(57)【要約】【課題】簡易な構成で、装置を大型化することなく、伝熱効率を高めることができる蓄熱配管成形体、蓄熱配管群体、蓄熱配管体及び蓄熱暖房装置を提供すること。【解決手段】冷却水Ｗからの吸熱及び冷却水Ｗへの放熱を行う蓄熱配管成形体９であって、冷却水Ｗの流路を形成する配管３０と、配管３０を包み固体固体相転移蓄熱材２３を含んだ熱伝導性を有する蓄熱部材２５と、を備える。蓄熱部材２５は、保温層２４によって覆われる。固体固体相転移蓄熱材２３の相転移温度は、所定温度から冷却水Ｗの沸点までの間にある。【選択図】図３
2020128840.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却熱媒体からの吸熱及び前記冷却熱媒体への放熱を行う蓄熱配管成形体であって、
前記冷却熱媒体の流路を形成する配管と、
前記配管を包み固体固体相転移蓄熱材を含んだ熱伝導性を有する蓄熱部材と、
を備える蓄熱配管成形体。
【請求項２】
前記蓄熱部材は、保温層によって覆われることを特徴とする請求項１に記載の蓄熱配管成形体。
【請求項３】
前記冷却熱媒体は冷却水であり、
前記固体固体相転移蓄熱材の相転移温度は、所定温度から当該所定温度よりも高い前記冷却水の沸点までの間にあることを特徴とする請求項１又は２に記載の蓄熱配管成形体。
【請求項４】
前記固体固体相転移蓄熱材は、強相関電子系化合物であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の蓄熱配管成形体。
【請求項５】
前記蓄熱部材は、前記固体固体相転移蓄熱材のフィラーと前記保温層よりも熱伝導性が高い熱伝導性部材のフィラーとが樹脂製基材に混入されていることを特徴とする請求項２〜４のいずれか一つに記載の蓄熱配管成形体。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一つに記載の蓄熱配管成形体を複数連結したことを特徴とする蓄熱配管群体。
【請求項７】
請求項１〜５のいずれか一つに記載の蓄熱配管成形体の前記配管が、前記蓄熱配管成形体に複数配置され、各配管の入口側は、導入される前記冷却熱媒体を各配管に分岐する分岐ブロックが取り付けられ、各配管の出口側は、各配管を１つの配管に合流する合流ブロックが取り付けられることを特徴とする蓄熱配管体。
【請求項８】
前記冷却熱媒体の熱を利用してヒータにより移動体内を暖める蓄熱暖房装置であって、
少なくとも前記移動体のエンジンから前記ヒータに前記冷却熱媒体を送出する送出配管の一部に、請求項１〜５のいずれか一つに記載の蓄熱配管成形体、蓄熱配管群体、又は蓄熱配管体を介在させたことを特徴とする蓄熱暖房装置。
【請求項９】
前記送出配管と、前記ヒータから前記エンジンに前記冷却熱媒体を戻す戻り配管との間をバイパスするバイパス配管を設け、
前記冷却熱媒体から前記蓄熱配管成形体、前記蓄熱配管群体、又は前記蓄熱配管体に蓄熱する場合、前記冷却熱媒体を、前記バイパス配管を介して前記エンジン側に戻す蓄熱循環を行い、前記蓄熱配管成形体、前記蓄熱配管群体、又は前記蓄熱配管体から前記冷却熱媒体に放熱して前記ヒータによる暖房を行う場合、前記バイパス配管を閉じて前記冷却熱媒体を前記ヒータに導入する暖房循環を行うことを特徴とする請求項８に記載の蓄熱暖房装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、伝熱効率を高める蓄熱配管成形体、蓄熱配管群体、蓄熱配管体及び蓄熱暖房装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関であるエンジンを搭載した車両は、冷却水を用いてエンジンを冷却している。また、エンジンを搭載した車両は、エンジンの発熱により加熱された冷却水を利用して車内の暖房を行うヒータを備えている。ここで、特許文献１では、固体固体相転移蓄熱材を用い、加熱された冷却水が相転移温度を超える場合に冷却水から吸熱することによって熱エネルギーを蓄熱し、冷却水が冷却されて相転移温度以下になった場合に、蓄熱された熱エネルギーを冷却水に放熱し、加熱された冷却水を利用して、ヒータにより車内を暖めている。これにより、固体固体相転移蓄熱材を有した蓄熱装置は、定常運転によりエンジンが稼動しているときに蓄熱し、アイドリングストップなどでエンジンが稼動していないときに放熱してヒータにより車内を暖めることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１６−３１１８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、固体固体相転移蓄熱材を含んだ蓄熱装置は、冷却水の配管とは別に設けられるため、冷却水を用いた蓄熱暖房装置の構成が大型化し、設計の自由度がなく、しかも構成が複雑になるという課題があった。
【０００５】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、簡易な構成で、装置を大型化することなく、伝熱効率を高めることができる蓄熱配管成形体、蓄熱配管群体、蓄熱配管体及び蓄熱暖房装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる蓄熱配管成形体は、冷却熱媒体からの吸熱及び前記冷却熱媒体への放熱を行う蓄熱配管成形体であって、前記冷却熱媒体の流路を形成する配管と、前記配管を包み固体固体相転移蓄熱材を含んだ熱伝導性を有する蓄熱部材と、を備えることを特徴とする。
【０００７】
また、本発明にかかる蓄熱配管成形体は、上記の発明において、前記蓄熱部材は、保温層によって覆われることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明にかかる蓄熱配管成形体は、上記の発明において、前記冷却熱媒体は冷却水であり、前記固体固体相転移蓄熱材の相転移温度は、所定温度から当該所定温度よりも高い前記冷却水の沸点までの間にあることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明にかかる蓄熱配管成形体は、上記の発明において、前記固体固体相転移蓄熱材は、強相関電子系化合物であることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明にかかる蓄熱配管成形体は、上記の発明において、前記蓄熱部材は、前記固体固体相転移蓄熱材のフィラーと前記保温層よりも熱伝導性が高い熱伝導性部材のフィラーとが樹脂製基材に混入されていることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明にかかる蓄熱配管群体は、上記の発明のいずれか一つに記載の蓄熱配管成形体を複数連結したことを特徴とする。
【００１２】
また、本発明にかかる蓄熱配管体は、上記の発明のいずれか一つに記載の蓄熱配管成形体の配管が、前記蓄熱配管成形体に複数配置され、各配管の入口側は、導入される前記冷却熱媒体を各配管に分岐する分岐ブロックが取り付けられ、各配管の出口側は、各配管を１つの配管に合流する合流ブロックが取り付けられることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明にかかる蓄熱暖房装置は、前記冷却熱媒体の熱を利用してヒータにより移動体内を暖める蓄熱暖房装置であって、少なくとも前記移動体のエンジンから前記ヒータに前記冷却熱媒体を送出する送出配管の一部に、上記の発明のいずれか一つに記載の蓄熱配管成形体、前記蓄熱配管群体、又は前記蓄熱配管体を介在させたことを特徴とする。
【００１４】
また、本発明にかかる蓄熱暖房装置は、上記の発明において、前記送出配管と、前記ヒータから前記エンジンに前記冷却熱媒体を戻す戻り配管との間をバイパスするバイパス配管を設け、前記冷却熱媒体から前記蓄熱配管成形体、前記蓄熱配管群体、又は前記蓄熱配管体に蓄熱する場合、前記冷却熱媒体を、前記バイパス配管を介して前記エンジン側に戻す蓄熱循環を行い、前記蓄熱配管成形体、前記蓄熱配管群体、又は前記蓄熱配管体から前記冷却熱媒体に放熱して前記ヒータによる暖房を行う場合、前記バイパス配管を閉じて前記冷却熱媒体を前記ヒータに導入する暖房循環を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、簡易な構成で、装置を大型化することなく、伝熱効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、本発明の実施の形態である蓄熱暖房装置の概要構成を示す模式図である。
【図２】図２は、蓄熱配管成形体の構成を示す斜視図である。
【図３】図３は、蓄熱配管成形体の横断面図である。
【図４】図４は、固体固体相転移蓄熱材の相転移に伴う吸熱特性及び放熱特性を示す図である。
【図５】図５は、本発明の実施の形態の変形例１の蓄熱配管成形体の構成を示す図である。
【図６】図６は、本発明の実施の形態の変形例２の蓄熱配管成形体の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、添付図面を参照して本発明を実施するための形態について説明する。
【００１８】
＜装置構成＞
図１は、本発明の実施の形態である蓄熱暖房装置１の概要構成を示す模式図である。なお、蓄熱暖房装置１は、エンジン３の排熱を蓄熱して車両内を暖房する装置であり、アイドリングストップ車や、ハイブリッド車等に適用した一例を示すものである。図１に示すように、蓄熱暖房装置１は、ラジエータ２、エンジン３、ヒータ４及び配管系Ｌを有する。
【００１９】
ラジエータ２は、配管Ｌ１２を介して流入した冷却水Ｗを冷却し、配管Ｌ１を介して流量流路調整弁５に導出する。流量流路調整弁５は、導入された冷却水Ｗを、配管Ｌ２を介してポンプ６側に導出する。流量流路調整弁５には、戻りの冷却水Ｗをラジエータ２を介さずにバイパスさせる配管Ｌ１１も接続される。流量流路調整弁５は、例えば、サーモスタットバルブであり、導入された冷却水Ｗが一定温度を超える場合、配管Ｌ１側を開にし、冷却水Ｗをラジエータ２によって冷却させ、導入された冷却水Ｗが一定温度以下の場合、配管Ｌ１１側を閉にし、冷却水Ｗをラジエータ２によって冷却させずにそのまま冷却水Ｗをポンプ６側に導出し、暖機運転を行わせる。なお、厳密には、流量流路調整弁５は、温度に応じて、ラジエータ２側の配管の開度及びラジエータ２をバイパスする配管側の開度を調整する。また、冷却水Ｗは、熱を移動させ熱源であるエンジンを冷却するための流体である冷却熱媒体の一例である。
【００２０】
ポンプ６は、導入された冷却水Ｗを、配管Ｌ３を介してエンジン３側に圧送する。エンジン３によって加熱された冷却水Ｗは、配管Ｌ４を介してヒータ４側に導出される。また、エンジン３によって加熱された冷却水Ｗは、配管Ｌ４から分岐した配管Ｌ１０を介してラジエータ２側又は流量流路調整弁５側に戻される。配管Ｌ１０は、配管Ｌ１２と配管Ｌ１１とに分岐して接続される。
【００２１】
配管Ｌ４は、開閉弁７を介して配管Ｌ７に接続される。配管Ｌ４には、固体固体相転移蓄熱材を有した蓄熱配管成形体９が挿入される。蓄熱配管成形体９は、冷却水Ｗを送出する送出配管の一部であり、エンジン３から開閉弁７までの配管長を増大する必要はない。蓄熱配管成形体９の詳細は後述する。配管Ｌ７を通る冷却水Ｗは、熱交換器であるヒータ４内に導入される。また、ヒータ４内に導入された冷却水Ｗの熱は、ヒータ４により熱交換されて車内に放出される。ヒータ４によって熱交換された後の冷却水Ｗは、配管Ｌ８、開閉弁８及び配管Ｌ６を介して配管Ｌ２に導出される。また、開閉弁７，８間には冷却水Ｗをバイパスする配管Ｌ５が設けられている。ヒータ４を加熱する場合には、開閉弁７が配管Ｌ７側を開にするとともに、開閉弁８が配管Ｌ８側を開にして、冷却水Ｗをヒータ４に導出する。一方、ヒータ４を加熱せずに、蓄熱配管成形体９が蓄熱を維持する場合には、開閉弁７が配管Ｌ５側を開にするとともに、開閉弁８が配管Ｌ５側を開にする。こうすることにより、冷却水Ｗは、ヒータ４側に導出せずに配管Ｌ５にバイパスされる。
【００２２】
コントローラ１０は、開閉弁７，８の開閉制御を行う。コントローラ１０の制御により、通常暖房モードと蓄熱循環モードとの切り替えを行う。通常暖房モードでは、冷却水Ｗは、配管Ｌ５を介さず、ヒータ４を介した暖房循環流路ＲＢを流れる。蓄熱循環モードでは、冷却水は、ヒータ４を介さず、配管Ｌ５を介した蓄熱循環流路ＲＡを流れる。特に、エンジン３の暖機運転後の定常運転に移行した場合には、コントローラ１０は、開閉弁７，８の配管Ｌ５側を開にし、配管Ｌ４に対して、加熱された冷却水Ｗからの吸熱による配管Ｌ４の蓄熱を行わせる蓄熱循環モードを実行する。
【００２３】
なお、配管Ｌ５が設けられる場合、配管Ｌ６も、固体固体相転移蓄熱材を有した蓄熱配管成形体９を挿入することが好ましい。これにより、配管長を増大させることなく、さらに蓄熱量を増大させることができる。また、冷却水Ｗは、冷却熱冷媒の一例であり、冷却水Ｗには凍結防止剤が含まれる場合がある。なお、凍結防止剤が含まれた冷却水Ｗは、水の沸点よりも高い沸点となる。また、ヒータ４には、図示しない送風ファンが設けられ、暖房時に、送風ファンが駆動し、車内に温風が流れる。
【００２４】
＜蓄熱配管成形体の構成＞
図２は、蓄熱配管成形体９の構成を示す斜視図である。また、図３は、蓄熱配管成形体９の横断面図である。図２及び図３に示すように、蓄熱配管成形体９は、配管３０及び蓄熱部材２５を有する。蓄熱部材２５は、蓄熱部材２５は、蓄熱本体部２０と保温層２４とを有する。蓄熱本体部２０は、保温層２４に覆われる。配管３０は、円筒形状であり、アルミニウム等の熱伝導性が高く、冷却水Ｗの流路を形成する。なお、配管３０の端部３０ａ，３０ｂは、蓄熱本体部２０の端部よりも突出して形成される。この端部３０ａ，３０ｂには、配管Ｌ４が外挿接続される。
【００２５】
蓄熱本体部２０は、配管３０を包み、固体固体相転移蓄熱材２３を含み、保温層２４よりも高い熱伝導性を有する。
【００２６】
蓄熱本体部２０は、樹脂製基材２１に、固体固体相転移蓄熱材２３と、保温層２４よりも熱伝導性が高い熱伝導性部材２２とが混入されている。固体固体相転移蓄熱材２３及び熱伝導性部材２２は、それぞれフィラ―（充填材）として樹脂製基材２１内に混入されている。
【００２７】
樹脂製基材２１は、耐候性、耐冷却液性、耐熱性の良いポリマーアロイである。ポリマーアロイは、シリコーン、ウレタン、エポキシ、アクリル、オレフィン、フェノール、ポリイミド、ゴム素材のＥＰＤＭ、１−４トランスポリブタンジエンなどである。
【００２８】
固体固体相転移蓄熱材２３は、温度が相転移温度以下である場合に固体状の第１相状態に変化するとともに、温度が相転移温度を超える場合に固体状の第２相状態に変化する。その相変化にともなう転移熱である潜熱が熱エネルギーとして蓄熱される。そして、図４に示すように、固体固体相転移蓄熱材２３は、加熱される場合、相転移温度（例えば、６５℃付近）での相変化時に吸熱し、逆に、冷却される場合、相転移温度での相変化時に放熱する。例えば、エンジンの冷却は冷却水の水温が７０℃付近を維持する様に制御される。蓄熱材の相転移温度は冷却水の維持水温７０℃以下であれば潜熱による高い熱エネルギーとして蓄熱できることになる。また、蓄熱材の相転移温度を出来る限り維持水温に近い温度とした方が高い熱エネルギーを蓄えることができ、維持水温の保温効果、さらに低温冷却水への暖機効果が得られることになる。
【００２９】
固体固体相転移蓄熱材２３は、強相関電子系化合物であり、例えば、二酸化バナジウム（ＶＯ２）や、ＶＯ２に、Ｗ、Ｒｅ、Ｒｕ、Ｎｂ、Ｔａなどをドープしたバナジウム酸化物である。
【００３０】
熱伝導性部材２２は、冷却水Ｗと、散在する固体固体相転移蓄熱材２３との間の熱伝導性を確保するために設けられたものであり、例えば、酸化アルミニウム、水酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化ケイ素、炭化ケイ素、酸化亜鉛、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、炭化ケイ素、ダイヤモンドなどである。
【００３１】
本実施の形態では、固体固体相転移蓄熱材２３の相転移温度を６５℃としているが、相転移は、所定温度（例えば、４０℃）から冷却水Ｗの沸点までの間にあればよい。なお、相転移温度は、固体固体相転移蓄熱材２３、熱伝導性部材２２、樹脂製基材２１の混合比によって変化させることができる。
【００３２】
具体的な、樹脂製基材２１は、シリコーン系ポリマーアロイであり、蓄熱本体部２０に対して７０重量％である。固体固体相転移蓄熱材２３は、ＶＯ２であり、蓄熱本体部２０に対して２５重量％である。また、熱伝導性部材２２は、窒化ホウ素であり、蓄熱本体部２０に対して５重量％である。このような配合によって、蓄熱本体部２０は、蓄熱密度が６５Ｊ／ｃｃ、蓄熱温度が６５℃、熱伝導率が１．６Ｗ／ｍＫ、比熱が１．４Ｊ／ｇＫ、密度が１．９ｇ／ｃｍ３の特性を呈する。
【００３３】
なお、蓄熱配管成形体９は、配管３０をインサート品としてインサート成形することができる。
【００３４】
＜変形例１＞
図５に示すように、本変形例１の蓄熱配管群体１９は、蓄熱配管成形体９を複数連結している。各蓄熱配管成形体９は、接続配管１８によって連結される。この構成により、配管３０が一本で構成される場合に比べて、さらに蓄熱量を大きくすることができる。
【００３５】
＜変形例２＞
図６に示すように、本変形例２の蓄熱配管体２９は、蓄熱本体部２０内に複数の配管３０が配置されるブロック体である。複数の配管３０の入口側の端部３０ａには、端部３１ａを介して導入される冷却水Ｗを各配管３０に分岐する分岐ブロック２７が取り付けられるとともに、複数の配管３０の出口側の端部３０ｂには、各配管３０が導出される冷却水Ｗを、端部３１ｂに合流させる合流ブロック２８が取り付けられる。この構成により、配管３０が一本で構成される場合に比べて、さらに蓄熱量を大きくすることができるとともに、蓄熱配管体２９において、冷却水Ｗと固体固体相転移蓄熱材２３との間の熱伝導性をさらに良くすることができる。
【００３６】
以上、本発明者らによってなされた発明を適用した実施の形態及び変形例について説明したが、本実施の形態による本発明の開示の一部をなす記述及び図面により本発明は限定されることはない。すなわち、本実施の形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施の形態、実施例、及び運用技術等は全て本発明の範疇に含まれる。
【符号の説明】
【００３７】
１  蓄熱暖房装置
２  ラジエータ
３  エンジン
４  ヒータ
５  流量流路調整弁
６  ポンプ
７，８  開閉弁
９  蓄熱配管成形体
１０  コントローラ
１８  接続配管
１９  蓄熱配管群体
２０  蓄熱本体部
２１  樹脂製基材
２２  熱伝導性部材
２３  固体固体相転移蓄熱材
２４  保温層
２５  蓄熱部材
２７  分岐ブロック
２８  合流ブロック
２９  蓄熱配管体
３０  配管
３０ａ，３０ｂ，３１ａ，３１ｂ  端部
Ｌ  配管系
Ｌ１〜Ｌ８，Ｌ１０〜Ｌ１２  配管
ＲＡ  蓄熱循環流路
ＲＢ  暖房循環流路
Ｗ  冷却水
【図１】
2020128840.tif 000003
【図２】
2020128840.tif 000004
【図３】
2020128840.tif 000005
【図４】
2020128840.tif 000006
【図５】
2020128840.tif 000007
【図６】
2020128840.tif 000008