JPH1086645A - 蓄熱装置を備えた自動車用暖房装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 冷却水が暖房及び蓄熱をするのに十分な熱量
を持つようになってから蓄熱をするようにした蓄熱装置
を備えた自動車用暖房装置を提供すること。 【解決手段】 蓄熱装置１５を備えた自動車用暖房装置
において、蓄熱装置１５をバイパスするバイパス冷却水
路Ｄを設けたことを特長とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は蓄熱装置を備えた自
動車用暖房装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の自動車用暖房装置には、水冷式エ
ンジンの冷却水を用いて車内を暖房するための熱交換器
と、過冷却特性を備えた蓄熱材を有し且つ前記熱交換器
に接続された蓄熱装置と、前記水冷式エンジン、前記蓄
熱装置、及び前記熱交換器を直列に接続して、前記水冷
式エンジン、前記蓄熱装置、及び前記熱交換器の間で前
記冷却水を循環させるための第１の冷却水路と、該第１
の冷却水路に設けられ、前記冷却水を循環させる第１の
ポンプと、一端が前記熱交換器の出口付近で前記第１の
冷却水路に接続され、他端が前記蓄熱装置の入口付近で
前記第１の冷却水路に接続され、前記熱交換器から流出
した前記冷却水を前記蓄熱装置に戻す第２の冷却水路
と、該第２の冷却水路に設けられた第２のポンプと、前
記蓄熱装置の入口付近から前記熱交換器の出口付近に掛
けての前記第１の冷却水路の部分と前記第２の冷却水路
とで構成される循環冷却水路を前記水冷式エンジンから
切り離すために前記第１の冷却水路に設けられた第１及
び第２の電磁弁と、前記第２のポンプの出口側に位置す
るように前記第２の冷却水路に設けられ、該第２の冷却
水路を開閉する第３の電磁弁と、前記蓄熱材の過冷却状
態を解除する解除手段とを含むものがある（例えば、特
開平２−３１９１３号公報、特開平２−４１９１９号公
報、特開平２−４５２１４号公報参照）。

【０００３】この種の自動車用暖房装置では、水冷式エ
ンジンを冷却する際に加熱された冷却水を、蓄熱装置に
通すことにより、冷却水の熱を蓄熱装置の蓄熱材によっ
て潜熱の形で蓄えるように成っている。そして、水冷式
エンジンの始動後、間もない時、即ち、冷却水がまだ十
分に加熱されていない時、解除手段により蓄熱材の過冷
却状態を解除して蓄熱材から潜熱を放出させ、この潜熱
により蓄熱装置内で冷却水を加熱し、この冷却水を熱交
換器を通すことにより、逸早く暖房を行うことができる
ように成っている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、水冷式
エンジンが始動後しばらくして十分暖まり、この水冷式
エンジンを循環する冷却水が十分加熱されるようになっ
ても、従来の自動車用暖房装置では、水冷式エンジン、
蓄熱装置、及び熱交換器が直列に接続されているので、
水冷式エンジンにより十分加熱された冷却水は、蓄熱装
置を通過する際に熱を奪われ、このようにして温度の低
下した冷却水が熱交換器内に流れ込むので、蓄熱材に潜
熱が蓄え終わるまで、十分な暖房感を得られなかった。

【０００５】それ故に、本発明の課題は、冷却水が暖房
及び蓄熱をするのに十分な熱量を持つようになってから
蓄熱をするようにした蓄熱装置を備えた自動車用暖房装
置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明によ
れば、水冷式エンジンの冷却水を用いて車内を暖房する
ための熱交換器と、過冷却特性を備えた蓄熱材を有し且
つ前記熱交換器に接続された蓄熱装置と、前記水冷式エ
ンジン、前記蓄熱装置、及び前記熱交換器を直列に接続
して、前記水冷式エンジン、前記蓄熱装置、及び前記熱
交換器の間で前記冷却水を循環させるための第１の冷却
水路と、該第１の冷却水路に設けられ、前記冷却水を循
環させる第１のポンプと、一端が前記熱交換器の出口付
近で前記第１の冷却水路に接続され、他端が前記蓄熱装
置の入口付近で前記第１の冷却水路に接続され、前記熱
交換器から流出した前記冷却水を前記蓄熱装置に戻す第
２の冷却水路と、該第２の冷却水路に設けられた第２の
ポンプと、前記蓄熱装置の入口付近から前記熱交換器の
出口付近に掛けての前記第１の冷却水路の部分と前記第
２の冷却水路とで構成される循環冷却水路を前記水冷式
エンジンから切り離すために前記第１の冷却水路に設け
られた第１及び第２の電磁弁と、前記第２のポンプの出
口側に位置するように前記第２の冷却水路に設けられ、
該第２の冷却水路を開閉する第３の電磁弁と、前記蓄熱
材の過冷却状態を解除する解除手段とを含む蓄熱装置を
備えた自動車用暖房装置において、一端が前記蓄熱装置
の出口から前記熱交換器の入口の間で前記第１の冷却水
路に接続され、他端が前記第３の電磁弁の出口から前記
第２の冷却水路の他端の間で前記第２の冷却水路に接続
され、前記蓄熱装置をバイパスするバイパス冷却水路
と、該バイパス冷却水路を開閉する第４の電磁弁と、前
記第２の冷却水路の他端から前記蓄熱装置の入口の間に
位置するように前記第１の冷却水路に設けられ、該第１
の冷却水路を開閉する第５の電磁弁とを具備しているこ
とを特徴とする蓄熱装置を備えた自動車用暖房装置が得
られる。

【０００７】請求項２記載の発明によれば、請求項１記
載の蓄熱装置を備えた自動車用暖房装置において、前記
熱交換器の放熱量を調整するエアーミックスダンパと、
該エアーミックスダンパの開度を検出する開度検出器と
を備え、前記エアーミックスダンパの開度が所定値以下
の時に前記冷却水を前記蓄熱装置に導いて蓄熱をするよ
うにしたことを特徴とする蓄熱装置を備えた自動車用暖
房装置が得られる。

【０００８】

【作用】本発明では、水冷式エンジンの始動直後から水
冷式エンジンが暖まる間まで、第１、第２及び第４の電
磁弁が閉じられ、第３及び第５の電磁弁が開き、第２の
ポンプが作動する。これにより、蓄熱装置の入口付近か
ら熱交換器の出口付近の掛けての第１の冷却水路の部分
と、第２の冷却水路とで循環冷却水路が構成され、この
循環冷却水路内を冷却水が循環する。一方、水冷式エン
ジンの始動と共に蓄熱装置内において解除手段により蓄
熱材の過冷却状態が解除され、蓄熱材が潜熱を放出す
る。したがって、循環冷却水路内を循環する冷却水は蓄
熱装置内で加熱され、この加熱された冷却水が熱交換器
内を流れるので、水冷式エンジンの始動直後から暖房が
可能と成る。

【０００９】水冷式エンジンの始動後しばらくして、水
冷式エンジンが暖まり、冷却水の熱量が、暖房には十分
だが、蓄熱を同時に行うには熱量が不足している状態と
なる。このような状態になると、第２のポンプが停止
し、第３及び第５の電磁弁が閉じられ、第１、第２、及
び第４の電磁弁が開く。これにより、第２の冷却水路の
一部とバイパス冷却水路とで蓄熱装置がバイパスされ
る。この結果、水冷式エンジンで加熱された冷却水は直
接熱交換器内を流れるようになるので、十分な暖房が得
られる。

【００１０】水冷式エンジンが十分に暖まって、冷却水
の熱量が、暖房及び蓄熱を同時に行うのに十分に成った
時、第４の電磁弁が閉じられ、第５の電磁弁が開く。こ
れにより、水冷式エンジンにより十分加熱された冷却水
が蓄熱装置内を流れ、蓄熱装置内で蓄熱が行われ、ま
た、蓄熱装置内から流出した冷却水でも十分に暖房が行
える。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施形態に
よる蓄熱装置を備えた自動車用暖房装置の構成略図、図
２は図１に示す蓄熱装置を備えた自動車用暖房装置の熱
交換器の配置状態を示す構成略図である。

【００１２】図１及び図２を参照して、水冷式エンジン
１１には冷却水を循環させるための第１のポンプ１２を
介して冷却水路（ラジエター用冷却水路）Ａによってラ
ジエター１３が接続されている。この冷却水路Ａには、
ラジエーター１３の入口側及び出口側にそれぞれ電磁弁
２０，２１が備えられている。一方、この第１のポンプ
１２には、車内熱交換器１４が冷却水路（第１の冷却水
路）Ｂによって連結され、この熱交換器１４には、過冷
却作用を有する蓄熱材１５ａを有し断熱材１５ｂで覆わ
れた蓄熱装置１５に連結されている。熱交換器１４は図
２に示すように、ダクト５０内に配置されている。ま
た、この熱交換器１４には、これを開閉するエアーミッ
クスダン５１が回動自在に設けられ、更に、このエアー
ミックスダンパ５１には、この開度を検出する開度検出
器５２が設けられている。また、蓄熱装置１５は冷却水
路Ｂによってエンジン１１に連結されている。即ち、図
示のように熱交換器１４と蓄熱装置１５とは冷却水路Ｂ
によって直列に接続されている。また、冷却水路Ｂに
は、後述する冷却水路Ｃを水冷式エンジン１１から切り
放なせる位置において第１及び第２の電磁弁１７及び１
８が備えられている。

【００１３】熱交換器１４と蓄熱装置１５に並列に冷却
水路（第２の冷却水路）Ｃが配設され、この冷却水路Ｃ
は冷却水路Ｂに結合されている。具体的に言うと、冷却
水路Ｃは、一端が熱交換器１４の出口付近で冷却水路Ｂ
に接続され、他端が蓄熱装置１５の入口付近で冷却水路
Ｂに接続され、熱交換器１４から流出した冷却水を蓄熱
装置１５に戻すように成っている。この冷却水路Ｃには
第２のポンプ１６及び第３の電磁弁１９が備えられてい
る。

【００１４】更に、冷却水路Ｂと冷却水路Ｃとの間に
は、冷却水路（バイパス冷却水路）Ｄが配設されてい
る。具体的に言うと、この冷却水路Ｄは、一端が蓄熱装
置１５の出口から熱交換器１４の入口の間で冷却水路Ｂ
に接続され、他端が第３の電磁弁１９の出口から冷却水
路Ｃの他端の間で冷却水路Ｃに接続され、蓄熱装置１５
をバイパスするように成っている。この冷却水路Ｄに
は、これを開閉する第４の電磁弁３０が設けられ、ま
た、冷却水路Ｃの他端から蓄熱装置１５の入口の間に位
置するように冷却水路Ｂに第５の電磁弁３１が設けら
れ、この部分で冷却水路Ｂは第５の電磁弁３１により開
閉されるように成っている。更に、水冷式エンジン１１
の冷却水出口付近には、エンジン出口水温センサ３２が
設けられ、蓄熱装置１５の出口付近には、蓄熱装置出口
水温センサ３３が設けられている。

【００１５】上述の蓄熱材としては、例えば、ＮａＣＨ
₃ ＣＯＯ・３Ｈ₂ Ｏに多糖類を添加したものが用いられ
る。

【００１６】この蓄熱材は６０℃以上に加熱されると、
ゲル状となり、潜熱を蓄える。一旦蓄えられた潜熱は、
蓄熱材が冷却されても放出されない（例えば、室温でゲ
ル状が保たれる。即ち、過冷却状態に保たれる）。この
潜熱を蓄えた蓄熱材は断熱なしに長期貯蔵可能となる。
一方、適当な刺激を加えると、活性化して固体に戻る。
この際、５８℃の温熱を放出する。

【００１７】図３は図１に示す自動車用暖房装置に用い
られる電源回路の一実施形態を示す回路図、図４はエン
ジン冷却水温度と蓄熱材発熱温度との関係を示すグラフ
である。次に図３を参照して、自動車のバッテリー４１
にはメインスイッチ４２を介して並列にセルモータ４３
及び蓄熱材１５ａに刺激を与えるための電極装置４４が
接続されている。また、このバッテリー４１にはスイッ
チ４５を介して並列にポンプ１６及び電磁弁１９が接続
されている。

【００１８】ここで、図１及び図３を参照して、上述の
暖房装置の基本的な動作について説明する。なお、ここ
では、蓄熱材１５ａにはすでに潜熱が蓄えられているも
のとする。

【００１９】メインスイッチ４２を閉じると、セルモー
タ４３が駆動され、これによってエンジン１１が始動さ
れる。この際、電極装置４４の電極４４ａから放電が行
われ、これによって蓄熱材１５ａの過冷却状態が解除さ
れて、蓄熱材１５ａから潜熱が放出される。なお、エン
ジン始動の後には、メインスイッチ４２は開とされる。

【００２０】エンジン１１の始動直後に、暖房を行う場
合には、暖房用スイッチ４５が閉じられる。これによっ
てポンプ１６が駆動されるとともに電磁弁１９が開かれ
る。その結果、冷却水が冷却水路Ｃ、蓄熱装置１５、及
び熱交換器１４を通って循環する。この際、ブロアー１
４ａが駆動される。

【００２１】冷却水は蓄熱材１５ａからの放熱により暖
められ、熱交換器１４で放熱して、車内が暖房される。
なお、ブロアーの駆動は冷却水が所定の温度に上昇した
時、あるいは、蓄熱材に刺激を加えて、所定時間経過の
後駆動することが望ましい。

【００２２】エンジン１１の温度が所定温度に達する
と、電磁弁２０及び２１が開かれるとともにポンプ１２
が駆動されて冷却水の循環が行われる。この際、電磁弁
１７及び１８が開かれるとともにスイッチ４５が開か
れ、ポンプ１６が停止し、電磁弁１９が閉じられる。

【００２３】従って、エンジン１１で加熱された冷却水
はポンプ１２によってラジエター１３で放熱し、一方、
エンジン１１からの冷却水は蓄熱装置１５、熱交換器１
４を通ってエンジン１１へ戻る。この際、蓄熱装置１５
では、加熱された冷却水から蓄熱材１５ａに熱（潜熱）
を吸収して、固体状からゲル状となる。即ち、蓄熱材１
５ａは冷却水から吸熱する。

【００２４】なお、ここでは、蓄熱材１５ａからの放熱
温度を５８℃、蓄熱材１５ａ使用時における冷却水温度
を５０〜５５℃、エンジン１１からの冷却水温度を９５
〜１０５℃と設定した。

【００２５】ところで、蓄熱材１５ａの蓄熱が完了する
前にエンジン１１が停止されると、即ち、蓄熱不足であ
ると、蓄熱材１５ａが過冷却状態となる前に放熱が行わ
れてしまう。

【００２６】例えば、図４に示すように時間Ｔまでエン
ジン１１を駆動すれば、蓄熱材１５ａへの蓄熱が完了す
る場合に、時間ｔでエンジン１１を止めたとする。

【００２７】この場合、蓄熱材１５ａの蓄熱に必要な熱
量は、図４の面積ＥＢＣであり、時間ｔまでに蓄熱され
た熱量は面積ＥＡＤである。従って、時間ｔでエンジン
１１を停止した場合には、蓄熱不足によって、過冷却状
態となる前に蓄熱材１５ａから放熱してしまう。

【００２８】この放熱を防ぐため、即ち、蓄熱材１５ａ
に正常に蓄熱を行うため、エンジン停止後も、バッテリ
ー４１によってポンプ１６を駆動する。これによって、
エンジン１１を通過した冷却水が蓄熱装置１５及び蒸発
器１４を通って循環する。この循環によって、蓄熱材１
５ａは冷却水（温水）から吸熱を行い、その結果、図４
に破線で示すように冷却水の温度が降下したとする。

【００２９】このように、エンジン１１が停止された
後、電磁弁２０及び２１を閉じて、即ち、放熱ラジエタ
ー１３に冷却水が循環しないようにして、バッテリー４
１によってポンプ１６を駆動することにより、冷却水か
ら有効に吸熱することができる。その吸熱量は面積ＥＡ
Ｆであり、面積ＥＢＣ＜面積ＥＡＦであれば、時間ｔで
エンジンを停止しても問題はない。

【００３０】次に本実施形態の特徴的な動作について図
１及び図２を参照して説明する。先ず、水冷式エンジン
１１の始動直後から水冷式エンジン１１が暖まる間ま
で、第１、第２及び第４の電磁弁１７，１８，３０が閉
じられ、第３及び第５の電磁弁１９，３１が開き、第２
のポンプ１６が作動する。これにより、蓄熱装置１５の
入口付近から熱交換器１４の出口付近の掛けての第１の
冷却水路Ｂの部分と、第２の冷却水路Ｃとで循環冷却水
路が構成され、この循環冷却水路内を冷却水が循環す
る。一方、水冷式エンジン１１の始動と共に蓄熱装置１
５内において解除手段２４により蓄熱材１５ａの過冷却
状態が解除され、蓄熱材１５ａが潜熱を放出する。した
がって、循環冷却水路内を循環する冷却水は蓄熱装置１
５内で加熱され、この加熱された冷却水が熱交換器１４
内を流れるので、水冷式エンジン１１の始動直後から暖
房が可能と成る。

【００３１】水冷式エンジン１１の始動後しばらくし
て、水冷式エンジン１１が暖まり、エンジン出口水温セ
ンサ３２で検出される水温が、蓄熱装置出口水温センサ
３３で検出される水温を上回ると、第２のポンプ１６が
停止し、第３及び第５の電磁弁１９，３１が閉じられ、
第１及び第２の電磁弁１７，１８が開く。この時の冷却
水の熱量は、暖房には十分だが、しかし蓄熱を同時に行
うには、熱量が不足している。これにより、第２の冷却
水路Ｃの一部とバイパス冷却水路Ｄとで蓄熱装置１５が
バイパスされる。この結果、水冷式エンジン１１で加熱
された冷却水は直接熱交換器１４内を流れるようになる
ので、十分な暖房が得られる。

【００３２】水冷式エンジン１１が十分に暖まって、冷
却水の熱量が、暖房及び蓄熱を同時に行うのに十分に成
った時、第４の電磁弁が閉じられ、第５の電磁弁が開
く。これにより、水冷式エンジンにより十分加熱された
冷却水が蓄熱装置１５内を流れ、蓄熱装置１５内で蓄熱
が行われ、また、蓄熱装置１５内から流出した冷却水で
暖房が行われる。冷却水の熱量が暖房及び蓄熱を同時に
行うのに十分に成った状態では、エアーミックスダンパ
５１が全開の状態から少し閉じられた状態になるので、
本実施形態では、開度検出器５２によって検出されるエ
アーミックスダンパ５１の開度が、所定以下に成った時
に、上述のように第４の電磁弁３０を閉じ、第５の電磁
弁３１を開くようにし、これにより蓄熱装置１５をバイ
パスすることが中止されるように成っている。

【００３３】なお、図３に示した電源回路の代わりに図
５に示す電源回路を用いてもよい。図５に示す電源回路
では、自動車のバッテリー４１にはメインスイッチ４２
を介して並列にセルモータ４３が接続されている。ま
た、このバッテリー４１にはスイッチ４５を介してポン
プ１６、電磁弁１９、及び蓄熱材１５ａに刺激を与える
ための抵抗体４６が並列に接続されている。

【００３４】この電源回路を用いれば、エンジン１１が
駆動されているかどうかに関係なく、スイッチ４５を閉
じれば、抵抗体４６によって蓄熱材１５ａが刺激され、
蓄熱材１５ａから放熱が行われる。この際、ポンプ１６
が駆動されるとともに電磁弁１９が開かれ、蓄熱装置１
５と熱交換器１４との間で冷却水が循環して、熱交換器
１４からの放熱により車内が暖房される。

【００３５】なお、エンジン１１の始動後の制御につい
ては図１乃至図３を用いて説明した実施形態と同様であ
るので説明を省略する。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明では、エン
ジン始動直後において、エンジンが暖まっていない場合
においても、車内の暖房を行うことができ、しかも冷却
水の熱量が暖房と蓄熱を同時に行うには不十分な時に、
蓄熱装置をバイパスすることができるので、冷却水の熱
量が不十分な時でも十分に暖房感を得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明の一実施形態による蓄熱装置を備
えた自動車用暖房装置の構成略図である。

【図２】図２は図１に示す蓄熱装置を備えた自動車用暖
房装置の熱交換器の配置状態を示す構成略図である。

【図３】図３は図１に示す自動車用暖房装置に用いられ
る電源回路の一実施形態を示す回路図である。

【図４】図４はエンジン冷却水温度と蓄熱材発熱温度と
の関係を示すグラフである。

【図５】図５は図１に示す自動車用暖房装置に用いられ
る電源回路の他の実施形態を示す回路図である。

【符号の説明】

１１ 水冷式エンジン １２ 第１のポンプ １３ ラジエター １４ 車内熱交換器 １５ 蓄熱装置 １６ 第２のポンプ １７ 第１の電磁弁 １８ 第２の電磁弁 １９ 第３の電磁弁 ２４ 解除手段 ３０ 第４の電磁弁 ３１ 第５の電磁弁 ３２ エンジン出口水温センサ ３３ 蓄熱装置出口水温センサ ５０ ダクト ５１ エアーミックスダンパ ５２ 開度検出器 Ａ ラジエター用冷却水路 Ｂ 第１の冷却水路 Ｃ 第２の冷却水路 Ｄ バイパス冷却水路

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水冷式エンジンの冷却水を用いて車内を
   暖房するための熱交換器と、過冷却特性を備えた蓄熱材
   を有し且つ前記熱交換器に接続された蓄熱装置と、前記
   水冷式エンジン、前記蓄熱装置、及び前記熱交換器を直
   列に接続して、前記水冷式エンジン、前記蓄熱装置、及
   び前記熱交換器の間で前記冷却水を循環させるための第
   １の冷却水路と、該第１の冷却水路に設けられ、前記冷
   却水を循環させる第１のポンプと、一端が前記熱交換器
   の出口付近で前記第１の冷却水路に接続され、他端が前
   記蓄熱装置の入口付近で前記第１の冷却水路に接続さ
   れ、前記熱交換器から流出した前記冷却水を前記蓄熱装
   置に戻す第２の冷却水路と、該第２の冷却水路に設けら
   れた第２のポンプと、前記蓄熱装置の入口付近から前記
   熱交換器の出口付近に掛けての前記第１の冷却水路の部
   分と前記第２の冷却水路とで構成される循環冷却水路を
   前記水冷式エンジンから切り離すために前記第１の冷却
   水路に設けられた第１及び第２の電磁弁と、前記第２の
   ポンプの出口側に位置するように前記第２の冷却水路に
   設けられ、該第２の冷却水路を開閉する第３の電磁弁
   と、前記蓄熱材の過冷却状態を解除する解除手段とを含
   む蓄熱装置を備えた自動車用暖房装置において、一端が
   前記蓄熱装置の出口から前記熱交換器の入口の間で前記
   第１の冷却水路に接続され、他端が前記第３の電磁弁の
   出口から前記第２の冷却水路の他端の間で前記第２の冷
   却水路に接続され、前記蓄熱装置をバイパスするバイパ
   ス冷却水路と、該バイパス冷却水路を開閉する第４の電
   磁弁と、前記第２の冷却水路の他端から前記蓄熱装置の
   入口の間に位置するように前記第１の冷却水路に設けら
   れ、該第１の冷却水路を開閉する第５の電磁弁とを具備
   していることを特徴とする蓄熱装置を備えた自動車用暖
   房装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の蓄熱装置を備えた自動車
   用暖房装置において、前記熱交換器の放熱量を調整する
   エアーミックスダンパと、該エアーミックスダンパの開
   度を検出する開度検出器とを備え、前記エアーミックス
   ダンパの開度が所定値以下の時に前記冷却水を前記蓄熱
   装置に導いて蓄熱をするようにしたことを特徴とする蓄
   熱装置を備えた自動車用暖房装置。