JPS61295118A - 車両用即効暖房装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、エンジンの冷却水を熱源とする車室内暖房装
置のエンジン始動時における応急的暖房用熱源として、
保温タンク内に貯溜されているエンジン冷却水を使用す
る方式の即効暖房装置に関する。

〔従来の技術〕

内燃機関を駆動用動力源とする車両の車室内暖房は、一
般にエンジン冷却水を熱源とするヒータコアによって空
気を加熱して暖房を行うものであるので、当然にエンジ
ン始動後、エンジン冷却水温の低いときには直ちに車室
内を温めることができず、しばらくの間は寒い思いをし
なければならない。そこで、特公昭５９−２６４８２号
公報に開示されている如く車の走行中に充分に加温され
たエンジン冷却水の一部を保温タンク内に蓄えておき、
この温水をエンジン冷却水温の低い時期にヒータコアに
供給する方法が提案されている。これに対して、本発明
者らはすでにパイプ材中にメタノール、ヘンゼン、水等
の伝熱媒体を封入させた不可逆的伝熱性を有するヒート
パイプを用い、エンジン排気管から排気熱を保温タンク
内に供給して保温タンク内のエンジン冷却水の温度をさ
らに高めて即効暖房効果を高める方式を特願昭５９−７
８８３８号において提案している。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら上記のようなヒートパイプを備えた即効暖
房装置においては、ピー１〜パイプの蒸発部側が常にエ
ンジン排気ガスにさらされていると、エンジン冷却水温
が異常に高まって保温タンク内が異常に高温高圧になり
保温タンクが破損するという問題があり、これを避ける
ために保温タンク内のエンジン冷却水を循環させるとエ
ンジン冷却水温が上がりすぎエンジンにとって好ましく
ないとともに、ヒートパイプの放熱側である凝縮部での
放熱が充分でないのに排気ガスの熱が供給され続けると
ヒートパイプ内の圧力が高まるすぎる場合が発生する。

一般に薄肉円筒からなる管路と伝熱媒体の蒸発部、凝縮
部とからなるヒートパイプの内圧によるパイプの外周壁
にがかる引張応力Ｆは第６図に示すように内圧Ｐと、管
壁の厚さし、管外径Ｄ、とを用いてＦ＝Ｐ　−Ｄ／２　
ｔで求められる。通常はヒートパイプ容器材料の最大引
張強さにＦｕに対して４程度の安全係数を見込んで最大
許容応力Ｆｍａχ　（Ｆｕ／４）が決定され、使用限界
値としての蒸気圧力つまり蒸気温度が決定されている。

また、第７図に各種のヒートパイプ作動流体の蒸気温度
と蒸気圧の関係を示すが、図かられかるように蒸気温度
に対して蒸気圧力は急激に上昇するので、安全係数を見
込んであるとはいえヒートパイプへの熱の過供給は、ヒ
ートパイプの破損につながる可能性があるという新たな
問題点があることがわかった。

〔問題点を解決するための手段〕

そこで上記のような問題点を解決するための本発明の手
段とは、エンジン冷却水の一部を保温タンク内に蓄え、
エンジン冷却水温の低いときに前記保温タンク内の温水
の熱を利用して即効暖房を行う車両用蓄熱式即効暖房装
置において、前記エンジンの排気部に設けられた蒸発部
と、前記保温タンク内のエンジン冷却水中に設けられた
凝縮部と、前記蒸発部と前記凝縮部との間を循環する伝
熱媒体と、前記蒸発部からの伝熱媒体蒸気を前記凝縮部
へ導く蒸気管路、および前記凝縮部からの伝熱媒体凝縮
液を前記蒸発部へ導く凝縮液管路よりなる循環管路とを
備え、前記蒸発部と前記凝縮部との間を伝熱媒体の蒸発
凝縮を繰り返すことによって前記排気部の熱を前記保温
タンク内のエンジン冷却水へ伝達するヒートパイプと、
前記ヒートパイプの循環管路途中に設けられ、前記水温
センサーによって保温タンク内の温度が所定温度以上に
なったことを検知したとき、前記制御回路からの信号を
受けて前記循環管路を遮断する手段とを備えるというも
のである。

〔作用〕

上記手段によれば、保温タンク内のエンジン冷却水温が
所定温度以上になるとヒートパイプの循環管路が遮断さ
れ、エンジン冷却水に必要以上の熱が供給されることが
なくなると同時に、ヒートパイプ内の伝熱媒体の蒸発部
への還流も遮断されるためヒートパイプ内の異常圧力上
昇もなくなる。

〔発明の効果〕

従って、本発明によれば、ヒートパイプによる熱の過剰
供給によるエンジン冷却水の過熱やヒートパイプの破損
を回避することができ、有効な蓄熱式即効暖房装置を提
供できるという優れた効果がある。

〔実施例〕

次に本発明の車両用即効暖房装置を図に示す実施例に基
づいて説明する。第１図は本発明の暖房装置の構成要素
とそれらの作動系統を説明した図であって、エンジン１
の冷却用ウォータジャケット２と車室内暖房ユニットケ
ース３に内蔵されたヒータコア４とを結んでエンジン冷
却水の送水路の往路５と帰路６が設けられており、この
往路５から分岐し、帰路６に合流するエンジン冷却温水
の貯溜用保温タンク７を介在させた温水路８が付設され
ている。保温タンク７は真空ガラス容器等の断熱容器で
構成されており、この保温タンク７内のエンジン冷却水
温を検知するサーミスタ式水温センサーが２５が配設さ
れている。またこの温水路８の保温タンク７と合流点６
ａとの間には、断熱容器かまたは単なる容器からなるプ
リタンク９が設けられており、保温タンク７とブリタン
ク９とで蓄熱用保温タンクを形成している。また工ンジ
ン冷却水の往路５の途中の、エンジン冷却用ウォータジ
ャケット２と分岐点５ａとの間にはバルブ１０が設けら
れている。一方、保温タンク７とプリタンク９との間お
よびプリタンク９と前記合流点６ａとの間の温水路８の
途中にはバルブ１１およびバルブ１２が設けられている
。また分岐点５ａと保温タンク７との間の温水路８途中
にはバルブ１３が、他方前記分岐点５ａとヒータコア４
との間の往路５の途中にはバルブ１４が配設されており
図示しない、自動車運転席近傍に設けられた空調制御パ
ネルの温度コントロールレバーに連動して開閉するよう
に構成されている。バルブ１３と前記分岐点５ａとの間
の温水路８の途中にはウォータポンプ１５が保温タンク
７側にエンジン冷却水を送水する向きに取り付けられて
いる。

またエンジン冷却水送水往路５のエンジン１に近い部位
にはサーミスタ式水温センサ２６が設けられている。そ
して、保温タンク７内の温度が即効暖房を行うための最
低温度すなわち９０℃以上となっているときには制御回
路１６の信号に基づいてバルブ１０が閉じられ、バルブ
１１，１２，１３．１４が開かれさらにウォータポンプ
１５が作動することによって即効暖房が行われるよう構
成されている。また、エンジン冷却水温が保温タンク７
内の温度よりも高くなるとバルブ１０が開かれ、ウォー
タポンプ１５が停止されることによって通常のエンジン
冷却水の循環による暖房が行われるよう構成されている
。なお、ウォータポンプ１５は停止している時も少量の
エンジン冷却水を通過させることができる。

そしてエンジン冷却水温が８０℃よりも高くなったとき
バルブ１２．１３を閉じ保温タンク内に高温となったエ
ンジン冷却水を貯えられるように構成されている。

また１７は、排気ダクト１８の外周部に蒸発部１９をブ
リタンク９内に第１凝縮部２０を有し、両者の間を伝熱
媒体である水を一定方向に循環させる蒸気管路である循
環管路２１ａと凝縮木管路である循環管路２１ｂとで接
続したループ式ヒートパイプで、循環管路２１ａは水蒸
気が紙面上方に流れ、２１ｂは凝縮部２０で凝縮した水
が蒸発部１９に向けて流下するよう構成されている。そ
してこのヒートパイプ１７には、管路２１ａ途中に三方
弁２２によって切換え分岐する管路２３ａが設けられ、
この管路２３ａは、第２凝縮部２４を経て管路２３ｂに
よりヒートパイプ１７の循環管路２１ｂに合流している
。

このヒートパイプ系の各部の詳細な構造を説明すると、
蒸発部１９は第２図に示す如く排気ダクト１８の外周に
接して銅等の金属からなる二重円筒を熱伝導良好なよう
に溶接等により接続した蒸発室２５内に、伝熱媒体であ
る水を収納しさらにステンレス等の金属細線よりなる２
００メツシュ程度の金網を排気管の熱を最も受は易い内
周部全周にわたって配設固定し、伝熱媒体である水の蒸
発を促進するウィック２６を形成させている。

この蒸発部１９には太い銅パイプからなり水蒸気を蒸発
部２０に導く管路２１ａ、および細い銅パイプからなる
凝縮水が蒸発部２０に還流する管路２１ｂが溶接、ろう
付は等により気密的に接続（ｌＯ） されている。

また蒸発部２０は、プリタンク９内に貫入接続された管
路途中に設けられた銅等の金属で作られたパイプ状部で
熱交換用フィン２０ａが全周に配設されている。

そして管路２３ａ、第２凝縮器２４、管路２３ｂはそれ
ぞれ管路２１ａ、第１凝縮器２０、管路２１ｂと同様の
材質形状に構成されている。なお第２凝縮器２４は自動
車下部の車室外に配設固定され通風によって冷却される
ように構成されている。そして三方弁２２は制御回路１
６によって保温タンク７内の保温水温力月２０°Ｃ以上
となったとき第１凝縮部１９と蒸発部２０を接続する位
置（第１図図示の位置）から第２凝縮部２４と蒸発部２
０とを接続する位置に切換えられるよう設定されている
。

なおループ式ヒートパイプ１７には排気管に取り付けら
れているためにエンジンの振動が伝わり、もしヒートパ
イプ１７が保温タンク７に直接接続されていると断熱容
器からなる保温タンク７が破損する可能性がある。従っ
てプリタンク９にヒートパイプ１７の凝縮部２０を接続
し、プリタンク９の２つの通水口９ａ、９ｂと温水管路
８とを弾性を有するゴムホース８ａ、８ｂで接続して振
動を吸収できるよう構成しである。なお、２８はウォー
タジャケット２の人口部に配設されエンジンによって駆
動され送水管５，６にエンジン冷却水を送水するウォー
タポンプである。

次に本発明の即効暖房システムの作動について第１図お
よび第３図のフローチャー１・に基づいて説明する。エ
ンジン始動時の水温センサー２５により検知された保温
タンク７内のエンジン冷却水温Ｔ２が９０°Ｃ以上とな
っている痔には、制御回路１６の信号に基づいて、バル
ブ１０を閉、バルブ１１，１２，１３．１４を開としウ
ォータポンプ１５を作動させる。このときウォータポン
プ２８の送水は、図示しないラジェータ回路のバイパス
路を経由して循環させている。またヒートパイプ１７の
管路２１ａ途中に設けられた三方弁２２は制御回路１６
からの信号により通電され、第１図に図示の状態となっ
てヒートパイプ内の水蒸気は凝縮部２０へ輸送され、凝
縮部２０で凝縮潜熱を放出しエンジン冷却水を温める。

このときエンジン作動中に蓄えられ停止後も高温のまま
に保たれていた保温タンク７内のエンジン冷却水がヒー
タコア４内に循環通人され即効暖房を行う（第１図実線
矢印）。同時にエンジン１の排気熱がヒートパイプ１７
によってプリタンク９内に供給されより一層即効暖房能
力の向上に寄与する。エンジン冷却水？！’ｒ＋（水温
センサー２６で検知）が保温タンク７内の温度（水温セ
ンサー２５で検知）より高まってきたら、制御回路１６
の信号に基づいてバルブ１０を開、ウォータポンプ１５
を停止することによって、通常暖房状態をもたらすとと
もに、ウォータポンプ１５を通過してエンジン冷却水の
一部が保温タンク７内に供給されるので保温タンク７お
よびプリタンク９内の水温が上昇する。そして、エンジ
ン冷却水温度が、さらに上昇して８０℃以上になったと
ころで、バルブ１２とバルブ１３を閉じることによって
、プリタンク９を介してヒートパイプ１７による保温タ
ンク７内への排熱の回収を開始する。

このまま、ヒートパイプ１７による熱回収を進めていく
と保温タンク７内圧力またヒートパイプ１７内蒸気圧力
が異常に高まり破損する恐れがあるので、保温タンク７
内温度が上昇し、ある設定温度例えば１２０℃以上とな
ったことを水温センサ２５が検知すると、制御回路１６
によって三方弁２２への通電をＯＦＦすることで、ヒー
トパイプ１７の管路２１ａは、分岐管路２３ａに切換え
られ第２凝縮部２４へ水蒸気が導かれここで凝縮するこ
とにより保温タンク７への過剰熱供給を遮断することが
できる。そしてこのときバルブ１１が閉じられこの状態
で保温タンク７内の温水の保温を行う。また、第２凝縮
部２４は、自動車下部の車室外に設けられているので、
常に大気温度に保持され、速やかに蒸気の凝縮が行われ
、ヒートパイプ内圧力の暴走を防ぐことができる。この
傾向は、車が走行状態にあるときには、走行による通風
により特に顕著である。

以上のように作動させることによってエンジン排気ガス
の熱量の、ヒートパイプ１７による過供給で保温タンク
７内、およびヒートパイプ１７内に異常高圧をおこすこ
となく、保温タンク７内の保温水の温度を高めることに
よって有効な即効暖房効果を発揮することができる。

本発明は上記実施例に限定されず以下の如く変形可能で
ある。

第４図に示すように、ループ式ヒートパイプ１７の凝縮
水を蒸発部１９へ還流させる循環管路２１ｂの途中にバ
ルブ２７を設け、保温タンク７内温度が設定温度（１２
０°Ｃ）になったのを水温センサー２５で検知し、制御
回路１６により信号を発し、バルブを閉じるように構成
してもよい。このとき伝熱媒体である水は、凝縮部２０
内に蓄積され、蒸発部１９への還流はなくなるために保
温タンク７への過剰熱供給を遮断すると同時にヒートパ
イプ１７内の圧力暴走をも防ぐことができる。

また、上記実施例においてループ式ヒートパイプの蒸発
部１９は、排気管１８途中に設けられていたが、さらに
高温のエンジン排気部に設けられてもよい。また排気管
１５には排気浄化触媒装置が設けられており、その上流
下流のいずれの側にも配設できるが、触媒装置の効率を
考慮した場合は下流側のほうが排気浄化触媒装置へ流入
する排ガスの温度を下げることがないためより好ましい
。

また、ヒートパイプ１７の伝熱媒体としては水の他にメ
タノール、ベンゼン、エタノール等が有効に使用できる
。

さらに上記実施例においては、ヒートパイプ１７の凝縮
部２０を収納するプリタンク９を設けていたが、保温タ
ンク７をステンレス製の断熱容器等で構成できれば、凝
縮部２０を保温タンク７内に設はプリタンク９を廃する
こともできる。

また、ヒートパイプ１７の第２凝縮部２４は自動車下部
以外にもエンジンルーム内の通風性のよいところに設け
られていてもよいことは言うまでもない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の車両用即効暖房装置の構成要素とそれ
らの作動系統の説明図、第２図は第１図におけるヒート
パイプ１７の蒸発部１９の構造を説明する断面図、第３
図は第１図における暖房システムの構成要素の働きを電
気的に制御するための制御回路１６の作動を説明するフ
ローチャート、第４図は本発明の車両用即効暖房装置の
他の実施例を示す構成要素とそれらの作動系統の説明図
、第５図は第４図における暖房システムの制御回路１６
のフローチャート、第６図は薄肉円筒のヒートパイプ内
に蒸気圧が作用しているときの圧力と内部応力のつり合
いを説明する断面図、第７図は、各種作動流体の蒸気圧
力と温度との関係を説明する特性図である。 １・・・エンジン、７・・・保温タンク、９・・・プリ
タンク、１３・・・ループ式ヒートパイプ、１４・・・
ウォーターポンプ、１６・・・コントローラ、２２・・
・排ダクト。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　エンジン冷却水の一部を保温タンク内に蓄え、エンジ
   ン冷却水温の低いときに前記保温タンク内の温水の熱を
   利用して即効暖房を行う車両用蓄熱式即効暖房装置にお
   いて、 前記エンジンの排気部に設けられた蒸発部と、前記保温
   タンク内のエンジン冷却水中に設けられた凝縮部と、前
   記蒸発部と前記凝縮部との間を循環する伝熱媒体と、前
   記蒸発部からの伝熱媒体蒸気を前記凝縮部へ導く蒸気管
   路、および前記凝縮部からの伝熱媒体凝縮液を前記蒸発
   部へ導く凝縮液管路よりなる循環管路とを備え、前記蒸
   発部と前記凝縮部との間を伝熱媒体の蒸発凝縮を繰り返
   すことによって前記排気部の熱を前記保温タンク内のエ
   ンジン冷却水へ伝達するヒートパイプと、前記ヒートパ
   イプの循環管路途中に設けられ、前記水温センサーによ
   って保温タンク内の温度が所定温度以上になったことを
   検知したとき、前記制御回路からの信号を受けて前記循
   環管路を遮断する手段とを備えたことを特徴とする車両
   用即効暖房装置。