(57)【要約】【課題】化学蓄熱装置との間で熱交換される流体が流通する熱交換部を備えた熱交換装置をコンパクトに構成すると共に、回収熱量を増大させる。【解決手段】蓄熱剤と作動液との反応により発熱すると共に、エンジンから発生する発生熱を熱源とし、当該発生熱を吸熱して蓄熱剤と作動液とに解離する可逆反応に伴って蓄熱及び発熱を行う化学蓄熱装置４と、化学蓄熱装置４との間で熱交換される流体が流通する熱交換部３１と、を備えた熱交換装置であって、作動液を収容する作動液容器２１と、蓄熱剤を収容する蓄熱剤容器２１とを備え、作動液容器２１内の作動液を蓄熱剤容器１１へ供給するために蓄熱剤容器１１内に設けられた供給口２４が、作動液容器１１における作動液の収容空間２２の最下面よりも下側に設けられると共に、蓄熱剤と作動液とが解離した蓄熱状態での蓄熱剤に埋設されている。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
蓄熱剤と作動液との反応により発熱すると共に、エンジンから発生する発生熱を熱源とし、当該発生熱を吸熱して前記蓄熱剤と前記作動液とに解離する可逆反応に伴って蓄熱及び発熱を行う化学蓄熱装置と、
前記化学蓄熱装置との間で熱交換される流体が流通する熱交換部と、を備えた熱交換装置であって、
前記作動液を収容する作動液容器と、前記蓄熱剤を収容する蓄熱剤容器とを備え、
前記作動液容器内の前記作動液を前記蓄熱剤容器へ供給するために前記蓄熱剤容器内に設けられた供給口が、前記作動液容器における前記作動液の収容空間の最下面よりも下側に設けられると共に、前記蓄熱剤と前記作動液とが解離した蓄熱状態での前記蓄熱剤に埋設されている熱交換装置。
【請求項２】
前記蓄熱剤容器と前記作動液容器とを連通し、前記発生熱により前記蓄熱剤から解離して気化した状態の前記作動液を前記作動液容器へ戻すための連通口を有する排出管を備え、
前記作動液容器内の空間と前記蓄熱剤容器内の空間とが、前記供給口及び前記連通口を介して互いに連通すると共に密閉空間を形成し、
前記排出管が、前記蓄熱剤容器内における前記蓄熱状態での前記蓄熱剤の最上面よりも上側に設けられている請求項１に記載の熱交換装置。
【請求項３】
前記エンジンから排気管を介して排出される排ガスの熱を前記熱源とし、
前記蓄熱剤容器が、前記排気管との間で熱伝導が可能な状態で前記排気管の外周面に沿って配置されている請求項１又は２に記載の熱交換装置。
【請求項４】
前記蓄熱剤容器は筒状の形状を有すると共に、
前記作動液容器が、当該蓄熱剤容器の外周面に沿った略円弧状の断面形状を有して構成され、前記蓄熱剤容器の上方に配置されている請求項３に記載の熱交換装置。
【請求項５】
前記熱交換部は、熱伝導性を有する材料で構成された管状部材からなり、前記排気管を取り囲んで前記蓄熱剤容器内に配置されると共に、当該管状部材における流体入口と流体出口とが所定間隔を空けて並べて配置され、
前記蓄熱剤容器内に、前記流体入口と前記流体出口との間の熱伝導を抑制する断熱壁が設けられた請求項３又は４に記載の熱交換装置。
【請求項６】
前記排気管に三元触媒が設けられ、
前記化学蓄熱装置が、前記排気管に沿って前記三元触媒に対して下流側に隣接して配置されている請求項３から５のいずれか一項に記載の熱交換装置。
【請求項７】
前記作動液容器と前記蓄熱剤容器とを連通し、前記発生熱により前記蓄熱剤から解離して気化した状態の前記作動液を前記作動液容器へ戻すための連通口を有する排出管を備え、
前記排出管に、管内の内径を他の部位に比べて小さく絞った絞り部が設けられている請求項１から６のいずれか一項に記載の熱交換装置。
【請求項８】
前記蓄熱剤容器と前記作動液容器との間に、これらの間の熱伝導を抑制する断熱層が設けられている請求項１から７のいずれか一項に記載の熱交換装置。
【請求項９】
前記発生熱により前記蓄熱剤から解離し、前記蓄熱剤容器から前記作動液容器内に排出される気化した状態の前記作動液を冷却するための冷却機構を備えた請求項１から８のいずれか一項に記載の熱交換装置。
【請求項１０】
前記冷却機構が、前記作動液容器の外面に立設されたフィン、前記作動液容器の外面により形成され、当該作動液容器の内部空間を貫通する貫通孔、並びに、前記蓄熱剤容器及び前記作動液容器の一方又は双方に一体的に形成され、冷却風を前記作動液容器側へ集める集空部材、のうちの一つ以上を備えて構成された請求項９に記載の熱交換装置。
【請求項１１】
前記作動液は水であり、
前記蓄熱剤は、水和した状態で液体となり、水と解離した状態で固体となる物質である請求項１から１０のいずれか一項に記載の熱交換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蓄熱剤と作動液との反応により発熱すると共に、エンジンから発生する発生熱を熱源とし、当該発生熱を吸熱して蓄熱剤と作動液とに解離する可逆反応に伴って蓄熱及び発熱を行う化学蓄熱装置と、化学蓄熱装置との間で熱交換される流体が流通する熱交換部と、を備えた熱交換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両が備えるエンジンや自動変速装置等の内部には、各機械要素間を潤滑して磨耗を抑制する等の目的で潤滑油（エンジンオイルやＡＴＦ等）が封入されている。これらの潤滑油は、低温状態では比較的粘度が高いためフリクションが大きくなる。一方、エンジンの暖機後はエンジンから発生する熱を熱源として潤滑油が暖められ、粘度が低下してフリクションは小さくなる。フリクションが大きい状態では燃費が悪くなるので、車両の燃費向上の観点からは、これらの潤滑油を短時間で暖めて早期に低粘度化させることが好ましい。そこで、例えば潤滑油としてのエンジンオイルを短時間で暖めるための方法として、エンジンを冷却するためのエンジン冷却水を短時間で暖めることにより、間接的にエンジンの暖機を促進することが一例として挙げられる。なお、エンジン冷却水を短時間で暖めることにより、低温時に早期に車内の暖房を行なうことができるという利点もある。
【０００３】
エンジン冷却水を比較的短時間で暖めることを可能とする技術として、蓄熱剤の水和により発熱すると共に、エンジンから発生する発生熱を熱源とし、当該発生熱を吸熱して脱水する可逆反応に伴って蓄熱及び発熱を行う化学蓄熱装置を備え、エンジン冷却水と化学蓄熱装置との間での熱交換によりエンジン冷却水を加熱する技術が特許文献１に記載されている。すなわち、エンジンが始動した直後の冷間時には、化学蓄熱装置において蓄熱剤に水を供給して発熱させ、生じた熱をエンジン冷却水に供給することにより、エンジン冷却水を加熱して比較的短時間で暖めることが可能とされている。また、エンジンが十分に暖機された後は、十分に昇温されたエンジン冷却水の熱を熱源として蓄熱剤を脱水させて蓄熱し、次回のエンジン始動時におけるエンジン冷却水の加熱のために備えられる。よって、化学蓄熱装置の発熱によるエンジンの暖機促進と、当該暖機後のエンジンから発生する熱を利用した蓄熱とを繰り返すことにより、長期的に見て有効に車両の燃費向上を図ることができる。また、冬季等、外気が低温の場合に、比較的早期に車内の暖房を行なうことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−００３８３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
この特許文献１に記載された化学蓄熱装置では、蓄熱剤を収容する蓄熱材容器の上方に水を収容したタンクが配置されると共に、蓄熱材容器の内部に、蓄熱剤に水を供給するための水供給手段としての水噴出ノズルが蓄熱剤の上方に配置されている。そして、エンジン冷却水を加熱する必要がある際には、タンク内の水は、自由落下により蓄熱材容器内に供給され、水噴出ノズルを通過する際に水滴状となって蓄熱材容器内の蓄熱剤に均一にふりかけられる。
【０００６】
しかし、水を蓄熱剤に均一にふりかけるためには蓄熱剤と水噴出ノズルとの間には一定の距離を確保する必要がある。そのため、蓄熱材容器、ひいては化学蓄熱装置の全体が大型化してしまうという不都合があった。
更に、蓄熱剤と水とが接触した際には、蓄熱剤の水和反応が即座に進行して発熱が開始される。そのため、特許文献１の化学蓄熱装置のように水滴状の水を蓄熱剤の上方からふりかける構成では、発生した熱の一部は水滴状の水を気化させるために消費されると共に、当該気化した後の水蒸気は蓄熱剤容器の内部においてそのまま蓄熱剤の上方に逃げてしまう場合があった。結果、発生した熱の一部が水蒸気と共に上方へ逃げてしまい、熱交換によりエンジン冷却水が回収し得る熱量が減少するという不都合があった。
【０００７】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、化学蓄熱装置との間で熱交換される流体が流通する熱交換部を備えた熱交換装置において、コンパクトな構成で回収熱量の増大を可能とすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この目的を達成するための、本発明に係る蓄熱剤と作動液との反応により発熱すると共に、エンジンから発生する発生熱を熱源とし、当該発生熱を吸熱して前記蓄熱剤と前記作動液とに解離する可逆反応に伴って蓄熱及び発熱を行う化学蓄熱装置と、前記化学蓄熱装置との間で熱交換される流体が流通する熱交換部と、を備えた熱交換装置の特徴構成は、前記作動液を収容する作動液容器と、前記蓄熱剤を収容する蓄熱剤容器とを備え、前記作動液容器内の前記作動液を前記蓄熱剤容器へ供給するために前記蓄熱剤容器内に設けられた供給口が、前記作動液容器における前記作動液の収容空間の最下面よりも下側に設けられると共に、前記蓄熱剤と前記作動液とが解離した蓄熱状態での前記蓄熱剤に埋設されている点にある。
【０００９】
上記の特徴構成によれば、蓄熱剤容器内へ作動液を供給するための供給口が、作動液容器における作動液の収容空間の最下面よりも下側に設けられると共に蓄熱状態での蓄熱剤に埋設されているので、蓄熱剤容器内に収容された蓄熱状態での蓄熱剤の内部に、自由落下により作動液を供給することができる。このとき、作動液の供給により蓄熱剤と作動液とが即座に反応して発熱し、発生した熱の一部により作動液が気化する場合があるが、この構成では蓄熱剤容器内を上方に移動する気化後の作動液は、供給口よりも上方に収容された蓄熱剤と順次反応することになる。そのため、蓄熱剤容器内において蓄熱剤と作動液（気化後の作動液を含む）とが反応する機会をより多く確保することができるので、発熱量を増大させることができる。また、気化した作動液が有する熱をも有効利用することができる。従って、熱交換部を流通する流体が熱交換により回収し得る熱量を増大させることが可能となる。
また、上記の特徴構成では、蓄熱剤容器内において供給口が蓄熱状態での蓄熱剤に埋設されるので、蓄熱剤容器内に収容される蓄熱剤と作動液容器との間の間隔を狭くすることができる。よって、化学蓄熱装置、ひいては熱交換装置の全体をコンパクトに構成することが可能となる。
従って、化学蓄熱装置との間で熱交換される流体が流通する熱交換部を備えた熱交換装置において、コンパクトな構成で回収熱量の増大を図ることができる。
【００１０】
ここで、前記作動液容器と前記蓄熱剤容器とを連通し、前記発生熱により前記蓄熱剤から解離して気化した状態の前記作動液を前記作動液容器へ戻すための連通口を有する排出管を備え、前記作動液容器内の空間と前記蓄熱剤容器内の空間とが、前記供給口及び前記連通口を介して互いに連通すると共に密閉空間を形成し、前記排出管が、前記蓄熱剤容器内における前記蓄熱状態での前記蓄熱剤の最上面よりも上側に設けられている構成とすると好適である。
【００１１】
この構成によれば、蓄熱時に蓄熱剤から解離して気化した状態の作動液を、排出管に形成された連通口を介して作動液容器内に適切に回収することができる。また、作動液容器内の空間と蓄熱剤容器内の空間とが密閉空間を形成すると共に、供給口及び連通口を介して互いに連通するので、化学蓄熱装置において蓄熱又は発熱することが要求される状況に応じて、作動液容器内の空間及び蓄熱剤容器内の空間に作動液を適切に循環させることができる。つまり、熱源からの熱を利用した蓄熱と、化学蓄熱装置における発熱により発生した熱を利用した流体の加熱と、を順次繰り返すサイクルを適切に形成することができる。
従って、例えば熱交換部を流通する流体を、エンジンを冷却するためのエンジン冷却水とした場合には、化学蓄熱装置の発熱によるエンジン冷却水及びそれに伴うエンジンの暖機促進と、当該暖機後のエンジンから発生する熱を利用した蓄熱とを繰り返すことにより、長期的に見て有効に車両の燃費向上を図ることができる。
【００１２】
また、前記エンジンから排気管を介して排出される排ガスの熱を前記熱源とし、前記蓄熱剤容器が、前記排気管との間で熱伝導が可能な状態で前記排気管の外周面に沿って配置されている構成とすると好適である。
【００１３】
この構成によれば、比較的高温となるエンジンから排出される排ガスの熱を利用して、当該排ガスの熱により蓄熱剤と作動液とに解離させて蓄熱する反応を効率的に行なわせることができる。
【００１４】
また、前記蓄熱剤容器は筒状の形状を有すると共に、前記作動液容器が、当該蓄熱剤容器の外周面に沿った略円弧状の断面形状を有して構成され、前記蓄熱剤容器の上方に配置されている構成とすると好適である。
【００１５】
この構成によれば、筒状の形状を有する蓄熱剤容器により、当該蓄熱剤容器が排気管の外周面を取り囲むように配置された構成することができる。よって、エンジンから排出される排ガスの熱を排気管の全周から効率良く蓄熱剤側に供給することができ、蓄熱剤と作動液とに解離させて蓄熱する反応をより効率的に行なわせることができる。
また、作動液容器の断面形状を蓄熱剤容器の外周面に沿った形状とすることで、化学蓄熱装置及び熱交換装置の全体をよりコンパクトに構成することができる。
【００１６】
また、前記熱交換部は、熱伝導性を有する材料で構成された管状部材からなり、前記排気管を取り囲んで前記蓄熱剤容器内に配置されると共に、当該管状部材における流体入口と流体出口とが所定間隔を空けて並べて配置され、前記蓄熱剤容器内に、前記流体入口と前記流体出口との間の熱伝導を抑制する断熱壁が設けられた構成とすると好適である。
【００１７】
この構成によれば、熱交換部が熱伝導性を有する材料で構成されるので、蓄熱剤と作動液とが反応して発熱する際に、当該発生した熱を熱交換部を介して適切に流体に伝達させることができる。また、この構成では、熱交換部を構成する管状部材を、排気管を取り囲んで蓄熱剤容器内の全体を網羅するように配置させることができる。よって、蓄熱剤と作動液との反応により発生する熱を、効率的に流体に伝達させることができる。また、排ガスの温度が蓄熱剤の温度以上である場合には、化学蓄熱装置において発熱して生じた熱に加えて、排ガスの熱をも熱交換部を介して流体に伝達させることができる。
また、流体入口と流体出口との間に設けられた断熱壁によりこれらの間での熱伝導が抑制されるので、流体出口から流出する流体と流体入口から流入する流体との間で温度が平均化されるのを抑制して、流体出口から流出する流体の温度を極力高く維持することができる。
【００１８】
また、前記排気管に三元触媒が設けられ、前記化学蓄熱装置が、前記排気管に沿って前記三元触媒に対して下流側に隣接して配置されている構成とすると好適である。
【００１９】
この構成によれば、排気管に沿って三元触媒に隣接するように化学蓄熱装置を配置して、三元触媒が十分な活性を発揮し得るような高温の排ガスを利用し、蓄熱反応をより効率的に行なわせることができる。また、化学蓄熱装置を配置する位置を三元触媒に対して下流側とすることで、蓄熱時に蓄熱剤が吸熱して排ガスの温度を低下させることが、三元触媒に対して影響を与えることがない。よって、三元触媒の活性を低下させる等の不都合を生じさせることもない。
更に、例えば蓄熱剤容器のうち、三元触媒に対して対向する部分を熱伝導が可能な構成とすることで、化学蓄熱装置の発熱時における余剰の熱を利用して三元触媒の暖機促進を図ることもできる。よって、その場合には、エンジンの始動直後等に、三元触媒の状態を早期に触媒活性を発揮可能な状態とすることが可能となる。
【００２０】
また、前記作動液容器と前記蓄熱剤容器とを連通し、前記発生熱により前記蓄熱剤から解離して気化した状態の前記作動液を前記作動液容器へ戻すための連通口を有する排出管を備え、前記排出管に、管内の内径を他の部位に比べて小さく絞った絞り部が設けられている構成とすると好適である。
【００２１】
この構成によれば、気化した状態の作動液を排出管に設けられた連通口を通って作動液容器へ戻すときに、気化した状態の作動液を、一旦絞り部を通過させることにより効果的に膨張させて冷却することができる。従って、作動液が凝縮して液化するのを促進することができる。
【００２２】
また、前記蓄熱剤容器と前記作動液容器との間に、これらの間の熱伝導を抑制する断熱層が設けられている構成とすると好適である。
【００２３】
この構成によれば、エンジンから発生する熱や蓄熱剤が有する熱等が、蓄熱剤容器を介して作動液容器内に伝達されるのを抑制することができる。よって、作動液容器内において作動液が凝縮して液化するのが妨げられる等の不都合もほとんど生じない。
なお、蓄熱剤と作用液との反応により発熱して生じた熱のうちのより多くの熱を熱交換部を介して流体に伝達可能とするためには、蓄熱剤容器自体が断熱性の高い材料で構成されていると、更に好適である。
【００２４】
また、前記発生熱により前記蓄熱剤から解離し、前記蓄熱剤容器から前記作動液容器内に排出される気化した状態の前記作動液を冷却するための冷却機構を備えた構成とすると好適である。
【００２５】
この構成によれば、冷却機構により、化学蓄熱装置における蓄熱時に、気化して蓄熱剤容器から作動液容器内に排出される作動液を、作動液容器内において効率的に冷却することができる。従って、作動液が凝縮して液化するのをより一層促進することができる。
【００２６】
前記冷却機構は、具体的には、前記作動液容器の外面に立設されたフィン、前記作動液容器の外面により形成され、当該作動液容器の内部空間を貫通する貫通孔、並びに、前記蓄熱剤容器及び前記作動液容器の一方又は双方に一体的に形成され、冷却風を前記作動液容器側へ集める集空部材、のうちの一つ以上を備えて構成されていると好適である。
【００２７】
これまで説明してきた熱交換装置の構成において、前記作動液は水であり、前記蓄熱剤は、水和した状態で液体となり、水と解離した状態で固体となる物質である構成とすると好適である。
【００２８】
この構成では、蓄熱剤が水和して発熱する際には水和した蓄熱剤は液化して体積が小さくなる。そのため、蓄熱剤容器内において供給口よりも上方に収容された蓄熱剤は、発生した水蒸気により水和が進行することでくずれやすくなり、供給口よりも下方に収容された蓄熱剤の液化により空いた空間に自重により落下して、蓄熱剤容器内に供給された水と反応して水和することになる。よって、蓄熱状態での蓄熱剤に供給口が埋設されていたとしても、最終的には蓄熱剤の水和反応を十分に行わせることができるので、発熱量を増大させて熱交換部を流通する流体が熱交換により回収し得る熱量を増大させることが可能となる。
従って、本発明に係る熱交換装置が備える化学蓄熱装置に適用可能な蓄熱剤及び作動液として、上記の構成の蓄熱剤及び作動液が特に適している。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施形態に係る熱交換装置の全体像を示す模式図である。
【図２】ケミカルヒートポンプの作動原理を示す模式図である。
【図３】化学蓄熱装置の全体構成を示す分解斜視図である。
【図４】化学蓄熱装置の構成を示す断面図である。
【図５】冷却機構の構成を示す斜視図である。
【図６】供給弁の開閉制御処理の処理手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
本発明に係る熱交換装置の実施形態について、図面を参照して説明する。本実施形態に係る熱交換装置１は、化学蓄熱装置４と、当該化学蓄熱装置４との間で熱交換される流体が流通する熱交換管３１と、を備えている。本実施形態では、化学蓄熱装置４は蓄熱時にはエンジン２から排出される排ガスの熱を熱源として利用する構成とされると共に、発熱時には発熱により生じた熱を熱交換管３１を流通するエンジン冷却水に伝達して加熱することが可能な構成となっている。本実施形態に係る熱交換装置１は、上記のような構成において、作動液を収容する作動液容器２１と蓄熱剤を収容する蓄熱剤容器１１とを備え、作動液容器１１内の作動液を蓄熱剤容器１１へ供給するために設けられた供給口２４が、作動液容器２１における作動液の収容空間２２の最下面よりも下側に設けられると共に、蓄熱剤容器１１内において蓄熱状態での蓄熱剤に埋設されている点に特徴を有する。これにより、コンパクトな構成で熱交換管３１を流通するエンジン冷却水が回収し得る熱量を増大させることが可能とされている。以下では、本実施形態に係る熱交換装置１の各部の構成について詳細に説明する。
【００３１】
１．熱交換装置の全体構成
まず、熱交換装置１の全体構成について説明する。図１に示すように、本実施形態に係る熱交換装置１は、エンジン２と、エンジン２からの排ガスを排出するための排気管３と、エンジン２を冷却するためのエンジン冷却水が流通する冷却回路６と、を備えた車両に搭載されており、排気管３に沿って配置された化学蓄熱装置４を主要な構成として備えている。冷却回路６の一部を構成する熱交換管３１は、化学蓄熱装置４の内部を貫通している。
【００３２】
エンジン２は、燃料の燃焼により駆動される内燃機関である。エンジン２は、車両の駆動力源として用いられる。このようなエンジン２としては、例えば、ガソリンエンジン、ディーゼルエンジン、ガスタービンエンジン等の公知の各種エンジンを用いることができる。燃焼後の排ガスは、エンジン２から排気管３を介して排出される。なお、エンジン２から排出された直後の排ガスは、エンジン１での燃料の燃焼により発生する発生熱（燃焼熱）により熱せられており、その温度は６００〜７００℃程度である。
【００３３】
排気管３には、三元触媒５が設けられている。三元触媒５は、アルミナ等の無機担体に白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）等の貴金属成分を担持してなる触媒である。三元触媒５は、排ガス中に含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）を還元除去すると共に、一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＨＣ）、臭気成分等を酸化除去する。このような三元触媒５は、触媒活性を高く維持させるべく、排気管３を流通する排ガスの温度が例えば５００〜５５０℃となる位置に配置されている。
【００３４】
冷却回路６は、エンジン２を冷却するためのエンジン冷却水を循環させる回路である。冷却回路６には、冷却水ポンプ６１と、ラジエータ６２と、切替弁６３と、熱交換管３１と、が設けられている。冷却水ポンプ６１は、エンジン冷却水の吸入と吐出とを繰り返すことで、冷却回路６にエンジン冷却水を循環させる。通常走行時、エンジン冷却水はエンジン２のジャケットを通過する際にエンジン２の排熱を奪って自身は高温となり、ラジエータ６２で外気に対して放熱して冷却される。その後、エンジン冷却水は熱交換管３１内を流通して再度冷却水ポンプ６１に戻される。以上の動作を繰り返すことにより、エンジン冷却水はエンジン２が所定の定常温度を維持するようにエンジン２を冷却する。なお、エンジン冷却水の温度は、冷却水温度センサＳｅ１により検出され、制御部７へ出力される。
【００３５】
なお、エンジン２の始動直後等、エンジン２の暖機が不十分な状態で、切替弁６３はエンジン冷却水が第一バイパス路６４を流通するように流路を切り替える。このように、エンジン冷却水をラジエータ６２を迂回させて一時的にエンジン冷却水からの放熱を行わないようにすることで、エンジン冷却水の温度上昇を促進させる。これは、以下の理由による。すなわち、エンジン２の始動直後等、エンジン２の暖機が不十分でその内部に封入されたエンジンオイルの温度が低い状態では、当該エンジンオイルの粘度が比較的高いためフリクションも大きく車両の燃費はあまり良くない。そのため、エンジン冷却水を短時間で暖めることで間接的にエンジン２及びその内部のエンジンオイルをも短時間で暖め、エンジンオイルを早期に低粘度化させることにより、車両の燃費向上を図るのである。なお、化学蓄熱装置４における後述する蓄熱時には、切替弁６３はエンジン冷却水が第二バイパス路６５を流通するように流路を切り替える。これにより、排ガスからの熱がエンジン冷却水に不要に伝達されるのを防止することができる。
【００３６】
エンジン冷却水の温度上昇を促進するための機構として、更に本実施形態に係る熱交換装置１は化学蓄熱装置４を備えている。化学蓄熱装置４は、排気管３に沿って三元触媒５に対して下流側に隣接して配置されている。化学蓄熱装置４は、その内部に蓄熱剤と作動液とを分離及び混合可能に備えており、蓄熱剤と作動液とが混合された状態でこれらの化学反応によって発熱する。冷却回路６の一部を構成する熱交換管３１は、化学蓄熱装置４の内部を貫通しているので、エンジン２の始動直後等、エンジン２の暖機が不十分な場合には化学蓄熱装置４において発熱反応を起こさせることで、発生した熱を熱交換管３１を介して積極的にエンジン冷却水に伝達させてエンジン冷却水の温度上昇を促進する。本実施形態においては、エンジン冷却水が本発明における「流体」に相当する。以下では、化学蓄熱装置４の概要及び構成について詳細に説明する。
【００３７】
２．化学蓄熱装置の概要
まず、化学蓄熱装置４の概要について説明する。化学蓄熱装置４は、蓄熱剤と作動液との反応により発熱すると共に、エンジン２から発生する発生熱を熱源とし、当該発生熱を吸熱して蓄熱剤と作動液とに解離する可逆反応に伴って蓄熱及び発熱を行う装置である。
つまり、この化学蓄熱装置４は、所謂ケミカルヒートポンプとして、蓄熱剤と作動液との間の可逆的な化学変化に伴い、エンジン２から発生する発生熱を汲み上げて化学エネルギーの形態で蓄熱すると共に、必要に応じて蓄熱された熱を放熱させて熱の有効利用を図ることができるように構成されている。
【００３８】
ここで、本実施形態においては、作動液は水（Ｈ2Ｏ）とされている。従って、蓄熱剤としては、水和する際に発熱し、水と解離（脱水）する際に吸熱する物質が用いられる。更に、本実施形態においては、蓄熱剤には、水和した状態で液体となり、水と解離（脱水）した状態で固体となる物質が採用されている。特に、水と解離（脱水）した状態で粉体となる物質を採用すると好適である。なお、「粉体」は、粉状の物質以外にも、粒状の物質や、当該粉状又は粒状の物質が集合してできる集合体をも含む概念として用いている。このような蓄熱剤としては、例えば、塩化カルシウム（ＣａＣｌ2）、臭化カルシウム（ＢｒＣｌ2）、塩化リチウム（ＬｉＣｌ）、臭化リチウム（ＬｉＢｒ）等を好適に利用することができる。本例では、塩化カルシウム（ＣａＣｌ2）を蓄熱剤として用いる場合を例として説明する。
【００３９】
図２は、ケミカルヒートポンプの作動原理を示す模式図である。（ａ）は発熱時の作動状態を示す模式図であり、（ｂ）は蓄熱時の作動状態を示す模式図である。図２（ａ）に示すように、発熱時には、作動液容器２１内に収容された作動液としての水（Ｈ2Ｏ）が、蓄熱剤容器１１内に収容された蓄熱剤としての塩化カルシウム（ＣａＣｌ2）に、供給管２３を介して供給される。このとき、（式１）に示すように、塩化カルシウム（ＣａＣｌ2）が水和して発熱する。
ＣａＣｌ2  ＋  ６Ｈ2Ｏ  →  ＣａＣｌ2・６Ｈ2Ｏ  ＋  Ｑ  ・・・（式１）
このとき熱交換装置１では、化学蓄熱装置４で発熱する熱Ｑを、熱交換管３１を介してエンジン冷却水に伝達させることにより、エンジン冷却水の温度上昇を促進させる。なお、塩化カルシウム（ＣａＣｌ2）は、水和することにより固体の状態から液体の状態へと状態変化する。
【００４０】
図２（ｂ）に示すように、蓄熱時には、エンジン２から排気管３を介して排出される排ガスの熱を熱源として塩化カルシウムの水和物（ＣａＣｌ2・６Ｈ2Ｏ）が加熱される。このとき、（式２）に示すように、塩化カルシウムの水和物（ＣａＣｌ2・６Ｈ2Ｏ）が排ガスの熱の一部Ｑを吸熱して脱水され、作動液としての水（Ｈ2Ｏ）と蓄熱剤としての塩化カルシウム（ＣａＣｌ2）とに解離させられる。
ＣａＣｌ2・６Ｈ2Ｏ  ＋  Ｑ  →  ＣａＣｌ2  ＋  ６Ｈ2Ｏ  ・・・（式２）
塩化カルシウムの水和物（ＣａＣｌ2・６Ｈ2Ｏ）から解離した水（Ｈ2Ｏ）は、水蒸気の状態で排出管１３を介して蓄熱剤容器１１から作動液容器２１内に排出される。このように、エンジン２から排出される排ガスの熱を熱源として利用して（式２）の反応を進行させ、塩化カルシウムの水和物（ＣａＣｌ2・６Ｈ2Ｏ）を脱水させることにより、排ガスの熱を化学エネルギーの形態で蓄熱することができる。なお、塩化カルシウム（ＣａＣｌ2）は、脱水することにより液体の状態から固体の状態へと状態変化する。この状態が、本発明における「蓄熱状態」に相当する。
【００４１】
本実施形態に係る熱交換装置１を搭載した車両においては、主に車両の一走行毎に、発熱反応（式１）と蓄熱反応（式２）とを繰り返し行う。これにより、化学蓄熱装置４の発熱によるエンジン２の暖機促進と、当該暖機後のエンジン２から発生する熱を利用した蓄熱とを繰り返し行い、長期的に見て有効に車両の燃費向上を図ることができるようになっている。なお、冬季等、外気が低温の場合にも、比較的早期に車内の暖房を行なうことができるという利点もある。
【００４２】
３．化学蓄熱装置の構成
次に、化学蓄熱装置４が備える各部の機械的構成について説明する。本実施形態に係る化学蓄熱装置４は、蓄熱剤容器１１と、作動液容器２１と、蓄熱剤容器１１と作動液容器２１とを互いに連通する供給口２４及び排出口１４と、を主要な構成として備えている。以下、各部の詳細について説明する。
【００４３】
蓄熱剤としての塩化カルシウム（ＣａＣｌ2）を収容する蓄熱剤容器１１は、図３及び図４に示すように、排気管３の外周面に沿って配置されている。本実施形態においては、蓄熱剤容器１１は略円筒状の形状を有して構成されており、直管状に形成された排気管３と同心状に、当該排気管３の外周を取り囲んで配置されている。排気管３は、鉄やステンレス、アルミニウム等の熱伝導性を有する金属材料で構成されている。よって、蓄熱剤容器１１内に収容された塩化カルシウム（ＣａＣｌ2（水和物の状態にあるものも含む、以下同様））は、エンジン２からの排ガスとの間で排気管３を介して熱伝導が可能な状態となっている。ここで、化学蓄熱装置４は上記のとおり排気管３に沿って三元触媒５に対して下流側に隣接して配置されている。そのため、この構成では５００〜５５０℃程度の高温の排ガスを熱源として利用することができる。なお、蓄熱剤容器１１自体は熱伝導性の低い材料で構成され、外気及び作動液容器２１との間の熱伝導が抑制されている。
【００４４】
蓄熱剤容器１１内には、排気管３を取り囲んで熱交換管３１が配置されている。熱交換管３１の内部に形成される流路は冷却回路６の一部を構成しており、エンジン冷却水が熱交換管３１内を流通する際に、熱交換管３１を介して蓄熱剤容器１１内に収容された塩化カルシウム（ＣａＣｌ2）との間で熱伝導が可能な状態となっている。そのため、熱交換管３１は、銅やアルミニウム等の熱伝導性の高い金属材料で構成されていると好適である。本実施形態では、熱交換管３１は、排気管３の長手方向に沿って延びる複数の直管部３２と、異なる位置に配置される二つの直管部３２を当該直管部３２の両端部において接続する略Ｕ字状の複数の曲管部３３と、を備えている。複数の直管部３２は、排気管３の長手方向から見て排気管３を取り囲むように所定間隔で略均等に配置されている。また、直管部３２と曲管部３３とが交互に接続されている。これにより、熱交換管３１は１本の管状流路を形成し、排気管３を取り囲んで蓄熱剤容器１１内の空間を略均等に網羅するように配置されている。
【００４５】
熱交換管３１により形成される管状流路の両端部は、それぞれ冷却水入口３４及び冷却水出口３５とされている。本実施形態においては、冷却水入口３４及び冷却水出口３５がそれぞれ本発明における「流体入口」及び「流体出口」に相当する。冷却水入口３４及び冷却水出口３５は冷却回路６に接続されており、化学蓄熱装置４の発熱時には、冷却水入口３４を介して冷却回路６から熱交換管３１に流入するエンジン冷却水は、熱交換により加熱された後、冷却水出口３５を介して熱交換管３１から冷却回路６に流出する。図３及び図４に示すように、冷却水入口３４と冷却水出口３５とは、同心状に配置された排気管３及び蓄熱剤容器１１の中心軸を中心とする周回方向に所定間隔を空けて並べて配置されている。冷却水入口３４と冷却水出口３５との間には、仕切壁１６が設けられている。この仕切壁１６は、冷却水入口３４から流入するエンジン冷却水と冷却水出口３５から流出するエンジン冷却水との間の熱伝導を抑制するべく、熱伝導率の低い材料で構成された断熱壁とされている。
【００４６】
作動液容器２１は、作動液としての水（Ｈ2Ｏ）を収容する容器である。ここで、蓄熱が完了した状態において作動液容器２１内に収容される水（Ｈ2Ｏ）の容量は、蓄熱剤容器１１内に収容される塩化カルシウム（ＣａＣｌ2）と過不足なく（式１）及び（式２）の反応を生じさせるような容量、又はそれよりも多い容量とされていると好適である。作動液容器２１は、蓄熱剤容器１１の外周面に沿って配置されている。作動液容器２１には、その内部に収容する水（Ｈ2Ｏ）の水量を検出する水量センサＳｅ２が設けられている（図１を参照）。水（Ｈ2Ｏ）の水量に関する情報は、制御部７へ出力される。本実施形態においては、図３及び図４に示すように、作動液容器２１は蓄熱剤容器１１の外周面に沿った略円弧状の断面形状を有して構成されており、蓄熱剤容器１１の上方に配置されている。そして、蓄熱剤容器１１と作動液容器２１とは所定間隔を空けて配置され、これらの間に断熱層としての空気層が形成されている。これにより、蓄熱剤容器１１における収容空間１２と作動液容器２１における収容空間２２との間の熱伝導が効果的に抑制されている。
【００４７】
蓄熱剤容器１１と作動液容器２１とを接続するように、供給管２３及び排出管１３が設けられている。本実施形態においては、図３に示すように、蓄熱剤容器１１及び作動液容器２１の排気管３の長手方向に沿った両端部に、供給管２３及び排出管１３がそれぞれ二つずつ設けられている。よって、化学蓄熱装置４全体として、供給管２３及び排出管１３がそれぞれ四つずつ設けられている。ここで、排気管３の長手方向から見て、供給管２３は略円弧状の作動液容器２１の両端部に接続されており、排出管１３は蓄熱剤容器１１の最上部に接続されている。供給管２３及び排出管１３はそれぞれ連通口を有する管状の部材であり、蓄熱剤容器１１内の収容空間１２と作動液容器２１内の収容空間２２とが、それぞれの連通口を介して互いに連通している。また、排出管１３と蓄熱剤容器１１及び作動液容器２１との間、並びに、供給管２３と蓄熱剤容器１１及び作動液容器２１との間は、それぞれ液密及び気密状態で封止されている。これにより、蓄熱剤容器１１内の収容空間１２と作動液容器２１内の収容空間２２とは、密閉空間を形成している。このようにして形成される密封空間は、真空度が高く維持され、その内圧が真空に近い圧力に維持されていると好適である。
【００４８】
供給管２３に形成された連通口のうち、蓄熱剤容器１１側に開口する供給口２４は、蓄熱剤容器１１内に設けられており、この供給口２４を介して作動液容器２１内の水（Ｈ2Ｏ）が蓄熱剤容器１１へ供給される（図４（ａ）を参照）。なお、供給管２３には、当該供給管２３に形成された流路の開閉状態を切り替える供給弁２５がそれぞれ設けられている。本例では、供給弁２５は、通電状態を切り替えることにより開閉状態の切り替えが可能な電磁弁とされている。供給弁２５に対する通電状態は、制御部７（図１を参照）により制御される。供給弁２５の開閉制御の詳細については後述する。
【００４９】
供給口２４は、作動液容器２１における水（Ｈ2Ｏ）の収容空間２２の最下面よりも下側に設けられている。また、本実施形態においては、供給管２３に形成された連通口のうち、作動液容器２１側に開口する連通口が作動液容器２１における水（Ｈ2Ｏ）の収容空間２２の最下部に開口している。これにより、供給弁２５を開状態とすると、自由落下により蓄熱剤容器１１内に水（Ｈ2Ｏ）が供給される。ここで、供給口２４は、脱水されて固体の状態にある、蓄熱状態での塩化カルシウム（ＣａＣｌ2）に埋設されている。本実施形態においては、供給口２４は、蓄熱剤容器１１内において蓄熱状態での塩化カルシウム（ＣａＣｌ2）が占める領域のうち、上下方向の中央部に配置されている。なお、図示の例では供給口２４は供給管２３の先端部に開口しているが、供給管２３の側面に開口するものやそれらの組合せであっても良い。
【００５０】
ところで、化学蓄熱装置４における発熱時に、蓄熱剤容器１１内に水（Ｈ2Ｏ）を供給した際に、塩化カルシウム（ＣａＣｌ2）と水（Ｈ2Ｏ）とが即座に反応して発熱し、発生した熱の一部により水（Ｈ2Ｏ）が気化して水蒸気が発生する場合がある。しかし、本実施形態に係る化学蓄熱装置４では、供給口２４を蓄熱状態での塩化カルシウム（ＣａＣｌ2）に埋設させて配置しているので、蓄熱剤容器１１内を上方に移動する水蒸気は、供給口２４よりも上方に収容された塩化カルシウム（ＣａＣｌ2）と順次反応することになる。そのため、蓄熱剤容器１１内において塩化カルシウム（ＣａＣｌ2）と水（Ｈ2Ｏ）及び水蒸気とが反応する機会をより多く確保することができるので、発熱量を増大させることができる。また、水蒸気が熱とともに上方に逃げてしまうのを抑制して、水蒸気が有する熱をも有効利用することができる。従って、熱交換管３１を流通するエンジン冷却水が熱交換により回収し得る熱量を増大させることができる。
【００５１】
なお、蓄熱剤容器１１内において供給口２４が蓄熱状態での塩化カルシウム（ＣａＣｌ2）に埋設されているので、蓄熱剤容器１１内に収容される塩化カルシウム（ＣａＣｌ2）と作動液容器２１との間の間隔を狭くすることができる。更に、本実施形態においては、略円筒状の蓄熱剤容器１１が排気管３の外周を取り囲んで配置されると共に、蓄熱剤容器１１の外周面に沿った略円弧状の断面形状の作動液容器２１が蓄熱剤容器１１の上方に配置されている。これにより、化学蓄熱装置４、ひいては熱交換装置１の全体をコンパクトに構成することが可能となっている。従って、本実施形態に係る熱交換装置１では、コンパクトな構成で回収熱量の増大を図ることが可能となっている。
【００５２】
更に、本実施形態においては、作動液を水（Ｈ2Ｏ）とすると共に、蓄熱剤が、水和した状態で液体となり、水と解離（脱水）した状態で固体となる物質の一つである塩化カルシウム（ＣａＣｌ2）とされている。この場合、化学蓄熱装置４における発熱時には、塩化カルシウム（ＣａＣｌ2）の一部は水和して液化することによりその体積が小さくなる。そのため、蓄熱剤容器１１内において供給口２４よりも上方に収容された塩化カルシウム（ＣａＣｌ2）は、発生した水蒸気により水和が進行することでくずれやすくなり、供給口２４よりも下方に収容された塩化カルシウム（ＣａＣｌ2）の液化により空いた空間に自重により落下して、蓄熱財容器１１の収容空間１２の下部に溜まった水（Ｈ2Ｏ）と反応して水和することになる。よって、蓄熱状態での塩化カルシウム（ＣａＣｌ2）に供給口２４が埋設されていたとしても、最終的には塩化カルシウム（ＣａＣｌ2）の水和反応を十分に行わせることができる。従って、発熱量を増大させて熱交換管３１を流通するエンジン冷却水が熱交換により回収し得る熱量を増大させることができる。結果、エンジン２の始動直後等にエンジン冷却水を短時間で暖めることができる。
【００５３】
化学蓄熱装置４における蓄熱時に、蓄熱剤容器１１内でエンジン２の排ガスの熱を吸熱することにより塩化カルシウムの水和物（ＣａＣｌ2・６Ｈ2Ｏ）から解離する水（Ｈ2Ｏ）は、水蒸気の状態で排出管１３に形成された連通口を介して作動液容器２１内へ戻される（図４（ｂ）を参照）。ここで、排出管１３に形成された連通口のうち、作動液容器２１側に開口する排出口１４は、作動液容器２１内の最上部に設けられている。このときの排出口１４の鉛直方向の位置は、蓄熱反応が完全に完了して作動液容器２１内の水位が最高水位となった際の水面高さよりも十分に高い位置とされている。また、排出管１３は、蓄熱剤容器１１内における蓄熱状態での塩化カルシウム（ＣａＣｌ2）の最上面よりも上側に設けられている。本実施形態においては、排出管１３に形成された連通口のうち、蓄熱剤容器１１側に開口する連通口が、蓄熱剤容器１１内の最上部に設けられることにより、排出管１３の全体が蓄熱状態での塩化カルシウム（ＣａＣｌ2）の最上面よりも上側に設けられている。これにより、蓄熱時に生じ蓄熱剤容器１１内を上方に移動する水蒸気を、効率的に作動液容器２１へと導くことができる。
【００５４】
本実施形態においては、排出管１３の一部に、当該排出管１３内の内径を他の部位に比べて小さく絞った絞り部１５が設けられている。排出管１３内を通って蓄熱剤容器１１から作動液容器２１へと移動する水蒸気は、一旦絞り部１５を通過することにより作動液容器２１内で効果的に膨張する。これにより、作動液容器２１内で水蒸気を急激に冷却して、凝縮・液化することが可能とされている。
【００５５】
本実施形態に係る化学蓄熱装置４は、更に、蓄熱時に蓄熱剤容器１１内でエンジン２の排ガスの熱を吸熱することにより塩化カルシウムの水和物（ＣａＣｌ2・６Ｈ2Ｏ）から解離して蓄熱剤容器１１から作動液容器２１内に排出される水蒸気を冷却するための、各種の冷却機構を備えている。このような冷却機構として、本実施形態においては、図５に示すように、作動液容器２１の外面に立設された複数の外部フィン２６と、作動液容器２１の外面により形成され、その内部空間を貫通する貫通孔２８と、作動液容器２１と一体的に形成され、冷却風を作動液容器２１側へ集める集空部材５１と、を備えている。集空部材５１は、車両が走行するのに伴って相対的に生じる走行風（図５において破線矢印で表示）を、効率的に作動液容器２１側へ供給するように作用する。本例では、集空部材５１は板状の部材により構成され、車両及び化学蓄熱装置４の下部を流れる走行風を効率的に集風することができるようになっている。
【００５６】
集空部材５１により集空された走行風は、互いに隣接する外部フィン２６間の空間及び貫通孔２８の内部の空間を流通する。このとき、複数の外部フィン２６及び貫通孔２８により、作動液容器２１の外面の表面積が大きくなっているので、走行風と作動液容器２１内の水蒸気との間の熱交換を効率的に行うことが可能となっている。また、本実施形態においては、図４に示すように、作動液容器２１の内面に複数の内部フィン２７が立設されている。よって、作動液容器２１の内面の表面積も大きくなっているので、これによっても走行風と作動液容器２１内の水蒸気との間の熱交換を効率的に行うことが可能となっている。なお、この内部フィン２７や貫通孔２８は、作動液容器２１内の水蒸気の流れに対する障害となって水蒸気の運動エネルギーを低下させる機能も果たす。従って、作動液容器２１内で水蒸気をより一層急激に冷却して、凝縮・液化することが可能となっている。
【００５７】
４．供給弁の開閉制御
次に、供給弁２５の開閉制御処理の内容について説明する。図６は、供給弁２５の開閉制御処理の処理手順を示すフローチャートである。なお、本実施形態に係る熱交換装置１を搭載した車両は、車両の各部の動作制御を行なう中核部材としての車両用制御装置を備えており、この車両用制御装置に制御部７（図１を参照）が一体的に組み込まれている。制御部７を含む車両用制御装置は、ＣＰＵ等の演算処理装置を中核部材として備えると共に、当該演算処理装置からデータを読み出し及び書き込みが可能に構成されたＲＡＭ（ランダム・アクセス・メモリ）や、演算処理装置からデータを読み出し可能に構成されたＲＯＭ（リード・オンリ・メモリ）等の記憶装置等を有して構成されている。そして、以下に説明する供給弁２５の開閉制御処理の手順は、制御部７により実行される。
【００５８】
本実施形態に係る弁開閉制御処理では、エンジン２が始動すると（ステップ＃０１：Ｙｅｓ）、まず制御部７は、冷却水温度センサＳｅ１により検出されるエンジン冷却水の水温が、所定の冷間温度Ｔｃ未満であるか否かを判定する（ステップ＃０２）。ここで、所定の冷間温度Ｔｃは、エンジン２及びエンジン２に封入されたエンジンオイルを暖機するためにエンジン冷却水を加熱することが必要とされる温度であり、例えば５０〜７０℃に設定される。本例では「６０℃」に設定されている。エンジン冷却水の水温が６０℃未満であると判定された場合には（ステップ＃０２：Ｙｅｓ）、次に制御部７は、水量センサＳｅ２により検出される作動液容器２１内の水量が、所定量Ｖｓ以上であるか否かを判定する（ステップ＃０３）。ここで、所定量Ｖｓは、蓄熱反応が十分に進行したとみなすことができるような水量であり、例えば蓄熱反応が完全に完了した時点における水量（以下、最高水量）を基準として８０〜１００％に相当する水量が設定される。本例では「８５％」に設定されている。
【００５９】
作動液容器２１内の水量が、最高水量の８５％以上であると判定された場合には（ステップ＃０３：Ｙｅｓ）、制御部７は供給弁２５を開弁させて、作動液容器２１から蓄熱剤容器１１へ水（Ｈ2Ｏ）を供給させる（ステップ＃０４）。供給弁２５の開弁状態は、所定時間Ｔｓが経過するまで維持され、その後所定時間Ｔｓが経過すると（ステップ＃０５：Ｙｅｓ）制御部７は供給弁２５を閉弁させる（ステップ＃０６）。なお、このときの所定時間Ｔｓは、作動液容器２１に収容された水（Ｈ2Ｏ）の全量が蓄熱剤容器１１へ供給されるような時間とされる。そのため、所定時間Ｔｓとしては、最高水量の水（Ｈ2Ｏ）を蓄熱剤容器１１へ供給するのに要する時間に等しいか、それより長い時間が設定されていると好適である。このようにして、化学蓄熱装置４において発熱反応を進行させて、エンジン冷却水を早期に暖めることができる。
【００６０】
一方、エンジン冷却水の水温が６０℃以上であると判定された場合には（ステップ＃０２：Ｎｏ）、制御部７は供給弁２５を閉弁状態のまま維持する（ステップ＃０７）。これは、エンジン冷却水が既に十分に暖まっているため、エンジン冷却水を加熱する必要性があまり高くないからである。また、作動液容器２１内の水量が、最高水量の８５％未満であると判定された場合にも（ステップ＃０３：Ｎｏ）、制御部７は供給弁２５を閉弁状態のまま維持する（ステップ＃０７）。これは、作動液容器２１内の水量が少ない場合には、その時点における作動液容器２１内の水（Ｈ2Ｏ）の全量を蓄熱剤容器１１へ供給したとしても、十分な発熱量を得ることができないような状況も生じ得るからである。すなわち、そのような場合には供給弁２５を閉弁状態に維持することにより、蓄熱のための準備を行なう。これにより、次回の蓄熱を早期に完了させることができる。
【００６１】
〔その他の実施形態〕
（１）上記の実施形態においては、供給口２４が、蓄熱剤容器１１内において蓄熱状態での塩化カルシウム（ＣａＣｌ2）が占める領域のうち、上下方向の中央部に配置されている場合を例として説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されない。すなわち、供給口２４は蓄熱状態での塩化カルシウム（ＣａＣｌ2）に埋設されていれば良く、例えば蓄熱状態での塩化カルシウム（ＣａＣｌ2）が占める領域のうち、上部又は下部に配置された構成とすることも、本発明の好適な実施形態の一つである。
【００６２】
（２）上記の実施形態においては、排出管１３が、蓄熱剤容器１１内における蓄熱状態での塩化カルシウム（ＣａＣｌ2）の最上面よりも上側に設けられている場合を例として説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されない。すなわち、排出管１３が、蓄熱剤容器１１内における蓄熱状態での塩化カルシウム（ＣａＣｌ2）の最上面よりも下側に設けられた構成とすることも、本発明の好適な実施形態の一つである。但し、この場合、作動液容器２１と蓄熱剤容器１１との間の水（Ｈ2Ｏ）の循環を良好に維持するという観点からは、排出管１３は少なくとも供給口２４よりも上方に配置されているのが好ましい。
【００６３】
（３）上記の実施形態においては、蓄熱材容器１１が排気管３と同心状に、当該排気管３の外周を取り囲んで配置されている場合を例として説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されない。すなわち、蓄熱材容器１１は少なくとも排気管３の外周面に沿って配置されていれば良く、排気管３の外周面の一部（例えば上半分）を部分的に取り囲んで配置された構成とすることも、本発明の好適な実施形態の一つである。
【００６４】
（４）上記の実施形態においては、蓄熱剤容器１１が略円筒状の形状を有して構成されており、直管状に形成された排気管３と同心状に配置されている場合を例として説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されない。すなわち、例えば蓄熱剤容器１１の形状を箱状とすることも、本発明の好適な実施形態の一つである。この場合、作動液容器１１は、例えば蓄熱剤容器１１の外周面に沿った箱状の断面形状を有して構成されていると好適である。
【００６５】
（５）上記の実施形態においては、熱交換管３１が複数の直管部３２と複数の曲管部３３とを備え、これらが交互に接続されて１本の管状流路を形成している場合を例として説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されない。すなわち、例えば複数本の管状流路が形成された構成とすることも、本発明の好適な実施形態の一つである。また、管状流路の本数によらず、熱交換管３１の具体的形状は任意に設定することができる。例えば管状流路が１本の場合に熱交換管３１の形状を螺旋状としたり、管状流路が複数本の場合にそれぞれの熱交換管３１の形状を直管状としたりすることも、本発明の好適な実施形態の一つである。
【００６６】
（６）上記の実施形態においては、蓄熱剤容器１１内において所定間隔を空けて並べて配置された冷却水入口３４と冷却水出口３５との間に、断熱壁としての仕切壁１６が設けられている場合を例として説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されない。すなわち、このような仕切壁１６を備えず、例えば蓄熱剤容器１１の内部の収容空間１２が全周に亘ってつながっている構成とすることも、本発明の好適な実施形態の一つである。
【００６７】
（７）上記の実施形態においては、排出管１３の一部に、当該排出管１３内の内径を他の部位に比べて小さく絞った絞り部１５が設けられている場合を例として説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されない。すなわち、このような絞り部１５を備えず、例えば排出管１３を、その内径が均一な管状の部材として構成とすることも、本発明の好適な実施形態の一つである。
【００６８】
（８）上記の実施形態においては、蓄熱剤容器１１と作動液容器２１とは所定間隔を空けて配置され、これらの間に断熱層としての空気層が形成されている場合を例として説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されない。すなわち、例えば蓄熱剤容器１１と作動液容器２１との間の空間に、シリカウール等を有して構成された断熱部材を介挿して備えた構成とすることも、本発明の好適な実施形態の一つである。
【００６９】
（９）上記の実施形態においては、蓄熱時に蓄熱剤容器１１内でエンジン２の排ガスの熱を吸熱することにより塩化カルシウムの水和物（ＣａＣｌ2・６Ｈ2Ｏ）から解離して蓄熱剤容器１１から作動液容器２１内に排出される水蒸気を冷却するための冷却機構として、外部フィン２６、貫通孔２８、及び集空部材５１の三つの機構を備えている場合を例として説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されない。すなわち、このような冷却機構を備えていない構成とすることも、本発明の好適な実施形態の一つである。また、冷却機構を備えた構成とする場合には、これらのうちの少なくとも一つ以上を備える構成とすれば良い。或いは、蓄熱剤容器１１から作動液容器２１内に排出される水蒸気を冷却して、凝縮・液化を促進することができるものであれば、これら以外の形態の冷却機構を備える構成としても良い。
【００７０】
（１０）上記の実施形態においては、化学蓄熱装置４における作動液を水（Ｈ2Ｏ）とすると共に、蓄熱剤を、水和した状態で液体となり水と解離（脱水）した状態で固体となる物質の一つである塩化カルシウム（ＣａＣｌ2）とした場合を例として説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されない。すなわち、蓄熱剤として臭化カルシウム（ＢｒＣｌ2）、塩化リチウム（ＬｉＣｌ）、臭化リチウム（ＬｉＢｒ）等を用いる構成とすることも、本発明の好適な実施形態の一つである。また、蓄熱剤と作動液との反応により発熱すると共に、熱源からの熱を吸熱して蓄熱剤と作動液とに解離する可逆反応を引き起こすものであれば、化学蓄熱装置４における作動液と蓄熱剤との組み合わせは任意に設定することができる。
【００７１】
（１１）上記の実施形態においては、弁開閉制御処理では、エンジン２の始動をトリガーとして、制御部７がエンジン冷却水の水温が所定の冷間温度Ｔｃ未満であるか否かを判定する場合を例として説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されない。すなわち、本実施形態のようにエンジン冷却水の温度を早期に加熱することによりエンジン２の暖機促進を図る場合には、例えば車両の主電源のオン動作や、車両ドアの開閉動作、運転座席に対する着席動作等をトリガーとして、制御部７がエンジン冷却水の水温が所定の冷間温度Ｔｃ未満であるか否かを判定する構成としても好適である。
【００７２】
（１２）上記の実施形態においては、化学蓄熱装置４が、排気管３に沿って三元触媒５に対して下流側に隣接して配置されている場合を例として説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されない。すなわち、排気管３に沿って配置される化学蓄熱装置４の位置は適宜変更が可能であり、例えば三元触媒５よりも上流側に配置したり、三元触媒５の更に下流側に設けられる、エンジン２の燃焼室において混合気が燃焼する際の爆発音を低減するための消音装置（所謂、マフラー）に隣接させて配置したりすることも、本発明の好適な実施形態の一つである。
【００７３】
（１３）上記の実施形態においては、化学蓄熱装置４の発熱により生じる熱を利用して、熱交換管３１を流通するエンジン冷却水を加熱する場合を例として説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されない。すなわち、例えばエンジンオイルや自動変速機専用オイル（ＡＴＦ）等を熱交換管３１を流通させ、化学蓄熱装置４の発熱により生じる熱を利用してこれらを加熱する構成とすることも、本発明の好適な実施形態の一つである。
【００７４】
（１４）上記の実施形態においては、化学蓄熱装置４における蓄熱反応では、エンジン２から排出される排ガスの熱を熱源として利用する場合を例として説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されない。すなわち、エンジンから発生する発生熱を熱源とするのであれば、例えばエンジン２の暖機後において、昇温後のエンジン冷却水の熱を熱源として利用する構成とすることも、本発明の好適な実施形態の一つである。
【産業上の利用可能性】
【００７５】
本発明は、蓄熱剤と作動液との反応により発熱すると共に、エンジンから発生する発生熱を熱源とし、当該発生熱を吸熱して蓄熱剤と作動液とに解離する可逆反応に伴って蓄熱及び発熱を行う化学蓄熱装置と、化学蓄熱装置との間で熱交換されるエンジン冷却水が流通する熱交換部とを備えた、例えばエンジン冷却水を加熱するための熱交換装置に好適に利用することができる。
【符号の説明】
【００７６】
１        熱交換装置
２        エンジン
３        排気管
４        化学蓄熱装置
５        三元触媒
１１      蓄熱剤容器
１２      収容空間
１３      排出管
１５      絞り部
１６      仕切壁（断熱壁）
２１      作動液容器
２２      収容空間
２４      供給口
２６      外部フィン（フィン、冷却機構）
２８      貫通孔（冷却機構）
３１      熱交換管（熱交換部）
３４      冷却水入口（流体入口）
３５      冷却水出口（流体出口）
５１      集空部材（冷却機構）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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