JP2006226628A - 蓄熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 蓄熱装置の低コスト化を図りつつ、流体の圧力損失を抑制するとともに、蓄熱材と流体との間での熱交換効率を一層高めること。
【解決手段】 蓄熱装置１０は、蓄熱材を充填する蓄熱材充填空間３０・・・とこの蓄熱材充填空間に隣接して流体を通す流体通路４０・・・とを設けた蓄熱モジュール１１を備える。蓄熱モジュールは、積層された複数の平板状のプレート２０・・・からなる。複数のプレートは一方の面に形成された溝状の流体通路と、他方の面に形成された溝状の蓄熱材充填空間とを備える。互いに隣接し合う一対のプレート同士は、流体通路を有する面同士が互いに向かい合うように重なっている。プレートを面方向から見たときに、一方のプレートの流体通路に対して、他方のプレートの流体通路は概ね直交している。互いに直交する流体通路同士は、直交する位置で連通している。
【選択図】 図１

Description

本発明は、蓄熱材と熱交換流体との間で熱エネルギーの交換をする形式の蓄熱装置に関する。

近年、蓄熱材に蓄えられた熱エネルギーを冷却水等の熱交換流体に付与することで、エネルギーの有効利用を図るようにした蓄熱装置の開発が、進められている。例えば、エンジンにおいては、駆動中に多くの廃熱を発生させる一方で、始動時には熱量を付与することにより起動が円滑になる。蓄熱装置を採用することにより、駆動中の廃熱を蓄熱して始動時のウォームアップに使用することができる。このような蓄熱装置の熱伝達効率を高めるようにした技術も、知られている（例えば、特許文献１−２参照。）。
また、一般的な熱交換器の熱伝達効率を高めた技術についても、種々のものが知られている（例えば、特許文献３参照。）。
特開２００４−２７１１１９公報 特開２００３−３３６９７９公報 特開平５−１４９６８７号公報

特許文献１に示す従来の蓄熱装置を、次の図１１に基づいて説明する。
図１１（ａ）〜（ｃ）は第１の従来の蓄熱装置の概要図である。（ａ）は側方から見た蓄熱装置の断面構成を示し、（ｂ）は蓄熱板並びに二重管の平面構成を示し、（ｃ）は蓄熱板の断面構成を示す（二重管を省略）。

図１１に示すように、従来の蓄熱装置１００は、円筒形密閉タンク１０１の中に、複数の中空円盤状の蓄熱板１０２・・・を多数のスペーサ１０３・・・を介して積層しつつ収容し、さらに、円筒形密閉タンク１０１の中心で、蓄熱板１０２・・・に二重管１０４を貫通させたというものである。蓄熱板１０２は、内部空間に蓄熱材Ａｈを封入した密閉容器である。

流入口１０５から導入された流体Ｆｌｕは、二重管１０４の外管１０６に入り、外管１０６の外周面にある多数の開口（図示せず）から矢印ｆ１・・・に示すように放射状に流出し、蓄熱板１０２，１０２間の隙間１０７・・・を流れつつ蓄熱材Ａｈと熱交換し、矢印ｆ２・・・に示すように上昇して二重管１０４の内管１０８に入り、さらに流出口１０９から導出される。

従来の蓄熱装置１００によれば、隙間１０７・・・を流れる流体Ｆｌｕを、多数のスペーサ１０３・・・によって乱すことにより、蓄熱材Ａｈと流体Ｆｌｕとの間の熱交換効率を、ある程度は高めることができる。しかし、蓄熱板１０２の表面から突出した小さい半円球状のスペーサ１０３・・・に流体Ｆｌｕを当てるだけであるから、流体Ｆｌｕを均一に乱流にすることは容易でない。このような構成で熱交換効率を高めるには、改良の余地がある。熱交換効率を一層高めるには、例えば、特許文献２又は特許文献３に示す従来の技術を採用することが考えられる。

次に、特許文献２に示す従来の蓄熱装置を、図１２に基づいて説明する。
図１２（ａ）〜（ｃ）は第２の従来の蓄熱装置の概要図である。（ａ）は側方から見た蓄熱装置の断面構成を示し、（ｂ）は蓄熱装置の要部を模式的に示し、（ｃ）は蓄熱装置の要部を分解して示す。

図１２に示すように、従来の蓄熱装置２００は、密閉タンク２０１の中に、複数の平盤状のユニット２０２・・・を積層しつつ収容したというものである。ユニット２０２は積層した３個の板材、すなわち、第１の板材２０３と第２の板材２０４と第３の板材２０５とからなる。
これらの板材２０３，２０４，２０５は、それぞれ上面に平坦な凹部２０３ａ，２０４ａ又は２０５ａを有する。この結果、第１の板材２０３の凹部２０３ａに蓄熱材充填空間２０６を設け、第２の板材２０４の凹部２０４ａに排熱温水通路２０７を設け、第３の板材２０５の凹部２０５ａに給温水通路２０８を設けることができる。
図１２（ｃ）に示すように、第１の板材２０３の凹部２０３ａは第１の伝熱フィン２１１を備え、第２の板材２０４の凹部２０４ａは第２の伝熱フィン２１２を備え、第３の板材２０５の凹部２０５ａは第３の伝熱フィン２１３を備える。これらの伝熱フィン２１１〜２１３はコルゲート状を呈する。

図１２（ｂ）に示すように、排熱温水通路２０７を流れる排熱温水Ｗｅは、給温水通路２０８を流れる給温水Ｗｉと熱交換をしつつ、蓄熱材充填空間２０６内の蓄熱材Ａｈと熱交換をすることができる。また、給温水通路２０８を流れる給温水Ｗｉは、排熱温水Ｗｅと熱交換をしつつ、蓄熱材充填空間２０６内の蓄熱材Ａｈと熱交換をすることができる。

従来の蓄熱装置２００によれば、第１・第２・第３の伝熱フィン２１１〜２１３を設けることで、熱交換効率を、ある程度は高めることができる。しかし、伝熱フィン２１１〜２１３を設けるので、製造コストが増大する。また、伝熱フィン２１１〜２１３を設けた分、蓄熱装置２００全体が大型になるとともに重量が増大する。しかも、大がかりな伝熱フィン２１１〜２１３の間に流体を通過させるのであるから、熱交換効率の向上の程度に比べて、流体の圧力損失の増大の程度は極めて大きい。

次に、一般的な熱交換器の熱伝達効率を高めた技術として、特許文献３に示す従来の技術を、次の図１３に基づいて説明する。
図１３（ａ），（ｂ）は従来の熱交換器の概要図である。（ａ）は分解した熱交換器を示し、（ｂ）は熱交換器の断面構成を示す。

図１３に示すように、従来の熱交換器３００は、上下一対の伝熱プレート３０１，３０１を一定の空間３０２（流体通路３０２）を介して互いに向かい合わせ、さらに上下の伝熱プレート３０１，３０１から流体通路３０２を介して互いに相手側のプレート３０１近くまで、多数の細分化された伝熱フィン３０３・・・を延ばすことで、流体通路３０２を流れる流体との伝熱面積を確保したというものである。このような従来の熱交換器３００によれば、伝熱フィン３０３・・・を流体の流れ方向や逆方向へ規則的に傾斜させることで、伝熱フィン３０３・・・の間を通過した流体に乱流を発生させることができる。この結果、熱交換効率を高めることができる。

しかし、このような従来の熱交換器３００では、上下の伝熱プレート３０１，３０１に多数の細分化された伝熱フィン３０３・・・を設ける必要があるので、製造コストが増大する。また、多数の伝熱フィン３０３・・・を設けた分、熱交換器３００全体が大型になるとともに重量が増大する。しかも、大がかりな伝熱フィン３０３・・・の間に流体を通過させるのであるから、熱交換効率の向上の程度に比べて、流体の圧力損失の増大の程度は極めて大きい。

以上の説明から明らかなように、図１１に示す従来の蓄熱装置１００に、図１２に示す従来の蓄熱装置２００又は図１３に示す従来の熱交換器３００の技術を、そのまま採用することはできず、更なる改良の余地がある。

本発明は、蓄熱装置の低コスト化を図りつつ、流体の圧力損失を抑制するとともに、蓄熱材と流体との間での熱交換効率を一層高めた技術を提供することを課題とする。

請求項１に係る発明は、蓄熱材を充填する蓄熱材充填空間とこの蓄熱材充填空間に隣接して流体を通す流体通路とを設けた蓄熱モジュールを備え、蓄熱材と流体との間で熱エネルギーを交換する蓄熱装置において、
蓄熱モジュールを、積層された複数の平板状のプレートで構成し、
これら複数のプレートに各々、一方の面に形成された溝状の流体通路と、他方の面に形成された溝状の蓄熱材充填空間とを備え、
複数のプレートのうち、互いに隣接し合う一対のプレート同士を、流体通路を有する面同士が互いに向かい合うように重ね合わせ、
これら一対のプレートを面方向から見たときに、一方のプレートの流体通路に対して、他方のプレートの流体通路を概ね直交させ、
これらの互いに直交する流体通路同士を、直交する位置で連通させたことを特徴とする。

請求項２に係る発明は、請求項１において、複数のプレートを、それぞれ流体通路を複数形成した四辺形のプレートとし、さらに、複数の流体通路を、四辺形における四辺のうち、互いに対向し合う二辺間に延びる略直線状の通路としたことを特徴とする。

請求項３に係る発明は、請求項２において、蓄熱装置に、四辺形における１つの角を挟んだ二辺に臨む流体導入ヘッダと、この二辺とは異なる他の二辺に臨む流体導出ヘッダとを備えることで、流体導入ヘッダを、複数のプレートに形成され互いに直交し合う各流体通路の各一端に連通し、流体導出ヘッダを、互いに直交し合う各流体通路の各他端に連通するように構成したことを特徴とする。

請求項４に係る発明は、請求項３において、流体導入ヘッダと複数のプレートとの間、及び、流体導出ヘッダと複数のプレートとの間に、蓄熱材充填空間の端と複数の流体通路の端との間を遮断する、遮断板を設けたことを特徴とする。

請求項５に係る発明は、請求項２において、複数の流体通路同士が直交し且つ連通する位置を、一定ピッチで配列した複数位置としたことを特徴とする。

請求項６に係る発明は、請求項１から請求項５のいずれか１項において、他方のプレートが、表裏反転し且つ一方のプレートに対して９０°位相を変えたときに、一方のプレートと同一の形状となる部材であることを特徴とする。

請求項１に係る発明では、積層された複数のプレートにおける各々の片面に、溝状の流体通路を備え、この流体通路を有している面同士が互いに向かい合うように、隣接し合う一対のプレート同士を重ね合わせ、これら一対のプレートを面方向から見たときに、一方のプレートの流体通路に対して、他方のプレートの流体通路を概ね直交させ、さらに、これら互いに直交する流体通路同士を、互いに直交する位置で連通させたことにより、互いに直交している流体通路を流れている流体同士を、直交位置で勢い良く混ぜ合わせることができる。すなわち、互いに直交する流体の流れによって、流体には概ね一定方向に渦を巻く渦流を発生させることができる。
このように流体が渦流になることで、蓄熱材と流体との間の熱伝達効率が高まるので、その分だけ伝熱面積を低減させることができる。伝熱面積が下がるので、蓄熱装置の小型化や軽量化を図ることができる。
しかも、互いに直交している流体通路を流れる流体同士を、直交位置で勢い良く混ぜ合わせて、一定方向に渦を巻く渦流（互いに逆向きの渦流）を発生させるだけであるから、流体の圧力損失を抑制することができる。従って、熱伝達効率を高めるとともに、流体の圧力損失を抑制した高性能の蓄熱装置を提供することができる。
さらには、互いに直交している流体通路同士を、互いに直交する位置で連通させただけの、簡単な構成によって、流体を容易に渦流にすることができる。熱伝達効率の良い蓄熱装置を、安価に生産することができる。
このようにして、蓄熱装置の低コスト化を図りつつ、蓄熱材と流体との間での熱交換効率を一層高めることができる。

請求項２に係る発明では、複数の四辺形のプレートにおいて、互いに対向し合う二辺間に、複数の流体通路を略直線状に延びるように形成したので、積層されたプレート間で互いに直交する複数の流体通路同士を、交差する位置で容易に連通させることができる。しかも、連通させる構成を、より簡単にすることができる。

請求項３に係る発明では、四辺形の１つの角を挟んだ二辺に流体導入ヘッダを臨ませたので、複数のプレートに形成され互いに直交し合う各流体通路の各一端に、流体導入ヘッダを連通させることができる。このため、１個の流体導入ヘッダから、互いに直交し合う各流体通路の各一端に、流体を分配することができる。
また、この二辺とは異なる他の二辺に流体導出ヘッダを臨ませたので、互いに直交し合う各流体通路の各他端に、流体導出ヘッダを連通させることができる。このため、互いに直交し合う各流体通路の各他端から、１個の流体導出ヘッダに、流体を集めて導出することができる。
このように、互いに直交し合う複数の流体通路に対して、流体の導入又は導出をする部材は各々１個ですむ。このため、部品数が少なく簡単な蓄熱装置にすることができる。

請求項４に係る発明では、流体導入ヘッダと複数のプレートとの間、及び、流体導出ヘッダと複数のプレートとの間に遮断板を設けただけの簡単な構成によって、蓄熱材充填空間の端とこの蓄熱材充填空間に隣接した流体通路の端との間を、容易に遮断することができる。

請求項５に係る発明では、複数の流体通路同士を一定ピッチで直交させ且つ連通させたので、流体通路を流れている流体に対して、一定ピッチ毎に渦流を発生させることができる。渦流の発生箇所が多くなるので、蓄熱材と流体との間の熱伝達効率を、より高めることができる。

請求項６に係る発明では、一対のプレートのうち、他方のプレートを表裏反転し且つ一方のプレートに対して９０°位相を変えたときに、一方のプレートと同一の形状となるようにしたので、一方のプレートと他方のプレートとを共用することができる。従って、いずれか一方のプレートを準備すればよい。このため、蓄熱装置を構成する部材の種類を抑制することができ、この結果、製造コストの低減化を図ることができる。

本発明を実施するための最良の形態を添付図に基づいて以下に説明する。
図１は本発明に係る蓄熱装置の分解図である。図１に示すように蓄熱装置１０は、蓄熱モジュール１１と、蓄熱モジュール１１の下面を塞ぐ底板１２と、蓄熱モジュール１１の上面を塞ぐ蓋板１３と、蓄熱モジュール１１の側面を塞ぐ流体導入ヘッダ６０並びに流体導出ヘッダ７０と、蓄熱モジュール１１の側面と各ヘッダ６０，７０との間に介在する４個の遮断板８０・・・とからなる。

先に蓄熱モジュール１１について説明し、その後に他の部材１２，１３，６０〜８０について説明する。
蓄熱モジュール１１は、積層された複数の平板状のプレート２０・・・（・・・は複数を示す。以下同じ）からなり、複数の蓄熱材充填空間３０・・・及び複数の流体通路４０・・・を一体に備える。プレート２０・・・について、以下に説明する。

図２は本発明に係る蓄熱モジュールにおける一対のプレートを分解した状態で表した斜視図であり、図１に対応させて表した。図３は本発明に係る蓄熱モジュールにおける複数のプレートの平面図である。

図２及び図３に示すように、複数のプレート２０・・・は、それぞれ四辺形のプレート（板）である。この四辺形は、４つの内角が全て直角な方形（長方形を含む）であることが好ましく、さらには、正方形であることが最も好ましい。以下、複数のプレート２０・・・については、正方形である構成を例に説明する。

ここで、図３に示すように、プレート２０の四辺に符号を付し、図時計回りに第１辺２１、第２辺２２、第３辺２３及び第４辺２４と言うことにする。四辺２１〜２４のうち、第１辺２１と第３辺２３とは互いに対向し合う二辺である。この二辺２１，２３とは異なる他の二辺、すなわち、第２辺２２と第４辺２４とは互いに対向し合う二辺である。

第１辺２１と第２辺２２とで挟んだ角２５を第１の角２５と言い、第２辺２２と第３辺２３とで挟んだ角２６を第２角２６と言い、第３辺２３と第４辺２４とで挟んだ角２７を第３角２７と言い、第４辺２４と第１辺２１とで挟んだ角２８を第４角２８と言う。これらの角２５〜２８は全て直角である。

図２に示すように、上下一対のプレート２０，２０のうち、上側のプレート２０のことを第１のプレート２０Ａと言い、下側のプレート２０のことを第２のプレート２０Ｂと言うことにする。第１のプレート２０Ａは、溝状の複数の蓄熱材充填空間３０・・・及び溝状の複数の流体通路４０・・・を備えた、一方のプレートである。

図２及び図３に示すように、複数の蓄熱材充填空間３０・・・及び溝状の複数の流体通路４０・・・は、互いに平行に配置した略直線状の通路であり、１個ずつ交互に配列したものである。このように配列することで、各蓄熱材充填空間３０・・・に対して各流体通路４０・・・を個別に隣接させることができる。
複数の蓄熱材充填空間３０・・・は一定の等ピッチで配列し、複数の流体通路４０・・・も一定の等ピッチで配列することになる。これらの蓄熱材充填空間３０・・・及び流体通路４０・・・は、互いに対向し合う二辺間、すなわち、第１辺２１から第３辺２３まで延びて貫通している。

一方、第２のプレート２０Ｂは、表裏反転し且つ第１のプレート２０Ａに対して位相を９０°だけ変えたときに、第１のプレート２０Ａと同一の形状となる、他方のプレートである。つまり、第２のプレート２０Ｂは、第１のプレート２０Ａと全く同一の部材を、表裏逆向きに配置し且つ位相を９０°だけ変えた構成である。

このように、一対のプレート２０Ａ，２０Ｂのうち、第２のプレート２０Ｂを表裏反転し且つ第１のプレート２０Ａに対して９０°位相を変えたときに、第１のプレート２０Ａと同一の形状となるようにしたので、第１のプレート２０Ａと第２のプレート２０Ｂとを共用することができる。従って、いずれか一方のプレートを準備すればよい。このため、蓄熱装置１０を構成する部材の種類を抑制することができ、この結果、製造コストの低減化を図ることができる。

位相を９０°変えたので、これら一対のプレート２０Ａ，２０Ｂを面方向から見たとき（すなわち、図３を紙面の表裏方向から見たとき）に、第１のプレート２０Ａにおける蓄熱材充填空間３０・・・並びに流体通路４０・・・に対して、第２のプレート２０Ｂにおける蓄熱材充填空間３０・・・並びに流体通路４０・・・は、概ね直交することになる。なお、概ね直交には、完全に直交するものを含むものとする。

複数の蓄熱材充填空間３０・・・は、底３１・・・に、長手方向に一定ピッチで上下貫通した（すなわち、板厚方向に貫通した）複数の蓄熱材通過孔３２・・・を有する。蓄熱材通過孔３２・・・は、蓄熱モジュール１１全体の蓄熱材通過孔でもある。

図４（ａ），（ｂ）は本発明に係る複数のプレートの断面構成図である。（ａ）は、図２の４−４線方向の断面構成を表した図であり、上側の第１のプレート２０Ａと下側の第２のプレート２０Ｂとを互いに向かい合わせにした分解状態を示す。
図２及び図４（ａ）に示すように、上側の第１のプレート２０Ａは、水平な下側の板面２０ａ（第２のプレート２０Ｂと対向する一方の面２０ａ）に形成された複数の流体通路４０・・・と、水平な上側の板面２０ｂ（他方の面２０ｂ）に形成された複数の蓄熱材充填空間３０・・・とを有する。このような第１のプレート２０Ａは、例えばアルミニウム合金等の金属製板材のプレス成形品である。

より詳しく説明すると、第１のプレート２０Ａは、下側の板面２０ａから上方へ窪んだ流体通路４０と、下側の板面２０ａと面一である凸面部５１（底５１）を有する凸条５０とを、板面２０ａに沿って交互に且つ横１列に配列したものである。流体通路４０と凸条５０とは、略直角四辺形の断面を呈する。さらに流体通路４０の底４１及び凸条５０の凸面部５１は、板面２０ａに平行で平坦な部分である。

上述のように、第１のプレート２０Ａが板材のプレス成形品であるから、凸条５０を上の板面２０ｂ側から見たときに、凹凸形状は反転する。すなわち、第１のプレート２０Ａにおける凸条５０の裏側の部分は窪む。この裏側の窪んだ部分（すなわち、溝）が蓄熱材充填空間３０となる。このようにして、第１のプレート２０Ａに流体通路４０・・・及び蓄熱材充填空間３０・・・を形成した。

複数のプレート２０・・・のうち、互いに隣接し合う一対のプレート２０Ａ，２０Ｂ同士は、流体通路４０・・・を有する面２０ａ，２０ａ同士が互いに向かい合うように重なり合っている。
複数の第１のプレート２０Ａ，２０Ａと複数の第２のプレート２０Ｂ，２０Ｂとを交互に重ね合わせることで、複数の流体通路４０・・・同士並びに複数の凸条５０・・・同士を互いに向かい合わせ、凸面部５１，５１同士を重ね合わせた構成を図４（ｂ）に示す。
この状態において、凸条５０，５０の凸面部５１，５１同士を接合することで、プレート２０，２０同士を接合して、蓄熱モジュール１１を構成することができる。なお、接合としては溶接、ロウ付け、接着等がある。

このような構成にすることで、第１のプレート２０Ａにおける蓄熱材充填空間３０は、第２のプレート２０Ｂの板面２０ａで区切られた空間となる。第２のプレート２０Ｂにおける蓄熱材充填空間３０は、第１のプレート２０Ａの板面２０ａで区切られた空間となる。これらの蓄熱材充填空間３０・・・は蓄熱材Ｓｈを充填するものである。

一方、第１のプレート２０Ａにおける流体通路４０は、第２のプレート２０Ｂの板面２０ａで区切られた空間となる。第２のプレート２０Ｂにおける流体通路４０は、第１のプレート２０Ａの板面２０ａで区切られた空間となる。これらの流体通路４０・・・は流体Ｆｕを通すものである。

蓄熱材Ｓｈは、液体から固体に相変化を伴う材料（潜熱蓄熱材）であり、具体的にはパラフィン系のもの、エリスリトール、キシリトール、ソルビトール等の糖アルコール系のもの、硝酸マグネシウム６水和物等の塩水和物等からなる。
流体Ｆｕは、蓄熱材Ｓｈと互いに熱交換し得る液体、すなわち熱交換流体（冷媒、熱媒）であって、例えばエンジン冷却用の冷却水である。流体Ｆｕには冷水や温水も含む。

流体通路４０は蓄熱材充填空間３０に隣接し、この蓄熱材充填空間３０よりも幅狭の空間である。蓄熱材充填空間３０と流体通路４０とは、壁２０ｃによって互いに区切られているので、互いに非連通である。この壁２０ｃは、蓄熱材充填空間３０と流体通路４０との間で熱交換をするための、伝熱板の役割を兼ねる。壁２０ｃの厚みは、第１・第２のプレート２０Ａ，２０Ｂの１枚の板厚に相当するので、極めて薄い。さらには、壁２０ｃはプレート１枚だけであるから、均一な厚みである。この結果、蓄熱材充填空間３０に充填された蓄熱材Ｓｈと、流体通路４０を流れる流体Ｆｕとの間で、熱エネルギーの交換を均一に行うことができるので、熱交換効率をより一層高めることができる。

図５（ａ），（ｂ）は本発明に係る上下一対の流体通路同士が交差する部分の構成図である。（ａ）は上下の流体通路４０，４０同士が互いに交差する位置で連通した構成を示す。（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ線断面構成を示す。

図２及び図５に示すように、第１のプレート２０Ａに形成された流体通路４０は、下方が開放した細長い溝である。また、第２のプレート２０Ｂに形成された流体通路４０は、上方が開放した細長い溝である。このため、上下一対の流体通路４０，４０同士は、互いに交差する位置で連通することになる。つまり、上下一対の流体通路４０，４０間には、互いに連通する連通部４４を有する。

図２及び図５に示すように、一対のプレート２０Ａ，２０Ｂを面方向（図５の矢印Ｌｏ側）から見たときに、第１のプレート２０Ａにおける流体通路４０に対して、第２のプレート２０Ｂにおける流体通路４０は概ね直交しており、これらの互いに直交する流体通路４０，４０同士は、直交する位置で連通している。

上述のように、複数の流体通路４０・・・は一定の等ピッチで配列されている。従って、図２及び図３に示すように、一対のプレート２０Ａ，２０Ｂ間で、複数の流体通路４０・・・同士が直交して連通する位置は、一定ピッチで配列した複数位置である。

次に、蓄熱装置１０における他の部材について説明する。
図１に示すように、底板１２は、蓄熱モジュール１１に外周の輪郭を合わせた平板である。蓋板１３は、蓄熱モジュール１１に外周の輪郭を合わせた平板であり、２個の充填孔１３ａ，１３ａを有する。これらの充填孔１３ａ，１３ａは、蓄熱モジュール１１における蓄熱材通過孔３２・・・の位置に合わせて貫通した貫通孔であり、エア抜き孔を兼ねる。１個の充填孔１３ａから全ての蓄熱材充填空間３０・・・に蓄熱材Ｓｈ（図４（ｂ）参照）を充填した後に、各充填孔１３ａ，１３ａをプラグ１４，１４で塞ぐことになる。

底板１２及び蓋板１３は、アルミニウム合金等の金属品や樹脂成形品等からなる。蓄熱モジュール１１、底板１２及び蓋板１３の各合わせ面は、ロウ付け、溶接、接着等によって、互いにシールを施すとともに互いに一体的に組付けることができる。また、パッキンの封入によってシールを施してもよい。

図６は本発明に係る蓄熱装置の平面図、図７は図６の７−７線断面図、図８は図６の８−８線断面図、図９は図６の９−９線断面図である。図１０は本発明に係る蓄熱装置の要部断面図であり、図７に対応させて表した。

図１及び図６に示すように、蓄熱装置１０は、複数のプレート２０・・・における第１辺２１及び第２辺２２の全体に臨む流体導入ヘッダ６０と、第３辺２３及び第４辺２４の全体に臨む流体導出ヘッダ７０と、複数のプレート２０・・・の４辺にそれぞれ被せた４個の遮断板８０・・・とを備えたことを特徴とする。

図１及び図６〜図９に示すように、流体導入ヘッダ６０は、複数のプレート２０・・・に形成されて互いに直交し合う各流体通路４０・・・の各一端４２・・・に連通するように、平面視略Ｌ字状を呈し、そのコーナに導入口６１を有する。
この流体導入ヘッダ６０は、プレート２０・・・側を開放した略コ字状断面体であり、複数のプレート２０・・・における第１辺２１及び第２辺２２の全体を覆うように被せることで、全ての流体通路４０・・・の各一端４２・・・に流体Ｆｕを導入することができる。

流体導出ヘッダ７０は、互いに直交し合う各流体通路４０・・・の各他端４３・・・に連通するように、平面視略Ｌ字状を呈し、そのコーナに導出口７１を有する。
この流体導出ヘッダ７０は、プレート２０・・・側を開放した略コ字状断面体であり、複数のプレート２０・・・における第３辺２３及び第４辺２４の全体を覆うように被せることで、全ての流体通路４０・・・の各他端４３・・・から流体Ｆｕを導出することができる。

例えば、図６に示すように、導入口６１をエンジン９１における水冷ジャケットの出口にホース９２にて接続するとともに、導出口７１を水冷ジャケットの入口にホース９３にて接続することができる。

図１及び図６〜図１０に示すように、４個の遮断板８０・・・は、蓄熱材充填空間３０・・・の端３３・・・（図８参照）を、複数の流体通路４０・・・の端４２・・・，４３・・・（特に図７、図９参照）や各ヘッダ６０，７０から遮断する部材である。遮断板８０・・・は、流体導入ヘッダ６０と複数のプレート２０・・・との間、及び、流体導出ヘッダ７０と複数のプレート２０・・・との間に設けたものである。これらの遮断板８０・・・は、それぞれ複数の流体通路４０・・・の端４２・・・，４３・・・に対応して貫通した多数の通過孔８１・・・だけを有する平板状のプレートからなる。

このように、流体導入ヘッダ６０と複数のプレート２０・・・との間、及び、流体導出ヘッダ７０と複数のプレート２０・・・との間に遮断板８０・・・を設けただけの簡単な構成によって、蓄熱材充填空間３０・・・の端３３・・・とこの蓄熱材充填空間３０・・・に隣接した流体通路４０・・・の端４２・・・，４３・・・との間を、容易に遮断することができる。さらには、蓄熱材充填空間３０・・・の端３３・・・と各ヘッダ６０，７０との間を、容易に遮断することができる。従って、蓄熱材充填空間３０・・・に充填された蓄熱材Ｓｈと、各ヘッダ６０，７０や流体通路４０・・・を通る流体Ｆｕとを、完全に且つ容易に遮断することができる。

次に、上記構成の蓄熱装置１０の作用を説明する。
図６、図７及び図９に示すように、エンジン９１を冷却した高温の流体Ｆｕは、水冷ジャケットからホース９２を介して導入口６１に入り、流体導入ヘッダ６０及び２個の遮断板８０，８０を通って、蓄熱モジュール１１に流れる。
さらに流体Ｆｕは、蓄熱モジュール１１において、互いに直交し合う各流体通路４０・・・の各一端４２・・・（図７、図９参照）に入り、流体通路４０・・・内を直線状の溝に沿って通過し、各他端４３・・・（図７、図９参照）に流れる。
さらに流体Ｆｕは、各他端４３・・・から２個の遮断板８０，８０並びに流体導出ヘッダ７０を通って、導出口７１からホース９３を介してエンジン９１の水冷ジャケットに戻る。

このようにして、蓄熱モジュール１１において、複数の蓄熱材充填空間３０・・・に充填された蓄熱材Ｓｈと、複数の流体通路４０・・・を流れる流体Ｆｕとの間で、熱交換をすることができる。

ところで図５に示すように、流体Ｆｕは、第１のプレート２０Ａに形成された流体通路４０、及び、第２のプレート２０Ｂに形成された流体通路４０の両方を流れる。
これらの流体Ｆｕ，Ｆｕ同士は、直交する位置の連通部４４を介して勢い良く混ざり合う。つまり、互いに交差する流体Ｆｕ，Ｆｕの流れによって、流体Ｆｕ，Ｆｕに一定方向の渦流（乱流）が発生する。

ここで、上記蓄熱装置１０の構成・作用をまとめて説明する。
図１、図４及び図５に示すように、蓄熱装置１０は、蓄熱材Ｓｈを充填する蓄熱材充填空間３０・・・とこの蓄熱材充填空間３０に隣接して流体Ｆｕを通す流体通路・・・とを設けた蓄熱モジュール１１を備え、蓄熱材Ｓｈと流体Ｆｕとの間で熱エネルギーを交換するものにおいて、
蓄熱モジュール１１を、積層された複数の平板状のプレート２０・・・で構成し、
これら複数のプレート２０・・・に各々、一方の面２０ａに形成された溝状の流体通路４０・・・と、他方の面２０ｂに形成された溝状の蓄熱材充填空間３０・・・とを備え、
複数のプレート２０・・・のうち、互いに隣接し合う一対のプレート２０Ａ，２０Ｂ同士を、流体通路４０・・・を有する面２０ａ，２０ａ同士が互いに向かい合うように重ね合わせ、
これら一対のプレート２０Ａ，２０Ｂを面方向から見たときに、一方のプレート２０Ａの流体通路４０・・・に対して、他方のプレート２０Ｂの流体通路４０・・・を概ね直交させ、
これらの互いに直交する流体通路４０・・・同士を、直交する位置で連通させた構成である。

すなわち、蓄熱モジュール１１は、図４及び図５に示すように、積層された複数のプレート２０・・・における各々の片面に、溝状の流体通路４０・・・を備え、この流体通路４０・・・を有している面同士が互いに向かい合うように、隣接し合う一対のプレート２０Ａ，２０Ｂ同士を重ね合わせ、これら一対のプレート２０Ａ，２０Ｂを面方向から見たときに、一方のプレート２０Ａの流体通路４０・・・に対して、他方のプレート２０Ｂの流体通路・・・を概ね直交させ、さらに、これら互いに直交する流体通路４０・・・同士を、互いに直交する位置で連通させた構成である。

このようにすることで、図５に示すように、互いに直交している流体通路４０，４０を流れている流体Ｆｕ，Ｆｕ同士を、直交位置で勢い良く混ぜ合わせることができる。すなわち、互いに直交する流体Ｆｕ，Ｆｕの流れによって、流体Ｆｕには概ね一定方向に渦を巻く渦流（互いに逆向きの渦流）を発生させることができる。

流体Ｆｕ，Ｆｕが渦流になることで、蓄熱材Ｓｈ（図４参照）と流体Ｆｕとの間の熱伝達効率が高まるので、その分だけ伝熱面積を低減させることができる。伝熱面積が下がるので、蓄熱装置１０の小型化や軽量化を図ることができる。

しかも、互いに直交している流体通路４０，４０を流れる流体Ｆｕ，Ｆｕ同士を、直交位置で勢い良く混ぜ合わせて、一定方向に渦を巻く渦流（互いに逆向きの渦流）を発生させるだけであるから、流体Ｆｕの圧力損失を抑制することができる。従って、熱伝達効率を高めるとともに、流体Ｆｕの圧力損失を抑制した高性能の蓄熱装置１０を提供することができる。

さらには、互いに直交している流体通路４０，４０同士を、互いに直交する位置で連通させただけの、簡単な構成によって、流体Ｆｕを容易に渦流にすることができる。熱伝達効率の良い蓄熱装置１０を、安価に生産することができる。
このようにして、蓄熱装置１０の低コスト化を図りつつ、蓄熱材Ｓｈと流体Ｆｕとの間での熱交換効率を一層高めることができる。

蓄熱モジュール１１は、図２及び図３に示すように、複数の流体通路４０・・・同士を一定ピッチで直交させ且つ連通させたので、流体通路４０・・・を流れている流体Ｆｕに対して、一定ピッチ毎に渦流を発生させることができる。渦流の発生箇所が多くなるので、蓄熱材Ｓｈ（図４（ｂ）参照）と流体Ｆｕとの間の熱伝達効率を、より高めることができる。

さらに蓄熱モジュール１１は、図１、図６、図７及び図９に示すように、複数のプレート２０・・・、すなわち、四辺形の１つの角２５を挟んだ二辺（第１辺２１及び第２辺２２）に流体導入ヘッダ６０を臨ませたので、複数のプレート２０・・・に形成され互いに直交し合う各流体通路４０・・・の各一端４２・・・に、流体導入ヘッダ６０を連通させることができる。このため、１個の流体導入ヘッダ６０から、互いに直交し合う各流体通路４０・・・の各一端４２・・・に、流体を分配することができる。

また、この二辺２１，２２とは異なる他の二辺（第３辺２３及び第４辺２４）に流体導出ヘッダ７０を臨ませたので、互いに直交し合う各流体通路４０・・・の各他端４３・・・に、流体導出ヘッダ７０を連通させることができる。このため、互いに直交し合う各流体通路４０・・・の各他端４３・・・から、１個の流体導出ヘッダ７０に、流体Ｆｕを集めて導出することができる。

このように、互いに直交し合う複数の流体通路４０・・・に対して、流体Ｆｕの導入又は導出をする部材６０，７０は各々１個ですむ。このため、部品数が少なく簡単な蓄熱装置１０にすることができる。

なお、本発明は実施の形態では、蓄熱装置１０を配置する向きは任意である。蓄熱装置１０の用途や他の装置とのレイアウト等に合わせて、上下左右自由である。
また、蓄熱モジュール１１は樹脂成形品であってもよく、蓄熱モジュール１１の数量は複数であってもよい。
また、第１・第２のプレート２０Ａ，２０Ｂ同士の接合、蓄熱モジュール１１に対する底板１２及び蓋板１３の接合については、それぞれのプレートをブレージングシートにて構成することで、ロウ付けするようにしてもよい。ブレージングシートとは、母材の片面又は両面に、圧延加工などによってロウをクラッドして作った板のことである。

本発明の蓄熱装置１０は、蓄熱材Ｓｈと熱交換流体Ｆｕとの間で熱エネルギーの交換をする形式の装置であるから、エンジン９１の廃熱を回収するとともに、この回収された廃熱を利用してエンジン９１の始動時のウォームアップに使用する装置に好適である。

本発明に係る蓄熱装置の分解図である。 本発明に係る蓄熱モジュールにおける一対のプレートを分解した状態で表した斜視図である。 図３は本発明に係る蓄熱モジュールにおける複数のプレートの平面図である。 本発明に係る複数のプレートの断面構成図である。 本発明に係る上下一対の流体通路同士が交差する部分の構成図である。 本発明に係る蓄熱装置の平面図である。 図６の７−７線断面図である。 図６の８−８線断面図である。 図６の９−９線断面図である。 本発明に係る蓄熱装置の要部断面図である。 第１の従来の蓄熱装置の概要図である。 第２の従来の蓄熱装置の概要図である。 従来の熱交換器の概要図である。

符号の説明

１０…蓄熱装置、１１…蓄熱モジュール、２０…平板状のプレート、２０Ａ…一方のプレート（第１のプレート）、２０Ｂ…他方のプレート（第２のプレート）、２０ａ…流体通路を有する面、３０…蓄熱材充填空間、３３…蓄熱材充填空間の端、４０…流体通路、４２…流体通路の一端、４３…流体通路の他端、４４…連通部、６０…流体導入ヘッダ、７０…流体導出ヘッダ、８０…遮断板、Ｆｕ…流体、Ｓｈ…蓄熱材。

Claims (6)

1. 蓄熱材を充填する蓄熱材充填空間とこの蓄熱材充填空間に隣接して流体を通す流体通路とを設けた蓄熱モジュールを備え、蓄熱材と流体との間で熱エネルギーを交換する蓄熱装置において、
   前記蓄熱モジュールは、積層された複数の平板状のプレートからなり、
   これら複数のプレートは各々、一方の面に形成された溝状の前記流体通路と、他方の面に形成された溝状の前記蓄熱材充填空間とを備え、
   前記複数のプレートのうち、互いに隣接し合う一対のプレート同士は、前記流体通路を有する面同士が互いに向かい合うように重なり合っており、
   これら一対のプレートを面方向から見たときに、一方のプレートの流体通路に対して、他方のプレートの流体通路は概ね直交しており、
   これらの互いに直交する流体通路同士は、直交する位置で連通していることを特徴とした蓄熱装置。
2. 前記複数のプレートは、それぞれ前記流体通路を複数形成した四辺形のプレートであり、前記複数の流体通路は、前記四辺形における四辺のうち、互いに対向し合う二辺間に延びる略直線状の通路であることを特徴とした請求項１記載の蓄熱装置。
3. 前記蓄熱装置は、前記四辺形における１つの角を挟んだ二辺に臨む流体導入ヘッダと、この二辺とは異なる他の二辺に臨む流体導出ヘッダとを備えることで、流体導入ヘッダを、前記複数のプレートに形成され互いに直交し合う前記各流体通路の各一端に連通し、流体導出ヘッダを、互いに直交し合う前記各流体通路の各他端に連通するように構成したことを特徴とする請求項２記載の蓄熱装置。
4. 前記流体導入ヘッダと前記複数のプレートとの間、及び、前記流体導出ヘッダと前記複数のプレートとの間に、前記蓄熱材充填空間の端と前記複数の流体通路の端との間を遮断する、遮断板を設けたことを特徴とする請求項３記載の蓄熱装置。
5. 前記複数の流体通路同士が直交し且つ連通する位置は、一定ピッチで配列した複数位置であることを特徴とした請求項２記載の蓄熱装置。
6. 前記他方のプレートは、表裏反転し且つ前記一方のプレートに対して９０°位相を変えたときに、前記一方のプレートと同一の形状となる部材であることを特徴とした請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の蓄熱装置。
   

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