JP2001280134A

JP2001280134A - エンジン暖機用の蓄熱装置

Info

Publication number: JP2001280134A
Application number: JP2000097674A
Authority: JP
Inventors: Masanori Yamazaki; 正典山崎; Hiroyuki Kakiuchi; 博行垣内; Noboru To; 昇陶
Original assignee: Mitsubishi Chemical Corp; Mitsubishi Chemical Engineering Corp
Current assignee: Mitsubishi Chemical Corp; Mitsubishi Chemical Engineering Corp
Priority date: 2000-03-31
Filing date: 2000-03-31
Publication date: 2001-10-10

Abstract

(57)【要約】【課題】自動車のエンジンおける始動の際の燃焼効率
を主に改善するための暖機用の蓄熱装置であって、耐久
性に一層優れ且つ装置構成が簡素化されたエンジン暖機
用の蓄熱装置を提供する。【解決手段】エンジン暖機用の蓄熱装置（７）は、エ
ンジンの過冷却時にラジエーター（３）を迂回する冷却
水のバイパス流路（６５）の一部が挿通されたケーシン
グ（７１）と、ケーシング（７１）に充填された糖アル
コールを主成分とする蓄熱材（７０）と、凝縮部がケー
シング（７１）に挿入されたヒートパイプ（７２）とか
ら構成される。そして、ヒートパイプ（７２）の蒸発部
は、排気ガスの排出経路の高温部に配置される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、エンジン暖機用の
蓄熱装置に関するものであり、詳しくは、自動車のエン
ジンに適用される蓄熱装置であって、稼働中に蓄えた排
気ガスの熱を始動の際に冷却水の加熱に利用するための
エンジン暖機用の蓄熱装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】自動車のエンジンに関し、寒冷条件下で
の始動直後の暖機運転における燃費を改善する目的、あ
るいは、暖房性能やデフロスト性能を改善する目的か
ら、蓄熱密度の比較的大きな潜熱型蓄熱材を用いた加温
装置としての小型の蓄熱装置が提案されている。例え
ば、特許第２９４３６０９号公報には、酢酸ナトリウム
・３水和物を蓄熱材として用い、エンジン稼働中に冷却
水の熱を蓄熱材の液相変化によって蓄熱し、始動時に電
圧の印加による蓄熱材の固相への変化によって発熱させ
る「蓄熱装置」が開示されている。斯かる蓄熱装置は、
稼働中に冷却水の流路を切り換えることにより、高温の
冷却水を蓄熱装置内の流路に導入して蓄熱し、始動の際
にラジエーター迂回用のバイパス流路の冷却水を蓄熱装
置内の流路に導入して放熱する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記の公報
に記載された蓄熱装置においては、高温の熱に弱い有機
塩系潜熱蓄熱材を使用するため、加熱温度を十分に制御
できない場合には短期間で劣化すると言う問題がある。
また、蓄える熱は、ラジエーターに循環する冷却水の流
路を稼働中に切り換えることによって得るため、上記の
蓄熱装置においては、冷却水の流路構成が複雑になると
言う問題がある。

【０００４】本発明は、上記の実情に鑑みなされたもの
であり、その目的は、自動車のエンジンおける始動の際
の燃焼効率を主に改善するための暖機用の蓄熱装置であ
って、蓄熱容量の一層大きな特定の蓄熱材を使用すると
共に、エンジンの稼働中に排気ガスの熱を蓄えることに
より、耐久性に一層優れ且つ装置構成が簡素化されたエ
ンジン暖機用の蓄熱装置を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本発明に係るエンジン暖機用の蓄熱装置は、エンジ
ンの稼働時に蓄えた熱を始動の際の暖機に使用する蓄熱
装置であって、エンジンの過冷却時にラジエーターを迂
回する冷却水のバイパス流路の一部が挿通されたケーシ
ングと、当該ケーシングに充填された糖アルコールを主
成分とする蓄熱材と、凝縮部が前記ケーシングに挿入さ
れたヒートパイプとから構成され、かつ、前記ヒートパ
イプの蒸発部が、排気ガスの排出経路の高温部に配置さ
れていることを特徴とする。

【０００６】すなわち、上記の蓄熱装置において、エン
ジン稼働時の熱を蓄える場合、蒸発部が特定の部位に配
置され且つ凝縮部がケーシングに挿入されたヒートパイ
プは、排気ガスの排出経路から得られる熱をケーシング
内の蓄熱材に伝達し、特定の潜熱型蓄熱材は、ヒートパ
イプによって伝達された熱により、固体から液体に相変
化すると共にその大きな熱量を蓄える。また、過冷却時
のエンジンを加温する場合、蓄熱材は、これに蓄えた排
気ガスの熱により、バイパス流路に流れる冷却水を加熱
する。

【０００７】

【発明の実施の形態】本発明に係るエンジン暖機用の蓄
熱装置の一実施形態を図面に基づいて説明する。図１
は、本発明に係るエンジン暖機用の蓄熱装置の構成を示
すブロック図である。以下、実施形態の説明において
は、エンジン暖機用の蓄熱装置を「蓄熱装置」と略記す
る。

【０００８】本発明の蓄熱装置は、図１に符号（７）で
示す様に、エンジンの稼働時に蓄えた熱を始動の際の暖
機に使用する蓄熱装置であり、斯かる蓄熱装置（７）
は、エンジンの過冷却時にラジエーター（３）を迂回す
る冷却水のバイパス流路（６５）の一部が挿通されたケ
ーシング（７１）と、ケーシング（７１）に充填された
糖アルコールを主成分とする蓄熱材（７０）と、凝縮部
がケーシング（７１）に挿入されたヒートパイプ（７
２）とから構成される。

【０００９】周知の通り、冷却水の循環経路は、エンジ
ンブロック（１）を冷却した後の高温の冷却水がウォー
タージャケット（２）からラジエーター（３）に至る流
路（６１）及び（６２）、ならびに、ラジエーター
（３）にて冷却された冷却水がウォータージャケット
（２）に至る流路（６３）及び（６４）から主に構成さ
れ、冷却水は、流路（６３）と（６４）の間に配置され
たポンプ（５）によって循環させられる。また、流路
（６１）と（６２）の間には、サーモスタット弁（４）
が配置されており、エンジンブロック（１）の過冷却時
には、サーモスタット弁（４）の作動により、ウォータ
ージャケット（２）から排出される冷却水が流路（６
１）、（６５）、（６３）及び（６４）を通じ、ラジエ
ーター（３）を迂回してウォータージャケット（２）に
戻る様になされている。

【００１０】蓄熱装置（７）は、通常、上記の循環経路
のバイパス流路（６５）に介装される。すなわち、ケー
シング（７１）には、バイパス流路（６５）の冷却水を
加熱し得る様に、バイパス流路（６５）の一部が挿通さ
れる。ケーシング（７１）は、後述の蓄熱材（７０）を
気密に収容し得る限り、取付部位に応じて適宜の形態に
形成される。そして、ケーシング（７１）の表面は、グ
ラスウールやロックウール等の耐熱性に優れた断熱材に
よって被覆される。ケーシング（７１）の内容積は、エ
ンジン始動の際の最初の約５分間にエンジンブロック
（１）を例えば０℃から７０℃まで加熱し得る程度の熱
容量に相当する蓄熱材（７０）の体積を勘案して設定さ
れる。ただし、必要以上にケーシング（７１）の容積を
大きくするのは車輌重量が増大するので好ましくない。

【００１１】また、ケーシング（７１）内のバイパス流
路（６５）は、蓄熱材（７０）との間でより効率的に熱
交換するため、適宜の熱交換手段（６７）を備えている
のが好ましい。斯かる熱交換手段（６７）としては、バ
イパス流路（６５）の一部を蛇腹状または螺旋状に湾曲
させることによって冷却水の接触面積が増大された構
造、あるいは、フィン等を有するラジエーター状の流路
部材によって冷却水の接触面積が増大された構造などが
挙げられる。

【００１２】ケーシング（７１）には、エンジン稼働時
の排熱を蓄えるための潜熱型の蓄熱材（７０）が収容さ
れる。蓄熱材（７０）としては、エリスリトール、マン
ニトール、ガラクチトール等を主成分とする糖アルコー
ルが使用される。これらの糖アルコールは、十分な蓄熱
機能を発揮し得る限り、単独で使用しても或いは組合せ
て使用してもよい。上記の糖アルコールの中、エリスリ
トールは、融点が１２０℃と他の糖アルコールよりも低
く、かつ、融解潜熱が８３ｃａｌ／ｇと比較的大きいた
め、特に好適な蓄熱材である。

【００１３】上記の糖アルコールには、融点や融解潜熱
を調整するため、適宜の副成分が添加されていてもよ
い。副成分としては、他の糖アルコール、その他の糖
類、例えば、ソルビトール、ラクトース、果性化糖、マ
ンノース、グルコース、ラクチトール、ペンタエルスリ
トール等が挙げられる。また、ケーシング（７１）に対
する蓄熱材（７０）の充填量は、相変化による体積変化
を見込み、実際の内容積に対して約６０〜８５％とされ
る。

【００１４】また、ケーシング（７１）に蓄熱材（７
０）を充填した場合、蓄熱材（７０）の酸化を防止し且
つケーシング（７１）内への外気の内部リークを防止す
るため、ケーシング（７１）内の空間部が不活性ガスの
雰囲気になされ且つ陽圧に保持されるのが好ましい。空
間部に充填される不活性ガスとしては、コストの観点か
ら、一般的には窒素ガスが使用される。なお、空間部が
陽圧の状態とは、ケーシング（７１）内において蓄熱材
（７０）が温度降下した際にも大気圧よりも高い圧力を
保持している状態を言う。

【００１５】本発明の蓄熱装置（７）においては、蓄熱
材（７０）にエンジンの排熱を伝達するためにヒートパ
イプ（７２）が使用され、ケーシング（７１）には、ヒ
ートパイプ（７２）の凝縮部が挿入される。ヒートパイ
プ（７２）は、周知の通り、金網などの多孔体を利用し
たウイック構造体が内周側に付設され且つ内部に作動媒
体が封入された管であり、管内の作動媒体の蒸気をウイ
ック構造体によって一端側の凝縮部に吸上げ、放熱によ
って凝縮部で液化した作動媒体をウイック構造体の毛細
管力で他端側の蒸発部に移動させ、外部の熱によって蒸
発部で作動媒体を再び蒸気に相変化させて管内に戻す熱
サイクルを備えている。

【００１６】本発明においては、エンジンの稼働中に排
気ガスと共に排出される熱を回収するため、ヒートパイ
プ（７２）の蒸発部（図示省略）は、排気ガスの排出経
路の高温部に配置される。エンジンの排気系は、エンジ
ンブロック（１）のエキゾーストポートに順次に接続さ
れたエキゾーストマニホールド、エキゾーストパイプ、
触媒コンバーター及びマフラー、ならびに、幾つかの接
続管などから構成されるが、ヒートパイプ（７２）の蒸
発部は、例えば１５０℃以上の高温部であれば何れの部
位に付設されてもよい。また、ヒートパイプ（７２）
は、通常、その伝達する熱量に応じて複数本配置され
る。これにより、稼働中に蓄熱材（７０）を液相変化さ
せ得るだけの高温の熱を取り入れることが出来る。

【００１７】ところで、蓄熱材（７０）がエリスリトー
ルの場合、その比重は、２０℃の固体で１．４３５ｇ／
ｃｍ³ 、１３０℃の液体で１．２８０ｇ／ｃｍ³であ
り、加熱生成された液体は、直ちにケーシング（７１）
の上部に移動し、また、冷却生成された固体は、直ちに
ケーシング（７１）の下部に沈降すると言う性質を有す
る。そして、エリスリトールの熱伝導率は、２０℃の固
体で０．６３ｋｃａｌ／ｍ・ｈｒ・℃であり、１３０℃
の液体で０．２８ｋｃａｌ／ｍ・ｈｒ・℃である。

【００１８】そこで、蓄熱装置（７）においては、効率
的な蓄熱と熱交換を行うため、蓄熱材（７０）に対する
加熱源としてのヒートパイプ（７２）の凝縮部は、ケー
シング（７１）内の下部に配置され、バイパス流路（６
５）の一部としての熱交換手段（６７）は、ヒートパイ
プ（７２）の凝縮部に対して上方に配置されるのが好ま
しい。ヒートパイプ（７２）の凝縮部は、蓄熱材（７
０）の全体を効率的に加熱するため、ケーシング（７
１）の内壁に接触しない範囲で出来る限り底部近傍に配
置されるのがよい。なお、図１においては、ヒートパイ
プ（７２）と熱交換手段（６７）の配置に拘わりなく、
蓄熱装置（７）を模式的に示している。

【００１９】次に、上記の蓄熱装置（７）を使用したエ
ンジンの暖機方法を説明する。先ず、エンジン稼働時の
熱を蓄える場合は、車輌の走行などによるエンジンの稼
働により、エンジンの排熱を自動的に蓄えることが出来
る。すなわち、エンジンが高温で駆動している場合、ヒ
ートパイプ（７２）は、蒸発部が排気ガスの排出経路の
高温部に配置され且つ凝縮部がケーシング（７１）内に
挿入されているため、排気ガスの排出経路で得られる高
温の熱をケーシング（７１）内の蓄熱材（７０）に伝達
する。そして、上記の特定の蓄熱材（７０）は、ヒート
パイプ（７２）によって伝えられた熱により、例えば約
１２０℃で固体から液体に相変化すると共に大きな熱量
を蓄える。

【００２０】一方、過冷却時にエンジンを暖機する場
合、エンジンの始動に伴い、冷却水の循環経路のサーモ
スタット弁（４）が分岐側へ切り換えられた状態で且つ
ポンプ（５）が作動することにより、流路（６１）、バ
イパス流路（６５）、流路（６３）及び（６４）を通
じ、ウォータージャケット（２）に冷却水が循環され
る。その際、蓄熱材（７０）は、これに蓄えた排気ガス
の熱により、バイパス流路（６５）に流れる冷却水を加
熱する。すなわち、バイパス流路（６５）の一部を構成
する熱交換手段（６７）を介して加熱する。その結果、
ウォータージャケット（２）に供給される冷却水を急速
に昇温でき、エンジンブロック（１）を加温できる。ま
た、蓄熱材（７０）は、放熱に伴う温度低下によって固
体に変化し、エンジンの定常駆動時に再び蓄熱できる。

【００２１】上記の様に、本発明の蓄熱装置（７）にお
いては、機械的および電気的な作動の伴わないヒートパ
イプ（７２）及び蓄熱材（７０）によって構成すると共
に、ヒートパイプ（７２）によって排気ガスの排出経路
からエンジンの排熱を回収して蓄熱するため、従前の冷
却水の循環経路をそのまま適用でき、装置構成をより簡
素化できる。しかも、蓄熱材（７０）が糖アルコールを
主成分とする潜熱型蓄熱材であり、高温による劣化がな
いため、一層優れた耐久性を発揮できる。そして、本発
明の蓄熱装置（７）を使用することにより、エンジンの
始動の際に十分に暖機でき且つ燃焼効率をより一層改善
できるため、燃費を更に向上でき、排気ガスの有害成分
をより低減できる。

【００２２】

【発明の効果】本発明に係るエンジン暖機用の蓄熱装置
によれば、機械的および電気的な作動の伴わないヒート
パイプ及び蓄熱材によって構成され、ヒートパイプによ
って排気ガスの排出経路からエンジンの排熱を回収して
蓄熱するため、従前の冷却水の循環経路をそのまま適用
でき、装置構成をより簡素化できる。しかも、蓄熱材が
糖アルコールを主成分とする潜熱型蓄熱材であり、高温
による劣化がないため、一層優れた耐久性を発揮でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るエンジン暖機用の蓄熱装置の構成
を示すブロック図

【符号の説明】

１：エンジンブロック２：ウォータージャケット３：ラジエーター４：サーモスタット弁６５：バイパス流路６７：熱交換手段７：蓄熱装置７０：蓄熱材７１：ケーシング７２：ヒートパイプ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者垣内博行茨城県稲敷郡阿見町中央八丁目３番１号三菱化学株式会社筑波研究所内 (72)発明者陶昇東京都港区芝五丁目34番６号三菱化学エンジニアリング株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】エンジンの稼働時に蓄えた熱を始動の際
の暖機に使用する蓄熱装置（７）あって、エンジンの過
冷却時にラジエーター（３）を迂回する冷却水のバイパ
ス流路（６５）の一部が挿通されたケーシング（７１）
と、ケーシング（７１）に充填された糖アルコールを主
成分とする蓄熱材（７０）と、凝縮部がケーシング（７
１）に挿入されたヒートパイプ（７２）とから構成さ
れ、かつ、ヒートパイプ（７２）の蒸発部が、排気ガス
の排出経路の高温部に配置されていることを特徴とする
エンジン暖機用の蓄熱装置。
【請求項２】ケーシング（７１）内のバイパス流路
（６５）が熱交換手段（６７）を備えている請求項１に
記載のエンジン暖機用の蓄熱装置。