JPH02102816A - 車両用暖房装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、蓄熱式熱交換器を用いた重両用暖房装置に関
する。さらに詳述すれば、過冷却蓄熱材の放熱を利用し
た即効性の暖房装置に関する。

［従来の技術］ 自動車の暖房装置は、一般に、エンジンの冷却水の保有
する熱を、車室内へ吹き出す空気に熱交換させることに
より行っている。したがって、ニシンの始動直後などの
冷却水の温度が低いときは、車室内を暖房することがで
きない、このため、車両乗員は、冷却水の温度が」・、
昇するまで、寒い思いをしなければならなかった。

そこで、室内に吹き出す空気と冷却水との熱交換を行う
温水式熱交換器の空気の流れの下流に、過冷却蓄熱材の
入った熱交換器ＣＩ熱式熱交換器）を配置した暖房装置
が知られている。この蓄熱式熱交換器の有する過冷却蓄
熱材は、加熱することにより液化し、冷却されても液相
を保つ、そして、刺激を与えることにより、結晶化し、
液相から固相に変態する。この液相から固相に変態する
際に、熱を放つものである。

そして、この蓄熱式熱交換器を用いた暖房装置は、エン
ジンの始動直後など、冷却水の温度が低いときに、蓄熱
式熱交換器に蓄えられていた熱を放出させ、車室内を暖
房するものである。

［発明が解決しようとする課題］ 固相に変態した過冷却蓄熱材を、再び液相に変態させる
手段として、蓄熱式熱交換器を温水式熱交換器の空気の
流れの下流に配置し、温水式熱交換器と熱交換された温
風を使用したものがある。

これは、固相の過冷却蓄熱材を液相に変態させるのに、
長い時間を要するとともに、送風を停止すると蓄熱でき
ない問題点を備えていた。

この問題点を解決する手段として、蓄熱式熱交換器に冷
却水を循環させ、過冷却蓄熱材と冷却水とを直接的に熱
交換させるものがある。しかるに、過冷却蓄熱材の発熱
を行う際に、蓄熱式熱交換器に冷たい冷却水が循環する
。このため、過冷却蓄熱材の放出した熱が冷たい冷却水
に奪われ、暖房効果が薄れてしまう問題点を備えていた
。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、その目
的は、過冷却蓄熱材を効率良く固相から液相に変態させ
るとともに、過冷却蓄熱材の放出した熱を無駄なく室内
に供給することのできる車両用暖房装置の提供にある。

［課題を解決するための手段］ 本発明は上記目的を達成するために、車室内に向かって
空気を送るための通風ダクトと、該通風ダクトに配置さ
れ、前記通風ダクト内を流れる空気と冷却水とを熱交換
させる温水式熱交換器と、前記通風ダクトに配置され、
前記通風ダクト内を流れる空気と熱交換可能に設けられ
るとともに、冷却水と熱交換可能に設けられた過冷却蓄
熱材を有し、該過冷却蓄熱材を結晶化させる発核手段を
備えた蓄熱式熱交換器と、前記温水式熱交換器のみに冷
却水を供給する第１温水経路と、前記温水式熱交換器と
前記蓄熱式熱交換器とに冷却水を供給する第２温水経路
と、前記第１温水経路と前記第２温水経路とを切り替え
る切替手段と、冷却水の温度が低いときに前記第１温水
経路を選択し、冷却水の温度が高いときに前記第２温水
経路を選択するように前記切替手段を制御する制御手段
とを具備する技術的手段を採用する。

［作用］ 上記のように構成された車両用暖房装置は、エンジン始
動直後など、冷却水の温度が低い場合、制御手段および
切替手段の働きにより第１温水経路が選択される。第１
温水経路が選択された状態では、蓄熱式熱交換器に冷却
水が循環しない、この状態で、発核手段にまり液相の過
冷却蓄熱材に刺激が与えられると、過冷却蓄熱材が結晶
化し、放熱を行う、過冷却蓄熱材の放出した熱は、過冷
却蓄熱材と熱交換可能な冷却水と、通風ダクトを流れる
空気とに奪われる。そして、過冷却蓄熱材より熱を奪っ
た通風ダクトを流れる空気は、車室内へ吹き出され、車
室内を暖房する。

冷却水の温度が高い場合は、制御手段および切替手段の
働きにより第２温水経路が選択される。

第２温水経路が選択された状態では、温水式熱交換器と
蓄熱式熱交換器との両方に冷却水が供給される。すると
、蓄熱式熱交換器の過冷却蓄熱材と冷却水とが熱交換さ
れるとともに、温水式熱交換器に供給された冷却水と通
風ダクト内を通過する空気とが熱交換される。過冷却蓄
熱材は、高い温度の冷却水と熱交換されることにより加
熱され、熱を蓄える。つまり、同相化された過冷却蓄熱
材は、加熱されて液相に変態する。また、通風ダクトを
通過する空気は、高い温度の冷却水と熱交換されること
によって加熱され、温風となって東室内に供給される。

その結果、車室内が暖房される。

［発明の効果］ 本発明は、以上に説明したように構成されているため、
以下に記載されるような効果を奏する。

過冷却蓄熱材が放熱する際、過冷却Ｎ熱材と熱交換する
冷却水は循環しない、このため、過冷却蓄熱材が放出し
た熱のうち、冷却水に奪われる割合を最小限に抑えるこ
とができる。この結果、過冷却蓄熱材の放出した熱を効
率良く室内に供給することができる。

過冷却蓄熱材は、冷却水と直接的に熱交換されるため、
冷却水によって過冷却蓄熱材を加熱する際は、過冷却蓄
熱材を効率良く加熱することができる。この結果、内相
の過冷却蓄熱材を短時間で液相に変態させることができ
る。

［実施例］ 次に、本発明の車両用暖房装置を図に示す一実施例に基
づき説明する。

第１図ないし第４図は本発明の第１実施例を示し、第１
図は自動車用空気調和装置１の概略図を示す。

自動車用空気調和装′１１．１は、車室内に向かって空
気を送るための通風ダクｌ−２を備える。

この通風ダクト２の一端には、通風ダクト２内において
車室内に向かう空気流を生じさせる送風機３を備えた内
外気切替箱４が装着されている。

この内外気切替箱４は、車室内の空気、または車室外の
空気を選択して通風ダクト２内へ導く周知のものである
。

また、通風ダクト２の他端には、車室内に吹き出す空気
の吹き出し方向を、乗員の胸元、足元、前面ガラス等に
選択する周知の吹出口切替箱５が設けられている。

通風ダクト２には、上流の位置に冷凍サイクルの冷媒蒸
発器６が配置されている。また、通風ダクト２内の冷媒
蒸発器６の下流位置には、通風ダクト２内を流れる空気
とエンジン冷却水とを熱交換させる温水式熱交換器７が
配置されている。この温水式熱交換器７の両隣には、蓄
熱式熱交換器８とバイパス路９とが設置されている。

蓄熱式熱交換器８は、第２図に示すように、内部に過冷
却蓄熱材１０を有する。この過冷却蓄熱材１０は、通風
ダクト２内を流れる空気と熱交換可能で、かつ、エンジ
ン冷却水と熱交換可能に設けられた、周知の構造のもの
である。また、蓄熱式熱交換器８は、過冷却蓄熱材１０
を結晶化させる発核手段１１を備える０本実施例の発核
手段１１は、針１２によって過冷却蓄熱材１０に刺激を
与え、液相の過冷却蓄熱材１０を結晶化させるものであ
る。なお、発核手段１１の構成は、針１２と、この針１
２を過冷却蓄熱材１０とは異なった側に付勢するばね１
３と、通電を受けるとばね１３の付勢力に抗して針１２
を過冷却蓄熱材１０へ突き刺す電磁コイル１４とからな
る。

そして、過冷却蓄熱材１０を収納する容器と、発核手段
１１との間は、ゴム等の伸縮自在な膜で隔離され、過冷
却蓄熱材１０が発核手段１１内に侵入しないように設け
られている。

なお、過冷却蓄熱材１０は、例えば酢酸ナトリウム水化
物で、５８°Ｃ以上に加熱されるとゲル状となる。完全
にゲル状になると、温度が低下しても（５８℃より低下
しても）結晶化せず、ゲル状の状態を保つ、そして、熱
を放出させたいときに、発核手段１１によって刺激を与
えると、ゲル状態（液相）から結晶化状態（固相）へ変
態する。このとき、過冷却蓄熱材１０は、４０〜６０ｃ
ａ　ｌ／ｇの熱量を放出する。また、発核手Ｆｕ１１と
して、種結晶を過冷却蓄熱材１０へ接触さぜることによ
り、液相の過冷却蓄熱材１０を固相に変態させる構造の
ものを用いても良い。

バイパス路９は、通風ダクト２内を流れる空気を、温水
式熱交換器７および蓄熱式熱交換器８をバイパスさせる
風路である。

温水式熱交換器７、蓄熱式熱交換器８およびバイパス路
９の上流には、即効暖房切替用のダンパ１５が設けられ
ている。このダンパ１５は、温水式熱交換器７およびバ
イパス路９の上流、または蓄熱式熱交換器８の上流を選
択的に塞ぐものである。

この結果、ダンパ１５が温水式熱交換器７およびバイパ
ス路９の上流を塞ぐと、通風ダクト２内の空気は全て蓄
熱式熱交換器８を通過する。逆に、ダンパ１５が蓄熱式
熱交換器８の上流を塞ぐと、通風ダクト２内の空気は全
て、温水式熱交換器７またはバイパス路９を通過する。

なお、ダンパ１５は、負圧アクチュエータや電動モータ
等の駆動手段１６（第３図参照）によって駆動されるも
ので、本実施例では、通電されるとダンパ１５が温水式
熱交換器７およびバイパス路９の上流を塞ぎ、通電が停
止されるとダンパ１５が蓄熱式熱交換器８の上流を塞ぐ
ものである。

温水式熱交換器７およびバイパス路９の上流には、エア
ミクスダンバ１７が設けられている。このエアミクスダ
ンバ１７は、ダンパ１５により蓄熱式熱交換器８の上流
が塞がれている際に、温水式熱交換器７を通過する空気
量と、バイパス路９を通過する空気量との比率を調節す
るものである。なお、エアミクスダンバ１７も負圧アク
チュエータや電動モータ等の駆動手段（図示しない）に
よって駆動される。

温水式熱交換器７および蓄熱式熱交換器８には、水冷式
エンジン（図示しない）の冷却水が冷却水配管１８によ
って循環可能に設けられている。

この冷却水配管１８は、第１図の破線に示す第１温水経
路１９と、実線に示す第２温水経路２０とを構成する。

第１温水経路１９は、エンジンのウォータジャケット（
図示しない）から流出した冷却水を、バイパス配管２１
を用いて蓄熱式熱交換器８をバイパスさせて温水式熱交
換器７へ導き、再びエンジンのウォータジャケットへ戻
すものである。また、第２温水経路２０は、エンジンの
ウォータジャケットから流出した冷却水を、蓄熱式熱交
換器８へ導き、次いで温水式熱交換器７へ導き、再びエ
ンジンのウォータジャケットへ戻すものである。

第１温水経路１９と第２温水経路２０は、電磁三方弁２
２によって切り替えられる。電磁三方弁２２は、本発明
の切替手段で、バイパス配管２１の上流の冷却水配管１
８との分岐部分に設けられる。そして、電磁三方弁２２
は、通電されるとウォータジャケットより供給された冷
却水をバイパス配管２１へ導くことで第１温水経路１９
を選択し、通電が停止されるとウォータジャケットより
供給された冷却水を蓄熱式熱交換器８へ導くことで第２
温水経路２０を選択するものである。

この電磁三方弁２２は、第３図に示す制御回路２３によ
って制御される。この制御回路２３は、本発明の制御手
段で、本実施例の制御回路２３は、暖房に関する部分を
示す（冷房運転の制御、エアミクスダンバの制御、風量
制御部分は示さない）。

制御回路２３は、マイクロコンピュータ２４を備える。

このマイクロコンピュータ２４は、送風機３（第１図参
照）の運転状態、車両乗員によって操作されるヒータス
イッチ２５の操作状態、およびエンジン冷却水の水温を
検出する水温センサ２６の状態に応じて、発核手段１１
の電磁コイル１４、＠Ａ動手段１６、電磁三方弁２２を
通電制御する。なお、図中の符号２１はリレーコイルで
、通電されることによりリレースイッチ２８がＯＮＬ、
駆動手段１６、電磁三方弁２２を通電する。また、符号
２９はバッテリ、符号３０はキースイッチを示す。

次に、制御回路２３のマイクロコンピュータ２４の作動
を第４図のフローチャートに基づき説明する。

エンジンが起動されると、初期値設定される。

続いて、ステップＳ１において、送風１１１３が作動し
ているか否かの判断を行う、この判断結果が１４０の場
合はステップＳ１へ戻る。

ステップＳ１の判断結果がＹＥＳの場合は、ステップＳ
２において、車両乗員の操作により、ヒータスイッチが
ＯＮされているか否かの判断を行う。

この判断結果がＮＯの場合はステップＳ１へ戻る。

ステップＳ２の判断結果がＹＥＳの場合は、ステップＳ
３において、水温センサ２６の検出した冷却水の温度が
、所定温度（例えば６０℃）以」−か否かの判断を行う
。

この判断結果がＮＯの場合は、ステップＳ４において、
リレーコイル２７をＯＮＬ、駆動手段１６および電磁三
方弁２２を通電させる。続いて、ステップＳ５において
、発核フラグが立っているか否かの判断を行う、この判
断結果がＮＯの場合は、ステップＳ６において、発核フ
ラグを立てる。続いて、ステップＳ７において、発核手
段１１の電磁コイル１４を複数回通電し、ステップＳ１
へ戻る。また、ステップＳ５の判断結果がＹＥＳの場合
も、ステップＳ１へ戻る。

ステップＳ３の判断結果がＹＥＳの場合は、ステップＳ
８において、リレーコイル２７をＯＦＦ　して駆動手段
１６および電磁三方弁２２の通電を停止し、ステップＳ
１へ戻る。

次に、上記実施例の作動を簡単に説明する。

エンジンの始動直後など、冷却水の温度が低い状態で車
両乗員が、ヒータを要求する場合は、車両乗員が、ヒー
タスイッチ２５をＯＮさせるとともに、送風機３を作動
させる。

冷却水の温度が６０℃に達しない場合は、制御回路２３
の働きにより、発核手段１１により蓄熱式熱交換器８の
過冷却蓄熱材１０に刺激が与えられるとともに、ダンパ
１５が温水式熱交換器７およびバイパス路９の上流を塞
ぎ、さらに第１温水経路１９が選択される。

過冷却蓄熱材１０は、発核手段１１により刺激が与えら
れると液相から固相へ変態し、放熱する。過冷却蓄熱材
１Ｇの放った熱は、通風ダクト２を流れる空気に奪われ
るとともに、冷却水に奪われる。

このとき、蓄熱式熱交換器８は、冷却水が流れ”ζいな
いため、冷却水が奪う熱量は低く抑えられる。

この結果、過冷却蓄熱材１０の放った熱を有効に室内に
供給し、室内を暖房することができる。

エンジンの始動後、５〜１０分はど経過し、水温が６０
℃に達すると、制御回路２３の働きにより、ダンパ１５
が蓄熱式熱交換器８の上流を塞ぐとともに、第２温水経
路２０が選択される。すると、まず蓄熱式熱交換器８に
おいて、冷却水と過冷却蓄熱材１０とが熱交換し、続い
て温水式熱交器７で、冷却水と通風ダクト２内を流れる
空気と熱交換を行う。

そして、温水式熱交換器７で冷却水の熱を奪った空気が
車室内へ供給され、車室内を暖房する。

また、蓄熱式熱交換器８は、温水式熱交換器７で熱を奪
われる前の熱い冷却水と過冷却蓄熱材１０とが熱交換さ
れるため、短時間で固相の過冷却蓄熱材１０を液相に変
態させることができる。

もし、蓄熱式熱交換器８によって暖房を行っている際に
、温水式熱交換器７、蓄熱式熱交換器８の両方の冷却水
の流れを停止すると、その後熱源が蓄熱式熱交換器８か
ら温水式熱交換器７へ切り替わったときには、温水式熱
交換器７に供給されている冷却水の水温が低い、このた
め切り替わった直後は冷風が車室内に吹き出してしまう
、しかるに、本実施例に示すように、第１温水経路１９
が選択されている状態で、温水式熱交換器１に冷却水が
循環している。このため、第１温水経路１９から第２温
水経路２０へ切り替わる際、温水式熱交換器７へ加熱さ
れた冷却水が供給されている。この結果、切り替わった
直後から加熱された冷却水によって車室内を暖房するこ
とができる。

第５図に本発明の第２実施例を示す。

本実施例は温水式熱交換器７を通過した空気が蓄熱式熱
交換器８を通過するように、蓄熱式熱交換器８を温水式
熱交換器７の空気流の下流に設けたものである。これに
より、蓄熱式熱交換器８の過冷却蓄熱材（図示しない）
は、第２温水経路２０が選択される際、冷却水によって
加熱されるとともに、温水式熱交換器１を通過した空気
によって加熱される。

この結果、第６図の実線Ａに示すように、過冷却蓄熱材
の温度の」、昇時間を短縮することができる。なお、過
冷却蓄熱材の温度の上昇時間を短縮すると、短い乗車時
間で蓄熱することができる。

このため、短い乗車時間でも、次回の乗車時に即効暖房
を行うことができる。

なお、図中破１１Ｂは、冷却水のみによって過冷却蓄熱
材を加熱する場合の温度」−昇を示す、さらに、図中−
点鎖ＩＩＣは、温水式熱交換器７を通過した空気（温風
）によってのみ過冷却蓄熱材を加熱した場合の温度上昇
を示す。

（変形例） 本実施例では、水温が所定温度に上昇することによって
第１温水経路から第２温水経路に切り替えた例を示した
が、冷却水の温度が蓄熱式熱交換器（過冷却蓄熱材や、
蓄熱式熱交換器の下流の空気）の温度よりも上昇した際
に切り替えても良い。

また、タイマーを用いて、所定時間後に冷却水の温度が
高いものとして第１温水経路から第２温水経路に切り替
えても良い。

切替手段に電磁三方弁を用いたが、バイパス水路と蓄熱
式熱交換器とにそれぞれ電磁開田弁を設け、ｒＭ閑を切
り替えることによって切替手段を構成しても良い。

る。

図中　２・・・通風ダクト　７・・・温水式熱交換器８
・・・蓄熱式熱交換器　１９・・・第１温水経路　２０
・・・第２温水経路　２２・・・電磁三方弁（切替手段
）２３・・・制御回路（制御手段）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）　（ａ）車室内に向かって空気を送るための通風ダ
   クトと、 （ｂ）該通風ダクトに配置され、前記通風ダクト内を流
   れる空気と冷却水とを熱交換させる温水式熱交換器と、 （ｃ）前記通風ダクトに配置され、前記通風ダクト内を
   流れる空気と熱交換可能に設けられるとともに、冷却水
   と熱交換可能に設けられた過冷却蓄熱材を有し、 該過冷却蓄熱材を結晶化させる発核手段を備えた蓄熱式
   熱交換器と、 （ｄ）前記温水式熱交換器のみに冷却水を供給する第１
   温水経路と、 （ｅ）前記温水式熱交換器と前記蓄熱式熱交換器とに冷
   却水を供給する第２温水経路と、 （ｆ）前記第１温水経路と前記第２温水経路とを切り替
   える切替手段と、 （ｇ）冷却水の温度が低いときに前記第１温水経路を選
   択し、冷却水の温度が高いときに前記第２温水経路を選
   択するように前記切替手段を制御する制御手段と を具備する車両用暖房装置。