JPS6144498Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は、暖房性能を向上させた自動車用暖房
装置に関する。

一般に自動車の暖房装置は機関から熱を奪つた
冷却水（温水）を熱源としているが、寒冷地等で
はこれだけでは暖房能力が不足するため、冷却水
温度が低いときに排気熱を回収することにより、
暖房能力を高めるようにしたものがある。

又、機関停止後、暖房を使用する時にも長時間
高い暖房能力を確保できるように機関運転中に排
気熱を蓄える蓄熱器を設け、この蓄熱器を熱交換
器として暖房用冷却水を温めるようにしたものも
ある。

かかる蓄熱器を備えた従来の自動車用暖房装置
としては、例えば第１図および第２図に示すよう
なものが本出願人より提案されている（実願昭54
−161361号）。これは、内燃機関の排気系と冷却
系とを結んで設けられており、機関の排気から取
り出した熱を冷却水を熱媒体として、車載のヒー
ターに供給するような構成となつている。

第１図において、１は機関本体で、その排気管
２の途中に蓄熱器３が介装されている。一方、車
室内に設置されたヒータ・ユニツト４のヒータ・
ー・コア５は、機関本体１の冷却水通路６と循環
接続され、機関運転中に暖房を使用する際の熱循
環経路を形成している。そして、その循環経路の
途中には、循環ポンプ７および切換弁８を介して
前記蓄熱器３がバイパスにて接続されており、切
換弁８を切換えることによつて、冷却水の低温時
及び機関停止後に暖房を使用する際の熱循環経路
を形成するよう構成されている。

第２図ａおよびｂは第１図中３で示した蓄熱器
の内部構造を表わす図である。蓄熱器３の内部に
は蓄熱材３ｂが充填されており、その中を通つて
排気通路を形成する複数の排気チユーブ３ａが並
列に配設されている。そして、これら排気チユー
ブ３ａを包含した蓄熱材３ｂと蓄熱器３の外殻を
形成する断熱材３ｃとの間には冷却水の通路３ｄ
が設けられている。

また、第１図に戻つて、９は排気バイパス通路
で、蓄熱器３の過熱時、蓄熱材３ｂを保護するた
めに、排気を蓄熱器３を迂回して排出させるため
のものである。この際の排気通路の蓄熱器３と排
気バイパス通路９との間での切換えは、排気管２
における両者の分岐点に設けられている排気バイ
パス弁１０で行う。

上記システムでは、機関の運転中は、機関本体
１とヒーター・コア５との間で冷却水が循環し
て、車室内の暖房が行われ、その間に排気熱の一
部が蓄熱器３に蓄えられるようになつている。

冷却水の低温時及び機関の停止後は、暖房に際
して切換弁８を切換操作して蓄熱器３とヒータ
ー・コア５との間で冷却水通路を循環接続するこ
とによつて蓄熱器３に蓄えた熱を冷却水を媒介と
してヒーター・コア５に供給する。

従つて、寒冷時の暖房性能を高められると共に
機関停止後も、比較的長時間にわたつて温水の供
給が可能であり、停車時の暖房性能を良好に維持
できる。

しかしながら、このような従来の装置にあつて
は、機関停止後、暖房を行わず蓄熱器から冷却水
へ熱を取り出す必要がない時であつても、蓄熱材
と隣接する冷却水通路内には、冷却水が残存され
た状態となつているため、蓄熱材に蓄えられた熱
は全く無意味に冷却水へと放熱されてしまうとい
う問題点があつた。

さらに、この蓄熱材から冷却水への放熱は、上
述のように、単に蓄熱された熱が利用され得ずに
損失となつてしまうというだけでなく、この放熱
を受け、それを吸収して高温、高圧となつた冷却
水によつて、冷却水通路が変形あるいは破損させ
られたり、あるいはまた、冷却水に混入される不
凍液（蓄熱器が使用されるのは寒冷地であるから
当然不凍液が使用される）への影響という点で
も、冷却水が蓄熱材からの放熱による高温にさら
されることによつて不凍液の成分が酸化、分解、
あるいは腐食し、冷却水の劣化を招き、ひいて
は、その分解物等によりバルブの開閉不良や経路
の閉鎖を引き起こすというような問題点をも含ん
でいる。

又、前記不凍液の分解や錆の発生による弊害を
防止するため、排気通路外部に熱交換器（凝縮
管）を新設して、排気通路内の蓄熱器と前記排気
通路外部の熱交換器とを閉ループをなして接続し
て不凍液を含まない純水等の凝縮性作動流体を封
入した循環路を形成し、この循環路の熱交換器に
暖房用の冷却水を経由させて間接的に加熱するよ
うにしたものも提案されている。しかし、従来の
この種のものは作動流体が低温下で凍結し、蓄熱
器や循環路を破損したり、又、解凍により循環作
動を開始するまでに時間がかかり過ぎ迅速な暖房
が行なえない等の問題点があつた。

本考案はこれら従来の問題点に鑑みなされたも
ので、機関の排気熱を回収して暖房用冷却水を間
接的に加熱する凝縮性作動流体の循環路の凝縮側
熱交換器から、これより下方の排気通路内の蓄熱
器に至る通路途中に暖房使用時であつて、かつ作
動流体の非循環時に凝縮液を溜めるべく排気通路
外に設けた中間タンクと暖房の不使用時に凝縮液
を溜めるべく排気通路内に設けたリザーバタンク
とを直列に介装し、かつ中間タンク底部に設けた
開閉弁より下方の作動流体管と中間タンク上部空
間とを結ぶバイパス管を設けて中間タンク及びリ
ザーバタンクへの凝縮液の流下を促進する構成と
して前記問題点を解決した自動車用暖房装置を提
供することを目的とする。

以下に本考案を第３図に示す実施例に基づいて
説明する。但し、第３図において、第１図と同一
の構成要素には同一符号を付して説明する。図に
おいて、機関本体１の排気管２の途中にはリザー
バタンク１１と蓄熱器１２とを軸方向に並べて配
設してあり、これらの外壁には夫々フイン１１
ａ，１２ａが設けられ伝熱性能を高めている。こ
れらリザーバタンク１１と蓄熱器１２を介装した
排気管２と並列して排気バイパス通路９が設けら
れ、その上流側分岐点には排気バイパス弁１０が
介装されている。前記リザーバタンク１１と蓄熱
器１２内部に配設された蒸気管１３入口とは電動
ポンプ１４を介装したパイプ１５により連結され
ている。又、前記蓄熱器１２内の蒸発管１３出口
と排気管２の上方に配設されたコンデンサ１６内
の凝縮管１７入口とがパイプ１８で連結され、該
凝縮管１６の出口とリザーバタンク１１とが中間
タンク１９を介装したパイプ２０で連結される。
中間タンク１９下方のパイプ２０部分には開閉弁
２１が介装され、さらにパイプ２０の開閉弁２１
とリザーバタンク１１との間と、中間タンク１９
の上部空間とがバイパス管２２にて接続されてい
る。このように閉ループをなして接続される循環
路内には不凍液を含まない純水等の凝縮性作動流
体が封入される。そして前記リザーバタンク１１
及び中間タンク１９は夫々循環路内の作動流体凝
縮液の全量が貯えられる容量に形成されている。

一方、コンデンサ１１の凝縮管１７外側にはウ
オータジヤケツト２３が形成され、ヒーター・ユ
ニツト４内のヒーター・コア５を経由する暖房用
冷却水通路２４の機関本体１からヒーター・コア
５に至る往路に直列に接続されている。

又、リザーバタンク１１及び暖房用冷却水通路
２４には夫々水温センサ２５，２６が設けられ、
例えばタンク１１内の水量が設定値（例えば80
℃）以上であつて、かつ、機関冷却水温度が設定
値以上の時に暖房を行なうと開閉弁２１が開かれ
ると共にポンプ１４が駆動する。さらに、開閉弁
２１は暖房停止後所定時間経過後（又はタンク１
１内水温がある温度以下に低下した時）は無条件
で開弁されるようになつている。

次に作用を説明する。

寒冷時又は機関停止後、冷却水温度が設定値以
下に低下し、かつ、リザーバタンク１１内の水温
が設定値以上である場合には前記したように開閉
弁２１が開かれると共にポンプ１４が駆動して作
動流体が循環する。この場合、蓄熱器１２によつ
て加熱され気化された作動流体の蒸気がパイプ１
８を介してコンデンサ１６の凝縮管１７内に流入
し、ここで隣接するウオータジヤケツト２３内を
流れる暖房用の冷却水に放熱して凝縮された後、
中間タンク１９及びリザーバタンク１１を介して
蓄熱器１２内の蒸発管１３に戻される。このよう
にしてコンデンサ１６において、作動流体と熱交
換することによつて温められた冷却水がヒータ
ー・コア５を循環し暖房が行なわれる。

又、冷却水温度が所定温度以上に達して充分高
い機関運転中に暖房を行なう場合には排気熱回収
の必要がないので、開閉弁２１が閉じると共にポ
ンプ１４の駆動が停止して作動流体の循環が停止
し、作動流体から、暖房用冷却水への熱供給が断
たれ暖房の過負荷運転が防止される一方、コンデ
ンサ１６で冷却された作動流体の凝縮液が開閉弁
２１上流側の中間タンク１９内に貯留される。こ
こで中間タンク１９内の蒸気及び空気はその上部
空間からバイパス管２２を介してリザーバタンク
１１に移動するため、いわゆる空気抜き機能によ
り中間タンク１９内へ凝縮液が流下し易い。そし
て、このように作動流体を循環させる時には、そ
の凝縮液を中間タンク１１に溜めて、蓄熱器１２
には溜らないようにしたため、蓄熱器１２の凝縮
液への放熱による無駄な温度低下を防止でき、機
関停止後及び暖房再開直後の暖房性能をより高め
ることができると同時に冷却水の高温、高圧化に
起因する蓄熱器１２の熱変形、破損も防止でき
る。さらに、作動流体を介して冷却水を加熱する
構成であるため、冷却水中の不凍液が高温の蓄熱
器１２で熱分解されること等の悪影響も回避でき
る。

次に、機関を停止し、暖房を停止する場合はそ
の停止後所定時間後に開閉弁２１が開かれ凝縮液
はリザーバタンク１１内に流下して溜まる。この
場合もリザーバタンク１１内の蒸気及び空気がバ
イパス管２２を介して中間タンク１９の上部空間
に移動しつつ凝縮流がリザーバタンク１１内に流
下するので、流下し易い。このように、リザーバ
タンク１１に凝縮液が溜められた状態で寒冷時長
時間経過するとリザーバタンク１１内の凝縮液は
凍結するが、該リザーバタンク１１が排気管２に
介装されているため機関始動時、排気熱によつて
速やかに解凍され、解凍後所定温度以上に達する
とポンプ１４を駆動させて作動流体を循環させる
ことにより排気熱を回収して暖房能力を高めるこ
とができる。又、作動流体をリザーバタンク１１
内に溜めて凍結させるため、作動流体が蓄熱器１
２内で凍結して破損するもの防止できる。

第４図は、中間タンク部分の応用例を示し、バ
イパス管２２の外周壁を断熱材２３で囲繞するよ
うにしたものである。バイパス管２２が断熱材２
３により保温されるため、極低温時にバイパス管
２２内部で作動流体の凍結を防止して凍結による
バイパス管２２の閉塞を防止できると共に、管の
傾斜によりバイパス管２２内の凝縮液の自然落下
を利用してそのリザーバタンク１１への戻りを促
進したものである。

第５図は、本考案の別の実施例を示し、第１の
実施例の構成に加えて、蓄熱器１２をバイパスす
るバイパス管２７をパイプ１８に並列接続すると
共に、その両端接続点に蓄熱器１２とバイパス管
２７とを選択的に開通させる開閉弁２８，２９を
設けたものである。このようにすれば、蓄熱器１
２の蓄熱材が作動流体より低温である時や高温の
蓄熱器１２から熱を回収しなくとも機関冷却水を
さほど加熱しなくても暖房性能が確保できる場合
には、バイパス管２２を開通させることによりリ
ザーバタンク１１で加熱された作動流体を蓄熱器
１２を経由させることなくバイパス管２２を介し
てコンデンサ１６に導いて、充分な暖房が行なえ
る。

以上説明したように、本考案によれば、作動流
体の非循環時その凝縮液を貯溜する中間タンクを
設けたことにより、蓄熱器の凝縮液放熱による温
度低下を抑制して機関停止後、或いは排熱回収再
開時の暖房性能をより高めることができると共
に、蓄熱器の熱変形、破損等も防止でき、又、作
動流体を介してコンデンサにおいて暖房用の機関
冷却水を加熱するため、冷却水に含まれる不凍液
が蓄熱器内で高温にさらされることがなく、熱分
解も防止できる。さらに、暖房停止後は作動流体
の凝縮液を排気通路に介装されたリザーバタンク
に溜めるようにしたため極寒時に凍結しても機関
始動時、排気熱により迅速に解凍するため排気熱
回収による暖房の立ち上り性能も高められ作動流
体管や蓄熱器の凍結による破損も効果的に防止で
きる。又、バイパス管により中間タンク及びリザ
ーバタンクへの凝縮液の流下を促進させる等様々
の優れた特長を備えるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の自動車用暖房装置の全体的なシ
ステム構成を示す概略構成図、第２図ａは第１図
の装置に使用される蓄熱器の内部構造例を示す縦
断面図、同図ｂは同図ａの−断面図、第３図
は本考案の一実施例の要部構成を示す構成図、第
４図は同上実施例の一部変形態様を示す構成図、
第５図は本考案の第２の実施例を示す概略構成図
である。 １……機関本体、２……排気管、５……ヒータ
ー・コア、１１……リザーバタンク、１２……蓄
熱器、１６……コンデンサ、１９……中間タン
ク、２１……開閉弁、２２……バイパス管、２４
……暖房用冷却水通路。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 車載内燃機関の排気通路に介装された蓄熱器と
   排気通路の外部上方に設けられた凝縮器とを循環
   接続してなる凝縮性作動流体の循環路と、前記凝
   縮側熱交換器と暖房用ヒーター・コアとを循環接
   続してなる暖房用機関冷却水の循環路とを備えた
   自動車用暖房装置において、前記凝縮器から蓄熱
   器へ作動流体を戻す通路に排気通路外に設けた中
   間タンクを排気通路内に設けたリザーバタンクを
   直列に介装接続すると共に、中間タンクとリザー
   バタンクとの間に暖房使用時でかつ凝縮性作動流
   体の循環不要時及び暖房停止時に開き、それ以外
   で閉じる開閉弁を介装し、かつ、開閉弁とリザー
   バタンクとの間の作動流体通路と中間タンク上部
   空間とを結ぶバイパス通路を設けて構成したこと
   を特徴とする自動車用暖房装置。