JPH1148762A - 熱発生器 - Google Patents

熱発生器

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JPH1148762A
JPH1148762A JP9213580A JP21358097A JPH1148762A JP H1148762 A JPH1148762 A JP H1148762A JP 9213580 A JP9213580 A JP 9213580A JP 21358097 A JP21358097 A JP 21358097A JP H1148762 A JPH1148762 A JP H1148762A
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JP
Japan
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rotor
heat
thermal expansion
housing
generating chamber
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Pending
Application number
JP9213580A
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English (en)
Inventor
Takanori Okabe
孝徳 岡部
Takashi Ban
孝志 伴
Shigeru Suzuki
鈴木  茂
Tatsuya Hirose
達也 廣瀬
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Industries Corp
Original Assignee
Toyoda Automatic Loom Works Ltd
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Publication date
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Priority to KR1019980017335A priority patent/KR100287586B1/ko
Priority to US09/129,693 priority patent/US6039264A/en
Priority to FR9810139A priority patent/FR2767189B1/fr
Priority to DE19835765A priority patent/DE19835765C2/de
Publication of JPH1148762A publication Critical patent/JPH1148762A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60HARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/22Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices the heat being derived otherwise than from the propulsion plant
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24VCOLLECTION, PRODUCTION OR USE OF HEAT NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F24V40/00Production or use of heat resulting from internal friction of moving fluids or from friction between fluids and moving bodies

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Air-Conditioning For Vehicles (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】大きな発熱量の確保と耐久性とを確実に両立で
きる熱発生器を提供する。 【解決手段】発熱室6を構成する前部プレート2及び後
部プレート3が線熱膨張係数βの大きなアルミダイカス
ト(ADC12)であり、ロータ11が線熱膨張係数β
の小さな中炭素鋼(S45C)である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】本発明は、粘性流体をせん断により発熱さ
せ、放熱室内を循環する循環流体に熱交換して暖房熱源
に利用する熱発生器に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、特開平8−337110号公報に
車両用暖房装置に利用され得る熱発生器が開示されてい
る。この熱発生器では、ハウジング内に発熱室とウォー
タジャケットとが形成され、発熱室に隣接するウォータ
ジャケットには冷却水が循環するようになされている。
また、ハウジングには軸受装置及び軸封装置を介して駆
動軸が回動可能に支承され、駆動軸の後端には発熱室内
で回動可能なロータが設けられ、駆動軸の前端には電磁
クラッチが設けられている。そして、発熱室の壁面とロ
ータの外面との液密的間隙にはシリコーンオイル等の粘
性流体が介在されている。
【0003】車両の暖房装置に組み込まれたこの熱発生
器では、駆動軸がエンジンにより駆動されれば、発熱室
内でロータが回動するため、粘性流体が発熱室の壁面と
ロータの外面との液密的間隙でせん断により発熱する。
この発熱はウォータジャケット内の冷却水に熱交換さ
れ、加熱された冷却水が暖房回路で車室等の暖房に供さ
れることとなる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の熱発生
器では、必ずしも大きな発熱量の確保と耐久性とを両立
することができない。すなわち、この種の熱発生器にお
いて、大きな発熱量を確保するためには、発熱室の壁面
とロータの外面との液密的間隙が小さい方が好ましい。
この一方、起動後、運転を継続しておれば、粘性流体は
発熱により高温化するため、ハウジングのうち発熱室を
構成するものやロータが熱膨張する。このため、発熱室
を構成するハウジングやロータの材質の選択如何によっ
ては、液密的間隙がさらに小さくなり、ハウジングとロ
ータとの間で干渉、摩耗等を生じることとなる。また、
既に充分に車室等の暖房が得られていたとしても、粘性
流体はますます発熱し、熱的劣化や機械的劣化が進行し
てしまう。
【0005】特に、上記公報開示のロータがプラスチッ
クからなる熱発生器では、ハウジングを耐熱性の観点か
ら金属材料で構成した場合、一般的にプラスチックの熱
膨張係数が金属材料の熱膨張係数よりも大きいため、上
記耐久性が危惧される。また、熱発生器を車両に搭載す
るのであれば、エンジンは毎分数千回転程の高回転数で
駆動軸を駆動する場合もあり、この場合には、粘性流体
は数百℃の環境下に置かれることとなるため、プラスチ
ックからなるロータではそれ自体で耐熱性が危惧される
ことはいうまでもない。
【0006】本発明は、上記従来の実状に鑑みてなされ
たものであって、大きな発熱量の確保と耐久性とを確実
に両立できる熱発生器を提供することを解決すべき課題
とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明の熱発生器は、内
部に発熱室及び該発熱室に隣接して循環流体を循環させ
る放熱室を形成するハウジングと、該ハウジングに軸受
装置を介して回動可能に支承された駆動軸と、該発熱室
内で該駆動軸により回動可能に設けられたロータと、該
発熱室の壁面と該ロータの外面との液密的間隙に介在さ
れ、該ロータの回動により発熱される粘性流体とを有す
る熱発生器において、前記ハウジングのうち前記発熱室
を構成するものの熱膨張係数は前記ロータの熱膨張係数
より大きいことを特徴とする。
【0008】この熱発生器では、大きな発熱量を確保す
るため、発熱室の壁面とロータの外面との液密的間隙を
小さくすることができる。そして、起動後、運転の継続
により粘性流体が発熱により高温化すれば、発熱室を構
成するハウジング及びロータは熱膨張するであろうが、
発熱室を構成するハウジングの熱膨張係数がロータの熱
膨張係数より大きいため、発熱室を構成するハウジング
がロータより大きく熱膨張する。このため、液密的間隙
は小さくならず、ハウジングとロータとの間で干渉、摩
耗等を生じない。むしろ、発熱室を構成するハウジング
やロータの材質の選択如何によっては、液密的間隙が大
きくなるため、その時点で既に充分に車室等の暖房が得
られているならば、粘性流体の発熱は抑制され、熱的劣
化や機械的劣化を防止することができる。
【0009】したがって、この熱発生器では、大きな発
熱量の確保と耐久性とを確実に両立することができる。
ハウジングのうち発熱室を構成するものとしてはアルミ
系金属や銅系金属を採用することができ、ロータとして
は鉄系合金やセラミックスを採用することができる。製
造コスト、成形性の観点から、発熱室を構成するハウジ
ングはアルミ系金属、ロータは鉄系合金であることが好
ましい。発熱室をアルミ系金属で構成すれば、熱伝導も
良好であるため、放熱室内の循環流体への熱交換率に優
れる。また、発熱室を構成するハウジングやロータをこ
れら金属材料で構成すれば、熱発生器を車両に搭載する
としても、耐熱性の危惧はない。
【0010】
【発明の実施の形態】以下、本発明を具体化した実施形
態を図面を参照しつつ説明する。実施形態における熱発
生器としてのビスカスヒータでは、図1に示すように、
前部ハウジング本体1、前部プレート2、後部プレート
3及び後部ハウジング本体4が各々積層され、これらが
それぞれ間にOリングを介して複数本のボルト5により
締結されている。前部プレート2の後面には円形の凹部
が凹設されており、この凹部は後部プレート3の前面と
により発熱室6を形成している。ここで、前部ハウジン
グ本体1、前部プレート2、後部プレート3及び後部ハ
ウジング本体4は全て線熱膨張係数βが2.10×10
-5(1/K)のアルミダイカスト(ADC12)からな
る。
【0011】また、前部プレート2の前面には円弧状の
フィン2bが複数条軸方向前方に突設され、前部ハウジ
ング本体1とこれらフィン2bとにより前部放熱室とし
ての前部ウォータジャケットFWが形成されている。ま
た、後部プレート3の後面にも円弧状のフィン3bが複
数条軸方向後方に突設され、後部ハウジング本体4とこ
れらフィン3bとにより後部放熱室としての後部ウォー
タジャケットRWが形成されている。後部ハウジング本
体4には図示しない暖房回路に接続された入水ポート1
3及び出水ポート14が設けられており、入水ポート1
3から導入された循環流体としてのクーラントは前部及
び後部ウォータジャケットFW、RW内を循環し、出水
ポート14から導出するようになっている。この間、ク
ーラントはフィン2b、3bに従って流れるようになっ
ており、フィン2b、3bはその際に受熱面積を向上さ
せている。
【0012】前部プレート2及び後部プレート3の軸孔
には軸封装置内蔵の軸受装置7、8が設けられ、これら
軸受装置7、8により駆動軸10が回動可能に支承され
ている。また、駆動軸10には軸受装置7、8の間に位
置し、発熱室6内で回動可能なロータ11が圧入されて
いる。ここで、ロータ11は線熱膨張係数βが1.17
×10-5(1/K)の中炭素鋼(S45C)からなる。
このロータ11は円板状をなしており、粘性流体として
のシリコーンオイルのせん断効果を高めるとともに発熱
室6内のシリコーンオイルを外周域に移行させる複数条
のスリット11aを有している。また、このロータ11
の中央域には前後に貫通する連通孔11bが複数個形成
されている。発熱室6とロータ11との液密的間隙には
シリコーンオイルが40〜70vol%の充填率で封入
されている。このビスカスヒータでは、大きな発熱量を
確保するため、液密的間隙を小さくしている。
【0013】そして、前部ハウジング本体1のボスには
軸受装置17を介してプーリ18が回動可能に設けられ
ており、プーリ18はスプライン及びボルト19により
駆動軸10の前端に締結されている。このプーリ18は
図示しないエンジンとベルトにより接続されている。以
上のように構成されたビスカスヒータでは、駆動軸10
がエンジンにより駆動されれば、発熱室6内でロータ1
1が回動するため、シリコーンオイルが発熱室6の壁面
とロータ11の外面との液密的間隙でせん断により発熱
する。この発熱は前部及び後部ウォータジャケットF
W、RW内のクーラントに熱交換され、加熱されたクー
ラントが暖房回路で車室の暖房及びエンジンの暖機に供
されることとなる。
【0014】起動後、運転の継続によりシリコーンオイ
ルが発熱により高温化すれば、前部プレート2も後部プ
レート3もロータ11も熱膨張する。しかし、前部プレ
ート2及び後部プレート3の線熱膨張係数βが2.10
×10-5(1/K)であり、ロータ11の線熱膨張係数
βが1.17×10-5(1/K)であるため、前部プレ
ート2及び後部プレート3がロータ11より大きく熱膨
張する。特に、このビスカスヒータでは、円板状のロー
タ11を採用しているため、図2に示すように、ロータ
11の周速の大きい外周域の方が周速の小さい内周域よ
りもシリコーンオイルを発熱させることから、前部プレ
ート2及び後部プレート3の熱膨張長さ(矢印で示
す。)とロータ11の熱膨張長さ(矢印で示す。)との
差は外周域の方が内周域より大きくなる。
【0015】このため、このビスカスヒータでは、液密
的間隙は小さくならず、前部プレート2及び後部プレー
ト3とロータ11との間で干渉、摩耗等を生じない。む
しろ、このビスカスヒータでは、液密的間隙が大きくな
るため、その時点で既に充分に車室等の暖房が得られて
いるならば、シリコーンオイルの発熱は抑制され、熱的
劣化や機械的劣化を防止することができる。
【0016】したがって、このビスカスヒータでは、大
きな発熱量の確保と耐久性とを確実に両立することがで
きる。 (評価)20°Cの常温の組み付け時において、図2に
示すように、発熱室6を構成する前部プレート2の凹部
の深さSを5.2(mm)、ロータ11の厚さLを5.
0(mm)、前側の液密的間隙の幅C1を0.1(m
m)、後側の液密的間隙の幅C2を0.1(mm)とす
る。そして、前部プレート2及び後部プレート3をAD
C12で構成し、ロータ11をS45Cで構成し、他は
上記実施形態と同様として実施例のビスカスヒータを組
み付ける。また、前部プレート2及び後部プレート3を
ADC12で構成し、ロータ11もADC12で構成
し、他は上記実施形態と同様として比較例のビスカスヒ
ータを組み付ける。
【0017】ここで、S45Cの線熱膨張係数をβ
1(β1=1.17×10-5(1/K))、ADC12の
線熱膨張係数をβ2(β2=2.10×10-5(1/
K))とする。すると、温度t°Cのときの前側又は後
側の液密的間隙の幅C1、C2は、
【0018】
【数1】
【0019】で表される。また、シリコーンオイルの粘
度をμ(ポアズ)とし、ロータ11の角速度をω(ra
d/秒)とし、ロータ11の半径をr0(mm)とする
と両側の理論発熱量Q(cal)は、
【0020】
【数2】
【0021】で表される。これを変形すると、
【0022】
【数3】
【0023】が得られる。そして、実施例のビスカスヒ
ータと比較例のビスカスヒータとについて、(1)式と
(3)式とから、ロータ11の回転数(rpm)と発熱
量比(実施例のビスカスヒータの発熱量/比較例のビス
カスヒータの発熱量)との関係を求める。結果を図3に
示す。
【0024】図3より、実施例のビスカスヒータは、比
較例のビスカスヒータに対して、液密的間隙が大きくな
り、発熱を抑制できることがわかる。なお、上記実施形
態ではロータ円板状であったが、ロータが円筒形のビス
カスヒータの場合は径方向の液密的間隙の変化が主とな
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施形態のビスカスヒータの縦断面図である。
【図2】実施形態のビスカスヒータの一部拡大断面図で
ある。
【図3】駆動軸の回転数と発熱量比との関係を示すグラ
フである。
【符号の説明】
1、2、3、4…ハウジング(1…前部ハウジング本
体、2…前部プレート(ハウジングのうち発熱室を構成
するもの)、3…後部プレート(ハウジングのうち発熱
室を構成するもの)、4…後部ハウジング本体) 6…発熱室 FW、RW…放熱室(FW…前部ウォータジャケット、
RW…後部ウォータジャケット) 7、8…軸受装置 10…駆動軸 11…ロータ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 廣瀬 達也 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 (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】内部に発熱室及び該発熱室に隣接して循環
    流体を循環させる放熱室を形成するハウジングと、該ハ
    ウジングに軸受装置を介して回動可能に支承された駆動
    軸と、該発熱室内で該駆動軸により回動可能に設けられ
    たロータと、該発熱室の壁面と該ロータの外面との液密
    的間隙に介在され、該ロータの回動により発熱される粘
    性流体とを有する熱発生器において、 前記ハウジングのうち前記発熱室を構成するものの熱膨
    張係数は前記ロータの熱膨張係数より大きいことを特徴
    とする熱発生器。
  2. 【請求項2】ハウジングのうち発熱室を構成するものは
    アルミ系金属からなり、ロータは鉄系金属であることを
    特徴とする請求項1記載の熱発生器。
JP9213580A 1997-08-07 1997-08-07 熱発生器 Pending JPH1148762A (ja)

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