JP2011106351A - 蓄熱器 - Google Patents

Abstract

【課題】温度の高い冷却水を速やかに排出する蓄熱器を提供する。
【解決手段】タンク１１内を第１の室３０と第２の室３１に分ける可動仕切板１３をタンク１１内に設け、可動仕切板１３の外周にタンク１１内に温水を貯水している場合に冷水を貯水している場合よりも狭い隙間でタンク１１の内壁に当接する当接部３２を設ける。タンク１１内に温度の高い冷却水が貯水されている場合には、当接部３２はタンク１１の内壁に当接し、温度の高い冷却水をタンク１１から排出する場合には、当接部３２はタンク１１の内壁に摺動する。
【選択図】図２

Description

本発明は蓄熱器に関するものである。

従来、エンジンを冷却することで温度が高くなった冷却水を蓄熱器に貯水しておき、次回のエンジン始動時に、蓄熱器に貯水している温度が高い冷却水を循環させてエンジンの暖機を短時間にするものが特許文献１に開示されている。特許文献１では、エンジン始動時に移動隔壁板を移動させることで、保温機能を有する容器本体内の冷却水を排水口または暖機循環口から流出させて、エンジンの暖機を行っている。

特開平４−２４６２７７号公報

しかし、上記発明においては、移動隔壁板を移動させる際に、移動隔壁板が容器本体に引っ掛かり移動隔壁板の移動が妨げられる、といった問題点がある。

本発明はこのような問題点を解決するために発明されたもので、移動隔壁板の移動を妨げずに容器本体から温度が高い冷却水を速やかに排出することを目的とする。

本発明のある態様に係る蓄熱器は、温水をタンクに貯水する蓄熱器であり、タンク内を第１の室と第２の室とに分け、タンク内を移動することで第１の室および第２の室の体積を変更し、タンク内の温水をタンクから排出する可動仕切板を備え、可動仕切板は、タンク内に温水を貯水している場合に冷水を貯水しているときより狭い隙間でタンクの内壁に当接する当接部を有し、当接部は、温水をタンクから排出する場合にはタンクの内壁に摺動する。

本発明によると、蓄熱器から温度が高い冷却水を速やかに排出することができる。

本発明の実施形態における蓄熱システムの概略構成図である。 本発明の実施形態の蓄熱器の概略断面図である。 本発明の実施形態における冷却水の流れを説明する図である。 本発明の実施形態における冷却水の流れを説明する図である。

本発明の実施形態について図１、図２を用いて説明する。図１は、本実施形態における蓄熱システムの概略構成図である。本実施形態における蓄熱システムでは、自動車の駆動用エンジンを冷却し、温度が高くなった冷却水の熱を再利用するシステムを一例として説明する。なお、冷却水は不凍液であるＬＬＣ（ロングライフクーラント）であるが、これに限られることはなく、水などを用いても良い。以下において、エンジンを冷却し温度が高くなった冷却水を温水とする。

蓄熱システムは、エンジン１と、蓄熱器２と、電動ウォーターポンプ３と、乗員室の暖房用のヒーター４と、第１回路５と、第２回路６と、コントローラ７と、エンジン冷却水の熱を放熱するラジエータ(図示せず)とを備える。

エンジン１は、燃料を燃焼させて温度が高くなったエンジン本体を冷却する冷却水が流れる冷却部１０を備える。

蓄熱器２について図２を用いて説明する。図２は蓄熱器２の概略断面図である。本実施形態では、鉛直方向に蓄熱器２を配置した場合について説明する。図２においては鉛直方向下向きを矢印ｙで示す。

蓄熱器２は、タンク１１と、仕切板１２と、可動仕切板１３とを備える。蓄熱器２は、例えばエンジン１が停止した際に、次回のエンジン１の始動に備えて温水を貯水する。蓄熱器２に貯水した温水は次回のエンジン１の始動時にエンジン１の冷却部１０、ヒーター４に供給される。

タンク１１は第１タンク部１５と、第２タンク部１６とから構成される。

第１タンク部１５は、直方形であり、下側が開口している。第１タンク部１５の側面は、下側で第１開口部１７を形成する。

第２タンク部１６は、有底の箱形形状であり、上側が開口している。第２タンク部１６の側面は上側で第２開口部１８を形成する。第２タンク部１６の底面１９は、第２開口部１８の開口面積よりも面積が小さい。そのため第２タンク部１６の側面はテーパ形状となっている。また、第２タンク１１は底面１９に２つの孔２０ａ、２０ｂを有しており、この孔２０ａ、２０ｂから冷却水が給排される。第１タンク部１５の第１開口部１７と第２タンク部１６の第２開口部１８とを合わせて第１タンク部１５と第２タンク部１６とを接合することで、タンク１１が構成される。タンク１１は、断熱材（図示せず）で覆われており、蓄熱器２はタンク１１からの放熱を抑制している。

仕切板１２は、第２タンク部１６の底面１９に設けた２つの孔２０ａ、２０ｂの間でタンク１１の一部を仕切るように設けられる。なお仕切板１２は、タンク１１内の上方においては連通口２１を形成する。

可動仕切板１３は、有底の箱形形状であり、仕切板１２によって仕切られたタンク１１内の空間をｙ方向に垂直な方向で第１の室３０と第２の室３１とに分ける。本実施形態では、ｙ方向において可動仕切板１３よりも下側の空間を第１の室３０とし、可動仕切板１３よりも上側の空間を第２の室３１とする。なお、本実施形態では、仕切板１２によって仕切られた空間であり、可動仕切板１３を設けていない空間を含めて第２の室３１とする。第１の室３０は第２タンク１１の底面１９に設けた孔２０ａを有しており、第２の室３１は第２タンク１１の底面１９に設けた孔２０ｂを有している。なお、詳しくは後述するが、温水は孔２０ｂを介して第２の室３１へ供給される。一方、温水を排出する場合には、孔２０ａを介して第１の室３０へ冷却水を供給し、可動仕切板１３をｙ方向に沿って上方に押し上げることで、第２の室３１の温水を排出する。

また、可動仕切板１３は、側面の外周に沿ってｙ方向における断面が略半円形状の当接部３２を備える。当接部３２は、側面の外周に沿って、可動仕切板１３の上方と下方の２箇所に設けられる。本実施形態では、当接部３２は２箇所に設けられているが、これに限られることはなく、さらに当接部を設けてもよい。当接部３２はタンク内壁および仕切板１２との摩擦を低減して可撓仕切板１３の移動を容易にすると共に可撓仕切り板１３の傾きを抑える。

可動仕切板１３は、冷却水よりも熱伝導率が低く、体積密度が大きい材料によって構成される。例えば可動仕切板１３の材料は、熱伝導率が０．６Ｗ／（ｍ・Ｋ）よりも低く、体積密度が１１００ｋｇ／ｍ³以上の材料である。また、可動仕切板１３は、タンク１１内に温水が貯められている場合に当接部３２がタンク１１の内壁および仕切板１２に当接し、タンク１１内に温度が低い冷却水（冷水）が貯められている場合に熱収縮し、当接部３２とタンク１１の内壁および仕切板１２との間に隙間を生じさせる材料によって構成される。なお、当接部３２と可動仕切板１３の本体とを別の部材で構成しても良い。高温の冷却水が溜められている場合でも冷却水の移動時には可動仕切板１３がタンク１１内を移動できるように構成されている。

可動仕切板１３は、温度が低くなると熱収縮し、当接部３２と、タンク１１の内壁および仕切板１２との間に高温時より広い隙間を生じさせる。

タンク１１内に温水を貯水している場合には、第１の室３０に冷却水を供給することで、可動仕切板１３はｙ方向に沿って上方へ移動する。このとき当接部３２はタンク１１の内壁および仕切板１２に摺動するので、第２の室３１の温水は孔２０ｂを介してタンク１１から効率よく排出される。また、高温の冷却水が貯水されているため当接部３２とタンク１１の内壁および仕切板１２との間に冷水が貯留されているときより大きな隙間が生じないので、第１の室３０内の温度の低い冷却水が第２の室３１へ混入することを防止し、タンク１１から排出される温水の温度低下を抑制することができる。

タンク１１から温水を排出すると、タンク１１内は温度が低い冷却水の量が多くなる。そのため、可動仕切板１３は熱収縮し、当接部３２とタンク１１の内壁および仕切板１２との間に温水貯水時に比べて大きな隙間を生じさせ、可動仕切板１３は自重によりｙ方向に沿って下方へ移動する。

可動仕切板１３の高さｈ１は、連通口２１の高さｈ２よりも高い。可動仕切板１３の高さｈ１を連通口２１の高さｈ２よりも高くすることで、可動仕切板１３が連通口２１に進入することを防止することができる。

また、可動仕切板１３は、底面３５に底面３５を貫通する孔３３と可動弁３４とを備える。可動弁３４は、孔３３を塞ぐように設けられ、可動弁３４の上方の水圧が可動弁３４の下方の水圧よりも所定圧以上大きくなると開く。所定圧は予め定められた圧である。そして、図２のような構造では、テーパ部によって底面１９と可動仕切板１３との間に可動弁３４の作動分の隙間を生じるようになっている。そのほか、可動仕切り板１３から突起を出して、底面１９と隙間を生じるようにしても良い。これにより、温水の導入時に冷水との入れ替わりが速やかに行われる。

ヒーター４は、図示しない空調装置において温水の熱によってヒーター４のチューブ間を通過する空気を温め、温めた空気を車内へ供給し、車内を温める。

第１回路５は、エンジン１の冷却部１０とヒーター４とを接続する。第１回路５によって冷却水はエンジン１の冷却部１０とヒーター４との間を循環する。エンジン１を冷却することで温度が高くなった冷却水は第１回路５によってヒーター４に供給される。

第２回路６は、蓄熱器２を第１回路５に接続する。電動ウォーターポンプ３は、第２回路６に設けられる。また第２回路６は、電動ウォーターポンプ３をバイパスするバイパス路４０を備える。エンジン１の停止後に、電動ウォーターポンプ３を駆動し第２回路６には温水が流れ、第２回路６を介して蓄熱器２に温水が貯水される。また、エンジン１の始動時に、第２回路６を介して蓄熱器２の温水がヒーター４、エンジン１へ供給される。

バイパス路４０は、三方弁４１を介して第２回路６と接続する。また、第１回路５と第２回路６とは三方弁４２によって接続する。

電動ウォーターポンプ３は、エンジンキースイッチの信号によりエンジン停止を感知して、温水を蓄熱器２へ供給する。

コントローラ７は、三方弁４１、４２を切り替え、電動ウォーターポンプ３を制御することで冷却水の流れを制御する。

次に本実施形態の作用について図３、４を用いて説明する。図３は蓄熱器２に温水を貯水する場合の冷却水の流れを示す図である。図４は蓄熱器２から温水を排出する場合の冷却水の流れを示す図である。図３、４においては冷却水の流れを矢印で示す。なお、エンジン１の停止時、始動時以外の通常の運転時にヒーター４を作動させる場合には、冷却水は第１回路５を循環する。

蓄熱器２に温水を貯水する場合には、エンジン１が停止すると電動ウォーターポンプ３が作動する。また、三方弁４１によって電動ウォーターポンプ３と蓄熱器２とが連通し、三方弁４２によって第１回路５と第２回路６とが連通する。

これによって、温水は、第２回路６、孔２０ｂを介して第２の室３１に供給される。第２の室３１に温水が流入することで、第２の室３１の水圧が高くなる。そして、可動仕切板１３の上側の水圧が可動仕切板１３の下側の水圧よりも所定圧以上高くなると可動弁３４が開き、第２の室３１にあった温度の低い冷却水が孔３３、２０ａを介して蓄熱器２から排出される。これによって第２の室３１に温水が貯水される。

また、蓄熱器２から温水を排出し、エンジン１などを暖機する場合には、エンジン１が始動すると、三方弁４２によって第１回路５と第２回路６とを連通する。また、三方弁４１によって第２回路６とバイパス通路４０とを連通する。これによって孔２０ａを介して第１の室３０に冷却水が供給される。第１の室３０に供給された冷却水は、可動仕切板１３を上方に押し上げる。このとき第２の室３１には温水が貯水されているので、可動仕切板１３の当接部３２がタンク１１の内壁および仕切板１２に当接又は微細な隙間を有してしている。そのため、可動仕切板１３は、タンク１１の内壁および仕切板１２に摺動し、上方へ移動する。これによって、第２の室３１内の温水が孔２０ｂを介して蓄熱器２から排出される。蓄熱器２から排出される温水をエンジン１などに供給することで、始動時の暖機を素早く行うことができる。なお、エンジン１が駆動している場合には、クランクシャフトの回転などによって動作するウォーターポンプなどによって冷却水は第１回路５などを流れる。

なお、蓄熱器２は整流板、可動仕切板１３のｙ方向への移動をガイドするガイド部材を設け、可動仕切板１３がタンク１１内で傾くことを抑制しても良い。ガイド部材としては、例えば可動仕切板１３を貫通する貫通棒である。

本実施形態では、エンジン１の冷却部１０とヒーター４とを接続する第１回路５に、第２回路６によって蓄熱器２を接続したが、これに限られることはない。

本実施形態では、エンジン１の停止時に蓄熱器２に温水を貯水したが、エンジンの駆動時に例えば所定時間毎に蓄熱器２へ温水を貯水しても良い。

また、タンク１１の形状、可動仕切板１３の形状は本実施形態の形状に限られることはなく、例えばタンクの形状を円柱形状としてもよい。

本発明の実施形態の効果について説明する。

可動仕切板１３に断面が略半円形状の当接部３２を設けることによって、当接部３２とタンク１１の内壁および仕切板１２との接触が線接触となり、可動仕切板１３がタンク１１に引っ掛かることを抑制し、可動仕切板１３を速やかに移動させることができる。そのため、タンク１１内の温水を速やかにタンク１１から排出することができ、例えばエンジン１などの暖機を素早く行うことができる。エンジンオイルの粘性を下げることで、摩擦を減らし燃費向上につながる。また、温水を排出する場合に、当接部３２をタンク１１の内壁および仕切板１２に摺動させることで、温度の低い冷却水が温水と混ざることを防止することができ、温水の温度低下を抑制することができる。

可動仕切板１３を冷却水よりも熱伝導率が低い材料で構成することで、タンク１１に温水を貯水した場合に、温水の温度低下を抑制することができる。

また、可動仕切板１３を冷却水よりも体積密度が大きい材料で構成することで、冷水である冷却水を導入しタンク１１から温水を排出した後に、可動仕切板１３の自重により可動仕切板１３を下側に移動させることができる。そのため、モータなどを使用せずに可動仕切板１３を下側に移動させることができる。冷水によって収縮することにより、可動仕切板１３とタンク１１および仕切板１２との隙間が大きくなるためよりスムースに下側への移動ができる。

当接部３２を可動仕切板１３の外周に沿って上下２箇所に設けることで、可動仕切板１３がタンク１１内で移動する際に安定して移動させることができる。

可動仕切板１３を有底の箱形形状とすることで、タンク１１内に温水を多く貯水することができ、可動仕切板１３を移動させる際に安定して移動させることができる。

本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その技術的思想の範囲内でなしうるさまざまな変更、改良が含まれることは言うまでもない。

１ エンジン
２ 蓄熱器
３ 電動ウォーターポンプ
１３ 可動仕切板
３０ 第１の室
３１ 第２の室
３２ 当接部
３３ 孔
３４ 可動弁

Claims (4)

1. 温水をタンクに貯水する蓄熱器において、
   前記タンク内を第１の室と第２の室とに分け、前記タンク内を移動することで前記第１の室および前記第２の室の体積を変更し、前記タンク内の温水を前記タンクから排出する可動仕切板を備え、
   前記可動仕切板は、前記タンク内に温水を貯水している場合に冷水を貯水しているときより狭い隙間で前記タンクの内壁に当接する当接部を有し、
   前記当接部は、前記温水を前記タンクから排出する場合には前記タンクの内壁に摺動することを特徴とする蓄熱器。
2. 前記可動仕切板は、前記温水よりも熱伝導率が低く、かつ前記温水よりも体積密度が大きいことを特徴とする請求項１に記載の蓄熱器。
3. 前記当接部は、前記移動方向に複数設けられることを特徴とする請求項１または２に記載の蓄熱器。
4. 前記可動仕切板は有底の箱形形状であることを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載の蓄熱器。

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