(57)【要約】【課題】タンク内に留まっている温水を冷水との混ざりを抑制して効率よく排出できると共に、温水からの放熱量を抑制できる蓄熱タンクを提供する。【解決手段】外周全体を断熱材９によって覆われている樹脂製のタンク本体１内を仕切り板８によって２つの層に仕切り、各層には同じ通路構成が形成されていて、仕切り板の１ヶ所において２つの層を連通する貫通部８１が形成されている。従って、タンク本体内の１層目の流れを順方向とするなら、２層目の流れは逆方向となる、入口パイプ２から出口パイプ３へと通じる一連の通路が、タンク本体内に形成されている。仕切り板をｎ枚配置して、（ｎ＋１）層の通路構成としてもよい。出入口パイプ２，３はタンク本体の下部に配設されることが好ましい。【選択図】図１
2008080954.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体を保温貯蔵する樹脂製のタンク本体（１）と、
前記タンク本体（１）の外周全体を覆う断熱材（９）と、
前記タンク本体（１）に配設され、前記タンク本体（１）に流体を流入する入口（２）と、
前記タンク本体（１）に配設され、前記タンク本体（１）から流体を流出する出口（３）と、
を備えていて、流体を保温貯蔵する蓄熱タンクにおいて、
前記タンク本体（１）内を仕切り板（８）によって２つの層に仕切り、各層には同じ通路構成が形成されていて、前記仕切り板（８）の１ヶ所において前記２つの層を連通する貫通部（８１）が形成されており、１層目の流れを順方向とするなら、２層目の流れは逆方向となる、前記入口（２）から前記出口（３）へと通じる一連の通路が前記タンク本体（１）内に形成されていることを特徴とする蓄熱タンク。
【請求項２】
前記仕切り板（８）を前記タンク本体（１）内にｎ枚配置して、（ｎ＋１）層の通路構成とすることを特徴とする請求項１に記載の蓄熱タンク。
【請求項３】
前記通路構成を前記タンク本体（１）内に上下に配置することを特徴とする請求項１に記載の蓄熱タンク。
【請求項４】
前記通路構成における通路断面積が一定であることを特徴とする請求項１，２又は３に記載の蓄熱タンク。
【請求項５】
前記通路構成が、渦巻構造又は迷路構造となっていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の蓄熱タンク。
【請求項６】
前記入口（２）及び前記出口（３）の両者が、前記タンク本体（１）の下方側に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の蓄熱タンク。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、温水を保温貯蔵する蓄熱タンクに関するものであり、例えば、車両の冷却回路中に設けられ、エンジン冷却水を保温貯蔵する車両用蓄熱タンクに好適である。
【背景技術】
【０００２】
車両の水冷式内燃機関（エンジン）の暖機促進と同時に車室内の暖房を図るために、エンジンから流出するエンジン冷却水を保温貯蔵する蓄熱タンクを冷却水回路に配設し、蓄熱タンク内に貯蔵された高温の冷却水をエンジンに導入してエンジンの暖機促進を図ったり、又はこの高温の冷却水を暖房用ヒーターに導入して車室内を暖めたりする車両の冷却系装置が提案されている。即ち、この冷却系装置は車両の通常運転時において、エンジンより発生する余剰熱をエンジンの冷却水系に組み込まれた蓄熱タンクに蓄えることにより、車両始動時等にエンジンや車両室内を暖めるものである。このように車両用蓄熱タンクは、エンジンの余剰熱を有効利用し、車両の運転において全体的な観点から燃料消費の低減を図るように使用できる。
【０００３】
このような蓄熱タンクは、一般に蓄熱タンク本体を成すステンレス製の内筒タンクと、同じくステンレス製の外筒タンクとを具備しており、内筒タンクと外筒タンクとの間の空間が略真空に保たれることにより断熱された２重断熱タンク構造となっている。内筒タンクと外筒タンクとは開口部において溶接等によって固着されており、この開口部に流入側流路と流出側流路とが設けられたボディバルブが挿入され、挿着されている。
【０００４】
しかしながら、このような蓄熱タンクにおいては、蓄熱タンクから温水を排出するために、流入側流路から冷水を入れて流出側流路から温水を排水させようとしても、取り入れた冷水の一部が短絡してそのまま流出側流路から排出してしまい蓄熱した温水を有効に取り出すことが難しいという問題があった。このため、特許文献１では、ボディバルブの流出側流路に接続して、蓄熱タンク内を垂直に伸びたセンターパイプと、蓄熱された温水と流入した冷水との混合を防止する混合防止板を蓄熱タンク内に設けている。
【０００５】
このような従来の蓄熱タンクは、２重タンク構造のうえ、混合防止板、センターパイプ及びバルブボディ等で構成されているため、かなり高価な物になるという問題がある。
また、特許文献２では、真空断熱に代えて、内筒タンクと外筒タンクとの間に金属よりも熱伝導率が低い断熱材を充填することによって断熱を図っているが、この蓄熱タンクも基本的に２重タンク構造となっているため、十分なコスト削減ができないという問題がある。また、基本的にタンクの形状が円筒状に限定され、場合によっては車両搭載のためのスペース効率が悪いという問題がある。
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−８０９２９号公報
【特許文献２】特開２００４−３１７０４４号公報
【０００７】
そこで、発明者らは、先に特願２００６−８５１６２号として、図３に示すような樹脂製のタンク本体を真空断熱材で覆うようにした蓄熱タンクを提案している。この蓄熱タンクは、直方体形状をしていて、タンク本体１内部を多段パスとする複数枚の仕切り板４′をタンク本体１内部に設け、流体の主流方向を１８０°転向させて蛇行状に流れるようにして、タンク本体１内に流入する冷水が、仕切り板４′により細分化された空間をターンしながらタンク本体１内の温水を押し上げ、温水をタンク本体１上部の出口パイプ３から流出することで、冷温水の混合を防止するようにしている。
【０００８】
しかしながら、このような仕切板構造とした場合、図３においてＷ方向（縦方向）のタンクサイズが或る程度（例えば、５０mm）以上になると、タンク本体１内のサイド寄りの温水が効率良く押し出せなくなるという問題が生じる。即ち、入口パイプ２からタンク本体１内に入る冷水の主流が、タンク本体の正面内壁に衝突して、上方（２段目）に上がるが、サイド寄りに流れが殆ど発生せず、タンク本体内に温水が滞留してしまうという問題がある。
また、出口パイプ３がタンク本体１の上部に配設されている場合においては、露出されたパイプ部からの放熱量がタンク本体１の下部に配設されている場合よりも大きい。その結果、蓄熱タンクの保温性能としての効果が目減りするという懸念がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、タンク内に留まっている温水を冷水との混ざりを抑制して効率よく排出できると共に、タンク内上部に留まっている温水からの放熱量を抑制することができる蓄熱タンクを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、前記課題を解決するための手段として、特許請求の範囲の各請求項に記載の蓄熱タンクを提供する。
請求項１に記載の蓄熱タンクは、タンク本体１内を仕切り板８によって２つの層に仕切り、各層には同じ通路構成が形成されていて、仕切り板８の１ヶ所においてこれら２つの層を連通する貫通部８１が形成されており、１層目の流れを順方向とするなら、２層目の流れは逆方向となる、入口２から出口３へと通じる一連の通路がタンク本体１内に形成されているものであり、これにより、タンク本体１内に留まっている温水を効率よく回しながら押し出すことができ、冷水と温水との混ざりを抑制して効率よく温水を排出することができる。
【００１１】
請求項２の蓄熱タンクは、仕切り板８をタンク本体１内にｎ枚配置して、（ｎ＋１）層の通路構成としたものであり、これにより、通路構成の通路断面積を小さく、かつ一連の通路の長さを長くすることができ、タンク本体１内に留まっている温水を隅々まで一層効率よく押し出すことができる。
請求項３の蓄熱タンクは、通路構成をタンク本体１内に上下に配置するようにしたものである。この場合は、タンク本体１の高さ方向の長さＨが短かいときに有効である。しかしながら、この場合は、入口２をタンク本体１の下方側に配設すると、出口３はタンク本体１の上方側に配設することになる。
【００１２】
請求項４の蓄熱タンクは、通路構成における通路断面積を一定にしたものであり、これにより、タンク本体１内の流体の流れの圧力損失を抑制することができる。
請求項５の蓄熱タンクは、通路構成を渦巻構造又は迷路構造としたものであり、これにより、タンク本体１内に渦巻き状の流れを形成して、冷水と温水とを混ざらないようにして、可能な限り高温の温水を効率よく排出することができる。
【００１３】
請求項６の蓄熱タンクは、入口２と出口３の両者を、タンク本体１の下方側に配設したものであり、これにより、出口３近辺からの放熱量を抑制することができ、蓄熱タンクの保温性能を向上できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面に従って本発明の実施の形態の蓄熱タンクについて説明する。なお、本実施形態の蓄熱タンクは、車両のエンジン冷却水系に具備されて、エンジンの余剰熱を蓄熱して、車両の始動時等においてエンジンや車室内を暖めるのに使用される車両用蓄熱タンクに好適なものである。
図１は、本発明の第１実施形態の蓄熱タンクの、（ａ）タンク本体の斜視図と、（ｂ）タンク本体内の通路構成を説明する図である。
蓄熱タンク１００は、車両に搭載されている。蓄熱タンク１００は、車両に搭載されたエンジン、電動機、バッテリなどの温度制御対象部を温度調節する熱媒体回路３００に直列、または並列に接続されている。例えば、熱媒体回路３００は、エンジンの冷却水回路である。熱媒体回路３００と蓄熱タンク１００との間には、バルブ機構２００が設けられ、蓄熱タンク１００への熱媒体の導入と、蓄熱タンク１００からの熱媒体の取り出しとが制御される。例えば、エンジンを循環する冷却水温度が高いときに高温冷却水が蓄熱タンク１００へ導入されて蓄えられ、エンジンを循環する冷却水温度が低いときに保温された冷却水が蓄熱タンク１００から取り出されてエンジンに供給される。
【００１５】
蓄熱タンクのタンク本体１は、後述する積層方向に関して軸をもつ多角柱形状である。この実施形態では、直方体の形状をしている。タンク本体１は、図１（ａ）において縦方向（Ｗ方向）で左右２分割となる樹脂製ケース等により形成されている。タンク本体１の外周全体は、断熱材９（図１（ｂ）に一点鎖線で示す）で覆われており、これによって蓄熱タンクが断熱構造となっている。タンク本体１の１つの側面の下部には、タンク本体１内へ流体（冷水）を導入する入口パイプ２が、また同じ側面の同じく下部には、タンク本体１内から流体（温水）が流出する出口パイプ３がそれぞれ取り付けられている。入口パイプ２は、入口を提供し、出口パイプ３は出口を提供している。タンク本体１内部には、仕切り板８が配置されていて、タンク本体１内を２つの層に仕切っている。即ち、仕切り板８は、図１（ａ）において縦方向（Ｗ方向）で入口パイプ２側の層と出口パイプ３側の層とに左右に等分に仕切るように配置されている。よって、この実施形態では、各層の積層方向が水平方向となっている。隔壁の配置を水平方向として、各層の積層方向を鉛直方向としてもよい。仕切り板８には、２つの層を連通するための貫通部８１が形成されている。貫通部８１は、各層において形成された通路の端部に設けられている。各層の通路の一端には、入口または出口が開設されており、他端は貫通部８１において連通している。また、２つの層の各々には、通路形成板７によって、同じ通路構成である迷路構造の通路が形成されている。
【００１６】
各層の通路構成は、通路形成板７によって迷路構造の通路を形成している。即ち、図１においては、例えば、通路形成板７は、１辺の長さがＷ／２（mm）で他辺の長さが種々異なっている四角形の６枚のプレート７１〜７６よりなり、これらのプレート７１〜７６を組み合わせることによって、迷路構造の通路を形成している。なお、プレート７１〜７４を９０°で３回曲折した１枚のプレートとし、プレート７５，７６をＬ字形の１枚のプレートとして、この２枚のプレートを組み合わせて迷路構造の通路を形成してもよい。この場合、プレート７１とタンク本体１の下面とで形成される入口側通路４の通路高さＡと、プレート７２とタンク本体１の側面とで形成される奥行き側通路５の通路高さＢ、及びプレート７３とタンク本体１の上面とで形成される上面側通路６の通路高さＣとは、全て等しくＡ＝Ｂ＝Ｃの関係にあるように各通路４，５，６は形成されている。このようにして、迷路構造の通路は、全てその通路幅Ｗ／２及び通路高さＡ（＝Ｂ＝Ｃ）が同一、即ち断面積Ｗ／２×Ａが一定であるように形成される。各層の通路は、タンク本体１の断面範囲内を余すことなく占拠し、入口又は出口の位置から交差することがないように延びている。このような形状は、実施形態に開示された蛇行状あるいは渦巻き状と呼ばれうる形状によって提供されうる。各層の通路は、その長さ方向に沿ってほぼ一定の通路断面積を維持しながら延びている。この形状は、保温された冷却水が冷たい冷却水によって押し出される際に、それらの混合を抑制するために貢献する。
【００１７】
このようにして、入口パイプ２からタンク本体１内に入った流体（冷水）は、図１（ｂ）に実線の矢印で示すような経路に沿って１層目の迷路構造の通路を順方向に流れ、図中にハッチングで示された仕切り板８の貫通部８１に達する。流体は該貫通部８１を通り（図１（ｂ）において紙面裏側へと通り抜け）、２層目の迷路構造の通路を図中に破線の矢印で示すように往路とは逆方向に流れ、出口パイプ３からタンク本体１の外へと流出する。
【００１８】
次に蓄熱タンクの上記した構成要素について更に詳細に説明する。
タンク本体１の形状は、図１（ａ）では、Ｌ（mm）（横方向の長さ）×Ｗ（mm）（縦方向の長さ）×Ｈ（mm）（高さ方向の長さ）よりなる直方体であるが、立方体又は円筒体でもよい。更には、直方体の一部を切り欠いた形状又は２つの異なる形状の直方体を組み合わせた形状等の異型形状などの様々な形状が、車両等の搭載スペースとの関係で採用可能である。タンク本体１の材質としては、例えば、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、ポリフタルアミド（ＰＰＡ）、ポリアミド（ＰＡ）、ナイロン（ＮＹ）６６等のガラス繊維入りの樹脂材料が適用される。また、タンク本体１の板厚ｔは、強度及びコスト等を考慮すると、ｔ＝１〜３mm程度が好ましい。
【００１９】
タンク本体１に取り付けられる、流体を流入及び流出する入口パイプ２と出口パイプ３は、車両搭載又は据付後のホースの組み付け性を考慮すると、図１（ａ）に示されるようにタンク本体１の或る一面から同一方向に突出して設けられることが望ましい。しかしながら、各車両毎の搭載状況又は据付状況は変わるので、必ずしもタンク本体１の同一面、同一方向に取り付けなくてもよい。また、入口パイプ２と出口パイプ３のタンク本体１に取り付ける、高さ方向の位置関係は、図１（ａ）に示されるように流体の入口側である入口パイプ２がタンク本体１の下側に水平方向に、また流体の出口側である出口パイプ３もタンク本体１の下側に水平方向に取り付けられることが望ましい。しかしながら、タンク本体１が奇数層の通路構成を有する場合は、入口パイプ２と出口パイプ３の高さ方向の位置関係は異なるものとなる。即ち、入口パイプ２と出口パイプ３の高さ方向の位置関係は、オフセットしていてもよい。
【００２０】
仕切り板８は、コスト、組み付け性を考慮し、可能であればタンク本体１であるケースに一体で形成した方が望ましいが、別体であってもよい。また、仕切り板８には１ヶ所貫通穴８１が形成されるが、この場合、貫通穴８１は、通路構成における迷路構造の通路の通路高さＡに合わせて形成されることが肝要で、貫通穴８１の面積は、通路の断面積Ｗ／２×Ａと同じにすることが望ましい。
【００２１】
図１（ｂ）に一点鎖線で示される断熱材９としては、真空断熱材９が好適である。この真空断熱材９は、断熱性のある芯材とガスバリア性のある外被材としての金属ラミネート材とから構成され、芯材は金属ラミネート材内に挿入され、内部を減圧したのち真空に封止されている、真空断熱材９の芯材には、例えば無機繊維材、樹脂発泡材又は粒状体等の素材が用いられている。金属ラミネート材は、アルミニウムなどの金属箔をガスバリア層として、このガスバリア層の外面側にナイロンフィルム等を保護層として積層すると共に、ガスバリア層の内面側には、無延伸ポリプロピレン等のフィルムを熱溶着層として積層したラミネートフィルムである。
なお、断熱材９は真空断熱材に限定されず、他の断熱効果のある、ポリウレタン、ポリスチレン等の各種の断熱材を使用してもよい。
【００２２】
断熱材９は、タンク本体１の外周全体を隙間なく覆うことが望ましい。但し、一部が露出したり、あるいは断熱効果の異なる部材によって覆われてもよい。断熱材９は、例えば、タンク本体１を覆う袋状とすることができる。また、断熱材９は、タンク本体１の大部分を収容する箱型の部材と、この箱型部材の開口部を覆う蓋とで構成されてもよい。また、断熱材９は、テーピング等で密閉されることが望ましい。断熱材９は、タンク本体１の各面毎の大きさの断熱パネルをつなぎ合わせ、それら断熱パネルの間をテーピングする構造により提供されてもよい。
【００２３】
以上の構成よりなる第１実施形態の蓄熱タンクでは、図１（ａ）に示すようにタンク本体１内をＷ方向で仕切り板８によって２分割して、２層構造の通路構成としている。したがって、入口パイプ２から流入する流体（冷水）は、図１（ｂ）に実線の矢印で示すように１層目の通路構成を水平に横（Ｌ）方向（図１（ａ）では左方向）へと流れ、タンク本体１の内側面に突き当たり、直角に転向して上方へと流れる。同様に、更にタンク本体１の内面又は通路形成板７に突き当たる度に、直角に転向しながらタンク本体１内の流体（温水）を徐々に押し出して行く。このようにして、迷路構造の断面積（Ｗ／２×Ａ）一定の通路内を、渦を巻くように流れる。
【００２４】
１層目で７回の直角ターンをした後、１層目の流体の流れは終わり、仕切り板８に設けられている貫通部８１によって２層目へと流れが導かれる。２層目に達した流体は、１層目と同じ構成である２層目の通路構成である迷路構造の通路を、図１（ｂ）に破線の矢印で示すように１層目の流れとは逆方向に流れる。２層目の迷路構造の通路の断面積も１層目と同じである。即ち、両層共、同じ通路幅Ｗ／２、通路高さＡ（＝Ｂ＝Ｃ）を有している。このようにして、本実施形態では、渦巻き流れを形成して、冷水（タンク本体内に入ってくる流体）と温水（タンク本体内に留っている流体）とを混ざらないようにして、可能な限り高温の温水を効率よくタンク本体１から流出することができる。
また、本実施形態では、１層目の迷路構造の通路の断面積と２層目の迷路構造の通路の断面積及び貫通部８１の開口面積とを全て同一とすることによって、タンク本体１内の流体の流れの均一化を図ることができ、タンク本体１内の温水を有効に排出させることができる。
【００２５】
図２は、本発明の第２実施形態の蓄熱タンクの、（ａ）タンク本体の斜視図と、（ｂ）タンク本体内の通路構成を説明する図である。この第２実施形態は、通路形成板７によって形成されるタンク本体１内の通路構成が第１実施形態と異なっているのみで、他の構成は第１実施形態と同様である。
即ち、第２実施形態では、６枚のプレート７１〜７６よりなる通路形成板７を使用して、通路構成として渦巻構造の通路が、仕切り板８によって２分割された２つの層内にそれぞれ形成されている。６枚のプレート７１〜７６は、一辺の長さがＷ／２で同じで、他辺の長さがそれぞれ異なっている四角形状をしている。なお、プレート７１〜７６を、９０°で５回曲折された１枚のプレートで代用してもよい。この渦巻構造の通路は、第１実施形態と同様に全通路に亘って通路断面積が同じである。仕切り板８には、図においてハッチングで示されるように貫通部８１が設けられていて、１層目の渦巻構造の通路と２層目の渦巻構造の通路とを連通している。貫通部８１の開口面積も、通路断面積と同じである。
【００２６】
したがって、入口パイプ２から流入した流体（冷水）は、１層目の通路構成を水平に横（Ｌ）方向に流れ、タンク本体１の内側面に突き当たり、直角に転向して上方へと流れる。同様、更にタンク本体１の内面又は通路形成板７に突き当たる度に、直角に転向しながら、タンク本体１内の温水を徐々に押し出して行く。こうして、１層目で７回の直角ターンをした後に、流体は貫通部８１によって２層目へと導かれる。即ち、図２（ｂ）に実線の矢印で示されるように入口パイプ２から流入した流体は、１層目の渦巻構造の通路内を順方向に流れる。次いで、２層目へと導かれた流体は、２層目の渦巻構造の通路内を、図中に破線の矢印で示されるように１層目とは逆方向に流れ、出口パイプ３から排出される。
【００２７】
以上説明した実施形態においては、１枚の仕切り板８でタンク本体１を縦方向（Ｗ方向）で左右に２分割（２層に分割）しているが、タンク本体１を高さ方向（Ｈ方向）で上下に２分割することも可能である。また、ｎ枚の仕切り板８を使用して、タンク本体１内を（ｎ＋１）層に分割してもよい。この場合においても、各層内の通路構成は同じにする。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の第１実施形態の蓄熱タンクの、（ａ）タンク本体の斜視図と、（ｂ）タンク本体内の通路構成を説明する図である。
【図２】本発明の第２実施形態の蓄熱タンクの、（ａ）タンク本体の斜視図と、（ｂ）タンク本体内の通路構成を説明する図である。
【図３】比較例の蓄熱タンクの斜視図である。
【符号の説明】
【００２９】
１    タンク本体
２    入口パイプ（入口）
３    出口パイプ（出口）
７    通路形成板
８    仕切り板
８１    貫通部
９    断熱材
Ｌ    横方向寸法
Ｗ    縦方向寸法
Ｈ    高さ方向寸法
Ａ，Ｂ，Ｃ    通路高さ
【図１】
2008080954.tif 000003
【図２】
2008080954.tif 000004
【図３】
2008080954.tif 000005