JPH06185411A - 内燃機関用蓄熱装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】内燃機関が短時間だけ運転された場合において
も、少なくとも最上流に位置する蓄熱材容器内の固体状
態の蓄熱材を完全に融解させる。 【構成】冷却水通路４において、第二蓄熱材容器１２の
上流と第四蓄熱材容器１４の下流とを連通状態で接続す
るバイパス通路２６を設ける。バイパス通路２６を開閉
する第一電磁弁２１を設ける。冷却水通路４において、
バイパス通路２６の上流端が接続された箇所から下流端
が接続された箇所までの被バイパス部を開閉するための
第四電磁弁２４を設ける。第一蓄熱材容器１１内の蓄熱
材１５の完全融解を検出する第一温度センサ３１を設け
る。コントローラ３５は、エンジンの暖機後に完全融解
が検出されるまでは、第一電磁弁２１を開弁させるとと
もに第四電磁弁２４を閉弁させ、完全融解が検出された
後には、第一電磁弁２１を閉弁させるとともに第四電磁
弁２４を開弁させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、余剰の熱エネルギーを
吸収して蓄え、必要なときにその熱エネルギーを再び取
り出すことが可能な蓄熱材を用いることにより、内燃機
関を急速に暖機したり、車両の室内を急速に暖房したり
するようにした内燃機関用蓄熱装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】熱エネルギーは他のエネルギーへの変換
効率が低く、しかもそのままでは輸送困難なため質の低
いエネルギーとされている。しかし、消費されるエネル
ギーのうち熱エネルギーの形態で利用されるものが半分
近くを占めていることや、仕事に使われなかったエネル
ギーは全て熱エネルギーとして失われることからみて
も、熱エネルギーの有効利用が重要な課題となってく
る。

【０００３】そこで、余剰の熱エネルギーを吸収して蓄
え、必要なときにその熱エネルギーを再び取り出すこと
が可能な蓄熱材が注目されている。この蓄熱材は、物質
の温度上昇により蓄熱を行う顕熱蓄熱材と、融解−凝固
等の相変化にともなう潜熱を利用して蓄熱を行う潜熱蓄
熱材と、可逆的化学反応の反応熱、吸着熱、希釈熱等に
より蓄熱を行う化学蓄熱材とに大別される。このうち、
潜熱蓄熱材は狭い温度範囲で大きな蓄熱が期待でき、し
かも一定温度の熱を得ることができることから、冷暖房
等の多分野において実用化の検討が盛んである。

【０００４】例えば、車両の分野においては、酢酸ナト
リウムの水和物（NaCH₃COO・3H₂O）等の過冷却性を有す
る材料を蓄熱材として用いた蓄熱装置の開発が進められ
ている。ここでの過冷却とは、液体状態の蓄熱材を冷却
する場合において、その材料自身の温度が液相から固相
へ相変化（転移）がおこるはずの温度以下になっても、
転移を起こさずにもとの相（この場合、液相）を保って
いる状態である。この過冷却は、上記蓄熱材料を静かに
ゆっくりと冷却していった場合に起こりやすい。

【０００５】前記蓄熱装置では、車両に搭載された内燃
機関の冷却水を熱媒体として利用している。すなわち、
内燃機関の暖機後には冷却水が高温となっている。この
高温の冷却水が有する熱によって固体状態の蓄熱材料を
融解させて液体にしておく。内燃機関の運転停止後に
は、冷却水の温度が時間の経過に従い徐々に低下する。
これにともない蓄熱材料が過冷却状態となる。そして、
この状態で内燃機関の運転が再始動されたとき、蓄熱材
料に刺激を与えて発核させる。すなわち、液体状態の蓄
熱材料中に結晶の種を生じさせ、この種を成長させる。
すると、蓄熱材料が液相から固相へ転移する。この転移
のときに蓄熱材料が熱を放出する。前記蓄熱装置では、
この放出された熱（潜熱）を利用して内燃機関を急速に
暖機したり、車両の室内を急速に暖房させたりするよう
にしている。

【０００６】ここで、前記急速暖機や急速暖房を行うに
は、蓄熱材料を完全に融解させる必要がある。これは、
蓄熱材を一部でも固相で残すと、同蓄熱材が融点で徐々
に液相から固相へ相変化してしまい、過冷却性を利用で
きなくなるからである。しかし、短距離走行では、固相
の蓄熱材を完全に融解させることは困難である。

【０００７】そこで、この不具合を解消するための技術
が、例えば、特開昭５８ー１９５７９１号公報に開示さ
れている。この技術では図４で示すように、蓄熱装置５
１の本体ケース５２内が、隔壁５３により第一蓄熱室５
４、第二蓄熱室５５及び第三蓄熱室５６に仕切られてい
る。本体ケース５２には冷却水の流入口５２ａ及び流出
口５２ｂが形成されている。そして、冷却水が流入口５
２ａから本体ケース５２内に流入すると、その冷却水は
第一蓄熱室５４、第二蓄熱室５５及び第三蓄熱室５６の
順に流れ、流出口５２ｂから本体ケース５２外へ導出さ
れる。また、第一蓄熱室５４内には、蓄熱材を封入した
複数の蓄熱材容器５７が互いに離間した状態で配設され
ている。同様に、第二蓄熱室５５及び第三蓄熱室５６内
には、蓄熱材を封入した複数の蓄熱材容器５８，５９が
それぞれ配設されている。そして、前記のように冷却水
が各蓄熱室５４〜５６を順に通過する過程で、冷却水と
蓄熱材との間で熱交換が行われる。そして、少なくとも
蓄熱材容器５７内の蓄熱材が融解されるようになってい
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】前記公報の技術におい
ては、内燃機関の高温の冷却水の熱を利用して固体状態
の蓄熱材を融解する場合に、その融解が第一蓄熱室５
４、第二の蓄熱室５５、第三の蓄熱室５６の順に進行し
てゆく。しかしながら、第一蓄熱室５４に配設された蓄
熱材容器５７内の蓄熱材の融解時には、冷却水の熱の全
部が同蓄熱材容器５７に伝わるのではなく、実際には熱
の一部が他の蓄熱材容器５８，５９内の蓄熱材にも伝わ
る。その分、第一蓄熱室５４内の蓄熱材に伝わる熱量が
少なくなる。このため、冬期等において内燃機関の運転
時間が極めて短いとき等には、最上流の第一蓄熱室５４
内でさえも蓄熱材容器５７内の蓄熱材が完全に融解しな
い場合がある。その結果、内燃機関の再始動時に蓄熱材
を過冷却状態にできず、十分な急速暖機や急速暖房がで
きなくなってしまう。

【０００９】本発明は前述した事情に鑑みてなされたも
のであり、その目的は内燃機関が短時間だけ運転された
場合においても、少なくとも最上流に位置する蓄熱材容
器内の固体状態の蓄熱材を完全に融解させることが可能
な内燃機関用蓄熱装置を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、内燃機関の冷却水通路において、冷却水の
流通方向に順に配設された複数の蓄熱材容器と、前記各
蓄熱材容器内に封入され、固相及び液相間での相変化に
ともなう潜熱を利用して蓄熱及び放熱を行う過冷却性の
蓄熱材とを備え、内燃機関の停止時には低温の冷却水に
より蓄熱材を過冷却状態の液相にして蓄熱させ、同内燃
機関の始動時には蓄熱材に刺激を与えることにより、同
蓄熱材を液相から固相へ転移させて放熱させ、内燃機関
の暖機後には高温の冷却水により蓄熱材を融解して固相
から液相へ転移させるようにした内燃機関用蓄熱装置で
あって、最上流に位置する上流側蓄熱材容器を通過した
高温の冷却水が、その下流側に位置する一つ以上の蓄熱
材容器からなる下流側蓄熱材容器を迂回し得るように、
冷却水通路において下流側蓄熱材容器の上流及び下流間
を連通状態で接続するバイパス通路と、前記バイパス通
路内に開閉可能に設けられ、開弁時にはバイパス通路で
の冷却水の流通を許容し、閉弁時にはバイパス通路での
冷却水の流通を遮断するバイパス切換え弁と、前記冷却
水通路において、バイパス通路の上流端が接続された箇
所から同バイパス通路の下流端が接続された箇所までの
被バイパス部に開閉可能に設けられ、開弁時には被バイ
パス部での冷却水の流通を許容し、閉弁時には被バイパ
ス部での冷却水の流通を遮断する被バイパス切換え弁
と、前記上流側蓄熱材容器内に配設され、同上流側蓄熱
材容器内の蓄熱材の完全融解を検出する融解検出手段
と、前記内燃機関の暖機後に前記融解検出手段により完
全融解が検出されるまでは、前記バイパス切換え弁を開
弁させるとともに被バイパス切換え弁を閉弁させ、同融
解検出手段により完全融解が検出された後には、バイパ
ス切換え弁を閉弁させるとともに被バイパス切換え弁を
開弁させる制御手段とを設けている。

【００１１】

【作用】内燃機関の停止時には、低温の冷却水が冷却水
通路を流通する。この低温の冷却水により、各蓄熱材容
器内の蓄熱材が過冷却状態の液相となり、蓄熱する。ま
た、内燃機関の始動時に過冷却状態の蓄熱材に刺激が与
えられると、同蓄熱材中に結晶の種が生ずる。この結晶
が成長することにより、蓄熱材が液相から固相へ転移
し、それまで蓄熱していた熱を放出する。この放出によ
り、冷却水の温度が上昇する。内燃機関の暖機後には高
温の冷却水により蓄熱材が融解されて固相から液相へ転
移する。このようにして蓄熱材の蓄熱及び放熱が行われ
る。

【００１２】前記内燃機関の暖機後においては、最上流
に位置する上流側蓄熱材容器内の蓄熱材の融解状態が融
解検出手段によって検出される。この融解検出手段によ
り完全融解が検出されるまでは、制御手段によりバイパ
ス切換え弁が開弁されるとともに被バイパス切換え弁が
閉弁される。すると、上流側蓄熱材容器を通過した冷却
水はバイパス通路を通り、その上流側蓄熱材容器の下流
側に位置する下流側蓄熱材容器を迂回する。

【００１３】また、融解検出手段により完全融解が検出
された後には、制御手段によりバイパス切換え弁が閉弁
されるとともに被バイパス切換え弁が開弁される。する
と、上流側蓄熱材容器を通過した冷却水はバイパス通路
を流通せずに、冷却水通路に沿って下流側蓄熱材容器へ
導かれる。

【００１４】このように、融解の対象となる蓄熱材が上
流側蓄熱材容器内の蓄熱材に限定され、この蓄熱材が完
全に融解するまで、下流側蓄熱材容器内の蓄熱材へは冷
却水が導入されない。このため、下流側蓄熱材容器内の
蓄熱材によって、高温の冷却水の熱が奪われることがな
い。従って、内燃機関が短時間だけ運転された場合であ
っても上流側蓄熱容器内の蓄熱材は確実に融解される。

【００１５】

【実施例】以下、本発明を具体化した一実施例を図１〜
図３に従って説明する。車両のエンジンルーム内には、
図３において二点鎖線で示す内燃機関としてのエンジン
１が搭載されている。エンジン１内には冷却水の流通可
能なウォータジャケット２が形成されており、その途中
には冷却水を矢印Ａ方向へ強制的に圧送させるためのウ
ォータポンプＰが配設されている。冷却水は前記ウォー
タジャケット２を通過する過程でシリンダ、燃焼室等の
熱を奪い、これらを冷却する。

【００１６】車両の前部（図３の左側部）において、前
記エンジン１から前方へ離間した位置には、前記ウォー
タジャケット２を通って温められた冷却水を冷やすため
のラジエータ３が取付けられている。ウォータジャケッ
ト２とラジエータ３とは二本の冷却水通路４，５によっ
て接続されている。一方の冷却水通路４は、ラジエータ
３で冷却された冷却水をエンジン１へ導くための通路で
あり、他方の冷却水通路５は、エンジン１で温められた
冷却水をラジエータ３へ戻すための通路である。

【００１７】前記両冷却水通路４，５は連通路６によっ
て相互に連通されており、エンジン１からラジエータ３
へ向けて冷却水通路５を流れる冷却水の一部が、連通路
６を通って冷却水通路４に直接流入可能となっている。
冷却水通路４と連通路６との接続部分には、サーモスタ
ット７が設けられている。

【００１８】サーモスタット７は、冷却水温が予め定め
られた所定温度αよりも低いときには、連通路６と冷却
水通路４との連通を許容する。このときには、エンジン
１で温められた冷却水はラジエータ３内へは流入せず、
冷却水通路５の途中から連通路６内へ流入し、冷却水通
路４を通ってエンジン１に導かれる。また、冷却水温が
所定温度αを越えてエンジン１が暖機状態になると、サ
ーモスタット７は連通路６と冷却水通路４との連通を遮
断する。このときには、所定温度α以上の冷却水が、エ
ンジン１から冷却水通路５、ラジエータ３、冷却水通路
４、サーモスタット７を順に通ってエンジン１に導かれ
る。

【００１９】前記冷却水通路４において、サーモスタッ
ト７とエンジン１との間には、本実施例の蓄熱装置８が
配設されている。この蓄熱装置８の概略構成を図１に示
す。蓄熱装置８は四角箱状をなす本体ケース９を備えて
いる。本体ケース９内は隔壁１０により、第一蓄熱材容
器１１、第二蓄熱材容器１２、第三蓄熱材容器１３及び
第四蓄熱材容器１４に四分割されている。各蓄熱材容器
１１〜１４内には蓄熱材１５が封入されている。蓄熱材
１５は余剰の熱エネルギーを吸収して蓄え、必要なとき
にその熱エネルギーを再び取り出すことが可能な材料で
ある。この蓄熱材１５として、本実施例では、固相及び
液相間での相変化にともなう潜熱を利用して蓄熱を行う
過冷却性の潜熱蓄熱材が用いられている。具体的には、
酢酸ナトリウムの水和物（NaCH₃COO・3H₂O）が蓄熱材１
５として用いられている。この蓄熱材１５の融点は約５
８℃である。

【００２０】各蓄熱材容器１１〜１４の蓄熱材１５中に
は、それぞれ対向電極１６が配置されている。これらの
対向電極１６は、過冷却状態にある液相の蓄熱材１５を
固相へ相変化（転移）させる際に、同蓄熱材１５に電気
的刺激を与えて結晶の種を生じさせるためのものであ
る。本実施例では、これらの対向電極１６の正極として
銀が用いられ、負極としてステンレス鋼が用いられてい
る。各蓄熱材容器１１〜１４内の対向電極１６には、図
３で示す電源１７及びスイッチが直列に接続されてい
る。このスイッチとして本実施例ではイグニションスイ
ッチ１８が用いられている。そして、エンジン１を始動
するためにイグニションスイッチ１８がオン操作される
と、対向電極１６間に所定の電圧が印加されて、蓄熱材
１５に電気的刺激が与えられるようになっている。

【００２１】図１に示すように、本体ケース９内には前
記冷却水通路４の一部が設けられている。この本体ケー
ス９内での冷却水通路４は上流部４ａ、中流部４ｂ及び
下流部４ｃからなる。上流部４ａは本体ケース９の上端
部９ａにおいて開口し、第一蓄熱材容器１１内及び第二
蓄熱材容器１２内を通り、下端部９ｂへ向けて真っ直ぐ
に延びている。中流部４ｂは、本体ケース９の下端部９
ｂと第二蓄熱材容器１２との間、及び同下端部９ｂと第
三蓄熱材容器１３との間に形成されている。下流部４ｃ
は、中流部４ｂから第三蓄熱材容器１３内及び第四蓄熱
材容器１４内を通り、本体ケース９の上端部９ａへ向け
て真っ直ぐに延びている。そして、下流部４ｃは本体ケ
ース９の上端部９ａにおいて開口している。

【００２２】このため、本体ケース９内に流入した冷却
水は、冷却水通路４の上流部４ａ、中流部４ｂ、下流部
４ｃの順に流れる。冷却水がこの冷却水通路４に沿って
流れる過程で、各蓄熱材容器１１〜１４内の蓄熱材１５
と冷却水との間で熱交換が行われる。その後、冷却水は
本体ケース９外へ導かれる。

【００２３】換言すると、前記第一蓄熱材容器１１、第
二蓄熱材容器１２、第三蓄熱材容器１３及び第四蓄熱材
容器１４は、冷却水通路４において、冷却水の流通方向
に順に配設されていることになる。これらの四つの蓄熱
材容器１１〜１４のうち、最上流に位置する第一蓄熱材
容器１１は上流側蓄熱材容器を構成している。また、第
二蓄熱材容器１２、第三蓄熱材容器１３及び第四蓄熱材
容器１４は、第一蓄熱材容器１１の下流側に位置する下
流側蓄熱材容器を構成している。

【００２４】冷却水通路４において、第二蓄熱材容器１
２の上流と第四蓄熱材容器１４の下流とは、バイパス通
路２６によって連通状態で接続されている。すなわち、
バイパス通路２６は、前記冷却水通路４の上流部４ａ途
中から分岐し、第一蓄熱材容器１１及び第二蓄熱材容器
１２間の隔壁１０内を通り、本体ケース９外へ延出して
いる。そして、バイパス通路２６は本体ケース９の外形
形状に沿って下流側へ延びながら複数箇所で屈曲し、本
体ケース９よりも下流の冷却水通路４に接続されてい
る。このため、最上流に位置する第一蓄熱材容器１１を
通過した高温の冷却水が、その下流側に位置する第二〜
第四蓄熱材容器１２〜１４を迂回して、本体ケース９下
流の冷却水通路４へ流入可能である。

【００２５】前記冷却水通路４の中流部４ｂとバイパス
通路２６とは連通路２７によって連通されている。この
ため、第一蓄熱材容器１１及び第二蓄熱材容器１２を順
に通過した冷却水が連通路２７を通ってバイパス通路２
６へ流入可能である。また、前記冷却水通路４の下流部
４ｃとバイパス通路２６とは連通路２８によって連通さ
れている。連通路２８は、第三蓄熱材容器１３及び第四
蓄熱材容器１４間の隔壁１０内を貫通している。このた
め、第一蓄熱材容器１１、第二蓄熱材容器１２及び第三
蓄熱材容器１３を順に通過した冷却水は、連通路２８を
通ってバイパス通路２６へ流入可能である。

【００２６】前記バイパス通路２６において、連通路２
７との接続部分よりも上流側には、バイパス切換え弁と
しての第一電磁弁２１が設けられている。また、前記連
通路２７には第二電磁弁２２が設けられ、連通路２８に
は第三電磁弁２３が設けられている。バイパス通路２６
において、連通路２８との接続部分よりも下流側には第
五電磁弁２５が設けられている。さらに、本体ケース９
下流の冷却水通路４において、前記バイパス通路２６の
下流端との接続部分よりの上流側には、被バイパス切換
え弁としての第四電磁弁２４が設けられている。各電磁
弁２１〜２５は、コイルに通電することによりプランジ
ャを移動させて各通路を開き、通電している間開弁状態
が続き、通電を絶つとプランジャが復帰して各通路を閉
じることが可能な切換え弁である。

【００２７】前記五つの電磁弁２１〜２５は次のように
作動する。第一電磁弁２１及び第五電磁弁２５は、開弁
時にはバイパス通路２６での冷却水の流通を許容し、閉
弁時には同バイパス通路２６での冷却水の流通を遮断す
る。第二電磁弁２２は、開弁時には連通路２７からバイ
パス通路２６への冷却水の流通を許容し、閉弁時には同
連通路２７からバイパス通路２６への冷却水の流通を遮
断する。第三電磁弁２３は、開弁時には連通路２８から
バイパス通路２６への冷却水の流通を許容し、閉弁時に
は同連通路２８からバイパス通路２６への冷却水の流通
を遮断する。

【００２８】ここで、冷却水通路４において、バイパス
通路２６の上流端が接続された箇所から同バイパス通路
２６の下流端が接続された箇所までを被バイパス部とす
る。具体的には、この被バイパス部は、前記冷却水通路
４の上流部４ａの一部、中流部４ｂの全部及び下流部４
ｃの全部からなる。このように定義すると、前記第四電
磁弁２４は、開弁時には被バイパス部での冷却水の流通
を許容し、閉弁時には被バイパス部での冷却水の流通を
遮断する。

【００２９】前記第一蓄熱材容器１１内には、蓄熱材１
５の温度Ｔ₁ を検出する第一温度センサ３１が配設さ
れ、第二蓄熱材容器１２内には、蓄熱材１５の温度Ｔ₂
を検出する第二温度センサ３２が配設されている。同様
に、第三蓄熱材容器１３内には、蓄熱材１５の温度Ｔ₃
を検出する第三温度センサ３３が配設され、第四蓄熱材
容器１４内には、蓄熱材１５の温度Ｔ₄ を検出する第四
温度センサ３４が配設されている。第一温度センサ３１
は、第一蓄熱材容器１１内での蓄熱材１５の完全融解を
検出するための融解検出手段を構成している。各温度セ
ンサ３１〜３４は制御手段としてのコントローラ３５の
入力側に電気的に接続されている。また、コントローラ
３５の出力側には前記した五つの電磁弁２１〜２５がそ
れぞれ電気的に接続されている。コントローラ３５は、
各温度センサ３１〜３４による各蓄熱材１５の温度に応
じて各電磁弁２１〜２５に駆動信号を出力する。

【００３０】次に、前記のように構成された本実施例の
作用及び効果を、図２のタイミングチャートを用いて説
明する。エンジン１の停止時には冷却水温が低く、各蓄
熱材容器１１〜１４内の蓄熱材１５が安定した過冷却状
態にある、すなわち、本体ケース９内の蓄熱材１５は全
て液体状態となっているものとする。

【００３１】図３において、イグニションスイッチ１８
のオン操作によりエンジン１が始動されると、その始動
にともないウォータポンプＰが作動し、冷却水の循環が
強制的に行われる。このときには、冷却水温が所定温度
αよりも低く、サーモスタット７の作動により、冷却水
通路４と連通路６との連通が許容され、かつ、サーモス
タット７上流の冷却水通路４とサーモスタット７下流の
冷却水通路４との連通が遮断される。このため、冷却水
はラジエータ３内に流入することなく、図３において実
線の矢印で示すように循環する。すなわち、冷却水はウ
ォータジャケット２、冷却水通路５、連通路６、冷却水
通路４及び蓄熱装置８よりなる経路を循環する。

【００３２】また、このときコントローラ３５は図１に
示すように蓄熱装置８の第四電磁弁２４を開弁させ、第
一電磁弁２１、第二電磁弁２２、第三電磁弁２３及び第
五電磁弁２５を閉弁させるための信号を出力する。各電
磁弁２１〜２３，２５の閉弁により、バイパス通路２６
への冷却水の流入が遮断される。このため、冷却水通路
４から蓄熱装置８に流入した冷却水は、図１において破
線の矢印で示すように冷却水通路４の上流部４ａ、中流
部４ｂ、下流部４ｃを順に通った後、本体ケース９外へ
導出されることになる。

【００３３】一方、前記イグニションスイッチ１８のオ
ン操作と同時に、各蓄熱材容器１１〜１４内の対向電極
１６間に電源１７の電圧が瞬間的に印加される。この電
圧印加により、全蓄熱材容器１１〜１４内の各蓄熱材１
５に電気的刺激が与えられる。すると、液体状態の各蓄
熱材１５中に結晶の種が生ずる。この結晶は、時間の経
過に従い成長する。そして、各蓄熱材１５は液相から固
相へ転移する過程で熱を放出する。この際に放出された
熱は、冷却水通路４の上流部４ａ、中流部４ｂ及び下流
部４ｃの冷却水に伝達される。このため、冷却水は蓄熱
装置８内の冷却水通路４を通過する過程で昇温する。こ
の昇温した冷却水は冷却水通路４を通りエンジン１のウ
ォータジャケット２に取り込まれる。従って、エンジン
１の始動時から暖機が完了するまでに要する時間は、蓄
熱装置８を用いない場合よりも短くなる。つまり、蓄熱
装置８の作動により暖機が急速に行われる。

【００３４】前記のように、蓄熱材１５の温度上昇にと
もない冷却水温も上昇する。そして、全蓄熱材１５の温
度Ｔ₁ ，Ｔ₂ ，Ｔ₃ ，Ｔ₄ が約５０℃になった図２のタ
イミングｔ１では、蓄熱装置８内の蓄熱材１５は全て固
体状態となっている。

【００３５】ところで、エンジン１の暖機により冷却水
温が所定温度α以上になると、サーモスタット７の作動
により、ラジエータ３及びサーモスタット７間の冷却水
通路４と、同サーモスタット７及び蓄熱装置８間の冷却
水通路４との連通が許容され、かつ、連通路６と冷却水
通路４との連通が遮断される。このため、冷却水は連通
路６内に流入することなく、図３において破線の矢印で
示すように循環する。すなわち、冷却水はウォータジャ
ケット２、冷却水通路５、ラジエータ３、冷却水通路４
及び蓄熱装置８よりなる経路を循環する。

【００３６】前記図２のタイミングｔ１において、全蓄
熱材１５の温度Ｔ₁ ，Ｔ₂ ，Ｔ₃ ，Ｔ₄ が約５０℃にな
ったことが各温度センサ３１〜３４によって検出される
と、コントローラ３５は第一電磁弁２１及び第五電磁弁
２５をともに開弁させ、残りの電磁弁２２〜２４を全て
閉弁させるための信号を出力する。すると、本体ケース
９内の冷却水通路４において、上流部４ａの下流側部
分、中流部４ｂ及び下流部４ｃと、両連通路２７，２８
とが閉空間となる。

【００３７】従って、高温の冷却水は図１において実線
の矢印で示すように、最上流に位置する第一蓄熱材容器
１１内を流れた後、バイパス通路２６を通過し、本体ケ
ース９よりも下流の冷却水通路４に至る。つまり、高温
の冷却水は蓄熱材容器１２〜１４を迂回する。このた
め、蓄熱装置８に流入する前の高温の冷却水が有する熱
は、全蓄熱材容器１１〜１４内の蓄熱材１５に伝達され
ず、その熱のほとんどが第一蓄熱材容器１１内の蓄熱材
１５に伝達される。このため、第二〜第四蓄熱材容器１
２〜１４内の蓄熱材１５によって、高温の冷却水の熱が
奪われることがなく、タイミングｔ１以降には第一蓄熱
材容器１１内の蓄熱材１５の温度Ｔ₁ のみが時間の経過
とともに上昇する。第二蓄熱材容器１２内の蓄熱材１５
の温度Ｔ₂、第三蓄熱材容器１３内の蓄熱材１５の温度
Ｔ₃ 、第四蓄熱材容器１４内の蓄熱材１５の温度Ｔ₄ は
いずれも約５０℃のままである。

【００３８】前記の上昇により温度Ｔ₁ が蓄熱材１５の
融点（約５８℃）になると、第一蓄熱材容器１１内の蓄
熱材１５が融解し始める。この蓄熱材１５が完全に融解
するまでは、温度Ｔ₁ は約５８℃に保持される。そし
て、タイミングｔ１ａで前記蓄熱材１５が完全に融解す
ると、温度Ｔ₁ は再び上昇し始める。

【００３９】この温度上昇により温度Ｔ₁ が約７０℃に
なったことが第一温度センサ３１によって検出されると
（タイミングｔ２）、コントローラ３５は第一蓄熱材容
器１１内の蓄熱材１５が全部確実に融解したと判断し、
第二電磁弁２２及び第五電磁弁２５を開弁させ、第一電
磁弁２１、第三電磁弁２３及び第四電磁弁２４を閉弁さ
せるための信号を出力する。すると、本体ケース９内の
冷却水通路４における下流部４ｃと連通路２８とが閉空
間となる。

【００４０】従って、高温の冷却水は第一蓄熱材容器１
１内及び第二蓄熱材容器１２内を順に流れた後、連通路
２７からバイパス通路２６へ流入し、本体ケース９より
も下流の冷却水通路４に至る。つまり、高温の冷却水は
第三蓄熱材容器１３及び第四蓄熱材容器１４を迂回す
る。このため、蓄熱装置８に流入する前の冷却水が有す
る熱は、第三蓄熱材容器１３及び第四蓄熱材容器１４内
の各蓄熱材１５に伝達されず、その熱のほとんどが第一
蓄熱材容器１１及び第二蓄熱材容器１２内の各蓄熱材１
５に伝達される。このため、タイミングｔ２以降には、
第一蓄熱材容器１１内の蓄熱材１５の温度Ｔ₁ が７０℃
よりも高くなるとともに、約５０℃に保持されていた第
二蓄熱材容器１２内の蓄熱材１５の温度Ｔ₂ が時間の経
過とともに上昇する。他の蓄熱材１５の温度Ｔ₃ ，Ｔ₄
はいずれも約５０℃のままである。

【００４１】前記の上昇により温度Ｔ₂ が約５８℃にな
ると、第二蓄熱材容器１２内の蓄熱材１５が融解し始め
る。この蓄熱材１５が完全に融解するまでは、温度Ｔ₂
は約５８℃に保持される。そして、タイミングｔ２ａで
前記蓄熱材１５が完全に融解すると、温度Ｔ₂ は再び上
昇し始める。

【００４２】このように、第一蓄熱材容器１１内の蓄熱
材１５が完全に融解した後に、第二蓄熱材容器１２内の
蓄熱材１５が融解し始める。そして、第二蓄熱材容器１
２内の蓄熱材１５の温度Ｔ₂ は、第一蓄熱材容器１１内
の蓄熱材１５の温度Ｔ₁ と同様な傾向で昇温する。

【００４３】前記温度上昇により温度Ｔ₂ が約７０℃に
なったことが第二温度センサ３２によって検出されると
（タイミングｔ３）、コントローラ３５は第三電磁弁２
３及び第五電磁弁２５を開弁させ、第一電磁弁２１、第
二電磁弁２２及び第四電磁弁２４を閉弁させるための信
号を出力する。すると、高温の冷却水は第一蓄熱材容器
１１、第二蓄熱材容器１２及び第三蓄熱材容器１３を順
に流れる。第三蓄熱材容器１３を通過後の冷却水は連通
路２８からバイパス通路２６に流入し、本体ケース９よ
りも下流の冷却水通路４に至る。つまり、冷却水は第四
蓄熱材容器１４を迂回する。

【００４４】従って、蓄熱装置８に流入する前の冷却水
が有する熱は、第四蓄熱材容器１４内の蓄熱材１５に伝
達されず、その熱のほとんどが第一蓄熱材容器１１内、
第二蓄熱材容器１２内及び第三蓄熱材容器１３内の各蓄
熱材１５に伝達される。このため、タイミングｔ３以降
には第一蓄熱材容器１１内での温度Ｔ₁ が約８０℃に収
束し、第二蓄熱材容器１２内での蓄熱材１５の温度Ｔ₂
が７０℃を越えるともに、約５０℃に保持されていた第
三蓄熱材容器１３内の蓄熱材１５の温度Ｔ₃ が時間の経
過とともに上昇する。第四蓄熱材容器１４内の蓄熱材１
５の温度Ｔ₄ は約５０℃のままである。

【００４５】温度Ｔ₃ が７０℃になったことが第三温度
センサ３３によって検出されると（タイミングｔ４）、
コントローラ３５は既述したタイミングｔ１以前と同様
に、第四電磁弁２４を開弁させ、第一電磁弁２１、第二
電磁弁２２、第三電磁弁２３及び第五電磁弁２５を閉弁
させるための信号を出力する。すると、高温の冷却水は
第一蓄熱材容器１１、第二蓄熱材容器１２、第三蓄熱材
容器１３、第四蓄熱材容器１４を順に流れる。そして、
冷却水が有する熱は、第一〜第四蓄熱材容器１１〜１４
内の各蓄熱材１５に伝達される。このため、温度Ｔ₁ ，
Ｔ₂ ，Ｔ₃ がそれぞれ上昇するとともに、約５０℃に保
持されていた第四蓄熱材容器１４内の蓄熱材１５の温度
Ｔ₄ が時間の経過とともに上昇し、同蓄熱材１５が融解
される。

【００４６】上記のようにして、第一蓄熱材容器１１内
の蓄熱材１５が完全に融解された後に、その下流の第二
蓄熱材容器１２の蓄熱材１５が融解される。また、第二
蓄熱材容器１２の蓄熱材１５が完全に融解された後に、
その下流の第三蓄熱材容器１３の蓄熱材１５が融解され
る。さらに、第三蓄熱材容器１３の蓄熱材１５が完全に
融解された後に、その下流の第四蓄熱材容器１４の蓄熱
材１５が融解される。

【００４７】このように、本実施例では最上流に位置す
る第一蓄熱材容器（上流側蓄熱材容器）１１内の蓄熱材
１５が完全融解するまでは、第一電磁弁（バイパス切換
え弁）２１を開弁させるとともに第五電磁弁（被バイパ
ス切換え弁）２５を閉弁させる。また、第一蓄熱材容器
１１内の蓄熱材１５が完全融解した後には、第一電磁弁
２１を閉弁させるとともに第五電磁弁２５を開弁させる
ようにした。

【００４８】このため、融解の対象となる蓄熱材が第一
蓄熱材容器１１内の蓄熱材１５に限定され、この蓄熱材
１５が完全に融解するまで、第二〜第四蓄熱材容器１２
〜１４内の蓄熱材１５へは冷却水が導入されない。第二
〜第四蓄熱材容器１２〜１４内の蓄熱材１５によって、
高温の冷却水の熱が奪われることがない。つまり、図４
に示す従来技術では、冷却水が蓄熱装置５１全体を流れ
ることから流出口５２ｂでの冷却水の温度が蓄熱材の融
点近くまで下がり、エンジン通過後に蓄熱装置５１の流
入口５２ａに流入する冷却水の温度が十分には上がらな
い。これに対し、本実施例では固体状態の蓄熱材１５を
融解させる場合に、最初に最上流の第一蓄熱材容器１１
のみに冷却水を流しエンジン１に戻すため、蓄熱装置８
入口での温度は十分高くなっている。そのため、第一蓄
熱材容器１１においては、冷却水温と蓄熱材１５の融点
との差が従来技術よりも大きくなり、冷却水から奪うこ
とが可能な熱量が大きくなる。従って、エンジン１が極
めて短時間だけ運転された場合であっても、従来技術と
は異なり、第一蓄熱容器１１内の蓄熱材１５を確実に融
解させることができる。

【００４９】その結果、次回のエンジン１の始動に備
え、第一蓄熱材容器１１内の蓄熱材１５を過冷却状態に
することができる。これにともない、蓄熱材１５の過冷
却性を利用したエンジン１の急速暖機を確実に行うこと
が可能となる。

【００５０】さらに、本実施例では第一蓄熱容器１１内
の蓄熱材１５を完全に融解させた後にも、第二〜第四蓄
熱材容器１２〜１４の各蓄熱材１５を順に融解させるよ
うにしたので、エンジン１の運転時間が長くなるに従
い、蓄熱材１５の融解量を増加させることができる。

【００５１】なお、本発明は前記実施例の構成に限定さ
れるものではなく、例えば以下のように発明の趣旨から
逸脱しない範囲で任意に変更してもよい。 （１）各蓄熱材容器１１〜１４での伝熱効果を向上させ
るために、本体ケース９に放熱フィンを設けてもよい。

【００５２】（２）蓄熱材容器の数は四つに限らず、二
つ、三つ、あるいは五つ以上に変更してもよい。 （３）過冷却性を有する蓄熱材１５としては、酢酸ナト
リウムの水和物（NaCH ₃COO・3H₂O）以外にも、チオ硫酸
ナトリウム水和物（NaS₂O₃・5H₂O）を用いてもよい。こ
の蓄熱材の融点は４８℃であり、潜熱は４８ｃａｌ／ｇ
である。

【００５３】（４）前記実施例では蓄熱材１５が液相か
ら固相へ転移する際に放出される熱を利用してエンジン
１を急速暖機するようにしたが、前記放出熱を利用して
車両の室内を急速暖房するようにしてもよい。

【００５４】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、最
上流に位置する上流側蓄熱材容器内の蓄熱材が完全に融
解するまでは、バイパス切換え弁を開弁させるとともに
被バイパス切換え弁を閉弁させることにより、高温の冷
却水を下流側蓄熱材容器へ導かず、上流側蓄熱材容器内
の蓄熱材が完全に融解した後に、バイパス切換え弁を閉
弁させるとともに被バイパス切換え弁を開弁させること
により、高温の冷却水を下流側蓄熱材容器へ導くように
したので、内燃機関が短時間だけ運転された場合におい
ても、少なくとも最上流に位置する蓄熱材容器内の固体
状態の蓄熱材を完全に融解させることが可能になるとい
う優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を具体化した一実施例の蓄熱装置の概略
構成図である。

【図２】一実施例における蓄熱材の温度と各電磁弁の開
閉状態との対応関係を示すタイミングチャートである。

【図３】一実施例における冷却水の循環経路を示す概略
図である。

【図４】従来の蓄熱装置を示す断面図である。

【符号の説明】

１…内燃機関としてのエンジン、４…冷却水通路、１１
…上流側蓄熱材容器としての第一蓄熱材容器、１２…下
流側蓄熱材容器の一部を構成する第二蓄熱材容器、１３
…下流側蓄熱材容器の一部を構成する第三蓄熱材容器、
１４…下流側蓄熱材容器の一部を構成する第四蓄熱材容
器、１５…蓄熱材、２１…バイパス切換え弁としての第
一電磁弁、２４…被バイパス切換え弁としての第四電磁
弁、２６…バイパス通路、３１…融解検出手段としての
第一温度センサ、３５…制御手段としてのコントローラ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 安田 雄志郎 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車 株式会社内 (72)発明者 茂木 和久 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車 株式会社内 (72)発明者 前田 明宏 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本電 装 株式会社内 (72)発明者 清村 正博 神奈川県藤沢市辻堂新町４丁目３番地１号 エヌオーケー 株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃機関の冷却水通路において、冷却水
   の流通方向に順に配設された複数の蓄熱材容器と、 前記各蓄熱材容器内に封入され、固相及び液相間での相
   変化にともなう潜熱を利用して蓄熱及び放熱を行う過冷
   却性の蓄熱材とを備え、内燃機関の停止時には低温の冷
   却水により蓄熱材を過冷却状態の液相にして蓄熱させ、
   同内燃機関の始動時には蓄熱材に刺激を与えることによ
   り、同蓄熱材を液相から固相へ転移させて放熱させ、内
   燃機関の暖機後には高温の冷却水により蓄熱材を融解し
   て固相から液相へ転移させるようにした内燃機関用蓄熱
   装置であって、 最上流に位置する上流側蓄熱材容器を通過した高温の冷
   却水が、その下流側に位置する一つ以上の蓄熱材容器か
   らなる下流側蓄熱材容器を迂回し得るように、冷却水通
   路において下流側蓄熱材容器の上流及び下流間を連通状
   態で接続するバイパス通路と、 前記バイパス通路内に開閉可能に設けられ、開弁時には
   バイパス通路での冷却水の流通を許容し、閉弁時にはバ
   イパス通路での冷却水の流通を遮断するバイパス切換え
   弁と、 前記冷却水通路において、バイパス通路の上流端が接続
   された箇所から同バイパス通路の下流端が接続された箇
   所までの被バイパス部に開閉可能に設けられ、開弁時に
   は被バイパス部での冷却水の流通を許容し、閉弁時には
   被バイパス部での冷却水の流通を遮断する被バイパス切
   換え弁と、 前記上流側蓄熱材容器内に配設され、同上流側蓄熱材容
   器内の蓄熱材の完全融解を検出する融解検出手段と、 前記内燃機関の暖機後に前記融解検出手段により完全融
   解が検出されるまでは、前記バイパス切換え弁を開弁さ
   せるとともに被バイパス切換え弁を閉弁させ、同融解検
   出手段により完全融解が検出された後には、バイパス切
   換え弁を閉弁させるとともに被バイパス切換え弁を開弁
   させる制御手段とを設けたことを特徴とする内燃機関用
   蓄熱装置。