JPH03227716A - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は自動車用暖房装置に係り、詳しくは、ヒートパ
イプを用いて無駄なく効果的な暖房をお。

こなえるようにした自動車用暖房装置に関するものであ
る。

〔従来の技術〕

従来、自動車等の車両に装備される暖房装置は温水暖房
方式が広く採用され、エンジン冷却後の温水を利用した
熱交換によって温風を発生させ、これを車室内に送給・
循環させるようにしていた。

つまり、エンジンを冷却した際に昇温しで温水となった
冷却水を、車室空調用の温風排出路内に配置したヒータ
コアに導入循環させて温風を発生させていた。

このような温水暖房方式で、とくに始動初期における暖
房効果を向上させるために、ヒートパイプを併用した自
動車用暖房装置が、例えば特開昭６１−２１８４１６号
公報に記載されている。これは、始動初期から高温とな
るエンジンからの排気ガスを外部に導出する排気ガス通
路にバイパスを設け、そのバイパスにヒートパイプの受
熱端を配置し、その放熱端をヒータコアが設けられてい
る温風排出路に配置したものである。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、暖房を必要とする時期においても、外気の温
度がさほど低くないときには、暖房能力は小さくてよく
、ヒートパイプによる補助の暖房を必要としない。しか
し、前述したような従来のヒートパイプを併用した自動
車用暖房装置では、そのときの外気温度の如何を問わず
、暖房時にはヒートパイプを作動させるように構成して
いるため、外気温度がさほど低くないときには、暖房能
力が過剰になることがあった。この過剰状態を調整しよ
うとすると、厳冬時には、暖房能力が不足することとな
り、環境条件の変化に柔軟に対応できるように、暖房能
力を調整することができなかった。

本発明はこのような事情を考慮してなされ、厳冬時には
、優れた暖房補助効果により充分な暖房能力を得ること
ができるとともに、外気温度がさほど低くないときには
、暖房能力が過剰にならないようにした自動車用暖房装
置を提供することを課題としている。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、ヒータコアによる主たる暖房に加えて、エン
ジンからの排気熱を利用して補助的な暖房をおこなえる
ようにした自動車用暖房装置にあって、前記課題を解決
するために、目標とする空調温度を設定するとともに、
温度調整信号を送出する温度調整手段と、上記温度調整
手段からの温度調整信号を受け、空調制御のための制御
信号を送出するコントロールユニットと、前記エンジン
の排気ガス通路内に受熱端が、上記ヒータコアが設けら
れている温風排出路内に放熱端が、それぞれ配置されて
いるヒートパイプと、前記コントロールユニットからの
制御信号を受け、上記ヒーＩ・パイプからの放熱量を可
変調整する放熱量調整手段とを設け、上記温度調整手段
に設定された設定温度が所定値以上であると、その設定
温度に対応して上記ヒートパイプの放熱端からの放熱量
が調整されるようにしている。

〔作　　　用〕

温度調整手段に、目標とする空調温度を設定すると、そ
の設定温度に対応した温度調整信号がコントロールユニ
ットに送出される。コントロールユニットはその温度調
整信号を受け、その設定温度を目標として、空調制御の
ための制御信号を送出する。放熱量調整手段は、その制
御信号を受け、上記温度調整手段に設定された設定温度
が所定値以上であると、その設定温度に対応して、例え
ばヒートパイプの作動流体の流量を調整することにより
、上記ヒートパイプの放熱端からの放熱量を調整する。

〔発明の効果〕

本発明は、空調温度を設定する温度調整手段と、ヒート
パイプとを、コントロールユニットを介して連動制御さ
せ、設定温度が所定値以上の場合には、ヒートパイプを
機能させて、その設定温度に対応した放熱量が得られる
ように、補助としてのヒートパイプの暖房能力を調整す
ることができる。

そのため、厳冬時には、設定温度を高くすると、ヒート
パイプからの放熱量を増大させ、優れた暖房補助効果に
より、充分な暖房能力を得ることができる。また、外気
温度がさほど低くないときには、設定温度を低くするこ
とにより、暖房能力が過剰にならないように、ヒートパ
イプからの放熱量が低減され、無駄のない暖房がおこな
われる。

〔実　施　例］ 以下に、本発明をその実施例に基づき詳細に説明する。

本実施例に示す自動車用暖房装置は、補助として用いる
ヒートパイプを無駄なく効果的に作動させ、過剰暖房と
なることなく、かつ充分な暖房効果を得ることができる
ように、以下のように構成される。

第１図および第５図に示すように、自動車１のエンジン
２から導出される排気ガス通路３内にヒ−トパイプ５の
受熱端６が配置され、その放熱端７が、主たる暖房をお
こなうヒータコア９とともに、温風排出路８内に配置さ
れている。そのヒートパイプ５の放熱端７は、ヒータコ
ア９に一体に組み込まれてヒータユニッ！−１０を構成
し〔第４図参照〕、そのヒータコア９は、エンジン２か
ら冷却後の温水を導入して熱交換をおこない、ラジェー
タ（図示省略）に還流させるとともに、ヒートパイプ５
の放熱端７からは、補助の放熱がおこなわれ、必要に応
じて暖房能力を補助強化できるようにしている。このヒ
ータユニット１０の上部には、デフロスタ用の温風排出
口８ａが、下部には、車室暖房用の温風排出口８ｂがそ
れぞれ設けられ、配管（図示省略）を介して要所に温風
を供給できるようになっている。

ヒータユニット１０内の温風排出路８には、分岐通路４
が設けられ、その上流端には、アクチュエータ１４によ
って駆動されるミックスドア１９が設けられており、こ
のミックスドア１９が、乗員によって目標とする空調温
度を手動設定するための温度調整手段１３からの温度調
整信号に基づいて、コントロールユニット１６を介して
、開度調整され、ヒータコア９の暖房能力が調整される
ようになっている。そのヒータコア９と、ヒートパイプ
５の放熱端７の近傍位置には、温度センサ１７が配設さ
れ、ヒータユニット１０から放出される暖気の温度を検
出し、その検出信号をコントロールユニット１６に送出
するようになっている。

一方、ヒートパイプ５には、その放熱量を可変調整する
ための放熱量調整手段として、流量調整弁２１が設けら
れ、コントロールユニット１６からの制御信号により、
その開度が調整されるようになっている。つまり、温度
調整手段１３に設定された設定温度Ｔ（第２図参照）が
、所定値Ｔｃ以上であると、その設定温度Ｔに対応して
流量調整弁２１の開度が調整され、ヒートパイプ５内の
作動流体の移動量を調整し、放熱端７からの放熱量を可
変的に調整できるようにしている。これにより、ヒート
パイプ５を無駄なく効果的に機能させ、過剰暖房となる
ことなく、かつ充分な暖房補助能力を得ることができる
。

ところで、暖房の目標温度を高く設定したときには、乗
員は高い暖房効果を求めている。したがって、このよう
なときに、乗員の体感要求を満足させるためには、暖房
能力は、太い実線で示すように、やや急な立ち上がり状
態に対応することが望ましい。これは、非常に寒いとき
には、体感的には、ややオーバーに強力な暖房能力を要
求するとともに、内外の温度差により放熱量も大となる
ため、より大きな暖房能力が必要とされることによる。

一方、冬季においても、外気の温度がさほど低くないと
きには、体感要求を満足させるために必要とされる暖房
能力は小さくて済む。ところが、従来のヒートパイプ併
用方式では、破線で示されるような逓増的な暖房能力を
発揮するため、ハツチングで示すＡ領域では暖房過剰と
なる。

このようなことから、本実施例では、設定温度Ｔが所定
値Ｔｃ以下の場合には、ヒートパイプ５からの放熱を停
止させることにより、無駄な過剰暖房をおこなうことの
ないようにする一方、設定温度Ｔが所定値Ｔｃ以上の場
合には、ヒートパイプ５による補助の暖房を併せおこな
わせることにより、暖房能力の不足分となるＢ領域を補
填し、始動時のみならず、安定走行に移行しても、満足
のゆく暖房効果を得ることができるようにしている。

詳しく説明すると、ヒートパイプ５（第１図参照）は、
いわゆるフィン・チューブ熱交換器で、チューブ５ａ内
を流れる液体または相変化する流体、すなわち作動流体
と、フィン５ｂ側を流れる気体との熱交換を図るもので
、その受熱端６は、第５図に示すように、排気ガス通路
３の上流側に設けられる触媒コンバータ２２のすぐ下流
位置に膨出するように形成された受熱部１５内に配置さ
れ、温度低下のない排気ガスに曝されるようになってい
る。

このヒートパイプ５のチューブ５ａにおける受熱端６側
寄りの位置には、第１図に示すように、流量調整弁２１
が設けられ、チューブ５ａ内を流通する作動流体の流量
を任意に調整できるようになっている。すなわち、流量
調整弁２１ば、チューブ５ａの開度を調整する開閉弁と
、その開閉弁を作動させるモータよりなり、そのモータ
が、コントロールユニット１６から送出される制御信号
により駆動されるようになっている。これにより、チュ
ーブ５ａ内における作動流体の流量を調整し、その作動
流体に担持されて放熱端７側に移送される熱量を調整す
ることができる。すなわち、放熱端７から放出される放
熱量は、第３図に示すように、作動流体の流量が大にな
るほど大となり、ヒートバイブ５による暖房補助効果は
向上する。

一方、乗員によって操作される温度調整手段１３は、従
来より温水暖房方式に採用されているスライド式の可変
抵抗を内蔵したもので、低（Ｌ）から高（Ｈ）まで、無
段階に目標温度の設定をすることができる。この温度調
整手段１３からは、そのときの設定温度に対応した温度
調整命令信号がコントロールユニット１６に送出される
。

コントロールユニット１６は、マイクロコンピュータよ
りなり、予め記憶されたプログラムに従い、プロアユニ
ット１１、ミックスドア１９および流量調整弁２１を制
御動作さセ＼後述するような空調制御を実行する。その
入力側には、温度調整手段１３の他に、温度センサ１７
が接続され、出力側には、プロアユニット１１、ミック
スドア駆動用のアクチュエータ■４および流量調整弁２
１が接続されでいる。

以上のように構成される自動車用暖房装置の制御動作に
ついて説明すると、暖房スイッチ（図示省略）がオンさ
れると、まず４．温度調整手段１３に設定された目標と
する設定温度Ｔが所定値Ｔｃ（例えば２３°Ｃ）と比較
され、その設定温度Ｔが所定値Ｔｃを超えている場合に
は、その差分に比例して、流量調整弁２１の開度がリニ
ヤ−に調整される。これに対応して、ヒートバイブ５の
放触端７からの放熱量が増加し、ヒータユニット１０か
らの暖房能力も、第２図に太い実線で示されるように、
かなり急勾配に増大する。例えば設定温度Ｔを最も高い
Ｈの位置に設定すると、流量調整弁２１が全開されてヒ
ートバイブ５の熱交換率はもっとも高くなり、かつミッ
クスドアエ９の開度も二点鎖線で示すように全開状態と
されてヒータコア９の熱交換率も最大となり、またブロ
アの回転数も最大となる。この状態では、ヒータユニッ
）１０の暖房能力は、そのときの運転状態における最大
限にとなり、車室２０（第５図参照）内に充分な熱量が
放出され、即効性のある強力な暖房効果を得ることがで
きる。

即効性という点については、前述したように、始動初期
においても、比較的に高温となっているエンジン２から
の排気ガスによってヒートバイブ５を熱交換させること
により、体感要求に合った立ち上がり特性を得ることが
できる。また、極寒地域で、本来のヒータコア９だけで
は、充分な暖房能力を得られないような場合でも、上述
したように、ヒートバイブ５による補助効果を最大限に
上げ、充分な暖房能力を得ることができる。したがって
、エンジン２の出力が低い軽車両等で、ヒータコア９の
みでは暖房能力が不足する場合に、本実施例のような自
動車用暖房装置を採用して、暖房能力を飛躍的に向上さ
せ、満足のゆく快適感を味わうことができる。

一方、暖房を必要とする場合でも、外気の温度が比較的
に高いときには、当然、ヒートバイブ５による補助の暖
房は不要となる。このようなときには、過剰暖房となら
ないように、ヒートバイブ５からの放熱を停止するよう
にして、体感要求に合った暖房効果が得られることが望
ましい。そこで、本実施例では、温度調整手段１３によ
る設定温度Ｔが、所定値Ｔｃよりも低いとき、つまり、
乗員が、さほど暖房能力を必要としないと判断した設定
温度領域では、流量調整弁２１の開度を全閉として、チ
ューブ５ａ内での作動流体の流通を阻止し、放熱端７か
らの放熱を停止させる。この状態では、もっばらヒータ
コア９による本来の暖房のみで、無駄なく適度の暖房効
果を得ることができる。なお、暖房不要のときには、流
量調整弁２Ｉを全閉として、放熱＠７からの放熱を停止
させるようにしている。

第６図は異なる実施例を示し、ヒートパイプ５の放熱量
を調整する放熱量調整手段として、流量調整弁２１に代
えて、排気ガス通路３における受熱部１５の下流側に、
アクチュエータ３１によって開度調整される開度調整弁
３２を配置したものである。なお、受熱部１５には、ア
クチュエータ３５によって駆動される通路切換ドア３３
により、開閉される分岐通路３４が形成され、その分岐
通路３４にヒートパイプ５の受熱＠６を配置している。

この場合には、通路切換ドア３３の開閉動作と、開度調
整弁３２の開度調整とにより、前実施例と同様の効果を
得ることができる。すなわち、温度調整手段１３による
設定温度Ｔが所定値Ｔｃ以上のときには、開度調整弁３
２の開度を連続的に変化させることにより、ヒートパイ
プ５の受熱端６における受熱量そのものを可変調整する
ことができる。つまり、開度調整弁３２の開度合小さく
すると、排気ガスの圧力が上昇することにより排気ガス
の温度も上昇するため、ヒートパイプ５の受熱量が増大
する。これにより、温度調整手段１３の設定温度Ｔに対
応させてヒートパイプブ５の放熱量の調整をおこない、
暖房ニーズにマツチした暖房能力制御をおこなうことが
できる。

この点について、従来と比較してさらに説明すると、従
来、開度調整弁３２の位置に、開閉動作される排気シャ
ッタパルプを設ける場合では、ヒートパイプ５の受熱量
が不連続な変化をするため、第８図に実線で示すように
、開閉間でその暖房能力も段差があり、破線で示ず暖房
ニーズ特性Ｆに対して斜線で示されるＣ部分が暖房能力
不足となり、Ｄ部分が暖房過剰となっていた。本実施例
では、開度調整弁３２の開度を、上述したように、連続
的に可変調整することにより、第７図に実線Ｅで示すよ
うに、ヒートパイプ５による暖房能力を、設定温度Ｔに
対応させてリニヤ−に変化させている。つまり、開度調
整弁３２の開度をより小さくすると、ヒートパイプ５の
暖房能力をより大きくすることができる。これにより、
暖房ニーズに過不足なく対応できるようにしたのである
（第２図参照）。なお、設定温度Ｔが所定値Ｔｃ以上の
ときには、第６図に実線で示すように、通路切換ドア３
３を全開とし、所定（ａＴｃ以下のとき、または暖房不
要のときには、二点鎖線で示すように、通路切換ドア３
３を全閉とする。

このように、本発明によれば、従来より空調装置に採用
されている温度調整手段と、ヒートパイプとを連動させ
ることにより、つまり、温度調整手段に設定した目標設
定温度に対応させて、ヒートパイプからの放熱量の調整
をおこなうことにより、暖房ニーズにマツチした暖房能
力の調整をおこない、環境条件の広汎な変化に無駄なく
柔軟に対応することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の自動車の空調ユニット構造における一
実施例における暖房装置の全体構成図、第２図は温度調
整手段の設定温度とヒータユニットの暖房能力との関係
を、従来の特性と比較するためのグラフ、第３図はヒー
トパイプの作動流体の流量と放熱端からの放熱量との関
係を示すグラフ、第４図はヒータユニットの構成図、第
５図は車両における暖房装置の配置図、第６図は異なる
実施例における暖房装置の全体構成図、第７図は開度調
整弁の開度とヒートパイプの暖房能力との関係を示すグ
ラフ、第８図は従来の排気シャッタバルブの暖房能力と
暖房ニーズとの関係を示すグラフである。 ２・−エンジン、３−排気ガス通路、５−ヒートパイプ
、６−・−受熱端、７−・−放熱端、８−・温風排出路
、９−・−ヒータコア、１３・・・温度調整手段、１６
・・・コントロールユニット、２１．３２・−Ｍ　熱ｔ
　調整手段（流量調整弁、開度調整弁）。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）ヒータコアによる主たる暖房に加えて、エンジン
   からの排気熱を利用して補助的な暖房をおこなえるよう
   にした自動車用暖房装置において、目標とする空調温度
   を設定するとともに、温度調整信号を送出する温度調整
   手段と、 上記温度調整手段からの温度調整信号を受け、空調制御
   のための制御信号を送出するコントロールユニットと、 前記エンジンの排気ガス通路内に受熱端が、上記ヒータ
   コアが設けられている温風排出路内に放熱端が、それぞ
   れ配置されているヒートパイプと、前記コントロールユ
   ニットからの制御信号を受け、上記ヒートパイプの放熱
   量を可変調整する放熱量調整手段とを具備し、上記温度
   調整手段に設定された設定温度が所定値以上であると、
   その設定温度に対応して上記ヒートパイプの放熱端から
   の放熱量を調整するようにしたことを特徴とする自動車
   用暖房装置。