CN105431312A - 车辆用制热装置 - Google Patents

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CN105431312A CN201480042629.0A CN201480042629A CN105431312A CN 105431312 A CN105431312 A CN 105431312A CN 201480042629 A CN201480042629 A CN 201480042629A CN 105431312 A CN105431312 A CN 105431312A
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Abstract

该车辆用制热装置采用如下的构成，其具备：在从发动机排出的废气和从车厢外或车厢内导入的第一空气之间进行热交换的第一热交换器；在通过所述第一热交换器与所述废气进行了热交换的所述第一空气和从车厢外取入的第二空气之间进行热交换，且将热交换后的所述第一空气排出到车厢外，将热交换后的所述第二空气向车厢内供给的第二热交换器。

Description

车辆用制热装置
技术领域
本发明涉及利用废气的热量的车辆用制热装置。
背景技术
目前，探讨了利用从车辆的发动机排出的高温的废气(exhaustgas)高效地进行车厢内的制热。作为这种技术，例如已知有专利文献1所公开的制热装置。
专利文献1中公开有在发动机的排气通路的废气净化催化剂的下游设置热交换器而在高温的废气和低温的外部气体之间进行热交换的制热装置。由此，可以有效地利用由废气净化催化剂产生的反应热量而提高热交换效率。
另外，专利文献1所公开的制热装置中，当热交换器破损而废气流入外部气体供给通路内时，将混合高温的外部气体和低温的外部气体的第一混合阀关闭，切断与热交换器的连通，由此，可防止废气流入车厢内。
而且，在专利文献1所公开的制热装置中，具备第一热交换器和第二热交换器，通过空气等介质循环的循环路径将第一热交换器和第二热交换器连接，通过第一热交换器在高温的废气和循环通路内的介质之间进行热交换而对介质进行加热，通过第二热交换器在高温的介质和低温的外部气体之间进行热交换而对外部气体进行加热。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：(日本)特开2005－282503号公报
发明所要解决的课题
但是，上述的专利文献1所公开的制热装置中，假如在第一热交换器破损的情况下，废气在循环通路混合。在专利文献1所公开的制热装置中，由于具有循环通路，所以混合了该废气的空气不会向外部排出而继续循环。其结果，废气中所含的物质蓄积于循环通路内，由此，存在热交换效率降低这样的课题。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种防止热交换效率的下降的车辆用制热装置。
用于解决课题的技术方案
本发明一方式的车辆用制热装置采用如下的构成，具备：第一热交换器，其在从发动机排出的废气和从车厢外或车厢内导入的第一空气之间进行热交换；第二热交换器，其在通过所述第一热交换器与所述废气进行了热交换的所述第一空气和从车厢外取入的第二空气之间进行热交换，并将热交换后的所述第一空气排出到车厢外，将热交换后的所述第二空气向车厢内供给。
发明效果
根据本发明，从车厢外或车厢内导入的第一空气被热交换后，排出到车厢外，因此，能够防止热交换效率的下降。
附图说明
图1是表示本发明实施方式1的空调系统的概略结构的图；
图2是表示图1所示的热交换器的结构的剖面图；
图3是表示图1所示的显热交换器的外观结构的立体图；
图4是表示将图1所示的空调系统搭载于车辆的样子的概略图；
图5是从车辆的前方斜上方观察将图1所示的空调系统搭载于车辆上的样子的立体图；
图6是从车辆的侧方观察将图1所示的空调系统搭载于车辆上的样子的侧面图；
图7是表示对流式的显热交换器的图；
图8是表示本发明实施方式2的空调系统的概略结构的图；
图9是表示将图8所示的空调系统搭载于车辆上的样子的概略图；
图10是从车辆的前方斜上方观察将图8所示的空调系统搭载于车辆上的样子的立体图；
图11是表示本发明实施方式3的空调系统的概略结构的图；
图12是表示将图11所示的空调系统搭载于车辆上的样子的概略图；
图13是表示图11所示的内外气体切换器的外观结构的立体图；
图14是表示本发明实施方式4的空调系统的概略结构的图；
图15是表示将图14所示的空调系统搭载于车辆上的样子的概略图；
图16是表示具备蓄热材料的显热交换器的外观结构的立体图。
具体实施方式
下面，参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。其中，在实施方式中，对于同一结构标注同一符号，并省略重复的说明。
(实施方式1)
(空调系统的结构)
图1是表示本发明实施方式1的空调系统10的概略结构的图。图中，实线箭头表示废气流，虚线箭头表示外部气流。
发动机11通过将挥发性高的燃料(汽油或轻油等)与空气混合并使其燃烧而产生动力。发动机11将通过燃烧产生的废气向排气通路12排出。
催化剂13设于排气通路12，由铂、钯、铑等构成，将从发动机11排出的废气中所含的有害成分(主要是碳化氢、一氧化碳、氮氧化物)通过氧化或还原进行净化，将净化了的废气向热交换器14排出。在催化剂13中，通过氧化还原反应而产生高温的反应热。
热交换器14(相当于第一热交换器)例如由不锈钢构成，设于催化剂13下游侧的排气通路12。另外，如图2所示，热交换器14为排气通路12和导入外部气体的第一空气通路15可热交换地相接，不使废气和外部气体混合的结构。热交换器14在废气和外部气体之间进行热交换，从高温的废气向低温的外部气体散热。从热交换器14排出的废气被排出到车外，从热交换器14排出的外部气体经由鼓风机16供给到显热交换器17。
鼓风机16设于连接热交换器14和显热交换器17的第一空气通路15，吸入在热交换器14被加热的外部气体，并将吸入的外部气体送到显热交换器17。
显热交换器17(相当于第二热交换器)例如由铝或聚丙烯构成，如图3所示，是固定了流路的静止型的热交换器。显热交换器17具有相邻的两系统的流路A、B，在一流路A中流动低温的外部气体，在另一流路B中流动高温的外部气体。由此，在显热交换器17中，可以不使流路A和流路B的空气混合而使流路B的空气的热(热量)向流路A的空气移动。在各系统的流路A、B中设有多个细的流路，通过将各系统的细的流路相互交叉配置，由此，增大两系统的流路A、B的接触面积。
在显热交换器17中，作为低温的外部气体的通路的第二空气通路18分别连接于流路A的一端和另一端。另外，在显热交换器17中，第一空气通路15分别连接于流路B的一端和另一端。
通过上述那样的显热交换器17和各通路的连接，从车外导入的低温的外部气体通过显热交换器17的流路A，在热交换器14被加热了的高温的外部气体通过显热交换器17的流路B。而且，在显热交换器17中，热(热量)从高温的外部气体向低温的外部气体移动，进行排气的热回收。
HVAC(Heating,Ventilation,andAirConditioning)20被配置在划分发动机室和车厢内的未图示的隔壁(防火壁)的车厢侧，具备送风用的鼓风机21、从上游侧向下游侧依次配设于该鼓风机21的送风路中的构成热泵循环的制冷用空气制冷剂热交换器22及制热用空气制冷剂热交换器23、切换门24，通过制冷用空气制冷剂热交换器22及制热用空气制冷剂热交换器23将温度调节的空气向车厢内吹出，进行车厢内的空气调节。
这样，空调系统10将从第一空气通路15的吸入口吸入的外部气体进行了热交换后向车厢外排气，由此，即使在热交换器14破损的情况下，也能够使混合有废气的空气不循环而排出到车厢外。另外，空调系统10在热交换器14中进行废气和外部气体的热交换，进而在显热交换器17中进行被加热的高温的外部气体和低温的外部气体的热交换这两个阶段的热交换，由此，即使在热交换器14破损的情况下，也能够防止废气流入到车厢内。另外，由于不需要在排气通路12设置检测废气浓度的装置及切断废气流入的装置，所以可以容易地进行空调系统10的维护保养。
(空调系统的车辆搭载配置)
图4是表示将图1所示的空调系统10搭载于车辆上的样子的概略图。如图4所示，第一空气通路15的吸入口使开口部朝向车辆后方，设于车辆底部，通过鼓风机16从吸入口吸入外部气体。另一方面，第一空气通路15的排出口设于车辆的地板下，从排出口排出的高温的外部气体在行驶中被导向轮胎的旋转产生的空气流。
另外，第二空气通路18的吸入口通常设于处于前风挡玻璃前方的前围上盖板下部，是已有的空气吸入口(HVAC的外部气体吸入口)。另一方面，第二空气通路18的排出口与HVAC20的鼓风机21直连(参照图1)。
(显热交换器的车辆搭载配置)
图5是从车辆的前方斜上方观察将图1所示的空调系统10搭载于车辆的样子的立体图，图6是从车辆的侧方观察到的侧面图。
根据这些图可知，显热交换器17以流路A朝向车辆的前后方向，流路B朝向车辆的左右方向的方式配置。另外，显热交换器17被配设在位于前风挡玻璃前方的前围上盖板的下部的、导入外部气体的进气道的内部。由此，由于将显热交换器17离开排气通路12而配置，所以能将清洁的外部气体取入车厢内。
(实施方式1的效果)
实施方式1中，从第一空气通路15的吸入口吸入的外部气体在被热交换后向车厢外排气。其结果，即使在热交换器14破损的情况下，混合有废气的空气也不会循环而向车厢外排气。如上所述，根据实施方式1，废气中所含的物质不会蓄积于第一空气通路15内，能够防止热交换效率的下降。
而且，由于废气中所含的物质未蓄积于第一空气通路15内，所以即使在热交换器14破损的情况下，也能够防止构成废气的第一空气通路15的配管的劣化。
另外，根据实施方式1，由于具备进行废气与外部气体的热交换的热交换器14和进行在热交换器14中被加热的高温的外部气体与被导入车厢内的低温的外部气体的热交换的显热交换器17，从而即使在热交换器14破损的情况下，也能够防止废气向车厢内的流入。
另外，第一空气通路15不是循环通路，由此，即使将第一热交换器和第二热交换器配置在分开的位置，也能够减少构成第一空气通路15的配管，因此，可以在这些配置上具有自由度。
另外，通过使显热交换器17离开排气通路12而配置，可以将清洁的外部气体取入车厢内。
而且，由于不需要在排气通路12设置检测废气浓度的装置及切断废气的流入的装置，所以能容易地进行空调系统10的维护保养。
此外，本实施方式中，如图3所示，以直交流式的情况为例对显热交换器进行了说明，但本发明不限于此。例如，如图7所示，也可以是对流式的显热交换器。
(实施方式2)
实施方式1中，对将连接热交换器和显热交换器的第一空气通路吸入口的开口部朝向车辆后方设置的情况进行了说明，但在本发明的实施方式2中，对将该第一空气通路吸入口的开口部朝向车辆前方设置的情况进行说明。
图8是表示本发明实施方式2的空调系统30的概略结构的图。图8与图1不同之处在于删除了鼓风机16。其它结构与图1相同。
图9是表示将图8所示的空调系统30搭载于车辆上的样子的概略图，图10是从车辆的前方斜上方观察将图8所示的空调系统30搭载于车辆上的样子的立体图。
如这些图所示，第一空气通路15的吸入口使开口部朝向车辆前方，设于车辆底部，利用车辆的行驶从吸入口吸入外部气体。由此，不需要在第一空气通路15内设置鼓风机，可以实现装置规模的消减及成本消减。
此外，第一空气通路15的吸入口在开口部朝向车辆前方时，可能吸入因轮胎卷起的泥、水、雪等而被堵塞。因此，需要在开口部设置过滤器、或在开口部的前方配置遮蔽板等。
(实施方式2的效果)
这样，根据实施方式2，通过将连接热交换器14和显热交换器17的第一空气通路吸入口的开口部朝向车辆前方而设置，可以利用车辆的行驶而从吸入口吸入外部气体，因此，不需要在第一空气通路15内设置鼓风机，可以实现装置规模的消减及成本消减。
(实施方式3)
实施方式1中，对向热交换器导入外部气体的情况进行了说明，但在本发明的实施方式3中，对由外部气体和车厢内的内部空气来切换导入热交换器的空气的情况进行说明。
图11是表示本发明实施方式3的空调系统40的概略结构的图。图11与图1不同之处在于追加了通过外部空气和车厢内的内部空气切换从第一空气通路15的吸入口吸入的空气的内外气体切换器31，其它结构与图1相同。
图12是表示将图11所示的空调系统40搭载于车辆上的样子的概略图。热交换器14遍及催化剂13下游侧的排气通路12整个区域而设置，第一空气通路15的吸入口设于排气通路12的排出口附近。
内外气体切换器31设于第一空气通路15的吸入口。另外，如图13所示，内外气体切换器31具备内部气体吸入口32和外部气体吸入口33，能切换内部气体吸入口32和外部气体吸入口33的开度。内部气体吸入口32与已有的空气(内部气体)排出口(例如后支柱附近、尾灯的图案附近等)连接，吸入内部气体。另外，外部气体吸入口33从车辆后方吸入外部气体。
内外气体切换器31在以低温起动发动机时，吸入内部气体，在发动机温度达到一定温度的情况下，吸入外部气体。由此，可以在以低温起动发动机时提高即热性及热效率，在发动机温度达到一定温度的情况下，可以抑制外部气体的温度过高，可以容易地调整温度、
(实施方式3的效果)
这样，根据实施方式3，设置由外部气体和内部气体切换从连接热交换器14和显热交换器17的第一空气通路15的吸入口吸入的空气的内外气体切换器31，在以低温起动发动机时吸入内部气体，由此，可以提高即热性，在发动机温度达到一定温度的情况下，通过吸入外部气体，可以抑制外部气体的温度过高，可以容易地调整温度。
(实施方式4)
实施方式1中，对向热交换器导入外部气体的情况进行了说明，但在本发明的实施方式4中，对将向热交换器导入的空气设为车厢内的内部气体的情况进行说明。
图14是表示本发明实施方式4的空调系统50的概略结构的图。图14与图1不同之处在于将吸入到第一空气通路15的吸入口的空气设为车厢内的内部气体，其它结构与图8相同。
图15是表示将图14所示的空调系统50搭载于车辆上的样子的概略图。热交换器14遍及催化剂13下游侧的排气通路12整个区域设置。
第一空气通路15具备内部气体吸入口32，内部气体吸入口32设于排气通路12的排出口附近。内部气体吸入口32与已有的空气(内部气体)排出口(例如后支柱附近、尾灯的图案等)连接，吸入内部气体。由此，与吸入低温的外部气体的情况相比，能够提高即热性和热效率。
(实施方式4的效果)
这样，根据实施方式4，通过从连接热交换器14和显热交换器17的第一空气通路15的内部气体吸入口32吸入内部气体，与吸入低温的外部气体的情况相比，可以提高即热性和热效率。
(其它实施方式)
如图16所示，也可以在上述的各实施方式的显热交换器17中设置蓄积热(热量)的蓄热材料51。图16中，在显热交换器17向车厢内的吹出口沿纵向排列多个蓄热材料51，蓄积通过显热交换器17被加热的外部气体的热。此外，蓄热材料51以不妨碍空气流动的方式设置。
由此，即使在发动机再起动时等废气不能达到充分的温度的情况下，也能够利用蓄积于蓄热材料51的热，可以提高即热性。
产业上的可利用性
本发明的车辆用制热装置可适用于具有汽油发动机或柴油发动机等内燃机的车辆。
符号说明
11发动机
12排气通路
13催化剂
14热交换器
15第一空气通路
16、21鼓风机
17显热交换器
20HVAC
22制冷用空气制冷剂热交换器
23制热用空气制冷剂热交换器
24切换门
31内外气体切换器
32内部气体吸入口
33外部气体吸入口
51蓄热材料

Claims (8)

1.一种车辆用制热装置，具备：
第一热交换器，其在从发动机排出的废气和从车厢外或车厢内导入的第一空气之间进行热交换；
第二热交换器，其在通过所述第一热交换器与所述废气进行了热交换的所述第一空气和从车厢外取入的第二空气之间进行热交换，并将热交换后的所述第一空气排出到车厢外，将热交换后的所述第二空气向车厢内供给。
2.如权利要求1所述的车辆用制热装置，其中，
所述第二热交换器是显热交换器。
3.如权利要求1或2所述的车辆用制热装置，其中，
所述第二热交换器被配设于前风挡玻璃的前方且导入外部气体的进气道内。
4.如权利要求1～3中任一项所述的车辆用制热装置，其中，
具备将从车厢外或车厢内导入的所述空气导向所述第一热交换器及所述第二热交换器的第一空气通路，
所述第一空气通路具有将热交换后的所述第一空气排出到车厢外的设于车辆的地板下的排气口。
5.如权利要求4所述的车辆用制热装置，其中，
所述第一空气通路在车辆底部具有开口部朝向车辆前方且吸入车厢外的空气的吸入口。
6.如权利要求4所述的车辆用制热装置，其中，
所述第一空气通路具有切换车厢外的空气和车厢内的空气并吸入的切换器。
7.如权利要求4所述的车辆用制热装置，其中，
所述第一空气通路具有吸入车厢内的空气的吸入口。
8.如权利要求1～7中任一项所述的车辆用制热装置，其中，
所述第二热交换器在所述第二空气的吹出口具有蓄积热量的蓄热材料。
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