JPH0712088Y2 - 排気熱を利用する自動車用暖房装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この考案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は、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
りが早い（暖房感を得られる迄に要する時間が短い）
為、従来から各種構造のものが研究されているが、ヒー
トパイプ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、同63-154312号公報、同63-181511号公
報に開示されたものが知られている。

第３図は、この内の実開昭63-154312号公報に記載され
た考案を示しているが、この第３図により、排気熱を利
用する自動車用暖房装置（ヒートパイプ方式による暖房
装置である。以下の記載においても同じ。）に就いて、
簡単に説明する。

１は、自動車用エンジン７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２、３を、互いに並列に設けている。この内の
第二の排気流路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４を設けており、この加熱器４の蒸気
出口に、蒸気送り出し管５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２、３の
上流側には、加熱器４を配置した第二の排気流路３に送
り込まれる排気の量を調節する、排気流量調節ドア６を
設けて、加熱器４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13によって、暖房用の空気を流通させるダ
クト８内には、蒸気入口を上記蒸気送り出し管５の他端
に接続したコンデンサ９を配置しており、このコンデン
サ９の出口に一端を接続し、途中に貯液器11、仕切弁12
に設けた戻し管10の他端を、前記加熱器４に通じさせ
て、コンデンサ９内で凝縮液化した作動流体を、上記加
熱器４に戻す様にしている。

14は、排気流量調節ドア６駆動用のアクチュエータ15の
動作を制御する為の制御器で、排気温度を検出する為の
温度センサ16と加熱器４内の作動流体温度を検出する為
の温度センサ17とからの信号に基づいて、上記アクチュ
エータ15の動作を制御し、排気流量調節ドア６の開度を
調節する。

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
量調節ドア６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13を運転する。

この結果、加熱器４内に存在する作動流体が蒸発し、蒸
気送り出し管５を通じて、コンデンサ９に送り込まれ
る。そして、このコンデンサ９内で作動流体の蒸気は、
送風機13によって送り込まれダクト８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10を通じて前
記加熱器４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８内での熱交換によって温度上昇した空
気は、ダクト８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には、排気流量調節ドア６
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４には高温の排気が送り込まれなくな
り、作動流体は貯液器11に溜められたまま、加熱器４に
は送り込まれない状態となり、コンデンサ９の温度が上
昇する事もなくなる為、ダクト８内を流通する空気の温
度が上昇する事もなくなる。

（考案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４で蒸発させ、コンデンサ９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
状態のままで放置し（エンジンを停止したままの状態と
し）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
がりが早いが、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９とヒータコアとを直列に配置
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
アによる暖房を行なう事が考えられている。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。

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。

本考案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） 本考案の排気熱を利用する自動車用暖房装置は、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、上記ダクト内に、コンデンサと並列に設けられたバ
イパス流路と、このバイパス流路と上記コンデンサとの
上流側に設けられ、バイパス流路とコンデンサとに流れ
る空気の割合を調節するエアミックスドアとから構成さ
れている。

更に、本考案の排気熱を利用する自動車用暖房装置に於
いては、エンジン停止時に、上記エアミックスドアの開
度に基づいて上記仕切弁の開閉の選択を行なう制御器を
設けている。

そしてこの制御器は、エアミックスドアが上記コンデン
サに向かう通路を或る程度以上開いている場合には、上
記仕切弁を開き、作動流体を加熱器に戻す様に機能す
る。

（作用） 上述の様に構成される本考案の排気熱を利用する自動車
用暖房装置は、制御器からの指令に基づき、エアミック
スドアが或る程度以上開いている場合には、暖房装置に
よる暖房効果を期待している状態、即ち周囲が寒い状態
であると判断して、貯液器と加熱器との間にある仕切り
弁を開き、作動流体を加熱器に戻す。

加熱器は、次に自動車のエンジンを起動した場合に、直
ちに高温の排気により加熱される為、加熱器内で作動流
体が凍結した場合でも、排気による暖房を行なえなくな
る事はなくなる。

反対に、エアミックスドアが或る程度迄も開いていない
場合には、暖房装置による暖房効果を期待していない状
態、即ち周囲が暖かい状態であると判断して、貯液器と
加熱器との間にある仕切弁を閉じ、作動流体を貯液器に
留める。

この結果、次にエンジンを起動した場合にも、コンデン
サ内に高温の作動流体蒸気が送り込まれる事がなくな
り、ダクト内を流通する空気を無駄に暖める事がなくな
る。

（実施例） 次に、図示の実施例を説明しつつ、本考案を更に詳しく
説明する。

第１図は本考案の排気熱を利用する自動車用暖房装置を
示す略断面図、第２図はこの装置の作用を示すフローチ
ャートである。

第１図に於いて１は、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で、この排気管１の途中には、
第一、第二の排気流路２、３を、互いに並列に設けてい
る。この内の第二の排気流路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４を設けており、この加
熱器４の蒸気出口に、蒸気送り出し管５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２、３の
上流側には、加熱器４を配置した第二の排気流路３に送
り込まれる排気の量を調節する、排気流量調節ドア６を
設けて、加熱器４での作動流体の加熱量の調節を自在と
している。この排気流量調節ドア６の開度は、アクチュ
エータ15により調節自在である。

一方、送風機13によって、暖房用の空気を流通させるダ
クト８内には、蒸気入口を上記蒸気送り出し管５の他端
に接続したコンデンサ９を配置しており、このコンデン
サ９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10の他端を、前記加熱器４に通じさせ
て、コンデンサ９内で凝縮液化した作動流体を、上記加
熱器４に戻す様にしている。上記仕切弁12の開閉は、後
述する制御器18からの信号に基づいて行なわれる。貯液
器11は加熱器４よりも上方に設けて、仕切弁12を開いた
場合には、貯液器11内の作動流体が重力により加熱器４
内に送り込まれる様にしている。

又、上記ダクト８内にはバイパス流路19が、上記コンデ
ンサ９と並列に設けられており、このバイパス流路19と
コンデンサ９との上流側に、バイパス流路19とコンデン
サ９とに流れる空気の割合を調節するエアミックスドア
20を設けている。このエアミックスドア20の開度は、ア
クチュエータ21により調節自在であるが、アクチュエー
タ21によるエアミックスドア20の開度を表わす信号は、
次述する制御器18に入力されている。

上述の様に、エアミックスドア20駆動用のアクチュエー
タ21から送り込まれる、エアミックスドア20の開度を表
わす信号に基づいて制御器18は、エンジン停止時、即ち
イグニッションスイッチを切った場合に、前記仕切弁12
の開閉を制御する。

即ち、エンジンを停止させた瞬間に於いて、エアミック
スドア20がコンデンサ９に向かう通路を或る程度以上開
いている場合には、上記仕切弁12を開き、作動流体を貯
液器11に留める事なく、加熱器４に戻す様に機能する。

尚、第１図に於いて22は、内気取り入れ口23と外気取り
入れ口24とを切り換える為の内外気切り換えドア、25は
送風機13の下流側に設けられ、稼動時にはダクト８内を
流れる空気を冷却するエバポレータ、26は前記コンデン
サ９と直列に設けられ、冷却水の熱を利用して空気を加
温する為のヒータコア、27は、ダクト８の下流側端部に
設けられた分配チャンバで、ダクト８内で適当な温度に
調整された空気は、この分配チャンバ27に設けた複数の
吹き出し口の内の適当な吹き出し口から、車室内に吹き
出される。

上述の様に構成される本考案の排気熱を利用する自動車
用暖房装置は、エンジンの運転開始直後で、冷却水の温
度が十分に上昇していない場合には、加熱器４内で蒸発
した作動流体をコンデンサ９で凝縮する事により、ダク
ト８内を流通する空気を暖め、車室内の暖房を行なう
が、運転開始後時間を経過する事で、冷却水の温度が十
分に上昇した場合には、冷却水により温度上昇したヒー
タコア26により空気を暖め、車室内の暖房を行なう。

ヒータコア26の温度が十分に上昇したならば、必要に応
じて、仕切弁12を閉じると共に排気流量調節ドア６を、
第１図の実線状態に切り換える。

イグニッションスイッチを切り、エンジンを停止させた
場合には、本考案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。

即ち、エンジンを停止させた場合に於いて、排気流量調
節ドア６が加熱器４に向けて開かれ（第１図の鎖線状態
にあり）、仕切弁12が開かれて、排気熱を利用した暖房
が行なわれている場合には、仕切弁12を開いたままの状
態とし、作動流体を貯液器11に留める事なく、加熱器４
に戻す。

加熱器４は、次に自動車のエンジンを起動した場合に、
直ちに高温の排気により加熱される為、加熱器４内で作
動流体が凍結した場合でも、加熱器４内に存在する作動
流体は短時間で融けて蒸発し、排気による暖房を行なえ
る。

エンジンを停止させた場合に、排気流量調節ドア６が加
熱器４に向けて閉じられ（第１図の実線状態にあり）、
仕切弁12が閉じられて、排気熱を利用した暖房が行なわ
れていない場合には、制御器18がエアミックスドア20の
開度に基づき、その後に於ける仕切弁12の状態を判断す
る。

先ず、エアミックスドア20がヒータコア26及びコンデン
サ９に向けて或る程度以上（例えば1/3以上）開いてい
る場合には、暖房装置による暖房効果を期待している状
態、即ち周囲が寒い状態であると判断して、貯液器11と
加熱器４との間にある仕切弁12を開き、重力に基づい
て、作動流体を加熱器４に戻す。

加熱器４は、次に自動車のエンジンを起動した場合に、
直ちに高温の排気により加熱される為、加熱器４内で作
動流体が凍結した場合でも、排気による暖房を行なえな
くなる事がなくなる事は、上述した、排気熱を利用した
暖房が行なわれている状態でエンジンを停止させた場合
と同様である。

反対に、エアミックスドア20が或る程度迄（例えば1/4
迄）も、ヒータコア26及びコンデンサ９に向けて開いて
いない場合には、暖房装置による暖房効果を期待してい
ない状態、即ち周囲が暖かい状態であると判断して、貯
液器11と加熱器４との間にある仕切弁12を閉じ、作動流
体を貯液器11に留めたままとする。

この結果、次にエンジンを起動した場合にも、コンデン
サ９内に高温の作動流体蒸気が送り込まれる事がなくな
り、ダクト８内を流通する空気を無駄に暖める事がなく
なると共に、作動流体の浪費（蒸発に伴なう減少）を抑
える事が出来る。

（考案の効果） 本考案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、寒冷時にエンジンを停
止させた場合に、作動流体が低温部分で凍結したままと
なる事を防止出来る為、エンジンの始動後、直ちに暖房
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図は本考案の排気熱を利用する自動車用暖房装置を
示す略断面図、第２図はこの装置の作用を示すフローチ
ャート、第３図は従来の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:第一の排気流路、3:第二の排気流路、4:加
熱器、5:蒸気送り出し管、6:排気流量調節ドア、7:自動
車用エンジン、8:ダクト、9:コンデンサ、10:戻し管、1
1:貯液器、12:仕切弁、13:送風機、14:制御器、15:アク
チュエータ、16、17:温度センサ、18:制御器、19:バイ
パス流路、20:エアミックスドア、21:アクチュエータ、
22:内外気切り換えドア、23:内気取り入れ口、24:外気
取り入れ口、25:エバポレータ、26:ヒータコア、27:分
配チャンバ。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項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、上記ダクト内に、コンデンサと並
   列に設けられたバイパス流路と、このバイパス流路と上
   記コンデンサとの上流側に設けられ、バイパス流路とコ
   ンデンサとに流れる空気の割合を調節するエアミックス
   ドアとから成る、排気熱を利用する自動車用暖房装置に
   於いて、エンジン停止後に、上記エアミックスドアの開
   度に基づいて上記仕切弁の開閉の選択を行なう制御器を
   設け、この制御器は、エアミックスドアが上記コンデン
   サに向かう通路を或る程度以上開いている場合には、上
   記仕切弁を開き、作動流体を加熱器に戻す様に構成した
   事を特徴とする、排気熱を利用する自動車用暖房装置。