(57)【要約】【課題】暖機時における水タンクの凍結を防止でき、かつ、暖機に要する時間の短縮を図ることができる、暖機システムを提供する。【解決手段】反応器９、水タンク１０および連通管１１により、ケミカルヒートポンプ４が構成されている。冷却水が流通する冷却水循環路３は、反応器９と熱交換可能に配設された熱交換配管６と、熱交換配管６をバイパスして冷却水を流通させるバイパス配管７とを備えている。熱交換配管６とバイパス配管７とは、三方弁８で分岐し、この三方弁８の切換えにより、冷却水を熱交換配管６またはバイパス配管７に選択的に流通させることができる。冷却水循環路３は、水タンク１０と熱交換可能に配設されている。また、反応器９は、エンジン２の廃熱を受熱可能に設けられている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両に設けられた暖機対象を暖機するための暖機システムであって、
熱媒体が前記暖機対象を経由して循環する循環路と、
前記暖機対象の廃熱を受熱可能に設けられ、水と発熱反応を生じる蓄熱材を収容した反応器と、
水を貯留する水タンクと、
前記反応器と前記水タンクとを連通し、前記反応器と前記水タンクとの間で水蒸気を流通させる連通管とを含み、
前記循環路は、前記反応器と熱交換可能に配設された熱交換配管と、三方弁により前記熱交換配管と分岐し、熱媒体を前記熱交換配管をバイパスして流通させるバイパス配管とを備え、前記水タンクと熱交換可能に配設されている、暖機システム。
【請求項２】
前記連通管を開閉する開閉弁と、
前記暖機対象の暖機時は、熱媒体が前記熱交換配管を流通するように前記三方弁を制御するとともに、前記開閉弁を開弁させ、当該暖機が終了すると、前記開閉弁を閉弁させるとともに、熱媒体が前記バイパス配管を流通するように前記三方弁を制御し、前記蓄熱材の蓄熱時には、熱媒体が前記バイパス配管を流通するように前記三方弁を制御し、前記開閉弁を開弁させる制御手段をさらに含む、請求項１に記載の暖機システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンや変速機などを暖機するシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
たとえば、エンジンを搭載した車両では、エンジンの冷却水、エンジンオイルやミッションオイルなどの温度が低いと、燃料の気化性が悪く、また、メカニカルロスおよびフリクションロスが大きいため、燃費が低下する。それゆえ、エンジンの冷間始動時には、暖機が必要であり、暖機を短時間で完了させることが望まれている。
【０００３】
エンジンの暖機装置として、ケミカルヒートポンプを用いたものが提案されている。ケミカルヒートポンプは、蓄熱材を収容した反応器と、水が貯留された蒸発器（水タンク）とを備えている。反応器と蒸発器とは、連通管により連通されている。提案に係る構成では、エンジンの冷却水を循環させる循環路の途中部が反応器を経由している。エンジンの暖機時には、蒸発器から反応器に水蒸気が供給されて、反応器で蓄熱材と水とが反応することにより反応熱が生じ、循環路を循環する冷却水が反応熱により暖められる。これにより、エンジンの暖機に要する時間の短縮を図ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−１２７１９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、かかる構成では、暖機時に、蒸発器で水が気化することにより、蒸発器が冷却され、蒸発器が凍結するおそれがある。また、暖機促進のための改善の余地がある。
【０００６】
本発明の目的は、暖機時における水タンクの凍結を防止でき、かつ、暖機に要する時間の短縮を図ることができる、暖機システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記の目的を達成するため、本発明に係る暖機システムは、車両に設けられた暖機対象を暖機するための暖機システムであって、熱媒体が暖機対象を経由して循環する循環路と、暖機対象の廃熱を受熱可能に設けられ、水と発熱反応を生じる蓄熱材を収容した反応器と、水を貯留する水タンクと、反応器と水タンクとを連通し、反応器と水タンクとの間で水蒸気を流通させる連通管とを含み、循環路は、反応器と熱交換可能に配設された熱交換配管と、三方弁により熱交換配管と分岐し、熱媒体を熱交換配管をバイパスして流通させるバイパス配管とを備え、水タンクと熱交換可能に配設されている。
【０００８】
反応器、水タンクおよび連通管により、ケミカルヒートポンプが構成されている。熱媒体が流通する循環路は、反応器と熱交換可能に配設された熱交換配管と、熱交換配管をバイパスして熱媒体を流通させるバイパス配管とを備えている。熱交換配管とバイパス配管とは、三方弁で分岐し、この三方弁の切換えにより、熱媒体を熱交換配管またはバイパス配管に選択的に流通させることができる。
【０００９】
暖機対象の暖機時には、熱媒体を熱交換配管に流通させる。また、水タンクから反応器に連通管を通して水蒸気が供給されて、反応器で蓄熱材と水とが反応（水和反応）することにより反応熱が生じる。そのため、循環路を循環する熱媒体が反応器からの受熱で暖められ、その暖められた熱媒体により暖機対象が暖められる。これにより、暖機対象の暖機に要する時間の短縮を図ることができる。
【００１０】
また、循環路は、水タンクと熱交換可能に配設されている。そのため、暖機時に、水タンクで水が蒸発（気化）することにより、水タンクが冷却されても、水タンクと暖められた熱媒体が流通する循環路との間で熱交換が行われるので、水タンクが凍結することを防止できる。さらには、循環路から水タンクに与えられる熱により、水タンクにおける水の蒸発を促進することができる。その結果、反応器での発熱反応を促進させることができ、暖機対象の暖機に要する時間をさらに短縮することができる。
【００１１】
暖機システムは、連通管を開閉する開閉弁と、暖機対象の暖機時は、熱媒体が熱交換配管を流通するように三方弁を制御するとともに、開閉弁を開弁させ、当該暖機が終了すると、開閉弁を閉弁させるとともに、熱媒体がバイパス配管を流通するように三方弁を制御し、蓄熱材の蓄熱時には、熱媒体がバイパス配管を流通するように三方弁を制御し、開閉弁を開弁させる制御手段をさらに含んでいてもよい。
【００１２】
反応器は、暖機対象の廃熱を受熱可能に設けられている。暖機完了後、暖機対象の廃熱が反応器に与えられることにより、反応器で蓄熱材から水（水蒸気）が離脱する脱水反応が生じる。蓄熱材の脱水反応により、蓄熱材が蓄熱する。蓄熱材から離脱した水蒸気は、反応器から連通管を通して水タンクに流入し、水タンクで水に凝縮される。
【００１３】
暖機完了後は、熱媒体がバイパス配管を流通し、熱交換配管を熱媒体が流通しないので、暖機対象の廃熱が反応器に与えられても、その廃熱が熱媒体に奪われない。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、暖機時における水タンクの凍結を防止でき、かつ、暖機に要する時間の短縮を図ることができる。そして、暖機に要する時間の短縮により、車両の燃費を向上させることができる。また、循環路と反応器との間および循環路と水タンクとの間で熱交換可能であり、反応器が暖機対象の廃熱を受熱可能であることにより、暖機システム上の３箇所で熱交換が行われる。その結果、熱反応が効率的に生じるので、暖機システムの小型化および小型化による低コスト化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態に係る暖機システム１の構成を示す図であり、暖機時の状態を概念的に示す。
【図２】本発明の一実施形態に係る暖機システム１の構成を示す図であり、蓄熱時の状態を概念的に示す。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下では、本発明の実施の形態について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００１７】
図１および図２は、本発明の一実施形態に係る暖機システム１の構成を図解的に示す図である。
【００１８】
暖機システム１は、エンジン（Ｅ／Ｇ）２を搭載する車両に備えられて、冷間始動時にエンジン２を暖機するシステムである。暖機システム１は、冷却水循環路３およびケミカルヒートポンプ４を含む。
【００１９】
冷却水循環路３は、エンジン２を冷却するための冷却水が循環する管路である。エンジン２に設けられたウォータジャケットおよびラジエータ５を経由している。冷却水循環路３の途中部には、ウォータポンプ（図示せず）が介裝されており、ウォータポンプが駆動されると、冷却水循環路３を冷却水が循環する。エンジン２の高温時には、冷却水がウォータジャケットを流通することにより、冷却水とエンジン２との間で熱交換が行われ、エンジン２が冷却される。ウォータジャケットから流出した冷却水は、冷却水循環路３をラジエータ５に向けて流れる。そして、冷却水がラジエータ５を流れることにより、冷却水が放熱によって冷却される。
【００２０】
冷却水循環路３は、熱交換配管６およびバイパス配管７を備えている。冷却水循環路３の途中部において、三方弁８により、熱交換配管６およびバイパス配管７が分岐している。バイパス配管７の冷却水流通方向の下流端は、熱交換配管６の冷却水流通方向の下流端に分岐（合流）接続されている。三方弁８の切換えにより、冷却水は、熱交換配管６またはバイパス配管７を選択的に流通する。
【００２１】
ケミカルヒートポンプ４は、反応器９、水タンク１０および連通管１１を備えている。
【００２２】
反応器９は、熱交換配管６と熱交換可能に設けられている。バイパス配管７は、反応器９を迂回して配設されている。また、反応器９は、エンジン２から排出される排ガスが流通する排気管１２から受熱可能に設けられている。反応器９には、水和反応により発熱し、脱水反応により蓄熱する蓄熱材が収容されている。蓄熱材としては、酸化カルシウム（ＣａＯ）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）などを例示することができる。酸化カルシウムを例にとると、酸化カルシウム（ＣａＯ）と水（Ｈ２Ｏ）との反応により発熱して、水酸化カルシウム（Ｃａ（ＯＨ）２）が生成される。また、水酸化カルシウムの脱水反応により吸熱（蓄熱）して、酸化カルシウムおよび水が再生される。
【００２３】
水タンク１０は、熱交換配管６およびバイパス配管７の冷却水の流通方向の下流側において、冷却水循環路３と熱交換可能に設けられている。水タンク１０には、水が貯留されている。
【００２４】
連通管１１は、反応器９と水タンク１０とを連通している。連通管１１の途中部には、連通管１１を開閉する開閉弁１３が介裝されている。開閉弁１３は、たとえば、電磁弁からなる。
【００２５】
また、暖機システム１は、ＣＰＵおよびメモリを含む構成のＥＣＵ（電子制御ユニット）１４を含む。ＥＣＵ１４には、暖機システム１に設けられた各種センサが接続されており、各種センサの検出信号が入力される。各種センサには、水タンク１０に貯留されている水量（水位）を検出するセンサなどが含まれる。ＥＣＵ１４は、各種センサから入力される検出信号に基づいて、三方弁８の切換えを制御し、開閉弁１３の開閉を制御する。
【００２６】
エンジン２の冷間始動時には、エンジン２の暖機のために、冷却水循環路３を循環する冷却水が熱交換配管６を流通するように、三方弁８が制御される。また、開閉弁１３が開かれる（開弁される）。開閉弁１３が開かれると、図１に矢印で示されるように、水タンク１０内の水蒸気が連通管１１を通して反応器９に流入し、反応器９において、蓄熱材と水との水和反応が生じる。このとき、蓄熱材から熱が放出され、図１に白抜き矢印で示されるように、その放熱が反応器９から熱交換配管６を流通する冷却水に与えられて、冷却水が暖められる。
【００２７】
水タンク１０から反応器９への水蒸気の移動により、水タンク１０内が減圧されるので、水タンク１０での水の蒸発（気化）が促進される。水タンク１０が冷却水循環路３と熱交換可能に設けられているので、水タンク１０が水の蒸発により冷却されても、図１に白抜き矢印で示されるように、冷却水循環路３から水タンク１０に熱が与えられることにより、水タンク１０の凍結が防止される。また、冷却水循環路３から水タンク１０に与えられる熱により、水タンク１０における水の蒸発が促進される。その結果、水タンク１０から反応器９への水蒸気の移動が促進され、反応器９での水和反応が促進されるので、熱交換配管６を流通する冷却水が速やかに暖められる。
【００２８】
こうして、冷却水循環路３を循環する冷却水が暖められ、その暖められた冷却水によりエンジン２が暖められる。エンジン２の暖機が完了すると、開閉弁１３が閉じられる（閉弁される）。開閉弁１３が閉じられることにより、水タンク１０から反応器９への水蒸気の移動がなくなり、反応器９における水和反応が収束していく。また、冷却水循環路３を循環する冷却水がバイパス配管７を流通するように、三方弁８が制御される。
【００２９】
暖機の完了は、水タンク１０内の水位に基づいて判断されてもよいし、エンジン２の温度に基づいて判断されてもよい。反応器９での水和反応が進むにつれて、水タンク１０内の水位が下がるので、その水位が所定以下に低下したことにより、エンジン２の暖機が完了したと判断することができる。
【００３０】
エンジン２の暖機が完了した後、エンジン２からの排ガスが有する廃熱で排気管１２が高温になると、三方弁８の弁位置が冷却水をバイパス配管７に流通させる位置に維持されたまま、蓄熱のために、開閉弁１３が開かれる。反応器９が排気管１２から受熱可能に設けられているので、図２に白抜き矢印で示されるように、高温の排気管１２から反応器９に熱が与えられ、反応器９で蓄熱材から水（水蒸気）が離脱する脱水反応が生じる。この脱水反応により、蓄熱材が蓄熱する。蓄熱材から離脱した水蒸気は、図２に矢印で示されるように、反応器９から連通管１１を通して水タンク１０に流入し、水タンク１０で水に凝縮される。
【００３１】
水タンク１０での水蒸気の凝縮に伴って、水タンク１０に凝縮熱が与えられる。水タンク１０がその受熱により過熱状態になる場合には、開閉弁１３が一時的に閉じられるか、または、開閉弁１３の開度が調整されるとよい。
【００３２】
また、排気管１２から反応器９が受熱し、これに伴って熱交換配管６が加熱されるので、熱交換配管６に残った冷却水が沸騰しても、その水蒸気圧により熱交換配管６から水および水蒸気が排除されるので、熱交換配管６の内圧が過剰に上昇することはない。
【００３３】
蓄熱が完了すると、開閉弁１３が閉じられる。開閉弁１３が閉じられることにより、反応器９から水タンク１０への水蒸気の移動がなくなる。
【００３４】
蓄熱の完了は、水タンク１０内の水位に基づいて判断されてもよいし、蓄熱開始からの経過時間に基づいて判断されてもよい。水タンク１０での水蒸気の凝縮が進むにつれて、水タンク１０内の水位が上がるので、その水位が所定以上に上昇したことにより、蓄熱材の蓄熱が完了したと判断することができる。
【００３５】
以上のように、反応器９、水タンク１０および連通管１１により、ケミカルヒートポンプ４が構成されている。冷却水が流通する冷却水循環路３は、反応器９と熱交換可能に配設された熱交換配管６と、熱交換配管６をバイパスして冷却水を流通させるバイパス配管７とを備えている。熱交換配管６とバイパス配管７とは、三方弁８で分岐し、この三方弁８の切換えにより、冷却水を熱交換配管６またはバイパス配管７に選択的に流通させることができる。
【００３６】
エンジン２の暖機時には、冷却水を熱交換配管６に流通させる。また、水タンク１０から反応器９に連通管１１を通して水蒸気が供給されて、反応器９で蓄熱材と水とが反応することにより反応熱が生じる。そのため、冷却水循環路３を循環する冷却水が反応器９からの受熱で暖められ、その暖められた冷却水によりエンジン２が暖められる。これにより、エンジン２の暖機に要する時間の短縮を図ることができる。
【００３７】
また、冷却水循環路３は、水タンク１０と熱交換可能に配設されている。そのため、暖機時に、水タンク１０で水が蒸発することにより、水タンク１０が冷却されても、水タンク１０と暖められた冷却水が流通する冷却水循環路３との間で熱交換が行われるので、水タンク１０が凍結することを防止できる。さらには、冷却水循環路３から水タンク１０に与えられる熱により、水タンク１０における水の蒸発を促進することができる。その結果、反応器９での発熱反応を促進させることができ、エンジン２の暖機に要する時間をさらに短縮することができる。
【００３８】
よって、エンジン２の暖機に要する時間の短縮により、車両の燃費を向上させることができる。
【００３９】
反応器９は、エンジン２の廃熱を受熱可能に設けられている。暖機完了後、エンジン２の廃熱が反応器９に与えられることにより、反応器９で蓄熱材から水（水蒸気）が離脱する脱水反応が生じる。蓄熱材の脱水反応により、蓄熱材が蓄熱する。蓄熱材から離脱した水蒸気は、反応器９から連通管１１を通して水タンク１０に流入し、水タンク１０で水に凝縮される。
【００４０】
暖機完了後は、冷却水がバイパス配管７を流通し、熱交換配管６を冷却水が流通しないので、エンジン２の廃熱が反応器９に与えられても、その廃熱が冷却水に奪われず、冷却水が廃熱で加熱されない。そのため、エンジン２の暖機完了後は、冷却水によるエンジン２の冷却効果が阻害されることを防止できる。
【００４１】
また、暖機システム１では、熱交換配管６と反応器９との間、冷却水循環路３と水タンク１０との間および反応器９と排気管１２との間で熱交換可能であり、暖機システム１上の３箇所で熱交換が行われる。その結果、熱反応が効率的に生じるので、暖機システム１の小型化および小型化による低コスト化を図ることができる。
【００４２】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、他の形態で実施することもできる。
【００４３】
たとえば、排気管１２における反応器９との熱交換可能な部位よりもエンジン２側の位置に、エンジン２からの廃熱の伝播を遅延させるための蓄熱体が設けられてもよい。これにより、エンジン２の暖機時に、排気管１２から反応器９に廃熱が与えられることを抑制でき、反応器９で脱水反応が生じることを抑制できる。
【００４４】
また、暖機対象の一例として、エンジン２を取り上げ、そのエンジン２を経由する熱媒体の一例として、冷却水を取り上げた。しかしながら、エンジン２を経由する熱媒体は、冷却水に限らず、たとえば、エンジンオイルであってもよい。また、暖機対象は、エンジン２に限らず、たとえば、車両に設けられたトランスミッションであってもよい。暖機対象がトランスミッションである場合、熱媒体は、トランスミッションの作動油（潤滑油）となる。
【００４５】
その他、前述の構成には、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
【符号の説明】
【００４６】
１    暖機システム
２    エンジン（暖機対象）
３    冷却水循環路（循環路）
６    熱交換配管
７    バイパス配管
８    三方弁
９    反応器
１０  水タンク
１１  連通管
１３  開閉弁
１４  ＥＣＵ（制御手段）
【図１】
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【図２】
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