(57)【要約】【課題】容器内の蓄熱剤が沸騰、気化した際の容器内部の圧力上昇を回避すると共に、容器内への冷却水の流入を阻止することができる蓄熱装置を提供することを課題とする。【解決手段】  蓄熱装置（１）は、ウォータジャケット（２ｂ）内に収容される容器（３）、この容器（３）内に封入された蓄熱剤（４）、容器３の外壁に設けた発核トリガー（６）、この発核トリガー（６）を押圧し、発核トリガー（６）を作動させるアクチュエータ（５）を備える。さらに、容器（３）の上部に弁（７）が装着される。この弁（７）は、容器３の内部から気体を放出できると共に容器３内部への冷却水流入を阻止する機能を有する逆止弁構造となっている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダブロックに形成したウォータジャケット内に収容される容器と、
当該容器内に封入された蓄熱剤と、
前記容器内部から気体を放出できると共に当該容器内部への冷却水流入を阻止する弁と、
前記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、
を備えたことを特徴とする蓄熱装置。
【請求項２】
請求項１記載の蓄熱装置において、
前記弁は逆止弁であることを特徴とする蓄熱装置。
【請求項３】
請求項１記載の蓄熱装置において、
フィルタを備えたことを特徴とする蓄熱装置。
【請求項４】
請求項１記載の蓄熱装置において、
液相状態及び固相状態の前記蓄熱剤の通過を遮断する目荒さのフィルタを備えたことを特徴とする蓄熱装置。
【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、蓄熱剤の潜熱を利用してエンジンを効果的に暖機することができる蓄熱装置に関する。
【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剤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】
このように、蓄熱剤の潜熱を利用しようとする提案は種々なされている。例えば、特許文献２には、フレキシブルな密閉容器と、この密閉容器に入れる蓄熱剤である酢酸ナトリウム水溶液及び発核トリガーとなる弾性金属片を備えたヒートパックが開示されている。このようなヒートパックは密閉容器内部の弾性金属片を外力により押圧、圧迫して変形させ、この動作によって蓄熱剤の相変化を誘引し、潜熱を引き出す構成となっている。
【０００４】
また、特許文献３には、溶融塩の潜熱を利用した蓄熱剤の容器であって、容器内部の圧力上昇の防止に関する提案がなされている。より具体的には、容器内部の蓄熱剤水溶液によって金属製の容器内部が腐食し、これによって容器内部圧力が上昇すると容器が潰れるおそれがあることから、容器上部に薄膜を取り付けた蓄熱剤容器が提案されている。このような構成とすることにより、液体となった蓄熱剤によって金属容器の内部が腐食されて発生する気体は薄膜を通って容器外部へ逃がされるため、容器内部の圧力上昇を防止することができる。
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−１８２３９３号公報
【特許文献２】登録実用新案第３００７３５１号公報
【特許文献３】特開２０００−３１４５９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
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、冷間始動直後にシリンダ周辺を局部的に直接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。ここで、蓄熱剤は過冷却状態で液体であり、このような蓄熱剤を内燃機関の内部、より具体的には、シリンダブロックに収容する場合、蓄熱剤はエンジン冷却水と分離して収容することが求められる。この点、特許文献１記載の内燃機関の急速暖機装置は、シリンダブロックの壁内に蓄熱材収容室を形成し、この蓄熱材収容室内に蓄熱剤を収容しているので蓄熱剤とエンジン冷却水との分離は図られている。
しかしながら、特許文献１記載の内燃機関の急速暖機装置のようにシリンダブロックに蓄熱材収容室を形成し、さらにその中に蓄熱剤を収容することは、製造上困難であると考えられる。
【０００７】
このような事情を勘案し、例えば、特許文献２で開示されたようなヒートパックを改良してウォータジャケット内に収容する構成が考えられる。
【０００８】
ところが、ヒートパック、すなわち蓄熱剤を容器に封入した構成とした場合、エンジン内の高温環境下で蓄熱剤が沸騰、気化してしまった場合に容器を破損してしまうおそれがある。容器が破損すると、容器外部に蓄熱剤が漏れ出して蓄熱装置が正常に機能しなくなるばかりでなく、蓄熱剤が冷却水中に漏れ出れば冷却水の凍結防止機能や防錆効果にも悪影響を及ぼすことが懸念される。
【０００９】
容器内の圧力上昇防止を図るために特許文献３記載の容器のように薄膜を備えた構成とすることも考えられる。しかし、特許文献３記載の容器はエンジン内部等、非常に高温となる環境下で使用し、内部の蓄熱剤が沸騰、気化することは想定されていない。さらに、冷却水が流通するウォータジャケット内に収容された状態で用いられることも想定されていない。特に、容器内部への冷却水の流入を阻止することができないおそれがある。
【００１０】
そこで、本発明は、容器内の蓄熱剤が沸騰、気化した際の容器内部の圧力上昇を回避すると共に、容器内への冷却水の流入を阻止することができる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】
【００１１】
かかる課題を解決するための、本発明の蓄熱装置は、シリンダブロックに形成したウォータジャケット内に収容される容器と、当該容器内に封入された蓄熱剤と、前記容器内部から気体を放出できると共に当該容器内部への冷却水流入を阻止する弁と、前記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、を備えたことを特徴とする（請求項１）。このような構成とすれば、エンジンがオーバーヒート状態、又はこれに近い状態になったとき等、蓄熱剤が沸騰、気化した際に容器内の異常な圧力上昇を回避することができる。また、容器内への冷却水の流入を防止することができ、蓄熱剤の所望の発熱量を確保することができる。
【００１２】
このような蓄熱装置において、前記弁は、逆止弁とすることができる（請求項２）。要するに、容器内部の圧力が上昇したときに開弁し、容器の内部から外への流体の流通を許容するが、容器の外部から内部への流体の流通は阻止する逆止弁を用いることができる。
【００１３】
このような蓄熱装置は、フィルタを備えた構成とすることができる（請求項３）。このフィルタは、液相状態及び固相状態の前記蓄熱剤の通過を遮断する目荒さとする（請求項４）。すなわち、蓄熱装置が沸騰した際に生じる水蒸気のみを容器外部へ放出して容器内圧力の異常な上昇を回避し、蓄熱剤自体は容器の外部へ流出することがないようにする趣旨である。
【００１４】
以上説明したような伝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）。
【００１５】
なお、本発明における蓄熱剤としては、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。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、シリンダブロックに形成したウォータジャケット内に収容される容器に、当該容器内部から気体を放出できると共に当該容器内部への冷却水流入を阻止する弁を備えた構成としたので蓄熱剤が沸騰、気化した際に容器内の圧力の異常上昇を回避し、ひいては容器の破損を防止することができる。また、ウォータジャケット内に収容した際に容器内に冷却水が流入することを回避することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
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】
【００１８】
図１は、シリンダボア２ａ、ウォータジャケット２ｂが形成され、本発明の蓄熱装置１を装着したエンジン５０のシリンダブロック２の一部分を断面とした説明図である。蓄熱装置１は、シリンダブロック２に形成したウォータジャケット２ｂ内に収容される容器３と、この容器３内に封入された蓄熱剤４を備えている。容器３の外壁には、蓄熱剤４を発核、すなわち、過冷却状態にある蓄熱剤４の相変化を起こさせる発核トリガー６が設けられている。蓄熱装置１は、さらに、発核トリガー６を押圧し、発核トリガー６を作動させるアクチュエータ５を備えている。このアクチュエータ５は、シリンダブロック２に固定されており、押圧ピン５ａが発核トリガー６を押圧するようにセットされている。このアクチュエータ５は、本発明における発核トリガーの作動手段に相当する。容器３内に封入される蓄熱剤４は、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従来周知のどのような蓄熱剤を用いてもよいが、本実施例では、酢酸ナトリウム３水和物を採用している。
【００１９】
蓄熱装置１は、さらに、図１に示すように容器３の上部に弁７が装着されている。この弁７は、容器３の内部から気体を放出できると共に容器３内部への冷却水流入を阻止する機能を有する。すなわち、容器３内部の蓄熱剤４が沸騰、気化してしまった場合に容器３内部の圧力を低減させるべく、容器３の内部から気体を放出するようになっている。また、弁７は、ウォータジャケット２ｂ内に配置され、周囲には冷却水が流通することとなるからこの冷却水が容器３内へ流入しないようになっている。このため、弁７は、図２に示すような逆止弁構造となっている。
【００２０】
この弁７の構成を弁７の断面図である図２を参照しつつ説明する。弁７は、筒状の弁本体８、この弁本体８の内部に設けられたスプリング受け９、このスプリング受けに一端側を当接したスプリング１０を備えている。また、スプリング１０の他端側が当接し、矢示１３で示すように弁本体８の底部へ押し付けられて閉弁状態を創出するディスク弁１１を備えている。さらに、このディスク弁１１の下側、すなわち、容器３への装着時に容器３に近い側にフィルタ１２が装着されている。このフィルタ１２の目荒さは、液相状態及び固相状態の蓄熱剤４の通過を遮断することのできる荒さ、より具体的には、水蒸気や空気は通過できるが、酢酸ナトリウム分子は通過することができない目荒さとなっている。これにより、酢酸ナトリウムが冷却水中に流出することを防止できる。なお、冷却水中に流出する酢酸ナトリウムが微量であれば、冷却水の働きが影響を受けることはないと考えられるが、流出量が大量であると、酢酸ナトリウムが冷却水を中和させてしまい冷却水の酸化防止機能や防錆機能を減じるおそれがある。本発明の弁７を装着することにより、これらの不都合を解消することができる。
【００２１】
以上のように構成される蓄熱装置１は、エンジン２０の冷間始動の際に図示しないＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）からの指令に従ってアクチュエータ５を作動させ、押圧ピン５ａによって発核トリガー６を押圧して蓄熱剤４を発核させ、発熱させる。暖機完了後は温まった冷却水から蓄熱剤４に熱が与えられることにより蓄熱剤４は再び過冷却状態に戻り、次回の発核に備える。蓄熱装置１は、このようなサイクルで作動するが、エンジン５０側の何らかの原因で冷却水の温度が異常に上昇する等、容器３内の蓄熱剤４が沸騰、気化し、容器３内の圧力が異常上昇した場合に弁７が開弁して容器３内の圧力を逃がす。
【００２２】
ここで、容器３内に封入される蓄熱剤４について詳説する。蓄熱剤４は、前記のように酢酸ナトリウムと水の化合物である酢酸ナトリウム３水和物（ＮａＣＨ３ＣＯＯ・３Ｈ２Ｏ）である。図３は、ＮａＣＨ３ＣＯＯ−Ｈ２Ｏ系の状態図であるが、温度と両者の配合割合によって状態が異なる。すなわち、温度と配合割合によって、溶液のＮａＣＨ３ＣＯＯ＋Ｈ２Ｏが存在している状態（Ｌ）、溶液のＮａＣＨ３ＣＯＯ＋Ｈ２Ｏと固体のＮａＣＨ３ＣＯＯ・Ｈ２Ｏが存在している状態（Ｌ＋Ｓ１）、氷と固体のＮａＣＨ３ＣＯＯ・Ｈ２Ｏが存在している状態（氷＋Ｓ１）、溶液のＮａＣＨ３ＣＯＯ＋Ｈ２Ｏと固体のＮａＣＨ３ＣＯＯが存在している状態（Ｌ＋Ｓ２）、固体のＮａＣＨ３ＣＯＯ・Ｈ２Ｏと固体のＮａＣＨ３ＣＯＯが存在している状態（Ｓ１＋Ｓ２）、そして、固体のＮａＣＨ３ＣＯＯ・Ｈ２Ｏのみが存在している状態（Ｓ１）に変化する。ここで、図３中、Ｓ１で示される領域の配合割合の物質であれば、諸条件が整うことにより過冷却状態となり易い。Ｈ２Ｏに対してＮａＣＨ３ＣＯＯが重量比でおおよそ４０％〜６０％含まれている状態のものが過冷却状態から潜熱を引き出し、その潜熱をエンジン５０の暖機に用いるのに都合がよい。
【００２３】
このような事情を考慮すれば、容器３内に大量の冷却水が流入し、ＮａＣＨ３ＣＯＯとＨ２Ｏの重量比が変動することは回避すべきである。ところが、本発明の弁７は、容器３の内部の圧力が上昇すると開弁する。このとき、図２（ｂ）中、矢示１４で示すように内部の水蒸気がディスク弁１１を押し上げて容器３外部へ排出する流れが形成されているので容器３内部への冷却水の流入は阻止される。一方、容器３内部の圧力がそれ程高くないときは、ディスク弁１１はスプリング１０の付勢力、さらに冷却水の圧力を受けて閉弁されるので、容器３内に冷却水が流れ込むことは阻止される。
【００２４】
以上説明したように本発明の蓄熱装置１によれば、容器３内の蓄熱剤４が沸騰、気化してしまった場合であっても、弁７が開弁することにより容器３内部の圧力を逃がすことができ、この結果、容器３の破損を回避することができる。また、この際、冷却水が容器３内に流入することが阻止されているので、容器３内部の蓄熱剤４の組成が変化することを極力抑えることができる。
【００２５】
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】
【００２６】
【図１】蓄熱装置を装着したエンジンのシリンダブロックの一部分を断面とした説明図である。
【図２】弁を断面とした説明図であり、（ａ）は閉弁状態を示す図、（ｂ）は開弁状態を示す図である。
【図３】ＮａＣＨ３ＣＯＯ−Ｈ２Ｏ系状態図である。
【符号の説明】
【００２７】
１  蓄熱装置
２  シリンダブロック
２ａ  シリンダボア
２ｂ  ウォータジャケット
３  容器
４  蓄熱剤
５  アクチュエータ
５ａ  押圧ピン
６  発核トリガー
７  弁
８  弁本体
９  スプリング受け
１０  スプリング
１１  ディスク弁
１２  フィルタ
５０  エンジン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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