JP2786904B2 - 排気熱を利用する自動車用暖房装置 - Google Patents

排気熱を利用する自動車用暖房装置

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JP2786904B2
JP2786904B2 JP1273733A JP27373389A JP2786904B2 JP 2786904 B2 JP2786904 B2 JP 2786904B2 JP 1273733 A JP1273733 A JP 1273733A JP 27373389 A JP27373389 A JP 27373389A JP 2786904 B2 JP2786904 B2 JP 2786904B2
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steam
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working fluid
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申一 佐藤
浩 荻野
智明 三輪
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    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) この発明に係る排気熱を利用する自動車用暖房装置
は、ヒートパイプの原理を利用する事で、エンジンから
排出される排気の熱により、車室内の暖房を行なうもの
である。
(従来の技術) 排気熱を利用して車室内の暖房を行なう暖房装置の場
合、冷却水の熱を利用して暖房を行なう装置に比べて立
ち上がり早く(暖房感を得られる迄に要する時間が短
く)、又、寒冷地等に於いて、冷却水の熱を利用するだ
けでは十分な暖房感を得られない場合にも、これを十分
に補助する事が出来る為、従来から各種構造のものが研
究されている。この内、ヒートパイプの原理を利用して
排気熱を回収し、車室内の暖房を行なう自動車用暖房装
置として従来から、実開昭63−114806号公報等に開示さ
れたものが知られている。
この様な、ヒートパイプの原理を応用した、排気熱を
利用する自動車用暖房装置は、例えば第3図に示す様に
構成される。
この第3図に於いて1は、自動車用エンジン2から排
出される排気を流通させる排気管で、この排気管1の途
中には、第一、第二の排気流路3、4を、互いに並列に
設けている。この内の第一の排気流路3内には、純水等
の作動流体を加熱蒸発させる為の加熱器5を設けてお
り、この加熱器5の蒸気出口に、蒸気送り出し管6の一
端を接続している。
排気管1の途中で、上記第一、第二の排気流路3、4
の上流側には、加熱器5を配置した第一の排気流路3へ
の排気の送り込みとその停止とを制御する、排気流路切
換ドア7を設けて、加熱器5での、作動流体の加熱量の
調節を自在としている。
一方、送風機8によって、暖房用の空気を流通させる
ダクト内には、温水(エンジン用冷却水)を循環させる
ヒータコア9と直列に、コンデンサ10を配置している。
このコンデンサ10の蒸気入口は、上記蒸気送り出し管6
の他端に接続しており、このコンデンサ10の出口に一端
を接続し、途中に貯液器11、仕切弁12を設けた戻し管13
の他端を、前記蒸気送り出し管6の一部を介して加熱器
5に通じさせ、コンデンサ10内で凝縮液化した作動流体
を、上記加熱器5に戻す様にしている。
14は、排気流路切換ドア7駆動用のアクチュエータ、
15は、蒸気送り出し管6の途中に設けた安全弁、16は、
蒸気送り出し管6内をコンデンサ10に向けて送られる、
蒸気の温度を検出する為の温度センサ、17は、コンデン
サ10の頂部の温度を検出する為の温度センサ、18は、前
記ヒータコア9に送り込まれる温水の温度を検出する為
の温度センサ、19は、ヒータコア9とコンデンサ10とを
通過した後の空気の温度を検出する温度センサ、20は、
作動流体中に混入した空気を排出する為、コンデンサ10
の頂部に設けた電磁開閉弁、21は、この電磁開閉弁20と
直列に設けたリリーフ弁である。
前記排気流路切換ドア7の切り換えと、仕切弁12と開
閉とを制御する為の制御器(図示せず)は、上記各温度
センサ16〜19からの信号に応じて、排気流路切換ドア7
の切り換えと、仕切弁12の開閉とを行なわせる。
上述の様に構成される、従来の排気熱を利用する自動
車用暖房装置により、車室内の暖房を行なう場合、排気
流路切換ドア7を第3図に鎖線で示す様に切り換えると
共に、仕切弁12を開き、送風機8を運転する。
この結果、加熱器5内に存在する作動流体が蒸発し、
蒸気送り出し管6を通じて、コンデンサ10に送り込まれ
る。そして、このコンデンサ10内で作動流体の蒸気は、
送風機8によってダクト(図示せず)内に吸引され、こ
のダクト内を流れる空気との間で、熱交換を行なって凝
縮し、戻し管13、貯液器11、仕切弁12、蒸気送り出し管
6の一部を通じて前記加熱器5に戻され、再び蒸発する
サイクルを繰り返し行なう。ダクト内での熱交換によっ
て温度上昇した空気は、ダクトの下流端に設けた、適当
な吹き出し口から車室内に吹き出し、この車室内の暖房
に供される。
暖房装置を使用しない場合、或はヒータコア9による
暖房で十分な場合には、排気流路切換ドア7を、第3図
の実線で示す状態に切り換えると共に、仕切弁12を閉じ
る。
この結果、加熱器5に高温の排気が送り込まれなくな
ると共に、作動流体が貯液器11に溜められたまま、加熱
器5には送り込まれない状態となって、コンデンサ10の
温度が上昇する事もなくなる為、ダクト内を流通する空
気の温度が過度に上昇する事もなくなる。
(発明が解決しようとする課題) ところで、上述の様に構成され作用する、排気熱を利
用する自動車用暖房装置を、現実の自動車用暖房装置に
組み込む場合、次に述べる様な、解決しなければならな
い問題点が存在する。
即ち、実際の暖房装置を構成する場合には、コンデン
サ10に空気を送り込む為の送風機8として、速度可変式
のものを使用するが、この様な場合には、コンデンサ10
の表面温度が一定とすると、送風機8の運転速度によ
り、暖房装置の吹き出し口からの吹き出し空気温度が変
化してしまう。
即ち、表面温度が一定のコンデンサ10に送り込む空気
の流速を速くした場合には、吹き出し空気の温度が低く
なり、反対に、空気の流速を低くした場合には、吹き出
し空気の温度が高くなってしまう。
この様に、送風機8の運転速度の変化に対応して、吹
き出し空気の温度が変化すると、乗員に不快感を与える
場合がある為、好ましくない。
又、送風機8の運転速度に応じて、コンデンサ10での
作動流体の放熱量が変化する為、送風機8の運転速度に
応じた制御を行なわないと、排気熱を利用する自動車用
暖房装置内部の圧力を適性範囲に維持し難くなる。
本発明の排気熱を利用する自動車用暖房装置は、上述
の様な不都合を解消するものである。
(課題を解決する為の手段) 本発明の排気熱を利用する自動車用暖房装置は、前述
した従来からの排気熱を利用する自動車用暖房装置の場
合と同様に、自動車用エンジンから排出される排気を流
通させる排気管の途中に、互いに並列に設けられた第
一、第二の排気流路と、同じくこの排気管の途中でこれ
ら第一、第二の排気流路の上流側に設けられ、これら第
一、第二の排気流路の内の一方の排気流路にのみ排気を
流す方向に切り換え自在な排気流路切換ドアと、上記第
一の排気流路内に設けられた加熱器と、この加熱器の蒸
気出口に一端を接続した蒸気送り出し管と、暖房用の空
気を流通させるダクト内に配置され、蒸気入口を上記蒸
気送り出し管の他端に接続したコンデンサと、このコン
デンサの出口に一端を接続し、コンデンサ内で凝縮液化
した作動流体を、上記加熱器に戻す戻し管と、この戻し
管の途中に、コンデンサの側から順に設られた貯液器及
び仕切弁と、上記ダクト内に空気を流通させる為の、速
度可変式の送風機とから構成されている。
更に、本発明の排気熱を利用する自動車用暖房装置に
於いては、上記送風機の運転速度を検出する為の検出手
段と、上記コンデンサに送り込まれる作動流体蒸気の温
度を検出する為の蒸気温度センサと、上記検出手段から
送り込まれる信号に基づいて、所定の吹き出し空気温度
を得る為の目標蒸気温度を求める演算手段と、この演算
手段により求められた目標蒸気温度と上記蒸気温度セン
サが求めた作動流体蒸気の温度とを比較する比較手段
と、この比較手段から送り込まれる信号に基づいて、上
記排気流路切換ドアの切り換えと上記仕切弁の開閉とを
制御する制御器とを有する。
そして、この制御器は、目標蒸気温度が上記蒸気温度
センサが求めた作動流体蒸気の温度よりも高い場合に、
上記排気流路切換ドアを上記第一の排気流路に向けて排
気を流す方向に切り換えると共に上記仕切弁を開き、目
標蒸気温度が上記蒸気温度センサが求めた作動流体蒸気
の温度よりも低い場合に、少なくとも上記排気流路切換
ドアを上記第二の排気流路に向けて排気を流す方向に切
り換える。
(作 用) 上述の様に構成される、本発明の排気熱を利用する自
動車用暖房装置は、送風機の運転速度に応じ、蒸気温度
センサが検出する、コンデンサに送り込まれる作動流体
蒸気の温度が、所定の吹き出し空気温度を得る為の目標
蒸気温度に近付く様に、少なくとも排気流路切換ドアの
切り換えを行なう。
この為、上記吹き出し空気温度の変動が少なく抑えら
れ、併せて、暖房装置内部の圧力を適性範囲に維持する
事が容易となる。
(実施例) 次に、図面を参照しつつ、本発明を更に詳しく説明す
る。
第1図は本発明の排気熱を利用する自動車用暖房装置
の制御部を示すブロック図、第2図はこの装置の作用を
示すフローチャートである。
尚、本発明の排気熱を利用する自動車用暖房装置の基
本的構造自体は、前述の第3図に示した自動車用暖房装
置と同様である為、重複する説明は省略し、以下本発明
の特徴部分に就いて説明する。
第1図に於いて22は、送風機8の運転速度を検出する
為の検出手段、23は蒸気温度センサで、この蒸気温度セ
ンサ23は、加熱器5で蒸発した作動流体蒸気を凝縮さ
せ、暖房用の空気を加温する為のコンデンサ10(第3図
参照)に送り込まれる作動流体蒸気の温度T2を検出す
る。
24は演算手段で、この演算手段24は、上記検出手段22
から送り込まれる信号に基づき、暖房装置の温度調節器
の制御レバー位置等に応じて定まる所定の吹き出し空気
温度を得る為に必要とされる作動流体蒸気の温度であ
る、目標蒸気温度T1を求める。
25は比較手段で、この比較手段25は、上記演算手段24
により求められた目標蒸気温度T1と上記蒸気温度センサ
23が求めた作動流体蒸気の温度T2とを比較し、その結果
を表わす信号を、次述する制御器26に送り出す。
制御器26は、上記比較手段25から送り込まれる信号に
基づいて、第一、第二の排気流路3、4の上流側に設け
た排気流路切換ドア7の切り換えと、貯液器11と加熱器
5(第3図)との間に設けた仕切弁12の開閉とを制御す
る。
即ち、この制御器26は、目標蒸気温度T1が、蒸気温度
センサ23が求めた作動流体蒸気の温度T2よりも高い場合
(T1>T2)に、上記排気流路切換ドア7を、加熱器5を
設けた第一の排気流路3に向けて排気を流す方向に切り
換えると共に、上記仕切弁12を開く。又、目標蒸気温度
T1が、上記蒸気温度センサ23が求めた作動流体蒸気の温
度T2よりも低い場合(T1<T2)に、少なくとも上記排気
流路切換ドア7を、上記加熱器5をバイパスさせる為の
第二の排気流路4に向けて排気を流す方向に切り換える
と共に、必要とすれば、上記仕切弁12を閉じる。
上述の様に構成される、本発明の排気熱を利用する自
動車用暖房装置は、コンデンサ10に通風する為の送風機
8の運転速度に応じ、蒸気温度センサ23が検出する、コ
ンデンサ10に送り込まれる作動流体蒸気の温度T2が、所
定の吹き出し空気温度を得る為の目標蒸気温度T1に近付
く様に、排気流路切換ドア7の切り換えと仕切弁12の開
閉とが行なわれる。
即ち、作動流体蒸気の温度T2が低く、そのままでは吹
き出し空気の温度が低くなり過ぎる様な場合には、排気
流路切換ドア7を、加熱器5を設けた第一の排気流路3
に向けて排気を流す方向に切り換えると共に、上記仕切
弁12を開いて、加熱器5で蒸発した作動流体蒸気を、コ
ンデンサ10内に送り込み、このコンデンサ10を通過する
空気の温度を高くする。
反対に、作動流体蒸気の温度T2が高く、そのままでは
吹き出し空気の温度が高くなり過ぎる様な場合には、排
気流路切換ドア7を、加熱器5をバイパスさせる為の第
二の排気流路4に向けて排気を流す方向に切り換えると
共に、必要とすれば、上記仕切弁12を閉じて、加熱器5
内に作動流体を送り込まない状態とし、コンデンサ10に
も作動流体蒸気を送り込まない様にする事で、このコン
デンサ10を通過する空気の温度を低くする。
この為、暖房装置の吹き出し空気温度の変動が少なく
抑えられ、併せて、暖房装置内部の圧力を適性範囲に維
持する事が容易となる。
尚、作動流体蒸気の温度T2は、排気流路切換ドア7
を、第二の排気流路4に排気を流す方向に切り換える事
のみで、或る程度低く出来る為、上記温度T2を低くする
場合には、必ずしも仕切弁12を閉じる必要はない。
(発明の効果) 本発明の排気熱を利用する自動車用暖房装置は、以上
に述べた通り構成され作用する為、吹き出し空気温度の
変動を少なく抑える事で、乗員に不快感を与える事がな
くなると共に、暖房装置内部の圧力を適性範囲に抑える
事が容易となる為、暖房装置の耐久性が向上する。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の排気熱を利用する自動車用暖房装置の
制御部を示すブロック図、第2図はこの装置の作用を示
すフローチャート、第3図は本発明の対象となる、排気
熱を利用する自動車用暖房装置の1例を示す断面図であ
る。 1:排気管、2:自動車用エンジン、3:第一の排気流路、4:
第二の排気流路、5:加熱器、6:蒸気送り出し管、7:排気
流路切換ドア、8:送風機、9:ヒータコア、10:コンデン
サ、11:貯液器、12:仕切弁、13:戻し管、14:アクチュエ
ータ、15:安全弁、16、17、18、19:温度センサ、20:電
磁開閉弁、21:リリーフ弁、22:検出手段、23:蒸気温度
センサ、24:演算手段、25:比較手段、26:制御器。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】自動車用エンジンから排出される排気を流
    通させる排気管の途中に、互いに並列に設けられた第
    一、第二の排気流路と、同じくこの排気管の途中でこれ
    ら第一、第二の排気流路の上流側に設けられ、これら第
    一、第二の排気流路の内の一方の排気流路にのみ排気を
    流す方向に切り換え自在な排気流路切換ドアと、上記第
    一の排気流路内に設けられた加熱器と、この加熱器の蒸
    気出口に一端を接続した蒸気送り出し管と、暖房用の空
    気を流通させるダクト内に配置され、蒸気入口を上記蒸
    気送り出し管の他端に接続したコンデンサと、このコン
    デンサの出口に一端を接続し、コンデンサ内で凝縮液化
    した作動流体を、上記加熱器に戻す戻し管と、この戻し
    管の途中に、コンデンサの側から順に設られた貯液器及
    び仕切弁と、上記ダクト内に空気を流通させる為の、速
    度可変式の送風機とから成る、排気熱を利用する自動車
    用暖房装置に於いて、上記送風機の運転速度を検出する
    為の検出手段と、上記コンデンサに送り込まれる作動流
    体蒸気の温度を検出する為の蒸気温度センサと、上記検
    出手段から送り込まれる信号に基づいて、所定の吹き出
    し空気温度を得る為の目標蒸気温度を求める演算手段
    と、この演算手段により求められた目標蒸気温度と上記
    蒸気温度センサが求めた作動流体蒸気の温度とを比較す
    る比較手段と、この比較手段から送り込まれる信号に基
    づいて、上記排気流路切換ドアの切り換えと上記仕切弁
    の開閉とを制御する制御器とを有し、この制御器は、目
    標蒸気温度が上記蒸気温度センサが求めた作動流体蒸気
    の温度よりも高い場合に、上記排気流路切換ドアを上記
    第一の排気流路に向けて排気を流す方向に切り換えると
    共に上記仕切弁を開き、目標蒸気温度が上記蒸気温度セ
    ンサが求めた作動流体蒸気の温度よりも低い場合に、少
    なくとも上記排気流路切換ドアを上記第二の排気流路に
    向けて排気を流す方向に切り換える事を特徴とする、排
    気熱を利用する自動車用暖房装置。
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