(57)【要約】【課題】複雑な構造を必要とせず、それによりコストを低廉化し、かつ塩水和物の凝固時の相分離による蓄熱密度の低下も生ぜずに、蓄熱体による蓄熱効果を十分に発揮することができる蓄熱器を提供する。【解決手段】伝熱流体の融点と沸点との間に融点を持ち且つ融解・凝固時に相分離しない蓄熱材を板状の密閉容器内に封入して成る蓄熱板を複数枚、相互間にスペーサを介して積層し密閉タンク内に収容し、上記密閉タンクは上記伝熱流体の流入口および流出口を備え、上記蓄熱板同士の間隙および上記蓄熱板と上記密閉タンク内壁との間隙が上記伝熱流体の流路を形成することを特徴とする蓄熱器。伝熱流体は代表的には水であるが、特にこれに限定する必要はない。伝熱流体が水である場合には、蓄熱材として、キシリトール、みょうばん、ワックスのいずれかを用いることが望ましい。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
伝熱流体の融点と沸点との間に融点を持ち且つ融解・凝固時に相分離しない蓄熱材を板状の密閉容器内に封入して成る蓄熱板を複数枚、相互間にスペーサを介して積層し密閉タンク内に収容し、上記密閉タンクは上記伝熱流体の流入口および流出口を備え、上記蓄熱板同士の間隙および上記蓄熱板と上記密閉タンク内壁との間隙が上記伝熱流体の流路を形成することを特徴とする蓄熱器。
【請求項２】
前記伝熱流体が水であることを特徴とする請求項１記載の蓄熱器。
【請求項３】
前記蓄熱材が、キシリトール、みょうばん、ワックスのいずれかであることを特徴とする請求項２記載の蓄熱器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車エンジンの冷却水等の伝熱流体を保温するための蓄熱器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、エンジン始動性、始動時の排気成分、燃費を改善するために、エンジン冷却水（温水）をタンク内に収容して保温し、次回のエンジン始動時にタンク内の冷却水を循環させることが行なわれている。
【０００３】
しかし、タンク内の冷却水は時間経過に伴い温度低下し、温水循環による効果が十分に得られない。
【０００４】
保温タンクとして、魔法瓶のような断熱構造を用いても、数十時間後の温度低下は避けられない。これは、車載時のスペースや重量の観点から、保温タンクの容量が高々３リットル程度までという制約を受けるためでもある。
【０００５】
また、保温タンク以外の冷却水流路部分（水管、バルブ等）は特に保温構造ではないため熱が放散してしまう。さらに、この熱の放散は、容器内で水の対流が起きることで助長される。
【０００６】
これまでに、蓄熱器の保温性能を高めるために、特定の蓄熱材を用いる試みが種々行なわれている。これは蓄熱材の凝固潜熱を利用して、蓄熱器の保温能力を高めるものである。
【０００７】
例えば、特許文献１（特開平９−３２３５３２号公報）には、蓄熱材として水酸化バリウム・８水和物（融点７８℃、凝固潜熱７０ｃａｌ／ｇ）や硝酸マグネシウム・６水和物（融点８９℃、凝固潜熱３８ｃａｌ／ｇ）等の塩水和物を用いた蓄熱器が開示されている。その際、塩水和物の凝固時に生じる水と高融点相とを分離状態で放置すると、高融点相が冷却水温度で融解せず、その分だけ利用できる凝固潜熱が減少して、蓄熱器の蓄熱密度が低下してしまう。そこで、水と高融点相との分離防止のために、混合手段を用いている。
【０００８】
このように特許文献１の蓄熱器は、混合手段を必要とするため構造が複雑になりコストが高くなる。
【０００９】
また、特許文献２（特開平９−３２３５３２号公報）には、太陽電池を用いて電気加熱を行なう蓄熱器において、蓄熱材として酢酸ナトリウム・３水和物を用いることが開示されている。この技術では、太陽電池や発熱体を必要とするため構造が複雑になりコストが高くなる上、塩水和物の凝固により生ずる水と高融点相との分離による蓄熱密度低下の問題が生ずる。
【００１０】
【特許文献１】
特開平９−３３１８５号公報（特許請求の範囲、段落０００４、００２２、００６８）
【特許文献２】
特開平９−３２３５３２号公報（特許請求の範囲、段落００３２、図５）
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、従来技術のように複雑な構造を必要とせず、それによりコストを低廉化し、かつ塩水和物の凝固時の相分離による蓄熱密度の低下も生ぜずに、蓄熱体による蓄熱効果を十分に発揮することができる蓄熱器を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明によれば、伝熱流体の融点と沸点との間に融点を持ち且つ融解・凝固時に相分離しない蓄熱材を板状の密閉容器内に封入して成る蓄熱板を複数枚、相互間にスペーサを介して積層し密閉タンク内に収容し、上記密閉タンクは上記伝熱流体の流入口および流出口を備え、上記蓄熱板同士の間隙および上記蓄熱板と上記密閉タンク内壁との間隙が上記伝熱流体の流路を形成することを特徴とする蓄熱器が提供される。
【００１３】
前記伝熱流体は代表的には水であるが、特にこれに限定する必要はない。
【００１４】
伝熱流体が水である場合には、蓄熱材として、キシリトール、みょうばん、ワックスのいずれかを用いることが望ましい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明においては、蓄熱材として伝熱流体の融点と沸点との間に融点を持ち且つ融解・凝固時に相分離しないものを用いる。特に、蓄熱材の融点が伝熱流体の沸点に近い高温であることが望ましい。蓄熱材が凝固する際に、凝固潜熱の放出により伝熱流体が蓄熱材の融点に保温されるので、この保温が高温であるほど、再循環時の伝熱流体の温度が高温になるからである。
【００１６】
したがって、伝熱流体が水である場合には、その沸点である１００℃に近い融点、すなわち少なくとも８０℃以上、できれば９０℃以上の融点を持つ蓄熱材が望ましい。上記例示した蓄熱材の融点は、キシリトールが９０〜９７℃、みょうばんが９１〜９５℃、ワックスが７５、８０、９０℃などの範囲で選択可能である。
【００１７】
蓄熱材として、潜熱の大きさも重要な特性である。上記３例の潜熱は概ね２００〜３００ｋＪ／ｋｇ・Ｋと十分な大きさである。
【００１８】
ここで、上記３例は望ましい蓄熱材の一部を示したに過ぎず、本発明に用いる蓄熱材をこれらに限定するものではない。すなわち、本発明においては、蓄熱材として伝熱流体の融点と沸点との間に融点を持ち且つ融解・凝固時に相分離しないものであればよく、そのうちで融点が伝熱流体の沸点にできるだけ近く、潜熱ができるだけ大きいものが望ましい。
【００１９】
【実施例】
〔実施例１〕
図１を参照して、本発明による蓄熱器の望ましい構造例を説明する。
【００２０】
図１（１）に示すように、本発明の蓄熱器１０は、円形の蓄熱板１２を複数枚、相互間にスペーサ１４を介して積層し円筒形の密閉タンク１６内に収容してある。密閉タンク１６の外壁は、二重壁として間を減圧する等の断熱構造とすることが望ましい。
【００２１】
図１（２）に示すように、個々の蓄熱板１２は、蓄熱材１２０を円板状の密閉容器１２５内に封入して成る。密閉容器１２５は、熱伝導性の高いアルミニウムや銅の薄板（箔）や薄い樹脂フィルム等で形成される。密閉容器１２５は、融解した蓄熱材１２０が流出散逸しないように形状維持できるものであればよい。例えば、蓄熱材１２０の薄板を容器１２５としての樹脂フィルムやアルミニウム箔で包んで蓄熱板１２とすることができる。蓄熱材１２０は、伝熱流体の融点と沸点との間に融点を持ち且つ融解・凝固時に相分離しない物質から成る。スペーサ１４は、密閉容器１２５の片面に突起として設けてある。密閉タンク１６は伝熱流体の流入口１８および流出口２０を備え、蓄熱板１２同士の間隙および蓄熱板１２と密閉タンク１６内壁との間隙が伝熱流体の流路を形成する。
【００２２】
円筒形密閉タンク１６の中心軸に設けた二重管２２が、積層された各蓄熱板１２の中心穴１２８を貫通している。これを一枚の蓄熱板１２について示したのが図１（３）である。ただし、同図ではスペーサ１４は便宜上一部のみを示したが、実際には蓄熱板１２の一方の面全体に設けてある。
【００２３】
このように、個々の蓄熱板１２は二重管２２とスペーサ１４とによって所定位置に配置される。密閉容器１６の下方へ突出した二重管２２の下端部には、二重管２２の外管２２０に横向きの流入口１８が、二重管２２の内管２２５が更に下方へ伸びて流出口２０が、それぞれ開口している。一方、二重間２２の上端は密閉タンク１６の上端部内にあって、外管２２０の上端は閉鎖されているが、内管２２５の上端は開口している。
【００２４】
伝熱流体は、蓄熱器１０の下端にある流入口１８から矢印ａで示したように外管２２０に流入して、円筒形の密閉タンク１６の中心軸に沿って上昇しつつ、外管２２０の外周にある多数の開口（図示せず）から矢印ｂで示すように放射状に流出し、蓄熱板１２同士の間にスペーサ１４が形成する間隙Ｇ１内を外方へ進行する。主としてこのときに、蓄熱板１２と伝熱流体との間で熱交換がなされる。薄い蓄熱板１２を多数積層することにより、蓄熱板１２と伝熱流体との接触面積が大きくなり、高い熱交換効率が得られる。その際、スペーサ１４が伝熱流体の流れ乱すことにより、蓄熱板１２と伝熱流体との熱伝達が促進される。
【００２５】
蓄熱板１２との間で熱交換を行ないつつ密閉タンク１６の外周に達した伝熱流体は、蓄熱板１２の外縁と密閉タンク１６の外周内壁との間の間隙Ｇ２内を矢印ｃで示したように上昇し、密閉タンク１６の上端間隙Ｇ３内を中心に向かって進行し、矢印ｄで示したように二重間２２の内管２２５に流入する。内管２２５内を下降した伝熱流体は内管２２５の下端に開口した流出口２０から流出する。
【００２６】
このように密閉タンク１６内で伝熱流体が流動する熱交換実行期間には、蓄熱板との熱交換を効率良く行なうことができる。
【００２７】
更に、密閉タンク１６内で伝熱流体が静止している保温期間中の保温効果についても、上記の構造は非常に有利である。すなわち、（１）間隔を空けて積層した蓄熱板１２によってタンク１６内の伝熱流体が多数の領域に分割されているので、対流の発生が規制されるためタンク内流体全体としての温度降下が起き難く、更に、（２）外部との伝熱流体の出し入れをタンク１６の下端に突き出した二重管２２のみの一箇所に限定したので、外部への放熱が極めて少ない。これら（１）（２）の作用により蓄熱器１０全体として高い保温性能が得られる。
【００２８】
図２を参照して、本発明の蓄熱器の原理を説明する。同図は、高温の冷却水（伝熱流体）を蓄熱器に保存した後、温度低下した外部の冷却水を注入した際に、蓄熱器からの放熱量の経時変化についての一つのモデルを示したものである。
【００２９】
蓄熱材を用いない場合には、図中の曲線Ｗで示すように、放熱量は単一の山を持つ単純な台形状の変化をする。すなわち、所定の保温時間を経過した蓄熱タンクに低温の冷却水を注入すると、タンク内部で保温されていた冷却水が押出され、その分の熱量が放出される。
【００３０】
蓄熱材を用いた場合は、図中の曲線Ｒで示すように、放熱量は２つの山を持つ若干複雑な変化をする。すなわち、所定の保温時間を経過した蓄熱タンクに低温の冷却水を注入すると、蓄熱材により高温に維持されていた冷却水貯留分の排出による放熱があり、貯留分の排出によりこの放熱は完了する。これは図中、台形の曲線Ｒ１で表すことができる。その後、注入された冷却水が蓄熱タンク内で蓄熱材から熱伝達され、その排出に伴う放熱がある。これは図中で頂部の丸い山形の曲線Ｒ２で表すことができる。
【００３１】
このモデルは、自動車エンジンの始動時に蓄熱器から流出する冷却水が持つ熱量を表している。蓄熱器から流出する冷却水の持つ熱量は、蓄熱材なし／ありの各場合について、それぞれ曲線Ｗ／曲線Ｒの下方の面積で表される。蓄熱材を用いることにより、蓄熱材なしの場合に比べて、蓄熱器からの冷却水の持つ熱量すなわち冷却水温度が著しく高まることが分かる。
【００３２】
〔実施例２〕
図３を参照して、高融点の蓄熱材を用いる場合の望ましい蓄熱器構造の一例を説明する。
【００３３】
図３（１）には、実施例１の構造を含めて、冷却水（伝熱流体）ｗと蓄熱板１２との間で直接に熱交換する構造を示す。すなわち、蓄熱タンク１６の下方から矢印Ａのように流入した冷却水が蓄熱板１２の間隙を進行する際に両者間での熱交換が行なわれる。
【００３４】
これに対して、図３（２）には、冷却水（伝熱流体）ｗと蓄熱板１２との間にエンジンオイルＬを介在させて、間接的に熱交換器する構造を示す。すなわち、蓄熱タンク１６内に設けた内槽３０の中に蓄熱板１２を配置した構造である。内槽３０の上方から矢印Ｘのように流入したエンジンオイルＬが蓄熱板１２の間隙を進行する際に両者間で熱交換が行なわれる。そして更に、内槽３０の壁を通してエンジンオイルＬと冷却水ｗとの間で熱交換が行なわれる。この構造によれば、蓄熱材の融解に冷却水より高温のエンジンオイルの熱も利用できるので、高融点の蓄熱材を用いる場合にその融解を促進できる。図示の例では、蓄熱板１２の内部や表面、内槽３０の壁面に多数のフィンＦを設けて熱伝達を促進している。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、従来のように複雑な構造を必要とせず、それによりコストを低廉化し、かつ塩水和物の凝固時の相分離による蓄熱密度の低下も生ぜずに、蓄熱体による蓄熱効果を十分に発揮することができる蓄熱器が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明による蓄熱器の望ましい構造例を示す（１）断面図、（２）断面図、（３）平面図である。
【図２】図２は、本発明の蓄熱器の原理を説明するために、蓄熱器からの放熱量の経時変化のモデルを示すグラフである。
【図３】図３は、高融点の蓄熱材を用いる場合の望ましい蓄熱器構造の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
１０…蓄熱器
１２…蓄熱板
１２０…蓄熱材
１２５…密閉容器
１４…スペーサ
１６…密閉タンク
１８…流入口
２０…流出口
２２…二重管
２２０…外管
２２５…内管
３０…内槽
Ｇ１…蓄熱板間の間隙
Ｇ２…蓄熱板外縁と密閉タンクの外周内壁との間の間隙
Ｇ３…密閉タンクの上端間隙
【図１】
2004271119.tif 000003
【図２】
2004271119.tif 000004
【図３】
2004271119.tif 000005