(57)【要約】      （修正有）【課題】装置を小型・軽量化できるとともに、短時間に大量の熱を取り出して、車両各部の暖機を行うことができ、また、暖機対象部位までの配管等を容易に設けることができる車両用暖機システムを提供する。【解決手段】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、車両内の熱源で発生した熱を上記蓄熱器に蓄積する蓄熱行程と、上記蓄熱器に蓄積した熱を、気体熱媒体を介して暖機対象部材２に移動させて暖機を行う暖機行程とを含み、上記蓄熱器は、熱伝導性構造体の空隙に固体蓄熱物質を保持させて構成されているとともに通気性を有する蓄熱構造体を備え、上記気体熱媒体は上記蓄熱構造体の内部を流動させられて熱交換を行うように構成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、
車両内の熱源で発生した熱を上記蓄熱器に蓄積する蓄熱行程と、
上記蓄熱器に蓄積した熱を、気体熱媒体を介して暖機対象部材に移動させて暖機を行う暖機行程とを含み、
上記蓄熱器は、熱伝導性構造体の空隙に固体蓄熱物質が保持されているとともに通気性を有する蓄熱構造体を備え、
上記気体熱媒体は上記蓄熱構造体の内部を流動させられて熱交換を行うように構成されている、車両用暖機システム。
【請求項２】
連続気孔を有する熱伝導性多孔質体に上記固体蓄熱物質を保持させて構成された蓄熱構造体を備える、請求項１に記載の車両用暖機システム。
【請求項３】
上記蓄熱構造体は、固体蓄熱物質を保持した蓄熱部と、上記気体熱媒体を流動させる熱交換部とを備え、
上記気体熱媒体を、上記熱交換部に流動させることにより熱交換が行われる、請求項１又は請求項２のいずれかに記載の車両用暖機システム。
【請求項４】
上記暖機対象部材に、上記気体熱媒体との熱交換を行う熱交換器を設けた、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載した車両用暖機システム。
【請求項５】
上記熱交換器は、上記気体熱媒体が流動させられる連続気孔を有する熱伝導性の多孔質熱交換部材を備えて構成される、請求項４に記載の車両用暖機システム。
【請求項６】
上記熱交換器は、気体が流動させられる領域の表面に上記気体熱媒体との熱交換を行う凹凸部を備えて構成される、請求項４又は請求項５のいずれか１項に記載の車両用暖機システム。  
【請求項７】
上記熱交換器は、上記気体熱媒体との熱交換を行うフィンを備えて構成される、請求項４又は請求項５のいずれか１項に記載の車両用暖機システム。
【請求項８】
上記熱源が車両の駆動部であり、上記駆動部を冷却する熱媒体を介して、上記蓄熱器に熱が蓄熱される、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の車両用暖機システム。
【請求項９】
上記熱源が電気ヒータであり、上記電気ヒータで上記蓄熱構造体を直接加熱し、又は熱媒体を介して加熱することにより蓄熱を行う、請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の車両用暖機システム。
【請求項１０】
上記暖機対象部材が、エンジン、トランスミンション、パワートレインを構成する部材及び／又はこれら部材に供給される潤滑油である、請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の車両用暖機システム。
【請求項１１】
上記暖機対象部材が、バッテリー、燃料電池を構成する部材である、請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の車両用暖機システム。
【請求項１２】
上記暖機対象部材が、室内空気、座席シート、窓ガラス、ウォシャータンク及びウォシャー液パイプである、請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の車両用暖機システム。
【請求項１３】
気体熱媒体を介して車両各部の暖機を行う車両用暖機システムを構成する蓄熱器であって、
熱伝導性構造体の空隙に固体蓄熱物質が保持されているとともに通気性を有する蓄熱構造体を備え、
上記気体熱媒体は上記蓄熱構造体の内部を流動させられて熱交換を行うように構成されている、蓄熱器。
【請求項１４】
連続気孔を有する熱伝導性多孔質体に上記固体蓄熱物質を保持させて構成された蓄熱構造体を備える、請求項１３に記載の蓄熱器。
【請求項１５】
上記蓄熱構造体は、上記熱伝導性構造体に蓄熱物質を保持して構成される蓄熱部と、気体熱媒体を流動させる熱交換部とを備え、
上記気体熱媒体を、上記熱交換部に流動させることにより熱交換を行うように構成されている、請求項１３又は請求項１４のいずれか１項に記載の車両暖機用蓄熱器。
【請求項１６】
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蓄熱物質である、請求項１３から請求項１５のいずれか１項に記載の蓄熱器。
【請求項１７】
気体熱媒体を介して車両各部の暖機を行う車両暖機システムを構成する暖機用熱交換器であって、
気体熱媒体を流動させる連続気孔を設けた熱伝導性多孔質体を備える、暖機用熱交換器。
【請求項１８】
気体熱媒体を介して車両各部の暖機を行う車両暖機システムを構成する暖機用熱交換器であって、
暖機対象物に、直接又は取付部材を介して接合されているとともに、
気体が流動させられる領域の表面に上記気体熱媒体との熱交換を行う凹凸部を備えて構成される、暖機用熱交換器。
【請求項１９】
気体熱媒体を介して車両各部の暖機を行う車両暖機システムを構成する暖機用熱交換器であって、
暖機対象物に、直接又は取付部材を介して接合されているとともに、上記気体熱媒体と熱交換を行うフィンを備える、暖機用熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、車両用暖機システムに関する。詳しくは、駆動部等の車両内の熱源で生じた熱を蓄熱するとともに、気体熱媒体を介して車両各部を暖機できる車両用暖機システム、これに用いる蓄熱器及び暖機用熱交換器に関する。
【０００２】
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、蓄熱装置を備えた内燃機関が提供されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−１３８８３３号
【特許文献２】特開２００５−３５３３２７号
【０００４】
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熱した熱を、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）を加熱できるように構成されている。
【０００５】
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。
【０００６】
一方、ハイブリッド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。
【０００７】
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。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
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対象部材に移動させ、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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
また、熱媒体として冷却水を利用しているため、上記ＡＴＦウォーマに到る配管に水密性と断熱性が要求される。このため、装置が複雑になるとともに、製造コストも増加する。
【００１２】
さらに、効果的な暖機運転を行うには、短時間に、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。
【００１３】
特許文献２に記載されている燃料電池車においても、上記特許文献１と同様に、水やオイルを熱媒体として用いており、上記特許文献１に記載された発明と同様の問題が発生する。また、水やオイルを熱媒体と採用する場合、蓄熱器からの配管に水密性及び断熱性が要求されるため、暖機できる部材が限定されるという問題もある。特に、電池を暖機する場合、液状の熱媒体が漏れ出ると、システムが停止する恐れがあるため、高い水密性が要求される。
【００１４】
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、車両各部の暖機を行うことができるとともに、暖機対象部材までの配管等を容易に設けることができる車両用暖機システムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本願の請求項１に記載した発明は、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、車両内の熱源で発生した熱を上記蓄熱器に蓄積する蓄熱行程と、上記蓄熱器に蓄積した熱を、気体熱媒体を介して暖機対象部材に移動させて暖機を行う暖機行程とを含み、上記蓄熱器は、熱伝導性構造体の空隙に固体蓄熱物質が保持されているとともに通気性を有する蓄熱構造体を備え、上記気体熱媒体は上記蓄熱構造体の内部を流動させられて熱交換を行うように構成されている。
【００１６】
本願発明に係る車両用暖機システムにおいては、車両内の熱源で発生した熱を上記蓄熱器に蓄熱する蓄熱行程が行われる。車両内の熱源は特に限定されることはない。請求項８に記載した発明のように、上記熱源が車両の駆動部であり、上記駆動部を冷却する熱媒体を介して、上記蓄熱器に熱が蓄熱されるように構成することができる。たとえば、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。
【００１７】
ハイブリッド車や電気自動車においては、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。これら、部材は、過熱するのを防止するために熱媒体を用いて冷却するように構成されており、上記熱媒体を介して冷却部材から出る排熱を上記蓄熱器に蓄熱することができる。
【００１８】
なお、熱源は駆動部の排熱に限定されることはない。たとえば、請求項９に記載した発明のように、上記熱源として電気ヒータを採用し、上記電気ヒータで上記蓄熱構造体を直接加熱し、又は熱媒体を介して蓄熱構造体を加熱することにより蓄熱を行うように構成することもできる。また、回生ブレーキ等で発生した余剰の電力を熱エネルギの形で蓄えることもできる。
【００１９】
本願発明では、上記蓄熱器に蓄熱された熱を、気体熱媒体を介して暖機対象部材に移動させて暖機を行う。上記気体熱媒体として、空気を採用することができる。また、チッソ等の不活性ガスを採用することもできる。
【００２０】
気体熱媒体を採用することにより、水等の液状熱媒体を採用する場合に比べて装置の重量を格段に低減させることができる。また、上記気体熱媒体が配管等から漏れ出た場合にも、液状熱媒体のように重大な事態が発生することはなく、配管等に高い気密性が要求されることもない。
【００２１】
また、気体熱媒体は、液状熱媒体に比べて流動抵抗が格段に小さい。このため、狭い流路を高い速度で通過させることができる。したがって、熱交換用のフィン等の密度を大きく設定することが可能となり、大きな熱交換面積を備える蓄熱器や熱交換器を構成できる。これにより、短時間に大量の熱を交換することが可能となる。
【００２２】
さらに、本願発明に係る上記蓄熱器は、熱伝導性構造体の空隙に固体蓄熱物質を保持させて構成されているとともに通気性を有する蓄熱構造体を備える。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た蓄熱構造体を構成できる。
【００２３】
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。しかも、本願発明では、上記蓄熱構造体が通気性を有するように構成されているため、上記気体熱媒体と蓄熱構造体との間で直接熱交換させることが可能となる。すなわち、熱媒体が流動するパイプを介することなく、熱媒体と蓄熱構造体との間で熱交換を行わせることが可能となる。これにより、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る。
【００２４】
たとえば、請求項２に記載した発明のように、上記蓄熱器を、連続気孔を有する熱伝導性多孔質体に上記固体蓄熱物質を保持させて構成された蓄熱構造体を備えて構成することができる。
【００２５】
上記構成における蓄熱構造体は、上記固体蓄熱物質を一部に保持させることにより、蓄熱構造体自体を、連続気孔を有する多孔質状に形成し、この連続気孔内に気体熱媒体を流動させるように構成することができる。また、蓄熱物質を多孔質体の全体に充填して、他の部分に気体熱媒体を流動させる構造を設けて構成することもできる。この構成によって、蓄熱構造体の内部に、直接気体熱媒体を流動させて、上記蓄熱構造体と上記気体熱媒体との間で熱交換させることが可能となる。これにより、気体熱媒体と蓄熱構造体とを、非常に大きな熱交換面を介して、しかも直接熱交換させることが可能となり、短時間に大量の熱を交換することが可能となる。しかも、空気等の気体熱媒体は粘度が低いため、蓄熱構造体内部の連続気孔中を流動する場合の抵抗も小さく、蓄熱構造体の内部に大量の気体熱媒体を流動させることが可能となる。
【００２６】
通気性を備えるとともに、上記固体蓄熱物質を保持できれば、種々の熱伝導性多孔質体を採用できる。たとえば、銅、ニッケル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、蓄熱構造体内部において熱移動が迅速に行われる。
【００２７】
上記金属多孔質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２６８６００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、蓄熱構造体を形成することができる。
【００２８】
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。また、気体熱媒体が通過する際の流動抵抗を小さくすることができる。
【００２９】
必要な通気性を確保できれば、上記熱伝導性多孔質体における上記固体蓄熱物質の保持量や保持形態も特に限定されることはない。たとえば、上記熱伝導性多孔質体の上記空隙の全表面に上記蓄熱物質を積層保持させて蓄熱構造体を構成することができる。この場合、多孔質体の全表面が蓄熱物質で覆われた構造を備えるため、熱容量の大きい蓄熱構造体を構成できる。
【００３０】
固体蓄熱物質を保持させた状態での蓄熱構造体の空隙率は、必要な熱容量、熱媒体の流動速度等によって設定することができる。空気を熱媒体として利用する場合、蓄熱構造体の空隙率を５０％以下に設定するのが好ましい。これにより、熱容量及び通気性を確保しながら、放熱効果を実現することができる。一方、空隙率を５％以上に設定するのが好ましい。５％以下の場合、蓄熱構造体中に連続気孔を形成しにくく、蓄熱構造体中に熱媒体の通路を確保するのが困難になる。
【００３１】
上記固体蓄熱物質を、上記多孔質体の内部に均一に分散保持させることができる。また、多孔質体の所定の領域において蓄熱物質を保持させる一方、蓄熱物質を保持させない部分あるいは、保持量を小さく設定して空隙率を大きく設定した部分を設けて蓄熱構造体を構成できる。たとえば、請求項３に記載した発明のように、固体蓄熱物質を保持した蓄熱部と、上記気体熱媒体を流動させる熱交換部とを備えて上記蓄熱構造体を構成できる。この構成を採用することにより、蓄熱部に大量の熱を蓄熱できるとともに、熱伝導率の大きな上記多孔質体の空隙表面を利用して気体熱媒体と熱交換させることができる。
【００３２】
一体の多孔質体の所定の領域に蓄熱物質を充填する手法として、重力や遠心力を利用した手法を採用できる。なお、上記蓄熱部は、通気性がない程度に固体蓄熱物質を充填することもできるし、通気性を持たせて構成することもできる。また、所要の通気性を確保できれば、上記熱交換部に上記固体蓄熱物質を保持させることもできる。
【００３３】
上記固体蓄熱物質として、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構造体（登録商標ＭＨＳシリーズ）を採用することができる。
【００３４】
上記潜熱蓄熱構造体は、蓄熱温度３２℃〜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、大量の熱を蓄熱することが可能となる。
【００３５】
本願発明に係る暖機システムにおいては、加熱した気体熱媒体を暖機部材に直接吹きかけて作用させたり、請求項４に記載した発明のように、暖機対象部材に上記気体熱媒体との熱交換を行う暖機用の熱交換器を設けたりすることができる。たとえば、エンジンの吸気部や燃料噴射部に、上記蓄熱機において加熱した空気を供給し、これら部位を暖機して燃料の気化を促進させることができる。さらに、吸気ポートに上記加熱空気を供給して燃料混合気を調製することにより、燃焼室の温度が低い場合でも燃料を十分気化させることが可能となる。これにより、低温始動時における不完全燃焼や燃費の低下を防止することができる。また、不完全燃焼による有害物質の発生を低減させることも可能となる。
【００３６】
上記熱交換器の構成も特に限定されることはない。たとえば、暖機対象部材の周囲に加熱した気体熱媒体を流動させる配管を接合等して、上記配管を介して熱を伝導させることができる。また、請求項５に記載した発明のように、上記熱交換器を、上記気体熱媒体が流動させられる連続気孔を有する熱伝導性の多孔質熱交換部材を備えて構成することができる。
【００３７】
上記熱伝導性の多孔質熱交換部材として、上記蓄熱器の蓄熱構造体を構成する熱伝導性多孔質体を採用することができる。上記気体熱媒体を流動させる上記多孔質熱交換部材を暖機対象物に直接接合して熱交換器を構成できる。たとえば、トランスミッションケースの外壁に上記多孔質熱交換部材を接合して、上記気体熱媒体を通過させるように構成することができる。また、気体熱媒体が流動させられる上記多孔質熱交換部材の内部に、トランスミッションオイル等を流動させる配管を設けて、熱交換器を構成できる。
【００３８】
また、請求項６に記載した発明のように、上記熱交換器を、気体が流動させられる領域の表面に上記気体熱媒体との熱交換を行う凹凸加工を備えて構成することができる。また、請求項７に記載した発明のように、上記気体熱媒体との熱交換を行うフィンを備えて構成することもできる。なお、上記フィンを、上記暖機対象物に直接設けて熱交換器を構成することができる。また、上記フィンを、トランスミッションオイル等を循環させる配管等に設けて熱交換器を構成できる。
【００３９】
請求項８に記載した発明は、上記熱源として車両の駆動部を採用したものである。駆動部を熱源とする場合、上記駆動部を冷却する熱媒体を介して、上記蓄熱器に熱を蓄熱することができる。
【００４０】
たとえば、内燃機関を駆動源とする車両においては、エンジンやトランスミッション等の駆動部において生じた排熱を、冷却液を介してラジエータに移動させ、放熱させるように構成する場合が多い。このような構成の車両では、高温の冷却液を上記蓄熱器内に流動させることにより、駆動部の排熱を蓄熱することができる。
【００４１】
また、ハイブリッド自動車や電気自動車では、駆動部であるモータやパワーモジュールの排熱を、冷却液を介して蓄熱器内に流動させて蓄熱することができる。
【００４２】
請求項１０に記載した発明は、上記暖機対象部材として、エンジン、トランスミンション、パワートレインを構成する部材及び／又はこれら部材に供給される潤滑油を採用したものである。これら部材を始動時に暖機することにより、フリクションを減少させ、摺動部等の摩耗を低減させることができるとともに、燃費の向上を期待できる。また、排気中の有害物質の減少を期待できる。
【００４３】
請求項１１に記載した発明は、上記暖機対象部材として、バッテリー、燃料電池を構成する部材を採用したものである。電気自動車や燃料電池自動車において、これら部材を暖機することにより、エネルギ効率を向上させることができる。たとえば、電気自動車の電池ケースのまわりに、上記気体熱媒体を流動させることができる。
【００４４】
また、燃料電池車では、燃料電池のセルに供給する空気や燃料ガスを加熱することにより、  低温始動性（例えば、始動時のエネルギ発生効率）を向上させることができる。また、発生した水分が凝固するのを抑制するために上記気体熱媒体を用いることができる。
【００４５】
請求項１２に記載した発明は、上記暖機対象部材として、室内空気、座席シート、窓ガラス、ウォシャータンク及びウォシャー液パイプを採用したものである。
【００４６】
寒冷地においては、これら部材が凍り付く場合がある。これら部材の暖機を行うことにより、短時間で安全に走行できる状態とすることが可能となる。たとえば、熱媒体として空気を採用し、上記蓄熱器からデフロスターに到る暖機回路を設けるとともに、始動時に窓ガラスや室内に加熱空気を吹き出すように構成することができる。また、停車時に座席内に加熱空気が循環する配管を設けることもできる。
【００４７】
請求項１３に記載した発明は、気体熱媒体を介して車両各部の暖機を行う車両用暖機システムを構成する蓄熱器であって、熱伝導性構造体の空隙に固体蓄熱物質が保持されているとともに通気性を有する蓄熱構造体を備え、上記気体熱媒体は上記蓄熱構造体の内部を流動させられて熱交換を行うように構成したものである。
【００４８】
請求項１４に記載した発明は、上記熱交換器を、連続気孔を有する熱伝導性多孔質体に上記固体蓄熱物質を保持させて構成された蓄熱構造体を備えたものである。
【００４９】
請求項１５に記載した発明は、上記蓄熱構造体を、上記熱伝導性構造体に蓄熱物質を保持して構成される蓄熱部と、気体熱媒体を流動させる熱交換部とを備えて構成し、上記気体熱媒体を、上記熱交換部に流動させることにより熱交換を行うように構成したものである。
【００５０】
請求項１６に記載した発明は、上記固体蓄熱物質として、固体形状を保持したまま潜熱を蓄熱できる蓄熱物質を採用したものである。
【００５１】
請求項１７に記載した発明は、気体熱媒体を介して車両各部の暖機を行う車両用暖機システムを構成する暖機用熱交換器であって、気体熱媒体を流動させる連続気孔を設けた熱伝導性多孔質体を備えて構成したものである。請求項１８に記載した発明は、気体熱媒体を介して車両各部の暖機を行う車両暖機システムを構成する暖機用熱交換器であって、暖機対象物に、直接又は取付部材を介して接合されているとともに、気体が流動させられる領域の表面に上記気体熱媒体との熱交換を行う凹凸部を備えて構成されたものである。また、請求項１９に記載した発明は、気体熱媒体を介して車両各部の暖機を行う車両用暖機システムを構成する暖機用熱交換器であって、暖機対象物に、直接又は取付部材を介して接合されているとともに、上記気体熱媒体を熱交換を行うフィンを備えるものである。
【発明の効果】
【００５２】
連続気孔を有する熱伝導性構造体の空隙に固体蓄熱物質を保持されているとともに通気性を有する蓄熱構造体を採用し、この上記蓄熱構造体と熱交換させられる気体熱媒体を介して暖機を行うことにより、装置を小型化できる。また、短時間に大量の熱を取り出して、車両各部の暖機を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】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。
【図２】蓄熱器の構造を示す断面図である。
【図３】図２における III−III 線に沿う断面図である。
【図４】蓄熱構造体を製造する手法を示す説明図である。
【図５】蓄熱構造体の内部構造の一例を模式的に示す断面図である。
【図６】熱交換機の一例を示す断面図である。
【図７】第２の実施形態に係る蓄熱器の構造を示す軸断面図である。
【図８】図７におけるVIII−VIII線に沿う断面図である。
【図９】第３の実施形態に係る蓄熱器の構造を示す軸断面図である。
【図１０】第４の実施形態に係る熱交換器構造を示す軸断面図である。
【図１１】第５の実施形態に係る熱交換器構造を示す軸断面図である。
【図１２】本願発明に係る第２の暖機システムの概略回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００５４】
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。
【００５５】
図１から図６に、第１の実施形態に係る暖機システムを示す。第１の実施形態は、本願発明を電気自動車に適用したものである。
【００５６】
図１に、システム構成の概略図を示す。本実施形態に係る車両は、駆動装置としてのモータ２及びパワーモジュール３を備える。上記パワーモジュール３は、たとえば、直流電流から３相交流電流へ変換するためのインバータと、直流電圧を昇圧させるコンバータとを含んで構成される。なお、上記モータ２の種類や上記パワーモジュール３の構成は、特に限定されることはない。
【００５７】
本実施形態に係る電気自動車は、上記モータ２及びパワーモジュール３を冷却するためのラジエータ４を備え、上記モータ２及びパワーモジュール３と上記ラジエータ４とを直列状につなぐようにして、冷却配管５が設けられている。ポンプ６によって、冷却液が上記冷却配管５内を循環させられることにより、上記モータ２及び上記パワーモジュール３で生じた排熱を、冷却液を介して上記ラジエータ４に移動させて放熱させるように構成されている。
【００５８】
本実施形態に係る暖機システム１では、上記モータ２とラジエータ４との間の冷却配管から、３方弁１２，１３を介して蓄熱器７内を貫通する蓄熱用のバイパス回路１８を設け、上記モータ２及び上記パワーモジュール３で発生した排熱を、上記冷却液を介して上記蓄熱器７に蓄熱できるように構成している。
【００５９】
上記暖機システム１は、上記蓄熱器７と、上記モータ２に付属するトランスミッション１０に設けられた熱交換器９と、気体熱媒体を流動させるファン１１と、これら機器の間に気体熱媒体を循環させる暖機配管８とを備えて構成される。なお、必要に応じて、パワーモジュールを冷却するための第２の熱交換器を設けることができる。
【００６０】
作動している上記モータ２から排出される冷却液の温度は、約８０℃であり、本実施形態では、上記冷却液の温度を利用して、上記蓄熱器７に熱を蓄熱する。モータ３から排出される冷却液を上記蓄熱器７に向かうように一方の３方弁１２を操作するとともに、蓄熱器７から排出される冷却液をラジエータ４側に向かうように他方の３方弁１３を操作することにより、上記蓄熱器７内に高温の冷却液が流動させられる。これにより、蓄熱行程が行われる。
【００６１】
本実施形態では、上記蓄熱器７に蓄熱された熱を、気体熱媒体を介して暖機対象部材に移動させて暖機を行う。上記気体熱媒体として、空気を採用することができる。また、チッソ等の不活性ガスを採用することもできる。
【００６２】
気体熱媒体を採用することにより、水等の液状熱媒体を採用する場合に比べて装置の重量を格段に低減させることができる。また、上記気体熱媒体が配管等から漏れ出た場合にも、液状熱媒体のように重大な事態が発生することはなく、配管等に高い気密性が要求されることはない。
【００６３】
また、気体熱媒体は、液状熱媒体に比べて流動抵抗が格段に小さい。このため、狭い流路を高い速度で通過させることができる。したがって、熱交換用のフィン等の密度を大きく設定することが可能となり、大きな熱交換面積を備える蓄熱器や熱交換器を構成できる。これにより、短時間に大量の熱を交換することが可能となる。
【００６４】
暖機運転を行わない時には、冷却液が上記モータ２からラジエータ４に流れるように、上記３方弁１２，１３を操作する。また、蓄熱器の両側に設けた弁１４，１５を閉じることにより、熱媒体の流動を停止させて、蓄熱器内を保温することができる。これにより、従来と同様にモータ２から排出された冷却液は、上記ラジエータ４に流入して上記冷却配管５を循環させられ、上記モータ２及びパワーモジュール３を冷却する。
【００６５】
図２に、第１の実施形態に係る上記蓄熱器７の軸断面図を示す。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を充填するとともに、銅等の熱伝導率の高い金属材料から形成されたパイプ１８ａを貫通させて、入熱用のバイパス回路１８を設けている。上記バイパス回路１８には、上記冷却液が流動させられる。本実施形態では、上記パイプ１８ａを略Ｕ字状に曲折して形成することにより、図面下方から冷却液を蓄熱器７内に導入するとともに、下方に排出できるように構成している。これにより、上記ポンプ６で冷却配管５を循環流動させられる冷却液が上記蓄熱器内７に導入させられ、モータ２等で発生した排熱を蓄熱できるように構成している。
【００６６】
本実施形態における上記蓄熱構造体１７は、連続気孔を備える熱伝導性の多孔質体１９の空隙に、固体状の樹脂蓄熱物質を保持させて構成されている。
【００６７】
図４に、上記蓄熱構造体１７を構成する熱伝導性多孔質体１９の外観形態及び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、これに上記金属多孔質体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、上記金属多孔質体１９の空隙部に充填される。
【００６８】
上記金属多孔質体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％以上のニッケル金属多孔質体を採用している。
【００６９】
上記金属多孔質体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。
【００７０】
本実施形態に係る蓄熱物質２０は、パラフィン、樹脂、その他添加材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構造体（登録商標ＭＨＳシリーズ）を採用することができる。
【００７１】
図５に、上記蓄熱構造体１７の断面を模式的に示す。この図に示すように、金属多孔質体１９の空隙２２に樹脂蓄熱物質２０が充填保持されている。
【００７２】
本実施形態では、金属多孔質体１９の上記空隙内の表面に、上記樹脂蓄熱物質２０が均等に積層されて保持されるとともに、蓄熱構造体１７の全体が通気性を備えるように上記浸漬作業が行われる。本実施形態では、上記多孔質金属体１９の空隙率が２０％となるように、上記蓄熱樹脂２０が充填される。
【００７３】
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次元編目状の金属多孔質体１９の空隙２２に、樹脂蓄熱物質２０を保持させた形態を備える。また、上記金属多孔質体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、主として上記金属多孔質体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、上記金属パイプ１８ａから入熱された熱を、上記蓄熱構造体１７の全域に移動させて蓄熱することができる。したがって、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パイプ１８から蓄熱できる。
【００７４】
また、上記蓄熱構造体１７は、上記金属多孔質体１９の空隙表面に、通気性を確保した形態で上記樹脂蓄熱物質２０が保持されている。このため、図５の矢印で示すように、連続した空隙２２に、気体や液体を流動させることができる。したがって、上記蓄熱構造体１７の内部に空気等の気体熱媒体を通過させることにより、上記樹脂蓄熱物質２０や金属多孔質体１９と、上記熱媒体との間で、直接熱交換を行わせることができる。
【００７５】
しかも、上記蓄熱構造体１７の内部表面積は極めて大きい。したがって、上記空隙２２内で熱媒体を流動させることにより、熱媒体と蓄熱構造体１７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２２を通過する気体熱媒体に短時間に大量の熱を移動させ、所定の暖機部材に移動させて暖機運転を行うことができる。特に、粘度の低い空気等の気体を熱媒体として利用することにより、上記蓄熱構造体１７の内部を流動する抵抗も小さくなり、大量の熱媒体を蓄熱器内に導入することができる。
【００７６】
また、上記蓄熱構造体１７の金属多孔質体１９は、上記パイプ１８ａの外周に接合されている。これにより、冷却液から上記固体蓄熱物質２０に熱を迅速に移動させて蓄熱を行うことができる。上記金属多孔質体１９を上記パイプ１８ａに接合する方法は特に限定されることはなく、圧接の外、ロウ付けや溶接等を利用して接合することができる。
【００７７】
上記暖機対象部材である、トランスミッション１０には、上記気体熱媒体から熱を受け取り、ＡＴＦを暖機するための熱交換器９が設けられている。
【００７８】
図６は、上記熱交換器９の一例を示す断面図である。上記熱交換器９は、断熱性の容器２５内に、上記気体熱媒体が流動させられる連続気孔を有する熱伝導性の多孔質熱交換部材１９ａを充填して構成されている。上記多孔質熱交換部材1９ａとして、上記蓄熱構造体１７を構成する熱伝導性多孔質体１９を採用することができる。
【００７９】
上記容器２５は、上記トランスミッション１０のケーシング２４に気密性をもって取り付けられる。また、上記容器２５は、上記ケーシング２４に向けて開口するように形成されているとともに、上記ケーシング２４の外面と上記容器２５内面との間に上記多孔質熱交換部材１９ａが充填されている。上記容器２４には、蓄熱器７から排出される気体熱媒体を導入する導入口２６と排出口２７とが設けられており、上記導入口２６から加熱された気体熱媒体が導入される。
【００８０】
上記多孔質熱交換部材１９ａを採用することにより、気体熱媒体から短時間で大量の熱を上記ケーシング２４の外面に伝導させることが可能となる。このため、極めて効率よく、上記部材の暖機を行うことができる。熱交換性能を高めるため、上記多孔質熱交換部材１９ａを、上記ケーシング表面に溶接等によって接合するのが望ましい。また、上記ケーシングの表面に、熱伝導性を高めるためのフィン状の熱交換部を設けることもできる。なお、本実施形態では、多孔質熱交換部材１９ａを利用した熱交換器９を採用したが、ＡＴＦウォーマ等の従来の暖機用熱交換器を採用して、トランスミッション１０の内部に充填された潤滑油を暖機するように構成することもできる。
【００８１】
上記構成の上記蓄熱器７と上記熱交換器９とを備える蓄熱システム１を採用することにより、車両始動時の暖機運転を促進することが可能となる。また、燃費の向上を期待できる。
【００８２】
図７及び図８に、第２の実施形態に係る蓄熱器１０７を示す。
【００８３】
蓄熱器１０７は、第１の実施形態と同様に、断熱性を有する円筒状の蓄熱容器１１６内に蓄熱構造体１１７を充填するとともに、銅等の熱伝導率の高い材料から形成された金属パイプ１１８ａを、上記蓄熱容器１１６の軸方向に貫通させて構成されている。上記パイプ１１８ａは、第１の実施形態と同様に、上述したバイパス回路１１８を構成し、冷却管路に３方弁を介して接続される。
【００８４】
本実施形態における上記蓄熱構造体１１７は、連続気孔を備える熱伝導性の多孔質体の空隙に、固体状の樹脂蓄熱物質を充填して形成された蓄熱部１２７と、これら蓄熱部１２７を保持する板状の熱伝導部材１０６と、気体熱媒体が流れる熱交換部１１１とを備えて構成される。なお、上記蓄熱構造体１１７の製造手法は、第１の実施形態と同様であるので説明は省略する。
【００８５】
また、上記熱伝導部材１０６は、図８に示すように、上記パイプ１１８ａの外周部の母線に沿って放射状に延びるように複数設けられている。また、上記熱伝導部材１０６は、上記蓄熱容器１１６の内周壁まで延出させられており、上記パイプ１１８ａの外周部と上記蓄熱容器１１６の内周壁との間に形成された円筒状の空間を、８つの領域に区画している。上記熱伝導部材１０６は、銅等の高い熱伝導率を備える材料から形成されている。
【００８６】
上記熱伝導部材１０６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、上記樹脂蓄熱物質を充填した多孔質体が充填されて蓄熱部１２７が形成されている。上記蓄熱容器１１６の左右の軸方向壁には、気体熱媒体を導入する導入口１２２と排出口１２３とがそれぞれ設けられている。上記樹脂蓄熱物質を充填した多孔質体が充填されていない領域は、気体熱媒体が流れる熱交換部１１１としている。上記熱交換部に、上記導入口１２２を介して、気体熱媒体が導入されるとともに、上記排出口１２３から加熱された気体熱媒体が排出される。
【００８７】
上記蓄熱構造体１１７と上記蓄熱容器１１６の軸方向壁の間には、上記各熱交換部１１１に連通する通気用の隙間１１２及び１１３が設けられており、上記導入口１２２から導入された気体熱媒体は、導入口側の隙間１１２を介して、上記４つの熱交換部１１１に分かれて軸方向に流動させられる。また、上記排出口側の隙間１１３を介して熱交換を終えた気体熱媒体が集合させられ、上記排出口１２３から暖機配管８へ排出される。
【００８８】
上記蓄熱部１２７と上記熱交換部１１１には、上記熱伝導部材１０６から延出するフィン状の熱交換部材１１４，１１５がそれぞれ延出形成されている。上記熱交換部材１１４，１１５も、上記熱伝導部材１０６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。
【００８９】
上記構成の蓄熱器１０７においては、上記パイプ１１８内を流動する冷却液から上記パイプ１１８ａの周壁を介して、モータからの排熱が蓄熱器１０７内に入熱される。上記パイプ１１８ａの周壁において交換された熱は、上記熱伝導部材１０６を介して、上記蓄熱容器１１６の内部を半径方向外方に移動させられる。上記熱伝導部材１０６は、中間部に樹脂蓄熱物質を充填した多孔質体が充填されているため、上記熱伝導部材１０６の壁部及び上記多孔質体を介して上記樹脂蓄熱物質に熱が蓄熱される。さらに、本実施形態では、熱伝導部材１０６から上記樹脂蓄熱物質を充填した多孔質体の内部に入り混む熱交換部材１１４が延出形成されている。したがって、上記熱伝導部材１０６及び上記パイプ１１８ａから離れた部材に充填された上記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。
【００９０】
また、上記構成を採用することにより、上記パイプ１１８ａから入った熱が、上記蓄熱構造体１１７の内部まで迅速に移動させられる。このため、短時間に大量の熱を、上記蓄熱構造体１１７に蓄熱することが可能となる。
【００９１】
上記熱交換部１１１にも、上記熱伝導部材１０６の表面から、フィン状の熱交換部材１１５が延出させられている。本実施形態に係る上記熱交換部材１１５は、気体熱媒体の流れに沿うように配置されている。なお、熱交換部材を気体熱媒体の流れを一部阻害するように配置することより、気体熱媒体と熱交換部材１１５との接触量を増加させて、熱交換量を増大させることもできる。
【００９２】
上記蓄熱部側の熱交換部材１１４と上記熱伝導部材１０６と上記熱交換部側の熱交換部材１１５は、熱伝導性の高い金属で形成されているため、上記蓄熱物質から上記熱交換部１１１まで、蓄積した熱を迅速に移動させることができる。したがって、第１の実施形態と同様に、上記熱交換部１１１において、気体熱媒体に大量の熱を短時間で放熱することができる。
【００９３】
図９に、第３の実施形態に係る蓄熱器２０７を示す。
【００９４】
この実施形態においては、第１の実施形態と同様の金属多孔質体２１９に、樹脂蓄熱物質２２０を保持させた蓄熱部２１７ａと、樹脂蓄熱物質２２０を保持させない通気部２１７ｂとを設けて蓄熱構造体２１７を構成し、これを断熱性のある容器２１６内に収容して蓄熱器２０７を構成している。上記蓄熱部２１７ａは、金属多孔質体２１９の空隙部の全体に蓄熱樹脂２２０を充填して構成されており、通気性を有していない。一方、上記通気部２１７ｂは、上記樹脂蓄熱物質２２０が充填されていないため、高い通気性能を備える。上記蓄熱部２１７ａ及び上記通気部２１７ｂは、第１の実施形態に係る図４において、樹脂蓄熱物質２２０を溶融保持した容器２１に、金属多孔質体２１９を所定の深さまで浸漬することにより、容易に製作することができる。
【００９５】
上記蓄熱器２０７の一方の軸方向壁に気体熱媒体を導入する導入口２２２が設けられるとともに、他方の軸方向壁に空気排出口２２３が設けられている。上記空気導入口２２２から、蓄熱器２０７内に気体熱媒体を導入すると、上記通気部２１７ｂ内を流動して熱交換が行われる。
【００９６】
上記通気部２１７ｂは、樹脂蓄熱物質が充填されていないため通気性が高い。したがって、空気の流動抵抗が少なく、大量の空気を流動させることができる。
【００９７】
一方、上記蓄熱部２１７ａは、金属多孔質体２１９の空隙部に大量の樹脂蓄熱物質２２０を保持させている。このため、通気性はないものの熱容量を大きく設定することができる。上記蓄熱部２１７ａと、上記通気部２１７ｂとは、熱伝導率の高い金属多孔質体２１９を介して一体的に形成されている。このため、上記蓄熱部２１７ａから上記通気部２１７ｂに、上記金属多孔質体２１９を介して、熱が迅速に移動させられる。したがって、上記通気部２１７ｂを流動する気体熱媒体に、効率よく熱を移動させることができる。
【００９８】
上記蓄熱部２１７ａと上記通気部２１７ｂの形態は、上記実施形態に限定されることはない。本実施形態では、重力を利用して、上記蓄熱部２１７ａと上記通気部２１７ｂとを設けたが、遠心力等を利用することにより、金属多孔質体２１９の所望部材に蓄熱樹脂を充填して蓄熱部を形成することができる。
【００９９】
さらに、本実施形態では、上記蓄熱部２１７ａを貫通するように、上述したバイパス回路２１８を構成するパイプ２１８ａを設けるとともに、上記蓄熱部２１７ａに埋め込み状に熱伝導部材２１２を設けている。
【０１００】
上記熱伝導部材２１２は、銅等の熱伝導性の高い金属板から形成されている。また、複数の上記熱伝導部材２１２が、上記パイプ２１８の軸方向に略平行に配列されるとともに、上記パイプ２１８ａの外周部に接合されている。
【０１０１】
上記構成を採用することにより、上記パイプ２１８ａ内を流れる入熱側の冷却液から、上記パイプ２１８ａを介して上記熱伝導部材２１２に熱が入熱される。上記熱伝導部材２１２には、上記金属多孔質体２１９が接合されている。このため、上記蓄熱部２１７ａの隅々に迅速に熱を移動させることができるとともに、上記金属多孔質体２１９に保持された樹脂蓄熱物質２２０に迅速に蓄熱することができる。したがって、蓄熱効率を大幅に高めることができる。
【０１０２】
一方、上記通気部２１７ｂも、熱伝導性及び通気性の高い金属多孔質体から形成されているため、気体熱媒体に大量の熱を短時間で移動させることができる。
【０１０３】
図１０に、第４の実施形態に係る熱交換器３０９を示す。
【０１０４】
本実施形態に係る熱交換器３０９は、図６に示す実施形態と同様に、断熱性の容器３２５内に、気体熱媒体が流動させられる連続気孔を有する熱伝導性の多孔質熱交換部材３１９ａが充填されている。上記容器３２５の左右壁部には、気体熱媒体を導入する導入口３２６と排出口３２７とが設けられており、蓄熱器から排出された気体熱媒体が上記多孔質熱交換部材３１９ａの空隙３２１内を流動させられて、熱交換を行えるように構成されている。
【０１０５】
一方、上記容器３２５には、トランスミッションオイル等の潤滑剤が流動させられる略Ｕ字状のパイプ３２８が貫通して配置されている。上記多孔質熱交換部材３１９ａは、上記容器３２５内で上記パイプ３２８の外周部を取り囲むように接合されている。上記容器３２５は、トランスミッション等の外壁３２４に取り付けられるとともに、上記外壁の内部から上記パイプ３２８を介して潤滑油が上記熱交換器内に流動させられる。
【０１０６】
上記構成を採用することにより、気体熱媒体から上記多孔質熱交換部材３２１ａへ短時間に大量の熱を移動させるとともに、この熱を上記パイプ３２８の外周部に作用させることができる。したがって、上記パイプ３２８内を流れる潤滑油等を短時間に昇温させることができる。
【０１０７】
図１１に、第５の実施形態に係る熱交換器４０９を示す。本実施形態は、電気自動車等の駆動用電池４０２を暖機するものである。
【０１０８】
上記熱交換器４０９は、電池４０２を所定の隙間４１９をあけて収容できるケース４２５を備えて構成される。電池４０２は、電極４２０を上記ケース４２５の外側へ引き出した状態で上記ケース４２５に保持されている。
【０１０９】
上記ケース４２５には、気体熱媒体を導入する導入口４２６及び排出口４２７が設けられており、気体熱媒体が上記隙間４１９を介して上記電池４０２の外周部に沿って流動させられる。
【０１１０】
上記構成の熱交換器４１９を採用することにより、電気自動車等の電池を暖機することが可能となり、電池のエネルギ効率を高めることができる。
【０１１１】
図１２に、第６の実施形態に係る暖機システムの概略図を示す。この実施形態は、内燃機関を駆動源とする車両のトランスミッション及び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。
【０１１２】
本実施形態は、駆動装置としてのエンジン５０２と、エンジンによって駆動させられるトラスミッション５２４と、ラジエータ５０３と、上記エンジン５０２と上記ラジエータ５０３との間で冷却用熱媒体を流動させる高温側冷却管路５０４及び低温側冷却管路５０５から構成される駆動部冷却配管５０６とを備える自動車に、本願発明に係る暖機システム５０１を適用したものである。
【０１１３】
上記駆動部冷却配管５０６では、エンジン５０２を冷却した熱媒体が、上記高温側冷却管路５０４を介して上記ラジエータ５０３に送られる。ラジエータ５０３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５０５を介して上記エンジン５０２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５０５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５０２の過熱を防止している。
【０１１４】
本実施形態に係る暖機システム５０１では、上記高温側冷却管路５０４を流れる熱媒体から蓄熱する蓄熱器５０７を設け、この蓄熱器５０７に蓄熱された熱を利用して暖機が行われる。上記蓄熱器５０７を設けるために、上記高温側冷却管路５０４の中間部から分岐して延出するとともに、蓄熱器５０７に接続される蓄熱器入熱管路５０８と、上記蓄熱器５０７から延出して上記低温側冷却管路５０５に接続される蓄熱器戻り管路５０９とを有する蓄熱配管５１０が設けられる。
【０１１５】
エンジン５０２の稼働中に、上記高温側冷却管路５０４を流れる熱媒体の温度は１１０℃〜１２０℃であり、上記低温側冷却流路では９０℃〜８０℃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５０７に熱を蓄熱する。
【０１１６】
上記蓄熱回路５１０に上記熱媒体を導入するため、上記高温側冷却管路５０４から上記蓄熱器入熱流路５０８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５０３側と上記蓄熱器５０７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５０４を閉止できるように構成されている。
【０１１７】
一方、上記蓄熱器戻り管路５０９には、上記蓄熱器５０７で放熱させられた熱媒体を上記低温側冷却管路５０５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５０９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５１１と上記低温側冷却管路５０５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５１０を閉止することもできるように構成されている。
【０１１８】
上記高温側冷却管路５０４と上記蓄熱器入熱管路５０８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、上記蓄熱戻り管路５０９を上記低温側冷却管路５０５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５０４から上記蓄熱回路５１０に第１の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５０８と上記蓄熱戻り管路５０９を閉止することにより、上記蓄熱器５０７を上記冷却回路５０６から切り離すことができるように構成している。
【０１１９】
本実施形態においては、エンジン５０２によって駆動させられるトランスミッション５２４の暖機を行うシステムに、本願発明を適用したものである。なお、本実施形態に係る蓄熱器５０７は、上述した実施形態と同様の構成を備え、上記冷却用の熱媒体と、気体熱媒体との間で熱交換を行えるように構成されている。
【０１２０】
暖機行程を行うために、トランスミッション５２４にＡＴＦウォーマ５２９が取り付けられている。上記ＡＴＦウォーマ５２９は、上記トランスミッション５２４内の潤滑油を循環させて暖機する一種の熱交換器であり、既知の構成のものを採用することができる。
【０１２１】
上記蓄熱器５０７において加熱された気体熱媒体を上記蓄熱器５０７から上記ＡＴＦウォーマ５２９に送る暖機入熱管路５１２と、上記ＡＴＦウォーマ５２９において放熱させた上記気体熱媒体を上記蓄熱器５０７に戻す暖機戻り管路５１３とを有する暖機配管５１４が設けられている。本実施形態では、上記気体熱媒体として空気が用いられており、上記暖機戻り管路５１３内に循環ファンＦが設けられている。また、上記蓄熱機５０７の両側に、暖機管路５１４を閉止して蓄熱機内の熱が流出しないようにする弁Ｄ、Ｅがそれぞれ設けられている。
【０１２２】
さらに、本実施形態では、上記蓄熱器５０７を利用して上記エンジン５０２の暖機運転を行うようにも構成されている。エンジン５０２の上記暖機運転を行うために、上記第２の弁Ｂから延出してエンジン５０２の近傍の上記低温側冷却管路５０５に接続されたエンジン暖機管路５１１が設けられている。上記エンジン暖機管路５１１は、上記蓄熱器５０７で加熱されたれ熱媒体を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。
【０１２３】
また、本実施形態では、上記高温側冷却管路５０４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５０５とをつなぐバイパス回路５１７を設けている。上記バイパス回路５１７と上記低温側冷却管路５０５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５０４を閉止するとともに、上記低温側冷却管路５０５と上記バイパス回路５１７を連通させることにより、上記バイパス回路５１７を介して上記冷却用の熱媒体が循環するように構成している。
【０１２４】
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５１７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５１７を閉じるように構成されている。
【０１２５】
本実施形態では、上記各弁Ａ，Ｂ，Ｄ，Ｅ，ポンプＰ１，ファンＦ、温度計測装置Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３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。
【０１２６】
始動時に、トランスミッション５２４の暖機を行うには、上記弁Ｄ及び弁Ｅを開くとともに、ファンＦを作動させて、暖機回路内に空気を流動させる。また、エンジン５０２の暖機を行う場合には、上記弁Ａを熱媒体が蓄熱器５０７に流れるように制御するとともに、上記弁Ｂを熱媒体がエンジン暖機管路５１１に流れるように制御する。なお、上記トランスミッション５２４の暖機と上記エンジン５０２の暖機とを同時に行うこともできるし、必要に応じて一方のみを行うこともできる。たとえば、ハイブリッド車両では、モータで走行している場合には、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、エンジンのみ暖機するように構成することが可能となる。
【０１２７】
上記構成を採用することにより、エンジンとトランスミッションとを同時に、あるいは一方のみ暖機できるシステムを構成できる。しかも、本実施形態では、トランスミッション用の暖機システム５０１の熱媒体に空気を採用しているため、暖機システムの重量増加を最低限に押さえることができる。また、空気を採用しているため、配管等を容易に設置することができる。
【０１２８】
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。
【産業上の利用可能性】
【０１２９】
蓄熱器を利用して駆動部等の暖機を行うことにより、フリクションを低減させて燃費を向上させることができる。
【符号の説明】
【０１３０】
１  暖機システム
２  モータ（熱源、暖機対象部材）
３  パワーモジュール（熱源、暖機対象部材）
７  蓄熱器
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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