JPH10297264A - ビスカスヒータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 発熱室内における粘性流体の過加熱による劣
化を未然に防止する。 【解決手段】 このビスカスヒータには、ロータ１５の
外周部に近い発熱室７の周域と、副オイル室１８をつな
ぐ回収連通路１６が設けられ、この回収連通路１６は、
後部ウォータジャケット９を貫通するように配設されて
いる。副オイル室１８には粘性流体が常時確保されてお
り、回収分相当の粘性流体はここから発熱室に追加供給
される。ロータ１５回転時において、副オイル室１８、
供給連通路２０、発熱室７、回収連通路１６、副オイル
室１８は粘性流体の循環経路を形成する。回収連通路１
６を流れる高温の粘性流体は、後部ウォータジャケット
９を経由することで過加熱が防止され、副オイル室１８
には常に冷えた粘性流体が貯留される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、ハウジング内に
区画された発熱室及び放熱室を備え、駆動軸に作動連結
されたロータを、粘性流体を収容した発熱室内で回転さ
せて粘性流体の剪断作用に基づく熱を発生させ、その熱
を放熱室を流れる循環流体に熱交換するビスカスヒータ
に関する。

【０００２】

【従来の技術】車載用の補助熱源として、車両のエンジ
ンの駆動力を利用するビスカスヒータが注目されてい
る。例えば、特開平２−２４６８２３号公報は、車両用
暖房装置に組み込まれるビスカスヒータを開示する。

【０００３】このビスカスヒータでは、前部及び後部ハ
ウジングが対設された状態で相互に連結され、その内部
には発熱室と、この発熱室の外域にウォータジャケット
（放熱室）とが形成されている。前部ハウジングには軸
受装置を介して駆動軸が回動可能に支承されており、こ
の駆動軸の一端には発熱室内で一体回動可能にロータが
固定されている。ロータの前後外壁部及びそれらと対向
する発熱室の内壁部は、相符合するラビリンス溝を構成
すべく凹凸条形成されており、両者の近接配置によって
当該内外壁部間にラビリンス状のクリアランスを確保し
ている。そして、前記発熱室内に所要量の粘性流体（例
えばシリコーンオイル）を封入し、これを前記ラビリン
ス状のクリアランスにもいきわたらせている。

【０００４】エンジンの駆動力が駆動軸に伝達される
と、駆動軸と共にロータが発熱室内で回転し、発熱室内
壁部とロータ外壁部との間に介在される粘性流体が前記
ロータによって剪断されて流体摩擦に基づく熱を発生す
る。発熱室で発生した熱は、前記ウォータジャケット内
を流れる循環水に熱交換され、その加熱循環水は外部暖
房回路に供給されて車両の暖房等に供される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】かかる従来のビスカス
ヒータでは、ロータ軸芯付近のロータ中心部よりも、軸
芯から離れたロータの外周部ほど粘性流体の剪断速度が
大きくなる。このため、ロータ中心部が位置する発熱室
の中心域にある粘性流体の温度よりも、ロータ外周部あ
たりの発熱室の周域における粘性流体の温度の方が高く
なる傾向にある。しかし、粘性流体がその耐熱限界を超
えるほど過度に高温となると、粘性流体が急速に劣化
し、剪断による発熱作用を発揮することができなくな
る。

【０００６】仮に相対的に温度の低い発熱室の中心域と
相対的に温度の高い発熱室の周域との間において粘性流
体の移動や循環が円滑に行われれば、上述のような発熱
室の周域における粘性流体の過加熱による局部劣化を防
止することも可能となる。

【０００７】ところが、前記従来のビスカスヒータで
は、前述のように、ロータ外壁部と発熱室内壁部との間
にラビリンス状のクリアランスを設けている。かかるラ
ビリンス構成は、発熱性能向上の観点から粘性流体の剪
断に寄与するロータ作用面の総面積を大きくするという
利点がある反面、発熱室内における粘性流体の円滑な循
環をむしろ阻害するという欠点がある。このため、この
種のビスカスヒータは、ロータの形状により程度の差こ
そあれ、発熱室の周域における粘性流体の局部劣化とい
う問題を常に内包している。

【０００８】また、従来技術のビスカスヒータでは、ラ
ビリンス状のクリアランスを含む発熱室内に確保されて
剪断作用を受ける粘性流体の量に余裕がなく、特定の粘
性流体のみが常に剪断されて劣化が進行し易いという状
況にある。粘性流体の劣化は、ビスカスヒータにおける
長期使用後の発熱量を低下させる。

【０００９】この発明の目的は、発熱室内における粘性
流体の過加熱による劣化を未然に防止して、優れた発熱
性能を持続的に発揮することができるビスカスヒータを
提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに請求項１に記載の発明は、ハウジング内に区画され
た発熱室及び放熱室を備え、駆動軸に作動連結されたロ
ータを、粘性流体を収容した発熱室内で回転させて粘性
流体の剪断作用に基づく熱を発生させ、その熱を放熱室
を流れる循環流体に熱交換するビスカスヒータにおい
て、前記発熱室以外で粘性流体を追加収容する貯留室
と、該貯留室から前記発熱室に粘性流体を供給すべく設
けられた供給連通路と、前記発熱室から前記貯留室に粘
性流体を冷却しながら回収すべく設けられた回収連通路
とを備えたことをその要旨とする。

【００１１】このビスカスヒータでは、貯留室、供給連
通路、発熱室、回収連通路を経て貯留室に回帰するとい
う粘性流体の循環経路が構築される。この際、回収連通
路を経て貯留室に粘性流体を回収するときに、高温の粘
性流体が冷やされる。一方、貯留室には冷えた粘性流体
が常時蓄えられており、前記回収分相当の粘性流体はこ
こから発熱室に追加供給される。従って、発熱室には常
に一定量の粘性流体が確保されると共に、当該発熱室に
高温の粘性流体が滞留することによる過加熱が未然に防
止される。

【００１２】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
のビスカスヒータにおいて、前記回収連通路は、前記貯
留室と前記ロータの外周部に近い発熱室の周域とをつな
いでいる。ロータの回転時には、発熱室の周域にある粘
性流体が相対的に高温となるが、特に高速回転時には、
発熱過多となることもある。この構成によれば、発熱室
内の粘性流体は、相対的に高温の周域から回収連通路を
通して貯留室へ回収される。故に、粘性流体の局所にお
ける発熱過多が抑制され、シリコーンオイルの耐熱限界
超過を未然に防止できる。

【００１３】請求項３に記載の発明は、請求項１又は２
に記載のビスカスヒータにおいて、前記回収連通路は、
前記放熱室内を貫通するように設定されている。このた
め、粘性流体が回収連通路を移動することで、放熱室を
流れる循環流体に熱が逃がされ、結果として高温の粘性
流体が低温化される。

【００１４】請求項４に記載の発明は、請求項１又は２
に記載のビスカスヒータにおいて、前記回収連通路は、
前記ハウジングの外側を迂回するように設定されてい
る。この構成によれば、回収連通路を流れる粘性流体の
熱は、ハウジングの外域に放出され、高温の粘性流体は
低温化される。

【００１５】請求項５に記載の発明は、請求項４に記載
のビスカスヒータにおいて、前記ハウジングの外側を迂
回する回収連通路には、粘性流体の冷却手段が並設され
ている。この場合には、より積極的に粘性流体を冷却す
ることができ、冷却効果が高められる。

【００１６】請求項６に記載の発明は、請求項１〜５の
いずれか一項に記載のビスカスヒータにおいて、前記回
収連通路を構成する管の外周部には、フィンが形成され
ていることを特徴とする。この構成によれば、回収連通
路の外周放熱面積が拡大するため、粘性流体の熱を循環
流体や外気に放熱する効果が高められる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、この発明を車両の暖房装置
に組み込まれるビスカスヒータに具体化した一実施形態
を図１にしたがって説明する。

【００１８】図１に示すように、前部ハウジング本体１
及び後部ハウジング本体２は、各ハウジング本体１，２
に設けられた凹部が互いに対向する状態で、かつ、両ハ
ウジング本体１，２間にガスケット４を介しつつ、複数
本のボルト３（図１では１本のみ図示）によって締結さ
れている。相互連結された両ハウジング本体１，２内に
は、内部収容空間が形成され、この収容空間内には、前
部区画プレート５と後部区画プレート６とがそれらの外
周縁部を互いに当接させながら収容されている。このよ
うに、ハウジングは前部ハウジング本体１、後部ハウジ
ング本体２、前部区画プレート５及び後部区画プレート
６から構成されている。そして、前部区画プレート５の
後端側及び後部区画プレート６の前端側には、それぞれ
各区画プレートの外周縁部に対して凹んだ形状となって
おり、両区画プレート５，６の相互接合によって両者間
には発熱室７が形成される。

【００１９】前部区画プレート５は、その前端側におい
て、その中央部に形成された支持筒部５ａと、当該支持
筒部５ａの外側に沿って周方向にのびる円弧状に形成さ
れた複数のフィン５ｂとを有している。

【００２０】前部区画プレート５は、支持筒部５ａの一
部及びフィン５ｂの各先端が前部ハウジング本体１の内
壁面に当接するように、前部ハウジング本体１内に嵌め
込まれている。この結果、前部ハウジング本体１の内壁
と前部区画プレート５の本体部との間には、発熱室７の
前側に隣接する放熱室としての円環状の前部ウォータジ
ャケット８が区画される。この前部ウォータジャケット
８内において、前記円弧状のフィン５ｂは循環流体とし
ての循環水の流れをガイドしており、前側放熱室内にお
ける循環水の流通経路を設定する。

【００２１】また、後部区画プレート６は、その後端側
において、その中央部に形成された筒部６ａと、当該筒
部６ａの外側に沿って周方向にのびる円弧状に形成され
た複数のフィン６ｂとを有している。

【００２２】後部区画プレート６は、筒部６ａ及びフィ
ン６ｂの各先端が後部ハウジング本体２の内壁面に当接
するように、後部ハウジング本体２内に嵌め込まれてい
る。この結果、後部ハウジング本体２の内壁と後部区画
プレート６の本体部との間には、発熱室７の後側に隣接
する放熱室としての円環状の後部ウォータジャケット９
が区画される。この後部ウォータジャケット９内におい
て、前記円弧状のフィン６ｂは循環流体としての循環水
の流れをガイドしており、後側放熱室内における循環水
の流通経路を設定する。

【００２３】前部ハウジング本体１の上部には、車両内
に設けられた暖房回路（図示略）から前部ウォータジャ
ケット８に循環水を取り入れる入水ポート１０が形成さ
れている。また、前部ウォータジャケット８から循環水
を暖房回路に送り出す出水ポート（図示略）が入水ポー
ト１０に並設されている。これと同様に、後部ハウジン
グ本体２の上部にも、前記暖房回路から後部ウォータジ
ャケット９に循環水を取り入れる入水ポート１１、及
び、後部ウォータジャケット９から循環水を暖房回路に
送り出す出水ポート（図示略）が並設されている。

【００２４】前部ハウジング本体１と前部区画プレート
５とからなる前部ハウジングには、軸受１２及びシール
付き軸受１３を介して駆動軸１４が回動可能に支承され
ている。そのシール付き軸受１３は、前部区画プレート
５の支持筒部５ａの内周面と、駆動軸１４の外周面との
間に介在され、発熱室７の前方を完全に封止している。
また、駆動軸１４の後端部には、発熱室７内に収納され
る円盤形のロータ１５が一体回転可能に圧入固定されて
いる。

【００２５】図１に示すように、後部区画プレート６内
には、回収連通路１６が設けられている。この回収連通
路１６は、後部区画プレート６において、ロータ１５の
外周部が収まる発熱室７の周域に開口する第１開口端１
７と、副オイル室１８に開口する第２開口端１９とを有
している。第１開口端１７から第２開口端１９にいたる
回収連通路１６は、後部区画プレート６及びそれによっ
て区画される後部ウォータジャケット９内を貫通するよ
うに配設されたパイプ（管）によって構成されている。

【００２６】尚、図１では、１本の回収連通路１６のみ
が図示されているが、かかる回収連通路１６を複数本、
駆動軸１４を中心としてハウジングの半径方向に放射状
に設定してもよい。この場合、複数の回収連通路１６
は、等角度間隔にて放射配置されることが好ましい。

【００２７】貯留室としての副オイル室１８は、後部区
画プレート６の筒部６ａと後部ハウジング本体２の後端
壁とによって囲まれる領域に設けられている。また、後
部区画プレート６に形成された孔によって供給連通路２
０が提供されている。この供給連通路２０によって、副
オイル室１８とロータ１５の回転中心となる駆動軸に近
い発熱室７の中心域とが連通している。

【００２８】そして、回収連通路１６及び供給連通路２
０を介して相互に連通する発熱室７と副オイル室１８と
は、ヒータハウジング内において気密な内部空間を構成
している。この内部空間には、粘性流体としてのシリコ
ーンオイルが所要量入れられている。シリコーンオイル
の量は、その常温時充填率が発熱室７と副オイル室１８
とによって形成される内部空間内の自由体積に対して、
５〜８割となるように決められている。かかる充填量に
もかかわらず、シリコーンオイルは、その高い粘性ゆえ
に、ロータ１５の回転時には、発熱室７の内壁面とロー
タ１５の外面との間の微少なクリアランスの全体に満遍
なくいきわたる。

【００２９】駆動軸１４の前端部にはボルト２１によっ
てプーリ２２が固着されている。プーリ２２はその外周
部に巻き掛けらるベルト（図示略）を介して、外部駆動
源としての車両のエンジンと駆動連結される。従って、
プーリ２２を介するエンジンの駆動力によって駆動軸１
４が回転され、駆動軸１４と共にロータ１５も一体回転
される。これにともない、シリコーンオイルが発熱室７
の内壁面とロータ１５の外面との間隙において剪断され
て発熱する。

【００３０】発熱室７で生じた熱は、前部ウォータジャ
ケット８及び後部ウォータジャケット９を流れる循環水
に熱交換され、加熱された循環水が暖房回路（図示略）
を介して車室内の暖房等に供される。

【００３１】この実施形態のビスカスヒータは、次のよ
うな利点を有する。 ○ 回収連通路１６が第１開口端１７と第２開口端１９
とを結ぶことによって、発熱室７内の周域から副オイル
室１８へシリコーンオイルを移動させることができる。
このため、特にロータ１５が高速回転した場合、高温に
達した発熱室７周域のシリコーンオイルは、回収連通路
１６を通過して副オイル室１８へ移動すると共に、一定
時間副オイル室１８内で貯留されることになる。従っ
て、シリコーンオイルの発熱量過多が連続しないばかり
でなく、一定時間、剪断作用が加わることなく副オイル
室１８に貯留されるため、シリコーンオイルの耐熱限界
超過を未然に防止でき、その結果としてシリコーンオイ
ルの劣化を防止することができる。このことは、ビスカ
スヒータの寿命（耐久性）をのばすことになる。

【００３２】○ 回収連通路１６が発熱室７の周域と副
オイル室１８とを結び、供給連通路２０が副オイル室１
８と発熱室７の中心域とを結んでいるため、発熱室７内
の中心域と周域との間でシリコーンオイルを移動循環さ
せることができる。特にロータ１５が高速回転した場
合、発熱室７内のシリコーンオイルは、相対的に高温の
周域から回収連通路１６を通して副オイル室１８へ回収
され、その回収分に応じて副オイル室１８内の冷えたシ
リコーンオイルが供給連通路２０を通過して相対的に低
温の中心域へ追加供給される。このため、発熱室７及び
副オイル室１８の全体として温度の均一化が図られる。
従って、シリコーンオイルの局所における発熱過多が抑
制され、シリコーンオイルの耐熱限界超過を未然に防止
でき、その結果としてシリコーンオイルの劣化を防止す
ることができる。

【００３３】○ 回収連通路１６が後部ウォータジャケ
ット９内を経由するように設定されているため、回収連
通路１６を移動するシリコーンオイルを冷却することが
できる。特にロータ１５の高速回転時において、発熱室
７の周域で高温に達したシリコーンオイルを冷却し、副
オイル室１８に送り込むため、一部のシリコーンオイル
のみが過加熱となることがない。従って、シリコーンオ
イルの発熱量過多が抑制され、その結果としてシリコー
ンオイルの劣化を防止することができる。

【００３４】○ 回収連通路１６を流れる高温のシリコ
ーンオイルの熱は、後部ウォータジャケット９内を流れ
る循環水に与えられるので、熱を無駄にすることがな
い。尚、上記実施形態は、次のように変更して具体化す
ることも可能である。

【００３５】（変更例） 図２に示すように、回収連通
路１６をハウジング外部を迂回するように経路設定して
もよい。このように構成すれば、高温に達したシリコー
ンオイルを外気で冷却することができる。その結果、シ
リコーンオイルの劣化を防止することができる。

【００３６】（変更例） 図２に示すように、回収連通
路１６の途中に冷却手段としてのクーラー２４を並設し
てもよい。かかるクーラー２４は、空冷式又は水冷式の
いずれでもよい。

【００３７】このように構成すれば、高温に達したシリ
コーンオイルをより積極的に冷却することができ、冷却
効果が高まる。 （変更例） 図３に示すように、回収連通路１６を、後
部区画プレート６及びそれによって区画される後部ウォ
ータジャケット９内を貫通するように配設されたパイプ
によって構成すると共に、そのパイプの外周部に複数の
フィン２３を設けてもよい。

【００３８】このように構成すれば、前記実施形態の効
果に加えて、回収連通路１６の外周面積が拡大され、回
収連通路１６を移動するシリコーンオイルの熱が後部ウ
ォータジャケット９を流れる循環水へより効率的に放熱
される。従って、高温に達したシリコーンオイルを効果
的に冷却することができると共に、その劣化を防止する
ことができる。

【００３９】（変更例） 図２の変更例のように構成さ
れた回収連通路１６の外周部に図３と同様の複数のフィ
ン２３を形成すること。このように構成すれば、回収連
通路１６の外周放熱面積が拡大するため、シリコーンオ
イルの熱を外気冷却する効果が向上する。

【００４０】尚、この明細書でいう「粘性流体」とは、
ロータの剪断作用を受けて流体摩擦に基づく熱を発生す
るあらゆる媒体を意味するものであり、高粘度の液体や
半流動体に限定されず、ましてやシリコーンオイルに限
定されるものではない。

【００４１】

【発明の効果】各請求項に記載のビスカスヒータによれ
ば、前述のように回収連通路が貯留室と発熱室の周域と
の間で粘性流体の移動経路を構築することから、粘性流
体は回収連通路を介して冷却されつつ移動することがで
きる。一方、貯留室には冷えた粘性流体が常時確保され
ており、前記回収分相当の粘性流体はここから追加供給
することができる。このため、発熱室には常に一定量の
粘性流体を確保することができると共に、発熱室内にお
ける粘性流体の温度の均一化が図られて、粘性流体の劣
化を未然に防止することができる。それ故、ビスカスヒ
ータは優れた発熱性能を持続的に発揮することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 一実施形態のビスカスヒータの縦断面図。

【図２】 変更例に従うビスカスヒータの一部拡大断面
図。

【図３】 変更例に従うビスカスヒータの一部拡大断面
図。

【符号の説明】

１…前部ハウジング本体、２…後部ハウジング本体、５
…前部区画プレート、６…後部区画プレート（１，２，
５，６は、ハウジングを構成する）、７…発熱室、８…
放熱室としての前部ウォータジャケット、９…放熱室と
しての後部ウォータジャケット、１４…駆動軸、１５…
ロータ、１６…回収連通路、１８…貯留室としての副オ
イル室、２０…供給連通路、２３…フィン、２４…冷却
手段としてのクーラー。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 木谷 文彦 愛知県刈谷市豊田町２丁目１番地 株式会 社豊田自動織機製作所内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ハウジング内に区画された発熱室及び放
   熱室を備え、駆動軸に作動連結されたロータを、粘性流
   体を収容した発熱室内で回転させて粘性流体の剪断作用
   に基づく熱を発生させ、その熱を放熱室を流れる循環流
   体に熱交換するビスカスヒータにおいて、 前記発熱室以外で粘性流体を追加収容する貯留室と、 該貯留室から前記発熱室に粘性流体を供給すべく設けら
   れた供給連通路と、 前記発熱室から前記貯留室に粘性流体を冷却しながら回
   収すべく設けられた回収連通路とを備えたビスカスヒー
   タ。
2. 【請求項２】 前記回収連通路は、前記貯留室と前記ロ
   ータの外周部に近い発熱室の周域とをつないでいる請求
   項１に記載のビスカスヒータ。
3. 【請求項３】 前記回収連通路は、前記放熱室内を貫通
   するように設定されている請求項１又は請求項２に記載
   のビスカスヒータ。
4. 【請求項４】 前記回収連通路は、前記ハウジングの外
   側を迂回するように設定されている請求項１又は請求項
   ２に記載のビスカスヒータ。
5. 【請求項５】 前記ハウジングの外側を迂回する回収連
   通路には、粘性流体の冷却手段が並設されている請求項
   ４に記載のビスカスヒータ。
6. 【請求項６】 前記回収連通路を構成する管の外周部に
   は、フィンが形成されている請求項１〜５のいずれか一
   項に記載のビスカスヒータ。