JP6301667B2 - 発核装置 - Google Patents

Description

本発明は、誤作動の少ない発核装置に関するものである。

例えば、自動車の暖房などにおいて、エンジン始動直後であっても、即座に暖かなエアを室内に効率よく送るために、熱を蓄熱する蓄熱材が用いられる場合がある。蓄熱材は、相変化に伴う潜熱を放出することで、大きなエネルギーを消費することなく、熱を発生させることができる。

このような蓄熱材は、例えば液体の状態から固体の状態へ相変化させるための発核装置が用いられる。発核装置を用いることで、任意のタイミングで、蓄熱材に衝撃等を与え、発核させることができる。

このような、発核装置としては、蓄熱材の収容部材に固定された部材の移動や金属板の変形等を用いた方法がある（例えば特許文献１、２）。

特開２０１１−７５０５０号公報 特開２００７−２３２３３２号公報

特許文献１、２のように、従来の発核装置は、発核を行うために、蓄熱材に対して衝撃等を加えるものである。しかし、自動車に発核装置を搭載すると、自動車の振動等が移動部材や金属板等に伝達される。このため、意図せずに、発核が開始してしまう恐れがある。また、生成した種結晶が振動によって消失してしまう恐れがある。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、振動等による誤作動を抑制することが可能な発核装置を提供することを目的とする。

前述した目的を達成するため、本発明は、蓄熱材の発核装置であって、板状部材と、前記板状部材を保持する保持部材と、前記板状部材を変形させる押圧部材と、を具備し、前記板状部材は、前記押圧部材によって押圧されることで変形可能であり、前記板状部材の端部と前記保持部材との間には、クリアランスが形成され、前記蓄熱材が流入可能であり、前記板状部材の端部が、前記保持部材によって完全に拘束されておらず、前記板状部材は、前記保持部材に対して遊びを有していることを特徴とする発核装置である。

前記押圧部材は、回転体であり、前記回転体を回転させることで、前記回転体が前記板状部材と接触し、前記板状部材を変形させることが可能であってもよい。

前記回転体の押圧部が、回転方向に対して湾曲して形成されることが望ましい。

前記保持部材と前記板状部材の端部とが、磁石によって、前記板状部材の端部と前記保持部材との間のクリアランスが維持されてもよい。

本発明によれば、蓄熱材に力を加える板状部材と、板状部材を保持する保持部材との間に、クリアランスが形成される。すなわち、板状部材が保持部材によって完全に拘束されず、多少のがたつきを有する。このため、保持部材等に自動車の振動が伝わったとしても、保持部材から板状部材への振動の伝達が抑制される。このため、板状部材が意図せず変形し、蓄熱材へ力を加えるような誤作動の発生を抑制することができる。

また、押圧部材が回転体であれば、蓄熱材ケース内に、押圧部材を挿抜する必要がない。したがって、押圧部材を動作させても、蓄熱材ケース内における押圧部材の体積変化がなく、蓄熱材ケース内の圧力に変化が生じることがない。このため、圧力変化に伴う誤作動や、動作部の動作抵抗の上昇などの問題を抑制することができる。

特に、回転体を回転方向に対して湾曲させることで、回転角度に対して、板状部材の押圧量を線形とすることができる。このため、板状部材を一定の力で押圧することができる。

また、磁石を用いることで、板状部材と保持部材との間のクリアランスを確実に維持することができる。このため、振動が板状部材に伝わることを抑制することができる。

本発明によれば、振動等による誤作動を抑制することが可能な発核装置を提供することができる。

発核装置１を示す図。 保持部材７を示す図で、図１のＡ−Ａ線断面図。 発核装置１の動作状態を示す図。 保持部材７を示す図で、（ａ）は通常の状態を示す図、（ｂ）は保持部材７に力が加わった状態を示す図。 弾性部材１５を用いた保持部材７を示す図。 磁石１７ａ、１７ｂを用いた保持部材７を示す図。

以下、本発明の実施の形態にかかる発核装置１について説明する。図１は発核装置１を示す断面図である。発核装置１は、主に、押圧部材５、保持部材７、板状部材９等から構成される。発核装置１は、図示を省略した蓄熱材ケース内に配置される。

蓄熱材ケースには、蓄熱材１１が封入されている。蓄熱材１１は、過冷却型潜熱蓄熱材を用いる。例えば、酢酸ナトリウム３水塩や硫酸ナトリウム１０水塩などであり、物質の相変化に伴う潜熱を蓄熱することができる。過冷却型蓄熱材は、凝固点温度以下になっても相変化（結晶化）が起きない状態を保ち、液体にある衝撃や振動や摩擦といったエネルギーを加えることで結晶の種を生成し、今まで不規則に浮遊していた分子やイオンが突如、種結晶に向かって結合（凝固）を始めて、一気に凝固熱を周囲に放出するものである。

一対の板状部材９の間には、押圧部材５が配置される。押圧部材５は蓄熱材ケース内で回転可能である。回転体である押圧部材５は、回転方向に対して湾曲した面を有する。なお、押圧部材５の回転軸は、蓄熱材ケースの外部に液密を保って導出される。

蓄熱材ケースには、保持部材７が固定される。保持部材７は、板状部材９を保持する部材である。すなわち、保持部材７は、板状部材９が、所定の位置から移動しないように保持する部材である。保持部材７は、例えば樹脂製であり、ゴムなどの弾性体で構成してもよい。

板状部材９は、金属製の部材である。板状部材９は湾曲しており、中央の張り出し部が押圧部材５側に向くように配置される。板状部材９の表面は平らでなくても良く、凹凸を設けてもよい。なお、図示した例では、板状部材９が一対配置される例を示すが、本発明はこれに限られない。板状部材９は一つでもよく、３つ以上配置してもよい。

図２は、保持部材７および板状部材９を示す図で、図１のＡ−Ａ線断面図である。板状部材９は、両側の端部が保持部材７によって保持される。例えば、保持部材７の両側に形成された空間に板状部材９の両端が挿入されて保持される。保持部材７と板状部材９との間には、クリアランス１３が形成される。

クリアランス１３は、板状部材９の全周にわたって形成される。すなわち、板状部材９は保持部材７によって完全に拘束されずに、多少の遊びを有する。このため、板状部材９と保持部材７の間には、蓄熱材１１が流入可能である。なお、通常時において、板状部材９が保持部材７の内面の一部と接触していてもよい。

次に、発核装置１の動作方法を説明する。蓄熱材１１が溶融した状態で、押圧部材５を回転させると（図中矢印Ｂ方向）、押圧部材５が板状部材９と接触して、板状部材９を押圧する。このため、板状部材９が変形する（図中矢印Ｃ方向）。

板状部材９の変形によって、蓄熱材１１に力または衝撃力を加えることができる。または板状部材９の表面に付着していた核が蓄熱材１１に放出される。このような変化をトリガーとして、蓄熱材１１が凝固を開始し、潜熱を放出する。

なお、押圧部材５の押圧部が湾曲しているため、押圧部材５の回転角度に対して、板状部材９の押圧量を線形とすることができる。このため、板状部材を一定の力で押圧することができる。

なお、押圧部材５は一方向に回転するようにしてもよく、例えば９０°の回転角度内を往復動作させてもよい。また、押圧部材５は、板状部材９を押圧可能であれば、図示した例には限られず、他の方法で板状部材９を押圧してもよい。

ここで、板状部材９は、保持部材７に完全に拘束されていない。図４（ａ）は、通常時における板状部材９と保持部材７の位置関係を示す図である。前述したように、板状部材９と保持部材７との間には、クリアランス１３が設けられ、クリアランス１３には蓄熱材１１が流入する。

この状態で、図４（ｂ）に示すように、保持部材７に衝撃や振動が加わると、板状部材９は、保持部材７に拘束されないため、板状部材９へ衝撃や振動が直接加わることがない。また、板状部材９と保持部材７との間の蓄熱材１１も緩衝材として機能するため、板状部材９へ伝わる衝撃や振動が抑制される。

板状部材９に衝撃等が直接伝達されると、押圧部材５を動作させていない状態で、板状部材９が変形する恐れがある。このため、意図せずに、蓄熱材１１が潜熱を放出してしまう誤作動が生じと恐れがある。また、凝固中に衝撃によって核が消失してしまう恐れがある。

これに対し、本発明では、板状部材９が保持部材７に拘束されていないため、意図せずに板状部材９に力が付与されて変形することが抑制される。このため、誤作動を防止することができる。なお、保持部材７としては、ヤング率が０．０１〜１０ＧＰａ程度とすることが望ましく、さらに望ましくは、ヤング率が０．０１〜０．１ＧＰａである。ヤング率が０．０１ＧＰａ未満では、板状部材９を保持することができない。また、保持部材７として、ヤング率が０．１ＧＰａ以下のゴムのような弾性部材で構成すれば、保持部材７と板状部材９が接触しても、その衝撃をさらに緩和することができる。

なお、板状部材９と保持部材７とのクリアランス１３をより確実に維持するためには、クリアランス１３を維持する機構を形成してもよい。図５は、クリアランス維持機構として、弾性部材１５を用いた例を示す図である。

弾性部材１５は例えばコイルばねなどのばね部材であり、板状部材９の端部と保持部材７との間に設けられる。このようにすることで、通常時には、確実にクリアランス１３が維持され、保持部材７に衝撃等が加わった場合にも、弾性部材１５が緩衝部材として機能する。このため、板状部材９に衝撃等が直接加わることがない。なお、弾性部材１５は、軟質のゴムなど緩衝材として機能させることができれば、ばね以外の部材であってもよい。

図６はさらに他の形態を示す図である。図６に示す例では、板状部材９の端部には、磁石１７ａ、１７ｂが設けられる。磁石１７ａは例えばＮ極が外方に向けられる磁石であり、磁石１７ｂは例えばＳ極が外方に向けられる磁石である。また、板状部材９と対向する保持部材７の内面にも磁石１７ａ、１７ｂが設けられる。

板状部材９の磁石１７ｂに対向する部位には、磁石１７ｂが設けられ、板状部材９の磁石１７ａに対向する部位には、磁石１７ａが設けられる。すなわち、板状部材９の端部と保持部材７の内面とが互いに反発しあう。なお、保持部材７の内面には、板状部材９の全周を囲むように互いに反発しあう磁石を配置する。このため、板状部材９と保持部材７との間のクリアランス１３を確実に維持することができる。

本実施の形態によれば、板状部材９と保持部材７との間にクリアランス１３が形成され、板状部材９が保持部材７によって完全に拘束されていないため、板状部材９に外部からの衝撃等が直接伝わることがない。このため、板状部材９の意図しない変形による誤作動等を防止することができる。

この際、クリアランス１３に流入する蓄熱材１１は、緩衝材として機能する。また、さらに、弾性部材１５を用いることで、より確実にクリアランス１３を維持することができる。また、磁石１７ａ、１７ｂの反発力を利用しても、クリアランス１３を維持することができる。

また、押圧部材５が回転体であるため、押圧部材５を動作させる際に、蓄熱材ケース内部における押圧部材５の体積変化がない。例えば、押圧部材５が蓄熱材ケースに対して挿抜可能とし、押圧部材５が蓄熱材ケースの外から押し込まれて板状部材９を押圧するような場合には、押圧部材５を蓄熱材ケース内に押し込むと、蓄熱材ケース内の押圧部材５の体積が増加する。このため、蓄熱材ケース内の蓄熱材１１の圧力が変動する。このため、蓄熱材１１の相変化の制御が困難となる。また、動作部を押し込む際の抵抗が大きいため、大きな力が必要となる。

これに対し、本実施形態では、押圧部材５を回転体としたことで、押圧部材５を回転動作させても、蓄熱材ケース内での体積変動がなく、圧力変化もない。このため、蓄熱材１１の相変化が安定する。また、回転動作には、大きなトルクは不要である。

また、押圧部材５が回転体であるため、一つの押圧部材５の動作によって、複数の板状部材９を同時に変形させることができる。

また、押圧部材５の押圧部が湾曲しているため、押圧部材５の回転角度に対して、板状部材９の押圧量を線形とすることができる。このため、板状部材９を一定の力で押圧することができる。

なお、前述した体積変化の影響が小さいような場合には、押圧部材５は必ずしも回転体ではなく、従来の挿抜可能な移動部材を用いてもよい。

以上、添付図を参照しながら、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の技術的範囲は、前述した実施の形態に左右されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

１………発核装置
５………押圧部材
７………保持部材
９………板状部材
１１………蓄熱材
１３………クリアランス
１５………弾性部材
１７ａ、１７ｂ………磁石

Claims (4)

1. 蓄熱材の発核装置であって、
   板状部材と、
   前記板状部材を保持する保持部材と、
   前記板状部材を変形させる押圧部材と、
   を具備し、
   前記板状部材は、前記押圧部材によって押圧されることで変形可能であり、
   前記板状部材の端部と前記保持部材との間には、クリアランスが形成され、前記蓄熱材が流入可能であり、前記板状部材の端部が、前記保持部材によって完全に拘束されておらず、前記板状部材は、前記保持部材に対して遊びを有していることを特徴とする発核装置。
2. 前記押圧部材は、回転体であり、
   前記回転体を回転させることで、前記回転体が前記板状部材と接触し、前記板状部材を変形させることが可能であることを特徴とする請求項１記載の発核装置。
3. 前記回転体の押圧部が、回転方向に対して湾曲して形成されることを特徴とする請求項２記載の発核装置。
4. 前記保持部材と前記板状部材の端部とが、磁石によって、前記板状部材の端部と前記保持部材との間のクリアランスが維持されることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の発核装置。
   

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