(57)【要約】【課題】短時間での蓄熱が可能で、かつ、蓄熱利用時の応答性を向上させることが可能な車両用蓄熱システムを提供する。【解決手段】この車両用蓄熱システム１００では、溶解する際に溶解熱を発生する塩化リチウムと塩化リチウムを溶解させる水とを含む塩化リチウム水溶液を液滴化するノズル部材１１を含む排熱回収部１０と、排熱回収部１０に排熱を供給する排気管８と、排熱回収部１０から熱が供給される溶液循環回路３０とを備える。そして、蓄熱時には、ノズル部材１１により液滴化された塩化リチウム水溶液が排気管８からの排熱により乾燥されて溶媒が蒸発されるとともに固体化された塩化リチウムが生成される。また、放熱時には、固体化された塩化リチウムが水により溶解して溶解熱が発生し、発生した熱が溶液循環回路３０に供給されるように構成されている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶解する際に溶解熱を発生する溶質と前記溶質を溶解させる溶媒とを含む溶液を液滴化する液滴化部を含む第１熱交換部と、
前記第１熱交換部に排熱を供給する排熱経路と、
前記第１熱交換部から熱が供給される熱供給路と、を備え、
蓄熱時に、前記液滴化部により液滴化された前記溶液が前記排熱経路からの排熱により乾燥されて前記溶媒が蒸発されるとともに固体化された前記溶質が生成され、放熱時に、固体化された前記溶質が前記溶媒により溶解して溶解熱が発生し、発生した熱が前記熱供給路に供給されるように構成されている、車両用蓄熱システム。
【請求項２】
蓄熱時に、前記液滴化部により液滴化された前記溶液が前記排熱経路からの排熱により乾燥されて前記溶質が紛体状となって固体化されるように構成されている、請求項１に記載の車両用蓄熱システム。
【請求項３】
前記排熱経路は、エンジンからの排気が流通する排ガス経路を含み、
前記第１熱交換部は、前記排ガス経路内に配置され、内部において前記液滴化部により前記溶液が液滴化される乾燥部をさらに含み、
蓄熱時に、前記乾燥部の内部において液滴化された前記溶液が前記排ガス経路を流通する排気の熱により乾燥されるように構成されている、請求項１または２に記載の車両用蓄熱システム。
【請求項４】
前記熱供給路には、放熱時に、固体化された前記溶質が前記溶媒により溶解する際の溶解熱により昇温された前記溶液が流通されるように構成されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の車両用蓄熱システム。
【請求項５】
前記熱供給路に設けられ、前記溶液が流通可能な第２熱交換器をさらに備え、
放熱時に、車内の空気と昇温された前記溶液とが前記第２熱交換器において直接的に熱交換されることによって、車内が暖房されるように構成されている、請求項４に記載の車両用蓄熱システム。
【請求項６】
前記第１熱交換部に接続され、蓄熱時に、液滴化された前記溶液から蒸発した前記溶媒が回収されて液化される凝縮器をさらに備え、
前記第１熱交換部と前記凝縮器とは閉回路を形成している、請求項１〜５のいずれか１項に記載の車両用蓄熱システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両用蓄熱システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、車両用蓄熱システムが知られている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００３】
上記特許文献１には、発熱物質（溶質）が含まれた水溶液を貯留するとともに、エンジン冷却水が流通する配管が内部を貫通する容器（熱交換器）を備えた車両用暖房装置（車両用蓄熱システム）が開示されている。この特許文献１に記載の車両用暖房装置では、蓄熱時に、エンジン運転中の高温冷却水を利用して容器内で発熱物質を含む水溶液を加熱することにより水分（溶媒）を蒸発させて濃縮された発熱物質を貯留するように構成されている。そして、放熱時に、濃縮状態の発熱物質に水分を供給して発熱物質に希釈熱または溶解熱を発生させるとともに、希釈された高温水溶液によりエンジン始動直後の低温冷却水が温められるように構成されている。また、温められたエンジン冷却水はヒータユニットに流通されて車内の暖房に利用されるように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６１−１３９５１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１に記載された車両用暖房装置では、容器（熱交換器）内に一定量の液体となって貯留された水溶液を加熱して水分を蒸発させて水溶液中の発熱物質の濃度を増加させるため、この水溶液を濃縮する蓄熱時に多くの時間を要するという問題点がある。また、十分な時間をかけて水溶液が加熱された場合には発熱物質の大きな塊が容器内に晶出（析出）する一方、放熱時にこの発熱物質の塊に水分を供給した場合には水の溶質結晶への拡散速度が緩やかとなり、溶解熱を得るのに相応の時間を要すると考えられる。また、蓄熱時に水溶液を短時間しか加熱せず高濃度の水溶液しか得られない場合には、放熱時に高濃度の水溶液に水を混ぜた際の希釈熱は、発熱物質の塊に水分を供給して得られる溶解熱よりも小さいため、エンジン始動直後の低温冷却水を迅速かつ十分に昇温させることができないという不都合がある。その結果、暖房要求時など蓄熱利用時（放熱時）の応答性が低いという問題点もある。
【０００６】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、短時間での蓄熱が可能で、かつ、蓄熱利用時（放熱時）の応答性を向上させることが可能な車両用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】
上記目的を達成するために、この発明の一の局面における車両用蓄熱システムは、溶解する際に溶解熱を発生する溶質と溶質を溶解させる溶媒とを含む溶液を液滴化する液滴化部を含む第１熱交換部と、第１熱交換部に排熱を供給する排熱経路と、第１熱交換部から熱が供給される熱供給路と、を備え、蓄熱時に、液滴化部により液滴化された溶液が排熱経路からの排熱により乾燥されて溶媒が蒸発されるとともに固体化された溶質が生成され、放熱時に、固体化された溶質が溶媒により溶解して溶解熱が発生し、発生した熱が熱供給路に供給されるように構成されている。
【０００８】
この発明の一の局面による車両用蓄熱システムでは、上記のように、溶解する際に溶解熱を発生する溶質と溶質を溶解させる溶媒とを含む溶液を液滴化する液滴化部を含む第１熱交換部を備え、蓄熱時に、液滴化部により液滴化された溶液が排熱経路からの排熱により乾燥されて溶媒が蒸発されるとともに固体化された溶質が生成され、放熱時に、固体化された溶質が溶媒により溶解して溶解熱が発生し、発生した熱が熱供給路に供給されるように構成する。これにより、蓄熱時には、液滴化部により溶液が液滴化（微粒子化）されることにより、表面積が増加された無数の液滴が生成されるので、容器に一定量溜められた溶液から水分を蒸発させて発熱物質の濃度を増加させる場合に比べて、液滴化された溶液を短時間で乾燥させることができる。このため、溶媒が即座に蒸発されて微粒子の状態で固体化（結晶化）された溶質（蓄熱材）を短時間で生成することができるので、短時間で蓄熱を完了させることができる。また、微粒子の状態で固体化（結晶化）された溶質（蓄熱材）はその表面積が増加されている分、溶媒との反応面積を増加させることができるので、放熱時には、反応面積の増加された溶質（蓄熱材）に対して溶媒を迅速に拡散（浸透）させて溶解させることができる。すなわち、高濃度溶液を溶媒で希釈して希釈熱を得る場合に比べて、放熱時に大きい溶解熱を短時間で得ることができるとともに、溶媒が溶質に混合された溶液の温度を短時間で上昇させることができる。したがって、この十分な溶解熱により車内暖房時の熱源（熱交換流体）を迅速に昇温させることができるので、蓄熱利用時の応答性を向上させることができる。
【０００９】
上記一の局面による車両用蓄熱システムにおいて、好ましくは、蓄熱時に、液滴化部により液滴化された溶液が排熱経路からの排熱により乾燥されて溶質が紛体状となって固体化されるように構成されている。
【００１０】
このように構成すれば、溶媒が蒸発されて乾燥した紛体状の溶質を第１熱交換部に堆積させることができるので、紛体状の溶質を蓄熱材として長時間に亘って保持することができる。また、蒸発し切らない溶媒を含む高濃度の水溶液を保持する場合と比較して、乾燥した溶質を紛体状にして堆積させることができる分、第１熱交換部に高い蓄熱密度を得ることができる。
【００１１】
上記一の局面による車両用蓄熱システムにおいて、好ましくは、排熱経路は、エンジンからの排気が流通する排ガス経路を含み、第１熱交換部は、排ガス経路内に配置され、内部において液滴化部により溶液が液滴化される乾燥部をさらに含み、蓄熱時に、乾燥部の内部において液滴化された溶液が排ガス経路を流通する排気の熱により乾燥されるように構成されている。
【００１２】
このように構成すれば、液滴化部により溶液が液滴化（微粒子化）された液滴に含まれる溶媒をエンジンから排出される高温の排気の熱を利用して迅速かつ確実に蒸発させることができる。また、第１熱交換部が排ガス経路を流通する高温の排気ガスに晒されるので、乾燥部の内部に堆積される微粒子状態となった溶質（蓄熱材）の乾燥状態を維持し続けることができる。
【００１３】
上記一の局面による車両用蓄熱システムにおいて、好ましくは、熱供給路には、放熱時に、固体化された溶質が溶媒により溶解する際の溶解熱により昇温された溶液が流通されるように構成されている。
【００１４】
このように構成すれば、溶解熱（第１熱交換部に蓄積されていた熱エネルギ）を、熱供給路を介して車両におけるヒータコアなどの熱利用デバイスに容易に搬送することができる。
【００１５】
この場合、好ましくは、熱供給路に設けられ、溶液が流通可能な第２熱交換器をさらに備え、放熱時に、車内の空気と昇温された溶液とが第２熱交換器において直接的に熱交換されることによって、車内が暖房されるように構成されている。
【００１６】
このように構成すれば、伝熱壁を介して溶液の熱（溶解熱）を車内の空気に伝達する場合と比較して、伝熱壁（熱抵抗）を有しない第２熱交換器を用いて溶液の熱（溶解熱）を車内の空気に直接的に伝達することができるので、エンジン始動直後（冷間始動時）においても車内の空気を迅速に暖めることができる。
【００１７】
上記一の局面による車両用蓄熱システムにおいて、好ましくは、第１熱交換部に接続され、蓄熱時に、液滴化された溶液から蒸発した溶媒が回収されて液化される凝縮器をさらに備え、第１熱交換部と凝縮器とは閉回路を形成している。
【００１８】
このように構成すれば、溶液から蒸発して凝縮器にて液化された溶媒を外部（大気中などのシステム系外）に流出させることなく凝縮器と第１熱交換部との間で繰り返し循環させて再利用することができる。したがって、時間経過とともに溶媒を追加補充する必要もないので、車両用蓄熱システムの保守管理を簡便にすることができる。
【００１９】
なお、上記一の局面による車両用蓄熱システムにおいて以下のような構成も考えられる。
【００２０】
（付記項１）
すなわち、放熱時に溶解熱により昇温された溶液が熱供給路に流通される車両用蓄熱システムにおいて、放熱時に、昇温された溶液が、溶液の温度が目標室温以下になるまで熱供給路に流通されるように構成されている。
【００２１】
（付記項２）
また、上記溶液が流通可能な第２熱交換器をさらに備える車両用蓄熱システムにおいて、第２熱交換器は、溶液が毛細管現象により拡散される熱交換領域を有する。
【００２２】
（付記項３）
また、上記第１熱交換部が排ガス経路内に配置された乾燥部を含む車両用蓄熱システムにおいて、乾燥部は、液滴化部により溶液が噴霧される噴霧形状に合わせるように内部空間が形成されるとともに、噴霧形状に沿って第１熱交換部の内部空間と乾燥部の内部空間とを隔てる容器構造を有している。
【００２３】
（付記項４）
また、上記一の局面による車両用蓄熱システムにおいて、溶質は、塩化リチウム、ヨウ化リチウムまたは臭化リチウムのいずれかであり、溶媒は、不凍液成分を含む水、または、アルコールである。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の第１実施形態による車両用蓄熱システムの全体構成を示した図である。
【図２】本発明の第１実施形態による空気加熱器の構成を模式的に示した斜視図である。
【図３】本発明の第１実施形態による車両用蓄熱システムの蓄熱時の動作を示した図である。
【図４】本発明の第１実施形態による車両用蓄熱システムの放熱時の動作を示した図である。
【図５】本発明の第２実施形態による車両用蓄熱システムの全体構成を示した図である。
【図６】本発明の第２実施形態による車両用蓄熱システムの放熱時の動作を示した図である。
【図７】本発明の変形例による車両用蓄熱システムにおける液滴化部の構成を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２６】
［第１実施形態］
図１〜図４を参照して、本発明の第１実施形態による車両用蓄熱システム１００の構成について説明する。
【００２７】
（車両の概略構成）
本発明の第１実施形態による車両用蓄熱システム１００は、図１に示すように、ガソリン機関からなるエンジン２を備えた車両（自動車）１に搭載されている。そして、車両用蓄熱システム１００は、車両１の排気ガスの熱（排熱の一例）を回収する際と、エンジン２の冷間始動時に車内を暖房する際とに作動されるように構成されている。
【００２８】
車両１は、ラジエターコア３およびウォータポンプ４を含むエンジン冷却系５と、エンジン冷却系５の一部を構成するとともに車内の暖房時にエンジン２を冷却した高温冷却水を流通させるヒータコア６を含む暖房用回路７とを備える。暖房用回路７にはエンジン２の運転状態および車両１の暖房要求に応じてエンジン冷却水（クーラント）が循環されるように構成されている。また、エンジン２には、排気マニホールド（図示せず）を介して排気ガス（排気の一例）が流通する排気管８（排熱経路および排ガス経路の一例）が接続されている。なお、排気ガスは、触媒コンバータ９を通過した後の温度が約３００℃〜約４００℃に達する。そして、車両用蓄熱システム１００は、排気管８の一部とヒータコア６が設置された車内空調用の送風路１ａとの間に介在するように設けられている。
【００２９】
したがって、車両用蓄熱システム１００は、大気に捨てられる排気ガスの熱を回収して蓄熱する役割を有する。また、排熱回収分（蓄熱分）は、車内の暖房に再利用される。以下、車両用蓄熱システム１００の構成について、詳細に説明する。
【００３０】
（車両用蓄熱システムの構成）
車両用蓄熱システム１００は、図１に示すように、排気管８における触媒コンバータ９の下流側に設けられた排熱回収部１０（第１熱交換部の一例）と、排熱回収部１０内の後述する乾燥容器１２との間で閉回路を構成する凝縮器２０と、塩化リチウム（溶質の一例）が水（溶媒の一例）に溶け込んだ塩化リチウム水溶液（溶液の一例）を排熱回収部１０と後述する空気加熱器３３との間で循環させる溶液循環回路３０（熱供給路の一例）とを備える。なお、塩化リチウムは、水に溶解して塩化リチウム水溶液になる際に溶解熱を発生する性質を有する。また、塩化リチウム水溶液にはエチレングリコールが所定量混合されて不凍液として調製されている。また、溶液循環回路３０は、塩化リチウム水溶液を貯留する溶液タンク３１と、塩化リチウム水溶液を圧送する送液ポンプ３２と、暖房要求時に車内の空気を暖めるための空気加熱器３３（第２熱交換部の一例）とを含む。
【００３１】
ここで、第１実施形態では、排熱回収部１０の内部には、ノズル部材１１（液滴化部の一例）と、ノズル部材１１の先端部１１ａに接続された乾燥容器１２（乾燥部の一例）とが組み込まれている。ステンレス製の乾燥容器１２は、ノズル部材１１の先端部１１ａから外形が末広がり形状を有する隔壁１２ａを有して形成されている。また、乾燥容器１２の内部には末広がり形状の空間部（円錐形状を有する内部空間）が形成されている。したがって、乾燥容器１２は、噴霧形状に沿って排熱回収部１０の内部空間と乾燥容器１２の内部空間とを隔てる容器構造を有して構成されている。
【００３２】
そして、溶液循環回路３０は、管路３０ａを介して溶液タンク３１の出口部と送液ポンプ３２の吸込口とが接続されるとともに、管路３０ｂを介して送液ポンプ３２の吐出口とノズル部材１１の入口部とが接続されている。さらに、管路３０ｃを介して乾燥容器１２のノズル部材１１とは反対側の出口部と空気加熱器３３の入口部とが接続されるとともに、管路３０ｄを介して空気加熱器３３の出口部と溶液タンク３１の入口部とが接続されている。なお、管路３０ｄには塩化リチウム水溶液を空気加熱器３３に送出する送液ポンプ３４が別途設けられている。
【００３３】
また、管路３０ｂの途中には２つの流路が択一的に切替可能な三方弁３５が設けられている。また、溶液循環回路３０には、三方弁３５の出口部と送液ポンプ３４の下流の管路３０ｃの部分（空気加熱器３３の入口部）とを直接的に接続する管路３０ｅが別途設けられている。三方弁３５がその前後で管路３０ｂを連通させる側に替えられた場合、液タンク３１の塩化リチウム水溶液が排熱回収部１０（ノズル部材１１の入口部）に供給される一方、三方弁３５が管路３０ｂの途中から管路３０ｅ側を連通させるように切り替えられた場合、溶液タンク３１の塩化リチウム水溶液が排熱回収部１０（ノズル部材１１および乾燥容器１２）を迂回して空気加熱器３３の入口部に直接的に供給されるように構成されている。なお、空気加熱器３３の入口部には、管路３０ｃ（管路３０ｅ）を流通する塩化リチウム水溶液の温度を検出する温度センサ３６が設けられている。
【００３４】
また、溶液循環回路３０とは別に、管路７０ａを介して乾燥容器１２の天井部と排熱回収部１０の外部に設置された凝縮器２０の入口部とが接続されるとともに、管路７０ｂを介して凝縮器２０の出口部と乾燥容器１２の入口部とが接続されている。なお、管路７０ｂには、弁１３および送液ポンプ１４が設けられている。これにより、排熱回収部１０と凝縮器２０との間には１つの閉回路が形成されている。また、排熱回収部１０内に設置された乾燥容器１２は、排気管８の内部において完全に密閉されている。また、凝縮器２０の外表面には放熱フィン２１が設けられており、内部の液体（溶媒）の熱を奪って液化することが可能に構成されている。そして、弁１３が閉じられた状態では、液化された溶媒が凝縮器２０内に貯留されるように構成されている。
【００３５】
また、管路７０ｂの弁１３および送液ポンプ１４、管路３０ａの送液ポンプ３２、管路３０ｃの送液ポンプ３４、管路３０ｂの三方弁３５、および、管路３０ｄの温度センサ３６は、それぞれ、エンジン２を制御するＥＣＵ２ａに接続されており、ＥＣＵ２ａの指令に基づいて動作されるように構成されている。
【００３６】
また、空気加熱器３３は、車内の空気が流通する送風路１ａにおいてヒータコア６の下流側に隣接して設置されている。また、空気加熱器３３は、熱交換流体同士が直接接触して熱交換を行うことが可能な直接接触式の熱交換器として構成されている。
【００３７】
具体的には、図２に示すように、空気加熱器３３は、熱交換エレメント３３ａ（概略的な形状を二点鎖線で示す）と、ドレンパン３３ｂとを含む。ここで、熱交換エレメント３３ａは、たとえば、織布または不織布を基材繊維として波形形状に加工されたコルゲート状の担体シートを空気の流れ方向（矢印Ｐ方向）と直交する矢印Ｑ方向に沿って積層して形成されたいわゆる斜行ハニカムにより構成されている。なお、基材繊維としては、シリカ・アルミナ繊維、ムライト繊維、ガラス繊維、ロックウール繊維、炭素繊維などの無機繊維や、ポリエステルやポリオレフィンなどの有機繊維が挙げられる。また、管路３０ｃの端部領域には、熱交換エレメント３３ａに向けて開口する複数の開口部３０ｆが形成されている。また、ドレンパン３３ｂは、熱交換エレメント３３ａの下端部（Ｚ２側）を受けるように配置されており、ドレンパン３３ｂは、管路３０ｄに接続されている。そして、熱交換エレメント３３ａの部分が、送風路１ａにおけるヒータコア６（図１参照）の下流側に隣接して配置されている。
【００３８】
そして、空気加熱器３３においては、塩化リチウム水溶液が管路３０ｃの複数の開口部３０ｆを介して熱交換エレメント３３ａの上端部（Ｚ１側）に散布されるように構成されている。また、散布された塩化リチウム水溶液は、熱交換エレメント３３ａを矢印Ｚ２方向（重力下方向）に浸透しながら毛細管現象によって熱交換エレメント３３ａ内に拡散されるように構成されている。この際、車内から供給された空気がブロアファン６ａ（図１参照）により熱交換エレメント３３ａを通過する。すなわち、車内からの空気は、凡そ矢印Ｐ方向に沿って複数の通気空洞に流通される。したがって、熱交換エレメント３３ａ内に拡散した高温の塩化リチウム水溶液と、車内の冷えた空気とが直接的に接触して熱交換が行われるように構成されている。以上の構成によって、車両用蓄熱システム１００は、以下のように動作される。
【００３９】
（蓄熱時の動作）
車両１が走行している際、排気管８には高温（約３５０℃）の排気ガスが流通される。この際、図３に示すように、ＥＣＵ２ａの指令に基づいて、三方弁３５が溶液タンク３１とノズル部材１１とを連通させるように管路３０ｂ側を開く（管路３０ｅ側を閉じる）ように作動されるとともに、送液ポンプ３２が始動される。また、管路７０ｂの弁１３は閉状態に維持されるとともに、送液ポンプ１４は停止状態（破線で示す）に維持される。
【００４０】
そして、溶液タンク３１内の塩化リチウム水溶液が送液ポンプ３２により圧送されてノズル部材１１の先端部１１ａから乾燥容器１２内に噴射（噴霧）される。また、ノズル部材１１の先端部１１ａから噴霧された塩化リチウム水溶液は、乾燥容器１２の内部空間の形状に合わせて末広がり状に拡散される。
【００４１】
これにより、第１実施形態では、ノズル部材１１の先端部１１ａから噴射（噴霧）された塩化リチウム水溶液が、乾燥容器１２内で液滴化される。また、排気管８（排熱回収部１０を流通する排気ガス）からの排熱が隔壁１２ａを介して輻射熱となって液滴化された塩化リチウム水溶液に伝達される。また、これにより、液滴化された塩化リチウム水溶液から水分が蒸発するとともに迅速に乾燥される。なお、噴霧化された塩化リチウム水溶液は、約１６０℃で沸騰する。したがって、乾燥容器１２内には、水分が即座に蒸発して微粒子の状態で固体化（結晶化）された塩化リチウム（蓄熱材）が高密度に堆積されていく。また、この際、塩化リチウムは、紛体状となって固体化される。また、乾燥容器１２は、外部（隔壁１２ａ）が約３５０℃の排気ガスに晒されるので、乾燥容器１２内に堆積される微粒子状態の塩化リチウム（蓄熱材）は乾燥状態が維持される。
【００４２】
また、乾燥容器１２内で蒸発した水分（高温の水蒸気）は、管路７０ａを介して凝縮器２０に導入される。そして、凝縮器２０では、高温の水蒸気が冷却されて液体（凝縮水）となって貯留される。また、蓄熱時には、溶液タンク３１内の塩化リチウム水溶液がなくなるまで送液ポンプ３２が駆動されて乾燥容器１２内に塩化リチウム（蓄熱材）が堆積（蓄積）されるとともに、蒸発した水分が凝縮器２０に貯留される。そして、塩化リチウム水溶液に溶け込んでいた塩化リチウム（蓄熱材）が全て乾燥容器１２内に堆積されて蓄熱が完了すると、送液ポンプ３２が停止される。このように、乾燥容器１２内に塩化リチウムを堆積させることによって、蓄熱（排気ガスの熱回収）が行われる。
【００４３】
（放熱時の動作）
冬季の朝などエンジン２が停止されている状態からエンジン２が始動された直後においては、エンジン冷却系５を循環するエンジン冷却水の温度は低い。このような冷間始動時に乗員による車内の暖房要求が発生したとする。これにより、図４に示すように、ＥＣＵ２ａの指令に基づいて、まず、管路７０ｂの弁１３が開かれるとともに送液ポンプ１４が始動される。
【００４４】
そして、凝縮器２０内の水（凝縮水）が送液ポンプ１４により圧送されて管路７０ｂを介して乾燥容器１２内に供給される。これにより、第１実施形態では、乾燥容器１２内で微粒子の状態で固体化（結晶化）された塩化リチウムに水が迅速に拡散（浸透）するとともに、水に対して塩化リチウムが溶解して溶解熱が発生する。そして、溶解熱を有する塩化リチウム水溶液が乾燥容器１２内に満たされるのに伴って、送液ポンプ３４が始動される。これにより、乾燥容器１２内の高温の塩化リチウム水溶液が管路３０ｃを介して空気加熱器３３に供給される。
【００４５】
なお、凝縮器２０内に貯留されていた水（凝縮水）が使い果たされた際、ＥＣＵ２ａの指令に基づいて、管路７０ｂの弁１３が閉じられるとともに送液ポンプ１４が停止される。さらに、三方弁３５が、溶液タンク３１と管路３０ｅとを連通させる側（管路３０ｂを閉じる側）に切り替えられる。また、送液ポンプ３４が停止されるとともに、送液ポンプ３２が始動される。したがって、高温の塩化リチウム水溶液は、乾燥容器１２内には流通されなくなり、塩化リチウム水溶液は、管路３０ａから三方弁３５を経て管路３０ｅ、管路３０ｃおよび管路３０ｄを流通して溶液タンク３１と空気加熱器３３との間を循環する。
【００４６】
また、空気加熱器３３では、高温の塩化リチウム水溶液に対して車内からの冷えた空気が熱交換エレメント３３ａを介して直接的に接触する。これにより、塩化リチウム水溶液の熱（乾燥容器１２内の蓄熱分）が、空気側に受け渡されて空気が暖められて車内に吹き出される。これにより、冷間始動時においても空気加熱器３３を使用して車内の空気が即座に暖められる。
【００４７】
また、温度センサ３６による塩化リチウム水溶液の温度（液温）の検出結果に基づいて、塩化リチウム水溶液の温度が、設定された車内の空気温度（目標室温）以下になるまで送液ポンプ３２が駆動されて塩化リチウム水溶液が溶液循環回路３０に流通される。そして、塩化リチウム水溶液の温度（液温）が設定された車内の空気温度（目標室温）以下になった場合、送液ポンプ３２が停止されるとともに、乾燥容器１２内の塩化リチウム水溶液が送液ポンプ３４により送出（排出）されて溶液タンク３１に全て戻される。これにより、放熱動作が終了する。このようにして、車両用蓄熱システム１００は構成されている。
【００４８】
（第１実施形態の効果）
第１実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
【００４９】
第１実施形態では、溶解する際に溶解熱を発生する塩化リチウムと塩化リチウムを溶解させる水とを含む塩化リチウム水溶液を液滴化するノズル部材１１を含む排熱回収部１０を備え、蓄熱時に、ノズル部材１１により液滴化された塩化リチウム水溶液が排気管８からの排熱により乾燥されて水が蒸発されるとともに固体化された塩化リチウムが生成され、放熱時に、固体化された塩化リチウムが水により溶解して溶解熱が発生し、発生した熱が溶液循環回路３０に供給されるように構成する。これにより、蓄熱時には、ノズル部材１１により塩化リチウム水溶液が液滴化（微粒子化）されることにより、表面積が増加された無数の液滴が生成されるので、容器に一定量溜められた塩化リチウム水溶液から水分を蒸発させて塩化リチウムの濃度を増加させる場合に比べて、液滴化された塩化リチウム水溶液を短時間で乾燥させることができる。このため、水が即座に蒸発されて微粒子の状態で固体化（結晶化）された塩化リチウム（蓄熱材）を短時間で生成することができるので、短時間で蓄熱を完了させることができる。また、微粒子の状態で固体化（結晶化）された塩化リチウム（蓄熱材）はその表面積が増加されている分、水との反応面積を増加させることができるので、放熱時には、反応面積の増加された塩化リチウム（蓄熱材）に対して水を迅速に拡散（浸透）させて溶解させることができる。すなわち、高濃度の塩化リチウム水溶液を水で希釈する希釈熱を得る場合に比べて、放熱時に大きい溶解熱を短時間で得ることができるとともに、水が塩化リチウムに混合された塩化リチウム水溶液の温度を短時間で上昇させることができる。したがって、この十分な溶解熱により車内暖房時の熱源（塩化リチウム水溶液）を迅速に昇温させることができるので、蓄熱利用時の応答性を向上させることができる。
【００５０】
また、第１実施形態では、蓄熱時に、ノズル部材１１により液滴化された塩化リチウム水溶液が排気管８からの排熱により乾燥されて塩化リチウムが紛体状となって固体化されるように構成する。これにより、水が蒸発されて乾燥した紛体状の塩化リチウムを排熱回収部１０に堆積させることができるので、紛体状の塩化リチウムを蓄熱材として長時間に亘って保持することができる。また、蒸発し切らない水を含む高濃度の塩化リチウム水溶液を保持する場合と比較して、乾燥した塩化リチウムを紛体状にして堆積させることができる分、排熱回収部１０（乾燥容器１２）に高い蓄熱密度を得ることができる。
【００５１】
また、第１実施形態では、内部においてノズル部材１１により塩化リチウム水溶液が液滴化される乾燥容器１２を有する排熱回収部１０を排気管８に配置する。そして、蓄熱時に、乾燥容器１２内で液滴化された塩化リチウム水溶液が、排熱回収部１０を流通する排気の熱により乾燥されるように構成する。これにより、ノズル部材１１により塩化リチウム水溶液が液滴化（微粒子化）された液滴に含まれる水をエンジン２から排出される高温の排気の熱を利用して迅速かつ確実に蒸発させることができる。また、排熱回収部１０が排気管８を流通する高温の排気ガスに晒されるので、乾燥容器１２の内部に堆積される微粒子状態となった塩化リチウム（蓄熱材）の乾燥状態を維持し続けることができる。
【００５２】
また、第１実施形態では、放熱時に、溶解熱により昇温された塩化リチウム水溶液が溶液循環回路３０に流通されるように構成する。これにより、溶解熱（排熱回収部１０に蓄積されていた熱エネルギ）を、溶液循環回路３０を介して車両１におけるヒータコア６に容易に搬送することができる。
【００５３】
また、第１実施形態では、空気加熱器３３を溶液循環回路３０に設け、放熱時に、車内の空気と昇温された塩化リチウム水溶液とを空気加熱器３３において直接的に熱交換させて車内を暖房する。これにより、伝熱壁を介して塩化リチウム水溶液の熱（溶解熱）を車内の空気に伝達する場合と比較して、伝熱壁（熱抵抗）を有しない空気加熱器３３を用いて塩化リチウム水溶液の熱（溶解熱）を車内の空気に直接的に伝達することができるので、エンジン始動直後（冷間始動時）においても車内の空気を迅速に暖めることができる。
【００５４】
また、第１実施形態では、蓄熱時に液滴化された塩化リチウム水溶液から水分を回収し液化する凝縮器２０を設け、排熱回収部１０と凝縮器２０とに閉回路を形成する。これにより、塩化リチウム水溶液から蒸発して凝縮器２０にて液化された水を外部（大気中などのシステム系外）に流出させることなく凝縮器２０と排熱回収部１０との間で繰り返し循環させて再利用することができる。したがって、時間経過とともに水（溶媒）を追加補充する必要もないので、車両用蓄熱システム１００の保守管理を簡便にすることができる。
【００５５】
また、第１実施形態では、放熱時に、昇温された塩化リチウム水溶液の温度が目標室温以下になるまで溶液循環回路３０を流通させる。これにより、溶解熱（排熱回収部１０に蓄積されていた熱エネルギ）を車内の空気に確実に伝達することができる。すなわち、車両１の排熱（排気ガスの排熱）を効率よく回収して車内の暖房に利用することができる。
【００５６】
また、第１実施形態では、塩化リチウム水溶液が毛細管現象により拡散される熱交換エレメント３３ａを設けて空気加熱器３３を構成する。これにより、昇温された塩化リチウム水溶液を熱交換エレメント３３ａに拡散させた状態で車内の空気へ熱（溶解熱）を受け渡すことができるので、空気加熱器３３の熱交換性能を高く維持することができる。
【００５７】
また、第１実施形態では、ノズル部材１１により塩化リチウム水溶液が噴霧される噴霧形状に合わせて円錐形状の内部空間を有する乾燥容器１２を設ける。また、排熱回収部１０の内部空間と乾燥容器１２の内部空間とを隔てる容器構造を有するように乾燥容器１２を構成する。これにより、塩化リチウム水溶液の噴霧形状に合わせて形成された乾燥容器１２の隔壁１２ａを介して、排熱回収部１０を流通する排気ガスの熱（輻射熱）を微粒子化された塩化リチウム水溶液に効果的に伝達して、水の蒸発および塩化リチウムの乾燥を行うことができる。また、噴霧された塩化リチウム水溶液と排熱回収部１０を流通する排気ガスとの直接的な接触が防止されるので、排気ガスに含まれる汚染物質が噴霧化された塩化リチウム水溶液および乾燥後の塩化リチウムに混入するのを防止することができる。
【００５８】
［第２実施形態］
図１、図５および図６を参照して、第２実施形態について説明する。この第２実施形態では、上記第１実施形態と異なり、乾燥容器１２（図１参照）を設けることなく排気管８の一部に設けられた排熱回収部２１０内に塩化リチウム水溶液を直接的に噴射（噴霧）して塩化リチウム（蓄熱材）を微粒子の状態で固体化して堆積させるように車両用蓄熱システム２００を構成した例について説明する。
【００５９】
本発明の第２実施形態による車両用蓄熱システム２００では、図５に示すように、排気管８における触媒コンバータ９の下流側に、排熱回収部２１０（第１熱交換部および乾燥部の一例）と凝縮器２２０とが直列的に接続されている。そして、排熱回収部２１０には、ノズル部材１１の先端部１１ａが差し込まれている。また、排熱回収部２１０のノズル部材１１とは反対側の出口部と空気加熱器３３の入口部とが管路２３０ｃを介して接続されている。以上の構成によって、車両用蓄熱システム２００は、以下のように動作される。
【００６０】
（蓄熱時の動作）
図５に示すように、車両１が走行している際、ＥＣＵ２ａの指令に基づいて、三方弁３５が溶液タンク３１とノズル部材１１とを連通させる管路３０ｂ側を開く（管路３０ｅ側を閉じる）ように作動されるとともに、送液ポンプ３２が始動される。また、管路７０ｂの弁１３は閉状態に維持されるとともに、送液ポンプ１４は停止状態に維持される。
【００６１】
そして、溶液タンク３１内の塩化リチウム水溶液が送液ポンプ３２により圧送されてノズル部材１１の先端部１１ａから排熱回収部２１０内に噴射（噴霧）される。これにより、第２実施形態では、ノズル部材１１の先端部１１ａから噴射（噴霧）された塩化リチウム水溶液が排熱回収部２１０内で液滴化されるとともに、液滴化された塩化リチウム水溶液が排気管８からの排熱により水分が蒸発して迅速に乾燥される。したがって、排熱回収部２１０内には、水分が即座に蒸発して微粒子の状態で固体化（結晶化）された塩化リチウム（蓄熱材）が高密度に堆積される。また、この際、塩化リチウムは、紛体状となって固体化される。また、排熱回収部２１０は、約３５０℃の排気ガスに晒されるので排熱回収部２１０内に堆積される微粒子状態の塩化リチウム（蓄熱材）は乾燥状態が維持される。
【００６２】
そして、排熱回収部２１０内で蒸発した水分は、排気管８を介して凝縮器２２０に導入されるとともに高温の水蒸気が冷却されて液体（凝縮水）となって貯留される。また、蓄熱時には、溶液タンク３１内の塩化リチウム水溶液がなくなるまで送液ポンプ３２が駆動されて排熱回収部２１０内に塩化リチウム（蓄熱材）が堆積（蓄積）されるとともに、蒸発した水分が凝縮器２２０に貯留される。そして、塩化リチウム水溶液に溶け込んでいた塩化リチウム（蓄熱材）が全て排熱回収部２１０内に堆積されて蓄熱が完了すると、送液ポンプ３２が停止される。このように、排熱回収部２１０内に塩化リチウムを堆積させることによって、蓄熱（排気ガスの熱回収）が行われる。
【００６３】
（放熱時の動作）
また、図６に示すように、冬季の朝など冷間始動時に車内の暖房要求が発生した場合、ＥＣＵ２ａの指令に基づいて、管路７０ｂの弁１３が開かれるとともに送液ポンプ１４が始動される。そして、凝縮器２２０内の水（凝縮水）が送液ポンプ１４により圧送されて管路７０ｂを介して排熱回収部２１０内に供給される。これにより、第２実施形態では、排熱回収部２１０内で微粒子の状態で固体化（結晶化）された塩化リチウムに水が迅速に拡散（浸透）するとともに、水に対して塩化リチウムが溶解して溶解熱が発生する。そして、溶解熱を有する塩化リチウム水溶液が排熱回収部２１０内にある程度満たされた後、送液ポンプ３４が始動されて、高温の塩化リチウム水溶液が管路２３０ｃを介して空気加熱器３３に供給される。
【００６４】
なお、凝縮器２０内に貯留されていた水（凝縮水）が使い果たされた際、管路７０ｂの弁１３が閉じられるとともに送液ポンプ１４が停止される。さらに、三方弁３５が、溶液タンク３１と管路３０ｅとを連通させる側（管路３０ｂを閉じる側）に切り替えられる。また、送液ポンプ３４が停止されるとともに、送液ポンプ３２が始動される。したがって、高温の塩化リチウム水溶液は、排熱回収部２１０内には流通されなくなり、塩化リチウム水溶液は、管路３０ａから三方弁３５を経て管路３０ｅ、管路３０ｃおよび管路３０ｄを流通して溶液タンク３１と空気加熱器３３との間を循環する。そして、温度センサ３６による塩化リチウム水溶液の温度（液温）の検出結果に基づいて、塩化リチウム水溶液の温度が設定された車内の空気温度（目標室温）以下になるまで送液ポンプ３２が駆動されて塩化リチウム水溶液が溶液循環回路２３０に流通される。
【００６５】
これにより、空気加熱器３３では、高温の塩化リチウム水溶液に対して車内からの冷えた空気が熱交換エレメント３３ａを介して直接的に接触することにより、冷間始動時においても空気加熱器３３を介して車内の空気が即座に暖められる。なお、塩化リチウム水溶液の温度（液温）が設定された車内の空気温度（目標室温）以下になった場合、送液ポンプ３２が停止されるとともに、排熱回収部２１０内の塩化リチウム水溶液が送液ポンプ３４により送出（排出）されて溶液タンク３１に全て戻される。なお、第２実施形態による車両用蓄熱システム２００のその他の構成は、上記第１実施形態と同様である。
【００６６】
（第２実施形態の効果）
第２実施形態では、排気管８の一部に排熱回収部２１０を設けるとともに、蓄熱時に、塩化リチウム水溶液をノズル部材１１の先端部１１ａから排熱回収部２１０内に噴射（噴霧）して液滴化するとともに排気管８からの排熱により水分が蒸発して迅速に乾燥させるように構成する。これにより、排熱回収部２１０内に乾燥容器１２（図１参照）を設けることなく塩化リチウム（蓄熱材）を迅速に微粒子化させて高密度に堆積させることができるので、簡素な構造により短時間で蓄熱を完了させることができる。
【００６７】
また、第２実施形態では、排熱回収部２１０の下流側に凝縮器２２０を直列的に接続することによって、蓄熱時に塩化リチウム水溶液から蒸発した水分を排気ガス流を利用して下流の凝縮器２２０に容易に移動させることができる。また、凝縮器２２０では排気ガス中の水分も捕捉して貯留することができるので、放熱時に、水分を排熱回収部２１０内に十分に供給することができる。したがって、排熱回収部２１０に積層された塩化リチウム（蓄熱材）から確実に溶解熱を取り出して車内暖房時の熱源を得ることができる。なお、第２実施形態のその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。
【００６８】
［変形例］
今回開示された実施形態は、全ての点で例示であり制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更（変形例）が含まれる。
【００６９】
たとえば、上記第１および第２実施形態では、ノズル部材１１の先端部１１ａから塩化リチウム水溶液を噴霧して液滴化したが、本発明はこれに限られない。たとえば、図７に示す変形例ように、末広がり状となった乾燥容器１２内に回転体８０（液滴化部の一例）を回転可能に設けて排熱回収部３１０（第１熱交換部の一例）を構成してもよい。この場合、管路３０ｂの端部に乾燥容器１２が直接的に接続されており、乾燥容器１２内にモータなどの駆動源（図示せず）を介して回転可能な回転体８０を設けておく。そして、管路３０ｂから回転中の回転体８０に塩化リチウム水溶液が供給されることにより、塩化リチウム水溶液は、遠心力によって回転体８０の外周面８１から離脱する方向に跳ね飛ばされる。これにより、塩化リチウム水溶液は、液滴化された状態で排気ガスの熱により即座に乾燥されるとともに、結晶化された状態で乾燥容器１２内に堆積させることができる。
【００７０】
また、上記第１および第２実施形態では、エンジン２からの排気ガスの熱を利用して噴霧化（液滴化）された塩化リチウム水溶液から塩化リチウムを分離して乾燥容器１２内に蓄熱したが、本発明はこれに限られない。たとえば、沸点の低い溶媒を用いて溶液を構成する場合には、運転中のエンジン２の高温冷却水の排熱を利用して液滴化（噴霧化）された溶液から溶媒を蒸発させて固体化された溶質を得て蓄積（蓄熱）してもよい。
【００７１】
また、上記第１および第２実施形態では、エンジン２からの排気ガスの熱を利用して噴霧化された塩化リチウム水溶液から塩化リチウムを分離して乾燥容器１２内に蓄熱したが、本発明はこれに限られない。たとえば、ハイブリッド自動車や電気自動車においては、バッテリやモータ排熱や燃料電池における発電時の排熱を利用して、噴霧化された塩化リチウム水溶液から塩化リチウムを分離して乾燥容器１２内に蓄積（蓄熱）してもよい。
【００７２】
また、上記第１実施形態では、外形が末広がり形状を有する中空の乾燥容器１２を排熱回収部１０内に設けたが、本発明はこれに限られない。すなわち、排気ガスの熱を利用して溶液から溶媒を効率的に蒸発させることが可能であるならば、乾燥容器１２の形状は、末広がり形状以外の中空円筒形状などであってもよい。
【００７３】
また、上記第１および第２実施形態では、熱交換エレメント３３ａに斜行ハニカムを用いたが、本発明はこれに限られない。高温の溶液と車内の冷えた空気とを直接接触させて熱交換可能であるならば、熱交換エレメント３３ａは斜行ハニカム以外であってもよい。
【００７４】
また、上記第１および第２実施形態では、放熱時に排熱回収部１０（２１０）を迂回させる管路３０ｅを設けたが、本発明はこれに限られない。管路３０ｅを設けることなく放熱時も高温の塩化リチウム水溶液を排熱回収部１０（２１０）に流通させながら溶液タンク３１と空気加熱器３３との間を循環させてもよい。
【００７５】
また、上記第１および第２実施形態では、車両（自動車）１の暖房補助用の蓄熱システムに本発明を適用したが、本発明はこれに限られない。排熱が発生する内燃機関が搭載された列車などの車両の暖房補助用の蓄熱システムに本発明を適用してもよい。
【００７６】
また、上記第１および第２実施形態では、ガソリン機関からなるエンジン２の排熱を利用して暖房補助用の蓄熱システムを構成したが、本発明はこれに限られない。内燃機関であるならば、ディーゼルエンジンやガスエンジンが搭載された車両における蓄熱システムに本発明を適用してもよい。
【００７７】
また、上記第１および第２実施形態では、本発明の溶質（蓄熱材）の一例として塩化リチウムを例示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、溶質としてヨウ化リチウムまたは臭化リチウムを用いてもよい。
【００７８】
また、上記第１および第２実施形態では、本発明の溶媒の一例として水（不凍液）を例示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、溶媒として、アンモニアやメタノールを用いてもよい。ただし、溶媒（アンモニアやメタノール）の大気中への放出防止を目的として直接接触式ではなく、伝熱壁を介して空気と溶液との熱交換を行うように本発明の「第２熱交換器」を構成する必要がある。
【符号の説明】
【００７９】
２  エンジン
８  排気管（排熱経路、排ガス経路）
１０、２１０、３１０  排熱回収部（第１熱交換部）
１１  ノズル部材（液滴化部）
１２  乾燥容器（乾燥部）
２０、２２０  凝縮器
３０  溶液循環回路（熱供給路）
３３  空気加熱器（第２熱交換部）
８０  回転体（液滴化部）
１００、２００  車両用蓄熱システム
【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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