JP3562154B2 - 温水式暖房装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は温水流量を流量制御弁により制御して室内への吹出空気温度を調整する温水式暖房装置に関するもので、自動車用空調装置の温水式暖房装置に用いて好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、温水式暖房装置を含む自動車用空調装置の吹出空気の温度制御方式として、暖房用熱交換器への温水流量を制御して、吹出空気温度を制御する方式のものが知られている。ところで、自動車用空調装置においては、上記暖房用熱交換器を含む温水回路に、温水（エンジン冷却水）を循環させる手段として、走行用エンジンで駆動されるウオータポンプを使用しているので、エンジン回転数の変動とともにウオータポンプの回転数も変動して、暖房用熱交換器への温水圧力が大きく変動する。
【０００３】
この温水圧力の変動は、熱交換器への温水流量を変動させるので、熱交換器吹出空気温度を変動させる要因となる。
そこで、本発明者らは、先に、特開平８−６７１２８号公報等において、熱交換器吹出空気温度の変動を抑制する温水式暖房装置を提案している。この従来の装置は、水冷式の走行用エンジンから供給される温水と空気とを熱交換して空気を加熱する暖房用熱交換器と、エンジンから暖房用熱交換器に供給される温水流量を制御するための流量制御弁と、暖房用熱交換器をバイパスして温水を流すバイパス回路とを備えている。
【０００４】
そして、このバイパス回路に、エンジンから供給される温水の圧力上昇に応じて、バイパス回路の開度を増大する圧力応動弁を設け、この圧力応動弁により暖房用熱交換器前後の差圧の上昇（熱交換器への温水流量の増加）を抑制して、熱交換器吹出空気温度の変動を抑制するようにしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記従来装置に基づいて、本発明者らが図１３に示す弁装置（公知のものでない）を実際に試作して、実験検討したところ、この試作品ではエンジン回転数をアイドル時（７５０ｒｐｍ）から６０００ｒｐｍの高回転まで変動させると、暖房用熱交換器の吹出空気温度が図８の上段に示すように変動することが分かった。
【０００６】
ここで、図８の実験条件等については後述する通りであり、ΔＴａはアイドル時（７５０ｒｐｍ）と６０００ｒｐｍの高回転時における熱交換器吹出空気温度の変動幅であって、流量制御弁開度θ＝２０°、３０°、４０°において、吹出空気温度の変動幅ΔＴａが温水入口側▲１▼では７°Ｃ〜１５°Ｃに達し、また、温水出口側▲２▼では３°Ｃ〜２４°Ｃに達し、熱交換器吹出空気温度の制御性を悪化させるという問題が生じることが判明した。
【０００７】
そこで、本発明は上記点に鑑みて、熱交換器吹出空気温度の変動幅の低減を図ることを目的とする。
本発明者らは、上記した熱交換器吹出空気温度の変動が発生する原因について、試作品の実験検討を通じて考察したところ、次の理由であることが判明した。まず、図１３に示す試作品の概略構成を説明すると、流量制御弁４は回動可能なロータとして構成された弁体１３を有し、エンジンからの温水を温水入口パイプ１９より弁体１３に備えられた制御流路１７０を通して、Ｘ印の方向（紙面下向き方向）に流して、暖房用熱交換器３に流入させる。この暖房用熱交換器３の出口から流出した温水を温水入口パイプ２６からハウジング１４内に導入し、このハウジング１４内を経由した後に、温水出口パイプ２８からエンジン側へ温水を還流させている。
【０００８】
また、エンジン回転数が上昇して温水圧力が高くなると、バイパス回路５に備えた圧力応動弁６が開弁して、温水入口パイプ１９からの温水の一部を、弁体１３の制御流路１７０を通してバイパス回路５側へ逃がすことにより、暖房用熱交換器３への温水流量の増加を抑制するようにしている。
なお、弁体１３の制御流路１７０には、温水入口パイプ１９からの温水が流入する入口側開口部１７１、１７１ａと、この入口側開口部１７１、１７１ａに流入した温水を暖房用熱交換器３の温水入口側に流出させる出口側開口部１７３、１７３ａと、入口側開口部１７１、１７１ａに流入した温水をバイパス開口２１側に流出させるバイパス側開口部１７２とが備えられており、これらの各開口部の間は、弁体１３を半径方向に貫通する中間通路１７４にて連通している。
【０００９】
なお、入口側開口部１７１ａは微小な温水流量を設定するための直径φ２相当の微小な円形孔からなる。
ところが、弁体１３の制御流路１７０における温水流れの形態について精査したところ、以下の現象が発生することが分かった。すなわち、流量制御弁４の弁体１３が所定の中間開度（例えば、開度θ＝３０°）以下の位置に操作されている状態では、弁体１３の直径φ２相当の微小な円形孔からなる入口側開口部１７１ａを通して、温水入口パイプ１９からの温水が中間通路１７４に流入し、さらにこの中間通路１７４からバイパス側開口部１７２を経て温水がバイパス開口２１側に流出するとともに、出口側開口部１７３、１７３ａを経て温水が暖房用熱交換器３の温水入口側に流出する。
【００１０】
この際、入口側開口部１７１ａにおける絞り作用にて温水の静圧成分は大きく低下することになるが、入口側開口部１７１ａから噴出する温水の速度が高いため、この噴出温水の動圧成分（動圧はρｖ^２ に比例、ρ：密度、ｖ：速度）は大きな値となり、十分なエネルギーを有している。
しかしながら、比較品における制御流路１７０の構成では、入口側開口部１７１ａからの噴出温水が図１３の矢印Ｂに示すように中間通路１７４の内壁面に対して、バイパス開口２１とは反対側の方向に斜めに当たるようになっているので、入口側開口部１７１ａからの噴出温水の主流が中間通路１７４の内壁面に衝突した後に、バイパス開口２１とは反対側の方向に向かうことになる。
【００１１】
その結果、入口側開口部１７１ａからの噴出温水の動圧エネルギーの大部分が圧力応動弁６の弁体３０に有効に作用しないため、エンジン回転数が上昇して、エンジンからの温水流量が増加したときに、この温水流量増加に見合った位置まで弁体３０のリフト量を増加させることができない。これにより、バイパス回路５へのバイパス側温水流量をエンジン回転数の上昇に見合った量まで増加できないので、その分、暖房用熱交換器３への温水流量がアイドル時よりも高回転時に増加し、吹出空気温度が上昇してしまうのである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１〜１２記載の発明では、上記目的を達成するため、流量制御弁（４）の弁体（１３）の開度（θ）が小さいときに、温水入口（１９）からの温水が流入する入口側開口部（１７１ａ、１７１ｂ）からの噴出温水の動圧エネルギーに注目して、この噴出温水の動圧の主流を圧力応動弁（６）の弁体（３０）側に作用させるという技術的手段を採用する。
【００１３】
これにより、流量制御弁（４）の小開度領域において、上記動圧エネルギーを有効活用して、圧力応動弁（６）の弁体（３０）の開度（リフト量）を増加させることができる。そのため、温水供給源（１）からの温水流量が増加しても、暖房用熱交換器３への温水流量の増加を抑制して、暖房用熱交換器３の吹出空気温度変動を効果的に低減できる。
【００１４】
しかも、本発明によると、入口側開口部（１７１ａ、１７１ｂ）からの噴出温水の動圧エネルギーそのものを有効活用する機構を構成しているため、吹出空気温度の変動吸収のために特別の機構を追加設置する必要がなく、低コストで製造できるとともに、複雑な機構がないため、信頼性も高い。
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
図１〜図６は本発明の第１実施形態を示すもので、本発明を自動車用空調装置の温水式暖房装置に適用した例を示す。図１は温水回路を示すもので、１は自動車走行用の水冷式エンジン、２はエンジン１により駆動されるウオータポンプで、エンジン１の冷却水回路（温水回路）に水を循環させるものである。３はエンジン１から供給される温水と送風空気とを熱交換して、送風空気を加熱する暖房用熱交換器（ヒータコア）、４は流量制御弁で、温水出入口を３つ有する三方弁タイプのものである。
【００１６】
５は暖房用熱交換器３と並列に設けられたバイパス路、６は定差圧弁（圧力応動弁）であり、その前後の差圧が予め定めた所定値に達すると開弁するものであって、エンジン１の回転数変動によりウオータポンプ２の回転数が変動しても、暖房用熱交換器３の前後差圧を一定に近づける役割を果たすものである。
７は温度センサで、熱交換器３が設置される自動車用空調装置の通風ダクト（ヒータケース）８内において、熱交換器３の空気下流側で、かつ車室内への各種吹出口（図示せず）の分岐点直前の部位に設置される。この温度センサ７は、サーミスタよりなり、車室内に吹き出す温風温度を検出するものである。
【００１７】
前記吹出口としては、周知のごとく車室内の乗員顔部に向けて空気を吹き出すフェイス吹出口、自動車前面窓ガラスに空気を吹き出して窓ガラスの曇りを除去するデフロスタ吹出口、乗員の足元に空気を吹き出すフット吹出口等が設けられている。
９は車室内温度制御の目標温度（乗員の希望温度）を設定するための温度設定器で、乗員により手動操作可能なスイッチ、あるいは可変抵抗器等よりなる。１０は外気温度、温水温度、日射量等の車室内温度制御に関係する環境因子の物理量を検出するセンサ群である。１１はこれらのセンサ７、１０及び温度設定器９等からの入力信号に基づいて温度制御信号を出力する空調制御装置で、マイクロコンピュータ等よりなる。
【００１８】
１２はこの空調制御装置１１からの温度制御信号により制御されるサーボモータで、流量制御弁４の弁体１３を回転駆動するための弁体作動手段を構成する。ここで、弁体作動手段としては、サーボモータ１２のような空調制御装置１１により制御される電気的アクチュエータに限らず、周知のレバー、ワイヤ等を用いた手動操作機構であってもよい。
【００１９】
上記弁体１３は本例では樹脂材料にて円柱状形状に成形され、やはり樹脂にて円筒状に成形された弁ハウジング１４内に回動可能に配置され、収納されている。従って、弁体１３は回動可能なロータとして構成されている。
上記弁ハウジング１４には、エンジン１からの温水が流入する温水入口パイプ１９、この温水入口パイプ１９から流入した温水を熱交換器３に向けて流出させる温水出口パイプ２０、及び熱交換器３のバイパス回路５に向けて温水を流出させるバイパス出口パイプ２１が一体成形されている。
【００２０】
円柱状の弁体１３には、上記各パイプ１９、２０、２１の開口面積を所定の相関関係を持って調整する制御流路１７０が形成されている。また、弁体１３を回動操作するためのシャフト１３ａ（後述の図３参照）はハウジング１４の外部に突出するようになっており、そして、前記したサーボモータ１２のような電気的アクチュエータ、またはレバー、ワイヤ等を用いた手動操作機構に連結され、これらの機器により弁体１３を回動操作できるようにしてある。
【００２１】
なお、流量制御弁４により熱交換器３への温水流量を微少流量に制御する微少能力時（例えば、弁開度３０°以下、本例では弁開度は最大９５°に設定）には、温水入口パイプ１９の開口面積及び温水出口パイプ２０の開口面積を双方とも絞っている２段絞りの状態（図１の微少能力時はその２段絞りの状態を模式的に示す）になっており、かつ温水入口パイプ１９と温水出口パイプ２０の絞り部の中間（図１のア部）はほぼ全開状態にあるバイパス出口パイプ２１によって十分大きな開口面積でバイパス回路５に連通しているので、暖房用熱交換器３前後の差圧を十分小さくできる。
【００２２】
上記した図１では、温水回路を理解し易いようにするために、流量制御弁４に対して定差圧弁６を別体として図示しているが、実際には、流量制御弁４にバイパス路５および定差圧弁６が一体化されている。すなわち、共通のハウジング１４内に、流量制御弁４、バイパス路５および定差圧弁６が一体に構成されている。次に、この一体化構造を図２、図３に基づいて具体的に説明する。
【００２３】
図２、図３において、流量制御弁４の弁体１３は樹脂材料にて円柱状の形状に成形され、弁ハウジング１４もやはり樹脂にて成形されている。弁ハウジング１４は第１収納部１４ａを有しており、この第１収納部１４ａは図２の紙面垂直方向に略筒状に延びるように成形されている。この第１収納部１４ａ内に円柱状の弁体１３が回動可能に配置され、収納されている。
【００２４】
また、弁ハウジング１４には、第１収納部１４ａに隣接して、定差圧弁６を収納する第２収納部１４ｂが一体成形されている。そして、これら第１、第２収納部１４ａ、１４ｂの上部開口端部には、図３に示す樹脂製の蓋板１４ｃがねじ（図示せず）等により脱着可能に取付られており、この蓋板１４ｃにより第１、第２収納部１４ａ、１４ｂの上部開口端部が密封されている。
【００２５】
上記弁ハウジング１４のうち、第１収納部１４ａには、エンジン１からの温水が流入する第１温水入口パイプ１９、この温水入口パイプ１９から流入した温水を熱交換器３に向けて流出させる第１温水出口パイプ２０、及び熱交換器３のバイパス回路５に向けて温水を流出させるバイパス用開口２１が一体成形されている。
【００２６】
ここで、本例では、第１収納部１４ａの円周面に第１温水入口パイプ１９とバイパス用開口２１とを、略直交する位置関係で配置するとともに、第１温水出口パイプ２０は、第１収納部１４ａの軸方向の一端面（図３の底面側）に配置してある。
さらに、第２収納部１４ｂには、熱交換器３から流出した戻り温水が流入する第２温水入口パイプ２６及びエンジン１に温水を戻す第２温水出口パイプ２８が一体成形されている。従って、熱交換器３のバイパス回路５は第２収納部１４ｂ内に形成されることになる。
【００２７】
定差圧弁６は、バイパス用開口２１を開閉する弁体３０を有し、この弁体３０には、コイルスプリング（ばね手段）３２のばね力が閉弁方向（図２の下方）に作用している。このコイルスプリング３２の上端部は座板２７により支持されており、この座板２７は、スプリング３２のばね力により第２収納部１４ｂの内壁面に圧着している。この座板２７の中心部には円筒部２７ａが形成されており、この円筒部２７ａには弁体３０と一体の軸部３１の上端部が摺動可能に嵌合して、弁体３０の上下動を案内する。
【００２８】
そして、弁体３０前後の差圧、すなわち、バイパス用開口２１と第２温水入口パイプ２６との温水差圧が所定値に達すると、スプリング３２のばね力に抗して弁体３０が図５の上方へリフトして弁座３３から開離し、弁体３０が開弁するようになっている。
上記のごとくして、２つの弁４、６は共通のハウジング１４内に近接配置されており、本例では、円柱状の弁体１３の中心と、弁体３０が閉弁時に着座する弁座３３との距離は４０ｍｍに設定されている。
【００２９】
一方、円柱状の弁体１３の軸方向端部には、弁体１３を回動操作するためのシャフト１３ａが一体に成形されている。このシャフト１３ａは蓋板１４ｃを貫通して弁ハウジング１４の外部に突出している。このシャフト１３ａの外部への突出端部に扇形ギヤ１３ｂの回転中心部を一体に連結し、この扇形ギヤ１３ｂの外周部のギヤ面１３ｃに、サーボモータ１２により回転駆動される減速ギヤ（図示せず）が噛み合い、サーボモータ１２の回転動力が扇形ギヤ１３ｂを介してシャフト１３ａに伝達されるようになっている。
【００３０】
４０、４１、４２はゴム等の弾性材からなるシール部材で、その全体形状は図４に示すように矩形状に成形されており、その中央部に穴部４０ａ、４１ａ、４２ａを有している。これらのシール部材のうち、シール部材４０、４２は弁体１３の外周面と弁ハウジング１４の第１収納部１４ａの内周面との間に配置されており、また、シール部材４１は、弁体１３と第１収納部１４ａの相互の軸方向の一端面間に配置されている。
【００３１】
このシール部材４０、４１、４２は弁体１３の制御流路１７０を介することなく、直接パイプ１９、２０、バイパス用開口２１間で温水が流通してしまうことを防ぐとともに、上記穴部４０ａ、４１ａ、４２ａと弁体１３の制御流路１７０との連通形状により温水流路の絞りを構成するものである。
本実施形態では、上記弁体１３の開度（弁体回転角）に応じて、制御流路１７０により図５に示す所定の相関関係を持って各パイプ１９、２０、バイパス用開口２１の開口面積Ａ１、Ａ２、Ａ３を制御するように構成してある。ここで、Ａ１は第１温水入口パイプ１９の開口面積であり、Ａ２は第１温水出口パイプ２０の開口面積であり、Ａ３はバイパス用開口２１の開口面積である。
【００３２】
この図５に示す相関関係を実現するために、上記弁体１３の制御流路１７０とシール部材４０、４１、４２の穴部４０ａ、４１ａ、４２ａの具体的形状は図６に示すごとく設定されている。
図６（ａ）は図３の矢印Ｂ方向からみたシール部材４１の穴部４１ａと制御流路１７０の開口形状を示し、図６（ｂ）は弁体１３の円周面の展開形状を示し、図６（ｃ）は弁体１３の軸方向中央位置における断面形状を示している。そして、図６では、弁体開度を０°から全開の９５°までの９段階に変化させた場合における、制御流路１７０と各穴部４０ａ、４１ａ、４２ａとの連通状態の変化を示している。
【００３３】
図６（ｂ）、（ｃ）および図２に示すように、弁体１３の円周面には、制御流路１７０の入口側開口部１７１、１７１ａおよびバイパス側開口部１７２を配置し、この入口側開口部１７１、１７１ａおよびバイパス側開口部１７２により温水入口パイプ１９及びバイパス用開口２１の開口面積Ａ１、Ａ３を調整する。
この入口側開口部１７１、１７１ａは、シール部材４０の円形の穴部４０ａ（図４参照）との連通形状を変化させるものであって、入口側開口部１７１は図示のごとき嘴形状であり、弁体開度が３０°付近を超えると嘴形状の細長開口部分１７１ｃの先端部分から穴部４０ａに連通するようになっている。
【００３４】
また、この嘴形状の入口側開口部１７１は図２、図６（ｃ）に図示されているように、バイパス側開口部１７２と略１８０°反対側の位置に配置されている。これに対し、入口側開口部１７１ａはφ２相当の微小な円形穴であり、弁体開度が０の時（暖房停止時）にも穴部４０ａに連通するようになっている。この入口側開口部１７１ａは弁体開度が４０°を超えると、穴部４０ａとの連通を遮断する。
【００３５】
また、バイパス側開口部１７２は長方形の一辺を円弧状にした形状であり、一方、このバイパス側開口部１７２が連通するシール部材４２の穴部４２ａは円形の一部に凹部を形成した形状になっており、この穴部４２ａの凹部は、弁体開度が最大暖房能力位置の開度（９５°）およびその近傍になったとき、入口側開口部１７１ａと穴部４２ａとの連通を防止するためのものである。
【００３６】
また、弁体１３の軸方向の一端面には、制御流路１７０の出口側開口部として２個の開口部１７３、１７３ａ（図６（ａ）、図２参照）を配置し、この出口側開口部１７３、１７３ａにより温水出口パイプ２０の開口面積Ａ２を調整する。この出口側開口部１７３、１７３ａはシール部材４１の穴部４１ａとの連通形状を変化させるものであって、この穴部４１ａは、図４、図６（ａ）に示すように、弁体１３の回動中心を通過する細長形状であり、弁体１３の回動中心部位は一段と細くした形状にしてある。
【００３７】
一方、弁体１３の出口側開口部１７３、１７３ａは、弁体１３の最大冷房位置（弁体開度＝０°）において、前記穴部４１ａを中間に挟むように配置されている。そして、この２個の出口側開口部１７３、１７３ａのうち、１つの開口部１７３のみに、弁体１３が微小流量制御域の回動位置（例えば弁体開度＝４０°以下の開度位置）にあるとき、穴部２４ａと連通する微小開口部１７３′を形成している。
【００３８】
ところで、制御流路１７０は円柱状の弁体１３内部を半径方向に貫通して形成された中間通路１７４を有しており、この中間通路１７４により、入口側開口部１７１、１７１ａをバイパス側開口部１７２および出口側開口部１７３、１７３ａに連通させている。
そして、本実施形態では、入口側開口部１７１、１７１ａの具体的形態について以下のごとき工夫がしてある。すなわち、第１に、入口側開口部１７１ａは、嘴状の入口側開口部１７１から分離して形成された単独の円形穴であって、この入口側開口部１７１ａが温水入口側のシール部材４０の穴部４０ａに連通する弁開度（θ＝４０°以下の小開度領域）では、図６（ｃ）に示すように、入口側開口部１７１ａの方向がバイパス側開口部１７２およびバイパス開口２１側に向かうようにしてある。なお、図２は、弁開度θ＝２０°の状態を図示している。
【００３９】
第２には、嘴状の入口側開口部１７１において、嘴状の細長開口部分１７１ｃと長方形の一辺を円弧状にした形状の大開口部１７１ｄとを結合する部位に、深さを深くした円弧状の案内凹部１７１ｂ（図２参照）を形成し、嘴状の細長開口部分１７１ｃ内に流入した温水が中間通路１７４に向かうときに、この温水の主流が上記案内凹部１７１ｂにてバイパス開口２１側に向かうようにしてある。
【００４０】
なお、以上の説明から理解されるように、弁体１３の入口側開口部１７１、１７１ａとシール部材４０の穴部４０ａとにより、温水入口パイプ１９からの温水の絞り部を形成し、弁体１３の出口側開口部１７３、１７３ａとシール部材４１の穴部４１ａとにより、温水出口パイプ２０への温水の絞り部を形成し、弁体１３のバイパス側開口部１７２とシール部材４２の穴部４２ａとにより、バイパス用開口２１への絞り部を形成している。図４、５において、符号Ａ１〜Ａ３はこの各絞り部の開口面積を示す。
【００４１】
また、図２、３において、暖房用熱交換器３は、その下方部に温水の入口側タンク３ａを有し、その上方部に温水の出口側タンク３ｂを有しており、そしてこの上下の両タンク３ａ、３ｂの間に、多数の並列配置された偏平チューブとコルゲートフィンとからなるコアー部３ｃが形成されている。ここで、コアー部３ｃは入口側タンク３ａから出口側タンク３ｂへの一方向のみに温水が流れる一方向流れ（全パス）タイプとして構成されている。
【００４２】
次に、上記構成において作動を説明する。最大暖房能力時には、流量制御弁４の弁体１３がサーボモータ１２または手動操作機構により最大開度の位置（例えば、弁開度：９５°の位置）まで回動される。
これにより、弁体１３の制御流路１７０の入口側開口部１７１が温水入口パイプ１９のシール部材４０の穴部４０ａと最大面積で重畳するとともに、制御流路１７０の出口側開口部１７３、１７３ａが温水出口パイプ２０のシール部材４１の穴部４１ａと最大面積で重畳し、この両パイプ１９、２０を全開する。一方、制御流路１７０のバイパス側側開口部１７２はバイパス用開口２１のシール部材４２の穴部４２ａと連通しないので、バイパス用開口２１は全閉状態となる。
【００４３】
その結果、エンジン１からの温水は最大流量で熱交換器３側に流入して、バイパス回路５には温水が流れない。これにより、熱交換器３は最大暖房能力を発揮できる。
次に、最大冷房時（自動車用空調装置に冷房機能が装備されていないときは、送風のみの暖房停止時となる）には、流量制御弁４の弁体１３がサーボモータ１２または手動操作機構により開度零の位置（具体的には図５、６の弁体開度：０°の位置）まで回動される。この開度零の位置では、弁体１３の制御流路１７０のバイパス側側開口部１７２の大部分がバイパス用開口２１のシール部材４２の穴部４２ａと重畳してこのバイパス用開口２１を開口する。また、制御流路１７０の出口側開口部１７３、１７３ａが温水出口パイプ２０のシール部材４１の穴部４１ａと連通せず，温水出口パイプ２０を全閉する。
【００４４】
一方、制御流路１７０の入口側開口部１７１、１７１ａにおいては、図６（ｂ）の最上部に示すように、入口側開口部１７１ａのみが温水入口パイプ１９のシール部材４０の穴部４０ａと重畳して連通する。これにより、温水入口パイプ１９を全閉とせず、入口側開口部１７１ａによりφ２丸穴相当の最小開口面積を設定する。
【００４５】
上記の弁体位置により、温水入口パイプ１９からバイパス用開口２１への温水の流れを継続できるので、温水の流れの急遮断によるウオータハンマ現象の音の発生を防止できるとともに、φ２丸穴相当以上の開口面積の確保により流水音の発生も防止できる。また、温水回路中の鋳砂は通常、φ１以下の微小物であるので、上記大きさの最小開口を設定することにより、鋳砂等の異物による流量制御弁流路の閉塞も十分防止できる。
【００４６】
次に、微少能力時には、弁体１３が図５の弁体開度３０°以下の位置に回動されるので、制御流路１７０の入口側開口部１７１ａと出口側開口部１７３の微小開口部１７３′が温水入口パイプ１９及び温水出口パイプ２０の双方の穴部４０ａ、４１ａに対して小面積で重畳し、温水入口パイプ１９の開口面積Ａ１及び温水出口パイプ２０の開口面積Ａ２を双方とも絞っている２段絞りの状態（図１の微少能力時はその２段絞りの状態を模式的に示す）となり、かつ温水入口パイプ１９と温水出口パイプ２０の絞り部の中間部（図１のア部）はほぼ全開状態にあるバイパス用開口２１によって十分大きな開口面積Ａ３でバイパス回路５に連通しているので、この中間部アの圧力を下げることができる。
【００４７】
その結果、暖房用熱交換器３前後の差圧を十分小さくできるので、弁開度（弁体回転角）の変化に対する温水流量の変化（最終的には車室内への吹出空気温度の変化）を、特別小さな開口面積を必要とせずに、緩やかすることができる。すなわち、吹出空気温度の制御ゲインを低減できる。
この制御ゲインの低減により、車室内への吹出空気温度をきめ細かく制御できるとともに、温水入口パイプ１９及び温水出口パイプ２０の開口面積を特別小さな開口面積に設定する必要がなくなるため、鋳砂等の異物による流量制御弁流路の閉塞を十分防止できる。
【００４８】
次に、中間能力時においては、弁体１３が図５の弁体開度３０°〜６０°の回動範囲にわたって、回動され、この弁体回動範囲では、温水入口側絞り部開口面積Ａ１および温水出口側絞り部開口面積Ａ２がほぼ同等の大きさで増加するとともに、バイパス側絞り部開口面積Ａ３が次第に減少する。これにより、暖房用熱交換器３への温水流量を増加させて、吹出空気温度を次第に高める。
【００４９】
このような弁体回動位置においても、上記２段絞りにより、同様に制御ゲインを低減して、車室内への吹出空気温度をきめ細かく制御できる。また、絞り部開口面積の増加により、鋳砂等の異物による流路閉塞の恐れがなくなるので、この状態では、温水入口側の絞り部開口面積Ａ１と温水出口側の絞り部開口面積Ａ２を同等に設定してある。
【００５０】
次に、中間能力時〜大能力時においては、弁体１３が図５の弁開度６０°を越える回動位置から９５°未満の回動位置にわたって、回動されることにより、上記両開口面積Ａ１、Ａ２がさらに増加するとともに、バイパス側絞り部開口面積Ａ３が減少する。これにより、暖房用熱交換器３への温水流量をさらに増加させて、吹出空気温度を高める。
【００５１】
ところで、自動車用空調装置の温水供給源をなすエンジン１は、自動車の走行条件の変化に伴って回転数が大幅に変化するので、エンジン１からの温水供給圧は走行条件の変化により大幅に変化し、これが流量制御弁４による温水流量制御、ひいては吹出空気温度制御に対する大きな外乱要素となる。
そこで、エンジン１からの温水供給圧の変化による暖房用熱交換器３への温水流量の変動をバイパス回路５に設けた定差圧弁６により低減するようにしている。つまり、定差圧弁６においては、エンジン１からの温水供給圧が上昇して、弁体３０前後の差圧がスプリング３２により定まる所定圧より高くなると、弁体３０が図１の下方へ移動して開弁し、弁体３０と弁座３３との間の隙間が上記差圧に応じて変動することより、定差圧弁６はその出入口３６、３７間の圧力差を一定値に維持するように作用し、これにより、エンジン１の回転数変動による暖房用熱交換器３の吹出空気温度の変動を抑制している。
【００５２】
さらに、上記定差圧弁６による作用効果に加えて、本実施形態にあっては、流量制御弁４の弁体１３においても、制御流路１７０の入口側開口部１７１、１７１ａの具体的形態を工夫することにより、熱交換器吹出空気温度の変動をより一層効果的に抑制している。
すなわち、第１には、入口側開口部１７１ａが温水入口側のシール部材４０の穴部４０ａに連通する弁開度（θ＝４０°以下の小開度領域）では、図６（ｃ）に示すように、入口側開口部１７１ａの方向がバイパス開口２１側に向かうようにしてある。この結果、上記の小開度領域では、入口側開口部１７１ａから温水がバイパス開口２１側に向って矢印Ｃのごとく中間通路１７４に噴出するので、入口側開口部１７１ａからの憤出温水の動圧の主流が定差圧弁６の弁体３０側に作用する。
【００５３】
これにより、流量制御弁４の小開度領域において、上記動圧エネルギーを有効活用して、定差圧弁６の弁体３０の開度（リフト量）を増加させることができる。そのため、エンジン１からの温水流量が増加しても、バイパス側温水流量を増加させることにより、暖房用熱交換器３への温水流量の増加を抑制して、暖房用熱交換器３の吹出空気温度変動を効果的に低減できる。
【００５４】
第２には、嘴状の入口側開口部１７１において、嘴状の細長開口部分１７１ｃと大開口部１７１ｄとの結合部位に、深さを深くした円弧状の案内凹部１７１ｂ（図２参照）を形成しているため、嘴状の細長開口部分１７１ｃ内に流入した温水が中間通路１７４に向かうときに、この温水の主流を上記案内凹部１７１ｂにてバイパス開口２１側に向かわせることができる。後述の図７における流量制御弁４の弁開度θ＝３０°、４０°における矢印Ｄは、この案内凹部１７１ｂによる温水流れの案内方向を示す。
【００５５】
従って、嘴状の細長開口部分１７１ｃ内に流入した温水の動圧の主流も定差圧弁６の弁体３０側に作用させることができ、これによっても、定差圧弁６の弁体３０の開度（リフト量）を増加させることができ、熱交換器吹出空気温度の変動を一層低減できる。
なお、上記した微小円形穴からなる入口側開口部１７１ａおよび嘴状の細長開口部分１７１ｃから噴出する温水の動圧の主流が、極力、バイパス側開口部１７２およびバイパス開口２１を通して、定差圧弁６の弁体３０側に直接作用することが好ましいが、上記噴出温水の動圧の主流が途中で屈折した後（中間通路１７４の内壁面やバイパス側シール部材４２で屈折した後）に、定差圧弁６の弁体３０側に間接的に作用するものであってもよい。
【００５６】
つまり、上記噴出温水の動圧の主流がバイパス側開口部１７２およびバイパス開口２１を通して定差圧弁６の弁体３０に作用する形態であるならば、途中での屈折により若干量、温水の動圧が低下しても支障はない。
一方、図７は前述した図１３に示す試作品（本発明の比較品）と、本第１実施形態による、制御流路１７０の入口側開口部１７１、１７１ａの具体的形態を工夫したものにおいて、温水流れの形態を比較して示すものであり、図７上段の試作品においては、流量制御弁４の小開度領域（図示の例は弁体開度θ＝２０°、３０°のとき）に、弁体１３の制御流路１７０の入口側開口部１７１ａから噴出する温水が中間通路１７４に噴出するとき、この温水が矢印Ｂのごとくバイパス開口２１と反対側に向って噴出する。また、弁体開度θ＝３０°、４０°のときには、入口側開口部１７１の嘴状の細長開口部分１７１ｃからの温水が矢印Ｅのごとく中間通路１７４の内壁面に向かって噴出するので、これら噴出温水の動圧を定差圧弁６の弁体３０の開度（リフト量）増加のために有効活用できない。
【００５７】
これに対し、本第１実施形態では、上記した第１、第２の特徴を有しているため、円形状の入口側開口部１７１ａおよび嘴状の細長開口部分１７１ｃから噴出する温水の動圧を有効活用して、定差圧弁６の弁体３０の開度（リフト量）を増加し、熱交換器吹出空気温度の変動を低減できる。
図８は本発明の第１実施形態および図１３の試作品による熱交換器吹出空気温度とエンジン回転数との関係を示す実験データであり、流量制御弁４の弁体１３の開度θ＝２０°、３０°、４０°の低開度領域における熱交換器吹出空気温度の、エンジン回転数による変動を示すものである。
【００５８】
実験条件は、熱交換器３の吸込空気温度：１０°Ｃ、熱交換器３への温水入口温度は８５°Ｃであり、また、熱交換器３としては前述の一方向流れ（全パス）タイプのものを用いており、定差圧弁６の弁体３０の弁座３３と、流量制御弁４の弁体１３の中心位置との距離は４０ｍｍである。
図８において、▲１▼は熱交換器３の温水入口側部分の４か所における吹出空気温度の平均値であり、▲２▼は熱交換器３の温水出口側部分の４か所における吹出空気温度の平均値である。
【００５９】
図１３の試作品においては、熱交換器吹出空気温度の変動幅ΔＴａが、エンジン回転数の変動（アイドル時の７５０ｒｐｍ〜６０００ｒｐｍの変動）に対して、温水入口側では７°Ｃ〜１５°Ｃに達し、また、温水出口側では３°Ｃ〜２４°Ｃに達し、熱交換器吹出空気温度の制御性を悪化させている。
これに対し、本発明の第１実施形態においては、熱交換器吹出空気温度の変動幅ΔＴａが、エンジン回転数の変動（アイドル時の７５０ｒｐｍ〜６０００ｒｐｍの変動）に対して、温水入口側、温水出口側のいずでも、３°Ｃ以内に抑制でき、熱交換器吹出空気温度の制御性を大幅に改善できる。
（第２実施形態）
図９は第２実施形態を示すもので、定差圧弁６の弁体３０の頭部受圧面３０ａの形状を、バイパス開口２１からのバイパス側温水の動圧を受けやすいように凹形状に成形したものである。
【００６０】
このように、弁体３０の頭部受圧面３０ａを凹形状に成形することにより、バイパス側温水の動圧の影響を弁体３０が受けやすくなり、弁体３０のリフト量を増加できる。
（第３実施形態）
図１０は第３実施形態を示すものであり、第１、第２実施形態では、定差圧弁６の弁体３０のリフト方向（スライド方向）が、温水出入口パイプ１９、２８の軸線と直交する方向で、かつ流量制御弁４の弁体１３の中心を通る方向に設定されているが、第３実施形態では、定差圧弁６の弁体３０のリフト方向を入口側開口部１７１ａの貫通方向に沿った方向となるように設定してある。
【００６１】
より具体的に説明すると、弁体３０の円形状の入口側開口部１７１ａの有効作動角は、図６の例では弁開度θ＝０°〜４０°の小開度領域であり、そして、この小開度領域における入口側開口部１７１ａの貫通方向に沿った方向となるように、定差圧弁６の弁体３０のリフト方向を設定してある。
このように、定差圧弁６の弁体３０のリフト方向を設定することにより、バイパス開口２１からのバイパス側温水の動圧をより効果的に活用して、弁体３０のリフト量を増加できる。
（第４実施形態）
図１１は第４実施形態を示すものであり、第１〜第３実施形態では、流量制御弁４の弁体１３の入口側開口部１７１ａを上流側から下流側の軸方向全長にわたって直径が同一の円形穴としているが、第４実施形態では、入口側開口部１７１ａを上流側から下流側に向かって直径が徐々に拡大するラッパ状の円形穴にしている。
（第５実施形態）
図１２は第５実施形態を示すものであり、上記第４実施形態では、弁体１３の入口側開口部１７１ａを上流側から下流側に向かって直径が徐々に拡大するラッパ状の円形穴にしているが、第５実施形態ではこれとは逆に、上流側から下流側に向かって直径が徐々に縮小する漏斗状の円形穴にしている。
（他の実施形態）
なお、上記各実施形態では、本発明による流量制御弁４、定差圧弁６及びサーボモータ１２を熱交換器３と別体として構成する場合を図示したが、流量制御弁４、定差圧弁６及びサーボモータ１２を熱交換器３に予め一体化しておき、この一体構造物を通風ダクト（ヒータケース）８に対して一度に組み付けることにより、組付性の向上、熱交換器部分の形状の小型化を図るようにしてもよい。
【００６２】
なお、本発明は自動車用の温水式暖房装置に限らず、暖房用熱交換器３に加わる温水圧力が変動する温水式暖房装置であれば、家庭用等の種々の用途の暖房装置にも適用できることはもちろんである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態を示す温水回路図である。
【図２】本発明の第１実施形態における流量制御弁と定差圧弁との一体化構成を示す一部断面上面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ矢視断面図である。
【図４】第１実施形態における流量制御弁の弁体部分の斜視図である。
【図５】第１実施形態における流量制御弁の弁体の開度特性図である。
【図６】（ａ）は流量制御弁の弁体およびシール部材の底面側の開口形状を示す底面図、（ｂ）は弁体の円周面の展開図、（ｃ）は弁体およびシール部材の断面図である。
【図７】第１実施形態と試作品（比較品）において流量制御弁の弁体での温水の流れ形態を示す断面図である。
【図８】第１実施形態と試作品における熱交換器吹出空気温度と、エンジン回転数および流量制御弁開度との関係を示すグラフである。
【図９】本発明の第２実施形態における流量制御弁と定差圧弁との一体化構成を示す一部断面上面図である。
【図１０】本発明の第３実施形態における流量制御弁と定差圧弁との一体化構成を示す一部断面上面図である。
【図１１】本発明の第４実施形態における流量制御弁と定差圧弁との一体化構成を示す一部断面上面図である。
【図１２】本発明の第５実施形態における流量制御弁と定差圧弁との一体化構成を示す一部断面上面図である。
【図１３】本発明の比較品（試作品）を示す一部断面上面図である。
【符号の説明】
１……エンジン、３……暖房用熱交換器、４……流量制御弁、５……バイパス回路、６……定差圧弁（圧力応動弁）、１３、３０……弁体、
１４…ハウジング、１９…温水入口パイプ（温水入口）、２０…温水出口パイプ（温水出口）、２１…バイパス開口、１７０…制御流路、
１７１、１７１ａ…入口側開口部、１７１ｂ…案内凹部、
１７２…バイパス側開口部、１７３、１７３ａ…出口側開口部、
１７４…中間通路。

Claims (12)

1. 温水供給源（１）から供給される温水と空気とを熱交換して空気を加熱する暖房用熱交換器（３）と、
   前記温水供給源（１）から前記暖房用熱交換器（３）に供給される温水流量を制御する弁体（１３）を有する流量制御弁（４）と、
   前記暖房用熱交換器（３）をバイパスして温水を流すバイパス回路（５）と、このバイパス回路（５）に設けられ、前記温水供給源（１）から供給される温水の圧力上昇に応じて前記バイパス回路（５）の開度を増大する弁体（３０）を有する圧力応動弁（６）とを備え、
   前記流量制御弁（４）は、前記弁体（１３）により前記温水供給源（１）からの温水が流入する温水入口（１９）、前記暖房用熱交換器（３）に温水を供給する温水出口（２０）、前記バイパス回路（５）に連通するバイパス開口（２１）を備えており、
   前記流量制御弁（４）は、前記弁体（１３）に形成した制御流路（１７０）により前記温水入口（１９）から流入する温水を前記温水出口（２０）と前記バイパス開口（２１）に振り分ける３方弁として構成されており、
   前記弁体（１３）の制御流路（１７０）には、前記温水入口（１９）からの温水が流入する入口側開口部（１７１、１７１ａ）と、この入口側開口部（１７１、１７１ａ）に流入した温水を前記温水出口（２０）側に流出させる出口側開口部（１７３、１７３ａ）と、前記入口側開口部（１７１、１７１ａ）に流入した温水を前記バイパス開口（２１）側に流出させるバイパス側開口部（１７２）とを備え、
   前記入口側開口部には、前記弁体（１３）の開度が小さいときに、前記温水入口（１９）と連通する小開度側の部分（１７１ａ、１７１ｃ）と、前記弁体（１３）の開度が大きいときに、前記温水入口（１９）と連通する大開度側の部分（１７１ｄ）が備えられており、
   前記小開度側の部分（１７１ａ、１７１ｃ）から噴出する温水の動圧の主流が前記圧力応動弁（６）の弁体（３０）側に作用するように、前記小開度側の部分（１７１ａ、１７１ｃ）からの温水の噴出方向を設定したことを特徴とする温水式暖房装置。
2. 前記小開度側の部分（１７１ａ、１７１ｃ）から噴出する温水の動圧の主流が、前記バイパス側開口部（１７２）および前記バイパス開口（２１）を通して、前記圧力応動弁（６）の弁体（３０）側に直接作用するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の温水式暖房装置。
3. 前記小開度側の部分（１７１ａ、１７１ｃ）から噴出する温水の動圧の主流が途中で屈折した後に、前記圧力応動弁（６）の弁体（３０）側に間接的に作用するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の温水式暖房装置。
4. 前記流量制御弁（４）の弁体（１３）に、前記バイパス側開口部（１７２）および前記バイパス開口（２１）側に向くように微小の円形穴からなる入口側開口部１７１ａを設け、この入口側開口部１７１ａにて前記小開度側の部分を構成したことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の温水式暖房装置。
5. 前記流量制御弁（４）の弁体（１３）に、嘴状の入口側開口部（１７１）を設け、
   この嘴状の入口側開口部（１７１）には、前記小開度側の部分を構成する嘴状の細長開口部分（１７１ｃ）と、前記大開度側の部分を構成する大開口部（１７１ｄ）とを備え、
   前記嘴状の細長開口部分（１７１ｃ）と前記大開口部（１７１ｄ）とを結合する部位に、深さを深くした案内凹部（１７１ｂ）を形成し、
   前記嘴状の細長開口部分（１７１ｃ）からの温水の主流が前記案内凹部（１７１ｂ）にて前記バイパス側開口部（１７２）およびバイパス開口２１側に向かうようにしたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の温水式暖房装置。
6. 前記圧力応動弁（６）の弁体（３０）において、前記温水の動圧を受ける頭部受圧面（３０ａ）を凹形状に成形したことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の温水式暖房装置。
7. 前記圧力応動弁（６）の弁体（３０）のリフト方向を、前記微小の円形穴からなる入口側開口部（１７１ａ）からの温水の噴出方向に沿った方向に設定したことを特徴とする請求項４に記載の温水式暖房装置。
8. 前記微小の円形穴からなる入口側開口部（１７１ａ）を、温水の流れの上流側から下流側に向かって直径が徐々に拡大または縮小する形状としたことを特徴とする請求項４または７に記載の温水式暖房装置。
9. 前記弁体（１３）は回動可能な円柱状のロータとして構成されており、
   この円柱状の弁体（１３）の円周面に、前記入口側開口部（１７１、１７１ａ）と前記バイパス側開口部（１７２）とが形成されており、
   前記制御流路（１７０）は前記円柱状の弁体（１３）内部を貫通して形成された中間通路（１７４）を有し、この中間通路（１７４）により前記入口側開口部（１７１、１７１ａ）を前記バイパス側開口部（１７２）および前記出口側開口部（１７３、１７３ａ）に連通していることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１つに記載の温水式暖房装置。
10. 前記円柱状の弁体（１３）の軸方向の一端面に前記出口側開口部（１７３、１７３ａ）が形成されており、
    前記円柱状の弁体（１３）を回動可能に収納するハウジング（１４、１４ａ）の円周面に、前記入口側開口部（１７１、１７１ａ）および前記バイパス側開口部（１７２）に対応して、前記温水入口（１９）および前記バイパス開口（２１）が形成されており、
    前記ハウジング（１４、１４ａ）の軸方向の一端面に前記出口側開口部（１７３、１７３ａ）に対応して前記温水出口（２０）が形成されていることを特徴とする請求項９に記載の温水式暖房装置。
11. 前記流量制御弁（４）、前記バイパス回路（５）および前記前記圧力応動弁（６）が共通のハウジング（１４、１４ａ、１４ｂ）内に一体に構成されていることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか１つに記載の温水式暖房装置。
12. 水冷式の走行用エンジン（１）を有する自動車に搭載され、前記温水供給源が前記水冷式の走行用エンジン（１）であることを特徴とする請求項１ないし１１のいずれか１つに記載の温水式暖房装置。

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