JP3896672B2 - 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制御する流量制御弁を用いた温水式暖房装置に関するもので、自動車用空調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、特開平８−１１８９４３号に開示されているように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。
この従来装置では、温水流量を制御する流量制御弁を暖房用熱交換器に一体化するとともに、流量制御弁により流量制御された温水が流入する入口側タンクを暖房用熱交換器の下方部に配置し、この熱交換器の上方部に出口側タンクを配置して、温水が熱交換器のコア部を下方から上方への一方向のみに流れるように構成している。このように、温水の流れを下方から上方への一方向流れとすることにより、Ｕターン流れの方式のものに比して、暖房用熱交換器の温水流通抵抗の低減、構造の簡略化等の長所を有している。
【０００３】
ところが、温水流量を流量制御弁にて微少流量に制御すると、高温の温水が自身の浮力（高温の温水は比重が小さい）の影響も加わって、コア部において温水の出入口間を短絡する領域に温水が集中的に流れてしまい、他の領域（コア部において、温水の出入口から遠ざかる領域）では温水流量が大幅に減少するという現象が発生し、暖房用熱交換器の左右（タンク長手方向）の吹出温度差に非常に大きなバラツキが生じる。この結果、運転席側と助手席側の乗員に対して、双方とも満足できる空調感を与えることができず、空調の温度制御上、重大な欠陥となる。
【０００４】
そこで、上記従来装置では、暖房用熱交換器の下方部の温水入口側タンクもしくは上方部の温水出口側タンクのいずれか一方に、コア部の左右方向への温水分配を均一化する温水分配手段を内蔵して、暖房用熱交換器の左右の吹出温度差を低減させるものを提案している。この温水分配手段は、具体的には温水入口側タンク内部をタンク長手方向（タンク左右方向）に延びるパイプ状部材からなり、このパイプ状部材にタンク長手方向に沿って複数の温水分配穴を開け、この複数の温水分配穴から温水を分岐して温水入口側タンク内に流入させている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来装置では、温水流量を流量制御弁にて最大流量に制御する最大暖房時にも、温水はパイプ状部材に開けた複数の温水分配穴を通して流れるので、このパイプ状部材の介在により温水流通抵抗がどうしても高くなり、温水流量が制限される。
【０００６】
そこで、本発明は上記点に鑑み、暖房用熱交換器のコア部を温水が下方から上方への一方向のみに流れるようにした温水式暖房装置において、最大暖房時に温水流量の低下を招くことなく、温水の微少流量制御時における左右の吹出空気温度差を低減することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１ないし３記載の発明では、暖房用熱交換器（１１）は、温水入口側タンク（１４ａ）から温水がコア部（１３）のチューブ（１３ａ）を経て温水出口側タンク（１４ｂ）に向かう一方向のみに流れるように構成されており、
暖房用熱交換器（１１）は、空調ケース（２）内に温水入口側タンク（１４ａ）が下方に、温水出口側タンク（１４ｂ）が上方となるようにして配置されており、
空調ケース（２）内で、コア部（１３）のうち温水入口（１５ａ）及び温水出口（１５ｂ）側の一部分に、遮断部材（２２）を設け、
この遮断部材（２２）を、流量制御弁（１２）による暖房用熱交換器（１１）への温水供給量が所定量より小さいときに前記一部分への空気の通過を遮断し、温水供給量が所定量より大きいときには前記一部分への空気の通過を許容するドア部材で構成したことを特徴としている。
【０００８】
これにより、暖房用熱交換器への温水供給量が所定量より小さい微少流量制御時には、コア部（１３）のうち温水入口（１５ａ）及び温水出口（１５ｂ）側の一部分に空気が通過することが遮断部材（２２）により遮断されるため、この一部分での空気と温水との熱交換が行われない。このため、温水の微少流量制御時における左右の吹出空気温度差を低減することができる。
そして、本発明では、暖房用熱交換器（１１）への温水供給量が所定量より大きいときには遮断部材（２２）により前記一部分への空気の通過を許容するから、前記一部分を含むコア部全体で空気と温水との熱交換を行うことができる。
しかも、上記従来装置のように温水入口側タンク（１４ａ）内にパイプ等の温水分配手段を設置せずに済むため、最大暖房時に温水流量の低下を招くことを防止できる。
これにより、最大暖房時（温水供給量が最大）にコア部全体で最大暖房能力を良好に発揮させることができる。
【００１１】
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。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。なお、本例は本発明の温水式暖房装置を自動車用温水式暖房装置（車両用空調装置）に適用したものである。図１に車両用空調装置の全体構成図を示す。
車両用空調装置１は、車室内（空調空間）へ向かう空気流路をなす空調ケース２を有する。空調ケース２は、ポリプロピレン等のある程度弾性を有する材質で形成されており、複数のケース部材が組み付けられて上記空気流路を構成している。
【００１３】
空調ケース２の空気上流側は、内外気送風ユニット３となっている。内外気送風ユニット３には外気を空調ケース２内に取り入れるための外気導入口４と、内気を空調ケース２内に取り入れるための内気導入口５とが開口形成されている。これら外気導入口４および内気導入口５は、板状の内外気切替ドア６にて選択的に開閉される。これにより、内外気モードとして、内気のみを空調ケース２内に導入する内気モードと、外気のみを空調ケース２内に導入する外気モードとが切替え可能となる。また、本例では、このような内外気モードの切替えは、内外気切替ドア６をサーボモータ等の駆動手段にて駆動することで行われる。
【００１４】
内外気送風ユニット４は、内外気切替ドア６の下方部位には、空調ケース２内に車室内へ向かう空気流を発生する送風機７が配置されている。送風機７は、本例では遠心式多翼ファン（シロッコファン）であり、ファン７ａとこのファン７ａを駆動する電動モータ７ｂとからなる。
空調ケース２内で、内外気送風ユニット３の空気下流側は、クーリングユニット８となっており、クーリングユニット８内には、通過する空気を冷却するエバポレータ９が配置されている。
【００１５】
空調ケース２内で、クーリングユニット８の空気下流側は、ヒータユニット１０となっており、ヒータユニット１０内には、エバポレータ９を通過した冷風を加熱するヒータコア１１が配置されている。ヒータコア１１は、自車の水冷式の走行用エンジン１００（温水源）から供給される温水（エンジン冷却水）と空気とを熱交換して空気を加熱する暖房用熱交換器を構成している。
【００１６】
図１に示すようにエンジン１００からヒータコア１１までの温水供給路には、エンジン１００からヒータコア１１に供給される温水流量を制御するための流量制御弁１２が配置されている。この流量制御弁１２はどのようなタイプのものであっても良いが、本例ではロータリー式のバルブを使用している。流量制御弁１２は、上記温水流量を制御することで、エバポレータ９を通過した空気の加熱量を制御して、空調風の吹出温度を調整する吹出温度調整手段を構成している。そして、この流量制御弁１２の弁開度、つまり温水流量（吹出温度）は、駆動手段としてサーボモータ４０（図４参照）にて駆動制御される。
【００１７】
ここで、ヒータコア１１の詳細について説明する。ヒータコア１１の詳細図を図２に示す。ヒータコア１１は、温水と空気との熱交換を行うコア部１３を有する。
コア部１３は アルミニウム等にて偏平形状に形成され、内部を温水が流れる多数本のチューブ１３ａと、このチューブ１３ａ間に配置され、熱交換能力を向上させるフィン（コルゲートフィン）１３ｂとから構成されている。コア部１３のうち、チューブ１３ａの長手方向の一端部（図２中左側）には、全てのチューブ１３ａに温水を分配供給する温水入口側タンク１４ａが配置されている。また、コア部１３のうち、チューブ１３ａの長手方向の他端部（図２中右側）には、全てのチューブ１３ａを通過した温水が合流して、コア部１３から流出する温水出口側タンク１４ｂが配置されている。なお、これらタンク１４ａ、１４ｂも、アルミニウムにて形成されており、コア部１３とタンク１４ａ、１４ｂとはろー付けにて組付固定されている。
【００１８】
温水入口側タンク１４ａには、内部に温水を流入させる温水入口１５ａが接続されており、温水出口側タンク１４ｂには、内部に温水を流出させる温水出口１５ｂが接続されている。
そして、ヒータコア１１は、図２で示す構成からして明らかのように温水入口側タンク１４ａから温水がコア部１３のチューブ１３ａを経て温水出口側タンク１４ｂに向かう一方向のみに流れるように構成されている。
【００１９】
また、このようなヒータコア１１は、図１に示すようにヒータユニット１０内にに温水入口側タンク１４ａが下方に、温水出口側タンク１４ｂが上方となるようにして略垂直に配置されている。
ヒータユニット１０のうちヒータコア１１の空気下流側には、ヒータコア１１にて温度調整された空調風を車室内の異なる部位に吹き出すための吹出開口部１６〜１８が開口形成されている。吹出開口部１６は、乗員の上半身に向けて空調風が吹き出すフェイス吹出開口部であり、ヒータユニット１０の上方部位に開口形成されている。フェイス吹出開口部１６は、板状のドア部材であるフェイスドア１９にて開閉される。
【００２０】
吹出開口部１７は、図示しない車両窓ガラスの内面に向けて空調風を吹き出すデフロスタ吹出開口部であり、ヒータユニット１０の上方部位に開口形成されている。デフロスタ吹出開口部１７は、板状のドア部材であるフェイスドア２０にて開閉される。
吹出開口部１８は、乗員の足元に向けて空調風を吹き出すフット吹出開口部であり、ヒータユニット１０の下方部位に開口形成されている。フット吹出開口部１８は、板状のドア部材であるフットドア２１にて開閉される。
【００２１】
次に本発明の要部である遮断ドア２２（本発明の邪魔部材、遮断部材）について説明する。遮断ドア２２は、板状のドアで、例えば樹脂製の細長の基板（図示しない）の板面にウレタンフォーム等のシール材を接着した構造となっている。遮断ドア２２は、図１、図３（図１中Ａ矢視図）に示すようにエバポレータ９とヒータコア１１との間で、ヒータコア１１の空気上流側の近傍に配置されている。遮断ドア２２は、細長の形状で、空調ケース２に回転可能に支持された回転軸２２ａによって図３中矢印で示すようにａ〜ｂの作動範囲だけ回動可能となっている。
【００２２】
ここで、図３に示すようにヒータコア１１の空気上流側には、空気流路を２つの通路３０ａ、３０ｂに仕切るように仕切り板２３が形成されている。なお、この仕切り板２３は、空調ケース２に一体形成であっても良いし、別体であっても良い。仕切り板２３は、図３に示すようにヒータコア１１（コア部１３）のうち、温水入口１５ａ及び温水出口１５ｂ側に偏った位置に形成されている。
【００２３】
このようにすることで、エバポレータ９を通過した空気のうち、図３に示すように仕切り板２３より下方の領域ｃで、通路３０ａに送風された少量の空気は、コア部１３のうち、温水入口１５ａ及び温水出口１５ｂ側の一部分を通過する。
これに対し、コア部１３のうち、図３に示す仕切り板２３より上方で通路３０ｂに送風された残りの空気は、コア部１３のうち、温水入口１５ａ及び温水出口１５ｂから遠ざかる他の部分を通過する。
【００２４】
仕切り板２３の空気上流側端部は、図３に示すように遮断ドア２２側に折れ曲がって遮断ドア２２と当接するシール壁２３ａを構成している。つまり、本例では上記遮断ドア２２は、図３に示すようにヒータコア１１のうち温水入口１５ａ及び温水出口１５ｂ側に位置する空調ケース２の内壁面と、上記仕切り板２３との間で、上記通路３０ａの空気上流側部位に設置してある。
そして、遮断ドア２２が通路３０ａの入口部３１を閉塞するときには、遮断ドア２２が図３に示す実線の作動位置ｂに操作されてシール壁２３ａと当接して確実に入口部３１をシールして閉塞するようにしている。
【００２５】
なお、空調ケース２内では、図３中紙面表裏方向における内壁面には、図示しないが同様のシール壁が形成されており、これにより、シール壁２３ａは全体的に見ると額縁状となっている。
また、遮断ドア２２が通路３０ａの入口部３１を開口するときには、遮断ドア２２が図３に示す２点鎖線の作動位置ａに操作される。そして、この際、空調ケース２は図３に示すように遮断ドア２２が通風抵抗とならないように一部膨らんだドア収納部３２が一体成形されている。これにより、遮断ドア２２が入口部３１を開口する作動位置ａに操作された場合は、遮断ドア２２が収納部３２内に収納配置されるため、空調空気の流れを邪魔することが無い。
【００２６】
このような遮断ドア２２は、図４に示すように駆動手段としてサーボモータ４１にて駆動される。そして、サーボモータ４１は、周知のコンピュータ手段である空調制御装置５０によって制御される。空調制御装置５０は、各種空調状態を自動制御するものであって、空調環境情報としてセンサ群５２の検出信号（内気温や外気温等）や、温度設定器５１での設定温度等を読み込み、上記流量制御弁１２の弁開度（上記温水流量であり、空調風の吹出温度）を制御することで、車室内温度を上記設定温度となるように制御する。また、上記電動モータ７ｂも空調制御装置５０にて制御され空調風の風量も自動制御され、さらには上記ドア１９〜２１の作動（吹出モード）を自動制御する。
【００２７】
本例における上記遮断ドア２２の作動制御は以下のようなものである。先ず、空調用制御装置５０では、流量制御弁１２の弁開度、つまりヒータコア１３へ供給される温水流量を検知している。そして、空調用制御装置５０は、流量制御弁１２によるヒータコア１１への温水供給量が所定量より小さいときには、遮断ドア２２を図３に示す実線の作動位置ｂに操作することで、入口部３１を閉塞して通路３０ａへの空気の通過を遮断する。
【００２８】
これにより、上記コア部１３のうち温水入口１５ａ及び温水出口１５ｂ側の一部分（図３中ｃで示す部位）に空気が通過することが遮断される。本例では完全に部位ｃには空気が流れない。つまり、このように温水供給量が少ない微小流量制御時には、従来技術の欄で前述したように温水の浮力の影響で、図２中矢印で示すように温水がコア部１３のうち温水入口１５ａ及び温水出口１５ｂ側の一部分（上記部位ｃ）を流れるため、この部位ｃを通過した空気は、他の部位よりも最も温度が高くなる。このため、ヒータコア１３を通過した後の空調風の吹出温度分布が偏り、左右の吹出空気温度差が顕著に大きくなる。
【００２９】
そこで、本例ではこの微小流量制御時には、遮断ドア２２により通路３０ａへの空気の通過を遮断して、温水入口１５ａ及び温水出口１５ｂ側の部位ｃには空気が流れないようにしているため、この部位ｃでの温水と空気との熱交換が行われない。これにより、温水の微少流量制御時における左右の吹出空気温度差を格段に低減できる。
一方、上記温水供給量が上記所定量より大きいときには、遮断ドア２２を図３に示す２点鎖線の作動位置ａに操作することで、入口部３１を開口して通路３０ａへの空気の通過を許容する。これにより、コア部１３全体で空気と温水とが熱交換されるとともに、例えば最大暖房時（温水供給量が最大）にコア部１３で最大暖房能力を発揮させることができる。
これに加え、本例では上記従来装置のようにタンク内にパイプを配置せずに左右の吹出空気温度差を低減できるため、最大暖房時に温水流量の低下を招くことを防げる。
【００３０】
ところで、本発明では遮断ドア２２をコア部１３のうち上記部位ｃに当接して、この部位ｃに空気が流れないように配置しても良い。しかし、このようにすると、ヒータコア１１には１００度近い高温の温水が流れるため、遮断ドア２２の耐久性がが温水の熱によって悪化する可能性がある。そこで、本例では上記仕切り板２３によってヒータコア１３から所定量離れるように入口部３１を形成し、この入口部３１を遮断ドア２２が開閉するようにした。これにより、遮断ドア２２をヒータコア１１と離した位置に配置でき、遮断ドア２２の耐久性を向上できる。
【００３１】
（変形例）
上記実施形態では、上記遮断ドア２２をヒータコア１１の空気上流側に配置したが、図５、図６（図５のＡ矢視図）に示すようにヒータコア１１の空気下流側に配置しても良い。 また上記実施形態では、上記遮断ドア２２をヒータコア１１の空気上流側に配置したが、図７、図８（図７のＡ矢視図）に示すように空調ケース２の内壁面に一体成形された一対の遮蔽板３３（邪魔部材）にて部位ｃを挟み込むようにしても良い。なお、遮蔽板３３はいずれか一方あれば良い。
【００３２】
また、上記各実施形態では、部材ｃに完全に空気流れないようにしたが、微小量だけ流れるようにしても良いし、部位ｃへの空気の流れを邪魔することで、部位ｃでの空気と温水の熱交換量を少なくする。これにより上記部位ｃを通過する空調風の吹出温度を低下させることができ、温水の微少流量制御時における左右の吹出空気温度差を低減することができる。
【００３３】
また、上記各実施形態では、温水入口側タンク１４ａと温水出口側タンク１４ｂとが天地方向に並ぶようにヒータコア１１を垂直に配置したが、本発明では温水入口側タンク１４ａが温水出口側タンク１４ｂより下方で、ヒータコア１１を傾斜して配置しても良い。
また、上記各実施形態では、本発明の温水式暖房装置を車両用空調装置に適用したが、本発明はこれに限定されるものでは無い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態における車両用空調装置の全体構成図である。
【図２】上記実施形態におけるヒータコア１１の構成図である。
【図３】図１を矢印Ａ方向から見た上面図である。
【図４】上記実施形態における空調制御装置の構成図である。
【図５】本発明の変形例を表す図である。
【図６】本発明の変形例を表す図である。
【図７】本発明の変形例を表す図である。
【図８】本発明の変形例を表す図である。
【符号の説明】
２…空調ケース、１１…ヒータコア、１２…流量制御弁、１３…コア部、
１３ａ…チューブ、１４ａ…温水入口側タンク、１４ｂ…温水出口側タンク、
１５ａ…温水入口、１５ｂ…温水出口、２２…遮断ドア。

Claims (3)

1. 空調空間へ向かう空気流路をなす空調ケース（２）と、
   前記空調ケース（２）内に配置され、温水源（１００）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（１１）と、
   前記温水源（１００）から前記暖房用熱交換器（１１）に供給される温水流量を制御するための流量制御弁（１２）とを備え、
   前記暖房用熱交換器（１１）は、並列配置された多数本のチューブ（１３ａ）を有し、前記温水と空気との熱交換を行うコア部（１３）と、
   前記コア部（１３）の一端部に配置された温水入口側タンク（１４ａ）と、前記コア部（１３）の他端部に配置された温水出口側タンク（１４ｂ）と、
   前記温水入口側タンク（１４ａ）内に温水を流入させる温水入口（１５ａ）と、前記温水出口側タンク（１４ｂ）から温水を流出させる温水出口（１５ｂ）とを備え、
   前記暖房用熱交換器（１１）は、前記温水入口側タンク（１４ａ）から温水が前記コア部（１３）の前記チューブ（１３ａ）を経て前記温水出口側タンク（１４ｂ）に向かう一方向のみに流れるように構成されており、
   前記暖房用熱交換器（１１）は、前記空調ケース（２）内に前記温水入口側タンク（１４ａ）が下方に、前記温水出口側タンク（１４ｂ）が上方となるようにして配置されており、
   前記空調ケース（２）内で、前記コア部（１３）のうち前記温水入口（１５ａ）及び前記温水出口（１５ｂ）側の一部分に、遮断部材（２２）を設け、
   前記遮断部材（２２）は、前記流量制御弁（１２）による前記暖房用熱交換器（１１）への温水供給量が所定量より小さいときに前記一部分への空気の通過を遮断し、前記温水供給量が前記所定量より大きいときには前記一部分への空気の通過を許容するドア部材で構成されていることを特徴とする温水式暖房装置。
2. 前記暖房用熱交換器（１１）は、前記空調ケース（２）内に前記温水入口側タンク（１４ａ）が下方に、前記温水出口側タンク（１４ｂ）が上方となるようにして略垂直に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の温水式暖房装置。
3. 前記温水源（１００）が自動車の水冷式の走行用エンジン（１００）であり、請求項１または２に記載の温水式暖房装置を自動車用温水式暖房装置として構成したことを特徴とする温水式暖房装置。

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