JPH05221234A - 自動車用暖房装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】暖房能力の大小の状態に関係なく、放熱器の温
度むらが小さくて一様な暖房を行うことができる自動車
用暖房装置を提供することを目的とする。 【構成】自動車のエンジン１を冷却することによって温
められた温水を循環させる管路の途中に、車室内に放熱
を行うための放熱器３を接続して、上記放熱器３を通る
温水の流量を変えることにより暖房能力を制御するよう
にした自動車用暖房装置において、上記エンジン１の冷
却水出口と上記放熱器３の温水入口との間を接続する送
水管路４の途中に、上記エンジン１側から上記放熱器３
に送り込まれる温水の量を制御するための流量制御弁１
１を設けると共に、上記放熱器３の温水出口から出た温
水の一部を、上記放熱器３の温水入口に戻して再び上記
放熱器３内に送り込む強制循環手段１３，１４を設け
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、自動車のエンジンを
冷却することによって温められた温水を循環させる管路
の途中に、車室内に放熱を行うための放熱器を接続し
て、上記放熱器を通る温水の流量を変えることにより暖
房能力を制御するようにした自動車用暖房装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】近年の自動車用暖房装置においては、放
熱器を流れる温水の流量は制御せずに、放熱器を流れる
空気の流量を制御することによって暖房能力を制御す
る、いわゆるエアミックス方式が主流となっている。

【０００３】しかし、この方式では、放熱器を流れる空
気と放熱器を迂回する空気の流れを、大きなミックスド
アによって制御するので、ミックスドアが回動するのに
必要な空間を確保する必要があり、そのため装置が大き
なスぺースをとってしまう欠点がある。

【０００４】これに対して、放熱器を通る温水の流量を
制御することによって暖房能力を制御する方式を採用す
れば、エアミックス方式に比べて装置を大幅に小型化す
ることができる。

【０００５】図１２は、そのような従来の自動車用暖房
装置を示している。図中、５１は自動車のエンジン。５
２はラジエタ。５３は、エンジン冷却水を循環させるた
めの循環ポンプ。５４は放熱器。５５は、放熱器５４か
ら放出される熱を車室内に送り込むためのファン。５６
及び５７は、エンジン５１から放熱器５４へ向かう温水
の流量を調整するための弁である。

【０００６】このような自動車用暖房装置においては、
エンジン５１から出た摂氏約８２度の温水が放熱器５４
に流れ込み、その流量が弁５６，５７によって制御され
る。図２の破線は、上述のような従来の自動車用暖房装
置における、放熱器５４を流れる温水の流量と、放熱器
５４から出る空気の平均温度との関係を例示したもので
ある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】放熱器５４は、例えば
図１３に示されるように、温水入口５４ａから入った温
水が、複数（例えば３本）の通路に分岐され、途中の合
流点５４ｂで一度合流した後、再び分岐され、温水出口
５４ｃで再度合流して流れ出る。

【０００８】その結果、暖房能力を大きくするために温
水の流量を大きくしたときにはあまり問題はないが、暖
房能力を下げるために温水の流量を小さくすると、図１
３に破線で示される等温線に示されるように、温水入口
５４ａ付近だけが高温となり、内部へいくにしたがっ
て、水温が急激に下がってしまう。

【０００９】このような温度むらは、放熱器の熱交換性
能がよいほど極端なものになる。自動車用暖房装置は、
複数の吹き出し口から同時に空気を車室内に吹き出すた
め、このような放熱器の表面の温度むらがあると、各吹
き出し口から出る空気の温度に差が出てしまう。

【００１０】特に、暖房装置の空気通路を小型にするよ
うな場合には、図１４に示されるように放熱器５４の空
気出口面と空気通路（ダクト）６０の分岐点との距離Ｌ
を極力小さくしたいので、車室内の吹き出し口６１，６
２，６３間の空気の温度差は非常に大きなものになって
しまう。

【００１１】本発明は、そのような従来の欠点を解消
し、暖房能力の大小の状態に関係なく、放熱器の温度む
らが小さくて一様な暖房を行うことができる自動車用暖
房装置を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明の自動車用暖房装置は、自動車のエンジンを
冷却することによって温められた温水を循環させる管路
の途中に、車室内に放熱を行うための放熱器を接続し
て、上記放熱器を通る温水の流量を変えることにより暖
房能力を制御するようにした自動車用暖房装置におい
て、上記エンジンの冷却水出口と上記放熱器の温水入口
との間を接続する送水管路の途中に、上記エンジン側か
ら上記放熱器に送り込まれる温水の量を制御するための
流量制御弁を設けると共に、上記放熱器の温水出口から
出た温水の一部を、上記放熱器の温水入口に戻して再び
上記放熱器内に送り込む強制循環手段を設けたことを特
徴とする。

【００１３】また、上記エンジンの冷却水出口と上記流
量制御弁との間を接続する送水管路内を流れる温水の一
部を上記エンジンの冷却水入口に帰還させるための温水
帰還手段を設けてもよく、さらに、上記強制循環手段
が、温水を送るための強制循環ポンプと、温水が上記強
制循環ポンプの吐出方向と逆方向に逆流するのを防止す
るための逆止弁とを有していてもよい。

【００１４】そして、上記エンジンの冷却水入口に水を
戻すための戻し管路の途中に、戻し管路内の水流によっ
て回転駆動される水車を設け、上記強制循環ポンプを上
記水車によって回転駆動してもよい。

【００１５】また、上記温水帰還手段には、帰還される
温水の流量を制御するための帰還流量制御弁を設け、上
記帰還流量制御弁と上記流量制御弁と上記強制循環ポン
プと上記逆止弁とを一体的に設けてもよい。

【００１６】また、上記強制循環手段において上記放熱
器の温水出口から出た温水の一部を、上記放熱器の温水
入口に戻して再び上記放熱器内に送り込むための強制循
環ポンプを、上記エンジンを冷却することによって温め
られた温水を循環させる管路の途中に上記放熱器に対し
て直列に設けてもよく、上記流量制御弁が、上記エンジ
ン側から上記放熱器に送り込まれる温水の量と上記放熱
器の温水出口から出て再び温水入口に戻される温水の量
とを調整する三方弁であってもよい。

【００１７】

【作用】エンジン側から放熱器に送り込まれる温水の流
量は、流量制御弁によって制御されるが、放熱器の温水
出口から出た水の一部は、強制循環手段によって放熱器
の温水入口に戻されて、再び放熱器内に送り込まれる。

【００１８】したがって、エンジン側から放熱器に送り
込まれる温水の流量が少ないときであっても、放熱器内
に一定量以上の温水が流れ、放熱器の温度むら発生を抑
制することができる。

【００１９】そして、放熱器の温水出口から出た水の一
部を放熱器の温水入口に戻すための強制循環ポンプを、
エンジンを冷却することによって温められた温水（冷却
水）を循環させる管路の途中に放熱器に対して直列に介
装すれば、その強制循環ポンプを、エンジンの回転数が
低いときに放熱器に対する冷却水の循環量を増やすため
にも兼用することができる。

【００２０】

【実施例】図面を参照して実施例を説明する。図１にお
いて、１は自動車のエンジン。２はラジエタ。３は放熱
器である。エンジン１からラジエタ２及び放熱器３へ
は、エンジン冷却水（以下、「温水」又は「水」ともい
う）が、エンジンの冷却水出口１ａから送水管路４を通
って送られ、戻り管路５を通って、エンジンの冷却水入
口１ｂからエンジン１に戻される。

【００２１】６は、そのようにエンジン冷却水を循環さ
せるための循環ポンプであり、エンジン１によって駆動
される。７はサーモスタットである。このような構成に
よって、エンジン１を冷却することによって暖められた
温水（一般に、摂氏約８２度）を放熱器３に流し、ファ
ン８を回転させて車室内に放熱し、暖房することができ
る。放熱器３を通過することによって、温水は温度が下
がって、水になる。

【００２２】エンジン１から放熱器３に向かう送水管路
４の途中には、エンジン１から放熱器３に流れ込む温水
の流量を制御するための流量制御弁１１が接続されてい
る。この流量制御によって、放熱器３の放熱量（暖房能
力）が制御される。

【００２３】放熱器３と流量制御弁１１よりもエンジン
１寄りの位置には、送水管路４と戻り管路５との間に定
差圧弁（帰還流量制御弁）１２が設けられている。そし
て、送水管路４と戻り管路５との差圧が一定（例えば１
６０mmHg）以上になると、定差圧弁１２が開いて、温水
の一部が流量制御弁１１を通らずに、送水管路４から戻
り管路５を経て、エンジン１の冷却水入口１ｂに帰還さ
れる。

【００２４】また、流量制御弁１１及び定差圧弁１２よ
りも放熱器３寄りの位置には、戻り管路５と送水管路４
とを連通させる管路（循環管路）１３が設けられてい
る。そして、その循環管路１３の途中には、戻り管路５
から送水管路４に水を強制的に循環させるための強制循
環ポンプ１４が設けられている。強制循環ポンプ１４
は、例えば電動式のものであり、放熱器３の温水出口３
ｃから出た水の一部が、この強制循環ポンプ１４によっ
て放熱器３の温水入口３ａ側に直接戻されて、再び放熱
器３内に送り込まれる。このようにして、一部の水は、
放熱器３と循環管路１３によって形成されるループ管路
を強制的に循環される。

【００２５】その結果、流量制御弁１１から放熱器３に
流れ込む温水の流量が小さいときでも、放熱器３の表面
に発生する温度むらを小さくするのに充分な流量を確保
することができる。放熱器３に流れる循環流量は、例え
ば毎時２００リットル以上である。

【００２６】また、強制循環ポンプ１４の吐出側には、
強制循環ポンプ１４によって送り出される温水が逆流す
るのを防止するように、循環管路１３に、逆止弁１５が
介挿されている。

【００２７】したがって、流量制御弁１１を通る温水の
流量が多くて、放熱器３の温水入口３ａ側の圧力が高く
なっても、その温水が、放熱器３を通らずに強制循環ポ
ンプ１４に流れ込むことはない。ただし、強制循環ポン
プ１４の揚程が常に十分に大きければ、逆止弁１５を設
ける必要はない。

【００２８】このようにして、もし放熱器３の温水出口
３ｃから温水入口３ａへ水を戻さなければ、例えば毎時
２５リットルの放熱器内の温水流量を、毎時２００リッ
トルにすることができる。

【００２９】その結果、放熱器３の入口付近の温度が例
えば摂氏８２度から２５度に下がり、放熱器３の表面温
度むらが十分に小さくなる。図２の実線は、その状態を
示している。

【００３０】なお、流量制御弁１１を通過する温水の流
量が多く、放熱器３の温度むらが小さい状態のときに
は、強制循環ポンプ１４を停止させてもよい。そのため
に、流量制御弁１１の動作と連動して強制循環ポンプ１
４の駆動電源をオン、オフするスイッチ（図示せず）な
どを設けてもよい。

【００３１】また、オートエアコンを制御するマイクロ
プロセッサ（図示せず）などによって、流量制御弁１１
の制御と連動して、強制循環ポンプ１４の動作を制御し
てもよい。

【００３２】図３は、本発明の第２の実施例を部分的に
示しており、戻り管路５内の水の流れによって回転駆動
される水車１８と強制循環ポンプ１４とを軸１９で直結
して、水車１８の回転力によって強制循環ポンプ１４を
回転駆動するようにしたものである。

【００３３】この場合には、放熱器３の温水出口３ｃか
らエンジン１の冷却水入口１ｂへ戻る水と定差圧弁１２
からエンジンの冷却水入口１ｂへ戻る温水とが合流して
流れる、流量の多い部分に水車１８を配置している。

【００３４】また、図３の破線内の機構、即ち、流量制
御弁１１、定差圧弁１２、水車１８、強制循環ポンプ１
４及び逆止弁１５は、一つのユニットとして一体的にま
とめて構成されていて、組み付け等を簡単に行うことが
できる。

【００３５】図４は本発明の第３の実施例を示してお
り、電動三方弁からなる流量制御弁２１と放熱器３との
間の送水管路４の途中に、強制循環ポンプ２４が放熱器
３に対して直列に設けられている。この強制循環ポンプ
２４を駆動することによって、強制循環ポンプ２４が設
けられている部分の管路には、放熱器３の温水出口３ｃ
から循環管路２３を通って温水入口３ａに戻される温水
と、エンジン１を冷却することによって温められてエン
ジン１の冷却水出口１ａから放熱器３の温水入口３ａに
向かう温水とを流すことができる。

【００３６】循環管路２３には、戻り管路５から送水管
路４へ向かう方向にのみ温水を通す逆止弁２２が介挿さ
れている。そして、三方弁２１を調整することによっ
て、放熱器３の温水入口３ａに流入するエンジン１から
の温水（冷却水）と放熱器３の温水出口３ｃからの戻り
温水との比率を変えることができる。

【００３７】このように構成された第３の実施例装置に
よれば、放熱器３に対してエンジン冷却水を充分に流入
させるときには、流量制御弁（三方弁）２１の送水管路
４側を開いて循環管路２３側を閉じる。そしてその場合
に、冷却水の温度が高く充分な暖房能力があるときは強
制循環ポンプ２４は停止させておき、暖房能力が不足の
ときは、強制循環ポンプ２４を駆動して、放熱器３に流
入するエンジン冷却水量を増やす。

【００３８】また、放熱器３に流入させるエンジン冷却
水量が少なくて、放熱器３に温度むらが発生するような
場合には、流量制御弁（三方弁）２１の送水管路４側を
ある程度絞り、循環管路２３側を開いて、強制循環ポン
プ２４を駆動する。すると、前述の第１及び第２の実施
例と同様に放熱器３の温水出口３ｃから出た水の一部が
再び温水入口３ａから放熱器３内に戻り、放熱器３の温
度むら発生を抑制することができる。

【００３９】図５は本発明の第４の実施例を示してお
り、第３の実施例にさらに、強制循環ポンプ２４をバイ
パスするように強制循環ポンプ２４に並列に接続された
バイパス管路３１と、エンジン１と流量制御弁２１との
間で送水管路４と戻り管路５との間の差圧を一定以下に
保つための定差圧弁３２が設けられている。

【００４０】このうち、バイパス管路３１には、強制循
環ポンプ２４による温水駆動方向と平行方向にのみ温水
を通過させる逆止弁３３が接続されている。また、定差
圧弁３２は、エンジン１の回転数が高くなって循環ポン
プ６の能力が大きくなり過ぎたときなどに作用する。

【００４１】図６は、上述の第４の実施例の強制循環ポ
ンプ２４、流量制御弁（三方弁）２１及び定差圧弁３２
を一つのユニット的に構成した構造の例を示している。
バイパス管路３１に介挿された逆止弁３３は図示が省略
されている。

【００４２】強制循環ポンプ２４は、電動モータ２４ａ
によって遠心ポンプ２４ｂを回転させる構造であり、定
差圧弁３２は、弁体３２ａを、戻り管５側から圧縮コイ
ルスプリング３２ｂによって送水管路４側の弁座３２ｃ
に押し付けるように構成されている。

【００４３】流量制御弁（三方弁）２１は、図示されて
いないモータアクチュエータによって軸方向に駆動され
るロッド２１ａの先端に、圧縮コイルスプリング２１ｂ
を挟んで配置された主弁２１ｃと副弁２１ｄの２つの弁
体と、その弁体２１ｃ，２１ｄが押し付けられる弁座２
１ｅ，２１ｆなどによって構成されている。主弁２１ｃ
はエンジン１から送られてくる温水（冷却水）の通路を
開閉し、副弁２１ｄは放熱器３の温水出口３ｃから戻さ
れてくる温水の通路を開閉する。

【００４４】また、ロッド２１ａには、ロッド２１ａの
移動位置（即ち弁体２１ｃ，２１ｄの位置）を検出する
ための、可変抵抗器を用いた検出器２１ｇが設けられて
いる。

【００４５】図７は、流量制御弁（三方弁）２１のロッ
ド２１ａの移動位置と主弁２１ｃ及び副弁２１ｄの開度
との関係を示しており、先に説明した図６は、ロッド２
１ａが最も押し込まれて、主弁２１ｃが全開で副弁２１
ｄが全閉のＡの状態を示している。

【００４６】また、図８は、副弁２１ｄ及び定差圧弁３
２の、各弁の前後にかかる差圧と弁開度との関係を示し
ており、副弁２１ｄは、差圧が低いときに閉じて差圧が
上昇すると開く逆止弁として機能し、定差圧弁２１は、
送水管路４と戻り管路５の差圧を最大約１８０mmHgの圧
力に制御する。

【００４７】主弁２１ｃが全開の、図６に示される状態
のときは、エンジン１からの温水（冷却水）を放熱器３
に最大に流すときであり、エンジン１から出される温水
の温度が高くて十分な暖房能力があるときには、強制循
環ポンプ２４は停止させておく。副弁２１ｄは完全に閉
じているので、放熱器３の温水出口３ｃから出た温水
は、戻り管路５を通ってエンジン１に戻される。

【００４８】エンジン１からの温水の流量が不足してい
るときには、強制循環ポンプ２４を駆動することによっ
て流量が増え、十分な暖房能力を得ることができる。エ
ンジン１からの温水の流量を絞って暖房能力を下げると
きには、図９に示されるように、ロッド２１ａを中間位
置まで移動させる。すると、主弁２１ｃの開度が減小し
て、そこを通過する温水の流量が減少する。そのとき副
弁２１ｄは逆止弁として作用して完全に閉じ、放熱器３
の温水出口３ｃから出た温水は戻り管路５を通ってエン
ジン１に戻される。

【００４９】ただし、この状態で放熱器３を流れる温水
の流量が非常に少ないと、放熱器３には大きな温度むら
が発生する。そのようなときは、強制循環ポンプ２４を
作動させれば、図１０に示されるように、副弁２１ｄが
開いて、放熱器３の温水出口３ｃから出た温水が、副弁
２１ｄを通って再び放熱器３の温水入口３ａに戻され
る。その結果、放熱器３の温度むらがなくなる。

【００５０】図１１は、ロッド２１ａを最も引き出し
て、主弁２１ｃを全閉にして暖房を停止させた、図７に
おけるＢの状態を示している。

【００５１】

【発明の効果】本発明の自動車用暖房装置によれば、放
熱器の温水出口から温水入口に水を戻して循環させるこ
とにより、放熱器内の流量が増えると共に放熱器入口の
温度が下がるので、放熱器の表面の温度むらが小さくな
って、空気吹き出し口毎にばらつきのない、一様な暖房
を行うことができる。

【００５２】また、エンジンを冷却することによって温
められた温水（冷却水）を放熱器に強制的に送り込むた
めの強制循環ポンプを放熱器の温水循環に兼用すること
によって、シンプルで性能のよい自動車用暖房装置を得
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施例の管路構成図である。

【図２】放熱器の温水流量と空気吹き出し口の平均温度
との関係を示す線図である。

【図３】第２の実施例の管路構成図である。

【図４】第３の実施例の管路構成図である。

【図５】第４の実施例の管路構成図である。

【図６】第４の実施例の部分断面図である。

【図７】第４の実施例の弁開度特性を示す線図である。

【図８】第４の実施例の弁開度特性を示す線図である。

【図９】第４の実施例の部分断面図である。

【図１０】第４の実施例の部分断面図である。

【図１１】第４の実施例の部分断面図である。

【図１２】従来例の管路構成図である。

【図１３】放熱器の断面略示図である。

【図１４】放熱器とダクトとの位置関係を示す略示図で
ある。

【符号の説明】

１ エンジン ３ 放熱器 ４ 送水管路 ５ 戻り管路 １１，２１ 流量制御弁 １３，２３ 循環管路 １４，２４ 強制循環ポンプ

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【手続補正書】

【提出日】平成３年８月２０日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２８

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２８】 このようにして、もし放熱器３の温水出
口３ｃから温水入口３ａへ水を戻さなければ例えば毎時
２５リットルしか流れない放熱器３内の温水流量を、水
を戻すことによって毎時２００リットルにすることがで
きる。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】自動車のエンジンを冷却することによって
   温められた温水を循環させる管路の途中に、車室内に放
   熱を行うための放熱器を接続して、上記放熱器を通る温
   水の流量を変えることにより暖房能力を制御するように
   した自動車用暖房装置において、 上記エンジンの冷却水出口と上記放熱器の温水入口との
   間を接続する送水管路の途中に、上記エンジン側から上
   記放熱器に送り込まれる温水の量を制御するための流量
   制御弁を設けると共に、 上記放熱器の温水出口から出た温水の一部を、上記放熱
   器の温水入口に戻して再び上記放熱器内に送り込む強制
   循環手段を設けたことを特徴とする自動車用暖房装置。
2. 【請求項２】上記エンジンの冷却水出口と上記流量制御
   弁との間を接続する送水管路内を流れる温水の一部を上
   記エンジンの冷却水入口に帰還させるための温水帰還手
   段が設けられている請求項１記載の自動車用暖房装置。
3. 【請求項３】上記強制循環手段は、温水を送るための強
   制循環ポンプと、温水が上記強制循環ポンプの吐出方向
   と逆方向に逆流するのを防止するための逆止弁とを有し
   ている請求項２記載の自動車用暖房装置。
4. 【請求項４】上記エンジンの冷却入口に水を戻すための
   戻し管路の途中に、戻し管路内の水流によって回転駆動
   される水車が設けられていて、上記強制循環ポンプが上
   記水車によって回転駆動される請求項３記載の自動車用
   暖房装置。
5. 【請求項５】上記温水帰還手段には、帰還される温水の
   流量を制御するための帰還流量制御弁が設けられてお
   り、上記帰還流量制御弁と上記流量制御弁と上記強制循
   環ポンプと上記逆止弁とが一体的に設けられている請求
   項３記載の自動車用暖房装置。
6. 【請求項６】上記強制循環手段において上記放熱器の温
   水出口から出た温水の一部を、上記放熱器の温水入口に
   戻して再び上記放熱器内に送り込むための強制循環ポン
   プが、上記エンジンを冷却することによって温められた
   温水を循環させる管路の途中に上記放熱器に対して直列
   に設けられている請求項１記載の自動車用暖房装置。
7. 【請求項７】上記流量制御弁が、上記エンジン側から上
   記放熱器に送り込まれる温水の量と上記放熱器の温水出
   口から出て再び温水入口に戻される温水の量とを調整す
   る三方弁である請求項６記載の自動車用暖房装置。