JP2004092585A - Warming-up device - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は、エンジン始動後にエンジン冷却水温度を早期に上昇させるための暖機装置に関するもので,車両用に用いて好適である。
【0002】
【従来の技術】
一般に、車両においては、エンジン冷却水(以下、冷却水と書く)を熱源として車室内の暖房あるいはフロントガラスの除霜を行っている。
【0003】
エンジンの始動前は、エンジン各部の温度、たとえば潤滑油あるいは冷却水温度はほぼ外気温度と等しくなっている。エンジンが始動すると、冷却水は、エンジンに内蔵される水ポンプにより循環され、エンジン内部を流れる際に燃焼ガスの熱の一部がシリンダおよび燃焼室の外壁を経て熱伝達により冷却水に伝えられて温度が上昇する。したがって、エンジン始動後、冷却水温度が車室内の暖房等に十分なだけ上昇するのにはある時間が掛かかる。通常、エンジンの冷却水回路にはサーモスタットが装着され、冷却水温度が所定値以下の場合は冷却水回路を閉じて冷却水をラジエータに流さず冷却水温度を早く高めるようにしている。
【0004】
しかし、特に寒冷時において、車室内温度をできるだけ早く快適な温度まで高めるために、冷却水温度をさらに早く上昇させたいという強い要求がある。
【0005】
このような要求を満足させるための従来の暖機装置としては、たとえば特開平6−127270号公報に開示されるものがある。これは、車両用エンジンの冷却水回路に内部に吸着物質(以下、吸着剤と書く)を充填させた第1タンク(以下、吸着剤熱交換器と書く)を冷却水と吸着剤が熱交換可能に配置し、この吸着剤熱交換器と内部に冷媒凝縮液を充填させた第2タンク(以下、冷媒熱交換器と書く)とを冷媒回路により連通している。これにより、エンジン始動時において、吸着剤が気化した冷媒を吸着する際に発生する吸着熱を、吸着剤熱交換器において熱交換により冷却水に吸収させることにより、冷却水温度を早期に上昇させるものである。一方、エンジン始動後所定時間が経過して冷却水温度が高くなり安定すると、吸着剤熱交換器において、吸着剤が冷却水から熱を受けて加熱され、吸着していた冷媒が吐き出され冷媒回路を経て冷媒熱交換器内へ移動する。そして、冷媒熱交換器内で冷却されて凝縮し次回の暖機に備えることができる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の従来の暖機装置においては、以下に述べるような問題点がある。
【0007】
その1つは、吸着剤の再生温度である。暖機完了後、つまり冷却水温度が十分上昇した後、こんどは、次回の暖機に備えるために第1タンクにおいて吸着剤の再生、すなわち吸着剤からの冷媒分離を行う必要があるが、その熱源として冷却水を利用している。通常、暖機完了後の冷却水温度は100℃前後であり、したがって、吸着剤としては、再生温度が100℃程度である物質が選定使用されている。しかしながら、再生温度が100℃程度である吸着剤は冷媒吸着時の発熱量が少なく、暖機装置に要求される性能、たとえば単位時間当たりの発熱量を満足させるためには、必要な吸着剤量が多くなり、これに伴い必要な冷媒量も多くなってしまう。このため、吸着剤熱交換器クおよび冷媒熱交換器の体格・重量が増大するという問題がある。
【0008】
2つ目の問題は、冷媒熱交換器における冷媒気化のための吸熱源である。従来の暖機装置においては冷媒熱交換器周囲の外気を冷媒の吸熱源としている。早期の暖機を実現するためには冷媒熱交換器の外気からの吸熱を促進する必要があり、たとえば、第2タンクに送風するための送風機を備える等しており、暖機装置全体の体格が増大してしまう。また、外気温度が低下するほど吸熱量が低下する、すなわち暖機の必要性が高い時ほど冷媒熱交換器の吸熱が困難になる傾向があるという問題がある。
【0009】
本発明は、上述の問題点に鑑み成されたもので、その目的は、吸着剤熱交換器および冷媒熱交換器の配置あるいは構成に工夫を凝らし、暖機時間を短縮させつつ、つまり暖機性能を向上させつつ小型化を実現可能な暖機装置を提供することである。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成する為に以下の技術的手段を採用する。
【0011】
本発明の請求項1に記載の暖機装置は、 エンジンの冷却水回路と、冷媒を収容し冷却水回路途中に設けられて冷却水と冷媒が熱交換可能な冷媒熱交換器と、吸着剤を収容し冷却水管路途中且つ冷媒熱交換器より下流側に設けられて冷却水と吸着剤が熱交換可能な吸着剤熱交換器と、冷媒熱交換器と吸着剤熱交換器とを冷媒が通過可能に連通する冷媒通路と、冷媒通路途中に設けられて冷媒通路の連通、遮断を切り替える切替え弁と、冷却水回路途中に設けられて冷媒熱交換器の入り口側と出口側とを冷媒熱交換器を経由せずに連通するバイパス通路と、冷却水回路途中に設けられて、冷媒熱交換器内における冷却水の流通およびバイパス通路の遮断と、冷媒熱交換器内における冷却水の流通遮断およびバイパス通路の連通とを切り替える第2切替え弁とを備え、吸着剤熱交換器にはエンジン排気管が排気と吸着剤および冷却水とが熱交換可能なように装着される構成とした。従来の暖機装置における吸着剤再生時の熱源は冷却水であるが、本発明の請求項1に記載の暖機装置では、吸着剤熱交換器にエンジン排気管を排気と吸着剤および冷却水とが熱交換可能なように装着している。通常、暖機終了後において、冷却水温度は100℃前後であるが、排気温度はエンジンの負荷により変動するが300℃以上となる。したがって、吸着剤熱交換器における吸着剤再生温度を高めることができる。これにより、従来の暖機装置における吸着剤よりも再生温度の高い吸着剤、言い換えると冷媒吸着時の発熱量がより大きい吸着剤を使用することができるので、必要な吸着剤量および冷媒量は従来の暖機装置より少なくなり、吸着剤熱交換器および冷媒熱交換器を小型化することができる。
【0012】
また、暖機中、吸着剤熱交換器においては、吸着剤による吸着熱に加えて排気熱も冷却水に伝達される、つまり排気によっても冷却水が暖められるので、暖機時間をより短縮する、つまり暖機性能を向上することができる。
【0013】
また、従来の暖機装置においては、冷媒を気化させる熱源としては外気、すなわち暖機装置周囲の空気を利用している。そのため、冷媒の気化速度、つまり単位時間当たりの冷媒気化量は暖機装置が作動を開始した後ほとんど一定であるので、吸着剤熱交換器における単位時間当たりの吸着熱発生量も一定となる。これに対して、本発明の請求項1に記載の暖機装置では冷媒の気化用熱源として冷却水を利用している。この場合、冷却水は冷媒熱交換器を通過する際に冷媒の気化用に熱を放出し、冷却水温度は一旦低下するが、冷媒吸着時における吸着熱が冷媒気化熱より大きい吸着剤を用いることで、吸着剤熱交換器を通過する際に上述の放出熱量を大きく上回る吸着熱量を受け取り、冷却水温度は当初の温度より上昇する。これにより、エンジン始動と同時に暖機装置の作動が開始すると、時間の経過に連れて暖機が進み冷却水温度が上昇する。その結果、冷媒熱交換器における冷媒の気化速度は加速度的に促進される。したがって、吸着剤熱交換器における単位時間当たりの吸着熱発生量も冷媒の気化速度に連動して増大する。これにより、従来の暖機装置における冷媒蒸発促進手段、たとえば送風機等を不要として暖機装置を小型化することができる。さらに、従来の暖機装置においては冷媒の蒸発が困難である低温時においても、本発明の請求項1に記載の暖機装置では、エンジン始動後、時間と共に冷媒の気化速度が増大し暖機に必要な冷媒の蒸気を十分得ることができるので、暖機性能を向上する、すなわち暖機時間を短縮することができる。
【0014】
また、暖機終了後においては、吸着剤に吸着した冷媒を脱着させると共に冷媒熱交換器内において凝縮収容させ次回のエンジン始動時の暖機に備えるために、冷媒熱交換器の温度を下げて冷媒の凝縮を促進する必要がある。本発明の請求項1に記載の暖機装置では、バイパス通路および第2切替え弁を備えている。これにより、暖機中は、第2切替え弁によりバイパス通路を遮断し且つ冷媒熱交換器内に冷却水を流通させて冷媒の蒸発を促進し、暖機終了後は、第2切替え弁によりバイパス通路を連通し且つ冷媒熱交換器内の冷却水の流通を遮断して、冷媒熱交換器の温度を低下させ冷媒の凝縮を促進することができる。
【0015】
本発明の請求項2に記載の暖機装置は、バイパス通路は冷媒熱交換器の入り口側と吸着剤熱交換器の出口側とを連通する構成とした。本発明の請求項1に記載の暖機装置では、暖機終了後において、上述したように第2切替え弁を切替えて冷媒熱交換器内の冷却水の流通を遮断しているが、吸着剤熱交換器内には冷却水が流れている。したがって、吸着剤熱交換器において、排気熱は冷却水と吸着剤の両方に伝えられている。このため、吸着剤の再生、つまり吸着された冷媒の脱着に必要な熱が十分得られない可能性がある。そこで、本発明の請求項2に記載の暖機装置では、バイパス通路を、冷媒熱交換器および吸着剤熱交換器の両方をバイパスするように設けている。これにより、暖機終了後、吸着剤熱交換器において排気熱を100%吸着剤の再生に利用できるので、吸着剤の再生時間を短縮することができる。
【0016】
本発明の請求項3に記載の暖機装置は、冷媒熱交換器に替えて吸着剤とは異なる第2吸着剤が収容される第2吸着剤熱交換器を設けると共に、冷媒として外気温度が零下になっても凝固しない物質を用いる構成とした。本発明の請求項1に記載の暖機装置において、外気温度が零下になると凝固する物質、たとえば水を冷媒として用いた場合、外気温度が零下においては冷媒である水が氷結して十分な暖機性能が得られない恐れがある。そこで、本発明の請求項3に記載の暖機装置では、冷媒熱交換器の替わりに元の吸着剤とは異なる第2吸着剤が収容される第2吸着剤熱交換器を設けると共に、冷媒として外気温度が零下になっても凝固しない物質を用いている。これにより、外気温度が零下である場合でも、冷媒が氷結することがないので暖機装置を作動させることができる。
【0017】
また、吸着剤熱交換器内の吸着剤の吸着熱が第2吸着剤熱交換器内の第2吸着剤の脱着熱より大きくなるように吸着剤および第2吸着剤の材質を選定すれば、エンジン始動時に、第2吸着剤熱交換器内で冷却水から放出される熱量、つまり冷媒が第2吸着剤から脱着する脱着熱量より吸着剤熱交換器内で冷却水が得る熱量、つまり吸着剤が冷媒を吸着する際の脱着熱量のほうが多くなり、その結果、本発明の請求項1に記載の暖機装置の場合と同様に暖機性能を向上させることができる。
【0018】
本発明の請求項4に記載の暖機装置は、冷却水回路途中に、吸着剤熱交換器、冷媒熱交換器あるいは第2吸着剤熱交換器内における冷却水の流動を促進するためのポンプを設ける構成とした。エンジンに暖機装置を取り付ける場合、エンジン既存の冷却水回路を延長して吸着剤熱交換器、冷媒熱交換器等を附加することになる。したがって、冷却水回路の管路抵抗が暖機装置取付け前に比べて増大する可能性がある。このため、エンジンに内蔵されるポンプだけでは、暖機性能を維持するために必要な吸着剤熱交換器、冷媒熱交換器あるいは第2吸着剤熱交換器内における冷却水流量を確保できなくなる可能性がある。そこで、エンジンの冷却水回路の途中にポンプを追加配置することにより、吸着剤熱交換器、冷媒熱交換器あるいは第2吸着剤熱交換器内を通過する冷却水流量を十分確保異して、暖機性能を向上させることができる。
【0019】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第1実施形態による暖機装置を、自動車用エンジンに適用した場合を例に図に基づいて説明する。
【0020】
(第1実施形態)
図1は、本発明の第1実施形態による暖機装置1を自動車用エンジン100に装着した状態を示す説明図である。図2は、冷媒熱交換器2の断面図であり、図1のII−II線断面図である。図3は、吸着剤熱交換器3の断面図であり、図1のIII−III線断面図である。なお、各図において、同一構成部分には同一符号を付してある。
【0021】
エンジン100の冷却水回路は、従来からの第1冷却水回路104と、第1冷却水回路104に接続されて暖機装置1の一部を成す第2冷却水回路6とから構成されている。冷却水は、エンジン100に内蔵されてエンジン100の出力軸(図示せず)により駆動される水ポンプ(図示せず)により加圧されて、第1冷却水回路104および第2冷却水回路6内を図1中の矢印で示す方向に流れる。
【0022】
第1冷却水回路104には、周知のラジエータ101、サーモスタット102および利用側熱交換器105が接続されている。利用側熱交換器105とは、たとえば、車室内に配置されて車室内の暖房装置あるいは窓ガラスの曇り防止装置の熱源となるものである。また、第1冷却水回路104には、利用側熱交換器105内における冷却水の流通・遮断を切り替える電磁弁9が設けられている。さらに、第1冷却水回路104には、水温センサ10が冷却水の温度を検出可能に装着されている。
【0023】
暖機装置1は、図1に示すように、第1冷却水回路104に接続される第2冷却水回路6と、この第2冷却水回路6の途中に設けられる冷媒熱交換器2と、第2冷却水回路6の途中且つ冷媒熱交換器2の下流側に設けられる吸着剤熱交換器3と、冷媒熱交換器2と吸着剤熱交換器3とを冷媒3aが通過可能に連通する冷媒通路5と、冷媒通路5の連通・遮断を切り替える切替え弁である電磁弁4と、第2冷却水回路6の途中に設けられ冷媒熱交換器2の入り口側と出口側とを冷媒熱交換器2を経由せずに連通するバイパス通路8と、第2冷却水回路6の途中に設けられ冷媒熱交換器2内の冷却水流通およびバイパス通路8の遮断と冷媒熱交換器2内の冷却水流通遮断およびバイパス通路8の流通とを切り替える第2切替え弁である三方弁7と、第1冷却水回路104の途中に設けられる電磁弁9および水温センサ10と、電磁弁9、電磁弁4および三方弁7への通電・通電遮断を制御する制御装置12とから構成されている。
【0024】
冷媒熱交換器2は、金属、たとえばステンレス鋼板で形成され、図2に示すように、その内部には冷媒2aが収容されると共に冷却水と冷媒2aが熱交換可能なように第2冷却水回路6が形成されている。本発明の第1実施形態による暖機装置1においては、冷媒2aとして水が用いられている。また、冷媒熱交換器2の熱交換器としての効率を向上する、つまり熱伝達率を高めるために、第2冷却水回路6には複数のフィン2bが設けられている。これにより、第2冷却水回路6を流通する冷却水の熱が効率良く冷媒2aに伝達される。
【0025】
吸着剤熱交換器3は、金属、たとえばステンレス鋼板で形成され、図3に示すように、その内部には吸着剤3aが収容されると共に冷却水と吸着剤3aが熱交換可能なように第2冷却水回路6が形成されている。本発明の第1実施形態による暖機装置1においては、吸着剤3aとしてCaOが用いられている。また、吸着剤熱交換器3には、エンジン100の排気管103が吸着剤3aと熱交換可能なように固定されている。また、吸着剤熱交換器3の熱交換器としての効率を向上する、つまり熱伝達率を高めるために、第2冷却水回路6には複数のフィン3bが設けられている。これにより、吸着剤3aの熱が効率良く第2冷却水回路6を流通する冷却水に伝達される。また、フィン3bは、排気管103に熱交換可能に接触固定されている。これにより、排気管103中の排気流の熱が効率良く吸着剤3aおよび冷却水に伝達される。また、吸着剤熱交換器3には、吸着剤3aの温度を検出するための温度センサ11が取り付けられている。
【0026】
冷媒熱交換器2と吸着剤熱交換器3は、冷媒2aが通過可能な冷媒通路5によって連通している。これにより、冷媒熱交換器2内で気化した冷媒2aが冷媒通路5を通って吸着剤熱交換器3内に移動する、あるいは、吸着剤3aから脱着した冷媒2aが冷媒通路5を通って冷媒熱交換器2内に移動することが可能となる。
【0027】
冷媒通路5の途中には、冷媒通路5の連通・遮断を切り替える切替え弁である電磁弁4が設けられている。
【0028】
冷媒熱交換器2、吸着剤熱交換器3および冷媒通路5の内部は、脱気処理が施されている。
【0029】
制御回路12は、マイクロコンピュータ等を含む電気回路からなり、図1に示すように、バッテリ106から常時電力が供給されている。制御回路12には、イグニッションスイッチ107がそのON/OFFを検出可能に接続されると共に、水温センサ10、温度センサ11、電磁弁4、9および三方弁7が接続されている。制御回路12は、イグニッションスイッチ107、水温センサ10、温度センサ11からの出力に基づいて電磁弁4、9および三方弁7への通電・通電停止を制御して暖気装置1の作動を制御している。
【0030】
次に、以上説明した、本発明の第1実施形態による暖機装置1の作動について、冷媒熱交換器2および吸着剤熱交換器3における冷媒2aおよび吸着剤3aの作動を中心に説明する。
【0031】
(1) エンジン始動時の冷却水温度(水温センサ10により検出)が所定温度(たとえば70℃)以下の場合。
【0032】
この場合、エンジン100が始動されると、冷却水はエンジン100に内蔵される水ポンプ(図示せず)により加圧される。しかし、冷却水温度が低いため、サーモスタット102によりラジエータ101への冷却水の流れが遮断されており、冷却水は、暖機装置1、つまり第2冷却水回路6に向かって流れる。
【0033】
一方、制御装置12は、イグニッションスイッチ107がON状態となったことを検出して暖機装置1が作動を始める。このとき、電磁弁9は遮断状態に、三方弁7は冷媒熱交換器2内を流通状態且つバイパス通路8を遮断遮断状態に、電磁弁4は連通状態にそれぞれ制御される。
【0034】
これにより、冷却水は、エンジン100から第2冷却水回路6へ導入され、冷媒熱交換器2および吸着剤熱交換器3を通って再びエンジン100へ戻るように流れる。また、電磁弁4が連通状態に制御されているので、冷媒熱交換器2および吸着剤熱交換器3は、冷媒通路5により連通している。
【0035】
冷媒熱交換器2内を冷却水が流れると、冷却水の熱が冷媒2a(本実施形態においては水)に伝えられて冷媒2aが蒸発すると同時に冷却水の温度は低下する。また、冷媒熱交換器2内で発生した冷媒2a蒸気は、冷媒通路5を通って吸着剤熱交換器3内に移動する。
【0036】
吸着剤熱交換器3内の吸着剤3aは、この時点では、後述する再生動作により冷媒2aを放出した状態となっている。したがって、吸着剤熱交換器3においては、吸着剤3aが冷媒通路5を通って流入する冷媒2a蒸気を吸着し吸着熱を発生する。これにより、冷却水は、吸着剤熱交換器3内を流れることにより加熱されて温度が上昇する。
【0037】
ここで、本発明の第1実施形態においては、吸着剤3aとしてCaOを、冷媒2aとしてH2O(水)を用いている。この場合、CaOの吸着熱は、水の蒸発潜熱の約2.5倍である。したがって、冷却水が冷媒熱交換器2、吸着剤熱交換器3の順に流れることにより、冷却水は、水の蒸発潜熱の約1.5倍の熱を受け取り、冷却水温度が上昇する。すなわち、冷却水は、暖機装置1内、つまり第2冷却水回路6を通過することにより温度上昇する。
【0038】
温められた冷却水が再び冷媒熱交換器2内に流入すると、冷媒熱交換器2において冷媒2aが受け取る熱量が増えるので冷媒2aの蒸発量がさらに増加する。つまり、吸着剤熱交換器3内において吸着剤3aに吸着される冷媒2a蒸気量が増加して吸着剤熱交換器3における吸着熱発生量が増大し、冷却水温度がさらに上昇する。
【0039】
上述の、冷媒熱交換器2および吸着剤熱交換器3内の化学変化を、図4に示す、冷媒2a(H2O)、吸着剤3a(CaO)の相平衡線図に基づいて説明する。図4において、縦軸は圧力P、横軸は温度の逆数(1/T)である。つまり、横軸において左側に行くほど温度が高くなる。また、図4において、特性RはH2Oを、特性SはCaOをそれぞれ示す。特性S上のX点での温度は0℃であり、したがってH2OはX点より右側では凝固している。
【0040】
先ず、A点において、H2O(液体)+Qa→H2O(気体)の反応によりH2Oの気化が起こる。ここで、+Qaは気化潜熱であり冷却水から奪われる。気化したH2Oは冷媒通路5を通って吸着剤熱交換器3内に進入しCaOに吸着される。つまり、図4中のB点において、CaO+H2O−Qb→Ca(OH)2の反応が起こる。このとき、吸着熱−Qbが発生され冷却水に伝達されて、冷却水温度が上昇する。
【0041】
温められた冷却水が再び冷媒熱交換器2に流入するので冷媒熱交換器2の温度が上昇し、H2Oの気化はA’点となり、CaOの吸着もB’点となる。したがって吸着熱量がさらに増大し、冷却水温度がさらに上昇する。
【0042】
ところで、本発明の第1実施形態による暖機装置1では、吸着剤熱交換器3にはエンジン100の排気管103が吸着剤3aあるいは冷却水と熱交換可能なように固定されている。したがって、吸着剤熱交換器3において、冷却水は、エンジン100の排気からも熱を受けて温度が上昇する。
【0043】
従来の暖機装置においては、冷媒を気化させるための熱源として冷媒熱交換器周囲の空気を利用している。このため、冷媒の気化速度、つまり単位時間当たりの冷媒気化量は暖機装置作動開始後ほとんど一定であり、吸着剤熱交換器における単位時間当たりの吸着熱発生量も一定となる。また、暖機がより必要な低温になるほど、冷媒気化に利用できる熱量が減少して暖機能力が低下する恐れがあった。
【0044】
これに対して、本発明の第1実施形態による暖機装置1では、冷媒の気化用熱源としてエンジン冷却水を利用している。すなわち、温度上昇した冷却水を再び冷媒熱交換器2に導入して冷媒2aの気化に利用できるので、冷媒熱交換器2における冷媒の気化速度は加速度的に促進され、これに対応して、吸着剤熱交換器3における単位時間当たりの吸着熱発生量も加速度的に増大する。また、吸着剤熱交換器3において、従来は利用していなかった排気熱を冷却水温度上昇に利用している。これにより、暖機時間、つまりエンジン100始動後冷却水温度が所定温度(たとえば80℃)に到達するまでの時間を短縮することができる。
【0045】
さらに、従来の暖機装置における冷媒蒸発促進手段、たとえば送風機等を不要として暖機装置1を小型化することができる。
【0046】
また、従来の暖機装置においては冷媒の蒸発が困難である低温時においても、確実に冷媒2aを気化させて暖機性能を向上する、すなわち暖機時間を短縮することができる。
【0047】
ところで、暖機装置1の暖機動作により冷却水温度が上昇し、やがて冷却水温度が所定温度(たとえば80℃)に到達すると、制御装置12は、電磁弁9を連通状態に制御する。これにより、利用側熱交換器105内に温まった冷却水が流れ、その熱が車室内の暖房、窓ガラスの曇り除去等に利用される。このとき、サーモスタット102は連通状態となり冷却水がラジエータ101にも流れ、冷却水温度は一定に維持される。この時点で、暖機装置1における暖機動作が終了する。
【0048】
図5には、本発明の第1実施形態による暖機装置1を適用したエンジンにおける、エンジン始動後の冷却水温度上昇特性の測定結果を示す。図5において、縦軸は冷却水温度、横軸は時間をそれぞれ示す。図5中、実線は本発明の第1実施形態による暖機装置1を適用した場合を、破線は従来の暖機装置を適用した場合をそれぞれ示す。図5から明らかなように、本発明の第1実施形態による暖機装置1を適用することにより、冷却水温度が目標水温まで上昇するのに要する時間を大幅に短縮することができる。
【0049】
つづいて、制御装置12は、次回の暖機に備えるために吸着剤3aの再生動作、すなわち、吸着剤3aからの冷媒2aの脱着を開始する。以下に、吸着剤3aの再生作動について説明する。
【0050】
このとき、制御装置12は三方弁7を、こんどは、冷媒熱交換器2内を流通遮断状態且つバイパス通路8を連通状態に制御する。この結果、冷却水は冷媒熱交換器2内を流れなくなり、冷媒2aの気化は停止される。一方、吸着剤熱交換器3において、吸着剤3aは、エンジン100の排気および冷却水から熱を受けて温度が上昇する。これにより、吸着剤3aに吸着されていた冷媒2aは吸着剤3aから脱着し、冷媒2a蒸気となって冷媒通路5を通って冷媒熱交換器2内に流入し凝縮する。このとき、冷媒熱交換器2内への冷却水流入は遮断されているので、冷媒熱交換器2は外気により冷やされ冷媒熱交換器2の温度は低下し続け、冷媒2aの凝縮が進行する。次に、温度センサ10により検出している吸着剤3aの温度が所定値、すなわち吸着剤3aの再生が完了する温度(たとえば320℃)に達すると、制御装置12は、電磁弁4を遮断状態に制御する。これにより、冷媒熱交換器2、吸着剤熱交換器間の冷媒2aの移動は阻止されると共に吸着剤の再生状態が維持されて、暖機装置1は次回の暖機動作に備えることができる。
【0051】
上述の、冷媒熱交換器2および吸着剤熱交換器3内の化学変化を、図4に示す、冷媒2a(H2O)、吸着剤3a(CaO)の相平衡線図に基づいて説明する。
【0052】
冷却水温度が十分上昇すると共に排気温度も高くなり、それによりCaOが加熱される。その結果、C点において、Ca(OH)2+Qc→CaO+H2O(気体)の反応が起こり、CaOからH2O(気体)が脱着する。ここで、+Qcは脱着熱であり、排気および冷却水から奪われる。気化したH2Oは冷媒通路5を通って冷媒熱交換器2内に進入する。このとき、三方弁7は既に切り替えられており、冷媒熱交換器2内への冷却水流入は遮断されているので、冷媒熱交換器2は外気により冷却される。したがって、図4中のD点において、H2O(気体)−Qd→H2O(液体)の反応、すなわち凝縮が起こる。ここで、凝縮熱−Qdが発生され外気に放出される。凝縮したH2O(液体)がさらに外気により冷却されて温度が下がり、再びA点、すなわち初期位置にもどり、電磁弁4が遮断されてH2O(液体)は冷媒熱交換器2内に封止され、次回の暖機動作に備える。
【0053】
従来の暖機装置においては、吸着剤の再生用熱源として冷却水を利用している。通常、暖機完了後の冷却水温度は100℃前後であり、したがって、吸着剤としては、再生温度が100℃程度である物質が選定使用されている。しかしながら、再生温度が100℃程度である吸着剤は冷媒吸着時の発熱量が少なく、暖機装置に要求される性能、たとえば単位時間当たりの発熱量を満足させるために必要な吸着剤量が多くなり、これに伴い必要な冷媒量も多くなってしまう。このため、吸着剤熱交換器および冷媒熱交換器の体格・重量が増大するという問題がある。
【0054】
一方、本発明の第1実施形態による暖機装置1においては、吸着剤の再生用熱源としてエンジン100の排気を利用している。排気温度はエンジン100の負荷により変動するが、通常は300℃以上となる。したがって、吸着剤熱交換器3における吸着剤3a再生温度を高めることができる。これにより、従来の暖機装置における吸着剤よりも再生温度の高い吸着剤3a、言い換えると冷媒吸着時の発熱量がより大きい吸着剤3aを使用することができるので、暖機装置に要求される性能を満足するために必要な吸着剤3a量および冷媒2a量を従来の暖機装置の場合よりも低減することができる。したがって、良好な暖機性能を維持しつつ、吸着剤熱交換器3および冷媒熱交換器2を小型化することができる。
【0055】
(2) エンジン始動時の冷却水温度(水温センサ10により検出)が所定温度(たとえば70℃)以上の場合。
【0056】
これは、エンジン100を一旦停止させた後、再始動したような場合が相当する。この場合、エンジン始動時における冷却水温度は暖房やガラス窓の曇り除去に十分な温度に達しており、暖機制御は不要である。
【0057】
したがって、制御装置12は、電磁弁9を連通状態に、三方弁7を冷媒熱交換器2内を流通遮断状態且つバイパス通路8を連通状態に、電磁弁4を遮断状態にそれぞれ制御する。すなわち、エンジン100の通常運転状態に制御する。
【0058】
以上説明した、本発明の第1実施形態による暖機装置においては、冷媒の気化用熱源としてエンジン冷却水を利用している。すなわち、温度上昇した冷却水を再び冷媒熱交換器2に導入して冷媒2aの気化に利用するので、冷媒熱交換器2における冷媒の気化速度は加速度的に促進され、これに連動して、吸着剤熱交換器3における単位時間当たりの吸着熱発生量も加速度的に増大する。したがって、暖機時間、つまりエンジン100始動後冷却水温度が所定温度(たとえば80℃)に到達するまでの時間を短縮しつつ、従来の暖機装置における冷媒蒸発促進手段、たとえば送風機等を不要として暖機装置1を小型化することができる。
【0059】
また、吸着剤熱交換器3において、排気熱を冷却水温度上昇に利用できるので暖機時間することができる。
【0060】
また、吸着剤3aの再生用熱源としてエンジン100の排気を利用している。排気温度はエンジン100の負荷により変動するが、通常は300℃以上となるので吸着剤熱交換器3における吸着剤3a再生温度を高めることができる。これにより、従来の暖機装置における吸着剤よりも再生温度の高い吸着剤3a、言い換えると冷媒吸着時の発熱量がより大きい吸着剤3aを使用することができるので、暖機装置に要求される性能を満足するために必要な吸着剤3a量および冷媒2a量を従来の暖機装置の場合よりも低減することができる。したがって、良好な暖機性能を維持しつつ、吸着剤熱交換器3および冷媒熱交換器2を小型化することができる。
【0061】
図6には、本発明の第1実施形態による暖機装置1の変形例を示す。
【0062】
本発明の第1実施形態による暖機装置1の変形例においては、図6に示すように、暖機装置1の第2冷却水回路6途中にポンプ13を追加設置している。ポンプ13は電動式のものが用いられ、制御装置12により運転制御されている。これにより、エンジン100に内蔵される水ポンプ(図示せず)の吐出能力如何に関わらず、暖機装置1の第2冷却水回路6における冷却水流量を暖機上十分なだけ確保して、暖機装置1の暖機効果を確実に発揮させることができる。なお、冷却水温度が所定値まで上昇した後さらに吸着剤3aの再生動作が終了した後は、ポンプ13の運転を停止すれば、暖機装置1の消費電力を低減することができる。
【0063】
図7には、本発明の第1実施形態による暖機装置1の他の変形例を示す。
本発明の第1実施形態による暖機装置1の他の変形例においては、暖機装置1の第2冷却水回路6途中に設けた三方弁7を、図7に示すように、2個の二方弁14、15に置換えている。これらの二方弁14、15を制御装置12により駆動することで、三方弁7の場合と同様の流路切替え機能を果たすことができる。
【0064】
一般に、三方弁は二方弁に比べてコストが高く、1個の三方弁7の価格より、2個の二方弁14、15の合計価格のほうが安価である。したがって、上述の構成とすることで、暖機装置1のコストを低減することができる。
【0065】
(第2実施形態)
図8には、本発明の第2実施形態による暖機装置1を示す。
【0066】
第2実施形態による暖機装置1においては、冷媒熱交換器2の替わりに、第2吸着剤熱交換器30を用いている。第2吸着剤熱交換器30には、吸着剤3aと異なる第2吸着剤30aが封入されている。この第2実施形態においては、吸着剤3aとしてMgOを、第2吸着剤30aとして13X型ゼオライトをそれぞれ封入すると共に、冷媒としてCO2を使用している。
【0067】
本発明の第1実施形態による暖機装置1においては、冷媒2aとしてH2O(水)を使用している。このため、外気温度が零下になると冷媒熱交換器2内で冷媒、つまり水が氷結してしまい、十分な暖機性能が得られなくなる可能性がある。
【0068】
そこで、第2実施形態においては、冷媒2aとして凝固点が水より低いCO2を用いることにより、外気温度が零下であるときにも十分な暖機性能が得られる暖機装置1を実現している。
【0069】
また、本発明の第1実施形態による暖機装置1では、暖機装置1の非作動時において冷媒2aを液体(水)の状態で保存している。一方、第2実施形態では、冷媒2aとしてCO2(気体)を用いると共に、暖機装置1の非作動時においては、CO2を吸着物質、すなわち第2吸着剤30aである13X型ゼオライトに吸着させて保存している。
【0070】
吸着剤3aであるMgOがCO2を吸着する際に放出する吸着熱は、13X型ゼオライトからCO2を脱着させるために必要な脱着熱より大きい。したがって、第1実施形態による暖機装置1の場合と同様に、暖機装置1の暖機動作中、冷却水が第2吸着剤熱交換器30〜吸着剤熱交換器3を通過すると冷却水温度は上昇する。すなわち、第2吸着剤熱交換器30内においては、流入した冷却水から熱を奪って13X型ゼオライトからCO2が脱着される。脱着したCO2は冷媒通路5を通って吸着剤熱交換器3内に進入し、吸着剤3aであるMgOに吸着される。このとき発生する吸着熱は、吸着剤熱交換器3内で冷却水に伝達され、冷却水温度が上昇する。
【0071】
また、第2吸着剤30aである13X型ゼオライトのCO2吸着率は低温時ほど高く、−20℃において20%である。したがって、暖機作動時において、冷却水温度の上昇に連れて13X型ゼオライトからのCO2の離脱量が増加し、吸着剤3aであるMgOの吸着熱発生量も増加するので、高い暖機効果が得られる。
【0072】
一方、冷却水温度が所定値に達すると暖機動作は終了し、続いて再生動作が開始される。すなわち、三方弁7が切り替えられて、第2吸着剤熱交換器30への冷却水流入が遮断されるので第2吸着剤熱交換器30は外気により冷却され、13X型ゼオライトの温度が低下する。吸着剤熱交換器3内では、排気からの熱を受けて、MgOに吸着されていたCO2が脱着し始める。MgOから離脱したCO2は、冷媒通路5を通って第2吸着剤熱交換器30へ流入し13X型ゼオライトに吸着される。このとき、外気により冷却されて13X型ゼオライトの温度は低下しつつあるので、MgOから離脱したCO2は連続して13X型ゼオライトに吸着される。温度センサ11により検出されるMgOの温度が所定値、つまり、MgOに吸着されていたCO2のほぼ全量が脱着する温度に達すると、制御装置12は電磁弁4を遮断状態に制御し、CO2が第2吸着剤熱交換器30内に封入されて再生動作が終了し、暖機装置1は次回の暖機に備える。
【0073】
(第3実施形態)
図9には、本発明の第3実施形態による暖機装置1を示す。
【0074】
第3実施形態による暖機装置1においては、バイパス通路8に替えてバイパス通路80を設けている。すなわち、バイパス通路8が冷媒熱交換器2をバイパスしているのに対し、バイパス通路80は、図9に示すように、冷媒熱交換器2および吸着剤熱交換器3の両方をバイパスしている。
【0075】
これにより、暖機装置1の暖機動作終了後の再生作動、つまり吸着剤3aから冷媒2aを脱着させ且つ冷媒熱交換器2内に凝縮させる作動時において、三方弁7を切替えてバイパス通路80を連通させると、吸着剤熱交換器3内を冷却水が流れなくなる。したがって、排気熱を全部吸着剤3aの加熱に利用できるので、吸着剤3aからの冷媒2aの脱着に要する時間を短縮することができる。
【0076】
なお、上述の第3実施形態による暖機装置1では、暖機動作終了後の再生作動中において、排気熱を冷却水の加熱に利用できない。したがって、上述の第3実施形態による暖機装置1は、暖機装置1の暖機動作終了後において、冷却水がエンジン100内を通過する際の受熱量により利用側熱交換器105における放熱量を十分まかなえるようなエンジン100に適用することが望ましい。
【0077】
以上説明した、本発明の第1〜第3実施形態による暖機装置1において、冷媒通路5の連通・遮断を切り替える電磁弁4は、非通電時連通・通電時遮断型、あるいは非通電時遮断・通電時連通型のどちらであってもよい。ただし、電磁弁4が連通状態となるのは暖機装置1作動時の短時間に限られるので、非通電時遮断・通電時連通型の電磁弁を使用すれば自動車の消費電力を低減することができる。
【0078】
同様に、冷媒熱交換器2または第2吸着剤熱交換器30内に冷却水を流すのは暖機装置1作動時の短時間に限られるので、第2冷却水回路6、バイパス通路8および三方弁7を、非通電時においてバイパス通路8が連通してバイパス通路8を冷却水が流れるように接続すれば、自動車の消費電力を低減することができる。
【0079】
また、以上説明した、本発明の第1〜第3実施形態による暖機装置1において、暖機装置1における再生動作終了時期を温度センサ11により検出した吸着剤3aの温度に基づいて決定しているが、吸着剤3aの温度に依らずに、暖機装置1の作動開始後所定時間が経過した時点を再生動作終了時期としてもよい。ここで、所定時間は、たとえば、吸着剤3aおよび冷媒2aの材質や使用量、当該自動車の使用環境(特に最低温度条件)等に応じて最適に予め決定される。このような構成とすれば、温度センサ11が不要となり暖機装置1のコストを低減できる。
【0080】
また、以上説明した、本発明の第1〜第3実施形態による暖機装置1において、第1冷却水回路104途中に電磁弁9を設けて利用側熱交換器105内の冷却水流通・遮断を切り替えるようにしているが、電磁弁9を廃止してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態による暖機装置1をエンジン100に装着した状態を示す説明図である。
【図2】本発明の第1実施形態による暖機装置1の冷媒熱交換器2の断面図であり、図1中のII−II線断面図である。
【図3】本発明の第1実施形態による暖機装置1の吸着剤熱交換器3の断面図であり、図1中のIII−III線断面図である。
【図4】本発明の第1実施形態による暖機装置1の冷媒2a(H2O)、吸着剤3a(CaO)の相平衡線図である。
【図5】本発明の第1実施形態による暖機装置1を適用したエンジン100における、エンジン始動後の冷却水温度上昇特性の測定結果のグラフである。
【図6】本発明の第1実施形態による暖機装置1の変形例をエンジン100に装着した状態を示す説明図である。
【図7】本発明の第1実施形態による暖機装置1の他の変形例をエンジン100に装着した状態を示す説明図である。
【図8】本発明の第2実施形態による暖機装置1をエンジン100に装着した状態を示す説明図である。
【図9】本発明の第3実施形態による暖機装置1をエンジン100に装着した状態を示す説明図である。
【符号の説明】
1 暖機装置
2 冷媒熱交換器
2a 冷媒
3 吸着剤熱交換器
3a 吸着剤
30 第2吸着剤熱交換器
30a 第2吸着剤
4 電磁弁(切替え弁)
5 冷媒回路
6 第2冷却水回路(冷却水回路)
7 三方弁(第2切替え弁)
8、80 バイパス通路
9 電磁弁
10 水温センサ
11 温度センサ
12 制御装置
13 ポンプ
14、15 二方弁(切替え弁)
100 エンジン
101 ラジエータ
102 サーモスタット
103 排気管
104 第1冷却水回路(冷却水回路)
105 利用側熱交換器
106 バッテリ
107 イグニッションスイッチ[0001]
[Industrial applications]
The present invention relates to a warm-up device for raising the temperature of engine cooling water early after the engine is started, and is suitable for use in a vehicle.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Generally, in a vehicle, heating of a vehicle interior or defrosting of a windshield is performed using engine cooling water (hereinafter, referred to as cooling water) as a heat source.
[0003]
Before the start of the engine, the temperature of each part of the engine, for example, the temperature of lubricating oil or cooling water is substantially equal to the outside air temperature. When the engine starts, the cooling water is circulated by a water pump built into the engine, and when flowing inside the engine, part of the heat of the combustion gas is transmitted to the cooling water by heat transfer through the cylinder and the outer wall of the combustion chamber. Temperature rises. Therefore, after the engine is started, it takes a certain amount of time for the cooling water temperature to rise sufficiently for heating the vehicle interior. Normally, a thermostat is mounted on the cooling water circuit of the engine, and when the cooling water temperature is equal to or lower than a predetermined value, the cooling water circuit is closed so that the cooling water temperature is quickly raised without flowing the cooling water to the radiator.
[0004]
However, especially in cold weather, there is a strong demand to raise the temperature of the cooling water even faster in order to raise the temperature of the vehicle interior to a comfortable temperature as soon as possible.
[0005]
As a conventional warming device for satisfying such a demand, there is one disclosed in, for example, JP-A-6-127270. This is because the cooling water and the adsorbent exchange heat in a first tank (hereinafter referred to as an adsorbent heat exchanger) in which a cooling water circuit of a vehicle engine is filled with an adsorbent (hereinafter referred to as an adsorbent). The adsorbent heat exchanger is disposed so as to be able to communicate with a second tank (hereinafter, referred to as a refrigerant heat exchanger) filled with a refrigerant condensate by a refrigerant circuit. Thus, at the time of engine start, the heat of adsorption generated when the adsorbent adsorbs the vaporized refrigerant is absorbed in the cooling water by heat exchange in the adsorbent heat exchanger, thereby increasing the temperature of the cooling water early. Things. On the other hand, when the cooling water temperature rises and becomes stable after a predetermined time has elapsed after the engine is started, the adsorbent is heated by receiving heat from the cooling water in the adsorbent heat exchanger, and the adsorbed refrigerant is discharged and the refrigerant circuit is discharged. And moves into the refrigerant heat exchanger. Then, it is cooled and condensed in the refrigerant heat exchanger and can be prepared for the next warm-up.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, the above-described conventional warm-up device has the following problems.
[0007]
One is the regeneration temperature of the adsorbent. After the warm-up is completed, that is, after the cooling water temperature has sufficiently risen, it is necessary to regenerate the adsorbent in the first tank, that is, separate the refrigerant from the adsorbent in order to prepare for the next warm-up. Cooling water is used as a heat source. Usually, the temperature of the cooling water after the completion of warm-up is about 100 ° C., and therefore, a substance whose regeneration temperature is about 100 ° C. is selected and used as the adsorbent. However, the adsorbent having a regeneration temperature of about 100 ° C. generates a small amount of heat when adsorbing the refrigerant, and the amount of the adsorbent required to satisfy the performance required for the warm-up device, for example, the amount of heat generated per unit time, is required. And the amount of required refrigerant increases accordingly. For this reason, there is a problem that the physique and weight of the adsorbent heat exchanger and the refrigerant heat exchanger increase.
[0008]
The second problem is an endothermic source for refrigerant vaporization in the refrigerant heat exchanger. In a conventional warm-up device, outside air around a refrigerant heat exchanger is used as a heat absorbing source of the refrigerant. In order to realize early warm-up, it is necessary to promote heat absorption from the outside air of the refrigerant heat exchanger. For example, the refrigerant heat exchanger is provided with a blower for blowing air to the second tank. Will increase. In addition, there is a problem that the heat absorption amount decreases as the outside air temperature decreases, that is, the heat absorption of the refrigerant heat exchanger tends to become more difficult as the necessity of warm-up increases.
[0009]
The present invention has been made in view of the above-described problems, and has as its object to reduce the warm-up time by devising the arrangement or configuration of the adsorbent heat exchanger and the refrigerant heat exchanger, that is, to shorten the warm-up time. An object of the present invention is to provide a warming-up device capable of realizing miniaturization while improving performance.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
The present invention employs the following technical means to achieve the above object.
[0011]
A warming device according to
[0012]
Further, during warm-up, in the adsorbent heat exchanger, in addition to the heat of adsorption by the adsorbent, the exhaust heat is also transmitted to the cooling water, that is, the cooling water is also warmed by the exhaust gas, so that the warm-up time is further reduced. That is, the warm-up performance can be improved.
[0013]
Further, in the conventional warming device, outside air, that is, air around the warming device is used as a heat source for vaporizing the refrigerant. Therefore, the rate of vaporization of the refrigerant, that is, the amount of refrigerant vaporized per unit time is almost constant after the warm-up device starts operating, so that the amount of adsorption heat generated per unit time in the adsorbent heat exchanger is also constant. On the other hand, the warming-up device according to
[0014]
Further, after the warm-up, the temperature of the refrigerant heat exchanger is lowered in order to desorb the refrigerant adsorbed by the adsorbent and condense and house the refrigerant in the refrigerant heat exchanger to prepare for the warm-up at the next engine start. It is necessary to promote the condensation of the refrigerant. A warming device according to a first aspect of the present invention includes a bypass passage and a second switching valve. Thereby, during warm-up, the bypass passage is shut off by the second switching valve and the coolant is circulated in the refrigerant heat exchanger to promote the evaporation of the refrigerant. After the warm-up, the bypass is switched by the second switching valve. By communicating with the passage and blocking the flow of the cooling water in the refrigerant heat exchanger, the temperature of the refrigerant heat exchanger can be reduced and the condensation of the refrigerant can be promoted.
[0015]
The warming device according to
[0016]
The warming-up device according to
[0017]
Further, if the materials of the adsorbent and the second adsorbent are selected such that the heat of adsorption of the adsorbent in the adsorbent heat exchanger is larger than the heat of desorption of the second adsorbent in the second adsorbent heat exchanger, When the engine is started, the amount of heat released from the cooling water in the second adsorbent heat exchanger, that is, the amount of heat that the cooling water obtains in the adsorbent heat exchanger from the amount of desorption heat of the refrigerant desorbing from the second adsorbent, that is, the adsorbent The amount of heat of desorption when adsorbing the refrigerant increases, and as a result, the warming-up performance can be improved as in the case of the warming-up device according to the first aspect of the present invention.
[0018]
A warm-up device according to claim 4 of the present invention is a pump for promoting the flow of cooling water in an adsorbent heat exchanger, a refrigerant heat exchanger, or a second adsorbent heat exchanger in the middle of a cooling water circuit. Is provided. When a warm-up device is mounted on an engine, the existing cooling water circuit of the engine is extended to add an adsorbent heat exchanger, a refrigerant heat exchanger, and the like. Therefore, there is a possibility that the pipeline resistance of the cooling water circuit is increased as compared with before the installation of the warm-up device. For this reason, the pump incorporated in the engine alone may not be able to secure the flow rate of the cooling water in the adsorbent heat exchanger, the refrigerant heat exchanger, or the second adsorbent heat exchanger required to maintain the warm-up performance. There is. Therefore, by additionally arranging a pump in the middle of the cooling water circuit of the engine, the flow rate of the cooling water passing through the adsorbent heat exchanger, the refrigerant heat exchanger, or the second adsorbent heat exchanger is sufficiently ensured. Warm-up performance can be improved.
[0019]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an example in which the warm-up device according to the first embodiment of the present invention is applied to an automobile engine will be described with reference to the drawings.
[0020]
(1st Embodiment)
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a state in which a warm-up
[0021]
The cooling water circuit of the
[0022]
The well-known
[0023]
As shown in FIG. 1, the warm-up
[0024]
The
[0025]
The
[0026]
The
[0027]
In the middle of the
[0028]
The insides of the
[0029]
The
[0030]
Next, the operation of the warm-up
[0031]
(1) When the cooling water temperature (detected by the water temperature sensor 10) at the time of starting the engine is equal to or lower than a predetermined temperature (for example, 70 ° C.).
[0032]
In this case, when
[0033]
On the other hand, the
[0034]
Thereby, the cooling water is introduced from the
[0035]
When the cooling water flows in the
[0036]
At this point, the adsorbent 3a in the
[0037]
Here, in the first embodiment of the present invention, CaO is used as the adsorbent 3a and H2 is used as the refrigerant 2a. 2 O (water) is used. In this case, the heat of adsorption of CaO is about 2.5 times the latent heat of vaporization of water. Therefore, when the cooling water flows through the
[0038]
When the warmed cooling water flows into the
[0039]
The chemical changes in the
[0040]
First, at point A, H 2 O (liquid) + Qa → H 2 H by reaction of O (gas) 2 O vaporization occurs. Here, + Qa is the latent heat of vaporization and is taken from the cooling water. Vaporized H 2 O enters the
[0041]
Since the warmed cooling water flows into the
[0042]
By the way, in the warm-up
[0043]
In a conventional warm-up device, air around a refrigerant heat exchanger is used as a heat source for vaporizing the refrigerant. For this reason, the vaporization rate of the refrigerant, that is, the amount of refrigerant vaporized per unit time is almost constant after the start of the warm-up device operation, and the amount of adsorption heat generated per unit time in the adsorbent heat exchanger is also constant. Also, as the temperature of the warm-up becomes lower, the amount of heat available for vaporizing the refrigerant may decrease and the warming function may decrease.
[0044]
On the other hand, in the warm-up
[0045]
Furthermore, the warming-up
[0046]
Further, even at a low temperature where the evaporation of the refrigerant is difficult in the conventional warm-up device, the
[0047]
By the way, the cooling water temperature rises due to the warming-up operation of the warming-up
[0048]
FIG. 5 shows a measurement result of a cooling water temperature rise characteristic after starting the engine in the engine to which the warm-up
[0049]
Subsequently, the
[0050]
At this time, the
[0051]
The chemical changes in the
[0052]
As the cooling water temperature rises sufficiently, the exhaust temperature also rises, thereby heating the CaO. As a result, at point C, Ca (OH) 2 + Qc → CaO + H 2 O (gas) reaction occurs and CaO is converted to H 2 O (gas) is desorbed. Here, + Qc is heat of desorption, which is taken from exhaust gas and cooling water. Vaporized H 2 O enters the
[0053]
In a conventional warm-up device, cooling water is used as a heat source for regeneration of an adsorbent. Usually, the temperature of the cooling water after the completion of warm-up is about 100 ° C., and therefore, a substance whose regeneration temperature is about 100 ° C. is selected and used as the adsorbent. However, the adsorbent having a regeneration temperature of about 100 ° C. generates a small amount of heat when adsorbing the refrigerant, and the amount of the adsorbent required to satisfy the performance required for the warm-up device, for example, the amount of heat generated per unit time is large. As a result, the required amount of refrigerant also increases. For this reason, there is a problem that the physique and weight of the adsorbent heat exchanger and the refrigerant heat exchanger increase.
[0054]
On the other hand, in the warm-up
[0055]
(2) When the cooling water temperature (detected by the water temperature sensor 10) at the time of starting the engine is equal to or higher than a predetermined temperature (for example, 70 ° C.).
[0056]
This corresponds to a case where the
[0057]
Accordingly, the
[0058]
In the warming-up device according to the first embodiment of the present invention described above, the engine cooling water is used as the heat source for vaporizing the refrigerant. That is, since the cooling water whose temperature has increased is introduced again into the
[0059]
Further, in the
[0060]
Further, the exhaust gas of the
[0061]
FIG. 6 shows a modification of the warm-up
[0062]
In a modification of the warming-up
[0063]
FIG. 7 shows another modification of the warm-up
In another modification of the warming-up
[0064]
Generally, the cost of the three-way valve is higher than that of the two-way valve, and the total price of the two two-
[0065]
(2nd Embodiment)
FIG. 8 shows a warm-up
[0066]
In the warm-up
[0067]
In the warm-up
[0068]
Therefore, in the second embodiment,
[0069]
In the warm-up
[0070]
MgO which is the adsorbent 3a is CO 2 The heat of adsorption that is released when adsorbing is the CO from 13X type zeolite. 2 Larger than the heat required for desorption. Therefore, as in the case of the warm-up
[0071]
Further, the CO of 13X type zeolite which is the
[0072]
On the other hand, when the cooling water temperature reaches the predetermined value, the warm-up operation ends, and subsequently, the regeneration operation starts. That is, the three-
[0073]
(Third embodiment)
FIG. 9 shows a warm-up
[0074]
In the warm-up
[0075]
Thereby, in the regeneration operation after the warm-up operation of the warm-up
[0076]
In the warm-up
[0077]
In the warming-up
[0078]
Similarly, since the flow of the cooling water into the
[0079]
Further, in the warming-up
[0080]
Also, in the warming-up
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a state in which a warm-up
FIG. 2 is a cross-sectional view of the
FIG. 3 is a cross-sectional view of the
FIG. 4 shows a refrigerant 2a (H) of the warm-up
FIG. 5 is a graph of a measurement result of a cooling water temperature rise characteristic after starting the engine in the
FIG. 6 is an explanatory diagram showing a state in which a modification of the warm-up
FIG. 7 is an explanatory diagram showing a state in which another modification of the warm-up
FIG. 8 is an explanatory diagram showing a state in which a warm-up
FIG. 9 is an explanatory diagram showing a state in which a warm-up
[Explanation of symbols]
1 Warm-up device
2 Refrigerant heat exchanger
2a refrigerant
3 Adsorbent heat exchanger
3a Adsorbent
30 Second adsorbent heat exchanger
30a second adsorbent
4 Solenoid valve (switching valve)
5 Refrigerant circuit
6 2nd cooling water circuit (cooling water circuit)
7 Three-way valve (second switching valve)
8,80 Bypass passage
9 Solenoid valve
10 Water temperature sensor
11 Temperature sensor
12 Control device
13 pump
14, 15 Two-way valve (switching valve)
100 engine
101 radiator
102 Thermostat
103 exhaust pipe
104 1st cooling water circuit (cooling water circuit)
105 User side heat exchanger
106 battery
107 ignition switch
Claims (4)
冷媒を収容し前記冷却水回路途中に設けられて冷却水と前記冷媒が熱交換可能な冷媒熱交換器と、
吸着剤を収容し前記冷却水管路途中且つ前記冷媒熱交換器より下流側に設けられて冷却水と前記吸着剤が熱交換可能な吸着剤熱交換器と、
前記冷媒熱交換器と前記吸着剤熱交換器とを前記冷媒が通過可能に連通する冷媒通路と、
前記冷媒通路途中に設けられて前記冷媒通路の連通、遮断を切り替える切替え弁と、
前記冷却水回路途中に設けられて前記冷媒熱交換器の入り口側と出口側とを前記冷媒熱交換器を経由せずに連通するバイパス通路と、
前記冷却水回路途中に設けられて、前記冷媒熱交換器内における冷却水の流通および前記バイパス通路の遮断と、前記冷媒熱交換器内における冷却水の流通遮断および前記バイパス通路の連通とを切り替える第2切替え弁とを備え、
前記吸着剤熱交換器にはエンジン排気管が排気と前記吸着剤および前記冷却水とが熱交換可能なように装着されることを特徴とする暖機装置。Engine cooling water circuit,
A refrigerant heat exchanger that contains a refrigerant and is provided in the middle of the cooling water circuit and is capable of exchanging heat with the cooling water and the refrigerant;
An adsorbent heat exchanger that accommodates an adsorbent, is provided in the middle of the cooling water pipeline and downstream from the refrigerant heat exchanger, and is capable of exchanging heat with the cooling water and the adsorbent;
A refrigerant passage that allows the refrigerant to pass through the refrigerant heat exchanger and the adsorbent heat exchanger,
A switching valve that is provided in the middle of the refrigerant passage and switches communication between the refrigerant passage and cutoff,
A bypass passage provided in the cooling water circuit and communicating the inlet side and the outlet side of the refrigerant heat exchanger without passing through the refrigerant heat exchanger,
The cooling water circuit is provided in the middle thereof, and switches between circulation of the cooling water in the refrigerant heat exchanger and interruption of the bypass passage, and interruption of circulation of the cooling water in the refrigerant heat exchanger and communication of the bypass passage. A second switching valve,
A warm-up device, wherein an engine exhaust pipe is mounted on the adsorbent heat exchanger so that exhaust gas can exchange heat with the adsorbent and the cooling water.
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