(57)【要約】【課題】  本発明は、ヒートパイプと蓄熱タンクを利用して内燃機関の排熱を回収及び蓄熱するシステムにおいて蓄熱タンクからの不要な放熱を抑制して蓄熱タンクの保温性能を向上させることを課題とする。【解決手段】本発明は、熱を蓄える蓄熱タンク（８）と、内燃機関（１）の排熱を前記蓄熱タンク（８）へ伝導するヒートパイプ（１３）とを備えた蓄熱システムにおいて、蓄熱タンク（８）内の温度がヒートパイプ（１３）の入熱部（１５）の温度より高くなったときに、蓄熱タンク（８）から入熱部（１５）への熱伝導率を低下させることを特徴としている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱を蓄える蓄熱タンクと、内燃機関の排熱を蓄熱タンクへ伝導するヒートパイプとを備えた蓄熱システムにおいて、蓄熱タンク内の温度がヒートパイプの入熱部より高くなるときに、蓄熱タンク内から入熱部への熱伝導率を低下させる熱伝導率低下手段を備えることを特徴とする蓄熱システム。
【請求項２】
請求項１において、ヒートパイプの放熱部が蓄熱タンクの外部に配置され、
前記熱伝導率低下手段は、放熱部と蓄熱タンク内との間で熱を伝達する熱伝達手段と、熱伝達手段の熱伝導率を変更する熱伝導率変更手段とを備え、蓄熱タンク内温度が入熱部の温度より高くなるときは、蓄熱タンク内温度が入熱部の温度より低くなるときに比して熱伝達手段の熱伝導率を低下させることを特徴とする蓄熱システム。
【請求項３】
請求項２において、前記熱伝達手段は、蓄熱タンク内から放熱部を経由して蓄熱タンク内へ帰還する循環路と、循環路内を流動可能な熱媒体と、循環路内に熱媒体の流れを発生させるポンプとを備え、
前記熱伝導率低下手段は、蓄熱タンク内温度が入熱部の温度より低い場合にはポンプを作動させ、蓄熱タンク内温度が入熱部の温度より高い場合にはポンプを停止させることを特徴とする蓄熱システム。
【請求項４】
請求項３において、前記循環路は、蓄熱タンク内から内燃機関を経由して蓄熱タンク内へ帰還する熱媒体通路であることを特徴とする蓄熱システム。
【請求項５】
請求項１において、ヒートパイプの放熱部が蓄熱タンクの内部に配置され、
前記熱伝導率低下手段は、ヒートパイプの途中に設けられた弁機構であり、蓄熱タンク内温度が入熱部の温度より低い場合に開弁してヒートパイプ内における作動液の移動を許容し、蓄熱タンク内温度が入熱部の温度より高い場合には閉弁してヒートパイプ内における作動液の移動を阻止することを特徴とする蓄熱システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排熱を回収して蓄熱するシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、車両などに搭載される内燃機関では、ヒートパイプと蓄熱タンクを利用して内燃機関の排熱を回収及び蓄熱し、蓄熱された熱エネルギを内燃機関等の暖機に利用する技術が提案されている（たとえば、特許文献１を参照）。
【０００３】
【特許文献１】実開昭６３−９０２３号公報
【特許文献２】実開平２−７６５１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記したような従来の技術では、ヒートパイプの入熱部が内燃機関の排気通路内に配置され、ヒートパイプの放熱部が蓄熱タンク内に配置されている。
【０００５】
内燃機関の運転停止中等は排気通路内の温度が外気温と同等程度まで低下するため、排気通路内の温度が蓄熱タンク内の温度より低くなり易い。
【０００６】
排気通路内の温度が蓄熱タンク内の温度より低くなると、ヒートパイプの入熱部と放熱部の作用が逆転し、蓄熱タンク内の熱がヒートパイプを介して排気通路内へ伝導されるようになる。ヒートパイプは概して熱伝導率が高いため、上記したように入熱部と放熱部の作用が逆転すると、蓄熱タンクの比較的多量の熱が排気通路内へ放出されてしまう。その結果、蓄熱タンクの蓄熱量が減少し、内燃機関等の暖機を好適に行うことが困難となる。
【０００７】
本発明は、上記したような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、蓄熱タンクとヒートパイプを備えた蓄熱システムにおいて、蓄熱タンクに蓄えられた熱の不要な放熱を抑制して蓄熱タンクの保温性能を高めることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は上記した課題を解決するために以下のような手段を採用した。すなわち、本発明の特徴は、熱を蓄える蓄熱タンクと、内燃機関の排熱を前記蓄熱タンクへ伝導するヒートパイプとを備えた蓄熱システムにおいて、蓄熱タンク内の温度がヒートパイプの入熱部の温度より高くなったときに、蓄熱タンク内から入熱部への熱伝導率を低下させる点にある。
【０００９】
蓄熱タンク内から入熱部への熱伝導率を低下させる方法としては、ヒートパイプの放熱部を蓄熱タンクの外部に配置し、放熱部と蓄熱タンク内との間に熱伝導率を可変とする機構を設ける方法を例示することができる。
【００１０】
熱伝導率を可変とする機構は、例えば、蓄熱タンク内から前記放熱部を経由して蓄熱タンク内へ戻る循環路と、循環路内を流動可能な熱媒体と、前記循環路内における熱媒体の流れを発生及び停止させるポンプ機構とを備え、放熱部と蓄熱タンク内との熱伝導率を高める場合（すなわち、放熱部から放出された熱を蓄熱タンク内に蓄える場合）には循環路内に熱媒体の流れを発生させ、放熱部と蓄熱タンク内との熱伝導率を低くする場合（すな
わち、蓄熱タンク内から放熱部へ伝達される熱量を減少させる場合）には循環路内における熱媒体の流れを停止させる。
【００１１】
尚、上記した循環路は専用の通路であってもよいが、蓄熱タンクから内燃機関や変速機等を経由して蓄熱タンクへ帰還する循環路、すなわち、蓄熱タンク内の熱を内燃機関や変速機等へ伝達するための熱媒体循環通路を兼用してもよい。この場合、蓄熱システムの構成を簡略化することができ、車両等への搭載性が向上する。
【００１２】
蓄熱タンク内から入熱部への熱伝導率を低下させる他の方法としては、ヒートパイプの途中に弁機構を設け、入熱部と蓄熱タンク内との熱伝導率を高める場合（すなわち、入熱部により回収された熱を蓄熱タンク内に蓄える場合）には弁機構を開弁させて作動液の移動を許容し、入熱部と蓄熱タンク内との熱伝導率を低くする場合（すなわち、蓄熱タンク内から入熱部へ伝達される熱量を減少させる場合）には弁機構を閉弁させて作動液の移動を禁止する方法を例示することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る蓄熱システムによれば、ヒートパイプと蓄熱タンクを備えた蓄熱システムにおいて、蓄熱タンク内の温度が入熱部の温度より高くなったときに蓄熱タンクから入熱部への熱伝導率が低下するため、蓄熱タンクからの不要な放熱を抑制することができ、以て蓄熱タンクの保温性能が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明に係る蓄熱システムの具体的な実施形態について図面に基づいて説明する。
【実施例１】
【００１５】
先ず、本発明に係る蓄熱システムの第１の実施例について図１〜図２に基づいて説明する。
【００１６】
図１は、本発明に係る蓄熱システムを適用する内燃機関の概略構成を示す図である。図１において内燃機関１は、シリンダヘッド２とシリンダブロック３を備えている。
【００１７】
シリンダヘッド２には冷却水通路４が形成されている。シリンダブロック３にはウォータジャケット５が形成されている。冷却水通路４とウォータジャケット５は内燃機関１の内部において相互に連通している。
【００１８】
シリンダヘッド２にはエキゾーストマニフォルド６が接続され、エキゾーストマニフォルド６は排気浄化触媒７に接続されている。
【００１９】
内燃機関１には、前記冷却水通路４と前記ウォータジャケット５とを連通する冷却水管１０が接続されている。冷却水管１０とウォータジャケット５との連結部にはサーモスタット１１が介設されている。
【００２０】
前記冷却水管１０の途中には、蓄熱タンク８と第１電動ウォータポンプ１２が設けられている。蓄熱タンク８は第１電動ウォータポンプ１２より冷却水通路４側に配置される。
【００２１】
前記蓄熱タンク８には、流動可能な蓄熱材９を収容する蓄熱材容器９０が内装されている。蓄熱材容器９０の内部には冷却水管１０の一部が埋設され、冷却水管１０を流れる冷却水と蓄熱材１０との間で熱交換が行われるようになっている。
【００２２】
また、蓄熱材容器９０には、該蓄熱材容器９０内の蓄熱材９を蓄熱タンク８外へ導いた後に再び該蓄熱材容器９０へ導く循環路９１が接続されている。循環路９１の途中には該循環路９１内に蓄熱材９の流れを発生させるための第２電動ウォータポンプ９２が設けられている。
【００２３】
前記循環路９１の途中には、ヒートパイプ１３の放熱部（凝集部）１４が接続されている。前記ヒートパイプ１３の入熱部（蒸発部）１５は、エキゾーストマニフォルド６のフランジ６０に接続されている。
【００２４】
前記冷却水通路４と前記蓄熱タンク８の間に位置する冷却水管１０には三方切換弁１６が配置されている。尚、以下では三方切換弁１６より冷却水通路４側に位置する冷却水管１０を第１冷却水管１０ａと称し、三方切換弁１６よりサーモスタット１１側に位置する冷却水管１０を第２冷却水管１０ｂと称する。
【００２５】
三方切換弁１６には、前記した第１冷却水管１０ａ及び第２冷却水管１０ｂに加え、第１のヒータ用冷却水管１７が接続されている。第１のヒータ用冷却水管１７は車室内用ヒータのヒータコア１８と接続されている。ヒータコア１８には第２のヒータ用冷却水管１９が接続されている。第２のヒータ用冷却水管１９は、サーモスタット１１と第１電動ウォータポンプ１２の間に位置する冷却水管１０と接続されている。
【００２６】
このように構成された蓄熱システムでは、内燃機関１が暖機完了後の運転状態にあるとき或いは高負荷運転状態にあるときには、第２冷却水管１０ｂを閉塞し且つ第１冷却水管１０ａと第１のヒータ用冷却水管１７を導通させるように三方切換弁１６が動作し、第１電動ウォータポンプ１２が作動を停止し、第２電動ウォータポンプ９２が作動する。
【００２７】
この場合、内燃機関１の熱を受けて高温となった冷却水がウォータジャケット５からサーモスタット１１を介して第２冷却水管１０ｂへ流入する。第２冷却水管１０ｂへ流入した冷却水は、第２のヒータ用冷却水管１９を介してヒータコア１８へ導かれる。ヒータコア１８へ導かれた冷却水は、車室内暖房用の空気との間で熱交換される。
【００２８】
ヒータコア１８において車室内暖房用空気と熱交換された後の冷却水は、第１のヒータ用冷却水管１７及び三方切換弁１６を介して第１冷却水管１０ａへ導かれる。第１冷却水管１０ａへ流入した冷却水は、内燃機関１の冷却水通路４へ流入する。
【００２９】
一方、エキゾーストマニフォルド６のフランジ６０は、内燃機関１からの放熱及び排気からの放熱により昇温する。フランジ６０が昇温すると、フランジ６０の熱がヒートパイプ１３の入熱部１５に伝達される。
【００３０】
入熱部１５に伝達された熱は、ヒートパイプ１３内の作動液を蒸発させる。蒸発した作動液は、ヒートパイプ１３内を速やかに移動して放熱部１４に到達する。
【００３１】
放熱部１４へ移動した作動液は、該作動液の熱を放出して凝集する。放熱部１４において凝集した作動液は再び入熱部１５へ移動する。
【００３２】
作動液から放出された熱は、循環路９１内の蓄熱材９に伝達される。
作動液からの熱を受けた蓄熱材９は、第２電動ウォータポンプ９２が発生する流れに乗って蓄熱材容器９０へ流入する。
【００３３】
上記したような作動液の作動及び蓄熱材９の循環が繰り返されると、フランジ６０の熱が蓄熱材９に蓄えられるようになる。
【００３４】
次に、内燃機関１の運転停止中は、フランジ６０の熱が大気中へ放出されるため、該フランジ６０の温度が外気と同程度まで低下する。一方、蓄熱材容器９０に収容された蓄熱材９は蓄熱タンク８の保温効果により高温に保たれる。このため、内燃機関１の運転停止中には、蓄熱材容器９０内の温度がフランジ６０の温度より高くなる可能性がある。
【００３５】
その際、従来のようにヒートパイプ１３の放熱部１４が蓄熱材容器９０内に配置されていると、放熱部１４の温度が入熱部１５より高くなるため、蓄熱材容器９０内の熱がヒートパイプ１３を介してフランジ６０へ放熱されてしまう。
【００３６】
これに対し、本実施例の蓄熱システムでは、ヒートパイプ１３の放熱部１４が蓄熱タンク８外に配置された循環路９１と接続されるため、放熱部１４の温度（すなわち、循環路９１内の蓄熱材９の温度）は、入熱部１５の温度（すなわち、フランジ６０の温度）と同等に低下する。
【００３７】
その結果、入熱部１５と放熱部１４の作用が逆転し難く、蓄熱タンク８内の熱がヒートパイプ１３を介して放熱されるような事態が発生し難くい。
【００３８】
仮に蓄熱材容器９０内の熱が循環路９１内の蓄熱材９へ伝導されることによって放熱部１４の温度が入熱部１５の温度より高くなったとしても、その際の放熱量は従来の蓄熱システムに比べて十分に少ない。これは以下の理由に依るものと考えられる。
【００３９】
内燃機関１の運転停止中は第２電動ウォータポンプ９２の作動が停止するため、蓄熱材容器９０と循環路９１との間を蓄熱材９が移動しなくなる。このような状況下では、蓄熱材容器９０内から循環路９１内への熱伝導率がヒートパイプ１３の熱伝導率に比べて十分に低くなる。
【００４０】
従って、放熱部１４の温度が入熱部１５の温度より高くなったとしても、蓄熱タンク８から入熱部１５へ放出される熱量は従来の蓄熱システムに比べて少なくなる。
【００４１】
特に、本蓄熱システムを車両等に搭載する際に蓄熱材容器９０の搭載位置が循環路９１の搭載位置より高くなるようにすれば、蓄熱材容器９０内から循環路９１内へ伝達される熱量が一層少なくなり、それに応じて蓄熱タンク８から入熱部１５へ放出される熱量も一層少なくなる。
【００４２】
図２は、内燃機関１の運転停止中における蓄熱タンク内温度の変化を示している。図中の実線は本実施例の蓄熱システムの温度変化を示し、図中の点線はヒートパイプ１３の放熱部１４が蓄熱タンク内に配置された従来の蓄熱システムの温度変化を示している。
【００４３】
図２からも明らかなように、本実施例における蓄熱システムは、従来の蓄熱システムに比べて蓄熱タンク８からの放熱量が少なくなっている。従って、本実施例によれば、ヒートパイプ１３と蓄熱タンク８を備えた蓄熱システムにおいて、蓄熱タンク８からの不要な放熱を抑制することができ、蓄熱タンク８の保温性能を向上させることが可能となる。
【００４４】
尚、本実施例の蓄熱システムは、ヒートパイプ１３の放熱部１４を蓄熱タンク８外に配置することを目的として専用の循環路９１及び第２電動ウォータポンプ９２を備えているが、図３に示されるように、蓄熱タンク８近傍の冷却水管１０（好ましくは、熱回収時に蓄熱タンク８の上流に位置する冷却水管１０）にヒートパイプ１３の放熱部１４を接続するようにしてもよい。この場合、冷却水管１０及び第１電動ウォータポンプ１２が前述した循環路９１及び第２電動ウォータポンプ９２の機能を兼用することができるため、蓄熱
システムの部品点数が減少する。その結果、蓄熱システムの車両搭載性が向上するとともに、蓄熱システムのコストを低減することも可能になる。
【実施例２】
【００４５】
次に、本発明に係る蓄熱システムの第２の実施例について図４に基づいて説明する。ここでは前述した実施例１と異なる構成について説明し、同様の構成については説明を省略する。
【００４６】
前述した実施例１ではヒートパイプ１３の放熱部１４を蓄熱タンク８の外部に配置することで蓄熱タンク８の保温性を向上させる例について述べたが、本実施例ではヒートパイプ１３の放熱部１４を従来通りに蓄熱タンク８内に配置しつつ蓄熱タンク８の保温性を向上させる例について述べる。
【００４７】
図４は、本実施例における蓄熱システムの概略構成を示す図である。図４に示されるように、ヒートパイプ１３の放熱部１４は蓄熱タンク８内に配置されている。ヒートパイプ１３の途中には、該ヒートパイプ１３内における作動液の移動を阻止する抑止弁２０が設けられている。
【００４８】
前記抑止弁２０は、内燃機関１が暖機完了後の運転状態にあるとき或いは高負荷運転状態にあるときに開弁され、内燃機関１の運転停止中は閉弁される。
【００４９】
前述の実施例１で述べたように、内燃機関１の運転停止中はフランジ６０の温度が外気温度と同程度まで低下するため、ヒートパイプ１３の入熱部１５が放熱部１４より低温となり、入熱部１５と放熱部１４の作用が逆転してしまう。入熱部１５と放熱部１４の作用が逆転すると、蓄熱タンク８内の熱がヒートパイプ１３を介して放熱される。ヒートパイプ１３は熱伝導率が高いため、蓄熱タンク８から多量の熱が放熱される可能性もある。
【００５０】
これに対し、本実施例では内燃機関１の運転停止中、好ましくはフランジ６０の温度が蓄熱タンク８内の温度より低いときに抑止弁２０が閉弁される。
【００５１】
抑止弁２０が閉弁されると、ヒートパイプ１３内の作動液が放熱部１４と入熱部１５との間を行き来することができなくなるため、放熱部１４において蓄熱タンク８内から作動液に伝達された熱が入熱部１５へ伝達されなくなる。
【００５２】
その際、ヒートパイプ１３内の熱が該ヒートパイプ１３の壁面を介して大気中へ放出される可能性があるが、一般にヒートパイプの入熱部と放熱部との間の部位は断熱構造となっているため、ヒートパイプ１３内から大気中へ放出される熱量は少ない。
【００５３】
従って、本実施例における蓄熱システムによれば、ヒートパイプ１３と蓄熱タンク８を備えた蓄熱システムにおいて、内燃機関１の排熱を回収する際にはヒートパイプ１３の高い熱伝導率を利用して効率的な熱回収を行うことができるとともに、入熱部１５が放熱部１４より高温となった際には蓄熱タンク８内からヒートパイプ１３を介した放熱を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】実施例１における蓄熱システムの概略構成を示す図
【図２】内燃機関の運転停止中における蓄熱タンク内温度の測定結果を示す図
【図３】実施例１における蓄熱システムの変形例を示す図
【図４】実施例２における蓄熱システムの概略構成を示す図
【符号の説明】
【００５５】
１・・・・・内燃機関
８・・・・・蓄熱タンク
９・・・・・蓄熱材
１０・・・・冷却水管
１２・・・・第１電動ウォータポンプ
１３・・・・ヒートパイプ
１４・・・・放熱部
１５・・・・入熱部
２０・・・・抑止弁
９１・・・・循環路
９２・・・・第２電動ウォータポンプ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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