JP4045901B2

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Publication number: JP4045901B2
Application number: JP2002257562A
Authority: JP
Inventors: 伸本田; 泰一相川
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2002-09-03
Filing date: 2002-09-03
Publication date: 2008-02-13
Anticipated expiration: 2022-09-03
Also published as: JP2004092585A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、エンジン始動後にエンジン冷却水温度を早期に上昇させるための暖機装置に関するもので,車両用に用いて好適である。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、車両においては、エンジン冷却水（以下、冷却水と書く）を熱源として車室内の暖房あるいはフロントガラスの除霜を行っている。
【０００３】
エンジンの始動前は、エンジン各部の温度、たとえば潤滑油あるいは冷却水温度はほぼ外気温度と等しくなっている。エンジンが始動すると、冷却水は、エンジンに内蔵される水ポンプにより循環され、エンジン内部を流れる際に燃焼ガスの熱の一部がシリンダおよび燃焼室の外壁を経て熱伝達により冷却水に伝えられて温度が上昇する。したがって、エンジン始動後、冷却水温度が車室内の暖房等に十分なだけ上昇するのにはある時間が掛かかる。通常、エンジンの冷却水回路にはサーモスタットが装着され、冷却水温度が所定値以下の場合は冷却水回路を閉じて冷却水をラジエータに流さず冷却水温度を早く高めるようにしている。
【０００４】
しかし、特に寒冷時において、車室内温度をできるだけ早く快適な温度まで高めるために、冷却水温度をさらに早く上昇させたいという強い要求がある。
【０００５】
このような要求を満足させるための従来の暖機装置としては、たとえば特開平６−１２７２７０号公報に開示されるものがある。これは、車両用エンジンの冷却水回路に内部に吸着物質（以下、吸着剤と書く）を充填させた第１タンク（以下、吸着剤熱交換器と書く）を冷却水と吸着剤が熱交換可能に配置し、この吸着剤熱交換器と内部に冷媒凝縮液を充填させた第２タンク（以下、冷媒熱交換器と書く）とを冷媒回路により連通している。これにより、エンジン始動時において、吸着剤が気化した冷媒を吸着する際に発生する吸着熱を、吸着剤熱交換器において熱交換により冷却水に吸収させることにより、冷却水温度を早期に上昇させるものである。一方、エンジン始動後所定時間が経過して冷却水温度が高くなり安定すると、吸着剤熱交換器において、吸着剤が冷却水から熱を受けて加熱され、吸着していた冷媒が吐き出され冷媒回路を経て冷媒熱交換器内へ移動する。そして、冷媒熱交換器内で冷却されて凝縮し次回の暖機に備えることができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の従来の暖機装置においては、以下に述べるような問題点がある。
【０００７】
その1つは、吸着剤の再生温度である。暖機完了後、つまり冷却水温度が十分上昇した後、こんどは、次回の暖機に備えるために第１タンクにおいて吸着剤の再生、すなわち吸着剤からの冷媒分離を行う必要があるが、その熱源として冷却水を利用している。通常、暖機完了後の冷却水温度は１００℃前後であり、したがって、吸着剤としては、再生温度が１００℃程度である物質が選定使用されている。しかしながら、再生温度が１００℃程度である吸着剤は冷媒吸着時の発熱量が少なく、暖機装置に要求される性能、たとえば単位時間当たりの発熱量を満足させるためには、必要な吸着剤量が多くなり、これに伴い必要な冷媒量も多くなってしまう。このため、吸着剤熱交換器クおよび冷媒熱交換器の体格・重量が増大するという問題がある。
【０００８】
２つ目の問題は、冷媒熱交換器における冷媒気化のための吸熱源である。従来の暖機装置においては冷媒熱交換器周囲の外気を冷媒の吸熱源としている。早期の暖機を実現するためには冷媒熱交換器の外気からの吸熱を促進する必要があり、たとえば、第２タンクに送風するための送風機を備える等しており、暖機装置全体の体格が増大してしまう。また、外気温度が低下するほど吸熱量が低下する、すなわち暖機の必要性が高い時ほど冷媒熱交換器の吸熱が困難になる傾向があるという問題がある。
【０００９】
本発明は、上述の問題点に鑑み成されたもので、その目的は、吸着剤熱交換器および冷媒熱交換器の配置あるいは構成に工夫を凝らし、暖機時間を短縮させつつ、つまり暖機性能を向上させつつ小型化を実現可能な暖機装置を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成する為に以下の技術的手段を採用する。
【００１１】
本発明の請求項１に記載の暖機装置は、エンジンの冷却水回路と、冷媒を収容し冷却水回路途中に設けられて冷却水と冷媒が熱交換可能な冷媒熱交換器と、吸着剤を収容し冷却水管路途中且つ冷媒熱交換器より下流側に設けられて冷却水と吸着剤が熱交換可能な吸着剤熱交換器と、冷媒熱交換器と吸着剤熱交換器とを冷媒が通過可能に連通する冷媒通路と、冷媒通路途中に設けられて冷媒通路の連通、遮断を切り替える切替え弁と、冷却水回路途中に設けられて冷媒熱交換器の入り口側と出口側とを冷媒熱交換器を経由せずに連通するバイパス通路と、冷却水回路途中に設けられて、冷媒熱交換器内における冷却水の流通およびバイパス通路の遮断と、冷媒熱交換器内における冷却水の流通遮断およびバイパス通路の連通とを切り替える第２切替え弁とを備え、吸着剤熱交換器にはエンジン排気管が排気と吸着剤および冷却水とが熱交換可能なように装着される構成とした。従来の暖機装置における吸着剤再生時の熱源は冷却水であるが、本発明の請求項１に記載の暖機装置では、吸着剤熱交換器にエンジン排気管を排気と吸着剤および冷却水とが熱交換可能なように装着している。通常、暖機終了後において、冷却水温度は１００℃前後であるが、排気温度はエンジンの負荷により変動するが３００℃以上となる。したがって、吸着剤熱交換器における吸着剤再生温度を高めることができる。これにより、従来の暖機装置における吸着剤よりも再生温度の高い吸着剤、言い換えると冷媒吸着時の発熱量がより大きい吸着剤を使用することができるので、必要な吸着剤量および冷媒量は従来の暖機装置より少なくなり、吸着剤熱交換器および冷媒熱交換器を小型化することができる。
【００１２】
また、暖機中、吸着剤熱交換器においては、吸着剤による吸着熱に加えて排気熱も冷却水に伝達される、つまり排気によっても冷却水が暖められるので、暖機時間をより短縮する、つまり暖機性能を向上することができる。
【００１３】
また、従来の暖機装置においては、冷媒を気化させる熱源としては外気、すなわち暖機装置周囲の空気を利用している。そのため、冷媒の気化速度、つまり単位時間当たりの冷媒気化量は暖機装置が作動を開始した後ほとんど一定であるので、吸着剤熱交換器における単位時間当たりの吸着熱発生量も一定となる。これに対して、本発明の請求項１に記載の暖機装置では冷媒の気化用熱源として冷却水を利用している。この場合、冷却水は冷媒熱交換器を通過する際に冷媒の気化用に熱を放出し、冷却水温度は一旦低下するが、冷媒吸着時における吸着熱が冷媒気化熱より大きい吸着剤を用いることで、吸着剤熱交換器を通過する際に上述の放出熱量を大きく上回る吸着熱量を受け取り、冷却水温度は当初の温度より上昇する。これにより、エンジン始動と同時に暖機装置の作動が開始すると、時間の経過に連れて暖機が進み冷却水温度が上昇する。その結果、冷媒熱交換器における冷媒の気化速度は加速度的に促進される。したがって、吸着剤熱交換器における単位時間当たりの吸着熱発生量も冷媒の気化速度に連動して増大する。これにより、従来の暖機装置における冷媒蒸発促進手段、たとえば送風機等を不要として暖機装置を小型化することができる。さらに、従来の暖機装置においては冷媒の蒸発が困難である低温時においても、本発明の請求項１に記載の暖機装置では、エンジン始動後、時間と共に冷媒の気化速度が増大し暖機に必要な冷媒の蒸気を十分得ることができるので、暖機性能を向上する、すなわち暖機時間を短縮することができる。
【００１４】
また、暖機終了後においては、吸着剤に吸着した冷媒を脱着させると共に冷媒熱交換器内において凝縮収容させ次回のエンジン始動時の暖機に備えるために、冷媒熱交換器の温度を下げて冷媒の凝縮を促進する必要がある。本発明の請求項１に記載の暖機装置では、バイパス通路および第２切替え弁を備えている。これにより、暖機中は、第２切替え弁によりバイパス通路を遮断し且つ冷媒熱交換器内に冷却水を流通させて冷媒の蒸発を促進し、暖機終了後は、第２切替え弁によりバイパス通路を連通し且つ冷媒熱交換器内の冷却水の流通を遮断して、冷媒熱交換器の温度を低下させ冷媒の凝縮を促進することができる。
【００１５】
本発明の請求項２に記載の暖機装置は、バイパス通路は冷媒熱交換器の入り口側と吸着剤熱交換器の出口側とを連通する構成とした。本発明の請求項１に記載の暖機装置では、暖機終了後において、上述したように第２切替え弁を切替えて冷媒熱交換器内の冷却水の流通を遮断しているが、吸着剤熱交換器内には冷却水が流れている。したがって、吸着剤熱交換器において、排気熱は冷却水と吸着剤の両方に伝えられている。このため、吸着剤の再生、つまり吸着された冷媒の脱着に必要な熱が十分得られない可能性がある。そこで、本発明の請求項２に記載の暖機装置では、バイパス通路を、冷媒熱交換器および吸着剤熱交換器の両方をバイパスするように設けている。これにより、暖機終了後、吸着剤熱交換器において排気熱を１００％吸着剤の再生に利用できるので、吸着剤の再生時間を短縮することができる。
【００１６】
本発明の請求項３に記載の暖機装置は、冷媒熱交換器に替えて吸着剤とは異なる第２吸着剤が収容される第２吸着剤熱交換器を設けると共に、冷媒として外気温度が零下になっても凝固しない物質を用いる構成とした。本発明の請求項１に記載の暖機装置において、外気温度が零下になると凝固する物質、たとえば水を冷媒として用いた場合、外気温度が零下においては冷媒である水が氷結して十分な暖機性能が得られない恐れがある。そこで、本発明の請求項３に記載の暖機装置では、冷媒熱交換器の替わりに元の吸着剤とは異なる第２吸着剤が収容される第２吸着剤熱交換器を設けると共に、冷媒として外気温度が零下になっても凝固しない物質を用いている。これにより、外気温度が零下である場合でも、冷媒が氷結することがないので暖機装置を作動させることができる。
【００１７】
また、吸着剤熱交換器内の吸着剤の吸着熱が第２吸着剤熱交換器内の第２吸着剤の脱着熱より大きくなるように吸着剤および第２吸着剤の材質を選定すれば、エンジン始動時に、第２吸着剤熱交換器内で冷却水から放出される熱量、つまり冷媒が第２吸着剤から脱着する脱着熱量より吸着剤熱交換器内で冷却水が得る熱量、つまり吸着剤が冷媒を吸着する際の脱着熱量のほうが多くなり、その結果、本発明の請求項１に記載の暖機装置の場合と同様に暖機性能を向上させることができる。
【００１８】
本発明の請求項４に記載の暖機装置は、冷却水回路途中に、吸着剤熱交換器、冷媒熱交換器あるいは第２吸着剤熱交換器内における冷却水の流動を促進するためのポンプを設ける構成とした。エンジンに暖機装置を取り付ける場合、エンジン既存の冷却水回路を延長して吸着剤熱交換器、冷媒熱交換器等を附加することになる。したがって、冷却水回路の管路抵抗が暖機装置取付け前に比べて増大する可能性がある。このため、エンジンに内蔵されるポンプだけでは、暖機性能を維持するために必要な吸着剤熱交換器、冷媒熱交換器あるいは第２吸着剤熱交換器内における冷却水流量を確保できなくなる可能性がある。そこで、エンジンの冷却水回路の途中にポンプを追加配置することにより、吸着剤熱交換器、冷媒熱交換器あるいは第２吸着剤熱交換器内を通過する冷却水流量を十分確保異して、暖機性能を向上させることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１実施形態による暖機装置を、自動車用エンジンに適用した場合を例に図に基づいて説明する。
【００２０】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態による暖機装置１を自動車用エンジン１００に装着した状態を示す説明図である。図２は、冷媒熱交換器２の断面図であり、図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。図３は、吸着剤熱交換器３の断面図であり、図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。なお、各図において、同一構成部分には同一符号を付してある。
【００２１】
エンジン１００の冷却水回路は、従来からの第１冷却水回路１０４と、第１冷却水回路１０４に接続されて暖機装置１の一部を成す第２冷却水回路６とから構成されている。冷却水は、エンジン１００に内蔵されてエンジン１００の出力軸（図示せず）により駆動される水ポンプ（図示せず）により加圧されて、第１冷却水回路１０４および第２冷却水回路６内を図１中の矢印で示す方向に流れる。
【００２２】
第１冷却水回路１０４には、周知のラジエータ１０１、サーモスタット１０２および利用側熱交換器１０５が接続されている。利用側熱交換器１０５とは、たとえば、車室内に配置されて車室内の暖房装置あるいは窓ガラスの曇り防止装置の熱源となるものである。また、第１冷却水回路１０４には、利用側熱交換器１０５内における冷却水の流通・遮断を切り替える電磁弁９が設けられている。さらに、第１冷却水回路１０４には、水温センサ１０が冷却水の温度を検出可能に装着されている。
【００２３】
暖機装置１は、図１に示すように、第１冷却水回路１０４に接続される第２冷却水回路６と、この第２冷却水回路６の途中に設けられる冷媒熱交換器２と、第２冷却水回路６の途中且つ冷媒熱交換器２の下流側に設けられる吸着剤熱交換器３と、冷媒熱交換器２と吸着剤熱交換器３とを冷媒３ａが通過可能に連通する冷媒通路５と、冷媒通路５の連通・遮断を切り替える切替え弁である電磁弁４と、第２冷却水回路６の途中に設けられ冷媒熱交換器２の入り口側と出口側とを冷媒熱交換器２を経由せずに連通するバイパス通路８と、第２冷却水回路６の途中に設けられ冷媒熱交換器２内の冷却水流通およびバイパス通路８の遮断と冷媒熱交換器２内の冷却水流通遮断およびバイパス通路８の流通とを切り替える第２切替え弁である三方弁７と、第１冷却水回路１０４の途中に設けられる電磁弁９および水温センサ１０と、電磁弁９、電磁弁４および三方弁７への通電・通電遮断を制御する制御装置１２とから構成されている。
【００２４】
冷媒熱交換器２は、金属、たとえばステンレス鋼板で形成され、図２に示すように、その内部には冷媒２ａが収容されると共に冷却水と冷媒２ａが熱交換可能なように第２冷却水回路６が形成されている。本発明の第１実施形態による暖機装置１においては、冷媒２ａとして水が用いられている。また、冷媒熱交換器２の熱交換器としての効率を向上する、つまり熱伝達率を高めるために、第２冷却水回路６には複数のフィン２ｂが設けられている。これにより、第２冷却水回路６を流通する冷却水の熱が効率良く冷媒２ａに伝達される。
【００２５】
吸着剤熱交換器３は、金属、たとえばステンレス鋼板で形成され、図３に示すように、その内部には吸着剤３ａが収容されると共に冷却水と吸着剤３ａが熱交換可能なように第２冷却水回路６が形成されている。本発明の第１実施形態による暖機装置１においては、吸着剤３ａとしてＣａＯが用いられている。また、吸着剤熱交換器３には、エンジン１００の排気管１０３が吸着剤３ａと熱交換可能なように固定されている。また、吸着剤熱交換器３の熱交換器としての効率を向上する、つまり熱伝達率を高めるために、第２冷却水回路６には複数のフィン３ｂが設けられている。これにより、吸着剤３ａの熱が効率良く第２冷却水回路６を流通する冷却水に伝達される。また、フィン３ｂは、排気管１０３に熱交換可能に接触固定されている。これにより、排気管１０３中の排気流の熱が効率良く吸着剤３ａおよび冷却水に伝達される。また、吸着剤熱交換器３には、吸着剤３ａの温度を検出するための温度センサ１１が取り付けられている。
【００２６】
冷媒熱交換器２と吸着剤熱交換器３は、冷媒２ａが通過可能な冷媒通路５によって連通している。これにより、冷媒熱交換器２内で気化した冷媒２ａが冷媒通路５を通って吸着剤熱交換器３内に移動する、あるいは、吸着剤３ａから脱着した冷媒２ａが冷媒通路５を通って冷媒熱交換器２内に移動することが可能となる。
【００２７】
冷媒通路５の途中には、冷媒通路５の連通・遮断を切り替える切替え弁である電磁弁４が設けられている。
【００２８】
冷媒熱交換器２、吸着剤熱交換器３および冷媒通路５の内部は、脱気処理が施されている。
【００２９】
制御回路１２は、マイクロコンピュータ等を含む電気回路からなり、図１に示すように、バッテリ１０６から常時電力が供給されている。制御回路１２には、イグニッションスイッチ１０７がそのＯＮ／ＯＦＦを検出可能に接続されると共に、水温センサ１０、温度センサ１１、電磁弁４、９および三方弁７が接続されている。制御回路１２は、イグニッションスイッチ１０７、水温センサ１０、温度センサ１１からの出力に基づいて電磁弁４、９および三方弁７への通電・通電停止を制御して暖気装置１の作動を制御している。
【００３０】
次に、以上説明した、本発明の第１実施形態による暖機装置１の作動について、冷媒熱交換器２および吸着剤熱交換器３における冷媒２ａおよび吸着剤３ａの作動を中心に説明する。
【００３１】
（１）エンジン始動時の冷却水温度（水温センサ１０により検出）が所定温度（たとえば７０℃）以下の場合。
【００３２】
この場合、エンジン１００が始動されると、冷却水はエンジン１００に内蔵される水ポンプ（図示せず）により加圧される。しかし、冷却水温度が低いため、サーモスタット１０２によりラジエータ１０１への冷却水の流れが遮断されており、冷却水は、暖機装置１、つまり第２冷却水回路６に向かって流れる。
【００３３】
一方、制御装置１２は、イグニッションスイッチ１０７がＯＮ状態となったことを検出して暖機装置１が作動を始める。このとき、電磁弁９は遮断状態に、三方弁７は冷媒熱交換器２内を流通状態且つバイパス通路８を遮断遮断状態に、電磁弁４は連通状態にそれぞれ制御される。
【００３４】
これにより、冷却水は、エンジン１００から第２冷却水回路６へ導入され、冷媒熱交換器２および吸着剤熱交換器３を通って再びエンジン１００へ戻るように流れる。また、電磁弁４が連通状態に制御されているので、冷媒熱交換器２および吸着剤熱交換器３は、冷媒通路５により連通している。
【００３５】
冷媒熱交換器２内を冷却水が流れると、冷却水の熱が冷媒２ａ（本実施形態においては水）に伝えられて冷媒２ａが蒸発すると同時に冷却水の温度は低下する。また、冷媒熱交換器２内で発生した冷媒２ａ蒸気は、冷媒通路５を通って吸着剤熱交換器３内に移動する。
【００３６】
吸着剤熱交換器３内の吸着剤３ａは、この時点では、後述する再生動作により冷媒２ａを放出した状態となっている。したがって、吸着剤熱交換器３においては、吸着剤３ａが冷媒通路５を通って流入する冷媒２ａ蒸気を吸着し吸着熱を発生する。これにより、冷却水は、吸着剤熱交換器３内を流れることにより加熱されて温度が上昇する。
【００３７】
ここで、本発明の第１実施形態においては、吸着剤３ａとしてＣａＯを、冷媒２ａとしてＨ_２Ｏ（水）を用いている。この場合、ＣａＯの吸着熱は、水の蒸発潜熱の約２．５倍である。したがって、冷却水が冷媒熱交換器２、吸着剤熱交換器３の順に流れることにより、冷却水は、水の蒸発潜熱の約１．５倍の熱を受け取り、冷却水温度が上昇する。すなわち、冷却水は、暖機装置１内、つまり第２冷却水回路６を通過することにより温度上昇する。
【００３８】
温められた冷却水が再び冷媒熱交換器２内に流入すると、冷媒熱交換器２において冷媒２ａが受け取る熱量が増えるので冷媒２ａの蒸発量がさらに増加する。つまり、吸着剤熱交換器３内において吸着剤３ａに吸着される冷媒２ａ蒸気量が増加して吸着剤熱交換器３における吸着熱発生量が増大し、冷却水温度がさらに上昇する。
【００３９】
上述の、冷媒熱交換器２および吸着剤熱交換器３内の化学変化を、図４に示す、冷媒２ａ（Ｈ_２Ｏ）、吸着剤３ａ（ＣａＯ）の相平衡線図に基づいて説明する。図４において、縦軸は圧力Ｐ、横軸は温度の逆数（１／Ｔ）である。つまり、横軸において左側に行くほど温度が高くなる。また、図４において、特性ＲはＨ_２Ｏを、特性ＳはＣａＯをそれぞれ示す。特性Ｓ上のＸ点での温度は０℃であり、したがってＨ_２ＯはＸ点より右側では凝固している。
【００４０】
先ず、Ａ点において、Ｈ_２Ｏ（液体）＋Ｑａ→Ｈ_２Ｏ（気体）の反応によりＨ_２Ｏの気化が起こる。ここで、＋Ｑａは気化潜熱であり冷却水から奪われる。気化したＨ_２Ｏは冷媒通路５を通って吸着剤熱交換器３内に進入しＣａＯに吸着される。つまり、図４中のＢ点において、ＣａＯ＋Ｈ_２Ｏ−Ｑｂ→Ｃａ（ＯＨ）_２の反応が起こる。このとき、吸着熱−Ｑｂが発生され冷却水に伝達されて、冷却水温度が上昇する。
【００４１】
温められた冷却水が再び冷媒熱交換器２に流入するので冷媒熱交換器２の温度が上昇し、Ｈ_２Ｏの気化はＡ’点となり、ＣａＯの吸着もＢ’点となる。したがって吸着熱量がさらに増大し、冷却水温度がさらに上昇する。
【００４２】
ところで、本発明の第１実施形態による暖機装置１では、吸着剤熱交換器３にはエンジン１００の排気管１０３が吸着剤３ａあるいは冷却水と熱交換可能なように固定されている。したがって、吸着剤熱交換器３において、冷却水は、エンジン１００の排気からも熱を受けて温度が上昇する。
【００４３】
従来の暖機装置においては、冷媒を気化させるための熱源として冷媒熱交換器周囲の空気を利用している。このため、冷媒の気化速度、つまり単位時間当たりの冷媒気化量は暖機装置作動開始後ほとんど一定であり、吸着剤熱交換器における単位時間当たりの吸着熱発生量も一定となる。また、暖機がより必要な低温になるほど、冷媒気化に利用できる熱量が減少して暖機能力が低下する恐れがあった。
【００４４】
これに対して、本発明の第１実施形態による暖機装置１では、冷媒の気化用熱源としてエンジン冷却水を利用している。すなわち、温度上昇した冷却水を再び冷媒熱交換器２に導入して冷媒２ａの気化に利用できるので、冷媒熱交換器２における冷媒の気化速度は加速度的に促進され、これに対応して、吸着剤熱交換器３における単位時間当たりの吸着熱発生量も加速度的に増大する。また、吸着剤熱交換器３において、従来は利用していなかった排気熱を冷却水温度上昇に利用している。これにより、暖機時間、つまりエンジン１００始動後冷却水温度が所定温度（たとえば８０℃）に到達するまでの時間を短縮することができる。
【００４５】
さらに、従来の暖機装置における冷媒蒸発促進手段、たとえば送風機等を不要として暖機装置１を小型化することができる。
【００４６】
また、従来の暖機装置においては冷媒の蒸発が困難である低温時においても、確実に冷媒２ａを気化させて暖機性能を向上する、すなわち暖機時間を短縮することができる。
【００４７】
ところで、暖機装置１の暖機動作により冷却水温度が上昇し、やがて冷却水温度が所定温度（たとえば８０℃）に到達すると、制御装置１２は、電磁弁９を連通状態に制御する。これにより、利用側熱交換器１０５内に温まった冷却水が流れ、その熱が車室内の暖房、窓ガラスの曇り除去等に利用される。このとき、サーモスタット１０２は連通状態となり冷却水がラジエータ１０１にも流れ、冷却水温度は一定に維持される。この時点で、暖機装置１における暖機動作が終了する。
【００４８】
図５には、本発明の第１実施形態による暖機装置１を適用したエンジンにおける、エンジン始動後の冷却水温度上昇特性の測定結果を示す。図５において、縦軸は冷却水温度、横軸は時間をそれぞれ示す。図５中、実線は本発明の第１実施形態による暖機装置１を適用した場合を、破線は従来の暖機装置を適用した場合をそれぞれ示す。図５から明らかなように、本発明の第１実施形態による暖機装置１を適用することにより、冷却水温度が目標水温まで上昇するのに要する時間を大幅に短縮することができる。
【００４９】
つづいて、制御装置１２は、次回の暖機に備えるために吸着剤３ａの再生動作、すなわち、吸着剤３ａからの冷媒２ａの脱着を開始する。以下に、吸着剤３ａの再生作動について説明する。
【００５０】
このとき、制御装置１２は三方弁７を、こんどは、冷媒熱交換器２内を流通遮断状態且つバイパス通路８を連通状態に制御する。この結果、冷却水は冷媒熱交換器２内を流れなくなり、冷媒２ａの気化は停止される。一方、吸着剤熱交換器３において、吸着剤３ａは、エンジン１００の排気および冷却水から熱を受けて温度が上昇する。これにより、吸着剤３ａに吸着されていた冷媒２ａは吸着剤３ａから脱着し、冷媒２ａ蒸気となって冷媒通路５を通って冷媒熱交換器２内に流入し凝縮する。このとき、冷媒熱交換器２内への冷却水流入は遮断されているので、冷媒熱交換器２は外気により冷やされ冷媒熱交換器２の温度は低下し続け、冷媒２ａの凝縮が進行する。次に、温度センサ１０により検出している吸着剤３ａの温度が所定値、すなわち吸着剤３ａの再生が完了する温度（たとえば３２０℃）に達すると、制御装置１２は、電磁弁４を遮断状態に制御する。これにより、冷媒熱交換器２、吸着剤熱交換器間の冷媒２ａの移動は阻止されると共に吸着剤の再生状態が維持されて、暖機装置１は次回の暖機動作に備えることができる。
【００５１】
上述の、冷媒熱交換器２および吸着剤熱交換器３内の化学変化を、図４に示す、冷媒２ａ（Ｈ_２Ｏ）、吸着剤３ａ（ＣａＯ）の相平衡線図に基づいて説明する。
【００５２】
冷却水温度が十分上昇すると共に排気温度も高くなり、それによりＣａＯが加熱される。その結果、Ｃ点において、Ｃａ（ＯＨ）_２＋Ｑｃ→ＣａＯ＋Ｈ_２Ｏ（気体）の反応が起こり、ＣａＯからＨ_２Ｏ（気体）が脱着する。ここで、＋Ｑｃは脱着熱であり、排気および冷却水から奪われる。気化したＨ_２Ｏは冷媒通路５を通って冷媒熱交換器２内に進入する。このとき、三方弁７は既に切り替えられており、冷媒熱交換器２内への冷却水流入は遮断されているので、冷媒熱交換器２は外気により冷却される。したがって、図４中のＤ点において、Ｈ_２Ｏ（気体）−Ｑｄ→Ｈ_２Ｏ（液体）の反応、すなわち凝縮が起こる。ここで、凝縮熱−Ｑｄが発生され外気に放出される。凝縮したＨ_２Ｏ（液体）がさらに外気により冷却されて温度が下がり、再びＡ点、すなわち初期位置にもどり、電磁弁４が遮断されてＨ_２Ｏ（液体）は冷媒熱交換器２内に封止され、次回の暖機動作に備える。
【００５３】
従来の暖機装置においては、吸着剤の再生用熱源として冷却水を利用している。通常、暖機完了後の冷却水温度は１００℃前後であり、したがって、吸着剤としては、再生温度が１００℃程度である物質が選定使用されている。しかしながら、再生温度が１００℃程度である吸着剤は冷媒吸着時の発熱量が少なく、暖機装置に要求される性能、たとえば単位時間当たりの発熱量を満足させるために必要な吸着剤量が多くなり、これに伴い必要な冷媒量も多くなってしまう。このため、吸着剤熱交換器および冷媒熱交換器の体格・重量が増大するという問題がある。
【００５４】
一方、本発明の第１実施形態による暖機装置１においては、吸着剤の再生用熱源としてエンジン１００の排気を利用している。排気温度はエンジン１００の負荷により変動するが、通常は３００℃以上となる。したがって、吸着剤熱交換器３における吸着剤３ａ再生温度を高めることができる。これにより、従来の暖機装置における吸着剤よりも再生温度の高い吸着剤３ａ、言い換えると冷媒吸着時の発熱量がより大きい吸着剤３ａを使用することができるので、暖機装置に要求される性能を満足するために必要な吸着剤３ａ量および冷媒２ａ量を従来の暖機装置の場合よりも低減することができる。したがって、良好な暖機性能を維持しつつ、吸着剤熱交換器３および冷媒熱交換器２を小型化することができる。
【００５５】
（２）エンジン始動時の冷却水温度（水温センサ１０により検出）が所定温度（たとえば７０℃）以上の場合。
【００５６】
これは、エンジン１００を一旦停止させた後、再始動したような場合が相当する。この場合、エンジン始動時における冷却水温度は暖房やガラス窓の曇り除去に十分な温度に達しており、暖機制御は不要である。
【００５７】
したがって、制御装置１２は、電磁弁９を連通状態に、三方弁７を冷媒熱交換器２内を流通遮断状態且つバイパス通路８を連通状態に、電磁弁４を遮断状態にそれぞれ制御する。すなわち、エンジン１００の通常運転状態に制御する。
【００５８】
以上説明した、本発明の第１実施形態による暖機装置においては、冷媒の気化用熱源としてエンジン冷却水を利用している。すなわち、温度上昇した冷却水を再び冷媒熱交換器２に導入して冷媒２ａの気化に利用するので、冷媒熱交換器２における冷媒の気化速度は加速度的に促進され、これに連動して、吸着剤熱交換器３における単位時間当たりの吸着熱発生量も加速度的に増大する。したがって、暖機時間、つまりエンジン１００始動後冷却水温度が所定温度（たとえば８０℃）に到達するまでの時間を短縮しつつ、従来の暖機装置における冷媒蒸発促進手段、たとえば送風機等を不要として暖機装置１を小型化することができる。
【００５９】
また、吸着剤熱交換器３において、排気熱を冷却水温度上昇に利用できるので暖機時間することができる。
【００６０】
また、吸着剤３ａの再生用熱源としてエンジン１００の排気を利用している。排気温度はエンジン１００の負荷により変動するが、通常は３００℃以上となるので吸着剤熱交換器３における吸着剤３ａ再生温度を高めることができる。これにより、従来の暖機装置における吸着剤よりも再生温度の高い吸着剤３ａ、言い換えると冷媒吸着時の発熱量がより大きい吸着剤３ａを使用することができるので、暖機装置に要求される性能を満足するために必要な吸着剤３ａ量および冷媒２ａ量を従来の暖機装置の場合よりも低減することができる。したがって、良好な暖機性能を維持しつつ、吸着剤熱交換器３および冷媒熱交換器２を小型化することができる。
【００６１】
図６には、本発明の第１実施形態による暖機装置１の変形例を示す。
【００６２】
本発明の第１実施形態による暖機装置１の変形例においては、図６に示すように、暖機装置１の第２冷却水回路６途中にポンプ１３を追加設置している。ポンプ１３は電動式のものが用いられ、制御装置１２により運転制御されている。これにより、エンジン１００に内蔵される水ポンプ（図示せず）の吐出能力如何に関わらず、暖機装置１の第２冷却水回路６における冷却水流量を暖機上十分なだけ確保して、暖機装置１の暖機効果を確実に発揮させることができる。なお、冷却水温度が所定値まで上昇した後さらに吸着剤３ａの再生動作が終了した後は、ポンプ１３の運転を停止すれば、暖機装置１の消費電力を低減することができる。
【００６３】
図７には、本発明の第１実施形態による暖機装置１の他の変形例を示す。
本発明の第１実施形態による暖機装置１の他の変形例においては、暖機装置１の第２冷却水回路６途中に設けた三方弁７を、図７に示すように、２個の二方弁１４、１５に置換えている。これらの二方弁１４、１５を制御装置１２により駆動することで、三方弁７の場合と同様の流路切替え機能を果たすことができる。
【００６４】
一般に、三方弁は二方弁に比べてコストが高く、１個の三方弁７の価格より、２個の二方弁１４、１５の合計価格のほうが安価である。したがって、上述の構成とすることで、暖機装置１のコストを低減することができる。
【００６５】
（第２実施形態）
図８には、本発明の第２実施形態による暖機装置１を示す。
【００６６】
第２実施形態による暖機装置１においては、冷媒熱交換器２の替わりに、第２吸着剤熱交換器３０を用いている。第２吸着剤熱交換器３０には、吸着剤３ａと異なる第２吸着剤３０ａが封入されている。この第２実施形態においては、吸着剤３ａとしてＭｇＯを、第２吸着剤３０ａとして１３Ｘ型ゼオライトをそれぞれ封入すると共に、冷媒としてＣＯ_２を使用している。
【００６７】
本発明の第１実施形態による暖機装置１においては、冷媒２ａとしてＨ_２Ｏ（水）を使用している。このため、外気温度が零下になると冷媒熱交換器２内で冷媒、つまり水が氷結してしまい、十分な暖機性能が得られなくなる可能性がある。
【００６８】
そこで、第２実施形態においては、冷媒２ａとして凝固点が水より低いＣＯ_２を用いることにより、外気温度が零下であるときにも十分な暖機性能が得られる暖機装置１を実現している。
【００６９】
また、本発明の第１実施形態による暖機装置１では、暖機装置１の非作動時において冷媒２ａを液体（水）の状態で保存している。一方、第２実施形態では、冷媒２ａとしてＣＯ_２（気体）を用いると共に、暖機装置１の非作動時においては、ＣＯ_２を吸着物質、すなわち第２吸着剤３０ａである１３Ｘ型ゼオライトに吸着させて保存している。
【００７０】
吸着剤３ａであるＭｇＯがＣＯ_２を吸着する際に放出する吸着熱は、１３Ｘ型ゼオライトからＣＯ_２を脱着させるために必要な脱着熱より大きい。したがって、第１実施形態による暖機装置１の場合と同様に、暖機装置１の暖機動作中、冷却水が第２吸着剤熱交換器３０〜吸着剤熱交換器３を通過すると冷却水温度は上昇する。すなわち、第２吸着剤熱交換器３０内においては、流入した冷却水から熱を奪って１３Ｘ型ゼオライトからＣＯ_２が脱着される。脱着したＣＯ_２は冷媒通路５を通って吸着剤熱交換器３内に進入し、吸着剤３ａであるＭｇＯに吸着される。このとき発生する吸着熱は、吸着剤熱交換器３内で冷却水に伝達され、冷却水温度が上昇する。
【００７１】
また、第２吸着剤３０ａである１３Ｘ型ゼオライトのＣＯ_２吸着率は低温時ほど高く、−２０℃において２０％である。したがって、暖機作動時において、冷却水温度の上昇に連れて１３Ｘ型ゼオライトからのＣＯ_２の離脱量が増加し、吸着剤３ａであるＭｇＯの吸着熱発生量も増加するので、高い暖機効果が得られる。
【００７２】
一方、冷却水温度が所定値に達すると暖機動作は終了し、続いて再生動作が開始される。すなわち、三方弁７が切り替えられて、第２吸着剤熱交換器３０への冷却水流入が遮断されるので第２吸着剤熱交換器３０は外気により冷却され、１３Ｘ型ゼオライトの温度が低下する。吸着剤熱交換器３内では、排気からの熱を受けて、ＭｇＯに吸着されていたＣＯ_２が脱着し始める。ＭｇＯから離脱したＣＯ_２は、冷媒通路５を通って第２吸着剤熱交換器３０へ流入し１３Ｘ型ゼオライトに吸着される。このとき、外気により冷却されて１３Ｘ型ゼオライトの温度は低下しつつあるので、ＭｇＯから離脱したＣＯ_２は連続して１３Ｘ型ゼオライトに吸着される。温度センサ１１により検出されるＭｇＯの温度が所定値、つまり、ＭｇＯに吸着されていたＣＯ_２のほぼ全量が脱着する温度に達すると、制御装置１２は電磁弁４を遮断状態に制御し、ＣＯ_２が第２吸着剤熱交換器３０内に封入されて再生動作が終了し、暖機装置１は次回の暖機に備える。
【００７３】
（第３実施形態）
図９には、本発明の第３実施形態による暖機装置１を示す。
【００７４】
第３実施形態による暖機装置１においては、バイパス通路８に替えてバイパス通路８０を設けている。すなわち、バイパス通路８が冷媒熱交換器２をバイパスしているのに対し、バイパス通路８０は、図９に示すように、冷媒熱交換器２および吸着剤熱交換器３の両方をバイパスしている。
【００７５】
これにより、暖機装置１の暖機動作終了後の再生作動、つまり吸着剤３ａから冷媒２ａを脱着させ且つ冷媒熱交換器２内に凝縮させる作動時において、三方弁７を切替えてバイパス通路８０を連通させると、吸着剤熱交換器３内を冷却水が流れなくなる。したがって、排気熱を全部吸着剤３ａの加熱に利用できるので、吸着剤３ａからの冷媒２ａの脱着に要する時間を短縮することができる。
【００７６】
なお、上述の第３実施形態による暖機装置１では、暖機動作終了後の再生作動中において、排気熱を冷却水の加熱に利用できない。したがって、上述の第３実施形態による暖機装置１は、暖機装置１の暖機動作終了後において、冷却水がエンジン１００内を通過する際の受熱量により利用側熱交換器１０５における放熱量を十分まかなえるようなエンジン１００に適用することが望ましい。
【００７７】
以上説明した、本発明の第１〜第３実施形態による暖機装置１において、冷媒通路５の連通・遮断を切り替える電磁弁４は、非通電時連通・通電時遮断型、あるいは非通電時遮断・通電時連通型のどちらであってもよい。ただし、電磁弁４が連通状態となるのは暖機装置１作動時の短時間に限られるので、非通電時遮断・通電時連通型の電磁弁を使用すれば自動車の消費電力を低減することができる。
【００７８】
同様に、冷媒熱交換器２または第２吸着剤熱交換器３０内に冷却水を流すのは暖機装置１作動時の短時間に限られるので、第２冷却水回路６、バイパス通路８および三方弁７を、非通電時においてバイパス通路８が連通してバイパス通路８を冷却水が流れるように接続すれば、自動車の消費電力を低減することができる。
【００７９】
また、以上説明した、本発明の第１〜第３実施形態による暖機装置１において、暖機装置１における再生動作終了時期を温度センサ１１により検出した吸着剤３ａの温度に基づいて決定しているが、吸着剤３ａの温度に依らずに、暖機装置１の作動開始後所定時間が経過した時点を再生動作終了時期としてもよい。ここで、所定時間は、たとえば、吸着剤３ａおよび冷媒２ａの材質や使用量、当該自動車の使用環境（特に最低温度条件）等に応じて最適に予め決定される。このような構成とすれば、温度センサ１１が不要となり暖機装置１のコストを低減できる。
【００８０】
また、以上説明した、本発明の第１〜第３実施形態による暖機装置１において、第１冷却水回路１０４途中に電磁弁９を設けて利用側熱交換器１０５内の冷却水流通・遮断を切り替えるようにしているが、電磁弁９を廃止してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態による暖機装置１をエンジン１００に装着した状態を示す説明図である。
【図２】本発明の第１実施形態による暖機装置１の冷媒熱交換器２の断面図であり、図１中のＩＩ−ＩＩ線断面図である。
【図３】本発明の第１実施形態による暖機装置１の吸着剤熱交換器３の断面図であり、図１中のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。
【図４】本発明の第１実施形態による暖機装置１の冷媒２ａ（Ｈ_２Ｏ）、吸着剤３ａ（ＣａＯ）の相平衡線図である。
【図５】本発明の第１実施形態による暖機装置１を適用したエンジン１００における、エンジン始動後の冷却水温度上昇特性の測定結果のグラフである。
【図６】本発明の第１実施形態による暖機装置１の変形例をエンジン１００に装着した状態を示す説明図である。
【図７】本発明の第１実施形態による暖機装置１の他の変形例をエンジン１００に装着した状態を示す説明図である。
【図８】本発明の第２実施形態による暖機装置１をエンジン１００に装着した状態を示す説明図である。
【図９】本発明の第３実施形態による暖機装置１をエンジン１００に装着した状態を示す説明図である。
【符号の説明】
１暖機装置
２冷媒熱交換器
２ａ冷媒
３吸着剤熱交換器
３ａ吸着剤
３０第２吸着剤熱交換器
３０ａ第２吸着剤
４電磁弁（切替え弁）
５冷媒回路
６第２冷却水回路（冷却水回路）
７三方弁（第２切替え弁）
８、８０バイパス通路
９電磁弁
１０水温センサ
１１温度センサ
１２制御装置
１３ポンプ
１４、１５二方弁（切替え弁）
１００エンジン
１０１ラジエータ
１０２サーモスタット
１０３排気管
１０４第１冷却水回路（冷却水回路）
１０５利用側熱交換器
１０６バッテリ
１０７イグニッションスイッチ[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to a warm-up device for increasing the engine coolant temperature early after engine startup, and is suitable for use in vehicles.
[0002]
[Prior art]
In general, in a vehicle, heating of a vehicle interior or defrosting of a windshield is performed using engine cooling water (hereinafter referred to as cooling water) as a heat source.
[0003]
Before the engine is started, the temperature of each part of the engine, for example, the temperature of the lubricating oil or the cooling water is substantially equal to the outside air temperature. When the engine is started, the cooling water is circulated by a water pump built in the engine, and part of the heat of the combustion gas is transferred to the cooling water by heat transfer through the cylinder and the outer wall of the combustion chamber when flowing inside the engine. Temperature rises. Therefore, after the engine is started, it takes a certain time for the coolant temperature to rise sufficiently for heating the passenger compartment. Usually, a thermostat is attached to the cooling water circuit of the engine, and when the cooling water temperature is lower than a predetermined value, the cooling water circuit is closed to quickly raise the cooling water temperature without flowing the cooling water to the radiator.
[0004]
However, particularly in cold weather, there is a strong demand to raise the cooling water temperature as soon as possible in order to raise the passenger compartment temperature to a comfortable temperature as quickly as possible.
[0005]
As a conventional warm-up device for satisfying such a requirement, for example, there is one disclosed in JP-A-6-127270. This is because the cooling water and the adsorbent exchange heat in the first tank (hereinafter referred to as the adsorbent heat exchanger) in which the cooling water circuit of the vehicle engine is filled with an adsorbent (hereinafter referred to as the adsorbent). The adsorbent heat exchanger is arranged so as to communicate with a second tank (hereinafter referred to as a refrigerant heat exchanger) filled with a refrigerant condensate by a refrigerant circuit. As a result, at the time of starting the engine, the heat of adsorption generated when the adsorbent adsorbs the vaporized refrigerant is absorbed by the cooling water by heat exchange in the adsorbent heat exchanger, thereby increasing the temperature of the cooling water at an early stage. Is. On the other hand, when the cooling water temperature rises and stabilizes after a predetermined time has elapsed after the engine is started, the adsorbent is heated by receiving heat from the cooling water in the adsorbent heat exchanger, and the adsorbed refrigerant is discharged and the refrigerant circuit. It moves to a refrigerant | coolant heat exchanger via. And it can cool and condense in a refrigerant | coolant heat exchanger, and can prepare for the next warming-up.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, the above-described conventional warm-up device has the following problems.
[0007]
One is the regeneration temperature of the adsorbent. After the warm-up is completed, that is, after the cooling water temperature has risen sufficiently, in order to prepare for the next warm-up, it is necessary to regenerate the adsorbent in the first tank, that is, to separate the refrigerant from the adsorbent. Cooling water is used as a heat source. Usually, the temperature of the cooling water after completion of warm-up is around 100 ° C. Therefore, a substance having a regeneration temperature of about 100 ° C. is selected and used as the adsorbent. However, an adsorbent having a regeneration temperature of about 100 ° C. has a small amount of heat generated when the refrigerant is adsorbed, and the amount of adsorbent necessary to satisfy the performance required for the warm-up device, for example, the amount of heat generated per unit time. As a result, the amount of necessary refrigerant increases. For this reason, there exists a problem that the physique and weight of an adsorbent heat exchanger and a refrigerant | coolant heat exchanger increase.
[0008]
The second problem is an endothermic source for vaporizing the refrigerant in the refrigerant heat exchanger. In the conventional warm-up device, the outside air around the refrigerant heat exchanger is used as a heat absorption source of the refrigerant. In order to realize early warm-up, it is necessary to promote heat absorption from the outside air of the refrigerant heat exchanger. For example, a fan for blowing air to the second tank is provided, and the physique of the entire warm-up device Will increase. Further, there is a problem that the amount of heat absorption decreases as the outside air temperature decreases, that is, the higher the necessity for warm-up, the more difficult the heat absorption of the refrigerant heat exchanger becomes.
[0009]
The present invention has been made in view of the above-described problems, and its purpose is to devise the arrangement or configuration of the adsorbent heat exchanger and the refrigerant heat exchanger to shorten the warm-up time. It is to provide a warm-up device capable of realizing downsizing while improving performance.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
The present invention employs the following technical means to achieve the above object.
[0011]
The warming-up device according to claim 1 of the present invention includes an engine cooling water circuit, a refrigerant heat exchanger that accommodates the refrigerant and is provided in the middle of the cooling water circuit, and is capable of exchanging heat between the cooling water and the refrigerant, and an adsorbent. An adsorbent heat exchanger that is provided in the middle of the cooling water conduit and downstream of the refrigerant heat exchanger and capable of exchanging heat between the cooling water and the adsorbent, the refrigerant heat exchanger, and the adsorbent heat exchanger. A refrigerant passage that is communicatively communicated, a switching valve that is provided in the middle of the refrigerant passage to switch communication and blocking of the refrigerant passage, and an inlet side and an outlet side of the refrigerant heat exchanger that are provided in the middle of the cooling water circuit Bypass passage communicating without going through the exchanger, and provided in the cooling water circuit, the flow of the cooling water in the refrigerant heat exchanger and the interruption of the bypass passage, and the interruption of the flow of the cooling water in the refrigerant heat exchanger And second to switch between bypass passage communication The adsorbent heat exchanger has an engine exhaust pipe mounted so that the exhaust and the adsorbent and cooling water can exchange heat. The heat source at the time of regeneration of the adsorbent in the conventional warm-up device is cooling water. However, in the warm-up device according to claim 1 of the present invention, the engine exhaust pipe is connected to the adsorbent heat exchanger with exhaust gas, adsorbent and cooling water. And so that heat exchange is possible. Normally, after the warm-up is completed, the cooling water temperature is around 100 ° C., but the exhaust temperature is 300 ° C. or more although it varies depending on the engine load. Therefore, the adsorbent regeneration temperature in the adsorbent heat exchanger can be increased. As a result, it is possible to use an adsorbent having a higher regeneration temperature than the adsorbent in the conventional warm-up device, in other words, an adsorbent with a larger calorific value during refrigerant adsorption. The number of adsorbent heat exchangers and refrigerant heat exchangers can be reduced as compared with conventional warm-up devices.
[0012]
In addition, during the warm-up, in the adsorbent heat exchanger, the exhaust heat is transmitted to the cooling water in addition to the adsorption heat by the adsorbent, that is, the cooling water is also warmed by the exhaust, so the warm-up time is further shortened. That is, warm-up performance can be improved.
[0013]
Further, in the conventional warm-up device, outside air, that is, air around the warm-up device is used as a heat source for vaporizing the refrigerant. For this reason, the vaporization rate of the refrigerant, that is, the amount of refrigerant vaporized per unit time is almost constant after the warming-up device starts operating, so the amount of heat generated by adsorption in the adsorbent heat exchanger is also constant. On the other hand, in the warming-up device according to claim 1 of the present invention, cooling water is used as a heat source for vaporizing the refrigerant. In this case, when the cooling water passes through the refrigerant heat exchanger, it releases heat for vaporizing the refrigerant, and the cooling water temperature temporarily decreases. However, an adsorbent whose adsorption heat during refrigerant adsorption is larger than the refrigerant vaporization heat is used. Thus, when passing through the adsorbent heat exchanger, the amount of heat of adsorption greatly exceeding the amount of heat released is received, and the cooling water temperature rises from the initial temperature. As a result, when the operation of the warm-up device starts simultaneously with the engine start, the warm-up proceeds with the passage of time, and the coolant temperature rises. As a result, the vaporization rate of the refrigerant in the refrigerant heat exchanger is accelerated at an accelerated rate. Therefore, the amount of generated heat of adsorption per unit time in the adsorbent heat exchanger also increases in conjunction with the vaporization rate of the refrigerant. Thereby, it is possible to reduce the size of the warm-up device without using the refrigerant evaporation promoting means such as a blower in the conventional warm-up device. Furthermore, even at a low temperature at which it is difficult to evaporate the refrigerant in the conventional warm-up device, the warm-up device according to claim 1 of the present invention increases the vaporization rate of the refrigerant with time after the engine is started. Since sufficient refrigerant vapor can be obtained, the warm-up performance can be improved, that is, the warm-up time can be shortened.
[0014]
In addition, after the warm-up is completed, the temperature of the refrigerant heat exchanger is lowered in order to desorb the refrigerant adsorbed by the adsorbent and condense and store it in the refrigerant heat exchanger to prepare for the warm-up at the next engine start. It is necessary to promote the condensation of the refrigerant. The warming-up device according to claim 1 of the present invention includes a bypass passage and a second switching valve. Thereby, during warm-up, the bypass passage is blocked by the second switching valve and cooling water is circulated in the refrigerant heat exchanger to promote the evaporation of the refrigerant. After the warm-up is completed, the bypass is bypassed by the second switching valve. It is possible to reduce the temperature of the refrigerant heat exchanger and promote the condensation of the refrigerant by communicating the passage and blocking the circulation of the cooling water in the refrigerant heat exchanger.
[0015]
In the warming-up device according to the second aspect of the present invention, the bypass passage communicates the inlet side of the refrigerant heat exchanger and the outlet side of the adsorbent heat exchanger. In the warming-up device according to claim 1 of the present invention, after the warming-up, as described above, the second switching valve is switched to block the flow of the cooling water in the refrigerant heat exchanger. Cooling water flows in the heat exchanger. Therefore, in the adsorbent heat exchanger, the exhaust heat is transmitted to both the cooling water and the adsorbent. For this reason, there is a possibility that sufficient heat necessary for regeneration of the adsorbent, that is, desorption of the adsorbed refrigerant may not be obtained. Therefore, in the warm-up device according to claim 2 of the present invention, the bypass passage is provided so as to bypass both the refrigerant heat exchanger and the adsorbent heat exchanger. Thus, after the warm-up is completed, the exhaust heat can be used for 100% regeneration of the adsorbent in the adsorbent heat exchanger, so that the regeneration time of the adsorbent can be shortened.
[0016]
The warming-up device according to claim 3 of the present invention is provided with a second adsorbent heat exchanger that accommodates a second adsorbent different from the adsorbent in place of the refrigerant heat exchanger, and has an outside air temperature as the refrigerant. A configuration using a substance that does not solidify even when it is below zero is adopted. In the warming-up device according to claim 1 of the present invention, when a substance that solidifies when the outside air temperature falls below zero, such as water, is used as the refrigerant, the refrigerant water freezes at the outside air temperature below zero, so There is a risk that performance will not be achieved. Therefore, in the warming-up device according to claim 3 of the present invention, a second adsorbent heat exchanger that houses a second adsorbent different from the original adsorbent is provided instead of the refrigerant heat exchanger, and the refrigerant As such, a substance that does not solidify even when the outside air temperature falls below zero is used. Thereby, even when the outside air temperature is below zero, the warm-up device can be operated because the refrigerant does not freeze.
[0017]
Further, if the materials of the adsorbent and the second adsorbent are selected so that the adsorption heat of the adsorbent in the adsorbent heat exchanger is larger than the desorption heat of the second adsorbent in the second adsorbent heat exchanger, At the time of engine start, the amount of heat released from the cooling water in the second adsorbent heat exchanger, that is, the amount of heat that the cooling water obtains in the adsorbent heat exchanger from the amount of desorption heat by which the refrigerant is desorbed from the second adsorbent, that is, the adsorbent The amount of desorption heat at the time of adsorbing the refrigerant is increased, and as a result, the warm-up performance can be improved as in the case of the warm-up device according to claim 1 of the present invention.
[0018]
The warming-up device according to claim 4 of the present invention is a pump for promoting the flow of cooling water in the adsorbent heat exchanger, refrigerant heat exchanger or second adsorbent heat exchanger in the middle of the cooling water circuit. It was set as the structure which provides. When the warm-up device is attached to the engine, the existing coolant circuit of the engine is extended and an adsorbent heat exchanger, a refrigerant heat exchanger, etc. are added. Therefore, there is a possibility that the pipe resistance of the cooling water circuit is increased as compared with that before the warm-up device is attached. For this reason, it is possible that the cooling water flow rate in the adsorbent heat exchanger, refrigerant heat exchanger or second adsorbent heat exchanger necessary for maintaining the warm-up performance cannot be secured only with the pump built in the engine. There is sex. Therefore, by additionally arranging a pump in the middle of the engine cooling water circuit, the flow rate of the cooling water passing through the adsorbent heat exchanger, the refrigerant heat exchanger or the second adsorbent heat exchanger is sufficiently different, Warm-up performance can be improved.
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the case where the warming-up apparatus according to the first embodiment of the present invention is applied to an automobile engine will be described with reference to the drawings.
[0020]
(First embodiment)
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a state in which the warming-up device 1 according to the first embodiment of the present invention is mounted on an automobile engine 100. 2 is a cross-sectional view of the refrigerant heat exchanger 2, and is a cross-sectional view taken along the line II-II of FIG. 3 is a cross-sectional view of the adsorbent heat exchanger 3, and is a cross-sectional view taken along the line III-III of FIG. In the drawings, the same components are denoted by the same reference numerals.
[0021]
The cooling water circuit of the engine 100 includes a conventional first cooling water circuit 104 and a second cooling water circuit 6 that is connected to the first cooling water circuit 104 and forms a part of the warm-up device 1. . The cooling water is pressurized by a water pump (not shown) built in the engine 100 and driven by an output shaft (not shown) of the engine 100, and the first cooling water circuit 104 and the second cooling water circuit 6. It flows in the direction indicated by the arrow in FIG.
[0022]
A well-known radiator 101, thermostat 102, and use side heat exchanger 105 are connected to the first cooling water circuit 104. The use-side heat exchanger 105 is, for example, disposed in the passenger compartment and serves as a heat source for a heating device in the passenger compartment or a fog prevention device for window glass. In addition, the first cooling water circuit 104 is provided with an electromagnetic valve 9 that switches between circulation and blocking of the cooling water in the use side heat exchanger 105. Furthermore, a water temperature sensor 10 is attached to the first cooling water circuit 104 so that the temperature of the cooling water can be detected.
[0023]
As shown in FIG. 1, the warm-up device 1 includes a second cooling water circuit 6 connected to the first cooling water circuit 104, a refrigerant heat exchanger 2 provided in the middle of the second cooling water circuit 6, The adsorbent heat exchanger 3 provided in the middle of the second cooling water circuit 6 and on the downstream side of the refrigerant heat exchanger 2, and the refrigerant heat exchanger 2 and the adsorbent heat exchanger 3 communicate with each other so that the refrigerant 3a can pass therethrough. Refrigerant heat exchange between the refrigerant passage 5, the electromagnetic valve 4 that is a switching valve for switching communication / blocking of the refrigerant passage 5, and the inlet side and outlet side of the refrigerant heat exchanger 2 provided in the middle of the second cooling water circuit 6 The bypass passage 8 communicated without passing through the cooler 2, the coolant flow in the refrigerant heat exchanger 2 provided in the middle of the second cooling water circuit 6, the interruption of the bypass passage 8, and the cooling in the refrigerant heat exchanger 2 A three-way valve 7 which is a second switching valve for switching between water flow shutoff and flow in the bypass passage 8; An electromagnetic valve 9 and a water temperature sensor 10 is provided in the middle of the first cooling water circuit 104, and a control unit 12 for controlling the energization-current blocking to the electromagnetic valve 9, the solenoid valve 4 and the three-way valve 7.
[0024]
The refrigerant heat exchanger 2 is formed of metal, for example, a stainless steel plate, and as shown in FIG. 2, the refrigerant 2a is accommodated therein, and the second cooling water is used so that the cooling water and the refrigerant 2a can exchange heat. A circuit 6 is formed. In the warm-up device 1 according to the first embodiment of the present invention, water is used as the refrigerant 2a. Further, in order to improve the efficiency of the refrigerant heat exchanger 2 as a heat exchanger, that is, to increase the heat transfer coefficient, the second cooling water circuit 6 is provided with a plurality of fins 2b. Thereby, the heat of the cooling water flowing through the second cooling water circuit 6 is efficiently transmitted to the refrigerant 2a.
[0025]
The adsorbent heat exchanger 3 is formed of a metal, for example, a stainless steel plate, and as shown in FIG. 3, the adsorbent 3a is accommodated therein and the cooling water and the adsorbent 3a can exchange heat with each other. A two-cooling water circuit 6 is formed. In the warm-up device 1 according to the first embodiment of the present invention, CaO is used as the adsorbent 3a. Further, the exhaust pipe 103 of the engine 100 is fixed to the adsorbent heat exchanger 3 so as to be able to exchange heat with the adsorbent 3a. Further, in order to improve the efficiency of the adsorbent heat exchanger 3 as a heat exchanger, that is, to increase the heat transfer coefficient, the second cooling water circuit 6 is provided with a plurality of fins 3b. Thereby, the heat of the adsorbent 3a is efficiently transmitted to the cooling water flowing through the second cooling water circuit 6. Further, the fin 3b is fixed in contact with the exhaust pipe 103 so as to allow heat exchange. Thereby, the heat of the exhaust flow in the exhaust pipe 103 is efficiently transmitted to the adsorbent 3a and the cooling water. The adsorbent heat exchanger 3 is provided with a temperature sensor 11 for detecting the temperature of the adsorbent 3a.
[0026]
The refrigerant heat exchanger 2 and the adsorbent heat exchanger 3 communicate with each other through a refrigerant passage 5 through which the refrigerant 2a can pass. As a result, the refrigerant 2 a vaporized in the refrigerant heat exchanger 2 moves into the adsorbent heat exchanger 3 through the refrigerant passage 5, or the refrigerant 2 a desorbed from the adsorbent 3 a passes through the refrigerant passage 5 to form the refrigerant. It becomes possible to move into the heat exchanger 2.
[0027]
In the middle of the refrigerant passage 5, an electromagnetic valve 4, which is a switching valve that switches communication / blocking of the refrigerant passage 5, is provided.
[0028]
The refrigerant heat exchanger 2, the adsorbent heat exchanger 3, and the refrigerant passage 5 are degassed.
[0029]
The control circuit 12 includes an electric circuit including a microcomputer or the like, and is always supplied with power from a battery 106 as shown in FIG. An ignition switch 107 is connected to the control circuit 12 so that ON / OFF of the ignition switch 107 can be detected, and a water temperature sensor 10, a temperature sensor 11, electromagnetic valves 4 and 9, and a three-way valve 7 are connected. The control circuit 12 controls the operation of the warming device 1 by controlling the energization / energization stop of the solenoid valves 4, 9 and the three-way valve 7 based on the outputs from the ignition switch 107, the water temperature sensor 10, and the temperature sensor 11. Yes.
[0030]
Next, the operation of the warming-up device 1 according to the first embodiment of the present invention described above will be described focusing on the operation of the refrigerant 2a and the adsorbent 3a in the refrigerant heat exchanger 2 and the adsorbent heat exchanger 3.
[0031]
(1) The cooling water temperature (detected by the water temperature sensor 10) when the engine is started is equal to or lower than a predetermined temperature (for example, 70 ° C.).
[0032]
In this case, when engine 100 is started, the cooling water is pressurized by a water pump (not shown) built in engine 100. However, since the cooling water temperature is low, the thermostat 102 blocks the flow of cooling water to the radiator 101, and the cooling water flows toward the warm-up device 1, that is, the second cooling water circuit 6.
[0033]
On the other hand, the control device 12 detects that the ignition switch 107 has been turned on, and the warm-up device 1 starts operating. At this time, the solenoid valve 9 is controlled to be in a shut-off state, the three-way valve 7 is controlled to flow through the refrigerant heat exchanger 2, the bypass passage 8 is controlled to be shut-off and shut off, and the solenoid valve 4 is controlled to be in a communicating state.
[0034]
Thereby, the cooling water is introduced from the engine 100 to the second cooling water circuit 6 and flows so as to return to the engine 100 again through the refrigerant heat exchanger 2 and the adsorbent heat exchanger 3. Further, since the solenoid valve 4 is controlled to be in communication, the refrigerant heat exchanger 2 and the adsorbent heat exchanger 3 are communicated with each other through the refrigerant passage 5.
[0035]
When the cooling water flows through the refrigerant heat exchanger 2, the heat of the cooling water is transmitted to the refrigerant 2a (water in the present embodiment) and the refrigerant 2a evaporates, and at the same time, the temperature of the cooling water decreases. Further, the refrigerant 2 a vapor generated in the refrigerant heat exchanger 2 moves through the refrigerant passage 5 into the adsorbent heat exchanger 3.
[0036]
At this time, the adsorbent 3a in the adsorbent heat exchanger 3 is in a state in which the refrigerant 2a is released by a regeneration operation described later. Therefore, in the adsorbent heat exchanger 3, the adsorbent 3a adsorbs the refrigerant 2a vapor that flows in through the refrigerant passage 5, and generates adsorption heat. Thereby, the cooling water is heated by flowing through the adsorbent heat exchanger 3 and the temperature rises.
[0037]
Here, in the first embodiment of the present invention, CaO is used as the adsorbent 3a, and H is used as the refrigerant 2a. ₂ O (water) is used. In this case, the adsorption heat of CaO is about 2.5 times the latent heat of vaporization of water. Therefore, when the cooling water flows in the order of the refrigerant heat exchanger 2 and the adsorbent heat exchanger 3, the cooling water receives about 1.5 times the evaporation latent heat of water, and the cooling water temperature rises. That is, the temperature of the cooling water rises by passing through the warm-up device 1, that is, the second cooling water circuit 6.
[0038]
When the heated cooling water flows into the refrigerant heat exchanger 2 again, the amount of heat received by the refrigerant 2a in the refrigerant heat exchanger 2 increases, so that the amount of evaporation of the refrigerant 2a further increases. That is, the amount of refrigerant 2a vapor adsorbed by the adsorbent 3a in the adsorbent heat exchanger 3 increases, the amount of heat generated by the adsorbent heat exchanger 3 increases, and the cooling water temperature further increases.
[0039]
The above-described chemical changes in the refrigerant heat exchanger 2 and the adsorbent heat exchanger 3 are expressed in the refrigerant 2a (H ₂ O) and the adsorbent 3a (CaO) will be described based on the phase equilibrium diagram. In FIG. 4, the vertical axis represents the pressure P, and the horizontal axis represents the reciprocal of temperature (1 / T). That is, the temperature increases as it goes to the left on the horizontal axis. In FIG. 4, the characteristic R is H. ₂ O and characteristic S indicate CaO, respectively. The temperature at point X on the characteristic S is 0 ° C., so H ₂ O is solidified on the right side of the point X.
[0040]
First, at point A, H ₂ O (liquid) + Qa → H ₂ H by reaction of O (gas) ₂ O vaporization occurs. Here, + Qa is the latent heat of vaporization and is taken away from the cooling water. Vaporized H ₂ O enters the adsorbent heat exchanger 3 through the refrigerant passage 5 and is adsorbed by CaO. That is, at point B in FIG. 4, CaO + H ₂ O-Qb → Ca (OH) ₂ Reaction occurs. At this time, heat of adsorption -Qb is generated and transmitted to the cooling water, and the cooling water temperature rises.
[0041]
Since the heated cooling water flows into the refrigerant heat exchanger 2 again, the temperature of the refrigerant heat exchanger 2 rises and H ₂ The vaporization of O becomes the A ′ point, and the adsorption of CaO also becomes the B ′ point. Therefore, the amount of heat of adsorption further increases and the cooling water temperature further increases.
[0042]
By the way, in the warm-up device 1 according to the first embodiment of the present invention, the exhaust pipe 103 of the engine 100 is fixed to the adsorbent heat exchanger 3 so as to be able to exchange heat with the adsorbent 3a or the cooling water. Therefore, in the adsorbent heat exchanger 3, the cooling water also receives heat from the exhaust of the engine 100 and the temperature rises.
[0043]
In the conventional warm-up device, the air around the refrigerant heat exchanger is used as a heat source for vaporizing the refrigerant. For this reason, the vaporization speed of the refrigerant, that is, the refrigerant vaporization amount per unit time is almost constant after the start of the warm-up device operation, and the adsorption heat generation amount per unit time in the adsorbent heat exchanger is also constant. In addition, the lower the temperature required for warm-up, the lower the amount of heat that can be used for vaporizing the refrigerant, which may reduce the warming power.
[0044]
On the other hand, in the warm-up device 1 according to the first embodiment of the present invention, engine cooling water is used as a heat source for vaporizing the refrigerant. That is, since the cooling water whose temperature has risen can be introduced again into the refrigerant heat exchanger 2 and used for vaporization of the refrigerant 2a, the vaporization speed of the refrigerant in the refrigerant heat exchanger 2 is accelerated at an accelerated rate. The amount of adsorption heat generated per unit time in the adsorbent heat exchanger 3 also increases at an accelerated rate. Further, in the adsorbent heat exchanger 3, exhaust heat that has not been conventionally used is used to increase the cooling water temperature. Thereby, the warm-up time, that is, the time until the coolant temperature reaches a predetermined temperature (for example, 80 ° C.) after the engine 100 is started can be shortened.
[0045]
Furthermore, the warming-up device 1 can be reduced in size by eliminating the need for a refrigerant evaporation promoting means such as a blower in the conventional warming-up device.
[0046]
Further, even at a low temperature where it is difficult to evaporate the refrigerant in the conventional warm-up device, it is possible to reliably evaporate the refrigerant 2a to improve the warm-up performance, that is, to shorten the warm-up time.
[0047]
By the way, when the cooling water temperature rises due to the warming-up operation of the warming-up device 1 and eventually the cooling water temperature reaches a predetermined temperature (for example, 80 ° C.), the control device 12 controls the electromagnetic valve 9 to be in a communication state. Thereby, the warmed cooling water flows in the use side heat exchanger 105, and the heat is used for heating the vehicle interior, removing fogging of the window glass, and the like. At this time, the thermostat 102 is in a communication state, and the cooling water also flows into the radiator 101, so that the cooling water temperature is kept constant. At this time, the warm-up operation in the warm-up device 1 ends.
[0048]
FIG. 5 shows the measurement result of the cooling water temperature rise characteristic after engine startup in the engine to which the warm-up device 1 according to the first embodiment of the present invention is applied. In FIG. 5, the vertical axis represents the cooling water temperature, and the horizontal axis represents time. In FIG. 5, the solid line indicates the case where the warm-up device 1 according to the first embodiment of the present invention is applied, and the broken line indicates the case where the conventional warm-up device is applied. As is apparent from FIG. 5, the time required for the cooling water temperature to rise to the target water temperature can be significantly reduced by applying the warm-up device 1 according to the first embodiment of the present invention.
[0049]
Subsequently, in order to prepare for the next warm-up, the control device 12 starts the regeneration operation of the adsorbent 3a, that is, the desorption of the refrigerant 2a from the adsorbent 3a. Hereinafter, the regeneration operation of the adsorbent 3a will be described.
[0050]
At this time, the control device 12 controls the three-way valve 7, and this time, the refrigerant heat exchanger 2 is controlled to be in a flow cut-off state and the bypass passage 8 is set to a communication state. As a result, the cooling water does not flow in the refrigerant heat exchanger 2, and the vaporization of the refrigerant 2a is stopped. On the other hand, in the adsorbent heat exchanger 3, the adsorbent 3 a receives heat from the exhaust and cooling water of the engine 100 and rises in temperature. As a result, the refrigerant 2a adsorbed by the adsorbent 3a is desorbed from the adsorbent 3a, becomes refrigerant 2a vapor, flows into the refrigerant heat exchanger 2 through the refrigerant passage 5, and condenses. At this time, since the cooling water inflow into the refrigerant heat exchanger 2 is blocked, the refrigerant heat exchanger 2 is cooled by the outside air, the temperature of the refrigerant heat exchanger 2 continues to decrease, and the condensation of the refrigerant 2a proceeds. . Next, when the temperature of the adsorbent 3a detected by the temperature sensor 10 reaches a predetermined value, that is, a temperature at which regeneration of the adsorbent 3a is completed (for example, 320 ° C.), the control device 12 shuts off the electromagnetic valve 4. To control. Thereby, the movement of the refrigerant 2a between the refrigerant heat exchanger 2 and the adsorbent heat exchanger is prevented and the regeneration state of the adsorbent is maintained, so that the warm-up device 1 can be prepared for the next warm-up operation. .
[0051]
The above-described chemical changes in the refrigerant heat exchanger 2 and the adsorbent heat exchanger 3 are expressed in the refrigerant 2a (H ₂ O) and the adsorbent 3a (CaO) will be described based on the phase equilibrium diagram.
[0052]
As the cooling water temperature rises sufficiently, the exhaust temperature also rises, thereby heating CaO. As a result, at point C, Ca (OH) ₂ + Qc → CaO + H ₂ O (gas) reaction occurs, CaO to H ₂ O (gas) is desorbed. Here, + Qc is desorption heat and is taken away from the exhaust and cooling water. Vaporized H ₂ O enters the refrigerant heat exchanger 2 through the refrigerant passage 5. At this time, since the three-way valve 7 has already been switched and the cooling water inflow into the refrigerant heat exchanger 2 is blocked, the refrigerant heat exchanger 2 is cooled by outside air. Therefore, at point D in FIG. ₂ O (gas) -Qd → H ₂ O (liquid) reaction, ie condensation occurs. Here, condensation heat -Qd is generated and released to the outside air. Condensed H ₂ O (liquid) is further cooled by the outside air and the temperature drops, and then returns to point A, that is, the initial position, and the solenoid valve 4 is shut off and H ₂ O (liquid) is sealed in the refrigerant heat exchanger 2 to prepare for the next warm-up operation.
[0053]
In a conventional warm-up device, cooling water is used as a heat source for adsorbent regeneration. Usually, the temperature of the cooling water after completion of warm-up is around 100 ° C. Therefore, a substance having a regeneration temperature of about 100 ° C. is selected and used as the adsorbent. However, an adsorbent having a regeneration temperature of about 100 ° C. has a small amount of heat generated when the refrigerant is adsorbed, and a large amount of adsorbent is required to satisfy the performance required for the warm-up device, for example, the amount of heat generated per unit time. As a result, the necessary amount of refrigerant also increases. For this reason, there exists a problem that the physique and weight of an adsorbent heat exchanger and a refrigerant | coolant heat exchanger increase.
[0054]
On the other hand, in the warm-up device 1 according to the first embodiment of the present invention, the exhaust of the engine 100 is used as a heat source for adsorbent regeneration. Although the exhaust temperature varies depending on the load of the engine 100, it is usually 300 ° C. or higher. Therefore, the adsorbent 3a regeneration temperature in the adsorbent heat exchanger 3 can be increased. As a result, it is possible to use the adsorbent 3a having a higher regeneration temperature than the adsorbent in the conventional warm-up device, in other words, the adsorbent 3a having a larger calorific value at the time of refrigerant adsorption, which is required for the warm-up device. The amount of the adsorbent 3a and the amount of the refrigerant 2a necessary for satisfying the performance can be reduced as compared with the conventional warm-up device. Therefore, the adsorbent heat exchanger 3 and the refrigerant heat exchanger 2 can be downsized while maintaining good warm-up performance.
[0055]
(2) The cooling water temperature (detected by the water temperature sensor 10) at the time of starting the engine is a predetermined temperature (for example, 70 ° C.) or higher.
[0056]
This corresponds to a case where the engine 100 is once stopped and then restarted. In this case, the coolant temperature at the time of starting the engine has reached a temperature sufficient for heating and removing fogging of the glass window, and warm-up control is unnecessary.
[0057]
Therefore, the control device 12 controls the electromagnetic valve 9 in the communication state, the three-way valve 7 in the refrigerant heat exchanger 2 in the flow cut-off state, the bypass passage 8 in the communication state, and the electromagnetic valve 4 in the cut-off state. That is, the engine 100 is controlled to a normal operation state.
[0058]
In the warming-up device according to the first embodiment of the present invention described above, engine cooling water is used as a heat source for vaporizing the refrigerant. That is, since the cooling water whose temperature has increased is introduced again into the refrigerant heat exchanger 2 and used for vaporizing the refrigerant 2a, the vaporization speed of the refrigerant in the refrigerant heat exchanger 2 is accelerated at an accelerated rate. The amount of adsorption heat generated per unit time in the adsorbent heat exchanger 3 also increases at an accelerated rate. Therefore, while shortening the warm-up time, that is, the time until the coolant temperature reaches a predetermined temperature (for example, 80 ° C.) after starting the engine 100, the refrigerant evaporation promotion means in the conventional warm-up device, such as a blower, is unnecessary. The warm-up device 1 can be reduced in size.
[0059]
Further, in the adsorbent heat exchanger 3, since the exhaust heat can be used for increasing the cooling water temperature, the warm-up time can be increased.
[0060]
Further, the exhaust of the engine 100 is used as a heat source for regeneration of the adsorbent 3a. Although the exhaust temperature varies depending on the load of the engine 100, it is usually 300 ° C. or higher, so that the adsorbent 3a regeneration temperature in the adsorbent heat exchanger 3 can be increased. As a result, it is possible to use the adsorbent 3a having a higher regeneration temperature than the adsorbent in the conventional warm-up device, in other words, the adsorbent 3a having a larger calorific value at the time of refrigerant adsorption, which is required for the warm-up device. The amount of the adsorbent 3a and the amount of the refrigerant 2a necessary for satisfying the performance can be reduced as compared with the conventional warm-up device. Therefore, the adsorbent heat exchanger 3 and the refrigerant heat exchanger 2 can be downsized while maintaining good warm-up performance.
[0061]
In FIG. 6, the modification of the warming-up apparatus 1 by 1st Embodiment of this invention is shown.
[0062]
In the modification of the warming-up device 1 according to the first embodiment of the present invention, as shown in FIG. 6, a pump 13 is additionally installed in the middle of the second cooling water circuit 6 of the warming-up device 1. The pump 13 is an electric type, and the operation is controlled by the control device 12. Thus, regardless of the discharge capacity of a water pump (not shown) built in the engine 100, the cooling water flow rate in the second cooling water circuit 6 of the warming-up device 1 is ensured enough for warming up, The warm-up effect of the warm-up device 1 can be exhibited reliably. In addition, after the cooling water temperature rises to a predetermined value and after the regeneration operation of the adsorbent 3a is completed, the power consumption of the warm-up device 1 can be reduced by stopping the operation of the pump 13.
[0063]
FIG. 7 shows another modification of the warm-up device 1 according to the first embodiment of the present invention.
In another modification of the warming-up device 1 according to the first embodiment of the present invention, the three-way valve 7 provided in the middle of the second cooling water circuit 6 of the warming-up device 1 has two pieces as shown in FIG. The two-way valves 14 and 15 are replaced. By driving these two-way valves 14 and 15 by the control device 12, the same flow path switching function as that of the three-way valve 7 can be achieved.
[0064]
In general, the three-way valve is more expensive than the two-way valve, and the total price of the two two-way valves 14 and 15 is lower than the price of the one three-way valve 7. Therefore, the cost of the warming-up apparatus 1 can be reduced by setting it as the above-mentioned structure.
[0065]
(Second Embodiment)
In FIG. 8, the warming-up apparatus 1 by 2nd Embodiment of this invention is shown.
[0066]
In the warm-up device 1 according to the second embodiment, a second adsorbent heat exchanger 30 is used instead of the refrigerant heat exchanger 2. The second adsorbent heat exchanger 30 contains a second adsorbent 30a different from the adsorbent 3a. In the second embodiment, MgO is encapsulated as the adsorbent 3a, 13X-type zeolite is encapsulated as the second adsorbent 30a, and CO as a refrigerant. ₂ Is used.
[0067]
In the warm-up device 1 according to the first embodiment of the present invention, H is used as the refrigerant 2a. ₂ O (water) is used. For this reason, when the outside air temperature falls below zero, the refrigerant, that is, water freezes in the refrigerant heat exchanger 2, and there is a possibility that sufficient warm-up performance cannot be obtained.
[0068]
Therefore, in the second embodiment, the refrigerant 2a is a CO that has a freezing point lower than that of water. ₂ By using the above, the warming-up device 1 that achieves sufficient warming-up performance even when the outside air temperature is below zero is realized.
[0069]
In the warming-up device 1 according to the first embodiment of the present invention, the refrigerant 2a is stored in a liquid (water) state when the warming-up device 1 is not operating. On the other hand, in the second embodiment, the refrigerant 2a is CO. ₂ (Gas) and when the warm-up device 1 is not in operation, CO ₂ Is adsorbed and stored in an adsorbing substance, that is, the 13X zeolite that is the second adsorbent 30a.
[0070]
The adsorbent 3a MgO is CO ₂ The heat of adsorption released when adsorbing is from 13X type zeolite to CO. ₂ Greater than the heat of desorption required to desorb. Therefore, when the cooling water passes through the second adsorbent heat exchanger 30 to the adsorbent heat exchanger 3 during the warming-up operation of the warming-up apparatus 1 as in the case of the warming-up apparatus 1 according to the first embodiment, the cooling water The temperature rises. That is, in the second adsorbent heat exchanger 30, heat is taken away from the cooling water that has flowed in and the CO from the 13X type zeolite is removed. ₂ Is desorbed. Desorbed CO ₂ Enters the adsorbent heat exchanger 3 through the refrigerant passage 5 and is adsorbed by MgO as the adsorbent 3a. The heat of adsorption generated at this time is transmitted to the cooling water in the adsorbent heat exchanger 3, and the cooling water temperature rises.
[0071]
Further, the CO of 13X type zeolite that is the second adsorbent 30a. ₂ The adsorption rate is higher at lower temperatures and is 20% at −20 ° C. Therefore, during warm-up operation, as the cooling water temperature rises, CO from 13X zeolite ₂ This increases the amount of desorbed and the amount of heat generated by adsorption of MgO, which is the adsorbent 3a, so that a high warm-up effect can be obtained.
[0072]
On the other hand, when the cooling water temperature reaches a predetermined value, the warm-up operation is terminated, and then the regeneration operation is started. That is, since the three-way valve 7 is switched and the cooling water inflow to the second adsorbent heat exchanger 30 is blocked, the second adsorbent heat exchanger 30 is cooled by the outside air, and the temperature of the 13X zeolite decreases. . In the adsorbent heat exchanger 3, the CO that has been adsorbed by MgO by receiving heat from the exhaust gas. ₂ Begins to desorb. CO released from MgO ₂ Flows into the second adsorbent heat exchanger 30 through the refrigerant passage 5 and is adsorbed by the 13X zeolite. At this time, since the temperature of the 13X-type zeolite is being decreased by being cooled by the outside air, CO released from MgO ₂ Are continuously adsorbed on 13X zeolite. The temperature of MgO detected by the temperature sensor 11 is a predetermined value, that is, CO adsorbed on MgO. ₂ When the temperature reaches a temperature at which almost the entire amount of is desorbed, the control device 12 controls the solenoid valve 4 to the shut-off state, ₂ Is enclosed in the second adsorbent heat exchanger 30 to complete the regeneration operation, and the warm-up device 1 is prepared for the next warm-up.
[0073]
(Third embodiment)
In FIG. 9, the warming-up apparatus 1 by 3rd Embodiment of this invention is shown.
[0074]
In the warm-up device 1 according to the third embodiment, a bypass passage 80 is provided instead of the bypass passage 8. That is, while the bypass passage 8 bypasses the refrigerant heat exchanger 2, the bypass passage 80 bypasses both the refrigerant heat exchanger 2 and the adsorbent heat exchanger 3, as shown in FIG. Yes.
[0075]
Thereby, in the regeneration operation after the warm-up operation of the warm-up device 1, that is, in the operation of desorbing the refrigerant 2 a from the adsorbent 3 a and condensing it in the refrigerant heat exchanger 2, the three-way valve 7 is switched and the bypass passage 80 is switched. , The cooling water does not flow in the adsorbent heat exchanger 3. Therefore, since all the exhaust heat can be used for heating the adsorbent 3a, the time required for desorption of the refrigerant 2a from the adsorbent 3a can be shortened.
[0076]
In the warm-up device 1 according to the third embodiment described above, the exhaust heat cannot be used for heating the cooling water during the regeneration operation after the warm-up operation is completed. Therefore, in the warming-up device 1 according to the above-described third embodiment, after the warming-up operation of the warming-up device 1, the heat radiation amount in the usage-side heat exchanger 105 is determined by the amount of heat received when the cooling water passes through the engine 100. It is desirable to apply to the engine 100 that can sufficiently satisfy the above.
[0077]
In the warming-up device 1 according to the first to third embodiments of the present invention described above, the solenoid valve 4 for switching the communication of the refrigerant passage 5 is the non-energized communication / non-energized type or the non-energized cutoff. -Either of the communication type when energized. However, since the solenoid valve 4 is in the communication state only for a short time when the warming-up device 1 is operated, the power consumption of the automobile can be reduced by using a non-energized shut-off / energized solenoid valve. Can do.
[0078]
Similarly, the flow of the cooling water into the refrigerant heat exchanger 2 or the second adsorbent heat exchanger 30 is limited to a short time when the warming-up device 1 is operated, so that the second cooling water circuit 6, the bypass passage 8 and If the three-way valve 7 is connected so that the bypass passage 8 communicates with the bypass passage 8 when no power is supplied, the power consumption of the automobile can be reduced.
[0079]
In the warming-up device 1 according to the first to third embodiments of the present invention described above, the regeneration operation end timing in the warming-up device 1 is determined based on the temperature of the adsorbent 3a detected by the temperature sensor 11. However, regardless of the temperature of the adsorbent 3a, the time when the predetermined time has elapsed after the start of the operation of the warm-up device 1 may be set as the regeneration operation end time. Here, the predetermined time is optimally determined in advance according to, for example, the materials and usage amounts of the adsorbent 3a and the refrigerant 2a, the usage environment (particularly the minimum temperature condition) of the automobile, and the like. With such a configuration, the temperature sensor 11 becomes unnecessary, and the cost of the warm-up device 1 can be reduced.
[0080]
Further, in the warming-up device 1 according to the first to third embodiments of the present invention described above, the electromagnetic valve 9 is provided in the middle of the first cooling water circuit 104 to flow / cut off the cooling water in the use side heat exchanger 105. However, the electromagnetic valve 9 may be abolished.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a state where a warm-up device 1 according to a first embodiment of the present invention is mounted on an engine 100. FIG.
FIG. 2 is a cross-sectional view of the refrigerant heat exchanger 2 of the warm-up device 1 according to the first embodiment of the present invention, and is a cross-sectional view taken along the line II-II in FIG.
3 is a cross-sectional view of the adsorbent heat exchanger 3 of the warm-up device 1 according to the first embodiment of the present invention, and is a cross-sectional view taken along the line III-III in FIG.
FIG. 4 shows refrigerant 2a (H of warm-up device 1 according to the first embodiment of the present invention. ₂ It is a phase equilibrium diagram of O) and adsorbent 3a (CaO).
FIG. 5 is a graph of measurement results of a cooling water temperature rise characteristic after engine start in the engine 100 to which the warm-up device 1 according to the first embodiment of the present invention is applied.
6 is an explanatory view showing a state in which a modification of the warm-up device 1 according to the first embodiment of the present invention is mounted on an engine 100. FIG.
7 is an explanatory view showing a state in which another modification of the warm-up device 1 according to the first embodiment of the present invention is mounted on the engine 100. FIG.
FIG. 8 is an explanatory diagram showing a state in which a warm-up device according to a second embodiment of the present invention is mounted on an engine.
FIG. 9 is an explanatory diagram showing a state in which a warming-up device according to a third embodiment of the present invention is mounted on an engine.
[Explanation of symbols]
1 Warm-up device
2 Refrigerant heat exchanger
2a Refrigerant
3 Adsorbent heat exchanger
3a Adsorbent
30 Second adsorbent heat exchanger
30a Second adsorbent
4 Solenoid valve (switching valve)
5 Refrigerant circuit
6 Second cooling water circuit (cooling water circuit)
7 Three-way valve (second switching valve)
8, 80 Bypass passage
9 Solenoid valve
10 Water temperature sensor
11 Temperature sensor
12 Control device
13 Pump
14, 15 Two-way valve (switching valve)
100 engine
101 Radiator
102 Thermostat
103 exhaust pipe
104 1st cooling water circuit (cooling water circuit)
105 Use side heat exchanger
106 battery
107 Ignition switch

Claims

An engine coolant circuit,
A refrigerant heat exchanger that accommodates the refrigerant and is provided in the middle of the cooling water circuit and capable of exchanging heat between the cooling water and the refrigerant;
An adsorbent heat exchanger that accommodates an adsorbent and is provided in the middle of the cooling water conduit and downstream of the refrigerant heat exchanger, and is capable of exchanging heat between the cooling water and the adsorbent;
A refrigerant passage that allows the refrigerant to pass through the refrigerant heat exchanger and the adsorbent heat exchanger;
A switching valve that is provided in the middle of the refrigerant passage and switches between communication and blocking of the refrigerant passage;
A bypass passage that is provided in the middle of the cooling water circuit and communicates the inlet side and the outlet side of the refrigerant heat exchanger without going through the refrigerant heat exchanger;
Provided in the middle of the cooling water circuit to switch between the flow of cooling water in the refrigerant heat exchanger and blocking of the bypass passage, and the flow blocking of cooling water in the refrigerant heat exchanger and communication of the bypass passage. A second switching valve;
An engine exhaust pipe is mounted on the adsorbent heat exchanger so that the exhaust and the adsorbent and the cooling water can exchange heat.

The warm-up device according to claim 1, wherein the bypass passage communicates an inlet side of the refrigerant heat exchanger and an outlet side of the adsorbent heat exchanger.

In place of the refrigerant heat exchanger, a second adsorbent heat exchanger that accommodates a second adsorbent different from the adsorbent is provided, and a substance that does not solidify even when the outside air temperature falls below zero is used as the refrigerant. The warming-up device according to claim 1 or 2, wherein

The pump for accelerating the flow of the cooling water in the adsorbent heat exchanger, the refrigerant heat exchanger or the second adsorbent heat exchanger is provided in the middle of the cooling water circuit. The warming-up device according to any one of claims 1 to 3.