(57)【要約】【課題】冷間時のエンジン始動に際し、より早期にエンジンを昇温させ、暖機を完了することができる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）のシリンダブロック（２ａ）に形成されたウォータジャケット（３）内に収容される潜熱蓄熱剤容器（４）、この潜熱蓄熱剤容器（４）内に封入された潜熱蓄熱剤（５）、潜熱蓄熱剤容器（４）内に配置された発核トリガー（６）、この発核トリガー（６）を作動させるアクチュエータ７を備えている。また、潜熱蓄熱剤容器（４）内に潜熱蓄熱剤移動装置（９）を備えている。潜熱蓄熱剤移動装置（９）は、感熱部（９ｂ）が潜熱蓄熱剤の相変化結晶の熱を感知すると、掻き取り部（９ｃ１）が相変化結晶を移動させる。移動した相変化結晶はそこからさらに成長する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に潜熱蓄熱剤が封入された潜熱蓄熱剤容器と、
前記潜熱蓄熱剤を発核させる発核トリガーと、
当該発核トリガーの作動手段と、
当該発核トリガーの作動により相変化を開始した前記潜熱蓄熱剤の相変化結晶を前記発核トリガーから遠ざかるように移動させる潜熱蓄熱剤移動装置と、
を備えたことを特徴とする潜熱蓄熱装置。
【請求項２】
内部に潜熱蓄熱剤が封入され、エンジンのシリンダブロックに形成されたウォータジャケット内に収容される潜熱蓄熱剤容器と、
前記潜熱蓄熱剤を発核させる発核トリガーと、
当該発核トリガーの作動手段と、
当該発核トリガーの作動により相変化を開始した前記潜熱蓄熱剤の相変化結晶を前記発核トリガーから遠ざかるように移動させる潜熱蓄熱剤移動装置と、
を備え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、
前記潜熱蓄熱剤移動装置は、発核して発熱する前記相変化結晶の温度を感知する感熱部と、
当該感熱部が熱を感知することにより作動し、掻き取り部によって前記相変化結晶を前記発核トリガーから遠ざかるように移動させる可動部と、
を備えたことを特徴とする潜熱蓄熱装置。
【請求項４】
請求項３記載の潜熱蓄熱装置において、
前記感熱部はバイメタルにより形成したことを特徴とする潜熱蓄熱剤。
【請求項５】
請求項３又は４記載の潜熱蓄熱装置において、
前記潜熱蓄熱剤移動装置の前記潜熱蓄熱剤容器内における配置は、
連続的に成長して拡散する相変化結晶塊の周縁に前記感熱部が接触したときに、前記掻き取り部が前記相変化結晶塊の周縁に接触して当該接触箇所の前記相変化結晶を移動させることのできる配置としたことを特徴とする潜熱蓄熱装置。
【請求項６】
請求項５記載の潜熱蓄熱装置において、
前記潜熱蓄熱剤移動装置は、鉤形状をなし、
当該鉤形状の先端部に支点、先端側湾曲部に前記感熱部、基端部に前記掻き取り部を形成したことを特徴とする潜熱蓄熱装置。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか一項記載の潜熱蓄熱装置において、
前記潜熱蓄熱剤移動装置は、前記潜熱蓄熱剤容器内に複数個配置されていることを特徴とした潜熱蓄熱装置。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか一項記載の潜熱蓄熱装置を組み込んだ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、潜熱蓄熱剤を用いた潜熱蓄熱装置であって、例えば、エンジンを効果的に暖機することができる潜熱蓄熱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、過冷却状態の物質が相変化をする際に発熱する現象を利用した種々の装置が提案されている。そのような提案の一例として、特許文献１の提案がある。車両等に用いられるエンジンは、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（蓄熱剤）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】
以上説明したような特許文献１記載のエンジンの急速暖機装置は、電圧印加された電極の位置等、蓄熱剤の発核が開始される位置（発核開始位置）で相変化が起こり、この相変化が発核開始位置から放射状に広がっていく。相変化が起きた箇所では発熱があるため、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るというものである。
しかし、発熱は相変化した箇所で起こるため、相変化の伝播速度が遅く、相変化が起こった結晶の固まりである相変化結晶塊の成長速度が鈍いとそれだけ暖機に時間がかかってしまう。仮に、蓄熱剤として酢酸ナトリウム３水和物を用いた場合には、相変化の伝播速度は６．５ｍｍ／ｓｅｃ程度であり、発核開始位置を一カ所とした場合、エンジンの形式によっては相変化結晶がシリンダ周辺全域に行き渡るまでには数分かかってしまうことも考えられる。
【０００５】
シリンダ周辺全域に発熱している相変化結晶を行き渡らせるために、複数の発核トリガーを設け、発核開始ポイントを増やすということも考えられるが、シリンダ周辺の限られたスペースに発核トリガーを起動させる装置を複数組み込むことは困難であり、また、コストもかさむ。さらに、アクチュエータによって機械的に発核トリガーを作動させる構成とする場合には、アクチュエータ分の重量の増加も問題となる。
【０００６】
そこで、本発明は、発熱の条件となる過冷却状態からの相変化をできるだけ短時間で潜熱蓄熱剤容器内全域に伝播させて、例えば、迅速にシリンダ周辺を温め、エンジンの早期暖機を達成することができる潜熱蓄熱装置の提供を課題とする。
【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、内部に潜熱蓄熱剤が封入された潜熱蓄熱剤容器と、前記潜熱蓄熱剤を発核させる発核トリガーと、当該発核トリガーの作動手段と、当該発核トリガーの作動により相変化を開始した前記潜熱蓄熱剤の相変化結晶を前記発核トリガーから遠ざかるように移動させる潜熱蓄熱剤移動装置と、を備えたことを特徴とする（請求項１）。本発明の潜熱蓄熱装置は、例えば、懐炉として利用する等、種々の装置に応用することができるが、例えば、前記潜熱蓄熱剤容器をエンジンのシリンダブロックに形成されたウォータジャケット内に収容するようにすれば、エンジンの早期暖機を実現できる装置を構成することができる（請求項２）。
【０００８】
このような潜熱蓄熱装置に用いられる潜熱蓄熱剤は、発核トリガーが作動することにより、まず、発核トリガー周辺の過冷却状態にある潜熱蓄熱剤が相変化を起こし、発熱する。その後、相変化を起こした潜熱蓄熱剤の周囲からさらに相変化が伝搬していく。そこで、本発明は、潜熱蓄熱剤移動装置によって相変化を開始した相変化結晶を、前記発核トリガーから遠ざかるように移動させ、相変化結晶が移動した先からさらに相変化の伝搬が行われるようにして、迅速に潜熱蓄熱剤容器内全域で発熱が起こるように構成されている。このような構成とすることにより、エンジンの早期暖機が図られる。
【０００９】
なお、潜熱蓄熱剤としては、過冷却状態となることができ、所定の発核条件、すなわち、過冷却状態からの相変化を開始する条件が整うことにより発熱を伴った相変化を起こすことができるものであれば採用することができる。例えば、酢酸ナトリウム３水和物を採用することができる。
【００１０】
このような潜熱蓄熱剤装置の前記潜熱蓄熱剤移動装置は、発核して発熱する前記相変化結晶の温度を感知する感熱部と、当該感熱部が熱を感知することにより作動し、掻き取り部によって前記相変化結晶を前記発核トリガーから遠ざかるように移動させる可動部と、を備えた構成とすることができる（請求項３）。ここで、前記感熱部はバイメタルにより形成した構成とすることができる（請求項４）。本発明において、前記潜熱蓄熱在移動装置が移動させる対象物は過冷却状態から相変化した相変化結晶であり、この相変化結晶は発熱している。また、相変化結晶は成長、拡散するものである。そこで、成長、拡散し、徐々に感熱部に向かって進行してくる相変化結晶の熱を感熱部が感知することによって作動する可動部を設ける構成としている。これにより、感熱部の熱感知により、自動的に掻き取り部が相変化結晶を発核トリガーから遠ざかるように移動させることができる。移動した相変化結晶は移動後の位置からさらに発熱を伴った成長、拡散を継続してシリンダ周辺を迅速に温めることができる。
【００１１】
このように、感熱部の熱感知により掻き取り部を含む可動部を動かそうとした場合、以下の事項に留意しなければならない。すなわち、液相である過冷却状態の潜熱蓄熱剤が相変化を起こすと固相に近づく。このため、可動部が固相に近づいた相変化結晶塊の内に入ってしまうと感熱部が熱を感知しても可動部が動くことができなくなることが懸念される。その一方で、掻き取り部は、確実に相変化結晶をすくい上げてその相変化結晶を移動させなければならない。そこで、前記のような潜熱蓄熱装置では、前記潜熱蓄熱剤移動装置の前記潜熱蓄熱剤容器内における配置を、連続的に成長して拡散する相変化結晶塊の周縁に前記感熱部が接触したときに、前記掻き取り部が前記相変化結晶塊の周縁に接触して当該接触箇所の前記相変化結晶を移動させることのできる配置とする（請求項５）。
【００１２】
また、掻き取り部が相変化結晶を確実に移動させることができるように、潜熱蓄熱在移動装置自体の形状を以下のような形状とすることができる。すなわち、前記潜熱蓄熱剤移動装置は、鉤形状をなし、当該鉤形状の先端部に支点、先端側湾曲部に前記感熱部、基端部に前記掻き取り部を形成した形状とすることができる（請求項６）。すなわち、支点を、感熱部と掻き出し部とを結んだ線よりも内側に配置する構成とすることができる。このような潜熱蓄熱剤移動装置を、前記のような鉤形状の開放側を発核トリガー側に向けて装着すれば、感熱部が熱を相変化結晶の熱を感知したときに、固相に相変化する潜熱蓄熱剤に可動部の動きを阻害されることなく掻き取り部により相変化結晶を移動させることができる。
【００１３】
以上のような潜熱蓄熱剤移動装置は、前記潜熱蓄熱剤容器内に複数個配置することができる（請求項７）。潜熱蓄熱剤移動装置を複数設け、これらを連続的に作動させれば、相変化結晶を素早く潜熱蓄熱剤容器内の全域に行き渡らせることができ、エンジンの早期暖機を図ることができる。
【００１４】
以上説明したような潜熱蓄熱装置を従来ある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８）。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、発熱状態にある潜熱蓄熱剤の相変化結晶を強制的に発核トリガーから遠ざかるように移動させるので、相変化結晶を素早く潜熱蓄熱剤容器内の全域に行き渡らせることができる。本発明の潜熱蓄熱装置を、エンジンの暖機装置として用いれば、エンジンの早期暖機完了、ひいてはフリクションの低減、燃費の向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
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。本発明の潜熱蓄熱装置は、種々の場面で用いることができるが、以下の説明では、エンジンを暖機するための装置について説明する。
【実施例】
【００１７】
図１は、本発明の潜熱蓄熱装置１を装着したエンジン２の概略構成を示す図であり、シリンダヘッドを取り外した状態のシリンダブロック２ａをシリンダヘッド装着側から見た図である。図２は、図１におけるＡ−Ａ線断面図である。潜熱蓄熱装置１は、エンジン２のシリンダブロック２ａに形成されたウォータジャケット３内に収容される潜熱蓄熱剤容器４、この潜熱蓄熱剤容器４内に封入された潜熱蓄熱剤５、さらに、潜熱蓄熱剤容器４内に配置された発核トリガー６、この発核トリガー６を作動させる、本発明における作動手段に相当し、ＥＣＵ８と接続されたアクチュエータ７を備えている。また、潜熱蓄熱剤容器４内に潜熱蓄熱剤移動装置９を備えている。
【００１８】
潜熱蓄熱剤容器４に封入された潜熱蓄熱剤５は、酢酸ナトリウム３水和物である。酢酸ナトリウム３水和物は、融点がおよそ５８℃であり、−２０℃〜−３０℃程度まで過冷却状態を維持することができる。この潜熱をエンジン２の加温、暖機に利用することができる。このような潜熱蓄熱剤５は、エンジン始動前（冷間時）は過冷却状態となっている。図示しないイグニッションのＯＮなどの信号に基づきＥＣＵ８がアクチュエータ７に発核指令を送ると、発核トリガー６が作動し、潜熱蓄熱剤５が発核し、発核トリガーの周辺から相変化を開始する。
【００１９】
潜熱蓄熱剤移動装置９は、図１に示すように潜熱蓄熱剤容器４内に所定の間隔を空けて複数個配置されている。このような潜熱蓄熱剤移動装置９の詳細な構成及び配置を、図３、図４を参照しつつ説明する。潜熱蓄熱剤移動装置９は、発核トリガー６の作動により相変化を開始する潜熱蓄熱剤５の相変化結晶を、発核トリガー６から遠ざかるように移動させるものである。潜熱蓄熱剤移動装置９は、図２に示すように鉤形状をなしている。この鉤形状の先端部は支点９ａとされており、この支点９ａにおいて潜熱蓄熱剤容器４にリベット留めされている。参照符号Ｂを付して示した鉤形状の先端側湾曲部には感熱部９ｂが形成されている。また、この感熱部９ｂよりも基端側が可動部９ｃとなり、基端部が掻き取り部９ｃ１を形成している。
【００２０】
感熱部９ｂは、図３中、拡大して示したように、外側メタル９ｂ１にこの外側メタル９ｂ１よりも熱膨張率の高い内側メタル９ｂ２を張り合わせて構成したバイメタルによって形成されている。このような感熱部９ｂが熱を受けると、可動部９ｃが、図３中、矢示１０で示した方向に振れ、一点鎖線で示したような状態となる。感熱部９ｂが冷却されれば、矢示１１で示した方向に振れ、実線で示した元の状態に復帰する。
【００２１】
以上のように構成される潜熱蓄熱剤移動装置９は、図１に示したように、シリンダの周囲に所定間隔をおいて複数個配置されている。このとき、図４に示したように潜熱蓄熱剤移動装置９は、発核トリガー６側に鉤形状の開放側が向くようにリベット留めされる。また、発核開始後に連続的に成長して拡散する相変化結晶塊の周縁に感熱部９ｂが接触したときに、掻き取り部９ｃ１が相変化結晶塊の周縁に接触してその接触箇所の相変化結晶を移動させることのできる配置となっている。
【００２２】
以上のように構成される潜熱蓄熱装置１の動作につき、図５を参照しつつ説明する。まず、イグニションがＯＮとされると、そのＯＮ信号に基づいて、ＥＣＵ８がアクチュエータ７に対し発核指令を出し、発核トリガー６を作動させる。すると、潜熱蓄熱装置５が発核トリガー６の周辺から相変化を開始し、相変化結晶塊を形成していく。図５中、参照番号１２を付して示した同心状の曲線は、相変化結晶を素早く相変化結晶塊の成長の様子を示すものである。本実施例では潜熱蓄熱剤５として酢酸ナトリウム３水和物を用いているので、相変化の伝播速度、すなわち、相変化結晶塊の成長速度は、６．５ｍｍ／ｓｅｃ程度である。
【００２３】
このように成長する相変化結晶塊の周縁に感熱部９ｂが接触すると感温部９ｂを構成するバイメタルの作用により可動部９ｃが作動し、掻き取り部９ｃ１が相変化結晶塊を発核トリガー６から遠ざかるように移動させる。掻き取り部９ｃ１により、図５中参照番号１３を付して示した位置まで移動させられた相変化結晶は、そこから再び周辺の潜熱蓄熱剤の相変化を促し、図５中、参照番号１４を付して示した同心状の曲線のように相変化結晶塊を成長させる。
【００２４】
シリンダの周囲に配置された複数の潜熱蓄熱剤移動装置９が、以上説明したような動作を次々と起こし、発熱する相変化結晶が素早く潜熱蓄熱剤容器４内の全域に行き渡る。これにより、シリンダブロック２ａ、特にボア部を素早く温めることができ、早期暖機完了を達成することができる。
【００２５】
図６は、実施例の潜熱蓄熱装置１を設置したエンジン２のボア部の昇温傾向を、従来のエンジンにおけるボア部の昇温傾向と比較して示したものである。図６から明らかなように実施例のボア部の昇温は、短時間で行われており、エンジン２の早期暖機が行われていることがわかる。これにより、ボア部のフリクションが低減され燃費改善となる。
【００２６】
なお、相変化結晶は、熱を発してエンジン２の暖機に供された後は、エンジン２の燃焼熱等を受けて再び液相に相変化をし、その状態のまま冷却されることにより過冷却状態となって次回の発核に備えることができる。このとき、潜熱蓄熱剤移動装置９は元の状態に復帰するが、潜熱蓄熱剤５は液相のままであるので、その復帰動作が潜熱蓄熱剤５によって妨げられることはない。
【００２７】
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】
【００２８】
【図１】潜熱蓄熱装置を装着したエンジンの概略構成を示す図であり、シリンダヘッドを取り外した状態のシリンダブロックをシリンダヘッド装着側から見た図である。
【図２】潜熱蓄熱装置を装着したエンジンの概略構成を示す図であり、図１におけるＡ−Ａ線断面図である。
【図３】潜熱蓄熱剤移動装置の拡大した説明図である。
【図４】潜熱蓄熱剤容器内の潜熱蓄熱剤移動装置の配置を説明する図である。
【図５】相変化結晶塊の成長及び潜熱蓄熱剤移動装置の動作の様子を説明する図である。
【図６】実施例の潜熱蓄熱装置を設置したエンジンのボア部の昇温傾向を、従来のエンジンにおけるボア部の昇温傾向と比較して示した図である。
【符号の説明】
【００２９】
１  潜熱蓄熱装置
２  エンジン
２ａ  シリンダブロック
３  ウォータジャケット
４  潜熱蓄熱剤容器
５  潜熱蓄熱剤
６  発核トリガー
７  アクチュエータ
８  ＥＣＵ
９  潜熱蓄熱剤移動装置
９ａ  支点
９ｂ  感熱部
９ｃ  可動部
９ｃ１  掻き取り部
【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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