(57)【要約】【課題】  高い蓄熱密度の実現により、軽量、小容積でエンジン１始動時に即時に暖房効果を発揮できる車載用暖房装置を提供する。【解決手段】  エンジン１と、ラジエタ２と、ヒータコア６と、ラジエタ２の気体側の下流に設置、またはラジエタ２と一体設置した水蒸気と反応し発熱する蓄熱材５とを備え、定常運転時には、エンジン１とラジエタ２との間を循環する冷却水を熱源とすることにより蓄熱を行い、エンジン１始動時には、空気を蓄熱材５に導入することにより発熱させ、発熱した蓄熱材５と熱交換後の冷却水をヒータコア６に循環し、暖房を行う。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンと、
前記エンジンと冷却水を循環することによって加熱され、ファンによって空気で冷却されるラジエタと、
車内の暖房の熱源であるヒータコアと、
前記ラジエタより前記ファンによる気流の下流側に設置、もしくは前記ラジエタと一体設置した、空気中の水蒸気と反応し発熱する蓄熱材とを備え、
定常運転時は、前記エンジンに加熱された前記冷却水が前記蓄熱材を加熱し、
エンジン始動時に、前記ファンによって前記蓄熱材に空気を導入することによる前記蓄熱材の発熱で前記ヒータコアを加熱する車両用暖房装置。
【請求項２】
前記蓄熱材は、ゼオライトまたは塩化カルシウム水和物である請求項１に記載の車両用暖房装置。
【請求項３】
前記蓄熱材は、細孔径３Å以下のゼオライトまたは濃度７５%以上の塩化カルシウム水和物である請求項２に記載の車両用暖房装置。
【請求項４】
前記エンジンと前記ヒータコアとを熱交換する第１熱交換回路と、
前記蓄熱材と前記ヒータコアとを熱交換する第２熱交換回路とを備えた請求項１に記載の車載用暖房装置。
【請求項５】
熱交換回路制御手段を備え、
エンジン始動時、定常運転時ともに前記ファンを稼動し、
エンジン始動時に前記第２熱交換回路、定常運転時に前記第１熱交換回路に切換える請求項３に記載の車載用暖房装置。
【請求項６】
前記蓄熱材の上流側または下流側にダンパを備え、
エンジン運転時に前記蓄熱材が外気と流通できるように前記ダンパを切換え、
エンジン停止時に前記蓄熱材が外気と遮断されるように前記ダンパを切換える請求項１から５に記載の車載用暖房装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、化学蓄熱を利用した車載用暖房装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１のように、エンジン冷却水を貯蔵することによる蓄熱を利用した車載用暖房装置がある。この特許文献１では、定常走行時に、エンジン冷却水をタンクに貯蔵し、エンジン始動時にこのタンクに貯蔵したエンジン冷却水をヒータコアに循環させて、暖房を行うものである。
また、特許文献２のように、化学蓄熱を利用した車載用触媒暖機装置がある。この特許文献２では、エンジンからの燃焼ガスをゼオライトからなる蓄熱材充填層に流通させ、定常走行時には、流通する燃焼ガスが高温となることから、燃焼ガスと蓄熱材との熱交換が行われ、蓄熱材から水蒸気が脱水する反応により、蓄熱される。また、エンジン始動時には、空気を直接蓄熱材充填層に供給し、空気中に含まれる水蒸気との反応により、発熱する。この発熱により、空気が昇温され、これを直接車室内に低湿度の温風として送り込み、暖房を行うものである。
【特許文献１】特開平7−４０７３４号公報
【特許文献２】特開昭６１−２８６５１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、特許文献１のように、高温のエンジン冷却水をタンクに貯蔵する場合、前回走行時から次回走行時までの時間間隔が長いと、放熱によりエンジン冷却水温度が低下するため、エンジン始動時に利用できる蓄熱量が極めて小さくなるという課題があった。また、特許文献２では、エンジンの排気口に蓄熱材を設けることによって、排気ガスの圧力損失を高め、エンジンの負荷を大きくしてしまう課題があった。
そこで、本発明は、上述の課題を解決し、高い蓄熱密度の実現により、軽量、小容積でエンジン始動時に即時に暖房効果を発揮できる車載用暖房装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記課題を解決する為に、本発明の第１の車載用暖房装置は、エンジンと、エンジンと冷却水を循環することによって加熱され、ファンによって空気で冷却されるラジエタと、車内の暖房の熱源であるヒータコアと、前記ラジエタより前記ファンによる気流下流側に設置、もしくは前記ラジエタと一体設置した、空気中の水蒸気と反応し発熱する蓄熱材とを備え、定常運転時は、前記エンジンに加熱された前記冷却水が前記蓄熱材を加熱し、エンジン始動時に、前記ファンによって前記蓄熱材に空気を導入することによる前記蓄熱材の発熱で前記ヒータコアを加熱する車載用暖房装置である。
【０００５】
また、本発明の第２の車載用暖房装置は、蓄熱材は、ゼオライトまたは塩化カルシウム水和物であることを特徴としている。
【０００６】
また、本発明の第３の車載用暖房装置は、蓄熱材は、細孔径３Å以下のゼオライトまたは濃度７５%以上の塩化カルシウム水和物であることを特徴としている。
【０００７】
また、本発明の第４の車載用暖房装置は、エンジンとヒータコアとを熱交換する第１熱交換回路と、蓄熱材とヒータコアとを熱交換する第２熱交換回路とを備えたことを特徴としている。
【０００８】
また、本発明の第５の車載用暖房装置は、熱交換回路制御手段を備え、エンジン始動時、定常運転時ともにラジエタのファンを稼動し、エンジン始動時に第２熱交換回路、定常運転時に第１熱交換回路に切換えることを特徴としている。
【０００９】
さらに、本発明の第６の車載用暖房装置は、蓄熱材の上流側または下流側にダンパを備え、エンジン運転時に蓄熱材が外気と流通できるようにダンパを切換え、エンジン停止時に蓄熱材が外気と遮断されるようにダンパを切換えることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、高い蓄熱密度の実現により、軽量、小容積でエンジン始動時に即時に暖房効果を発揮でき、かつ定常運転時にエンジンの冷却能力を高めた車載用暖房装置を実現できる
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。ただし、従来から広く採用されている公知の手段については、詳細な説明を省略する。
（実施の形態１）
図１は、本実施の形態１にかかる車載用暖房装置の構成図である。
【００１２】
本発明の暖房装置は、冷却水回路とファン３と蓄熱材循環水回路とによって構成されている。
【００１３】
冷却水回路は、エンジン１と第１のポンプ４とヒータコア６とラジエタ２とを有しており、冷却水を冷却する第１の経路と、ヒータコア６を加熱する第２の経路と、エンジン冷却水を冷却せずに再度エンジン１に戻す第３の経路とによって構成されている。
【００１４】
第１の経路と第２の経路と第３の経路の切り替えは冷却水回路の分岐点に三方弁(図示せず)を設けることによって、エンジン１始動時及び定常走行時に応じて、冷却水の循環を制御している。
【００１５】
このような弁制御には、熱交換回路制御手段(図示せず)を用いて、それぞれの弁の分岐の切り替えをすることによって実現している。
【００１６】
第１の経路は、エンジン１と、ラジエタ２と第１のポンプ４を循環する回路であって、第１のポンプ４によって冷却水が循環される。
【００１７】
第２の経路は、第１の経路中のエンジン１によって加熱された冷却水の少なくとも1部をヒータコア６方向に分岐し、ヒータコア６を冷却水によって加熱する。
【００１８】
なお、冷却水回路はエンジン１と冷却水とを熱交換することによってエンジン１を冷却し、加熱され冷却水とヒータコア６とを熱交換させることによってヒータコア６を加熱し、冷却水とラジエタ２とを熱交換することによってラジエタ２を加熱している。また、ラジエタ２は、ファン３を回転させることによって、空気と熱交換し冷却される。
【００１９】
蓄熱材循環水回路は、熱交換器に蓄熱材を充填した蓄熱材充填層５と、ヒータコア６と、蓄熱材循環水 を循環させる第３のポンプ７とから構成される。
【００２０】
本実施の形態では、ファン３の回転によって出来る気流の下流側に蓄熱材充填層５を設置し、ファン３を回転させることによって、蓄熱材充填層５とラジエタ２とが熱交換することが出来る。
【００２１】
さらに、蓄熱材充填層５の蓄熱材には、ファン３を回転し送風することによって空気を供給することができる。
（定常走行時）
図２は、本実施の形態１にかかる車載用暖房装置の定常走行時の冷却水及び蓄熱材循環水の流れを示す図である。定常走行時には、エンジン１と熱交換した８０〜１００℃の冷却水が、第１の経路を用いてラジエタ２、及び第２の経路を用いてヒータコア６を循環する。
【００２２】
ここで、ファン３を駆動していることから、ラジエタ２およびその下流に設置した蓄熱材充填層５（ここでは、蓄熱材として塩化カルシウム水和物を用いる）に外部から空気が導入される。
【００２３】
まず、ラジエタ２においてエンジン冷却水との熱交換を行い、８０℃程度に昇温された空気が、蓄熱材充填層５の蓄熱材を加熱する。また、このときの水蒸気分圧は０．３kＰａであり、１００℃の飽和水蒸気圧との比に換算すると０．３％となる。
【００２４】
図３は、本実施の形態１にかかる車載用暖房装置の蓄熱材（塩化カルシウム水和物）の圧力−温度線図である。図３のAに示すように、上記条件で蓄熱材が加熱されると、[式１]のような反応を生じ、塩化カルシウム・１水和物から水蒸気として脱水し、塩化カルシウム無水物が生成され、蓄熱が行われる。
【００２５】
[式１]
ＣａＣｌ２・Ｈ２Ｏ→ＣａＣｌ２＋Ｈ２Ｏ（ｇ）
この時、ヒータコア６には第２の経路を用いて加熱されており、この熱を用いて車内暖房を行なう。一方、蓄熱材循環水回路では、蓄熱材充填層５とヒータコア６との間の蓄熱材循環水の循環は停止している。
（エンジン１始動時）
図４は、本実施の形態１にかかる車載用暖房装置のエンジン１始動時の冷却水及び蓄熱材循環水の流れを示す図である。エンジン１始動時にエンジン１と熱交換したエンジン冷却水は、ラジエタ２やヒータコア６に循環することなく、エンジン１が昇温されるまでの間、エンジン１と第１のポンプ４との間を循環される(第３の経路)。
【００２６】
一方、蓄熱材循環水回路では、循環水が第２のポンプ７によって蓄熱材充填層５とヒータコア６との間を循環している。
【００２７】
この時、ファン３を駆動することにより、ラジエタ２およびその下流に設置した蓄熱材充填層５に外部から空気（０℃）が導入される。また、このときの水蒸気分圧は０．３kＰａであり、１００℃の飽和水蒸気圧との比に換算すると０．３％となる。
【００２８】
図３のＢに示すように、上記条件の空気が蓄熱材充填層５に流入すると、[式2]のような反応を生じ、塩化カルシウム無水物と水蒸気が反応し、塩化カルシウム・１水和物が生成される。
【００２９】
[式２]
ＣａＣｌ２＋Ｈ２Ｏ（ｇ）→ＣａＣｌ２・Ｈ２Ｏ  
この反応は発熱反応であることから、反応に伴い、蓄熱材充填層５の温度が６０℃以上
に上昇する（図３C）。上記昇温した蓄熱材充填層５から熱を回収した蓄熱材循環水（温度６０℃）を、第２のポンプ７によりヒータコア６に循環させることで、車室内の暖房が行われ、ヒータコア６で熱交換した後の蓄熱材循環水は温度４０℃まで低下し、蓄熱材充填層５に戻る。
【００３０】
以上のように、定常運転時は第１熱交換回路(冷却水回路、特に第２の経路)によってエンジン１とヒータコア６を熱交換し、エンジン１始動時は第２熱交換回路(蓄熱材循環水回路)によって、蓄熱材とヒータコア６を熱交換することが出来る。 
【００３１】
従って、エンジン１始動時のエンジン１が十分に昇温していない時であっても、即時に車室内の暖房を行うことができるため、快適性を高めることができるとともに、エンジン１自身の昇温を早めることもできることから、走行時の燃費を向上させることもできる。
【００３２】
なお、蓄熱材として、塩化カルシウム水和物を用いているが、吸着材のゼオライトを用いても良い。また、塩化カルシウム水和物としては、塩化カルシウム濃度７５％以上の範囲であれば動作可能である。
（実施の形態２）
図５は、本実施の形態２にかかる車載用暖房装置の構成図である。
【００３３】
ダンパ８により、蓄熱材充填層５に対する流路の開閉を行っている点と、蓄熱材充填層５とラジエタ２とが一体的に形成されている点が実施形態１との差異であり、この点を中心に説明する。
【００３４】
実施の形態２では、蓄熱材充填層５とラジエタ２とが一体的に形成されていることより、冷却水回路と蓄熱材循環回路とも一体化されている。
【００３５】
つまり、本実施の形態では、冷却水回路については、実施の形態１のラジエタ２を蓄熱材充填層５に読み替えることができる。蓄熱材循環回路については、冷却水回路内に、第４の経路として蓄熱材充填層５とヒータコアとの間を循環させる経路として、第1の経路の蓄熱材充填層５の下流から第2の経路のヒータコアの下流を連結させることによって形成されている。また、本実施の形態では、蓄熱材循環水としては、冷却水を用いている。
【００３６】
本実施の形態２では、第４の経路が実施の形態１の第２の熱交換回路にあたる。
（定常走行時）
図６は、本実施の形態２にかかる車載用暖房装置の定常走行時の冷却水の流れを示す図である。定常走行時には、エンジン１と熱交換した８０〜１００℃の冷却水が、第１の経路を用いて、ラジエタ用の熱交換器内に蓄熱材を充填した蓄熱材充填層５（ここでは、蓄熱材としてゼオライトを用いる）に循環される。これにより、蓄熱材充填層５は８０℃以上に加熱される。ここで、ファン３を駆動していることから、蓄熱材充填層５に外部から空気が導入される。また、このときの水蒸気分圧は０．３kＰａであり、相対湿度に換算すると５％となる。
【００３７】
さらに、ゼオライトは細孔径３Åのものを用いている。図７は、本実施の形態２にかかる車載用暖房装置の蓄熱材（ゼオライト）の細孔径による水蒸気の選択吸着性を示す図である。図のように、燃焼ガス中に含まれる窒素、酸素、炭化水素、一酸化炭素は、細孔径３Åでは吸着されず、水蒸気のみが選択的に吸着されるため、前方を走行する車両から排出された燃焼ガス中に含まれる他成分吸着による短時間でのゼオライトの破過を防止できる。
【００３８】
つまり、蓄熱材３(ゼオライト)の劣化を抑制することが出来るので、蓄熱材３の劣化を
小さく見積もる事ができ、軽量かつ小容量で長期間蓄熱密度を発揮する事ができる。 
【００３９】
図８は、本実施の形態２にかかる車載用暖房装置の蓄熱材（ゼオライト）の吸着平衡線図である。図８のAに示すように、上記条件で蓄熱材が加熱されると、ゼオライトから水蒸気として脱水し、蓄熱が行われる。
【００４０】
一方、暖房経路では、蓄熱材充填層５とヒータコア６との間のエンジン冷却水の循環は停止され、エンジン冷却水がヒータコア６にも循環されることにより、暖房が行われる。
【００４１】
さらに、上記の運転の間、常にファン３は作動しており、ダンパ８を開放するように制御し、圧力損失にならないように制御している。
（エンジン１始動時）
図９は、本実施の形態２にかかる車載用暖房装置のエンジン１始動時の冷却水の流れを示す図である。エンジン１始動時には、第３の回路を用いて、エンジン１と熱交換したエンジン冷却水は、蓄熱材充填層５やヒータコア６に循環することなく、エンジン１が昇温されるまでの間、エンジン１と第１のポンプ４との間を循環される。
【００４２】
一方、暖房経路では、ファン３を駆動することにより、ラジエタ用の熱交換器内に蓄熱材を充填した蓄熱材充填層５に外部から空気（０℃）が導入される。また、このときの水蒸気分圧は０．３kＰａであり、相対湿度に換算すると５０％となる。
【００４３】
図８のＢに示すように、上記条件の空気が蓄熱材充填層５に流入すると、ゼオライトに水蒸気が吸着する。この反応は発熱反応であることから、反応に伴い、蓄熱材充填層５の温度が６０℃以上に上昇する（図８C）。上記昇温した蓄熱材充填層５から熱を回収したエンジン冷却水（温度６０℃）を、第２のポンプ７によりヒータコア６に循環させることで、車室内の暖房が行われ、ヒータコア６で熱交換した後の冷却水は温度４０℃まで低下し、蓄熱材充填層５に戻る。
【００４４】
さらに、上記の運転の間、常にファン３は作動しており、ダンパ８を開放するように制御し、圧力損失にならないように制御している。
【００４５】
以上のように、定常運転時は第１の熱交換回路(冷却水回路、特に第２の経路)によってエンジン１とヒータコアを熱交換し、エンジン１始動時は第２の熱交換回路(蓄熱材循環水回路、特に第４の経路)によって、蓄熱材とヒータコアを熱交換することが出来る。
【００４６】
従って、エンジン１始動時のエンジン１が十分に昇温していない時であっても、即時に車室内の暖房を行うことができるため、快適性を高めることができるとともに、エンジン１自身の昇温を早めることもできることから、走行時の燃費を向上させることもできる。（エンジン１停止時）
図１０は、本実施の形態２にかかる車載用暖房装置のエンジン１停止時の冷却水の流れを示す図である。エンジン１停止時には、冷却水の循環は停止しており、ダンパ８を閉止するように制御することにより、蓄熱材充填層５からファン３までを貫流する空気の流れを抑制することができることから、空気中に含まれる水蒸気がゼオライトに吸着して、次のエンジン１始動時に利用できる蓄熱量が減少するのを抑制することができる。
【００４７】
なお、蓄熱材として、ゼオライトを用いているが、塩化カルシウム水和物を用いても良い。また、塩化カルシウム水和物としては、塩化カルシウム濃度７５％以上の範囲であれば動作可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明にかかる車載用暖房装置は、ガソリン車、ディーゼル車、ハイブリッド車等の自動車用途の暖房装置に展開することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本実施の形態１にかかる車載用暖房装置の構成図
【図２】本実施の形態１にかかる車載用暖房装置の定常走行時の冷却水の流れを示す図
【図３】本実施の形態１にかかる車載用暖房装置の蓄熱材（塩化カルシウム水和物）の圧力−温度線図
【図４】本実施の形態１にかかる車載用暖房装置のエンジン１始動時の冷却水の流れを示す図
【図５】本実施の形態２にかかる車載用暖房装置の構成図
【図６】本実施の形態２にかかる車載用暖房装置の定常走行時の冷却水の流れを示す図
【図７】本実施の形態２にかかる車載用暖房装置の蓄熱材（ゼオライト）の細孔径による水蒸気の選択吸着性を示す図
【図８】本実施の形態２にかかる車載用暖房装置の蓄熱材（ゼオライト）の吸着平衡線図
【図９】本実施の形態２にかかる車載用暖房装置のエンジン１始動時の冷却水の流れを示す図
【図１０】本実施の形態２にかかる車載用暖房装置のエンジン１停止時の冷却水の流れを示す図
【符号の説明】
【００５０】
１  エンジン
２  ラジエタ
３  ファン
４  第１のポンプ
５  蓄熱材充填層
６  ヒータコア
７  第２のポンプ
８  ダンパ
【図１】
2010149795.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2010149795.tif 000007
【図６】
2010149795.tif 000008
【図７】
2010149795.tif 000009
【図８】
2010149795.tif 000010
【図９】
2010149795.tif 000011
【図１０】
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