JPH0674926B2 - 暖房装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、内燃機関等を搭載した車両、トレーラ等の
車両、家庭用部屋、乾燥室、事務所、ビニールハウス等
の室内を暖房するための燃焼器及び熱交換器を備えた暖
房装置に関する。

〔従来の技術〕 従来、車両の室内暖房については、内燃機関の冷却水を
温水配管で取り出し、これをヒータ装置に導き、間接的
に熱交換を行って温風を室内に送り込んで室内暖房を行
っているものがある。

また、エンジンの吸気通路に燃焼器及び熱交換器を設
け、エンジン始動直後に燃焼器を着火し、その熱を利用
して熱交換器で空気を暖め、暖まった温風を車室内に導
入する装置、言い換えれば、内燃機関とは無関係の燃焼
器によって燃料を燃焼させ、発生する熱量によって室内
暖房を行う自動車用暖房装置（例えば、特開昭60−2520
18号公報参照）が開示されている。

更に、燃焼器の燃焼ガスを熱交換器を経てエンジンの吸
気ポートへ供給してエンジンを暖機すると共に、この熱
交換器により加熱される空気を車室内へ導くようにした
エンジンの暖機装置（例えば、特開昭61−79864号公報
参照）が開示されている。

先行技術として、例えば、本出願人による出願である特
願昭60−026578号（特開昭61−188216号公報参照）に開
示されているような車両暖房用熱交換器がある。該車両
暖房用熱交換器について第４図及び第５図を参照して概
説する。

第４図に示すように、車両暖房用熱交換器50は、吸熱通
路内に熱流通路が設けられている。前記熱流通路は第１
円筒51及び第２円筒52によって構成され、前記吸熱通路
は第３円筒53によって構成されている。第１円筒51、第
２円筒52及び第３円筒53は同軸上に配置されている。第
１円筒51の一端に燃焼器55が連結され、燃焼器55の燃焼
ガスが第１円筒51内に送り込まれる。第１円筒51の他端
は折り返しガイド54を介して第２円筒52の一端と連通
し、第２円筒52の他端にガス出口56を連結する。前記吸
熱通路を構成する第３円筒53の一端に空気を取り入れる
空気入口57を形成し、その他端に温風を送り出す空気出
口59を形成する。

通常、空気入口57にはブロワ61から冷気Ｃが吹き込ま
れ、空気出口59からの温風Ｈは下流に設置された空調装
置62に送り込まれる。次いで、温風Ｈは空調装置62から
車両室内に送り込まれる。第５図は第４図の線IV−IVに
おける断面図である。第５図に示すように、第１円筒51
と第２円筒52との間に熱伝達用フィン58を設け、第２円
筒52と第３円筒53との間に熱交換用フィン60を設ける。

また、先行技術として、例えば、本出願人による出願で
ある特願昭60−096077号に開示されている車両用暖房装
置がある。該車両用暖房装置については、図示していな
いが、エアクリーナと車室に連なる還気ダクトとに接続
するブロワにより空気の一部を燃焼器へ送ると共に、残
余の空気を前記燃焼器の燃焼用空気により加熱される熱
交換器を経て車室に連なる吹出ダクトへ送るものであ
る。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、上記内燃機関の冷却水を利用して室内暖
房を行うものについては、冷却水の温度上昇の速度が緩
慢であるためヒータ本体が温風を送り出すまでに長時間
を要し、その間はヒータの暖房機能はほとんどない状態
である。即ち、エンジンの暖機が完了するまでは、ガソ
リンエンジンで約10分間以上、ディーゼルエンジンで約
20分間以上を要しているのが現状である。この間、特に
寒冷地、冬季等では車内は寒く、しかも車両の窓等の
霜、氷等を除去するデフロスタは充分に機能することが
できないものである。

また、上記内燃機関とは無関係に燃焼器を用いる自動車
用暖房装置又はエンジンの暖機装置については、燃焼の
周期、排ガスの処理等に時間、手数を要し、複雑な機
構、制御装置等を必要とする。

また、先行技術の上記熱交換器については、エンジンと
は別の燃焼器を設け、急速着火システムと急速気化シス
テムによって速やかに液体燃料を燃焼させ、この燃焼熱
から効率的に且つ迅速に暖房用空気を生成して車内に送
り込み、排気ガスが混入していないクリーンな暖房空気
を送り込むことができるが、その反面、熱交換器の構造
上、暖房空気即ち温風の流れ抵抗が大きく、温風側の圧
力損失が生じるという点でなお満足できるというもので
はない。

また、先行技術としての上記車両用暖房装置について
は、１つのブロワから暖房用空気と燃焼用空気とを供給
するように構成されているが、熱交換効率、空気量の調
節、装置自体のコンパクト化等については考慮されてお
らず、種々の暖房装置として幅広く適用して使用する場
合、充分に満足できるものではなく、問題点を有してい
る。

この発明の目的は、上記の問題点を解決することであ
り、燃料を気化して気化燃料を燃焼させる燃焼器を設
け、急速着火システムと急速気化システムによって速や
かに液体燃料を気化燃料に気化して燃焼させ、この燃焼
熱から効率的に且つ迅速に暖房用空気を生成して、排気
ガスの混入していないクリーンな暖房空気を車両、部屋
等の室内に送り込み、空気の流れ抵抗を小さくするよう
な配管装置を使用して温風側の圧力損失を低減させると
共に暖房程度に対応して温風量を調節して温風を供給
し、更に室内に送り込む空気の送風通路にバイパス管を
取り付け、該バイパス管を前記燃焼器の燃焼空気取入パ
イプに構成し、ブロワを１個にして部品点数を少なくし
て暖房装置自体の構造を簡素化した暖房装置を提供する
ことである。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明は、上記の目的を達成するために、次のように
構成されている。即ち、この発明は、内側と外側にフィ
ンを有する筒体によって外筒内が仕切られている熱交換
器、前記筒体内に燃焼ガスを送り込むため前記熱交換器
の一端側の前記筒体の端部に取り付けた燃焼器、前記外
筒と前記筒体との間の通路に暖房用空気を供給するため
前記熱交換器の他端側の前記外筒の端部にスクロールを
取り付けたブロワ、及び該ブロワで燃焼用空気を前記燃
焼器に供給するため前記燃焼器と前記スクロールとを連
通したバイパス管を有することを特徴とする暖房装置に
関する。

更に、この暖房装置には、前記スクロールに暖房用空気
の流量調整用の開閉弁を設置したものであり、該開閉弁
アクチュエータによって制御できるように構成したもの
である。

また、この暖房装置において、前記バイパス管は前記開
閉弁と前記ブロワのブロワフィンとの間に取り付けられ
ているものである。

また、この暖房装置において、前記燃焼器の燃焼ガス出
口に取り付けた燃焼ガス筒体は前記熱交換器の前記筒体
内に挿入設置されている。

〔作用〕

この発明による暖房装置は、上記のように構成されてお
り、次のように作用する。即ち、この暖房装置は、筒体
によって外筒内が仕切られた熱交換器の一端部に燃焼器
を取り付け、前記熱交換器の他端部にブロワのスクロー
ルを連結したので、前記熱交換器及び前記ブロワは一線
上で配置でき、温風の流れはダイレクトスル−即ち直線
的に流れることができ、空気に対して低抵抗に作用し、
温風の圧力損失を大きく低減でき、空気の流入ベクトル
を弱めることがなく、空気をスムースに流すことがで
き、即ち温風の流れは妨げられることなく極めて流暢に
即ちスムースに流すことができ、燃焼ガスと導入される
空気とに対いて効率的に且つ迅速に熱交換を行わせるこ
とができる。

特に、前記燃焼器と前記スクロールとを連通した前記バ
イパス管を通じて燃焼用空気は前記燃焼器に良好に供給
され、燃焼用空気と暖房用空気とを１つのブロワで兼用
でき、部品点数を低減できる。

また、前記スクロールに開閉弁を設置しているので、温
風量を調節して空気を供給することができ、また、前記
開閉弁を開閉弁アクチュエータによって制御できるの
で、直ちに順応して暖房用空気を最適量に調節して供給
することができ、レスポンスを向上させることができ
る。

更に、前記燃焼器に設けた燃焼ガス筒体が前記熱交換器
の前記筒体内に挿入設置されているので、装置自体を極
めてコンパクトに構成することができ且つ熱交換効果を
向上させる。

〔実施例〕

以下、図面を参照して、この発明による暖房装置の一実
施例を詳述する。

第１図において、この発明による暖房装置が符号10によ
って全体的に示されている。この暖房装置10について
は、例えば、ディーゼルエンジン又はガソリンエンジン
のエアクリーナ、単独のエアクリーナ等を通じて取り入
れる空気、或いは直接的に外気又は室内から取り入れる
空気は、ブロワ４の吸込口30から遠心式送風機等のブロ
ワ４によって吸い込まれ、次いで、スクロール６から熱
交換器１及び燃焼器３に送り込まれるように構成されて
いる。スクロール６に取り付けられたバイパス管16を通
じて燃焼用空気は燃焼器３に送り込まれ、燃焼器３で発
生した燃焼ガスを下流に設置された熱交換器１に送り込
んで熱交換させ、暖房等に供するものである。

熱交換器１の一端部に燃焼器３を取り付け、熱交換器１
の他端部にブロワ４のスクロール６を直接的に連結して
いる。スクロール６には開閉弁24（第２図参照）が設置
されており、開閉弁24は開閉弁アクチュエータ25によっ
てレバー31を揺動させることによって枢支軸26を中心に
回転制御される。熱交換器１によって暖められた空気即
ち温風は、温風送出口14から暖房するべき室、例えば、
内燃機関等を搭載した車両、トレーラ等の車両、家庭用
部屋、乾燥室、事務所、ビニールハウス等の室内へと送
り出される。

第２図において、第１図の暖房装置が更に詳細に図示さ
れている。熱交換器１は、全体的に筒状に形成され、主
として、外筒２、外筒２内に配置された筒体８及び筒体
８内に挿入配置された燃焼ガス筒体９から成る。熱交換
器１における外筒２の一端部には送風機即ちブロワ４の
スクロール６の出口が一体的に取り付けられ、また、外
筒２の他端部には温風送出口14が形成されている。

熱交換器１にブロワ４が取り付けられた側とは反対側に
は、燃焼器３が配置されている。燃焼器３の燃焼筒19
は、燃焼ガス筒体９に直結して連結されている。筒体８
の一端部にはカップ状蓋体７が取り付けられ、筒体８の
他端部は端部壁32に当接している。従って、燃焼ガス筒
体９の内側に燃焼ガス通路13を形成し、燃焼ガス筒体９
と筒体８との間に熱伝達通路11を形成し、及び筒体８と
外筒２との間に熱交換通路即ち冷風を温風にする吸熱通
路12を形成する。

また、吸熱通路12と熱伝達通路11とは流体的には遮断さ
れた状態に構成されている。筒体８には内側と外側とに
フィン5,15が設けられており、更にカップ状蓋体７にも
内側と外側とにフィン33,28が設けられている。燃焼ガ
ス筒体９には、燃焼ガスを外部に排気するため燃焼ガス
排気口23が設けられている。燃焼ガス排気口23には燃焼
ガス排気パイプ（図示省略）が連結されており、該燃焼
ガス排気パイプは吸熱通路12及び熱交換器１の外筒２を
貫通して外部、エンジンの吸気系等に開放している。

ブロワ４のスクロール６には、開閉弁24が設置されてい
る。開閉弁24は枢支軸26を中心にレバー31を揺動させる
ことによって回転制御される。スクロール６において、
開閉弁24とブロワフィン29との間の位置即ちバイパス管
入口27にバイパス管16を取り付けている。バイパス管16
は、燃焼器３の外筒18に連結され、燃焼器３へ燃焼用空
気を供給する作用を果す。

この暖房装置10は、上記のような構成であるので、ブロ
ワ４のスクロール６と熱交換器１とはほヾ直線的に連通
しており、従って温風の流れに対してもほヾ直線的に連
通することになる。また、燃焼器３の燃焼ガス出口21と
熱交換器１とはほヾ直線的に連通し、従って燃焼ガスの
流れに対してもほヾ直線的に即ちダイレクトスルーの状
態に連通することになる。

また、燃焼器３の構造については、詳細には図示されて
いないが、例えば、次のような構成を有しているものを
使用することができる。燃焼器３は、セラミック製の燃
焼筒19から成る。燃焼筒19を開口を有する仕切板20によ
って気化室34と燃焼室35とに仕切り、気化用グロープラ
グ（図示省略）を内臓した気化装置17を燃焼室35を貫通
して配置し、気化装置17によって液体燃料を気化して生
成された気化燃料を噴出する噴出口36を気化室34に開口
し、更に、気化室34には点火用グロープラグ37を設置す
る。

気化装置17内に設けられた気化用グロープラグによって
液体燃料を気化させて気化燃料にすると共に、燃焼空気
を取り入れて気化燃料と混合気を生成し、僅かに存在す
る油滴あるいは混合気に点火用グロープラグ37によって
着火し、燃焼室35において混合気を完全に燃焼させる。

上記のような燃焼器３を使用することによって、液体燃
料は急速に気化して気化燃料となり、気化燃料は迅速に
着火され、迅速な燃焼が可能になる。その結果、燃焼器
３は直ちに燃焼ガスを熱交換器１に送り込むことができ
るようになる。

また、熱交換器１の構造については、第３図に示すよう
に、円筒状の外筒２内に燃焼ガスが流れる円筒状の筒体
を配置した構成を有する。この筒体は、二重筒体であ
り、円筒状の燃焼ガス筒体９とその外周に配置された円
筒状の筒体８から成る。燃焼器３の燃焼ガス出口21は、
燃焼ガス筒体９の一端部にほヾ直線状に直接的に取り付
けられている。従って、熱交換器１は、中央部に燃焼器
３からの燃焼ガスが通る燃焼ガス通路13、中間部に燃焼
ガスの燃焼熱を外周側に伝達する熱伝達通路11及び外側
部に燃焼熱を放熱して冷風を温風にする吸熱通路12から
構成されている。しかも、燃焼ガス通路13、熱伝達通路
11及び吸熱通路12は、互いに同軸上に配置されている。

外筒２は、熱交換器１の外側ケースを構成しており、通
常断熱材等（図示省略）で覆われている。燃焼器３が取
り付けられた側とは反対側の筒体８の端部には、内側に
多数の受熱フィン33及び外側に多数の放熱フィン28を備
えたカップ状の蓋体７が固定されている。

この構造によって、燃焼ガスの流れ通路即ち燃焼ガス通
路13及び熱伝達通路11と加熱されて暖房に供される空気
の流れ通路即ち吸熱通路12とは、端部において完全に遮
断されている。また、燃焼ガス筒体９の端部と筒体８の
一端部とはカップ状蓋体７によって導通しており、筒体
８の他端部には燃焼ガス排出パイプ等に通じる燃焼ガス
の排気口23が設けられている。

更に、筒体８には、内側に多数の受熱フィン15が配置さ
れ且つ外側に多数の放熱フィン５が配置されている。こ
れらの受熱フィン15及び放熱フィン５は、筒体８に一体
的に設けられることが熱伝導の点から好ましい。筒体８
及びカップ状蓋体７に設けられた各々の受熱フィン15,3
3及び放熱フィン5,28を整合状態に配置すれば、燃焼ガ
スの流れは受熱フィン15,33によって妨げられることな
くスムーズに流れることができる。また、燃焼ガスによ
って暖められる空気の流れも放熱フィン5,28によって妨
げられることなくスムースに流れることができる。上記
のようにブロワ４、燃焼器３及び熱交換器１はほヾスト
レート即ち直線的に配置されているので、温風及び燃焼
ガスの流れを妨げることがない。

この発明による暖房装置１は、以上のように構成されて
おり、次のように作用する。

まず、ブロワ４が作動され、例えば、ディーゼルエンジ
ン又はガソリンエンジンのエアクリーナ、単独のエアク
リーナ等を通じて取り入れる空気、或いは直接的に外気
又は室内から取り入れる空気は、ブロワ４の吸込口30か
ら吸い込まれ、次いで、スクロール６のバイパス管入口
27からバイパス管16に送り込まれる。バイパス管16を通
った空気は、燃焼用空気として燃焼器３の環状通路22か
ら燃焼筒19に多数形成された空気導入孔（図示省略）か
ら燃焼室35に吹き込まれる。

一方、液体燃料は気化装置17に内蔵された気化用グロー
プラグ（図示省略）によって気化されて気化燃料にさ
れ、その気化燃料は気化装置17の噴出口36から気化室34
に噴出される。この気化燃料は点火用グロープラグ37に
よって着火され、次いで、燃焼室35において気化燃料と
燃焼用空気とは混合気となって、盛んな燃焼状態にされ
る。

燃焼器３によって発生した燃焼ガスは燃焼ガス出口21か
ら燃焼ガス筒体９内の燃焼ガス通路13に吹き込まれる。
燃焼ガス通路13に吹き込まれた燃焼ガスは、燃焼ガス筒
体９の燃焼ガス通路13から蓋体７によって矢印方向にガ
イドされてＵターンし、次いで、筒体８内の熱伝達通路
11に送り込まれる。熱伝達通路11には受熱フィン15が半
径方向に多数設置されているので、燃焼ガスは受熱フィ
ン15によって燃焼熱を奪われ、最後に燃焼ガスの排気口
23から熱交換器１の外部に放出される。例えば、熱交換
器１が車両に適用される場合には、放出される排気ガス
をエンジンの吸気系（図示省略）に送り込んで更に完全
に燃焼することもできる。

一方、暖房用空気はブロワ４によって吸込口30から吸込
まれ、ブロワ４からスクロール６及び開閉弁24を通って
外筒２内に位置するカップ状蓋体７の放熱フィン28の間
を通り抜け、吸熱通路12に吹込まれる。次いで、送り込
まれた空気は、吸熱通路12内に設置されている放熱フィ
ン５の間を通って流れる。暖房用空気は放熱フィン５の
間を通って放熱フィン５から燃焼熱を吸熱して即ち奪っ
て暖められる。暖められた空気は温風となって、最後
に、温風送出口14から所定の暖房すべき室、乾燥室等に
送り出される。更に、温風用空気の送り込み流量従って
温風流量は、開閉弁24の開閉程度によって調節されるも
のであり、所定の暖房すべき室、乾燥室等の室の状況、
所定の要求量に応じて調節することができる。そして、
開閉弁24の開閉制御は開閉弁アクチュエータ25によって
調節され、この開閉弁アクチュエータ25は、手動的に制
御するか、又は所定の暖房すべき室、乾燥室等の室に設
置された温度センサー、タイマー等に連動して自動的に
制御するように構成することもできることは勿論であ
る。

以上のように、この発明による暖房装置の実施例につい
て詳述したが、この発明による暖房装置は必ずしもこれ
らの細部に限定されるものではない。例えば、図では、
熱交換器における燃焼ガス筒体、筒体及び外筒について
は、流量面積、流れ抵抗、流速、フィンの取り付け、数
及び形状等を考慮して最も好ましい円筒状に形成されて
いるが、場所の制約がある場合には、その他の形状、例
えば、角筒状、楕円筒状であってもよい。

また、暖房装置を水平に設置した状態が示されている
が、必ずしも水平である必要はなく、斜め方向に設置さ
れてもよく、また堅型、例えば、燃焼器を上部に且つ下
部にブロワを設置してもよいことは勿論である。燃焼器
を熱交換器に対して熱交換器の一端にストレートに配置
しているが、取付け角度については何ら限定されるもの
でないことは勿論である。

更に、蓋体に受熱フィン及び放熱フィンを一体的に設け
ているが、受熱フィンに関しては筒体の受熱フィンを延
長させてもよく、また、蓋体の受熱フィン及び放熱フィ
ンの数についても必ずしも筒体内及び吸熱通路内に設け
た受熱フィン及び放熱フィンの数と同数にする必要もな
い。両者の受熱フィン及び放熱フィンを整合状態に配置
させてもよく、場合によってはその必要もない。更に、
受熱フィン及び放熱フィンの形状についても種々に形成
できることも勿論である。

〔発明の効果〕

この発明による暖房装置は、上記のように構成されてお
り、次のような効果を有する。即ち、この暖房装置は、
内側及び外側にフィンを有する筒体によって外筒体が仕
切られた熱交換器の一端部に燃焼器を取り付け、前記熱
交換器の他端部にブロワのスクロールを直接的に連結
し、前記スクロールに取付けたバイパス管を前記燃焼器
に連結したので、温風の流れはダイレクトスルー即ち直
線的に流すことができ、空気に対して低抵抗の配管を提
供でき、温風の圧力損失は大きく低減でき、空気の流入
ベクトルを弱めることがなく、空気をスムーズに前記放
熱フィンの間に流入させることができ、温風の流れは妨
げられることなく極めて流暢に即ちスムーズに流れるこ
とができ、そのためブロワは送風能力の小さいもので済
み、小型にできると共に、燃焼ガスと温風にされるべき
空気とは効率的に熱交換を行うことができる。

それ故に、この暖房装置の作動後、直ちに且つ極めて迅
速に暖房等に供することができるようになる。しかも、
装置自体を極めてコンパクトに構成できると共に、燃焼
用空気を送風通路からバイパスさせて取り入れるように
構成したので、送風機を１基のみで済み、部品点数を少
なくすることができ、構造を簡素化することができ、し
かもそれだけ安価に製造することができる。

前記スクロールに開閉弁を設置しているので、暖房程度
即ち暖房温度（高温又は低温）、暖房すべき室内の広
さ、昼間、夜間等の時間的要素、微風又は強制循環等の
暖房態様に対応して温風量を調節して空気を供給するこ
とができ、また、前記開閉弁が開閉弁アクチュエータに
よって制御されるので、暖房すべき室内の状況に直ちに
順応して暖房用空気を最適量に調節して供給することが
でき、レスポンスの良い暖房装置を提供できる。

更に、前記燃焼器に設けた燃焼ガス筒体を前記熱交換器
の前記筒体内に挿入設置しているので、前記燃焼器と前
記熱交換器とが直結状態に取り付けられ、装置自体を極
めてコンパクトに構成することができ且つ熱交換効果を
向上させることができる。また、前記筒体の端部には内
側に受熱フィン及び外側に放熱フィンを備えたカップ状
の蓋体が固定されているので、前記筒体全長にわたって
熱伝達面積を効果的に広くすることができ、熱交換は極
めて良好に且つ効率的に行われる。しかも、装置全体の
構造が極めて簡単であり、取り扱いも容易であり、故障
等も少なく、メインテナンス等も容易である。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明による暖房装置の一実施例を示す平面
図、第２図は第１図の線II−IIにおける断面図、第３図
は第２図の線III−IIIにおける断面図、第４図は先行技
術である熱交換器の一例を示す断面図、及び第５図は第
４図の線IV−IVに於ける断面図である。 １……熱交換器、２……外筒、３……燃焼器、４……ブ
ロワ、５……放熱フィン、６……スクロール、８……筒
体、９……燃焼ガス筒体、10……暖房装置、14……温風
送出口、15……受熱フィン、16……バイパス管、18……
外筒、24……開閉弁、25……開閉弁アクチュエータ、27
……バイパス管入口、28……放熱フィン、29……ブロワ
フィン、30……吸込口、31……レバー、33……受熱フィ
ン。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内側と外側にフィンを有する筒体によって
   外筒内が仕切られている熱交換器、前記筒体内に燃焼ガ
   スを送り込むため前記熱交換器の一端側の前記筒体の端
   部に取り付けた燃焼器、前記外筒と前記筒体との間の通
   路に暖房用空気を供給するため前記熱交換器の他端側の
   前記外筒の端部にスクロールを取り付けたブロワ、及び
   該ブロワで燃焼用空気を前記燃焼器に供給するため前記
   燃焼器と前記スクロールとを連通したバイパス管、を有
   することを特徴とする暖房装置。
2. 【請求項２】前記スクロールに暖房用空気の流量調整用
   の開閉弁を設置したことを特徴とする特許請求の範囲第
   １項に記載の暖房装置。
3. 【請求項３】前記バイパス管は前記開閉弁と前記ブロワ
   のブロワフィンとの間に取り付けられていることを特徴
   とする特許請求の範囲第２項に記載の暖房装置。
4. 【請求項４】前記燃焼器の燃焼ガス出口に取り付けた燃
   焼ガス筒体は前記熱交換器の前記筒体内に挿入設置され
   ていることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の
   暖房装置。
5. 【請求項５】前記開閉弁は開閉弁アクチュエータによっ
   て制御されることを特徴とする特許請求の範囲第２項に
   記載の暖房装置。