小限に抑制することが
できる。

【００５８】したがって、塩水和物蓄熱材２７の蓄熱量
の損失を抑えることができる。特に融点以下になればな
るほどその効果は大きい。

【００５９】実験によれば、断熱手段が無い蓄熱装置と
本発明の断熱用蓄熱材が有る蓄熱装置とを用いて、走行
状態からエンジンを停止して、０℃の外気に放置してお
いたときの双方の蓄熱材の温度変化を調べた結果、図４
に示されるような顕著な差が見られた。

【００６０】すなわち、エンジン停止後、１０時間後で
は、断熱用蓄熱材が無い蓄熱装置の場合は、塩水和物蓄
熱材２７の温度は９０℃から１０℃にも低下したが、断
熱用蓄熱材が有る蓄熱装置の場合は、断熱用蓄熱材から
の融解潜熱の放出によって温度低下が妨げられるため、
５０℃の温度低下ですんだ。この４０℃の温度差は、塩
水和物である「CH₃ COO Na−45重量% H₂ O 」の液体状
態の顕熱蓄熱量の差４３cal/g となって現れ、その分、
蓄熱量の損失が抑えられる。

【００６１】それ故、本実施例のエンジンオイル１１を
暖めるという利用目的を十分に果たすことができる。

【００６２】すなわち、この保存された熱を用いて、低
外気温時におけるエンジンの始動性を高めるべく、エン
ジンオイル１１を暖めるときは、蓄熱装置２０の押ノブ
４３を押す。

【００６３】すると、ピストン４１が接触部品３８側へ
進み、同接触部品３８の先端部を円錐面３７ａに衝撃的
に擦らせる。

【００６４】ここで、過冷却状態の塩水和物蓄熱材２７
は、機械的な刺激により、結晶化への相の転移が誘起さ
れる性質がある。

【００６５】そのため、上記の機械的刺激が、過冷却状
態の塩水和物蓄熱材２７に加わると、開始部位４５から
結晶化が始まり、今まで液体状態であった塩水和物用の
容器２４内の塩水和物蓄熱材２７が急速に結晶化する。
この結晶化により、塩水和物蓄熱材２７は融解潜熱を放
出する。

【００６６】このとき、断熱用蓄熱材の有無にかかわら
ず、どちらも発熱によって５８℃の凝固点まで昇温する
が、断熱用蓄熱材が有る蓄熱装置は、蓄熱量の損失が少
ないため、５８℃を維持する時間は、断熱用蓄熱材が無
い蓄熱装置に比べはるかに長く、エンジンオイル１１を
容器２４を介して、より有効に加熱することができる。

【００６７】これにより、エンジンオイル１１の粘性を
所定の粘性に回復させるという目的を十分に果たせる。

【００６８】なお、第１の実施例では、エンジンオイル
を作動流体としたときの断熱用蓄熱材として、Ｃ₂₁〜Ｃ
₅₀パラフィンを用いたが、これに限らず、融点が７０℃
で融解潜熱が４８cal/g の「ステアリン酸」、融点が７
０℃で融解潜熱が４０cal/gの「ポリエチレン・グリコ
−ル２００００」、融点が８９℃で融解潜熱が３８cal/
g の「Mg (NO₃ ) ₂ ・6H₂ O 」、融点が２９℃で融解潜
熱が４３cal/g の「CaCl₂ ・6H₂ O 」、融点が５７℃
で、融解潜熱が３８cal/g の物質を用いても同様な効果
を奏する。

【００６９】図５および図６は、この発明の第２の実施
例を示す。

【００７０】本実施例は、結晶化開始部を皿ばね５０か
ら構成したものである。具体的には、つぎのように発熱
器２２を構成している。

【００７１】すなわち、ボディ３２を全長が短い筒形の
部材から構成し、開口路３４を全長が短く、かつ内面に
段差５１ａのある貫通孔５１から構成し、この貫通孔５
１の段差５１ａに皿ばね５０を嵌挿している。

【００７２】皿ばね５０は、図５および図６の側面図な
らびに平面図に示されるように薄肉の円板の中央を、プ
レス成形などで円形に押出して全体が構成されていて、
押出した円形の中央部分５２の周側には複数本の切込み
５３が設けられている。このように構成される皿ばね５
０は、中央部分５２を押すと、凹んで反対側に突き出る
ように変位するものである。この変位の際に生じる切込
み５３の切り口部分での擦れを、結晶化への転移を誘起
させるための機械的な刺激としている。

【００７３】そして、この皿ばね５０を変位させる押圧
部分５３が操作杆４２の先端に設けられ、押しノブ４３
の押操作から皿ばね５０を変位させると、同皿ばね５０
の切込み５３の部分から結晶化が開始され、塩水和物蓄
熱材２７が発熱するようにしてある。

【００７４】但し、図５、図６において、第１の実施例
と同じ部分には同一符号を付してその説明を省略した。

【００７５】このようにしても、第１の実施例と同様の
効果を奏する。むろん、皿ばね５０以外の部品ないし部
分から、結晶化開始部を構成してもよい。

【００７６】また上述した実施例は、作動流体がエンジ
ンオイルの場合のみを示したが、これに限らず、作動流
体がエンジン冷却水でもよく、この場合も全く同様の原
理によってエンジン冷却水を暖められる。

【００７７】そして、この暖めたエンジン冷却水で、エ
ンジン本体を暖めて、エンジンの始動性を高めたり、即
効車室内暖房に応用したりすることができる。

【００７８】

【発明の効果】以上説明したようにこの発明によれば、
融解潜熱型の蓄熱材の熱的な断熱効果により、塩水和物
の蓄熱材の温度低下を抑制することができる。

【００７９】したがって、塩水和物の蓄熱材の融解潜熱
で蓄えた熱の損失を抑制することができ、作動流体を加
熱するという利用目的を十分に果たすことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１の実施例の蓄熱装置の構造を示
す断面図。この発明の第１の実施例のエンジンオイル加
温装置を、同装置を据付けたエンジンと共に示す図。

【図２】同蓄熱装置の外観を、同装置を据付けたエンジ
ンと共に示す斜視図。

【図３】同蓄熱装置の発熱器の構造を示す断面図。

【図４】放置テストを行ったときの断熱用蓄熱材が有る
蓄熱装置と断熱用蓄熱材が無い蓄熱装置との温度変化を
示す線図。

【図５】この発明の第２の実施例の要部となる発熱器の
構造を示す断面図。

【図６】同実施例に用いられた皿ばねを示す平面図。

【符号の説明】

１１…エンジンオイル（作動流体）、２０…蓄熱装置、
２１…蓄熱器、２４…塩水和物用の容器、２７…塩水和
物蓄熱材、２８…断熱材用の容器、２９…断熱用蓄熱
材。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 塩水和物よりなる蓄熱材を収容容器に収
   容して蓄熱器を構成してなり、作動流体の熱を前記塩水
   和物の固体状態から液体状態への変化により蓄え、この
   塩水和物の融点以下の過冷却状態からの結晶化により前
   記蓄熱した潜熱を放出させる蓄熱装置において、 前記蓄熱器の周囲を、前記作動流体の熱を融解潜熱によ
   り蓄え、かつ当該作動流体の温度が融点付近へ低下する
   にしたがい前記蓄熱した潜熱を放出する蓄熱材で覆った
   ことを特徴とする蓄熱装置。