JP4726770B2 - 蓄熱装置 - Google Patents

Description

本発明は、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関する。

蓄熱材に熱エネルギーを蓄え、蓄えられた熱エネルギーを冷却水等の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が知られている。
この蓄熱装置は、蓄熱材に流体からの熱が十分に蓄えられ、蓄熱材が流体と同じ温度になると、その後は蓄熱材に有効に蓄熱されない。
蓄熱材に熱が十分に蓄えられた状態で、蓄熱装置の内部、すなわち蓄熱材に流体を導くことは無駄な流路抵抗になり、圧力損失を生じる虞がある。

蓄熱装置による圧力損失を防ぐために、蓄熱材に熱を蓄えるとき流体を蓄熱材側に流し、蓄熱材に熱が十分に蓄えられたとき蓄熱材側に流体を導かないように流体の流れを切り替える蓄熱装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００４−３４８５３公報

ここで、一般に蓄熱材は、熱が蓄えられた状態と、熱が蓄えられていない状態において体積が変化することが知られている。
特許文献１の蓄熱装置は、蓄熱材の体積変化を利用したもので、蓄熱材の体積変化に応じてスライダを移動させて流体の流れを切り替えるように構成されている。

すなわち、この蓄熱装置は、蓄熱材を充填する蓄熱材充填空間を備え、この蓄熱材充填空間が小径の連通孔を介してスライダ側の空間に連通されている。
蓄熱材をスライダ側の空間に逃がすことで蓄熱材の体積変化を吸収するとともに、蓄熱材の体積変化に応じてスライダを移動する。

よって、蓄熱材に熱が十分に蓄えられて体積が増加したとき、スライダを移動させてバイパス流路を形成することが可能である。バイパス流路を形成することで、流体を蓄熱材に導かないようにできる。
流体を蓄熱材に導かないようにすることで、流体の流路抵抗、すなわち圧力損失を抑えることができる。

しかし、特許文献１の蓄熱装置は、蓄熱材充填空間が小径の連通孔を介してスライダ側の空間に連通されているので、スライダが蓄熱材に直接接触するように構成されている。
このため、スライダと本体との隙間を密閉して、蓄熱材の漏れを防止する必要があり、構成が複雑になっていた。

さらに、従来の蓄熱装置は、スライダ側の空間に小径の連通孔を介して蓄熱材を導き、導いた蓄熱材でスライダを移動するように構成されている。
小径の連通孔に蓄熱材が付着すると、蓄熱材を流してスライダを円滑に移動させることは難しい。
このため、圧力損失を抑えるように流体の流れを円滑に切り替えることができない虞がある。

本発明は、構成の簡素化を図り、かつ圧力損失を抑えることができる蓄熱装置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を備えるとともに、蓄熱材充填空間に隣接させて流体を導く熱交換流路を備え、熱交換流路に流体を導くことで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、蓄熱材充填空間を形成し、蓄熱材の体積変化に対応して弾性変形可能な充填容器と、充填容器に設けられ、充填容器の弾性変形に対応して移動する移動体と、移動体に設けられるとともに、熱交換流路の上流側に設けられた流体切替弁とを有し、移動体は、充填容器の上部に位置する支えプレートと、この支えプレートから下方に延び、蓄熱材の流体開口部に差し込まれた中央供給流路とを備え、流体切替弁は、中央供給流路の下端部に設けられており、移動体の移動に伴ってこの流体切替弁が切替可能であり、切替弁は、熱交換流路に流体を導く位置、または熱交換流路に対して流体を迂回させる位置に切り替え可能な切替弁であることを特徴とする。

請求項１に係る発明では、充填容器を弾性変形可能に形成し、この充填容器の外部に移動体を設け、移動体は、充填容器の上部に位置する支えプレートと、この支えプレートから下方に延び、蓄熱材の流体開口部に差し込まれた中央供給流路とを備え、流体切替弁は、中央供給流路の下端部に設けられている。
この流体切替弁を充填容器の弾性変形に対応させて移動することが可能になり、切替弁を熱交換流路に流体を導く位置、または熱交換流路から流体を迂回（バイパス）させる位置に配置することができる。

ここで、蓄熱材は、一般に、液体から固体に相変化を伴う材料（潜熱蓄熱材）が用いられる。
この蓄熱材は、熱が蓄えられて融点を超えると固体から液体に相変化して体積が増加し、蓄えた熱を放散（放熱）すると液体から固体に相変化して体積が減少する。
この性質を利用することで、流体が熱交換流路に流入する状態と、流入しない状態とに自動的に切り替えることができる。

すなわち、蓄熱材に熱が蓄えられて体積が増加した際に、充填容器の高さ寸法が大きくなるように充填容器が弾性変形し、中央供給流路の下端部に設けられた流体切替弁が移動する。
この弾性変形に対応させて流体切替弁を、熱交換流路から流体を迂回させる位置に配置することができる。
これにより、蓄熱材に熱が蓄えられた状態において、熱交換流路に流体を導かないようにでき、流体の流路抵抗、すなわち圧力損失を抑えることができる。

一方、蓄熱材から熱が放散されて体積が減少した際に、充填容器の高さ寸法が小さくなるように充填容器が弾性変形し、中央供給流路の下端部に設けられた流体切替弁が移動する。
この弾性変形に対応させて流体切替弁を、熱交換流路に流体を導く位置に配置することができる。
これにより、蓄熱材から熱が放散された状態において、熱交換流路に流体が導かれ、流体の熱を蓄熱材に蓄えることができる。

また、充填容器を弾性変形可能とし、充填容器の弾性変形を利用して流体切替弁を移動可能に構成した。充填容器の弾性変形を利用して流体切替弁を移動させることで、流体切替弁を充填容器の外部に設けることができる。
よって、移動体や流体切替弁を充填容器に設けた状態において、充填容器で蓄熱材を密封状態に保つことができる。
これにより、蓄熱材の漏れを防ぐ部材を新たに用意する必要がないので、構成の簡素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をエンジン冷却系に設けた状態を示す概略図である。
エンジン冷却系１０は、エンジン１１の水冷ジャケット１２、ウォータポンプ１３、ラジエータ１４、およびヒータ１５のコア（ヒータコア）１６が第１、第２の冷却水循環路１７，１８に連通され、第１冷却水循環路１７の途中に蓄熱装置２０が設けられている。
第２冷却水循環路１８にバイパス流路２１が設けられ、バイパス流路２１および第２冷却水循環路１８の分岐部にサーモスタット２２が設けられている。

エンジン冷却系１０によれば、エンジン１１を始動してウォータポンプ１３を作動することで、冷却水としての流体１９（図４参照）が第１、第２の冷却水循環路１７，１８を循環する。
第２冷却水循環路１８において、流体１９の温度が、予め設定された所定温度に上昇するまで、流体１９はラジエータ１４を迂回してバイパス流路２１を流れる。

第１冷却水循環路１７において、流体１９が循環することで、流体１９を蓄熱装置２０に導く。蓄熱装置２０に導いた流体１９を、蓄熱装置２０に蓄えた熱で温める（加熱する）。
蓄熱装置２０に蓄えた熱を、エンジン１１の始動時に利用することで、エンジン１１の一層円滑な起動や、ヒータ１５の一層円滑な作動が可能になる。

エンジン１１が駆動することで、エンジン１１の廃熱で流体１９が温められる（加熱される）。流体１９の温度が、予め設定された所定温度を超えたとき、サーモスタット２２が作動して、バイパス流路２１が閉じられる。
よって、第２冷却水循環路１８において、流体１９がラジエータ１４に導かれる。

ここで、第１冷却水循環路１７において、流体１９の温度が高くなることで、蓄熱装置２０に熱（エンジンの廃熱）が蓄えられる。
蓄熱装置２０に熱が十分に蓄えられたとき、蓄熱装置２０の流体切替弁２７（図２参照）が作動して、蓄熱装置２０を迂回して流体１９が循環するようにする。
以下、図２〜図８に基づいて、蓄熱装置２０の構成について説明する。

図２は本発明に係る蓄熱装置を示す分解斜視図である。
蓄熱装置２０は、熱交換用の蓄熱モジュール（充填容器）２５と、蓄熱モジュール２５に設けられた移動体２６と、移動体２６に設けられた流体切替弁２７と、蓄熱モジュール２５を収納する容器２８と、容器２８の下部開口２８ａを塞ぐ蓋部材３１と、蓋部材３１の外側に設けられ、流体切替弁２７を収容するコネクタ３２とを備える。

蓄熱モジュール２５は、複数のプレート接合体３５…が同軸上に接合されている。プレート接合体３５は、一対のプレート３６を表裏反転させた状態で同軸上に接合することで、図４に示す蓄熱材６８を充填する蓄熱材充填空間６３が形成されている。
すなわち、蓄熱装置２０は、蓄熱モジュール２５が複数のプレート３６で形成されたプレート式蓄熱ユニットである。
複数のプレート接合体３５…を接合する手段としては、溶接、ろう付け、接着などがある。

移動体２６は、蓄熱モジュール２５の上部２５ａに設けられた支えプレート４１と、支えプレート４１の中央から下方に延びて、蓄熱モジュール２５の流体開口部２９に差し込まれた中央供給流路４２とを有する。
流体開口部２９は、蓄熱モジュール２５の中央に形成された開口部である。
支えプレート４１は、円盤状の板材で、外形がプレート接合体３５より一回り小さい円形に形成され、中央に中央開口４３が形成されている。

中央供給流路４２は、支えプレート４１から下向きに延びた筒部材で、この筒部材の中空部４２ａが支えプレート４１の中央開口４３に連通されている。すなわち、中央供給流路４２は、中央開口４３に連通されている。
この中央供給流路４２は、蓄熱モジュール２５の流体開口部２９に差し込まれている。
中央供給流路４２の下端部には流体切替弁２７が一体に形成されている。
流体切替弁２７については図６〜図８で詳しく説明する。

容器２８は、周壁４５が蓄熱モジュール２５より大きな円筒形に形成され、上端部４５ａに天井部４６が形成されている。
容器２８を蓄熱モジュール２５に被せ、容器２８の下部開口２８ａを蓋部材３１で塞ぐことで、容器２８内に蓄熱モジュール２５を同軸上に収納する。
蓋部材３１の外側にコネクタ３２が設けられている。
コネクタ３２については図６〜図８で詳しく説明する。

図３（ａ）は本発明に係るプレート接合体を示す斜視図、図３（ｂ）は本発明に係るプレート接合体を示す分解斜視図である。
プレート接合体３５は、一対のプレート３６を表裏反転させた状態で接合されている。
以下、構成の理解を容易にするために、上側のプレート３６を、表裏反転したプレート３６Ａ、下側のプレート３６を、表裏反転しないプレート３６Ｂとして説明する。

プレート３６Ａは、外周が円弧状に形成され、中央に中央流路口５１が形成されている。このプレート３６Ａは、アルミニウム、ステンレス等の金属製又は樹脂製のプレートである。
プレート３６Ａは、外周に形成された外周フランジ５２と、中央流路口５１の周縁（以下、「内周」という）に形成された内周フランジ５３と、外周フランジ５２および内周フランジ５３間に形成された合わせ部５４と、合わせ部５４の外周および外周フランジ５２を連結する外周壁５５と、合わせ部５４の内周および内周フランジ５３を連結する内周壁５６とを有する。

外周フランジ５２および内周フランジ５３は、リング状に形成され、それぞれの表面が面一になるように形成されている。
外周壁５５は、複数の外周壁段部６１…（図５参照）を有することで、伸縮可能な蛇腹状に形成されている。外周壁５５を伸縮可能な蛇腹状に形成することで、弾性変形可能とすることができる。

内周壁５６は、複数の内周壁段部６２…（図５参照）を有することで、伸縮可能な蛇腹状に形成されている。内周壁５６を伸縮可能な蛇腹状に形成することで、弾性変形可能とすることができる。
よって、外周壁５５および内周壁５６を、簡単な構成で弾性変形可能に形成することができる。
外周壁５５および内周壁５６の弾性変形については図５で詳しく説明する。

合わせ部５４は、外周フランジ５２および内周フランジ５３に対して所定高さＨ１を保つように形成されている。
これにより、プレート３６Ａは、合わせ部５４、外周壁５５、および内周壁５６で充填用凹部６４（図５参照）が形成される。

合わせ部５４は、複数本（１２本）の熱交換用凹部６６…が等間隔に渦巻き状に設けられている。
熱交換用凹部６６…は、熱交換流路６５…（図４参照）の一部を構成するために、内周フランジ５３側から外周フランジ５２に向けて略１２０°の角度で渦巻き状に形成された溝である。
なお、プレート３６Ｂは、プレート３６Ａと同一部材なので同じ符号を付して説明を省略する。

プレート接合体３５は、プレート３６Ａの外周フランジ５２とプレート３６Ｂの外周フランジ５２とを接合するとともに、プレート３６Ａの内周フランジ５３とプレート３６Ｂの内周フランジ５３とを接合することで蓄熱材充填空間６３（図４、図５参照）が密閉された状態に形成されている。
蓄熱材充填空間６３には、蓄熱材６８が充填（封入）されている。
外周フランジ５２，５２同士や、内周フランジ５３，５３同士を接合する手段としては、溶接、ろう付け、接着などがある。

また、プレート接合体３５は、プレート３６Ａの外周壁段部６１…（図５参照）およびプレート３６Ｂの外周壁段部６１…を有するとともに、プレート３６Ａの内周壁段部６２…およびプレート３６Ｂの内周壁段部６２…（図５参照）を有する。

図４は本発明に係る蓄熱装置を示す断面図である。
蓄熱装置２０は、複数個のプレート接合体３５…を同軸上に接合することで蓄熱モジュール２５が形成されている。
ここで、複数個のプレート接合体３５…の接合を、最上位のプレート接合体３５と、最上位から２番目のプレート接合体３５との接合を例に説明する。
最上位のプレート接合体３５のうち下側のプレート３６Ｂを、最上位から２番目のプレート接合体３５のうち上側のプレート３６Ａに臨ませる。

下側のプレート３６Ｂの合わせ部５４と上側のプレート３６Ａの合わせ部５４とを、溶接、ろう付け、接着などで接合する。
最上位のプレート接合体３５および最上位から２番目のプレート接合体３５が一体に接合される。

同様に、複数個のプレート接合体３５を接合することで蓄熱モジュール２５が得られる。
蓄熱モジュール２５は、複数の蓄熱材充填空間６３を備え、複数の蓄熱材充填空間６３にそれぞれ蓄熱材６８が充填されている。

蓄熱材６８は、液体から固体に相変化を伴う材料（潜熱蓄熱材）であり、液体と固体とで体積に差があるものが用いられる。
例えば、蓄熱材６８として、水、パラフィン系のもの、酢酸ナトリウム三水塩などの塩水和物、エリスリトールなどの糖アルコール系のものが挙げられる。
本実施の形態においては、蓄熱材６８として、熱が蓄えられて融点を超えると固体から液体に相変化して体積が増加し、蓄えた熱を放散すると液体から固体に相変化して体積が減少するものを例示するが、体積の増減が逆のものを使用することも可能である。

蓄熱モジュール２５を容器２８に収納した状態で、蓄熱モジュール２５の下部２５ｂ（すなわち、合わせ部５４）に蓋部材３１が、溶接、ろう付け、接着などで接合されている。
蓋部材３１で容器２８の下部開口２８ａが塞がれている。
蓋部材３１の中央に中央開口３１ａ（図２も参照）が形成されている。

複数個のプレート接合体３５を接合して蓄熱モジュール２５を形成し、蓄熱モジュール２５の下部２５ｂに蓋部材３１を接合することで、複数のプレート３６…の中央流路口５１…および蓋部材３１の中央開口３１ａで蓄熱モジュール２５の中央に流体開口部２９が形成される。

蓋部材３１に取付ブロック７１を介してコネクタ３２が設けられている。
コネクタ３２は、蓋部材３１に取付ブロック７１を介して取り付けられるフランジ部７２と、フランジ部７２から下方に延びた筒状のコネクタ本体７３と、コネクタ本体７３の周壁から右側に延出された導入連結管７４と、コネクタ本体７３の周壁から左側に延出された導出連結管７５とを有する。

コネクタ本体７３は、流体開口部２９に連通する収容空間７７を有する。収容空間７７には、流体切替弁２７が昇降自在に収容されている。
収容空間７７は導入連結管７４に連通されるとともに、導出連結管７５に連通されている。
導入連結管７４および導出連結管７５は、図１に示す第１冷却水循環路１７に接続される。これにより、導入連結管７４および導出連結管７５は、第１冷却水循環路１７を介してエンジン１１の水冷ジャケット１２（図１参照）に連結される。

蓄熱モジュール２５を容器２８に収納した状態で、蓄熱モジュール２５の上部２５ａ（すなわち、合わせ部５４）に移動体２６の支えプレート４１が溶接、ろう付け、接着などで接合されている。
支えプレート４１には中央に中央開口４３が形成され、中央開口４３の周縁から中央供給流路４２が下方に延びている。

中央供給流路４２は、流体開口部２９に同軸上に配置されている。流体開口部２９に中央供給流路４２を配置することで、流体開口部２９および中央供給流路４２で流体排出流路８１が形成される。
この中央供給流路４２は、上端部４２ｂが支えプレート４１の中央開口４３を経て上部流体導入路８３に連通され、下端部４２ｃに流体切替弁２７が一体に形成されている。

流体切替弁２７は、コネクタ本体７３の収容空間７７に、図８に示す流体導入位置Ｐ１と流体迂回（バイパス）位置Ｐ２間で昇降自在に収容されている。
流体切替弁２７を流体導入位置Ｐ１と流体迂回位置Ｐ２間で昇降自在に構成した理由は図８で詳しく説明する。

ここで、下側のプレート３６Ｂの合わせ部５４と上側のプレート３６Ａの合わせ部５４とを接合することで、流体１９を導く複数の熱交換流路６５…が形成される。
すなわち、合わせ部５４，５４を接合して、下側のプレート３６Ｂの合わせ部５４に形成された熱交換用凹部６６…（図３参照）を上側のプレート３６Ａの合わせ部５４で塞ぐことにより、熱交換流路６５…が形成される。

同様に、合わせ部５４，５４を接合して、上側のプレート３６Ａの合わせ部５４に形成された熱交換用凹部６６…（図３参照）を下側のプレート３６Ｂの合わせ部５４で塞ぐことにより、熱交換流路６５…が形成される。

また、蓄熱モジュール２５の上部２５ａ（すなわち、合わせ部５４）に支えプレート４１を接合することで、合わせ部５４に形成された熱交換用凹部６６…（図３参照）を支えプレート４１で塞ぐことにより、熱交換流路６５…が形成される。
さらに、蓄熱モジュール２５の下部２５ｂ（すなわち、合わせ部５４）に蓋部材３１を接合することで、合わせ部５４に形成された熱交換用凹部６６…（図３参照）を蓋部材３１で塞ぐことにより、熱交換流路６５…が形成される。

熱交換流路６５…は、蓄熱材充填空間６３…に対して非接触状態で、かつ蓄熱材充填空間６３…に隣接させて流体１９を導く流路である。
熱交換流路６５…は、内周側の端部が流体排出流路８１に連通されるとともに、外周側の端部が外側流体導入路８４に連通されている。
外側流体導入路８４は、蓄熱モジュール２５の外周２５ｃと容器２８の周壁４５とで形成される流路である。
この外側流体導入路８４は、上部流体導入路８３に連通されている。

すなわち、熱交換流路６５…は、外側流体導入路８４の流体１９を流体排出流路８１に導く流路である。熱交換流路６５…の上流側に流体切替弁２７が設けられている。
流体１９は、蓄熱材６８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）である。例えば、流体１９として、エンジン冷却用の冷却水が用いられ、その他冷水や温水も用いられる。

この蓄熱装置２０は、熱交換流路６５…に流体１９を導くことで、蓄熱材充填空間６３の蓄熱材６８と流体１９との間で熱エネルギーを交換するものである。

図５（ａ），（ｂ）は本発明に係る蓄熱装置のプレート接合体を示す断面図である。
（ａ）および（ｂ）に示すように、プレート接合体３５は、外周壁５５、５５が複数の外周壁段部６１…，６１…でそれぞれ形成され、内周壁５６、５６が複数の内周壁段部６２…，６２…でそれぞれ形成されている。

（ａ）は、プレート接合体３５内に充填された蓄熱材６８から熱が放散されることで蓄熱材６８が固体に相変化した状態を示す。
蓄熱材６８が固体に相変化することで、蓄熱材６８の体積が減少する。
よって、プレート接合体３５は、外周壁５５、５５の外周壁段部６１…，６１…や内周壁５６、５６の内周壁段部６２…，６２…が弾性変形しない状態に保たれる。
この状態において、プレート３６Ａ，３６Ｂの高さ寸法が、それぞれＨ１に保たれ、プレート接合体３５の高さ寸法が２×Ｈ１に保たれる。

（ｂ）は、プレート接合体３５内に充填された蓄熱材６８に熱が蓄えられることで蓄熱材６８が液体に相変化した状態を示す。
蓄熱材６８が液体に相変化することで、蓄熱材６８の体積が増加する。蓄熱材６８の体積が増加することで、蓄熱材６８でプレート３６Ａ，３６Ｂの合わせ部５４，５４を矢印の如く押圧する。

外周壁５５、５５の外周壁段部６１…，６１…や内周壁５６、５６の内周壁段部６２…，６２…が弾性変形して、合わせ部５４，５４が互いに離れる方向に移動する。
この状態において、プレート３６Ａ，３６Ｂの高さ寸法が、それぞれＨ２に保たれ、プレート接合体３５の高さ寸法が２×Ｈ２に保たれる。

このように、プレート接合体３５が蓄熱材６８の体積変化に対応して弾性変形することで、プレート接合体３５の高さ寸法が変化する。
プレート接合体３５の高さ寸法を変化させることで、図４に示す蓄熱モジュール２５の高さ寸法を変化させることができる。

すなわち、蓄熱モジュール２５は、蓄熱材充填空間６３…を備え、蓄熱材６８の体積変化に対応して弾性変形可能な充填容器である。
よって、蓄熱モジュール２５の上部２５ａに支えプレート４１を設けることで、中央供給流路４２を介して流体切替弁２７を収容空間７７において昇降させることができる。

図６は本発明に係る蓄熱装置のコネクタおよび流体切替弁を示す斜視図、図７は本発明に係る流体切替弁を破断した状態を示す斜視図である。
コネクタ３２のコネクタ本体７３内に収容空間７７が形成されている。この収容空間７７に流体切替弁２７が昇降自在に収容される。
収容空間７７には、導入連結管７４および導出連結管７５が連通されている。

流体切替弁２７は、筒状の弁本体９１を備え、弁本体９１に中央供給流路４２に連通するガイド流路９２を備え、ガイド流路９２に開口するガイド開口９３を備え、ガイド開口９３に対向する部位にガイド凹部９４が形成されている。
弁本体９１は、外壁９１ａがコネクタ本体７３の内壁７３ｂに非接触状態で、かつ、外壁９１ａおよび内壁７３ｂ間の隙間に流体１９（図４参照）が侵入しないように形成されている。

図８（ａ）〜（ｃ）は本発明に係る蓄熱装置の流体切替弁の移動を説明する図である。
（ａ）は、流体切替弁２７が流体導入位置Ｐ１に配置された状態を示す。
蓄熱材６８から熱が放散され、蓄熱材６８が固体となり体積が減少する。よって、蓄熱モジュール２５の高さ寸法が小さくなり、支えプレート４１が下降して流体切替弁２７が流体導入位置Ｐ１に配置される。
流体導入位置Ｐ１は、熱交換流路６５…に流体１９を導く位置である。

ガイド開口９３の上半分が導入連結管７４に臨み、ガイド凹部９４の上半分が導出連結管７５に臨む。
導入連結管７４が、ガイド開口９３の上半分およびガイド流路９２を経て中央供給流路４２に連通する。
導出連結管７５が、ガイド凹部９４の上半分を経て流体排出流路８１に連通する。

（ｂ）は、流体切替弁２７が流体迂回位置Ｐ２に配置された状態を示す。
蓄熱材６８に熱が十分蓄えられ、蓄熱材６８が液体となり体積が増加する。よって、蓄熱モジュール２５の高さ寸法が大きくなり、支えプレート４１が上昇して流体切替弁２７が流体迂回位置Ｐ２に配置される。
流体迂回位置Ｐ２は、熱交換流路６５…に対して流体１９を迂回（バイパス）させる位置である。

ガイド開口９３が導入連結管７４の上方に位置するとともに、ガイド凹部９４が導出連結管７５の上方に位置する。
収容空間７７のうち、導入連結管７４および導出連結管７５の上方を流体切替弁２７で塞ぐ。
導入連結管７４が収容空間７７を経て導出連結管７５に連通する。

（ｃ）は、流体切替弁２７が流体導入位置Ｐ１と流体迂回位置Ｐ２との中間位置Ｐ３に配置された状態を示す。
蓄熱材６８から熱の一部が放散され、蓄熱材６８の体積が（ｂ）の状態と比較して減少する。よって、蓄熱モジュール２５の高さ寸法が（ｂ）の状態より小さくなり、支えプレート４１が下降して流体切替弁２７が中間位置Ｐ３に配置される。

ガイド開口９３の下部が導入連結管７４の上半分に臨み、ガイド凹部９４の下部が導出連結管７５の上半分に臨む。
導入連結管７４の上半分が、ガイド開口９３の下部およびガイド流路９２を経て中央供給流路４２に連通する。
導出連結管７５の上半分が、ガイド凹部９４の下部を経て流体排出流路８１に連通する。
さらに、導入連結管７４の下半分が収容空間７７を経て導出連結管７５の下半分に連通する。

（ａ）〜（ｃ）に示すように、蓄熱モジュール２５の弾性変形に対応して支えプレート４１（移動体２６）を移動させることで、流体切替弁２７を、流体導入位置Ｐ１と流体迂回位置Ｐ２との間の所望位置に切り替えることができる。

また、蓄熱モジュール２５を蓄熱材６８の充填容器とし、蓄熱モジュール２５を弾性変形可能に構成した。
この蓄熱モジュール２５の弾性変形を利用して流体切替弁２７を移動可能とすることで、図４に示すように、移動体２６や流体切替弁２７を蓄熱モジュール２５の外部に設けることができる。

よって、移動体２６や流体切替弁２７を蓄熱モジュール２５の外部に設けた状態において、蓄熱モジュール２５で蓄熱材６８を密封状態に保つことができる。
これにより、蓄熱材６８の漏れを防ぐ部材を新たに用意する必要がないので、構成の簡素化を図ることができる。

また、移動体２６を支えプレート４１と中央供給流路４２とで構成した。そして、中央供給流路４２を、蓄熱モジュール２５の流体開口部２９に差し込むことで、流体切替弁２７をコネクタ３２の収容空間７７に配置させた。
このように、蓄熱モジュール２５の流体開口部２９を利用することで、移動体２６や流体切替弁２７を簡単な構成とすることができる。

さらに、中央供給流路４２を流体１９（図４参照）の流路として利用することで、部品点数を抑えて構成の簡素化をさらに図ることができる。
加えて、図４に示すように、蓄熱モジュール２５の上部２５ａ（すなわち、合わせ部５４）に支えプレート４１を接合することで、合わせ部５４に形成された熱交換用凹部６６…（図３参照）を支えプレート４１で塞ぐことができる。
このように、支えプレート４１を、熱交換流路６５…を形成する部材と兼用することで、部品点数を抑えて構成の簡素化をさらに図ることができる。

つぎに、蓄熱装置２０の作用を図９〜図１１に基づいて説明する。
まず、蓄熱装置２０の蓄熱材６８に熱を蓄える例を図９に基づいて説明する。
図９は本発明に係る蓄熱装置に熱を蓄える例を説明する図である。
蓄熱モジュール２５内の蓄熱材６８から熱が放散されることで、蓄熱材６８に熱エネルギーが蓄えられていない状態になる。

蓄熱材６８に熱エネルギーが蓄えられていない状態において、蓄熱材６８が固体に相変化して体積が減少した状態に保たれる。
蓄熱材６８の体積が減少した状態に保たれることで、プレート接合体３５の高さ寸法が２×Ｈ１と小さくなり、蓄熱モジュール２５の高さ寸法がＨ３と小さくなる。

支えプレート４１がＨ３まで下降して流体切替弁２７が流体導入位置Ｐ１に配置される。
導入連結管７４が、ガイド開口９３の上半分およびガイド流路９２を経て中央供給流路４２に連通する。
導出連結管７５が、ガイド凹部９４の上半分を経て流体排出流路８１に連通する。

エンジン１１が駆動してウォータポンプ１３を作動することで、エンジン１１で温められた流体（冷却水）１９が、第１冷却水循環路１７内を矢印Ａの如く循環する。
流体１９が第１冷却水循環路１７を循環することで、第１冷却水循環路１７から導入連結管７４まで導かれる。導入連結管７４まで導かれた流体１９は、ガイド開口９３およびガイド流路９２を経て矢印Ｂの如く中央供給流路４２に導かれる。

中央供給流路４２の流体１９は、矢印Ｃの如く流れて上部流体導入路８３に導かれる。上部流体導入路８３の流体１９は、矢印Ｄの如く流れて外側流体導入路８４に導かれる。
外側流体導入路８４の流体１９は、矢印Ｅの如く流れて熱交換流路６５…に導かれる。熱交換流路６５…の流体１９が矢印Ｆの如く流れることで、流体１９と蓄熱材６８との間で熱エネルギーの交換がおこなわれる。すなわち、流体１９の熱が蓄熱材６８に蓄えられる。

熱エネルギーの交換がおこなわれた流体１９は、流体排出流路８１に導かれる。
流体排出流路８１の流体１９は、矢印Ｇの如く流れてガイド凹部９４に導かれる。ガイド凹部９４の流体１９は、導出連結管７５を経て矢印Ｈの如く第１冷却水循環路１７に導かれる。
第１冷却水循環路１７に導かれた流体１９は、第１冷却水循環路１７を経てエンジン１１の水冷ジャケット１２内に戻る。

このように、エンジン１１で温められた流体１９を第１冷却水循環路１７で循環させることで、流体１９の熱を蓄熱材６８に十分蓄えることができる。
流体１９の熱を蓄熱材６８に十分に蓄えることで、蓄熱材６８が液体となり体積が増加する。
つぎに、蓄熱装置２０の蓄熱材６８に熱が十分に蓄えられた例を図１０に基づいて説明する。

図１０は本発明に係る蓄熱装置に対して流体を迂回させる例を説明する図である。
蓄熱モジュール２５内の蓄熱材６８に熱エネルギーが十分に蓄えられた状態において、蓄熱材６８が液体に相変化して体積が増加する。
蓄熱材６８の体積が増加することで、プレート接合体３５の外周壁段部６１…および内周壁段部６２…を弾性変形させて、プレート接合体３５の高さ寸法が２×Ｈ２と大きくなる。よって、蓄熱モジュール２５の高さ寸法がＨ４と大きくなる。

支えプレート４１がＨ４まで上昇して流体切替弁２７が流体迂回位置Ｐ２に配置される。
流体切替弁２７が導入連結管７４および導出連結管７５の上方に位置して、収容空間７７のうち、導入連結管７４および導出連結管７５の上方を流体切替弁２７で塞ぐ。
導入連結管７４が収容空間７７を経て導出連結管７５に連通する。

エンジン１１で温められた流体（冷却水）１９が、第１冷却水循環路１７内を矢印Ａの如く継続して循環する。
流体１９が第１冷却水循環路１７から導入連結管７４まで導かれる。導入連結管７４まで導かれた流体１９は、収容空間７７を経て矢印Ｉの如く導出連結管７５に導かれる。
導出連結管７５の流体１９は、第１冷却水循環路１７に導かれる。第１冷却水循環路１７に導かれた流体１９は、第１冷却水循環路１７を経てエンジン１１の水冷ジャケット１２内に戻る。

このように、プレート接合体３５の外周壁段部６１…および内周壁段部６２…を弾性変形させることで、流体切替弁２７を流体迂回位置Ｐ２に配置することができる。
これにより、蓄熱材６８に熱が十分に蓄えられた状態において、熱交換流路６５…に流体１９を導かないようにできる。
流体１９を蓄熱材６８に導かないようにすることで、流体１９の流路抵抗、すなわち圧力損失を抑えることができる。
つぎに、エンジン１１の始動時に、蓄熱材６８に蓄えた熱を利用する例を図１１に基づいて説明する。

図１１は本発明に係る蓄熱装置に蓄えた熱を利用する例を説明する図である。
エンジン１１を止めてウォータポンプ１３を停止することで、流体（冷却水）１９の循環が停止する。
蓄熱装置２０の蓄熱材６８から熱の一部が放散され、蓄熱材６８の体積が図１０の状態と比較して減少する。

よって、蓄熱モジュール２５の高さ寸法Ｈ５が、図１０の状態より小さくなる。
支えプレート４１が下降して流体切替弁２７が、流体導入位置Ｐ１（図９参照）と流体迂回位置Ｐ２（図１０参照）との中間位置Ｐ３に配置される。
なお、この状態において、蓄熱材６８には十分な熱エネルギーが蓄えられている。

導入連結管７４の上半分が、ガイド開口９３の下部およびガイド流路９２を経て中央供給流路４２に連通する。
導出連結管７５の上半分が、ガイド凹部９４の下部を経て流体排出流路８１に連通する。
さらに、導入連結管７４の下半分が収容空間７７を経て導出連結管７５の下半分に連通する。

エンジン１１を停止した後、所定時間経過後にエンジン１１を始動する。エンジン１１が駆動してウォータポンプ１３を作動することで、流体（冷却水）１９が、第１冷却水循環路１７内を矢印Ａの如く循環する。
流体１９が第１冷却水循環路１７を循環することで、第１冷却水循環路１７から導入連結管７４まで導かれる。

導入連結管７４まで導かれた流体１９のうち、大部分の流体１９がガイド開口９３およびガイド流路９２を経て矢印Ｊの如く中央供給流路４２に導かれ、残りの流体１９が収容空間７７および導出連結管７５を経て第１冷却水循環路１７に導かれる。

中央供給流路４２の流体１９は、矢印Ｋの如く流れて上部流体導入路８３に導かれる。上部流体導入路８３の流体１９は、矢印Ｌの如く流れて外側流体導入路８４に導かれる。
外側流体導入路８４の流体１９は、矢印Ｍの如く流れて熱交換流路６５…に導かれる。熱交換流路６５…の流体１９が矢印Ｎの如く流れることで、流体１９と蓄熱材６８との間で熱エネルギーの交換がおこなわれる。すなわち、蓄熱材６８の熱が放散され、放散された熱で流体１９が温められる。

温められた流体１９は、流体排出流路８１に導かれる。
流体排出流路８１の流体１９は、矢印Ｏの如く流れてガイド凹部９４に導かれる。ガイド凹部９４の流体１９は、導出連結管７５を経て矢印Ｐの如く第１冷却水循環路１７に導かれる。

第１冷却水循環路１７に導かれた流体１９は、第１冷却水循環路１７を経てエンジン１１の水冷ジャケット１２内に戻る。よって、流体１９の熱をエンジン１１の始動時に利用することができる。
このように、蓄熱装置２０を設けることで、エンジン１１の廃熱を蓄熱材６８に蓄え（回収し）、回収した熱をエンジン１１の始動時に利用することができる。

なお、前記実施の形態では、蓄熱装置２０を鉛直に向けて配置した例について説明したが、これに限らないで、蓄熱装置２０の用途やレイアウト等に合わせて任意に決めることが可能である。

また、前記実施の形態では、蓄熱装置２０をエンジン１１に採用した例について説明したが、これに限らないで、その他の機関（装置）に採用することも可能である。

さらに、前記実施の形態では、プレート３６を円盤状に形成した例について説明したが、プレート３６の形状は円盤状に限らないで、矩形状などの他の形状にすることも可能である。

加えて、前記実施の形態では、外周壁５５および内周壁５６を段部で蛇腹状に形成することで弾性変形可能とした例について説明したが、外周壁５５および内周壁５６の形状はこれに限らない。
例えば、外周壁５５および内周壁５６を断面略Ｕ字状や断面略Ｖ字状に形成し、それぞれの周壁５５，５６を外部に突出させたり、内部に凹ませたりすることで弾性変形可能としてもよい。
外周壁５５および内周壁５６を断面略Ｕ字状や断面略Ｖ字状に形成した場合でも、外周壁５５および内周壁５６を、簡単な構成で弾性変形可能に形成することができる。

本発明は、蓄熱材と熱交換流体との間で熱エネルギーを交換する蓄熱装置を備えた自動車への適用に好適である。

本発明に係る蓄熱装置をエンジン冷却系に設けた状態を示す概略図である。 本発明に係る蓄熱装置を示す分解斜視図である。 （ａ）は本発明に係るプレート接合体を示す斜視図、（ｂ）は本発明に係るプレート接合体を示す分解斜視図である。 本発明に係る蓄熱装置を示す断面図である。 本発明に係る蓄熱装置のプレート接合体を示す断面図である。 本発明に係る蓄熱装置のコネクタおよび流体切替弁を示す斜視図である。 本発明に係る流体切替弁を破断した状態を示す斜視図である。 本発明に係る蓄熱装置の流体切替弁の移動を説明する図である。 本発明に係る蓄熱装置に熱を蓄える例を説明する図である。 本発明に係る蓄熱装置に対して流体を迂回させる例を説明する図である。 本発明に係る蓄熱装置に蓄えた熱を利用する例を説明する図である。

符号の説明

１０…エンジン冷却系、１１…エンジン、１９…流体、２０…蓄熱装置、２５…蓄熱モジュール（充填容器）、２６…移動体、２７…流体切替弁、２９…流体開口部、４１…支えプレート、４２…中央供給流路、６３…蓄熱材充填空間、６５…熱交換流路、６８…蓄熱材、Ｐ１…流体導入位置（熱交換流路に流体を導く位置）、Ｐ２…流体迂回位置（熱交換流路に対して流体を迂回させる位置）。

Claims (1)

1. 蓄熱材を充填する蓄熱材充填空間を備えるとともに、前記蓄熱材充填空間に隣接させて流体を導く熱交換流路を備え、前記熱交換流路に前記流体を導くことで前記蓄熱材と前記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、
   前記蓄熱材充填空間を形成し、前記蓄熱材の体積変化に対応して弾性変形可能な充填容器と、
   前記充填容器に設けられ、前記充填容器の弾性変形に対応して移動する移動体と、
   前記移動体に設けられるとともに、前記熱交換流路の上流側に設けられた流体切替弁とを有し、
   前記移動体は、前記充填容器の上部に位置する支えプレートと、この支えプレートから下方に延び、蓄熱材の流体開口部に差し込まれた中央供給流路とを備え、
   前記流体切替弁は、前記中央供給流路の下端部に設けられており、前記移動体の移動に伴ってこの流体切替弁が切替可能であり、
   前記切替弁は、前記熱交換流路に前記流体を導く位置、または前記熱交換流路に対して前記流体を迂回させる位置に切り替え可能な切替弁である、
   ことを特徴とする蓄熱装置。

Images