(57)【要約】【課題】  エンジンの暖機完了後、エンジン停止してもできるだけエンジンの温度を保つことができ、エンジン再始動時に冷間始動となりにくい簡易な構成の潜熱蓄熱装置を提供することを課題とする。【解決手段】  潜熱蓄熱装置（１）は、エンジン（２）の内部に設置され、内部に潜熱蓄熱材（５）が収容された潜熱蓄熱材収容室（４）、この潜熱蓄熱材収容室（４）と連通し、エンジン（２）の外部へ導出され、内部の潜熱蓄熱材（５）の少なくとも一部分を固相状態に保持するように低温が維持される突起部（低温保持部６）を有する。固相状態の潜熱蓄熱材（５）と混在する液相の潜熱蓄熱材（５）は、温度が低下する過程で液相から固相への相変化がなされる。相変化がなされている間、潜熱蓄熱材（５）の温度はほぼ一定に保たれるため、エンジン（２）の温度低下を抑制できる。これにより、冷間始動となるまでの時間を延長できる。【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの内部に設置され、内部に潜熱蓄熱材が収容された潜熱蓄熱材収容室と、
当該潜熱蓄熱材収容室と連通し、前記エンジンの外部へ導出され、内部の潜熱蓄熱材の少なくとも一部分を固相状態に保持するように低温が維持される突起部と、
を有することを特徴とする潜熱蓄熱装置。
【請求項２】
請求項１記載の潜熱蓄熱装置において、
前記潜熱蓄熱材収容室は、エンジンのボア部に形成されたウォータジャケットの周囲に配設したことを特徴とする潜熱蓄熱装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載の潜熱蓄熱装置において、
前記突起部は、前記潜熱蓄熱材収容室の下端近傍で当該潜熱蓄熱材収容室と連通していることを特徴とする潜熱蓄熱装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一項記載の潜熱蓄熱装置において、
前記突起部の周囲に熱交換器を配設したことを特徴とする潜熱蓄熱装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか一項記載の潜熱蓄熱装置を搭載したことを特徴とするエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンを効果的に保温することができる潜熱蓄熱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンは、暖機が完了していない状態ではフリクションが大きい等の問題があることから早期の暖機完了が求められる。特に、シリンダボアやピストン、クランクシャフト等の摺動部を有する構成要素は効率のよい運転を実現するために早期暖機完了が望まれる。通常のエンジンは筒内爆発が開始されるとシリンダブロックやシリンダヘッド等のエンジン構成要素、さらに、これらのエンジン構成要素に形成された油路中を循環するエンジンオイルが温められ、徐々に暖機が進行する。従来、このようなエンジンの早期暖機完了を達成すべく、シリンダを囲むように形成した蓄熱材収納室に、潜熱型蓄熱材（蓄熱材）を収納したエンジンの急速暖機装置が提案されている（特許文献１）。このような急速暖機装置は、エンジンの冷間始動時に、過冷却状態となっている蓄熱材に対して電圧印加し、これにより相変化を開始させて潜熱を発生させるように構成されている。
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−１８２３９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
以上説明したように特許文献１記載のエンジンの急速暖機装置は、冷間始動直後に直接シリンダ周辺を局部的に昇温することができ、効率よく機関の昇温を図ることができるものである。
【０００５】
しかしながら、特許文献１記載のエンジンの急速暖機装置は、蓄熱材に対して電圧印加を行う電極を装着しなければならない等、構造が複雑となることが懸念される。また、一旦、エンジンの暖機が完了した後、エンジンを停止させたような場合に、エンジンが適度な温度を保っている限りは急速暖機装置を作動させての改めての暖機動作は不要である。
【０００６】
そこで、本発明は、一旦、エンジンの暖機が完了した後は、エンジン停止してもできるだけエンジンの温度を保つことができ、エンジン再始動時に冷間始動となりにくい潜熱蓄熱装置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】
【０００７】
かかる課題を解決するための、本発明の潜熱蓄熱装置は、エンジンの内部に設置され、内部に潜熱蓄熱材が収容された潜熱蓄熱材収容室と、当該潜熱蓄熱材収容室と連通し、前記エンジンの外部へ導出され、内部の潜熱蓄熱材の少なくとも一部分を固相状態に保持するように低温が維持される突起部と、を有することを特徴とする（請求項１）。本発明は、熱容量の大きな物資をエンジン内に収容し、エンジン停止後も長時間にわたってエンジンの温度を保つことができるようにしたものである。このような熱容量の大きな物質としては、酢酸ナトリウム・３水和物等の潜熱蓄熱材を採用することができる。このような潜熱蓄熱材は、従来、発核操作によって発熱させ、その熱をエンジンの暖機に利用しているものと同様のものである。但し、本発明における潜熱蓄熱材は、従来の潜熱蓄熱材とはその用い方が異なっており、本発明における潜熱蓄熱材は、過冷却状態となることを回避し、固相と液相との間で相変化させることによってできるだけ暖機完了後のエンジンの温度を保持（保温）しようとするものである。すなわち、相変化している間は温度の変化が殆どみられず、その温度を保持することを利用してエンジンを保温する趣旨である。
【０００８】
そこで、本発明では、エンジンの外部へ導出され、内部の潜熱蓄熱材の少なくとも一部分を固相状態に保持するように低温が維持される突起部、いわば低温保持部を備えた構成となっている。潜熱蓄熱材は、同一室内に収容した潜熱蓄熱材の一部にでも固相状態となっている部分がある、すなわち、液相と固相とが混在している状態であると、その室内に存在する潜熱蓄熱材は過冷却状態となることなく固相へと相変化する。本発明は、この原理を利用するもので、突起部は、内部に固相状態の潜熱蓄熱材を封入しておき、この固相状態の潜熱蓄熱材が温度上昇によって液相へと変化しないように、低温（融点以下）に保つべくエンジンの外部へ導出される部分として構成されている。
【０００９】
ところで、潜熱蓄熱材が過冷却状態とならないようにするために、他の物質を添加しておくことも考えられるが、融点の低下による潜熱利用価値の低下を招いたり、有毒化による安全性の低下を招いたりするおそれがある。また、添加した物質は温度変化等に起因して化学変化を起こすと潜熱蓄熱材の過冷却状態回避効果を喪失してしまうことも考えられる。本発明の構成とすれば、このような不都合を生じることなく潜熱蓄熱材の過冷却状態を回避することができる。
【００１０】
このような潜熱蓄熱装置における潜熱蓄熱材収容室は、エンジンの熱を保持できる箇所に設置されるが、例えば、エンジンのボア部に形成されたウォータジャケットの周囲に配設した構成とすることができる（請求項２）。潜熱蓄熱材収容室は、ウォータジャケットの周囲に配設した場合等は、ある程度の高さを有する形状となるが、このような場合、前記突起部（低温保持部）は、前記潜熱蓄熱材収容室の下端近傍で当該潜熱蓄熱材収容室と連通している構成とすることが望ましい（請求項３）。このような構成とするのは、以下の理由による。高さを有する潜熱蓄熱材収容室では、何らかの原因で内部の潜熱蓄熱材の嵩が下がることがある。この場合、突起部が潜熱蓄熱材の液面よりも上側で潜熱蓄熱材収容室と連通していると、突起部内の固相状態の潜熱蓄熱材と潜熱蓄熱材収容室内の液相状態の潜熱蓄熱材とが分離してしまう。このように固相状態の潜熱蓄熱材と液相状態の潜熱蓄熱材とが分離してしまうと、液相状態部分の過冷却状態への移行を回避できないおそれがある。そこで、突起部が潜熱蓄熱材収容室の下端近傍で当該潜熱蓄熱材収容室と連通している構成とすれば、突起部内の固相状態の潜熱蓄熱材と、潜熱蓄熱材収容室内の潜熱蓄熱材とを混在させ、一体に保つことができる。
【００１１】
突起部は、前記のように内部の潜熱蓄熱材を固相状態に保っておかなければならない。そこで、突起部の周囲に熱交換器を配設した構成として、突起部内の潜熱蓄熱材が液相に変化しないように所定温度以下に保つことが望ましい。
【００１２】
なお、以上説明したような潜熱蓄熱装置を種々のエンジンに組み込めば本発明のエンジンとすることができる（請求項５）。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、エンジンの内部に設置され、内部に潜熱蓄熱材が収容された潜熱蓄熱材収容室と、当該潜熱蓄熱材収容室と連通し、前記エンジンの外部へ導出され、内部の潜熱蓄熱材の少なくとも一部分を固相状態に保持するように低温が維持される突起部と、を有する構成としたので、潜熱蓄熱材の過冷却状態を回避して長時間にわたってエンジンの温度を保持することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面と共に詳細に説明する。
【実施例】
【００１５】
図１及び図２は、ともに本実施例の潜熱蓄熱装置１を組み込んだエンジン２の一部分を示した概略構成図である。図１は、図２に示したＢ−Ｂ線で断面としたもので、図２は、図１に示したＡ−Ａ線で断面としたものである。エンジン２のボア部２ａには、冷却水が流通するウォータジャケット３が形成されており、このウォータジャケット３の周囲に潜熱蓄熱材収容室４が配設されている。この潜熱蓄熱材収容室４内には、潜熱蓄熱材５である酢酸ナトリウム・３水和物が収容されている。酢酸ナトリウム・３水和物は、融点がおよそ５８℃と８９℃のものを用いることができるが本実施例では８９℃のものを使用している。
【００１６】
潜熱蓄熱材収容室４は、図２に示すようにシリンダ２ａ１に沿うように配設され、ある程度の高さを有しているが、この潜熱蓄熱材収容室４の下端４ａの下端近傍に低温保持部６が連設されている。この低温保持部６は、図に示すようにエンジン２の外部へ導出される突起部となっている。すなわち、低温保持部６は本発明における突起部に相当する。低温保持部６の内部には、潜熱蓄熱材収容室４内に収容されたものと同様の潜熱蓄熱材５が収容されている。但し、低温保持部６内の潜熱蓄熱材５は少なくとも一部分が固相状態となっている。このような低温保持部６の周囲には熱交換器７が配設されている。このような構成により、低温保持部６内の潜熱蓄熱材５は融点以下の温度に保持され、固相状態を保つようになっている。
【００１７】
以上のように構成される潜熱蓄熱装置１を組み込んだエンジン２を停止した後の温度変化について、潜熱蓄熱装置１を備えていない従来のエンジンと比較しつつ説明する。
【００１８】
まず、実線で示した潜熱蓄熱装置１を備えていない従来のエンジンでは、エンジン停止直後のｔ０の状態から徐々に温度は低下する。一方、破線で示した潜熱蓄熱装置１を備えた本実施例のエンジン２では、まず、ｔ０から徐々に温度が低下し、ｔ２まで到達する（Ｉ点）。ｔ２は潜熱蓄熱材５の融点である。このｔ０からｔ２までの過程は顕熱による温度低下であり、従来のエンジンの場合とほぼ同様な経過をたどる。その後、潜熱蓄熱材５はＩ点からＩＩ点間での間で液相から固相へ相変化がなされる。この間、温度は一定となるため、エンジン温度も一定温度に保持される。すなわち、エンジン２は保温される。その後、潜熱蓄熱材５の相変化が終了するＩＩ点まで到達する。ＩＩ点以後は再び温度低下が始まる。
【００１９】
このように温度低下の過程が異なることから、従来のエンジンの温度がｔ１まで低下した時間と同時間経過後、本実施例のエンジン２では未だｔ３を保持している（ｔ１＜ｔ３）。このタイミングでエンジンを再始動させれば、温度Ｔ１分だけ始動開始温度を向上させることができることになる。仮に潜熱蓄熱材５の相変化進行途中のＩ点からＩＩ点までの間にエンジンを再始動させた場合には温度Ｔ２分だけ始動開始温度を向上させることができる。
【００２０】
このように本発明の潜熱蓄熱装置１は、冷間始動となるまでの時間を延長することができ、エンジン停止から比較的短時間のうちにエンジンを再始動させる場合のエンジン始動開始温度を向上させることができる。エンジン始動開始温度を向上させることができれば、フリクションの低下による燃費の向上を図ることができ、排気組成物の改善等も期待できる。また、本発明の潜熱蓄熱装置１は、特別な発核装置等を装備する必要がないので非常に簡易な構成とすることができ、エンジンへの搭載性にも優れている。
【００２１】
上記実施例は本発明を実施するための例にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、これらの実施例を種々変形することは本発明の範囲内であり、更に本発明の範囲内において、他の様々な実施例が可能であることは上記記載から自明である。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】実施例の潜熱蓄熱装置を組み込んだエンジンの一部分を示した概略構成図であり、図２に示したＢ−Ｂ線で断面としたものである。
【図２】同じく実施例の潜熱蓄熱装置を組み込んだエンジンの一部分を示した概略構成図であり、図１に示したＡ−Ａ線で断面としたものである。
【図３】実施例のエンジン温度低下の様子を従来のエンジンと比較して示した図である。
【符号の説明】
【００２３】
１  潜熱蓄熱装置
２  エンジン
２ａ  ボア部
２ａ１  シリンダ
３  ウォータジャケット
４  潜熱蓄熱材収容室
５  潜熱蓄熱材
６  低温保持部
７  熱交換器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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