JPH075016B2 - クィックヒータ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、エンジン排熱を利用したクィックヒータに関
し、とくに磁性流体を用いたクィックヒータの改良に関
する。

［従来の技術］ 冬期又は寒冷地では乗車直後すぐ暖まるクィックヒータ
の要求は強い。このクィックヒータについて、従来から
多くの方式が知られている。エンジン始動後のエンジン
排熱を利用するものとしては、ヒートパイプを利用した
もの（たとえば実開昭59−145410号公報）、循環水など
を利用してクィックヒータとするもの、蓄熱槽と兼用し
た蓄熱式のもの（たとえば特開昭56−82619号公報、実
開昭59−146203号公報）などがある。

しかしながら、従来のクィックヒータには以下のような
問題がある。

まず、ヒートパイプを利用したヒータには、ウイック式
では熱抵抗が大きい、最大熱輸送量が少ない、コストが
高い等の問題があり、熱サイフォン式では放熱部が吸熱
部よりも上に位置しなければならないため、設計の自由
度が極めて小さくなる等の問題がある。

また、循環水を利用したヒータには、循環水量が多く必
要であるため循環水の熱容量が大きくなり、急速加熱が
困難であるためクィックヒータとしては適さないという
問題がある。

さらに、蓄熱式のヒータには、蓄熱後長時間放置すると
放熱してしまい、蓄熱量が低下してしまう等の問題があ
る。

そこで、上述のような問題点に着目し、まだ、出願未公
開の段階であるが、先に本出願人により、熱輸送に磁性
流体を用いた、エンジン排熱利用のクィックヒータが提
案されている。この提案により温度の立上りが早くかつ
熱輸送量も容易に多くでき、しかも設計自由度の大き
い、クィックヒータが実現される。

［発明が解決しようとする問題点］ 本発明は、上記先に提案した、磁性流体を熱輸送に用い
る型式のクィックヒータの性能をさらに高めるために、
とくに吸熱側、つまりエンジン排気径路から磁性流体へ
熱を移動させる側の効率を高めることを目的とする。

［問題点を解決するための手段］ この目的に沿う本発明のクィックヒータは、エンジンか
らの排気ガス径路に設けられた吸熱用熱交換手段と、車
室に通じる空気径路に設けられた放熱用熱交換器と、吸
熱用熱交換手段と放熱用熱交換器間を結ぶとともに実質
的に閉ループに形成された磁性流体循環径路と、該磁性
流体循環径路内を循環する磁性流体と、磁性流体循環径
路に沿って設けられ該径路内の磁性流体を駆動可能な磁
界を生成する磁界生成手段と、該磁界生成手段に接続さ
れ該手段を制御する制御装置と、を備えたクィックヒー
タであって、上記吸熱用熱交換手段が、磁性流体とエキ
ゾーストマニホルドの水冷ジャケット内を流れるエンジ
ン冷却水との間で熱交換を行う手段から成っている。

ここで、上記吸熱用熱交換手段は、磁性流体と水冷ジャ
ケット内エンジン冷却水とを直接混合させるとともに、
混合後にエンジン冷却水に対し、磁性流体を分離させる
手段、又は、磁性流体の循環通路とエンジン冷却水の通
水路とが別通路で両通路間で熱交換を行う熱交換器から
なっている。

［作用］ このようなクィックヒータにおいては、磁性流体循環径
路内を循環される磁性流体が、吸熱用熱交換手段側でエ
キゾーストマニホルド内エンジン冷却水との間で熱交換
を行って温度が高められ、その磁性流体循環に伴って熱
輸送が行われ、放熱用熱交換器で空調用空気と熱交換さ
れる。エキゾーストマニホルド部はエンジン始動後最も
迅速に暖められる部分であり、しかもその部分でエンジ
ン冷却水と磁性流体との流体同志の間の効率のよい熱交
換が行われるので、循環される磁性流体が短時間で効果
的に加熱され、効率のよい急速暖房が可能となる。

［実施例］ 以下に、本発明の望ましい実施例を、図面を参照して説
明する。

第１実施例 第１図は、本発明の第１実施例に係るクィックヒータお
よびその周辺機器の全体構成を示しており、第２図はエ
キゾーストマニホルド部周辺を拡大して示している。図
において、１はエンジン本体、２はエキゾーストマニホ
ルド、３はエキゾーストマニホルドを含む、エンジン１
から排出される排気ガスの径路を示している。４は、車
室に通じる空調用の空気径路で、該空気径路４の空気
が、通常のエンジン冷却水による熱交換器５によって暖
められ、暖められた空気が車室内に導かれることにより
通常の暖房が行われる。

エキゾーストマニホルド２は、水冷ジャケット６を有す
る水冷タイプに構成され、水冷ジャケット６内には、エ
ンジン冷却水が、導入パイプ７より導入され、排出パイ
プ８より排出される。このパイプ７、８にはそれぞれ開
閉弁９、10が設けられている。エキゾーストマニホルド
２には、水冷ジャケット６に開口する、磁性流体の導入
口11と、水冷ジャケット６内を通ってきたエンジン冷却
水と磁性流体とを分離する分離装置12とが接続されてお
り、これら一連の装置が、エンジン冷却水と磁性流体と
の間で熱交換を行う吸熱用熱交換手段13を構成してい
る。分離装置12には、磁性流体14を分離装置底面側へと
移動させる磁界を生成するコイル15と、分離装置内磁性
流体を磁性流体循環径路16内へと移動させる磁界を生成
するコイル17と、が設けられている。空調用空気径路４
内には、該径路内の空気と磁性流体との熱交換を行う放
熱用の熱交換器18が設けられている。この熱交換器18と
前述の吸熱用熱交換手段13との間は、実質的に閉ループ
に構成された、パイプからなる磁性流体循環径路16によ
って連結され、該径路内の磁性流体14が該径路に沿って
熱交換手段13、熱交換器18間を循環できるようになって
いる。磁性流体14は、パイプ16と連通するタンク19に溜
められ、必要に応じて必要量だけ循環される。

磁性流体循環径路16に沿って、該径路内に磁界を生成す
る磁界生成手段としてのコイル20が適当数配設されてい
る。コイル20に電流が流れると、その位置に磁性流体14
が吸引（吸着）され、次に隣のコイル20に電流が流れる
と磁性流体14は次の位置に吸引され、この作動を連続さ
せることにより磁性流体14を駆動することができる。し
たがって、コイル20は磁性流体14の駆動に必要な位置の
みに配設すればよく、重力で磁性流体14が径路内を落下
するような位置には設ける必要がない。タンク19部分に
は、タンク用コイル21が設けられ、該コイル21によって
タンク19から磁性流体14の出し入れが行われる。

コイル15、17、20、21への給電は、制御装置としての制
御用コンピュータ22および出力制御部であるリレー23に
よって制御される。24はリレー23に接続された、コイル
用の電源装置である。また、25、26、27は、コンピュー
タ22に室温、エキゾーストマニホルド温、外気温等の情
報を提供するセンサ等である。

上記の装置に用いられる磁性流体14は、通常比重が1.1
〜1.5程度であり、水より重い。磁性流体14の種類は多
いが、そのほとんどはオイル（ケロシン、シリコンオイ
ル、合成油など）ベースの磁性流体であり、水とは純粋
には混合状態とはならない。すなわち、懸濁状となり、
放置すると水と分離する。この懸濁液に磁界を加えると
瞬時に磁性流体と水に分離することができるものであ
る。

上記のように構成された実施例装置の作用について説明
する。

まず、吸熱用熱交換手段13部分についてであるが、エキ
ゾーストマニホルド２の水冷ジャケット６内に磁性流体
14が導入口11より注入される。水冷ジャケット６中でエ
ンジン冷却水と混合された磁性流体14は、重力又は磁界
の力によって分離装置12の中に導びかれる。磁性流体14
は、コイル15によって分離装置12の下部に沈み、次にこ
のコイル15を切り、コイル17に電流を流すことにより磁
性流体14のみ磁界の力によってパイプ16の中を移動して
エンジン冷却水と分離される。

エンジン始動直後（寒いとき）は、バルブ９、10は閉じ
られてエンジン冷却水は循環されない。よってエキゾー
ストマニホルド２はす早く高温になる。磁性流体タンク
19より放出された磁性流体14は、パイプ16の中をコイル
20によって移動しエキゾーストマニホルドでの導入口11
より水冷ジャケット６内に入り、水と懸濁しながら熱交
換する。分離装置12に導かれ、コイル15によって水と分
離され、分離された磁性流体14は、コイル17によってパ
イプ16内に吸引されて移動し、室内空調用熱交換器18を
通って室内空気と熱交換してクィックヒータとなる。

室内温度が上昇してクィックヒータの必要が無くなった
時は、磁性流体14はタンク19に戻され、エンジン冷却水
はバルブ９、10が開けられることによってエキゾースト
マニホルド２内を循環するようになる。

第２実施例 次に第３図に本発明の第２実施例を示す。本実施例にお
いては、吸熱用熱交換手段として、磁性流体の循環通路
とエンジン冷却水の通水路とが完全に別通路で両通路間
で熱交換を行う熱交換器31が用いられている。

エンジン始動後クィックヒータが必要な時はバルブ32、
33を切換え、ポンプ34によってエンジン冷却水をエキゾ
ーストマニホルド35内のみに循環させる。効率よく暖め
られたエンジン冷却水と磁性流体14とが熱交換器31で熱
交換される。クィックヒータが必要ない時はバルブ32、
33をエンジンラジエータの方に回し、エンジン冷却水を
循環させて冷却する。又、触媒コンバータによって高温
の排気ガスが必要な時は、バルブ33を閉め、バルブ32を
開とすることによってエキゾーストマニホルド35内の冷
却水をぬき、排気ガスを高温化することができる。その
他の構成、作用は第１実施例に準ずるので、第１実施例
と同様の部位に第１図と同一の符号を付すことにより、
説明を省略する。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明のクィックヒータによると
きは、磁性流体を利用して排気系の熱量を空調系に輸送
できるようにするとともに、磁性流体への吸熱を、エキ
ゾーストマニホルドのエンジン冷却水との熱交換により
効率よく行わせるようにしたので、流体同志の間で高効
率の熱交換を実現でき、磁性流体の昇温速度を速めて冷
間始動時の急速暖房性能を高めることができるという効
果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例に係るクィックヒータおよ
びその周辺機器の概略構成図、 第２図は第１図の装置のエキゾーストマニホルド周辺部
の拡大断面図、 第３図は本発明の第２実施例に係るクィックヒータおよ
びその周辺機器の概略構成図、 である。 １……エンジン ２、35……エキゾーストマニホルド ３……排気ガス径路 ４……空気径路 ６……水冷ジャケット ７……導入パイプ ８……排出パイプ ９、10、32、33……開閉弁 11……導入口 12……分離装置 13、31……吸熱用熱交換手段 14……磁性流体 15、17……コイル 16……磁性流体循環径路 18……放熱用熱交換器 19……タンク 20……磁界生成手段としてのコイル 21……タンク用コイル 22……コンピュータ 23……リレー 34……ポンプ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】エンジンからの排気ガス径路に設けられた
   吸熱用熱交換手段と、車室に通じる空気径路に設けられ
   た放熱用熱交換器と、前記吸熱用熱交換手段と放熱用熱
   交換器間を結ぶとともに実質的に閉ループに形成された
   磁性流体循環径路と、該磁性流体循環径路内を循環する
   磁性流体と、前記磁性流体循環径路に沿って設けられ該
   径路内の磁性流体を駆動可能な磁界を生成する磁界生成
   手段と、該磁界生成手段に接続され該手段を制御する制
   御装置と、を備えたクィックヒータであって、前記吸熱
   用熱交換手段が、前記磁性流体とエキゾーストマニホル
   ドの水冷ジャケット内を流れるエンジン冷却水との間で
   熱交換を行う手段から成ることを特徴とするクィックヒ
   ータ。
2. 【請求項２】前記吸熱用熱交換手段が、前記磁性流体と
   前記水冷ジャケット内エンジン冷却水とを直接混合させ
   るとともに、混合後にエンジン冷却水に対し磁性流体を
   分離させる手段からなる特許請求の範囲第１項記載のク
   ィックヒータ。
3. 【請求項３】前記吸熱用熱交換手段が、前記磁性流体の
   循環通路と前記エンジン冷却水の通水路とが別通路で両
   通路間で熱交換を行う熱交換器からなる特許請求の範囲
   第１項記載のクィックヒータ。