(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
収納空間の外側に該収納空間に連通して設けられるとともに、蓄熱し融解すると体積が増える一方、放熱し凝固すると体積が減る蓄熱材が充填される蓄熱材充填空間と、
前記収納空間の外側に該収納空間に連通し且つ前記蓄熱材充填空間に隣接して設けられるとともに、前記収納空間に他方で連通する入口部から導入された熱量を有する流体を前記蓄熱材が充填された前記蓄熱材充填空間に沿って流動させる流体流路と、
前記収納空間に設けられるとともに、前記蓄熱材充填空間に一部が臨んで配置されることにより該蓄熱材充填空間内の前記蓄熱材の体積変化で移動する移動部材の位置によって前記入口部から導入された前記流体の流入先を、前記蓄熱材の少なくとも一部が凝固した状態では前記流体流路とする一方、前記蓄熱材が完全に融解した状態では、前記収納空間に設けられて前記入口部から導入された前記流体を前記流体流路をバイパスして排出させるバイパス流路とする流路切替部とを具備することを特徴とする蓄熱ユニット。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、廃熱回収に適した蓄熱ユニットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、内燃機関においては、駆動時に多くの廃熱を発生させる一方で、起動時には熱量を付与することで起動が円滑になることから、駆動時の廃熱を蓄熱して起動時のウォームアップに使用するように蓄熱ユニットが設けられたものがある。
【０００３】
従来の蓄熱ユニットに関するものとして、例えば、特公平５−４２４４号公報に開示されたものがある。この蓄熱ユニットは、内箱とこの内箱の外側を覆う断熱材とこの断熱材の外側を覆う外箱とを有し、中心部分の一側に流体を導入させるための入口部が設けられるとともに中心部分の他側に流体を排出させるための出口部が設けられた箱体と、包体内に蓄熱材を封入してなるとともに箱体内に配置される蓄熱体と、この蓄熱体が巻き付けられる心材とを有している。そして、蓄熱体は複数のスペーサを介在させつつ心材に渦状に巻きつけられることによって、熱交換される流体を流す流体流路となる隙間を形成するようになっている。
【０００４】
上記を含む従来の蓄熱ユニットにおいては、蓄熱材として、例えばＰＣＭ（Ｐｈａｓｅ  Ｃｈａｎｇｅ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ：相変化蓄熱材）が用いられることになり、蓄熱材が液体から固体に変わるときの融解潜熱を利用することで、小型軽量で、大きな熱エネルギを蓄えることができるようになっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記ＰＣＭを含む蓄熱材には、固体と液体とで密度に違いがあって蓄熱状態に応じて体積が変化するものがあり、密閉された空間では固相と液相との間で起こる体積変化で蓄熱ユニットの構成部品を変形させてしまうことがある。その対策として、蓄熱材を充填する蓄熱材充填空間に所定量の空気を封入しておき、この空気によって体積変化を吸収することが一般には行われるが、このように空気によって蓄熱材の体積変化を構成部品に変形等を生じさせずに吸収するためには、封入する空気の量を蓄熱材の体積変化分よりも大幅に多くしなければならず、蓄熱容量の減少、熱伝達率の減少および空気中の酸素による蓄熱材の酸化劣化等の問題が生じることになる。
【０００６】
また、蓄熱ユニットは、蓄熱過程において、十分に流体からの熱を蓄え流体と同じ温度になると、その後は有効に蓄熱されず、無駄な流路抵抗となってしまうため、外部から蓄熱材の状態を検知して流体流路を蓄熱ユニットをバイパスする流路に切り替える必要があり、このため、センサ、三方弁、コントロールユニットおよびアクチュエータ等の部品が必要で、部品点数が多くコストが高いという問題があった。
【０００７】
したがって、本発明は、蓄熱容量の減少、熱伝達率の減少および空気中の酸素による蓄熱材の酸化劣化等を伴わずに蓄熱材の体積変化を吸収することで、蓄熱容量を多く確保できて高性能化が図れ、しかも部品点数およびコストを低減することができる蓄熱ユニットの提供を目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１記載の蓄熱ユニットは、収納空間（例えば実施の形態における収納空間４３）の外側に該収納空間に連通して設けられるとともに、蓄熱し融解すると体積が増える一方、放熱し凝固すると体積が減る蓄熱材（例えば実施の形態における蓄熱材２８）が充填される蓄熱材充填空間（例えば実施の形態における蓄熱材充填空間２９）と、前記収納空間の外側に該収納空間に連通し且つ前記蓄熱材充填空間に隣接して設けられるとともに、前記収納空間に他方で連通する入口部（例えば実施の形態における入口部６４）から導入された熱量を有する流体を前記蓄熱材が充填された前記蓄熱材充填空間に沿って流動させる流体流路（例えば実施の形態における流体流路２５）と、前記収納空間に設けられるとともに、前記蓄熱材充填空間に一部が臨んで配置されることにより該蓄熱材充填空間内の前記蓄熱材の体積変化で移動する移動部材（例えば実施の形態におけるスライダ５１）の位置によって前記入口部から導入された前記流体の流入先を、前記蓄熱材の少なくとも一部が凝固した状態では前記流体流路とする一方、前記蓄熱材が完全に融解した状態では、前記収納空間に設けられて前記入口部から導入された前記流体を前記流体流路をバイパスして排出させるバイパス流路（例えば実施の形態におけるバイパス流路７８）とする流路切替部（例えば実施の形態におけるスライダユニット１７）とを具備することを特徴としている。
【０００９】
これにより、蓄熱材が蓄熱状態によって体積が変化すると、蓄熱材充填空間に一部が臨んで配置された移動部材が移動することでこの体積変化を吸収する。よって、蓄熱材充填空間に蓄熱材の体積変化を吸収するための空気を封入する必要が無くなり十分な量の蓄熱材を蓄熱材充填空間に充填することができる。
【００１０】
しかも、流路切替部は、この蓄熱材の体積変化に応じた移動部材の移動を利用して、入口部から導入された流体の流入先を流体流路としたり、バイパス流路としたりするものであるため、センサ、三方弁、コントロールユニットおよびアクチュエータ等の部品が不要となる。
【００１２】
また、蓄熱材の少なくとも一部が凝固した状態では流路切替部が入口部から導入された流体の流入先を流体流路とするため、流体流路を通ることで蓄熱材から熱を受けた流体が機関側に排出されることになって機関側に熱を付与しその起動を円滑にすることになる。一方、機関側が発熱し蓄熱材が完全に溶融した状態になると、流路切替部が入口部から導入された流体の流入先をバイパス流路とするため、流体がバイパス流路を通ることで流体流路の通過を回避して無駄な流路抵抗が生じるのを防止する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施形態を図面を参照して以下に説明する。
【００１４】
本実施形態の蓄熱ユニット１１は、図１〜図３に示すように、両端に開口部１２，１３を備える主部材１４と、この主部材１４の両端の開口部１２，１３側に取り付けられる一対の蓋部材１５，１６と、主部材１４の中央に嵌合されるスライダユニット（流路切替部）１７と、一方の蓋部材１５に取り付けられるブリッジ部材１８とを有している。
【００１５】
主部材１４は、筒状のハウジング２１と、熱量の放熱を防ぐための断熱空間２２をハウジング２１よりも内側に形成する断熱空間形成部２３と、熱量を有する流体を流動させる流体流路２５を断熱空間２２よりも内側に形成する流体流路形成部２６と、蓄熱材２８が充填される蓄熱材充填空間２９を断熱空間２２よりも内側に流体流路２５に隣接して形成する蓄熱材充填空間形成部３０とを備えている。
【００１６】
すなわち、主部材１４は、図２に示すように、中心軸線を通る面で円筒を切断した一対の半円筒部３２，３３の切断面同士を一対の平板部３４で連結させた横長形状のハウジング２１と、ハウジング２１の内面２１ａから内側に延出する複数の壁部３６と、ハウジング２１の一方の半円筒部３３の他方の半円筒部３２に対し最も離間した延出開始位置３７からハウジング２１の内面２１ａにほぼ沿い、かつ円弧状部分が徐々に曲率半径を小さくするように横長の螺旋状（渦形状）に延出する形状をなす壁部３８と、前記他方の半円筒部３２の前記一方の半円筒部３３に対し最も離間した位置にある壁部３６の中間の延出開始位置から壁部３８の外面３８ｂと所定の間隔をあけて同様の螺旋状に延出する壁部３９とを有している。なお、壁部３８と壁部３９とは二重螺旋状をなしている。
【００１７】
ここで、壁部３８には、延出開始側の半周部分に、延出開始位置３７よりも壁部３８の延出側にあって延出開始位置に対し最も離間する位置までの間にある壁部３６の内端部が連結されている。また、壁部３９には、最も外側の半周部分に残りの壁部３６の内端部が連結されている。さらに、壁部３８の内端部はこの壁部３８の延出開始位置３７がある半円筒部３３に対し反対側の半円筒部３２の軸線近傍に位置しており、壁部３９の内端部は反対側の半円筒部３３の軸線近傍に位置している。
【００１８】
そして、ハウジング２１の内面２１ａを含む内面側の部分と、各壁部３６の対応するものの側面３６ｃを含む側面３６ｃ側の部分と、壁部３８の壁部３６に接続される外面３８ｂを含む外面３８ｂ側の部分あるいは壁部３９の壁部３６に接続される外面３９ｂを含む外面３９ｂ側の部分とで、断熱空間形成部２３が構成されており、この断熱空間形成部２３の内側に熱量の放熱を防ぐための断熱空間２２が形成される。この断熱空間２２内には、ウレタン等の断熱材が充填されることになるが、断熱空間２２を何も充填せず空間のままとしておいてもこの空間の空気層が熱量の放熱を防ぐことになる。なお、断熱空間形成部２３に光沢加工を施すことにより断熱性能をさらに高めるようにしてもよい。ここで、主部材１４に断熱空間２２および断熱空間形成部２３を形成しない場合もある。
【００１９】
また、主として、壁部３８の内面３８ａを含む内面３８ａ側の部分と、この内面３８ａに対向する壁部３９の外面３９ｂを含む外面３９ｂ側の部分と、壁部３８の延出開始位置に近接する壁部３６の壁部３８側の側面３６ｃとで、流体流路形成部２６が構成されており、その結果、この流体流路形成部２６は横長の螺旋状をなしている。そして、この流体流路形成部２６の内側が、熱量を有する流体を流動させる螺旋状の流体流路２５となる。なお、流体流路２５はその両端部を除いてほぼ一定の幅を有しており、外端部が略円筒状に広くなって連通口４２とされている。
【００２０】
加えて、主として、壁部３９の内面３９ａを含む内面３９ａ側の部分と、壁部３８の延出開始位置側の半周部分を除く部分の外面３８ｂを含む外面３８ｂ側の部分とで、蓄熱材充填空間形成部３０が構成されており、その結果、蓄熱材充填空間形成部３０は横長の螺旋状をなしている。そして、この蓄熱材充填空間形成部３０の内側に、蓄熱材２８が充填される螺旋状の蓄熱材充填空間２９が形成される。なお、上記構成の結果、螺旋状の流体流路２５は、螺旋状の蓄熱材充填空間２９に壁部３８または壁部３９を介して隣接する螺旋状をなしている。
【００２１】
また、壁部３８の最も内側の部分と壁部３９の最も内側の部分との間に、横長形状の収納空間４３が形成されている。
【００２２】
ここで、以上のような形状の主部材１４は、両開口部１２，１３を結ぶ方向に対して直交する断面が両開口部１２，１３を結ぶ方向の全長にわたって同一形状をなしており、両開口部１２，１３を結ぶ方向に材料を押し出す押し出し成形によって一体成形される。すなわち、主部材１４のハウジング２１、断熱空間形成部２３、流体流路形成部２６および蓄熱材充填空間形成部３０は、押し出し成形により一体に成形される。
【００２３】
なお、主部材１４は、押し出し成形に適したアルミニウム等の金属、あるいはポリプロピレン、ポリアミド、ポリアセタール、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレン等の合成樹脂からなっている。
【００２４】
ここで、主部材１４は、ハウジング２１、断熱空間形成部２３、流体流路形成部２６および蓄熱材充填空間形成部３０が一体に形成されていればよく、例えば、合成樹脂のインジェクション（射出成形）で形成したり、アルミニウム等の金属の削り出し（切削）で形成したり、アルミニウム等の金属の鋳造で形成したり、セラミック等の焼結で形成したりすることが可能である。しかしながら、主部材１４は、両開口部１２，１３同士を結ぶ方向に直交する断面がいずれの位置の断面においても同形状をなしていることから、押し出し成形により形成するのが、製造効率向上および低コスト化の観点からより好ましい。これは、断熱空間形成部２３を形成しない場合も同じである。
【００２５】
なお、流体流路形成部２６および蓄熱材充填空間形成部３０は、周回する形状をなしていればよく、円弧状に周回する螺旋状以外にも、例えばジグザグ状をなして周回する形状や、ランダムに曲折しながら周回する形状等にしてもよい。
【００２６】
主部材１４の横長形状の収納空間４３には、別体のスライダユニット１７が嵌合される。このスライダユニット１７は、図４にも示すように、両端に開口部４５，４６が形成された角筒状のガイド部材４７を有しており、このガイド部材４７には、両開口部４５，４６を結ぶ方向の中央位置に、両開口部４５，４６を結ぶ方向に直交して一対の断面円形状の穴部４８，４９が同軸に形成されている。
【００２７】
また、スライダユニット１７は、ガイド部材４７内に両開口部４５，４６を結ぶ方向にスライド可能に嵌挿されるスライダ（移動部材）５１を有しており、このスライダ５１には、スライド方向における一端側にガイド部材４７の一対の穴部４８，４９同士を連通可能なこれら穴部４８，４９と同径の連通穴５２が直線状に形成されており、スライド方向における他端側には、一方の穴部４８と連通可能であって他方の穴部４９に連通不可、かつ連通穴５２に対し反対側に抜けるＬ字状の連通穴５３が形成されている。この連通穴５３の穴部４８側はスライダ５１のスライド方向に長い長穴形状をなしている。連通穴５２よりも連通穴５３に対し反対側となるスライダ５１の端面５６側には、ガイド部材４７との隙間をシールするシールリング５５が嵌合されている。
【００２８】
このスライダユニット１７も、少なくともガイド部材４７が、主部材１４と同様の材料で形成されている。
【００２９】
そして、シールリング５５が取り付けられたスライダ５１をガイド部材４７に挿入した状態で、スライダユニット１７は、主部材１４の収納空間４３に嵌合されることになる。このとき、スライダユニット１７は、図２および図３に示すように、スライダ５１の端面５６側を壁部３８の内端部側に、連通穴５３側を壁部３９の内端部側にそれぞれ配置することになる。その結果、スライダ５１の端面５６とガイド部材４７の開口部４５側の内周面とで囲まれた空間が上記した螺旋状の蓄熱材充填空間２９の内端部を構成することになる（言い換えれば、スライダ５１の端面５６は蓄熱材充填空間２９を構成する）。逆に、スライダ５１の連通穴５３とガイド部材４７の開口部４６側の内周面とで囲まれた空間が上記した螺旋状の流体流路２５の内端部を構成することになる。
【００３０】
ここで、上記した蓄熱材充填空間２９は外端部からスライダユニット１７内の内端部まで連続することになり、その結果、この蓄熱材充填空間２９に充填される蓄熱材２８は一つの連続するセルとなる。
【００３１】
なお、蓄熱材充填空間２９に充填される蓄熱材２８は、例えばＰＣＭ（Ｐｈａｓｅ  Ｃｈａｎｇｅ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ：相変化蓄熱材）であり、具体的にエリスリトール等の糖アルコール系、ｎ−Ｔｅｔｒａｔｒｉａｃｏｎｔａｎｅ等のパラフィン系、ＭｇＣｌ2・６Ｈ2Ｏ等の塩水和物であって、その中でも固相の密度より液相の密度の方が小さいもの、さらに言えば、蓄熱し融解すると体積が増える一方、放熱し凝固すると体積が減るものが使用される。
【００３２】
一方の蓋部材１５は、図１に示すように、中心軸線を通る面で円板を切断した一対の半円板部６０，６１の切断面同士を長方形状の平板部６２で連結させた横長形状をなしている。蓋部材１５には、外部から流体を導入させる略円筒状の入口部６４が中央に形成されており、半円板部６１の外径側の所定位置に、外部に流体を排出させる略円筒状の出口部６５が形成されている。さらに、入口部６４の半円板部６０側には、連通孔６６が形成され、この連通孔６６よりも外側にこの連通孔６６よりも小径の複数の連通孔６７が等間隔で直線状に配列されて形成されている。
【００３３】
この蓋部材１５は、入口部６４および出口部６５を主部材１４に対し反対側にした状態で、主部材１４の一端開口部１２を閉塞させるように主部材１４に接合され、このとき蓋部材１５には、主部材１４の一端開口部１２側のハウジング２１、すべての壁部３６、壁部３８および壁部３９と、スライダユニット１７のガイド部材４７とが隙間なく接合される。加えて、接合状態において蓋部材１５の入口部６４は、ガイド部材４７の穴部４８に位置を合わせて連通することになり、出口部６５は流体流路２５の外側の連通口４２に位置を合わせて連通する。さらに、接合状態において蓋部材１５の大径の連通孔６６は、蓄熱材充填空間２９の内端側の幅広部分であってスライダユニット１７と近接する位置に開口することになり、複数の小径の連通孔６７は、蓄熱材充填空間２９の螺旋の各一周ずつにそれぞれ開口し、最も外側の連通孔６７は、蓄熱材充填空間２９の外端部に開口する。この蓋部材１５は、主部材１４と同じ材料からなっている。
【００３４】
そして、大径の連通孔６６と複数の小径の連通孔６７とを外側で覆うように略半円筒状のブリッジ部材１８が蓋部材１５の入口部６４側の外側に接合される。このブリッジ部材１８は、蓋部材１５とで大径の連通孔６６と複数の小径の連通孔６７とを連通させる連通空間６９を画成することになり、ブリッジ部材１８には、この連通空間６９を蓄熱ユニット１１の外に連通させる略円筒状の導出口７０が一つのみ連通孔６６と位置を合わせて形成されている。このブリッジ部材１８も、主部材１４と同じ材料からなっている。
【００３５】
他方の蓋部材１６も、中心軸線を通る面で円板を切断した一対の半円板部７２，７３の切断面同士を長方形状の平板部７４で連結させた横長形状をなしており、中央に、外部に流体を排出させる略円筒状の出口部７５が形成されている。また、出口部７５の半円板部７２側に略円筒状の導入口７６が形成されている。
【００３６】
この蓋部材１６は、出口部７５および導入口７６を主部材１４に対し反対側にした状態で、主部材１４の他端開口部１３を閉塞させるように主部材１４に接合され、このとき蓋部材１６には、主部材１４の他端開口部１３側のハウジング２１、すべての壁部３６、壁部３８および壁部３９と、スライダユニット１７のガイド部材４７とが隙間なく接合される。加えて、接合状態において、蓋部材１６の出口部７５はガイド部材４７の穴部４９に位置を合わせて連通することになり、導入口７６が蓄熱材充填空間２９の内端側の幅広部分に連通孔６６と位置を合わせて開口する。この蓋部材１６も、主部材１４と同じ材料からなっている。
【００３７】
なお、主部材１４、蓋部材１５，１６、ブリッジ部材１８およびガイド部材４７がアルミニウム等の金属からなる場合、これらは例えばロウ付けにより接着されることになり、また、主部材１４、蓋部材１５，１６、ブリッジ部材１８およびガイド部材４７が、ポリプロピレン、ポリアミド、ポリアセタール、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレン等の合成樹脂からなる場合、これらは例えば超音波溶着により接着されることになる。勿論、金属、合成樹脂のいずれの場合も接着剤による接着が可能である。
【００３８】
ここで、上記蓄熱ユニット１１は、例えば、シールリング５５が取り付けられた状態のスライダ５１を、図５に示すようにガイド部材４７内で開口部４６側に位置させることにより一対の穴部４８，４９と連通穴５２との位置を合わせた状態で、スライダユニット１７を主部材１４の収納空間４３に嵌合させる。次に、一方の蓋部材１５を位置決め状態で主部材１４およびスライダユニット１７のガイド部材４７に接着させるとともに、他方の蓋部材１６を位置決め状態で主部材１４およびガイド部材４７に接着させる。さらに、蓋部材１５にブリッジ部材１８を接着させる。
【００３９】
上記のようにして、蓋部材１５，１６、主部材１４、ガイド部材４７、ブリッジ部材１８を一体化した状態で、下側の蓋部材１６の導入口７６から、蓄熱材２８を液体の状態で導入する。すると、液体の蓄熱材２８は、主として蓄熱材充填空間２９の内端側から外端側に向けて流れながら、重力で下側から上側へ徐々に充填されることになる。このとき、連通孔６６および複数の連通孔６７から導出口７０を介して空気が外に良好に抜けることになり、最終的に蓄熱材２８は、連通孔６６および複数の連通孔６７からブリッジ部材１８の内側の連通空間６９にあふれ出てこの連通空間６９を埋めた後、導出口７０からあふれ出る。このとき、導入口７６から導出口７０までの間の蓄熱材充填空間２９に隙間なく蓄熱材２８が充填された状態となり、この状態で導入口７６および導出口７０を図示せぬプラグ等を打ち込むことで密封する。以上により、蓄熱ユニット１１が完成する。
【００４０】
ここで、蓄熱材２８は、上記したように蓄熱状態に応じて体積が変化するもの、具体的には、蓄熱し融解すると体積が増える一方、放熱し凝固すると体積が減るものである。このため、蓄熱材２８が上記充填時と同じすべて液体すなわち最も密度が小さい状態で、スライダ５１は、図５に示すように、穴部４８、連通穴５２および穴部４９を連通させることになる（穴部４８と連通穴５３とは連通させない）。その結果、蓄熱ユニット１１は全体として図２および図３に示す状態となり、入口部６４および穴部４８を、連通穴５２、穴部４９および出口部７５に連通させて、図３に二点鎖線矢印で示すように入口部６４から導入された流体を流体流路２５を通過させずバイパスして蓄熱ユニット１１の外に排出させることになる。このとき、連通穴５２と穴部４９と出口部７５とがバイパス流路７８を構成する。
【００４１】
他方、蓄熱材２８が一部のみ固体すなわち密度が大きい状態になると体積が減ることから、蓄熱材充填空間２９に端面５６が臨んで配置されたスライダ５１が蓄熱材充填空間２９を減らす方向に若干移動する。すると、スライダ５１は、図６に示すように、ガイド部材４７の穴部４８を連通穴５３に連通させることになる（穴部４８と連通穴５２とは連通させない）。その結果、蓄熱ユニット１１は全体として図７および図８に示す状態となり、入口部６４および穴部４８を、連通穴５３を介して流体流路２５および出口部６５に連通させ、図８に二点鎖線矢印で示すように入口部６４から導入された熱量を有する流体を蓄熱材２８が充填された蓄熱材充填空間２９に沿う流体流路２５で流動させて出口部６５から排出させることになる（このとき出口部７５は閉塞させる）。
【００４２】
さらに、蓄熱材２８がすべて固体すなわち最も密度が大きい状態になると体積が最も減ることから、蓄熱材充填空間２９に端面５６が臨んで配置されたスライダ５１が蓄熱材充填空間２９を減らす方向に最大に移動する。この状態でも、連通穴５３がスライド方向に長い長穴形状をなしているため、スライダ５１は、図９に示すように、ガイド部材４７の穴部４８を連通穴５３に連通させることになる（穴部４８と連通穴５２とは連通させない）。その結果、蓄熱ユニット１１は全体として図１０および図１１に示す状態となり、入口部６４および穴部４８を、連通穴５３を介して流体流路２５および出口部６５に連通させ、図１１に二点鎖線矢印で示すように入口部６４から導入された熱量を有する流体を蓄熱材２８が充填された蓄熱材充填空間２９に沿う流体流路２５で流動させて出口部６５から排出させることになる（このとき出口部７５は閉塞させる）。すなわち、スライダユニット１７は、蓄熱材２８の体積変化で移動するスライダ５１の位置によって、入口部６４から導入された流体の流入先を流体流路２５とバイパス流路７８とに選択的に切り替える。
【００４３】
このような蓄熱ユニット１１は、内燃機関を水冷する流体（冷却水）の循環経路に設けられ、内燃機関を通過した後の流体が入口部６４から導入される一方、出口部６５および出口部７５から排出させる流体を内燃機関側に戻すようになっている。
【００４４】
以上のような構成の蓄熱ユニット１１の作動を説明する。
まず、前回の内燃機関の運転により生じる廃熱で蓄熱ユニット１１が十分に温められた状態にあると、蓄熱材２８は蓄熱し液体となっていて、図２、図３および図５に示すように、スライダユニット１７のスライダ５１の連通穴５２を一対の穴部４８，４９に連通させた状態、すなわち入口部６４をバイパス流路７８に連通させた状態となっている。
【００４５】
そして、この状態で内燃機関の運転が停止され、一定時間が経過すると、蓄熱材２８は一部が凝固し体積が少し減少して、図６〜図８に示すように、スライダ５１を開口部４５側すなわち蓄熱材充填空間２９を減らす方向に所定量移動させる。このとき、スライダ５１は、穴部４８と連通穴５３とを連通させ、入口部６４を穴部４８および連通穴５３を介して流体流路２５および出口部６５に連通させる状態となっている。すなわち、蓄熱材２８の少なくとも一部が凝固した状態ではスライダユニット１７は入口部６４から導入された流体の流入先を流体流路２５としている。
【００４６】
そして、この状態で内燃機関を運転し、熱量を有する流体を入口部６４に導入すると、流体は、穴部４８および連通穴５３を介して流体流路２５を通って螺旋状に内側から外側に流れ、液体から徐々に固体に相変化して放熱する蓄熱材充填空間２９内の蓄熱材２８から熱を受け取って温度が上昇し、この状態で出口部６５から内燃機関に導入されて冷えた内燃機関に熱を渡して始動性を良好にする。
【００４７】
上記のように放熱すると蓄熱材２８は液体から徐々に固体に相変化し、密度の大きい固体を重力によって蓄熱ユニット１１の下部に沈殿させながら体積が減少する。すると、ブリッジ部材１８の連通空間６９を介して連通孔６６から液体の蓄熱材２８が吸い出されて複数の連通孔６７に導入され、その結果、スライダ５１が蓄熱材充填空間２９を減らす方向に移動し、最終的に図９〜図１１に示すように連通穴５３の連通穴５２に対し反対側の端部近傍に穴部４８を合わせる状態となって放熱過程が終了する。
【００４８】
その後、内燃機関の温度が上昇しこれを冷却する液体の温度が十分に上昇して蓄熱材２８の融点以上になると、上記とは反対に蓄熱材２８が固体から液体に相変化することで熱量を蓄える。このとき、蓄熱材２８は密度が小さくなり、蓄熱ユニット１１の上方に集まりながら体積が増える。すると、複数の連通孔６７からあふれ出た液体の蓄熱材２８がブリッジ部材１８の連通空間６９を介して連通孔６６から蓄熱材充填空間２９の内端部側に集まり、スライダ５１を蓄熱材充填空間２９を増やす方向に移動させる。
【００４９】
そして、蓄熱材２８がすべて液体になると、図２、図３および図５に示すように、スライダ５１が一対の穴部４８，４９を連通穴５２で連通させる状態となり、入口部６４および穴部４８から導入される熱量を有する流体は、連通穴５２、穴部４９および出口部７５すなわちバイパス流路７８から内燃機関側に排出される。すなわち、蓄熱材２８が完全に融解した状態ではスライダユニット１７は入口部６４から導入された流体の流入先をバイパス流路７８とする。これにより、流体は流路断面積の狭い螺旋状の流体流路２５を通過することがないため流路抵抗が大幅に低減される。
【００５０】
なお、このときのスライダ５１の移動量は相変化前後の蓄熱材２８の体積変化と等しく設定される。すなわち、スライダ５１の全スライド長×断面積＝蓄熱材の質量／（固体状態の蓄熱材の密度−液体状態の蓄熱材の密度）となる。
【００５１】
以上の実施形態によれば、蓄熱材２８が蓄熱状態によって体積が変化すると、蓄熱材充填空間２９に一部が臨んで配置されたスライダ５１が移動することでこの体積変化を吸収する。よって、蓄熱材充填空間２９に蓄熱材２８の体積変化を吸収するための空気を封入する必要が無くなり十分な量の蓄熱材２８を蓄熱材充填空間２９に充填することができる。
【００５２】
したがって、蓄熱容量の減少、熱伝達率の減少および空気中の酸素による蓄熱材２８の酸化劣化等を伴わずに蓄熱材２８の体積変化を吸収することができるため、蓄熱容量を多く確保できて高性能化が図れる。
【００５３】
しかも、スライダユニット１７は、この蓄熱材２８の体積変化に応じたスライダ５１の移動を利用して、蓄熱材２８の少なくとも一部が凝固した状態では、入口部６４から導入された流体の流入先を流体流路２５として、流体流路２５で蓄熱材２８から熱を受けた流体を内燃機関側に排出させることて内燃機関側に熱を付与しその起動を円滑にする一方、内燃機関側が発熱し蓄熱材２８が完全に溶融した状態になると、入口部６４から導入された流体の流入先をバイパス流路７８として、流体がバイパス流路７８を通ることで流体流路２５の通過を回避して無駄な流路抵抗が生じるのを防止する。
【００５４】
したがって、センサ、三方弁、コントロールユニットおよびアクチュエータ等の部品が不要となり、部品点数およびコストを大幅に低減することができる。
【００５５】
なお、流体流路形成部２６および蓄熱材充填空間形成部３０を螺旋状以外の形状にすることも可能である。
【００５６】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の蓄熱ユニットによれば、蓄熱材が蓄熱状態によって体積が変化すると、蓄熱材充填空間に一部が臨んで配置された移動部材が移動することでこの体積変化を吸収する。よって、蓄熱材充填空間に蓄熱材の体積変化を吸収するための空気を封入する必要が無くなり十分な量の蓄熱材を蓄熱材充填空間に充填することができる。
したがって、蓄熱容量の減少、熱伝達率の減少および空気中の酸素による蓄熱材の酸化劣化等を伴わずに蓄熱材の体積変化を吸収することができるため、蓄熱容量を多く確保できて高性能化が図れる。
【００５７】
しかも、流路切替部は、この蓄熱材の体積変化に応じた移動部材の移動を利用して、入口部から導入された流体の流入先を流体流路としたり、バイパス流路としたりするものであるため、センサ、三方弁、コントロールユニットおよびアクチュエータ等の部品が不要となる。
したがって、部品点数およびコストを大幅に低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施形態の蓄熱ユニットの蓄熱材を除く全体構成を示す分解斜視図である。
【図２】  本発明の一実施形態の蓄熱ユニットを示す平断面図であって、スライダユニットの一状態を示すものである。
【図３】  本発明の一実施形態の蓄熱ユニットを示す正断面図であって、スライダユニットの一状態を示すものである。
【図４】  本発明の一実施形態の蓄熱ユニットに用いられるスライダユニットを示す分解斜視図である。
【図５】  本発明の一実施形態の蓄熱ユニットに用いられるスライダユニットの一状態を示すもので、（ａ）は平断面図、（ｂ）は正断面図である。
【図６】  本発明の一実施形態の蓄熱ユニットに用いられるスライダユニットの別の状態を示すもので、（ａ）は平断面図、（ｂ）は正断面図である。
【図７】  本発明の一実施形態の蓄熱ユニットを示す平断面図であって、スライダユニットの別の状態を示すものである。
【図８】  本発明の一実施形態の蓄熱ユニットを示す正断面図であって、スライダユニットの別の状態を示すものである。
【図９】  本発明の一実施形態の蓄熱ユニットに用いられるスライダユニットのさらに別の状態を示すもので、（ａ）は平断面図、（ｂ）は正断面図である。
【図１０】  本発明の一実施形態の蓄熱ユニットを示す平断面図であって、スライダユニットのさらに別の状態を示すものである。
【図１１】  本発明の一実施形態の蓄熱ユニットを示す正断面図であって、スライダユニットのさらに別の状態を示すものである。
【符号の説明】
１１  蓄熱ユニット
１７  スライダユニット（流路切替部）
２５  流体流路
２８  蓄熱材
２９  蓄熱材充填空間
５１  スライダ（移動部材）
６４  入口部
７８  バイパス流路
【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】
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【図１１】
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