JP2007032486A - Latent heat accumulator and engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、エンジンを効果的に保温することができる潜熱蓄熱装置に関する。 The present invention relates to a latent heat storage device that can effectively keep an engine warm.
エンジンは、暖機が完了していない状態ではフリクションが大きい等の問題があることから早期の暖機完了が求められる。特に、シリンダボアやピストン、クランクシャフト等の摺動部を有する構成要素は効率のよい運転を実現するために早期暖機完了が望まれる。通常のエンジンは筒内爆発が開始されるとシリンダブロックやシリンダヘッド等のエンジン構成要素、さらに、これらのエンジン構成要素に形成された油路中を循環するエンジンオイルが温められ、徐々に暖機が進行する。従来、このようなエンジンの早期暖機完了を達成すべく、シリンダを囲むように形成した蓄熱材収納室に、潜熱型蓄熱材(蓄熱材)を収納したエンジンの急速暖機装置が提案されている(特許文献1)。このような急速暖機装置は、エンジンの冷間始動時に、過冷却状態となっている蓄熱材に対して電圧印加し、これにより相変化を開始させて潜熱を発生させるように構成されている。 Since the engine has a problem such as a large friction when the warm-up is not completed, early warm-up is required. In particular, components having sliding portions such as cylinder bores, pistons, crankshafts, and the like are desired to complete early warm-up in order to realize efficient operation. When an in-cylinder explosion starts, a normal engine warms engine components such as cylinder blocks and cylinder heads, and engine oil that circulates in the oil passages formed in these engine components. Progresses. Conventionally, in order to achieve the early warm-up completion of such an engine, an engine rapid warm-up device in which a latent heat storage material (heat storage material) is stored in a heat storage material storage chamber formed so as to surround a cylinder has been proposed. (Patent Document 1). Such a rapid warm-up device is configured to apply a voltage to a heat storage material in a supercooled state when the engine is cold started, thereby starting a phase change and generating latent heat. .
以上説明したように特許文献1記載のエンジンの急速暖機装置は、冷間始動直後に直接シリンダ周辺を局部的に昇温することができ、効率よく機関の昇温を図ることができるものである。 As described above, the rapid warm-up device for an engine described in Patent Document 1 can raise the temperature locally around the cylinder directly immediately after the cold start, and can efficiently raise the temperature of the engine. is there.
しかしながら、特許文献1記載のエンジンの急速暖機装置は、蓄熱材に対して電圧印加を行う電極を装着しなければならない等、構造が複雑となることが懸念される。また、一旦、エンジンの暖機が完了した後、エンジンを停止させたような場合に、エンジンが適度な温度を保っている限りは急速暖機装置を作動させての改めての暖機動作は不要である。 However, the rapid warm-up device for an engine described in Patent Document 1 is concerned that the structure may be complicated, for example, an electrode for applying a voltage to the heat storage material must be attached. In addition, once the engine has been warmed up, if the engine is stopped, as long as the engine is at an appropriate temperature, a new warm-up operation is not required by operating the rapid warm-up device. It is.
そこで、本発明は、一旦、エンジンの暖機が完了した後は、エンジン停止してもできるだけエンジンの温度を保つことができ、エンジン再始動時に冷間始動となりにくい潜熱蓄熱装置を提供することを課題とする。 Therefore, the present invention provides a latent heat storage device that can maintain the engine temperature as much as possible even when the engine is stopped once the engine has been warmed up and that is unlikely to start cold during engine restart. Let it be an issue.
かかる課題を解決するための、本発明の潜熱蓄熱装置は、エンジンの内部に設置され、内部に潜熱蓄熱材が収容された潜熱蓄熱材収容室と、当該潜熱蓄熱材収容室と連通し、前記エンジンの外部へ導出され、内部の潜熱蓄熱材の少なくとも一部分を固相状態に保持するように低温が維持される突起部と、を有することを特徴とする(請求項1)。本発明は、熱容量の大きな物資をエンジン内に収容し、エンジン停止後も長時間にわたってエンジンの温度を保つことができるようにしたものである。このような熱容量の大きな物質としては、酢酸ナトリウム・3水和物等の潜熱蓄熱材を採用することができる。このような潜熱蓄熱材は、従来、発核操作によって発熱させ、その熱をエンジンの暖機に利用しているものと同様のものである。但し、本発明における潜熱蓄熱材は、従来の潜熱蓄熱材とはその用い方が異なっており、本発明における潜熱蓄熱材は、過冷却状態となることを回避し、固相と液相との間で相変化させることによってできるだけ暖機完了後のエンジンの温度を保持(保温)しようとするものである。すなわち、相変化している間は温度の変化が殆どみられず、その温度を保持することを利用してエンジンを保温する趣旨である。 In order to solve such a problem, the latent heat storage device of the present invention is installed in the engine, and communicates with the latent heat storage material storage chamber in which the latent heat storage material is stored, and the latent heat storage material storage chamber, And a protrusion that is led out of the engine and maintains a low temperature so as to hold at least a portion of the internal latent heat storage material in a solid phase state (Claim 1). In the present invention, a material having a large heat capacity is accommodated in an engine so that the temperature of the engine can be maintained for a long time even after the engine is stopped. As such a substance having a large heat capacity, a latent heat storage material such as sodium acetate trihydrate can be employed. Conventionally, such a latent heat storage material is similar to a material that generates heat by a nucleation operation and uses the heat to warm up the engine. However, the latent heat storage material in the present invention is used in a different manner from the conventional latent heat storage material, and the latent heat storage material in the present invention avoids being in a supercooled state, The temperature of the engine after the completion of warm-up is maintained (warming) as much as possible by changing the phase between the two. That is, there is almost no change in temperature during the phase change, and the purpose is to keep the engine warm by utilizing that temperature.
そこで、本発明では、エンジンの外部へ導出され、内部の潜熱蓄熱材の少なくとも一部分を固相状態に保持するように低温が維持される突起部、いわば低温保持部を備えた構成となっている。潜熱蓄熱材は、同一室内に収容した潜熱蓄熱材の一部にでも固相状態となっている部分がある、すなわち、液相と固相とが混在している状態であると、その室内に存在する潜熱蓄熱材は過冷却状態となることなく固相へと相変化する。本発明は、この原理を利用するもので、突起部は、内部に固相状態の潜熱蓄熱材を封入しておき、この固相状態の潜熱蓄熱材が温度上昇によって液相へと変化しないように、低温(融点以下)に保つべくエンジンの外部へ導出される部分として構成されている。 In view of this, the present invention has a configuration that includes a protruding portion that is led out of the engine and maintains a low temperature so as to hold at least a portion of the internal latent heat storage material in a solid state, that is, a low temperature holding portion. . The latent heat storage material has a portion that is in a solid phase state even in a part of the latent heat storage material housed in the same room, that is, if the liquid phase and the solid phase are mixed, The existing latent heat storage material changes into a solid phase without being supercooled. The present invention utilizes this principle, and the projection portion encloses a solid-phase latent heat storage material therein so that the solid-phase latent heat storage material does not change to a liquid phase due to a temperature rise. In addition, it is configured as a portion led out of the engine in order to keep the temperature low (melting point or less).
ところで、潜熱蓄熱材が過冷却状態とならないようにするために、他の物質を添加しておくことも考えられるが、融点の低下による潜熱利用価値の低下を招いたり、有毒化による安全性の低下を招いたりするおそれがある。また、添加した物質は温度変化等に起因して化学変化を起こすと潜熱蓄熱材の過冷却状態回避効果を喪失してしまうことも考えられる。本発明の構成とすれば、このような不都合を生じることなく潜熱蓄熱材の過冷却状態を回避することができる。 By the way, in order to prevent the latent heat storage material from being overcooled, it may be possible to add other substances. However, the latent heat utilization value may be reduced due to the lowering of the melting point, or the safety of the poisoning may be reduced. There is a risk of degrading. Moreover, when the added substance causes a chemical change due to a temperature change or the like, the effect of avoiding the supercooled state of the latent heat storage material may be lost. With the configuration of the present invention, it is possible to avoid a supercooled state of the latent heat storage material without causing such inconvenience.
このような潜熱蓄熱装置における潜熱蓄熱材収容室は、エンジンの熱を保持できる箇所に設置されるが、例えば、エンジンのボア部に形成されたウォータジャケットの周囲に配設した構成とすることができる(請求項2)。潜熱蓄熱材収容室は、ウォータジャケットの周囲に配設した場合等は、ある程度の高さを有する形状となるが、このような場合、前記突起部(低温保持部)は、前記潜熱蓄熱材収容室の下端近傍で当該潜熱蓄熱材収容室と連通している構成とすることが望ましい(請求項3)。このような構成とするのは、以下の理由による。高さを有する潜熱蓄熱材収容室では、何らかの原因で内部の潜熱蓄熱材の嵩が下がることがある。この場合、突起部が潜熱蓄熱材の液面よりも上側で潜熱蓄熱材収容室と連通していると、突起部内の固相状態の潜熱蓄熱材と潜熱蓄熱材収容室内の液相状態の潜熱蓄熱材とが分離してしまう。このように固相状態の潜熱蓄熱材と液相状態の潜熱蓄熱材とが分離してしまうと、液相状態部分の過冷却状態への移行を回避できないおそれがある。そこで、突起部が潜熱蓄熱材収容室の下端近傍で当該潜熱蓄熱材収容室と連通している構成とすれば、突起部内の固相状態の潜熱蓄熱材と、潜熱蓄熱材収容室内の潜熱蓄熱材とを混在させ、一体に保つことができる。 The latent heat storage material accommodation chamber in such a latent heat storage device is installed at a location where the heat of the engine can be held, but for example, it may be configured around a water jacket formed in the bore portion of the engine. (Claim 2). The latent heat storage material storage chamber has a certain height when disposed around the water jacket. In such a case, the protrusion (low temperature holding unit) is provided with the latent heat storage material storage. It is desirable that the latent heat storage material accommodation chamber communicates with the vicinity of the lower end of the chamber. The reason for this configuration is as follows. In the latent heat storage material storage chamber having a height, the volume of the internal latent heat storage material may decrease for some reason. In this case, if the protrusion is in communication with the latent heat storage material storage chamber above the liquid surface of the latent heat storage material, the solid phase latent heat storage material in the protrusion and the liquid phase latent heat in the latent heat storage material storage chamber The heat storage material is separated. If the solid phase latent heat storage material and the liquid phase latent heat storage material are separated in this way, there is a possibility that the transition to the supercooled state of the liquid phase state portion cannot be avoided. Therefore, if the protrusion is configured to communicate with the latent heat storage material storage chamber in the vicinity of the lower end of the latent heat storage material storage chamber, the solid phase latent heat storage material in the protrusion and the latent heat storage heat in the latent heat storage material storage chamber. Can be mixed with materials and kept together.
突起部は、前記のように内部の潜熱蓄熱材を固相状態に保っておかなければならない。そこで、突起部の周囲に熱交換器を配設した構成として、突起部内の潜熱蓄熱材が液相に変化しないように所定温度以下に保つことが望ましい。 As described above, the protrusions must keep the internal latent heat storage material in a solid state. Therefore, it is desirable to maintain a heat exchanger around the protrusion so that the latent heat storage material in the protrusion is kept at a predetermined temperature or lower so that it does not change to the liquid phase.
なお、以上説明したような潜熱蓄熱装置を種々のエンジンに組み込めば本発明のエンジンとすることができる(請求項5)。 Note that the engine of the present invention can be obtained by incorporating the latent heat storage device as described above into various engines.
本発明によれば、エンジンの内部に設置され、内部に潜熱蓄熱材が収容された潜熱蓄熱材収容室と、当該潜熱蓄熱材収容室と連通し、前記エンジンの外部へ導出され、内部の潜熱蓄熱材の少なくとも一部分を固相状態に保持するように低温が維持される突起部と、を有する構成としたので、潜熱蓄熱材の過冷却状態を回避して長時間にわたってエンジンの温度を保持することができる。 According to the present invention, the latent heat storage material storage chamber installed inside the engine and containing the latent heat storage material is communicated with the latent heat storage material storage chamber. And a protrusion that maintains a low temperature so as to hold at least a portion of the heat storage material in a solid state, so that the engine temperature is maintained for a long time while avoiding the overcooling state of the latent heat storage material. be able to.
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面と共に詳細に説明する。 Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1及び図2は、ともに本実施例の潜熱蓄熱装置1を組み込んだエンジン2の一部分を示した概略構成図である。図1は、図2に示したB−B線で断面としたもので、図2は、図1に示したA−A線で断面としたものである。エンジン2のボア部2aには、冷却水が流通するウォータジャケット3が形成されており、このウォータジャケット3の周囲に潜熱蓄熱材収容室4が配設されている。この潜熱蓄熱材収容室4内には、潜熱蓄熱材5である酢酸ナトリウム・3水和物が収容されている。酢酸ナトリウム・3水和物は、融点がおよそ58℃と89℃のものを用いることができるが本実施例では89℃のものを使用している。
1 and 2 are schematic configuration diagrams showing a part of an
潜熱蓄熱材収容室4は、図2に示すようにシリンダ2a1に沿うように配設され、ある程度の高さを有しているが、この潜熱蓄熱材収容室4の下端4aの下端近傍に低温保持部6が連設されている。この低温保持部6は、図に示すようにエンジン2の外部へ導出される突起部となっている。すなわち、低温保持部6は本発明における突起部に相当する。低温保持部6の内部には、潜熱蓄熱材収容室4内に収容されたものと同様の潜熱蓄熱材5が収容されている。但し、低温保持部6内の潜熱蓄熱材5は少なくとも一部分が固相状態となっている。このような低温保持部6の周囲には熱交換器7が配設されている。このような構成により、低温保持部6内の潜熱蓄熱材5は融点以下の温度に保持され、固相状態を保つようになっている。
The latent heat storage
以上のように構成される潜熱蓄熱装置1を組み込んだエンジン2を停止した後の温度変化について、潜熱蓄熱装置1を備えていない従来のエンジンと比較しつつ説明する。
A temperature change after stopping the
まず、実線で示した潜熱蓄熱装置1を備えていない従来のエンジンでは、エンジン停止直後のt0の状態から徐々に温度は低下する。一方、破線で示した潜熱蓄熱装置1を備えた本実施例のエンジン2では、まず、t0から徐々に温度が低下し、t2まで到達する(I点)。t2は潜熱蓄熱材5の融点である。このt0からt2までの過程は顕熱による温度低下であり、従来のエンジンの場合とほぼ同様な経過をたどる。その後、潜熱蓄熱材5はI点からII点間での間で液相から固相へ相変化がなされる。この間、温度は一定となるため、エンジン温度も一定温度に保持される。すなわち、エンジン2は保温される。その後、潜熱蓄熱材5の相変化が終了するII点まで到達する。II点以後は再び温度低下が始まる。
First, in the conventional engine without a latent heat storage apparatus 1 shown by the solid line, the temperature gradually decreases from the state of t 0 immediately after the engine stop. On the other hand, in the
このように温度低下の過程が異なることから、従来のエンジンの温度がt1まで低下した時間と同時間経過後、本実施例のエンジン2では未だt3を保持している(t1<t3)。このタイミングでエンジンを再始動させれば、温度T1分だけ始動開始温度を向上させることができることになる。仮に潜熱蓄熱材5の相変化進行途中のI点からII点までの間にエンジンを再始動させた場合には温度T2分だけ始動開始温度を向上させることができる。
This because the process of temperature decrease are different as, after reduced time and elapsed same time until t 1 the temperature of the conventional engine, the
このように本発明の潜熱蓄熱装置1は、冷間始動となるまでの時間を延長することができ、エンジン停止から比較的短時間のうちにエンジンを再始動させる場合のエンジン始動開始温度を向上させることができる。エンジン始動開始温度を向上させることができれば、フリクションの低下による燃費の向上を図ることができ、排気組成物の改善等も期待できる。また、本発明の潜熱蓄熱装置1は、特別な発核装置等を装備する必要がないので非常に簡易な構成とすることができ、エンジンへの搭載性にも優れている。 As described above, the latent heat storage device 1 of the present invention can extend the time until the cold start, and improves the engine start start temperature when the engine is restarted within a relatively short time after the engine is stopped. Can be made. If the engine start start temperature can be improved, the fuel consumption can be improved by reducing the friction, and the exhaust composition can be improved. In addition, the latent heat storage device 1 of the present invention does not need to be equipped with a special nucleation device or the like, so it can be configured in a very simple manner and has excellent mountability to the engine.
上記実施例は本発明を実施するための例にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、これらの実施例を種々変形することは本発明の範囲内であり、更に本発明の範囲内において、他の様々な実施例が可能であることは上記記載から自明である。 The above-described embodiments are merely examples for carrying out the present invention, and the present invention is not limited thereto. Various modifications of these embodiments are within the scope of the present invention. It is apparent from the above description that various other embodiments are possible within the scope.
1 潜熱蓄熱装置
2 エンジン
2a ボア部
2a1 シリンダ
3 ウォータジャケット
4 潜熱蓄熱材収容室
5 潜熱蓄熱材
6 低温保持部
7 熱交換器
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Latent
Claims (5)
当該潜熱蓄熱材収容室と連通し、前記エンジンの外部へ導出され、内部の潜熱蓄熱材の少なくとも一部分を固相状態に保持するように低温が維持される突起部と、
を有することを特徴とする潜熱蓄熱装置。 A latent heat storage material storage chamber installed inside the engine, in which the latent heat storage material is stored;
A protrusion that communicates with the latent heat storage material storage chamber, is led out of the engine, and is maintained at a low temperature so as to maintain at least a portion of the internal latent heat storage material in a solid state;
A latent heat storage device comprising:
前記潜熱蓄熱材収容室は、エンジンのボア部に形成されたウォータジャケットの周囲に配設したことを特徴とする潜熱蓄熱装置。 The latent heat storage device according to claim 1,
The latent heat storage material storage chamber is disposed around a water jacket formed in a bore portion of an engine.
前記突起部は、前記潜熱蓄熱材収容室の下端近傍で当該潜熱蓄熱材収容室と連通していることを特徴とする潜熱蓄熱装置。 The latent heat storage device according to claim 1 or 2,
The protrusion is in communication with the latent heat storage material storage chamber in the vicinity of the lower end of the latent heat storage material storage chamber.
前記突起部の周囲に熱交換器を配設したことを特徴とする潜熱蓄熱装置。 In the latent heat storage device according to any one of claims 1 to 3,
A latent heat storage device, wherein a heat exchanger is disposed around the protrusion.
An engine comprising the latent heat storage device according to any one of claims 1 to 4.
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