蓄热系统的制作方法

本申请享受以日本专利申请2014-153726号(申请日：2014年7月29日)为基础申请的优先权。本申请通过参照该基础申请而包含基础申请的全部的内容。

技术领域

本文公开涉及一种蓄热系统。

背景技术：

在具备作为能量转换装置的发动机(内燃机)的车辆中，对于热剩余的静态时以及需要热的启动时的各个情况，通常会产生时间上的以及空间上的间隔。因此，提出了静态时对从发动机散发的热的一部分事先进行蓄热，而在启动时将被蓄热的热散发的蓄热系统。

例如，已知使用利用物质的比热的显热蓄热材料而进行蓄热的蓄热系统、使用利用随着物质的固液相变化产生的潜热的潜热蓄热材料而进行蓄热的蓄热系统。另外，已知使用利用化学反应热的化学蓄热材料而进行蓄热的蓄热系统(例如，参照专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2013-108748号公报

技术实现要素：

然而，在使用上述潜热蓄热材料的蓄热系统中，通常基于蓄热材料的热容量的蓄热较小，因此难以高密度地蓄积热。因此，在根据系统要求的蓄热以及散热而构成显热蓄热系统的情况下，可能会导致体积大型化。

另外，在使用上述潜热蓄热材料的蓄热系统中，除显热以外，还能够利用液相与固相之间的相变时的焓进行蓄热。然而，需要用于收纳液体的容器(保持部)。

因此，可能会因容器而导致蓄热材料与热源或散热目的地之间的热阻变大。另外，设置容器，也能够导致产生搭载时未配置有任何部件的空间即所谓的死区。即，在使用潜热蓄热材料的蓄热系统中，能够利用相变时的焓这一优点被需要容器这一缺点抵消。

另外，在使用上述化学蓄热材料的蓄热系统中，除显热以及潜热以外，还能够利用化学反应的焓进行蓄热。此时，该化学反应的反应速度通常较大程度地取决于温度。因此，为了使该化学反应迅速进行，要求较高的温度。

因此，在热源(发动机)的温度低的情况下，在蓄热材料中几乎不会进行化学反应，从而可能难以高密度地蓄积热。即，在使用化学蓄热材料的蓄热系统中，可能因热源的温度而无法具备能够利用化学反应的焓这一优点。

本文公开是鉴于上述的问题而完成的，其目的在于提供一种废除用于保持蓄热材料的保持部且实现体积的小型化，并且能够与热源的温度无关地进行高密度的蓄热的蓄热系统。

本文公开的蓄热系统具备：产生热并将该热向第一热介质散发的热源；以及蓄积热的蓄热部。蓄热部在蓄热部的温度为相变温度以下的情况下变化成固体状的第一相状态，并且在蓄热部的温度超过相变温度的情况下变化成固体状的第二相状态。蓄热部通过第一相状态与第二相状态之间的相变化进行蓄热或散热。被构成为能够切换蓄热模式与散热模式，该蓄热模式是将第一热介质所具有的热蓄热到蓄热部中的模式，该散热模式是将被蓄积于蓄热部的热向传热对象散发的模式。

由此，蓄热部通过固体状的第一相状态与固体状的第二相状态之间的相变化进行蓄热或散热，由此能够在第一相状态以及第二相状态这两者中均将蓄热部设为固体状。因此能够废除用于保持蓄热材料的保持部。

另外，蓄热部通过固体状的第一相状态与固体状的第二相状态之间的相变化进行蓄热，由此，与显热蓄热材料相比能够高密度地贮存热。因此，能够将蓄热系统的体积小型化。

另外，由于蓄热部中的蓄热以及散热中没有伴随化学反应，因此即使在热源的温度低的情况下，也能够高密度地贮存热。即，能够与热源的温度无关地进行高密度的蓄热。

附图说明

图1是表示第一实施方式所涉及的蓄热系统的整体构成图。

图2是表示第一实施方式中的蓄热部的示意性的立体图。

图3是表示第二实施方式所涉及的蓄热系统的整体构成图。

图4是表示第三实施方式所涉及的蓄热系统的整体构成图。

图5是表示第四实施方式所涉及的蓄热系统的整体构成图。

图6是表示第五实施方式所涉及的蓄热系统的整体构成图。

图7是表示第五实施方式中的蓄热部的示意性的立体图。

图8是表示第六实施方式中的蓄热部的示意图。

图9是表示第七实施方式中的蓄热部的示意图。

图10是表示第八实施方式中的蓄热部的示意图。

具体实施方式

以下，参照附图对本文公开的实施方式进行说明。另外，在以下的各实施方式中，对彼此相同或等同的部分在附图中标注相同的符号。

(第一实施方式)

参照图1以及图2对本文公开的第一实施方式进行说明。本实施方式中，将本文公开所涉及的蓄热系统应用于对作为混合动力汽车(车辆)的一个行驶用驱动源而使用的发动机(内燃机)的废热进行蓄热的蓄热系统。

如图1所示，本实施方式的蓄热系统中，经由冷却水向蓄热部2输送来自发动机1的热，在蓄热部2蓄积该热。

发动机1是当将来自外部的供给能量即燃料转换成其他形态的能量即动力时，对冷却水散发热的能量转换部，相当于本文公开的热源。冷却水是在与发动机1之间进行热的接收或供给的液体，相当于本文公开的第一热介质。

发动机1与蓄热部2通过在发动机1与蓄热部2之间形成闭合回路的冷却水流路3连接。在冷却水流路3设置有使冷却水在该冷却水流路3中循环的机械式或电动式的第一泵31。而且，冷却水流路3内的冷却水从发动机1的冷却水出口经由蓄热部2向发动机1的冷却水入口循环。本实施方式的冷却水流路3相当于本文公开的第一热介质流路。

另外，发动机1上连接有供从发动机1排出的气体即排气流通的排气流路4。

蓄热部2对与发动机1的废热进行热交换而变得高温的冷却水所具有的热进行蓄热。另外，具体而言，蓄热部2由在该蓄热部2的温度为相变温度以下的情况下变化为固体状的第一相状态，并且在该蓄热部2的温度超过相变温度的情况下变化为固体状的第二相状态的蓄热材料构成。即，蓄热部2由在第一相状态以及第二相状态均为固体的材料构成。另外，蓄热部2通过第一相状态与第二相状态之间的相变化而进行蓄热或散热。

随后，对本实施方式中的蓄热部2的材料(蓄热材料)进行说明。蓄热部2由在所构成的物质的电子之间工作的库伦相互作用强的强相关电子类化合物构成。

在本实施方式中，作为构成蓄热部2的强相关电子类化合物，采用至少包含过渡性金属以及氧的化合物，例如二氧化钒。另外，作为构成蓄热部2的强相关电子类化合物，也可以采用由下述通式F1表示的化合物。

M_1-xN_xO_y···F1

然而，通式F1中，M以及N表示相互不同的过渡性金属。

此处，上述通式F1中的M能够采用钒。另外，上述通式F1中的N能够采用从钨、铼、钼、钌、铌以及钽构成的组中选出的一种金属。因此，通过向二氧化钒中附加规定量的如上述那样的钨等金属元素，由此能够将蓄热部2的相变温度设定成所期望的温度。

随后，对本实施方式中的蓄热部2的构造进行说明。如图2所示，本实施方式的蓄热部2以具有由上述的蓄热材料构成的块状的主体部21的方式构成。

在主体部21形成有多个供冷却水流通的冷却水流通孔22。在冷却水流通孔22的内部设置有作为传热构件的第一翅片23。在本实施方式中，作为第一翅片23，采用了与冷却水的流动方向垂直的剖面形状被形成为使凸部交替位于一侧与另一侧地弯曲的波形状的波纹翅片。通过该第一翅片23使得与冷却水的传热面积增大，从而促进了冷却水与蓄热材料的热交换。

回到图1，本实施方式的蓄热系统构成为，能够切换在蓄热部2对冷却水所具有的热进行蓄热的蓄热模式与将蓄热部2中蓄积的热向发动机1散发的散热模式。

具体而言，在蓄热模式下，经由在冷却水流路3中流动的冷却水在蓄热部2对发动机1的废热进行蓄热。即，在蓄热模式下，与发动机1进行热交换而变得高温的冷却水所具有的热被蓄热到蓄热部2中。

在散热模式下，被蓄热到蓄热部2的热经由在冷却水流路3中流动的冷却水向发动机1散发。即，在散热模式下，与蓄热部2进行热交换而被加热了的冷却水所具有的热向发动机1散发。因此，本实施方式的发动机1相当于本文公开的传热对象。

在本实施方式中，通过在静态时、即热剩余时执行蓄热模式，由此能够将发动机1的高温的废热经由冷却水贮存到蓄热部2中。而且，通过在启动时、即热不足时执行散热模式，由此能够将被蓄热到蓄热部2的热用于发动机1的暖气。

另外，蓄热模式与散热模式的切换例如能够通过以下的方法来进行。即，对发动机1的出口侧的冷却水温度进行检测，在检测出的冷却水温度为预定的基准温度以上的情况下执行蓄热模式，在检测出的冷却水温度低于基准温度的情况下执行散热模式。

如以上说明的那样，在本实施方式中，蓄热部通过固体状的第一相状态与固体状的第二相状态之间的相变化进行蓄热或散热。由此，能够在第一相状态以及第二相状态中均将蓄热部2设为固体状，因此能够废除用于保持蓄热材料的容器等保持部。

另外，蓄热部2通过固体状的第一相状态与固体状的第二相状态之间的相变化进行蓄热，由此与显热蓄热材料相比，能够高密度地贮存热。因此，能够使蓄热系统、具体而言蓄热部2的体积小型化。

另外，由于蓄热部2中的蓄热以及散热中没有伴随化学反应，因此即使在发动机1的温度低的情况下，也能够高密度地贮存热。即，能够与热源即发动机1的温度无关地进行高密度的蓄热。

(第二实施方式)

随后，参照图3对本文公开的第二实施方式进行说明。本第二实施方式与上述第一实施方式相比不同点在于，将在蓄热部2蓄积的热用于向车室内吹出的空调空气的加热(暖风)。

如图3所示，本实施方式的蓄热系统具备供载热体流通的载热体流路6。即，加热器芯5与蓄热部2通过在加热器芯5与蓄热部2之间形成闭合回路的载热体流路6连接。载热体是与蓄热部2以及后述的加热器芯5这两者之间进行热的接收或供给的液体，相当于本文公开的第二热介质。

载热体流路6形成与冷却水流路3独立的回路。在载热体流路6设置有使载热体在该载热体流路6中循环的机械式或电动式的第二泵61。本实施方式的载热体流路6相当于本文公开的第二热介质流路。

加热器芯5是在载热体与空调空气之间进行热交换而对空调空气进行加热的热交换器，该载热体通过在蓄热部2蓄积的热加热，该空调空气通过鼓风机(未图示)被送出。作为加热器芯5，例如，能够采用使在管内流通的载热体与在管外流通的空调空气进行热交换而对空调空气进行加热的翅片管式热交换器。

在本实施方式中，在散热模式下，被蓄热到蓄热部2的热经由在载热体流路6中流动的载热体向在加热器芯5中流动的空调空气散发。并且，被蓄热到蓄热部2的热经由在冷却水流路3中流动的冷却水向发动机1散发。即，在散热模式下，被蓄热到蓄热部2的热向发动机1以及空调空气双方散发。因此，本实施方式的发动机1以及空调空气相当于本文公开的加热对象(传热对象)。

在本实施方式中，通过在静态时、即热剩余时执行蓄热模式，由此能够将发动机1的高温的废热经由冷却水贮存到蓄热部2中。而且，通过在启动时、即热不足时执行散热模式，从而能够将被蓄热到蓄热部2的热用于发动机1的暖气以及车室内的暖风这两者。

其他结构以及动作与第一实施方式相同。因此，根据本实施方式的蓄热系统，能够得到与第一实施方式相同的效果。

(第三实施方式)

随后，参照图4对本文公开的第三实施方式进行说明。本第三实施方式与上述第一实施方式相比不同点在于，在蓄热部2中对发动机1的排气所具有的热进行蓄热。

如图4所示，本实施方式的蓄热部2配置在排气流路4内。因此，蓄热部2对从发动机1排出的气体即排气所具有的热进行蓄热。即，蓄热部2经由排气对发动机1的废热进行蓄热。因此，本实施方式的排气相当于本文公开的第一热介质。

在排气流路4中的蓄热部2的下游侧配置有排气净化用的催化剂7。具体而言，蓄热部2以及催化剂7配置在构成排气流路4的排气管的内部。

在本实施方式中，在蓄热模式下，发动机1的废热经由在排气流路4中流动的排气被绪热到蓄热部2中。即，在蓄热模式下，从发动机1排出的高温的排气所具有的热被蓄热到蓄热部2中。

另外，在散热模式下，被蓄热到蓄热部2的热经由在排气流路4中流动的排气而向催化剂7散发。即，在散热模式下，与蓄热部2进行热交换而被加热了的排气所具有的热向催化剂7散发。因此，本实施方式的催化剂7相当于本文公开的加热对象(传热对象)。

在本实施方式中，通过在静态时、即热剩余时执行蓄热模式，由此能够经由排气将发动机1的高温的废热贮存到蓄热部2中。而且，通过在启动时、即热不足时执行散热模式，由此能够将被蓄热到蓄热部2的热用于催化剂7的暖气。

其他结构以及动作与第一实施方式相同。因此，根据本实施方式的蓄热系统，能够得到与第一实施方式相同的效果。

(第四实施方式)

随后，参照图5对本文公开的第四实施方式进行说明。本第四实施方式与上述第三实施方式相比不同点在于，将在蓄热部2蓄积的热经由排气向发动机1散发。

如图5所示，本实施方式的车辆具备使发动机1的排气的一部分向吸气侧回流而减少在节流阀11产生的泵气损失的EGR(排气再循环)装置80。在排气流路4中的蓄热部2的下游侧与吸气流路12中的节流阀11的下游侧之间连接有用于使排气的一部分向吸气侧回流的EGR流路8。

在本实施方式中，在散热模式下，被蓄热到蓄热部2的热经由在排气流路4以及EGR流路8中流动的排气向发动机1散发。即，在散热模式下，与蓄热部2进行热交换而被加热了的排气所具有的热向发动机1散发。因此，本实施方式的发动机1相当于本文公开的传热对象。

在本实施方式中，通过在静态时、即热剩余时执行蓄热模式，由此能够经由排气将发动机1的高温的废热贮存到蓄热部2中。而且，通过在启动时、即热不足时执行散热模式，由此能够将被蓄热到蓄热部2的热用于发动机1的暖气。

其他结构以及动作与第三实施方式相同。因此，根据本实施方式的蓄热系统，能够得到与第三实施方式相同的效果。

(第五实施方式)

随后，参照图6以及图7对本文公开的第五实施方式进行说明。本第五实施方式与上述第三实施方式相比不同点在于，将在蓄热部2蓄积的热经由冷却水向发动机1散发。

如图6所示，发动机1与蓄热部2通过在发动机1与蓄热部2之间形成闭合回路的冷却水流路3连接。冷却水流路3形成与排气流路4独立的回路(流路)。在冷却水流路3设置有第一泵31。

另外，本实施方式的冷却水相当于本文公开的第二热介质，本实施方式的冷却水流路3相当于本文公开的第二热介质流路。另外，本实施方式的排气流路4相当于本文公开的第一热介质流路。

在本实施方式中，在散热模式下，被蓄热到蓄热部2的热经由在冷却水流路3中流动的冷却水向发动机1散发。即，在散热模式下，与蓄热部2进行热交换而被加热了的冷却水所具有的热向发动机1散发。因此，本实施方式的发动机1相当于本文公开的传热对象。

如图7所示，在本实施方式的蓄热部2的主体部21形成有多个供排气流通的排气流通孔24。排气流通孔24设置为该排气流通孔24内的排气的流动方向与在冷却水流通孔22内流动的冷却水的流动方向正交。另外，排气流通孔24以及冷却水流通孔22沿多个排气流通孔24的配置方向(图7的纸面上下方向)、即多个冷却水流通孔22的配置方向交替配置。

在排气流通孔24的内部设置有作为传热构件的第二翅片25。在本实施方式中，作为第二翅片25，采用了与排气的流动方向垂直的剖面形状被形成为使凸部交替位于一侧与另一侧地弯曲的波形状的波纹翅片。通过该第二翅片25使得与排气的传热面积增大，从而促进了排气与蓄热材料的热交换。

在本实施方式中，通过在静态时、即热剩余时执行蓄热模式，由此能够经由排气将发动机1的高温的废热贮存到蓄热部2中。而且，通过在启动时、即热不足时执行散热模式，由此能够将被蓄热到蓄热部2的热经由冷却水将利用于发动机1的暖气。

因此，在本实施方式的蓄热系统中，能够在蓄热部2对高温(大致400℃)的排气所具有的热进行蓄热，对低温(大致80℃)的冷却水进行散热。因此，能够提高蓄热部2的蓄热效率。

其他结构以及动作与第三实施方式相同。因此，根据本实施方式的蓄热系统，能够得到与第三实施方式相同的效果。

(第六实施方式)

随后，参照图8对本文公开的第六实施方式进行说明。本第六实施方式与上述第一实施方式相比不同点在于，蓄热部2的构成不同。

如图8所示，蓄热部2构成为具有：由强相关电子类化合物形成的主体部(蓄热层)21、覆盖该主体部21的高热导率层26。高热导率层26由与构成主体部21的蓄热材料相比热导率更高的金属构成。在本实施方式中，主体部21由VO₂构成，高热导率层26由V₂O₃构成。

根据本实施方式，通过由热导率高的高热导率层26覆盖蓄热材料的周围，由此能够促进蓄热材料与冷却水之间的热传递。由此，能够在蓄热部2提前进行蓄热或者散热。

另外，通过由与主体部21相比机械强度更高的物质构成高热导率层26，由此能够将高热导率层26形成为任意的形状。因此，通过将高热导率层26例如设置成翅片形状，由此能够使高热导率层26的表面积增大，提高与冷却水之间的热交换性能。

(第七实施方式)

随后，参照图9对本文公开的第七实施方式进行说明。本第七实施方式与上述第一实施方式相比不同点在于，蓄热部2的构成不同。

如图9所示，蓄热部2由包括强相关电子类化合物2a以及作为无机化合物的填料(加强材料)2b在内的化合物构成。在本实施方式中，蓄热部2由VO₂以及陶瓷构成。

由此，能够提高蓄热部2的机械强度。另外，通过变更强相关电子类化合物2a以及填料2b的配合比例，由此能够变更蓄热部2的蓄热。

(第八实施方式)

随后，参照图10对本文公开的第八实施方式进行说明。本第八实施方式与上述第一实施方式相比不同点在于，蓄热部2的构成不同。

如图10所示，蓄热部2构成为具有：由强相关电子类化合物形成的主体部(蓄热层)21、增大与主体部21的传热面积的翅片(传热构件)27。翅片27由与主体部21相比热导率更高的金属构成。

主体部21由高热导率层26覆盖，该高热导率层26由与构成该主体部21的蓄热材料相比热导率更高的金属构成。高热导率层26由与翅片27相同的材料构成，并且与翅片27一体地构成。在本实施方式中，主体部21由VO₂构成，高热导率层26以及翅片27由V₂O₃构成。

根据本实施方式，通过在蓄热部2设置翅片27，由此能够增大蓄热部2与冷却水的传热面积，提高蓄热部2与冷却水之间的热交换性能。

(其他实施方式)

本文公开不限定于上述的实施方式，在不脱离本文公开的主旨的范围内，例如能够像以下那样进行各种变形。另外，也可以在能够实施的范围内适宜组合上述各实施方式中公开的特征。

(1)在上述实施方式中，对作为第一翅片23而采用了波纹翅片的示例进行了说明，但是第一翅片23的形状不限定于此。

例如，作为第一翅片23，也可以采用与冷却水的流动方向正交的剖面形状被形成为矩形波状的直筒翅片。另外，作为第一翅片23，也可以采用相对直筒翅片使被折弯成矩形波状的部位朝向冷却水的流动方向，进而折弯成波状的波状翅片。另外，作为第一翅片23，也可以采用相对直筒翅片在被折弯成矩形波状的部位设置切口部，并将该切口部断续地折弯的偏心翅片。

同样地，在上述第五实施方式中，对作为第二翅片25而采用了波纹翅片的示例进行了说明，但是不限于此，作为第二翅片25，也可以采用直筒翅片、波状翅片或者偏心翅片。

(2)在上述第二实施方式中，对在散热模式下被蓄热到蓄热部2的热向发动机1以及空调空气双方散发地构成蓄热系统的示例进行了说明。然而，散热模式时的散热目的地不限定于此。例如，也可以将蓄热系统构成为在散热模式下，被蓄热到蓄热部2的热向空调空气散发而不向发动机1散发。

(3)在上述第七实施方式中，对蓄热部2由VO₂以及陶瓷构成的示例进行了说明。然而，蓄热部2也可以构成为包含其他的化合物。

(4)在上述第二实施方式中，对作为加热对象(传热对象)而采用了空调空气的示例进行了说明。然而，例如，作为加热对象，也可以采用ATF(自动变速器油)、发动机油。

(5)在上述第三实施方式中，对作为加热对象(传热对象)而采用了催化剂7的示例进行了说明，但是加热对象不限定于此。例如，在发动机1为柴油发动机的情况下，作为加热对象，也可以采用在发动机1的排气流路4上设置的DPF(柴油颗粒过滤器)。

(6)在上述第三实施方式中，对在散热模式下将在蓄热部2蓄热的热经由作为第一热介质的排气向催化剂7散发的示例进行了说明。然而，散热模式时的散热目的地不限定于此。

例如，在散热模式下，也可以将在蓄热部2蓄热的热经由与排气不同的流体即载热体(第二热介质)向催化剂7散发。此时，载热体流通的载热体流路也可以形成与排气流路4独立的回路。

(7)在上述实施方式中，对将本文公开所涉及的蓄热系统应用于混合动力车的车辆用蓄热系统中的示例进行了说明，但是蓄热系统的应用不限定于此。

例如，也可以应用于从车辆行驶用电动机获取车辆行驶用的驱动力的电动汽车(包含燃料电池车辆)、从发动机获取车辆行驶用的驱动力的通常的车辆的空调装置。并且，本文公开所涉及的蓄热系统不限定于车辆用，也可以应用于固定式蓄热系统等。

另外，在上述实施方式中，对作为产生热并且向第一热介质散发该热的热源而采用了作为能量转换部的发动机的示例进行了说明，然而热源不限定于此。例如，在将蓄热系统应用于车辆用蓄热系统的情况下，也能够将燃料电池、行驶用电动机等电气设备作为热源而采用。