(57)【要約】【課題】エンジン１の暖機運転時間を短くする。【解決手段】エンジン１を運転するに最適な温度と略同一温度の融点を有する蓄熱材を冷却水に混合する。これにより、少なくとも、流体の温度が蓄熱材の融点未満において、蓄熱材が混合された冷却水の方が蓄熱材が混合されていない冷却水に比べて早く温度が上昇する。したがって、暖機運転時間を短縮することができるので、暖機運転中に排出される有害物資の総量を低減することができ、全体としてエンジン１から排出される有害物質の量を低減することができる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液冷式の熱機関（１）、及び前記熱機関（１）から流出した冷却用の流体を冷却するラジエータ（２）を備える熱機関の冷却システムであって、
所定温度の融点を有する蓄熱材が前記流体に混合されていることを特徴とする熱機関の冷却システム。
【請求項２】
前記流体が循環する流体回路中に前記蓄熱材が混合された流体の体積変化を吸収する緩衝器（８）が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の熱機関の冷却システム。
【請求項３】
前記蓄熱材が混合された流体の温度が前記融点以上のときには前記ラジエータ（２）に冷却風を送風し、前記蓄熱材が混合された流体の温度が前記融点未満のときには前記ラジエータ（２）への冷却風の送風を停止することを特徴とする請求項１又は２に記載の熱機関の冷却システム。
【請求項４】
融点の異なる複数種類の蓄熱材が前記流体に混合されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の熱機関の冷却システム。
【請求項５】
融点の異なる複数種類の前記蓄熱材が混合された流体の温度が第１の融点以上のときには前記ラジエータ（２）に冷却風を送風し、融点の異なる複数種類の前記蓄熱材が混合された流体の温度が前記第１の融点未満のときには前記ラジエータ（２）への冷却風の送風を停止する第１送風制御モードと、
融点の異なる複数種類の前記蓄熱材が混合された流体の温度が第２の融点以上のときには前記ラジエータ（２）に冷却風を送風し、融点の異なる複数種類の前記蓄熱材が混合された流体の温度が前記第２の融点未満のときには前記ラジエータ（２）への冷却風の送風を停止する第２送風制御モードとを有し、
前記熱機関（１）の負荷に応じて前記第１送風制御モードと前記第２送風制御モードとを切り替えることを特徴とする請求項４に記載の熱機関の冷却システム。
【請求項６】
融点の異なる複数種類の前記蓄熱材が混合された流体の温度は、前記熱機関（１）の運転状態に基づいて決定される所定温度となるように制御されることを特徴とする請求項４に記載の熱機関の冷却システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱機関の冷却システムに関するもので、ディーゼルエンジン等の内燃機関の冷却システムに適用して有効である。
【０００２】
【従来の技術】
従来の内燃機関の冷却システムでは、パラフィン系のワックスからなる蓄熱材を封入したカプセルをラジエータのリザーブタンクに配置し、蓄熱材に吸熱させることにより内燃機関の廃熱を融解潜熱及び顕熱として蓄えて冷却水循環量が低下したときの冷却能力を補っていた（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平７−２０８１６２号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、冷却水としての水（不凍液が混合された水も含む。）は、比較的に比熱が大きいので、大きな冷却能力を得ることができるものの、冷却水が冷えた状態で内燃機関を始動する冷間始動時では、温度を上昇させるのに大きな熱量を必要とするため、内燃機関の運転に適した温度まで冷却水温度を上昇させる必要な時間が長くなる。
【０００５】
そして、内燃機関の運転に適した温度まで冷却水温度を上昇させる必要な時間、つまり暖機運転時間が長くなると、暖機運転中に排出される有害物資の量を低減することが難しい。
【０００６】
本発明は、上記点に鑑み、第１には、従来と異なる新規な熱機関の冷却システムを提供し、第２には、暖機運転時間を短くすることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明では、液冷式の熱機関（１）、及び熱機関（１）から流出した冷却用の流体を冷却するラジエータ（２）を備える熱機関の冷却システムであって、所定温度の融点を有する蓄熱材が流体に混合されていることを特徴とする。
【０００８】
これにより、少なくとも、流体の温度が蓄熱材の融点未満において、蓄熱材が混合された流体の方が蓄熱材が混合されていない流体に比べて早く温度が上昇する。
【０００９】
したがって、暖機運転時間を短縮することができるので、暖機運転中に排出される有害物資の総量を低減することができ、全体として熱機関（１）から排出される有害物質の量を低減することができる。
【００１０】
請求項２に記載の発明では、流体が循環する流体回路中に蓄熱材が混合された流体の体積変化を吸収する緩衝器（８）が設けられていることを特徴とするものである。
【００１１】
請求項３に記載の発明では、蓄熱材が混合された流体の温度が融点以上のときにはラジエータ（２）に冷却風を送風し、蓄熱材が混合された流体の温度が融点未満のときにはラジエータ（２）への冷却風の送風を停止することを特徴とする。
【００１２】
これにより、蓄熱材の融点付近で蓄熱材が固定から液体に相変化するので、融点近傍においては、蓄熱材が熱機関（１）から流体に与えられた熱を融解潜熱として吸熱する。したがって、蓄熱材の融解が終了するまで流体温度を上昇させることなく流体の温度を所定温度に維持することができる。
【００１３】
延いては、蓄熱材が混合されていない流体を冷却流体として用いた場合に比べて、ラジエータ（２）に冷却風を送風する送風手段の稼働率を低減することができるので、送風手段の寿命を延ばすことができ得る。
【００１４】
請求項４に記載の発明では、融点の異なる複数種類の蓄熱材が流体に混合されていることを特徴とするものである。
【００１５】
請求項５に記載の発明では、融点の異なる複数種類の蓄熱材が混合された流体の温度が第１の融点以上のときにはラジエータ（２）に冷却風を送風し、融点の異なる複数種類の蓄熱材が混合された流体の温度が第１の融点未満のときにはラジエータ（２）への冷却風の送風を停止する第１送風制御モードと、融点の異なる複数種類の蓄熱材が混合された流体の温度が第２の融点以上のときにはラジエータ（２）に冷却風を送風し、融点の異なる複数種類の蓄熱材が混合された流体の温度が第２の融点未満のときにはラジエータ（２）への冷却風の送風を停止する第２送風制御モードとを有し、熱機関（１）の負荷に応じて第１送風制御モードと第２送風制御モードとを切り替えることを特徴とする。
【００１６】
これにより、熱機関（１）の負荷に応じて流体の温度を制御することができるので、熱機関（１）をより効率よく制御することができ得る。
【００１７】
請求項６に記載の発明では、融点の異なる複数種類の蓄熱材が混合された流体の温度は、熱機関（１）の運転状態に基づいて決定される所定温度となるように制御されることを特徴とするものである。
【００１８】
因みに、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【００１９】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
本実施形態は、本発明に係る熱機関の冷却システムをディーゼル式のエンジン１等の内燃機関の冷却システムに適用したものであって、図１は本実施形態に係るエンジン冷却システムの模式図である。
【００２０】
ラジエータ２はエンジン１から流出した冷却用の流体と空気とを熱交換して流体を冷却する放熱器であり、ラジエータファン２ａはラジエータ２に空気を送風する送風機である。
【００２１】
そして、冷却用の流体として、エンジン１の運転に適した温度、つまりエンジン１から排出される排気中の有害物質が少なく、エンジン１を効率よく運転することができる温度と略同一温度又はそれ以下の融点を有するパラフィン系の蓄熱材が混合された水に不凍液を加えたものを採用しており、本実施形態では、蓄熱材の混合比を約２０％とするとともに、蓄熱材が凝固した際に約１００ミクロン以下の粉状となり、凝固した蓄熱材により流体流れに支障がでないものを選定している。
【００２２】
バイパス通路３はエンジン１から流出した流体をラジエータ２を迂回させてエンジン１に戻す流体通路であり、サーモスタット４はエンジン１から流出する流体の温度が所定温度となるようにバイパス通路３を流れる流体量とラジエータ２を流れる流体量とを調節する流量制御弁であり、温度センサ４ａは流体の温度を検出する温度検出手段である。
【００２３】
なお、本実施形態に係るサーモスタット４は、前記所定温度と略同一の融点を有するワックス材の体積変化を利用した、いわゆる機械式の流量制御弁である。
【００２４】
ポンプ５は流体を循環させるもので、本実施形態では、エンジン１から駆動力を得てエンジン１の回転数の比例して回転する、いわゆるメカポンプである。
【００２５】
ヒータ６はエンジン１から流出した流体を熱源として室内に吹き出す空気を加熱する加熱手段であり、ヒータファン６ａはヒータ６に空気を送風する送風手段であり、流体バルブ７はヒータ６に流入する流体量を調節することによりヒータ６での発熱量、つまりヒータ６を通過した空気の温度を調節する加熱能力調節手段である。
【００２６】
また、緩衝器８は、流体回路を循環する流体、特に蓄熱材の温度変化に伴う流体の体積変化を吸収するもので、具体的には、図２に示すように、流体回路９と連通する緩衝室８ａ、緩衝器ハウジング８ｃ内に摺動可能に収納されて緩衝室８ａの体積を変化させるシール弁８ｄ、及び緩衝室８ａの体積を縮小させる向きの弾性力をシール弁８ｄに作用させるコイルバネ８ｂ等からなるものである。
【００２７】
なお、シール弁８ｄには、空気抜き用の孔８ｅが設けられており、この孔８ｅは、通常、キャップ８ｆにより閉塞されている。
【００２８】
因みに、緩衝器８は、流体の体積変化を吸収するものであるため、流体回路中、エンジン１の稼働時にから必ず流れる部位、具体的には、エンジン１とラジエータ２とを繋ぐ回路側のうちバイパス通路３とエンジン１とを繋ぐ部位に配置することが望ましい。
【００２９】
次に、ラジエータファン２ａの制御について述べる。
【００３０】
暖機運転が終了し、流体の温度が融点、つまりエンジン１の運転に適した温度Ｔｏを以上となったときには、サーモスタット４が開いてラジエータ２側に流体が流れるので、ラジエータファン２ａを稼動させてラジエータ２に冷却風を送風する。
【００３１】
また、暖機運転が終了した後であって、流体の温度がエンジン１の運転に適した温度未満となってサーモスタット４が閉じ、ラジエータ２側に流れる流体量が減少してきたときには、ラジエータファン２ａを停止させてラジエータ２への冷却風の送風を停止する。
【００３２】
次に、本実施形態の特徴的挙動及びその効果を述べる。
【００３３】
図３、４は蓄熱材が混合された流体、つまり本実施形態に係る流体の熱容量（実線のグラフ）及び蓄熱材が混合されていない流体の熱容量（破線のグラフ）と温度との関係示すもので、図５は本実施形態に係る流体の温度変化（実線のグラフ）及び蓄熱材が混合されていない流体の温度変化（破線のグラフ）を示すものである。
【００３４】
そして、図３から明らかなように、流体の温度が蓄熱材の融点Ｔ１未満であるとき、つまり流体温度がＴｍのときには、蓄熱材は凝固しているため蓄熱材が混合された流体の熱容量Ｃａが蓄熱材が混合されていない流体の熱容量Ｃｂに比べて小さくなるため、少なくとも、流体の温度が蓄熱材の融点Ｔ１未満において、蓄熱材が混合された流体の方が蓄熱材が混合されていない流体に比べて早く温度が上昇する。
【００３５】
したがって、暖機運転時間を短縮することができるので、暖機運転中に排出される有害物資の総量を低減することができ、全体としてエンジン１から排出される有害物質の量を低減することができる。
【００３６】
また、本実施形態では、エンジン１の運転に適した温度Ｔｏにおいて、蓄熱材は凝固しているため蓄熱材が混合された流体の熱容量Ｃａと蓄熱材が混合されていない流体の熱容量Ｃｂとが略等しくなるように、蓄熱材の種類及び混入量が選定され、かつ、蓄熱材の融点Ｔ１が温度Ｔｏと略同一又はそれ以下に設定されているため、図３に示すように、温度Ｔｏ付近で蓄熱材が固定から液体に相変化する。
【００３７】
したがって、温度Ｔｏ近傍においては、蓄熱材がエンジン１から流体に与えられた熱を融解潜熱として吸熱するので、蓄熱材の融解が終了するまで流体温度を上昇させることなく流体の温度を略温度Ｔｏに維持することができる。
【００３８】
延いては、蓄熱材が混合されていない流体を冷却水として用いた場合に比べて、ラジエータファン２ａの稼働率を低減することができるので、ラジエータファン２ａの寿命を延ばすことができる。
【００３９】
（第２実施形態）
本実施形態は、融点の異なる複数種類の蓄熱材が流体に混合し、第１蓄熱材の融点Ｔ１をエンジン１が高負荷で稼動しているときに適した温度とし、第２蓄熱材の融点Ｔ２（＞Ｔ１）をエンジン１が低負荷で稼動しているときに適した温度としたものである。
【００４０】
そして、流体の温度が融点Ｔ１以上のときにはラジエータファン２ａを稼動させ、流体の温度が融点Ｔ１未満のときにはラジエータファン２ａを停止させる第１送風制御モードと、流体の温度が融点Ｔ２以上のときにはラジエータファン２ａを稼動させ、流体の温度が融点Ｔ２未満のときにはラジエータファン２ａを停止する第２送風制御モードとを、エンジン１の負荷に応じて切り替えるものである。
【００４１】
具体的には、エンジン１の負荷が所定負荷以上のときには第１送風制御モードにてラジエータファン２ａを制御し、エンジン１の負荷が所定負荷未満のときには第１送２制御モードにてラジエータファン２ａを制御するものである（図６参照）。
【００４２】
これにより、エンジン負荷に応じて冷却水温度を制御することができるので、エンジン１をより効率よく制御しながら、暖機運転時間の短縮及びラジエータファン２ａの長寿命化を図るとができる。
【００４３】
なお、本実施形態では、蓄熱材を２種類としてラジエータファン２ａの制御を２モードとしたが、本実施形態は、これに限定されるものではない。
【００４４】
（第３実施形態）
本実施形態も、第２実施形態と同様に、融点の異なる複数種類の蓄熱材が流体に混合したものであるが、本実施形態では、第１蓄熱材の融点Ｔ１を第１実施形態と同様に温度Ｔｏと略同一とし、第２蓄熱材の融点Ｔ２をヒータ６で暖房を行うに適した温度とするものである。
【００４５】
なお、ラジエータファン２ａの制御は、第１実施形態と同様に、流体温度がエンジン１の運転に適した温度Ｔｏとなるように制御される。
【００４６】
（その他の実施形態）
上述の実施形態では、熱機関として内燃機関を採用したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば熱機関として燃料電池を採用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係るエンジン冷却システムの模式図である。
【図２】本発明の実施形態に係る緩衝器の模式図である。
【図３】蓄熱材が混合された流体及び蓄熱材が混合されていない流体の熱容量と温度との関係示すグラフである。
【図４】蓄熱材が混合された流体及び蓄熱材が混合されていない流体の熱容量と温度との関係示すグラフである。
【図５】本発明の第１実施形態に係る流体の温度変化及び蓄熱材が混合されていない流体の温度変化を示すグラフである。
【図６】本発明の第２実施形態に係る流体の温度変化及び蓄熱材が混合されていない流体の温度変化を示すグラフである。
【符号の説明】
１…エンジン、２…ラジエータ、３…バイパス通路、４…サーモスタット、
５…ポンプ、６…ヒータ、７…流体バルブ、８…緩衝器。
【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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