(57)【要約】【課題】吸着剤熱交換器および冷媒熱交換器の配置あるいは構成に工夫を凝らし、暖機時間を短縮させつつ、つまり暖機性能を向上させつつ小型化を実現可能な暖機装置を提供する。【解決手段】冷媒２ａの気化用熱源にエンジン冷却水を利用すると共に、吸着剤３ａの再生（吸着した冷媒２ａの脱着）用熱源に排気を利用する構成とした。これにより、冷却水温度の上昇に伴い冷媒熱交換器２における冷媒の気化速度は加速度的に促進され、これに連動して、吸着剤熱交換器３における単位時間当たりの吸着熱発生量も加速度的に増大するので暖機時間を短縮できる。また、再生温度が高く冷媒２ａ吸着時の発熱量が大きい吸着剤３ａを使用できるので、吸着剤３ａ量および冷媒２ａ量を従来の暖機装置よりも低減して、良好な暖機性能を維持しつつ、暖機装置１を小型化することができる。【選択図】　　　　図１
2004092585.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの冷却水回路と、
冷媒を収容し前記冷却水回路途中に設けられて冷却水と前記冷媒が熱交換可能な冷媒熱交換器と、
吸着剤を収容し前記冷却水管路途中且つ前記冷媒熱交換器より下流側に設けられて冷却水と前記吸着剤が熱交換可能な吸着剤熱交換器と、
前記冷媒熱交換器と前記吸着剤熱交換器とを前記冷媒が通過可能に連通する冷媒通路と、
前記冷媒通路途中に設けられて前記冷媒通路の連通、遮断を切り替える切替え弁と、
前記冷却水回路途中に設けられて前記冷媒熱交換器の入り口側と出口側とを前記冷媒熱交換器を経由せずに連通するバイパス通路と、
前記冷却水回路途中に設けられて、前記冷媒熱交換器内における冷却水の流通および前記バイパス通路の遮断と、前記冷媒熱交換器内における冷却水の流通遮断および前記バイパス通路の連通とを切り替える第２切替え弁とを備え、
前記吸着剤熱交換器にはエンジン排気管が排気と前記吸着剤および前記冷却水とが熱交換可能なように装着されることを特徴とする暖機装置。
【請求項２】
前記バイパス通路は前記冷媒熱交換器の入り口側と前記吸着剤熱交換器の出口側とを連通することを特徴とする請求項１に記載の暖機装置。
【請求項３】
前記冷媒熱交換器に替えて前記吸着剤とは異なる第２吸着剤が収容される第２吸着剤熱交換器を設けると共に、前記冷媒として外気温度が零下になっても凝固しない物質を用いることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の暖機装置。
【請求項４】
前記冷却水回路途中に、前記吸着剤熱交換器、前記冷媒熱交換器あるいは前記第２吸着剤熱交換器内における前記冷却水の流動を促進するためのポンプを設けることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の暖機装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、エンジン始動後にエンジン冷却水温度を早期に上昇させるための暖機装置に関するもので，車両用に用いて好適である。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、車両においては、エンジン冷却水（以下、冷却水と書く）を熱源として車室内の暖房あるいはフロントガラスの除霜を行っている。
【０００３】
エンジンの始動前は、エンジン各部の温度、たとえば潤滑油あるいは冷却水温度はほぼ外気温度と等しくなっている。エンジンが始動すると、冷却水は、エンジンに内蔵される水ポンプにより循環され、エンジン内部を流れる際に燃焼ガスの熱の一部がシリンダおよび燃焼室の外壁を経て熱伝達により冷却水に伝えられて温度が上昇する。したがって、エンジン始動後、冷却水温度が車室内の暖房等に十分なだけ上昇するのにはある時間が掛かかる。通常、エンジンの冷却水回路にはサーモスタットが装着され、冷却水温度が所定値以下の場合は冷却水回路を閉じて冷却水をラジエータに流さず冷却水温度を早く高めるようにしている。
【０００４】
しかし、特に寒冷時において、車室内温度をできるだけ早く快適な温度まで高めるために、冷却水温度をさらに早く上昇させたいという強い要求がある。
【０００５】
このような要求を満足させるための従来の暖機装置としては、たとえば特開平６−１２７２７０号公報に開示されるものがある。これは、車両用エンジンの冷却水回路に内部に吸着物質（以下、吸着剤と書く）を充填させた第１タンク（以下、吸着剤熱交換器と書く）を冷却水と吸着剤が熱交換可能に配置し、この吸着剤熱交換器と内部に冷媒凝縮液を充填させた第２タンク（以下、冷媒熱交換器と書く）とを冷媒回路により連通している。これにより、エンジン始動時において、吸着剤が気化した冷媒を吸着する際に発生する吸着熱を、吸着剤熱交換器において熱交換により冷却水に吸収させることにより、冷却水温度を早期に上昇させるものである。一方、エンジン始動後所定時間が経過して冷却水温度が高くなり安定すると、吸着剤熱交換器において、吸着剤が冷却水から熱を受けて加熱され、吸着していた冷媒が吐き出され冷媒回路を経て冷媒熱交換器内へ移動する。そして、冷媒熱交換器内で冷却されて凝縮し次回の暖機に備えることができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の従来の暖機装置においては、以下に述べるような問題点がある。
【０００７】
その１つは、吸着剤の再生温度である。暖機完了後、つまり冷却水温度が十分上昇した後、こんどは、次回の暖機に備えるために第１タンクにおいて吸着剤の再生、すなわち吸着剤からの冷媒分離を行う必要があるが、その熱源として冷却水を利用している。通常、暖機完了後の冷却水温度は１００℃前後であり、したがって、吸着剤としては、再生温度が１００℃程度である物質が選定使用されている。しかしながら、再生温度が１００℃程度である吸着剤は冷媒吸着時の発熱量が少なく、暖機装置に要求される性能、たとえば単位時間当たりの発熱量を満足させるためには、必要な吸着剤量が多くなり、これに伴い必要な冷媒量も多くなってしまう。このため、吸着剤熱交換器クおよび冷媒熱交換器の体格・重量が増大するという問題がある。
【０００８】
２つ目の問題は、冷媒熱交換器における冷媒気化のための吸熱源である。従来の暖機装置においては冷媒熱交換器周囲の外気を冷媒の吸熱源としている。早期の暖機を実現するためには冷媒熱交換器の外気からの吸熱を促進する必要があり、たとえば、第２タンクに送風するための送風機を備える等しており、暖機装置全体の体格が増大してしまう。また、外気温度が低下するほど吸熱量が低下する、すなわち暖機の必要性が高い時ほど冷媒熱交換器の吸熱が困難になる傾向があるという問題がある。
【０００９】
本発明は、上述の問題点に鑑み成されたもので、その目的は、吸着剤熱交換器および冷媒熱交換器の配置あるいは構成に工夫を凝らし、暖機時間を短縮させつつ、つまり暖機性能を向上させつつ小型化を実現可能な暖機装置を提供することである。
【００１０】
【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為に以下の技術的手段を採用する。
【００１１】
本発明の請求項１に記載の暖機装置は、　エンジンの冷却水回路と、冷媒を収容し冷却水回路途中に設けられて冷却水と冷媒が熱交換可能な冷媒熱交換器と、吸着剤を収容し冷却水管路途中且つ冷媒熱交換器より下流側に設けられて冷却水と吸着剤が熱交換可能な吸着剤熱交換器と、冷媒熱交換器と吸着剤熱交換器とを冷媒が通過可能に連通する冷媒通路と、冷媒通路途中に設けられて冷媒通路の連通、遮断を切り替える切替え弁と、冷却水回路途中に設けられて冷媒熱交換器の入り口側と出口側とを冷媒熱交換器を経由せずに連通するバイパス通路と、冷却水回路途中に設けられて、冷媒熱交換器内における冷却水の流通およびバイパス通路の遮断と、冷媒熱交換器内における冷却水の流通遮断およびバイパス通路の連通とを切り替える第２切替え弁とを備え、吸着剤熱交換器にはエンジン排気管が排気と吸着剤および冷却水とが熱交換可能なように装着される構成とした。従来の暖機装置における吸着剤再生時の熱源は冷却水であるが、本発明の請求項１に記載の暖機装置では、吸着剤熱交換器にエンジン排気管を排気と吸着剤および冷却水とが熱交換可能なように装着している。通常、暖機終了後において、冷却水温度は１００℃前後であるが、排気温度はエンジンの負荷により変動するが３００℃以上となる。したがって、吸着剤熱交換器における吸着剤再生温度を高めることができる。これにより、従来の暖機装置における吸着剤よりも再生温度の高い吸着剤、言い換えると冷媒吸着時の発熱量がより大きい吸着剤を使用することができるので、必要な吸着剤量および冷媒量は従来の暖機装置より少なくなり、吸着剤熱交換器および冷媒熱交換器を小型化することができる。
【００１２】
また、暖機中、吸着剤熱交換器においては、吸着剤による吸着熱に加えて排気熱も冷却水に伝達される、つまり排気によっても冷却水が暖められるので、暖機時間をより短縮する、つまり暖機性能を向上することができる。
【００１３】
また、従来の暖機装置においては、冷媒を気化させる熱源としては外気、すなわち暖機装置周囲の空気を利用している。そのため、冷媒の気化速度、つまり単位時間当たりの冷媒気化量は暖機装置が作動を開始した後ほとんど一定であるので、吸着剤熱交換器における単位時間当たりの吸着熱発生量も一定となる。これに対して、本発明の請求項１に記載の暖機装置では冷媒の気化用熱源として冷却水を利用している。この場合、冷却水は冷媒熱交換器を通過する際に冷媒の気化用に熱を放出し、冷却水温度は一旦低下するが、冷媒吸着時における吸着熱が冷媒気化熱より大きい吸着剤を用いることで、吸着剤熱交換器を通過する際に上述の放出熱量を大きく上回る吸着熱量を受け取り、冷却水温度は当初の温度より上昇する。これにより、エンジン始動と同時に暖機装置の作動が開始すると、時間の経過に連れて暖機が進み冷却水温度が上昇する。その結果、冷媒熱交換器における冷媒の気化速度は加速度的に促進される。したがって、吸着剤熱交換器における単位時間当たりの吸着熱発生量も冷媒の気化速度に連動して増大する。これにより、従来の暖機装置における冷媒蒸発促進手段、たとえば送風機等を不要として暖機装置を小型化することができる。さらに、従来の暖機装置においては冷媒の蒸発が困難である低温時においても、本発明の請求項１に記載の暖機装置では、エンジン始動後、時間と共に冷媒の気化速度が増大し暖機に必要な冷媒の蒸気を十分得ることができるので、暖機性能を向上する、すなわち暖機時間を短縮することができる。
【００１４】
また、暖機終了後においては、吸着剤に吸着した冷媒を脱着させると共に冷媒熱交換器内において凝縮収容させ次回のエンジン始動時の暖機に備えるために、冷媒熱交換器の温度を下げて冷媒の凝縮を促進する必要がある。本発明の請求項１に記載の暖機装置では、バイパス通路および第２切替え弁を備えている。これにより、暖機中は、第２切替え弁によりバイパス通路を遮断し且つ冷媒熱交換器内に冷却水を流通させて冷媒の蒸発を促進し、暖機終了後は、第２切替え弁によりバイパス通路を連通し且つ冷媒熱交換器内の冷却水の流通を遮断して、冷媒熱交換器の温度を低下させ冷媒の凝縮を促進することができる。
【００１５】
本発明の請求項２に記載の暖機装置は、バイパス通路は冷媒熱交換器の入り口側と吸着剤熱交換器の出口側とを連通する構成とした。本発明の請求項１に記載の暖機装置では、暖機終了後において、上述したように第２切替え弁を切替えて冷媒熱交換器内の冷却水の流通を遮断しているが、吸着剤熱交換器内には冷却水が流れている。したがって、吸着剤熱交換器において、排気熱は冷却水と吸着剤の両方に伝えられている。このため、吸着剤の再生、つまり吸着された冷媒の脱着に必要な熱が十分得られない可能性がある。そこで、本発明の請求項２に記載の暖機装置では、バイパス通路を、冷媒熱交換器および吸着剤熱交換器の両方をバイパスするように設けている。これにより、暖機終了後、吸着剤熱交換器において排気熱を１００％吸着剤の再生に利用できるので、吸着剤の再生時間を短縮することができる。
【００１６】
本発明の請求項３に記載の暖機装置は、冷媒熱交換器に替えて吸着剤とは異なる第２吸着剤が収容される第２吸着剤熱交換器を設けると共に、冷媒として外気温度が零下になっても凝固しない物質を用いる構成とした。本発明の請求項１に記載の暖機装置において、外気温度が零下になると凝固する物質、たとえば水を冷媒として用いた場合、外気温度が零下においては冷媒である水が氷結して十分な暖機性能が得られない恐れがある。そこで、本発明の請求項３に記載の暖機装置では、冷媒熱交換器の替わりに元の吸着剤とは異なる第２吸着剤が収容される第２吸着剤熱交換器を設けると共に、冷媒として外気温度が零下になっても凝固しない物質を用いている。これにより、外気温度が零下である場合でも、冷媒が氷結することがないので暖機装置を作動させることができる。
【００１７】
また、吸着剤熱交換器内の吸着剤の吸着熱が第２吸着剤熱交換器内の第２吸着剤の脱着熱より大きくなるように吸着剤および第２吸着剤の材質を選定すれば、エンジン始動時に、第２吸着剤熱交換器内で冷却水から放出される熱量、つまり冷媒が第２吸着剤から脱着する脱着熱量より吸着剤熱交換器内で冷却水が得る熱量、つまり吸着剤が冷媒を吸着する際の脱着熱量のほうが多くなり、その結果、本発明の請求項１に記載の暖機装置の場合と同様に暖機性能を向上させることができる。
【００１８】
本発明の請求項４に記載の暖機装置は、冷却水回路途中に、吸着剤熱交換器、冷媒熱交換器あるいは第２吸着剤熱交換器内における冷却水の流動を促進するためのポンプを設ける構成とした。エンジンに暖機装置を取り付ける場合、エンジン既存の冷却水回路を延長して吸着剤熱交換器、冷媒熱交換器等を附加することになる。したがって、冷却水回路の管路抵抗が暖機装置取付け前に比べて増大する可能性がある。このため、エンジンに内蔵されるポンプだけでは、暖機性能を維持するために必要な吸着剤熱交換器、冷媒熱交換器あるいは第２吸着剤熱交換器内における冷却水流量を確保できなくなる可能性がある。そこで、エンジンの冷却水回路の途中にポンプを追加配置することにより、吸着剤熱交換器、冷媒熱交換器あるいは第２吸着剤熱交換器内を通過する冷却水流量を十分確保異して、暖機性能を向上させることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１実施形態による暖機装置を、自動車用エンジンに適用した場合を例に図に基づいて説明する。
【００２０】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態による暖機装置１を自動車用エンジン１００に装着した状態を示す説明図である。図２は、冷媒熱交換器２の断面図であり、図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。図３は、吸着剤熱交換器３の断面図であり、図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。なお、各図において、同一構成部分には同一符号を付してある。
【００２１】
エンジン１００の冷却水回路は、従来からの第１冷却水回路１０４と、第１冷却水回路１０４に接続されて暖機装置１の一部を成す第２冷却水回路６とから構成されている。冷却水は、エンジン１００に内蔵されてエンジン１００の出力軸（図示せず）により駆動される水ポンプ（図示せず）により加圧されて、第１冷却水回路１０４および第２冷却水回路６内を図１中の矢印で示す方向に流れる。
【００２２】
第１冷却水回路１０４には、周知のラジエータ１０１、サーモスタット１０２および利用側熱交換器１０５が接続されている。利用側熱交換器１０５とは、たとえば、車室内に配置されて車室内の暖房装置あるいは窓ガラスの曇り防止装置の熱源となるものである。また、第１冷却水回路１０４には、利用側熱交換器１０５内における冷却水の流通・遮断を切り替える電磁弁９が設けられている。さらに、第１冷却水回路１０４には、水温センサ１０が冷却水の温度を検出可能に装着されている。
【００２３】
暖機装置１は、図１に示すように、第１冷却水回路１０４に接続される第２冷却水回路６と、この第２冷却水回路６の途中に設けられる冷媒熱交換器２と、第２冷却水回路６の途中且つ冷媒熱交換器２の下流側に設けられる吸着剤熱交換器３と、冷媒熱交換器２と吸着剤熱交換器３とを冷媒３ａが通過可能に連通する冷媒通路５と、冷媒通路５の連通・遮断を切り替える切替え弁である電磁弁４と、第２冷却水回路６の途中に設けられ冷媒熱交換器２の入り口側と出口側とを冷媒熱交換器２を経由せずに連通するバイパス通路８と、第２冷却水回路６の途中に設けられ冷媒熱交換器２内の冷却水流通およびバイパス通路８の遮断と冷媒熱交換器２内の冷却水流通遮断およびバイパス通路８の流通とを切り替える第２切替え弁である三方弁７と、第１冷却水回路１０４の途中に設けられる電磁弁９および水温センサ１０と、電磁弁９、電磁弁４および三方弁７への通電・通電遮断を制御する制御装置１２とから構成されている。
【００２４】
冷媒熱交換器２は、金属、たとえばステンレス鋼板で形成され、図２に示すように、その内部には冷媒２ａが収容されると共に冷却水と冷媒２ａが熱交換可能なように第２冷却水回路６が形成されている。本発明の第１実施形態による暖機装置１においては、冷媒２ａとして水が用いられている。また、冷媒熱交換器２の熱交換器としての効率を向上する、つまり熱伝達率を高めるために、第２冷却水回路６には複数のフィン２ｂが設けられている。これにより、第２冷却水回路６を流通する冷却水の熱が効率良く冷媒２ａに伝達される。
【００２５】
吸着剤熱交換器３は、金属、たとえばステンレス鋼板で形成され、図３に示すように、その内部には吸着剤３ａが収容されると共に冷却水と吸着剤３ａが熱交換可能なように第２冷却水回路６が形成されている。本発明の第１実施形態による暖機装置１においては、吸着剤３ａとしてＣａＯが用いられている。また、吸着剤熱交換器３には、エンジン１００の排気管１０３が吸着剤３ａと熱交換可能なように固定されている。また、吸着剤熱交換器３の熱交換器としての効率を向上する、つまり熱伝達率を高めるために、第２冷却水回路６には複数のフィン３ｂが設けられている。これにより、吸着剤３ａの熱が効率良く第２冷却水回路６を流通する冷却水に伝達される。また、フィン３ｂは、排気管１０３に熱交換可能に接触固定されている。これにより、排気管１０３中の排気流の熱が効率良く吸着剤３ａおよび冷却水に伝達される。また、吸着剤熱交換器３には、吸着剤３ａの温度を検出するための温度センサ１１が取り付けられている。
【００２６】
冷媒熱交換器２と吸着剤熱交換器３は、冷媒２ａが通過可能な冷媒通路５によって連通している。これにより、冷媒熱交換器２内で気化した冷媒２ａが冷媒通路５を通って吸着剤熱交換器３内に移動する、あるいは、吸着剤３ａから脱着した冷媒２ａが冷媒通路５を通って冷媒熱交換器２内に移動することが可能となる。
【００２７】
冷媒通路５の途中には、冷媒通路５の連通・遮断を切り替える切替え弁である電磁弁４が設けられている。
【００２８】
冷媒熱交換器２、吸着剤熱交換器３および冷媒通路５の内部は、脱気処理が施されている。
【００２９】
制御回路１２は、マイクロコンピュータ等を含む電気回路からなり、図１に示すように、バッテリ１０６から常時電力が供給されている。制御回路１２には、イグニッションスイッチ１０７がそのＯＮ／ＯＦＦを検出可能に接続されると共に、水温センサ１０、温度センサ１１、電磁弁４、９および三方弁７が接続されている。制御回路１２は、イグニッションスイッチ１０７、水温センサ１０、温度センサ１１からの出力に基づいて電磁弁４、９および三方弁７への通電・通電停止を制御して暖気装置１の作動を制御している。
【００３０】
次に、以上説明した、本発明の第１実施形態による暖機装置１の作動について、冷媒熱交換器２および吸着剤熱交換器３における冷媒２ａおよび吸着剤３ａの作動を中心に説明する。
【００３１】
（１）　エンジン始動時の冷却水温度（水温センサ１０により検出）が所定温度（たとえば７０℃）以下の場合。
【００３２】
この場合、エンジン１００が始動されると、冷却水はエンジン１００に内蔵される水ポンプ（図示せず）により加圧される。しかし、冷却水温度が低いため、サーモスタット１０２によりラジエータ１０１への冷却水の流れが遮断されており、冷却水は、暖機装置１、つまり第２冷却水回路６に向かって流れる。
【００３３】
一方、制御装置１２は、イグニッションスイッチ１０７がＯＮ状態となったことを検出して暖機装置１が作動を始める。このとき、電磁弁９は遮断状態に、三方弁７は冷媒熱交換器２内を流通状態且つバイパス通路８を遮断遮断状態に、電磁弁４は連通状態にそれぞれ制御される。
【００３４】
これにより、冷却水は、エンジン１００から第２冷却水回路６へ導入され、冷媒熱交換器２および吸着剤熱交換器３を通って再びエンジン１００へ戻るように流れる。また、電磁弁４が連通状態に制御されているので、冷媒熱交換器２および吸着剤熱交換器３は、冷媒通路５により連通している。
【００３５】
冷媒熱交換器２内を冷却水が流れると、冷却水の熱が冷媒２ａ（本実施形態においては水）に伝えられて冷媒２ａが蒸発すると同時に冷却水の温度は低下する。また、冷媒熱交換器２内で発生した冷媒２ａ蒸気は、冷媒通路５を通って吸着剤熱交換器３内に移動する。
【００３６】
吸着剤熱交換器３内の吸着剤３ａは、この時点では、後述する再生動作により冷媒２ａを放出した状態となっている。したがって、吸着剤熱交換器３においては、吸着剤３ａが冷媒通路５を通って流入する冷媒２ａ蒸気を吸着し吸着熱を発生する。これにより、冷却水は、吸着剤熱交換器３内を流れることにより加熱されて温度が上昇する。
【００３７】
ここで、本発明の第１実施形態においては、吸着剤３ａとしてＣａＯを、冷媒２ａとしてＨ２Ｏ（水）を用いている。この場合、ＣａＯの吸着熱は、水の蒸発潜熱の約２．５倍である。したがって、冷却水が冷媒熱交換器２、吸着剤熱交換器３の順に流れることにより、冷却水は、水の蒸発潜熱の約１．５倍の熱を受け取り、冷却水温度が上昇する。すなわち、冷却水は、暖機装置１内、つまり第２冷却水回路６を通過することにより温度上昇する。
【００３８】
温められた冷却水が再び冷媒熱交換器２内に流入すると、冷媒熱交換器２において冷媒２ａが受け取る熱量が増えるので冷媒２ａの蒸発量がさらに増加する。つまり、吸着剤熱交換器３内において吸着剤３ａに吸着される冷媒２ａ蒸気量が増加して吸着剤熱交換器３における吸着熱発生量が増大し、冷却水温度がさらに上昇する。
【００３９】
上述の、冷媒熱交換器２および吸着剤熱交換器３内の化学変化を、図４に示す、冷媒２ａ（Ｈ２Ｏ）、吸着剤３ａ（ＣａＯ）の相平衡線図に基づいて説明する。図４において、縦軸は圧力Ｐ、横軸は温度の逆数（１／Ｔ）である。つまり、横軸において左側に行くほど温度が高くなる。また、図４において、特性ＲはＨ２Ｏを、特性ＳはＣａＯをそれぞれ示す。特性Ｓ上のＸ点での温度は０℃であり、したがってＨ２ＯはＸ点より右側では凝固している。
【００４０】
先ず、Ａ点において、Ｈ２Ｏ（液体）＋Ｑａ→Ｈ２Ｏ（気体）の反応によりＨ２Ｏの気化が起こる。ここで、＋Ｑａは気化潜熱であり冷却水から奪われる。気化したＨ２Ｏは冷媒通路５を通って吸着剤熱交換器３内に進入しＣａＯに吸着される。つまり、図４中のＢ点において、ＣａＯ＋Ｈ２Ｏ−Ｑｂ→Ｃａ（ＯＨ）２の反応が起こる。このとき、吸着熱−Ｑｂが発生され冷却水に伝達されて、冷却水温度が上昇する。
【００４１】
温められた冷却水が再び冷媒熱交換器２に流入するので冷媒熱交換器２の温度が上昇し、Ｈ２Ｏの気化はＡ’点となり、ＣａＯの吸着もＢ’点となる。したがって吸着熱量がさらに増大し、冷却水温度がさらに上昇する。
【００４２】
ところで、本発明の第１実施形態による暖機装置１では、吸着剤熱交換器３にはエンジン１００の排気管１０３が吸着剤３ａあるいは冷却水と熱交換可能なように固定されている。したがって、吸着剤熱交換器３において、冷却水は、エンジン１００の排気からも熱を受けて温度が上昇する。
【００４３】
従来の暖機装置においては、冷媒を気化させるための熱源として冷媒熱交換器周囲の空気を利用している。このため、冷媒の気化速度、つまり単位時間当たりの冷媒気化量は暖機装置作動開始後ほとんど一定であり、吸着剤熱交換器における単位時間当たりの吸着熱発生量も一定となる。また、暖機がより必要な低温になるほど、冷媒気化に利用できる熱量が減少して暖機能力が低下する恐れがあった。
【００４４】
これに対して、本発明の第１実施形態による暖機装置１では、冷媒の気化用熱源としてエンジン冷却水を利用している。すなわち、温度上昇した冷却水を再び冷媒熱交換器２に導入して冷媒２ａの気化に利用できるので、冷媒熱交換器２における冷媒の気化速度は加速度的に促進され、これに対応して、吸着剤熱交換器３における単位時間当たりの吸着熱発生量も加速度的に増大する。また、吸着剤熱交換器３において、従来は利用していなかった排気熱を冷却水温度上昇に利用している。これにより、暖機時間、つまりエンジン１００始動後冷却水温度が所定温度（たとえば８０℃）に到達するまでの時間を短縮することができる。
【００４５】
さらに、従来の暖機装置における冷媒蒸発促進手段、たとえば送風機等を不要として暖機装置１を小型化することができる。
【００４６】
また、従来の暖機装置においては冷媒の蒸発が困難である低温時においても、確実に冷媒２ａを気化させて暖機性能を向上する、すなわち暖機時間を短縮することができる。
【００４７】
ところで、暖機装置１の暖機動作により冷却水温度が上昇し、やがて冷却水温度が所定温度（たとえば８０℃）に到達すると、制御装置１２は、電磁弁９を連通状態に制御する。これにより、利用側熱交換器１０５内に温まった冷却水が流れ、その熱が車室内の暖房、窓ガラスの曇り除去等に利用される。このとき、サーモスタット１０２は連通状態となり冷却水がラジエータ１０１にも流れ、冷却水温度は一定に維持される。この時点で、暖機装置１における暖機動作が終了する。
【００４８】
図５には、本発明の第１実施形態による暖機装置１を適用したエンジンにおける、エンジン始動後の冷却水温度上昇特性の測定結果を示す。図５において、縦軸は冷却水温度、横軸は時間をそれぞれ示す。図５中、実線は本発明の第１実施形態による暖機装置１を適用した場合を、破線は従来の暖機装置を適用した場合をそれぞれ示す。図５から明らかなように、本発明の第１実施形態による暖機装置１を適用することにより、冷却水温度が目標水温まで上昇するのに要する時間を大幅に短縮することができる。
【００４９】
つづいて、制御装置１２は、次回の暖機に備えるために吸着剤３ａの再生動作、すなわち、吸着剤３ａからの冷媒２ａの脱着を開始する。以下に、吸着剤３ａの再生作動について説明する。
【００５０】
このとき、制御装置１２は三方弁７を、こんどは、冷媒熱交換器２内を流通遮断状態且つバイパス通路８を連通状態に制御する。この結果、冷却水は冷媒熱交換器２内を流れなくなり、冷媒２ａの気化は停止される。一方、吸着剤熱交換器３において、吸着剤３ａは、エンジン１００の排気および冷却水から熱を受けて温度が上昇する。これにより、吸着剤３ａに吸着されていた冷媒２ａは吸着剤３ａから脱着し、冷媒２ａ蒸気となって冷媒通路５を通って冷媒熱交換器２内に流入し凝縮する。このとき、冷媒熱交換器２内への冷却水流入は遮断されているので、冷媒熱交換器２は外気により冷やされ冷媒熱交換器２の温度は低下し続け、冷媒２ａの凝縮が進行する。次に、温度センサ１０により検出している吸着剤３ａの温度が所定値、すなわち吸着剤３ａの再生が完了する温度（たとえば３２０℃）に達すると、制御装置１２は、電磁弁４を遮断状態に制御する。これにより、冷媒熱交換器２、吸着剤熱交換器間の冷媒２ａの移動は阻止されると共に吸着剤の再生状態が維持されて、暖機装置１は次回の暖機動作に備えることができる。
【００５１】
上述の、冷媒熱交換器２および吸着剤熱交換器３内の化学変化を、図４に示す、冷媒２ａ（Ｈ２Ｏ）、吸着剤３ａ（ＣａＯ）の相平衡線図に基づいて説明する。
【００５２】
冷却水温度が十分上昇すると共に排気温度も高くなり、それによりＣａＯが加熱される。その結果、Ｃ点において、Ｃａ（ＯＨ）２＋Ｑｃ→ＣａＯ＋Ｈ２Ｏ（気体）の反応が起こり、ＣａＯからＨ２Ｏ（気体）が脱着する。ここで、＋Ｑｃは脱着熱であり、排気および冷却水から奪われる。気化したＨ２Ｏは冷媒通路５を通って冷媒熱交換器２内に進入する。このとき、三方弁７は既に切り替えられており、冷媒熱交換器２内への冷却水流入は遮断されているので、冷媒熱交換器２は外気により冷却される。したがって、図４中のＤ点において、Ｈ２Ｏ（気体）−Ｑｄ→Ｈ２Ｏ（液体）の反応、すなわち凝縮が起こる。ここで、凝縮熱−Ｑｄが発生され外気に放出される。凝縮したＨ２Ｏ（液体）がさらに外気により冷却されて温度が下がり、再びＡ点、すなわち初期位置にもどり、電磁弁４が遮断されてＨ２Ｏ（液体）は冷媒熱交換器２内に封止され、次回の暖機動作に備える。
【００５３】
従来の暖機装置においては、吸着剤の再生用熱源として冷却水を利用している。通常、暖機完了後の冷却水温度は１００℃前後であり、したがって、吸着剤としては、再生温度が１００℃程度である物質が選定使用されている。しかしながら、再生温度が１００℃程度である吸着剤は冷媒吸着時の発熱量が少なく、暖機装置に要求される性能、たとえば単位時間当たりの発熱量を満足させるために必要な吸着剤量が多くなり、これに伴い必要な冷媒量も多くなってしまう。このため、吸着剤熱交換器および冷媒熱交換器の体格・重量が増大するという問題がある。
【００５４】
一方、本発明の第１実施形態による暖機装置１においては、吸着剤の再生用熱源としてエンジン１００の排気を利用している。排気温度はエンジン１００の負荷により変動するが、通常は３００℃以上となる。したがって、吸着剤熱交換器３における吸着剤３ａ再生温度を高めることができる。これにより、従来の暖機装置における吸着剤よりも再生温度の高い吸着剤３ａ、言い換えると冷媒吸着時の発熱量がより大きい吸着剤３ａを使用することができるので、暖機装置に要求される性能を満足するために必要な吸着剤３ａ量および冷媒２ａ量を従来の暖機装置の場合よりも低減することができる。したがって、良好な暖機性能を維持しつつ、吸着剤熱交換器３および冷媒熱交換器２を小型化することができる。
【００５５】
（２）　エンジン始動時の冷却水温度（水温センサ１０により検出）が所定温度（たとえば７０℃）以上の場合。
【００５６】
これは、エンジン１００を一旦停止させた後、再始動したような場合が相当する。この場合、エンジン始動時における冷却水温度は暖房やガラス窓の曇り除去に十分な温度に達しており、暖機制御は不要である。
【００５７】
したがって、制御装置１２は、電磁弁９を連通状態に、三方弁７を冷媒熱交換器２内を流通遮断状態且つバイパス通路８を連通状態に、電磁弁４を遮断状態にそれぞれ制御する。すなわち、エンジン１００の通常運転状態に制御する。
【００５８】
以上説明した、本発明の第１実施形態による暖機装置においては、冷媒の気化用熱源としてエンジン冷却水を利用している。すなわち、温度上昇した冷却水を再び冷媒熱交換器２に導入して冷媒２ａの気化に利用するので、冷媒熱交換器２における冷媒の気化速度は加速度的に促進され、これに連動して、吸着剤熱交換器３における単位時間当たりの吸着熱発生量も加速度的に増大する。したがって、暖機時間、つまりエンジン１００始動後冷却水温度が所定温度（たとえば８０℃）に到達するまでの時間を短縮しつつ、従来の暖機装置における冷媒蒸発促進手段、たとえば送風機等を不要として暖機装置１を小型化することができる。
【００５９】
また、吸着剤熱交換器３において、排気熱を冷却水温度上昇に利用できるので暖機時間することができる。
【００６０】
また、吸着剤３ａの再生用熱源としてエンジン１００の排気を利用している。排気温度はエンジン１００の負荷により変動するが、通常は３００℃以上となるので吸着剤熱交換器３における吸着剤３ａ再生温度を高めることができる。これにより、従来の暖機装置における吸着剤よりも再生温度の高い吸着剤３ａ、言い換えると冷媒吸着時の発熱量がより大きい吸着剤３ａを使用することができるので、暖機装置に要求される性能を満足するために必要な吸着剤３ａ量および冷媒２ａ量を従来の暖機装置の場合よりも低減することができる。したがって、良好な暖機性能を維持しつつ、吸着剤熱交換器３および冷媒熱交換器２を小型化することができる。
【００６１】
図６には、本発明の第１実施形態による暖機装置１の変形例を示す。
【００６２】
本発明の第１実施形態による暖機装置１の変形例においては、図６に示すように、暖機装置１の第２冷却水回路６途中にポンプ１３を追加設置している。ポンプ１３は電動式のものが用いられ、制御装置１２により運転制御されている。これにより、エンジン１００に内蔵される水ポンプ（図示せず）の吐出能力如何に関わらず、暖機装置１の第２冷却水回路６における冷却水流量を暖機上十分なだけ確保して、暖機装置１の暖機効果を確実に発揮させることができる。なお、冷却水温度が所定値まで上昇した後さらに吸着剤３ａの再生動作が終了した後は、ポンプ１３の運転を停止すれば、暖機装置１の消費電力を低減することができる。
【００６３】
図７には、本発明の第１実施形態による暖機装置１の他の変形例を示す。
本発明の第１実施形態による暖機装置１の他の変形例においては、暖機装置１の第２冷却水回路６途中に設けた三方弁７を、図７に示すように、２個の二方弁１４、１５に置換えている。これらの二方弁１４、１５を制御装置１２により駆動することで、三方弁７の場合と同様の流路切替え機能を果たすことができる。
【００６４】
一般に、三方弁は二方弁に比べてコストが高く、１個の三方弁７の価格より、２個の二方弁１４、１５の合計価格のほうが安価である。したがって、上述の構成とすることで、暖機装置１のコストを低減することができる。
【００６５】
（第２実施形態）
図８には、本発明の第２実施形態による暖機装置１を示す。
【００６６】
第２実施形態による暖機装置１においては、冷媒熱交換器２の替わりに、第２吸着剤熱交換器３０を用いている。第２吸着剤熱交換器３０には、吸着剤３ａと異なる第２吸着剤３０ａが封入されている。この第２実施形態においては、吸着剤３ａとしてＭｇＯを、第２吸着剤３０ａとして１３Ｘ型ゼオライトをそれぞれ封入すると共に、冷媒としてＣＯ２を使用している。
【００６７】
本発明の第１実施形態による暖機装置１においては、冷媒２ａとしてＨ２Ｏ（水）を使用している。このため、外気温度が零下になると冷媒熱交換器２内で冷媒、つまり水が氷結してしまい、十分な暖機性能が得られなくなる可能性がある。
【００６８】
そこで、第２実施形態においては、冷媒２ａとして凝固点が水より低いＣＯ２を用いることにより、外気温度が零下であるときにも十分な暖機性能が得られる暖機装置１を実現している。
【００６９】
また、本発明の第１実施形態による暖機装置１では、暖機装置１の非作動時において冷媒２ａを液体（水）の状態で保存している。一方、第２実施形態では、冷媒２ａとしてＣＯ２（気体）を用いると共に、暖機装置１の非作動時においては、ＣＯ２を吸着物質、すなわち第２吸着剤３０ａである１３Ｘ型ゼオライトに吸着させて保存している。
【００７０】
吸着剤３ａであるＭｇＯがＣＯ２を吸着する際に放出する吸着熱は、１３Ｘ型ゼオライトからＣＯ２を脱着させるために必要な脱着熱より大きい。したがって、第１実施形態による暖機装置１の場合と同様に、暖機装置１の暖機動作中、冷却水が第２吸着剤熱交換器３０〜吸着剤熱交換器３を通過すると冷却水温度は上昇する。すなわち、第２吸着剤熱交換器３０内においては、流入した冷却水から熱を奪って１３Ｘ型ゼオライトからＣＯ２が脱着される。脱着したＣＯ２は冷媒通路５を通って吸着剤熱交換器３内に進入し、吸着剤３ａであるＭｇＯに吸着される。このとき発生する吸着熱は、吸着剤熱交換器３内で冷却水に伝達され、冷却水温度が上昇する。
【００７１】
また、第２吸着剤３０ａである１３Ｘ型ゼオライトのＣＯ２吸着率は低温時ほど高く、−２０℃において２０％である。したがって、暖機作動時において、冷却水温度の上昇に連れて１３Ｘ型ゼオライトからのＣＯ２の離脱量が増加し、吸着剤３ａであるＭｇＯの吸着熱発生量も増加するので、高い暖機効果が得られる。
【００７２】
一方、冷却水温度が所定値に達すると暖機動作は終了し、続いて再生動作が開始される。すなわち、三方弁７が切り替えられて、第２吸着剤熱交換器３０への冷却水流入が遮断されるので第２吸着剤熱交換器３０は外気により冷却され、１３Ｘ型ゼオライトの温度が低下する。吸着剤熱交換器３内では、排気からの熱を受けて、ＭｇＯに吸着されていたＣＯ２が脱着し始める。ＭｇＯから離脱したＣＯ２は、冷媒通路５を通って第２吸着剤熱交換器３０へ流入し１３Ｘ型ゼオライトに吸着される。このとき、外気により冷却されて１３Ｘ型ゼオライトの温度は低下しつつあるので、ＭｇＯから離脱したＣＯ２は連続して１３Ｘ型ゼオライトに吸着される。温度センサ１１により検出されるＭｇＯの温度が所定値、つまり、ＭｇＯに吸着されていたＣＯ２のほぼ全量が脱着する温度に達すると、制御装置１２は電磁弁４を遮断状態に制御し、ＣＯ２が第２吸着剤熱交換器３０内に封入されて再生動作が終了し、暖機装置１は次回の暖機に備える。
【００７３】
（第３実施形態）
図９には、本発明の第３実施形態による暖機装置１を示す。
【００７４】
第３実施形態による暖機装置１においては、バイパス通路８に替えてバイパス通路８０を設けている。すなわち、バイパス通路８が冷媒熱交換器２をバイパスしているのに対し、バイパス通路８０は、図９に示すように、冷媒熱交換器２および吸着剤熱交換器３の両方をバイパスしている。
【００７５】
これにより、暖機装置１の暖機動作終了後の再生作動、つまり吸着剤３ａから冷媒２ａを脱着させ且つ冷媒熱交換器２内に凝縮させる作動時において、三方弁７を切替えてバイパス通路８０を連通させると、吸着剤熱交換器３内を冷却水が流れなくなる。したがって、排気熱を全部吸着剤３ａの加熱に利用できるので、吸着剤３ａからの冷媒２ａの脱着に要する時間を短縮することができる。
【００７６】
なお、上述の第３実施形態による暖機装置１では、暖機動作終了後の再生作動中において、排気熱を冷却水の加熱に利用できない。したがって、上述の第３実施形態による暖機装置１は、暖機装置１の暖機動作終了後において、冷却水がエンジン１００内を通過する際の受熱量により利用側熱交換器１０５における放熱量を十分まかなえるようなエンジン１００に適用することが望ましい。
【００７７】
以上説明した、本発明の第１〜第３実施形態による暖機装置１において、冷媒通路５の連通・遮断を切り替える電磁弁４は、非通電時連通・通電時遮断型、あるいは非通電時遮断・通電時連通型のどちらであってもよい。ただし、電磁弁４が連通状態となるのは暖機装置１作動時の短時間に限られるので、非通電時遮断・通電時連通型の電磁弁を使用すれば自動車の消費電力を低減することができる。
【００７８】
同様に、冷媒熱交換器２または第２吸着剤熱交換器３０内に冷却水を流すのは暖機装置１作動時の短時間に限られるので、第２冷却水回路６、バイパス通路８および三方弁７を、非通電時においてバイパス通路８が連通してバイパス通路８を冷却水が流れるように接続すれば、自動車の消費電力を低減することができる。
【００７９】
また、以上説明した、本発明の第１〜第３実施形態による暖機装置１において、暖機装置１における再生動作終了時期を温度センサ１１により検出した吸着剤３ａの温度に基づいて決定しているが、吸着剤３ａの温度に依らずに、暖機装置１の作動開始後所定時間が経過した時点を再生動作終了時期としてもよい。ここで、所定時間は、たとえば、吸着剤３ａおよび冷媒２ａの材質や使用量、当該自動車の使用環境（特に最低温度条件）等に応じて最適に予め決定される。このような構成とすれば、温度センサ１１が不要となり暖機装置１のコストを低減できる。
【００８０】
また、以上説明した、本発明の第１〜第３実施形態による暖機装置１において、第１冷却水回路１０４途中に電磁弁９を設けて利用側熱交換器１０５内の冷却水流通・遮断を切り替えるようにしているが、電磁弁９を廃止してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態による暖機装置１をエンジン１００に装着した状態を示す説明図である。
【図２】本発明の第１実施形態による暖機装置１の冷媒熱交換器２の断面図であり、図１中のＩＩ−ＩＩ線断面図である。
【図３】本発明の第１実施形態による暖機装置１の吸着剤熱交換器３の断面図であり、図１中のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。
【図４】本発明の第１実施形態による暖機装置１の冷媒２ａ（Ｈ２Ｏ）、吸着剤３ａ（ＣａＯ）の相平衡線図である。
【図５】本発明の第１実施形態による暖機装置１を適用したエンジン１００における、エンジン始動後の冷却水温度上昇特性の測定結果のグラフである。
【図６】本発明の第１実施形態による暖機装置１の変形例をエンジン１００に装着した状態を示す説明図である。
【図７】本発明の第１実施形態による暖機装置１の他の変形例をエンジン１００に装着した状態を示す説明図である。
【図８】本発明の第２実施形態による暖機装置１をエンジン１００に装着した状態を示す説明図である。
【図９】本発明の第３実施形態による暖機装置１をエンジン１００に装着した状態を示す説明図である。
【符号の説明】
１　　暖機装置
２　　冷媒熱交換器
２ａ　　冷媒
３　　吸着剤熱交換器
３ａ　　吸着剤
３０　　第２吸着剤熱交換器
３０ａ　　第２吸着剤
４　　電磁弁（切替え弁）
５　　冷媒回路
６　　第２冷却水回路（冷却水回路）
７　　三方弁（第２切替え弁）
８、８０　　バイパス通路
９　　電磁弁
１０　　水温センサ
１１　　温度センサ
１２　　制御装置
１３　　ポンプ
１４、１５　　二方弁（切替え弁）
１００　　エンジン
１０１　　ラジエータ
１０２　　サーモスタット
１０３　　排気管
１０４　　第１冷却水回路（冷却水回路）
１０５　　利用側熱交換器
１０６　　バッテリ
１０７　　イグニッションスイッチ
【図１】
2004092585.tif 000003
【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】
2004092585.tif 000009
【図８】
2004092585.tif 000010
【図９】
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