JP4465427B2

JP4465427B2 - 暖房用温水制御装置

Info

Publication number: JP4465427B2
Application number: JP2005035867A
Authority: JP
Inventors: 久寿広田
Original assignee: TGK Co Ltd
Current assignee: TGK Co Ltd
Priority date: 2005-02-14
Filing date: 2005-02-14
Publication date: 2010-05-19
Anticipated expiration: 2025-02-14
Also published as: JP2006219058A

Description

本発明は暖房用温水制御装置に関し、特に自動車のエンジンの冷却水を暖房用の熱源とし、エンジンから放熱器に流す温水の流量を制御することによって車室内の空気温度を制御するようにした暖房用温水制御装置に関する。

自動車用エアコンシステムでは、冷凍サイクルの低温冷媒によって冷風が作られる蒸発器と、エンジンからの温水によって温風を作る放熱器とを備えていて、蒸発器によって冷却された冷風を放熱器で再加熱して車室内の空気を最適な温度に制御するようにしている。

この温度制御方式としては、エアミックス方式と、リヒート方式とが知られている。エアミックス方式は、冷風の一部を再加熱し、エアミックスチャンバ内にて再加熱されていない冷風と再加熱された冷風とを均一に混合して車室内へ供給する構造のもので、温度制御は、放熱器によって再加熱する冷風の風量の割合をエアミックスドアにて変化させることで行っている。一方、リヒート方式は、冷風の全量を放熱器で再加熱する構造を有し、温度制御は、放熱器に流す温水の流量を制御することで行っている。

エアミックス方式は、部品および制御が簡単なことから、多くの車両に採用されており、複雑な温水流量の制御が必要なリヒート方式は、一部の高級車に採用されているだけである。しかし、エアミック方式は、大容積のエアミックスチャンバが必要なことから、そのような大きな取り付けスペースを不要としたリヒート方式が小型車において見直されつつある。

リヒート方式で用いられる暖房用温水制御装置は、エンジンの冷却水出口と放熱器の温水入口との間の送水管路に配置されて、エンジンから放熱器へ供給する高温の温水の流量を制御する流量制御弁を有している。エンジンとラジエータとに冷却水を循環させるウォータポンプは、エンジンによって駆動されているので、エンジンの回転数によってポンプ能力が大きく変化する。このため、流量制御弁の上流側には、エンジンの回転数が変化しても、水圧が変わらないようにする定差圧弁が設けられ、これによって、エンジンの回転数に影響されることなく放熱器へ供給される温水の流量、つまり、放熱器の放熱量が変わらないようにしている。

また、放熱器へ流れる高温の温水の流量が少ないときには、放熱器を流れる流速が遅いため、放熱器に入った温水は迅速に冷やされ、これにより、放熱器の温水入口側と温水出口側とで温度むらが発生することがある。この場合、放熱器に近接して温度制御された空気を分配する部分が設けられている場合には、車室内に吹き出す空気の温度が場所によって違ってしまう。このため、流量制御弁の下流側に、放熱器の温水出口から出た温水を温水入口に戻すような循環回路を設け、放熱器内の温水をポンプで強制的に循環させるようにしている。これにより、放熱器内を流れる温水の流量を常に多くすることができ、流量制御弁から微少流量の高温の温水が送られてきても、そのような高温の温水は、大量に循環している低温の温水によって即座に混合されて放熱器を通過するため、放熱器での温度むらは発生しなくなり、吹き出し空気温度も一定にすることができる。

循環回路に設けられるポンプとしては、電動式のポンプが用いられているが、流量制御弁の上流側に設けた定差圧弁を通過する温水の流れを利用してポンプを回転駆動するようにした構成も知られている（たとえば、特許文献１参照。）。この構成によれば、定差圧弁を通って大量の温水が流れるエンジンへの戻り管路の中に水車を設け、循環回路内に設けたポンプを水車と軸で直結している。これにより、定差圧弁から戻り管路を通ってエンジンへ戻される温水の流れによって水車が回転され、この水車の回転力によって循環回路のポンプを回転駆動するようにしている。
特開平５−２２１２３４号公報（段落番号〔００３２〕〜〔００３３〕，図３）

従来の暖房用温水制御装置では、太い戻り管路の中に同軸の水車とポンプとが離間して配置され、水車は、ポンプとの間の水車側に定差圧弁から導入されてエンジンへ帰還する高温の温水の流れによって回転され、水車によって回転駆動されるポンプは、水車との間のポンプ側に放熱器の温水出口から導入され低温の温水を吸い込んで放熱器の温水入口へ送り出すようにしている。流量制御弁がある流量の高温の温水を放熱器の循環回路へ送り込んでいるとき、循環回路からは送り込まれた流量に相当する流量の温水が水車を介してエンジンへ戻されるが、特に、循環回路に送り込まれる高温の温水が微少流量である場合には、水車とポンプとの間の境界部分では水車側に流れる温水の流量が微少であるため、高温の温水と低温の温水とが接した状態にある。このため、温度層ができる境界部分では、循環回路を流れる低温の温水が水車を介して流れる高温の温水によって加熱されてしまうため、放熱器は、流量制御弁によって制御した流量に相当する放熱量以上に放熱してしまうというという問題点があった。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、流量制御弁が放熱器に微少流量の高温の温水を供給するよう制御をしているときに、放熱器を循環している温水の温度が変化しないようにした暖房用温水制御装置を提供することを目的とする。

本発明では上記問題を解決するために、自動車のエンジンの冷却水循環回路と暖房用の放熱器との間に配置されて前記エンジンから前記放熱器へ供給される温水の流量を制御する暖房用温水制御装置において、前記エンジンの冷却水出口から供給される温水を前記放熱器の温水入口へ送る送水管路と前記放熱器の温水出口の温水を前記エンジンの冷却水入口へ戻す戻り管路との間に接続されて、前記冷却水出口における温水の水圧と前記冷却水入口における温水の水圧との差を所定値以下に保つための定差圧弁と、前記送水管路に介挿され、前記冷却水出口から供給された温水の流量を制御して前記放熱器の前記温水入口と前記温水出口とを接続して構成される循環回路の一部をなす循環管路へ供給する流量制御弁と、前記定差圧弁に並列に設けられたバイパス管路と、前記バイパス管路を流れる温水の流れにより回転される水車と、前記循環管路の中に配置され、前記水車とは軸により連結されていて前記水車により回転駆動されることで前記循環管路内の温水を循環させるポンプと、前記放熱器の前記温水出口における温水の水圧を受けて前記放熱器の前記温水出口から前記戻り管路を介して前記冷却水入口へ戻される温水の流れを許容する側に作用し、前記バイパス管路を流れる温水の水圧を受けて前記バイパス管路から前記循環管路への温水の流れを阻止する側に作用する逆流防止部と、を備えていることを特徴とする暖房用温水制御装置が提供される。

このような暖房用温水制御装置によれば、循環管路と戻り管路との間に逆流防止部を備えていることにより、流量制御弁が放熱器に微少流量の高温の温水を供給するよう制御をしているときに、放熱器に接続された循環管路から逆流防止部を介して戻り管路へ微小流量の温水が流れるが、このとき、逆流防止部は、戻り管路の高温の温水と循環管路の低温の温水との間で発生しようとする自然対流の邪魔をするので、放熱器を循環している低温の温水の温度が戻り管路の高温の温水によって上昇してしまうことがなくなる。

本発明の暖房用温水制御装置は、循環管路と戻り管路との間に逆流防止部を設けて高温の温水と低温の温水とが隣接する部分において自然対流が発生しないようにしたので、循環管路から戻り管路への温水の流れがない、または微少流量の流れがあるときに、高温の温水から低温の温水への熱伝達がなくなり、循環管路を流れる低温の温水が高温の温水によって温度上昇してしまうことがないという利点がある。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
図１は第１の実施の形態に係る暖房用温水制御装置を有する暖房装置のシステム図である。

自動車のエンジン１は、その冷却水出口からサーモバルブ２、ラジエータ３およびウォータポンプ４を介して冷却水入口へ戻る冷却水循環回路を備えている。この冷却水循環回路には、暖房用温水制御装置５を介して放熱器６が接続され、自動車用暖房装置を構成している。

暖房用温水制御装置５は、エンジン１の冷却水出口に接続された送水管路１１と、ラジエータ３とウォータポンプ４との間に管路に接続される戻り管路１２と、送水管路１１と戻り管路１２との間に接続されたバイパス管路１３と、放熱器６の温水入口と温水出口とに接続された循環管路１４とを有している。

この暖房用温水制御装置５のエンジン１側には、エンジン１の回転数が上がって送水管路１１と戻り管路１２との水圧差が所定値以上になると開弁して、送水管路１１における温水の水圧と戻り管路１２における温水の水圧との差を所定値以下に保つための定差圧弁１５が設けられている。送水管路１１には、制御された高温の温水を循環管路１４へ供給する流量制御弁１６が介挿されている。

バイパス管路１３には、バイパス流量制御弁１７および水車１８が直列に介挿されている。バイパス流量制御弁１７は、流量制御弁１６の開閉動作に連動して動作し、流量制御弁１６が全開に制御されたときに閉弁されて水車１８へ温水が流れないようにしている。

循環管路１４には、ポンプ１９および逆止弁２０が直列に介挿されている。ポンプ１９は、軸２１によって水車１８と連結され、バイパス管路１３を流れる温水の流れによって回転される水車１８の回転力が軸２１を介して伝達されるようになっている。

さらに、逆止弁２０の上流側の循環管路１４とバイパス管路１３との間の戻り管路１２には、放熱器６から出た温水をエンジン１に戻る方向にのみ流すことができる逆流防止部としての逆止弁２２が介挿されている。

以上の構成の暖房用温水制御装置５において、流量制御弁１６が全閉状態に制御されているときには、エンジン１から送水管路１１に送り込まれた温水は、全量がバイパス管路１３を介して戻り管路１２へ流れ、エンジン１側に戻される。このとき、バイパス管路１３を流れる温水によって水車１８が回転され、その回転力が軸２１を介してポンプ１９に伝達され、ポンプ１９は、水車１８と同じ回転数で回転されて循環管路１４内の水を放熱器６へ送り出し、これによって、循環回路を水が循環される。このとき、戻り管路１２に介挿されている逆止弁２２は、循環回路に入る温水流量がないため、出て行く流量もないので閉弁状態になっている。なお、エンジン１の回転数が上昇してウォータポンプ４の能力が高くなり、送水管路１１と戻り管路１２との水圧差が所定値以上になると、定差圧弁１５が開弁して、送水管路１１に送り込まれた温水の一部を戻り管路１２へバイパスさせるようにし、これによって送水管路１１と戻り管路１２との水圧差を所定値よりも高くならないようにしている。

流量制御弁１６が全開状態に制御されているときには、これに連動してバイパス流量制御弁１７が全閉にされ、水車１８には温水が流れない。このとき、エンジン１から送水管路１１に送り込まれた温水は、循環管路１４へ供給される。循環管路１４へは逆止弁２０の流れ方向下流側へ温水が送り込まれるので、その温水は、ポンプ１９を通って放熱器６に送られ、放熱器６を出た温水は、逆止弁２２を通って戻り管路１２からウォータポンプ４へ戻される。循環管路１４の逆止弁２０は、循環管路１４に送り込まれる温水の方が放熱器６の温水出口から出た温水よりも水圧が高いので、開くことはない。このときも、送水管路１１と戻り管路１２との水圧差が所定値より高くなると、定差圧弁１５が開弁して、水圧差が所定値よりも高くならないようにしている。

流量制御弁１６が中間開の状態に制御されているときには、流量制御された高温の温水が循環管路１４へ送り込まれ、放熱器６を通過した後に、送り込まれた流量に相当する流量の低温の温水が逆止弁２２を介して戻り管路１２からウォータポンプ４へ戻される。このとき、バイパス流量制御弁１７は開弁されているので、水車１８は回転され、ポンプ１９も回転して循環回路を温水が循環している。

流量制御弁１６が微小開の状態に制御されているときには、微少流量に制御された高温の温水が循環管路１４へ送り込まれ、その分の流量が逆止弁２２を介して戻り管路１２へ流れる。このとき、バイパス流量制御弁１７は開弁されているので、水車１８は回転され、ポンプ１９も回転していて、そのポンプ１９の能力に応じた流量の温水が強制的に循環回路を循環している。循環回路を循環する温水の流量が多いので、微少流量の高温の温水が循環管路１４へ送り込まれても、循環している温水とすぐに混合されてしまうので、放熱器６内では、温水の温度差ができることはない。また、低温の温水が循環している循環管路１４とバイパス管路１３を通って高温の温水が流れている戻り管路１２とは、逆止弁２２によって隔離されているので、逆止弁２２の下流側の高温の温水が循環回路を循環している低温の温水に熱を伝えることがないので、循環回路を循環している温水の温度が上昇してしまうことはない。

図２は第１の実施の形態に係る暖房用温水制御装置の構成例を示す断面図である。なお、図２において、図１に示した構成要素と同じまたは同等の機能を有する構成要素については同じ符号を付してある。

この暖房用温水制御装置５は、エンジン１からの温水を導入する送水管路１１および導入された温水をウォータポンプ４へ戻す戻り管路１２が図の右横に開口するよう平行に配置されている。温水を放熱器６へ送り出す循環回路の循環管路１４は、図の上部に開口するよう設けられ、放熱器６から戻ってくる温水を導入する循環管路１４は、図の左横に開口して設けられている。これら送水管路１１、戻り管路１２および循環管路１４は、この暖房用温水制御装置５の外ケースおよび内部の弁要素を構成するボディとともに樹脂によって一体に形成されている。

循環管路１４の軸線と同一軸線方向に、ポンプ１９、流量制御弁１６および水車１８が配置されている。流量制御弁１６は、ボディ内部に形成された弁座とその上流側に配置された弁体３１とを有している。弁体３１は、弁座に着座したときのシール性を向上させるために、弁座に対向する位置に弾性部材からなる弁シート３２が嵌合されている。弁体３１は、弁孔を貫通して上部に開口する循環管路１４内に延出された筒状のスカート部３３およびこのスカート部３３よりさらに延出されたたとえば３本の足３４が一体に形成されており、スカート部３３には、円周方向に複数のスリット３５が設けられている。弁体３１は、その中央部に、水車１８およびポンプ１９の軸２１を通すための孔と、循環管路１４内に延出された先端部にて軸２１を回転自在に支持する軸受部３６とが一体に形成されている。この軸受部３６と反対側の弁体３１の中央開口部には、弾性部材からなる環状の弁シート３７が設けられており、これに対向する水車１８の対向端面と協働して、流量制御弁１６が全閉しているときに、送水管路１１の高温の温水が軸受部３６を介して循環管路１４の側へ漏れるのを防止するための弁を構成している。

流量制御弁１６の弁体３１は、また、図の下方へ延出された筒状体３８が一体に形成されている。この筒状体３８は、送水管路１１に導入された温水を横孔３９を介して水車１８に導き、そして戻り管路１２へと導くバイパス管路１３を構成している。筒状体３８の図の下端部は、流量制御弁１６の弁体３１を図の上下方向に駆動するモータアクチュエータ４０のシャフト４１に結合されている。すなわち、シャフト４１は、その上端部にて半径方向外向きに延出された保持部４２を有し、筒状体３８は、その下端部から下方へ延出された延出部４３を有し、その延出部４３が保持部４２を貫通してシャフト４１の軸線方向に摺動自在に配置され、かつ、一端がシャフト４１に固定された板ばね４４の他端に固定されている。また、シャフト４１の上端部は、軸２１の下端部を回転自在に支持する軸受部４５になっている。なお、シャフト４１は、ボディの図の下方に開口する開口部に嵌合された蓋部を貫通してモータアクチュエータ４０に接続されており、その貫通部は、Ｏリングによって温水がモータアクチュエータ４０側に漏れないようシールされている。

バイパス管路１３を構成する筒状体３８の外周には、その軸線方向に摺動自在に筒状弁体４６が配置され、筒状体３８の外周とボディとの隙間に形成される環状の弁孔を閉じる方向にスプリング４７によって付勢されている。この筒状弁体４６は、送水管路１１と戻り管路１２との間の水圧差が所定値を越えたときに、スプリング４７の付勢力に抗して送水管路１１の温水を戻り管路１２へバイパスさせる定差圧弁１５を構成している。

また、筒状体３８に設けられた横孔３９は、定差圧弁１５の筒状弁体４６と協働してバイパス管路１３を開閉するスライド構造のバイパス流量制御弁１７を構成している。すなわち、流量制御弁１６が全閉状態にあるときは、横孔３９、つまり、バイパス流量制御弁１７の弁孔は全開になっており、流量制御弁１６が開いていくにつれて横孔３９が定差圧弁１５の筒状弁体４６に入り込んでいって開口面積が減らされ、流量制御弁１６の弁体３１が図の最も下方へ引き下げられた全開状態では、横孔３９が筒状弁体４６によって塞がれ、水車１８には温水が流れないようにしている。

さらに、放熱器６の温水出口から温水を導入して放熱器６の温水入口へ温水を送り出す循環管路１４には、逆止弁２０が設けられ、放熱器６の温水出口から温水を導入する循環管路１４と戻り管路１２との間には、逆止弁２２が設けられている。この逆止弁２２は、その両側の温水の温度差によって生じる対流により戻り管路１２から循環管路１４へ高温の温水が低温の温水へ逆流して循環管路１４の温水の温度が上昇してしまうのを防止する逆流防止部として機能する。

次に、以上の構成の暖房用温水制御装置５の動作について説明する。
図３は流量制御弁が全閉の状態を示す説明図である。
流量制御弁１６がたとえば開いている状態にあったとして、そこから、モータアクチュエータ４０によってシャフト４１が図の上方へ駆動されていくと、その駆動力は、板ばね４４および延出部４３を介して筒状体３８に伝達され、筒状体３８と一体に形成されている流量制御弁１６の弁体３１が閉弁方向に移動して、まず、弁座に着座する。

シャフト４１がモータアクチュエータ４０によって、さらに、図の上方へ駆動されると、軸２１に固定された水車１８の図の上端面が弁シート３７に押し当てられ、弁体３１は、板ばね４４によって弁座への着座が維持されている。これにより、水車１８は強制的に回転が止められるので、ポンプ１９も回転が止められて、放熱器６の温水循環が止められる。このとき、送水管路１１に導入された温水は、バイパス管路１３を通って、戻り管路１２からエンジン１に戻る。また、水車１８の図の上端面が弁シート３７に押し当てられることによって、弁体３１の軸２１を挿通している部分がシールされ、軸２１の軸受部３６から循環管路１４へ高温の温水が漏れて循環管路１４内の温水温度が上昇してしまうこともない。

この流量制御弁１６の全閉状態で、エンジン１の回転数が上昇して送水管路１１と戻り管路１２との間の水圧差が大きくなると、図示のように、定差圧弁１５が開いて、水圧差が所定値より大きくならないようになっている。

図４は流量制御弁が全開、定差圧弁が全閉のときの状態を示す説明図、図５は流量制御弁が全開、定差圧弁が開いているときの状態を示す説明図である。
シャフト４１がモータアクチュエータ４０によって図示のように最も下方へ駆動されると、流量制御弁１６は全開になる。この全開位置では、筒状体３８の横孔３９、すなわちバイパス流量制御弁１７は、定差圧弁１５の筒状弁体４６によって閉じられる位置まで移動しているので、図４に示したように、バイパス管路１３も閉じた状態にある。したがって、水車１８は回転することはなく、これと同軸のポンプ１９も回転しない。

これにより、送水管路１１に導入された温水は、全量が流量制御弁１６を介して循環管路１４へ流れ、放熱器６から戻ってきた温水は、逆止弁２２を介して戻り管路１２へ流れ、そこからエンジン１へ戻される。

この流量制御弁１６が全開状態にあるときに、エンジン１の回転数が上昇して送水管路１１と戻り管路１２との間の水圧差が大きくなると、図５に示したように、定差圧弁１５が開いて、導入された温水の一部が戻り管路１２へバイパスされ、水圧差が所定値より大きくならないように維持される。

図６は流量制御弁が中間開、定差圧弁が全閉のときの状態を示す説明図、図７は流量制御弁が中間開、定差圧弁が開いているときの状態を示す説明図である。
モータアクチュエータ４０によって流量制御弁１６が全閉と全開との間の中間開の状態に制御されているときには、バイパス流量制御弁１７も中間開の状態にある。このため、送水管路１１に導入された温水は、一部が流量制御弁１６を介して循環管路１４へ流れ、残りがバイパス管路１３に流れる。これにより、水車１８が回転するので、ポンプ１９が回転する。循環管路１４に流量制御された高温の温水が送り込まれるので、戻り管路１２の逆止弁２２が開き、循環回路の温水がポンプ１９によって強制循環されるので、循環管路１４内の逆止弁２０が開いている。

この流量制御弁１６が中開状態にあるときに、エンジン１の回転数が上昇して送水管路１１と戻り管路１２との間の水圧差が大きくなると、図７に示したように、定差圧弁１５が開いて、導入された温水の一部が戻り管路１２へバイパスされ、水圧差が所定値より大きくならないように維持される。

図８は流量制御弁が微小開、定差圧弁が全閉のときの状態を示す説明図、図９は流量制御弁が微小開、定差圧弁が開いているときの状態を示す説明図である。
モータアクチュエータ４０によって流量制御弁１６が微小に開いているときには、流量制御弁１６を介して循環回路に送り込まれる温水の流量は少ない。このとき、バイパス流量制御弁１７は十分に開いているので、水車１８は十分に回転し、ポンプ１９も十分に回転している。循環回路の循環流量は十分に確保されているので、この循環している低温の温水に高温の温水が微少流量流れ込んでも、放熱器６を含めて、この循環回路内では温水の温度むらは発生しない。また、この循環回路に送り込まれた流量と同じ流量の温水が、逆止弁２２を介して戻り管路１２に戻される。このとき、この逆止弁２２があることによって、その下流側に存在する高温の温水の熱が上流側の低温の温水に伝わることがないため、循環回路の温水の温度が上昇することもない。

この流量制御弁１６が微小開状態にあるときに、エンジン１の回転数が上昇して送水管路１１と戻り管路１２との間の水圧差が大きくなると、図９に示したように、定差圧弁１５が開いて、導入された温水の一部が戻り管路１２へバイパスされ、水圧差が所定値より大きくならないように維持される。

図１０は第２の実施の形態に係る暖房用温水制御装置を有する暖房装置のシステム図である。この図１０において、図１に示した構成要素と同じまたは同等の機能を有する構成要素については、同じ符号を付してその詳細な説明は省略する。

この第２の実施の形態に係る暖房用温水制御装置５０は、第１の実施の形態に係る暖房用温水制御装置５と比較して、流量制御弁１６によって流量制御された温水を放熱器６の循環回路へ送り込む構成は同じであるが、温水を送り込む位置が異なっている。すなわち、この暖房用温水制御装置５０内の循環管路１４では、温水循環方向にポンプ１９および逆止弁２０がこの順序で配置され、その逆止弁２０の下流側に流量制御された温水を送り込むようにしている。

また、この暖房用温水制御装置５０では、水車１８の下流側とポンプ１９の上流側との間に逆流防止部５１が設けられている。この逆流防止部５１は、循環管路１４から戻り管路１２への温水の流れがない、もしくは微少に流れているときに、高温の温水と低温の温水との間で生じる自然対流により高温の温水が低温の温水の側へ流れようとするのを防止するためのものである。

図１１は第２の実施の形態に係る暖房用温水制御装置の構成例を示す断面図である。なお、図１１において、図２および図１０に示した構成要素と同じまたは同等の機能を有する構成要素については同じ符号を付してある。

この暖房用温水制御装置５０は、定差圧弁１５が介挿される管路５２、バイパス管路１３および流量制御弁１６がそれらの軸線を互いに平行にして配置され、それらの軸線に対して直角方向に送水管路１１、戻り管路１２および放熱器６の温水入口および温水出口に接続される循環管路が配置されている。

流量制御弁１６は、弁体３１と一体に形成されたスカート部３３を有し、弁体３１はその軸線方向に貫通されていて循環管路１４の一部を構成する通路５３を有している。スカート部３３は、循環管路１４の一部を構成する通路５４に開閉方向に摺動自在に嵌合されている。その通路５４の図の下端部には、逆止弁２０の弁座が形成され、この弁座よりも循環回路の下流側には、スカート部３３をガイドにして弁座に対して接離自在に動作する逆止弁２０の弁体が設けられている。

循環管路１４の一部を構成する通路５４に隣接して配置されたバイパス管路１３には、流量制御弁１６に連動するバイパス流量制御弁１７が設けられている。このバイパス流量制御弁１７は、バイパス管路１３の図の上縁部が弁座５５として機能し、流量制御弁１６が全開位置にあるときにそのスカート部３３と一体に形成された弁体５６が弁座５５に着座して、バイパス管路１３を閉じるよう動作する。

戻り管路１２および循環管路１４の入口は、同一軸線上に、かつ、バイパス管路１３および逆止弁２０の軸線方向に対して直角な方向と平行に配置されている。バイパス管路１３の軸線と水車１８の軸線とは、水車１８の羽根形状によって、交差していても交差していなくてもよい。

同軸に配置された水車１８およびポンプ１９は、水車１８の羽根径がポンプ１９の羽根径よりも大きく形成されており、水車１８とポンプ１９との間には、逆流防止部５１が設けられている。この逆流防止部５１は、水車１８およびポンプ１９の間で軸線方向に移動自在な円板５７によって構成されている。この円板５７は、バイパス管路１３の出口の水圧と逆止弁２０の入口の水圧との差によって水車１８およびポンプ１９の羽根の対向する側の背面まで自由に移動することができる。したがって、バイパス管路１３の出口の水圧が逆止弁２０の入口の水圧より大きい場合、円板５７は、ポンプ１９の羽根の背面まで移動してその羽根の背面を塞ぎ、逆の場合は、水車１８の羽根の背面まで移動して径の大きな羽根の背面を部分的に塞ぐようになって、逆止弁のように作用する。

なお、流量制御弁１６の弁体３１は、これと一体に形成されたシャフト４１によってモータアクチュエータ４０に結合されており、開閉方向に駆動制御されるよう構成されている。

次に、以上の構成の暖房用温水制御装置５０の動作について説明する。
図１２は流量制御弁が全閉の状態を示す説明図である。
モータアクチュエータ４０によってシャフト４１が図の上方へ駆動されて、流量制御弁１６の弁体３１がその弁座に着座すると、送水管路１１に導入された温水は、全開にされたバイパス管路１３を通り、水車１８を通って戻り管路１２からエンジン１へと戻される。これにより、水車１８と同軸のポンプ１９が回転するので、循環管路１４の温水が逆止弁２０を押し開けながら強制循環される。このとき、逆流防止部５１の円板５７は、バイパス管路１３の温水の水圧によってポンプ１９の羽根の背面に押し付けられるので、逆流防止部５１は実質的に閉じた状態にある。水車１８の側の高温の温水とポンプ１９の側の低温の温水との間では、円板５７の外周の隙間を介して自然対流がほとんど生じないので、ポンプ１９の側の低温の温水が水車１８の側の高温の温水によって暖められることもない。

図１３は流量制御弁が微小開、定差圧弁が全閉のときの状態を示す説明図、図１４は流量制御弁が微小開、定差圧弁が開いているときの状態を示す説明図である。
流量制御弁１６が微小に開いているときには、送水管路１１に導入された温水は、ほとんどがバイパス管路１３および水車１８を通って戻り管路１２へ流れるが、微少流量の温水が流量制御弁１６を通って循環管路１４へ送り込まれる。このとき、図１３に示したように、循環管路１４に送り込まれた流量分の温水が、ポンプ１９から逆流防止部５１の円板５７を押し退けて水車１８の側に流れていく。

この流量制御弁１６が微小に開いているとき、循環管路１４の温水は、微小に開いていて円板５７の全周から戻り管路１２へ流れるため、水車１８の側の高温の温水とポンプ１９の側の低温の温水との間で円板５７を介して自然対流することがないので、ポンプ１９の側の低温の温水が水車１８の側の高温の温水によって暖められることもない。

また、この流量制御弁１６が微小に開くよう制御されているときに、エンジン１の回転数が上昇して送水管路１１と戻り管路１２との間の水圧差が大きくなると、図１４に示したように、定差圧弁１５が開いて送水管路１１の温水の一部が戻り管路１２へバイパスされ、これによって水圧差が所定値より大きくならないようにしている。

図１５は流量制御弁が全開の状態を示す説明図である。
モータアクチュエータ４０によってシャフト４１が図の下方へ駆動されていって、バイパス流量制御弁１７の弁体５６が弁座５５に着座されてバイパス管路１３が全閉状態になることによって、流量制御弁１６が全開の状態になると、送水管路１１に導入された温水は、全量が流量制御弁１６を通って循環管路１４へ送り込まれる。このとき、逆流防止部５１の円板５７は、循環管路１４の温水の水圧によって水車１８の羽根の背面に押し付けられるので、逆流防止部５１は実質的に開いた状態にある。また、逆止弁２０は、流量制御弁１６のスカート部３３内の水圧がウォータポンプ４によって吐出されて送水管路１１に導入された温水の水圧になっており、ポンプ１９側の水圧がウォータポンプ４によって吸引されている水圧になっているので、閉じられている。

第１の実施の形態に係る暖房用温水制御装置を有する暖房装置のシステム図である。第１の実施の形態に係る暖房用温水制御装置の構成例を示す断面図である。流量制御弁が全閉の状態を示す説明図である。流量制御弁が全開、定差圧弁が全閉のときの状態を示す説明図である。流量制御弁が全開、定差圧弁が開いているときの状態を示す説明図である。流量制御弁が中間開、定差圧弁が全閉のときの状態を示す説明図である。流量制御弁が中間開、定差圧弁が開いているときの状態を示す説明図である。流量制御弁が微小開、定差圧弁が全閉のときの状態を示す説明図である。流量制御弁が微小開、定差圧弁が開いているときの状態を示す説明図である。第２の実施の形態に係る暖房用温水制御装置を有する暖房装置のシステム図である。第２の実施の形態に係る暖房用温水制御装置の構成例を示す断面図である。流量制御弁が全閉の状態を示す説明図である。流量制御弁が微小開、定差圧弁が全閉のときの状態を示す説明図である。流量制御弁が微小開、定差圧弁が開いているときの状態を示す説明図である。流量制御弁が全開の状態を示す説明図である。

符号の説明

１エンジン
２サーモバルブ
３ラジエータ
４ウォータポンプ
５暖房用温水制御装置
６放熱器
１１送水管路
１２戻り管路
１３バイパス管路
１４循環管路
１５定差圧弁
１６流量制御弁
１７バイパス流量制御弁
１８水車
１９ポンプ
２０逆止弁
２１軸
２２逆止弁
３１弁体
３２弁シート
３３スカート部
３４足
３５スリット
３６軸受部
３７弁シート
３８筒状体
３９横孔
４０モータアクチュエータ
４１シャフト
４２保持部
４３延出部
４４板ばね
４５軸受部
４６筒状弁体
４７スプリング
５０暖房用温水制御装置
５１逆流防止部
５２管路
５３，５４通路
５５弁座
５６弁体
５７円板

Claims

自動車のエンジンの冷却水循環回路と暖房用の放熱器との間に配置されて前記エンジンから前記放熱器へ供給される温水の流量を制御する暖房用温水制御装置において、
前記エンジンの冷却水出口から供給される温水を前記放熱器の温水入口へ送る送水管路と前記放熱器の温水出口の温水を前記エンジンの冷却水入口へ戻す戻り管路との間に接続されて、前記冷却水出口における温水の水圧と前記冷却水入口における温水の水圧との差を所定値以下に保つための定差圧弁と、
前記送水管路に介挿され、前記冷却水出口から供給された温水の流量を制御して前記放熱器の前記温水入口と前記温水出口とを接続して構成される循環回路の一部をなす循環管路へ供給する流量制御弁と、
前記定差圧弁に並列に設けられたバイパス管路と、
前記バイパス管路を流れる温水の流れにより回転される水車と、
前記循環管路の中に配置され、前記水車とは軸により連結されていて前記水車により回転駆動されることで前記循環管路内の温水を循環させるポンプと、
前記放熱器の前記温水出口における温水の水圧を受けて前記放熱器の前記温水出口から前記戻り管路を介して前記冷却水入口へ戻される温水の流れを許容する側に作用し、前記バイパス管路を流れる温水の水圧を受けて前記バイパス管路から前記循環管路への温水の流れを阻止する側に作用する逆流防止部と、
を備えていることを特徴とする暖房用温水制御装置。
前記バイパス管路に設けられ、前記流量制御弁の開閉動作に連動して、前記流量制御弁が全開位置に制御されているときに閉弁するバイパス流量制御弁を備えていることを特徴とする請求項１記載の暖房用温水制御装置。
前記バイパス管路、前記流量制御弁、前記循環管路、前記バイパス管路に介挿される前記水車および前記循環管路に介挿される前記ポンプが同一軸線上に配置され、前記水車および前記ポンプを連結する前記軸が前記流量制御弁の弁体を貫通して配置されるとともに前記弁体によって回転自在に支持され、前記軸の前記水車の側の端部が前記弁体を軸線方向に駆動するアクチュエータのシャフトによって回転自在に支持されていることを特徴とする請求項１記載の暖房用温水制御装置。
前記逆流防止部は、前記放熱器の前記温水出口に接続される側の前記循環管路と前記戻り管路との間に配置された逆止弁であることを特徴とする請求項３記載の暖房用温水制御装置。
前記水車を囲うように前記弁体と一体に形成され、前記弁体と反対側の端部が前記シャフトに連結され、前記送水管路に導入された温水を横孔より導入して前記水車の軸線方向に流すようにして前記バイパス管路を構成する筒状体を備え、前記筒状体の外周に軸線方向に摺動自在に配置され、前記筒状体の外周とボディとの隙間に形成される環状の弁孔を前記戻り管路の側から閉弁方向に付勢して前記定差圧弁を構成していることを特徴とする請求項３記載の暖房用温水制御装置。
前記軸を支持している弁体は、前記水車の端面に対向する位置に弁シートを備え、前記弁体が全閉位置にあるとき前記シャフトが前記軸を介して前記水車の端面を前記弁シートに押し付けることで前記水車の回転を止めるとともに前記弁体の前記軸を支持している部分から前記循環回路への水漏れを防ぐようにしたことを特徴とする請求項３記載の暖房用温水制御装置。
前記筒状体の横孔は、前記流量制御弁が全開位置に制御されているときに前記定差圧弁の弁体によって閉じられる位置に設けられ、前記流量制御弁の開閉動作に連動して、前記流量制御弁が全開位置に制御されているときに閉弁するよう構成されるバイパス流量制御弁を備えていることを特徴とする請求項５記載の暖房用温水制御装置。
互いに軸線が平行となるように前記定差圧弁が設けられる管路、前記バイパス管路および前記流量制御弁が配置され、前記戻り管路が前記バイパス管路および前記流量制御弁の軸線方向に対して直角な方向と平行に配置され、前記循環管路の一部が前記流量制御弁と同一軸線方向に配置されていてその前記循環管路の一部には前記放熱器の前記温水出口に接続される側から前記ポンプ、温水の循環方向に開弁する逆止弁および前記流量制御弁の弁体の中心を貫通して形成される通路が配置され、前記ポンプよりも羽根径の大きな前記水車が前記戻り管路の中にて前記バイパス管路の出口に位置するように配置され、前記逆流防止部として前記水車および前記ポンプの間の前記軸にガイドされて前記軸の軸線方向に移動自在な円板が配置され、前記円板は、前記バイパス管路の出口における温水の水圧と前記ポンプにより循環される温水の水圧との差によって前記水車の背面を部分的に塞ぐか前記ポンプの背面を全体的に塞ぐよう作用することを特徴とする請求項１記載の暖房用温水制御装置。
前記流量制御弁の前記弁体は、前記ポンプの側に延出されていて前記循環管路に摺動自在に配置され、内部が前記弁体の中心を貫通して形成される前記通路と連通するスカート部と一体に形成されていることを特徴とする請求項８記載の暖房用温水制御装置。
前記逆止弁は、前記スカート部と前記ポンプとの間に配置されていることを特徴とする請求項９記載の暖房用温水制御装置。
前記流量制御弁の前記弁体は、これを軸線方向に位置制御するアクチュエータのシャフトと一体に形成されていることを特徴とする請求項８記載の暖房用温水制御装置。
前記流量制御弁の前記弁体を前記流量制御弁が全開位置に制御されているときに前記バイパス管路を閉じる弁体と一体に形成し、前記流量制御弁の開閉動作に連動して、前記流量制御弁が全開位置に制御されているときに閉弁するバイパス流量制御弁を備えていることを特徴とする請求項８記載の暖房用温水制御装置。