JP3207661B2 - 温水循環式暖房装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、自動車用暖房装置な
どのように、温水を循環させる管路の途中に放熱器を接
続した温水循環式暖房装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年の自動車用暖房装置においては、放
熱器を流れる温水の流量は制御せずに、放熱器を流れる
空気の流量を制御することによって暖房能力を制御す
る、いわゆるエアミックス方式が主流となっている。

【０００３】しかしこの方式では、放熱器を流れる空気
と放熱器を迂回する空気の流れを大きなミックスドアに
よって制御するので、ミックスドアが回動するのに必要
な空間を確保する必要があり、そのため装置が大きなス
ぺースをとってしまう欠点がある。

【０００４】これに対して、放熱器を通る温水の流量を
制御することによって暖房能力を制御する方式を採用す
れば、エアミックス方式に比べて装置を大幅に小型化す
ることができる。

【０００５】そのような温水循環式暖房装置において、
暖房能力を下げるために温水の流量を小さくすると、放
熱器の温水入口部分だけが高温で、少し内部にいくと水
温が急激に下がってしまう現象が発生する。

【０００６】このような温度むらは、放熱器の熱交換性
能がよいほど極端なものになるが、自動車用暖房装置な
どでは、複数の吹き出し口から同時に空気を車室内に吹
き出すので、このような放熱器の表面の温度むらがある
と、各吹き出し口から出る空気の温度に差が出てしま
う。

【０００７】そこで従来は、例えば特開平５−２２１２
３４号に示されるように、放熱器の温水出口から出た水
の一部を、放熱器の温水入口に直接戻して、再び放熱器
内に送り込む強制循環管路を設けていた。

【０００８】そのように水の一部を強制循環させること
により、エンジン側から放熱器に送り込まれる温水の流
量が少ないときであっても、放熱器内に一定量以上の温
水が流れ、放熱器の温度むら発生を抑制することができ
る。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしそのような強制
循環管路を設けるには、強制循環のためのポンプが不可
欠であり、逆止弁なども取り付けることになる。そのた
め部品コスト及び組立コストなど製造コストが相当にア
ップしてしまい、コスト面から実用化が難しいという問
題がある。

【００１０】そこで本発明は、簡易でコストのかからな
い装置によって、放熱器に送り込まれる温水の流量が少
ないときでも放熱器の温度ムラを小さくすることができ
る温水循環式暖房装置を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明の温水循環式暖房装置は、温水を循環させる
管路の途中に放熱器を接続して、上記放熱器を通る温水
の流量を変えることにより暖房能力を制御するようにし
た温水循環式暖房装置において、上記放熱器に熱い温水
を送り込むための送水管路と上記放熱器から冷えた温水
を送り出すための戻り管路とを、一方が他方を囲む２重
管構造に形成して両管路内を通る温水の間で熱交換が行
われるようにすると共に、上記放熱器の温水入口と温水
出口とを、２重管構造の上記送水管路と戻り管路に対応
する２重筒構造に形成して、２重管構造の送水管路と戻
り管路を２重筒構造の放熱器の温水入口と温水出口に接
続したことを特徴とする温水循環式暖房装置。

【００１２】また、上記放熱器より上流側の管路の途中
に上記放熱器を通る温水の流量を調整するための流量調
整弁が設けられていて、その流量調整弁に、上記放熱器
へ熱い温水を送り出すための温水出口と上記放熱器から
送られてくる冷やされた温水を受け入れるための温水入
口とが２重筒構造に形成されていて、そこに２重管構造
の送水管路と戻り管路が接続されているようにしてもよ
い。

【００１３】

【作用】２重管構造に形成した送水管路と戻り管路を、
２重筒構造に形成した放熱器側の温水出入口に接続する
ことにより、送水管路内の熱い温水と戻り管路内の冷め
た温水との間で熱交換される。

【００１４】その結果、送水管路内の温水が冷やされ
て、放熱器に入る際の温度が下げられる。一方、放熱器
の最低温度は周囲の気温とほぼ同じでほとんど変動しな
い。したがって、入口温度が下がる分だけ放熱器の温度
ムラが小さくなる。

【００１５】

【実施例】図面を参照して実施例を説明する。図１にお
いて、１は自動車のエンジン、２はラジエタ、３は、車
室内の放熱器である。

【００１６】エンジン１からラジエタ２及び放熱器３へ
は、エンジン冷却水である温水が送水管路４を通って送
られ、戻り管路５を通ってエンジン１に戻される。６
は、そのようにエンジン冷却水を循環させるための循環
ポンプであり、エンジン１によって駆動される。

【００１７】このような構成によって、エンジン１を冷
却することによって暖められた温水（一般に、摂氏約８
２度）を放熱器３に流し、放熱器３に風を通すためのフ
ァン（図示せず）を回転させて、車室内に放熱し暖房す
ることができる。温水は、放熱器３を通過することによ
って温度が下がる。

【００１８】エンジン１から放熱器３に向かう送水管路
４の途中には、エンジン１から放熱器３に流れ込む温水
の流量を調整するための流量調整弁２０が介挿されてい
る。ここでの流量調整によって、放熱器３の放熱量（暖
房能力）が制御される。

【００１９】流量調整弁２０は、ソレノイド３０の電磁
力によって開閉駆動されて開度調整されるソレノイド駆
動弁である。３１はその電磁コイルである。流量調整弁
２０に対して温水をエンジン１から流入させる上流側送
水管路４ａと温水が流量調整弁２０から放熱器３に向か
って流出する下流側送水管路４ｂとの間には、断面形状
円形の第１の弁座２１が形成されている。

【００２０】また、上流側送水管路４ａと戻り管路５と
の間は、第１の弁座２１と同形状、同寸法の第２の弁座
２２を介して連通している。流量調整弁２０は、第１の
弁座２１に対して下流側から対向するテーパ状の第１の
弁部２０１と、それと対称の形状に形成されて戻り管路
５側から第２の弁座２２に対向する第２の弁部２０２と
を、それらより細い連結棒２０３で一体に連結して形成
されている。

【００２１】このような構成により、第１の弁部２０１
には、上流側送水管路４ａ内の水圧（Ｐ１）と下流側送
水管路４ｂ内の水圧（Ｐ２）との差圧（Ｐ１−Ｐ２）が
作用し、第２の弁部２０２には、上流側送水管路４ａ内
の水圧（Ｐ１）と戻り管路５内の水圧（Ｐ３）との差圧
（Ｐ１−Ｐ３）が、第１の弁部２０１とは正反対の向き
に作用する。

【００２２】また、前述のように、第１と第２の弁座２
１，２２が同寸法なので、第１と第２の弁部２０１，２
０２の有効受圧面積が等しい。したがって、上流側送水
管路４ａ内の水圧（Ｐ１）は第１の弁部２０１と第２の
弁部２０２とで相殺され、流量調整弁２０には、下流側
送水管路４ｂ内の水圧（Ｐ２）と戻り管路５内の水圧
（Ｐ３）との差圧（Ｐ２−Ｐ３）だけが作用する。

【００２３】しかしその差圧（Ｐ２−Ｐ３）は、自動車
用の温水循環式暖房装置などにおいては、例えば数十グ
ラム程度と極めて小さいので、ほとんど無視することが
でき、結局、流量調整弁２０の開度に対して水圧はほと
んど影響を及ぼさない。

【００２４】その結果、第１の弁部２０１はソレノイド
３０の電磁コイル３１に供給される電流値に対応して開
閉し（本実施例では、弁閉度が電流値に比例する）、電
流値と流量が規則正しく相関する部分を相当に広い範囲
（例えば流量にして１対１０の範囲）で得ることができ
る。

【００２５】ソレノイド３０は、戻り管路５を間に挟ん
で流量調整弁２０の第２の弁部２０２の背面に対向して
配置されていて、ソレノイド３０の可動鉄芯３４と第２
の弁部２０２の背面との間に、戻り管路５を横切って細
いロッド３５が介装されている。

【００２６】また、下流側送水管路４ｂ側には、流量調
整弁２０を閉じ方向に付勢する弱い圧縮コイルバネ２４
が設けられ、ソレノイド３０側には、それとは逆方向に
可動鉄芯３４を付勢する強い圧縮コイルバネ３６が設け
られている。

【００２７】したがって、ソレノイド３０の電磁コイル
３１に通電されていない状態では、両圧縮コイルバネ２
４，３６の付勢力の差によって流量調整弁２０の第１の
弁部２０１は全開になっていて、第２の弁部２０２は全
開になっている。

【００２８】そしてソレノイド３０の電磁コイル３１に
通電をすると、可動鉄芯３４が電磁コイル３１側に吸引
をされて引き寄せられて、流量調整弁２０が閉じ方向に
移動する。

【００２９】このようにして流量調整弁２０の第１と第
２の弁部２０１，２０２の開度が調整されて、放熱器３
に送られる温水の流量が制御されるが、その際、前述の
ように温水の水圧は開度調整にほとんど影響を及ぼさな
い。

【００３０】したがって、流量調整弁２０の開度は、二
つの圧縮コイルバネ２４，３６の付勢力とソレノイド３
０の吸引力との釣り合いによって決まり、ソレノイド３
０の電磁コイル３１への通電電流値によって、放熱器３
に送られる温水流量を制御することができる。その際両
弁部２０１，２０２の有効受圧面積が等しいので、この
流量調整弁２０の開度調整に温水圧が影響しない。

【００３１】また、第１の弁部２０１を通って上流側送
水管路４ａから下流側送水管路４ｂに流れる温水の水量
と、第２の弁部２０２を通って上流側送水管路４ａから
戻り管路５に流れる水量とはほぼ反比例し、その流量の
和はほとんど変化しない。

【００３２】したがって、第１の弁部２０１が閉じ方向
にあって、上流側送水管路４ａ内の水圧（Ｐ１）と戻り
管路５内の水圧（Ｐ３）との差圧（Ｐ１−Ｐ３）が増大
しようとすると、第２の弁部２０２が開いて上流側送水
管路４ａから戻り管路５への温水流量が増加するので、
上流側送水管路４ａ内の水圧（Ｐ１）が下がり、差圧
（Ｐ１−Ｐ３）が大きくならない。それによって、循環
ポンプ６の揚水能力を確保することができる。

【００３３】そして、第１の弁部２０１の開度が極端に
小さくない範囲では、ソレノイド３０の電磁コイル３１
に対して供給する電流値を変化させることによって、そ
れに比例して流量を制御することができる。

【００３４】第１の弁部２０１の開度が小さい範囲で
は、電磁コイル３１にパルス電流を供給してそのパルス
幅を変化させることによって流量制御を行うとよい。そ
のようにすることによって、広い範囲にわたって正確な
流量制御を行うことができる。

【００３５】流量調整弁２０と放熱器３との間では、送
水管路４と戻り管路５とが、送水管路４の周りを戻り管
路５が囲む２重管構造に形成されていて、両管路４，５
内の温水の間で熱交換が行われるようになっている。

【００３６】図７は、送水管路４内と戻り管路５内及び
放熱器３内の水温を、位置を横軸にとって示したもので
ある。図７に示されるように、送水管路４内の温水と戻
り管路５内の温水との間で熱交換されることにより、送
水管路４内の温水が冷やされて、放熱器３に入る際の温
度が大幅に下げられる。一方、放熱器３の最低温度は周
囲の気温とほぼ同じでほとんど変動しない。

【００３７】その結果、熱交換が無ければＡで示される
ように放熱器３内で大きな温度ムラが生じるのが、熱交
換を行わせることによりＢで示されるように小さな温度
ムラになる。破線は、熱交換がない場合を示している。

【００３８】図１に戻って、２重管部において送水管路
４を形成する送水管５１は、銅、アルミニウム又は真ち
ゅうなどのように熱伝導率の高い金属製パイプで形成さ
れている。

【００３９】一方、戻り管路５を形成する戻り管５２
は、ナイロン、ポリウレタン又はその他の可撓性のある
合成樹脂製のチューブで形成されている。両管５１，５
２は、配管通路に合わせて曲げて形成することができ
る。

【００４０】その場合、戻り管５２は単純なチューブ状
に形成してもよいが、例えば図２に示されるように、内
側の送水管５１との間に一定の間隔が確保されるよう
に、複数のリブ５３を放射状に内方に向けて突設しても
よい。

【００４１】なお、送水管５１と戻り管５２は各々上記
以外の材料で形成してもよく、送水管５１を戻り管５２
と同じ例えばナイロン等の合成樹脂材料で形成した場合
には、図３に示されるように、両管５１，５２及びリブ
５３を一体に形成してもよい。両管５１，５２をこのよ
うに一体成形すれば、非常に低コストで製造することが
できる。

【００４２】再び図１に戻って、この実施例において
は、送水管５１と戻り管５２の両端部はほとんど同じ構
造であり、プラスチック製の接続筒５５，５５が戻り管
５２の両端部に水密に接着により接続されている。

【００４３】接続筒５５は、その中央部分付近におい
て、図４に示されるように放射状のリブ５６によって中
心輪５７が支持され、その中心輪５７内に図１に示され
るように送水管５１が嵌挿されている。なお、全体とし
て楕円形断面に形成してもよい。

【００４４】そして送水管５１には、中心輪５７から出
たすぐの位置に外方に小さく突出するビード５８，５９
が形成されていて、二つのビード５８，５９部分で両端
の中心輪５７，５７を挟み付けるようにして固定されて
いる。

【００４５】ただし、放熱器３との接続側では、図５に
示されるように、組立前に大きなビード５９が全周にわ
たって突出形成されて中心輪５７に当接しているが、流
量調整弁２０との接続側では、図６に示されるように、
組立時に送水管５１を中心輪５７に通した後に、中心輪
５７の外側に接する位置に小さなビード５８が部分的に
突出形成されて、そこに係合させたバックアップリング
６１が中心輪５７に当接している。

【００４６】このような２重管が接続される流量調整弁
２０側は、図１に示されるように、送水管路４の温水出
口４１と戻り管路５の温水入口４２とが、２重管構造の
送水管５１と戻り管５２に対応する２重筒構造に形成さ
れていて、内側の温水出口４１に送水管５１の突出端が
嵌挿され、外側の温水入口４２に接続筒５５の外周先端
が嵌挿されている。

【００４７】その内外両嵌合部共に、シール用のＯリン
グ６３，６４が装着されていて、内側のＯリング６３は
図６にも示されるようにバックアップリング６５によっ
て押さえられ、外側のＯリング６４は接続筒５５によっ
て押さえられる。

【００４８】そして上述のような接続状態にした後、接
続される両者の外周端部に突設されたフランジ部６６，
６７を、弾力的に開閉可能な板ばね材からなるいわゆる
クイックファスナー６８で挟み付けて固定することによ
り、接続状態が固定される。

【００４９】放熱器３は、内部で入口室７１と出口室７
２とに２分割されていて、各室７１，７２に連通して多
数の細い送水チューブ７３，７４が平行に配置され、そ
れら送水チューブ７３，７４間に放熱用のフィン７５が
取り付けられている。

【００５０】そして、図示されていない放熱器３の奥の
部分では、入口室７１側と出口室７２側とが一つに集合
されている。したがって、入口室７１へ入って往き側の
送水チューブ７３内を通って送られてきた温水がそこで
向きを変えて、戻り側の送水チューブ７４を通って出口
室７２へ送られる。なお、各接続部には水漏れを防ぐた
めのパッキン類が設けられているが、その図示は省略さ
れている。

【００５１】放熱器３の温水入口７７と温水出口７８の
部分は、流量調整弁２０の接続部と同じ構造になってい
て、２重管構造の送水管５１と戻り管５２に対応する、
円形又は楕円形断面の２重筒構造になっている。そし
て、内側の温水入口７７に送水管５１の突出端が嵌合
し、外側の温水出口７８に接続筒５５の外周先端が嵌合
している。

【００５２】内外の両嵌合部にはシール用のＯリング８
１，８２が装着されていて、内側のＯリング８１は、ビ
ード５９との間に介装されたバックアップリング８３に
よって押さえられ、外側のＯリング８２は接続筒５５に
よって押圧されている。

【００５３】そして、接続筒５５と放熱器３とは、隣接
して両者の外周端部に突設されたフランジ部８５，８６
をいわゆるクイックファスナー８７で挟み付けて固定す
ることにより、接続状態が固定されている。

【００５４】なお、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、例えば、２重管と２重筒の接続部の具体構
造は他の構成をとってもよく、また、送水管５１と戻り
管５２を、放熱器３に対してだけ上述のような２重管と
２重筒の接続構造にし、両管５１，５２の他端側は互い
に分離して相手に接続するようにしてもよい。

【００５５】

【発明の効果】本発明によれば、温水循環管路での熱交
換により、温水流量が小さいときほど送水管路から放熱
器へ入る温水の温度が下げられ、放熱器内の温度ムラを
小さくすることができる。しかも、そこで奪われた熱は
循環管路の戻り管路側に与えられるので、熱のロスもほ
とんど無い。

【００５６】そしてそのために必要な構成は、送水管路
と戻り管路の間で熱交換を行うための２重管を設けるだ
けで済み、配管と放熱器との接続などは極めて簡単に行
うことができるので、非常に低い製造コストで装置を構
成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例の全体構成図である。

【図２】実施例の部分断面図である。

【図３】実施例の部分断面図である。

【図４】実施例の部分断面図である。

【図５】実施例の部分断面図である。

【図６】実施例の部分断面図である。

【図７】実施例の温水の温度特性線図である。

【符号の説明】

３ 放熱器 ４ 送水管路 ５ 戻り管路 ５１ 送水管 ５２ 戻り管 ７７ 温水入口 ７８ 温水出口

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B60H 1/08 F28F 9/02 301 F24H 9/00

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】温水を循環させる管路の途中に放熱器を接
   続して、上記放熱器を通る温水の流量を変えることによ
   り暖房能力を制御するようにした温水循環式暖房装置に
   おいて、 上記放熱器に熱い温水を送り込むための送水管路と上記
   放熱器から冷えた温水を送り出すための戻り管路とを、
   一方が他方を囲む２重管構造に形成して両管路内を通る
   温水の間で熱交換が行われるようにすると共に、上記放
   熱器の温水入口と温水出口とを、２重管構造の上記送水
   管路と戻り管路に対応する２重筒構造に形成して、２重
   管構造の送水管路と戻り管路を２重筒構造の放熱器の温
   水入口と温水出口に接続したことを特徴とする温水循環
   式暖房装置。
2. 【請求項２】上記放熱器より上流側の管路の途中に上記
   放熱器を通る温水の流量を調整するための流量調整弁が
   設けられていて、その流量調整弁に、上記放熱器へ熱い
   温水を送り出すための温水出口と上記放熱器から送られ
   てくる冷やされた温水を受け入れるための温水入口とが
   ２重筒構造に形成されていて、そこに２重管構造の送水
   管路と戻り管路が接続されている請求項１記載の温水循
   環式暖房装置。