JPS61129317A - 自動車用蓄熱式暖房装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野１ 本発明は、平衡特性の異なる２種ブイ１の金属水素化物
間で行われる水素の授受の際、水素吸収現象に伴ってで
１する吸収熱を暖房用熱源として利用する方式の自動車
用蓄熱式暖房装置に関する。

［従来の技術１ 金属水素化物が水素の吸収・放出に伴って発生する温熱
または冷熱を車両用空気調和装置への給熱源として利用
°する方式の従来の技術としては、特性の相異する２Ｆ
１８類の金属水素化物をそれぞれ納めたタンクを水素ガ
スの導通用管で結び、且つ一方のタンクに水素放出用加
熱源としてのエンジン冷却渇水の配管を組込み、また両
タンクに車苗内空気の吹付は用ファンを取付けてそれぞ
れ冷温風を発生させる型式の省エネルギーと省メンテナ
ンスを１指した装置が知られている。

また水素ボンベと水素放出用バルブを備えている金属水
素化物の収納タンクとをバイブで結び、タンクへの水素
導入時の発熱と水素放出時の吸熱を利用するようにした
携帯式加熱冷却装置も開発されている。

さらにエンジン始動時には冷えている温水ヒータに応急
的温水を供給して即効暖房効果を１ｑるための手段とし
て、走行中に高温に達したエンジン冷１．ＩＩ水を、少
なくとｂ−夜間は高温のまま維持できる保温タンクに蓄
えておき、応急給熱源とする方法も考えられている。

［発明が解決しようとする問題点１ よ記の２種類の金属水素化物をそれぞれ納めたタンクを
水素ガスの導通用パイプで結んだ方式の冷１１ガ）ノ（
装置４；Ｌ、　’（ｒ米の温水ヒータ式暖房装首との組
合Ｕ使用に゛ついでの考慮が払われていないので、６し
この装置のみを甲用する時には、冷房用と暖房用のそれ
ぞれか４ｚり人容徂のタンクを搭載する必要があるので
、車重やスペースの面で不利を招くし、温水ヒータとの
併用を考えるのであれば、両省の作動の組合゛！　ｉｄ
制御をいかに行うかに問題が残されていた。

また水素ボンベを使用する方法は、貴重な水素の浪費を
伴うし、もし回収再使用するのであれば、その１！ｉｌ
置のために１ｉｉｉ格面で、また設置スペース的に大き
な不利益が伴わざるを冑なかった。

さらに【ニンジン始動時、あるいは暖房能力不足時の即
効暖房効果ないしは補助暖房効果を目的とするエンジン
冷却温水の塩蔵方式は、相当にタンク容量を大きくしな
い限り充分な蓄熱量を期待することはできない。

本発明は、従来の温水ヒータ式暖房装置と上述の如き金
属水素化物の発熱特性を活用した暖房システムとを併用
して、極力コンパクトであり、且つ充分イ１熱容ａを備
えて即効暖房を行うことのできる自動車用蓄熱式暖房装
置を提供ジることを目的とする。

［問題点を解決するための手段］ 上記目的を達成するために本発明の自動車用蓄熱式暖房
装置は、エンジン冷却用ウォータージャケットと、温水
ヒータと、金属水素化物Ｂを納めた水素吸蔵用タンクと
、金属水素化物Ａを納めた水素吸収熱発生用タンクと、
前記両タンク内の水素の流通用の水素弁を介在させた連
通管と、前記水素吸収熱を前記温水ヒータに伝えるため
の第１熱交換手段と、前記エンジンの排気熱を前記金属
水素化物Ａに伝えるための第２熱交換手段と、これらの
装置構成要素を電磁通水弁を介して連接させるための温
水配管系と、該配管系の水温センサと、前記電域１通水
弁の制御装置とを備えており、暖Ｆ’Ａ　Ｍ　ｉ（作動
時において、前記水温センナの検知温度が設定端以下の
時には前記水素弁が閉弁じ、前記金属水素化物Ｂの放出
水素を吸収して前記金属水素化物Ａが発熱し、前記第１
熱交換手段を加熱し、また設定温度に昇温後は前記第２
熱交換手段によって金属水素化物へが加熱されて吸収水
素が放出された後、前記水素弁が閉弁される構成を採用
した。

［作用］ 」−記の如ぎ（１／ｉ成からなる本発明の自動車用苔熱
式暖Ｔ）′３装胃は、エンジン始動時や寒冷地での低速
走行１１、冒ｊどてエンジンウォータージャケット内の
冷１４＋水が設定１’ｆ＋Ｘ　ｌσ１：ｌ　１＝におい
て制御装置が動いて水素弁を閉弁さけるので、金属水素
化物へおよびＢを納めである両タンク内の圧力差に基づ
いて、水素が充分に吸蔵されている金属水系化物Ｂから
放出された水素ガスが、水素が放出された状態にある金
属水系化物を納めたタンク内に移動して、水素吸収熱を
発生させる。発生した熱ｔよこのタンク内に組込まれて
いる第１熱交換手段を介してエンジン冷却水を加温する
ので、ウォータージャケット内の冷Ｎ１水に較べて、よ
り高温の温水を温水ヒータに供給することができて、即
効暖房効果ないしは補助暖房効果が得られる。

金属水素化物Ｂの吸蔵水素が金属水素化物△に移転し終
っＩこ時期には、金属水素化物Ａの貯溜タンクはこのタ
ンク内に組込まれているエンジン排気熱を吸熱源とする
第２熱交換手段によって金属水素化物Ａの水素放出が開
始される温度にまで胃温するので、一旦吸収された水素
は再び水素弁を通過して低圧側の金属水素化物Ｂの貯溜
タンク内に流入し、水素の再吸藏が行われて即効暖房の
１サイクルが完結する。そこで水素弁を閉ざして水素ガ
スの移動を停止させ、次の即効暖房の機会に備えイν１
゜ ［実施１９１＋　１ 以下に木（７１：１−７）嬰動市用蓄熱式暖呪装置をイ
ー」図に阜づいてい体的に説明ｆる。

第１図ｔよ本冗明装ｚ１のシステム図であって、Ｅは白
勅中エンジン、１はエンジン冷部用ラジェータ、２は冷
７ＪＩ水循環用ウオーターポンプ、３はエンジンウォー
タージャケットに取付られた冷部水の水Ｑｂンリ、４（
Ｊ暖房用温水ヒータ（ヒータコア）、５４；Ｈ品風発生
用ファン、６は金ｋｊ（水素化物Ｂの貯溜タンク、７は
金属水素化物Ａの貯溜タンク、８（よタンク６とタンク
７内に存在する水素ガスの導通用連通管で、いずれもス
テンレススチールで気密−１４圧構造に作られている。

９は連通管８に介在さＶだ水素弁、１０は金属水素化１
力△の貯溜タンク７内に組込まれたエンジン冷月１水の
加温用の蛇管状をなり第１熱交換手段、１１は同じくタ
ンクｒ内に挿通されたエンジンＥのリド気管の一部ある
いはそのバイパス管などからなる第２熱交換手段である
。１２はエンジン冷却水を第１熱交換手段１０に循環さ
せる管路に介在さぼた電磁通水弁、１３はエンジン冷却
水を温水ヒータ４に循環させる管路に介在させ〕ζ電磁
通水弁、１４は電磁弁としての水素弁９と電磁通水弁１
２と１３の開閉を水温センサ３からの温度情報に基づい
て制御するためのコントロールアンプ、１５は車載バッ
テリ電源である。

図中の矢印は第１熱交換手段１０を働かせる即効暖房サ
イクル時における暖房用温水の流路を示している。

水索吸藏の役目を帯びた金属水系化物Ｂとしてはｌａ　
Ｎｉ　ｓが、また水素吸収熱を発生させるための金属水
素化物ΔとしてはＭｇ２ＮｉやＬａＮ１ｔ、ａａ、Ａ１
αηが、その金属成分の代表例としてあげられる。

第２図は金属水素化物Ｂが水素を放出し終った後、金属
水系化物八が吸蔵している水素を再び曲名にもどすため
の蓄熱過程が暖房と同時進行する、蓄熱・ＩＩＪ！房サ
イクす時における温水の流路を矢印で示し７だシステム
図である。

第３図１よ１ｎ１熱交換手段１０を休止ざＵで通常の温
水式暖ｆ）３　’Ｒ’ｌνｆとして使用する時の温水の
流路を矢印で示しＩこシステム図である。

第４図ｉ、Ｌ本発明装置の第２実施態様を示したシステ
ム図′Ｃあつ〔、＋８ハ’、１ｆ６ｔ１通水弁、１７は
つｉ−ターポンプであり、図中の他の符号は第１図ない
し第３図の・ぞれと共通している。

つぎに本発明装謂の作動について、第５図に示され！、
：今属水索（ヒ物ＡおよびＢが装置の作動中にいかに状
態変化りるかを説明したグラフと、これら両金属水素１
ヒ物へ、Ｂの状態変化を可逆反応式（ａ）おにび（ｂ）
として示した下記の式を参照しながら説明する。グラフ
の縦軸はタンク６または７内の水素ガスＩ−「を自然対
ｒｌｉ値として、また横軸は金属水素化物の温度をそゐ
逆数値１／Ｔとして示してＮ３す、直線グラフへは金属
水素化物Ａの、また直線グラフＢは↑底水Δ化ｖＡＢの
状態変化をそれぞれ１１＾いている。

（イ）金属水素化物Ａ （蓄熱過程） Ｍｌ　　Ｈｎ　ｌ　　＋Ｑ　　　　　　　Ｍｌ　　十Ｈ
２−（ａ）く放熱過程） （ロ）金属水素化物Ｂ （水素吸収過程） Ｍ２　＋　Ｈ２Ｍ２　）ｉｎ　２　＋　Ｑ−（ｂ）（水
素放出過程） ここでＭｌ　　とＭ２はそれぞれ金属水素化物Ａまたは
Ｂを構成する金属（合金）成分を、Ｑは熱エネルギーを
表す。

始めに、即効暖房サイクル時の作動を第１図に基づいて
説明すると、エンジン始動直後において、水温センサ３
がエンジン冷却水温が設定値、例えば外気温が一２０℃
の場合には３５℃より低いことを検知してコントールア
ンプ１４に伝えることによって、エンジンウォータージ
ャケットと温水ヒータ４とを直１ｇ結ぶ管路に介在させ
である電磁通水弁１３は閉じ、金属水素化物Ｂからの発
生熱を袷熱源とする第１熱交換手段１０を経由して温水
ヒータ４に連なる管路に介ｎさＵた電磁通水弁１２は開
弁されるとＪ（に、水素弁９が解放される。この弁操作
にＪ二って、水素が充分に吸蔵されて第５図のグラフの
（ＩＶ）位置で示された状態にある（但し、この時温度
は常温）金属水素化物Ｂ　（Ｍ２　Ｈｎ２）が納まって
いるタンク６内の水素ガス圧Ｐ４はタンク７内の水素ガ
ス圧Ｐ３より大きいので、この圧力差によってタンクＧ
内の水素ガスは開かれた水素弁９を通って、水素が吸蔵
されていない金属成分Ｍ１　が納まっているタンク７内
に流入するので、前記の可逆反応（ａ）は左辺方向に進
行して、今までグラフ中の（ｎ）位置で示された状態に
あった（但しこの時常温）金属水素化物Ａは（Ｉ＞位置
で示された状態に向けて移行させられることになってタ
ンク７内は急激に胃温し、ウォーターポンプ２の働きに
よってウォータージルケラトから送出され、タンクγ内
の第１熱交換手段１０を通過させられるエンジン冷却水
は急速に温められながら温水ヒータ４に送り込まれるこ
とによって所期の即効暖房効果が得られる。前記の式（
ａ）で示された反応系において気体水素は次々に金属成
分Ｍ１　　に吸収されるので、左辺方向の発熱反応が継
続的に進行して第１熱交換手段１０に熱エネルギーＱ１
　　を補給する。一方館記（ｂ）の可逆反応系は連通管
８を通じて可逆反応系（ａ）と反応空間を共有している
ので、（ａ）反応によって失われていく水素を補うべく
外気熱Ｑａを吸収しながら左辺方向に継続的に進行し−
Ｃ水素ガスを放出し続ける。

金属水素化物ＡおよびＢの働きによって上述の如く即効
暖房が行われている間にエンジンウォータージャケット
内の水温が上昇し、エンジン冷却水温のみで、つまり普
通の温水ヒータ暖房サイクルを働かせるだりで満足ツベ
ぎ暖房感が得られる前記の設定温度に到）ヱすると、水
温センサ３からの信号に基づいてコントロールアンプ１
４が今まで閉鎖していｌこ電磁通水弁１３を開弁さＵ、
温水ヒータ４には第１熱父換手段１０を通過したエンジ
ン冷却水と、つＡ−タージレケットから直接送り込まれ
るエンジン冷ＪＪＩ水とが同時に流入する状態になり、
第′１図に示された即効暖房サイクルが終了づる。また
この時リーモスタット１６が１動いて、今まで１・１鎖
されていたエンジンウォータージャケントとラジー■゛
−タ１を結ぶエンジン冷却水循環路が聞かれ、冷却水の
過熱防止機能が作用し始める。

この時点て・は金属水素化物Ｂから水素が故出しつくさ
れて金属水素化物Ａに移転されてあり、またその貯溜タ
ンクｌ内に組込まれているエンジン排気熱の供給を受（
プる第２熱交換手段１１の温度もＩＹＩ記（ａ）反応が
右辺方向に進行しうるまぐに、島よって、装置は金属水
素化物Ａに蓄熱作用を営よＵつつ暖房を行う蓄熱・暖房
サイクル（第２図）に移る。そし−〇金属水素化物Ａは
第５図のグラフ（Ｉ＞で示された状態に到達してエンジ
ン排気熱Ｑ２を受り取り、吸蔵水素を放出し始める。タ
ンり７内で発生したこの放出水素は開かれている水素弁
９を通過して低圧側のタンク６に流入し、水素が放出さ
れた状態にある金属成分Ｍ２に吸収熱Ｑ３を放出しなが
ら吸収されて行き、前記反応系（ｂ）は右辺側に進行し
て最終的には再び水素を吸収し終えた金属水素化物Ｂ　
（Ｍ２　Ｈｎ２）にもどって平衡特性の異なる２種類の
金属水素化物間の水素授受反応の１サイクルが終る。こ
の時、金属水素化物Ｂはグラフ中の（ＩＩＩ）で示され
た位置の状態に納まる。

金属水素化物Ｂが−・旦放出した水素を再び吸収し終る
と、水素弁９は閉弁されて蓄熱・暖房サイクルは終止し
、次の即効暖房サイクルの稼動に備える。この閉弁が行
われた後、反応系（ｆｌ）は冷却に伴って第５図のグラ
フ（ＩＶ）位置の状態に復帰する。この時の水素弁９の
閉弁作動は、タンク６または７内のガス圧の検知、ある
いは水素弁９の開弁時に始動するタイマの働きなどに基
づいて行わせることができる。

ｎｃ熱・暖房サイクルを終止さけるだめの水素弁９の開
弁作動に連動さμて、コントロールアンプ＋４４．Ｌ装
置を通常の暖房）ナイクル（第３図）に切換えるべく電
磁通水）ｉ１２を閉弁、１３を開弁さ１Ｊる。

この１ナイクルでｔａ温水ヒータ４にはエンジンウォー
タージャケット内で温められた温水がウォーターポンプ
２によって循環供給され、またウォータージャケット内
の温水はラジェータ１に通人されてその過熱が防がれる
。

この通常暖房サイクル時において、エンジン冷ＡＩＪ水
温が設定値以下に低下した時には、電磁通水弁１２が開
、１３が閉作動させられる回路をコントロールアンプ１
４に設ければ、エンジン冷却水をエンジン排気熱で加熱
されている第２熱交換手段１１によって追加的に加熱す
ることができる。

つぎに本発明装置におけるエンジン冷却水の幕本配管系
として示された第１図ないし第３図の配管の通水弁配置
などを多少変更することによって、エンジン停止時や即
効暖房サイクル時において、暖房能力の向上のためには
マイナスの存在となる冷えているエンジンウォータージ
ャケット部分を切り離した暖房サイクルを形成させるこ
ともできる（第４図）。このウォータージャケットを除
外した温水暖房システムでは、電磁通水弁１３を取り除
き、代りに電磁通水弁１８を設けて、この弁１８を開、
電磁通水弁１２を開とすることによってウォータージャ
ケットを切り離し、温水ヒータ４と第１熱交換手段１０
との間のみを結ぶ温水循環路を形成してウォーターポン
プ１７によって強制循環させるように組成されている。

［発明の効果１ 本発明の自動車用蓄熱式暖房装置は、温水ヒータの暖房
能力をほとんど期待できないエンジン始動時、あるいは
寒冷地での低速走行などによって一時的に暖房能力に不
足をきたした時に、水素弁を開弁作動させるだけで、橿
めて迅速に即効暖房効果または暖房能力向上効果を引き
出すことができる。

即効または浦１１７Ｊ暖房を開始またＧ、Ｌ停止させる
ための水素弁の開閉Ｇ、Ｌ、水温センサや水素ガス圧セ
ンナなどのＶｈｙによって自動的に行われるし、金属水
素化物への吸収水素の放出もエンジン排気熱を利用して
自動的に１ｊわれるので、２種類の金属水素化物間での
水素授受反応を反復継続させるための人手による操作は
一切不要である。

ざらに従来装置と巽なって、蓄熱体として水の代りに金
属水素化物を使うので、単位容積当りの熱容量がはるか
に大きく、よりコンパクトな形状で、より多くの熱エネ
ルギーを蓄えることができるし、従来の熱水貯蓄方式と
は全く異なって長時間不使用のまま放置しても蓄積熱エ
ネルギーが失われることがへい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置を即効暖房サイクル状態のちとに使
用している状況を説明したシステム図、第２図は蓄熱・
１１ガＤ）す゛イクル状況を示したシステム図、第３図
（よ通常の渇水ヒータ暖房サイクル時を示したシステｌ
＼図、第４図は本発明装置の第２の実施態様を示しＩ、
：システム図、そして第５図は金属水素化物ＡおにびＢ
が装置作動中に状態変化する有様を現用したグラフであ
る。 図中　Ｅ・・・エンジン　３・・・水温センサ　４・・
・濡水ヒータ（ヒータ：１ア）　　６・・・金属水素化
物Ｂの貯溜タンク　７・・・金属水素化物△の貯溜タン
ク８・・・連通管　９・・・水素弁　１０・・・第１熱
交換手段１１・・・第２熱交換手段　１２．１３・・・
電磁通水弁　１４・・・コントロールアンプ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）エンジン冷却用ウォータージャケットと、温水ヒー
   タと、金属水素化物Ｂを納めた水素吸蔵用タンクと、金
   属水素化物Ａを納めた水素吸収熱発生用タンクと、前記
   両タンク内の水素の流通用の水素弁を介在させた連通管
   と、前記水素吸収熱を前記温水ヒータに伝えるための第
   １熱交換手段と、前記エンジンの排気熱を前記金属水素
   化物Ａに伝えるための第２熱交換手段と、これらの装置
   構成要素を電磁通水弁を介して連接させるための温水配
   管系と、該配管系の水温センサと、前記電磁通水弁の制
   御装置とを備えており、 暖房装置作動時において、前記水温センサの検知温度が
   設定値以下の時には前記水素弁が開弁し、前記金属水素
   化物Ｂの放出水素を吸収して前記金属水素化物Ａが発熱
   し、前記第１熱交換手段を加熱し、また設定温度に昇温
   後は前記第２熱交換手段によつて金属水素化物Ａが加熱
   されて吸収水素が放出された後、前記水素弁が閉弁する
   ように構成されていることを特徴とする自動車用蓄熱式
   暖房装置。 ２）前記水素弁開弁時には、前記ウオータージヤケット
   と前記温水ヒータを結ぶ前記配管系が遮断され、前記第
   １熱交換手段と前記温水ヒータを結ぶ前記配管系が接続
   されるように構成されていることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載の自動車用蓄熱式暖房装置。