(57)【要約】【課題】望ましい特性をもつ蓄熱システムを提供する。【解決手段】蓄熱システム１は、熱源２と熱交換する熱交換媒体を備える。蓄熱システム１は、蓄熱カプセル５４と蓄熱容器５１とを有する蓄熱装置５を備える。蓄熱システム１は、蓄熱装置５の蓄熱カプセル５４を熱交換媒体中で回転させる回転手段８を備える。回転手段８により蓄熱カプセル５４を回転させることで、回転の前後で蓄熱カプセルの向きを変える。これにより蓄熱カプセル５４の特定の面が繰り返し大きな負荷を受けることを防ぐことができる。このため、蓄熱システム１としての望ましい特性を得ることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部に熱を放出する熱源（２）と熱交換する熱交換媒体と、
温度変化によって体積が変化する蓄熱材が蓄熱ケース内に収容された蓄熱カプセル（５４）と前記熱交換媒体とを断熱機能を有する蓄熱容器（５１）の内部で熱交換させて蓄熱および放熱を行う蓄熱装置（５）と、
前記熱源と前記蓄熱装置とをつないで前記熱交換媒体を前記蓄熱装置に流す流路を形成している蓄熱循環流路（２０、５０）と、
前記蓄熱循環流路に接続して設けられ、前記熱交換媒体を前記蓄熱装置に流さない流路を形成しているバイパス流路（４０）と、
前記熱交換媒体の流路を前記蓄熱循環流路と前記バイパス流路とで切り替える切り替え弁（９）と、
前記熱源に前記熱交換媒体を流す循環ポンプ（７）と、
前記切り替え弁と前記循環ポンプとを制御する制御装置（２１）と、
前記蓄熱容器内における前記熱交換媒体の流れ方向を変えて前記蓄熱カプセルを回転させる回転手段（８、３０８、４０８）とを備える蓄熱システム。
【請求項２】
前記熱交換媒体は、前記蓄熱カプセルよりも密度が大きい冷却水であって、
前記回転手段は、前記蓄熱カプセルが前記熱交換媒体から受ける浮力とは異なる方向に前記熱交換媒体を流す請求項１に記載の蓄熱システム。
【請求項３】
前記蓄熱装置の内部に連通して前記蓄熱循環流路と接続されている第１配管（５２）と第２配管（５３）とを備え、
前記回転手段は、前記第１配管と前記第２配管とを流れる前記熱交換媒体の流れ方向を、前記蓄熱装置の蓄熱時と放熱時とで逆方向にする請求項１または請求項２に記載の蓄熱システム。
【請求項４】
前記第１配管と前記第２配管とは、前記蓄熱容器の底部（５７）に接続されている請求項３に記載の蓄熱システム。
【請求項５】
前記回転手段は、前記循環ポンプによる前記熱交換媒体の流れ方向とは逆方向に前記熱交換媒体を流す蓄熱用ポンプ（８）である請求項３または請求項４に記載の蓄熱システム。
【請求項６】
前記回転手段は、前記第１配管を前記熱交換媒体の入口配管とする接続状態と前記第２配管を前記熱交換媒体の入口配管とする接続状態とを切り替える四方弁（３０８）である請求項３または請求項４に記載の蓄熱システム。
【請求項７】
前記回転手段は、前記蓄熱容器の内部に設けられて、前記熱交換媒体の流れ方向を変える抵抗部（４０８）である請求項１または請求項２に記載の蓄熱システム。
【請求項８】
前記抵抗部は、らせん状に設けられたガイドリブ（４０８）である請求項７に記載の蓄熱システム。
【請求項９】
前記蓄熱材は、前記熱交換媒体との熱交換により固相と液相との間での相変化を起こす潜熱蓄熱材である請求項１から請求項８のいずれかに記載の蓄熱システム。
【請求項１０】
前記蓄熱カプセルは、前記蓄熱容器内に高さ方向に複数個並んで収納されている請求項１から請求項９のいずれかに記載の蓄熱システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この明細書における開示は、カプセルに収容した蓄熱材を用いて蓄熱を行う蓄熱システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、カプセルの内部に収容した蓄熱材を用いてエンジン冷却水と熱交換を行う蓄熱器を開示する。蓄熱器は、エンジン冷却水と熱交換を行う。蓄熱器は、エンジン冷却水の熱を蓄熱し、その熱をラジエータで放熱する。
【０００３】
特許文献２は、蓄熱タンクを用いた暖機システムを開示する。蓄熱タンクは、断熱容器である。蓄熱タンクは、エンジン冷却水を内部に取り込み、エンジン冷却水の熱を蓄熱する。蓄熱タンク内に保存した温かいエンジン冷却水を用いてエンジンの暖機を補助する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１６−１１８１６３号公報
【特許文献２】特開２０１０−７１４７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来技術の構成では、蓄熱カプセルを用いてエンジン冷却水と熱交換を行う際、蓄熱カプセルに対してエンジン冷却水を一定方向に流す。この場合、蓄熱カプセルに対して一定方向に大きな負荷がかかり、蓄熱カプセルが破損する場合がある。上述の観点において、または言及されていない他の観点において、蓄熱システムにはさらなる改良が求められている。
【０００６】
開示されるひとつの目的は、蓄熱カプセルの破損を低減し、長期間にわたって蓄熱性能を発揮可能な蓄熱システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
ここに開示された蓄熱システムは、外部に熱を放出する熱源（２）と熱交換する熱交換媒体と、温度変化によって体積が変化する蓄熱材が蓄熱ケース内に収容された蓄熱カプセル（５４）と熱交換媒体とを断熱機能を有する蓄熱容器（５１）の内部で熱交換させて蓄熱および放熱を行う蓄熱装置（５）と、熱源と蓄熱装置とをつないで熱交換媒体を蓄熱装置に流す流路を形成している蓄熱循環流路（２０、５０）と、蓄熱循環流路に接続して設けられ、熱交換媒体を蓄熱装置に流さない流路を形成しているバイパス流路（４０）と、熱交換媒体の流路を蓄熱循環流路とバイパス流路とで切り替える切り替え弁（９）と、熱源に熱交換媒体を流す循環ポンプ（７）と、切り替え弁と循環ポンプとを制御する制御装置（２１）と、蓄熱容器内における熱交換媒体の流れ方向を変えて蓄熱カプセルを回転させる回転手段（８、３０８、４０８）とを備える。
【０００８】
開示された蓄熱システムによると、回転手段により蓄熱カプセルを回転させることで、蓄熱カプセルにおいて熱交換媒体などから力を受ける面を変更することができる。このため、蓄熱カプセルの破損を効果的に低減し、蓄熱システムを長期間にわたって使用することができる。
【０００９】
この明細書における開示された複数の態様は、それぞれの目的を達成するために、互いに異なる技術的手段を採用する。請求の範囲およびこの項に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態の部分との対応関係を例示的に示すものであって、技術的範囲を限定することを意図するものではない。この明細書に開示される目的、特徴、および効果は、後続の詳細な説明、および添付の図面を参照することによってより明確になる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】放熱モードにおける蓄熱システムを示す構成図である。
【図２】蓄熱モードにおける蓄熱システムを示す構成図である。
【図３】蓄熱装置の構成を示す図である。
【図４】蓄熱システムの制御に関するブロック図である。
【図５】蓄熱システムの動作を示すフローチャートである。
【図６】第２実施形態の蓄熱システムの動作を示すフローチャートである。
【図７】第３実施形態の放熱モードにおける蓄熱システムを示す構成図である。
【図８】第３実施形態の蓄熱モードにおける蓄熱システムを示す構成図である。
【図９】第４実施形態の蓄熱装置の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図面を参照しながら、複数の実施形態を説明する。複数の実施形態において、機能的におよび／または構造的に対応する部分および／または関連付けられる部分には同一の参照符号、または百以上の位が異なる参照符号が付される場合がある。対応する部分および／または関連付けられる部分については、他の実施形態の説明を参照することができる。
【００１２】
第１実施形態
図１において、蓄熱システム１は、エンジン（ＥＮＧ）２、ラジエータ（ＲＡＤ）３、暖房用熱交換器（Ｈ／Ｅ）４、蓄熱装置５およびそれらをつなぐ流路を備えている。蓄熱システム１は、自動車などの乗り物に搭載されている車両用蓄熱システムである。蓄熱システム１は、熱交換媒体の熱を蓄熱装置５で蓄熱および放熱して熱源からの廃熱を暖機や車室内の暖房に利用する。
【００１３】
エンジン２は、外部に熱を放出する熱源である。エンジン２は、エンジン冷却水を用いて冷却される水冷式の内燃機関である。エンジン２は、共通流路２０を備えている。共通流路２０は、エンジン２の冷却に用いる熱交換媒体であるエンジン冷却水が流れる流路である。
【００１４】
共通流路２０には、循環ポンプ７が設けられている。循環ポンプ７は、電気的に制御される電動ウォーターポンプである。循環ポンプ７は、エンジン２に近い位置に設けられている。循環ポンプ７は、エンジン２に対してエンジン冷却水を流してエンジン２を冷却する。循環ポンプ７は、エンジン２の駆動に連動して動力を得るウォーターポンプを用いてもよい。
【００１５】
共通流路２０には、水温センサ１１が設けられている。水温センサ１１は、エンジン２のエンジン冷却水出口の近傍に配設されている。水温センサ１１は、エンジン２を通過後のエンジン冷却水の温度を測定するセンサである。
【００１６】
エンジン２とラジエータ３とは、共通流路２０と冷却流路３０とで環状につながれている。ラジエータ３は、エンジン冷却水と空気とを熱交換してエンジン冷却水を冷やす熱交換器である。
【００１７】
共通流路２０と冷却流路３０との接続箇所にはサーモスタット（Ｔ／Ｓ）６が設けられている。サーモスタット６は、エンジン冷却水の温度に基づいて冷却流路３０に流れるエンジン冷却水の量を調整する。すなわち、エンジン２の暖機完了前などのエンジン冷却水の温度が低い状態では冷却流路３０にエンジン冷却水を循環させず、早期に暖機を実現させる。一方、エンジン２の暖機完了後などのエンジン冷却水の温度が高い状態では冷却流路３０にエンジン冷却水を流す。これにより、ラジエータ３でエンジン冷却水の温度を低下させて、エンジン２が冷却不足によるオーバーヒートの状態になることを防ぐ。
【００１８】
エンジン２と暖房用熱交換器４とは、共通流路２０と暖房流路４０とで環状につながれている。暖房流路４０は、後述する蓄熱装置５にエンジン冷却水を循環させない流路であるバイパス流路として機能する。暖房用熱交換器４は、加熱されたエンジン冷却水と空調用に送風された送風空気とを熱交換して送風空気を加熱する熱交換器である。共通流路２０と暖房流路４０との接続箇所には切り替え弁９が設けられている。
【００１９】
エンジン２と蓄熱装置５とは、共通流路２０と蓄熱流路５０とで環状につながれている。共通流路２０と蓄熱流路５０とは、蓄熱装置５にエンジン冷却水を循環する流路である蓄熱循環流路を構成している。蓄熱装置５は、蓄熱容器５１の内部に蓄熱カプセル５４を収納している。蓄熱装置５は、エンジン冷却水から熱を吸収して蓄熱する蓄熱機能を有している。蓄熱装置５は、エンジン冷却水に熱を与えて加熱する放熱機能を有している。
【００２０】
共通流路２０と蓄熱流路５０との接続箇所には切り替え弁９が設けられている。言い換えると、切り替え弁９は、暖房流路４０と蓄熱流路５０との分岐点に設けられている。切り替え弁９は、共通流路２０と、暖房流路４０と、蓄熱流路５０との３つの流路と接続する三方弁である。切り替え弁９は、接続されている３つの流路の出入口をそれぞれ独立して開閉可能である。
【００２１】
切り替え弁９は、車室内の暖房が必要な場合に、暖房流路４０にエンジン冷却水を流すように流路の切り替えを行う。切り替え弁９は、蓄熱装置５での放熱または蓄熱が必要な場合に、蓄熱装置５にエンジン冷却水を流すように流路の切り替えを行う。切り替え弁９は、暖房流路４０と蓄熱流路５０との両方の流路にエンジン冷却水を同時に供給可能である。切り替え弁９は、暖房流路４０と蓄熱流路５０との両方の流路へのエンジン冷却水の供給を同時に停止可能である。
【００２２】
蓄熱流路５０には、回転手段として機能する蓄熱用ポンプ８が設けられている。蓄熱用ポンプ８は、電気的に制御される電動ウォーターポンプである。蓄熱用ポンプ８は、循環ポンプ７によるエンジン冷却水の流れにおいて、蓄熱装置５の下流に位置して設けられている。蓄熱用ポンプ８は、蓄熱装置５に対して循環ポンプ７によるエンジン冷却水の流れとは逆向きにエンジン冷却水を流す。
【００２３】
図３において、蓄熱装置５は、蓄熱容器５１を備えている。蓄熱容器５１は、上面が閉じた円筒状の断熱容器である。蓄熱容器５１は、内壁と外壁との間に真空領域を設けた真空二重容器である。この真空領域が断熱機能を発揮する。言い換えると、蓄熱容器５１の内部と外部との熱のやり取りを減らし、蓄熱容器５１の内部の温度を維持する。蓄熱容器５１は、真空二重容器に限られない。例えば、円筒状の容器を外側から発泡ウレタン樹脂などの断熱材で覆うようにしてもよい。
【００２４】
蓄熱容器５１の底部５７には、蓄熱容器５１における断熱性能を有する部分の下端部よりも下方に膨らんで突出する膨出部５９が形成されている。膨出部５９は、下面が閉じた円筒形状である。膨出部５９は、真空二重構造ではない。すなわち、膨出部５９は、蓄熱容器５１の中で断熱性能が最も低い部分である。
【００２５】
膨出部５９には、第１配管である下方配管５２が接続されている。下方配管５２は、膨出部５９の側面から内部に挿通された状態で設けられている。言い換えると、下方配管５２の開口端部は、膨出部５９の内部に位置している。下方配管５２は、蓄熱容器５１内部と蓄熱流路５０をなす配管とを連通している。下方配管５２における蓄熱装置５の外部に露出している部分には、蓄熱温度センサ５５ｂが設けられている。すなわち、蓄熱温度センサ５５ｂは、蓄熱装置５と切り替え弁９との間に位置して設けられている。
【００２６】
膨出部５９には、第２配管である上方配管５３が接続されている。上方配管５３は、膨出部５９の側面から蓄熱容器５１内部における上の方まで延出して設けられている。言い換えると、上方配管５３の開口端部は、蓄熱容器５１の天井面付近に位置している。上方配管５３の開口端部は、天井面と対向している。すなわち、上方配管５３から排出されるエンジン冷却水は、天井面に向かって吹き出される。下方配管５２の開口端部と上方配管５３の開口端部とは、重力方向である高さ方向に離れた位置に設けられている。上方配管５３は、円筒状の蓄熱容器５１の中心軸に位置して設けられている。上方配管５３は、蓄熱容器５１内部と、蓄熱流路５０をなす配管とを連通している。
【００２７】
上方配管５３における蓄熱装置５の外部に露出している部分には、放熱温度センサ５５ａが設けられている。すなわち、放熱温度センサ５５ａは、蓄熱装置５を挟んで蓄熱温度センサ５５ｂとは逆側に位置して設けられている。言い換えると、蓄熱装置５は、放熱温度センサ５５ａと蓄熱温度センサ５５ｂとの間の通路に存在している。放熱温度センサ５５ａと蓄熱温度センサ５５ｂとは、蓄熱装置５を通過した後のエンジン冷却水の温度を測定する温度センサ５５を構成している。
【００２８】
蓄熱容器５１の内部であってその下方には、底板５６が設けられている。底板５６は、樹脂製である。底板５６は、細かい網目状の板部材である。底板５６の網目は、エンジン冷却水は通過可能であるが、後述する蓄熱カプセル５４は通過できない大きさである。底板５６は、底板５６よりも下方への蓄熱カプセル５４の移動を制限している。上方配管５３の開口端部には、底板５６と同様の網目構造を有する流入防止板５８が設けられている。流入防止板５８は、上方配管５３内部への蓄熱カプセル５４の流入を防止している。底板５６および流入防止板５８は、樹脂製に限られない。例えば、金属製のメッシュでもよい。
【００２９】
蓄熱容器５１は、内部に複数の蓄熱カプセル５４を収納している。蓄熱カプセル５４は、蓄熱容器５１の内部において、天井面から底板５６までの間に密に収納されている。言い換えると、蓄熱カプセル５４は、蓄熱容器５１の内部において、上下方向に複数個並んで収納された状態である。蓄熱カプセル５４は、互いに接触した状態で収納されている。蓄熱カプセル５４は、最も体積が大きい状態において蓄熱容器５１の内部に隙間なく収納されている。ただし、温度の低下などに伴い蓄熱カプセル５４の体積が減少した状態では、蓄熱容器５１の内部と蓄熱カプセル５４との間に隙間が発生した状態となる。
【００３０】
蓄熱カプセル５４は、蓄熱ケース内部に蓄熱材料が収容されて形成されている。蓄熱ケースは、内部が中空の球体形状である。蓄熱ケースは、樹脂製である。蓄熱カプセル５４は、直径が２〜３ｍｍ程度のミリオーダーサイズである。蓄熱ケースは、内部に蓄熱材が収容された状態で密閉されている。言い換えると、蓄熱材が蓄熱ケースの外部に漏れだすことが無い状態である。
【００３１】
蓄熱ケースに収容される蓄熱材としては、体積変化が小さい固相と液相との相の変化で蓄熱を行う潜熱蓄熱材が好ましい。具体的な蓄熱材の例としては、パラフィンワックスがあげられる。固相と液相との相変化で蓄熱する蓄熱材を利用することで、蓄熱装置５としてのサイズが小型であっても、多くの熱を蓄積可能である。ただし、潜熱蓄熱材としてはラウリン酸などの脂肪酸化合物や、キシリトールなどの糖類を主成分とするものも使用可能である。また、使用可能な蓄熱材料としては潜熱蓄熱材に限られない。例えば、顕熱蓄熱材として水を利用するなどしてもよい。
【００３２】
蓄熱カプセル５４は、放熱や蓄熱に伴い体積が増減する。言い換えると、温度変化に伴い体積が増減する。例えば、固相と液相との相変化で蓄熱を行う潜熱蓄熱材の場合、放熱による温度低下に伴い液相から固相に相変化が引き起こされる。パラフィンワックスなどの場合は、液相における体積よりも固相における体積の方が小さくなる。このため、蓄熱カプセル５４の外殻を構成する蓄熱ケースの内部の圧力が低下する。蓄熱ケースの内部と外部とで圧力差が生じると、蓄熱ケースが内側に凹んだり、歪んだりといった変形を引き起こしやすい。
【００３３】
蓄熱ケースの変形が同一の箇所で何度も繰り返されることで、蓄熱ケースは機械材料としての強度が低下した状態となる。言い換えると、蓄熱ケースが疲労した状態となる。同一箇所が疲労することで、疲労した部分において、割れなどの損傷が起こりやすくなる。蓄熱ケースが割れるなどして破壊された状態では、内部に蓄熱材を維持しておけない状態である。すなわち、蓄熱カプセル５４が蓄熱や放熱の機能を正常に発揮できない状態である。
【００３４】
蓄熱カプセル５４は、蓄熱ケースに蓄熱材が収容された状態の密度が、エンジン冷却水の密度よりも低い。すなわち、蓄熱カプセル５４は、エンジン冷却水から浮力を受けてエンジン冷却水中で浮かぶ部材である。
【００３５】
図１において、矢印Ａ１と矢印Ａ２とは、エンジン冷却水の流れを示している。切り替え弁９は、蓄熱装置５に接続している蓄熱流路５０側が開放された状態である。言い換えると、エンジン冷却水は、切り替え弁９によって、蓄熱装置５に流れるように制御された状態である。この状態は、蓄熱装置５に対して冷えた状態のエンジン冷却水が流入する放熱モードの状態である。
【００３６】
放熱モードにおいて、切り替え弁９は、暖房用熱交換器４に接続している暖房流路４０側が閉じられた状態である。言い換えると、エンジン冷却水は、切り替え弁９によって、暖房用熱交換器４に流れないように制御された状態である。放熱モードにおいて、暖房流路４０側を開いた状態としてもよい。
【００３７】
放熱モードにおいて、エンジン冷却水は、矢印Ａ１に示すように共通流路２０から蓄熱流路５０に向かって流れ込む。その後、蓄熱温度センサ５５ｂを通過する。水温センサ１１から、蓄熱温度センサ５５ｂまでの間は、エンジン冷却水と熱交換を行う部品が設けられていない。このため、蓄熱温度センサ５５ｂでは、水温センサ１１とほぼ同じ温度が測定されることとなる。
【００３８】
蓄熱温度センサ５５ｂを通過したエンジン冷却水は、下方配管５２から蓄熱装置５の内部に流れ込む。蓄熱装置５の内部で熱交換を行ったエンジン冷却水は、上方配管５３から排出されて放熱温度センサ５５ａを通過する。放熱モードにおける蓄熱装置５内部でのエンジン冷却水の流れについては後述する。放熱温度センサ５５ａでは、蓄熱装置５と熱交換した後のエンジン冷却水の温度である放熱温度Ｔｄが測定されることとなる。すなわち、放熱モードにおいては、放熱温度センサ５５ａで測定した放熱温度Ｔｄが蓄熱装置５の温度に相当する。
【００３９】
放熱モードにおいては、蓄熱用ポンプ８は運転しない。すなわち、エンジン冷却水は、蓄熱用ポンプ８による影響を受けない。エンジン冷却水は、矢印Ａ２に示すように、蓄熱流路５０から共通流路２０に向かって流れて循環する。エンジン２に戻るエンジン冷却水は、蓄熱装置５による放熱で加熱されて温められた状態である。すなわち、放熱モードにすることで、エンジン２の暖機を早急に完了することができる。
【００４０】
図２において、矢印Ｂ１と矢印Ｂ２とは、エンジン冷却水の流れを示している。図において、切り替え弁９は蓄熱流路５０側と暖房流路４０側との両側が開放された状態である。言い換えると、エンジン冷却水は、蓄熱装置５と暖房用熱交換器４との両方に流れることができる状態である。この状態は、蓄熱装置５に対して温まった状態のエンジン冷却水が流入する蓄熱モードの状態である。
【００４１】
蓄熱モードにおいては、循環ポンプ７と蓄熱用ポンプ８の両方を運転する。すなわち、エンジン冷却水は、蓄熱システム１を循環するが、蓄熱流路５０においては、蓄熱用ポンプ８による影響を受けて放熱モードにおける流れとは逆向きに流れる。言い換えると、エンジン冷却水は、矢印Ｂ１に示すように、共通流路２０および暖房流路４０から蓄熱流路５０に向かって流れる。蓄熱用ポンプ８から送り出されたエンジン冷却水は、最初に放熱温度センサ５５ａを通過する。
【００４２】
放熱温度センサ５５ａを通過したエンジン冷却水は、上方配管５３から蓄熱装置５の内部に流れ込み、下方配管５２から排出されて蓄熱温度センサ５５ｂを通過する。蓄熱モードにおける蓄熱装置５内部でのエンジン冷却水の流れについては後述する。蓄熱温度センサ５５ｂでは、蓄熱装置５と熱交換した後のエンジン冷却水の温度である蓄熱温度Ｔｓが測定されることとなる。すなわち、蓄熱モードにおいては、蓄熱温度センサ５５ｂで測定した蓄熱温度Ｔｓが蓄熱装置５の温度に相当する。
【００４３】
その後、エンジン冷却水は、矢印Ｂ２に示すように蓄熱流路５０から暖房流路４０に向かって流れ込む。暖房流路４０に流れ込んだエンジン冷却水は、暖房用熱交換器４で送風空気と熱交換を行う。送風空気と熱交換を行ったエンジン冷却水は、共通流路２０に向かって流れる。共通流路２０に向かう過程で、蓄熱用ポンプ８により一部のエンジン冷却水が蓄熱流路５０に流れる。蓄熱流路５０に流れ込まなかったエンジン冷却水は、共通流路２０に流れて再びエンジン２の冷却を行う。
【００４４】
以下に、放熱モードにおける蓄熱装置５内部でのエンジン冷却水の流れを図３を用いて説明する。放熱モードにおいて、蓄熱流路５０に流れ込んだエンジン冷却水は、下方配管５２から膨出部５９に流入する。膨出部５９に流入したエンジン冷却水は、蓄熱容器５１の内部を上方向に流れる。エンジン冷却水は、網目状の底板５６よりも上方の領域において、蓄熱容器５１内を上昇する過程で蓄熱カプセル５４と熱交換を行う。言い換えると、蓄熱カプセル５４は、エンジン冷却水に熱を与えて放熱する。エンジン冷却水は、加熱されることで温度上昇し、体積が増加する。エンジン冷却水は、上方配管５３の開口端部に達すると上方配管５３の内部に流れ込む。上方配管５３を流れたエンジン冷却水は、放熱温度センサ５５ａを通過して、蓄熱流路５０に戻される。
【００４５】
蓄熱容器５１の内部がエンジン冷却水で満たされた状態において、蓄熱カプセル５４はエンジン冷却水から浮力を受け続けている状態である。すなわち、蓄熱カプセル５４は上に向かって移動しようとする状態である。蓄熱カプセル５４が受ける上方向に向かう浮力は、上に隣接して位置する蓄熱カプセル５４に対して応力として加えられる。応力を受けた蓄熱カプセル５４は、上向きに加えられた応力と、エンジン冷却水から受ける浮力とを、さらに上に隣接して位置する蓄熱カプセル５４に対して応力として加える。
【００４６】
蓄熱カプセル５４は、浮力に起因する力とは別に、エンジン冷却水の流れに起因する流体圧力を受ける。放熱モードにおいて、エンジン冷却水は上方向に流れる。このため、蓄熱カプセル５４は、上方向に流体圧力を受けることとなる。
【００４７】
こうして、蓄熱カプセル５４には、下方に位置する蓄熱カプセル５４から加えられた応力と、エンジン冷却水から受ける浮力と、エンジン冷却水の流れから受ける流体圧力がすべて同じ方向の上方向に加わる。すなわち、蓄熱カプセル５４には、応力と浮力と流体圧力との３つの力が足しあわされて、上向きに大きな力が加えられる。
【００４８】
蓄熱カプセル５４は、上向きに加わる大きな力により、蓄熱ケースが変形しやすい状態である。この状態で、蓄熱ケース内部に収容された蓄熱材の体積が減少する反応がおこると、蓄熱ケースが大きく変形を起こしやすい。すなわち、液相から固相に変化すると蓄熱ケースの割れなどの破壊が引き起こされやすい。特に、常に同じ面が一定方向から力を加えられると、蓄熱ケースの特定の箇所に疲労が蓄積し、そこから破壊が引き起こされるリスクが上昇する。
【００４９】
以下に、蓄熱モードにおける蓄熱装置５内部でのエンジン冷却水の流れを説明する。蓄熱モードにおいて、蓄熱流路５０に流れ込んだエンジン冷却水は、上方配管５３から蓄熱容器５１の内部であって天井面付近に流入する。その後、エンジン冷却水は、上部から下方に向かって下降していく。エンジン冷却水は、天井面付近から底板５６に至るまでの間の領域において、蓄熱容器５１内を下降する過程で熱交換を行う。言い換えると、蓄熱カプセル５４は、エンジン冷却水から熱を奪って蓄熱する。エンジン冷却水は、蓄熱カプセル５４に吸熱されることで温度が低下する。エンジン冷却水は、下方配管５２の開口端部に達すると下方配管５２の内部に流れ込む。下方配管５２を流れたエンジン冷却水は、蓄熱温度センサ５５ｂを通過して、蓄熱流路５０に戻される。
【００５０】
蓄熱容器５１の内部がエンジン冷却水で満たされた状態においては、蓄熱カプセル５４は、エンジン冷却水から浮力を上向きに受け続けている状態である。蓄熱カプセル５４は、下に隣接して位置する蓄熱カプセル５４から浮力に起因する応力を上向きに受け続けている状態である。蓄熱カプセル５４は、浮力に起因する力とは別に、エンジン冷却水の流れに起因する流体圧力を受けることとなる。蓄熱モードにおいて、エンジン冷却水は下方向に流れる。このため、蓄熱カプセル５４は、下方向に流体圧力を受ける。
【００５１】
こうして、蓄熱カプセル５４には、下方に位置する蓄熱カプセル５４から加えられた応力と、エンジン冷却水から受ける浮力とが上向きに働く。しかしながら、流体圧力は下向きに加えられるため、応力と浮力とに対して、流体圧力が打ち消すように逆向きに働く。言い換えると、蓄熱カプセル５４の受ける力が分散される。すなわち、上向きの力と下向きの力とが同時に蓄熱カプセル５４に加わる。このため、加えられた力が蓄熱カプセル５４を回転させるように作用する。これにより、蓄熱カプセル５４は、蓄熱モードの前後で蓄熱カプセル５４の向きがランダムに変わる。言い換えると、蓄熱カプセル５４同士の接触面がずれる。例えば、回転前に上面であった面が回転することで下面に位置することとなる。
【００５２】
また、下向きの力は、蓄熱カプセル５４を撹拌して混ぜるように作用する。これにより、蓄熱カプセル５４は、蓄熱モードの前後で蓄熱カプセル５４がランダムにずれてその位置が移動する。蓄熱カプセル５４の位置の移動は、垂直方向と水平方向とのどちらの方向にも起こりうる。例えば、最上部に位置していた蓄熱カプセル５４が最上部よりも一段下の位置に垂直方向に移動する。あるいは、上方配管５３の近傍に位置していた蓄熱カプセル５４が、上方配管５３から離れた位置に水平方向に移動する。
【００５３】
蓄熱装置５にエンジン冷却水を流さない状態は通常モードである。通常モードは、蓄熱も放熱も行わないモードである。通常モードでは、蓄熱容器５１の内部において蓄熱容器５１の外部との熱のやり取りが抑えられた状態である。言い換えると、蓄熱容器５１の内部で熱を保存している保温状態である。
【００５４】
保温状態である通常モードを含むすべてのモードにおいて、蓄熱容器５１の底部５７を構成する膨出部５９の近傍から空気中への放熱が引き起こされる。また、蓄熱容器５１と配管５２、５３との接続箇所での接触により蓄熱容器５１から配管５２、５３へと伝熱して熱が逃げやすい。すなわち、断熱性能が最も低い膨出部５９に近い位置のエンジン冷却水および蓄熱カプセル５４の温度が少しずつ低下する。エンジン冷却水は、温度が低下することでその密度が増加するため、蓄熱容器５１の下方にとどまる。言い換えると、蓄熱容器５１内を温度が低下したエンジン冷却水が対流しないため、上方に位置するエンジン冷却水の熱を奪いにくい状態である。したがって、断熱性能の低い部分が上に位置している場合に比べて、空気中への放熱や配管同士の接触を伴う伝熱による蓄熱容器５１内部の温度低下が起こりにくい。言い換えると、配管５２、５３との接続箇所が蓄熱容器５１の上方にある場合に比べて、下方にある方が保温性能を高くすることができる。
【００５５】
図４において、蓄熱システム１は、制御装置２１によって制御されている。制御装置２１には、水温センサ１１、放熱温度センサ５５ａ、蓄熱温度センサ５５ｂが接続されている。制御装置２１は、各センサにおける測定結果に基づいて蓄熱システム１の制御を行う。
【００５６】
制御装置２１には、循環ポンプ７、切り替え弁９、蓄熱用ポンプ８が接続されている。制御装置２１は、循環ポンプ７を制御してエンジン冷却水の循環量の大小を制御する。制御装置２１は、循環ポンプ７をオフの状態にすることも含めて制御する。制御装置２１は、切り替え弁９を制御してエンジン冷却水を循環させる流路を制御する。すなわち、エンジン冷却水を暖房流路４０に流すか、蓄熱流路５０に流すか、両方の流路に流すか、どちらの流路にも流さないかを制御する。制御装置２１は、蓄熱用ポンプ８を制御して蓄熱装置５に流れるエンジン冷却水の循環量の大小を制御する。制御装置２１は、蓄熱用ポンプ８をオフの状態にすることも含めて制御する。
【００５７】
制御装置２１は、エンジン２の回転数に応じて、循環ポンプ７の出力を制御する。すなわち、エンジン２の回転数が高い場合は循環ポンプ７を強運転とし、エンジン２の回転数が低い場合は循環ポンプ７を弱運転とする。また、サーモスタット６や切り替え弁９の開閉状態に応じて、エンジン２を循環するエンジン冷却水の量は変化する。このため、制御装置２１は、サーモスタット６と切り替え弁９の状態に応じて、循環ポンプ７によるエンジン冷却水の循環量を変化させる。すなわち、ラジエータ３や蓄熱装置５に循環しない状態では、循環ポンプ７を弱運転とする。ラジエータ３や蓄熱装置５に循環する状態では、循環ポンプ７を強運転とする。こうして、エンジン２を循環するエンジン冷却水が不足しないように循環ポンプ７を制御する。
【００５８】
制御装置２１は、循環ポンプ７の運転制御に伴い、蓄熱用ポンプ８の運転も制御する。すなわち、循環ポンプ７が強運転の場合は、蓄熱用ポンプ８も強運転とする。これにより、蓄熱流路５０において、循環ポンプ７よりも強い流れを作るように蓄熱用ポンプ８を運転する。よって、蓄熱用ポンプ８がオンの状態では、蓄熱用ポンプ８のオフの状態とは逆向きにエンジン冷却水が蓄熱装置５に流れる。また、循環ポンプ７が弱運転の場合は、蓄熱用ポンプ８も弱運転とする。これにより、不必要に蓄熱用ポンプ８の出力を上げることによる消費電力の増大を防止する。
【００５９】
次に、蓄熱システム１の制御フローを説明する。図５において、循環ポンプ７によるエンジン冷却水の循環がスタートすると、まず、ステップＳ１１１に進む。ステップＳ１１１で、水温センサ１１で測定した冷却水温度Ｔｗが第１所定水温Ｔｗ１以下の温度であるか否かを判断する。冷却水温度Ｔｗが第１所定水温Ｔｗ１よりも高い場合は、蓄熱装置５による放熱は不要であるため、ステップＳ１２１に進む。冷却水温度Ｔｗが第１所定水温Ｔｗ１以下である場合は、蓄熱装置５によりエンジン冷却水を加熱するためステップＳ１１２に進む。第１所定水温Ｔｗ１は、例えば４０℃である。
【００６０】
ステップＳ１１２で、切り替え弁９の蓄熱流路５０側を開いて蓄熱流路５０にエンジン冷却水を流す。言い換えると、エンジン冷却水と蓄熱装置５との熱交換を開始する。この時、切り替え弁９は、暖房流路４０側を同時に開いた状態としてもよい。蓄熱流路５０にエンジン冷却水を流し始めた後、ステップＳ１１３に進む。
【００６１】
ステップＳ１１３で、切り替え弁９の蓄熱流路５０側を開いてからの経過時間が第１所定時間Ｔ１をこえたか否かを判断する。第１所定時間Ｔ１は、エンジン冷却水と蓄熱装置５とが十分に熱交換を行うことができる時間であればよい。第１所定時間Ｔ１は、例えば３分である。第１所定時間Ｔ１を経過するまで、蓄熱流路５０にエンジン冷却水を流し続ける。言い換えると、エンジン冷却水と蓄熱装置５との熱交換を第１所定時間Ｔ１が経過するまで維持する。
【００６２】
ステップＳ１１１からステップＳ１１３までは、蓄熱装置５がエンジン冷却水への放熱を実行する放熱モードである。この放熱モードにより、エンジン冷却水を加熱してエンジン２の暖機を早める。放熱モードにおいて、エンジン冷却水は熱源であるエンジン２との熱交換による加熱と、蓄熱装置５との熱交換による加熱とにより加熱される。これにより、冷却水温度Ｔｗは上昇する。第１所定時間Ｔ１の経過後、ステップＳ１２１に進む。
【００６３】
ステップＳ１２１で、切り替え弁９の蓄熱流路５０側を閉じる。言い換えると、蓄熱流路５０へのエンジン冷却水の供給を停止する。ステップＳ１２１は、蓄熱装置５にエンジン冷却水を供給しない通常モードである。通常モードにおいて、エンジン冷却水はエンジン２と熱交換してエンジン２の熱を吸収する。これにより、冷却水温度Ｔｗは次第に上昇する。通常モードにおいては、蓄熱装置５は蓄熱も放熱も行わない。その後、ステップＳ１３１に進む。
【００６４】
ステップＳ１３１で、冷却水温度Ｔｗが第２所定水温Ｔｗ２以上の温度であるか否かを判断する。冷却水温度Ｔｗが第２所定水温Ｔｗ２よりも低い場合は、蓄熱装置５に対してエンジン冷却水が十分な蓄熱をすることができない。したがって、冷却水温度Ｔｗが第２所定水温Ｔｗ２以上の温度になるまで通常モードを維持する。第２所定水温Ｔｗ２は、エンジン２の暖機が完了した状態でのエンジン冷却水の温度である。第２所定水温Ｔｗ２は、第１所定水温Ｔｗ１よりも高い温度である。第２所定水温Ｔｗ２は、例えば８０℃である。冷却水温度Ｔｗが第２所定水温Ｔｗ２以上の温度になった場合、ステップＳ１３２に進む。
【００６５】
ステップＳ１３２で、切り替え弁９を蓄熱流路５０側と暖房流路４０側との両側が開放された状態に切り替える。言い換えると、蓄熱装置５と暖房用熱交換器４とに同時にエンジン冷却水を流す状態である。切り替え弁９の切り替え後、ステップＳ１３３に進む。
【００６６】
ステップＳ１３３で、蓄熱用ポンプ８の運転を開始する。すなわち、蓄熱装置５に対して放熱モードの時とは逆向きにエンジン冷却水を循環させる。放熱モードの時と逆向きにエンジン冷却水を循環させることで、蓄熱カプセル５４を回転させることとなる。言い換えると、ひとつひとつの蓄熱カプセル５４を回転させて向きを変更させるとともに、複数の蓄熱カプセル５４を混ぜて位置を変更させる。ステップＳ１３３は、エンジン冷却水と蓄熱装置５との熱交換を行っている状態である。蓄熱用ポンプ８の運転開始後、ステップＳ１３４に進む。
【００６７】
ステップＳ１３４で、蓄熱用ポンプ８の運転開始から第２所定時間Ｔ２が経過したか否かを判断する。第２所定時間Ｔ２は、エンジン冷却水と蓄熱装置５とが十分に熱交換を行い、蓄熱を完了できる時間であればよい。第２所定時間Ｔ２は、例えば５分である。第２所定時間Ｔ２を経過するまで、蓄熱流路５０にエンジン冷却水を流し続ける。言い換えると、エンジン冷却水と蓄熱装置５との熱交換を第２所定時間Ｔ２が経過するまで維持する。ステップＳ１３１からステップＳ１３４までは、蓄熱装置５がエンジン冷却水からの蓄熱を実行する蓄熱モードである。第２所定時間Ｔ２の経過後、ステップＳ１４１に進む。
【００６８】
ステップＳ１４１で、蓄熱用ポンプ８の運転を停止する。その後、ステップＳ１４２に進む。ステップＳ１４２で、切り替え弁９の蓄熱流路５０側を閉じて蓄熱システム１の制御を終了する。ステップＳ１４１とステップＳ１４２は、蓄熱装置５にエンジン冷却水を供給しない通常モードである。この通常モードにおいては、蓄熱装置５は蓄熱も放熱も行わない。
【００６９】
上述した実施形態によると、放熱モードと蓄熱モードとで蓄熱装置５においてエンジン冷却水の流れる向きを逆向きにしている。すなわち、蓄熱用ポンプ８を蓄熱カプセル５４の回転手段として機能させている。このため、蓄熱カプセル５４に対して常に一定方向の力が加わることによる蓄熱カプセル５４の破壊を効果的に低減することができる。したがって、蓄熱システム１を長期間にわたって安定して運転可能である。
【００７０】
放熱モードと蓄熱モードとで、下方配管５２と上方配管５３とに流れるエンジン冷却水の流れ方向を逆方向にしている。言い換えると、放熱モードと蓄熱モードとで共通の配管５２、５３を用いて、蓄熱装置５に流れるエンジン冷却水の流れを逆向きにしている。すなわち、放熱モードにおいては、下方配管５２が入口として機能し、上方配管５３が出口として機能する。一方、蓄熱モードにおいては、上方配管５３が入口として機能し、下方配管５２が出口として機能する。このため、放熱モードと蓄熱モードとで別々にエンジン冷却水の流路を設ける必要がない。したがって、蓄熱システム１を小型化できる。
【００７１】
蓄熱モードにおいて、エンジン冷却水を蓄熱カプセル５４が受ける浮力とは異なる向きに流している。このため、蓄熱カプセル５４がエンジン冷却水から受ける浮力とエンジン冷却水の流れに起因する流体圧力とが別の方向の成分を持つこととなる。したがって、浮力と同じ向きに大きな力が加わって、蓄熱カプセル５４が破壊されることを効果的に抑えることができる。
【００７２】
浮力と別の方向の成分を持つ力が蓄熱カプセル５４に浮力と同時に加えられることとなる。このため、蓄熱カプセル５４は、回転されて蓄熱モードの前後で向きがランダムに変更されやすい。したがって、放熱モードの際に蓄熱カプセル５４が受ける上向きの大きな力を、常に同じ特定の面で受け続けることを防止できる。よって、蓄熱カプセル５４の特定の面に疲労が蓄積されることを効果的に防ぎ、蓄熱装置５を長持ちさせることができる。
【００７３】
蓄熱システム１の制御において、放熱モードと蓄熱モードとがセットで制御されている。すなわち、一定方向に大きな力が加わりやすい放熱モードの後に蓄熱モードで蓄熱カプセル５４を回転させている。このため、蓄熱カプセル５４は、放熱モードの後であって、回転する前に再び放熱モードで大きな力を受けることがない。したがって、蓄熱カプセル５４の特定の面に連続して大きな力が加えられることを効果的に防ぎ、蓄熱装置５を長持ちさせることができる。
【００７４】
膨出部５９は、蓄熱容器５１の底部５７に設けられている。このため、膨出部５９の近傍で空気中への放熱により温度が低下したエンジン冷却水は、蓄熱容器５１の下方である底部５７の近くにとどまりやすい。言い換えると、温度が低下したエンジン冷却水が蓄熱容器５１内部を流れる対流を起こしにくい。したがって、蓄熱装置５から空気中への放熱による温度低下を小さく抑えることができる。
【００７５】
蓄熱容器５１の底部５７に膨出部５９を形成し、下方配管５２と上方配管５３とを膨出部５９に接続している。このため、底部５７における下方配管５２および上方配管５３を接続する接続箇所を蓄熱カプセル５４から下方向に離れた位置に設けることができる。したがって、下方配管５２と上方配管５３とが蓄熱容器５１と接触する接続部分での伝熱によるエンジン冷却水の温度低下の影響を小さくすることができる。
【００７６】
回転手段として、蓄熱用ポンプ８を用いて循環ポンプ７の循環方向とは逆方向にエンジン冷却水を循環させている。このため、蓄熱用ポンプ８を制御することで、蓄熱装置５に流れるエンジン冷却水の流量を細かく調整可能である。すなわち、蓄熱装置５に必要な流量のエンジン冷却水を供給し、過剰に供給することを防止できる。
【００７７】
蓄熱カプセル５４において、蓄熱ケース内に収容される蓄熱材は、固相と液相との間での相変化を起こす潜熱蓄熱材である。このため、顕熱蓄熱材に比べて小さな体積で多くの熱を蓄熱可能である。したがって、蓄熱装置５を小型化できる。
【００７８】
蓄熱カプセル５４は、蓄熱容器５１内において高さ方向に複数個並んで収納されている。このため、蓄熱カプセル５４を密に収納できるので、蓄熱装置５を小型化できる。その上で、蓄熱カプセル５４の破壊を効果的に低減することができる。すなわち、蓄熱装置５の小型化と長寿命化を両立できる。
【００７９】
第２実施形態
蓄熱システム１は、放熱モードまたは蓄熱モードから通常モードへの切り替えを、冷却水温度Ｔｗと放熱温度Ｔｄと蓄熱温度Ｔｓとに基づき判断している。
【００８０】
図６において、ステップＳ２１３で、冷却水温度Ｔｗが放熱温度センサ５５ａで測定した放熱温度Ｔｄ以上の温度であるか否かを判断する。エンジン冷却水は、放熱モードの蓄熱装置５による加熱とエンジン２による加熱とで温度が上昇する。一方、蓄熱装置５は、エンジン冷却水に放熱することで温度が低下する。すなわち、放熱温度Ｔｄは低下する。そして、エンジン冷却水の冷却水温度Ｔｗが放熱温度Ｔｄ以上の温度になるまで、蓄熱装置５は、エンジン冷却水への放熱を継続する。冷却水温度Ｔｗが放熱温度Ｔｄ以上の温度になった後、ステップＳ１２１に進む。すなわち、放熱モードを終了する。
【００８１】
ステップＳ２３４で、冷却水温度Ｔｗが蓄熱温度センサ５５ｂで測定した蓄熱温度Ｔｓと等しい温度であるか否かを判断する。蓄熱装置５は、エンジン冷却水から熱を吸収して蓄熱する。蓄熱装置５の蓄熱が完了するまでの間は、冷却水温度Ｔｗに比べて蓄熱温度Ｔｓの温度は低くなる。蓄熱装置５の蓄熱が完了すると、蓄熱装置５での蓄熱に伴う温度低下が起こらなくなる。このため、冷却水温度Ｔｗと蓄熱温度Ｔｓとが等しい温度となった場合に、蓄熱装置５における蓄熱が完了したものと判断可能である。言い換えると、エンジン冷却水と蓄熱装置５との熱交換を冷却水温度Ｔｗと蓄熱温度Ｔｓとの温度差がなくなるまで維持する。冷却水温度Ｔｗが蓄熱温度Ｔｓに等しい温度となった後、ステップＳ１４１に進む。すなわち、蓄熱モードを終了する。
【００８２】
上述した実施形態によると、測定値である冷却水温度Ｔｗと放熱温度Ｔｄとに基づいて放熱モードの終了のタイミングを制御している。このため、実際に放熱が可能な時間だけ放熱を維持できる。言い換えると、放熱モードにおいて、放熱ができない温度条件であるにも関わらず放熱を続けることが無い。したがって、放熱完了後、速やかに通常モードに移行できる。
【００８３】
測定値である冷却水温度Ｔｗと蓄熱温度Ｔｓとに基づいて蓄熱モードの終了のタイミングを制御している。このため、実際に蓄熱が可能な時間だけ蓄熱を維持できる。言い換えると、蓄熱モードにおいて、蓄熱ができない温度条件であるにも関わらず蓄熱を続けることが無い。したがって、蓄熱完了後、速やかに通常モードに移行できる。
【００８４】
ステップＳ２３４で冷却水温度Ｔｗが蓄熱温度Ｔｓに等しくなることを条件にするのではなく、冷却水温度Ｔｗと蓄熱温度Ｔｓとの温度差が所定値以下になることを条件にしてもよい。例えば、冷却水温度Ｔｗから蓄熱温度Ｔｓを引いた温度差が３℃以下になった場合に、ステップＳ１４１に進むようにしてもよい。これによれば、温度差が所定値以下になった時点で蓄熱モードの完了を判断できる。このため、実質的に蓄熱モードが完了していることをより素早く判断することができる。
【００８５】
第３実施形態
蓄熱システム１は、回転手段としての四方弁３０８を用いて放熱モードと蓄熱モードとでエンジン冷却水の流れる向きを切り替えている。
【００８６】
図７において、蓄熱流路５０には、回転手段として機能する四方弁３０８が設けられている。四方弁３０８は、蓄熱流路５０の入口配管と、蓄熱流路５０の出口配管と、蓄熱装置５の下方配管５２と、蓄熱装置５の上方配管５３との４本の配管と接続している。言い換えると、四方弁３０８は、蓄熱装置５に流れるエンジン冷却水の流路の接続状態を切り替え可能に設けられている。四方弁３０８は、制御装置２１によって流路の切り替えが制御される。四方弁３０８の下流には温度センサ５５が設けられている。
【００８７】
図において、四方弁３０８は、蓄熱流路５０の入口配管と下方配管５２とを連通状態に接続している。また、四方弁３０８は、蓄熱流路５０の出口配管と上方配管５３とを連通状態に接続している。言い換えると、蓄熱装置５において、下方配管５２がエンジン冷却水の入口として機能し、上方配管５３がエンジン冷却水の出口として機能している状態である。この状態は、蓄熱装置５に対してエンジン冷却水が冷えた状態で流入する放熱モードの状態である。
【００８８】
矢印Ｃ１と矢印Ｃ２とは、エンジン冷却水の流れを示している。放熱モードにおいて、エンジン冷却水は、矢印Ｃ１に示すように蓄熱流路５０の入口配管から四方弁３０８を経由して下方配管５２に向かって流れる。その後、エンジン冷却水は、蓄熱装置５の内部に流れ込む。エンジン冷却水は、蓄熱装置５の内部を下部から上方に向かって移動する。エンジン冷却水は、蓄熱装置５の内部を上昇していく過程で、蓄熱カプセル５４と熱交換を行い、蓄熱カプセル５４から熱を奪う。言い換えると、蓄熱カプセル５４は、エンジン冷却水に対して放熱する。
【００８９】
蓄熱装置５の内部で熱交換を行ったエンジン冷却水は、矢印Ｃ２に示すように上方配管５３から四方弁３０８を経由して蓄熱流路５０の出口配管に向かって流れる。四方弁３０８を通過後、温度センサ５５によって放熱温度Ｔｄが測定される。
【００９０】
図８において、四方弁３０８は、蓄熱流路５０の入口配管と上方配管５３とを連通状態に接続している。また、四方弁３０８は、蓄熱流路５０の出口配管と下方配管５２とを連通状態に接続している。言い換えると、蓄熱装置５において、上方配管５３がエンジン冷却水の入口として機能し、下方配管５２がエンジン冷却水の出口として機能している状態である。すなわち、入口として機能する配管と出口として機能する配管が、放熱モードとは逆になった状態である。この状態は、蓄熱装置５に対して加熱された状態のエンジン冷却水が流入する蓄熱モードの状態である。
【００９１】
矢印Ｄ１と矢印Ｄ２とは、エンジン冷却水の流れを示している。蓄熱モードにおいて、エンジン冷却水は、矢印Ｄ１に示すように蓄熱装置５の入口配管から四方弁３０８を経由して上方配管５３に向かって流れる。その後、エンジン冷却水は、蓄熱装置５の内部へと流れ込む。エンジン冷却水は、蓄熱装置５の内部を上部から下方に向かって移動する。エンジン冷却水は、蓄熱装置５の内部を下降していく過程で、蓄熱カプセル５４と熱交換を行い、蓄熱カプセル５４に熱を与える。言い換えると、蓄熱カプセル５４は、エンジン冷却水から熱を奪って蓄熱する。
【００９２】
蓄熱装置５の内部で熱交換を行ったエンジン冷却水は、矢印Ｄ２に示すように下方配管５２から四方弁３０８を経由して蓄熱流路５０の出口配管に向かって流れる。四方弁３０８を通過後、温度センサ５５によって蓄熱温度Ｔｓが測定される。
【００９３】
上述した実施形態によると、四方弁３０８を用いて、放熱モードと蓄熱モードとでエンジン冷却水の流れる向きを切り替えている。このため、蓄熱用ポンプ８を用いる場合に比べて簡易な構成で蓄熱装置５を長持ちさせる効果を得られる。
【００９４】
放熱温度Ｔｄと蓄熱温度Ｔｓとをひとつの温度センサ５５で測定可能であるため、蓄熱システム１の部品点数を削減できる。
【００９５】
放熱モードと蓄熱モードとで四方弁３０８を逆の状態としてもよい。この場合、放熱モードにおいて、エンジン冷却水が蓄熱装置５の内部を上から下に流れ、蓄熱モードにおいて、エンジン冷却水が蓄熱装置５の内部を下から上に流れることとなる。これによると、液相から固相への体積収縮が引き起こされる放熱モードにおいて、流体圧力を浮力とは異なる方向にできる。したがって、蓄熱ケースの変形による破壊が引き起こされやすい放熱モードにおいて、上向きに加えられる力を低減できるため、蓄熱カプセル５４の破壊をより効果的に防止できる。
【００９６】
四方弁３０８の代わりに、切り替え弁を４つ用いて放熱モードと蓄熱モードとでエンジン冷却水の流れる向きを切り替えてもよい。この場合、四方弁３０８を用いる場合に比べて複雑な部品を使用することなく蓄熱装置５を長持ちさせる効果を得られる。
【００９７】
四方弁３０８を温度に反応して流路の切り替えを自動で行うサーモスタットとしてもよい。すなわち、所定温度以下では蓄熱流路５０の入口配管と下方配管５２とを連通し、蓄熱流路５０の出口配管と上方配管５３とを連通した放熱モードの状態とする。また、所定温度より高温では蓄熱流路５０の入口配管と上方配管５３とを連通し、蓄熱流路５０の出口配管と下方配管５２とを連通した蓄熱モードの状態とする。所定温度は、例えば６５℃である。これにより、四方弁３０８がエンジン冷却水の温度に応じて自動で流路を切り替えることができる。したがって、制御装置２１により四方弁３０８を制御する必要がないため、蓄熱システム１の制御をより簡略化できる。
【００９８】
蓄熱装置５と四方弁３０８の設置位置は、切り替え弁９の下流の蓄熱流路５０に限られない。例えば、エンジン２と切り替え弁９との間の共通流路２０に蓄熱装置５と四方弁３０８を設けてもよい。この場合、エンジン冷却水は常にエンジン冷却水が流れることとなる。言い換えると、循環ポンプ７の運転中は、蓄熱装置５が常に放熱または蓄熱を行っている状態である。
【００９９】
第４実施形態
蓄熱装置５は、蓄熱カプセル５４を回転させる回転手段として機能する抵抗部を蓄熱容器５１の内部に設けている。
【０１００】
図９において、蓄熱容器５１には、内側壁面に沿ってガイドリブ４０８が設けられている。ガイドリブ４０８は、蓄熱容器５１の内側壁面から円筒形の蓄熱容器５１の中心軸に向かって所定量突出して設けられている。ガイドリブ４０８は、らせん状に設けられている。ガイドリブ４０８は、内側壁面の下部から上部まで連続して一様に設けられている。ガイドリブ４０８は、エンジン冷却水の流通を妨げて流れ方向を変える抵抗部として機能する。
【０１０１】
放熱モードにおいて、エンジン冷却水は、下方配管５２から蓄熱容器５１の内部に流入する。流入したエンジン冷却水は、蓄熱容器５１の内側壁面に設けられたガイドリブ４０８によってガイドされながら上昇する。すなわち、ガイドリブ４０８は、上方向に流れようとするエンジン冷却水にとって流路抵抗として機能する。この時、ガイドリブ４０８によってガイドされたエンジン冷却水は、ガイドリブ４０８に沿って回転しながら上昇する旋回流となる。この旋回流における流体圧力は、上方向の成分だけでなく周方向の成分を持つ。したがって、蓄熱カプセル５４に対して、上方向に加えられる浮力や応力とは異なる方向である周方向にも流体圧力が加えられることとなる。
【０１０２】
蓄熱モードにおいて、エンジン冷却水は、上方配管５３から蓄熱容器５１の内部に流入する。流入したエンジン冷却水は、蓄熱容器５１の内側壁面に設けられたガイドリブ４０８によってガイドされながら下降する。すなわち、ガイドリブ４０８は、下方向に流れようとするエンジン冷却水にとって流路抵抗として機能する。この時、ガイドリブ４０８によってガイドされたエンジン冷却水は、ガイドリブ４０８に沿って回転しながら下降する旋回流となる。この旋回流における流体圧力は、下方向の成分だけでなく周方向の成分を持つ。したがって、蓄熱カプセル５４に対して、上方向に加えられる浮力と応力とは異なる方向である下方向および周方向にも流体圧力が加えられることとなる。
【０１０３】
上述した実施形態によると、蓄熱カプセル５４に対してエンジン冷却水から加えられる流体圧力が一定方向ではなく周方向の成分を持つこととなる。言い換えると、抵抗部は旋回流形成部として機能する。このため、浮力と応力と流体圧力とが同じ方向の力となって、蓄熱カプセル５４に大きな負荷として加わることを防ぐことができる。また、周方向の成分の流体圧力により、蓄熱カプセル５４が回転されて位置や向きが変わる。したがって、蓄熱カプセル５４の特定の面に連続して負荷が繰り返し加わることを防ぐことができる。
【０１０４】
放熱モードと蓄熱モードとで蓄熱装置５に流すエンジン冷却水の向きを逆方向としなくてもよい。すなわち、放熱モードと蓄熱モードとの両方のモードでエンジン冷却水を上向きに流してもよい。また、両方のモードでエンジン冷却水を下向きに流してもよい。これによると、蓄熱用ポンプ８や四方弁３０８を用いることなく、蓄熱カプセル５４を回転させることができる。このため、よりシンプルな構成で蓄熱装置５を長期間にわたって安定して使用可能である。
【０１０５】
抵抗部は、らせん状のガイドリブ４０８に限られない。すなわち、上下方向の流れに対して流れを妨げて流れ方向を変える抵抗部として働けばよい。言い換えると、上下方向以外の方向に流れ成分を持たせるように抵抗部を設ければよい。例えば、円環状のリブを複数設けてもよい。例えば、蓄熱容器５１の内壁面を波形の凹凸形状に形成するなどして抵抗部を設けてもよい。
【０１０６】
抵抗部は、蓄熱容器５１の内側壁面から突出するものに限られない。すなわち、蓄熱容器５１の内部であればどこに定航部を設けてもよい。例えば、蓄熱容器５１の内部に位置する上方配管５３の外壁にらせん状の抵抗部を設けてもよい。
【０１０７】
下方配管５２の開口端部を蓄熱容器５１の内側壁面に沿うように斜めに角度をつけて設けるようにしてもよい。これによると、下方配管５２からエンジン冷却水を排出する際に、あらかじめ旋回流を作り出すことができる。このため、蓄熱容器５１内部の下方に位置する蓄熱カプセル５４についても旋回流によって効果的に回転させることができる。したがって、蓄熱カプセル５４の破壊をより効果的に防止して、蓄熱装置５を長期間にわたって安定した性能で使用できる。
【０１０８】
他の実施形態
この明細書における開示は、例示された実施形態に制限されない。開示は、例示された実施形態と、それらに基づく当業者による変形態様を包含する。例えば、開示は、実施形態において示された部品および／または要素の組み合わせに限定されない。開示は、多様な組み合わせによって実施可能である。開示は、実施形態に追加可能な追加的な部分をもつことができる。開示は、実施形態の部品および／または要素が省略されたものを包含する。開示は、ひとつの実施形態と他の実施形態との間における部品および／または要素の置き換え、または組み合わせを包含する。開示される技術的範囲は、実施形態の記載に限定されない。開示されるいくつかの技術的範囲は、請求の範囲の記載によって示され、さらに請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内での全ての変更を含むものと解されるべきである。
【０１０９】
上述した実施形態は、蓄熱カプセル５４がエンジン冷却水で浮くものを例に説明を行ったが、蓄熱カプセル５４がエンジン冷却水中で沈むものにも適用可能である。すなわち、蓄熱カプセル５４の同一面が下方向に押しつぶされる力を繰り返し受けることを防止するために回転手段を機能させるようにしてもよい。
【０１１０】
上述した実施形態によると、蓄熱装置５においてエンジン冷却水を蓄熱容器５１内部に流入させる際に蓄熱カプセル５４を撹拌している。このため、蓄熱カプセル５４の特定の面に集中して繰り返し大きな負荷が加わることを防止できる。したがって、蓄熱装置５を長期間にわたって安定して使用可能である。
【符号の説明】
【０１１１】
１  蓄熱システム、  ２  エンジン、  ３  ラジエータ、  ４  暖房用熱交換器、  ５  蓄熱装置、  ７  循環ポンプ、  ８  蓄熱用ポンプ、  ９  切り替え弁、  ２０  共通流路、  ２１  制御装置、  ３０  冷却流路、  ４０  暖房流路、  ５０  蓄熱流路、  ５１  蓄熱容器、  ５２  下方配管、  ５３  上方配管、  ５４  蓄熱カプセル、  ５７  底部、  ５９  膨出部、  ３０８  四方弁、  ４０８  ガイドリブ。
【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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