JPH04340090A - 熱交換器 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、ループ型ヒートパイ
プを用いた熱交換器において、凝縮部内への不凝縮性ガ
スの混入による熱交換性能低下を防止する熱交換器に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の熱交換器としては、例えば図４に
示すように車両用暖房装置に用いたものがある（実公平
２−１４９６４号公報参照）。

【０００３】これは、まず、蒸発部１で、排気通路２内
を流れる排気ガスから熱を吸収することによって、内部
の作動液が蒸発する。発生した蒸気は蒸気流路３を通っ
て凝縮部４へ流れる。この凝縮部４は、車室内に設置さ
れ、外部からファン（図示せず）によって送風が行なわ
れ、内部の作動流体が冷やされて蒸気から液へと相変化
を行なう。凝縮した作動液は液流路５を通って蒸発部１
へ帰還することによってループ型ヒートパイプは熱輸送
を行なう。なお、符号９は逆止弁で、蒸発部１から凝縮
部４への作動液の逆流を防止するようにしている。

【０００４】このようなループ型ヒートパイプを車両用
暖房装置として使用する場合、作動液に蒸留水を使用す
ると、作動温度が約１００°Ｃ以下では内部が負圧とな
るために、蒸発部１出入口や凝縮部４出入口のような配
管結合部分から空気等の不凝縮性ガスが混入してしまう
。内部に混入した不凝縮性ガスは、ループ型ヒートパイ
プ作動時に凝縮部４に滞留して、凝縮部４の伝熱面積を
減少させて、ループ型ヒートパイプの熱輸送能力を極端
に低下させる。

【０００５】従来では、この対策として以下のような構
成を採用している。つまり、凝縮部４の端部に放出管８
を接続し、この放出管８に開閉弁６とリリーフ弁７とを
設けている。これにより、凝縮部４の温度を検出してこ
の温度が所定温度以下に低下した場合に開閉弁６が開放
され、凝縮部４内の圧力が所定圧力以上になった時にリ
リーフ弁７が開放されるように設定している。

【０００６】これで、不凝縮性ガスがループ型ヒートパ
イプ内に溜って熱輸送量が少なくなり、凝縮部４温度が
所定温度以下になると共に、ループ型ヒートパイプが作
動中で、しかも、ループ型ヒートパイプ内に所定値以上
の圧力が存在している場合のみ、開閉弁６とリリーフ弁
７との両方が開いて、不凝縮性ガスが外に放出されるよ
うになっている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の車両用暖房装置においては、凝縮部４の温度
と圧力とによって開閉弁６，リリーフ弁７を開成して内
部の空気を追い出していたが、低温起動時のように系内
の作動温度が低く、又、系内圧力も低いときには、開閉
弁６とリリーフ弁７との両方が開くことがない。従って
、凝縮部４に滞留する不凝縮性ガスを排出することがで
きず、その結果、凝縮部４の伝熱面積が減り、十分な熱
輸送が得られるまでに時間を要してしまい、車室内の速
暖性が悪いという問題があった。

【０００８】そこで、この発明は、特に低温起動時の不
凝縮性ガスの滞留による凝縮部の熱交換性能の低下を防
止する熱交換器を提供することを課題としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この発明は、かかる従来
の課題に着目してなされたもので、高温熱源側に設けた
蒸発部と低温側に設けた凝縮部とを、液流路と蒸気流路
とで環状に連結してループ型ヒートパイプを構成し、前
記蒸発部で前記高温熱源からの熱を吸収し、作動流体の
移動によって、前記凝縮部から放熱する熱交換器におい
て、前記蒸気流路に流路開閉手段を設け、前記蒸発部と
流路開閉手段との間に圧力検出手段を設け、前記液流路
に蒸発部から凝縮部側への作動液の逆流を防止する逆流
防止手段を設け、該凝縮部内の空気を抜く放出管を設け
、該放出管にエアパージ用開閉バルブを設け、更に、不
凝縮性ガスが凝縮部に滞留した状態を検知すると共に、
前記圧力検出手段による検出値が大気圧より小さい時に
、前記流路開閉手段を閉成して前記圧力検出手段の検出
値が大気圧より大きい所定値以上になったときに、該流
路開閉手段及びエアパージ用開閉バルブを開成して凝縮
部内に滞留する不凝縮性ガスを外部に放出させる制御手
段を設けた熱交換器としたことを特徴としている。

【００１０】

【作　　用】かかる手段によれば、まず、蒸発部では、
高温側熱源から熱を吸収することによって、内部の作動
液が蒸発する。発生した蒸気は蒸気流路を通って凝縮部
へ流れる。この凝縮部は、低温側に設置されているため
、内部の作動流体は冷やされて蒸気から液へと相変化を
行なう。そして、凝縮した作動液は液流路を通って蒸発
部へ帰還することによって熱輸送を行なう。

【００１１】一方、制御手段により、エンジン始動時に
、凝縮部内に不凝縮性ガスが滞留しているのを検知し、
且つ、圧力検知手段による検知値が大気圧より小さい時
には、前記流路開閉手段を閉成して前記蒸気流路を閉じ
て蒸発部内の圧力を高める。そして、この圧力が大気圧
より大きい所定値以上になった後に、流路開閉手段およ
びエアパージ用開閉バルブを開くことにより、蒸発部内
の蒸気を噴出して凝縮部内に滞留する不凝縮性ガスをエ
アパージ用開閉バルブを介して強制的に外部に追い出す
ようにしている。

【００１２】このようにすれば、低温起動時のように、
熱交換器内の圧力が低いときでも、流路開閉手段を閉じ
て蒸発部内の圧力を短時間で上昇させ、この高圧蒸気を
用いて不凝縮性ガスを一気に排出することにより、短時
間で正常な動作が行われることとなる。従って、この熱
交換器を車両用暖房装置に使用した時には、起動時の車
室内の速暖性能を向上させることができる。

【００１３】

【実施例】以下、この発明を図面に基づいて説明する。

【００１４】図１ないし図３は、この発明の熱交換器を
車両用暖房装置に適用した一実施例を示す図である。

【００１５】図１はこの実施例の車両用暖房装置の構成
図を示し、図中符号２１は蒸発部で、この蒸発部２１は
エンジンの高温熱源としての排気通路２２に設けられ、
蒸気流路２３および液流路２４を介して低温側としての
車室内に配設された凝縮部２５に連結されている。

【００１６】この蒸気流路２３には、蒸気流路２３を開
閉する流路開閉手段としての電磁弁２６が設けられると
共に、この電磁弁２６と蒸発部２１の間の圧力を検出す
る圧力検出手段としての圧力センサ２７が配設されてい
る。また、液流路２４には、蒸発部２１の近傍に、蒸発
部２１から凝縮部２５への作動液の逆流を防止する逆流
防止手段としての逆止弁２８が配設されている。

【００１７】さらに、この逆止弁２８と凝縮部２５との
間に、作動液補充用パイプ２９が接続され、この作動液
補充用パイプ２９を介してリキッドタンク３０内の作動
液を液流路２４に供給するようになっている。また、こ
の作動液補充用パイプ２９には、開閉バルブ３１が設け
られている。

【００１８】さらにまた、凝縮部２５の上端部には、凝
縮部２５の作動温度を検出する温度センサ３２と凝縮部
２５内の空気を抜く放出管３６が配設されている。この
放出管３６には、この管３６を開閉するエアパージ用開
閉バルブ３３が設けられている。また、凝縮部２５の内
部の液面を検出するための液面センサ３４が配設されて
いる。

【００１９】そして、電磁弁２６，圧力センサ２７，開
閉バルブ３１，温度センサ３２，エアパージ用開閉バル
ブ３３および液面センサ３４が、制御装置３５に接続さ
れている。制御装置３５の動作は以下の作用の欄で説明
する。

【００２０】次に、上記実施例の作用を説明する。

【００２１】まず、蒸発部２１では、排気通路２２内を
流れる排気ガスから熱を吸収することによって、内部の
作動液が蒸発する。発生した蒸気は蒸気流路２３を通っ
て凝縮部２５へ流れる。この凝縮部２５は、車室内に設
置され、外部からファン（図示せず）によって送風が行
なわれ、内部の作動流体は冷やされて蒸気から液へと相
変化を行なう。凝縮した作動液は液流路２４を通って蒸
発部２１へ帰還することによって熱輸送を行なう。

【００２２】このようなループ型ヒートパイプを車両用
暖房装置として使用する場合、作動液に蒸留水を使用す
ると、作動温度が約１００°Ｃ以下では内部が負圧とな
るために、蒸発部２１出入口や凝縮部２５出入口のよう
な配管結合部分から不凝縮性ガスが混入してしまう。内
部に混入した不凝縮性ガスは、ループ型ヒートパイプ作
動時に凝縮部２５に滞留して、凝縮部２５の伝熱面積を
減少させて、ループ型ヒートパイプの熱輸送能力を極端
に低下させる。

【００２３】この実施例では、ループ型ヒートパイプの
起動時に、凝縮部２５の上端部に設置した温度センサ３
２で凝縮部２５の作動温度を検出し、この作動温度およ
びその時間変化率が設定値以下であれば、制御装置３５
により、凝縮部２５に不凝縮性ガスが滞留していると判
断し、電磁弁２６を閉じて蒸発部２１で発生する蒸気の
温度と圧力を高める。

【００２４】そして、蒸発部２１出口の蒸気流路２３に
設けた圧力センサ２７出力が大気圧以上のある設定値以
上になれば、電磁弁２６とエアパージ用開閉バルブ３３
を開いて、蒸発部２１内部に蓄えていた高圧蒸気を噴出
して、凝縮部２５内の不凝縮性ガスを強制的に系外に追
い出す。

【００２５】このようにすれば、低温起動時のように、
系内の圧力が小さいときでも、電磁弁２６を閉じて蒸発
部２１内の圧力を短時間で上昇させ、この高圧蒸気を用
いて不凝縮性ガスを一気に排出することにより、短時間
で正常な動作が行われることとなる。従って、車両用暖
房装置に使用した時には、起動時の車室内の速暖性能を
向上させることができる。

【００２６】一方、ループ型ヒートパイプの作動温度が
高まり、圧力センサ２７で検出される圧力が大気圧以上
になれば、作動温度の時間変化率が所定値より小さいと
きにエアパージ用開閉バルブ３３を開成するだけで凝縮
部２５内の不凝縮性ガスを追い出すことができる。

【００２７】エアパージや漏れ等によって減少した作動
液は、凝縮部２５に取り付けた液面センサ３４と蒸気流
路２３に取り付けた圧力センサ２７の出力によって、液
面および圧力が所定値より小さいときで、しかも、エア
パージ動作を行なっていない時に、開閉バルブ３１を開
くことにより、リキッドタンク３０から作動液が補給さ
れる。

【００２８】上記動作をフローチャートを用いて説明す
る。

【００２９】図２は始動時のエアパージの制御フローを
示している。ステップ１００で車両用暖房装置がＯＮす
ると、ステップ１０１で電磁弁２６を開き、通常のルー
プ型ヒートパイプの作動を開始する。ステップ１０２で
は、凝縮部２５に取り付けた温度センサ３２で凝縮部２
５の作動温度（Ｔ１）を検出する。ステップ１０３では
、ステップ１０２で検出した温度Ｔ１がＴＳＥＴ１より
大きければ、ループ型ヒートパイプが正常な作動を行な
っている（始動時のように温度が低い状態を終了した）
と判断してエアパージは行なわない。

【００３０】一方、作動温度（Ｔ１）がＴＳＥＴ１より
小さければ、ステップ１０４に進み、ステップ１０４で
は、微小時間Δｔ１の間待つ。そして、ステップ１０５
で、再び凝縮部２５の作動温度（Ｔ２）を検出する。ス
テップ１０６では、凝縮部２５の作動温度の時間変化率
（Ｔ２−Ｔ１）／Δｔ１が設定値ＡＳＥＴ１より大きけ
れば、凝縮部２５内の不凝縮性ガスによる性能低下の影
響が小さいと判断してエアパージは行なわない。

【００３１】一方、ＡＳＥＴ１より小さければ、ステッ
プ１０７に進み、電磁弁２６を閉じ、蒸発部２１内部の
圧力を高める。ステップ１０８では、蒸発部２１出口の
蒸気流路２３に取り付けた圧力センサ２７から蒸発部２
１内部の蒸気圧力（ＰＥ）を検出する。ステップ１０９
では、ステップ１０８で検出した蒸発部２１内部の蒸気
圧力（ＰＥ）が、大気圧以上の設定圧力ＰＳＥＴ１より
大きければ、ステップ１１０に進み、小さければステッ
プ１０８に戻る。ステップ１１０では電磁弁２６とエア
パージ用開閉バルブ３３を開き、蒸発部２１内部の高圧
蒸気を噴射して、凝縮部２５内に滞留する不凝縮性ガス
をエアパージ用開閉バルブ３３を介して系外に追い出す
。そして、ステップ１１１で、微小時間Δｔ２の間待っ
た後、ステップ１１２で、エアパージ用バルブ３３を閉
じてステップ１０２に戻り、ループ型ヒートパイプが正
常に作動していると判断されるまでエアパージを繰り返
す。

【００３２】図３は、不足した作動液を補充するための
制御フローである。この制御は、図２に示したエアパー
ジが行なわれていない時のみ有効である。すなわち、ス
テップ２００では、図３に示したエアパージの回数Ｎを
カウントする。ステップ２０１では、凝縮部２５に取り
付けた液面センサ３４出力を検出し、ステップ２０２で
、液面が所定値より高ければステップ２００に戻り、液
面が所定値より低ければステップ２０３に進む。ステッ
プ２０３では、圧力センサ２７から作動圧力Ｐを検出し
、ステップ２０４に進む。ステップ２０４では、ステッ
プ２０３で検出した作動圧力Ｐが設定圧力ＰＳＥＴ２以
上の場合にはステップ２００に戻り、小さい場合には、
ステップ２０５に進み、開閉バルブ３１が開成される。 ステップ２０６では、微小時間Δｔ３にエアパージ回数
Ｎを掛けた時間だけ、開閉バルブ３１が開成されて、リ
キッドタンク３０から作動液が補充される。そして、ス
テップ２０７では、エアパージ回数Ｎをクリアして、再
びステップ２００に戻る。

【００３３】なお、上記実施例では、不凝縮性ガスの滞
留状態の検出を、作動温度の時間変化率が所定値より小
さいことにより判断しているが、これに限らず、系内の
圧力変動により、不凝縮性ガスの滞留状態を検出するこ
ともできる。また、系内の圧力が大気圧より小さいのを
、作動温度が所定値より低いことにより判断しているが
、これに限らず、直接圧力を検出しても良いことは勿論
である。また、この実施例は、熱交換器を車両用暖房装
置に適用しているが、他のものにも使用できる。

【００３４】

【発明の効果】以上説明してきたように、この発明によ
れば、低温起動時のように、熱交換器内の圧力が小さい
ときでも、流路開閉手段を閉じて蒸発部内の圧力を短時
間で上昇させ、この高圧蒸気を用いて不凝縮性ガスを一
気に放出することにより、熱交換器を短時間で正常な動
作を行わせることができ、この熱交換器を車両用暖房装
置に使用した時には、起動時の車室内の速暖性能を向上
させることができる、という実用上有益な効果を発揮す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の熱交換器を車両用暖房装置に適用し
た一実施例を示す概略図である。

【図２】同一実施例のエアパージの制御フロー図である
。

【図３】同一実施例の作動液補充の制御フロー図である
。

【図４】従来の車両用暖房装置を示す概略図である。

【符号の説明】

２１　　蒸発部 ２２　　排気通路（高温熱源） ２３　　蒸気流路 ２４　　液流路 ２５　　凝縮部 ２６　　電磁弁（流路開閉手段） ２７　　圧力センサ（圧力検出手段） ２８　　逆止弁（逆流防止手段） ３３　　エアパージ用開閉バルブ ３５　　制御手段 ３６　　放出管

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　高温熱源側に設けた蒸発部と低温側に
   設けた凝縮部とを、液流路と蒸気流路とで環状に連結し
   てループ型ヒートパイプを構成し、前記蒸発部で前記高
   温熱源からの熱を吸収し、作動流体の移動によって、前
   記凝縮部から放熱する熱交換器において、前記蒸気流路
   に流路開閉手段を設け、前記蒸発部と流路開閉手段との
   間に圧力検出手段を設け、前記液流路に蒸発部から凝縮
   部側への作動液の逆流を防止する逆流防止手段を設け、
   該凝縮部内の空気を抜く放出管を設け、該放出管にエア
   パージ用開閉バルブを設け、更に、不凝縮性ガスが凝縮
   部に滞留した状態を検知すると共に、前記圧力検出手段
   による検出値が大気圧より小さい時に、前記流路開閉手
   段を閉成して前記圧力検出手段の検出値が大気圧より大
   きい所定値以上になったときに、該流路開閉手段及びエ
   アパージ用開閉バルブを開成して凝縮部内に滞留する不
   凝縮性ガスを外部に放出させる制御手段を設けたことを
   特徴とする熱交換器。