JP6021931B2 - 蓄熱器 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１に記載の蓄熱器に関する。

特に自動車で用いるための多くの蓄熱器が従来技術により公知である。

自動車での利用も考慮して実現されている公知の蓄熱器タイプとしては、例えば潜熱蓄熱器があり、この蓄熱器は、内部容器、例えば蓄熱塩のような蓄熱材が中に入った蓄熱コア、および間に断熱部を備えた外部容器から成る。例えば、これらの公知の蓄熱器タイプは、エンジンオイルや冷却水の断熱のために備えられる。しかし、これらの公知の蓄熱器は、短所として、材料の選定（大抵は特殊鋼）において高い構造コストを伴うと同時に高い製造コストを必要とし、またその技術的設計のために高コストの運用工程が必要とされる。

従って、この種の蓄熱器に関して、構造上および技術上の設計の点でさらなる要望が残されている。

従って、本発明の課題は、改良された蓄熱器を提供することである。

この課題は、請求項１に記載の特徴を有する蓄熱器によって解決される。有利な実施態様が従属請求項に記載されている。

本発明において、前記課題は、エンジンオイル回路内に組み込み可能であり、かつエンジン作動時にエンジンオイルが流通し、エンジンオフ時に前記回路から切り離される蓄熱容器が、特に自動車で用いるための前記蓄熱器に備えられていて、エンジンのオイルパン、特にその下部が蓄熱容器として設けられて、断熱性の容器壁を備えており、さらに、特に蓄熱器の熱容量を増大させるための要素が設けられていることによって解決される。

従って、前記オイルパンの一部あるいは一領域は蓄熱器として機能し、エンジンが停止された場合に前記蓄熱器に高温のオイルを蓄えることができる。エンジンが再び始動されるか、または車両が開けられると、蓄積された高温のエンジンオイルをエンジン内にポンプ輸送あるいは搬送して戻すことができる。前記蓄熱容器内の高温のエンジンオイルは、少なくとも１つのバルブ等を介して遮断することが可能である。前記蓄熱容器を用いることで、エンジンオイルをより迅速に加熱することによって内部スペースをより迅速に昇温すること、および低温走行段階における燃料消費を低減すること（暖かいエンジンオイルによってエンジン内の摩擦を低減すること）が実現可能である。その際、前記オイルパンは、実質的に一体的に形成されており、下部領域に蓄熱容器を含んでいる。熱容量を増大させるための前記要素を用いて熱容量を増大させることにより、この効果をさらに向上させることができる。これにより、蓄熱器内に存在する流体が交換時に後加熱されるからである。

一実施形態では、オイルが充填された変速機ハウジング、特に自動変速機ハウジングを備えておくことができ、この変速機ハウジングは蓄熱容器としても利用され、またそのような利用に対応して構成されている。特に、前記オイルパンと前記変速機ハウジングは２つの別個の層に分割される。エンジンが停止されると、前記バルブは前記オイルパンの分離された領域を閉鎖し、これにより、前記オイルパンの分離された領域に供給されるオイルはそれ以上降温作用を及ぼすことができないか、または僅かしか降温作用を及ぼすことができない。ここでも、高温の変速機オイルの蓄積によって、低温走行段階において迅速で損傷の生じにくいエンジンの昇温が実現でき、かつ個々の変速機構成要素をより迅速に最大負荷限界に到達させることができる。

別の一実施形態において提案される蓄熱器は、エンジンオイル回路内に組み込み可能であり、かつエンジン作動時にエンジンオイルが流通し、エンジンオフ時に前記回路から切り離される蓄熱容器を備えた、特に自動車で用いるための蓄熱器であって、前記蓄熱容器を別個の断熱された補助容器として構成しておくことができ、かつ前記補助容器が前記オイルパンの領域内または前記オイルパンに配置されて、適当な手段を介して前記オイルパンに結合されていて、これにより、高温のオイルを前記オイルパンから前記補助容器内へ流入させること、または前記補助容器から前記オイルパン内へ流入させることが可能であり、さらに、特に蓄熱器の熱容量を増大させるための要素が設けられている。

例えば、前記補助容器を直接前記オイルパンの一領域に結合することで、構造スペースを節減することも考えられるであろう。

さらに別の一実施形態では、エンジン冷却液回路内へ組み込み可能であり、かつエンジン作動時に流通が行われ、エンジンオフ時に前記回路から切り離される蓄熱容器を備えた、特に自動車で用いるための蓄熱器であって、入口開口と出口開口とを有する補助容器が蓄熱容器として設けられて、断熱性の容器壁を備えており、さらに、特に蓄熱器の熱容量を増大させるための要素が設けられている蓄熱器が提供される。

前記蓄熱容器によって、エンジンをより迅速に加熱することによって内部スペースをより迅速に昇温することが可能となる。特に、エンジンが発生する熱は、冷却水に蓄積されて冷却器を介して放出される。この熱の蓄積を行う必要があるのは、エンジンが比較的長い時間停止していた後に新たに始動されてから可能な限り迅速に動作温度に到達できるようにするためである。

熱容量の増大によって冷却液は交換時に後加熱される。前記蓄熱器は高温の冷却液をエンジン内へ放出し、その後に低温の冷却液が前記蓄熱器内へ流入して、そこで高温の蓄熱器によってより高い温度へと後加熱される。これにより、前記冷却液回路に低温の冷却液だけでなく、予熱された冷却液も供給される。従って、この場合、冷却液が予熱されていない場合ほど、動作中に冷却材の温度が強い負の影響を受けることがない。

さらに別の好ましい一実施形態では、前記蓄熱容器が、エンジン冷却液回路の調整容器としても用いられる。この好ましい実施形態では重量が節減され、その結果、自動車の燃料消費をさらに低減することが可能である。

例えば、断熱性の容器壁から成る前記蓄熱容器は、それぞれ中間に断熱層を有した、互いに対して内部あるいは外部に位置する特に円筒状の容器で構成されている。例えば、プラスチック製またはその他の適切な材料から成る２つの円筒状の閉じられた容器が備えられており、大きい方の容器が小さい方の容器を収容するのに適切であるように、一方の容器がより大きく、他方の容器がより小さく形成されていて、前記小さい容器の外壁と前記大きい方の容器の内壁との間に断熱性の中間層が設けられている（魔法瓶の原理）。この実施態様では、前記大きい方の容器の中に小さい容器が存在する。断熱性を向上させるために、間に位置する前記中間スペースは真空排気されている。例えば有効容積側を向いた側面をコーティングまたは鏡面加工することによって、熱放射の反射により熱損失をさらに低減することができる。この構造によって、熱伝導、熱放射および対流により生じる可能性のある内部と外部との間の熱平衡が低減される。

例えば、エンジン作動時には前記内部容器をそれぞれの蓄熱材が流通し、エンジンオフ時には、断熱された蓄熱可能な蓄熱体という意味において、前記内部容器が切り離し可能であるように実施しておくことができる。例えば、前記内部容器は２つ以上の接続短管または同様の部材を有することができ、これらの部材は前記冷却材回路に結合されて、外部容器における適切な開口部を通じて外部へ延設することができる。前記接続部自体も同様に内部とは断熱することができ、これにより熱損失を低減できる。さらに、分離または遮断のためにバルブ、特に逆止弁またはフロート弁等を設けておくことが可能であり、これにより、前記蓄熱器によって、それ自体完全に断熱されて熱的に密封されたシステムが実現される。

好ましい一実施形態では、断熱層をプラスチック断熱層の形態で設けておくことができる。さらに別の好ましい一実施形態では、断熱層を空気断熱層の形態で設けておくことが可能である。断熱層としては、例えばさらに発泡材、発泡ポリスチレン、シリカまたは例えば真空プレートを用いることができる。また例えば、中または周囲において流通が行われる多数の個々の断熱パネル（真空パネル）を蓄熱容器が有するように、パネル状の構造の蓄熱容器を備えることも可能である。

特に好ましい実施形態では、内部容器と外部容器のいずれもがプラスチックで形成されている。さらに、この実施形態では、前記断熱層が前記両容器の間に真空排気された断熱体として構成されていることが、必須ではないが、好ましい。この種の断熱体は、例えばプレスされたシリカ粉末で形成されたコアから成っており、このコアはハイバリアフィルム内に真空気密に包装あるいは封入されている。この断熱体の形態はプレート状であることが好ましいが、用途に応じてほとんどどのような任意の形状も取ることができる。この種の真空排気された断熱体を用いることによって、特に、前記内部容器と外部容器との間のスペースを真空排気する必要がなくなる。従って、全体として、費用対効果に優れた蓄熱器を提供することが可能となる。

さらに別の好ましい一実施形態では、前記入口開口が入口接続短管として構成され、前記出口開口が出口接続短管として構成されており、好ましくは、前記入口接続短管および／または出口接続短管は、少なくとも部分的に前記内部容器と前記外部容器との間に配置されている。

さらに別の一実施形態では、前記蓄熱器が複数のチャンバを含み、これらのチャンバは、それぞれ少なくとも１つの開口部によって互いに連通するように結合されている。従って、前記開口部の大きさを通じて放熱特性を意図的に調節することが可能である。

さらに、熱容量を増大させるための前記要素が、前記内部容器に結合されている要素、または前記内部容器と一体的に形成されている要素である場合に有利である。これにより、良好な熱的結合が実現でき、この熱的結合は迅速な蓄熱あるいは放熱を生じ、これにより、例えば、加熱された蓄熱器の中へ流入する冷却液が素早く加熱される。

さらに、前記要素が、増大された肉厚を有するプラスチック要素または金属要素、または肉厚の増大を生じるプラスチック要素または金属要素である場合が好都合である。

また、前記要素によって前記内部容器の壁部が少なくとも部分領域的または全体的に増強されている場合、または特に前記内部容器の壁部が、および必要ならば前記外部容器の壁部も、増大された肉厚を備えている場合が好都合である。前記蓄熱器自体の壁部を通じて前記蓄熱器の熱容量を少なくともほぼ全体的に増大させることによって、熱が壁部から液体に直接移動できるので、効果的な利用を実現することが可能である。

本発明に係る蓄熱器は、内燃機関の熱エネルギーを蓄積することのみに適しているのではない。本発明に係る蓄熱器は、電気駆動部またはハイブリッド駆動部を有する車両で用いることにも適している。この場合、前記蓄熱器は、例えば、車両バッテリの温度調節を行うための流体回路でも利用することができる。このことは、これによりバッテリの温度調節が迅速化される場合に特に有利である。

本発明のその他の利点、特徴および詳細については下記説明によって明らかにする。下記説明では、本発明の実施例が図面を参照しながら説明されている。その際、請求項および明細書で言及されている特徴は、それぞれ個別にまたは任意の組み合わせにおいて本発明の構成要件となり得る。

本発明の参考例に係る蓄熱器を示す模式図である。 本発明に係る蓄熱器を示す模式図である。 本発明に係る別の蓄熱器を示す模式図である。 図３の蓄熱器を示す平面図である。 本発明に係るさらに別の蓄熱器を示す模式図である。 本発明に係るさらに別の蓄熱器を示す模式図である。 熱容量が増大された要素を備えた実施例を示す。

図１には、自動車で用いるための蓄熱器１が示されており、そこではエンジン４のオイルパン３、特にその下部５が蓄熱容器２として設けられており、断熱性の容器壁６を備えている。

前記蓄熱容器２はエンジンハウジング７と一体的に製造されている。前記エンジンハウジング７の内部には多量のオイル８が入れられている。前記オイル８は前記エンジンハウジング７の内部に存在して、前記エンジンハウジング７の中に配置された駆動要素９を取り囲んでいる。前記エンジン４は、ここに示された模式図では使用位置あるいは動作モードにある。

エンジンが停止されると、前記エンジンハウジング７の内部に存在するオイル８は、２つのバルブ１２、１３により閉鎖および開放が可能である入口開口１０および１１を介して前記蓄熱容器２の中へ流れ込み、この蓄熱容器の断熱性により、そこでオイルが暖かく保たれる。自動車が再び始動された場合、または自動車のドアが開かれた場合、前記暖かいオイル８は、図示されていない機構、特にポンプを介して前記エンジンハウジング７の中へポンプ輸送して戻すことができる。

従って、特に、前記蓄熱容器２の内部領域１４は断熱されている。（バルブ１２、１３が開放されている場合）この内部領域１４内への連続的な流通が可能であり、エンジン４が停止された場合にのみ前記内部領域は閉鎖されるか、または予備の貯蔵部として用いることができる。この予備の貯蔵部は、エンジン４が停止された場合にのみ開放される。前記オイルに接触する前記蓄熱容器の内壁を目的に応じた構成にすることによって、熱容量を意図的に増大させることが可能である。これは、材料の選定、肉厚を通じて、または補助構成部材を設けることによって実施することができる。

図２には、エンジン冷却液回路内へ組み込み可能な蓄熱容器１６を備えた、自動車で用いるための蓄熱器１５が示されており、そこでは蓄熱容器１６として補助容器が設けられていて、この補助容器は、断熱性の容器壁１８、１９を備えており、それぞれ中間に断熱層２２を有した、互いに対して内部あるいは外部に位置する特に円筒状の容器２０、２１で構成されている。

前記容器２０、２１はプラスチック製であり、それぞれ１つの取り外し可能な蓋要素２３、２４を有する。位置決めピン２５、２６を介して前記内部容器２０を前記外部容器２１の中に固定することができる。前記蓋要素２４は、前記蓋要素２３における開口部３０、３１を通じて延設された２つの接続短管２７、２８を有し、これらの接続短管を介して前記内部容器２０は前記エンジン冷却材回路に結合することができる。前記接続短管２７、２８は、図示されていないバルブによって閉鎖および開放することが可能である。前記容器２０の内部には冷却水２９が断熱された状態で蓄えられており、この冷却水は、必要に応じて、例えばエンジンの始動時に、図示されていない機構、特にポンプを介して前記エンジン冷却液回路内に搬送して戻すことができる。前記断熱層２２は、例えば発泡ポリスチレンで形成することができる。

前記冷却液に接触する前記容器２０の壁部を目的に応じた構成にすることによって、熱容量を意図的に増大させることが可能である。これは、材料の選定、肉厚を通じて、または補助構成部材を設けることによって実施できる。例えば、プラスチックを壁部材料として選択する場合、目的に応じて肉厚を最適化することができ、その結果、熱容量が増大される。また、プラスチックを選択することで、熱容量の増大に関連して諸効果を得ることができる。

図３には、プラスチックから成り、複数の内部および／または外部断熱パネル３３を有する蓄熱器３２が示されており、暖かく保たれるべき媒体がこれらの断熱パネルの中を流通することができる。図４は蓄熱器３２を示す平面図である。この図から２つの接続短管３５および３６を見て取ることができ、これらの接続短管を介して、図２で示されているのと同じように、前記蓄熱器３２を例えばエンジン冷却液回路へ結合することが可能である。

図５および図６には本発明に係るさらに別の蓄熱器が示されており、この両図では、分かりやすくするために前記内部容器２０のみが示されている。図５では特に複数の開口部３７が見て取れ、これらの開口部を通じて冷却液が蛇行状に個々のチャンバ３８の中を流通することができる。従って、全部で８つのチャンバの各々が、隣接するチャンバに開口部を通じて流体接続されている。これにより、各開口部の大きさに応じて冷却液の放熱特性を調節することが可能である。

図６は本発明に係る前記蓄熱器を示す側面図である。そこには、前記入口接続短管２７および出口接続短管２８が見て取れ、これらの接続短管は、前記内部容器２０と図示されていない前記外部容器との間に配置されている。前記入口接続短管あるいは出口接続短管は、それぞれ入口通路４０ａ内あるいは出口通路４０ｂ内へ連通しており、前記入口通路あるいは出口通路は、前記内部容器２０と前記両接続短管との間に空隙３９が生じるように形成されている。これらの空隙３９は、図示されていない断熱層のために設けられており、これにより、前記内部容器２０を前記接続短管から熱的に切り離すことが可能である。さらに、熱サイフォンによって、高温の冷却液と低温の接続短管との間に温度成層が形成される。これにより、全体として、冷却液が静止した際に放熱を回避することが可能である。

図７には、エンジン冷却液回路内へ組み込み可能な蓄熱容器１６を備えた、特に自動車で用いるための蓄熱器１５が示されており、この場合、蓄熱容器１６として補助容器が設けられており、この補助容器は、断熱性の容器壁１８、１９を備えていて、それぞれ中間に断熱層２２を有した、互いに対して内部あるいは外部に位置する特に円筒状の容器２０、２１で構成されている。前記蓄熱器は実質的に図２の蓄熱器と同じであるが、前記内部容器の壁部が二重に形成されている。前記内部容器は壁部にめっき膜５０を備えており、蓋部はめっき膜５１を備えている。冷却液に接触する前記容器２０の壁部を目的に応じた構成にすることによって、熱容量を意図的に増大させることが可能である。これは、材料の選定、肉厚を通じて、または補助構成部材を設けることによって実施できる。例えば、プラスチックを壁部材料として選択する場合、目的に応じて肉厚を最適化することができ、その結果、熱容量が増大される。また、プラスチックを選択することで、熱容量の増大に関連して諸効果を得ることができる。

１ 蓄熱器
２ 蓄熱容器
３ オイルパン
４ エンジン
５ 下部
６ 容器壁
７ エンジンハウジング
８ オイル
９ 駆動要素
１０ 入口開口
１１ 入口開口
１２ バルブ
１３ バルブ
１４ 内部領域
１５ 蓄熱器
１６ 蓄熱容器
１８ 容器壁
１９ 容器壁
２０ 容器
２１ 容器
２２ 断熱層
２３ 蓋要素
２４ 蓋要素
２５ 位置決めピン
２６ 位置決めピン
２７ 接続短管
２８ 接続短管
２９ 冷却水
３０ 開口部
３１ 開口部
３２ 蓄熱器
３３ 断熱パネル
３５ 接続短管
３６ 接続短管
３７ 開口部
３８ チャンバ
３９ 空隙
４０ａ 入口通路
４０ｂ 出口通路
５０ 壁部のめっき膜
５１ めっき膜

Claims (8)

1. 自動車で用いるための蓄熱器であって、
   蓄熱容器（１６）がエンジン冷却液回路内へ組み込まれており、そこを通じてエンジン作動時に流通が行われ、かつエンジンオフ時に前記エンジン冷却液回路から切り離され、前記蓄熱容器（１６）が内部容器（２０）と外部容器（２１）を有し、それらの両方が入口開口と出口開口とを有し、
   中間断熱層（２２）が前記内部容器（２０）及び前記外部容器（２１）の間に設けられ、
   エンジン作動時に、前記内部容器（２０）を蓄熱材が流通し、エンジンオフ時に、断熱された蓄熱可能な蓄熱体という意味において、前記内部容器（２０）が切り離し可能であり、
   前記蓄熱器が高温の冷却液を前記エンジンに送り、低温の冷却液が前記蓄熱器内に流入し、前記蓄熱器によって高い温度に再加熱され、前記冷却液回路に低温の冷却液のみでなく予熱された冷却液も供給され、
   前記内部容器（２０）及び前記外部容器（２１）の各々が取り外し可能な蓋要素（２３，２４）を有し、
   前記内部容器（２０）がピン（２５，２６）によって前記外部容器（２１）内に固定されていることを特徴とする蓄熱器。
2. 前記断熱層（２２）が、真空排気された断熱体として構成されていることを特徴とする、請求項１に記載の蓄熱器。
3. 前記断熱体が、プレスされたシリカ粉末を含むことを特徴とする、請求項２に記載の蓄熱器。
4. 前記内部容器（２０）と前記外部容器（２１）がプラスチックで作られていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の蓄熱器。
5. 前記入口開口が入口接続要素として構成され、前記出口開口が出口接続要素として構成されていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の蓄熱器。
6. 前記入口接続要素及び前記出口接続要素がバルブによって閉鎖および開放されることを特徴とする請求項５に記載の蓄熱器。
7. 前記入口接続要素及び前記出口接続要素が前記内部容器（２０）及び前記外部容器（２１）の前記蓋要素（２３，２４）の開口部（３０，３１）を通過していることを特徴とする請求項５又は６に記載の蓄熱器。
8. 前記蓄熱器が複数のチャンバを含み、これらのチャンバの少なくとも２つが、少なくとも１つの開口部によって互いに連通するように結合されていることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載の蓄熱器。

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