JPH0712087Y2 - 排気熱を利用する自動車用暖房装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この考案に係る排気熱を利用する自動車用暖房装置は、
ヒートパイプの原理を利用する事で、エンジンから排出
される排気の熱により車室内の暖房を行なうものであ
る。

（従来の技術） 排気熱を利用して車室内の暖房を行なう暖房装置は、冷
却水の熱を利用して暖房を行なう装置に比べて立ち上が
りが早い（暖房感を得られる迄に要する時間が短い）
為、従来から各種構造のものが研究されているが、ヒー
トパイプの原理を利用して排気熱を回収し、車室内の暖
房を行なう自動車用暖房装置として従来から、実開昭63
-114806号公報、同63-154312号公報、同63-181511号公
報に開示されたものが知られている。

第５図は、この内の実開昭63-154312号公報に記載され
た考案を示しているが、この第５図により、排気熱を利
用する自動車用暖房装置（ヒートパイプ方式による暖房
装置である。以下の記載においても同じ。）に就いて、
簡単に説明する。

１は、自動車用エンジン７から排出される排気を流通さ
せる排気管で、この排気管１の途中には、第一、第二の
排気流路２、３を、互いに並列に設けている。この内の
第二の排気流路３内には、純水等の作動流体を加熱蒸発
させる為の加熱器４を設けており、この加熱器４の蒸気
出口に、蒸気送り出し管５の一端を接続している。

排気管１の途中で、上記第一、第二の排気流路２、３の
上流側には、加熱器４を配置した第二の排気流路３に送
り込まれる排気の量を調節する、排気流量調節ドア６を
設けて、加熱器４での作動流体の加熱量の調節を自在と
している。

一方、送風機13によって、暖房用の空気を流通させるダ
クト８内には、蒸気入口を上記蒸気送り出し管５の他端
に接続したコンデンサ９を配置しており、このコンデン
サ９の出口に一端を接続し、途中に貯液器11、仕切弁12
を設けた戻し管10の他端を、前記加熱器４に通じさせ
て、コンデンサ９内で凝縮液化した作動流体を、上記加
熱器４に戻す様にしている。

14は、排気流量調節ドア６駆動用のアクチュエータ15の
動作を制御する為の制御器で、排気温度を検出する為の
温度センサ16と加熱器４内の作動流体温度を検出する為
の温度センサ17とからの信号に基づいて、上記アクチュ
エータ15の動作を制御し、排気流量調節ドア６の開度を
調節する。

上述の様に構成される、従来の排気熱を利用する自動車
用暖房装置により、車室内の暖房を行なう場合、排気流
量調節ドア６を第５図に鎖線で示す様に切り換えると共
に、仕切弁12を開き、送風機13を運転する。

この結果、加熱器４内に存在する作動流体が蒸発し、蒸
気送り出し管５を通じて、コンデンサ９に送り込まれ
る。そして、このコンデンサ９内で作動流体の蒸気は、
送風機13によって送り込まれダクト８内を流れる空気と
の間で、熱交換を行なって凝縮し、戻し管10を通じて前
記加熱器４に戻され、再び蒸発するサイクルを繰り返し
行なう。ダクト８内での熱交換によって温度上昇した空
気は、ダクト８の下流端に設けた、適当な吹き出し口か
ら車室内に吹き出し、この車室内の暖房に供される。

暖房装置を使用しない場合には、排気流量調節ドア６
を、第５図の実線で示す状態に切り換えると共に、仕切
弁12を閉じる。

この結果、加熱器４には高温の排気が送り込まれなくな
り、作動流体は貯液器11に溜められたまま、加熱器４に
は送り込まれない状態となり、コンデンサ９の温度が上
昇する事もなくなる為、ダクト８内を流通する空気の温
度が上昇する事もなくなる。

（考案が解決しようとする課題） ところで、上述の様に構成され作用する、排気熱を利用
する自動車用暖房装置を、現実の自動車用暖房装置に組
み込む場合、次に述べる様な、解決しなければならない
問題点が存在する。

即ち、実際の自動車用暖房装置の場合、暖房の為に車室
内に吹き出す空気の加熱量は、季節や乗員の好み等によ
りまちまちであり、加熱器４により作動流体に加えられ
た熱量が、この作動流体が再び加熱器４に戻って来る迄
の間に、総て放出されるとは限らない。

加熱器４により作動流体に加えられた熱量の内、一部の
みしか放出されない場合、この作動流体の温度と圧力と
が次第に上昇し、遂には安全弁（図示せず）を開いて、
作動流体が外部に排出されてしまう。この様な状態にな
ると、作動流体の再充填を行なわない限り、暖房装置を
使用出来なくなってしまう。

第５図に示した、従来の排気熱を利用する自動車用暖房
装置の場合、温度センサ17が検出する作動流体の温度に
基づいて、排気流量調節ドア６の切り換えを行なう様に
しているが、必ずしも効果的な調節が行なえないだけで
なく、コンデンサ９で加熱される空気の温度が変動し易
く、乗員に不快感を与え易くなる為、好ましくない。

本考案の排気熱を利用する自動車用暖房装置は、上述の
様な不都合を解消するものである。

（課題を解決する為の手段） 本考案の排気熱を利用する自動車用暖房装置の内、請求
項１に記載された排気熱を利用する自動車用暖房装置
は、自動車用エンジンから排出される排気を流通させる
排気管の途中に、互いに並列に設けられた第一、第二の
排気流路と、第二の排気流路内に設けられた加熱器と、
この加熱器の蒸気出口に一端を接続した蒸気送り出し管
と、第一、第二の排気流路の上流側に設けられ、第二の
排気流路に送り込まれる排気の量を調節する排気流量調
節ドアと、暖房用の空気を流通させるダクト内に配置さ
れ、蒸気入口を上記蒸気送り出し管の他端に接続したコ
ンデンサと、このコンデンサの出口に一端を接続し、コ
ンデンサ内で凝縮液化した作動流体を、上記加熱器に戻
す戻し管と、上記ダクト内に、コンデンサと並列に設け
られたバイパス流路と、このバイパス流路と上記コンデ
ンサとの上流側に設けられ、バイパス流路とコンデンサ
とに流れる空気の割合を調節するエアミックスドアと、
上記ダクト内に通風する為の、速度可変式の送風機とか
ら構成されている。

そして、請求項１に記載された排気熱を利用する自動車
用暖房装置に於いては、上記送風機の速度を表わす信号
に基づいて上記エアミックスドアの移動範囲を制限する
制御器を設け、この制御器は、上記加熱器が稼動状態に
あり送風機の運転速度が低速の場合には、エアミックス
ドアを、上記コンデンサに向かう通路が全開に近い範囲
でのみ変位自在とし、同じく中速の場合には、エアミッ
クスドアを、コンデンサに向かう通路が半開から全開の
範囲でのみ変位自在とし、同じく高速の場合には、エア
ミックスドアを、コンデンサに向かう通路が小開から全
開の範囲で変位自在とする様に構成している。

又、請求項２に記載された排気熱を利用する自動車用暖
房装置は、自動車用エンジンから排出される排気を流通
させる排気管の途中に、互いに並列に設けられた第一、
第二の排気流路と、第二の排気流路内に設けられた加熱
器と、この加熱器の蒸気出口に一端を接続した蒸気送り
出し管と、第一、第二の排気流路の上流側に設けられ、
第二の排気流路に送り込まれる排気の量を調節する排気
流量調節ドアと、暖房用の空気を流通させるダクト内に
配置され、蒸気入口を上記蒸気送り出し管の他端に接続
したコンデンサと、このコンデンサの出口に一端を接続
し、コンデンサ内で凝縮液化した作動流体を、上記加熱
器に戻す戻し管と、上記ダクト内に、コンデンサと並列
に設けられたバイパス流路と、このバイパス流路と上記
コンデンサとの上流側に設けられ、バイパス流路とコン
デンサとに流れる空気の割合を調節するエアミックスド
アとから構成されている。

そして、請求項２に記載された排気熱を利用する自動車
用暖房装置に於いては、上記エアミックスドアの開度に
基づいて上記排気流量調節ドアの切り換えを行なう制御
器を設け、この制御器は、エアミックスドアが上記コン
デンサに向かう通路を十分に開いている場合にのみ、上
記加熱器に排気が送り込まれる状態に排気流量調節ドア
を切り換え可能とする様に構成している。

（作用） 上述の様に構成される本考案の排気熱を利用する自動車
用暖房装置の内、請求項１に記載された考案の場合、送
風機の速度を表わす信号により動作する制御器からの信
号に基づき、エアミックスドアの移動範囲が制限され
る。

即ち、制御器は、加熱器が稼動状態にない場合には、送
風機の運転速度に関係なく、エアミックスドアを全範囲
に亙って変位自在とし、自由な空気調和を行なえる様に
するが、加熱器が稼動状態にある場合には、送風機の運
転速度に応じてエアミックスドアの移動範囲を制限し、
コンデンサ部分での作動流体の放熱が十分に行なわれる
様にする。

即ち、加熱器が稼動状態にある場合で、送風機の運転速
度が低速の場合にはエアミックスドアを、上記コンデン
サに向かう通路が全開に近い範囲でのみ変位自在とし、
低風速にも拘らず、コンデンサに十分量の空気が送り込
まれる様にする。

又、送風機が中速で運転されている場合には、エアミッ
クスドアを、コンデンサに向かう通路が半開から全開の
範囲でのみ変位自在とし、やはりコンデンサに十分量の
空気が送り込まれる様にする。

更に、送風機が高速で運転されている場合には、エアミ
ックスドアを、コンデンサに向かう通路が小開から全開
の範囲で変位自在とする。

次に、請求項２に記載された考案の場合、制御器からの
指令に基づき、エアミックスドアが十分に開き、コンデ
ンサに十分量の空気が送り込まれている場合にのみ、排
気流量調節ドアを、加熱器に排気を送り込む状態に切り
換え可能とする様にしている。

従って、請求項１、２の何れに記載された考案の場合
も、加熱器部分での作動流体の加熱量を、コンデンサ部
分での放熱量以下に抑え、上記作動流体の温度と圧力と
の過度な上昇を防止する事が可能となる。

（実施例） 次に、図示の実施例を説明しつつ、本考案を更に詳しく
説明する。

第１図は請求項１に記載された排気熱を利用する自動車
用暖房装置を示す略断面図、第２図はこの装置の作用を
示すフローチャートである。

第１図に於いて１は、自動車用エンジンから排出される
排気を流通させる排気管で、この排気管１の途中には、
第一、第二の排気流路２、３を、互いに並列に設けてい
る。この内の第二の排気流路３内には、純水等の作動流
体を加熱蒸発させる為の加熱器４を設けており、この加
熱器４の蒸気出口に、蒸気送り出し管５の一端を接続し
ている。

排気管１の途中で、上記第一、第二の排気流路２、３の
上流側には、加熱器４を配置した第二の排気流路３に送
り込まれる排気の量を調節する、排気流量調節ドア６を
設けて、加熱器４での作動流体の加熱量の調節を自在と
している。この排気流量調節ドア６の開度は、アクチュ
エータ15により調節自在であるが、このアクチュエータ
15による排気流量調節ドア６の位置（開度）は、後述す
る制御器22に入力している。

一方、暖房用の空気を流通させるダクト８内には、蒸気
入口を上記蒸気送り出し管５の他端に接続したコンデン
サ９を配置しており、このコンデンサ９の出口に一端を
接続し、途中に貯液器11、仕切弁12を設けた戻し管10の
他端を、前記加熱器４に通じさせて、コンデンサ９内で
凝縮液化した作動流体を、上記加熱器４に戻す様にして
いる。上記仕切弁12の開閉を表わす信号は、やはり後述
する制御器22に入力している。

又、上記ダクト８内にはバイパス流路18が、上記コンデ
ンサ９と並列に設けられており、このバイパス流路18と
コンデンサ９との上流側に、バイパス流路18とコンデン
サ９とに流れる空気の割合を調節するエアミックスドア
19を設けている。このエアミックスドア19の開度は、ア
クチュエータ21により調節自在であるが、アクチュエー
タ21によるエアミックスドア19の開度は、後述する制御
器22により制限される。

更に、ダクト８の途中で、上記エアミックスドア19の上
流側部分には、ダクト８内に通風する為の、速度可変式
の送風機20を設けている。そして、この送風機20の速度
は、やはり次述する制御器22に入力している。

上述の様に、排気流量調節ドア６調節用のアクチュエー
タ15と仕切弁12と送風機20とからの信号を入力し、エア
ミックスドア19駆動用のアクチュエータ21を制御する制
御器22は、前記加熱器４が稼動状態にある場合、即ち、
仕切弁12が開かれ、加熱器４に排気が送り込まれる状態
にある場合には、送風機20の運転速度に応じて、エアミ
ックスドア19の開度を制限する。

即ち、送風機20の運転速度が低速の場合には、エアミッ
クスドア19を、コンデンサ９に向かう通路が全開に近い
範囲でのみ変位自在とする。

又、送風機20の運転速度が中速の場合には、エアミック
スドア19を、コンデンサ９に向かう通路が半開から全開
の範囲でのみ変位自在とする。

更に、送風機20の運転速度が高速の場合にはエアミック
スドア19を、コンデンサ９に向かう通路が小開から全開
の範囲で変位自在とする。

尚、第１図に於いて23は、内気取り入れ口24と外気取り
入れ口25とを切り換える為の内外気切り換えドア、26は
送風機20の下流側に設けられ、稼動時にはダクト８内を
流れる空気を冷却するエバポレータ、27は前記コンデン
サ９と直列に設けられ、冷却水の熱を利用して空気を加
温する為のヒータコア、28は、ダクト８の下流側端部に
設けられた分配チャンバで、ダクト８内で適当な温度に
調整された空気は、この分配チャンバ28に設けた複数の
吹き出し口の内の適当な吹き出し口から、車室内に吹き
出される。

上述の様に構成される、本考案の排気熱を利用する自動
車用暖房装置は、第２図のフローチャートに示した様に
作用する。

先ず、加熱器４が稼動状態にない場合、即ち、仕切弁12
が閉じられ、排気流量調節ドア６が第１図の実線で示す
状態に切り換えられている場合に制御器22は、送風機20
の運転速度に関係なく、エアミックスドア19を全範囲に
亙って変位自在とする。

この結果、エバポレータ26やヒータコア27を適当に作動
させる事で、自由な空気調和を行なえる。この様な状態
は、例えば冷却水の温度が十分に上昇し、ヒータコア27
により十分な暖房が行なえる様になった後や、暖房を行
なわない場合に具現化される。

又、加熱器４が稼動状態にある場合、例えば、冷却水の
温度が未だ上昇しておらず、ヒータコア27によっては暖
房感を得られない場合には、送風機20の運転速度に応じ
てエアミックスドア19の移動範囲を制限し、コンデンサ
９部分での作動流体の放熱が十分に行なわれる様にす
る。

即ち、仕切弁12が開かれると共に排気流量調節ドア６が
第１図の鎖線で示した状態に切り換えられ、加熱器４が
稼動状態にある場合で、送風機20の運転速度が低速の場
合には、エアミックスドア19を、上記コンデンサ９に向
かう通路が全開に近い範囲、例えば全開状態（第１図の
鎖線状態）を12/12とし、全閉状態（同じく実線状態）
を0/12とした場合に、9/12〜12/12の範囲内でのみ変位
自在とする。

この結果、ダクト８内を流れる空気が低風速にも拘ら
ず、コンデンサ９に十分量の空気が送り込まれ、このコ
ンデンサ９内での作動流体の放熱が十分に行なわれる。

又、送風機20が中速で運転されている場合には、エアミ
ックスドア19を、コンデンサ９に向かう通路が半開から
全開の範囲（例えば6/12〜12/12の範囲）でのみ変位自
在とする。この場合も、コンデンサ９には十分量の空気
が送り込まれ、このコンデンサ９内での作動流体の放熱
が十分に行なわれる。

更に、送風機20の運転速度が高速の場合にはエアミック
スドア19を、コンデンサ９に向かう通路が小開から全開
の範囲（例えば4/12〜12/12の範囲）で変位自在とす
る。この場合は、風速が大きい為、エアミックスドア19
の開度が小さくても、コンデンサ９には十分量の空気が
送り込まれ、このコンデンサ９内での作動流体の放熱が
十分に行なわれる。

この結果、送風機20の運転速度に拘らず、加熱器４部分
での作動流体の加熱量が、コンデンサ９部分での放熱量
を越える事がなくなり、上記作動流体の温度と圧力とが
過度に上昇する事がなくなって、作動流体が安全弁から
放出される事を防止出来る。

次に、本考案の排気熱を利用する自動車用暖房装置の
内、請求項２に記載された排気熱を利用する自動車用暖
房装置は、第３図に示す様に構成されている。

本実施例の場合、アクチュエータ21に基づくエアミック
スドア19の開度を制御器29に入力し、上記エアミックス
ドア19の開度に基づいて、排気流量調節ドア６の切り換
えを行なうアクチュエータ15を制御する様にしている。
送風機20の速度信号と仕切弁12の開閉信号とは、必ずし
も制御器29に入力する必要はない。

そして、上記制御器29は、エアミックスドア19がコンデ
ンサ９に向かう通路を十分に開いている場合にのみ、ア
クチュエータ15により排気流量調節ドア６を、第３図の
鎖線で示す状態に切り換え、加熱器４に排気が送り込ま
れる様に作動する。

その他の構成に就いては、前述した第１図の実施例の場
合と同様である為、同等部分には同一符号を付して、重
複する説明を省略する。

上述の様に構成される、本考案の排気熱を利用する自動
車用暖房装置は、第４図のフローチャートに示した様に
作用する。

即ち、制御器29は、エアミックスドア19を駆動する為の
アクチュエータ21からの信号に基づき、エアミックスド
ア19が十分に開いている場合、例えば全開状態（第３図
の鎖線状態）を12/12とし、全閉状態（同じく実線状
態）を0/12とした場合に、エアミックスドア19の位置が
6/12〜12/12の範囲内にある場合には、コンデンサ９に
十分量の空気が送り込まれ、このコンデンサ９での放熱
量が十分に確保されるとして、排気流量調節ドア６を第
３図の鎖線状態に切り換え可能とし、加熱器４に排気を
送り込める様にする。

反対に、エアミックスドア19が十分に開いていない場
合、例えばエアミックスドア19の位置が0/12〜6/12の範
囲内にある場合には、コンデンサ９に十分量の空気が送
り込まれず、このコンデンサ９での放熱量が不十分であ
るとして、排気流量調節ドア６を第３図の実線状態に切
り換え、加熱器４に排気が送り込まれない様にする。

従って、加熱器４部分での作動流体の加熱量が、コンデ
ンサ９部分での放熱量を越える事がなくなり、上記作動
流体の温度と圧力とが過度に上昇する事がなくなって、
作動流体が安全弁から放出される事を防止出来る。

（考案の効果） 本考案の排気熱を利用する自動車用暖房装置は、以上に
述べた通り構成され作用するが、加熱器部分での作動流
体の加熱量を、コンデンサ部分での放熱量以下に抑え、
上記作動流体の温度と圧力との過度な上昇を防止する事
が可能となる為、作動流体が安全弁から放出される頻度
を格段に少なくする（故障でない限りなくす）事が可能
となり、排気熱を利用する自動車用暖房装置の保守が極
めて容易となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は請求項１に記載された排気熱を利用する自動車
用暖房装置を示す略断面図、第２図はこの装置の作用を
示すフローチャート、第３図は請求項２に記載された排
気熱を利用する自動車用暖房装置を示す略断面図、第４
図はこの装置の作用を示すフローチャート、第５図は従
来の排気熱を利用する自動車用暖房装置の１例を示す断
面図である。 1:排気管、2:第一の排気流路、3:第二の排気流路、4:加
熱器、5:蒸気送り出し管、6:排気流量調節ドア、7:自動
車用エンジン、8:ダクト、9:コンデンサ、10:戻し管、1
1:貯液器、12:仕切弁、13:送風機、14:制御器、15:アク
チュエータ、16、17:温度センサ、18:バイパス流路、1
9:エアミックスドア、20:送風機、21:アクチュエータ、
22:制御器、23:内外気切り換えドア、24:内気取り入れ
口、25:外気取り入れ口、26:エバポレータ、27:ヒータ
コア、28:分配チャンバ、29:制御器。

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】自動車用エンジンから排出される排気を流
   通させる排気管の途中に、互いに並列に設けられた第
   一、第二の排気流路と、第二の排気流路内に設けられた
   加熱器と、この加熱器の蒸気出口に一端を接続した蒸気
   送り出し管と、第一、第二の排気流路の上流側に設けら
   れ、第二の排気流路に送り込まれる排気の量を調節する
   排気流量調節ドアと、暖房用の空気を流通させるダクト
   内に配置され、蒸気入口を上記蒸気送り出し管の他端に
   接続したコンデンサと、このコンデンサの出口に一端を
   接続し、コンデンサ内で凝縮液化した作動流体を、上記
   加熱器に戻す戻し管と、上記ダクト内に、コンデンサと
   並列に設けられたバイパス流路と、このバイパス流路と
   上記コンデンサとの上流側に設けられ、バイパス流路と
   コンデンサとに流れる空気の割合を調節するエアミック
   スドアと、上記ダクト内に通風する為の、速度可変式の
   送風機とから成る、排気熱を利用する自動車用暖房装置
   に於いて、上記送風機の速度を表わす信号に基づいて上
   記エアミックスドアの移動範囲を制限する制御器を設
   け、この制御器は、上記加熱器が稼動状態にあり送風機
   の運転速度が低速の場合には、エアミックスドアを、上
   記コンデンサに向かう通路が全開に近い範囲でのみ変位
   自在とし、同じく中速の場合には、エアミックスドア
   を、コンデンサに向かう通路が半開から全開の範囲での
   み変位自在とし、同じく高速の場合には、エアミックス
   ドアを、コンデンサに向かう通路が小開から全開の範囲
   で変位自在とする様に構成した事を特徴とする、排気熱
   を利用する自動車用暖房装置。
2. 【請求項２】自動車用エンジンから排出される排気を流
   通させる排気管の途中に、互いに並列に設けられた第
   一、第二の排気流路と、第二の排気流路内に設けられた
   加熱器と、この加熱器の蒸気出口に一端を接続した蒸気
   送り出し管と、第一、第二の排気流路の上流側に設けら
   れ、第二の排気流路に送り込まれる排気の量を調節する
   排気流量調節ドアと、暖房用の空気を流通させるダクト
   内に配置され、蒸気入口を上記蒸気送り出し管の他端に
   接続したコンデンサと、このコンデンサの出口に一端を
   接続し、コンデンサ内で凝縮液化した作動流体を、上記
   加熱器に戻す戻し管と、上記ダクト内に、コンデンサと
   並列に設けられたバイパス流路と、このバイパス流路と
   上記コンデンサとの上流側に設けられ、バイパス流路と
   コンデンサとに流れる空気の割合を調節するエアミック
   スドアとから成る、排気熱を利用する自動車用暖房装置
   に於いて、上記エアミックスドアの開度に基づいて上記
   排気流量調節ドアの切り換えを行なう制御器を設け、こ
   の制御器は、エアミックスドアが上記コンデンサに向か
   う通路を十分に開いている場合にのみ、上記加熱器に排
   気が送り込まれる状態に排気流量調節ドアを切り換え可
   能とする様に構成した事を特徴とする、排気熱を利用す
   る自動車用暖房装置。