JP2010265765A - 車両用暖機システム及びこれに用いる車両暖機用蓄熱器 - Google Patents

Abstract

【課題】装置を小型化できるとともに、短時間に大量の熱を取り出して駆動部の暖機を行うことができ、また、従来の冷却回路を用いてエンジン等の駆動部の暖機を行うことのできる、車両用暖機システム及び車両暖機用蓄熱器を提供する。
【解決手段】駆動部２を冷却する冷却回路６を備えるとともに、蓄熱器７を備えて構成される車両用暖機システム１であって、上記駆動部から発生した熱を、上記冷却回路を流動する熱媒体を介して上記蓄熱機に蓄積する蓄熱行程と、上記蓄熱器に蓄積した熱を、上記熱媒体を介して上記駆動部へ移動させて暖機運転を行う暖機行程とを含み、上記蓄熱行程と上記暖機行程とが、熱伝導性構造体の空隙に固体蓄熱物質を充填した蓄熱構造体を備える上記蓄熱器内に、上記熱媒体を流動させることにより行われるように構成されている。
【選択図】図１

Description

本願発明は、車両用暖機システムに関する。詳しくは、駆動部を冷却する冷却回路を流れる熱媒体を利用して蓄熱するとともに、始動時に上記熱媒体を介して駆動部を暖機する車両用暖機システム及びこれに用いる車両暖機用蓄熱器に関する。

車両始動時に、エンジン等の暖機運転を行うことにより、エンジンオイル等の温度を上昇させて粘度を低下させ、駆動抵抗を減少させることができる。この結果、燃費の向上を期待することができるとともに、各部の摩耗等を減少させることができる。また、始動時のエンジンでは、低温で燃料が燃焼させられるため、排気に有害物質が多量に含まれる。このため、できるだけ速やかに暖機運転を行うのが好ましい。暖機運転を促進するために、蓄熱装置を備えた内燃機関が提供されている。

特開２００２−１３８８３３号 特開２００５−３５３３２７号

上記特許文献１に記載されている内燃機関では、機関運転中に加熱された機関冷却水を利用して蓄熱装置に排熱を蓄熱するとともに、暖機運転時に上記蓄積した熱を、上記機関冷却水を介して駆動装置のＡＴＦウォーマへ供給し、ＡＴＦ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｆｌｕｉｄ）を加熱できる暖機システムが設けられている。

上記蓄熱装置を設けることにより、内燃機関の暖機運転を促進して、短時間にＡＴＦの温度を上昇させることができる。この結果、始動時の燃費の向上を期待することができる。

また、ハイブリッド自動車や電気自動車や燃料電池自動車においても、始動時に駆動系のオイルや電池等の温度を上昇させるのが好ましい。特にハイブリッド自動車においては、モータによる走行時にアイドリングストップした状態となることが多く、エンジンオイル等の温度が低下しやすい。このため、走行中の暖機運転を行うことにより、エンジンオイル等を所定温度以上に保持して、燃費を向上させることができる。

特許文献２には、燃料電池及び電力消費機器の排熱を蓄熱槽に蓄熱し、燃料電池用の熱交換器等に循環させることにより暖機を行う電気自動車が開示されている。

暖機運転は、始動の際の短時間に、蓄熱装置から大量の熱を取り出して駆動部に移動させて投入しなければならない。このため、上記特許文献１では、加熱されて高温になった上記機関冷却水を、蓄熱装置の保温容器に貯溜し、暖機運転時にこの冷却水をパイプ等介してＡＴＦウォーマへ供給するように構成している。

ところが、加熱した上記機関冷却水を一定量貯溜するための保温容器を設けなければならない。したがって、蓄熱装置が大型化し、車両によっては、設置スペースを確保するのが困難な場合がある。また、その分車両重量が増加するため、燃費の改善効果はあまり期待できない。

しかも、大量の機関冷却水を高温で長時間保持するのは困難である。このため、車両を長時間運転しない場合には、上記機関冷却水の温度が低下して、十分な暖機運転を行えない恐れもある。

また、上記冷却回路と別に、上記ＡＴＦウォーマに到る配管を別途設けて、冷却水を循環させるように構成しているため、装置が複雑になるとともに、製造コストも増加する。

さらに、効果的な暖機運転を行うには、短時間に、しかも大量の熱を、上記機関冷却水を介してＡＴＦ等に投入する必要がある。このため、蓄熱器や暖機部材の熱交換器に高い熱交換性能が求められる。熱交換性能を高めるには、大きな熱交換面積を確保し、あるいは、大きな流速で上記機関冷却水を循環させなければならない。ところが、大きな熱交換面積を確保すると装置が大型化する。一方、機関冷却水の循環速度を高めるには、大きなポンプが必要になり、さらに配管の水密性も高める必要が生じる。したがって、製造コストが増加する。

特許文献２に記載されている燃料電池自動車においても、上記特許文献１と同様に、水やオイルを熱媒体として駆動部を冷却するように構成されており、上記特許文献１に記載された発明と同様の問題ある。

本願発明は、装置を小型化できるとともに、短時間に大量の熱を取り出して駆動部の暖機を行うことができ、また、従来の冷却回路を用いてエンジン等の駆動部の暖機を行うことのできる、車両用暖機システム及び車両暖機用蓄熱器を提供することを課題とする。

本願の請求項１に記載した発明は、駆動部を冷却する冷却回路を備えるとともに、蓄熱器を備えて構成される車両用暖機システムであって、上記駆動部から発生した熱を、上記冷却回路を流動する熱媒体を介して上記蓄熱機に蓄積する蓄熱行程と、上記蓄熱器に蓄積した熱を上記熱媒体を介して上記駆動部へ移動させて暖機運転を行う暖機行程とを含み、上記蓄熱行程と上記暖機行程とが、熱伝導性構造体の空隙に固体蓄熱物質を充填した蓄熱構造体を備える上記蓄熱器内に、上記熱媒体を流動させることにより行われるように構成されている。

本願発明に係る車両用暖機システムにおいては、駆動部の冷却回路を利用して、蓄熱器に熱を蓄積する。内燃機関を駆動源とする車両においては、エンジン、トランスミッション等から出る排熱を熱源として利用できるとともに、上記部材を冷却する熱媒体を介して蓄熱器に蓄熱することができる。

ハイブリッド車や電気自動車や燃料電池自動車においても、熱媒体が流動させられる冷却回路を備えていれば、本願発明を適用できる。たとえば、駆動用モータやパワーモジュール等から生じる排熱を上記熱源として利用できる。

本願発明に係る蓄熱行程は、定常運転時に上記熱媒体を上記蓄熱器内に流動させることにより、上記蓄熱行程が行われる。一方、エンジンの始動時等において、上記蓄熱器に蓄積した熱を、上記熱媒体を介して上記駆動部に戻すことにより、暖機行程が行われる。

上記蓄熱行程と上記暖機行程とは、熱伝導性構造体の空隙に固体蓄熱物質を充填した蓄熱構造体を備える蓄熱器内に、上記熱媒体を流動させることにより行われる。例えば、多孔質体構造体、ハニカム構造体、複数のフィン構造体等の熱伝導性構造体の空隙に固体蓄熱物質を保持させることにより蓄熱構造体を構成できる。

上記熱伝導性構造体は、上記固体蓄熱物質に比べて熱伝導率が高い。これら熱伝導性構造体を一体的に構成することにより、蓄熱物質だけの場合に比べて蓄熱構造体内部の熱伝導率は格段に大きくなる。したがって、入熱時や放熱時において、蓄熱構造体内部の熱移動が格段に速くなり、蓄熱構造体内部の温度差も小さくなる。この構造を採用することにより、短時間に大量の熱を蓄熱し、かつ放熱することが可能となり、エンジン始動時における短時間に大量の熱を取り出して暖機運転を促進することが可能となる。

請求項２に記載した発明は、上記冷却回路が、駆動部において加熱された上記熱媒体をラジエータに移動させる高温側冷却管路と、上記ラジエータにおいて放熱させた上記熱媒体を上記駆動部へ戻す低温側冷却管路とを有するとともに、上記高温側冷却管路の中間部から分岐して延出するとともに上記蓄熱器に接続される蓄熱器入熱管路と、上記蓄熱器から延出して上記高温側冷却管路又は上記低温側冷却管路に接続される蓄熱器戻り管路とを有する蓄熱回路を介して上記熱媒体を流動させることにより、上記蓄熱行程と上記暖機行程とが行われるように構成したものである。

内燃機関を駆動部とする自動車においては、上記駆動部で発生した熱をラジエータまで運んで放熱されるように構成されている。本請求項に記載した発明は、上記駆動部から上記ラジエータにつながる冷却回路に、バイパス形態の蓄熱回路を設けたものである。上記蓄熱回路は、高温側冷却管路と低温側冷却管路に掛け渡すように設けることができる。また、蓄熱器入熱管路と蓄熱器戻り管路の双方を上記高温側冷却管路に接続して、上記高温側冷却管路と並列状の蓄熱回路を設けることもできる。この蓄熱回路を設けることにより、上記駆動部で生じた熱を蓄熱する蓄熱行程と、蓄熱器の熱を上記駆動部へ戻す暖機行程とを行うように構成している。

本願発明では、駆動部から出た熱を蓄熱するものであるため、蓄熱器の熱を駆動部に戻すだけで暖機行程を行うことができる。したがって、従来の冷却回路を利用して暖機行程を行うことが可能となり、システムをコンパクトに構成することができる。

また、暖機行程の効率を上げるため、請求項３に記載した発明のように、上記蓄熱器から流出する熱媒体を、上記蓄熱器又は上記蓄熱器戻り管路の途中から上記駆動部近傍の上記低温側冷却回路にいたる暖機管路を介して上記駆動部へ流動させることにより、上記暖機行程を行うように構成することができる。

上記暖機管路を設けることにより、上記蓄熱器で加熱された熱媒体を直接駆動部に供給することが可能となる。また、上記暖機管路に断熱処理を施すことにより、熱効率をさらに向上させることができる。

請求項４から請求項１３に記載した発明は、車両暖機用蓄熱器に関するものである。

請求項４に記載した発明は、蓄熱容器内部に、駆動部を冷却する熱媒体を流動させて熱交換を行う車両暖機用蓄熱器であって、熱伝導性構造体の空隙に固体蓄熱物質を保持して構成される蓄熱構造体と、上記熱媒体を流動させる熱交換流路とを備えて構成される。

上記熱伝導性構造体として、金属等で形成された熱伝導性の多孔質構造体、ハニカム構造体、複数のフィン構造体等を採用することができる。これら、構造体の空隙に固体蓄熱物質を充填して保持させることにより、蓄熱構造体を構成できる。

請求項５に記載した発明のように、連続気孔を有する多孔質熱伝導性構造体の空隙に上記固体蓄熱物質を充填することにより、上記蓄熱構造体を構成することができる。

上記固体蓄熱物質を保持できれば、種々の多孔質熱伝導性構造体を採用できる。たとえば、銅、ニッケル、アルミ、鉄やクロム合金等の金属多孔質体を採用できる。これら金属多孔質体は、固体蓄熱物質に比べて熱伝導率が高く、また固体蓄熱物質と接触する面積が大きいため、蓄熱構造体内部において熱移動が迅速に行われる。

上記多孔質熱伝導性構造体の形態及び製造手法も特に限定されることはない。たとえば、発泡により内部に連続気孔を形成した金属多孔質体を採用できる。また、特許第２６２８６００号公報に記載されているような、３次元網状構造を備える金属多孔質体の空隙部に固体蓄熱物質を保持させることにより、上記蓄熱構造体を形成することができる。

上記多孔質体として、７０％以上の空隙率を備えるものを採用するのが好ましい。さらに、９０％以上の空隙率を備えるものを採用するのがより好ましい。空隙率が大きくなるほど、上記多孔質体に保持させることができる固体蓄熱物質の量が増加し、蓄熱構造体の熱容量が大きくなる。

上記固体蓄熱物質として、請求項１３に記載したように、固体形状を保持したまま潜熱を蓄熱できる樹脂蓄熱物質を採用するのが好ましい。たとえば、三菱電線工業株式会社製の潜熱蓄熱材（登録商標ＭＨＳシリーズ）を採用することができる。

上記潜熱蓄熱材は、蓄熱温度約３０℃〜８０℃の所定の温度において、蓄熱することが可能であり、固体のままで１７５〜１８０ｋＪ／ｋｇの潜熱量を有している。このため、少ないスペースに、大量の熱を蓄積することが可能となる。

熱伝導性構造体の空隙に蓄熱物質を充填する手法として、種々の手法を採用することができる。たとえば、重力や遠心力を利用した手法を採用できる。

請求項６に記載した発明のように、板状の熱伝導部材を備えて上記蓄熱構造体を構成できる。上記熱伝導部材は、銅、鉄、アルミ、アルミ合金等の熱伝導率の高い金属材料から形成することができる。

また、上記熱伝導部材によって、上記蓄熱容器内の空間を複数の領域に区画し、各区画に固体蓄熱物質を保持するように構成することができる。この構造を採用することにより、上記各区画に保持された固体蓄熱物質に対して、上記熱伝導部材を介して入熱及び放熱を行わせることが可能となる。このため、上述した熱伝導性多孔質構造体を採用した場合と同様に、蓄熱構造体内部において熱移動が迅速に行われ、短時間に大量の熱を蓄熱し、また、放熱させることができる。なお、上記区画された各領域に、蓄熱物質を保持させた多孔質熱伝導性構造体を配置することもできる。

上記熱媒体を流動させる熱交換流路の構成も特に限定されることはない。たとえば、請求項７に記載した発明のように、上記熱交換流路を、上記蓄熱容器を貫通して上記熱媒体を流動させる熱伝導性のパイプを設けて構成することができる。上記蓄熱構造体と熱媒体との熱交換効率を高めるために、請求項８に記載した発明のように、上記熱伝導性構造体を、上記パイプの外周に接合するのが好ましい。上記接合方法も特に限定されることはなく、溶接、ロウ付け、圧接等を採用することができる。

上記パイプの形態も特に限定されることはない。円筒状のものに限定されることはなく、断面矩形状等の形態のパイプを採用できる。また、断面星形等の形態のパイプを採用することにより熱交換面積を大きくして、熱媒体との熱交換効率を高めることができる。

請求項９に記載した発明のように、上記熱交換流路を、上記蓄熱容器内を上記熱伝導部材で区画することにより形成することができる。たとえば、上記蓄熱器内部の空間を上記熱伝導部材によって複数の領域に区画し、一部の領域に上記熱媒体を流動させるように構成することができる。

請求項１０に記載した発明のように、固体蓄熱物質を保持した空間及び／又は上記熱交換流路に延出する熱交換部材を設けることにより、蓄熱器内部での熱移動を迅速に行うことが可能となり、熱交換効率をさらに高めることができる。

例えば、熱交換流路としてパイプを採用した場合、上記パイプの内周壁から熱媒体が流動する空間に延出するフィン状の熱交換部材を設けることにより、パイプ内を流動する熱媒体との熱交換効率を高めることもできる。

請求項１１に記載した発明は、上記熱交換流路に、連続気孔を有する熱伝導性多孔質体を充填したものである。

上記熱伝導性多孔質体として、上記蓄熱構造体を構成する多孔質熱伝導性構造体を採用できる。上記熱伝導性多孔質体を熱交換流路に充填し、その空隙に熱媒体を流動させることにより、熱媒体との熱交換効率を高めることができる。

請求項１２に記載した発明は、上記蓄熱構造体が、連続気孔を有する多孔質構造を備えるとともに、上記連続気孔が上記熱交換流路を構成するものである。

本請求項に記載した発明は、蓄熱構造体自体を多孔質状に形成し、熱媒体を上記蓄熱構造体の連続気孔内に直接流動させることにより、蓄熱行程及び暖機行程を行うことができるように構成したものである。すなわち、熱媒体が流動させられるパイプ等を介することなく、蓄熱構造体との間で直接熱交換を行わせる。この構成を採用することにより、非常に大きな熱交換面積を確保できる。このため、熱交換効率を格段に高めることが可能となる。したがって、暖機行程における短時間に大量の熱を蓄熱器から取り出して、エンジン等に供給することが可能となる。

本願発明に係る暖機システムは、装置を小型化できるとともに、蓄熱器から短時間に大量の熱を取り出して駆動部の暖機を行うことができ、また、従来の冷却回路を用いてエンジン等の駆動部の暖機を行うことができる。

本願発明に係る暖機システムの構成を示す概略回路図である。 第１の実施形態に係る蓄熱器の構造を示す軸に沿う断面図である。 図２におけるIII −III 線に沿う断面図である。 本願発明に係る蓄熱構造体の製造方法の一例を示す図である。 第２の実施形態に係る蓄熱器の構造を示す図であり、図３に相当する断面図である。 第３の実施形態に係る蓄熱器の構造を示す図であり、図２に相当する断面図である。 第４の実施形態に係る蓄熱器の構造を示す図であり、図２に相当する断面図である。 図７における VIII−VIII 線に沿う断面図である。 第５の実施形態に係る蓄熱器の構造を示す図であり、図２に相当する断面図である。 図９に示す蓄熱構造体の内部構造を示す拡大断面図である。

以下、本願発明の実施形態を図に基づいて具体的に説明する。

図１に、本願発明に係る暖機システムの概略図を示す。この実施形態は、内燃機関である車両のエンジンを暖機するシステムに本願発明を適用したものである。

本実施形態に係る暖機システム１は、駆動装置としてのエンジン２と、ラジエータ３と、上記エンジン２と上記ラジエータ３との間で冷却用の熱媒体を流動させる高温側冷却管路４及び低温側冷却管路５から構成される冷却回路６とを備える。

上記冷却回路６では、エンジン２を冷却した熱媒体が、上記高温側冷却管路４を介して上記ラジエータ３に送られる。ラジエータ３では、水や外気を利用して熱媒体から熱を放熱させる。そして、放熱されて温度が下がった熱媒体が、上記低温側冷却管路５を介して上記エンジン２に戻される。上記熱媒体として不凍液（ＬＬＣ）が用いられている。上記熱媒体は、上記低温側冷却管路５中に設けられた循環ポンプＰ１よって、エンジン稼働中に上記冷却回路内を循環流動させられて、エンジン２の過熱を防止している。

本実施形態に係る暖機システム１では、上記高温側冷却管路４を流れる熱媒体を利用して蓄熱する蓄熱器７を設け、この蓄熱器７に蓄積された熱によって暖機行程が行われる。本実施形態では、上記蓄熱器７を設けるために、上記高温側冷却管路４の中間部から分岐して延出するとともに、蓄熱器７に接続される蓄熱器入熱管路８と、上記蓄熱器７から延出して上記低温側冷却管路５に接続される蓄熱器戻り管路９とを有する蓄熱配管１０が設けられる。なお、高温側冷却管路４から延出する蓄熱器入熱管路を設けて熱媒体を蓄熱器内に導入するとともに、蓄熱器戻り管路を高温側冷却管路４に接続して蓄熱配管を設けることもできる。また、蓄熱配管１０の流量を調節して、蓄熱器内部は温度上昇するが、低温側冷却管路５の熱媒体の温度が上昇しないように構成することもできる。

エンジン２の稼働中に、上記高温側冷却管路４を流れる熱媒体の温度は９０℃程度であり、上記低温側冷却管路では６０℃程度まで温度が低下する。本実施形態では、上記エンジン冷却用の熱媒体を利用して、上記蓄熱器７に熱を蓄熱する。

上記蓄熱配管１０に上記熱媒体を導入するため、上記高温側冷却管路４から上記蓄熱器入熱管路８が分岐する分岐点に、第１の３方弁Ａが設けられている。上記３方弁Ａは、熱媒体の流路を、上記ラジエータ３側と上記蓄熱器７側に向けて切り替えることができるとともに、高温側冷却管路４を閉止できるように構成されている。

一方、上記蓄熱器戻り管路９には、上記蓄熱器７で放熱させられた熱媒体を上記低温側冷却管路５に戻すための第２の３方弁Ｂが設けられる。本実施形態では、上記第２の３方弁Ｂは、上記蓄熱器戻り管路９の中間部に設けられているとともに、エンジン暖機用の暖機管路１１と上記低温側冷却管路５とに流路を切り替えることができるように構成されている。また、上記第２の３方弁Ｂは、蓄熱回路１０を閉止することもできるように構成されている。

上記高温側冷却管路４と上記蓄熱器入熱管路８とを連通させるように上記第１の３方弁Ａを制御するとともに、上記蓄熱器戻り管路９を上記低温側冷却管路５に連通させるように上記第２の弁Ｂを制御することにより、上記高温側冷却管路４から上記蓄熱回路１０に熱媒体を導入して蓄熱行程を行うことができる。また、上記蓄熱器入熱管路８と上記蓄熱器戻り管路９を閉止することにより、上記蓄熱器７を上記冷却回路６から切り離すことができるように構成している。

本実施形態では、上記蓄熱器７と上記冷却回路６の一部を利用して上記エンジン２の暖機行程を行うように構成している。エンジン２の暖機行程を行うために、上記第２の弁Ｂから延出してエンジン２の近傍の上記低温側冷却管路５に接続された暖機管路１１が設けられている。上記暖機管路１１は、上記蓄熱器７で加熱された熱媒体を直接流動させるために設けられたものであり、断熱処理が施されている。

また、本実施形態では、上記高温側冷却管路４における上記第１の弁Ａの上流側と、上記低温側冷却管路５とをつなぐバイパス回路２７が設けられている。上記バイパス回路２７と上記低温側冷却管路５の接続部には、第３の弁Ｃが設けられている。上記弁Ｃには、サーモスタット付の３方弁が採用されている。エンジン暖機運転時に、上記第３の弁Ｃと上記第１の弁Ａによって、上記高温側冷却管路４を閉止するとともに、上記低温側冷却管路５と上記バイパス回路２７を連通させることにより、上記バイパス回路２７を介して上記冷却用の熱媒体の一部が循環するように構成している。

上記３方弁Ｃは、上記バイパスを流れる媒体の温度によって弁の開度を変更するように構成されており、バイパス回路２７を流れる熱媒体の温度が所定以上に達すると、上記バイパス回路２７を閉じるように構成されている。

本実施形態では、上記各弁Ａ、Ｂ、ポンプＰ１、温度計測装置Ｔ１，Ｔ２を、図示しない蓄熱器コントロールユニットを用いて制御するように構成している。

上記温度計測装置Ｔ１によって、エンジン２から排出される冷却液の温度を計測し、所定温度以上になった場合に蓄熱行程が行われる。エンジン２の暖機行程を行う場合には、上記弁Ａを熱媒体が蓄熱器７に流れるように制御するとともに、上記弁Ｂを熱媒体が暖機管路１１に流れるように制御する。

一方、上記温度計測装置Ｔ２によって、蓄熱器７における蓄熱温度を測定し、所定の蓄熱温度に達した後は上記弁Ａ、Ｂを操作することにより、蓄熱行程を終了する。

上記暖機行程は、主としてエンジン始動時に行われる。なお、ハイブリッド車両では、モータで走行している場合にエンジンが停止されることが多い。このため、走行時等において、冷却用の熱媒体の温度が低下した場合等に、エンジンを暖機するように構成することもできる。

上記構成を採用することにより、エンジン冷却用の熱媒体を利用して蓄熱器７に蓄熱することができる。また、始動時等に、上記蓄熱器に蓄積した熱及び上記熱媒体を利用して、エンジンの暖機を行うことができる。しかも、本実施形態では、従来の冷却回路６の一部を利用して、暖機システム１を構成することができる。したがって、暖機システム１をコンパクトに構成することができる。また、暖機用の配管等を容易に設置することができる。

図２及び図３に、第１の実施形態に係る蓄熱器７の構造を示す。上記蓄熱器７は、断熱性を有する円筒状の蓄熱容器１６内に蓄熱構造体１７が充填されているとともに、上記蓄熱回路１０を構成するパイプ１８が、上記蓄熱器７内を貫通するように設けられている。上記パイプ１８は、銅等の熱伝導率の高い金属材料から形成されている。上記パイプ１８には、エンジン２を冷却する上記熱媒体が流動させられる。本実施形態では、上記蓄熱器入熱管路８から上記熱媒体を蓄熱器７内に導入するとともに、上記蓄熱器戻り管路９から排出できるように構成している。これにより、上記ポンプＰ１で冷却回路６を循環流動させられる熱媒体が上記蓄熱器内７に導入させられ、エンジン２で発生した排熱を蓄熱できるように構成している。

本実施形態における上記蓄熱構造体１７は、連続気孔を備える多孔質熱伝導性多孔質体１９の空隙に、固体状の樹脂蓄熱物質２０を保持させて構成されている。

図４に、上記蓄熱構造体１７を構成する多孔質熱伝導性構造体１９の外観形態及び、蓄熱構造体１７の製造手法の一例を示す。本実施形態では、樹脂蓄熱物質２０を、容器２１内で融点以上に加熱して溶融させ、これに上記多孔質熱伝導性構造体１９を浸漬する。これにより、溶融状態にある上記樹脂蓄熱物質２０が、上記多孔質熱伝導性構造体１９の空隙部に充填される。

上記多孔質熱伝導性構造体１９は、通気性を有する３次元網状構造を備える。本実施形態では、空隙率が９０％以上のニッケルの金属多孔質体を採用している。

上記多孔質熱伝導性構造体１９は、種々の手法を用いて製造されたものを採用することができる。たとえば、発泡させた多孔質樹脂支持体に、無電解メッキ、真空蒸着、スパッタリング等の方法で、カーボンや金属を被覆して導電性を付与する。この導電性を付与した多孔質樹脂支持体をメッキ浴中で給電ブスバーを兼ねた回転軸の周りに回転する陰極体の表面に密着させることにより、陽極から金属を上記多孔質体に電気メッキする。その後、上記多孔質樹脂支持体を除去することにより、図４に示すような、三角柱状の骨格が３次元に連なった連続気孔をもつ金属多孔質体１９を得ることができる。

本実施形態に係る樹脂蓄熱物質２０は、パラフィン、樹脂、その他添加剤を含んで構成される固体状の樹脂蓄熱物質である。蓄熱温度は、約３０〜８０℃であり、約２．５ｋＪ／ｋｇ・Ｋの比熱、０．２１〜０．２２Ｗ／ｍＫの熱伝導率を有している。また、固体形状を保持したまま、１７５〜１８０ｋＪ／ｋｇの潜熱量を有している。また、融点は１００℃以上である。たとえば、三菱電線工業に係る潜熱蓄熱材（登録商標ＭＨＳシリーズ）を採用することができる。

本実施形態に係る上記蓄熱構造体１７は、一体的につながる３次元編目状の上記多孔質熱伝導性構造体１９の空隙全体に、樹脂蓄熱物質２０を保持させた形態を備える。上記多孔質熱伝導性構造体１９の熱伝導率は、上記樹脂蓄熱物質２０より大きい。このため、上記蓄熱構造体１７の内部では、主として上記多孔質熱伝導性構造体１９を介して熱が移動させられ、上記蓄熱構造体１７内部における熱移動の速度が速い。したがって、上記蓄熱回路１０から入熱された熱を、上記蓄熱構造体１７の全域に移動させることができる。このため、上記蓄熱構造体１７を採用することにより、短時間に大量の熱を上記蓄熱回路１０から蓄熱できる。

上記構成を採用することにより、上記熱媒体から上記樹脂蓄熱物質２０に熱を迅速に移動させて蓄熱行程を行うことができる。また、上記樹脂蓄熱物質２０から、上記蓄熱回路１０を流動する熱媒体に熱を迅速に移動させて暖機行程を行うことができる。しかも、短時間に大量の熱を、エンジン冷却用の熱媒体を介してエンジンに移動させて投入することが可能となり、始動時等における暖機運転を促進することができる。

また、本実施形態に係る上記蓄熱器７は、小型軽量であり、装置重量が大きく増加することもない。しかも、従来のエンジン冷却回路６の一部を利用しているため、装置全体をコンパクトに構成することができる。

図５は、第２の実施形態に係る蓄熱器７aの断面図であり、図３に対応する断面図である。第２の実施形態では、蓄熱構造体１７aは、上記パイプ１８の外周部の母線に沿って放射状に延びるように複数の熱伝導部材２９を備えて構成されている。上記熱伝導部材２９は、上記蓄熱容器１６の内周壁まで延出させられており、上記パイプ１８の外周部と上記蓄熱容器１６の内周壁との間に形成された円筒状の空間が複数の領域に区画されている。そして、区画された上記各領域に上記多孔質熱伝導性構造体１９に充填された樹脂蓄熱物質２０が保持されている。上記熱伝導部材２９は、銅等の高い熱伝導率を備える金属材料から形成されているとともに、上記パイプ１８の外周に溶接等の方法で接続されている。また、上記固体蓄熱物質が充填された多孔質熱伝導性構造体１９が、上記熱伝導部材２９に圧接して設けられている。

上記熱伝導部材の構成は、図５に示す形態に限定されることはない。たとえば、図６に示す第３の実施形態のように構成することができる。

第３の実施形態に係る蓄熱構造体１１７は、第１の実施形態と同様に、樹脂蓄熱物質２０を保持させた多孔質熱伝導性構造体１１９を、蓄熱容器１１６内において、蓄熱回路１０を構成する熱伝導性のパイプ１１８の外周に配置して構成される。

本実施形態に係る熱伝導部材１２９は、上記パイプ１１８を通挿できる中心穴を有する円板状に形成されており、上記パイプ１１８の軸方向に略平行に所定間隔で配列されるとともに、上記パイプ１１８の外周部に溶接等の方法で接続されている。

上記構成を採用することにより、上記第２の実施形態と同様に、パイプ１１８を流動する熱媒体から、上記熱伝導体１２９及び多孔質熱伝導性構造体１１９を介して、上記蓄熱構造体１１７の隅々に迅速に熱を移動させて蓄熱行程を行うことができる。また、上記蓄熱構造体１１７から上記熱媒体に熱を移動させて暖機行程を行うことができる。

図７及び図８に、第４の実施形態に係る蓄熱器２０７を示す。

第４の実施形態に係る蓄熱器２０７は、上記第１の実施形態と同様に、断熱性のある材料から形成された蓄熱容器２１６内に、固体蓄熱物質を備える蓄熱構造体２１７を設けて構成されている。

上記蓄熱構造体２１７は、連続気孔を備える多孔質熱伝導性構造体２１９の空隙に、固体状の樹脂蓄熱物質２２０を充填して形成された蓄熱部２２１と、熱媒体が流動させられる熱交換流路２２２とを備えて構成されている。なお、多孔質熱伝導性構造体２１９に固体蓄熱物質２２０を充填する手法は、第１の実施形態と同様であるので説明は省略する。

図８に示すように、上記蓄熱容器２１６の中心軸から放射状に延びるように配置された熱伝導部材２２９が設けられている。上記熱伝導部材２２９は、上記蓄熱容器２１６の内周壁まで延出させられており、蓄熱容器２１６内の円筒状の空間を、８つの領域に区画している。上記熱伝導部材２２９は、第１の実施形態と同様に、銅等の高い熱伝導率を備える材料から形成されている。

上記熱伝導部材２２９によって区画された８の領域のうち、一つおきに形成された領域に、上記樹脂蓄熱物質２０を充填した多孔質熱伝導性構造体が配置されて蓄熱部２２１が形成されている。上記蓄熱容器２１６の左右の軸方向壁には、熱媒体を導入する導入口２０８と排出口２０９とがそれぞれ設けられている。上記多孔質熱伝導性構造体が配置されていない領域は、熱媒体が流れる熱交換流路２２２としている。上記熱交換流路２２２に、上記導入口２０８を介して熱媒体が導入されるとともに、上記排出口２０９から熱媒体が排出される。

上記蓄熱構造体２１７と上記蓄熱容器２１６の左右軸方向壁の間には、上記各熱交換流路２２２に連通する隙間２１２及び２１３が設けられており、上記導入口２０８から導入された熱媒体は、導入口２０８側の隙間２１２を介して、上記４つの熱交換流路２２２に分かれて軸方向に流動させられる。また、上記排出口２０９側の隙間２１３を介して熱交換を終えた熱媒体が集合させられ、上記排出口２０９から蓄熱配管１０へ排出される。

図８に示すように、上記蓄熱部２２１と上記熱交換流路２２２には、上記熱伝導部材２２９から延出するフィン状の熱交換部材２２４，２２５がそれぞれ設けられている。上記熱交換部材２２４，２２５も、上記熱伝導部材２２９と同様に、銅、アルミ、アルミ合金等の高い熱伝導率を備える板状部材から形成されている。このため、熱媒体及び樹脂蓄熱物質との間の熱交換効率をさらに高めることができる。また、本実施形態に係る上記熱交換部材２２５は、熱媒体の流れに沿うように配置されているため抵抗が少なく、熱媒体の流動を阻害することはなく、大量の熱媒体との間で熱交換を行うことができる。なお、上記熱交換部材２２５を熱媒体の流れを一部阻害するように配置することより、熱媒体と熱交換部材１１５との接触量を増加させて、熱交換量をさらに増大させることもできる。

本実施形態では、上記熱伝導部材２２９の壁部、上記熱交換部材２２４及び上記多孔質熱伝導性構造体２１９を介して上記樹脂蓄熱物質に熱が蓄熱され、また放熱される。したがって、上記熱伝導部材１２９及び上記熱交換流路２２２から離れた部分に充填された樹脂蓄熱物質にも効率よく熱を移動させて蓄熱させることができる。また、上記熱交換流路２２２から離れた部位に蓄積された熱を、上記熱交換流路を流動する熱媒体に迅速に移動させて熱交換を行うことができる。このため、短時間に大量の熱を、上記蓄熱構造体２１７に蓄熱し、放熱させることが可能となる。

図９及び図１０に、第５の実施形態に係る蓄熱器３０７を示す。

第５の実施形態は、蓄熱構造体３１７が、連続気孔を有する多孔質構造を備えるとともに、上記連続気孔が熱媒体を流動させる熱交換流路３２２を構成するものである。

図９に、蓄熱器３０７の軸断面図を示す。この図に示すように、第５の実施形態に係る蓄熱器３０７は、第１の実施形態と同様に、円筒状の蓄熱容器３１６内に蓄熱構造体３１７を配置して構成されている。

上記蓄熱構造体３１７と上記蓄熱容器３１６の左右軸方向壁の間には、上記蓄熱構造体３１７の連続気孔に連通する隙間３１２及び３１３が設けられており、導入口３０８から導入された熱媒体は、上記隙間３１２を介して上記蓄熱構造体３１７の全域を流動させられる。また、蓄熱構造体３１７から出た熱媒体は、上記隙間３１３を介して集合させられ、排出口３０９から蓄熱配管１０へ排出される。

図１０に、本実施形態係る蓄熱構造体３１７の断面を模式的に示す。この図に示すように、多孔質熱伝導性構造体３１９の空隙３２２に樹脂蓄熱物質３２０が充填保持されている。

本実施形態では、多孔質熱伝導性構造体３１９の連続気孔内の表面に、上記樹脂蓄熱物質３２０が均等に積層されて保持されるとともに、蓄熱構造体３１７の全体が通気性を備えるように構成されている。なお、上記蓄熱構造体３１７は、第１の実施形態に係る製造手法において、蓄熱樹脂３２０を多孔質熱伝導性構造体内に連続気孔が形成されるように充填して形成される。本実施形態では、さらに、樹脂蓄熱物質を保護するために、樹脂蓄熱物質３２０の表面を覆うように、樹脂製の保護層３３０を設けている。上記保護層３３０として、ＰＰＳ等、融点が１２５℃以上の樹脂を採用できる。上記保護層３３０は、浸漬法、吹き付け法等で形成することができる。

本実施形態では、上記蓄熱構造体３１７の空隙率が２０％となるように、上記蓄熱樹脂３２０が充填され、保護皮膜３３０が形成される。

本実施形態に係る上記蓄熱構造体３１７は、第１の実施形態と同様に、一体的につながる３次元編目状の多孔質熱伝導性構造体３１９の空隙３２２に、樹脂蓄熱物質３２０を保持させた形態を備える。また、上記多孔質熱伝導性構造体３１９の熱伝導率は、上記樹脂蓄熱物質３２０より大きい。このため、上記蓄熱構造体３１７の内部では、主として上記金属多孔質体３１９を介して熱が移動させられ、上記蓄熱構造体３１７内部における熱移動の速度が速い。したがって、蓄熱配管１０から入熱された熱を、上記蓄熱構造体３１７の全域に移動させることができる。

しかも、本実施形態では、上記蓄熱構造体３１７の連続気孔３２２が、熱媒体が流動する熱交換流路を構成する。すなわち、上記樹脂蓄熱物質３２０と熱媒体との間で、直接的に熱交換を行わせることができる。

また、上記蓄熱構造体３１７の空隙３２２の内部表面積は極めて大きい。したがって、熱媒体と蓄熱構造体３１７とを非常に大きな熱交換面を介して熱交換させることが可能となる。これにより、上記空隙３２２を通過する熱媒体に短時間に大量の熱を移動させ、エンジンに戻して暖機行程を行うことができる。

なお、上記第５の実施形態において、第２〜第４の実施形態と同様に、熱伝導部材を設けて、蓄熱器内の熱移動をさらに高めることもできる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

暖機運転を促進し、燃費を向上させることができる。

１ 車両用暖機システム
２ 駆動部
３ ラジエータ
４ 高温側冷却管路
５ 低温側冷却管路
６ 冷却回路
７ 蓄熱器
８ 蓄熱器入熱管路
９ 蓄熱器戻り管路
１０ 蓄熱回路
１１ 暖機管路
１７ 蓄熱構造体
１８ 熱交換流路（パイプ）
１９ 熱伝導性構造体
２０ 固体蓄熱物質

Claims (13)

1. 駆動部を冷却する冷却回路を備えるとともに、蓄熱器を備えて構成される車両用暖機システムであって、
   上記駆動部から発生した熱を、上記冷却回路を流動する熱媒体を介して上記蓄熱機に蓄積する蓄熱行程と、
   上記蓄熱器に蓄積した熱を、上記熱媒体を介して上記駆動部へ移動させて暖機運転を行う暖機行程とを含み、
   上記蓄熱行程と上記暖機行程とは、熱伝導性構造体の空隙に固体蓄熱物質を充填した蓄熱構造体を備える上記蓄熱器内に、上記熱媒体を流動させることにより行われる、車両用暖機システム。
2. 上記冷却回路は、駆動部において加熱された上記熱媒体をラジエータに移動させる高温側冷却管路と、上記ラジエータにおいて放熱させた上記熱媒体を上記駆動部へ戻す低温側冷却管路とを有するとともに、
   上記高温側冷却管路の中間部から分岐して延出するとともに、上記蓄熱器に接続される蓄熱器入熱管路と、上記蓄熱器から延出して上記高温側冷却管路又は上記低温側冷却管路に接続される蓄熱器戻り管路とを有する蓄熱回路を介して上記熱媒体を流動させることにより、上記蓄熱行程と上記暖機行程とが行われる、請求項１に記載の車両用暖機システム。
3. 上記蓄熱器から流出する熱媒体を、上記蓄熱器又は上記蓄熱器戻り管路の途中から上記駆動部近傍の上記低温側冷却管路にいたる暖機管路を介して上記駆動部へ流動させることにより、上記暖機行程が行われる請求項２に記載の車両用暖機システム。
4. 蓄熱容器内部に、駆動部を冷却する熱媒体を流動させて熱交換を行う車両暖機用蓄熱器であって、
   熱伝導性構造体の空隙に固体蓄熱物質を保持して構成される蓄熱構造体と、
   上記熱媒体を流動させる熱交換流路とを備える、車両暖機用蓄熱器。
5. 上記蓄熱構造体は、連続気孔を有する多孔質熱伝導性構造体の空隙に上記固体蓄熱物質を充填して構成されている、請求項４に記載の車両暖機用蓄熱器。
6. 上記蓄熱構造体は、板状の熱伝導部材を備えて構成される、請求項４又は請求項５のいずれかに記載の車両暖機用蓄熱器。
7. 上記熱交換流路は、上記蓄熱容器を貫通して上記熱媒体を流動させる熱伝導性のパイプから構成されている、請求項４から請求項６のいずれか１項に記載の車両暖機用蓄熱器。
8. 上記熱伝導性構造体が上記パイプの外周に接合されている、請求項７に記載の車両暖機用蓄熱器。
9. 上記熱交換流路は、上記蓄熱容器内を上記熱伝導部材で区画することにより形成されている、請求項６に記載の車両暖機用蓄熱器。
10. 固体蓄熱物質を保持した空間及び／又は上記熱交換流路に延出する熱交換部材を備える、請求項６から請求項９のいずれか１項に記載の車両暖機用蓄熱器。
11. 上記熱交換流路に、連続気孔を有する熱伝導性多孔質体が充填されている、請求項４から請求項１０のいずれか１項に記載の車両暖機用蓄熱器。
12. 上記蓄熱構造体が、連続気孔を有する多孔質構造を備えるとともに、
    上記連続気孔が上記熱交換流路を構成する、請求項４から請求項６のいずれか１項に記載の車両暖機用蓄熱器。
13. 上記固体蓄熱物質は、固体形状を保持したまま潜熱を蓄熱できる樹脂蓄熱物質である、請求項４から請求項１２のいずれか１項に記載の車両暖機用蓄熱器。

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