JP2004020027A

JP2004020027A - 蓄熱器

Info

Publication number: JP2004020027A
Application number: JP2002174441A
Authority: JP
Inventors: Shigeo Ito; 伊藤　茂雄
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2002-06-14
Filing date: 2002-06-14
Publication date: 2004-01-22

Abstract

【課題】蓄熱器の保温性能の低下を最小化しつつ、内容器の振れを拘束することで容器下部の溶接部に発生する応力を緩和し、耐久性を向上した蓄熱器を提供する。
【解決手段】金属製の内容器１と外容器２との二重構造であって、両者の開口側である下端の接合部８で両者が溶接されており、両者の空隙部が真空断熱されている蓄熱器において、内容器の上部に凹部１１が形成されていて、該凹部と外容器との間にリング状スペーサ７が嵌め込まれている。凹部１１は、例えば内容器上部の周面に環状に形成され、この環状凹部１１内に、凹部と外容器間の間隙を略直径とするリングで形成されたスペーサ７を複数個嵌め込む。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、真空断熱層を備えた蓄熱器に関し、特に車両に搭載され、エンジン冷却水を保温貯蔵するのに好適な蓄熱器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、水冷式内燃機関（エンジン）の暖機促進を図る冷却系装置として、エンジンから流出する冷却水を保温貯蔵する蓄熱器を冷却水回路に配設し、蓄熱器内に貯蔵された高温の冷却水をエンジンに導入してエンジンの暖機促進を図るものが提案されている。
【０００３】
このような蓄熱器として、従来より図６に示された構造の蓄熱器がある。この蓄熱器は、図６（ｂ）に示すように内容器１と外容器２及びこの外容器２の下部に接合されたブラケット３から構成されている。内容器１と外容器２とは、通常ステンレスから作られており、両容器１，２間の空隙部は真空に保たれ、断熱層を形成していると共に、図６（ｃ）に接合部であるＡ部を拡大して示すように、容器下部（容器の開口部）で両者１，２は円周上に溶接接合されている。
【０００４】
蓄熱器の車両搭載には、図６（ａ）に示すように、蓄熱器はブラケット３でボルト６によってエンジン冷却水通路を形成する樹脂ハウジング４に固定され組み付けられる。また、蓄熱器と樹脂ハウジング４とはＯリング５によってシールされる。
エンジン冷却水は、車両走行時に高温となり樹脂ハウジング４の入口側パイプ４１から蓄熱器内に取り込まれ、その一部は出口側パイプ４２より排出される。蓄熱器内に取り込まれた高温のエンジン冷却水は車両が停車している間、蓄熱器内に保温貯蔵される。そして、次回のエンジン始動時に、蓄熱器内の高温のエンジン冷却水がエンジンや車室内暖房用ヒータコアに送り込まれ、エンジンの早期暖機や早期暖房に使用される。
【０００５】
しかしながら、上記従来の蓄熱器は保温性能を向上させるために、内容器１と外容器２の接合部８を下側に配置している。これは内容器１内の冷却水の温度が上部は高温、下部は低温となることから、蓄熱器が外部へとつながる、樹脂ハウジング４との接続部分である接合部８を低温側とすることで、伝熱による冷却水の熱損失を低減するためである。しかし、内容器１と外容器２の接合部８は下部の円周溶接部８のみであることから、車両走行時の振動によって、エンジン冷却水で満たされた内容器１が振動し、この円周溶接部に応力が集中し、耐久性が劣る（疲労破壊する）という問題がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたもので、その目的は、蓄熱器の保温性能の低下を最小化しつつ、内容器の振れを拘束することで容器下部の円周溶接部に発生する応力を緩和し、耐久性を向上した蓄熱器を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記課題を解決するための手段として、特許請求の範囲の各請求項に記載の蓄熱器を提供する。
請求項１に記載の蓄熱器は、内容器の上部に凹部を形成し、この凹部と外容器との間にリング状スペーサを嵌め込むことで、内容器の振動を拘束するようにしたものである。これにより、内容器と外容器との唯一の結合個所である下部の溶接部に発生する応力が緩和され、蓄熱器の耐久性を向上させることができる。また、スペーサをリング状とすることで、スペーサの組付性を向上できる。
【０００８】
請求項２の蓄熱器は、スペーサと内・外容器との接触が線接触となるようにしたものであり、これにより、両者間の伝熱面積を最小化することができ、保温性の低下も最小化できる。
請求項３の蓄熱器は、内容器上部の凹部を、内容器上部周面に環状に形成したものである。この場合、内容器上部を絞り込むことによって容易に凹部を形成することができる。
【０００９】
請求項４の蓄熱器は、内容器上部の凹部をその周面に所定の間隔をあけて、上面視で略Ｖ字状に複数形成したものである。この場合においては、凹部内に嵌め込まれたリング状スペーサが、凹部内を移動するのが防止できる。また、凹部を内容器上部の周面に所定の間隔で設けているので、内容器上部の全周面に環状に凹部を設けた場合に比べて、内容器の容量を増大することができ、エンジン始動時に利用できる熱量を増大できる。
請求項５の蓄熱器は、スペーサを複数設けたものであり、これにより、内容器の振動を効果的に抑制できる。
【００１０】
請求項６の蓄熱器は、スペーサを、１つのリング本体と、このリング本体から径方向に延びて、内容器の外周面又は外容器の内周面に当接する複数の支持部とから構成したものである。この場合においては、１個のスペーサですむために、スペーサの組付け工数が低減できると共に、スペーサが凹部内を移動する恐れもない。
請求項７の蓄熱器は、リング本体から径方向の内方に延びる支持部と径方向の外方に延びる支持部とが、リング本体の周方向の同一位置に形成されている。
【００１１】
請求項８の蓄熱器は、リング本体から径方向の内方に延びる支持部と径方向の外方に延びる支持部とを、リング本体の周方向に交互に間隔をあけて形成したものであり、この場合においては、リング本体の周方向の同一位置から径方向の内外に延在する支持部に比べて、径方向の内外の支持部が周方向に間隔をあけて存在しているので、内容器から外容器までの伝熱経路が長くなり、保温性が向上する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面に従って本発明の実施の形態の蓄熱器について説明する。図１は、本発明の第１実施形態の蓄熱器の縦断面図と、Ｉ−Ｉ線における横断面の半分を示している。なお、本発明においては、上部とは、図面において上部側である蓄熱器の底部側を意味しており、下部とは、図面において下部側である蓄熱器の開口側を意味している。
【００１３】
本発明の第１実施形態の蓄熱器は、内容器１、外容器２、外容器２の下部（肩部）に接合されたブラケット３及び内容器１と外容器２との間に嵌め込まれる複数のリング状スペーサ７とから構成される。内容器１と外容器２とは、下部の円周溶接部８でのみ接合されている。第１実施形態では、内容器１と外容器２との間に複数のリング状スペーサ７を嵌め込むための空間を形成するために、内容器１の上部には、環状の凹部１１が形成されている。この外容器２と内容器１の環状の凹部１１とで形成される環状の空間内に、その周方向に適宜の間隔をあけて、複数のリング状スペーサ７が嵌め込まれ、その位置が固定される。なお、図１では、周方向に略９０°の間隙をあけて４つのリング状スペーサ７が設けられているが、このスペーサ７の数は、適宜選択可能であるが、スペーサ７の数を多くするとそれだけ伝熱による熱損失が多くなること、及び４方向からの振動に耐えられることから、４つのスペーサ数が好適である。この場合、図１に示されるように内容器１の外周とリング状スペーサ７の外周とは線接触し、外容器２の内周とリング状スペーサ７の外周とも線接触することになる。
【００１４】
スペーサ７は、熱伝導の低い材料から作られることが好ましいが、真空中でガスを発生するものは適さない。また、蓄熱器は内容器１と外容器２との間の空隙部を真空にするために高温で真空引きをしており、そのためスペーサ７はその高温にも耐える材質でなければならず、セラミックや伝熱面ではセラミックより劣るが、加工性から内容器及び外容器と同一材であるステンレス等が好ましい。
【００１５】
このように、本発明の実施形態の蓄熱器では、スペーサ７が蓄熱器上部の内容器１と外容器２との間に形成される空間に嵌め込まれることによって、内容器の振動が拘束され、これによって、蓄熱器下部の円周上溶接部８に発生する応力が緩和される。また、リング状スペーサ７に加わる応力は、内容器１の上部の外周上に配置された複数個のスペーサ７に分散されるため、スペーサ７が破損する恐れはない。
更に内容器１と外容器２とは下部の円周上溶接部８で接合されているだけであり、その隙間のバラツキは少なくないが、剛性の低い（肉厚の薄い）スペーサ７を用いることで、その変形を利用できるので組み付けは容易となる。
また、蓄熱器上部にスペーサ７を嵌め込むことで、スペーサ７を介した熱伝導による保温性低下を招くが、内容器１とスペーサ７及び外容器２とスペーサ７との接触を線接触とすることで、伝熱面積を最小化し、保温性の低下も最小化できる。
【００１６】
図２は、本発明の第２実施形態の蓄熱器の縦断面図と、ＩＩ−ＩＩ線における横断面の半分を示している。図１の第１実施形態では、内容器１の上部を全周に渡って環状の凹部１１を形成しているが、図２の第２実施形態では、内容器１の上部のリング状スペーサ７を嵌め込む位置にのみ、上部に凹部１１を形成している。即ち、第２実施形態では、内容器１の上部の周面に沿って所定の間隔をあけて、上面視で略Ｖ形状を形成するように複数の凹部１１が形成されている。図２では、この凹部１１は、内容器１上部の全周に４個所形成されているが、この数に限定されるものではない。他の部分の構成は、第１実施形態と同様である。
【００１７】
この第２実施形態では、第１実施形態のように内容器１上部の全周に渡って凹部１１を形成するのではなく、リング７を嵌め込む位置にのみ周面に断続的に凹部１１を形成しているので、内容器１の容量を増やすことができ、エンジン始動時に利用できる熱量を増大できる。また、第１実施形態では、リング状スペーサ７が環状の凹部１１内を移動し、内容器１の振動を規制する能力が低下する恐れがあるが、第２の実施形態では、略Ｖ形状の凹部１１内にリング状スペーサ７を収めることができるので、スペーサ７の移動が防止でき、内容器１の振動を規制する能力が低下することはない。
【００１８】
図３は、本発明の第３実施形態の蓄熱器の縦断面図と、　ＩＩＩ−ＩＩＩ　線における横断面の半分を示している。図１，２に示す第１、第２実施形態のスペーサ７の形状では、内容器１上部の凹部１１と外容器２とで形成される空間を概略直径とするリング状としているが、図３に示す第３実施形態のスペーサ７は、内容器１上部の環状の凹部１１と外容器２とで形成される環状の空間内の略中間部に環状に位置するようなリング状に形成されている。
【００１９】
この第３形態のスペーサ７は、図３に示すようにリング本体７１とこのリング本体７１から径方向に突出する複数の支持部７２とからなる。リング本体７１は、内容器１上部の環状凹部１１が形成されている部分の直径と外容器２の直径との略中間の直径を有している。リング本体７１の内外周面には、所定の間隔をあけて周方向の同一位置から径方向の内方及び外方に向けて延びる支持部７２が複数個所、例えば図３では４個所で、形成されている。これらの支持部７２の先端７３は、内容器１の外周面又は外容器２の内周面と線接触するように、円弧状に形成されている。他の構造は、第１実施形態と同様である。
【００２０】
第３実施形態のスペーサ７は、第１、第２実施形態に比べてスペーサ７自体は１個ですむのでスペーサの組み付け工数が低減できる。また、１個のスペーサ７が、環状空間の略中央部に環状に配置されているので、第１、第２実施形態のようにスペーサ７が移動（回転）する恐れがない。
【００２１】
図４は、本発明の第４実施形態の蓄熱器の縦断面図と、ＩＶ−ＩＶ線における横断面の半分を示している。第３実施形態のスペーサ７では、支持部７２が、リング本体７１の円周上の同一位置から径方向の内方及び外方に向けて延びているが、本第４実施形態のスペーサ７では、リング本体７１の円周上で径方向の内方に向けて延びる内支持部７２ａと径方向の外方に向けて延びる外支持部７２ｂとが、周方向に所定の間隔をあけて交互にリング本体７１に設けられている。内・外支持部７２ａ，７２ｂの先端７３は、第３実施形態と同様に内容器１の外周面又は外容器２の内周面に線接触するように、円弧状に形成されている。他の構造は、第３実施形態と同様である。
【００２２】
この第４実施形態のスペーサ７では、内・外支持部７２ａ，７２ｂがリング本体の円周上を交互に形成されているので、第３実施形態のスペーサ７に比べて内容器１から外容器２までの伝熱経路が長くなり、保温性の向上を図れる。
【００２３】
図５は、本発明のスペーサ７を蓄熱器に組み付ける場合の１つの例を説明する図である。この例においては、外容器２が上蓋部分２２と容器部分２１とからなり、内容器１を外容器２の容器部分２１に組み込んで、下部の接合部８で溶接接合した後、内容器１と外容器２の容器部分２１とで形成されるスペーサ７の嵌め込み位置にスペーサ７を嵌め込む。その後、外容器２の上蓋部分２２を容器部分２１に被せ、両者の接合部分を溶接によって結合する。このようにして、スペーサ７を組み込んだ蓄熱器が得られる。
【００２４】
なお、上記説明においては、本発明の蓄熱器を専ら車両用として説明しているが、車両用以外にも適宜利用できるものであることは当然である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態の蓄熱器の縦断面図と、Ｉ−Ｉ線による横断面の半分を示す図である。
【図２】本発明の第２実施形態の蓄熱器の縦断面図と、ＩＩ−ＩＩ線による横断面の半分を示す図である。
【図３】本発明の第３実施形態の蓄熱器の縦断面図と、　ＩＩＩ−ＩＩＩ　線による横断面の半分を示す図である。
【図４】本発明の第４実施形態の蓄熱器の縦断面図と、ＩＶ−ＩＶ線による横断面の半分を示す図である。
【図５】本発明におけるスペーサの蓄熱器への組付け手順を説明する図である。
【図６】従来の蓄熱器を、（ａ）車両搭載時の断面図、（ｂ）蓄熱器の縦断面図、（ｃ）接合部であるＡ部の拡大図、で示している。
【符号の説明】
１…内容器
１１…凹部
２…外容器
３…ブラケット
４…樹脂ハウジング
７…スペーサ
７１…リング本体
７２…支持部
７３…先端
８…接合部（溶接部）

Claims

金属製の内容器と外容器との二重構造であって、前記内容器と前記外容器の開口側である下部の両者の接合部でのみ、両者が溶接接合されており、両者の空隙部が真空断熱されている蓄熱器において、
前記内容器の上部に凹部を形成し、前記凹部と前記外容器との間にリング状スペーサを嵌め込むことで、前記内容器の振動を拘束することを特徴とする蓄熱器。
前記スペーサと前記内容器及び前記スペーサと前記外容器との接触を線接触とすることを特徴とする請求項１に記載の蓄熱器。
前記凹部が前記内容器上部の周面に環状に形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の蓄熱器。
前記凹部が前記内容器上部の周面に所定の間隔をあけて、上面視で略Ｖ字状に複数形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の蓄熱器。
前記スペーサが複数設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の蓄熱器。
前記スペーサが、１つのリング本体と、前記リング本体から径方向に延びて前記内容器の外周面又は前記外容器の内周面に当接する複数の支持部とからなることを特徴とする請求項１，２又は３に記載の蓄熱器。
前記リング本体から径方向の内方に延びる支持部と径方向の外方に延びる支持部とが、前記リング本体の周方向の同一位置に形成されていることを特徴とする請求項６に記載の蓄熱器。
前記リング本体から径方向の内方に延びる支持部と径方向の外方に延びる支持部とが、前記リング本体の周方向に交互に間隔をあけて形成されていることを特徴とする請求項６に記載の蓄熱器。