JPS6368418A - 蓄熱装置 - 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］ 本発明はエンジン冷却水を給熱源とする暖房用温水式ヒ
ータを備える自動車の補助ヒータなどとして使用するに
適した、潜熱型蓄熱物質を用いる蓄熱装置に関する。

［従来の技術］ 例えば暖房目的などの熱エネルギーを暖房不要時には吸
蔵させて置き、必要時に放出させることのできる蓄熱物
質として、単に熱の伝導現象のみに依存する顕熱型と、
定温定圧下での状態変化に伴う放熱現像を利用する潜熱
型との２種類が知られており、後者は前者に較べて単位
容積通りの熱吸蔵量が大きく、また吸蔵熱の長期貯蔵性
にもすぐれている。

潜熱型蓄熱物質の一例としての酢酸ナトリウム３水和物
の蓄熱原理は、水和水の少ない結晶状態のもとでその融
点以上に加熱されると、結晶の周りに存在する水を水和
水として取り込んでゲル相に変態する。このゲル相は融
点以下に冷却しても再結晶化することなく、過冷却状態
としてゲル相を保ちつづけて加熱時の吸収熱が潜熱とし
て蓄えられる。この吸蔵熱を利用したい時には、過冷却
状態を崩壊させる働ぎをもった例えばビロリン酸ナトリ
ウムなどの結晶核形成物質を蓄熱物質に触れさせること
によって、上記の蓄積潜熱は物質の状態変化に伴う放散
熱として極く短時間内に取り出される。

上記の如き、潜熱型蓄熱物質の過冷却状態を崩壊させる
具体策の一例がＩ゛特間昭５４−６９２３３４に開示さ
れている。

［発明が解決しようとする問題点］ 上記の先行技術においては、結晶核形成物質を納めた容
器の開放状態にある開口部を過冷却ゲルの液面に近づけ
接触させる方法を取っているので、放熱を要しない時で
も振動力などによって口部から結晶核形成物質が液面上
にこぼれ落ちたり、ゲル相から蒸発した水分によってこ
の物質が溶解しその用をなさなくなってしまうなどの難
点があった。

またこの種の過冷却崩壊方法によると、蓄熱物質の近傍
に置かれている結晶核形成物質が蓄熱物質と共に加熱さ
れた時、この物質もまたその融点以上に熱されて過冷却
崩壊の役目を果たせなくなる可能性もあった。

本発明は、必要時にのみ確実容易に結晶核形成物質を過
冷却蓄熱物質に触れさせることができ、また結晶核形成
物質がその融点以上に熱せられたへ 場合にも、この物質の機能を損わせることのない構造を
備えた蓄熱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］ 上記の目的を達成するために本発明による蓄熱装置は、
加熱溶融後の放冷時に過冷却状態を生じざぜる潜熱型蓄
熱物質を納めた蓄熱容器と、前記蓄熱物質への伝熱手段
と、前記過冷却状態を崩壊させる結晶核形成物質を納め
た種結晶容器と、前記蓄熱容器と前記種結晶容器との各
内部を連通させる連通手段と、該連通手段の連通断続手
段とからなり、前記種結晶容器内の、前記連通手段から
最も隔った個所に前記結晶核形成物質を充填すると共に
、残余の空間に前記ン昌熱型蓄熱物質を満す構成を採用
した。

［作用］ 上記の構成を備えた蓄熱装置は、連通断続手段を連通を
断つ側にセットしたうえで、伝熱手段を介して潜熱型蓄
熱物質に融解熱を供給し、これを溶融させる。

一旦溶融した蓄熱物質は、過冷却状態を保ちつつ放冷さ
れることにより吸収熱エネルギーを物質の変態潜熱とし
て永続的に蓄える。

次に連通断続手段を連通側に切苔えると、蓄熱容器内の
蓄熱物質と種結晶容器内の結晶核形成物質とが、種結晶
容器内の連通断続手段に近い部分に納められている蓄熱
物質の層を介して接触させられるので蓄熱物質の結晶化
が一挙に進行して過冷却状態は崩壊し、その際に蓄熱物
質が保有する潜熱が放出される。

［実施例コ 以下に図に示す実施例に基づいて本発明の構成を具体的
に説明する。

第１図〜第４図は、渇水式暖房用熱交換器を組み込んだ
自動車用空気調和装置のための暖房用補助ヒーターなど
として用いるに適した一実施例装置を示している。

装置は全体構成図としての第１図に示したごとく、潜熱
型蓄熱物質１を充填した蓄熱容器２と、結晶核形成物質
３を内空部の一隅に納め、残余の空間に潜熱型蓄熱物質
１を充填したデユープ状の種結晶容器４とを、これら両
容器の各内部の連通手段としての連結バイブ５によって
結ぶと共に、この連結バイブに連通ｌｌｉｌ手続として
のコツクロを介在させて成り立っている。

潜熱型蓄熱物質の加熱源としては、本発明装置とは別体
をなして温風発生装置が用意されている。

或は蓄熱容器２内に電気ヒータや温水式熱交換器を加熱
源として組み込む方法を採ることもできる。

蓄熱容器２は熱伝導性の良好なステンレススヂール、ア
ルミニウムなどで作成された直方体その他の任意の立体
形状を備えており、その外周面には蓄熱物質への伝熱手
段としての伝熱面積増大用フィン７が取り付けである。

第１図にはフィン７を平板状のカバ一体として略示しで
あるが、一般的にはヒレ状フィンやコルゲートフィンな
どを使用するのがよい。また蓄熱物ｇ１の吸蔵熱を徐々
に放出させたい時には、蓄熱容器２に適度の断熱性をも
たせるとよい。容器２の底面の適宜の個所に連結バイブ
５の接続用くり抜き孔２＾が設けである。

潜熱型蓄熱物質としては、公知の酢酸ナトリウム３水和
物や［１ナトリウム１０水和物、或はパラフィンなどを
用いることができる。

種結晶容器は、図示のようにし字形の屈曲形状を有する
合成樹脂ないしは金属製のチューブ状体であって、封鎖
されているその一端側４ａ部分には結晶核形成物質３を
充填し、開放状態にある他端側４ｂに至る間の残余の内
空部には潜熱型蓄熱物質１が充填されている。

結晶核形成物質３としては、蓄熱物質１が酢酸ナトリウ
ムであればピロ燐酸ナトリウムを、また硫酸ナトリウム
の場合には硼砂を使用する。

蓄熱容器２と種結晶容器４との各内部を結ぶ連結バイブ
５には、第３図に示したように両容器の遠道断続手段と
しての］ツク６が組み付けられている。６Ｂは弁孔６Ｃ
を有する円柱状弁体、品は円筒状弁座である。連結バイ
ブ５の一方の端は蓄熱容器２のくり抜き孔２Ａに、そし
て他端はチューブ状種結品容器４の開放側端４ｂにそれ
ぞれ接続されている。

次に上記実施例装置の作動を説明する。まづ潜熱型蓄熱
物質１に熱を蓄えさせるためには、コツクロを閉じた状
態のもとに、温風を吹きつけるなどの方法によって蓄熱
容器２を蓄熱物質１の融点以上に加熱してそのすべてを
一旦溶融させる。加熱を停止すると、蓄熱物質１は結晶
化現象を伴わない過冷却状態のちとに放冷されるので、
加熱により吸収された熱は凝固の潜熱として蓄熱物質１
に蓄えられる。この加熱過程で種結晶容器４内に充填さ
れている蓄熱物質１にも熱が伝導して溶融した場合にも
、この蓄熱物質１は結晶核形成物質３と接触しているの
で、その放冷の際過冷却現象が一時的に生じたとしても
終極的には結晶体として凝固する。

過冷却状態のちとに凝固の潜熱を蓄えている蓄熱物質１
から熱を取り出したい時には、コツクロを開くと、蓄熱
容器２と種結晶容器４の内部が互いに導通されるので、
容器４内にあって結晶核形成物質に触れて結晶状態にあ
る蓄熱物質１が、容器２内にある過冷却状態に置かれた
蓄熱物質１に接触し、この過冷却状態は瞬時に崩壊して
多量の凝固潜熱が放出され、蓄熱物質１は昇温するので
、例えば蓄熱容器２に冷風を吹きつけて温風を生じさせ
ることができる。

凝固の潜熱を放出して結晶状態に戻った蓄熱物資１に再
び熱エネルギーを蓄えさゼるためには、上記の操作を繰
り返せばよい。吸蔵熱の放出も同様に反復して行わせる
ことかできる。

種結晶容器４内で結晶核形成物質３と蓄熱物質１とが混
和されてしまうと、］ツク６を開いた時に結晶核形成物
質３が容器２内の蓄熱物資１に移行して、以後は過冷却
状態を生じさせることができなくなってしまう。これを
防ぐためには種結晶容器４内の蓄熱物質１をなるべく過
熱溶融させないように、容器４の材質、形状、寸法に意
を用いる他に、積極的な混合防止策として、両物質１と
３の間に多孔質材料、例えば多孔性セラミックの薄板や
不織布に類する構造を備えた多孔質シート材などを介在
させるとよい。

もし蓄熱容器２内の蓄熱物質を潜熱型としてではなくて
顕熱型として利用したい場合には、加熱による蓄熱過程
において」ツク６を開いｌζままにすれば、結晶核形成
物質３が前述のごとく働いて、蓄熱物質が過冷却するの
を阻止してくれる。この場合にも、容器２内に結晶核形
成物質３が侵入することは起らないので、潜熱型蓄熱物
質に結晶核形成物質を混入して調製された従来の顕然型
蓄熱物質のように、種結晶物質の混入による蓄熱容器の
減少や熱伝導性の低下などの不都合が派生することが避
けられる。

第５図に上記の実施例装置を１８車のエンジン起動時や
低速走行時などのように暖房用熱エネルギーを充分に生
じさせられない時の補助ヒータとして自動車用空気調和
装置に組み付けた有様を示した。Ｂはボンネット、Ｃは
走行用エンジン、Ｄは運転席前面のクラッシュパッドで
ある。

自動車用空気調和装置は、空調用ダクトとしての装置ケ
ーシング２０の被空調空気取入口２１から下流側に向け
てその内部に順次送風機２２、冷房用蒸発器２３、エン
ジンＣの冷却水を温水配管２９により循環供給されてい
る温水式暖房用熱交換器２４が納められており、ケーシ
ング２０の末端にはベンチレーション、デフ［１スト及
びヒートの各空調流空気吹出口２６〜２８が設けである
。

蓄熱装置Ａはこの装置への温風吹き付は用の送風機３２
と共に、温風発生用ダクトとしての装置ケース３０内に
図示のように納められている。ケース３０には温風取入
口３１と温風吹出口３３が開口しており、温風取入口３
１は温風吸入用ダクト３５を介して空調用ダクト２０内
の温水式暖房用熱交換器２４の下流側に連通されている
。また温風吹出口３３には第１の温風吹出し用ダクト３
６と第２の温風吹出し用ダクト３７が並列させて接続さ
せてあり、第１の吹出し用ダクト３６の末端は、冷房用
蒸発器２３と暖房用熱交換器２４との間の領域に、また
第２の吹出し用ダクト３７の末端はデフロスミル吹出口
２７にそれぞれ連通されている。温風吹出口３３には第
１と第２の２つのダクト３６と３７の各上流側開口端を
選択的に開閉させるための吹出口切替ダンパ３４が組み
込まれている。４０はコツクロを遠隔操作確構（図示略
）を介して開閉させるためのコック開閉用ノブである。

自動車用空気調和装置に組み込まれたこの蓄熱装置の作
動は、蓄熱時にはコツクロを閉ざし、送風機３２を働か
せると共に吹出口切替ダンパ３４を第２の温風吹出し用
ダクト３７を閉ざす側にセットすると、定常走行状態に
あって充分にエンジン熱の補給を受けている温水弐〇１
ＪＩｆｆ用熱交換器２４の下流側の熱せられた空気は、
送風機３２によって温風吸入用ダクト３５を経てケース
３０内に吸入され、蓄熱容器２に吹ぎつけられて既述の
ごとく蓄熱が行われる。蓄熱物質１に保有熱を奪われた
空気は、第１の温風吹出し用ダクト３６を経て熱交換器
２４の上流側に戻される。

エンジンＣの起動直後や低速走行時などのように温水式
熱交換器２４によっては満足な温暖感が得られない時に
は、ノブ４０を操作してコツクロを開かせた後、このレ
バーとの連動機構によってまたは別個の操作手段によっ
て送風）ｊ１３２を働かせると共に、吹出口切替ダンパ
３４を第１の′ａ風吹出し用ダクト３６を閉ざす側にセ
ットすると、送風機３２によって蓄熱容器２に吹きつけ
られた冷風は前述のごとき現客により昇温した蓄熱物質
１によって温められ、ダクト３７を経てデフ［］スト吹
出口２７からフロントガラスに沿って車室内に吹き出さ
れるので、エンジン始動時には即効暖房と共にガラスの
除霜効果も得られる。第２の吹出し用ダク゛ト３７を開
かぜる代りに、第１の吹出し用ダクト３６を開かせ、ペ
ンヂレーシ３ン吹出Ｌ１２６またはヒート吹出口２８か
ら温風を吹出させてもよい。

第６図に連通断続手段６の第２実施例を示した。

第１実施例がコックであったのに対して、ピストン式の
弁体６Ｄが連通手段としての連結バイブ５に組み込まれ
ている。６Ｅは弁体に設けた弁口、６Ｆはシリンダー状
の弁座であってバネ６Ｇにより閉弁付勢されているピス
トン式弁体６Ｄを矢印方向に押すことによって弁口６［
が連結バイブ５に設けた弁口５Ｂを開放させる。

第７図は第３実施例の連通断続手段６を示している。連
結バイア５に設けた弁座５Ｃに弁体６■が閉弁付勢スプ
リング６■によって圧接されている。図示を省いた弁体
６Ｉ′１の後退勤手段を働かせることによって開弁され
る。

第８図は第４実施例としての連通断続手段であって、連
結バイブ５に連続させた種結晶容器４の接続側端４ｂを
弁口とし、この弁口を電磁力により前後動する弁体６Ｋ
によって開閉させる。６Ｅは弁体６Ｋに取り付けた磁性
体片、６Ｎは磁性体片６Ｌの吸引用ソレノイドコイル、
６Ｐはソレノイドコイルへの通電断続用スイッチ、６Ｈ
は閉弁付勢用スプリング、５Ｄは連結バイブ５の延長部
分としての弁体遊嵌用シリンダである。

種結晶容器４はその末端部分４ａをカートリッジ式に着
脱できるように構成されており、結晶核形成物質３はこ
のカートリッジ式末端部に納められている。容器４の本
体部分とカートリッジ部分とのそれぞれの開口部は多孔
質膜材４Ｃ及び４Ｄ、例えば不織布などによって封鎖し
内容物の流出を防いでいる。

空調装置に本発明の蓄熱装置を組込んで長時間走行して
いると蓄熱容器２内だけでな（種結晶容器４の末端まで
も温度が上昇して結晶核形成物質自体が溶融する可能性
があり、また低融点の蓄熱物質を用いた場合には夏季に
車室内が高温に達した時種結晶も溶融してしまいその用
をなさなくなる恐れがある。このような時には、種結晶
容器４の末端カートリッジ部だけを新品と取替えること
によって＠置は簡単迅速に再生される。

前記のビＯ燐酸ナトリウムの融点は９４℃であるが、溶
融温度が８５０℃とかなり高い炭酸ナトリウムなどを結
晶核形成物質として用いる場合には、このような配慮は
不要になる。

上記実施例では蓄熱容器２は単純なボックス形状を与え
られているが、蓄熱物質への伝熱を迅速に行わゼるため
に、また吸Ｗ！ｉ潜熱の放出をより速やかに行なわせる
ために、例えば冷凍装置のエバポレータに採用されてい
るような偏平管とコルゲートフィンとの交互積層構造体
を用いて偏平管内に蓄熱物質を充填する方法を採ったり
、す＝ベントラ４２式のチューブを用いたり、或は水管
ボイラーに類する構造を与えるなど様々な設計変更が可
能である。

また種結晶容器４として１字型パイプを示した　−が、
もちろんこの形状に限られることなく、結晶核形成物質
３の収納個所が極力蓄熱容器２から遠ざけられるという
前提条件のもとに、様々な形状・構造を選ぶことができ
る。

［発明の効果］ 上記の構成を備えた蓄熱装置【訳加熱溶融時に与えられ
た熱エネルギーを過冷却状態のちとに蓄えている潜熱型
蓄熱物質から吸蔵熱を放出させるための手段としての、
結晶核形成物質を過冷却蓄熱物資に接触させまたは接触
を断つ方法として、これら両物質のそれぞれの収納容器
を連通断続手段を設けた連通手段を介して連接させる方
法を採っているので、両物質の接触及び接触遮断が極め
て確実かつ簡単に行える。

また種結晶容器内には連通手段から最も隔たった個所に
結晶核形成物質を、また残余の空間に蓄熱物質をそれぞ
れ分離させた状態のもとに納めであるので、もし種結晶
容器が高温に熱せられた場合には、この容器内の蓄熱物
質は熱溶融後の放冷時に過冷却することなく結晶化させ
られ、また結晶核形成物質自体も熱溶融に伴う結晶状態
の喪失をまぬがれることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第４図はいずれも一実施例装置を示しており、
第１図は部分破断斜視図、第２図は種結晶容器の部分拡
大側断面図、第３図は連通断続手段部分の拡大側断面図
、そして第４図は連通手段部分の拡大側断面図である。 第５図は上記実施例装置を、自動重用空調装置にその補
助ヒータとして組み込んだ事例を示した、この空ｖＡ装
置の模式的側断面図である。 第６図〜第８図はそれぞれ連通断続手段の第２〜第４実
施例を示した側断面図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　加熱溶融後の放冷時に過冷却状態を生じさせる潜熱型
   蓄熱物質を納めた蓄熱容器と、 前記蓄熱物質への伝熱手段と、 前記過冷却状態を崩壊させる結晶核形成物質を納めた種
   結晶容器と、 前記蓄熱容器と前記種結晶容器との各内部を連通させる
   連通手段と、 該連通手段の連通断続手段とからなり、 前記種結晶容器内の、前記連通手段から最も隔った個所
   に前記結晶核形成物質を充填すると共に、残余の空間に
   前記潜熱型蓄熱物質を満したことを特徴とする蓄熱装置
   。