JP2013231383A - 熱供給機構 - Google Patents

Abstract

【課題】熱の発生を時間的にシフトさせることで、その熱をより効率的に利用可能として、駆動機関の作動効率を向上させ、またエネルギーロスを低減する。
【解決手段】相変化によって熱を蓄え、過冷却状態を安定状態とすることで放熱する蓄熱材が用いられる蓄熱部と、蓄熱部に対して熱を供給する熱供給部と、蓄熱部からの放熱を利用する熱受容部とを備え、熱供給部が、駆動機関の機関運動に伴って発生する熱を供給する部位であると共に、前記蓄熱部には、電気的または熱的な信号によって、前記蓄熱材の過冷却状態を安定状態へ相変化させる起動部が備えられ、前記熱受容部が、駆動機関およびその補機関において、予熱されることで、その作動効率が向上またはエネルギーロスが低減する部位である。
【選択図】なし

Description

本発明は、例えば自動車エンジン等の駆動機関の駆動によって発生する熱を利用して、該駆動機関の作動を熱的に補助して、その作動効率等を向上させる熱供給機構に関する。

近年、例えば酢酸ナトリウム３水和物（ＣＨ₃ＣＯＯＮａ・３Ｈ₂Ｏ）等の過冷却状態(液体)で熱を保持し、この過冷却状態を安定状態(固体)へ移行させることで、保持した熱を放出する蓄熱材が知られるようになってきた。

そして、このような蓄熱材を用いることで、再利用可能な携帯型の発熱体が実用化されている

しかし、一度放熱した蓄熱材は固体となって放熱しなくなるため、そのままでは使えない、再度利用するためには、別途に熱を加えて、固体となった蓄熱材を過冷却状態となって熱を保持した状態に戻す必要がある。

本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、蓄熱材からの熱を利用することで、駆動機関の作動効率が向上またはエネルギーロスが低減すると共に、該駆動機関から発生する熱・エネルギーを利用することで、蓄熱材を熱を保持した状態へ戻す（回復）させる熱供給機構を提供することにある。

本発明の請求項１記載の熱供給機構は、相変化によって熱を蓄え、過冷却状態を安定状態とすることで放熱する蓄熱材が用いられる蓄熱部と、
前記蓄熱部に対して熱を供給する熱供給部と、
前記蓄熱部からの放熱を利用する熱受容部とを備え、
前記熱供給部が、駆動機関の機関運動に伴って発生する熱を供給する部位であると共に、
前記蓄熱部には、電気的または熱的な信号によって、前記蓄熱材の過冷却状態を安定状態へ相変化させる起動部が備えられ、
前記熱受容部が、駆動機関およびその補機関において、予熱されることで、その作動効率が向上またはエネルギーロスが低減する部位であることを特徴とする。

また、本発明の請求項２記載の熱供給機構は、前記蓄熱部と、熱供給部とは、該蓄熱部および熱供給部とは別に構成された熱入力管路で熱的に接続されていることを特徴とする。

更に、本発明の請求項３記載の熱供給機構は、前記蓄熱部と、熱受容部とは、該蓄熱部および熱受容部とは別に構成された熱出力管路で熱的に接続されていることを特徴とする。

更にまた、本発明の請求項４記載の熱供給機構は、前記駆動機関およびその補機関で使用される流体が、前記熱入力管路または／および熱出力管路の熱媒体として利用されることを特徴とする。

本発明の熱供給機構によれば、熱の発生を時間的にシフトさせることで、その熱をより効率的に利用可能として、駆動機関の作動効率を向上させ、またエネルギーロスを低減できる。

また、本発明の熱供給機構によれば、蓄熱部と、熱供給部と、熱受容部とを、別に構成された前記熱入力管路または／および熱出力管路で熱的に接続するため、その機構構成を柔軟に設計できる。従って、前記蓄熱部と、熱供給部と、熱受容部とが、互いに離間した状態にあっても、複雑に入り組んだ構成になっていても、容易に対応できる。

更に、本発明の熱供給機構によれば、駆動機関およびその補機関で使用される流体を、前記熱入力管路または／および熱出力管路の熱媒体として利用するので、別途、余分なコスト等をかけることなく、熱供給機構を既存の駆動機構に組み込むことができる。

次に、本発明の実施形態について一例を挙げて説明する。実施例に係る熱供給機構１は、自動車のエンジンルーム内に配置されるものであって、熱供給部としてのラジエター１２と、熱受容部としてのバッテリー１４と、該バッテリー１４の全側面と底面とを、直接接触して覆うように配置される蓄熱部１０とから、基本的に構成される。

そして、前記蓄熱部１０とラジエター１２とは、熱入力管路１６で熱的に接続されている。具体的には、前記熱入力管路１６は、ラジエター１２の一部に接触する熱入力管路熱入力部１６ａと、前記蓄熱部１０の少なくとも底面に対して接触する熱入力管路熱供給部１６ｂと、該熱入力管路熱入力部１６ａおよび熱入力管路熱供給部１６ｂを熱的に接続する循環路１６ｃとからなる。前記循環路１６ｃは２系統あり、一系統は熱入力管路熱入力部１６ａから熱入力管路熱供給部１６ｂに対して熱媒体（熱）を運び、もう一系統は、熱入力管路熱供給部１６ｂで熱を放出した熱媒体を、再び熱入力管路熱入力部１６ａに戻すようになっている。

ここで熱媒体としては、例えば不凍液、各種オイルが、その粘度特性や耐熱・耐食性等によって適宜選択されて使用される。
なお、本実施例ではラジエター１２と熱入力管路１６とは接触しているが、熱が充分に伝達されるのであれば、離間していても構わない。前記蓄熱部１０と、バッテリー１４との間も同様である。
この他、前記蓄熱部１０は、バッテリー１４の全側面と底面と覆っているが、例えば寒冷時にバッテリー１４に充分な起電力を発生させる程度の熱を供給できることを考慮して、覆う部位を決定してもよい。

前記蓄熱部１０に用いられる蓄熱材としては、過冷却状態を安定状態とすることで放熱する蓄熱材であれば何れも使用できる。代表的なものとして、酢酸ナトリウム３水和物、メソ・エリスリトール等が挙げられる。

また、前記蓄熱部１０には、前記蓄熱材の過冷却状態を安定状態へ相変化させる起動部１０ａが備えられている。この起動部１０ａは、前記蓄熱部１０の蓄熱材の内部に入っており、電気的または熱的な信号を受信することで、物理的衝撃を発生させる機構である。
この起動部１０ａは、本実施例のような自動車においては、エンジンスターターを起動させるエンジンキーに連動している。そして、エンジンキーが所謂「ＡＣＣ(アクセサリー)」に操作されると、その操作が電気的に起動部１０ａに伝達され、該起動部１０ａが物理的衝撃を発生させるようになっている。

なおバッテリ−１４に対する放熱(熱の供給)は、車体が冷えているエンジン始動時のみでよいので、エンジンルーム内が一定以上の温度であれば、前記起動部１０ａが、エンジンキーの位置によらず作動不可となっている。
この他、別途のスイッチを前記起動部１０ａのスターターとしてもよい。更にディーゼルエンジンのように、エンジン起動前に一定時間のエンジン起動滞留時間を設けるようにして、蓄熱部１０の熱がバッテリー１４に充分に供給されるようにしてもよい。

以下に本実施例の作用を記載する。初期状態として、蓄熱材１０が蓄熱しており、自動車は始動前で車両各部は外気温と略同等になっているとする。
まず、自動車のエンジンキーを操作することで、「ＡＣＣ」位置にされると、その動作が起動部１０ａに電気信号として伝達され、該起動部１０ａが作動して、蓄熱材内で物理的衝撃を発生させる。
この物理的衝撃によって、蓄熱材は過冷却状態から安定状態に移行すると共に、潜熱を放出することになる。
すると、蓄熱部１０からの熱が、直接接触しているバッテリー１４に伝わり、その起電力を向上させる。

その後、エンジンキーは「ＳＴＡＲＴ(スタート位置)」にされ、スターターが始動する際には、バッテリー１４が暖められるために、充分な機動力を発揮することになる。このため、スターターがよりスムーズに始動されることになる。

エンジン始動後、エンジンから発生する熱は冷却機構であるラジエター１２によって外部に排熱される。このとき、この熱が熱入力管路１６を介して蓄熱部１０に伝達される。
一度、過冷却状態から安定状態に移行した蓄熱材は、固体状態となっているが、前記熱入力管路１６を介して伝えられ熱によって、再び過冷却状態に戻ることになる。
そして、上述したサイクルを繰り返すことで、本来排されるはずだった熱を蓄熱し、これをエンジンスタート時に利用することで、効率的なエネルギー利用を達成するようになっている。

(変更例)
上記実施例では、蓄熱部１０は、バッテリー１４に直接接触しているが、この形態に限定されず、その間に熱出力管路を配して、該熱出力管路を介して蓄熱部１０からの熱を間接的にバッテリー１４に伝えるようにしてもよい。

また上記実施例では、蓄熱部１０は、ラジエター１２に対して熱入力管路１６で熱的に接続されているが、この形態に限定されず、該蓄熱部１０がラジエター１２に対して直接接触する形態としてもよい。この場合、熱の移動がより効率的になされるため、エネルギー効率が向上する。

更に、上記実施例では、熱供給部としてラジエター１２が、熱受容部としてバッテリー１４が例示されているが、これに限定されない。 前記熱供給部として、自動車であれば熱を発生させるエンジン本体、エンジンに付属する変速機構、潤滑機構や、電気自動車であればモーター、コンバーター、バスバー等を利用してもよい。
また、前記熱受容部としては、予熱されることで、その作動効率が向上(例えば燃費向上)またはエネルギーロスが低減(例えば暖機時間の短縮)する部位であれば、何れも対象となる。その他、暖房補助、排ガス消化等の熱源としても利用可能である。

更に、例えばラジエター１２から適宜配管を設けて、この配管を前記熱入力管路または／および熱出力管路として利用し、該ラジエター１２の流体である不凍液を、該熱入力管路または／および熱出力管路の熱媒体として利用する形態も採用可能である。

１０ 蓄熱部、１２ 熱供給部、１４ 熱受容部、
１０ａ 起動部、１６ 熱入力管路

Claims (4)

1. 相変化によって熱を蓄え、過冷却状態を安定状態とすることで放熱する蓄熱材が用いられる蓄熱部と、
   前記蓄熱部に対して熱を供給する熱供給部と、
   前記蓄熱部からの放熱を利用する熱受容部とを備え、
   前記熱供給部が、駆動機関の機関運動に伴って発生する熱を供給する部位であると共に、
   前記蓄熱部には、電気的または熱的な信号によって、前記蓄熱材の過冷却状態を安定状態へ相変化させる起動部が備えられ、
   前記熱受容部が、駆動機関およびその補機関において、予熱されることで、その作動効率が向上または駆動初期のエネルギーロスが低減する部位である
   ことを特徴とする熱供給機構。
2. 前記蓄熱部と、熱供給部とは、該蓄熱部および熱供給部とは別に構成された熱入力管路で熱的に接続されている請求項１に記載の熱供給機構。
3. 前記蓄熱部と、熱受容部とは、該蓄熱部および熱受容部とは別に構成された熱出力管路で熱的に接続されている請求項１また請求項２に記載の熱供給機構。
4. 前記駆動機関およびその補機関で使用される流体が、前記熱入力管路または／および熱出力管路の熱媒体として利用される請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の熱供給機構。