(57)【要約】【課題】蓄熱タンクの蓄熱容量を確保しながら車両への搭載性の悪化及び冷却水の排出効率の低下を抑制する。【解決手段】本発明は、エンジンの冷却水通路に設けられる蓄熱装置（２０）において、冷却水を貯蔵する、蓄熱機能を有する複数のタンク（１１、１２）と、冷却水をタンク（１１、１２）に導入及びタンク（１１、１２）から導出する、複数のタンク（１１、１２）にそれぞれ設けられる導出入部とを備え、複数のタンク（１１、１２）は冷却水通路に対して直列又は並列に接続される。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの冷却水通路（５）に設けられる蓄熱装置（２０）において、
冷却水を貯蔵する、蓄熱機能を有する複数のタンク（１１、１２）と、
冷却水を前記タンク（１１、１２）に導入及び前記タンク（１１、１２）から導出する、前記複数のタンク（１１、１２）にそれぞれ設けられる導出入部（２５、２６）とを備え、
前記複数のタンク（１１、１２）は前記冷却水通路（５）に対して直列又は並列に接続されることを特徴とする蓄熱装置（２０）。
【請求項２】
前記冷却水通路（５）と前記導出入部（２５、２６）との間に設けられ、前記複数のタンク（１１、１２）が前記冷却水通路（５）に対して直列又は並列に接続されるように前記冷却水通路（５）と前記導出入部（２５、２６）との接続経路を切り替える経路切替手段（２１〜２４）をさらに備え、
前記経路切替手段（２１〜２４）は冷却水の温度に基づいて前記冷却水通路（５）と前記導出入部（２５、２６）との接続経路を切り替えることを特徴とする請求項１に記載の蓄熱装置（２０）。
【請求項３】
前記経路切替手段（２１〜２４）は、冷却水の温度が所定温度より低いとき、前記複数のタンク（１１、１２）が前記冷却水通路（５）に対して直列に接続されるように前記冷却水通路（５）と前記導出入部（２５、２６）との接続経路を切り替えることを特徴とする請求項２に記載の蓄熱装置（２０）。
【請求項４】
前記経路切替手段（２１〜２４）は、冷却水の温度が前記所定温度より高いとき、前記複数のタンク（１１、１２）が前記冷却水通路（５）に対して並列に接続されるように前記冷却水通路（５）と前記導出入部（２５、２６）との接続経路を切り替えることを特徴とする請求項２又は３に記載の蓄熱装置（２０）。
【請求項５】
前記タンク（１１、１２）は真空断熱構造を有することを特徴とする請求項１から４までのいずれか１項に記載の蓄熱装置（２０）。
【請求項６】
前記複数のタンク（１１、１２）を収容し、前記複数のタンク（１１、１２）との間を真空状態に保持する単一のハウジング（１３）をさらに備えることを特徴とする請求項５に記載の蓄熱装置（２０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両の蓄熱装置においてその構造及び冷却水通路の切り替え制御に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
エンジンの冷却水経路に冷却水を貯蔵する蓄熱タンクを設けることが知られている。蓄熱タンクは、高温の冷却水を貯蔵しておくことでエンジンの廃熱を蓄熱し、冷間始動時に貯蔵された高温の冷却水を排出することでエンジンの暖機を促進するものである。
【０００３】
特許文献１には、冷却水経路中に蓄熱タンクをバイパスするバイパス通路と冷却水経路を切り替える制御弁とを設け、冷却水の温度に基づいて制御弁を切り替えることで冷却水経路を、蓄熱タンクを経由する経路と経由しない経路とに切り替えることが可能な技術が開示されている。
【特許文献１】特許第３７６７０２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上記特許文献１に記載の技術では、蓄熱容量を増大させるためにはより大型の蓄熱タンクを設ける必要があり、これにより車両への搭載性が悪化する。また、冷間始動時に蓄熱タンク内に貯蔵された温水を排出して暖機の促進を図るとき、蓄熱タンクが大型であるほど、すなわち蓄熱タンクにおける冷却水の流出入方向と垂直方向の断面積が大きいほど、蓄熱タンク内に導入される冷水と蓄熱タンクから排出される温水とが混ざりやすく冷却水の排出効率が低下する。
【０００５】
本発明は、蓄熱タンクの蓄熱容量を確保しながら車両への搭載性の悪化及び冷却水の排出効率の低下を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に記載の発明は、エンジンの冷却水通路に設けられる蓄熱装置において、冷却水を貯蔵する、蓄熱機能を有する複数のタンクと、冷却水をタンクに導入及びタンクから導出する、複数のタンクにそれぞれ設けられる導出入部とを備え、複数のタンクは冷却水通路に対して直列又は並列に接続されることを特徴とする。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、冷却水通路と導出入部との間に設けられ、複数のタンクが冷却水通路に対して直列又は並列に接続されるように冷却水通路と導出入部との接続経路を切り替える経路切替手段をさらに備え、経路切替手段は冷却水の温度に基づいて冷却水通路と導出入部との接続経路を切り替えることを特徴とする。
【０００８】
請求項３に記載の発明は、経路切替手段が、冷却水の温度が所定温度より低いとき、複数のタンクが冷却水通路に対して直列に接続されるように冷却水通路と導出入部との接続経路を切り替えることを特徴とする。
【０００９】
請求項４に記載の発明は、経路切替手段が、冷却水の温度が所定温度より高いとき、複数のタンクが冷却水通路に対して並列に接続されるように冷却水通路と導出入部との接続経路を切り替えることを特徴とする。
【００１０】
請求項５に記載の発明は、タンクが真空断熱構造を有することを特徴とする。
【００１１】
請求項６に記載の発明は、複数のタンクを収容し、複数のタンクとの間を真空状態に保持する単一のハウジングをさらに備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１に記載の発明によれば、冷却水のタンクを複数設けるので、蓄熱容量を増大しても１つのタンクを拡大するのに比べて車両への搭載自由度を向上させることができる。また、複数のタンクを冷却水通路に対して直列又は並列に接続するので、蓄熱容量を増大してもタンクにおける冷却水の流出入方向と垂直方向の断面積を小さく抑えることができ、蓄熱装置に導入される冷水と蓄熱装置から導出される温水との混合を抑制して排出効率の低下を防止することができる。
【００１３】
請求項２に記載の発明によれば、冷却水の温度に基づいて冷却水通路と導出入部との接続経路を複数のタンクが直列又は並列に接続されるように切り替えるので、蓄熱装置から温水を導出する放熱時と蓄熱装置に温水を貯蔵する蓄熱時とで複数のタンクの接続経路を切り替えることができ、排出効率の向上と蓄熱時間の短縮を図ることができる。
【００１４】
請求項３に記載の発明によれば、冷却水の温度が所定温度より低いとき、冷却水通路と導出入部との接続経路を複数のタンクが直列に接続されるように切り替えるので、暖機運転時に蓄熱装置から温水を排出するときは直列に接続され、排出効率を向上させることができる。
【００１５】
請求項４に記載の発明によれば、冷却水の温度が所定温度より高いとき、冷却水通路と導出入部との接続経路を複数のタンクが並列に接続されるように切り替えるので、暖機終了後に蓄熱装置に温水を貯蔵するときは並列に接続され、蓄熱に要する時間を短縮することができる。
【００１６】
請求項５に記載の発明によれば、タンクが真空断熱構造を有するので、タンクの断熱性が向上され、タンクに貯蔵される冷却水の温度低下を抑制することができる。
【００１７】
請求項６に記載の発明によれば、複数のタンクを収容し、複数のタンクとの間を真空状態に保持する単一のハウジングをさらに備えるので、同じ蓄熱容量で比較するとより小型のタンクを複数設ける構造となり、車両への搭載の自由度が向上するとともに１つ当たりのタンクにおける冷却水の流出入方向と垂直方向の断面積を小さく抑えることで温水と冷水との混合を抑制して冷却水の排出効率を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下では図面等を参照して本発明の実施の形態について詳しく説明する。
【００１９】
図１は本実施形態における車両のヒータ回路を示す構成概略図である。ヒータ回路１は、エンジン２、蓄熱装置２０、ヒータコア４及びこれらを接続する冷却水通路５から構成され、ウォーターポンプ６の作動によって冷却水が還流することでエンジン２において発生した熱を蓄熱装置２０及びヒータコア４へと伝達する。
【００２０】
ヒータコア４ではヒータコア４を流れる空調空気が高温の冷却水によって加熱される。さらに、ヒータ回路１には蓄熱装置２０をバイパスするバイパス通路７及び三方弁８が設けられ、三方弁８を切り替えることで冷却水を蓄熱装置２０又はバイパス通路７へと導通することができる。蓄熱装置２０には蓄熱器３及び蓄熱回路９が設けられ、また蓄熱回路９には４つの制御弁２１〜２４が設けられる。蓄熱器３の構造及び各制御弁２１〜２４の作動については後述する。
【００２１】
コントローラ１０はエンジン２の冷却水温及び蓄熱器３内の水温に基づいて各制御弁２１〜２４の作動状態を切り替え、ヒータ回路１と蓄熱器３との間で導出入される冷却水の流れを制御する。
【００２２】
次に図２を参照しながら蓄熱器３の構造について説明する。図２は蓄熱器３の構造を示す断面図であり、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は（ａ）のＳ−Ｓ断面を示す断面図である。
【００２３】
蓄熱器３は冷却水を貯蔵するタンク１１、１２と、タンク１１、１２を収容するハウジング１３とから構成される。２つのタンク１１、１２が１つのハウジング１３内に設けられ、各タンク１１、１２の開口部１１ａ、１２ａがハウジング１３の２つの開口部１３ａにおいて接するように固定される。ハウジング１３とタンク１１、１２とは各開口部１１ａ、１２ａ、１３ａにおいてのみ接しており、ハウジング１３とタンク１１、１２との間の空間１４は断熱性を向上させるために真空状態となっている。すなわち蓄熱器３は真空断熱構造を有している。
【００２４】
また、ハウジング１３内であって２つのタンク１１、１２の間には、ハウジング１３の強度を向上させるためハウジング１３に接合された仕切板１５が設けられる。また仕切板１５には連通穴１５ａが設けられ、蓄熱器３の製造過程において一度の排気処理でハウジング１３とタンク１１、１２との間の空間１４を真空化することができる。
【００２５】
次に図３及び図４を参照しながら蓄熱器３及び冷却水の流れについて説明する。図３及び図４は、蓄熱器３及び蓄熱器３に流出入する冷却水の流れを示す概略図であり、図３は２つのタンク１１、１２を直列に接続するように冷却水の流れを制御した場合、図４は２つのタンク１１、１２を並列に接続するように冷却水の流れを制御した場合を示す。図３および図４において、それぞれ（ａ）は図１の領域Ｃの拡大図であり、（ｂ）は（ａ）に示す４つの制御弁２１〜２４の作動状態を示す。
【００２６】
蓄熱器３は図３及び図４に示すように開口部１１ａ、１２ａが鉛直下方向となるように設けられ、開口部１１ａ、１２ａは封止部材２７によって封止されている。封止部材２７には、蓄熱回路９から蓄熱器３の内部に冷却水を導入する導入管２５と、蓄熱器３に貯蔵される冷却水を蓄熱回路９へ排出する導出管２６とが設けられる。導入管２５及び導出管２６は、それぞれ一端が蓄熱回路９へ接続され、他端がタンク１１、１２内に開放されている。ここで、蓄熱器３に導入される冷却水と蓄熱器３から排出される冷却水との混合を抑制するため、導出管２６の解放端が導入管２５の解放端より鉛直上方となるように配置される。
【００２７】
蓄熱回路９には図示するように４つの制御弁２１〜２４が設けられ、各制御弁２１〜２４の作動状態の組み合わせを図３又は図４に示すように切り替えることで冷却水の流れを制御することができる。ここで、第１の制御弁２１はフラップ弁、第２の制御弁２２はバタフライ弁又はフラップ弁、第３の制御弁２３及び第４の制御弁２４はバタフライ弁である。
【００２８】
初めに図３に示すように２つのタンク１１、１２を直列に接続するように冷却水の流れを制御する場合について説明する。各制御弁２１〜２４は図３（ｂ）に示すように作動し、冷却水はヒータ回路１から第１の制御弁２１を介して一方のタンク１１に流入する。さらに、第２の制御弁２２及び第３の制御弁２３を介して他方のタンク１２へ流入し、第３の制御弁２３及び第４の制御弁２４を介してヒータ回路１へ導出される。
【００２９】
次に図４に示すように２つのタンク１１、１２を並列に接続するように冷却水の流れを制御する場合について説明する。各制御弁２１〜２４は図４（ｂ）に示すように作動し、冷却水はヒータ回路１から第１の制御弁２１において分流し、一方はタンク１１に流入し、他方は第４の制御弁２４及び第３の制御弁２３を介してタンク１２に流入する。さらに、２つのタンク１１、１２から排出される冷却水は第２の制御弁２２において合流し、第４の制御弁２４を介してヒータ回路１へ導出される。
【００３０】
次にコントローラ１０が行う制御について図５のフローチャートを参照しながら説明する。なお、本制御は微少時間（例えば１０ｍｓ）ごとに繰り返し行われている。
【００３１】
ステップＳ１では、エンジン２が運転中であるか否かを判定する。エンジン２が運転中であればステップＳ２へ進み、エンジン２が停止中であればステップＳ４へ進む。
【００３２】
ステップＳ２では、エンジン２が始動直後であるか否かを判定する。エンジン２が始動直後であればステップＳ３へ進み、エンジン２が始動直後でなければステップＳ６へ進む。エンジン２始動後最初に本ステップに到達したとき、エンジン２が始動直後であると判定される。
【００３３】
ステップＳ３では、エンジン２の冷却水温度Ａが蓄熱器３内の水温Ｂより低いか否かを判定する。エンジン２の冷却水温度Ａが蓄熱器３内の水温Ｂより低ければステップＳ５へ進み、蓄熱器３内の水温Ｂ以上であればステップＳ４へ進む。
【００３４】
ステップＳ４では、蓄熱回路９を閉じる。蓄熱回路９は、冷却水が蓄熱器３ではなくバイパス通路７を流れるように三方弁８を切り替えることで閉じられる。
【００３５】
ステップＳ５では、制御弁２１〜２４の位置を図３に示すようにタンク１１、１２が直列となるように切り替える。これにより、蓄熱器３に導入される冷却水はタンク１１とタンク１２とに順次流入するので、蓄熱器３に導入される冷水と蓄熱器３から導出される温水とが混ざりにくくなり冷却水の排出効率を向上させることができる。
【００３６】
ステップＳ６では、エンジン２の冷却水温Ａが第１の所定値より低いか否かを判定する。エンジン２の冷却水温Ａが第１の所定値より低ければステップＳ５へ進み、第１の所定値以上であればステップＳ７へ進む。ここで、第１の所定値は例えば６５℃に設定される。
【００３７】
ステップＳ７では、エンジン２の冷却水温Ａが第２の所定値より低いか否かを判定する。エンジン２の冷却水温Ａが第２の所定値より低ければステップＳ４へ進んで蓄熱回路９を閉じ、第２の所定値以上であればステップＳ８へ進む。ここで、第２の所定値は例えば７５℃に設定される。
【００３８】
ステップＳ８では、エンジン２の冷却水温度Ａから蓄熱器３内の水温Ｂを減算した値（Ａ−Ｂ）が第３の所定値より高いか否かを判定する。（Ａ−Ｂ）が第３の所定値より高ければステップＳ９へ進み、第３の所定値以下であればステップＳ４へ進んで蓄熱回路９を閉じる。ここで、第３の所定値は例えば５℃に設定される。
【００３９】
ステップＳ９では、制御弁２１〜２４の位置を図４に示すようにタンク１１、１２が並列となるように切り替える。これにより、蓄熱器３に導入される冷却水はタンク１１とタンク１２とに同時に流入するので、蓄熱器３内をより短時間で蓄熱器３に導入される温水で満たすことができ蓄熱に要する時間を短縮することができる。
【００４０】
ここで、ステップＳ８において、（Ａ−Ｂ）が第３の所定値より高ければステップＳ９においてタンク１１、１２が並列に接続され、第３の所定値以下であればステップＳ４において蓄熱回路が閉じられるが、これはエンジン２の冷却水温度Ａが蓄熱器３内の水温Ｂより第３の所定値以上に高くなったときは、冷却水を蓄熱器３に流すことで極力高温の冷却水を貯蔵し、エンジン２の冷却水温度Ａが蓄熱器３内の水温Ｂとほぼ同じ温度であるときは蓄熱回路を閉じて、貯蔵された高温の冷却水を保持するためである。
【００４１】
以上のように本実施形態では、タンク１１、１２を複数設けるので、蓄熱容量を増大させても１つのタンク１１、１２を拡大するのに比べて車両への搭載自由度を向上させることができる。また、これらタンク１１、１２を冷却水通路５に対して直列又は並列に接続するので、蓄熱容量を増大してもタンク１１、１２における冷却水の流出入方向と垂直方向の断面積を小さく抑えることができ、蓄熱装置に導入される冷水と蓄熱装置から導出される温水との混合を抑制して排出効率の低下を防止することができる。
【００４２】
また、冷却水の温度に基づいて蓄熱回路９を複数のタンク１１、１２が直列又は並列となるように切り替えるので、蓄熱器３から温水を排出する放熱時は直列に接続することで排出効率を向上させ、蓄熱器３に温水を貯蔵する蓄熱時は並列に接続することで蓄熱に要する時間を短縮することができる。
【００４３】
また、冷却水の温度が第１の所定値より低いとき、蓄熱回路９を複数のタンク１１、１２が直列に接続されるように切り替えるので、暖機運転時に蓄熱器３から温水を排出するときは直列に接続され、排出効率を向上させることができる。
【００４４】
また、冷却水の温度が第２の所定値より高いとき、蓄熱回路９を複数のタンク１１、１２が並列に接続されるように切り替えるので、暖機終了後に蓄熱器３に温水を貯蔵するときは並列に接続され、蓄熱に要する時間を短縮することができる。
【００４５】
また、蓄熱器３は真空断熱構造を有するので、蓄熱器３の断熱性が向上され、タンク１１、１２に貯蔵される冷却水の温度低下を抑制することができる。
【００４６】
また、蓄熱器３が、タンク１１、１２と、タンク１１、１２を収容しタンク１１、１２との間を真空状態に保持するハウジング１３とから構成され、１つのハウジング１３に複数のタンク１１、１２を有するので、同じ蓄熱容量で比較するとより小型のタンク１１、１２を複数設ける構造となり、車両への搭載自由度が向上するとともに１つ当たりのタンク１１、１２における冷却水の流出入方向と垂直方向の断面積を小さく抑えることで温水と冷水との混合を抑制して冷却水の排出効率を向上させることができる。
【００４７】
以上説明した実施形態に限定されることなく、その技術的思想の範囲内において種々の変形や変更が可能である。
【００４８】
例えば、本実施形態では図２に示すように２つのタンク１１、１２の間にハウジング１３に接合される仕切板１５を設けているが、蓄熱器３の製造時における排気処理による内圧変化に対する強度及び車両搭載時の振動に対する強度が確保される場合には用いなくてもよい。
【００４９】
また、本実施形態では図２に示すようにハウジング１３の断面は楕円形状であるが、車両の搭載位置の形状に合わせて適宜変更可能である。例えば図６に示すように２つのタンク１１、１２の間の距離を大きくして、中央にくびれを設けてもよい。また、図７に示すように２つのタンク１１、１２の大きさが異なっていてもよい。この場合ハウジング１３の形状もタンク１１、１２の大きさに合わせて適宜変更可能である。なお、図６及び図７の（ａ）、（ｂ）は図２と同様にそれぞれ縦断面図及びＳ−Ｓ断面図を示している。
【００５０】
さらに、本実施形態では１つのハウジング１３に２つのタンク１１、１２を設けているが、タンクを３つ以上設けてもよい。また１つのハウジングに１つのタンクを有するものを複数設け、それらを直列又は並列に接続できるようにしてもよい。
【００５１】
さらに、本実施形態ではエンジン２の冷却水温度Ａに基づいて複数のタンク１１、１２が直列又は並列に接続されるように蓄熱回路９を切り替えているが、ウォーターポンプ６の容量が小さく冷却水の通路抵抗を低減させる必要がある場合、又は蓄熱器３に貯蔵された温水を一度に排出する必要がある場合は、冷却水の温度によらず複数のタンク１１、１２が常に並列に接続されるようにしてもよい。
【００５２】
さらに、ウォーターポンプ６の容量が十分にある場合は、冷却水の温度によらず複数のタンク１１、１２が常に直列に接続されるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本実施形態における車両のヒータ回路の構成概略図である。
【図２】本実施形態における蓄熱器の構造を示す断面図である。
【図３】蓄熱器及び蓄熱器に流出入する冷却水の流れを示す概略図である。
【図４】蓄熱器及び蓄熱器に流出入する冷却水の流れを示す概略図である。
【図５】コントローラが行う制御を示すフローチャートである。
【図６】別実施形態における蓄熱器の構造を示す断面図である。
【図７】別実施形態における蓄熱器の構造を示す断面図である。
【符号の説明】
【００５４】
５  冷却水通路
１１  タンク
１２  タンク
１３  ハウジング
２０  蓄熱装置
２１  第１の制御弁
２２  第２の制御弁
２３  第３の制御弁
２４  第４の制御弁
２５  導入管
２６  導出管
【図１】
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【図５】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図６】
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【図７】
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