JPH0933185A

JPH0933185A - 攪拌機能付蓄熱器

Info

Publication number: JPH0933185A
Application number: JP8036833A
Authority: JP
Inventors: Kenzo Kaneda; 金田堅三
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1995-05-16
Filing date: 1996-02-23
Publication date: 1997-02-07
Also published as: DE19619810A1; US5957193A

Abstract

(57)【要約】【課題】蓄熱材としての塩水和物の相分離を防止し
て、蓄熱器の蓄熱密度を長期に渡って維持する。【解決手段】蓄熱パイプ５には、過冷却を起こさない
蓄熱材としての水酸化バリウム八水和物と蓄熱パイプ５
内で移動自在な球が封入してあり、この蓄熱パイプ５
を、冷却水入口パイプ８、冷却水出口パイプ７を備えて
いる断熱容器３９に隙間なく充填している。蓄熱パイプ
５および断熱容器３９を備えている攪拌機能付蓄熱器を
振動させることにより、球が蓄熱パイプ５内で移動して
蓄熱材を攪拌するので、水の分布が均一となり相分離を
起こさない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、塩水和物の溶解、
凝固に伴う潜熱を利用した蓄熱器に関し、自動車用の即
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、住宅用温水給湯器などに用いて有効であ
る。

【０００２】

【従来の技術】塩水和物の融解、凝固等の相転移に伴う
吸、放熱作用を利用した融解潜熱蓄熱器がドイツ特許公
開明細書第４２４４４６５号において提案されている。
この技術は、過冷却を起こさない蓄熱材として、塩水和
物である水酸化バリウム八水和物（Ba(OH)₂ ・8H₂O ）が
用いられており、この水酸化バリウム八水和物は、固体
状態で外部から潜熱を吸収し、融点以上になると液体と
なる。そして、液体状態から固体になる際に、吸収した
潜熱、例えば、７０cal/g の熱量を外部に放出する。

【０００３】したがって、このような蓄熱材を使用すれ
ば潜熱量が大きく、外部から吸収した潜熱を蓄熱材に蓄
えておき、その熱を必要とするときに放出させれば、自
動車用の即効ヒータ、即効デフロスタ、即効暖房シー
ト、エンジンオイル加温器、住宅用温水給湯器などに用
いて有効である。一方、融解の際に生じる水の分布が均
一でないと、融点以上の温度で高融点、高密度の未溶解
結晶が析出するという相分離が起こる。この結果、析出
した結晶分だけ融解熱を吸収できないので、蓄熱器の蓄
熱密度が低下する。そこで、融解の際に生じる水の分布
を均一にして相分離を防ぐために、例えば増粘剤として
キサンタンガムなどの親水性多糖類などを蓄熱材媒体に
混合している例もある（特開平昭５９−５３５７８）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような塩水和物からなる蓄熱材を蓄熱容器に収納した蓄
熱器においては、たとえ増粘剤を添加しても蓄熱材が融
解、凝固を繰り返すうちに融解の際に生じる水の分布が
不均一となり、融点以上の温度でも高融点、高密度の未
溶解結晶が析出してしまう。さらに、このような結晶が
存在すると、この結晶が核となり融解、凝固を繰り返す
うちに未溶解結晶が成長し、この結晶分だけ融解潜熱を
吸収できないので蓄熱器の蓄熱密度が低下する。

【０００５】また、増粘剤は蓄熱材に比べて融解潜熱が
小さいので、増粘剤を添加すると、その添加分だけ蓄熱
器の蓄熱密度が低下する。本発明は上記点に鑑みてなさ
れたもので、増粘剤を添加することなく、蓄熱材が融解
する際に生じる水の分布を均一にし、融解、凝固を繰り
返しても、融点以上の温度で高融点、高密度の未溶解結
晶が析出するのを防ぎ、蓄熱器の蓄熱密度を長期にわた
って維持できる蓄熱器を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を解決するため
に、請求項１ないし１０に記載の発明によれば、蓄熱容
器（５）内には、液相と固相との間を潜熱の吸収、放出
を伴って可逆的に相転移する蓄熱材（９）と、この蓄熱
材（９）を攪拌する攪拌手段（１０）とが備えられてい
る。そして、この蓄熱容器（５）は、断熱容器（３９）
内部に配置されており、さらに、この断熱容器（３９）
には、熱媒体が内蔵されていることを特徴としている。

【０００７】従って、流入手段（８）および流出手段
（７）を通して、蓄熱材（９）の融点以上の温度である
熱媒体を断熱容器（３９）内で循環させると、蓄熱材
（９）は熱媒体から潜熱を吸収して固体から液体にな
り、断熱容器（３９）により熱の出入りが遮断されてい
るので、その潜熱が蓄熱材（９）に蓄えられる。また、
流入手段（８）および流出手段（７）を通して、蓄熱材
（９）の融点以下の温度である熱媒体を断熱容器（３
９）内で循環させると、蓄えられている潜熱は、熱媒体
に放出され、蓄熱材（９）が液体から固体となる。

【０００８】そして、蓄熱材（９）が潜熱を吸収して液
体となる過程において攪拌手段（１０）により攪拌する
ことができるので、蓄熱材（９）が融解する際に生じる
水の分布が均一となり、融点以上の温度で高融点、高密
度の未溶解結晶が析出するのを防ぎ、さらに、融解、凝
固の繰り返しによる未溶解結晶の成長を妨げる。この結
果、この結晶分全ての融解潜熱を吸収できるので、増粘
剤を添加することなく蓄熱器の蓄熱密度を長期にわたっ
て維持することが可能となる。

【０００９】また、請求項２記載の発明では、攪拌手段
として、蓄熱容器（５）内にて移動自在な球（１０）を
備えており、この球（１０）を蓄熱容器（５）内にて移
動させ、蓄熱材（９）を攪拌することを特徴としてい
る。従って、自動車走行中の振動等により球（１０）を
蓄熱容器（３９）内で自在に移動させることができ、特
別な駆動手段、例えばモータ等を用いないで蓄熱容器
（３９）内の蓄熱材（９）を攪拌することができる。よ
って、特別な駆動手段に必要なコストが削減でき、構造
も簡単になる。

【００１０】また、請求項３記載の発明では、蓄熱容器
（５）外部に備えられた、攪拌手段としての駆動手段
（３２、３５）にて、蓄熱容器（５）を振動または回転
することを特徴としている。従って、駆動手段（３２、
３５）を用いることにより安定した攪拌作用をするの
で、より確実に蓄熱容器（５）内の蓄熱材（９）を攪拌
することができる。

【００１１】また、請求項６記載の発明では、流入手段
（８、１０４）からの熱媒体が一端から導入される筒状
部材（３００）が断熱容器（３９）内に備えられてお
り、筒状部材（３００）の壁面に設けられた孔部（３０
１）から、筒状部材（３００）内の熱媒体を断熱容器
（３９）内へ流出することを特徴としている。従って、
断熱容器（３９）内において、上記孔部（３０１）から
流出する熱媒体を循環させて、蓄熱容器（５）内の蓄熱
材（９）と熱交換させることができる。

【００１２】また、請求項７記載の発明では、断熱容器
（３９）には開口部（３９ａ）が１箇所のみ形成されて
おり、この開口部（３９ａ）に流入手段（８、１０４）
および流出手段（７、１０３）が配置されているので、
断熱容器（３９）の保温性をよくすることができる。ま
た、請求項９記載の発明では、請求項１ないし８のいず
れか１つに記載の攪拌機能付蓄熱器（１）と、熱媒体と
しての温水を供給する温水供給源（２５）と、攪拌機能
付蓄熱器（１）および温水供給源（２５）から供給され
る温水と空気とを熱交換して室内の暖房を行う暖房用熱
交換器（２８）とを備えている。そして、第１回路（２
０）により、温水供給源（２５）から断熱容器（３９）
を経て暖房用熱交換器（２８）に温水が循環し、第２回
路（１９）により、断熱容器（３９）から暖房用熱交換
器（２８）に温水が循環することを特徴としている。

【００１３】従って、第１回路（２０）により、温水供
給源（２５）から断熱容器（３９）に、蓄熱材（９）の
融点以上の温度である温水を循環させると、蓄熱材
（９）は温水から潜熱を吸収して固体から液体になり、
断熱容器（３９）により熱の出入りが遮断されているの
で、その潜熱が蓄熱材（９）に蓄えられる。また、第２
回路（１９）により、流入手段（８）および流出手段
（７）を通して暖房用熱交換器（２８）から断熱容器
（３９）に、蓄熱材（９）の融点以下の温度である温水
を循環させると、蓄えらている潜熱は温水に放出される
ので、蓄熱材（９）は液体から固体となり、温水は加熱
される。この加熱された温水と空気を暖房用熱交換器
（２８）で熱交換することにより、室内の暖房を行うこ
とができる。

【００１４】また、請求項１０記載の発明では、熱媒体
は車両用エンジン（２５）のエンジン冷却水からなり、
暖房用熱交換器は車両の車室内暖房用ヒータコア（２
８）からなることを特徴としている。従って、第２回路
（１９）により、流入手段（８）および流出手段（７）
を通して断熱容器（３９）から車室内暖房用ヒータコア
（２８）に、蓄熱材（９）の融点以下の温度であるエン
ジン冷却水を循環させると、蓄えられている潜熱はエン
ジン冷却水に放出されるので、蓄熱材（９）は液体から
固体となり、エンジン冷却水は加熱される。この加熱さ
れたエンジン冷却水と空気を車室内暖房用ヒータコア
（２８）で熱交換することにより、エンジン冷却水が暖
まっていない車両用エンジン（２５）の始動直後でも即
効で車室内の暖房を行うことができる。

【００１５】さらに、第１回路（２０）により、流入手
段（８）および流出手段（７）を通して車両用エンジン
（２５）から断熱容器（３９）を経て車室内暖房用ヒー
タコア（２８）に、蓄熱材（９）の融点以下の温度であ
るエンジン冷却水を循環させると、蓄えらている潜熱は
エンジン冷却水に放出されるので、蓄熱材（９）は液体
から固体となり、エンジン冷却水は加熱される。この加
熱されたエンジン冷却水により、車室内の即効暖房およ
び車両用エンジン（２５）の始動直後の暖機時間を短縮
できる。この車両用エンジン（２５）の暖機時間短縮に
より、排ガス浄化やエンジン燃費の向上が期待できる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図に示す実施形態
について説明する。（第１の実施形態）図１〜図６は本発明の第１の実施形
態を示すもので、本発明を自動車用即効ヒータに適用し
た例を示す。

【００１７】図４において１は本発明の攪拌機能付蓄熱
器であり、これについては後で説明する。２５は自動車
を駆動するための水冷式のエンジンで、２６はエンジン
２５のウォータジャケット、１４はエンジン冷却水冷却
用のラジエータ、１５はラジエータ１４に強制送風する
ファンである。１６はエンジンにより駆動されるウォー
タポンプであり、４１はラジエータ１４と並列に設けら
れたバイパス回路で、４２はラジエータ１４とバイパス
回路への冷却水の流れを制御するサーモスタットであ
る。

【００１８】２８は加熱された冷却水と空気とを熱交換
させて空気を暖めるためのヒータコアで、空調用ダクト
２７内に収納されている。１７はエンジン冷却水を攪拌
機能付蓄熱器１に供給する電動式のウォータポンプで、
１８は空調装置の送風用ファンである。２０は第１回路
で、エンジン２５から攪拌機能付記蓄熱器１を経てヒー
タコア２８にエンジン冷却水が循環するように構成され
ている。１９は第２回路で、攪拌機能付記蓄熱器１から
ヒータコア２８にエンジン冷却水が循環するように構成
されている。１３は第３回路で、エンジン２５からラジ
エータ１４にエンジン冷却水が循環するように構成され
ている。

【００１９】また、５０は本実施形態の自動車用即効ヒ
ータを制御するための制御回路で、水温センサ２３およ
び２４、電磁開閉弁２１、２２、４３、４４、ウォータ
ポンプ１７、送風用ファン１８を制御する。この制御回
路５０は運転者が車両用空調装置操作パネルの即効ヒー
タスイッチ５１を入れると、作動しはじめる。次に図１
ないし３に示す攪拌機能付蓄熱器１の構成を説明する。

【００２０】耐食性金属材料、例えばステンレスからな
る円筒状の内側容器２内に、耐食性金属材料からなる冷
却水分離板６を、内側容器２を半分に仕切るように設置
する。内側容器２は、本例では内側直径１００mm、内側
容積０．８２リットルであり、冷却水分離板６は、強靱
性を保ちつつ、コンパクトに収納するために、板厚１mm
程度に薄くしてある。さらに、一端には穴１２が設けら
れており、内側容器２の底部に穴１２がくるようにす
る。そして、内側容器２の内側高さと同じ長さの蓄熱パ
イプ５を内側容器２内部に隙間なく充填する。これによ
り、蓄熱パイプ５が内側容器２内部で動かないよう、効
率よく収容することができる。なお、各パイプ５は横断
面が円形であるため、各パイプ５の隣接間には後述のエ
ンジン冷却水が通過する流路が形成されることになる。

【００２１】蓄熱パイプ５は熱伝導率のよい、加工性に
優れた耐食性金属材料、例えば黄銅からなり、強靱性を
保ちつつ、熱伝導をよくするために肉厚は薄く、パイプ
径は細くしてあり、本例では直径１４mm、肉厚０．５mm
としている。さらに、一端は完全に封止されており、他
端はネジ穴１１ｂが切ってある。このネジ穴１１ｂか
ら、耐食性金属材料からなる１個の球１０をパイプ５に
入れ、融解している蓄熱材９をパイプ５内へ充填したあ
と、黄銅製のネジ栓１１で封止する。

【００２２】なお、１１ａはネジ栓１１を固定する際
の、スパナ受け部である。蓄熱材９は、定常運転時のエ
ンジン冷却水温度、例えば９０〜１００℃では完全に融
解し、車室内暖房の温風温度に必要なエンジン冷却水温
度、例えば４０〜６０℃では完全に凝固するような、融
解潜熱の大きい塩水和物を用いる。本実施形態では、融
点が７８℃、融解潜熱が７０cal/g である水酸化バリウ
ム八水和物を用いている。ここで、溶融した状態からそ
の相転移の温度以下に冷却しても転移の現象があらわれ
ず、外的衝撃を与えないと転移しないような、過冷却を
おこす物質は、蓄熱材９として用いない。

【００２３】また、球１０は蓄熱パイプ５内で自由に動
くことができ、しかも蓄熱材９を攪拌しうる大きさにし
てあり、本例では蓄熱パイプ５の直径の半分である直径
７mmとしている。そして、０．８２リットルの内側容器
２内には０．４６リットルの蓄熱材９、０．０６リット
ルの蓄熱パイプ５、０．３リットルのエンジン冷却水が
収容されている。

【００２４】耐食性金属材料からなる筒状の外側容器３
は、内側容器２を内蔵し、外側容器３と内側容器２の間
に外部との熱交換を遮断するための真空断熱層４が介在
している。ここで、内側容器２、外側容器３、真空断熱
層４は、外部との熱交換を遮断するための断熱容器３９
を構成している。さらに、内側容器２および外側容器３
の上部に耐食性金属材料からなるエンジン冷却水入口パ
イプ８、エンジン冷却水出口パイプ７をそれぞれ気液密
的に接続する。

【００２５】そして、蓄熱パイプ５が地面に対して水平
となり、エンジン冷却水入口パイプ８が下方、エンジン
冷却水出口パイプ７が上方となるように攪拌機能付蓄熱
器１を図示しない自動車のエンジンルームに設置する。
エンジン冷却水を下方から上方へ流すこと、冷却水分離
板６を設けてエンジン冷却水蓄熱容器５内をＵターン状
に流通させること、さらに冷却水分離板６の穴１２の大
きさによりエンジン冷却水の流量を調節することによ
り、熱交換の効率をよくしている。

【００２６】次に、上記構成において本実施形態の作動
を説明する。まず、エンジン２５を始動し、運転者が車
両用空調装置操作パネルの即効ヒータスイッチ５１を入
れると、制御回路５０により電磁開閉弁２１、２２が閉
じられ、電磁開閉弁４３、４４は開かれ、ウォータポン
プ１７により外気温程度に温度の下がったエンジン冷却
水が第２回路１９を通って攪拌機能付蓄熱器１に流れ込
む。このエンジン冷却水は蓄熱材の融点以下の温度なの
で、蓄熱材９は冷やされて液体から固体となり蓄えてい
た潜熱を放出し、蓄熱パイプ５の壁を通じて内側容器２
内のエンジン冷却水を加熱し、エンジン冷却水の温度を
急速に上昇させることができる。

【００２７】この暖められたエンジン冷却水をウォータ
ポンプ１７によりヒータコア２８に供給すると、送風用
ファン１８により送られた外気温程度の空気と熱交換を
して車室内に暖かい空気を送風する。この時、エンジン
冷却水は第２回路１９内で循環され、内側容器２で暖め
られたエンジン冷却水を継続してヒータコア２８に供給
する。よって、エンジン２５が十分に暖まっていなくて
も、瞬時に暖かい風を車室内に送ることができるので、
自動車用即効ヒータとしての機能を果たす。

【００２８】このような即効ヒータが作動しているうち
に、エンジン２５の温度が上昇し、エンジン２５から供
給されるエンジン冷却水の温度は上昇する。エンジン２
５から供給されるエンジン冷却水の温度Ｔ₂は水温セン
サ２４により検出され、ヒータコア２８に流入するエン
ジン冷却水の温度Ｔ₁は水温センサ２３により検出さ
れ、その検出信号が制御回路５０に送られる。制御回路
５０においてＴ₂＞Ｔ₁と判断すると制御回路５０が作
動して電磁開閉弁２１、２２、４４を開き、電磁開閉弁
４３を閉じ、ウォータポンプ１７を停止する。このた
め、エンジン２５で暖められたエンジン冷却水の一部
が、分岐部Ａを経て矢印のごとく開閉弁２１、ウォータ
ポンプ１７を通って、攪拌機能付蓄熱器１、ヒータコア
２８に至り、開閉弁２２を通って第１回路２０、ウォー
タポンプ１６からエンジン２５に至る。これが通常の暖
房運転であり、ヒータコア２８にはエンジン２５からの
冷却水が供給される。

【００２９】ここで、エンジン冷却水温度が設定温度以
下のときはサーモスタット４２がバイパス回路４１側を
開口して、バイパス回路４１側に冷却水を流している
が、さらに冷却水温度が上昇して設定温度以上になる
と、サーモスタット４２がラジエータ１４側を開口し
て、バイパス回路４１側を閉鎖する。よって、エンジン
２５で暖められたエンジン冷却水はラジエータ１４によ
り冷却され、かつ攪拌機能付蓄熱器１、ヒータコア２８
を循環するようになっている。

【００３０】そして、エンジン冷却水入口パイプ８よ
り、エンジン冷却水が内側容器２に流入し、冷却水分離
板６を通過後、エンジン冷却水出口パイプ７から流出す
る。エンジン冷却水の温度が７８℃以上になると蓄熱材
９は潜熱を吸収して固体から液体に相転移する。一方、
車が走行していることによる振動や右折、左折、停車、
発車によって、球１０が蓄熱パイプ５中で振動、回転
し、上下、前後、左右と三次元に動くので、溶解した蓄
熱材９が攪拌されて融解の際に生じる水の分布が均一と
なり融点以上の温度で高融点、高密度の未溶解結晶が析
出するのを防ぐ。もし、水の分布が不均一であると、図
６に示すような未溶解成分Ba(OH)₂ ・2.4H₂Oと溶解成分B
a(OH)₂ ・5.4H₂O およびBa(OH)₂ ・7.3H₂O に相分離して
しまう。

【００３１】エンジンを停止した後、断熱容器３９によ
り熱の出入りが遮断されているので、蓄熱材９にエンジ
ン冷却水から吸収した潜熱が蓄えられる。再び即効ヒー
タを作動させるには、エンジン始動後に即効ヒータスイ
ッチ５１を入れる操作を繰り返せばよい。以下に、本実
施形態の攪拌機能付蓄熱器の吸熱、放熱特性の実験結果
について、図５に基づいて説明する。

【００３２】この実験には、上述の蓄熱パイプ５を１本
用い、蓄熱材９として水酸化バリウム八水和物を用いて
いる。そして、図５に示すグラフは、１０℃の恒温槽に
予め浸漬しておいた蓄熱パイプ５を、９０℃の恒温槽に
約２２分間浸漬させ、その後さらに、１０℃の恒温槽に
約１０分間蓄熱パイプ５を浸漬させたときの、蓄熱材９
の温度（図５中実線で示す）、および、恒温槽の水温
（図５中点線で示す）を示すものである。

【００３３】そして、このグラフからわかるように、完
全に凝固した状態である蓄熱材９を備えた蓄熱パイプ５
を９０℃の水槽に浸漬すると、蓄熱材９は、約１６分で
温水から熱を吸収して（潜熱を蓄えて）完全に融解す
る。その後、この蓄熱パイプ５を１０℃の水槽に浸漬す
ると、蓄熱材９は、４分で潜熱を温水に放出して完全に
凝固する。

【００３４】この急速融解、急速凝固の特性は自動車用
即効ヒータに適しており、特に、自動車用即効ヒータと
しては、エンジンの始動後、約５分の間に放熱する必要
がある、ということが発明者により確認されているが、
本実施形態は、この必要性を満足するものである。（第２の実施形態）図７は、第１の実施形態における攪
拌機能付蓄熱器１を、ラジエータ１４から流れ出て、エ
ンジン２５に流れ込む回路中に設けた第２の実施形態で
ある。エンジン２５始動後、図示しないセンサおよび制
御回路により電磁開閉弁４４を閉じれば、ウォータポン
プ１６により加熱された冷却水をエンジン２５のみに供
給するので、攪拌機能付蓄熱器１に蓄えられた潜熱を全
てエンジン２５の暖機時間短縮に利用することができ
る。蓄えられた潜熱を暖房には用いないので、電磁開閉
弁２１、２２、４３、温度センサ２３、２４、ウォータ
ポンプ１７を廃止している。

【００３５】（第３の実施形態）図８において、攪拌機
能付蓄熱器１により加熱された冷却水をヒータコア２８
に供給し、そのままエンジン２５に流しているので、攪
拌機能付蓄熱器１に蓄えられた潜熱を、車室内暖房に優
先的に用い、さらにエンジン２５の暖機時間短縮にも利
用できる。蓄えられた潜熱を暖房のみには用いないの
で、第１の実施形態における電磁開閉弁２１、２２、４
３、４４、温度センサ２３、２４、ウォータポンプ１７
を廃止している。

【００３６】以下に示す第４〜第１０の実施形態は、蓄
熱材９を攪拌する攪拌手段の変形例である。（第４の実施形態）図９において、エンジン冷却水入口
パイプ８、エンジン冷却水出口パイプ７の一部は弾性変
形自在なベローズ２９により構成されている。断熱容器
３９下部の一端をカム３０、他端を支持台３１により支
えられている。カム３０は駆動手段をなすモータ３２に
より回転するようになっている。

【００３７】なお、本実施形態の攪拌機能付蓄熱器１に
は、蓄熱材９の温度を検出する図示しないセンサが備え
られており、このセンサにて蓄熱材９が融点以上である
ことが検出されているとき、つまり、蓄熱材９が溶融し
ていると推定されるとき、モータ３２が駆動するよう
に、図示しない制御回路にて制御している。そして、モ
ータ３２にてカム３０を回転させることにより、断熱容
器３９の一端を上下させ、蓄熱パイプ５中の球１０を動
かして蓄熱材９を攪拌するようにしている。

【００３８】（第５の実施形態）図１０において、３８
は耐食性金属材料からなり、熱媒体が自由に出入りでき
るように構成された金網状の蓄熱パイプラックである。
蓄熱パイプラック３８の両端に支持棒３４を設け、蓄熱
パイプラック３８の内部に蓄熱パイプ５を隙間なく充填
してある。断熱容器３９の一端にはモータ３２で回転で
きるカム３０がエンジン冷却水入口パイプ８とは異なる
場所に挿入してあり、他端内部には支持台３１が備えら
れている。

【００３９】断熱容器３９の内部に蓄熱パイプラック３
８が支持台３１とカム３０に支えられた状態で取り付け
てある。また、モータ３２の軸３２ａと断熱容器３９の
嵌合部分は熱媒体が漏れないようＯリング３３でシール
してある。モータ３２にてカム３０を回転させることに
より、蓄熱パイプラック３８の一端を上下させている。

【００４０】（第６の実施形態）図１１において、蓄熱
パイプラック３８の両端に支持棒３４を設け、回転羽根
３５が、支持棒３４に固定してある。エンジン冷却水入
口パイプ８、エンジン冷却水出口パイプ７の内側に支持
棒３４を回転可能に支持するための軸受け３６が備えら
れている。

【００４１】回転羽根３５がエンジン冷却水の流れの力
を受けて回転し、それにより蓄熱パイプラック３８を回
転させ、蓄熱パイプ５中の蓄熱材９を攪拌するようにし
ている。（第７の実施形態）図１２において、エンジン冷却水入
口パイプ８、エンジン冷却水出口パイプ７の一部はベロ
ーズ２９により構成されており、振動源を有する装置、
例えば自動車やエンジンなどに搭載する。

【００４２】ベローズ２９により、自動車やエンジンな
どによる揺れを増幅させて断熱容器３９を揺らして、蓄
熱パイプ５中の蓄熱材９を攪拌するようにしている。（第８の実施形態）図１３において、断熱容器３９の内
側と蓄熱パイプラック３８の外側にバネ３７を配置する
ことにより、断熱容器３９の内部に蓄熱パイプラック３
８を弾性的に固定してある。

【００４３】バネ３７により、自動車やエンジンなどに
よる揺れを増幅させて断熱容器３９を揺らすことができ
る。（第９の実施形態）図１４において、断熱容器３９の一
端中央部にエンジン冷却水入口パイプ８、他端中央部に
エンジン冷却水出口パイプ７を気液密的に接続してあ
る。エンジン冷却水入口パイプ８、エンジン冷却水出口
パイプ７は、固定されている配管４０により回転可能に
支持されている。この嵌合部分はエンジン冷却水が漏れ
ないようＯリング３３でシールしてある。エンジン冷却
水入口パイプ８、エンジン冷却水出口パイプ７の外側に
プーリ４５を固定し、プーリ４５には回転用ベルト３２
が備えられている。

【００４４】図示しないエンジンの力により回転用ベル
ト３２を介して断熱容器３９を回転させ、蓄熱パイプ５
中の蓄熱材９を攪拌するようにしている。（第１０の実施形態）図１５において、蓄熱パイプラッ
ク３８の一端に支持棒３４を設け、モータ３２により、
支持棒３４を介して蓄熱パイプラック３８が回転できる
ようになっている。さらに、断熱容器３９の端から支持
棒３４を通して蓄熱パイプラック３８が挿入してあり、
この嵌合部分は冷却水が漏れないようＯリング３３でシ
ールしてある。

【００４５】（第１１の実施形態）図１６に示す本実施
形態では、前述の第１の実施形態における冷却水分離板
６を廃止して、代わりに多孔パイプ３００を設けてい
る。さらに、前述の第１の実施形態では、エンジン冷却
水出口パイプ７およびエンジン冷却水入口パイプ８を、
断熱容器３９において、それぞれ別の場所から取り出し
ていたが、本実施形態では、断熱容器３９の図１６中左
側面から略垂直に円筒状に突出する円筒状突出部３９ａ
を断熱容器３９に１つだけ設け、この円筒状突出部３９
ａに、エンジン冷却水出口パイプ７およびエンジン冷却
水入口パイプ８を設けている。

【００４６】この円筒状突出部３９ａは、断熱容器３９
の内部と外部とを連通するためのもので、円筒状突出部
３９ａにより、請求項でいう断熱容器３９の開口部を形
成しており、この円筒状突出部３９ａも、内側容器２
と、外側容器３と、真空断熱層４とから構成されてい
る。なお、図１６中３ａは断熱容器３９の内側容器２と
外側容器３との間の真空断熱層４中の空気を抜くための
空気抜き部である。

【００４７】そして、円筒状突出部３９ａには、耐熱
性、耐食性に優れ、熱伝導性の悪い弾性部材、例えばシ
リコンゴムからなる封止栓１００が圧着固定されてお
り、この封止栓１００により、エンジン冷却水出口パイ
プ７およびエンジン冷却水入口パイプ８が、円筒状突出
部３９ａに気液密に接続されている。具体的に、この封
止栓１００は、円筒状突出部３９ａの内径よりもわずか
に大きい径を有する第１円柱部１０１と、円筒状突出部
３９ａの外径と同じ径の第２円柱部１０２とを一体に備
えたもので、この封止栓１００の中央部には、軸方向に
貫通する２つの貫通孔１０３、１０４が形成されてい
る。

【００４８】さらに、円筒状突出部３９ａには、エンジ
ン冷却水出口パイプ７およびエンジン冷却水入口パイプ
８を一体に備えたコップ形状の蓋部材２００が設けられ
ている。具体的には、この蓋部材２００の底面部２０１
に、エンジン冷却水出口パイプ７およびエンジン冷却水
入口パイプ８が貫通した状態で、これらパイプ７、８を
溶接にて底面部２０１に固定している。そして、パイプ
７、８の一端は、封止栓１００の貫通孔１０３、１０４
に嵌合した状態で、封止栓１００の弾性力にて圧着固定
されている。

【００４９】そして、この蓋部材２００の開口側端面に
は鍔状部２０２が形成されており、この鍔状部２０２に
対応して、円筒状突出部３９ａの外周部にも、鍔状部３
９ｂを有する円筒部材３９ｃが溶接にて一体に固定され
ている。そして、鍔状部２０２と鍔状部３９ｂを、ボル
ト２０３により締結固定して、円筒状突出部３９ａに蓋
部材２００を組付けている。

【００５０】また、多孔パイプ３００は、一端が開口
し、他端が閉塞した筒状部材からなり、その壁面に複数
の孔３０１が形成されている。そして、この多孔パイプ
３００の一端に設けられた取付口３０２が、封止栓１０
０の貫通孔１０４に嵌合した状態で、封止栓１００に圧
着固定されている。この多孔パイプ３００は、例えば、
長さＬ１が１５０ｍｍ、内径が１２ｍｍ、外径が１４ｍ
ｍ、取付口３０２の外径は６ｍｍであり、この多孔パイ
プ３００の孔３０１は、直径３ｍｍで、多孔パイプ３０
０の軸方向に５個、円周方向に４個並ぶように、合計２
０個形成されている。

【００５１】また、本実施形態の蓄熱パイプ５は、図１
７に示すように、黄銅からなる中空筒状のパイプの両端
に、黄銅からなる蓋５１、５２を溶接にて接合したもの
である。そして、この蓄熱パイプ５は、例えば、長さＬ
２が１４０ｍｍ、肉厚が０．２ｍｍ、外径が２０ｍｍで
あり、この溶接には、Ba(OH)₂ ・8H₂O に対する腐食性に
優れた銀ろうを用いた。そして、蓋５２には、ＰＴ１／
８の管用ネジ穴１１ｂが切ってあり、このネジ穴１１ｂ
から直径８ｍｍの球１０を入れ、このネジ穴１１ｂにネ
ジ栓１１を締めつけている。

【００５２】なお、図１６において、本実施形態の攪拌
機能付蓄熱器１は、例えば、外部容器３の幅Ｈ２が１７
２ｍｍ、直径が１１２ｍｍであり、内部容器２の幅Ｈ１
が１５０ｍｍ、直径が１００ｍｍである。そして、円筒
状突出部３９ａの内径は２２ｍｍであり、図１８（ａ）
に示すように、この断熱容器３９に蓄熱パイプ５を１９
本充填している。

【００５３】また、エンジン冷却水出口、入口パイプ
７、８の外径は６ｍｍ、封止栓１００の貫通孔１０３、
１０４の直径は５ｍｍであり、封止栓１００としてシリ
コンゴムを用いている。ここで、断熱容器３９の円筒状
突出部３９ａの内径は、蓄熱パイプ５が挿入できる範囲
内でできるだけ小さいものとした。そして、上記構成の
攪拌機能付蓄熱器において、エンジン２５（図４参照）
側から供給された温水が、エンジン冷却水入口パイプ８
から流入すると、封止栓１００の貫通孔１０４を通って
多孔パイプ３００に流入し、さらに、この多孔パイプ３
００内の温水が多孔パイプ３００の孔３０１から勢いよ
く吹き出す。そして、断熱容器３９内の蓄熱パイプ５の
周囲を循環して、蓄熱パイプ５内の蓄熱材９と熱交換を
行い、封止栓１００の貫通孔１０３、および、エンジン
冷却水出口パイプ７を通って、温水がエンジン２５（図
４参照）側へ流出するようになっている。

【００５４】以下に、本実施形態の攪拌機能付蓄熱器の
組付方法を図１９および図２０に基づいて説明する。ま
ず、図１９（ａ）に示すように、円筒状突出部３９ａが
上方にくるように断熱容器３９を配置し、円筒状突出部
３９ａから蓄熱パイプ５を挿入する。ここで、蓄熱パイ
プ５は、図１７に示すように、蓋５１側底面が平らで、
この底面が蓄熱パイプ５の長手方向に垂直になってお
り、さらに外径が２０ｍｍであるため、この断熱容器３
９の平らな底面部に、安定的に立った状態となる。

【００５５】そして、図１９（ｂ）に示すように、棒４
００にて蓄熱パイプ５を断熱容器３９内の側方側に少し
ずつよせる。この作業を繰り返して、図１９（ｃ）に示
すように、６〜７本（図中奥側にも図示されていない蓄
熱パイプ５が配置している）の蓄熱パイプ５を断熱容器
３９内に挿入する。このとき、蓄熱パイプ５は、棒４０
０で移動させただけなので、蓄熱パイプ５同志の間には
多少隙間が存在する。そこで、図２０（ａ）に示すよう
に断熱容器３９を倒し、この断熱容器３９を図中矢印Ｒ
方向に回転させることで、上記隙間をできるだけ小さく
し、蓄熱パイプ５を順序よくそろえる。

【００５６】そして、図２０（ｂ）に示すように、再び
円筒状突出部３９ａが上方にくるように断熱容器３９を
配置し、さらに、断熱容器３９内に蓄熱パイプ５を挿入
し、この蓄熱パイプ５を断熱容器３９内の空いた部分に
棒４００で移動させつつ充填していく。なお、必要に応
じて、図２０（ａ）および図２０（ｂ）に示す作業を繰
り返して、蓄熱パイプ５を断熱容器３９内に最密充填す
る。ここで、最密充填とは、図１８（ａ）に示すよう
に、多孔パイプ３００を１本いれた状態の断熱容器３９
内に蓄熱パイプ５をできるかぎり充填した状態のことで
ある。

【００５７】そして、図２０（ｃ）に示すように、貫通
孔１０４に多孔パイプ３００を圧入固定させた状態の封
止栓１００の第１円柱部１０１を、断熱容器３９の円筒
状突出部３９ａに圧入固定する。そして、図２０（ｄ）
に示すように、エンジン冷却水出口パイプ７およびエン
ジン冷却水入口パイプ８を一体に備えた蓋部材２００
を、封止栓１００の第２円柱部１０２に配置して、エン
ジン冷却水出口、入口パイプ７、８の一端を、封止栓１
００の貫通孔１０３、１０４に圧着固定させつつ、鍔状
部３９ｂと鍔状部２０２とを、ボルト２０３により締結
固定して、断熱容器３９の円筒状突出部３９ａに蓋部材
２００を組付けている。

【００５８】以下に、本実施形態の攪拌機能付蓄熱器１
における蓄熱材９の凝固、融解特性の実験結果を図１６
および図２１に基づいて説明する。図２１に示すグラフ
は、約８０〜９５℃の温水を約３３分間攪拌機能付蓄熱
器１に循環させた後、約２５℃の水を８分間この攪拌機
能付蓄熱器１に循環させたときの、蓄熱材９の温度（図
２１中実線で示す）、および、エンジン冷却水入口パイ
プ８内の温水温度（図２１中点線で示す）を測定した結
果である。

【００５９】温水供給源としては、温度設定可能な恒温
槽を用いている。そして、この恒温槽の設定温度を９５
℃とし、この恒温槽の入口、出口と、攪拌機能付蓄熱器
１の上記出口、入口パイプ７、８とを接続して、恒温槽
と攪拌機能付蓄熱器１との間に、温水を循環させてい
る。なお、図２１のグラフでは、エンジン冷却水入口パ
イプ８内の温水温度が８０℃から徐々に上昇して９５℃
に達しているが、これは、恒温槽の温水温度が８０℃程
度のときから、それぞれの温度の測定をはじめているた
めである。

【００６０】また、９５℃の温水から２５℃の水に切り
替えるに当たっては、上記恒温槽の入口、出口と、攪拌
機能付蓄熱器１の出口、入口パイプ７、８との接続を絶
ってから、水道水（２５℃）をエンジン冷却水入口パイ
プ８から流速４．５ｌ／minで供給し、エンジン冷却水
出口パイプ７からの水はそのまま外部へ排出している。

【００６１】そして、このグラフからわかるように、９
５℃の恒温槽内の温水を攪拌機能付蓄熱器１に約３０分
間循環させることにより、蓄熱材９は温水から熱を吸収
して（潜熱を蓄えて）完全に融解する。そして、蓄熱材
９が融解した状態の攪拌機能付蓄熱器１に、約２５℃の
水を約４．２分間供給することにより、蓄熱材９は潜熱
を水に放出して完全に凝固する。

【００６２】このような、急速融解、急速凝固の特性
は、自動車用即効ヒータに適している。特に、自動車用
即効ヒータとしては、エンジンの始動後、約５分の間に
放熱する必要がある、ということが発明者により確認さ
れているが、本実施形態は、この必要性を満足するもの
である。以下に、本実施形態の奏する効果を述べる。

【００６３】まず、図１８（ｂ）に示すように、冷却水
分離板６を備えた上記第１の実施形態では、例えば、断
熱容器３９の内径を１００ｍｍ、蓄熱パイプ５の外径を
２０ｍｍ、冷却水分離板６の厚さを１ｍｍとした場合、
断熱容器３９内部に蓄熱パイプ５を１４本（蓄熱容器３
９内部の体積に対する蓄熱材９の充填率は５６％）充填
できるものであった。

【００６４】これに対して、冷却水分離板６の替わり
に、外径１４ｍｍの多孔パイプ３００を用いた本実施形
態では、図１８（ａ）に示すように、断熱容器３９内部
に蓄熱パイプ５を１９本（上記充填率は７７％）充填す
ることができる。よって、本実施形態によれば、より効
率よく蓄熱パイプ５を断熱容器３９内に収納することが
できる。

【００６５】ここで、攪拌機能付蓄熱器１機当たりの蓄
熱材９の所定充填量が決められた場合、この所定充填量
を内蔵できる蓄熱パイプ５の必要本数が決まるが、本実
施形態によれば、より効率よく断熱容器３９内にこの蓄
熱パイプ５を収納できるので、必要本数を収納するため
の断熱容器３９の内部容積がより小さくてすみ、ひいて
は、攪拌機能付蓄熱器の小型化を図ることができる。

【００６６】また、エンジン冷却水出口、入口パイプ
７、８を、断熱容器３９においてそれぞれ別の場所に設
ける場合、断熱容器３９には、その内部と外部とを連通
する開口部（本実施形態でいう円筒状突出部３９ａ）が
２つ必要であり、この一方の開口部は蓄熱パイプ５がス
ムースに挿入できる程度の断面積が必要でる。これに対
して、本実施形態では、開口部、つまり、円筒状突出部
３９ａは１つのみであり、しかも、この円筒状突出部３
９ａにより形成される開口部は蓄熱パイプ５がスムース
に挿入できる程度の断面積である。そして、一般に、断
熱容器に関しては、開口部の数が少なく、その開口部の
断面積が小さい方が保温性に優れることが知られている
ので、本実施形態によれば、上記第１の実施形態のよう
な、開口部が２つの断熱容器３９に比べて保温性を向上
できる。

【００６７】また、断熱容器３９は溶接により形成され
るものであり、断熱容器３９の円筒状突出部３９ａが１
つである本実施形態では、この断熱容器３９の形成時に
おいて溶接箇所が少なくてすみ、断熱容器３９を安価に
得ることができる。また、断熱容器３９の円筒状突出部
３９ａが１つの攪拌機能付蓄熱器において、多孔パイプ
３００を採用することにより、この断熱容器３９内部に
てエンジン冷却水を循環させることができ、この断熱容
器３９内の蓄熱材９とエンジン冷却水とが熱交換するこ
とができる。

【００６８】（他の実施形態）なお、上記実施形態では
蓄熱材９として水酸化バリウム八水和物（Ba(OH)₂ ・8H₂
O ）を使用したが、他にも、融点が８９℃、融解潜熱が
３８ｃａｌ／ｇである硝酸マグネシウム六水和物（Mg(N
O₃)₂ ・6H₂O）などを用いることができる。また、本発明
は自動車用即効暖房装置に限らず、家庭用等の即効暖房
装置、温水給湯器にも適用できる。

【００６９】また、上記実施形態では、蓄熱パイプ５は
円筒形状であったが、本発明はこれに限定されることは
なく、楕円形状であってもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態を示す蓄熱装置の構成
を説明する断面図である。

【図２】本発明の第１の実施形態を示す攪拌装置の正面
図である。

【図３】本発明の第１の実施形態を示す冷却水分離板の
正面図である。

【図４】本発明の第１の実施形態を示すエンジン冷却水
の系統図である。

【図５】黄銅製蓄熱パイプに充填されている水酸化バリ
ウム八水和物の融解−凝固特性を示すグラフである。

【図６】相分離した水酸化バリウム八水和物の含水率分
布（９０℃）を示す図である。

【図７】本発明の第２の実施形態を示す系統図である。

【図８】本発明の第３の実施形態を示す系統図である。

【図９】本発明の第４の実施形態を示す断面図である。

【図１０】本発明の第５の実施形態を示す断面図であ
る。

【図１１】本発明の第６の実施形態を示す断面図であ
る。

【図１２】本発明の第７の実施形態を示す断面図であ
る。

【図１３】本発明の第８の実施形態を示す断面図であ
る。

【図１４】本発明の第９の実施形態を示す断面図であ
る。

【図１５】本発明の第１０の実施形態を示す断面図であ
る。

【図１６】本発明の第１１の実施形態を示す断面図であ
る。

【図１７】本発明の第１１の実施形態における蓄熱パイ
プの断面図である。

【図１８】（ａ）は第１１の実施形態における断熱容器
の断面図で、（ｂ）は第１の実施形態における断熱容器
の断面図である。

【図１９】（ａ）〜（ｃ）は第１１の実施形態の攪拌機
能付蓄熱器の組付方法を示す図である。

【図２０】（ａ）〜（ｄ）は第１１の実施形態の攪拌機
能付蓄熱器の組付方法を示す図である。

【図２１】第１１の実施形態における水酸化バリウム八
水和物の融解−凝固特性を示すグラフである。

【符号の説明】

１…攪拌機能付蓄熱器、２…内側容器、３…外側容器、
４…真空断熱層、５…蓄熱パイプ、７…エンジン冷却水
出口パイプ、８…エンジン冷却水入口パイプ、９…蓄熱
材、１０…球、１３…第３回路、１６…ウォータポン
プ、１７…ウォータポンプ、１９…第２回路、２０…第
１回路、２５…エンジン、２８…ヒータコア、３９…断
熱容器、４１…バイパス回路。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】液相と固相との間を潜熱の吸収、放出を
伴って可逆的に相転移し、過冷却を起こさない塩水和物
からなる蓄熱材（９）と、前記蓄熱材（９）を内蔵し、熱伝導性材料で形成されて
いる蓄熱容器（５）と、前記蓄熱材（９）を攪拌する攪拌手段（１０）と、前記蓄熱容器（５）および前記蓄熱容器（５）との間で
熱交換をする熱媒体を内蔵し、かつ外部環境との間の断
熱を行う断熱手段（４）が備えられている断熱容器（３
９）と、前記断熱容器（３９）に設けられ、前記熱媒体を前記断
熱容器（３９）に流入、流出させる流入手段（８）およ
び流出手段（７）と、を備えていることを特徴とする攪拌機能付蓄熱器。
【請求項２】前記攪拌手段は、前記蓄熱容器（５）内
にて移動自在な球（１０）を備えており、前記球（１
０）を前記蓄熱容器（５）内にて移動させ、前記蓄熱材
（９）を攪拌するように構成されていることを特徴とす
る請求項１に記載の攪拌機能付蓄熱器。
【請求項３】前記攪拌手段（１０）は、前記蓄熱容器
（５）外部に備えられている駆動手段（３２、３５）に
て前記蓄熱容器（５）を振動または回転するように構成
されていることを特徴とする請求項１または２に記載の
攪拌機能付蓄熱器。
【請求項４】振動源を有する装置に適用される攪拌機
能付蓄熱器（１）であって、前記攪拌手段は、前記蓄熱
容器（５）または前記断熱容器（３９）を弾性的に支持
する弾性支持手段（２９、３７）を有し、前記振動源の
振動により前記弾性支持手段（２９、３７）を介して前
記蓄熱容器（５）または前記断熱容器（３９）を振動さ
せるように構成されていることを特徴とする請求項１な
いし３のいずれか１つに記載の攪拌機能付蓄熱器。
【請求項５】前記断熱容器（３９）内に、前記蓄熱容
器（５）が複数備えられており、前記蓄熱容器（５）は、両端が閉塞した筒状部材からな
り、この内部に前記蓄熱材（９）および前記球（１０）
を備えていることを特徴とする請求項１ないし４のいず
れか１つに記載の攪拌機能付蓄熱器。
【請求項６】前記流入手段（８、１０４）からの前記
熱媒体が一端から導入される筒状部材（３００）が前記
断熱容器（３９）内に備えられており、前記筒状部材（３００）の壁面には、孔部（３０１）が
設けられており、前記筒状部材（３００）の前記孔部（３０１）から、前
記筒状部材（３００）内の前記熱媒体を前記断熱容器
（３９）内へ流出することを特徴とする請求項１ないし
５のいずれか１つに記載の攪拌機能付蓄熱器。
【請求項７】前記断熱容器（３９）には、その内部と
外部とを連通する開口部（３９ａ）が１箇所のみ形成さ
れており、前記開口部（３９ａ）に、前記流入手段（８、１０４）
および流出手段（７、１０３）が備えられていることを
特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載の攪
拌機能付蓄熱器。
【請求項８】前記攪拌手段は、前記蓄熱材（９）が融
解時に該蓄熱材（９）を攪拌することを特徴とする請求
項１ないし７のいずれか１つに記載の攪拌機能付蓄熱
器。
【請求項９】請求項１ないし８のいずれか１つに記載
の攪拌機能付蓄熱器（１）と、前記熱媒体は温水からなり、前記温水を供給する温水供
給源（２５）と、前記攪拌機能付蓄熱器（１）および前記温水供給源（２
５）から供給される前記温水と空気とを熱交換して室内
の暖房を行う暖房用熱交換器（２８）と、前記流入手段（８）および前記流出手段（７）を通し
て、前記温水供給源（２５）から前記断熱容器（３９）
を経て前記暖房用熱交換器（２８）に前記温水が循環す
るように構成された第１回路（２０）と、前記流入手段（８）および前記流出手段（７）を通し
て、前記断熱容器（３９）から前記暖房用熱交換器（２
８）に前記温水が循環するように構成された第２回路
（１９）と、を備えていることを特徴とする温水式暖房装置。
【請求項１０】前記温水はエンジン冷却水からなり、前記温水供給源は車両用エンジン（２５）からなり、前記暖房用熱交換器は車両の車室内暖房用ヒータコア
（２８）からなることを特徴とする請求項９に記載の温
水式暖房装置。