JP3395829B2 - 車両用暖房装置 - Google Patents

車両用暖房装置

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JP3395829B2 JP2832198A JP2832198A JP3395829B2 JP 3395829 B2 JP3395829 B2 JP 3395829B2 JP 2832198 A JP2832198 A JP 2832198A JP 2832198 A JP2832198 A JP 2832198A JP 3395829 B2 JP3395829 B2 JP 3395829B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、エンジンの排気熱
を利用して車室内を暖房する車両用暖房装置に関する。
【０００２】
【従来技術】近年、燃費向上やエミッション低減等を目
的とした希薄燃焼によりエンジンの発熱量は次第に低下
する傾向にあり、従来からのエンジン冷却水の熱を利用
した暖房装置では暖房熱量が不足することから、その補
助としてエンジンの排気熱を利用した暖房装置が数多く
提案されている。例えば、実開平２−７６８９号公報に
記載のものでは、エンジンの排気経路中に受熱部を、空
調装置のエアダクト内に放熱部をそれぞれ設け、受熱部
内において排気熱で蒸発した作動流体をヒートパイプを
経て放熱部まで案内してエアダクト内を流れる空調空気
と熱交換させるとともに、その後に凝縮・液化した作動
流体をヒートパイプにて受熱部に戻し、このサイクルを
繰り返すことで排気熱と空調空気との熱交換を行ってい
る。
【０００３】そして、この車両用暖房装置では、夏場や
高負荷運転時のように排気温度の上昇に伴って熱交換量
が過剰になったとき等は、エンジン冷却水を利用した復
水器でヒートパイプ内の蒸気を凝縮・液化してリザーブ
タンク内に一旦貯留し、実際に熱交換に供される作動流
体の量を減らすことで、空調空気の過熱を防止してい
る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従来の車両用暖房装置
は、上記のように排気温度の上昇により発生した余剰熱
をエンジン冷却水に吸収させて熱交換量を制限している
が、本来、このような高負荷運転時や夏場等には車両冷
却系の熱的余裕もそれ程ないため、冷却水温の上昇に伴
ってオーバーヒートを発生させる虞があった。
【０００５】一方、上記のように放熱部で直接的に空調
空気を暖める暖房装置の他に、放熱部で暖房用のヒータ
コアを流れるエンジン冷却水を加熱して、そのヒータコ
アにより間接的に空調空気を暖める形式の暖房装置もあ
る。しかしながら、このような暖房装置でも上記した復
水器による対策を実施することでオーバーヒートの虞が
あるばかりでなく、そもそも過剰な熱交換量が冷却水温
の上昇に直結してしまうため、上記と同様にオーバーヒ
ートの防止が課題となっていた。
【０００６】本発明の目的は、排気熱の補助により十分
な暖房能力を確保した上で、排気温度の上昇時にオーバ
ーヒートを発生させることなく熱交換量を制限すること
ができる車両用暖房装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１の発明では、受熱用熱交換器によりエンジ
ンの排気熱を受熱した作動流体をヒートパイプにて放熱
用熱交換器まで案内して、空調空気と直接的或いは間接
的に熱交換させるとともに、前記ヒートパイプを流れる
作動流体の熱を放熱制御手段で大気中に放出可能とし、
放熱制御手段を露出・隠蔽する遮蔽部材を設けたたた
め、排気温度の上昇に伴って熱交換量が過剰になったと
き等は、遮蔽部材を開放位置に切換えて放熱制御手段を
露出させ、放熱制御手段にてヒートパイプ中の作動流体
の熱を大気中に放出して、エンジン冷却水温を上昇させ
ることなく熱交換量を制限可能となる。また、請求項２
の発明では、受熱用熱交換器によりエンジンの排気熱を
受熱した作動流体を第１のヒートパイプにて第１のタン
クまで案内して、第１のタンクの熱を放熱制御手段の熱
伝導部材により第２のタンクに伝導させ、第２のタンク
内で受熱した作動流体を第２のヒートパイプにて放熱用
熱交換器まで案内して、空調空気と直接的或いは間接的
に熱交換させるとともに、前記熱伝導部材の熱を大気中
に放出可能とし、放熱制御手段を露出・隠蔽する遮蔽部
材を設けたたため、排気温度の上昇に伴って熱交換量が
過剰になったとき等は、遮蔽部材を開放位置に切換えて
放熱制御手段を露出させ、熱伝導部材の熱を大気中に放
出して、エンジン冷却水温を上昇させることなく熱交換
量を制限可能となる。また、熱交換量の最大値は、熱伝
導部材の数、形状、材質を適宜変更することで任意に設
定可能となる。
【０００８】
【発明の実施の形態】（第一実施例）以下、本発明を具
体化した車両用暖房装置の第一実施例を説明する。図１
に示すように、車両の空調用エアダクト１内には暖房用
のヒータコア２が配設され、そのヒータコア２には導入
パイプ３及び排出パイプ４を経てエンジン冷却水が矢印
方向に循環している。図示はしないがエアダクト１内に
はファンにて矢印方向の送風がなされ、ヒータコア２に
よって暖められた空気は、ダンパの切換に応じてエバポ
レータにて冷やされた空気と混合されて車室内に導入さ
れ、これにより暖房、冷房、除湿が適宜行われる。
【０００９】ヒータコア２の導入パイプ３には放熱部５
ａ（実線で示す）が介装され、この放熱部５ａはエンジ
ンの排気経路６に設けられた受熱部５ｂに対し、内部の
気密を保持した状態でヒートパイプ５により接続されて
いる。放熱部５ａに対して受熱部５ｂはより低位置にあ
り、その受熱部５ｂの内部には水やアルコール等の作動
流体が封入されている。そして、排気経路６を流れる排
気ガスの熱により受熱部５ｂが加熱されると、内部の作
動流体が蒸発して蒸気としてヒートパイプ５を経て放熱
部５ａまで案内され、その熱にて前記ヒータコア２の導
入パイプ３を流れる冷却水が加熱される。一方、熱交換
により凝縮・液化した作動流体はヒートパイプ５の内壁
を伝って受熱部５ｂまで戻され、このサイクルを繰り返
すことで排気熱と冷却水との熱交換が行われる。
【００１０】図１乃至図３に示すように、ヒートパイプ
５の中間部分は車両のエンジンルーム７内まで延長され
て放熱制御部８が設けられ、フロントグリル等を介して
車両の前方或いは床下より取り入れられた走行風Ｓに放
熱制御部８が晒されるようになっている。放熱制御部８
の本体ケース９は上下に延びる円柱状をなし、その上部
をアッパタンク１０、下部をロアタンク１１、両タンク
１０，１１の間をコア部１２としている。コア部１２は
上下に延びる多数のチューブ１２ａと各チューブ１２ａ
間のフィン１２ｂとから構成され、各チューブ１２ａを
介してアッパタンク１０内とロアタンク１１内は相互に
連通している。各チューブ１２ａは前記した走行風Ｓの
流れと直交する方向に列設されていることから、走行風
Ｓは各チューブ１２ａ間を経てコア部１２の前方から後
方に通過し、その際にフィン１２ｂと共に各チューブ１
２ａを冷却する。
【００１１】本体ケース９の上側及び下側には、これと
同径の有底円筒状をなす断熱カバー１３ａ，１３ｂがそ
れぞれ配設され、両断熱カバー１３ａ、１３ｂとアッパ
タンク１０の上面及びロアタンク１１の下面との間には
断熱材１４が充填されて、両タンク１０，１１の保温が
なされている。本体ケース９の外周側には若干大径の遮
蔽リング１５が外嵌され、その一側にはアクチュエータ
１６が連結されており、遮蔽リング１５はアクチュエー
タ１６の駆動により図示しないガイドレールにて上下方
向に案内されつつ、実線で示すコア部１２を露出させた
開放位置と仮想線で示すコア部１２を隠蔽した閉鎖位置
との２位置間で切り換えられるようになっている。尚、
このアクチュエータ１６としては、モータやソレノイド
等の周知の方法を利用することができる。
【００１２】アクチュエータ１６にはＥＣＵ（電子制御
ユニット）１７が接続され、ＥＣＵ１７にはエンジン冷
却水を検出する水温センサ１８と車載のオートエアコン
１９とが接続されている。詳細は説明しないが、ＥＣＵ
１７は運転者にて入力される設定温度に基づいたオート
エアコン１９の制御（具体的にはファン、ダンパ、コン
プレッサ等の制御）、及び水温センサ１８等の各センサ
の検出値に基づく燃料噴射や点火時期等のエンジン制御
を総合的に行うものであり、図示しない入出力装置、記
憶装置、中央処理装置等を備えている。
【００１３】次に、本実施例の車両用暖房装置の作動状
況を説明する。今、車両のエンジンが始動されると、Ｅ
ＣＵ１７はアクチュエータ１６を駆動制御して、放熱制
御部８の遮蔽リング１５を仮想線で示す閉鎖位置に切り
換える。エンジンの運転が継続されると、まず、冷却水
温の上昇に先行して排気ガスの温度が上昇し始め、ヒー
トパイプ５の受熱部５ｂが加熱されて内部の作動流体の
蒸発により上記した熱交換のサイクルが開始される。こ
のとき放熱制御部８のコア部１２は遮蔽リング１５にて
走行風Ｓから遮断されているため、ヒートパイプ５内の
蒸気はコア部１２で冷却されることなく放熱部５ａまで
案内されて、放熱部５ａの温度が速やかに上昇される。
その結果、導入パイプ３内を流れる冷却水が加熱されて
ヒータコア２の温度上昇が促進され、エンジン冷却水温
が未だ低いこの時点においても、ヒータコア２を利用し
た暖房や除湿が可能となる。
【００１４】そして、エンジンの冷却水温が次第に上昇
して予め設定された第一の設定値を越えると、ＥＣＵ１
７はアクチュエータ１６にて放熱制御部８の遮蔽リング
１５を実線で示す開放位置に切り換える。この第一の設
定値は、暖房や除湿に利用可能な十分に高い温度として
設定されたものである。この遮蔽リング１５の切換によ
りコア部１２が露出して走行風Ｓに晒されるため、ヒー
トパイプ５内を経てコア部１２に達した蒸気はチューブ
１２ａ内で冷却されて凝縮・液化して受熱部５ｂに戻さ
れ、放熱部５ａでの冷却水の加熱は中止される。よっ
て、以降の冷却水はエンジンの発熱のみを熱源として加
熱され続け、その冷却水にてヒータコア２の温度が維持
される。
【００１５】又、アイドル運転等のエンジン発熱量の低
い運転状態が継続されて、冷却水温が前記第一の設定値
より若干低く設定された第二の設定値以下になると、Ｅ
ＣＵ１７はアクチュエータ１６にて再び遮蔽リング１５
を閉鎖位置に切り換え、作動流体の熱交換サイクルが再
開されて、ヒータコア２の温度上昇が促進される。従っ
て、この繰返しでヒータコア２は常に暖房や除湿に利用
可能な状態に保持される。
【００１６】即ち、本実施例の暖房装置では、始動直後
やアイドル運転時等のようにエンジン発熱量が低くて冷
却水温も低いときのみに、補助的に排気熱を利用してヒ
ータコア２の温度上昇を促進させ、冷却水温が上昇する
と、その排気熱による加熱を不用と見倣して中止してい
る。従って、夏場や高負荷運転時のように排気温度が上
昇したときには、冷却水温が第一の設定値を越えた時点
で直ちに排気熱による加熱が中止されて熱交換量が制限
され、冷却水温の上昇が防止される。
【００１７】そして、上記のように冷却水温の上昇によ
り不用になった排気熱を放熱制御部８のコア部１２から
大気中に放熱していることから、例えば従来技術で説明
した余剰熱をエンジン冷却水に吸収させる方式の暖房装
置のように、冷却水温の更なる上昇を引き起こす虞は皆
無である。よって、夏場や高負荷運転時のように車両冷
却系の熱的余裕がそれ程ないときであっても、エンジン
のオーバーヒートの発生を未然に防止することができ
る。
【００１８】（第二実施例）次に、本発明を別の車両用
暖房装置に具体化した第二実施例を説明する。尚、前記
した第一実施例との相違は、放熱制御部２１の構成とそ
の遮蔽リング２６に関するＥＣＵ１７の制御内容にあ
り、全体のシステム構成等は第一実施例と同様である。
よって、相違点を重点的に説明する。
【００１９】図４及び図５に示すように、本実施例の放
熱制御部２１のアッパタンク２２及びロアタンク２３は
所定の間隔をおいて相互に独立して形成され、アッパタ
ンク２２は放熱部５ａ側のヒートパイプ５に、ロアタン
ク２３は受熱部５ｂ側のヒートパイプ５に対してそれぞ
れ内部を連通させている。そして、アッパタンク２２内
には前記受熱部５ｂと同様に作動流体が封入されてい
る。アッパタンク２２の下面２２ａとロアタンク２３の
上面２３ａとは互いに平行な２平面として形成され、両
面２２ａ，２３ａは多数本の棒状をなす熱伝導部材２４
にて連結されている。これらの熱伝導部材２４は銅等の
熱伝導率の大きな材料で製作され、下面２２ａ及び上面
２３ａの全体に分散して配置されている。
【００２０】そして、排気ガスの熱により受熱部５ｂが
加熱されると、蒸発した作動流体はヒートパイプ５を経
てロアタンク２３内まで案内され、その熱は熱伝導部材
２４を介してアッパタンク２２に伝導される。その結
果、アッパタンク２２内の作動流体が蒸発して蒸気とし
てヒートパイプ５を経て放熱部５ａまで案内され、その
熱にて導入パイプ３内の冷却水が加熱される。尚、ロア
タンク２３内の作動流体は熱交換により凝縮・液化して
受熱部５ｂまで戻され、同様に放熱部５ａ内の作動流体
は凝縮・液化してアッパタンク２２まで戻され、以上の
サイクルが繰り返される。
【００２１】つまり、本実施例では、作動流体による熱
交換サイクル間に熱伝導部材２４を利用した熱伝導が介
在していることになり、この熱伝導部材２４の本数、太
さ及び材質等を適宜変更することで、排気ガスと冷却水
との間の熱交換量の最大値を任意に設定することができ
る。アッパタンク２２の上側及びロアタンク２３の下側
は有底円筒状の断熱カバー２５ａ，２５ｂにて覆われ、
その内部に充填された断熱材２７により両タンク２２，
２３の保温がなされている。断熱カバー２５ａ，２５ｂ
の外周側には熱伝導部材２４全体を隠蔽するように若干
大径の遮蔽リング２６が外嵌され、この遮蔽リング２６
の１８０度対向する２位置には四角状の通風口２６ａが
透設されている。遮蔽リング２６は図示しないアクチュ
エータの駆動により図５の矢印方向に回転されて、両通
風口２６ａを経て走行風Ｓが各熱伝導部材２４間を通過
する実線で示す開放位置と、その開放位置より９０度回
転して走行風Ｓの通過を遮断する仮想線で示す閉鎖位置
との２位置間で切り換えられるようになっている。
【００２２】放熱制御部２１は以上のように構成されて
おり、車両の運転中に運転者にてオートエアコン１９に
所望の設定温度が入力されると、ＥＣＵ１７は実際の車
室内温度を設定温度に接近させるべくファン、ダンパ、
コンプレッサ等を制御する。この制御内容はごく一般的
なものであるが、加えて本実施例では、ＥＣＵ１７はオ
ートエアコン１９の制御モードが暖房や除湿であり、か
つ、例えば暖房開始直後で実際の車室内温度と設定温度
との差が大であるとき等、ヒータコア２に最大限の加熱
能力が要求されるときには、放熱制御部２１の遮蔽リン
グ２６を図５に仮想線で示す閉鎖位置に切り換える。
【００２３】そして、上記したように受熱部５ｂからロ
アタンク２３までの作動流体による熱交換、そのロアタ
ンク２３からアッパタンク２２までの熱伝導部材２４に
よる熱伝導、更にアッパタンク２２から放熱部５ａまで
の作動流体による熱交換が行われるが、このとき熱伝導
部材２４は遮蔽リング２６にて走行風Ｓから遮断されて
いるため、ロアタンク２３の熱は熱伝導部材２４におい
て冷却されることなくアッパタンク２２まで伝導され
る。その結果、放熱部５ａの温度が上昇してヒータコア
２の温度上昇を促進し、車室内温度が速やかに上昇され
る。
【００２４】又、以上の操作で車室内温度が上昇し、ダ
ンパを開閉操作してヒータコア２による空調空気の加熱
を制限するとき、つまりヒータコア２に最大限の加熱能
力が要求されなくなったときには、ＥＣＵ１７は放熱制
御部２１の遮蔽リング２６を実線で示す開放位置に切り
換える。よって、各熱伝導部材２４間を走行風Ｓが通過
して冷却するため、ロアタンク２３の熱がアッパタンク
２２側にほとんど伝導されず、アッパタンク２２内での
作動流体の蒸発が中断されて、放熱部５ａでの冷却水の
加熱は中止される。
【００２５】このように本実施例の暖房装置では、ヒー
タコア２に最大限の加熱能力が要求されるときのみに、
補助的に排気熱を利用してヒータコア２の温度上昇を促
進させ、それ以外のときは排気熱による加熱を不用と見
倣して中止している。従って、第一実施例と同じく、夏
場や高負荷運転時のように排気温度が上昇したときであ
っても、この熱交換量の制限により冷却水温の上昇が防
止される。更に、不用になった排気熱を放熱制御部２１
の熱伝導部材２４から大気中に放熱していることから、
冷却水温の上昇を引き起こす虞は皆無であり、夏場や高
負荷運転時のように車両冷却系の熱的余裕がそれ程ない
ときであっても、エンジンのオーバーヒートの発生を未
然に防止することができる。
【００２６】ところで、上記第一実施例及び第二実施例
では、排気熱を利用してヒータコア２を流れる冷却水を
加熱し、そのヒータコア２により空調空気を暖めた。つ
まり排気熱と空調空気を間接的に熱交換させたが、本発
明はこれに限定されるものではなく、要は作動流体を介
して排気熱により空調空気を加熱するものであればよ
い。従って、例えば図１に仮想線で示すようにヒートパ
イプ５の放熱部５ａをエアダクト１内に設けて、作動流
体の熱で直接的に空調空気を暖めるように構成してもよ
い。
【００２７】又、上記第一実施例及び第二実施例では、
放熱制御部８，２１の遮蔽リング１５，２６を開放位置
と閉鎖位置との２位置間で切り換えたが、本発明はこれ
に限定されるものではなく、要は不用になった排気熱を
放熱制御部８，２１のコア部１２や熱伝導部材２４から
大気中に放熱可能なものであればよい。従って、例えば
第一実施例ではエンジン冷却水温度の上昇に応じて遮蔽
リング１５を徐々に開放し、第二実施例ではヒータコア
２に求められる加熱能力の低下に応じて遮蔽リング２６
を徐々に開放するように構成してもよい。
【００２８】
【発明の効果】以上説明したように請求項１の発明の車
両用暖房装置によれば、遮蔽部材を開放位置に切換えて
放熱制御手段を露出させることで、ヒートパイプを流れ
る作動流体の熱を放熱制御手段で大気中に放出可能とし
ているため、排気温度の上昇に伴って熱交換量が過剰に
なったとき等は、ヒートパイプ中の作動流体の熱をエン
ジン冷却水に吸収させることなく放熱制御手段にて大気
中に放出して、オーバーヒートを発生させることなく熱
交換量を制限することができる。請求項２の発明の車両
用暖房装置によれば、遮蔽部材を開放位置に切換えて放
熱制御手段を露出させることで、熱伝導部材の熱を大気
中に放出可能としているため、排気温度の上昇に伴って
熱交換量が過剰になったとき等は、熱伝導部材の熱をエ
ンジン冷却水に吸収させることなく放熱制御手段にて大
気中に放出して、オーバーヒートを発生させることなく
熱交換量を制限でき、かつ、熱伝導部材の数、形状、材
質を適宜変更することで、熱交換量の最大値を任意に設
定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第一実施例の車両用暖房装置の全体構成を示す
システム図である。
【図２】放熱制御部を示す断面図である。
【図３】放熱制御部を示す斜視図である。
【図４】第二実施例の車両用暖房装置の放熱制御部を示
す断面図である。
【図５】放熱制御部を示す斜視図である。
【符号の説明】
１ エアダクト ５ ヒートパイプ（第１のヒートパイプ、第２
のヒートパイプ） ５ａ 放熱部（放熱用熱交換器） ５ｂ 受熱部（受熱用熱交換器） ６ 排気経路 ８，２１ 放熱制御部（放熱制御手段）１５，２６ 遮蔽リング（遮蔽部材） ２２ アッパタンク（第２のタンク） ２３ ロアタンク（第１のタンク） ２４ 熱伝導部材
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−310118（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−256795（ＪＰ，Ａ) 実開 昭62−46211（ＪＰ，Ｕ) 実開 平４−24804（ＪＰ，Ｕ) 実開 平３−19707（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B60H 1/20 F01N 5/02

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 エンジンからの排気熱を利用して補助的
    な暖房を行えるようにした車両用暖房装置において、 エンジンの排気経路に設けられて、排気熱を受熱する作
    動流体を内部に封入した受熱用熱交換器と、 前記受熱用熱交換器に一端が接続されて、前記作動流体
    を案内するヒートパイプと、 前記ヒートパイプの他端に接続されて、ヒートパイプを
    流れる前記作動流体を空調用エアダクト内の空調空気と
    熱交換する放熱用熱交換器と、 前記ヒートパイプに設けられて、内部を案内される作動
    流体の熱を大気中に放出可能な放熱制御手段と、 前記放熱制御手段を露出させた開放位置と、該放熱制御
    手段を隠蔽した閉鎖位置との２位置間で切換可能な遮蔽
    部材と を備えたことを特徴とする車両用暖房装置。
  2. 【請求項２】 エンジンからの排気熱を利用して補助的
    な暖房を行えるようにした車両用暖房装置において、 エンジンの排気経路に設けられて、排気熱を受熱する作
    動流体を内部に封入した受熱用熱交換器と、 前記受熱用熱交換器に対して第１のヒートパイプにより
    接続され、該第１のヒートパイプを介して前記作動流体
    が案内される第１のタンクと、 前記第１のタンクに対して所定間隔をおいて配設され、
    内部に作動流体を封入した第２のタンクと、 前記第２のタンクに対して第２のヒートパイプにより接
    続され、該第２のヒートパイプを流れる前記作動流体を
    空調用エアダクト内の空調空気と熱交換する放熱用熱交
    換器と、 複数の熱伝導部材から構成されて前記第１のタンクと第
    ２のタンクとを連結し、該第１のタンクの熱を前記熱伝
    導部材を介して前記第２のタンクに伝導させるととも
    に、該熱伝導部材の熱を大気中に放出可能な放熱制御手
    段と、 前記放熱制御手段を露出させた開放位置と、該放熱制御
    手段を隠蔽した閉鎖位 置との２位置間で切換可能な遮蔽
    部材と を備えたことを特徴とする車両用暖房装置。
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