(57)【要約】【課題】  蓄熱装置の低コスト化を図りつつ、流体の圧力損失を抑制するとともに、蓄熱材と流体との間での熱交換効率を一層高めること。【解決手段】  蓄熱装置１０は、蓄熱材を充填する蓄熱材充填空間とこの蓄熱材充填空間に隣接して流体を通す流体通路とを設けた蓄熱モジュール２０を備える。蓄熱モジュールは、積層された複数の平板状のプレート３１Ａ，３１Ｂからなる。複数のプレートは、片面に形成された渦巻き状凹部からなる流体通路を備える。互いに隣接し合う一対のプレート３１Ａｕ，３１Ｂｄ同士は、流体通路を有する面同士が向かい合っている。一対のプレートのうち、一方のプレートにおける流体通路の渦巻き方向に対して、他方のプレートにおける流体通路の渦巻き方向は逆巻きである。互いに逆巻きの流体通路同士は、互いに交差する位置で連通している。【選択図】      図４
2006226609.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
蓄熱材を充填する蓄熱材充填空間とこの蓄熱材充填空間に隣接して流体を通す流体通路とを設けた蓄熱モジュールを備え、蓄熱材と流体との間で熱エネルギーを交換する蓄熱装置において、
前記蓄熱モジュールは、積層された複数の平板状のプレートからなり、
これら複数のプレートは、片面に形成された渦巻き状凹部からなる、前記流体通路を備え、
前記複数のプレートのうち、互いに隣接し合う一対のプレート同士は、前記流体通路を有する面同士が互いに向かい合うように重なり合っており、
これら一対のプレートのうち、一方のプレートにおける流体通路の渦巻き方向に対して、他方のプレートにおける流体通路の渦巻き方向は逆巻きであり、
これらの互いに逆巻きの流体通路同士は、互いに交差する位置で連通していることを特徴とした蓄熱装置。
【請求項２】
前記他方のプレートは、表裏反転させたときに、前記一方のプレートと同一の形状となる部材であることを特徴とした請求項１記載の蓄熱装置。
【請求項３】
前記複数のプレートをプレート面側から見たときに、前記互いに逆巻きの流体通路同士は、互いに交差する位置で、概ね直交していることを特徴とした請求項１又は請求項２記載の蓄熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蓄熱材と熱交換流体との間で熱エネルギーの交換をする形式の蓄熱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、蓄熱材に蓄えられた熱エネルギーを冷却水等の熱交換流体に付与することで、エネルギーの有効利用を図るようにした蓄熱装置の開発が、進められている。例えば、エンジンにおいては、駆動中に多くの廃熱を発生させる一方で、始動時には熱量を付与することにより起動が円滑になる。蓄熱装置を採用することにより、駆動中の廃熱を蓄熱して始動時のウォームアップに使用することができる。このような蓄熱装置の熱伝達効率を高めるようにした技術も、知られている（例えば、特許文献１参照。）。
また、一般的な熱交換器の熱伝達効率を高めた技術についても、種々のものが知られている（例えば、特許文献２参照。）。
【特許文献１】特開２００４−２７１１１９公報
【特許文献２】特開平５−１４９６８７号公報
【０００３】
特許文献１に示す従来の蓄熱装置を、次の図１２に基づいて説明する。
図１２（ａ）〜（ｃ）は従来の蓄熱装置の概要図である。（ａ）は側方から見た蓄熱装置の断面構成を示し、（ｂ）は蓄熱板並びに二重管の平面構成を示し、（ｃ）は蓄熱板の断面構成を示す（二重管を省略）。
【０００４】
図１２に示すように、従来の蓄熱装置１００は、円筒形密閉タンク１０１の中に、複数の中空円盤状の蓄熱板１０２・・・を多数のスペーサ１０３・・・を介して積層しつつ収容し、さらに、円筒形密閉タンク１０１の中心で、蓄熱板１０２・・・に二重管１０４を貫通させたというものである。蓄熱板１０２は、内部空間に蓄熱材Ａｈを封入した密閉容器である。
【０００５】
流入口１０５から導入された流体Ｆｌｕは、二重管１０４の外管１０６に入り、外管１０６の外周面にある多数の開口（図示せず）から矢印ｆ１・・・に示すように放射状に流出し、蓄熱板１０２，１０２間の隙間１０７・・・を流れつつ蓄熱材Ａｈと熱交換し、矢印ｆ２・・・に示すように上昇して二重管１０４の内管１０８に入り、さらに流出口１０９から導出される。
【０００６】
従来の蓄熱装置１００によれば、隙間１０７・・・を流れる流体Ｆｌｕを、多数のスペーサ１０３・・・によって乱すことにより、蓄熱材Ａｈと流体Ｆｌｕとの間の熱交換効率を、ある程度は高めることができる。しかし、蓄熱板１０２の表面から突出した小さい半円球状のスペーサ１０３・・・に流体Ｆｌｕを当てるだけであるから、流体Ｆｌｕを均一に乱流にすることは容易でない。このような構成で熱交換効率を高めるには、改良の余地がある。熱交換効率を一層高めるには、例えば、特許文献２に示す従来の技術を採用することが考えられる。
【０００７】
次に、一般的な熱交換器の熱伝達効率を高めた技術として、特許文献２に示す従来の技術を、次の図１３に基づいて説明する。
図１３（ａ），（ｂ）は従来の熱交換器の概要図である。（ａ）は分解した熱交換器を示し、（ｂ）は熱交換器の断面構成を示す。
【０００８】
図１３に示すように、従来の熱交換器２００は、上下一対の伝熱プレート２０１，２０１を一定の空間２０２（流体通路２０２）を介して互いに向かい合わせ、さらに上下の伝熱プレート２０１，２０１から流体通路２０２を介して互いに相手側のプレート２０１近くまで、多数の細分化された伝熱フィン２０３・・・を延ばすことで、流体通路２０２を流れる流体との伝熱面積を確保したというものである。このような従来の熱交換器２００によれば、伝熱フィン２０３・・・を流体の流れ方向や逆方向へ規則的に傾斜させることで、伝熱フィン２０３・・・の間を通過した流体に乱流を発生させることができる。この結果、熱交換効率を高めることができる。
【０００９】
しかし、このような従来の熱交換器２００では、上下の伝熱プレート２０１，２０１に多数の細分化された伝熱フィン２０３・・・を設ける必要があるので、製造コストが増大する。また、多数の伝熱フィン２０３・・・を設けた分、熱交換器２００全体が大型になるとともに重量が増大する。しかも、大がかりな伝熱フィン２０３・・・の間に流体を通過させるのであるから、熱交換効率の向上の程度に比べて、流体の圧力損失の増大の程度は極めて大きい。
【００１０】
従って、図１２に示す従来の蓄熱装置１００に、図１３に示す従来の熱交換器２００の技術を、そのまま採用することはできず、更なる改良の余地がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、蓄熱装置の低コスト化を図りつつ、流体の圧力損失を抑制するとともに、蓄熱材と流体との間での熱交換効率を一層高めた技術を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
請求項１に係る発明は、蓄熱材を充填する蓄熱材充填空間とこの蓄熱材充填空間に隣接して流体を通す流体通路とを設けた蓄熱モジュールを備え、蓄熱材と流体との間で熱エネルギーを交換する蓄熱装置において、
蓄熱モジュールを、積層された複数の平板状のプレートで構成し、
これら複数のプレートの片面に、渦巻き状凹部からなる流体通路を備え、
複数のプレートのうち、互いに隣接し合う一対のプレート同士を、流体通路を有する面同士が互いに向かい合うように重ね合わせ、
これら一対のプレートのうち、一方のプレートにおける流体通路の渦巻き方向に対して、他方のプレートにおける流体通路の渦巻き方向を逆巻きとし、
これらの互いに逆巻きの流体通路同士を、互いに交差する位置で連通させたことを特徴とする。
【００１３】
請求項２に係る発明は、他方のプレートが、表裏反転したときに一方のプレートと同一の形状となる部材であることを特徴とする。
【００１４】
請求項３に係る発明は、複数のプレートをプレート面側から見たときに、互いに逆巻きの流体通路同士が、互いに交差する位置で、概ね直交していることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１に係る発明では、積層された複数のプレートにおける各々の片面に、渦巻き状凹部からなる流体通路を備え、この流体通路を有している片面同士が互いに向かい合うように、隣接し合う一対のプレート同士を重ね合わせ、これら一対のプレートにおける流体通路同士の、渦巻き方向を逆巻きとし、さらに、これら互いに逆巻きの流体通路同士を、互いに交差する位置で連通させたことにより、互いに逆巻きの流体通路を流れている流体同士を、交差位置で勢い良く混ぜ合わせることができる。すなわち、互いに交差する流体の流れによって、流体には概ね一定方向に渦を巻く渦流を発生させることができる。
このように流体が渦流になることで、蓄熱材と流体との間の熱伝達効率が高まるので、その分だけ伝熱面積を低減させることができる。伝熱面積が下がるので、蓄熱装置の小型化や軽量化を図ることができる。
しかも、互いに逆巻きの流体通路を流れる流体同士を、交差位置で勢い良く混ぜ合わせて、一定方向に渦を巻く渦流（互いに逆向きの渦流）を発生させるだけであるから、流体の圧力損失を抑制することができる。従って、熱伝達効率を高めるとともに、流体の圧力損失を抑制した高性能の蓄熱装置を提供することができる。
さらには、互いに逆巻きの流体通路同士を、互いに交差する位置で連通させただけの、簡単な構成によって、流体を容易に渦流にすることができる。熱伝達効率の良い蓄熱装置を、安価に生産することができる。
このようにして、蓄熱装置の低コスト化を図りつつ、蓄熱材と流体との間での熱交換効率を一層高めることができる。
【００１６】
請求項２に係る発明では、一対のプレートのうち、他方のプレートを表裏反転させたときに、一方のプレートと同一の形状となるようにしたので、一方のプレートに対して他方のプレートを逆向きに配置することにより、流体通路同士の渦巻き方向を逆巻きとすることができる。このようにしたことにより、一方のプレートと他方のプレートとを共用することができるので、いずれか一方のプレートを準備すればよい。このため、蓄熱装置を構成する部材の種類を抑制することができ、この結果、製造コストの低減化を図ることができる。
【００１７】
請求項３に係る発明では、複数のプレートをプレート面側から見たときに、互いに逆巻きの流体通路同士を、互いに交差する位置で概ね直交させたので、一定方向に渦を巻く渦流を発生させ易くなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明を実施するための最良の形態を添付図に基づいて以下に説明する。
図１は本発明に係る蓄熱装置の縦断面図、図２は図１の２−２線断面図、図３は本発明に係る蓄熱装置の分解図である。
図１〜図３に示すように、蓄熱装置１０は、偶数個（例えば２個）の蓄熱モジュール２０，２０をセパレータ板５０を介して上下に重ね合わせ、最下層の蓄熱モジュール２０の下面を底板６０で塞ぐとともに、最上層の蓄熱モジュール２０の上面を蓋板７０で塞いだ構成である。
以下、最下層の蓄熱モジュール２０のことを「下の蓄熱モジュール２０」と言い、最上層の蓄熱モジュール２０のことを「上の蓄熱モジュール２０」と言う。
【００１９】
上下２個の蓄熱モジュール２０，２０は互いに同一構成の部材であって、概ね円柱状又は角柱状を呈し、互いに同心ＣＬ上で積層することになる。このような蓄熱モジュール２０は、蓄熱材Ｓｈを充填する複数の蓄熱材充填空間２１・・・と、流体Ｆｕを通す複数の流体通路２２・・・とを、一体に備える。
【００２０】
さらに蓄熱装置１０は、上下の蓄熱モジュール２０，２０における一端、すなわち、底板６０側又は蓋板７０側に、流体通路２２・・・の導入口８４ｂ及び導出口８５ａを一体的に集合したコネクタ８０を備えたことを特徴とする。このように、コネクタ８０は、偶数個の蓄熱モジュール２０，２０の下部に、且つ、これらの蓄熱モジュール２０，２０の中心ＣＬ上に配置したものである。コネクタ８０の詳細については後述する。
【００２１】
蓄熱材Ｓｈは、液体から固体に相変化を伴う材料（潜熱蓄熱材）であり、具体的にはパラフィン系のもの、エリスリトール、キシリトール、ソルビトール等の糖アルコール系のもの、硝酸マグネシウム６水和物等の塩水和物等からなる。
流体Ｆｕは、蓄熱材Ｓｈと互いに熱交換し得る液体、すなわち熱交換流体（冷媒、熱媒）であって、例えばエンジン冷却用の冷却水である。流体Ｆｕには冷水や温水も含む。
【００２２】
ところで、上下の蓄熱モジュール２０，２０は、それぞれ積層した複数個のエレメント３０・・・からなる。これらのエレメント３０・・・について、以下に説明する。
図４は本発明に係る２個のエレメントを分解した状態で表した斜視図であり、図３に対応させて表した。図５は本発明に係る１個のエレメントを組み立てた状態で表した平面図である。図６（ａ），（ｂ）は本発明に係る１個のエレメントを分解した状態で表した平面図であり、図５に対応させて表した。
【００２３】
図４に示すように１個のエレメント３０は、下側の第１のプレート３１Ａと上側の第２のプレート３１Ｂとを、互いに表裏反転した状態で重ね合わせることで、複数の凹部３２・・・同士並びに複数の凸部３３・・・同士を互いに向かい合わせ、さらに上下の凸部３３・・・同士及び外周部分のフランジ３４・・・同士を接合して一体化した構成である。
このように、互いに向かい合わせにした第１・第２のプレート３１Ａ，３１Ｂを重ねて接合することで、１個のエレメント３０を得ることができる。
【００２４】
第１・第２のプレート３１Ａ，３１Ｂは平面視円形の平板であり、蓄熱モジュール２０における上下方向の中心ＣＬ上に貫通した、１個の液通過孔３５を有している。この液通過孔３５は、蓄熱モジュール２０の液通過孔３５でもある。このような第１・第２のプレート３１Ａ，３１Ｂは、例えばアルミニウム合金等の金属製板材のプレス成形品である。
【００２５】
図４及び図５においては、下側の第１のプレート３１Ａと上側の第２のプレート３１Ｂとを互いに向かい合わせにした状態を示す。図６では、紙面の下半分の（ａ）に、上から見た第１のプレート３１Ａを示し、紙面の上半分の（ｂ）に、上から見た第２のプレート３１Ｂを（ａ）と関連付けて示す。
【００２６】
図４〜図６に示すように、第１のプレート３１Ａにおいて、それぞれ複数（例えば１２個）の凹部３２・・・並びに凸部３３・・・は、中心ＣＬを基準として、液通過孔３５の周囲に図反時計回り（上から見て左巻き）の渦巻き状に等ピッチで形成したものである。
凹部３２・・・並びに凸部３３・・・の渦巻き形状は、インボリュート曲線状である。インボリュート曲線であるから、どの巻き部分でも概ね同じ間隔の渦巻き形状にすることができる。
【００２７】
この第１のプレート３１Ａにおいて、（１）凹部３２の巻き始め端は液通過孔３５の近傍に等ピッチで配列し、（２）凹部３２の巻き終わり端は第１のプレート３１Ａの外周部分に配列し、しかも、環状凹部３７によって互いに繋がっている。凹部３２における、内方端から外方端までの渦巻き角度は約１０５°である。
【００２８】
さらに第１のプレート３１Ａにおいて、（１）凸部３３の巻き始め端３３ｂ、すなわち内方端３３ｂは液通過孔３５の近傍に等ピッチで配列し、（２）凸部３３の巻き終わり端３３ｃ、すなわち外方端３３ｃは第１のプレート３１Ａの外周部分に配列している。凸部３３における、内方端３３ｂから外方端３３ｃまでの渦巻き角度は約１２０°である。外方端３３ｃは、上下貫通した円形状の貫通孔である。
１２個の外方端３３ｃ・・・は、方位０°の位置を基準にして、ピッチ３０°で配列している。
【００２９】
上述のように、上側の第２のプレート３１Ｂは、下側の第１のプレート３１Ａに対して表裏反転させたときに、第１のプレート３１Ａと同一の形状となる部材である。つまり、第２のプレート３１Ｂは、第１のプレート３１Ａと全く同一の部材を、表裏逆向きに配置した構成であることを特徴とする。
【００３０】
第２のプレート３１Ｂにおいて、それぞれ複数（例えば１２個）の凹部３２・・・並びに凸部３３・・・は、中心ＣＬを基準として、液通過孔３５の周囲に図時計回り（上から見て右巻き）の渦巻き状に形成することになる。
従って、第１のプレート３１Ａにおける凹部３２・・・並びに凸部３３・・・の渦巻き方向に対して、第２のプレート３１Ｂにおける凹部３２・・・並びに凸部３３・・・の渦巻き方向は、逆巻きとなる。
【００３１】
図７（ａ），（ｂ）は本発明に係る１個のエレメントの断面構成図であり、図５の７−７線方向の断面構成を表した図である。
図７（ａ）は、上記図４と同様に、下側の第１のプレート３１Ａと上側の第２のプレート３１Ｂとを互いに向かい合わせにした分解状態を示す。下側の第１のプレート３１Ａは、水平な上側の板面３１ａ（第２のプレート３１Ｂと対向するプレート面３１ａ）から下方へ窪んだ凹部３２と、板面３１ａと面一である凸面部３３ａ（底３３ａ）を有する凸部３３と、板面３１ａと面一である外周部分のフランジ３４と、板面３１ａから下方へ窪んだ環状凹部３７とを、一体に形成した部材である。
【００３２】
凹部３２と凸部３３とは、第１のプレート３１Ａの径方向（図７の左右方向）に交互に配列したものであり、略直角四辺形状の断面を呈する。さらに凹部３２の底３２ａ、凸部３３の凸面部３３ａ及びフランジ３４は、第１のプレート３１Ａの板面３１ａに平行な平坦な面である。凹部３２・・・の底３２ａ・・・及び環状凹部３７の底３７ａは、上下貫通した（すなわち、板厚方向に貫通した）蓄熱材通過孔３６・・・を有する。蓄熱材通過孔３６は、蓄熱モジュール２０（図４参照）の蓄熱材通過孔３６でもある。
【００３３】
第１のプレート３１Ａに第２のプレート３１Ｂを重ね合わせることで、複数の凹部３２・・・同士並びに複数の凸部３３・・・同士を互いに向かい合わせ、凸部３３，３３の凸面部３３ａ，３３ａ同士を重ね合わせた構成を図７（ｂ）に示す。この状態においては、第１・第２のプレート３１Ａ，３１Ｂの外周部分のフランジ３４，３４同士も重ね合わせた状態になる。
【００３４】
この状態において、凸部３３，３３の凸面部３３ａ，３３ａ同士及びフランジ３４，３４同士を接合することで、１個のエレメント３０を構成することができる。なお、接合としては溶接、ロウ付け、接着等がある。
このような構成にすることで、第１のプレート３１Ａの凹部３２は、第２のプレート３１Ｂの板面３１ａで区切られた空間となる。また、第２のプレート３１Ｂの凹部３２は、第１のプレート３１Ａの板面３１ａで区切られた空間となる。これらの渦巻き状凹部３２，３２は、蓄熱材充填空間２１，２１を成す。
【００３５】
ところで、当然のことではあるが、図７（ｂ）に示すようにエレメント３０全体の外観形状を見たときには、第１・第２のプレート３１Ａ，３１Ｂの単品を見たときに対して、凹凸形状が反転する。すなわち、プレート３１Ａ，３１Ｂにおける凹部３２の裏側の部分４１は突出し、プレート３１Ａ，３１Ｂにおける凸部３３の裏側の部分４２は窪む。
凹部３２の裏側の部分４１は、エレメント３０における凸部４１であると、言うことができる（以下、「エレメントの凸部４１」と言う。）。また、凸部３３の裏側の部分４２は、エレメント３０における凹部４２であると、言うことができる（以下、「エレメントの凹部４２」と言う。）。
【００３６】
図８は本発明に係る２個のエレメントの断面構成図であり、上記図７（ｂ）で得られたエレメント３０を２個積層した構成を示す。
この状態では、エレメントの凸部４１，４１同士並びにエレメントの凹部４２，４２同士が互いに向かい合わせになる。複数のエレメント３０，３０を積層し、エレメントの凸部４１，４１における凸面同士（すなわち、凹部３２，３２の底３２ａ，３２ａ同士）を接合することで、蓄熱モジュール２０を構成することができる。なお、接合としては溶接、ロウ付け、接着等がある。
【００３７】
ここで、上下２個のエレメント３０，３０のうち、上側のエレメント３０における第１のプレート３１Ａのことを、便宜的に「一方のプレート３１Ａｕ」と言い換えるとともに、下側のエレメント３０における第２のプレート３１Ｂのことを、便宜的に「他方のプレート３１Ｂｄ」と言い換えることにする。当然のことながら、これらの一方のプレート３１Ａｕ及び他方のプレート３１Ｂｄは、互いに隣接し合う一対のプレートである。
【００３８】
このような構成にすることで、一方のプレート３１Ａｕの凹部４２（エレメントの凹部４２）は、他方のプレート３１Ｂｄの板面３１ｂで区切られた空間となる。また、他方のプレート３１Ｂｄの凹部４２は、一方のプレート３１Ａｕの板面３１ｂで区切られた空間となる。これらのプレート３１Ａｕ，３１Ｂｄにおける渦巻き状凹部４２，４２は、流体通路２２，２２を成す。なお、これらの凹部４２，４２は、エレメントの凹部でもある。
【００３９】
複数のプレート３１Ａ，３１Ｂ，３１Ａ，３１Ｂのうち、互いに隣接し合う一対のプレート３１Ａｕ，３１Ｂｄ同士は、流体通路２２・・・を有する面（板面）３１ｂ，３１ｂ同士が互いに向かい合うように重なり合っている。
【００４０】
流体通路２２は、蓄熱材充填空間２１に隣接し、蓄熱材充填空間２１よりも幅狭の空間である。蓄熱材充填空間２１と流体通路２２とは、壁２３によって互いに区切られた構成なので、互いに非連通である。この壁２３は、蓄熱材充填空間２１と流体通路２２との間で熱交換をするための、伝熱板の役割を兼ねる。壁２３の厚みは、第１・第２のプレート３１Ａ，３１Ｂの１枚の板厚に相当するので、極めて薄い。
【００４１】
図７（ａ）に示すように、第１・第２のプレート３１Ａ，３１Ｂにおいて、凹部３２と凸部３３とは径方向（紙面の左右方向）に交互に配列されている。このため、図８に示すように蓄熱材充填空間２１・・・と流体通路２２・・・とは、側面視千鳥状に且つ交互に配列することになる。
【００４２】
ここで、第１・第２のプレート３１Ａ，３１Ｂの全体構成について、更に詳しく説明する。図４に示すように、上側の第２のプレート３１Ｂを第１のプレート３１Ａとは反対側から（すなわち裏側から）見たときに、エレメントの凹部４２は液通過孔３５に連なっている。このことは、下側の第１のプレート３１Ａについても同様である。従って、エレメントの凹部４２で形成された流体通路２２（図８参照）の内方端は、液通過孔３５に連なることになる。
【００４３】
以下、凸部３３の内方端３３ｂのことを流体通路２２の内方端３３ｂと言換えて説明する。同様に、凸部３３の外方端３３ｃのことを流体通路２２の外方端３３ｃと言換えて説明する。流体通路２２・・・は、蓄熱モジュール２０の中心ＣＬを基準とした、多重の渦巻き状空間である。図７（ｂ）に示す、蓄熱材充填空間２１・・・についても同様である。図５に示すように、複数の蓄熱材充填空間２１・・・及び複数の流体通路２２・・・は、蓄熱モジュール２０の中心ＣＬの周囲に、等ピッチで互いに１個ずつ交互に配列したものである。
【００４４】
図４に示すように、プレス成型によって第１・第２のプレート３１Ａ，３１Ｂに渦巻き状の凹凸を形成し、これら第１・第２のプレート３１Ａ，３１Ｂを重ね合わせてエレメント３０を生産することができる。複数（例えば１４個）のエレメント３０・・・を積層して接合することで、容易に蓄熱モジュール２０を構成することができる。
【００４５】
しかも、単にプレート（板材）に凹凸を形成するのであるから、低コストで容易に、流体通路２２（図８参照）の通路幅を狭くできる。また、上述のように、蓄熱材充填空間２１と流体通路２２との間の壁２３（図８参照）の厚みは、極めて薄い。
通路幅を狭くでき且つ通路間の壁２３を薄くできるので、蓄熱材充填空間２１・・・に充填された蓄熱材Ｓｈ（図１参照）と、流体通路２２・・・を流れる流体Ｆｕ（図１参照）との間で、熱エネルギーの交換をする熱交換効率を一層高めることができる。また、壁２３を薄くできるので、蓄熱装置１０（図１参照）の小型化及び軽量化を図ることができる。
【００４６】
しかも、渦巻き状であるから、各蓄熱材充填空間２１・・・と各流体通路２２・・・との間の伝熱面積を確保するのに、小型の蓄熱モジュール２０ですむ。従って、蓄熱装置１０の小型化を図ることができる。
【００４７】
さらには、通路間の壁２３はプレート１枚だけであるから、均一な厚みである。この結果、蓄熱材充填空間２１に充填された蓄熱材Ｓｈと、流体通路２２を流れる流体Ｆｕとの間で、熱エネルギーの交換を均一に行うことができるので、熱交換効率をより一層高めることができる。
【００４８】
図９（ａ），（ｂ）は本発明に係る上下一対の流体通路同士が交差する部分の構成図である。（ａ）は互いに逆巻きの流体通路２２，２２同士が互いに交差する位置で連通した構成を示す。（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ線断面構成を示す。
【００４９】
図５、図８及び図９に示すように、一方のプレート３１Ａｕに形成された流体通路２２は、下方が開放した細長い溝である。また、他方のプレート３１Ｂｄに形成された流体通路２２は、上方が開放した細長い溝である。このため、上下一対の流体通路２２，２２同士は、互いに交差する位置で連通することになる。つまり、上下一対の流体通路２２，２２間には、互いに連通する連通部２４を有する。
【００５０】
図５及び図９に示すように、複数のプレート３１Ａｕ，３１Ｂｄをプレート面側（図９の矢印Ｌｏ側）から見たときに、互いに逆巻きの流体通路２２，２２同士は、互いに交差する位置で、概ね直交している。
【００５１】
次に、蓄熱装置１０における他の部材について、図１及び図３に基づき説明する。
底板６０は、下の蓄熱モジュール２０に外周の輪郭を合わせた平板であり、中心ＣＬに１個の流体出口６１を有する。流体出口６１は円形状の貫通孔である。
【００５２】
セパレータ板５０は、蓄熱モジュール２０に外周の輪郭を合わせた平板であり、中心ＣＬに開けた１個の第１中間連通孔５１と、外周近傍に開けた複数の第２中間連通孔５２・・・と、中間に開けた複数の第３中間連通孔５３・・・とを有する。
【００５３】
複数の第２中間連通孔５２・・・は、上下の蓄熱モジュール２０，２０における流体通路２２・・・，２２・・・（図１参照）の外方端３３ｃ・・・，３３ｃ・・・の位置に合わせて、中心ＣＬの周囲に等ピッチで貫通した貫通孔である。このような第２中間連通孔５２・・・は、上下隣接し合う蓄熱モジュール２０，２０間の流体通路２２・・・，２２・・・における、外方端３３ｃ・・・，３３ｃ・・・同士を連通させる役割を果たす（図２も参照）。
【００５４】
複数の第３中間連通孔５３・・・は、上下の蓄熱材充填空間２１・・・，２１・・・（図１参照）における各蓄熱材通過孔３６・・・の位置に合わせて貫通した、貫通孔である。このような第３中間連通孔５３・・・は、上下隣接し合う蓄熱モジュール２０，２０間の上下の蓄熱材充填空間２１・・・，２１・・・同士を連通させる役割を果たす。
【００５５】
図２及び図３に示すように、蓋板７０は、最上層の蓄熱モジュール２０に外周の輪郭を合わせた平板であり、複数の充填孔７１・・・を有する。
複数の充填孔７１・・・は、蓄熱モジュール２０における蓄熱材通過孔３６・・・の位置に合わせて貫通した、貫通孔である。１個の充填孔７１から全ての蓄熱材充填空間２１・・・に蓄熱材Ｓｈを充填した後に、各充填孔７１・・・をプラグ７２・・・で塞ぐことになる。
【００５６】
セパレータ板５０、底板６０及び蓋板７０は、アルミニウム合金等の金属品や樹脂成形品等からなる。
上下の蓄熱モジュール２０，２０、セパレータ板５０、底板６０及び蓋板７０の各合わせ面は、ロウ付け、溶接、接着等によって、互いにシールを施すとともに互いに一体的に組付けることができる。また、パッキンの封入によってシールを施してもよい。
【００５７】
図１及び図３に示すように、コネクタ８０は、Ｔ字状管８１と仕切板８２と連通管８３とからなる。なお、理解を容易にするために、図３ではＴ字状管８１を左右に切断して表した。
Ｔ字状管８１は、上下に長い直管部８４と、直管部８４の長手中間部から横向きに延びる分岐部８５とを、一体に形成したＴ字状のジョイントである。
【００５８】
直管部８４は大径のパイプからなり、最下層の蓄熱モジュール２０の一端に接続するための一方の開口８４ａにフランジ８６を有するとともに、他方の開口８４ｂを小径に形成したものである。
このように、直管部８４の一方の開口８４ａは、最下層の蓄熱モジュール２０の一端に接続するとともに、流体出口６１に連通するモジュール接続口（以下「モジュール接続口８４ａ」と言う。）である。モジュール接続口８４ａの内径は、蓄熱モジュール２０の液通過孔３５の径と概ね同じである。
【００５９】
底板６０にフランジ８６を重ねてボルト止めすることで、最下層の蓄熱モジュール２０の下面にコネクタ８０を取付けることができる。この結果、モジュール接続口８４ａは、流体出口６１に連通する。
直管部８４における他方の開口８４ｂは導入口である（以下「導入口８４ｂ」と言う。）。分岐部８５は、直管部８４から枝分かれした小径のパイプからなる。分岐部８５における開口８５ａは導出口である（以下「導出口８５ａ」と言う。）。
【００６０】
仕切板８２は、直管部８４の中に嵌合することで、直管部８４の長手途中を仕切る円盤である。直管部８４の中を仕切ることで、モジュール接続口８４ａ並びに導出口８５ａに対して導入口８４ｂを仕切ることができる。モジュール接続口８４ａに対して導出口８５ａは連通したままである。
【００６１】
この仕切板８２は、直管部８４の中で導入口８４ｂに連通する連通管８３を設けたものである。より具体的に述べると、連通管８３は、仕切板８２からモジュール接続口８４ａ側へ延びた、互いに平行な小径のパイプである。
連通管８３は、その一端部を導入口８４ｂに連通し、他端部をモジュール接続口８４ａよりも蓄熱モジュール２０側へ突出し、その突出端がセパレータ板５０の第１中間連通孔５１に嵌合することで、最上層の蓄熱モジュール２０の液通過孔３５に対して導入口８４ｂを連通している。
【００６２】
このようなコネクタ８０は、図１に示すように、導入口８４ｂ及び導出口８５ａを例えばエンジン９５の水冷ジャケットにホース９６，９７にて接続したものである。
【００６３】
次に、上記構成の蓄熱装置１０の作用について図１、図２、図９〜図１１に基づき説明する。
図１０は本発明に係る上の蓄熱モジュールの作用図であり、上の蓄熱モジュール２０を上から見た構成を示す。図１１は本発明に係る下の蓄熱モジュールの作用図であり、下の蓄熱モジュール２０を上から見た構成を示す。
【００６４】
先ず、図１に示すように、エンジン９５を冷却した高温の流体Ｆｕは、（１）水冷ジャケットからホース９６を介して導入口８４ｂに入り、連通管８３を通って、上の蓄熱モジュール２０の液通過孔３５に流れる。
（２）さらに流体Ｆｕは、図２及び図１０に示すように、上の蓄熱モジュール２０における全ての内方端３３ｂ・・・（図１０参照）に入り、流体通路２２・・・内を渦巻きに沿って径外方へ移動し、外方端３３ｃ・・・へ流れる。
（３）さらに流体Ｆｕは、上の蓄熱モジュール２０における外方端３３ｃ・・・から、セパレータ板５０（図２参照）の第２中間連通孔５２・・・を通って、下の蓄熱モジュール２０における外方端３３ｃ・・・へ流れる。
（４）さらに流体Ｆｕは、図２及び図１１に示すように、下の蓄熱モジュール２０における全ての流体通路２２・・・内を渦巻きに沿って径内方へ移動し、内方端３３ｂ・・・（図１１参照）から液通過孔３５へ流れる。
（５）さらに流体Ｆｕは、図１に示すように、液通過孔３５から流体出口６１及び導出口８５ａの経路を通り、導出口８５ａからホース９７を介してエンジン９５の水冷ジャケットに戻る。
【００６５】
このようにして、上下の蓄熱モジュール２０，２０において、複数の蓄熱材充填空間２１・・・に充填された蓄熱材Ｓｈと、複数の流体通路２２・・・を流れる流体Ｆｕとの間で、熱交換をすることができる。
【００６６】
ところで図９に示すように、流体Ｆｕは、一方のプレート３１Ａｕに形成された流体通路２２（便宜的に「一方の流体通路２２Ａｕ」と言う）、及び、他方のプレート３１Ｂｄに形成された流体通路２２（便宜的に「他方の流体通路２２Ｂｄ」と言う）の両方を流れる。
これらの流体Ｆｕ，Ｆｕ同士は、交差位置の連通部２４を介して勢い良く混ざり合う。つまり、互いに交差する流体Ｆｕ，Ｆｕの流れによって、流体Ｆｕ，Ｆｕに一定方向の渦流（乱流）が発生する。
【００６７】
ここで、上記蓄熱モジュール２０の構成・作用をまとめて説明する。
図４、図８及び図９に示すように、蓄熱モジュール２０は、積層された複数の平板状のプレート３１Ａ・・・，３１Ｂ・・・で構成し、これら複数のプレート３１Ａ・・・，３１Ｂ・・・の片面に、渦巻き状凹部からなる流体通路２２・・・を備え、複数のプレート３１Ａ・・・，３１Ｂ・・・のうち、互いに隣接し合う一対のプレート３１Ａｕ，３１Ｂｄ同士を、流体通路２２・・・を有する面３１ｂ、３１ｂ同士が互いに向かい合うように重ね合わせ、これら一対のプレート３１Ａｕ，３１Ｂｄのうち、一方のプレート３１Ａｕにおける流体通路２２Ａｕの渦巻き方向に対して、他方のプレート３１Ｂｄにおける流体通路２２Ｂｄの渦巻き方向を逆巻きとし、これらの互いに逆巻きの流体通路２２Ａｕ，２２Ｂｄ同士を、互いに交差する位置で連通させた構成である。
【００６８】
すなわち、蓄熱モジュール２０は、積層された複数のプレート３１Ａ・・・，３１Ｂ・・・における各々の片面３１ｂ・・・に、渦巻き状凹部からなる流体通路２２・・・を備え、この流体通路２２・・・を有している片面３１ｂ、３１ｂ同士が互いに向かい合うように、隣接し合う一対のプレート３１Ａｕ，３１Ｂｄ同士を重ね合わせ、これら一対のプレート３１Ａｕ，３１Ｂｄにおける流体通路２２Ａｕ・・・，２２Ｂｄ・・・同士の、渦巻き方向を逆巻きとし、さらに、これら互いに逆巻きの流体通路２２Ａｕ・・・，２２Ｂｄ・・・同士を、互いに交差する位置で連通させた構成である。
【００６９】
このようにすることで、図９に示すように互いに逆巻きの流体通路２２Ａｕ，２２Ｂｄを流れている流体Ｆｕ，Ｆｕ同士を、交差位置で勢い良く混ぜ合わせることができる。すなわち、互いに交差する流体Ｆｕ，Ｆｕの流れによって、流体Ｆｕ，Ｆｕには概ね一定方向に渦を巻く渦流（互いに逆向きの渦流）を発生させることができる。
【００７０】
流体Ｆｕ，Ｆｕが渦流になることで、蓄熱材Ｓｈ（図１参照）と流体Ｆｕとの間の熱伝達効率が高まるので、その分だけ伝熱面積を低減させることができる。また、伝熱面積が下がるので、蓄熱装置１０の小型化や軽量化を図ることができる。
【００７１】
しかも、互いに逆巻きの流体通路２２Ａｕ，２２Ｂｄを流れる流体Ｆｕ，Ｆｕ同士を、交差位置で勢い良く混ぜ合わせて、一定方向に渦を巻く渦流を発生させるだけであるから、流体Ｆｕの圧力損失を抑制することができる。従って、熱伝達効率を高めるとともに、流体Ｆｕの圧力損失を抑制した高性能の蓄熱装置１０を提供することができる。
【００７２】
さらには、互いに逆巻きの流体通路２２Ａｕ，２２Ｂｄ同士を、互いに交差する位置で連通させただけの、簡単な構成によって、流体Ｆｕを容易に渦流にすることができる。熱伝達効率の良い蓄熱装置１０を、安価に生産することができる。
このようにして、蓄熱装置１０の低コスト化を図りつつ、蓄熱材Ｓｈと流体Ｆｕとの間での熱交換効率を一層高めることができる。
【００７３】
さらに蓄熱モジュール２０は、一対のプレート３１Ａｕ，３１Ｂｄのうち、他方のプレート３１Ｂｄを表裏反転させたときに、一方のプレート３１Ａｕと同一の形状となるようにしたので、一方のプレート３１Ａｕに対して他方のプレート３１Ｂｄを逆向きに配置することにより、流体通路２２Ａｕ，２２Ｂｄ同士の渦巻き方向を逆巻きとすることができる。このようにすることで、一方のプレート３１Ａｕと他方のプレート３１Ｂｄとを共用することができ、いずれか一方のプレート３１Ａｕを準備すればよい。このため、蓄熱装置１０を構成する部材の種類を抑制することができ、この結果、製造コストの低減化を図ることができる。
【００７４】
さらに蓄熱モジュール２０は、複数のプレート３１Ａ・・・，３１Ｂ・・・をプレート面側から見たときに、互いに逆巻きの流体通路２２Ａｕ，２２Ｂｄ同士を、互いに交差する位置で概ね直交させたので、一定方向に渦を巻く渦流を発生させ易くなる。
【００７５】
なお、本発明は実施の形態では、蓄熱装置１０を配置する向きは任意である。蓄熱装置１０の用途や他の装置とのレイアウト等に合わせて、上下左右自由である。すなわち、蓄熱装置１０は偶数の蓄熱モジュール２０，２０を上下に積層した構成に限定されるものではなく、例えば、横に積層した構成であってもよい。
また、蓄熱モジュール２０，２０は樹脂成形品としてもよい。
また、蓄熱モジュール２０の数量は偶数であればよく、例えば４個にすることも可能である。
【００７６】
また、第１・第２のプレート３１Ａ，３１Ｂ同士の接合、エレメント３０，３０同士の接合、蓄熱モジュール２０に対するセパレータ板５０、底板６０及び蓋板７０の接合については、それぞれのプレートをブレージングシートにて構成することで、ロウ付けするようにしてもよい。ブレージングシートとは、母材の片面又は両面に、圧延加工などによってロウをクラッドして作った板のことである。
【産業上の利用可能性】
【００７７】
本発明の蓄熱装置１０は、蓄熱材Ｓｈと熱交換流体Ｆｕとの間で熱エネルギーの交換をする形式の装置であるから、エンジン９５の廃熱を回収するとともに、この回収された廃熱を利用してエンジン９５の始動時のウォームアップに使用する装置に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】本発明に係る蓄熱装置の縦断面図である。
【図２】図１の２−２線断面図である。
【図３】本発明に係る蓄熱装置の分解図である。
【図４】本発明に係る２個のエレメントを分解した状態で表した斜視図である。
【図５】本発明に係る１個のエレメントを組み立てた状態で表した平面図である。
【図６】本発明に係る１個のエレメントを分解した状態で表した平面図である。
【図７】本発明に係る１個のエレメントの断面構成図である。
【図８】本発明に係る２個のエレメントの断面構成図である。
【図９】本発明に係る上下一対の流体通路同士が交差する部分の構成図である。
【図１０】本発明に係る上の蓄熱モジュールの作用図である。
【図１１】本発明に係る下の蓄熱モジュールの作用図である。
【図１２】従来の蓄熱装置の概要図である。
【図１３】従来の熱交換器の概要図である。
【符号の説明】
【００７９】
１０…蓄熱装置、２０…蓄熱モジュール、２１…蓄熱材充填空間、２２…流体通路、２４…連通部、３１Ａ，３１Ｂ…平板状のプレート、３１Ａｕ，３１Ｂｄ…互いに隣接し合う一対のプレート、３１ｂ…プレートの片面（流体通路を有する面）、Ｆｕ…流体、Ｓｈ…蓄熱材。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
2006226609.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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