JPH03135819A - 排気熱を利用する自動車用暖房装置 - 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】 （ａ業上の利用分野） この発明に係る排気熱を利用する自動車用暖房装置は、
ヒートパイプの原理を利用する事で、エンジンから排出
される排気の熱により、車室内の暖房を行なうものであ
る。

（従来の技術） 排気熱を利用して車室内の暖房を行なう暖房装置の場合
、冷却水の熱を利用して暖房を行なう装置に比べて立ち
上がりが早く（＠房感を得られる迄に要する時間が短く
）、又、寒冷地等に於いて、冷却水の熱を利用するだけ
では十分な暖房感を得られない場合にも、これを十分に
補助する事が出来る為、従来から各種構造のものが研究
されている。この内、ヒートバイブの原理を利用して排
気熱を回収し、車室内の暖房を行なう自動車用暖房装置
として従来から、実開昭６３−１１４８０６号公報等に
開示されたものが知られている。

この様な、ヒートパイプの原理を応用した、排気熱を利
用する自動車用暖房装置は、例えば第３図に示す様に構
成される。

この第３図に於いて１は、自動車用エンジン２から排出
される排気を流通させる排気管で、この排気管１の途中
には、第一、第二の排気流路３．４を、互いに並列に設
けている。この内の第一の排気流路３内には、純水等の
作動流体を加熱蒸発させる為の加熱器５を設けており、
この加熱器５の蒸気出口に、蒸気送り出し管６の一端を
接続している。

排気管１の途中で、上記第一、第二の排気流路３．４の
上流側には、加熱器５を配置した第一の排気流路３への
排気の送り込みとその停止とを制御する、排気流路切換
ドア７を設けて、加熱器５での、作動流体の加熱量の調
節を自在としている。

一方、送風機８によって、暖房用の空気を流通させるダ
クト内には、温水（エンジン用冷却水）を循環させるヒ
ータコア９と直列に、コンデンサ１０を配置している。

このコンデンサ１０の蒸気入口は、上記蒸気送り出し管
６の他端に接続しており、このコンデンサ１０の出口に
一端を接続し、途中に貯液器１１、仕切弁１２を設けた
戻し管１３の他端を、前記蒸気送り出し管６の一部を介
して加熱器５に通じさせて、コンデンサ１０内で凝縮液
化した作動流体を、上記加熱器５に戻す様にしている。

１４は、排気流路切換ドア７駆動用のアクチュエータ、
１５は、蒸気送り出し管６の途中に設けた安全弁、１６
は、蒸気送り出し管６内をコンデンサ１０に向けて送ら
れる、蒸気の温度を検出する為の温度センサ、１７は、
コンデンサ１０の頂部の温度を検出する為の温度センサ
、１８は、前記ヒータコア９に送り込まれる温水の温度
を検出する為の温度センサ、１９は、ヒータコア９とコ
ンデンサ１０とを通過した後の空気の温度を検出する温
度センサ、２４は、作動流体中に混入した空気を排出す
る為、コンデンサ１０の頂部に設けた電磁開閉弁、２５
は、この電磁開閉弁と直列に設けたリリーフ弁である。

前記排気流路切換ドア７の切り換えと、仕切弁１２の開
閉とを制御する為の制御器（図示せず）は、上記各温度
センサ１６〜１９からの信号に応じて、排気流路切換ド
ア７の切り換えと、仕切弁１２の開閉とを行なわせる。

上述の様に構成される、従来の排気熱を利用する自動車
用暖房装置により、車室内の暖房を行なう場合、排気流
路切換ドア７を第３図に鎖線で示す様に切り換えると共
に、仕切弁１２を開き、送風機８を運転する。

この結果、加熱器５内に存在する作動流体が蒸発し、蒸
気送り出し管６を通じて、コンデンサ１０に送り込まれ
る。そして、このコンデンサ１０内で作動流体の蒸気は
、送風機８によってダクト（図示せず）内に吸引され、
このダクト内を流れる空気との間で、熱交換を行なって
凝縮し、戻し管１３、貯液器１１、仕切弁１２、蒸気送
り出し管６の一部を通じて前記加熱器５に戻され、再び
蒸発するサイクルを繰り返し行なう。ダクト内での熱交
換によって温度上昇した空気は、ダクトの下流端に設け
た、適当な吹き出し口から車室内に吹き出し、この車室
内の暖房に供される。

暖房装置を使用しない場合、或はヒータコア９による暖
房で十分な場合には、排気流路切換ドア７を、第３図の
実線で示す状態に切り換えると共に、仕切弁１２を閉じ
る。

この結果、加熱器５に高温の排気が送り込まれなくなる
と共に、作動流体が貯液器１１に溜められたまま、加熱
器５には送り込まれない状態となって、コンデンサ１０
の温度が上昇する事もなくなる為、ダクト内を流通する
空気の温度が過度に上昇する事もなくなる。

（発明が解決しようとする課題） ところで、上述の様に構成され作用する、排気熱を利用
する自動車用暖房装置を、現実の自動車用暖房装置に組
み込む場合、次に述べる様な、解決しなければならない
問題点が存在する。

即ち、加熱器５で蒸発させ、コンデンサ１０で凝縮させ
る作動流体としては、純水を使用する事が考えられるが
、純水を使用した場合、作動流体が貯液器１１に溜めら
れた状態のままで放置され（エンジンを停止したままの
状態とされ）た場合、この作動流体が貯液器１１内で凍
結する場合が生じる。

即ち、排気熱を利用する暖房装置の場合、前述の様に、
冷却水の熱を利用して暖房を行なう装置に比べて立ち上
がりが早く、冷却水の熱では十分な暖房を行なえない場
合にも、十分に足りない分を補う事が出来るが、必ずし
も安定した暖房能力を得る事が出来ない為、コンデンサ
１０とヒータコア９とを直列に配置し、初期段階では排
気熱を利用した暖房を行ない、冷却水の温度が上昇した
後は、冷却水を流通させるヒータコア９による暖房を行
なう事が考えられる。そして、この様な機構を採用した
場合、暖房が必要な程度に寒い場合でも、作動流体を貯
液器１１に溜めたままとする場合が生じる６又、排気熱
を利用した暖房を行なっている状態で、自動車を停止し
た場合でも、仕切弁１２の閉鎖に伴なって、作動流体の
多くの部分が、貯液器１１内に溜められたままとなる。

この様に、寒い（気温が氷点下に下がる可能性がある）
場合に作動流体を貯液器１１に溜めたままとする結果、
作動流体が貯液器１１内で凍結した場合、この作動流体
がなかなか融けなくなり、排気熱を利用した暖房を行な
えなくなってしまう。

本発明の排気熱を利用する自動車用暖房装置は、上述の
様な不都合を解消するものである。

（課題を解決する為の手段） 本発明の排気熱を利用する自動車用暖房装置は、前述し
た従来からの排気熱を利用する自動車用暖房装置の場合
と同様に、自動車用エンジンから排出される排気を流通
させる排気管の途中に設けられた加熱器と、この加熱器
の蒸気出口に一端を接続した蒸気送り出し管と、暖房用
の空気を流通させるダクト内に配置され、蒸気入口を上
記蒸気送り出し管の他端に接続したコンデンサと、この
コンデンサの出口に一端を接続し、コンデンサ内で凝縮
液化した作動流体を、上記加熱器に戻す戻し管と、この
戻し管の途中に、コンデンサの側から順に設けられた貯
液器及び仕切弁とから構成されている。

更に、本発明の排気熱を利用する自動車用暖房装置に於
いては、上記貯液器に隣接して設けられた加熱ジャケッ
トと、上記蒸気送り出し管の途中から分岐し、上記加熱
ジャケットに蒸気を送り込み自在な分岐送り込み管と、
上記加熱ジャケットから上記加熱器に作動流体を戻す為
の排出管と、上記加熱器から送り出された蒸気を、上記
コンデンサと上記加熱ジャケットとに選択的に流す為の
切り換え手段と、上記貯液器内の作動流体の状態を検出
する為のセンサと、このセンサからの信号に基づいて上
記切り換え手段の切り換えを行ない、上記貯液器内の作
動流体の凍結時に、蒸気を加熱ジャケット内に送り込む
と共に、暖房装置の停止時に上記仕切弁を制御して、上
記貯液器内の作動流体の一部を上記加熱器に送り込み自
在とする制御器とを有する。

（作　用） 上述の様に構成される、本発明の排気熱を利用する自動
車用暖房装置は、作動停止時には仕切弁が、制御器から
の信号に基づき少しの間だけ開いて、貯液器内の作動流
体の一部を加熱器に送り込む。

そして、暖房装置の作動開始時に、貯液器に付設したセ
ンサからの信号に基づき、貯液器内の作動流体が凍結し
ていると判断された場合には、制御器が、加熱器から送
り出された蒸気を加熱ジャケットに流す方向に、切り換
え手段を切り換える。

この結果、加熱器内に存在する一部の作動流体が蒸発す
る事で発生した高温の蒸気が、貯液器に隣接して設けら
れた加熱ジャケットに送り込まれ、この加熱ジャケット
を介して、貯液器内に溜められた、残りの作動流体を暖
める。

この結果、貯液器内で凍結した作動流体が短時間の間に
融け、戻し管を通じて、加熱器内に送り込まれる。加熱
器内に送り込まれた作動流体は、この加熱器内で蒸発し
て、上記加熱ジャケット内に送り込まれ、更に貯液器内
に残った作動流体を暖める。

センサからの信号により、貯液器内の作動流体が十分に
融けたと判断された場合には、制御器からの信号に基づ
き切り換え手段が、加熱器から送り出された蒸気をコン
デンサに送り込む方向に切り換わり、従来からの暖房装
置と同様に、コンデンサを通過する空気を暖める。

反対に、貯液器に付設したセンサからの信号に基づき、
貯液器内の作動流体が凍結していないと判断された場合
には、制御器は、暖房装置の作動開始初期から、切り換
え手段を、加熱器から送り出された蒸気をコンデンサに
送り込む方向に切り換え、従来からの暖房装置と同様に
、コンデンサを通過する空気を暖める。

（実施例） 次に、図示の実施例を説明しつつ、本発明を更に詳しく
説明する。

第１図は本発明の排気熱を利用する自動車用暖房装置の
要部を示す部分略断面図、第２図はこの装置の作用を示
すフローチャートである。

尚、本発明の排気熱を利用する自動車用暖房装置の基本
的構造自体は、前述の第３図に示した自動車用暖房装置
と同様である為、重複する説明は省略し、以下本発明の
特徴部分に就いて説明する。

加熱器５とコンデンサ１０と（第３図参照）の間に設け
られ、コンデンサ１０内で凝縮した作動流体を一時貯溜
しておく為の貯液器１１の下側には、この貯液器１１の
下面に接する様にして、加熱ジャケット２０が設けられ
ている。

内部に加熱用の蒸気流路を有する、この加熱ジャケット
２０の一端には、蒸気送り出し管６の途中で、コンデン
サ１０寄り部分から分岐した分岐送り込み管２１の端部
を接続して、蒸気送り出し管６から加熱ジャケット２０
内に、加熱用の蒸気を送り込み自在としている。

又、上記加熱ジャケット２０の他端には、この加熱ジャ
ケット２０から上記蒸気送り出し管６に、蒸気を戻す為
の排出管２２を接続し、加熱ジャケット２０内の蒸気流
路を通過して温度が低下した蒸気を、蒸気送り出し管６
を通じて加熱器５に戻せる様にしている。

一方、上記蒸気送り出し管６の途中で、上記分岐送り込
み管２１の分岐部の内側には、切り換え手段である切り
換えドア２３を設けて、上記加熱器５から送り出された
蒸気を、コンデンサ１０と上記加熱ジャケット２０とに
選択的に流せる様にしている。

前記貯液器１１には、温度センサ等の図示しないセンサ
を設けて、この貯液器１１内の作動流体の状態、即ちこ
の作動流体が凍結しているか否かを検出自在とし、この
センサの検出信号を、やはり図示しない制御器に人力し
ている。

そして、この制御器は、上記センサからの信号に基づい
て、上記切り換え手段である切り換えドア２３の切り換
えを行なうと共に、暖房装置の停止時に、貯液器１１と
加熱器５との間に設けられた仕切弁１２を制御して、上
記貯液器１１内の作動流体の一部を上記加熱器５に送り
込み自在とする。

上述の様に構成される本発明の排気熱を利用する自動車
用暖房装置は、第２図のフローチャートに示す様に作用
する。

先ず、暖房装置の作動停止時には、制御器からの信号に
基づき、貯液器１１内の作動流体の一部を加熱器５に送
り込む。

即ち、暖房装置を停止させた場合、従来の自動車用暖房
装置に於いては、仕切弁１２が直ちに閉しられる為、コ
ンデンサ１ｏで凝縮した作動流体が、総て貯液器１１に
溜められるが、本発明の暖房装置の場合、暖房装置の停
止後短時間は、仕切弁１２が開いたままとなり、作動流
体の一部が加熱器５に送り込まれる。

そして、暖房装置の作動開始時（再使用時）に、貯液器
１１に付設したセンサからの信号に基づき、貯液器１１
内の作動流体が凍結していると判断された場合（例えば
温度センサが検出する貯液器１１内の温度が０℃以下の
場合）には、制御器が切り換えドア２３を、第１図に実
線で示す様に、加熱器５から送り出された蒸気を加熱ジ
ャケット２０に流す方向に切り換える。尚、使用開始の
信号に基づ籾、それ迄閉じられていた仕切弁１２も開放
される。

この結果、加熱器５内に存在する一部の作動流体が蒸発
する事で発生した高温の蒸気が、貯液器１１の下面に接
する状態で設けられた加熱ジャケット２０内に送り込ま
れ、この加熱ジャケット２０を介して、貯液器１１内に
溜められた、残りの作動流体を暖める。

この結果、貯液器１１内で凍結した作動流体が短時間の
間に融け、融けた分から戻し管１３を通じて、次々に加
熱器５内に送り込まれ、この加熱器５内で加熱蒸発し、
上記加熱ジャケット２ｏ内に送り込まれ、更に貯液器１
１内に残っている作動流体を融かす。

貯液器１１に付設したセンサからの信号により、この貯
液器１１内の作動流体が十分に融けたと判断された場合
には、制御器からの信号に基づき切り換えドア２３が、
第１図に鎖線で示す様に切り換わり、加熱器５から送り
出された蒸気をコンデンサ１０に送り込み、その後は従
来からの排気熱を利用する自動車用暖房装置と同様に、
コンデンサ１０を通過する空気を暖める。

反対に、使用開始時に於いて、貯液器１１に付設したセ
ンサからの信号に基づき、貯液器１１内の作動流体が凍
結していないと判断された場合には、制御器は、暖房装
置の作動開始初期から、切り換えドア２３を第１図に鎖
線で示した状態に切り換え、最初から加熱器５から送り
出された蒸気をコンデンサ１０に送り込み、従来からの
暖房装置と同様に、コンデンサ１０を通過する空気を暖
める。

（発明の効果） 本発明の排気熱を利用する自動車用暖房装置は、以上に
述べた通り構成され作用するが、寒冷時に、作動流体が
貯液器内で凍結しても、この貯液器内の作動流体を短時
間で融かす事が出来る為、エンジンの始動後、短時間の
間に暖房を行なう事が出来、排気熱による暖房効果を有
効に利用する事が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の排気熱を利用する自動車用暖房装置を
示す部分略断面図、第２図はこの装置の作用を示すフロ
ーチャート、第３図は本発明の対象となる、排気熱を利
用する自動車用暖房装置の１例を示す断面図である。 １：排気管、２：自動車用エンジン、３：第一の排気流
路、４：第二の排気流路、５：加熱器、６：蒸気送り出
し管、７：排気流路切換ドア、８：送風機、９：ヒータ
コア、１ｏ：コンデンサ、１１：貯液器、１２：仕切弁
、１３：戻し管、１４：アクチュエータ、１５：安全弁
、１６．１７．１８．１９：温度センサ、２ｏ：加熱ジ
ャケット、２１：分岐送り込み管、２２．排出管、２３
：切り換えドア、２４：電磁開閉弁、２５：リリーフ弁
。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）自動車用エンジンから排出される排気を流通させ
   る排気管の途中に設けられた加熱器と、この加熱器の蒸
   気出口に一端を接続した蒸気送り出し管と、暖房用の空
   気を流通させるダクト内に配置され、蒸気入口を上記蒸
   気送り出し管の他端に接続したコンデンサと、このコン
   デンサの出口に一端を接続し、コンデンサ内で凝縮液化
   した作動流体を、上記加熱器に戻す戻し管と、この戻し
   管の途中に、コンデンサの側から順に設けられた貯液器
   及び仕切弁とから成る、排気熱を利用する自動車用暖房
   装置に於いて、上記貯液器に隣接して設けられた加熱ジ
   ャケットと、上記蒸気送り出し管の途中から分岐し、上
   記加熱ジャケットに蒸気を送り込み自在な分岐送り込み
   管と、上記加熱ジャケットから上記加熱器に作動流体を
   戻す為の排出管と、上記加熱器から送り出された蒸気を
   、上記コンデンサと上記加熱ジャケットとに選択的に流
   す為の切り換え手段と、上記貯液器内の作動流体の状態
   を検出する為のセンサと、このセンサからの信号に基づ
   いて上記切り換え手段の切り換えを行ない、上記貯液器
   内の作動流体の凍結時に、蒸気を加熱ジャケット内に送
   り込むと共に、暖房装置の停止時に上記仕切弁を制御し
   て、上記貯液器内の作動流体の一部を上記加熱器に送り
   込み自在とする制御器とを有する事を特徴とする、排気
   熱を利用する自動車用暖房装置。