JPH10175418A - 温水式暖房装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 暖房用熱交換器３を傾斜して設置するととも
に、暖房用熱交換器２のコア部３ｃを温水が下方から上
方への一方向のみに流れるようにしたものにおいて、微
少流量制御時に左右の吹出空気温度差を効果的に低減す
る。 【解決手段】 暖房用熱交換器３の傾斜角θと熱交換器
左右方向での吹出温度差との相関関係について実験検討
したところ、暖房用熱交換器３と水平面とがなす傾斜角
度θを５０°以下に設定することにより、熱交換器左右
方向での吹出温度差を効果的に低減できることを見い出
した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は温水流量を制御する
流量制御弁を用いた温水式暖房装置に関するもので、自
動車用空調装置に用いて好適なものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、温水式暖房装置を含む自動車用空
調装置の吹出空気の温度制御方式として、暖房用熱交換
器への温水流量を制御して、吹出空気温度を制御する方
式のものが知られている。本発明者らは、先に特開平８
−１１８９４３号公報にて、次のごとき温水流量制御方
式の温水式暖房装置を提案している。

【０００３】すなわち、この従来装置では、温水流量を
制御する流量制御弁を暖房用熱交換器に一体化するとと
もに、流量制御弁により流量制御された温水が流入する
入口側タンクを暖房用熱交換器の下方部に配置し、この
熱交換器の上方部に出口側タンクを配置して、温水が熱
交換器のコア部を下方から上方への一方向のみに流れる
ように構成している。このように、温水の流れを下方か
ら上方への一方向流れとすることにより、Ｕターン流れ
の方式のものに比して、暖房用熱交換器の温水流通抵抗
の低減、構造の簡略化等の長所を有している。

【０００４】ところが、温水流量を流量制御弁にて微少
流量に制御すると、高温の温水が自身の浮力（高温の温
水は比重が小さい）の影響も加わって、コア部において
温水の出入口間を短絡する領域に温水が集中的に流れて
しまい、他の領域（コア部において、温水の出入口から
遠ざかる領域）では温水流量が大幅に減少するという現
象が発生し、暖房用熱交換器の左右の吹出温度差に非常
に大きなバラツキが生じる。この結果、運転席側と助手
席側の乗員に対して、双方とも満足できる空調感を与え
ることができず、空調の温度制御上、致命的な欠陥とな
る。

【０００５】そこで、上記従来装置では、暖房用熱交換
器の下方部の温水入口側タンクもしくは上方部の温水出
口側タンクのいずれか一方に、コア部の左右方向への温
水分配を均一化する温水分配手段を内蔵して、暖房用熱
交換器の左右の吹出温度差を低減させるものを提案して
いる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、自動車用空
調装置の場合、車室内の計器盤下方部のように、極めて
狭隘なスペース内に暖房用熱交換器を設置しなければな
らないので、暖房用熱交換器の設置姿勢にも制約が大き
い。そのため、狭隘なスペース内への設置のために、暖
房用熱交換器を垂直面、水平面に対して傾斜して暖房用
熱交換器を設置する場合が多い。

【０００７】上記従来装置では、このように、暖房用熱
交換器を傾斜して設置する場合における、熱交換器左右
方向での吹出温度差について何ら記載されていない。そ
こで、本発明は上記点に鑑み、暖房用熱交換器を傾斜し
て設置するとともに、暖房用熱交換器のコア部を温水が
下方から上方への一方向のみに流れるようにしたものに
おいて、微少流量制御時に左右の吹出空気温度差を効果
的に低減できる温水式暖房装置を提供することを目的と
する。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、暖房用熱
交換器（３）の傾斜角（θ）と熱交換器左右方向での吹
出温度差との相関関係について実験検討したところ、特
定の傾斜角範囲では、熱交換器左右方向での吹出温度差
を効果的に低減できることを見い出した。すなわち、後
述の実施形態において詳述するように、暖房用熱交換器
（３）と水平面とがなす傾斜角度（θ）を５０°以下に
設定することにより、熱交換器左右方向での吹出温度差
を効果的に低減できる。

【０００９】本発明においては、特開平８−１１８９４
３号公報記載の暖房用熱交換器（３）の下方部の温水入
口側タンク（３ａ）もしくは上方部の温水出口側タンク
（３ｂ）のいずれか一方に、コア部（３ｃ）の左右方向
への温水分配を均一化する温水分配手段を内蔵しなくと
も、傾斜角（θ）の特定により熱交換器左右方向での吹
出温度差を低減できることが分かった。

【００１０】特に、請求項３のごとく暖房用熱交換器
（３）と水平面とがなす傾斜角度（θ）を４０°以下に
設定することにより、熱交換器左右方向での吹出温度差
を一層効果的に低減できる。

【００１１】

【発明の実施の形態】

（第１実施形態）図１〜図３は本発明を自動車用空調装
置の温水式暖房装置に適用した第１実施形態を示すもの
で、図１において、１は自動車走行用の水冷式エンジ
ン、２はエンジン１により駆動されるウオータポンプ
で、エンジン１の冷却水回路（温水回路）に水を循環さ
せるものである。３はエンジン１から供給される温水と
送風空気とを熱交換して、送風空気を加熱する暖房用熱
交換器（ヒータコア）、４は流量制御弁で、温水出入口
を３つ有する三方弁タイプの弁構造を有するものであ
る。

【００１２】５は暖房用熱交換器３と並列に設けられた
バイパス路、６は圧力応動弁であり、その前後の差圧が
予め定めた所定値に達すると開弁するものであって、エ
ンジン１の回転数変動によりウオータポンプ２の吐出圧
が変動しても、暖房用熱交換器３の前後圧を一定に近づ
ける役割を果たすものである。図１には具体的に示して
いないが、特開平８−１１８９４３号公報のごとく流量
制御弁４にはバイパス回路５および圧力応動弁６が一体
に内蔵され、さらに暖房用熱交換器３に対して一体構造
として組付られるようになっている。

【００１３】７は温度センサで、空調ユニット８の空調
ケース８ａ（図２、３参照）内において、熱交換器３の
空気下流側で、かつ車室内への各種吹出口９〜１１、１
１ａの分岐点直前の部位に設置される。この温度センサ
７は、サーミスタよりなり、車室内に吹き出す温風温度
を検出するものである。図２、３において、吹出口９は
車室内の乗員顔部に向けて空気を吹き出すフェイス（上
方）吹出口であり、吹出口１０は自動車前面窓ガラスに
空気を吹き出して窓ガラスの曇りを除去するデフロスタ
吹出口であり、吹出口１１は前席側乗員の足元に空気を
吹き出す前席用のフット（足元）吹出口であり、１１ａ
は後席側乗員の足元に空気を吹き出す後席用のフット
（足元）吹出口である。

【００１４】なお、図２、３に示す例では、空調ユニッ
ト８は暖房用熱交換器３と蒸発器（冷房用熱交換器）１
２の両方を一体に内蔵する一体型ユニットを構成してお
り、この一体型空調ユニット８は車室内前部の計器盤下
方部のうち、車両左右方向の略中央部に配置される。そ
して、空調ユニット８は図２に示すように、天地方向の
最下方部に、ユニット吸込口８ｂを有しており、このユ
ニット吸込口８ｂには、図３に示す送風機ユニット３０
からの送風空気が流入する。送風機ユニット３０は、車
室内前部の計器盤下方部のうち、空調ユニット８の設置
部位から助手席側へオフセットして配置されており、天
地方向の上方側に内外気を切替導入する周知の内外気切
替箱３１を備えている。

【００１５】この内外気切替箱３１の下方側に、この内
外気切替箱３１から導入した内気または外気を空調ユニ
ット８のユニット吸込口８ｂに向けて送風する送風機３
２が備えられている。この送風機３２は周知のごとく電
動モータ３２ａにて回転駆動される遠心多翼ファン３２
ｂを有しており、この遠心多翼ファン３２ｂの送風空気
を案内するスクロールケース３２ｃの出口部３２ｄがユ
ニット吸込口８ｂに結合されている。

【００１６】空調ユニット８内において、ユニット吸込
口８ｂより上方の部位に蒸発器１２が配置され、この蒸
発器１２の上方側に暖房用熱交換器３が配置されてい
る。ここで、暖房用熱交換器３は流量制御弁４により流
量制御された温水が流入する入口側タンク３ａを下方部
に配置し、熱交換器上方部に出口側タンク３ｂを配置し
て、温水が熱交換器３のコア部３ｃを下方から上方への
一方向のみに流れる一方向流れタイプ（全パスタイプ）
として構成されている。コア部３ｃは周知のごとく偏平
状チューブとコルゲートフィンとから構成されている。

【００１７】なお、図１では、図作成上の便宜のため、
入口側タンク３ａを図上方部に図示し、図下方部に出口
側タンク３ｂを図示しているが、暖房用熱交換器３の実
際の配置形態は図２に示す通りである。そして、暖房用
熱交換器３は水平面に対して所定の傾斜角θ（図２の図
示の例では、θ＝２２°）でもって傾斜するように配置
されており、本例では、蒸発器１２も暖房用熱交換器３
と略同一の傾斜角で傾斜配置されている。空調ケース８
ａ内において、暖房用熱交換器３の側方には、冷風バイ
パスドア８ｃにより開閉される冷風バイパス路８ｄが形
成されている。この冷風バイパス路８ｄは最大冷房時
（あるいはバイレベルモード時）に開放される。８ｅ〜
８ｇは各吹出口９〜１１ａへの空気流れを断続する吹出
モードドアである。

【００１８】ユニット吸込口８ｂから流入した送風空気
は蒸発器１２の下方の部位で上方へ流れを転回し、その
後に、先ず蒸発器１２を下方から上方へ通過し、さら
に、暖房用熱交換器３を下方から上方へ通過する。この
際、暖房用熱交換器３への温水流量を流量制御弁４によ
り流量制御して、熱交換器３における加熱量を調整して
車室内への吹出空気温度を調整する。

【００１９】図１において、１３は車室内温度制御の目
標温度（乗員の希望温度）を設定するための温度設定器
で、乗員により手動操作可能なスイッチ、あるいは可変
抵抗器等よりなる。１４は外気温度、温水温度、日射量
等の車室内温度制御に関係する環境因子の物理量を検出
するセンサ群である。１５はこれらのセンサ７、１４及
び温度設定器１３等からの入力信号に基づいて温度制御
信号を出力する空調制御装置で、マイクロコンピュータ
等よりなる。

【００２０】１６はこの空調制御装置１５からの温度制
御信号により制御されるサーボモータで、流量制御弁４
の弁体１７を回転駆動するための弁体作動手段を構成す
る。ここで、弁体作動手段としては、サーボモータ１６
のような電気的アクチュエータに限らず、周知のレバ
ー、ワイヤ等を用いた手動操作機構であってもよい。な
お、流量制御弁４の具体的構成、および流量制御弁４と
熱交換器３との一体化構造の具体例は、前述の特開平８
−１１８９４３号公報と同じよいので、詳細な説明は省
略する。

【００２１】流量制御弁４は、円柱状の弁体（ロータ）
１７をハウジング１８内に回動可能に収納しており、ハ
ウジング１８にはエンジン１からの温水が流入する温水
入口１９と、暖房用熱交換器３の温水入口側タンク３ａ
に接続される温水出口２０と、バイパス回路５の温水入
口側に接続されるバイパス出口２１が設けられている。
一方、弁体１７にはこれらの温水出入口１９〜２１の開
口面積を調整する制御流路１７ａが備えられている。

【００２２】次に、上記構成において作動を説明する。
流量制御弁４の流量制御による吹出空気温度の制御作用
は基本的には上記公報と同じでよいので、詳細な説明は
省略し、概要を述べると、最大暖房能力時には、流量制
御弁４の弁体１７がサーボモータ１６または手動操作機
構により最大開度位置に回動操作されて、弁体１７の制
御流路１７ａがハウジング１８の温水入口１９、温水出
口２０の双方と最大面積で重畳し、この出入口１９、２
０を全開する。一方、バイパス回路５は全閉に近い状態
となる。

【００２３】その結果、エンジン１からの温水はすべて
熱交換器３側に流入し、熱交換器３は最大暖房能力を発
揮できる。次に、非暖房時（自動車用空調装置に図２に
示す冷媒蒸発器１２が装備され、冷凍サイクルが運転さ
れているときは、最大冷房時となる）には、流量制御弁
４の弁体１７が開度零の位置に回動操作されて、弁体１
７の制御流路１７ａがバイパス回路５の入口に重畳して
このバイパス回路５を全開し、温水出口２０を全閉し
て、熱交換器３への温水の流れを遮断する。

【００２４】一方、制御流路１７ａはその一部のみが温
水入口１９と重畳して、温水入口１９を全閉とせず、φ
２丸穴相当の最小開口面積を設定する。上記の弁体位置
により、温水入口１９からバイパス回路５への温水の流
れを継続できるので、温水の流れの急遮断によるウオー
タハンマ現象の音の発生を防止できるとともに、φ２丸
穴相当以上の開口面積の確保により流水音の発生も防止
できる。

【００２５】次に、微少能力時には、弁体１７が微少の
弁開度位置に回動されるので、制御流路１７ａが温水入
口１９及び温水出口２０の双方に対して小面積で重畳
し、温水入口１９の開口面積及び温水出口２０の開口面
積を双方とも絞っている２段絞りの状態（図１の微少能
力時はその２段絞りの状態を模式的に示す）となり、か
つ温水入口１９と温水出口２０の絞り部の中間部（図１
のア部）は略全開状態にあるバイパス回路５に十分大き
な開口面積で連通しているので、この中間部アの圧力を
下げることができる。

【００２６】その結果、暖房用熱交換器３前後の差圧を
十分小さくできるので、弁開度（弁体回転角）の変化に
対する温水流量の変化（最終的には車室内への吹出空気
温度の変化）を、特別小さな開口面積を必要とせずに、
緩やかすることができる。すなわち、吹出空気温度の制
御ゲインを低減できる。この制御ゲインの低減により、
車室内への吹出空気温度をきめ細かく制御できる。

【００２７】また、エンジン回転数の変動による温水圧
力の変動に対しては、圧力応動弁６の開度が温水圧力の
上昇に応じて増大することにより、暖房用熱交換器３前
後の温水差圧の変動を低減して、エンジン回転数の変動
による熱交換器吹出空気温度の変動を抑制する。ところ
で、図４、５は本発明者らが行った実験結果を示すデー
タであり、実験条件は、暖房用熱交換器３への循環温水
流量：０．６リットル／ｍｉｎ、暖房用熱交換器３への
送風風量：２００ｍ³ ／ｈ、入口温水温度：８８°Ｃ、
吸込空気温度：５°Ｃである。また、実験に供した空調
装置は、図２、３に示すタイプのものであるが、後述の
第２実施形態（図６）のタイプのものでも、同様の結果
が得られることを確認している。

【００２８】図４は暖房用熱交換器３の配置形態と暖房
用熱交換器３の左右方向での吹出温度バラツキとの関係
を示すものであり、図中、ＦＡＣＥはフェイス吹出口９
側の吹出空気温度を示し、ＦＯＯＴはフット吹出口１
１、１１ａ側の吹出空気温度を示している。図４の実験
から理解されるように、暖房用熱交換器３を垂直置きと
し、かつ、温水を上方から入れ、下方から出すタイプ、
およひ水平置きタイプでは、微少流量制御時に、温水自
身の比重低下による浮力の影響を受けにくいので、熱交
換器左右方向での吹出温度バラツキが僅少となり、実用
上問題がない。

【００２９】これに対して、暖房用熱交換器３を垂直置
きとし、かつ、温水を下方から入れ、上方から出すタイ
プでは、微少流量制御時に、温水自身の比重低下による
浮力の影響を受けて、コア部３ｃのうち、温水入口側、
温水出口タンク３ａ、３ｂへの温水出入口パイプ３ｄ、
３ｅ（図４）が設けられる図示右側の部位に温水が短絡
的に集中して流れやすい。その結果、熱交換器左右方向
での吹出温度バラツキがフェイス吹出口９側、フット吹
出口１１、１１ａ側の双方とも３１．５°Ｃ、３４．２
°Ｃという大きな値になってしまう。

【００３０】ところで、暖房用熱交換器３を垂直置きと
し、かつ、温水を上方から入れ、下方から出すタイプで
は、温水入口タンクが上方に位置するため、温水中に含
まれる空気がこの温水入口タンクに溜まりやすいので、
温水（エンジン冷却水）からの空気抜きがしにくいとい
う問題があり、この理由から採用しにくい。また、水平
置きタイプでは、熱交換器３の大きさに対応した大きさ
を持つスぺースを空調ユニット８内の水平方向（車両前
後方向）に確保しなければならないが、実際には、この
ようなスペースを計器盤下方の狭隘な空間内で確保する
ことが困難な場合が多い。

【００３１】これに対して、水平置きタイプを傾斜配置
するタイプに変更すると、空調ユニット８内での水平方
向（車両前後方向）の熱交換器設置スペースを減少でき
るのて、実用上好適である。そこで、暖房用熱交換器３
と水平面とがなす傾斜角度θ（図２）と、熱交換器左右
方向での吹出温度バラツキとの関係について実験検討し
たところ、図５に示す結果が得られた。

【００３２】すなわち、図５の横軸は上記傾斜角度θで
あり、縦軸は熱交換器左右方向での吹出温度バラツキΔ
Ｔａであり、この図５の実験結果から理解されるよう
に、暖房用熱交換器３に対して、温水を下方から入れ、
上方から出すタイプであっても、上記傾斜角度θを５０
°以下に設定することにより、吹出温度バラツキΔＴａ
を７°Ｃ以下まで減少できることが分かった。

【００３３】そして、上記傾斜角度θを４０°以下に設
定することにより、吹出温度バラツキΔＴａをほぼ３°
Ｃ以下まで減少できることが分かった。このように、暖
房用熱交換器３と水平面とがなす傾斜角度θを所定角
度、すなわち５０°以下に設定することにより、吹出温
度バラツキΔＴａを７°Ｃ以下という僅少値に抑制でき
る。しかも、暖房用熱交換器３の傾斜配置により空調ユ
ニット８内での水平方向への熱交換器設置スペースを減
少できる。

【００３４】（第２実施形態）図６は本発明の第２実施
形態を示すもので、送風機３２を空調ユニット８の車両
前方側に配置するレイアウトである。また、図２、３に
示す第１実施形態とは吹出口９、９ａ、１０、１１、１
１ａが異なっており、本例では、後席側へ冷風を案内す
るための後席用フェイス吹出口９ａが設定されている。

【００３５】暖房用熱交換器３と水平面とがなす傾斜角
度θは、本例では３０°となっている。 （他の実施形態）なお、本発明は上記の第１、第２実施
例に限定されることなく、請求項記載の技術的思想の趣
旨に従って種々変形可能なものであり、以下他の例につ
いて述べる。

【００３６】上記の第１、第２実施例では、温水入口側
タンク３ａおよび出口側タンク３ｂ内に、特開平８−１
１８９４３号公報記載の温水分配手段を設置しない場合
について説明したが、この温水分配手段を温水入口側タ
ンク３ａおよび出口側タンク３ｂのいずれか一方または
両方に内蔵させてもよい。この温水分配手段の内蔵によ
り、吹出温度バラツキΔＴａを一層低減できる。

【００３７】また、第１、第２実施例では、熱交換器３
の温水入口３ｄおよび温水出口３ｅをいずれも図４に示
すように熱交換器３の左右方向の同一側端部（右側端
部）に配置しているが、熱交換器３の温水入口３ｄおよ
び温水出口３ｅを熱交換器３の左右方向の異なる端部
（左側端部と右側端部）に配置するようにしてもよい。
また、第１、第２実施例では、いずれも、蒸発器１２と
暖房用熱交換器３の両方を備える空調装置について説明
したが、蒸発器１２を持たず、暖房用熱交換器３のみを
備えている空調装置（温水式暖房装置）に本発明を適用
できることはもちろんである。

【００３８】また、本発明は、自動車用以外の種々な用
途の温水式暖房装置に広く適用可能であることはもちろ
んである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態を説明するための温水回
路図である。

【図２】本発明の第１実施形態における暖房用熱交換器
の空調ユニット内への配置形態を示す断面図である。

【図３】本発明の第１実施形態を適用した自動車用空調
装置の通風系全体の概要正面図である。

【図４】本発明者らの実験による暖房用熱交換器の置き
方と吹出空気温度バラツキとの関係を示す図表である。

【図５】本発明者らの実験による暖房用熱交換器の傾斜
角と吹出空気温度バラツキとの関係を示すグラフであ
る。

【図６】本発明の第２実施形態を適用した自動車用空調
装置の通風系全体の概要断面図である。

【符号の説明】

１……エンジン、３……暖房用熱交換器、３ａ……温水
入口側タンク、３ｂ……温水出口側タンク、３ｃ……コ
ア部、４……流量制御弁。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 温水源（１）から供給される温水と空気
   とを熱交換して空気を加熱する暖房用熱交換器（３）
   と、 前記温水源（１）から前記暖房用熱交換器（３）に供給
   される温水流量を制御するための流量制御弁（４）とを
   備え、 前記暖房用熱交換器（３）は、前記温水と空気との熱交
   換を行うコア部（３ｃ）と、前記コア部（３ｃ）の一端
   部に配置された温水入口側タンク（３ａ）と、前記コア
   部（３ｃ）の他端部に配置された温水出口側タンク（３
   ｂ）とを備え、 前記暖房用熱交換器（３）は、前記温水入口側タンク
   （３ａ）から温水が前記コア部（３ｃ）を経て前記温水
   出口側タンク（３ｂ）に向かう一方向のみに流れるよう
   に構成されており、 前記暖房用熱交換器（３）は、通風路内に前記温水入口
   側タンク（３ａ）が下方に、前記温水出口側タンク（３
   ｂ）が上方となるようにして上下方向に傾斜して配置さ
   れており、 前記暖房用熱交換器（３）と水平面とがなす傾斜角度
   （θ）を５０°以下に設定したことを特徴とする温水式
   暖房装置。
2. 【請求項２】 前記温水源が自動車の水冷式の走行用エ
   ンジン（１）であり、請求項１に記載の温水式暖房装置
   を自動車用温水式暖房装置として構成したことを特徴と
   する温水式暖房装置。
3. 【請求項３】 前記暖房用熱交換器（３）と水平面とが
   なす傾斜角度（θ）を４０°以下に設定したことを特徴
   とする請求項１または２に記載の温水式暖房装置。