JPH05404Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本考案は自動車等の排熱を用いる室内暖房装置
に係り、特にヒートパイプを用いた排気ガスの排
熱により暖房するようにした室内暖房装置に関す
る。

（従来の技術） 従来、自動車のエンジン排気ガスの熱を利用し
て自動車内の暖房を行なうようにした車内暖房装
置としては、エンジンの排気管内にヒートパイプ
の受熱部を配置するとともに、暖房用エアダクト
内にヒートパイプの放熱部を配置し、排気ガスの
熱をヒートパイプを用いてエアダクト内の空気に
伝えるようにしたものが知られている（特開昭52
−24617号公報）。

この形式のヒートパイプ式暖房装置では、ヒー
トパイプの内部に非凝縮性ガスが発生すると、こ
のガスはヒートパイプ内部の作動流体の蒸気流よ
り上昇し、放熱部とその上部の上ヘツダー部に溜
まるようになる。ところで、従来のヒートパイプ
式暖房装置では、上ヘツダー部に開閉弁が設けら
れていて、この開閉弁は、温度が所定温度以下に
なつた時に開くようになつており、開閉弁の開放
時にガスの放出が行われる。

（考案が解決しようとする問題点） ところが、上記従来の構成は、ヒートパイプが
作動中にその内部に非凝縮性ガスが溜まり、放熱
部の温度が下つた場合に開閉弁が開いてガスが放
出される点で有効であるが、ヒートパイプが非作
動状態で放熱部の温度が下がつた場合にも開閉弁
が開いて作動流体が放出されてしまうことがあま
り好ましくない。

また、ヒートパイプの作動中に、非排気管内を
流れる排気の温度などが上昇し、受熱部の加熱が
増加して、作動流体の温度を著しく上昇させてし
まうことがり、これによりヒートパイプの受熱部
や放熱部の損傷をもたらすことがある。

さらに、また、開閉弁の開放により非凝縮性ガ
スが放出される時に、作動流体が一緒に流出して
しまい、しかも放出された作動流体が放出管内に
液状化して残り、冬期に凍結することがある。

本考案は上述の問題点を解決するためになされ
たもので、その目的は、ヒートパイプの非作動状
態でヒートパイプの内部が外部に連通してしまう
ことがなく、ヒートパイプの異常昇温により受熱
部や放熱部などが損傷することがなく、しかも放
出される作動流体を回収することができるヒート
パイプ式室内暖房装置を得ることにある。

（課題を解決するための手段） 本考案によれば、排気管内に配置され、排気管
内を流れる排気の排熱により内部の作動流体が加
熱されるヒートパイプの受熱部と、この受熱部で
加熱されて蒸発した作動流体を暖房用エアダクト
内に配したヒートパイプの放熱部に導くヒートパ
イプの蒸気通路管とを備えたヒートパイプ式室内
暖房装置において、前記放熱部に放出管を接続
し、この放出管に開閉弁を設け、放熱部が第１所
定温度より低い温度になるか、または第１所定温
度より高い第２所定温度を超える温度になつたこ
とを検出して前記開閉弁を開く制御装置を設け、
また、放出管には、前記開閉弁の開放により放出
管を経て流れる作動流体を冷却して液状で貯える
熱交換溜りと、放熱部内の圧力が所定圧力以上に
なつた時に開放されるリリーフ弁とが直列に接続
される。また、熱交換溜りには、その内部の液状
流体をヒートパイプに戻す手段がもうけられる。

（作用） 以上の構成により、運転中に非凝縮性ガスがヒ
ートパイプ内に溜まつて熱輸送量が少なくなり放
熱部温度が第１所定温度より下つたり、放熱部が
第２所定温度より昇温したりすると、開閉弁とリ
リーフ弁の両方が開いて、熱交換液溜りでの作動
流体の冷却凝縮とともにガスの放出が行われる。
また、ヒートパイプの非動作中は、ヒートパイプ
内圧力低下のためリリーフ弁が閉じ続け、ヒート
パイプは外気に連通しない。

（実施例） 以下、本考案の一実施例を図面を参照して説明
する。

第１図において、１は図示しないエンジンから
の燃料排気ガスを排出する排気管を示し、この排
気管１内には、ヒートパイプの受熱部２が挿入配
置され、その外周面には、外表面積を増大させて
熱交換効率を向上させるためにフイン３が設けら
れている。そして、ヒートパイプ内に封入された
水等の作動流体は、この受熱部２において排気管
１内の排気ガスと熱交換して蒸発し、受熱部２の
軸心部を通つて後述する放熱部５側に送出される
ようになつている。

一方、図示しない自動車室内に暖房空気を送給
するエアダクト４内には、熱交換用の多数のフイ
ン管６をヘツダー８，９にて締結したヒートパイ
プの放熱部５が挿入配置されており、前記受熱部
２で蒸気となつた作動流体は、ヒートパイプの蒸
気通路管７を通つてこの放熱部５に導かれるよう
になつている。そして、この放熱部５において放
熱し凝縮して液化した作動流体は、前記ヘツダー
８の下端に設けた作動流体１０に集められるよう
になつている。ヘツダー８の下端と作動液溜り１
０は吐出管１１により接続され、この作動液溜り
１０の下端は、前記蒸気通路管７の上流端寄り
に、制御弁１３を有する作動液戻り管１２より接
続され、液化した作動流体を前記放熱部２内に戻
すようにされている。

また、前記蒸気通路管７の途中の、作動液戻り
管１２が接続された部位よりも下側の部分には、
前記排気管１の振動を蒸気通路管７および作動液
戻り管１２に伝えないようにするための振動吸収
ベローズ１４が設けられている。

蒸気通路管７に接続されているヘツダー８の反
対側には前記ヘツダー９が接続され、ヘツダー９
には放出管１５が接続されている。この放出管１
５には開閉弁１６と熱交換液溜り１７とリリーフ
弁１８が直列に挿入されている。開閉弁１６は、
放熱部５内温度、すなわちヘツダー９内温度が第
１所定温度、例えば約90℃以下になつた時に、そ
れを検出する温度センサ１９に接続されている制
御装置Ｃからの出力信号２３により開放されるよ
うに構成され、また、同様に放熱部５内温度が第
２所定温度、例えば115℃以上になつた時も開閉
弁１６は制御装置Ｃの出力信号２３により開放さ
れるように構成されている。放熱部５内温度が第
１所定温度と第２所定温度との間にある時は開閉
弁１６は閉鎖される。

さらに、蒸気通路管７には温度センサ２０が設
けられ、このセンサ２０は作動流体の温度を検知
し、その検知信号が制御装置Ｃに入力され、セン
サ１９により検知された入力信号とともに所要の
制御動作が行われ、前記出力信号２３が出力され
る。温度センサ２０は前記温度センサ１９が検出
する第２所定温度以上の温度を、温度センサ１９
に代つてまたは温度センサ１９と併行して検出す
る作用を行なう。熱交換液溜り１７には液面レベ
ルセンサ２６が設けられ、その信号が制御装置Ｃ
に入力される。熱交換液溜り１７を作動液溜り１
０に接続するように連絡管２１が設けられ、これ
に開閉弁２２が設けられ、制御装置Ｃからの出力
信号２４により開閉弁２２が開閉される。一方、
制御装置Ｃからの出力信号２５は前記制御弁１３
の開閉のために用いられる。

熱交換液溜り１７は冷却ジヤケツト２７により
囲まれていて、冷却材、例えば冷却水により冷却
されるようになつており、開閉弁１６が開閉され
た場合に、放出管１５から流出される作動流体が
冷却され凝縮して液溜り１７内に貯留される。

前記リリーフ弁１８は、放熱部５内圧力、すな
わちヘツダー９内圧力が、例えば２Kg／cm²以上に
上昇した時に内外の圧力差により開くように構成
されている。そして、開閉弁１６、リリーフ弁１
８の両方が開くと、ヘツダー９内は大気に連通す
るようになつている。

次に作用を説明する。

排気管１内に配されたヒートパイプの受熱部２
は、排気管１内を流れるエンジンの排気ガスによ
り加熱され、受熱部２内の作動流体はその熱を吸
収して蒸気となる。そして、蒸気となつて昇圧し
た作動流体は、受熱部２の軸心部を通つて送出さ
れ、蒸気通路管７を通つて放熱部５に導かれる。

放熱部５に導かれた作動流体は、ここでエアダ
クト４内を流れる冷風との間で熱交換を行なつて
凝縮降圧し、液化した作動流体は、その自重によ
り放熱部５のヘツダー８から吐出管１１を通り流
下し作動液溜り１０に集められる。作動液溜り１
０に集められた作動流体は、作動液戻り管１２を
通つて開放状態の制御弁１３を経て受熱部２内の
周面部に戻される。

以後、前記するサイクルが繰返されてエアダク
ト４内の冷風は加熱され、温風となつて図示しな
い車内に吐出される。そして、車内に吐出された
温風は、所要の通路を介してエアダクト４の上流
端に戻され、エアダクト４内を通つて再び放熱部
５で加熱される。これにより、エアダクト４内を
通つて車内に吐出される温風の温度は次第に上昇
することになる。

以上のようにして、ヒートパイプが受熱部２か
ら放熱部５へ熱を輸送してエアダクト４内の空気
に熱を与えるように作動している間に、ヒートパ
イプ内に非凝縮性ガスが発生すると、それは作動
流体の蒸気流により放熱部５へ送られ。ヘツダー
９内に溜まる。このように非凝縮性ガスが溜まる
と、それにより熱輸送が妨げられるため、放熱部
５、すなわちヘツダー９の温度が低下する。

このようにして、ヘツダー９の温度が第１所定
温度、例えば約90℃以下に下降すると、センサ１
９がそれを検知して制御装置１８により制御動作
が行われ、出力信号２３が出されて開閉弁１６が
開放される。この時、ヒートパイプは作動中のた
め、その内部の圧力（絶対圧力）は例えば２Kg／
cm²以上に達し、したがつて内外の圧力差によりリ
リーフ弁１８は開放している。このため、放出管
１５は熱交換液溜り１７の上部空間を経て大気に
連通し、ヒートパイプ内の非凝縮性ガスは一部の
液化した作動流体を伴いながら熱交換液溜り１７
に流れ、非凝縮性ガスと液化した作動流体とに分
離されて、非凝縮性ガスのみがリリーフ弁１８を
経て大気に放出される。したがつて、液化した作
動流体が大気中に放出されることが防止できる。
また、放出管１５内には液化した作動流体の残留
を生じないので、寒冷時においける凍結などの懸
念が回避される。

前記の放出動作によつてヒートパイプ内での放
熱部５への熱輸送が盛んになり、放熱部５の温度
が上昇して第１所定温度、例えば約90℃を超える
と、センサ１９の検知信号が制御装置Ｃに入力さ
れて、出力信号２３により開閉弁１６は閉じて外
気との連通が断たれる。

次いで、外部条件の変動などにより、受熱部２
の加熱が増加して、ヒートパイプの熱輸送が活発
となり放熱部５内の温度が上昇して、第２所定温
度以上になつた場合には、それをセンサ１９また
はセンサ２０が検出し制御装置Ｃに入力が与えら
れて制御動作が行われ、出力信号２３により開閉
弁１６が開放される。この時は、放出管１５に
は、ヒートパイプ内の蒸気状もしくは液化した作
動流体が多く流れ、また、非凝縮性ガスがあれば
それを伴つて流れる。前記放出管１５から流出す
る作動流体は熱交換液溜り１７に流れて急速に冷
却されて凝縮され、液化した作動流体が貯留され
る。

液面レベルセンサ２６が熱交換液溜り１７内に
一定量以上の凝縮液が貯留されたことを検出する
と、検出信号が制御装置Ｃへ送られ、制御装置Ｃ
から出力信号２４が出力されて、制御弁２２は開
放され、熱交換液溜り１７ないの液化作動流体は
作動液溜り１０に戻され、さらに、作動液戻り管
１２を通つて受熱部２内に戻される。制御弁２２
は制御装置Ｃにタイマによつて一定時間経過後自
動的に閉じられる。

かくして、外部条件の変動などにより、受熱部
２の加熱が増加してヒートパイプ内の温度が急速
に上昇し放出管１５から放出された作動流体は、
熱交換液溜り１７において冷却されて液化し、最
終的に受熱部２に戻され、ヒートパイプは正常な
温度をもつた動作に復帰するので、ヒートパイプ
の受熱部や放熱部の部材の温度上昇を回避でき
て、その損傷をもたらすことなく運転することが
できる。

ヒートパイプの非作動中にはリリーフ弁１８の
内外圧力差不足によりヒートパイプの放出管１５
は閉じたままに保たれ、ヒートパイプ内の作動流
体の放出がなされることがない。

なお、ヘツダー９および蒸気通路管７内の温度
の検知は種々の手段で行うことができる。また、
開閉弁１６は、例えば形状記憶合金、バイメタ
ル、ワツクス等を用いる弁とすることができる。

以上のように構成することにより、ヒートパイ
プはボイルオフ機能を有することになり、ヒート
パイプ内を真空引きした後に作動流体を充填した
り、ヒートパイプ内の作動流体をボイルさせて空
気を押し出した後ヒートパイプのシールを行う等
の作業は不要となる。

第２図は本考案の他の実施例の要部を示すもの
であり、この実施例では、熱交換液溜り１７内部
には、放出管１５の先端が底面近傍にまで延びる
ように、液化した作動流体の貯留部の挿入されて
いる。したがつて、液化した作動流体が貯留され
ている場合は、ヒートパイプの運転休止時に、熱
交換液溜り１７とヒートパイプ内部との圧力差に
より、作動流体は放出管１５を逆流してヒートパ
イプ内に戻されるので、制御弁２２および連絡管
２１の接続を省略できて装置を簡略にすることが
できる。

〔考案の効果〕

以上説明したように、本考案は、ヒートパイプ
を用いて排気管ないの排気ガスの熱を暖房用エア
ダクト内の空気に伝えるようにしているので、効
率よく車内を暖房することができる。

また、ヒートパイプが作動中であつても、しか
もヒートパイプ内部に非凝縮性ガスが発生して温
度低下が起きた時には、開閉弁とリリーフ弁が同
時に開いて非凝縮性ガスの排出を行うことができ
るとともに、受熱部からの加熱の増加により放熱
部温度が過度に上昇した場合にも、開閉弁が開い
て作動流体が熱交換液溜りに送られ冷却されて、
ヒートパイプ内へ戻されて作動流体は正常な温度
をもつた動作に急速に復帰されるので、受熱部や
放熱部などの部材の損傷を防止することができ
る。

さらに、熱交換溜りにおいては非凝縮性ガスと
液化した作動流体とに分離されるので、リリーフ
弁が開いてもヒートパイプ内の作動流体の放出が
なされることがない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例を示す全体構成図、
第２図は他の実施例の要部を示す構成図である。 １……排気管、２……ヒートパイプ受熱部、４
……暖房用エアダクト、５……ヒートパイプ放熱
部、７……蒸気通路管、１５……放出管、１６…
…開閉弁、１７……熱交換液溜り、１８……リリ
ーフ弁、１９，２０……温度センサ、２７……冷
却ジヤケツト。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 排気管１内に配置され、排気管内を流れる排気
   の排熱により内部の作動流体が加熱されるヒート
   パイプの受熱部２と、この受熱部で加熱されて蒸
   発した作動流体を暖房用エアダクト４内に配した
   ヒートパイプの放熱部５に導くヒートパイプの蒸
   気通路管７とを備えたヒートパイプ式室内暖房装
   置において、前記放熱部５に放出管１５を接続
   し、この放出管１５に開閉弁１６を設け、放熱部
   が第１所定温度より低い温度になるか、または第
   １所定温度より高い第２所定温度を超える温度に
   なつたことを検出して前記開閉弁１６を開く制御
   装置Ｃを設け、また、放出管１５には、前記開閉
   弁１６の開放により放出管１５を経て流れる作動
   流体を冷却して液状で貯える熱交換溜り１７と、
   放熱部内の圧力が所定圧以上になつた時に開放さ
   れるリリーフ弁１８とを直列に接続し、熱交換溜
   り１７内の液状流体をヒートパイプに戻す手段を
   設けたことを特徴とするヒートパイプ式室内暖房
   装置。