JPS63105219A - 熱エネルギ−貯蔵伝達装置 - 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） 本発明は、ゲル状の相から固相に相転移するとき熱エネ
ルギーを放出する発熱状態をとるとともに固相からゲル
状の相に相転移するとき熱エネルギーを蓄える蓄熱状態
をとる蓄熱材を用いた、熱エネルギー貯蔵伝達装置に関
する。

（従来の技術） 寒冷時等における自動車のエンジンの暖機を促進するに
あたり、化学反応によって発熱する蓄熱材に蓄えられた
熱エネルギーを利用して、エンジンを流通する冷却水を
加熱することが知られている。このような、熱エネルギ
ーの貯蔵手段として用いられる蓄熱材は、一般に、熱エ
ネルギーを蓄えた状Ｂ　（Ｊ熱状態）を維持するために
所定の温度に保温される必要がある。

これに対し、例えば、特開昭６０−１４４３８０号公報
にも記載されている如くの酢酸ナトリウム（Ｃ）Ｉｆｆ
Ｃ（ｌＱＮａ）を主成分とする蓄熱材は、ゲル状の相で
あるとき蓄熱状態となり、ゲル状の相から固相への相転
移を生じるとき、蓄えた熱エネルギーを放出する状態（
発熱状態）となる。また、例えば、約６０℃の温度に加
熱されることにより、固相からゲル状の相への相転移を
生じるものとされ、それがゲル化した状態においては、
比較的低い温度（例えば−１０℃程度）においても、安
定した蓄熱状態を維持することができる特性を存してい
る。このため、蓄熱材の蓄熱状態を維持するにあたって
、保温容器等の格別の装置が不要とされる利点がある。

（発明が解決しようとする問題点） ところで、上述の如くの酢酸ナトリウム系の蓄熱材から
熱エネ／ｌｚギーを取り出すべく、蓄熱材に、ゲル状の
相から同相への相転移を生じさせるにあたっては、一般
に、酢酸ナトリウムの結晶等の活性材を針等の先鋭物の
先端部に埋め込み、この先鋭物の先端部に埋め込まれた
活性材を、ゲル化した蓄熱材に接触させる方法がとられ
る。このようにして、活性材とゲル化した蓄熱材とが接
触することにより、蓄熱材は、活性材との接触部から順
次固化せしめられて熱を発生する。

しかしながら、上述の如くの、先鋭物の先端部に埋め込
まれた活性材とゲル化した蓄熱材とを接触させる方法に
あっては、蓄熱材と活性材との接触面積が比較的小とさ
れるため、蓄熱材の容量が比較的大なる場合には、蓄熱
材がゲル状の相から固相に相転移するに要する時間が長
くなる。従って、蓄熱材が、その相転移に伴って充分な
熱を発生するまでに比較的長い時間を要するという不都
合がある。また、蓄熱材を収容した容器内に先鋭物の先
端部を導入することにより、蓄熱材内に異物が混入する
虞がある。

斯かる点に鑑み、本発明は、ゲル状の相から固相に相転
移するとき熱エネルギーを放出する蓄熱材を用い、その
蓄熱材に蓄えられた熱エネルギーを取り出すべく、蓄熱
材にゲル状の相から固相への相転移を生じさせるにあた
り、蓄熱材の容量が比較的大なるものとなる場合にも、
比較的短時間で蓄熱材に発熱を伴う相転移を生じさせる
ことができるようにされた、熱エネルギー貯蔵伝達装置
を提供することを目的とする。

（問題点を解決するための手段） 上述の目的を達成すべく、本発明に係る熱エネルギー貯
蔵伝達装置は、ゲル状の相から固相に相転移するとき熱
エネルギーを放出する発熱状態をとるとともに、固相か
らゲル状の相に相転移するとき熱エネルギーを蓄える蓄
熱状態をとる蓄熱材が容器に収納されて成る加熱部と、
蓄熱材に接触することにより蓄熱材にゲル状の相から固
相への相転移を生じさせる活性材が断熱容器に収納され
て成り、加熱部に隣接して配された活性材収容部と、加
熱部と活性付収納部とを連通させる連通部と、この連通
部に配された連通部開閉手段とを備えて構成され、連通
部開閉手段は、蓄熱材に蓄熱状態をとらせるべく連通部
を閉塞する動作、及び、蓄熱材に発熱状態をとらせるべ
く連通部を開通させて蓄熱材と活性材とを接触させる動
作を行う。

（作　用） 上述の如くの構成とされた本発明に係る熱エネルギー貯
蔵伝達装置においては、蓄熱材にゲル状の相から固相へ
の相移転を生じさせるにあたり、連通部開閉手段によっ
て、加熱部と活性材収容部との連通部が開通せしめられ
ることにより、加熱部の容器に収納されたゲル状の蓄熱
材が、活性材収容部の断熱容器内に流入し、断熱容器に
収納された活性材に比較的大なる面積をもって接触する
。

これにより、蓄熱材の、ゲル状の相から固相への相転移
が促進されて、蓄熱材は比較的短い時間で発熱するもの
となる。このように、蓄熱材から熱エネルギーを取り出
すにあたり、加熱部の容器に収納されたゲル状の蓄熱材
と、活性材収容部の断熱容器に収納された活性材とが、
比較的大なる面積をもって接触するようにされることに
より、蓄熱材の容量が比較的大なるものである場合にお
いても、蓄熱材の相転移及びそれに伴う発熱に要する時
間が著しく低減される。

（実施例） 以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する
。

第１図は本発明に係る熱エネルギー貯蔵伝達装置の一例
を概略的に示し、第２図は第１図に示される例の要部が
、車両に装備されて車室内の暖房を行うヒータに適用さ
れた状態を示す。

第２図において、ヒータ２は、ゲル状の酢酸ナトリウム
（ＣＨａＣＯＯＮａ）系の蓄熱材４を収容した加熱容器
６を備えている。加熱容器６は、屈曲せしめられたパイ
プ部材８が収納された複数のパイプ収容部１０を有して
おり、パイプ収容部ＩＯには、複数の放熱フィン１４が
設けられている。

ヒータ２は、第３図に示される如く、自動車のエンジン
１８に関連して設けられ、加熱容器６のパイプ収容部１
０に収納されたパイプ部材８は、エンジン１８内に形成
されたウォータジャケットに連結されて、ウォータポン
プ１６によって圧送された冷却水が流通する冷却水通路
２０に、感温バルブ２２を介して連結されている。感温
パルプ２２は、冷却水通路２０を流通する冷却水の温度
に応じてパイプ部材８を開閉制御し、例えば、冷却水の
温度が６０℃以下であるときパイプ部材８を閉塞し、ま
た、冷却水の温度が６０℃を越えるときパイプ部材８を
開通させて、冷却水の一部をヒータ２に供給するように
されている。そして、ヒータ２に供給された冷却水の熱
は、ヒータ２に設けられたフィン１４を通じてヒータ２
の周囲の空気を暖め、暖められた空気は、ヒータ２の近
傍に配置されたファン２４により、温風となって車室側
に供給される。

また、加熱容器６における所定の４箇所には、比較的大
なる開口面積を有する開口部６ａが形成されており、開
口部６ａは、断熱材料によって形成された断熱容器２６
によって覆われている。即ち、この例においては、開口
部６ａが、加熱容器６と断熱容器２６とを連通させる連
通部とされているのである。断熱容器２６内には、第１
図に明瞭に示される如く、加熱容器６内に収納されたゲ
ル状の蓄熱材４を固化させるための活性体２８が収納さ
れている。斯かる活性体２８としては、例えば、蓄熱材
４の結晶体が用いられている。そして、加熱容器６に形
成された開口部６ａは、断熱容器２６内に配された蛇腹
部材３８に挿通せしめられ、アクチュエータ３０によっ
て作動せしめられるロッド３２の先端部に固定された開
閉弁３４によって開閉制御される。なお、加熱容器６に
形成された開口部６ａの周囲には、開閉弁３４が開口部
６ａを閉塞するとき、そのシール性を向上させるべく、
ラバー等から成るバッキング部材３６が配されている。

アクチュエータ３０は、制御ユニット４０から供給され
るバルブ制御信号ＳＶによって作動せしめられ、例えば
、バルブ制御信号Ｓｖが所定の高レベルをとるとき、開
閉弁３４が開口部６ａを開通させるように、また、バル
ブ制御信号ＳＶが所定の低レベルをとるとき、開閉弁３
４が開口部６ａを閉塞させるように、ロッド３２を作動
させる。

即ち、この例においては、アクチュエータ３０゜ロッド
３２．開閉弁３４及び制御ユニット４０等により、加熱
容器６と断熱容器２６との連通部を開閉する連通部開閉
手段が形成されているのである。

また、断熱容器２６内には、活性体２８の温度を検出す
る温度センサ４２が設けられており、温度センサ４２は
、検出された活性体２８の温度に応じた検出信号３ｔを
制御ユニット４０に供給する。また、制御ユニット４０
には、エンジン１８が始動せしめられたことをあられす
始動検出手段４６からの検出信号Ｓｓ、及び、エンジン
１８のハウジング部に形成されたウォータジャケットを
流通する冷却水の温度を検出する水温センサ４８からの
検出信号Ｓａも供給されており、制御ユニット４０は、
これら検出信号Ｓｓ、Ｓａ、及び、Ｓｃに基づいて、ア
クチュエータ３０の制御を行う。

上述の如くの構成のもとにエンジン１８が始動せしめら
れると、冷却水が、ウォータポンプ１６に圧送されて冷
却水通路２０を流通する。このとき、冷却水通路２０を
流通する冷却水の温度が、６０℃以下である場合には、
感温パルプ２２がヒータ２のパイプ部材８を閉塞し、そ
れにより、冷却水は、その殆どが冷却水通路２０を流通
するものとなる。

斯かる状態において、制御ユニット４０には、水温セン
サ４８から冷却水の温度が６０℃以下であることをあら
れす検出信号Ｓａが供給され、制御ユニット４０は、ア
クチュエータ３０に所定の高レベルをとるパルプ制御信
号Ｓｖを供給する。これにより、アクチュエータ３０は
、開閉弁３４が、第１図において一点鎖線で示される如
く、加熱容器６に形成された開口部６ａを開通させるよ
うに、ロッド３２を作動させる。これにより、加熱容器
６内に収納されたゲル状の蓄熱材４は、開口部６ａを通
じて断熱容器２６内に流入し、活性体２８に接触して固
化する。そして、斯かる蓄熱材４のゲル状の相から固相
への相転移によって、蓄熱材４が発生する熱は、ヒータ
２を通じて大気中に放出され、ヒータ２の近傍に配置さ
れたファン２４により、温風となって車室側に供給され
る。斯かる蓄熱材４の発熱を伴う相転移は、蓄熱材４と
活性体２８とが比較的大なる面積をもって接触せしめら
れることによって著しく促進され、従って、蓄熱材４の
容量が比較的大なるものとされる場合でも、比較的短時
間で充分な熱量が得られる。このため、寒冷時等におけ
る車室内の急速暖房が図られることになる。

そして、エンジン１８の作動に伴って冷却水通路２０を
流通せしめられる冷却水の温度が高められ、斯かる冷却
水の温度が６０℃を越える場合には、感温パルプ２２が
ヒータ２のパイプ部材８を開通させ、冷却水通路２０を
流通する冷却水の一部が、パイプ部材８を介してヒータ
２の加熱容器６内を流通して、蓄熱材４を加熱する。蓄
熱材４は、縦軸に温度Ａがとられ、横軸に時間Ｔがとら
れてあられされる第４図に示される如く、その温度が、
例えば、約６０℃に達した時点ｔ１からゲル化し始め、
時点１．からゲル化が終了する時点ｔ２までの期間に熱
エネルギーを蓄え、その後、蓄熱状態を維持するもので
ある。このため、固化した蓄熱材４は、冷却水が流通す
るパイプ部材８に接する部分から順次ゲル化し、やがて
、断熱容器２６内に収納された活性体２８の一部がゲル
化する。従って、断熱容器２６内に配された温度センサ
４２から制御ユニット４０に供給される検出信号Ｓｔが
あられす、ゲル状とされた活性体２８の温度が６０℃を
越える場合には、加熱容器６内に収納された蓄熱材４は
、ゲル化が終了していることになる。

そのため、制御ユニット４０は、温度センサ４２から、
ゲル化した活性体２８の温度が６０℃を越えたことをあ
られす検出信号Ｓｔが得られると、アクチュエータ３０
に所定の低レベルをとるパルプ制御信号Ｓｖを供給する
。これにより、アクチュエータ３０が、第１図において
実線で示される如く、開閉弁３４が開口部６ａを閉塞さ
せるようにロッド３２を作動させる。このようにして、
加熱容器６と断熱容器２６との開口部６ａが閉塞される
ことにより、加熱容器６内に配されたパイプ部材８を流
通する冷却水から、断熱容器２６に収納された活性体２
８への、熱の伝達が遮断される。

そして、断熱容器２６内でゲル化した活性体２８の一部
は、断熱容器２６内に残留する、ゲル化していない固相
の活性体２８に接触して固化する。

このように、加熱容器６に収納された蓄熱材４に接触す
る活性体２８が、断熱容器２６に収納されているので、
蓄熱材４に、ゲル状の相から固相への相転移を生じさせ
るべく、活性体２８と蓄熱材４とが接触せしめられる際
に、蓄熱材４内に異物等が混入してしまうという不都合
が回避される。

第５図及び第６図は、第１図に示される如くの、本発明
に係るエネルギー貯蔵伝達装置の一例が、エンジンの冷
却水加熱装置７２として用いられた例を示す。

第５図において、エンジンのシリンダヘッド部５０内に
は、冷却水が流通せしめられる冷却水通路５２が形成さ
れている。冷却水通路５２は、第６図に明瞭に示される
如く、排気ボート部５４側に形成されて比較的高温とな
る高温側通路部５２ａ、排気ボート部５４と吸気ボート
部５６の上方に形成されて比較的低温となる低温側通路
部５２ｂ、及び、吸気ポート部５６側に形成されて比較
的低温となる低温側通路部５２ｃを有している。

高温側通路部５２ａには循環路６０が連結されており、
循環路６０には、ウォータポンプ６２及び感温パルプ６
４が介在せしめられている。また、低温側通路部５２ｂ
及び５２ｃは連通路６６を介して連結されており、連通
路６６にその一端が連結された連通路６８の他端は、感
温バルブ７０を介して循環路６０におけるウォータポン
プ６２と感温バルブ６４との間に連結されている。感温
バルブ６４は、循環路６０内の冷却水の温度に応じて循
環路６０を開閉制御し、例えば、冷却水の温度が６０℃
以下であるとき循環路６０を閉塞し、冷却水の温度が６
０℃を越えるとき循環路６０を開通させるようにされて
いる。また、感温バルブ７０は、連通路６８内の冷却水
の温度に応じて連通路６８を開閉制御し・、例えば、冷
却水の温度が８０℃以下であるとき連通路６８を閉塞し
、冷却水の温度が８０℃を越えるとき連通路６８を開通
させるようにされている。そして、冷却水通路５２にお
ける低温側通路部５２ｂ内には、第１図に示される例に
おける加熱容器６と断熱容器２６に対応する加熱容器７
５と断熱容器７４が収納されている。

冷却水加熱装置７２は、これらの低温側通路部５２ｂの
土壁部に取り付けられ、活性体２８を収容した断熱容器
７４、及び、蓄熱材４を収容した加熱容器７５を含んで
構成されている。加熱容器７５には開口部７５ａが形成
されており、この開口部７５ａは、断熱容器７４内に配
されてアクチュエータ３０によって作動せしめられるロ
ッド３２の先端部に固定された開閉弁３４によって開閉
制御される。

斯かる構成のもとにエンジンが始動せしめられ、そのと
き、冷却水の温度が６０℃以下である場合には、感温バ
ルブ６４が循環路６０を閉塞するとともに、感温バルブ
７０が連通路６８を閉塞する。

それにより、冷却水は、冷却水通路５２内に滞留せしめ
られる。

斯かる状態において、上述の例と同様にして、冷却水加
熱装置７２の加熱容器７５に収納されたゲル状の蓄熱材
４と、断熱容器７４に収納された活性体２８とが接触し
て蓄熱材４が固化し、斯かる蓄熱材４のゲル状の相から
固相への相転移によって生じる熱が加熱容器７５から放
出されることにより、低温側通路部５２ｂ及び５２ｃ内
に滞留した冷却水が加熱される。また、そのとき、エン
ジンの作動によって、高温側通路部５２ａ内に滞留した
冷却水が加熱される。このようにして、高温側通路部５
２ａ、低温側ｉｉｉ路部５２ｂ及び５２Ｃ内に滞留した
冷却水が加熱されることにより、寒冷時等におけるエン
ジンの暖機が著しく促進されることになる。

そして、冷却水の温度が６０℃を越えると、感温バルブ
６４が循環路６０を開通させ、冷却水が循環路６０を流
通せしめられるものとなり、さらに、冷却水の温度が、
例えば、８０℃を越えると、感温バルブ７０が連通路６
８を開通させる。これにより、８０℃を越える比較的高
温とされた冷却水が、連通路６８及び６６を通じて低温
側通路部５２ｂ及び５２ｃに導入される。このため、低
温側通路部５２ｂ内に配された冷却水加熱装置７２の加
熱容器７５が冷却水によって加熱され、加熱容器７５に
収納された蓄熱材４の、固相からゲル状の相への蓄熱作
用を伴う相転移が促進されることになる。

第７図は、本発明に係るエネルギー貯蔵伝達装置の他の
例が、エンジンのオイル加熱装置８８として用いられた
例を示す。

第７図において、エンジンのシリンダブロック８０の側
面部には、オイルパン８２に収納されたオイルを濾過す
るオイルフィルタ８４が着脱可能に取り付けられており
、オイルフィルタ８４は、シリンダブロック８０の側面
部に着脱可能に取り付けられた冷却水導入室８６によっ
て覆われている。そして、冷却水導入室８６内には、第
１図に示される例における加熱容器６と断熱容器２６に
対応する加熱容器９０と断熱容器９２が収納されている
。

オイル加熱装置８８は、オイルフィルタ８４の外壁部に
着脱可能に取り付けられ、蓄熱材４を収容した加熱容器
９０、及び、活性体２８を収容した断熱容器９２を含ん
で構成されている。

加熱容器９０の所定位置には、開口部９０ａが形成され
ており、この開口部９０ａは、断熱容器９２内に配され
てアクチュエータ３０によって作動せしめられるロッド
３２の先端部に固定された開閉弁３４によって開閉制御
される。

斯かる構成のもとにエンジンが始動せしめられると、上
述の例と同様にして、オイル加熱装置８８の加熱容器９
０に収納されたゲル状の蓄熱材４と、断熱容器９２に収
納された活性体２８とが接触して蓄熱材４が固化し、斯
かる蓄熱材４のゲル状の相から固相への相転移によって
生じる熱が、加熱容器９０から放出されることにより、
オイルフィルタ８４が加熱されてオイルフィルタ８４を
通過するオイルが加熱される。これにより、寒冷時等に
おけるオイルの加熱が著しく促進され、オイルの流動性
が向上せしめられる。

このようにして、オイルが加熱された後、オイル加熱装
置８日の加熱容器９０内において固化した蓄熱材４は、
エンジンの作動に伴って加熱されるオイルの熱によって
ゲル状の相に相転移する。

そのとき、蓄熱材４は、一般に、１００℃以上に加熱さ
れると変質するため、冷却水導入室８６内に冷却水を導
入することにより加熱容器９０の冷却を行い、これによ
り、蓄熱材４が１００℃以上に加熱される事態が防止さ
れる。

（発明の効果） 以上の説明から明らかな如く、本発明に係る熱エネルギ
ー貯蔵伝達装置によれば、ゲル状の相から固相に相転移
するとき熱エネルギーを放出する蓄熱材から熱エネルギ
ーを取り出すべく、蓄熱材にゲル状の相から固相への相
転移を生じさせるにあたり、蓄熱材の容量が比較的大な
るものとなる場合においても、蓄熱材の相転移及びそれ
に伴う発熱に要する時間を著しく短縮することができる
。

従って、斯かる熱エネルギー貯蔵伝達装置が車室暖房用
のヒータ等に適用された場合には、ヒータによる急速暖
房が行われる。また、蓄熱材に相転移を生じさせるにあ
たって、密閉された容器内において蓄熱材と活性材とが
接触するようにされているので、蓄熱材の中に異物等が
混入してしまう不都合を回避することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る熱エネルギー貯蔵伝達装置の一例
を示す概略構成図、第２図は、第１図に示される例の要
部が、車両に装備されて車室内の暖房を行うヒータに適
用された状態を示す概略構成図、第３図は第２図に示さ
れるヒータがエンジンに装備された状態を概略的に示す
側面図、第４図は第１図に示される例に用いられる蓄熱
材の、固相からゲル状の相への相転移に伴う温度の変化
特性を示す図、第５図は本発明に係る熱エネルギー貯蔵
伝達装置の一例がエンジンの冷却水加熱装置として用い
られた状態を概略的に示す平面図、第６図は第５図に示
されるエンジンの冷却水加熱装置の具体構成を示す断面
図、第７図は本発明に係る熱エネルギー貯蔵伝達装置の
一例がエンジンのオイル加熱装置として舟いられた状態
を示す一部破断面を含む側面図である。 図中、４は蓄熱材、６．７５及び９０は加熱容器、６ａ
、７５ａ及び９０ａは開口部、２６．７４及び９２は断
熱容器、２８は活性体、３０はアクチュエータ、３２は
ロッド、３４は開閉弁、４０は制御ユニットである。 第４図 第５図 第６図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ゲル状の相から固相に相転移するとき熱エネルギーを放
   出する発熱状態をとるとともに固相からゲル状の相に相
   転移するとき熱エネルギーを蓄える蓄熱状態をとる蓄熱
   材が容器に収納されて成る加熱部と、上記蓄熱材に接触
   することにより該蓄熱材にゲル状の相から固相への相転
   移を生じさせる活性材が断熱容器に収納されて成り、上
   記加熱部に隣接して配された活性材収容部と、上記加熱
   部と上記活性材収納部とを連通させる連通部と、該連通
   部に配され、上記蓄熱材に蓄熱状態をとらせるべく上記
   連通部を閉塞する動作、及び、上記蓄熱材に発熱状態を
   とらせるべく上記連通部を開通させて上記蓄熱材と上記
   活性材とを接触させる動作を行う連通部開閉手段と、を
   備えて構成された熱エネルギー貯蔵伝達装置。