JPH0688686A - 蓄熱装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 断熱性と機械強度に優れ外形形状の自由度が
高い蓄熱装置の提供。 【構成】 蓄熱剤の充填部分と該充填部分を循環する伝
熱媒体流路が形成されている蓄熱コア部と、断熱領域を
隔てて該蓄熱コア部を収納する外側ケーシングと、該ケ
ーシングを貫通して上記伝熱媒体流路に連通する導入管
と排出管を備えた蓄熱装置において、高断熱性を有する
固体断熱材が上記断熱領域に充填され、かつ該断熱領域
が中真空に保持されていることを特徴とする蓄熱装置。 【効果】 蓄熱コア部と外側ケーシングの間の断熱領域
に高断熱性の固体断熱材が充填されているので、この部
分の真空度が低くても高い断熱性が確保され、蓄熱装置
の使用期間を通じて信頼性の高い断熱性能が保証され
る。また、真空の影響でケーシングが変形する虞もな
く、丸型のケーシングに限らず薄い箱型のケーシングを
用いることができる。さらに断熱領域を小さくできるの
で装置全体を軽量小型化することができ、設置場所や取
付け方法の自由度が大きく、製造コストにおいても有利
である。

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、外側ケーシングと蓄熱コ
ア部との間の断熱性と強度に優れ、従って外形形状の自
由度が高い蓄熱装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】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、この廃熱の一部を蓄熱保存して
おき、この熱を必要に応じて、例えば冬期間におけるエ
ンジンの始動前の車内暖房やエンジン吸気部の予熱に利
用して燃費の改善などに役立てるための蓄熱装置が提案
されている。蓄熱装置の原理は、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を蓄熱剤と
して用い、この蓄熱剤と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）との間で熱交換を行わせて
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
て保存しておき、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エンジン
や室内に伝熱媒体を介して導く。

【０００３】

【従来技術の課題】以上のように蓄熱装置は、伝熱媒体
を介して導入された内燃機関の余熱などを蓄熱コア部に
蓄え、これを保存するために、該蓄熱コア部とこれを収
納する外側ケーシングとの間に断熱領域が形成されてお
り、通常、この断熱領域は断熱効果を高めるために真空
に保たれている。一般に、真空の断熱領域を設けた外側
容器と内側容器との間の断熱効果を高めるには、外側容
器と内側容器の接触部分を最少にして、その熱伝導を極
力少なくする必要がある。このため、例えば魔法瓶など
ではステンレス製の内瓶を用い、口元部分だけを溶接し
て内瓶を外側ボトルに支持させた構造が採用され、或い
はガラス製内瓶の場合には内瓶の下側に設けた断熱部材
によって内瓶を支持している。

【０００４】蓄熱装置においても断熱効果を高めるには
同様であり、外側ケーシングと蓄熱コア部の間の断熱領
域を高真空に保持すると共に蓄熱コア部の支持部材とし
て出来るだけ小さな重量の部材が用いられ、その一例と
して、内側ケーシングに固定されるリング状のフレーム
と、外側ケーシングに固定されるフランジまたはフレー
ムを断面積の小さいウエブによって互いに連結してなる
懸架部材によって内側ケーシングを外側ケーシングに取
付けた支持構造が知られている（特開平１−１３９９９
６号）。ところが、このような断熱支持構造では、充分
な断熱効果を得るためには断熱領域を通常１０^-3〜１０
^-6torrの比較的高い真空度に保持する必要がある。この
ため製造時に装置内部を高真空に形成する手間がかか
り、また蓄熱装置の使用期間を通じてこの真空度を維持
するのが難しいという問題がある。さらに断熱領域を高
真空に保つには耐圧性を有するように容器を円筒型に形
成する必要があり、容器外形の自由度が制限される。

【０００５】上記構造の他に、特開平１−１１８０８２
号公報には、内側ケーシングと外側ケーシングの間に、
支持力のある断熱部材を一定間隔ごとに設けた断熱支持
構造が開示されている。この構造は、内側ケーシングを
断熱材によって支持させる場合に断熱材を中間室によっ
て区分して用いることにより断熱材の使用重量を減らし
たものであるが、断熱材のない中間室は支持力がないの
で真空の影響によってこの部分のケーシングが変形する
のを避けることができない。このような変形はケーシン
グの加工部分の接合不良などを招く原因となり、真空を
保持するうえで好ましくない。本発明の課題は、このよ
うな従来の断熱支持構造における問題を解消し、外側ケ
ーシングと蓄熱コア部との間の断熱性と強度に優れ、従
って外形形状の自由度が高い蓄熱装置を提供せんとする
ものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者は上記課題に鑑
み、蓄熱コア部と外側ケーシングの間の断熱領域に高断
熱性の固体断熱材を充填し、この固体断熱材によって蓄
熱コア部を支持させることによりこの断熱支持構造に充
分な強度を与え、かつ該断熱領域の真空度を低く設定し
ながら高い断熱効果を可能にしたものである。すなわ
ち、本発明は、(1) 内部に蓄熱剤の充填部分と該充填部
分を循環する伝熱媒体流路が形成されている蓄熱コア部
と、断熱領域を隔てて該蓄熱コア部を収納する外側ケー
シングと、該外側ケーシングを貫通して上記蓄熱コア部
に連通する導入管と排出管を備えた蓄熱装置において、
高断熱性を有する固体断熱材が上記断熱領域に充填さ
れ、かつ該断熱領域が低真空に保持されていることを特
徴とする蓄熱装置、(2) 上記固体断熱材が、平均粒径１
０μm 以下の超微粒子シリカであり、かつ上記断熱領域
が５０〜１０^-3torrの低真空に保持されている上記(1)
の蓄熱装置、(3) 上記固体断熱材が、上記蓄熱コア部を
支持しうる剛性を有するシリカ系微細多孔質断熱材であ
り、さらに上記断熱領域が５０〜１０^-3torrの低真空に
保持されている上記(1) の蓄熱装置、(4) 上記外側ケー
シングおよび上記蓄熱コア部が薄い箱型に形成されてい
る上記(1) の蓄熱装置である。

【０００７】以下、本発明を図面に示す実施例により説
明する。図１ないし図３は本発明の蓄熱装置を示す概略
斜視図であり、図１は断熱領域に超微粒子シリカを充填
した実施例、図２は超微粒子シリカによって形成された
微細多孔質断熱材を断熱領域に設けた実施例、図３は断
熱領域に超微粒子シリカを充填すると共に蓄熱コア部を
弾性材によって支持した実施例をそれぞれ示す。また図
４は蓄熱コアの一例を示す概略斜視図である。

【０００８】図１の実施例において、蓄熱装置１０は、
蓄熱コア部２０と、該蓄熱コア部２０を収納する外側ケ
ーシング２２によって形成されている。蓄熱コア部２０
は図４に示すように、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２３と該蓄熱ブロック２３
を収納する内側ケーシング２１によって組立てられてい
る。蓄熱ブロック２３には複数の伝熱媒体通路２４と、
該伝熱媒体通路２４に挟まれた複数の蓄熱剤収容部２５
が設けられており、該蓄熱剤収容部２５の内部は伝熱効
果を高めるように波状フィンあるいはプレート２６によ
って多数の溝２７に仕切られて、各溝２７に蓄熱剤２８
が密閉して充填されており、また伝熱媒体通路２４の内
部も管状の細溝２９に分割されている。該蓄熱ブロック
２３の両端には貯溜部３０が設けられており、複数の伝
熱媒体通路２４は該貯溜部３０を介して連通され、蓄熱
コア部２０の内部を循環する連続した伝熱媒体通路が形
成されている。また該貯溜部３０にはケーシングを貫い
て導入管３１および排出管３２が接続しており、伝熱媒
体は該導入管３１を通じて蓄熱コア部２０に流入し、伝
熱媒体通路２４の細溝２９を通じて流れ、蓄熱コア部２
０の内部を循環する間に隔壁を通じて蓄熱剤収容部２５
の蓄熱剤と熱交換を行い、排出管３２を通じて外部に導
かれる。

【０００９】本実施例の蓄熱装置では、図示するよう
に、上記蓄熱コア部２０と外側ケーシング２２との間に
は該蓄熱コア部２０を囲むように断熱領域４０が設けら
れている。該断熱領域４０は気密に形成され固体断熱材
である超微粒子シリカ４１が上記蓄熱コア部全体を覆う
ように充填されると共に、大気圧より少し低い状態から
１０^-3torrの低真空、具体的には５０〜１０^-3torrの低
真空に保持されている。上記超微粒子シリカとしては、
「アエロジル」の商品名で市販されているフュームドシ
リカが好適に用いられる。該シリカ粒子は四塩化珪素を
酸水素焔中で高温加水分解して得られるエアロゾル状の
シリカであり、一例として平均粒径 0.007μm 、比表面
積 300 m² /gの超微細な粒子である。従って、該シリカ
粒子の充填部分では粒子間の接触面積および熱の通過す
る断面積が非常に小さく、熱伝導は極めて小さくなるの
で、５０〜１０^-3torrの比較的低い真空度でも高い断熱
効果を得ることができる。以上のように、本実施例で
は、断熱領域４０の真空度が低く、かつ外側ケーシング
２２は断熱領域４０に充填されたシリカ粉末によって内
側から支持されているので外気圧によって外側ケーシン
グ２２が変形する虞がない。従って、耐圧性を高めるた
めにケーシングを従来のように円筒型にする必要がな
く、図示するような箱型のケーシングを用いることがで
きる。また、断熱領域の真空度が低いので長期間、真空
を維持する上で有利である。

【００１０】図２は上記固体断熱材として、上記超微粒
子状シリカを加圧成形してなる微細多孔構造の断熱材を
用いた例であり、外側ケーシングおよび蓄熱コア部は図
１の実施例と同一の構造を有する。微細多孔構造断熱材
４２は、図１の実施例と同様に、蓄熱コア部２０の全体
を覆うように充填されている。該微細多孔構造断熱材４
２の好適な一例としては「マイクロサーム」の商品名で
市販されている断熱材が挙げられる。該微細構造断熱材
は上記超微粒子状シリカを主成分とし、これに微粉状の
無機繊維質充填材と赤外線遮蔽材を配合し加圧成形して
なるものであり、板状の加工体（ブロック型）、短冊型
の集合体（スラット型）、薄いブロック型をガラス繊維
で被覆したもの（パネル型）、密度の小さいブロック型
をキルティング状に加工したもの（キルティング型）な
どが知られている。本実施例の上記微細構造断熱材４２
は何れの加工体でもよく、断熱領域４０の形状に合わせ
て加工され、あるいは内側ケーシング２１の外面全体に
巻き付けて充填される。上記微細構造断熱材は一般に常
用されているガラス繊維や鉱物質の断熱材よりも格段に
大きな断熱性を有し、従って、断熱領域４０が５０〜１
０^-3torrの比較的低い真空度でも従来の高真空度に匹敵
する断熱効果が得られ、かつ従来の断熱材よりも少ない
量で済む。本実施例の蓄熱装置は、以上のように比較的
低い真空度でありながら高い断熱効果を有し、しかも真
空度が低いので長期間、真空を維持する上で有利であ
り、さらに外側ケーシングが内部に充填された上記微細
構造断熱材によって支えられているので真空による減圧
下においても変形する虞がなく、従って図示する箱型の
ケーシングを用いることができ、さらに従来よりも断熱
材の使用量を減少できるので、蓄熱装置を軽量化し小形
化できる。

【００１１】図３の実施例は、図１に示す断熱支持構造
において、蓄熱コア部２０と外側ケーシング２２の間の
断熱領域４０に、超微粒子シリカ４１を充填すると共に
蓄熱コア部２０を条数の多いコイルばね４２によって外
側ケーシング２２に連結支持させることにより支持力を
強化したものであり、コイルばね４２の連結部分以外は
図１と同様の構造を有している。なお、導入管３１と排
出管３２は振動によって破損しないように可撓性のある
蛇腹管によって形成されている。コイルばね４２は、均
等な支持力が得られるように、箱型の蓄熱コア部２０の
各角部４３に配設されており、その下端が該蓄熱コア部
の角部に連結され、上端は外側ケーシング２２の各隅部
に連結されている。該蓄熱コア部２０はコイルばね４２
によって各々の連結方向に均等に引っ張られ、釣り合っ
た状態で支持されている。なお、ばね４２の取付け位置
および個数は均等な支持力が得られるように適宜変更す
ることができる。本実施例の蓄熱装置は、図１の実施例
と同様に、断熱領域に超微粒子シリカが充填されている
ので、低真空でありながら優れた断熱効果を有し、また
真空による減圧下においてもケーシングが変形する虞が
ないので従来の円筒型のケーシングに限らず、図示する
ように箱型のケーシングを用いることができる。さらに
蓄熱コア部が弾性支持されているので振動を吸収するこ
とができ、従って耐振性にも優れる。またコイルばねの
条数が多いのでコア部から外側ケーシングに至る熱伝達
の距離が長く、従ってコイルばねを伝わる熱損失は少な
い。

【００１２】

【発明の効果】本発明の蓄熱装置では、蓄熱コア部と外
側ケーシングの間の断熱領域に高断熱性の固体断熱材が
充填されているので、この部分の真空度が低くても高い
断熱性が確保されており、この結果、蓄熱装置の使用期
間を通じて信頼性の高い断熱性能が保証される。また、
真空の影響でケーシングが変形する虞もなく、従来のよ
うな円筒型のケーシングに限らず薄い箱型のケーシング
を用いることができる。さらに断熱領域を小さくできる
ので装置全体を軽量小型化することができ、設置場所や
取付け方法の自由度が大きく、製造コストにおいても有
利である。

【図面の簡単な説明】

【図１】断熱領域に超微粒子シリカを充填した本発明の
実施例に係る蓄熱装置の部分切欠概略斜視図。

【図２】超微粒子シリカによって形成された微細多孔質
断熱材を断熱領域に設けた本発明の実施例に係る蓄熱装
置の部分切欠概略斜視図。

【図３】断熱領域に超微粒子シリカを充填すると共に内
側ケーシングを弾性材によって支持した本発明の実施例
に係る蓄熱装置の部分切欠概略斜視図。

【図４】蓄熱コアの概略斜視図。

【符号の説明】

２０−蓄熱コア部 ２２−外側ケーシング ２５−蓄熱剤収容部 ３１−導入管 ３２−排出管 ４０−断熱領域

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成５年９月２９日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】請求項１

【補正方法】変更

【補正内容】

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】請求項２

【補正方法】変更

【補正内容】

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】請求項３

【補正方法】変更

【補正内容】

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００６

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００６】

【課題を解決するための手段】 本発明者は上記課題に
鑑み、蓄熱コア部と外側ケーシングの間の断熱領域に高
断熱性の固体断熱材を充填し、この固体断熱材によって
蓄熱コア部を支持させることによりこの断熱支持構造に
充分な強度を与え、かつ該断熱領域の真空度を低く設定
しながら高い断熱効果を可能にしたものである。すなわ
ち、本発明によれば以下の蓄熱装置が提供される。 （１）蓄熱剤の充填部分と該充填部分を循環する伝熱媒
体流路が形成されている蓄熱コア部と、断熱領域を隔て
て該蓄熱コア部を収納する外側ケーシングと、該外側ケ
ーシングを貫通して上記蓄熱コア部に連通する導入管と
排出管を備えた蓄熱装置において、高断熱性を有する固
体断熱材が上記断熱領域に充填され、かつ該断熱領域が
中真空に保持されていることを特徴とする蓄熱装置。 （２）上記固体断熱材が平均粒径１０μｍ以下の超微粒
子シリカであり、断熱領域が１〜１０^−３ｔｏｒｒの中
真空に保持されている上記（１）の蓄熱装置。 （３）上記固体断熱材が超微粒子状シリカを加圧成形し
てなる微細多孔構造を有する断熱材であり、断熱領域に
充填された該断熱材によって蓄熱コア部が支持され、該
断熱領域が１〜１０^−３ｔｏｒｒの中真空に保持されて
いる上記（１）の蓄熱装置。 （４）上記外側ケーシングおよび上記蓄熱コア部が薄い
箱型に形成されている上記（１）の蓄熱装置。

【手続補正５】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００９

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００９】 本実施例の蓄熱装置では、図示するよう
に、上記蓄熱コア部２０と外側ケーシング２２との間に
は該蓄熱コア部２０を囲むように断熱領域４０が設けら
れている。該断熱領域４０は気密に形成され固体断熱材
である超微粒子シリカ４１が上記蓄熱コア部全体を覆う
ように充填されると共に、大気圧より少し低い状態から
１０^−３ｔｏｒｒの中真空、具体的には１〜１０^−３ｔ
ｏｒｒの中真空に保持されている。上記超微粒子シリカ
としては、「アエロジル」の商品名で市販されているフ
ュームドシリカが好適に用いられる。該シリカ粒子は四
塩化珪素を酸水素焔中で高温加水分解して得られるエア
ロゾル状のシリカであり、一例として平均粒径０．００
７μｍ、比表面積３００ｍ^２／ｇの超微細な粒子であ
る。従って、該シリカ粒子の充填部分では粒子間の接触
面積および熱の通過する断面積が非常に小さく、熱伝導
は極めて小さくなるので、１〜１０^−３ｔｏｒｒの比較
的低い真空度でも高い断熱効果を得ることができる。以
上のように、本実施例では、断熱領域４０の真空度が低
く、かつ外側ケーシング２２は断熱領域４０に充填され
たシリカ粉末によって内側から支持されているので外気
圧によって外側ケーシング２２が変形する虞がない。従
って、耐圧性を高めるためにケーシングを従来のように
円筒型にする必要がなく、図示するような箱型のケーシ
ングを用いることができる。また、断熱領域の真空度が
低いので長期間、真空を維持する上で有利である。

【手続補正６】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１０

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１０】 図２は上記固体断熱材として、上記超微
粒子状シリカを加圧成形してなる微細多孔構造の断熱材
を用いた例であり、外側ケーシングおよび蓄熱コア部は
図１の実施例と同一の構造を有する。微細多孔構造断熱
材４２は、図１の実施例と同様に、蓄熱コア部２０の全
体を覆うように充填されている。該微細多孔構造断熱材
４２の好適な一例としては「マイクロサーム」の商品名
で市販されている断熱材が挙げられる。該微細構造断熱
材は上記超微粒子状シリカを主成分とし、これに微粉状
の無機繊維質充填材と赤外線遮蔽材を配合し加圧成形し
てなるものであり、板状の加工体（ブロック型）、短冊
型の集合体（スラット型）、薄いブロック型をガラス繊
維で被覆したもの（パネル型）、密度の小さいブロック
型をキルティング状に加工したもの（キルティング型）
などが知られている。本実施例の上記微細構造断熱材４
２は何れの加工体でもよく、断熱領域４０の形状に合わ
せて加工され、あるいは内側ケーシング２１の外面全体
に巻き付けて充填される。上記微細構造断熱材は一般に
常用されているガラス繊維や鉱物質の断熱材よりも格段
に大きな断熱性を有し、従って、断熱領域４０が１〜１
０^−３ｔｏｒｒの比較的低い真空度でも従来の高真空度
に匹敵する断熱効果が得られ、かつ従来の断熱材よりも
少ない量で済む。また粒子を充填した場合よりも大きな
剛性が得られ、蓄熱コア部がこれによって支持される。
本実施例の蓄熱装置は、以上のように比較的低い真空度
でありながら高い断熱効果を有し、しかも真空度が低い
ので長期間、真空を維持する上で有利であり、さらに外
側ケーシングが内部に充填された上記微細構造断熱材に
よって支えられるので真空による減圧下においても変形
する虞がなく、従って図示する箱型のケーシングを用い
ることができ、さらに従来よりも断熱材の使用量を減少
できるので、蓄熱装置を軽量化し小形化できる。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内部に蓄熱剤の充填部分と該充填部分を
   循環する伝熱媒体流路が形成されている蓄熱コア部と、
   断熱領域を隔てて該蓄熱コア部を収納する外側ケーシン
   グと、該外側ケーシングを貫通して上記蓄熱コア部に連
   通する導入管と排出管を備えた蓄熱装置において、高断
   熱性を有する固体断熱材が上記断熱領域に充填され、か
   つ該断熱領域が低真空に保持されていることを特徴とす
   る蓄熱装置。
2. 【請求項２】 上記固体断熱材が、平均粒径１０μm 以
   下の超微粒子シリカであり、かつ上記断熱領域が５０〜
   １０^-3torrの低真空に保持されている請求項１の蓄熱装
   置。
3. 【請求項３】 上記固体断熱材が、上記蓄熱コア部を支
   持しうる剛性を有するシリカ系微細多孔質断熱材であ
   り、さらに上記断熱領域が５０〜１０^-3torrの低真空に
   保持されている請求項１の蓄熱装置。
4. 【請求項４】 上記外側ケーシングおよび上記蓄熱コア
   部が薄い箱型に形成されている請求項１の蓄熱装置。