自動車用暖機装置及び自動車用暖機方法
【課題】気体状の溶質を溶媒に溶解させる際に生じる溶解熱を利用することにより、発熱量が大きく、また、昇温した溶媒を利用して、種々の部位を暖機できる自動車用暖機装置及び自動車用暖機方法を提供する。
【解決手段】気体状の溶質を溶媒に溶解させることにより発生する溶解熱を、始動時に自動車の所定の暖機部位に作用させて加熱する自動車用暖機装置１であって、液化又は圧縮された上記溶質を保持する溶質保持タンク３と、上記溶質保持タンクから流出させた上記溶質を吸熱膨張させる溶質膨張手段９，４と、上記溶媒を保持する溶媒保持タンク６と、上記溶媒保持タンクに保持された上記溶媒に、上記溶質を溶解させる溶解手段１３と、上記溶質が溶解されて昇温した溶媒を、暖機部位に作用させて加熱する加熱手段１１と、上記溶媒に溶解された溶質を上記溶媒から気化させるとともに圧縮して、上記溶質保持タンクに回収する溶質回収手段７，８と、上記溶質を上記各手段に流動させる溶質循環回路２とを備えて構成される。
【解決手段】気体状の溶質を溶媒に溶解させることにより発生する溶解熱を、始動時に自動車の所定の暖機部位に作用させて加熱する自動車用暖機装置１であって、液化又は圧縮された上記溶質を保持する溶質保持タンク３と、上記溶質保持タンクから流出させた上記溶質を吸熱膨張させる溶質膨張手段９，４と、上記溶媒を保持する溶媒保持タンク６と、上記溶媒保持タンクに保持された上記溶媒に、上記溶質を溶解させる溶解手段１３と、上記溶質が溶解されて昇温した溶媒を、暖機部位に作用させて加熱する加熱手段１１と、上記溶媒に溶解された溶質を上記溶媒から気化させるとともに圧縮して、上記溶質保持タンクに回収する溶質回収手段７，８と、上記溶質を上記各手段に流動させる溶質循環回路２とを備えて構成される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、自動車用暖機装置及び自動車用暖機方法に関する。特に、電気自動車やハイブリッド自動車に搭載される電池や、燃料電池車に搭載される燃料電池を、始動時に加熱するのに好適な自動車用暖機装置及び自動車用暖機方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
環境問題や石油資源の枯渇に対応する必要があることから、ガソリンエンジン等に電気モータの駆動を組み合わせて燃費を高めたハイブリッド自動車や、ガソリンを使わずに走行する電気自動車、さらに、燃料電池を搭載した燃料電池車が提供されている。
【０００３】
上記のような自動車においては、電力を蓄える電池や燃料電池が採用されているが、これらの電池は、低温始動性が悪い。たとえば、夜間に戸外に駐車された場合、上記電池の温度は外気温度にまで低下する。寒冷地においては、マイナス５０度に達する低温にまで低下する可能性がある。このような低温では、電池の発電能力は非常に低く、始動に必要な電力を賄えない恐れがある。
【０００４】
また、エンジン駆動の自動車においても、低温始動時には燃費が悪く、エンジンや、トランスミッション等のパワートレインを加熱することにより、始動時の燃費を向上させることができる。
【０００５】
暖機を行うために、始動時に電気ヒータ等を用いて暖機部位を加熱する手法が考えられる。しかしながら、電気ヒータによる加熱は、電池に蓄積した電力を消費することになり、電気自動車では走行に支障をきたす恐れがある。また、従来の電池では、充分な暖機効果を期待できない。上記問題を解決するために、水蒸気の吸着熱を利用した電池温度調節装置が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−３０５５７５号公報
【０００７】
上記特許文献に記載されている電池温度調節装置では、車両の始動時に、蒸気をシリカゲル等の吸着媒を充填した吸着器に供給し、蒸気が上記吸着媒に吸着されることによって生じる吸着熱を、熱交換媒体を介して電池に作用させて加熱するように構成されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
電池の加熱が必要となるのは、外気温度が０℃以下の低温始動時である。一方、空気中の水蒸気の濃度は温度の関数であり、温度が高いほど空気中の水蒸気量が多くなる。このため、低温始動時には、空気中の蒸気量は非常に少なく、電池を加熱する熱量を発熱させるのに時間を要する。また、吸着による発熱方式は、単位体積当たりの発熱量が少ないため、充分な暖機を行うのは困難である。
【０００９】
また、吸着媒に多量の水蒸気を作用させるために、外気をファン等で多量に導入することも考えられる。しかしながら、低温の外気を導入すると、電池や吸着媒が冷却されることになる。このため、発生する吸着熱を有効に利用できない。
【００１０】
さらに、飽和水蒸気を蓄積するタンクを設けることも考えられる。しかしながら、装置が大型化するとともに、上記タンクの保温装置等を設ける必要があるため、製造コストが増加するといった問題が生じる。
【００１１】
しかも、吸着方式の暖機装置では、固体状の吸着媒が発熱するため、生じた熱を移動させて有効利用するには、固体状の吸着媒内部から熱を取り出す熱交換媒体が必要になる。このため、熱伝導部材等を吸着媒の内部に設けたり、流動性のある熱媒体を利用する必要が生じる。ところが、上記熱交換媒体と熱交換させると熱損失が大きくなり、吸着熱を利用できる効率が低下する。このため、吸着媒を暖機部位の近傍に配置する必要がある。したがって、吸着媒を保持する容器や暖機部位が限定されるという問題もある。
【００１２】
本願発明は、気体状の溶質を溶媒に溶解させる際に生じる溶解熱を利用することにより、発熱量が大きく、また、昇温した溶媒を利用して、種々の部位を効率よく暖機できる自動車用暖機装置及び自動車用暖機方法を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本願の請求項１に記載した発明は、気体状の溶質を溶媒に溶解させることにより発生する溶解熱を、始動時に自動車の所定の暖機部位に作用させて加熱する自動車用暖機装置であって、液化又は圧縮された上記溶質を保持する溶質保持タンクと、上記溶質保持タンクから流出させた上記溶質を吸熱膨張させる溶質膨張手段と、上記溶媒を保持する溶媒保持タンクと、上記溶媒保持タンクに保持された上記溶媒に、上記溶質を溶解させる溶解手段と、上記溶質が溶解されて昇温した溶媒を、暖機部位に作用させて加熱する加熱手段と、上記溶媒に溶解された溶質を上記溶媒から気化させるとともに圧縮して、上記溶質保持タンクに回収する溶質回収手段と、上記溶質を上記各手段に流動させる溶質循環回路とを備えて構成される。
【００１４】
本願発明では、気体状の溶質を溶媒に溶解させる際に生じる溶解熱を利用して、自動車各部の暖機を行うように構成される。
【００１５】
上記溶質保持タンクに保持される溶質の状態は特に限定されることはない。気体状態で保持することもできるし、液体状態で保持することもできる。また、上記溶質保持タンク内の保持圧力も特に限定されることはなく、上記溶質膨張手段において膨張させるとともに、上記溶質循環回路内を流動させて、上記溶媒に作用させるだけの圧力で保持すれば足りる。
【００１６】
溶質を気化あるいは膨張させると、溶質の温度が低下する。特に、上記溶質保持タンク内で液体状態に保持される溶質を使用する場合、気化する際に気化熱が奪われるためさらに温度が低下する。したがって、気化させて温度が低下した溶質をそのまま溶媒に溶解させると、溶媒の温度を低下させる恐れがある。上記不都合を回避するため、溶質を吸熱膨張させる溶質膨張手段が設けられる。
【００１７】
上記溶質膨張手段は、溶質の種類に応じて種々の構造のものを採用できる。たとえば、請求項２に記載した発明のように、上記溶質膨張手段を、上記循環回路内で上記溶質を膨張させる膨張弁と、膨張させられた溶質に外気から吸熱させる吸熱手段とを備えて構成することができる。たとえば、上記膨張弁として、空調装置用の膨張弁を利用することができる。空調装置用の膨張弁は、細いノズルを備えるため、溶質を効率よく気化膨張させることができる。また、気化しやすい液体状の溶質の場合、一般的なバルブを用いて、溶質を溶質保持タンクから上記溶質循環回路内へ導入するだけで気化膨張させることもできる。
【００１８】
上記吸熱手段の構成も特に限定されることはない。たとえば、上記膨張弁の下流側管路の外周部に吸熱フィンを設けて、膨張により温度が低下した溶質に、外気から吸熱させるように構成することができる。
【００１９】
上記溶媒保持タンクには、上記溶質を溶解するための溶媒が保持される。本願発明では、暖機部位に応じて上記溶質保持タンク及び上記溶媒保持タンクの容量や、溶質の溶解量を設定することにより、発熱量を調節することができる。このため、種々の加熱部位に対応した発熱量を有する暖機装置を構成できる。
【００２０】
上記溶質を溶解させることができれば、上記溶解手段の構成も特に限定されることはない。たとえば、請求項３に記載した発明のように、気体状の上記溶質を上記溶媒に溶解させる吹き込み装置を備えて構成することができる。溶質を細かい泡状に噴出するノズル等を備える吹き込み装置を採用することにより、短時間に大量の溶質を溶媒に溶解させることができる。
【００２１】
溶媒に溶質を溶解させると溶解熱が生じて、溶質が溶解された溶媒の温度が上昇する。本願発明では、溶解熱によって加熱された上記溶媒を利用して暖機が行われる。上記加熱手段の構成は限定されることはない。たとえば、請求項４に記載した発明のように、上記加熱手段を、上記溶媒保持タンクの壁部を介して上記暖機部位を加熱するように構成することができる。本願発明では、発熱した液状の溶媒自体が、上記溶媒保持タンク内で循環流動できるため、暖機部位を効率よく加熱できる。
【００２２】
また、請求項５に記載した発明のように、上記加熱手段を、上記溶媒、又は上記溶媒によって加熱された熱媒体を上記暖機部位に流動させて加熱を行う暖機回路を備えて構成することができる。たとえば、電池等の周囲に、上記溶媒、又は上記溶媒によって加熱された熱媒体が流動する暖機回路を設け、ポンプによって加熱された上記溶媒又は上記熱媒体を循環流動させて暖機を行うことができる。
【００２３】
本願発明が適用される暖機部位も特に限定されることはない。低温始動時に加熱することにより、燃費を改善できる種々の部位に適用することができる。たとえば、エンジンブロックやパワートレイン等を加熱することができる。また、加熱することにより発電量が増加する種々の電池を暖機するのに好適である。たとえば、リチウムイオン電池等の駆動用二次電池のみならず、燃料電池の暖機に本願発明を適用できる。また、電池を搭載した自動車の駆動方式も特に限定されることはない。たとえば、電気自動車や、ハイブリッド自動車、さらに燃料電池駆動の自動車に本願発明を適用できる。
【００２４】
また、駆動系を冷却するための冷却回路中に上記溶媒保持タンクを設け、駆動系全体を暖機するように構成することもできる。たとえば、上記溶媒保持タンクを、エンジン冷却システムの不凍液循環回路内に設置し、エンジン冷却回路を流れる冷却用不凍液と、溶質が溶解された暖機用不凍液との間で熱交換させて、上記冷却回路を流れる冷却用不凍液を加熱することにより、エンジン始動時の暖機を行うように構成することができる。また、エンジン冷却回路を流れる冷却用不凍液に溶質を直接溶解させて、エンジンを暖機することもできる。
【００２５】
また、不凍液が循環させられる駆動系の冷却回路に、本願発明に係る暖機回路を付属させ、自動車の始動時に、上記冷却回路の熱媒体の一部及び循環ポンプを利用して、駆動部以外の暖機部位を加熱するように構成することもできる。この構成を採用した場合、定常運転時には、上記冷却システムを用いて上記暖機部位を冷却することも可能となる。
【００２６】
本願発明に係る暖機装置は、自動車の始動時において暖機を行うものであり、上記暖機が終了した後、溶媒に溶解された溶質を回収して次の始動時に備える必要がある。このため、本願発明では、上記溶媒に溶解された溶質を上記溶媒から気化させるとともに圧縮して、上記溶質保持タンクに回収する溶質回収手段が設けられる。
【００２７】
一般に、温度が高くなれば、気体の溶解度は低下して、溶質が溶媒から気化させられる。始動後、自動車が定常運転される状態になると、暖機部位が自己発熱する場合が多い。このため、暖機部位において生じる熱を利用して上記溶質を回収することができる。
【００２８】
上記溶質を回収する手段として、請求項６に記載した発明のように、上記溶媒保持タンク及び上記溶質循環回路内の溶質を吸引して圧縮するとともに、上記溶質保持タンクに圧送する圧縮機を備えて構成することができる。
【００２９】
上記溶媒保持タンク内の圧力が低いほど、溶質の溶解度は低下する。このため、上記圧縮機の吸引力によって、溶媒保持タンク内の圧力を負圧にするよう構成するのが望ましい。
【００３０】
上記圧縮機は、種々の形式のものを採用できる。また、溶質を液化するように構成することもできるし、圧縮のみ行うように構成することもできる。
【００３１】
請求項７に記載した発明は、上記溶質回収手段を、回収される上記溶質に混合した溶媒及び不純物を除去する溶質分離装置を備えて構成したものである。溶質が溶媒から離脱して気化する際、溶媒の一部も気化される。また、上記溶質循環回路内を流動する際に不純物が混入する恐れもある。上記溶質分離装置を設けることにより、溶質を精度高く分離して、次回の暖機行程における発熱効率を高めることができる。
【００３２】
上記溶質分離装置の構成は特に限定されることはない。たとえば、水分をベースとする溶媒を採用する場合、シリカゲル等の除湿剤を採用することにより、溶媒を除去することができる。また、不純物を除去するためにフィルター等を設けるのが好ましい。
【００３３】
上記溶質及び上記溶媒も特に限定されることはないが、溶解熱の大きい組合せを採用するのが好ましい。たとえば、請求項８に記載した発明のように、上記溶媒として不凍液を採用するとともに、上記溶質としてアンモニアを採用できる。また、上記アンモニアの他にＣＯ2を採用することもできる。
【００３４】
アンモニアガスは、水に対して低温になるほど溶解度が高くなる。このため、自動車の低温始動時において、大量の溶解熱を発生させることができる。たとえば、０℃におけるアンモニアガスの水に対する溶解度は、水１ｃｃに対して１１７６ｃｃであり、溶解熱は、約３３ｋＪ／ｍｏｌである。このため、水１リットル当たり、約１６５０ｋＪの熱量を発生させることができる。
【００３５】
一方、上記暖機が終了した後には、迅速に溶媒から溶質を回収できるのが好ましい。上記アンモニアガスは、４０℃における水に対する溶解度がほぼ０である。このため、定常運転時に発生する熱を利用して、上記アンモニアを水から容易に気化させることができる。したがって、アンモニアは、本願発明に係る溶質として好適である。
【００３６】
上記溶媒として、水を主成分とする不凍液を採用するのが好ましい。寒冷地においては、マイナス５０℃となる場合も考えられるため、使用温度に応じた不凍液を採用するのが好ましい。
【００３７】
請求項９に記載した発明は、気体状の溶質を溶媒に溶解させることにより発生する溶解熱を、始動時に自動車の所定の暖機部位に作用させて加熱する自動車用暖機方法であって、溶質保持タンク内で高圧で保持された気体状あるいは液体状の溶質を、溶質循環回路内で膨張させるとともに、外気から吸熱させて昇温させる吸熱膨張行程と、上記膨張させた気体状の溶質を、溶媒保持タンク内に収容された液体状の溶媒に溶解させることにより上記溶媒を昇温させる溶解行程と、昇温した上記溶媒を、上記所定の暖機部位に作用させて暖機する暖機行程と、上記溶媒に溶解された上記溶質を気化させて回収するとともに圧縮し、上記溶質保持タンクに圧送する溶質回収行程とを含む自動車用暖機方法に関するものである。
【００３８】
上記吸熱膨張行程は、請求項１０に記載した発明のように、外気から吸熱できる吸熱装置を設けた上記溶質循環回路内で上記溶質を膨張させることにより行うことができる。
【００３９】
上記溶解行程は、請求項１１に記載した発明のように、気体状の溶質を上記液体状の溶媒に吹き込むことにより行うことができる。
【００４０】
上記暖機行程は、請求項１２に記載した発明のように、溶媒保持タンクの壁部を介して暖機部位を加熱することにより行うことができる。また、請求項１３に記載した発明のように、上記暖機行程を、上記溶質が溶解された溶媒、又は上記溶媒によって加熱された熱媒体を、暖機部位に循環流動させることにより行うことができる。
【００４１】
上記溶質回収行程は、請求項１４に記載した発明のように、上記溶質循環回路内に設けられた圧縮機によって、上記溶媒から離脱して気化した溶質を吸引回収して圧縮し、上記溶質保持容器に圧送することにより行うことができる。
【００４２】
また、請求項１５に記載した発明のように、上記溶質としてアンモニアを採用するとともに、上記溶媒として不凍液を採用することができる。
【発明の効果】
【００４３】
気体状の溶質を溶媒に溶解させる際に生じる溶解熱を利用することにより、発熱量が大きく、また、昇温した溶媒を利用して、自動車始動時に種々の部位を暖機できる自動車用暖機装置及び自動車用暖機方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本願発明の第１の実施形態に係る自動車用暖機装置の全体構成を示す図である。
【図２】第１の実施形態に係る溶媒保持タンク及び溶解手段の一例を示す図である。
【図３】本願発明に係る第２の実施形態に係る自動車用暖機装置の全体構成を示す図である。
【図４】第２の実施形態に係る溶媒保持タンク及び溶解手段の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４５】
以下、本願発明を適用した自動車用暖機装置の一例について説明する。
【００４６】
図１及び図２に、本願発明の第１の実施形態を示す。本実施形態は、電気自動車等に搭載される駆動用リチウムイオン電池１０を加熱する自動車用暖機装置１に、本願発明を適用したものである。
【００４７】
図１に示すように、本実施形態に係る暖機装置１は、液化又は圧縮された溶質としてのアンモニアガスを保持する溶質保持タンク３と、上記溶質保持タンクから流出させた上記溶質を吸熱膨張させる溶質膨張手段９，４と、溶媒としての不凍液を保持する溶媒保持タンク６と、上記電池１０を加熱する加熱手段１１と、上記溶媒に溶解された溶質を上記溶媒から気化させるとともに圧縮して、上記溶質保持タンク３に回収する溶質回収手段７，８と、上記溶質を上記各装置に流動させる溶質循環回路２とを備えて構成されている。
【００４８】
上記溶質循環回路２は、上記溶媒保持タンク６の上流側に設けられる上流側溶質循環管路２ａと、下流側に設けられる下流側溶質循環管路２ｂとから構成されている。上記各溶質循環管路２ａ，２ｂの端部と、上記溶質保持タンク３の出入口とが、三方弁９の接続口にそれぞれ接続されている。
【００４９】
上記三方弁９は、図示しない制御装置によって開閉制御され、上記溶質保持タンク３を上記上流側溶質循環管路２ａに接続することにより、上記溶質を上記循環回路２内に流入させる一方、上記溶質保持タンク６を上記下流側溶質循環管路２ｂに接続することにより、上記溶質循環回路２から上記溶質を回収するように構成されている。
【００５０】
本実施形態では、溶質としてアンモニアが使用されている。アンモニアガスは、水に対して低温になるほど溶解度が高くなる。このため、自動車の低温始動時において、大量の溶解熱を発生させることができる。たとえば、０℃におけるアンモニアガスの水に対する溶解度は、水１ｃｃに対して１１７６ｃｃであり、溶解熱は、約３３ｋＪ／ｍｏｌである。このため、水１リットル当たり、約１６５０ｋＪの熱量を発熱させることができる。
【００５１】
一方、上記暖機が終了した後には、迅速に溶媒から溶質を気化させて回収するのが好ましい。上記アンモニアガスは、４０℃における水に対する溶解度がほぼ０である。このため、定常運転時において、暖機部位から生じる熱を利用して、上記アンモニアを水から容易に気化させて回収することができる。
【００５２】
また、アンモニアガスは、８気圧程度で液化する。したがって、上記溶質保持タンク３内に、８〜１０気圧程度の圧力で液状のアンモニアを保持することができる。
【００５３】
本実施形態では、上記溶質膨張手段を、上記三方弁９と吸熱装置４とを備えて構成している。液状のアンモニアは、容易に気化膨張させることができる。このため、上記三方弁９から上記吸熱装置４を設けた上流側溶質循環管路２ａに、液状のアンモニアを流入させるだけで気化膨張させることができる。なお、気化を促進するために、液状の溶質を霧状に噴出させることができる膨張弁を設けることもできる。
【００５４】
上記吸熱装置４は、上記三方弁９の接続口近傍の下流側溶質循環管路２ａの外周部に吸熱フィン５を設けて構成されている。上記吸熱フィン５を設けることにより、上記三方弁９の接続口において気化膨張させられることにより温度が低下した溶質に、外気から吸熱させて昇温させることができる。上記溶質の気化膨張と吸熱とは連続的あるいは同時に生じ、吸熱膨張行程が行われる。本実施形態では、溶質を上記溶質循環回路内に導入することにより気化膨張させたが、気体状の溶質を保持するタンクを設け、気化膨張と吸熱とを別に行わせることもできる。
【００５５】
上記溶媒保持タンク６内には、溶媒１２としての不凍液（ＬＬＣ）が充填されている。図２に示すように、上記溶媒１２は、上記溶媒保持タンク６の上部に空間６ａが形成されるように充填されている。上記空間６ａから、上記下流側溶質循環管路２ｂが延出されている。
【００５６】
上記溶媒保持タンク６の底部に、上記上流側溶質循環管路から供給される気体状の溶質１４を上記溶媒１２に溶解するための溶解手段が設けられている。本実施形態に係る上記溶解手段１３は、多数の気体噴出用細孔を設けたパイプ状の噴出ノズルを、上記溶媒保持タンク６の底部に延入させて構成されている。上記噴出ノズルの細孔から気泡状の溶質１４を溶媒１２中に噴出させることにより、上記溶質１４を上記溶媒１２に溶解させる溶解行程が行なわれる。上記溶質１４を上記溶媒１２に溶解させると、上述した溶解熱が発生し、上記溶質１４が溶解された溶媒１２の温度が上昇させられる。そして、上記溶媒１２を用いて上記電池１０が加熱される。
【００５７】
図２に示すように本実施形態では、上記溶媒保持タンク６の壁部を利用して、上記電池１０を加熱する加熱手段１１が構成されている。すなわち、溶媒保持タンク６の壁部に隣接するようにして電池１０を設けている。上記溶媒保持タンク６内で溶解熱によって昇温させられた溶媒から上記壁部６ｂを介して熱が伝導して、電池１０が加熱される。
【００５８】
本実施形態では、上記溶媒保持タンク６内で、昇温した溶媒１２が対流することができる。このため、発生した溶解熱を有効に利用することができる。
【００５９】
自動車始動から時間が経過して定常運転状態になると、上記電池１０は、自己発熱によって、上記溶媒１２の温度以上の温度となり、上記溶媒に放熱する状態となる。これにより、上記溶媒１２が加熱される。たとえば、リチウムイオン電池の場合、４０℃程度まで温度が上昇するため、上記溶媒１２が加熱される。
【００６０】
一方、上記溶媒１２に溶解しているアンモニアガスの溶解度は、４０℃においてほぼ０となる。このため、上記溶媒１２に溶解している溶質１４は、溶媒の温度が上昇するにつれて、上記溶媒保持タンク内で気化されることになる。
【００６１】
本実施形態では、上記気化された溶質１４を回収する溶質回収手段が設けられている。上記溶質回収手段は、上記下流側溶質循環管路２ｂに設けられた圧縮機７と、気化させられた溶質を分離する分離装置８とを備えて構成される。
【００６２】
上記圧縮機７は、上記溶媒１２が所定の温度に達した時に運転を開始するように制御されている。また、上記圧縮機７の始動と同時に、上記下流側溶質循環管路２ｂを上記溶質保持タンク３に連通するように、上記三方バルブ９が切り換えられる。上記圧縮機７は、上記溶媒保持タンク６の内部空間６ａ及び圧縮機７にいたる下流側溶質循環管路２ｂ内の気体状の溶質（アンモニアガス）を吸引して圧縮し、上記三方バルブ９を介して上記溶質保持タンク３に送ることにより、溶質回収行程が行われる。また、圧縮機７の上記吸引動作によって、上記溶媒保持タンク６内の圧力が低下させられ、上記溶質１４の気化が促進される。上記圧縮機７による圧縮は、溶質１４を液化するように行うこともできるし、高圧の気体状態に圧縮してもよい。
【００６３】
本実施形態では、上記溶媒１２として水を主成分とする不凍液を採用しているため、上記溶質１４が上記溶媒から離脱して気化する際、上記溶媒１２の一部の水分も気化される。このため、回収された溶質に水分が混入している。また、上記溶質に不純物が混入する恐れがある。上記溶質１４からこれら成分を除去するために、上記分離装置８が設けられている。
【００６４】
上記分離装置８は、上記水分を吸着するための吸着剤と、上記不純物を除去するためのフィルターとを備えて構成されている。上記分離装置８を設けることにより、上記溶質を精度高く分離することが可能となり、水分や不純物が除去された溶質を上記溶質保持タンク３に回収することができる。このため、次回の自動車始動時に、純度の高い溶質を溶媒に作用させることが可能となり、発熱量の低下を防止することができる。
【００６５】
図３及び図４に本願発明の第２の実施形態を示す。第２の実施形態では、電池１０を加熱する加熱手段１１として、暖機用の熱媒体が流動させられる暖機回路が設けられている。なお、溶媒保持タンク６と上記加熱手段１１以外の構成は、第１の実施形態と同様であるので説明は省略する。
【００６６】
上記溶媒保持タンク６内には、溶媒１２としての不凍液（ＬＬＣ）が充填されている。図４に示すように、上記溶媒１２は、上記溶媒保持タンク６の上部に空間６ａが形成されるように充填されている。上記空間６ａから、上記下流側溶質循環管路２ｂが延出されている。
【００６７】
上記溶媒保持タンク６の底部に、上記上流側溶質循環管路２ａから供給される気体状の溶質１４を上記溶媒１２に溶解するための溶解手段１３が設けられている。第１の実施形態と同様に、上記溶解手段１３は、多数の気体噴出用細孔を設けたパイプ状の噴出ノズルを、上記溶媒保持タンクの底部に延入させて構成されている。上記噴出ノズルの細孔から気泡状の溶質１４を溶媒１２中に噴出させることにより、上記溶質１４を上記溶媒１２に溶解させる溶解行程が行なわれる。上記溶質１４を上記溶媒１２に溶解させると、上述した溶解熱が発生し、上記溶質１４が溶解された溶媒１２の温度が上昇させられる。そして、上記溶媒１２を用いて上記電池１０が加熱される。
【００６８】
上記加熱手段１１は、上記溶媒保持タンク６内を貫通して設けられる熱交換管路１１ｅと、上記溶媒保持タンク６の側部から延出させられた熱媒体送出管路１１ａと、この熱媒体送出管路１１ａの先端部が接続されるとともに上記電池１０のハウジングに接するように設けられた加熱装置１１ｂと、上記熱媒体送出管路１１ａの途中に設けられた循環ポンプ１１ｃと、上記加熱装置１１ｂから延出して上記溶媒保持タンク６に接続された熱媒体戻り管路１１ｄとを備えて構成されている。上記暖機回路には、暖機用の熱媒体として不凍液が充填されている。
【００６９】
図４に示すように、上記熱交換管路１１ｅの外周部分には、暖機用の熱媒体と上記溶媒１２との間の熱交換を促進するフィン１５が設けられている。
【００７０】
上記溶媒保持タンク６内の溶媒１２の温度が上昇した後、上記循環ポンプ１１ｃを運転することにより、上記溶媒１２との熱交換により温度が上昇した暖機用の熱媒体が、暖機回路内を流動させられて、上記電池１０を加熱する。これにより、暖機行程が行われて、電池１０の温度が上昇させられ、始動時の発電能力を高めることができる。
【００７１】
第１の実施形態と同様に、自動車始動から時間が経過して定常運転状態になると、上記電池は、自己発熱によって温度が上昇し、暖機用熱媒体に放熱する状態となる。また、この暖機用熱媒体を介して、上記溶媒１２が加熱される。
【００７２】
第２の実施形態においても、上述した第１の実施形態と同様に、圧縮機７と、分離装置８とを備える溶質回収手段が設けられており、第１の実施形態と同様にして溶質回収行程が行われる。
【００７３】
本実施形態における上記暖機装置１では、気体状の溶質１４を溶媒１２に溶解させる際に生じる溶解熱を利用しているため、発熱量が大きい。また、溶媒１２としての不凍液自体が発熱させられるため、溶媒保持タンク内で対流することができる。このため、上記溶媒を利用して自動車始動時に種々の部位の暖機を行うことができる。なお、上述した第１の実施形態のように、溶媒保持タンク６を利用して直接暖気部位を過熱することができる。また、第２の実施形態のように、流動性のある熱媒体を介して暖気部位を過熱することができる。さらに、溶媒自体を流動させて、暖気部位を過熱することもできる。
【００７４】
また、定常運転状態となった後は、上記溶媒又は上記暖機用熱媒体を用いて暖機部位の冷却を行うことができる。特に、上記溶質を回収する際に、溶媒から気化熱が奪われて溶媒の温度が低下するため、上記溶質回収過程における冷却効果を期待できる。
【００７５】
さらに、第２の実施形態に係る上記熱媒体送出管路１１ａあるいは熱媒体戻り管路１１ｄを自動車の駆動部を冷却する冷却回路や、ラジエータに接続することにより、定常運転状態で、上記暖機部位を連続的に冷却するように構成することも可能となる。このため、始動時の暖機と、定常運転時の冷却とを一つの装置で効率よく行うことも可能となる。
【００７６】
上記実施形態では、本願発明を、電池１０を加熱する暖機装置に適用したが、エンジンブロックや、パワートレイン等を加熱する暖機装置に適用することができる。
【００７７】
また、実施形態では、電池１０の自己発熱と、圧縮機７による吸引時の負圧によって、上記溶質を回収するように構成したが、自己発熱しない部位の暖機に適用する場合や、自己発熱のみでは溶質を充分に回収できない場合には、上記溶媒保持タンクに溶質回収用の加熱ヒータを設けることもできる。たとえば、定常運転に入ったエンジンやモータの排熱を利用したヒータを設けることにより、溶質が溶解された溶媒を加熱し、溶質の回収を促進することができる。
【００７８】
上記開示された本願発明の実施の形態の構造は、あくまで例示であって、本願発明の範囲はこれらの記載の範囲に限定されるものではない。本願発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内でのすべての変更を含むものである。
【産業上の利用可能性】
【００７９】
自動車の低温始動時に、所定の部位を加熱することにより、燃費やエネルギ効率を高めることができる。
【符号の説明】
【００８０】
１ 暖機装置
２ 溶質循環回路
３ 溶質保持タンク
４ 溶質膨張手段
６ 溶媒保持タンク
７ 溶質回収手段
８ 溶質回収手段
９ 溶質膨張手段
１０ 暖機部位（電池）
１１ 加熱手段
１２ 溶媒
１３ 溶解手段（噴出ノズル）
１４ 溶質
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、自動車用暖機装置及び自動車用暖機方法に関する。特に、電気自動車やハイブリッド自動車に搭載される電池や、燃料電池車に搭載される燃料電池を、始動時に加熱するのに好適な自動車用暖機装置及び自動車用暖機方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
環境問題や石油資源の枯渇に対応する必要があることから、ガソリンエンジン等に電気モータの駆動を組み合わせて燃費を高めたハイブリッド自動車や、ガソリンを使わずに走行する電気自動車、さらに、燃料電池を搭載した燃料電池車が提供されている。
【０００３】
上記のような自動車においては、電力を蓄える電池や燃料電池が採用されているが、これらの電池は、低温始動性が悪い。たとえば、夜間に戸外に駐車された場合、上記電池の温度は外気温度にまで低下する。寒冷地においては、マイナス５０度に達する低温にまで低下する可能性がある。このような低温では、電池の発電能力は非常に低く、始動に必要な電力を賄えない恐れがある。
【０００４】
また、エンジン駆動の自動車においても、低温始動時には燃費が悪く、エンジンや、トランスミッション等のパワートレインを加熱することにより、始動時の燃費を向上させることができる。
【０００５】
暖機を行うために、始動時に電気ヒータ等を用いて暖機部位を加熱する手法が考えられる。しかしながら、電気ヒータによる加熱は、電池に蓄積した電力を消費することになり、電気自動車では走行に支障をきたす恐れがある。また、従来の電池では、充分な暖機効果を期待できない。上記問題を解決するために、水蒸気の吸着熱を利用した電池温度調節装置が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−３０５５７５号公報
【０００７】
上記特許文献に記載されている電池温度調節装置では、車両の始動時に、蒸気をシリカゲル等の吸着媒を充填した吸着器に供給し、蒸気が上記吸着媒に吸着されることによって生じる吸着熱を、熱交換媒体を介して電池に作用させて加熱するように構成されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
電池の加熱が必要となるのは、外気温度が０℃以下の低温始動時である。一方、空気中の水蒸気の濃度は温度の関数であり、温度が高いほど空気中の水蒸気量が多くなる。このため、低温始動時には、空気中の蒸気量は非常に少なく、電池を加熱する熱量を発熱させるのに時間を要する。また、吸着による発熱方式は、単位体積当たりの発熱量が少ないため、充分な暖機を行うのは困難である。
【０００９】
また、吸着媒に多量の水蒸気を作用させるために、外気をファン等で多量に導入することも考えられる。しかしながら、低温の外気を導入すると、電池や吸着媒が冷却されることになる。このため、発生する吸着熱を有効に利用できない。
【００１０】
さらに、飽和水蒸気を蓄積するタンクを設けることも考えられる。しかしながら、装置が大型化するとともに、上記タンクの保温装置等を設ける必要があるため、製造コストが増加するといった問題が生じる。
【００１１】
しかも、吸着方式の暖機装置では、固体状の吸着媒が発熱するため、生じた熱を移動させて有効利用するには、固体状の吸着媒内部から熱を取り出す熱交換媒体が必要になる。このため、熱伝導部材等を吸着媒の内部に設けたり、流動性のある熱媒体を利用する必要が生じる。ところが、上記熱交換媒体と熱交換させると熱損失が大きくなり、吸着熱を利用できる効率が低下する。このため、吸着媒を暖機部位の近傍に配置する必要がある。したがって、吸着媒を保持する容器や暖機部位が限定されるという問題もある。
【００１２】
本願発明は、気体状の溶質を溶媒に溶解させる際に生じる溶解熱を利用することにより、発熱量が大きく、また、昇温した溶媒を利用して、種々の部位を効率よく暖機できる自動車用暖機装置及び自動車用暖機方法を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本願の請求項１に記載した発明は、気体状の溶質を溶媒に溶解させることにより発生する溶解熱を、始動時に自動車の所定の暖機部位に作用させて加熱する自動車用暖機装置であって、液化又は圧縮された上記溶質を保持する溶質保持タンクと、上記溶質保持タンクから流出させた上記溶質を吸熱膨張させる溶質膨張手段と、上記溶媒を保持する溶媒保持タンクと、上記溶媒保持タンクに保持された上記溶媒に、上記溶質を溶解させる溶解手段と、上記溶質が溶解されて昇温した溶媒を、暖機部位に作用させて加熱する加熱手段と、上記溶媒に溶解された溶質を上記溶媒から気化させるとともに圧縮して、上記溶質保持タンクに回収する溶質回収手段と、上記溶質を上記各手段に流動させる溶質循環回路とを備えて構成される。
【００１４】
本願発明では、気体状の溶質を溶媒に溶解させる際に生じる溶解熱を利用して、自動車各部の暖機を行うように構成される。
【００１５】
上記溶質保持タンクに保持される溶質の状態は特に限定されることはない。気体状態で保持することもできるし、液体状態で保持することもできる。また、上記溶質保持タンク内の保持圧力も特に限定されることはなく、上記溶質膨張手段において膨張させるとともに、上記溶質循環回路内を流動させて、上記溶媒に作用させるだけの圧力で保持すれば足りる。
【００１６】
溶質を気化あるいは膨張させると、溶質の温度が低下する。特に、上記溶質保持タンク内で液体状態に保持される溶質を使用する場合、気化する際に気化熱が奪われるためさらに温度が低下する。したがって、気化させて温度が低下した溶質をそのまま溶媒に溶解させると、溶媒の温度を低下させる恐れがある。上記不都合を回避するため、溶質を吸熱膨張させる溶質膨張手段が設けられる。
【００１７】
上記溶質膨張手段は、溶質の種類に応じて種々の構造のものを採用できる。たとえば、請求項２に記載した発明のように、上記溶質膨張手段を、上記循環回路内で上記溶質を膨張させる膨張弁と、膨張させられた溶質に外気から吸熱させる吸熱手段とを備えて構成することができる。たとえば、上記膨張弁として、空調装置用の膨張弁を利用することができる。空調装置用の膨張弁は、細いノズルを備えるため、溶質を効率よく気化膨張させることができる。また、気化しやすい液体状の溶質の場合、一般的なバルブを用いて、溶質を溶質保持タンクから上記溶質循環回路内へ導入するだけで気化膨張させることもできる。
【００１８】
上記吸熱手段の構成も特に限定されることはない。たとえば、上記膨張弁の下流側管路の外周部に吸熱フィンを設けて、膨張により温度が低下した溶質に、外気から吸熱させるように構成することができる。
【００１９】
上記溶媒保持タンクには、上記溶質を溶解するための溶媒が保持される。本願発明では、暖機部位に応じて上記溶質保持タンク及び上記溶媒保持タンクの容量や、溶質の溶解量を設定することにより、発熱量を調節することができる。このため、種々の加熱部位に対応した発熱量を有する暖機装置を構成できる。
【００２０】
上記溶質を溶解させることができれば、上記溶解手段の構成も特に限定されることはない。たとえば、請求項３に記載した発明のように、気体状の上記溶質を上記溶媒に溶解させる吹き込み装置を備えて構成することができる。溶質を細かい泡状に噴出するノズル等を備える吹き込み装置を採用することにより、短時間に大量の溶質を溶媒に溶解させることができる。
【００２１】
溶媒に溶質を溶解させると溶解熱が生じて、溶質が溶解された溶媒の温度が上昇する。本願発明では、溶解熱によって加熱された上記溶媒を利用して暖機が行われる。上記加熱手段の構成は限定されることはない。たとえば、請求項４に記載した発明のように、上記加熱手段を、上記溶媒保持タンクの壁部を介して上記暖機部位を加熱するように構成することができる。本願発明では、発熱した液状の溶媒自体が、上記溶媒保持タンク内で循環流動できるため、暖機部位を効率よく加熱できる。
【００２２】
また、請求項５に記載した発明のように、上記加熱手段を、上記溶媒、又は上記溶媒によって加熱された熱媒体を上記暖機部位に流動させて加熱を行う暖機回路を備えて構成することができる。たとえば、電池等の周囲に、上記溶媒、又は上記溶媒によって加熱された熱媒体が流動する暖機回路を設け、ポンプによって加熱された上記溶媒又は上記熱媒体を循環流動させて暖機を行うことができる。
【００２３】
本願発明が適用される暖機部位も特に限定されることはない。低温始動時に加熱することにより、燃費を改善できる種々の部位に適用することができる。たとえば、エンジンブロックやパワートレイン等を加熱することができる。また、加熱することにより発電量が増加する種々の電池を暖機するのに好適である。たとえば、リチウムイオン電池等の駆動用二次電池のみならず、燃料電池の暖機に本願発明を適用できる。また、電池を搭載した自動車の駆動方式も特に限定されることはない。たとえば、電気自動車や、ハイブリッド自動車、さらに燃料電池駆動の自動車に本願発明を適用できる。
【００２４】
また、駆動系を冷却するための冷却回路中に上記溶媒保持タンクを設け、駆動系全体を暖機するように構成することもできる。たとえば、上記溶媒保持タンクを、エンジン冷却システムの不凍液循環回路内に設置し、エンジン冷却回路を流れる冷却用不凍液と、溶質が溶解された暖機用不凍液との間で熱交換させて、上記冷却回路を流れる冷却用不凍液を加熱することにより、エンジン始動時の暖機を行うように構成することができる。また、エンジン冷却回路を流れる冷却用不凍液に溶質を直接溶解させて、エンジンを暖機することもできる。
【００２５】
また、不凍液が循環させられる駆動系の冷却回路に、本願発明に係る暖機回路を付属させ、自動車の始動時に、上記冷却回路の熱媒体の一部及び循環ポンプを利用して、駆動部以外の暖機部位を加熱するように構成することもできる。この構成を採用した場合、定常運転時には、上記冷却システムを用いて上記暖機部位を冷却することも可能となる。
【００２６】
本願発明に係る暖機装置は、自動車の始動時において暖機を行うものであり、上記暖機が終了した後、溶媒に溶解された溶質を回収して次の始動時に備える必要がある。このため、本願発明では、上記溶媒に溶解された溶質を上記溶媒から気化させるとともに圧縮して、上記溶質保持タンクに回収する溶質回収手段が設けられる。
【００２７】
一般に、温度が高くなれば、気体の溶解度は低下して、溶質が溶媒から気化させられる。始動後、自動車が定常運転される状態になると、暖機部位が自己発熱する場合が多い。このため、暖機部位において生じる熱を利用して上記溶質を回収することができる。
【００２８】
上記溶質を回収する手段として、請求項６に記載した発明のように、上記溶媒保持タンク及び上記溶質循環回路内の溶質を吸引して圧縮するとともに、上記溶質保持タンクに圧送する圧縮機を備えて構成することができる。
【００２９】
上記溶媒保持タンク内の圧力が低いほど、溶質の溶解度は低下する。このため、上記圧縮機の吸引力によって、溶媒保持タンク内の圧力を負圧にするよう構成するのが望ましい。
【００３０】
上記圧縮機は、種々の形式のものを採用できる。また、溶質を液化するように構成することもできるし、圧縮のみ行うように構成することもできる。
【００３１】
請求項７に記載した発明は、上記溶質回収手段を、回収される上記溶質に混合した溶媒及び不純物を除去する溶質分離装置を備えて構成したものである。溶質が溶媒から離脱して気化する際、溶媒の一部も気化される。また、上記溶質循環回路内を流動する際に不純物が混入する恐れもある。上記溶質分離装置を設けることにより、溶質を精度高く分離して、次回の暖機行程における発熱効率を高めることができる。
【００３２】
上記溶質分離装置の構成は特に限定されることはない。たとえば、水分をベースとする溶媒を採用する場合、シリカゲル等の除湿剤を採用することにより、溶媒を除去することができる。また、不純物を除去するためにフィルター等を設けるのが好ましい。
【００３３】
上記溶質及び上記溶媒も特に限定されることはないが、溶解熱の大きい組合せを採用するのが好ましい。たとえば、請求項８に記載した発明のように、上記溶媒として不凍液を採用するとともに、上記溶質としてアンモニアを採用できる。また、上記アンモニアの他にＣＯ2を採用することもできる。
【００３４】
アンモニアガスは、水に対して低温になるほど溶解度が高くなる。このため、自動車の低温始動時において、大量の溶解熱を発生させることができる。たとえば、０℃におけるアンモニアガスの水に対する溶解度は、水１ｃｃに対して１１７６ｃｃであり、溶解熱は、約３３ｋＪ／ｍｏｌである。このため、水１リットル当たり、約１６５０ｋＪの熱量を発生させることができる。
【００３５】
一方、上記暖機が終了した後には、迅速に溶媒から溶質を回収できるのが好ましい。上記アンモニアガスは、４０℃における水に対する溶解度がほぼ０である。このため、定常運転時に発生する熱を利用して、上記アンモニアを水から容易に気化させることができる。したがって、アンモニアは、本願発明に係る溶質として好適である。
【００３６】
上記溶媒として、水を主成分とする不凍液を採用するのが好ましい。寒冷地においては、マイナス５０℃となる場合も考えられるため、使用温度に応じた不凍液を採用するのが好ましい。
【００３７】
請求項９に記載した発明は、気体状の溶質を溶媒に溶解させることにより発生する溶解熱を、始動時に自動車の所定の暖機部位に作用させて加熱する自動車用暖機方法であって、溶質保持タンク内で高圧で保持された気体状あるいは液体状の溶質を、溶質循環回路内で膨張させるとともに、外気から吸熱させて昇温させる吸熱膨張行程と、上記膨張させた気体状の溶質を、溶媒保持タンク内に収容された液体状の溶媒に溶解させることにより上記溶媒を昇温させる溶解行程と、昇温した上記溶媒を、上記所定の暖機部位に作用させて暖機する暖機行程と、上記溶媒に溶解された上記溶質を気化させて回収するとともに圧縮し、上記溶質保持タンクに圧送する溶質回収行程とを含む自動車用暖機方法に関するものである。
【００３８】
上記吸熱膨張行程は、請求項１０に記載した発明のように、外気から吸熱できる吸熱装置を設けた上記溶質循環回路内で上記溶質を膨張させることにより行うことができる。
【００３９】
上記溶解行程は、請求項１１に記載した発明のように、気体状の溶質を上記液体状の溶媒に吹き込むことにより行うことができる。
【００４０】
上記暖機行程は、請求項１２に記載した発明のように、溶媒保持タンクの壁部を介して暖機部位を加熱することにより行うことができる。また、請求項１３に記載した発明のように、上記暖機行程を、上記溶質が溶解された溶媒、又は上記溶媒によって加熱された熱媒体を、暖機部位に循環流動させることにより行うことができる。
【００４１】
上記溶質回収行程は、請求項１４に記載した発明のように、上記溶質循環回路内に設けられた圧縮機によって、上記溶媒から離脱して気化した溶質を吸引回収して圧縮し、上記溶質保持容器に圧送することにより行うことができる。
【００４２】
また、請求項１５に記載した発明のように、上記溶質としてアンモニアを採用するとともに、上記溶媒として不凍液を採用することができる。
【発明の効果】
【００４３】
気体状の溶質を溶媒に溶解させる際に生じる溶解熱を利用することにより、発熱量が大きく、また、昇温した溶媒を利用して、自動車始動時に種々の部位を暖機できる自動車用暖機装置及び自動車用暖機方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本願発明の第１の実施形態に係る自動車用暖機装置の全体構成を示す図である。
【図２】第１の実施形態に係る溶媒保持タンク及び溶解手段の一例を示す図である。
【図３】本願発明に係る第２の実施形態に係る自動車用暖機装置の全体構成を示す図である。
【図４】第２の実施形態に係る溶媒保持タンク及び溶解手段の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４５】
以下、本願発明を適用した自動車用暖機装置の一例について説明する。
【００４６】
図１及び図２に、本願発明の第１の実施形態を示す。本実施形態は、電気自動車等に搭載される駆動用リチウムイオン電池１０を加熱する自動車用暖機装置１に、本願発明を適用したものである。
【００４７】
図１に示すように、本実施形態に係る暖機装置１は、液化又は圧縮された溶質としてのアンモニアガスを保持する溶質保持タンク３と、上記溶質保持タンクから流出させた上記溶質を吸熱膨張させる溶質膨張手段９，４と、溶媒としての不凍液を保持する溶媒保持タンク６と、上記電池１０を加熱する加熱手段１１と、上記溶媒に溶解された溶質を上記溶媒から気化させるとともに圧縮して、上記溶質保持タンク３に回収する溶質回収手段７，８と、上記溶質を上記各装置に流動させる溶質循環回路２とを備えて構成されている。
【００４８】
上記溶質循環回路２は、上記溶媒保持タンク６の上流側に設けられる上流側溶質循環管路２ａと、下流側に設けられる下流側溶質循環管路２ｂとから構成されている。上記各溶質循環管路２ａ，２ｂの端部と、上記溶質保持タンク３の出入口とが、三方弁９の接続口にそれぞれ接続されている。
【００４９】
上記三方弁９は、図示しない制御装置によって開閉制御され、上記溶質保持タンク３を上記上流側溶質循環管路２ａに接続することにより、上記溶質を上記循環回路２内に流入させる一方、上記溶質保持タンク６を上記下流側溶質循環管路２ｂに接続することにより、上記溶質循環回路２から上記溶質を回収するように構成されている。
【００５０】
本実施形態では、溶質としてアンモニアが使用されている。アンモニアガスは、水に対して低温になるほど溶解度が高くなる。このため、自動車の低温始動時において、大量の溶解熱を発生させることができる。たとえば、０℃におけるアンモニアガスの水に対する溶解度は、水１ｃｃに対して１１７６ｃｃであり、溶解熱は、約３３ｋＪ／ｍｏｌである。このため、水１リットル当たり、約１６５０ｋＪの熱量を発熱させることができる。
【００５１】
一方、上記暖機が終了した後には、迅速に溶媒から溶質を気化させて回収するのが好ましい。上記アンモニアガスは、４０℃における水に対する溶解度がほぼ０である。このため、定常運転時において、暖機部位から生じる熱を利用して、上記アンモニアを水から容易に気化させて回収することができる。
【００５２】
また、アンモニアガスは、８気圧程度で液化する。したがって、上記溶質保持タンク３内に、８〜１０気圧程度の圧力で液状のアンモニアを保持することができる。
【００５３】
本実施形態では、上記溶質膨張手段を、上記三方弁９と吸熱装置４とを備えて構成している。液状のアンモニアは、容易に気化膨張させることができる。このため、上記三方弁９から上記吸熱装置４を設けた上流側溶質循環管路２ａに、液状のアンモニアを流入させるだけで気化膨張させることができる。なお、気化を促進するために、液状の溶質を霧状に噴出させることができる膨張弁を設けることもできる。
【００５４】
上記吸熱装置４は、上記三方弁９の接続口近傍の下流側溶質循環管路２ａの外周部に吸熱フィン５を設けて構成されている。上記吸熱フィン５を設けることにより、上記三方弁９の接続口において気化膨張させられることにより温度が低下した溶質に、外気から吸熱させて昇温させることができる。上記溶質の気化膨張と吸熱とは連続的あるいは同時に生じ、吸熱膨張行程が行われる。本実施形態では、溶質を上記溶質循環回路内に導入することにより気化膨張させたが、気体状の溶質を保持するタンクを設け、気化膨張と吸熱とを別に行わせることもできる。
【００５５】
上記溶媒保持タンク６内には、溶媒１２としての不凍液（ＬＬＣ）が充填されている。図２に示すように、上記溶媒１２は、上記溶媒保持タンク６の上部に空間６ａが形成されるように充填されている。上記空間６ａから、上記下流側溶質循環管路２ｂが延出されている。
【００５６】
上記溶媒保持タンク６の底部に、上記上流側溶質循環管路から供給される気体状の溶質１４を上記溶媒１２に溶解するための溶解手段が設けられている。本実施形態に係る上記溶解手段１３は、多数の気体噴出用細孔を設けたパイプ状の噴出ノズルを、上記溶媒保持タンク６の底部に延入させて構成されている。上記噴出ノズルの細孔から気泡状の溶質１４を溶媒１２中に噴出させることにより、上記溶質１４を上記溶媒１２に溶解させる溶解行程が行なわれる。上記溶質１４を上記溶媒１２に溶解させると、上述した溶解熱が発生し、上記溶質１４が溶解された溶媒１２の温度が上昇させられる。そして、上記溶媒１２を用いて上記電池１０が加熱される。
【００５７】
図２に示すように本実施形態では、上記溶媒保持タンク６の壁部を利用して、上記電池１０を加熱する加熱手段１１が構成されている。すなわち、溶媒保持タンク６の壁部に隣接するようにして電池１０を設けている。上記溶媒保持タンク６内で溶解熱によって昇温させられた溶媒から上記壁部６ｂを介して熱が伝導して、電池１０が加熱される。
【００５８】
本実施形態では、上記溶媒保持タンク６内で、昇温した溶媒１２が対流することができる。このため、発生した溶解熱を有効に利用することができる。
【００５９】
自動車始動から時間が経過して定常運転状態になると、上記電池１０は、自己発熱によって、上記溶媒１２の温度以上の温度となり、上記溶媒に放熱する状態となる。これにより、上記溶媒１２が加熱される。たとえば、リチウムイオン電池の場合、４０℃程度まで温度が上昇するため、上記溶媒１２が加熱される。
【００６０】
一方、上記溶媒１２に溶解しているアンモニアガスの溶解度は、４０℃においてほぼ０となる。このため、上記溶媒１２に溶解している溶質１４は、溶媒の温度が上昇するにつれて、上記溶媒保持タンク内で気化されることになる。
【００６１】
本実施形態では、上記気化された溶質１４を回収する溶質回収手段が設けられている。上記溶質回収手段は、上記下流側溶質循環管路２ｂに設けられた圧縮機７と、気化させられた溶質を分離する分離装置８とを備えて構成される。
【００６２】
上記圧縮機７は、上記溶媒１２が所定の温度に達した時に運転を開始するように制御されている。また、上記圧縮機７の始動と同時に、上記下流側溶質循環管路２ｂを上記溶質保持タンク３に連通するように、上記三方バルブ９が切り換えられる。上記圧縮機７は、上記溶媒保持タンク６の内部空間６ａ及び圧縮機７にいたる下流側溶質循環管路２ｂ内の気体状の溶質（アンモニアガス）を吸引して圧縮し、上記三方バルブ９を介して上記溶質保持タンク３に送ることにより、溶質回収行程が行われる。また、圧縮機７の上記吸引動作によって、上記溶媒保持タンク６内の圧力が低下させられ、上記溶質１４の気化が促進される。上記圧縮機７による圧縮は、溶質１４を液化するように行うこともできるし、高圧の気体状態に圧縮してもよい。
【００６３】
本実施形態では、上記溶媒１２として水を主成分とする不凍液を採用しているため、上記溶質１４が上記溶媒から離脱して気化する際、上記溶媒１２の一部の水分も気化される。このため、回収された溶質に水分が混入している。また、上記溶質に不純物が混入する恐れがある。上記溶質１４からこれら成分を除去するために、上記分離装置８が設けられている。
【００６４】
上記分離装置８は、上記水分を吸着するための吸着剤と、上記不純物を除去するためのフィルターとを備えて構成されている。上記分離装置８を設けることにより、上記溶質を精度高く分離することが可能となり、水分や不純物が除去された溶質を上記溶質保持タンク３に回収することができる。このため、次回の自動車始動時に、純度の高い溶質を溶媒に作用させることが可能となり、発熱量の低下を防止することができる。
【００６５】
図３及び図４に本願発明の第２の実施形態を示す。第２の実施形態では、電池１０を加熱する加熱手段１１として、暖機用の熱媒体が流動させられる暖機回路が設けられている。なお、溶媒保持タンク６と上記加熱手段１１以外の構成は、第１の実施形態と同様であるので説明は省略する。
【００６６】
上記溶媒保持タンク６内には、溶媒１２としての不凍液（ＬＬＣ）が充填されている。図４に示すように、上記溶媒１２は、上記溶媒保持タンク６の上部に空間６ａが形成されるように充填されている。上記空間６ａから、上記下流側溶質循環管路２ｂが延出されている。
【００６７】
上記溶媒保持タンク６の底部に、上記上流側溶質循環管路２ａから供給される気体状の溶質１４を上記溶媒１２に溶解するための溶解手段１３が設けられている。第１の実施形態と同様に、上記溶解手段１３は、多数の気体噴出用細孔を設けたパイプ状の噴出ノズルを、上記溶媒保持タンクの底部に延入させて構成されている。上記噴出ノズルの細孔から気泡状の溶質１４を溶媒１２中に噴出させることにより、上記溶質１４を上記溶媒１２に溶解させる溶解行程が行なわれる。上記溶質１４を上記溶媒１２に溶解させると、上述した溶解熱が発生し、上記溶質１４が溶解された溶媒１２の温度が上昇させられる。そして、上記溶媒１２を用いて上記電池１０が加熱される。
【００６８】
上記加熱手段１１は、上記溶媒保持タンク６内を貫通して設けられる熱交換管路１１ｅと、上記溶媒保持タンク６の側部から延出させられた熱媒体送出管路１１ａと、この熱媒体送出管路１１ａの先端部が接続されるとともに上記電池１０のハウジングに接するように設けられた加熱装置１１ｂと、上記熱媒体送出管路１１ａの途中に設けられた循環ポンプ１１ｃと、上記加熱装置１１ｂから延出して上記溶媒保持タンク６に接続された熱媒体戻り管路１１ｄとを備えて構成されている。上記暖機回路には、暖機用の熱媒体として不凍液が充填されている。
【００６９】
図４に示すように、上記熱交換管路１１ｅの外周部分には、暖機用の熱媒体と上記溶媒１２との間の熱交換を促進するフィン１５が設けられている。
【００７０】
上記溶媒保持タンク６内の溶媒１２の温度が上昇した後、上記循環ポンプ１１ｃを運転することにより、上記溶媒１２との熱交換により温度が上昇した暖機用の熱媒体が、暖機回路内を流動させられて、上記電池１０を加熱する。これにより、暖機行程が行われて、電池１０の温度が上昇させられ、始動時の発電能力を高めることができる。
【００７１】
第１の実施形態と同様に、自動車始動から時間が経過して定常運転状態になると、上記電池は、自己発熱によって温度が上昇し、暖機用熱媒体に放熱する状態となる。また、この暖機用熱媒体を介して、上記溶媒１２が加熱される。
【００７２】
第２の実施形態においても、上述した第１の実施形態と同様に、圧縮機７と、分離装置８とを備える溶質回収手段が設けられており、第１の実施形態と同様にして溶質回収行程が行われる。
【００７３】
本実施形態における上記暖機装置１では、気体状の溶質１４を溶媒１２に溶解させる際に生じる溶解熱を利用しているため、発熱量が大きい。また、溶媒１２としての不凍液自体が発熱させられるため、溶媒保持タンク内で対流することができる。このため、上記溶媒を利用して自動車始動時に種々の部位の暖機を行うことができる。なお、上述した第１の実施形態のように、溶媒保持タンク６を利用して直接暖気部位を過熱することができる。また、第２の実施形態のように、流動性のある熱媒体を介して暖気部位を過熱することができる。さらに、溶媒自体を流動させて、暖気部位を過熱することもできる。
【００７４】
また、定常運転状態となった後は、上記溶媒又は上記暖機用熱媒体を用いて暖機部位の冷却を行うことができる。特に、上記溶質を回収する際に、溶媒から気化熱が奪われて溶媒の温度が低下するため、上記溶質回収過程における冷却効果を期待できる。
【００７５】
さらに、第２の実施形態に係る上記熱媒体送出管路１１ａあるいは熱媒体戻り管路１１ｄを自動車の駆動部を冷却する冷却回路や、ラジエータに接続することにより、定常運転状態で、上記暖機部位を連続的に冷却するように構成することも可能となる。このため、始動時の暖機と、定常運転時の冷却とを一つの装置で効率よく行うことも可能となる。
【００７６】
上記実施形態では、本願発明を、電池１０を加熱する暖機装置に適用したが、エンジンブロックや、パワートレイン等を加熱する暖機装置に適用することができる。
【００７７】
また、実施形態では、電池１０の自己発熱と、圧縮機７による吸引時の負圧によって、上記溶質を回収するように構成したが、自己発熱しない部位の暖機に適用する場合や、自己発熱のみでは溶質を充分に回収できない場合には、上記溶媒保持タンクに溶質回収用の加熱ヒータを設けることもできる。たとえば、定常運転に入ったエンジンやモータの排熱を利用したヒータを設けることにより、溶質が溶解された溶媒を加熱し、溶質の回収を促進することができる。
【００７８】
上記開示された本願発明の実施の形態の構造は、あくまで例示であって、本願発明の範囲はこれらの記載の範囲に限定されるものではない。本願発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内でのすべての変更を含むものである。
【産業上の利用可能性】
【００７９】
自動車の低温始動時に、所定の部位を加熱することにより、燃費やエネルギ効率を高めることができる。
【符号の説明】
【００８０】
１ 暖機装置
２ 溶質循環回路
３ 溶質保持タンク
４ 溶質膨張手段
６ 溶媒保持タンク
７ 溶質回収手段
８ 溶質回収手段
９ 溶質膨張手段
１０ 暖機部位（電池）
１１ 加熱手段
１２ 溶媒
１３ 溶解手段（噴出ノズル）
１４ 溶質
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気体状の溶質を溶媒に溶解させることにより発生する溶解熱を、始動時に自動車の所定の暖機部位に作用させて加熱する自動車用暖機装置であって、
液化又は圧縮された上記溶質を保持する溶質保持タンクと、
上記溶質保持タンクから流出させた上記溶質を吸熱膨張させる溶質膨張手段と、
上記溶媒を保持する溶媒保持タンクと、
上記溶媒保持タンクに保持された上記溶媒に、上記溶質を溶解させる溶解手段と、
上記溶質が溶解されて昇温した溶媒を、暖機部位に作用させて加熱する加熱手段と、
上記溶媒に溶解された溶質を上記溶媒から気化させるとともに圧縮して、上記溶質保持タンクに回収する溶質回収手段と、
上記溶質を上記各手段に流動させる溶質循環回路とを備える、自動車用暖機装置。
【請求項２】
上記溶質膨張手段は、
上記循環回路内で上記溶質を膨張させる膨張弁と、
膨張させられた溶質に外気から吸熱させる吸熱手段とを備えて構成されている、請求項１に記載の自動車用暖機装置。
【請求項３】
上記溶解手段は、気体状の上記溶質を上記溶媒に溶解させる吹き込み装置を備えて構成されている、請求項１又は請求項２のいずれかに記載の自動車用暖機装置。
【請求項４】
上記加熱手段は、上記溶媒保持タンクの壁部を介して上記暖機部位を加熱するように構成されている、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の自動車用暖機装置。
【請求項５】
上記加熱手段は、上記溶媒、又は上記溶媒によって加熱された熱媒体を上記暖機部位に流動させて加熱を行う暖機回路を備えて構成されている、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の自動車用暖機装置。
【請求項６】
上記溶質回収手段は、上記溶媒保持タンク及び上記溶質循環回路内の溶質を吸引して圧縮するとともに、上記溶質保持タンクに圧送する圧縮機を備えて構成される、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の自動車用暖機装置。
【請求項７】
上記溶質回収手段は、回収される上記溶質に混合した溶媒及び不純物を除去する溶質分離装置を備えて構成される、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の自動車用暖機装置。
【請求項８】
上記溶媒が不凍液であり、上記溶質がアンモニアである、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の自動車用暖機装置。
【請求項９】
気体状の溶質を溶媒に溶解させることにより発生する溶解熱を、始動時に自動車の所定の暖機部位に作用させて加熱する自動車用暖機方法であって、
溶質保持タンク内で高圧で保持された気体状あるいは液体状の溶質を、溶質循環回路内で膨張させるとともに、外気から吸熱させて昇温させる吸熱膨張行程と、
上記膨張させた気体状の溶質を、溶媒保持タンク内に収容された液体状の溶媒に溶解させることにより上記溶媒を昇温させる溶解行程と、
昇温した上記溶媒を、上記所定の暖機部位に作用させて暖機する暖機行程と、
上記溶媒に溶解された上記溶質を気化させて回収するとともに圧縮し、上記溶質保持タンクに圧送する溶質回収行程とを含む、自動車用暖機方法。
【請求項１０】
上記吸熱膨張行程は、外気から吸熱できる吸熱装置を設けた上記溶質循環回路内において上記溶質を膨張させることにより行われる、請求項９に記載の自動車用暖機方法。
【請求項１１】
上記溶解行程は、気体状の溶質を上記溶媒に吹き込むことにより行われる、請求項９又は請求項１０のいずれかに記載の自動車用暖機方法。
【請求項１２】
上記暖機行程は、溶媒保持タンクの壁部を介して暖機部位を加熱することにより行われる、請求項９から請求項１１のいずれか１項に記載の自動車用暖機方法。
【請求項１３】
上記暖機行程は、上記溶質が溶解された溶媒、又は上記溶媒によって加熱された熱媒体を、暖機部位に循環流動させることにより行われる、請求項９から請求項１１のいずれか１項に記載の自動車用暖機方法。
【請求項１４】
上記溶質回収行程は、上記溶質循環回路内に設けられた圧縮機によって、上記溶媒から離脱して気化した溶質を吸引回収して圧縮し、上記溶質保持容器に圧送することにより行われる、請求項９から請求項１３のいずれか１項に記載の自動車用暖機方法。
【請求項１５】
上記溶質がアンモニアであるとともに、上記溶媒が不凍液である、請求項９から請求項１４のいずれか１項に記載の自動車用暖機方法。
【請求項１】
気体状の溶質を溶媒に溶解させることにより発生する溶解熱を、始動時に自動車の所定の暖機部位に作用させて加熱する自動車用暖機装置であって、
液化又は圧縮された上記溶質を保持する溶質保持タンクと、
上記溶質保持タンクから流出させた上記溶質を吸熱膨張させる溶質膨張手段と、
上記溶媒を保持する溶媒保持タンクと、
上記溶媒保持タンクに保持された上記溶媒に、上記溶質を溶解させる溶解手段と、
上記溶質が溶解されて昇温した溶媒を、暖機部位に作用させて加熱する加熱手段と、
上記溶媒に溶解された溶質を上記溶媒から気化させるとともに圧縮して、上記溶質保持タンクに回収する溶質回収手段と、
上記溶質を上記各手段に流動させる溶質循環回路とを備える、自動車用暖機装置。
【請求項２】
上記溶質膨張手段は、
上記循環回路内で上記溶質を膨張させる膨張弁と、
膨張させられた溶質に外気から吸熱させる吸熱手段とを備えて構成されている、請求項１に記載の自動車用暖機装置。
【請求項３】
上記溶解手段は、気体状の上記溶質を上記溶媒に溶解させる吹き込み装置を備えて構成されている、請求項１又は請求項２のいずれかに記載の自動車用暖機装置。
【請求項４】
上記加熱手段は、上記溶媒保持タンクの壁部を介して上記暖機部位を加熱するように構成されている、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の自動車用暖機装置。
【請求項５】
上記加熱手段は、上記溶媒、又は上記溶媒によって加熱された熱媒体を上記暖機部位に流動させて加熱を行う暖機回路を備えて構成されている、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の自動車用暖機装置。
【請求項６】
上記溶質回収手段は、上記溶媒保持タンク及び上記溶質循環回路内の溶質を吸引して圧縮するとともに、上記溶質保持タンクに圧送する圧縮機を備えて構成される、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の自動車用暖機装置。
【請求項７】
上記溶質回収手段は、回収される上記溶質に混合した溶媒及び不純物を除去する溶質分離装置を備えて構成される、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の自動車用暖機装置。
【請求項８】
上記溶媒が不凍液であり、上記溶質がアンモニアである、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の自動車用暖機装置。
【請求項９】
気体状の溶質を溶媒に溶解させることにより発生する溶解熱を、始動時に自動車の所定の暖機部位に作用させて加熱する自動車用暖機方法であって、
溶質保持タンク内で高圧で保持された気体状あるいは液体状の溶質を、溶質循環回路内で膨張させるとともに、外気から吸熱させて昇温させる吸熱膨張行程と、
上記膨張させた気体状の溶質を、溶媒保持タンク内に収容された液体状の溶媒に溶解させることにより上記溶媒を昇温させる溶解行程と、
昇温した上記溶媒を、上記所定の暖機部位に作用させて暖機する暖機行程と、
上記溶媒に溶解された上記溶質を気化させて回収するとともに圧縮し、上記溶質保持タンクに圧送する溶質回収行程とを含む、自動車用暖機方法。
【請求項１０】
上記吸熱膨張行程は、外気から吸熱できる吸熱装置を設けた上記溶質循環回路内において上記溶質を膨張させることにより行われる、請求項９に記載の自動車用暖機方法。
【請求項１１】
上記溶解行程は、気体状の溶質を上記溶媒に吹き込むことにより行われる、請求項９又は請求項１０のいずれかに記載の自動車用暖機方法。
【請求項１２】
上記暖機行程は、溶媒保持タンクの壁部を介して暖機部位を加熱することにより行われる、請求項９から請求項１１のいずれか１項に記載の自動車用暖機方法。
【請求項１３】
上記暖機行程は、上記溶質が溶解された溶媒、又は上記溶媒によって加熱された熱媒体を、暖機部位に循環流動させることにより行われる、請求項９から請求項１１のいずれか１項に記載の自動車用暖機方法。
【請求項１４】
上記溶質回収行程は、上記溶質循環回路内に設けられた圧縮機によって、上記溶媒から離脱して気化した溶質を吸引回収して圧縮し、上記溶質保持容器に圧送することにより行われる、請求項９から請求項１３のいずれか１項に記載の自動車用暖機方法。
【請求項１５】
上記溶質がアンモニアであるとともに、上記溶媒が不凍液である、請求項９から請求項１４のいずれか１項に記載の自動車用暖機方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１１−１０１５１４（Ｐ２０１１−１０１５１４Ａ）
【公開日】平成２３年５月１９日（２０１１．５．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２５４８３１（Ｐ２００９−２５４８３１）
【出願日】平成２１年１１月６日（２００９．１１．６）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年５月１９日（２０１１．５．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１１月６日（２００９．１１．６）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
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