JPH1044746A - 温水式暖房装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 流量制御弁の所定開度位置における熱交換器
吹出空気温度の急激な落ち込みを防止する。 【解決手段】 温水入口１９からの温水の流れを弁体１
３の制御流路１７０の内壁面１７４にて矢印Ｃのごとく
一旦屈曲させた後に、この温水を制御流路１７０のバイ
パス開口部１７２よりバイパス回路５側へ流出させる。
これにより、定差圧弁６の弁体３０に、温水入口１９か
ら高い動圧成分を持った温水流れが直接的に加わること
がなくなり、温水入口１９からの温水の動圧を減少させ
て、温水の流れの流速を平均化した後に、定差圧弁６の
弁体３０部分を温水が通過するので、定差圧弁６のリフ
ト量が過大になることを阻止でき、その結果、流量制御
弁の所定開度位置にて、熱交換器吹出空気温度が落ち込
むのを効果的に抑制できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は温水流量を流量制御
弁により制御して室内への吹出空気温度を調整する温水
式暖房装置に関するもので、自動車用空調装置の温水式
暖房装置に用いて好適なものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、温水式暖房装置を含む自動車用空
調装置の吹出空気の温度制御方式として、暖房用熱交換
器への温水流量を制御して、吹出空気温度を制御する方
式のものが知られている。ところで、自動車用空調装置
においては、上記暖房用熱交換器を含む温水回路に、温
水（エンジン冷却水）を循環させる手段として、走行用
エンジンで駆動されるウオータポンプを使用しているの
で、エンジン回転数の変動とともにウオータポンプの回
転数も変動して、暖房用熱交換器への温水圧力が大きく
変動する。

【０００３】この温水圧力の変動は、熱交換器への温水
流量を変動させるので、熱交換器吹出空気温度を変動さ
せる要因となる。そこで、本発明者らは、先に、特開平
８−６７１２８号公報等において、熱交換器吹出空気温
度の変動を抑制する温水式暖房装置を提案している。こ
の従来の装置は、水冷式の走行用エンジンから供給され
る温水と空気とを熱交換して空気を加熱する暖房用熱交
換器と、エンジンから暖房用熱交換器に供給される温水
流量を制御するための流量制御弁と、暖房用熱交換器を
バイパスして温水を流すバイパス回路とを備えている。

【０００４】そして、このバイパス回路に、エンジンか
ら供給される温水の圧力上昇に応じて、バイパス回路の
開度を増大する圧力応動弁を設け、この圧力応動弁によ
り暖房用熱交換器前後の差圧の上昇（熱交換器への温水
流量の増加）を抑制して、熱交換器吹出空気温度の変動
を抑制するようにしている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記従来装
置に基づいて、本発明者らが図１３に示す弁装置（公知
のものでない）を実際に試作して、実験検討したとこ
ろ、図１４に示すように、流量制御弁開度θが中間開度
位置（開度θ＝７０°程度）に到達したときに、熱交換
器吹出空気温度が急激に落ち込むという現象が発生し
て、熱交換器吹出空気温度、ひいては車室内温度の制御
性が悪化するという問題が生じることが判明した。

【０００６】そこで、本発明は上記点に鑑みて、流量制
御弁の所定開度位置における熱交換器吹出空気温度の落
ち込みを抑制することを目的とする。本発明者らは、上
記した熱交換器吹出空気温度の急激な落ち込み現象が発
生する原因について、試作品の実験検討を通じて考察し
たところ、次の理由であることが判明した。

【０００７】まず、図１３に示す試作品の概略構成を説
明すると、流量制御弁４は回動可能なロータとして構成
された弁体１３を有し、エンジンからの温水を温水入口
パイプ１９より弁体１３に備えられた制御流路１７０を
通して、Ｘ印の方向（紙面下向き方向）に流して、暖房
用熱交換器３に流入させる。この暖房用熱交換器３の出
口から流出した温水を温水入口パイプ２６からハウジン
グ１４内に導入し、このハウジング１４内を経由した後
に、温水出口パイプ２８からエンジン側へ温水を還流さ
せている。

【０００８】また、エンジン回転数が上昇して温水圧力
が高くなると、バイパス回路５に備えた定差圧弁（圧力
応動弁）６の弁体３０が開弁して、温水入口パイプ１９
からの温水の一部を、弁体１３の制御流路１７０を通し
てバイパス回路５側へ逃がすことにより、暖房用熱交換
器３への温水流量の増加を抑制するようにしている。と
ころが、弁体１３の制御流路１７０における温水流れの
形態について精査したところ、以下の現象が発生するこ
とが分かった。すなわち、流量制御弁４の弁体１３が所
定の中間開度位置に到達したときには、図１３に示すよ
うに、温水入口パイプ１９からの温水が弁体１３の制御
流路１７０の入口側開口部１７１およびバイパス側開口
部１７２を通って、略直線的にバイパス回路５側へ速い
流速でもって噴出する。

【０００９】ここで、図１３の矢印Ｙはこのバイパス回
路５側への温水の流れを示すものであり、図１３におけ
る弁体１３の開度θは６０°である。定差圧弁６の弁体
３０は弁体１３に近接して配置されているので、上記し
た噴出温水の動圧（ジェット動圧）が定差圧弁６の弁体
３０に直接的に加わる。これにより、弁体３０のリフト
量（開度）が過大となり、その結果、バイパス回路５を
流れるバイパス側温水の流量が増大する。ここで、本発
明者らの実験、検討によると、噴出温水の動圧により弁
体３０のリフト量が過大となる現象は、弁体３０の弁座
３３と、弁体１３の中心位置との距離Ｌが６０ｍｍ以内
という、条件（両弁４、６が近接配置される形態）の下
で、比較的顕著に発生することが分かった。

【００１０】定差圧弁６の弁体３０下流側には、上記バ
イパス側温水と、暖房用熱交換器３出口から流出した戻
り温水（温水入口パイプ２６からの温水）とが合流する
合流部Ｏが配置されているが、この合流部Ｏにおいて、
バイパス側温水の流量増大によって、暖房用熱交換器３
出口からの戻り温水が堰止められ、暖房用熱交換器３へ
の温水流量が減少する。この結果、図１４に示す熱交換
器吹出空気温度の急激な落ち込みが発生することが分か
った。

【００１１】

【課題を解決するための手段】請求項１〜７記載の発明
では、上記のごとく、弁体（１３）の制御流路（１７
０）のバイパス側開口部（１７２）から噴出する温水の
動圧により圧力応動弁（６）のリフト量が過大になると
いう現象に注目して、圧力応動弁（６）の弁体（３０）
の弁座（３３）と、流量制御弁（４）の弁体（１３）の
中心位置との距離Ｌが６０ｍｍ以内という、両弁（４、
６）が近接配置される形態において、温水入口（１９）
からの温水の流れを弁体（１３）の制御流路（１７０）
にて一旦屈曲させた後に、この温水を制御流路（１７
０）のバイパス開口部（１７２）よりバイパス回路
（５）側へ流出させるという技術的手段を採用する。

【００１２】これにより、流量制御弁（４）の弁体（１
３）に近接配置された圧力応動弁（６）の弁体（３０）
に、温水入口（１９）から高い動圧成分を持った温水流
れが直接的に加わることがなくなり、温水入口（１９）
からの温水の動圧を減少させて、温水の流れの流速を平
均化した後に、圧力応動弁（６）の弁体（３０）部分を
温水が通過するので、圧力応動弁（６）のリフト量が過
大になることを阻止でき、その結果、流量制御弁の所定
開度位置にて、熱交換器吹出空気温度が落ち込むのを効
果的に抑制できる。

【００１３】なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述
する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示すもの
である。

【００１４】

【発明の実施の形態】

（第１実施形態）図１〜図６は本発明の第１実施形態を
示すもので、本発明を自動車用空調装置の温水式暖房装
置に適用した例を示す。図１は温水回路を示すもので、
１は自動車走行用の水冷式エンジン、２はエンジン１に
より駆動されるウオータポンプで、エンジン１の冷却水
回路（温水回路）に水を循環させるものである。３はエ
ンジン１から供給される温水と送風空気とを熱交換し
て、送風空気を加熱する暖房用熱交換器（ヒータコ
ア）、４は流量制御弁で、温水出入口を３つ有する三方
弁タイプのものである。

【００１５】５は暖房用熱交換器３と並列に設けられた
バイパス路、６は定差圧弁（圧力応動弁）であり、その
前後の差圧が予め定めた所定値に達すると開弁するもの
であって、エンジン１の回転数変動によりウオータポン
プ２の回転数が変動しても、暖房用熱交換器３の前後差
圧を一定に近づける役割を果たすものである。７は温度
センサで、熱交換器３が設置される自動車用空調装置の
通風ダクト（ヒータケース）８内において、熱交換器３
の空気下流側で、かつ車室内への各種吹出口（図示せ
ず）の分岐点直前の部位に設置される。この温度センサ
７は、サーミスタよりなり、車室内に吹き出す温風温度
を検出するものである。

【００１６】前記吹出口としては、周知のごとく車室内
の乗員顔部に向けて空気を吹き出すフェイス吹出口、自
動車前面窓ガラスに空気を吹き出して窓ガラスの曇りを
除去するデフロスタ吹出口、乗員の足元に空気を吹き出
すフット吹出口等が設けられている。９は車室内温度制
御の目標温度（乗員の希望温度）を設定するための温度
設定器で、乗員により手動操作可能なスイッチ、あるい
は可変抵抗器等よりなる。１０は外気温度、温水温度、
日射量等の車室内温度制御に関係する環境因子の物理量
を検出するセンサ群である。１１はこれらのセンサ７、
１０及び温度設定器９等からの入力信号に基づいて温度
制御信号を出力する空調制御装置で、マイクロコンピュ
ータ等よりなる。

【００１７】１２はこの空調制御装置１１からの温度制
御信号により制御されるサーボモータで、流量制御弁４
の弁体１３を回転駆動するための弁体作動手段を構成す
る。ここで、弁体作動手段としては、サーボモータ１２
のような空調制御装置１１により制御される電気的アク
チュエータに限らず、周知のレバー、ワイヤ等を用いた
手動操作機構であってもよい。

【００１８】上記弁体１３は本例では樹脂材料にて円柱
状形状に成形され、やはり樹脂にて円筒状に成形された
弁ハウジング１４内に回動可能に配置され、収納されて
いる。従って、弁体１３は回動可能なロータとして構成
されている。上記弁ハウジング１４には、エンジン１か
らの温水が流入する温水入口パイプ１９、この温水入口
パイプ１９から流入した温水を熱交換器３に向けて流出
させる温水出口パイプ２０、及び熱交換器３のバイパス
回路５に向けて温水を流出させるバイパス出口パイプ２
１が一体成形されている。

【００１９】円柱状の弁体１３には、上記各パイプ１
９、２０、２１の開口面積を所定の相関関係を持って調
整する制御流路１７０が形成されている。また、弁体１
３を回動操作するためのシャフト１３ａ（後述の図３参
照）はハウジング１４の外部に突出するようになってお
り、そして、前記したサーボモータ１２のような電気的
アクチュエータ、またはレバー、ワイヤ等を用いた手動
操作機構に連結され、これらの機器により弁体１３を回
動操作できるようにしてある。

【００２０】なお、流量制御弁４により熱交換器３への
温水流量を微少流量に制御する微少能力時（例えば、弁
開度３０°以下、本例では弁開度は最大９５°に設定）
には、温水入口パイプ１９の開口面積及び温水出口パイ
プ２０の開口面積を双方とも絞っている２段絞りの状態
（図１の微少能力時はその２段絞りの状態を模式的に示
す）になっており、かつ温水入口パイプ１９と温水出口
パイプ２０の絞り部の中間（図１のア部）はほぼ全開状
態にあるバイパス出口パイプ２１によって十分大きな開
口面積でバイパス回路５に連通しているので、暖房用熱
交換器３前後の差圧を十分小さくできる。

【００２１】上記した図１では、温水回路を理解し易い
ようにするために、流量制御弁４に対して定差圧弁６を
別体として図示しているが、実際には、流量制御弁４に
バイパス路５および定差圧弁６が一体化されている。す
なわち、共通のハウジング１４内に、流量制御弁４、バ
イパス路５および定差圧弁６が一体に構成されている。
次に、この一体化構造を図２、図３に基づいて具体的に
説明する。

【００２２】図２、図３において、流量制御弁４の弁体
１３は樹脂材料にて円柱状の形状に成形され、弁ハウジ
ング１４もやはり樹脂にて成形されている。弁ハウジン
グ１４は第１収納部１４ａを有しており、この第１収納
部１４ａは図２の紙面垂直方向に略筒状に延びるように
成形されている。この第１収納部１４ａ内に円柱状の弁
体１３が回動可能に配置され、収納されている。

【００２３】また、弁ハウジング１４には、第１収納部
１４ａに隣接して、定差圧弁６を収納する第２収納部１
４ｂが一体成形されている。そして、これら第１、第２
収納部１４ａ、１４ｂの上部開口端部には、図３に示す
樹脂製の蓋板１４ｃがねじ（図示せず）等により脱着可
能に取付られており、この蓋板１４ｃにより第１、第２
収納部１４ａ、１４ｂの上部開口端部が密封されてい
る。

【００２４】上記弁ハウジング１４のうち、第１収納部
１４ａには、エンジン１からの温水が流入する第１温水
入口パイプ１９、この温水入口パイプ１９から流入した
温水を熱交換器３に向けて流出させる第１温水出口パイ
プ２０、及び熱交換器３のバイパス回路５に向けて温水
を流出させるバイパス用開口２１が一体成形されてい
る。

【００２５】ここで、本例では、第１収納部１４ａの円
周面に第１温水入口パイプ１９とバイパス用開口２１と
を、略直交する位置関係で配置するとともに、第１温水
出口パイプ２０は、第１収納部１４ａの軸方向の一端面
（図３の底面側）に配置してある。さらに、第２収納部
１４ｂには、熱交換器３から流出した戻り温水が流入す
る第２温水入口パイプ２６及びエンジン１に温水を戻す
第２温水出口パイプ２８が一体成形されている。従っ
て、熱交換器３のバイパス回路５は第２収納部１４ｂ内
に形成されることになる。

【００２６】定差圧弁６は、バイパス用開口２１を開閉
する弁体３０を有し、この弁体３０には、コイルスプリ
ング（ばね手段）３２のばね力が閉弁方向（図２の下
方）に作用している。このコイルスプリング３２の上端
部は座板２７により支持されており、この座板２７は、
スプリング力により第２収納部１４ｂの内壁面に圧着し
ている。この座板２７の中心部には円筒部２７ａが形成
されており、この円筒部２７ａには弁体３０と一体の軸
部３１の上端部が摺動可能に嵌合して、弁体３０の上下
動を案内する。

【００２７】そして、弁体３０前後の差圧、すなわち、
バイパス用開口２１と第２温水入口パイプ２６との温水
差圧が所定値に達すると、スプリング３２のばね力に抗
して弁体３０が図５の上方へリフトして弁座３３から開
離し、弁体３０が開弁するようになっている。上記のご
とくして、２つの弁４、６は共通のハウジング１４内に
近接配置されており、本例では、円柱状の弁体１３の中
心と、弁体３０が閉弁時に着座する弁座３３との距離Ｌ
は４０ｍｍに設定されている。

【００２８】一方、円柱状の弁体１３の軸方向端部に
は、弁体１３を回動操作するためのシャフト１３ａが一
体に成形されている。このシャフト１３ａは蓋板１４ｃ
を貫通して弁ハウジング１４の外部に突出している。こ
のシャフト１３ａの外部への突出端部に扇形ギヤ１３ｂ
の回転中心部を一体に連結し、この扇形ギヤ１３ｂの外
周部のギヤ面１３ｃに、サーボモータ１２により回転駆
動される減速ギヤ（図示せず）が噛み合い、サーボモー
タ１２の回転動力が扇形ギヤ１３ｂを介してシャフト１
３ａに伝達されるようになっている。

【００２９】４０、４１、４２はゴム等の弾性材からな
るシール部材で、その全体形状は図４に示すように矩形
状に成形されており、その中央部に穴部４０ａ、４１
ａ、４２ａを有している。これらのシール部材のうち、
シール部材４０、４２は弁体１３の外周面と弁ハウジン
グ１４の第１収納部１４ａの内周面との間に配置されて
おり、また、シール部材４１は、弁体１３と第１収納部
１４ａの相互の軸方向の一端面間に配置されている。

【００３０】このシール部材４０、４１、４２は弁体１
３の制御流路１７０を介することなく、直接パイプ１
９、２０、バイパス用開口２１間で温水が流通してしま
うことを防ぐとともに、上記穴部４０ａ、４１ａ、４２
ａと弁体１３の制御流路１７０との連通形状により温水
流路の絞りを構成するものである。本実施形態では、上
記弁体１３の開度（弁体回転角）に応じて、制御流路１
７０により図５に示す所定の相関関係を持って各パイプ
１９、２０、バイパス用開口２１の開口面積Ａ１、Ａ
２、Ａ３を制御するように構成してある。ここで、Ａ１
は第１温水入口パイプ１９の開口面積であり、Ａ２は第
１温水出口パイプ２０の開口面積であり、Ａ３はバイパ
ス用開口２１の開口面積である。

【００３１】この図５に示す相関関係を実現するため
に、上記弁体１３の制御流路１７０とシール部材４０、
４１、４２の穴部４０ａ、４１ａ、４２ａの具体的形状
は図６に示すごとく設定されている。図６（ａ）は図３
の矢印Ｂ方向からみたシール部材４１の穴部４１ａと制
御流路１７０の開口形状を示し、図６（ｂ）は弁体１３
の円周面の展開形状を示し、図６（ｃ）は弁体１３の軸
方向中央位置における断面形状を示している。そして、
図６では、弁体開度を０°から全開の９５°までの９段
階に変化させた場合における、制御流路１７０と各穴部
４０ａ、４１ａ、４２ａとの連通状態の変化を示してい
る。

【００３２】図６（ｂ）、（ｃ）および図２に示すよう
に、弁体１３の円周面には、制御流路１７０の入口側開
口部１７１、１７１ａおよびバイパス側開口部１７２を
配置し、この入口側開口部１７１、１７１ａおよびバイ
パス側開口部１７２により温水入口パイプ１９及びバイ
パス用開口２１の開口面積Ａ１、Ａ３を調整する。この
入口側開口部１７１、１７１ａは、シール部材４０の円
形の穴部４０ａ（図４参照）との連通形状を変化させる
ものであって、入口側開口部１７１は図示のごとき嘴形
状であり、弁体開度が３０°付近を超えると嘴形状の先
端部分から穴部４０ａに連通するようになっている。つ
まり、嘴形状の入口側開口部１７１は、弁体１３が略１
／３（＝３０°／９５°）以上の中間開度にあるとき、
穴部４０ａに連通して温水が流入する。

【００３３】また、この嘴形状の入口側開口部１７１は
図２、図６（ｃ）に図示されているように、バイパス側
開口部１７２と略１８０°反対側の位置に配置さてい
る。これに対し、入口側開口部１７１ａはφ２相当の微
小な円形穴形状であり、弁体開度が０の時（暖房停止
時）にも穴部４０ａに連通するようになっている。この
入口側開口部１７１ａは弁体開度が４０°を若干超える
と、穴部４０ａとの連通を遮断する。

【００３４】また、バイパス側開口部１７２は長方形の
一辺を円弧状にした形状であり、一方、このバイパス側
開口部１７２が連通するシール部材４２の穴部４２ａは
円形の一部に凹部を形成した形状になっており、この穴
部４２ａの凹部は、弁体開度が最大暖房能力位置の開度
（９５°）およびその近傍になったとき、入口側開口部
１７１ａと穴部４２ａとの連通を防止するためのもので
ある。

【００３５】また、弁体１３の軸方向の一端面には、制
御流路１７０の出口側開口部として２個の開口部１７
３、１７３ａ（図６（ａ）、図２参照）を配置し、この
出口側開口部１７３、１７３ａにより温水出口パイプ２
０の開口面積Ａ２を調整する。この出口側開口部１７
３、１７３ａはシール部材４１の穴部４１ａとの連通形
状を変化させるものであって、この穴部４１ａは、図
４、図６（ａ）に示すように、弁体１３の回動中心を通
過する細長形状であり、弁体１３の回動中心部位は一段
と細くした形状にしてある。

【００３６】一方、弁体１３の出口側開口部１７３、１
７３ａは、弁体１３の最大冷房位置（弁体開度＝０°）
において、前記穴部４１ａを中間に挟むように配置され
ている。そして、この２個の出口側開口部１７３、１７
３ａのうち、１つの開口部１７３のみに、弁体１３が微
小流量制御域の回動位置（例えば弁体開度＝４０°以下
の開度位置）にあるとき、穴部２４ａと連通する微小開
口部１７３′を形成している。

【００３７】ところで、制御流路１７０は円柱状の弁体
１３内部を貫通して形成されており、これにより、入口
側開口部１７１、１７１ａをバイパス側開口部１７２お
よび出口側開口部（１７３、１７３ａ）に連通させてい
る。そして、弁体１３が前述の３０°以上の中間開度に
あるときは、制御流路１７０において、温水入口パイプ
１９からの温水の流れを一旦屈曲させた後に、この温水
をバイパス開口２１側へ流出させるようにしてある。

【００３８】このために、具体的は、図２の矢印Ｃに示
すように、温水入口パイプ１９からの温水を嘴状の入口
側開口部１７１を経て制御流路１７０内に流入させ、制
御流路１７０の内壁面１７４に衝突させ、ここで、温水
の流れをバイパス側開口部１７２に向かう方向に鋭角状
に屈曲させている。つまり、温水は入口側開口部１７１
とバイパス側開口部１７２との間で屈曲した流れを形成
するようにしてある。

【００３９】ところで、以上の説明から理解されるよう
に、弁体１３の入口側開口部１７１、１７１ａとシール
部材４０の穴部４０ａとにより、温水入口パイプ１９か
らの温水の絞り部を形成し、弁体１３の出口側開口部１
７３、１７３ａとシール部材４１の穴部４１ａとによ
り、温水出口パイプ２０への温水の絞り部を形成し、弁
体１３のバイパス側開口部１７２とシール部材４２の穴
部４２ａとにより、バイパス用開口２１への絞り部を形
成している。図４、５において、符号Ａ１〜Ａ３はこの
各絞り部の開口面積を示す。

【００４０】なお、図２、３において、暖房用熱交換器
３は、その下方部に温水の入口側タンク３ａを有し、そ
の上方部に温水の出口側タンク３ｂを有しており、そし
てこの上下の両タンク３ａ、３ｂの間に、多数の並列配
置された偏平チューブとコルゲートフィンとからなるコ
アー部３ｃが形成されている。ここで、コアー部３ｃは
入口側タンク３ａから出口側タンク３ｂへの一方向のみ
に温水が流れる一方向流れ（全パス）タイプとして構成
されている。

【００４１】次に、上記構成において作動を説明する。
最大暖房能力時には、流量制御弁４の弁体１３がサーボ
モータ１２または手動操作機構により最大開度の位置
（例えば、弁開度：９５°の位置）まで回動される。こ
れにより、弁体１３の制御流路１７０の入口側開口部１
７１が温水入口パイプ１９のシール部材４０の穴部４０
ａと最大面積で重畳するとともに、制御流路１７０の出
口側開口部１７３、１７３ａが温水出口パイプ２０のシ
ール部材４１の穴部４１ａと最大面積で重畳し、この両
パイプ１９、２０を全開する。一方、制御流路１７０の
バイパス側側開口部１７２はバイパス用開口２１のシー
ル部材４２の穴部４２ａと連通しないので、バイパス用
開口２１は全閉状態となる。

【００４２】その結果、エンジン１からの温水は最大流
量で熱交換器３側に流入して、バイパス回路５には温水
が流れない。これにより、熱交換器３は最大暖房能力を
発揮できる。次に、最大冷房時（自動車用空調装置に冷
房機能が装備されていないときは、送風のみの暖房停止
時となる）には、流量制御弁４の弁体１３がサーボモー
タ１２または手動操作機構により開度零の位置（具体的
には図５、６の弁体開度：０°の位置）まで回動され
る。この開度零の位置では、弁体１３の制御流路１７０
のバイパス側側開口部１７２の大部分がバイパス用開口
２１のシール部材４２の穴部４２ａと重畳してこのバイ
パス用開口２１を開口する。また、制御流路１７０の出
口側開口部１７３、１７３ａが温水出口パイプ２０のシ
ール部材４１の穴部４１ａと連通せず，温水出口パイプ
２０を全閉する。

【００４３】一方、制御流路１７０の入口側開口部１７
１、１７１ａにおいては、図６（ｂ）の最上部に示すよ
うに、入口側開口部１７１ａのみが温水入口パイプ１９
のシール部材４０の穴部４０ａと重畳して連通する。こ
れにより、温水入口パイプ１９を全閉とせず、入口側開
口部１７１ａによりφ２丸穴相当の最小開口面積を設定
する。

【００４４】上記の弁体位置により、温水入口パイプ１
９からバイパス用開口２１への温水の流れを継続できる
ので、温水の流れの急遮断によるウオータハンマ現象の
音の発生を防止できるとともに、φ２丸穴相当以上の開
口面積の確保により流水音の発生も防止できる。また、
温水回路中の鋳砂は通常、φ１以下の微小物であるの
で、上記大きさの最小開口を設定することにより、鋳砂
等の異物による流量制御弁流路の閉塞も十分防止でき
る。

【００４５】次に、微少能力時には、弁体１３が図５の
弁体開度３０°以下の位置に回動されるので、制御流路
１７０の入口側開口部１７１ａと出口側開口部１７３の
微小開口部１７３′が温水入口パイプ１９及び温水出口
パイプ２０の双方の穴部４０ａ、４１ａに対して小面積
で重畳し、温水入口パイプ１９の開口面積Ａ１及び温水
出口パイプ２０の開口面積Ａ２を双方とも絞っている２
段絞りの状態（図１の微少能力時はその２段絞りの状態
を模式的に示す）となり、かつ温水入口パイプ１９と温
水出口パイプ２０の絞り部の中間部（図１のア部）は全
開状態にあるバイパス用開口２１によって十分大きな開
口面積Ａ３でバイパス回路５に連通しているので、この
中間部アの圧力を下げることができる。

【００４６】その結果、暖房用熱交換器３前後の差圧を
十分小さくできるので、弁開度（弁体回転角）の変化に
対する温水流量の変化（最終的には車室内への吹出空気
温度の変化）を、特別小さな開口面積を必要とせずに、
緩やかすることができる。すなわち、吹出空気温度の制
御ゲインを低減できる。この制御ゲインの低減により、
車室内への吹出空気温度をきめ細かく制御できるととも
に、温水入口パイプ１９及び温水出口パイプ２０の開口
面積を特別小さな開口面積に設定する必要がなくなるた
め、鋳砂等の異物による流量制御弁流路の閉塞を十分防
止できる。

【００４７】次に、中間能力時においては、弁体１３が
図５の弁体開度３０°〜６０°の回動範囲にわたって、
回動され、この弁体回動範囲では、温水入口側絞り部開
口面積Ａ１および温水出口側絞り部開口面積Ａ２がほぼ
同等の大きさで増加するとともに、バイパス側絞り部開
口面積Ａ３が次第に減少する。これにより、暖房用熱交
換器３への温水流量を増加させて、吹出空気温度を次第
に高める。

【００４８】このような弁体回動位置においても、上記
２段絞りにより、同様に制御ゲインを低減して、車室内
への吹出空気温度をきめ細かく制御できる。また、絞り
部開口面積の増加により、鋳砂等の異物による流路閉塞
の恐れがなくなるので、この状態では、温水入口側の絞
り部開口面積Ａ１と温水出口側の絞り部開口面積Ａ２を
同等に設定してある。

【００４９】次に、中間能力時〜大能力時においては、
弁体１３が図５の弁開度６０°を越える回動位置から９
５°未満の回動位置にわたって、回動されることによ
り、上記両開口面積Ａ１、Ａ２がさらに増加するととも
に、バイパス側絞り部開口面積Ａ３が減少する。これに
より、暖房用熱交換器３への温水流量をさらに増加させ
て、吹出空気温度を高める。

【００５０】ところで、自動車用空調装置の温水供給源
をなすエンジン１は、自動車の走行条件の変化に伴って
回転数が大幅に変化するので、エンジン１からの温水供
給圧は走行条件の変化により大幅に変化し、これが流量
制御弁４による温水流量制御、ひいては吹出空気温度制
御に対する大きな外乱要素となる。そこで、本実施形態
にあっては、エンジン１からの温水供給圧の変化による
暖房用熱交換器３への温水流量の変動をバイパス回路５
に設けた定差圧弁６により低減するようにしている。つ
まり、定差圧弁６においては、エンジン１からの温水供
給圧が上昇して、弁体３０前後の差圧がスプリング３２
により定まる所定圧より高くなると、弁体３０が図１の
下方へ移動して開弁し、弁体３０と弁座３３との間の隙
間が上記差圧に応じて変動することより、定差圧弁６は
その出入口３６、３７間の圧力差を一定値に維持するよ
うに作用し、これにより、エンジン１の回転数変動によ
る暖房用熱交換器３の吹出空気温度の変動を抑制してい
る。

【００５１】また、本実施形態にあっては、図３に示す
ように流量制御弁４の温水入口パイプ１９に対して、温
水出口パイプ２０を直交配置するとともに、弁体１３に
おいても、制御流路１７０の入口側開口部１７１、１７
１ａに対して出口側開口部１７３、１７３ａを直交配置
して、温水入口パイプ１９からの温水を入口側開口部１
７１、１７１ａを通して制御流路１７０の内壁面１７４
に衝突させた後に、図２の紙面下方側へ方向転換させて
いる。

【００５２】そして、出口側開口部１７３、１７３ａよ
り温水を温水出口パイプ２０側へ流出させている。従っ
て、入口側開口部１７１、１７１ａを通して制御流路１
７０内に流入してくる温水の動圧が直接的に、温水出口
パイプ２０側の流路に加わることがない。そのため、こ
の入口側からの温水の動圧が直接的に、温水出口パイプ
２０側の流路に加わることに起因する、暖房用熱交換器
３への温水流量増加をも抑制できる。

【００５３】従って、エンジン１の回転数上昇により上
記入口側温水の動圧が上昇して、暖房用熱交換器３の吹
出空気温度が上昇することも抑制できる。一方、図７は
前述した図１３に示す試作品（本発明の比較品）と、本
第１実施形態における温水入口パイプ１９からバイパス
回路５に向かう温水流れの形態を比較して示すものであ
り、図７上段の試作品においては、流量制御弁４の中間
開度時（図示の例は弁体開度θ＝６０°のとき）に、温
水入口パイプ１９からの温水が弁体１３の制御流路１７
０の入口側開口部１７１およびバイパス側開口部１７２
を通って、略直線的にバイパス回路５側へ速い流速でも
って噴出する。

【００５４】そして、この噴出温水の動圧（ジェット動
圧）が定差圧弁６の弁体３０に直接的に加わるため、弁
体３０のリフト量（開度）が過大となり、その結果、定
差圧弁６の弁体３０下流側において、上記バイパス側温
水と、暖房用熱交換器３出口から流出した戻り温水（温
水入口パイプ３８からの温水）とが合流する際に、バイ
パス側温水の流量増大によって、暖房用熱交換器３出口
からの戻り温水が堰止められ、暖房用熱交換器３への温
水流量が減少する。

【００５５】このことが原因となって、図１４に示すよ
うに、弁体開度θ＝７０°付近にて、熱交換器吹出空気
温度が急激に落ち込むという減少が発生する。これに対
して、本第１実施形態によれば、図７下段および図２に
示すように、流量制御弁４の中間開度時（図７の例は弁
体開度θ＝６０°付近、図２はθ＝４０°付近）に、温
水入口パイプ１９からの温水を弁体１３の入口側開口部
１７１から制御流路１７０に流入させるとき、制御流路
１７０の内壁面１７４に衝突させて、この温水の流れを
図２の矢印Ｃのごとく鋭角状に屈曲させる。

【００５６】そして、このように流れを一旦屈曲させた
後に、この温水を制御流路１７０を通過して、バイパス
開口部１７２よりバイパス開口２１側へ流出させる。こ
れにより、流量制御弁４の弁体１３に定差圧弁６の弁体
（３０）が近接配置（本例では、図２のＬ寸法＝４０ｍ
ｍ）されていても、定差圧弁６の弁体３０に、温水入口
パイプ１９から高い動圧成分を持った温水流れが直接的
に加わることがなくなり、温水入口パイプ１９からの温
水の動圧を減少させて、温水の流れの流速を平均化した
後に、定差圧弁６の弁体３０部分を温水が通過する。
その結果、定差圧弁６のリフト量が過大になることを阻
止できるため、流量制御弁４の中間開度位置にて、熱交
換器吹出空気温度が落ち込みのを効果的に抑制できる。

【００５７】図８は本発明の実施形態による熱交換器吹
出空気温度と、流量制御弁４の弁体１３の開度θとの関
係を示す実験データであり、実験条件は、エンジン回転
数：７５０ｒｐｍ、熱交換器３の吸込空気温度：１０°
Ｃであり、また、熱交換器３としては前述の一方向流れ
（全パス）タイプのものを用いており、定差圧弁６の弁
体３０の弁座３３と、流量制御弁４の弁体１３の中心位
置との距離Ｌは４０ｍｍである。

【００５８】図８において、は熱交換器３の温水入口
側部分の４か所における吹出空気温度の平均値であり、
は熱交換器３の温水出口側部分の４か所における吹出
空気温度の平均値である。は熱交換器３への温水入口
温度で、は熱交換器３からの温水出口温度である。熱
交換器吹出空気温度は、上記、に示すように、流量
制御弁４の弁体１３の開度θの増加とともに上昇する特
性となり、試作品の場合のように、流量制御弁開度θ＝
７０°付近で急激に落ち込むことがないので、車室内温
度を良好に制御できる。 （第２実施形態）第１実施形態では、本発明による流量
制御弁４、定差圧弁６及びサーボモータ１２を熱交換器
３と別体として構成したが、第２実施形態では、図９、
１０に示すすように、流量制御弁４、定差圧弁６及びサ
ーボモータ１２を熱交換器３に予め一体化している。こ
のように、これらの部材（３、４、６、１２）を一体化
することにより、この一体構造物を通風ダクト（ヒータ
ケース）８に対して一度に組み付けることができ、組付
性を向上できるとともに、熱交換器部分の形状の小型化
を図ることができる。

【００５９】図９、１０において、定差圧弁６、流量制
御弁４部分は、第４実施形態と同じであるので、説明を
省略して、熱交換器３およびサーボモータ１２との結合
関係を説明すると、暖房用熱交換器３のコアー部３ｃは
入口側タンク３ａから出口側タンク３ｂへの一方向（矢
印Ｄ方向）のみに温水が流れる一方向流れ（全パス）タ
イプとして構成されており、コアー部３ｃには、多数の
並列配置された偏平チューブ３ｄとコルゲートフィン３
ｅが備えられている。

【００６０】そして、暖房用熱交換器３の出口側タンク
３ｂの一端と、流量制御弁４の弁ハウジング１４の第２
収納部１４ｂに一体成形された第２温水入口パイプ２６
との間を温水配管５０により接続している。また、弁ハ
ウジング１４の第１収納部１４ａに一体成形された温水
出口パイプ２０は、暖房用熱交換器３の入口側タンク３
ａの一端に直接結合されている。

【００６１】なお、図１０では、サーボモータ１２部分
の図示を省略している。サーボモータ１２の回転は、図
９に示す減速ギヤー機構１２ａを介して、流量制御弁４
の弁体１３のシャフト１３ａに連結された扇形ギヤ１３
ｂに伝達される。以上の構成により、第２実施形態で
は、流量制御弁４に定差圧弁６及びサーボモータ１２等
を一体化しておき、さらにこれらを熱交換器３に一体化
することができる。 （第３実施形態）図１１、１２は第３実施形態を示すも
のであり、第１、第２実施形態との相違点を説明する
と、流量制御弁４の弁ハウジング１４の第１収納部１４
ａにおいて、第１温水出口パイプ２０を円柱状弁体１３
の円周面に対応する位置に設けている。これに伴って、
円柱状弁体１３における出口側開口部１７３を弁体１３
の円周面に設けている。

【００６２】また、本例では、円形の入口側開口部１７
１ａを弁体１３の制御流路１７０の内壁面１７４に対向
するように配置している。このため、円形の入口側開口
部１７１ａからの温水が図１１の矢印Ｄのように制御流
路１７０の内壁面１７４に衝突してから方向転換する。
これにより、２つの入口側開口部１７１、１７１ａから
の温水がいずれも制御流路１７０の内壁面１７４に衝突
して方向転換する流れとなる。そのため、第１温水出口
パイプ２０を円柱状弁体１３の円周面に対応する位置に
設ける配置構成であっても、弁体１３の全開度範囲に
て、入口側温水の動圧が第１温水出口パイプ２０側流路
に直接加わることがない。従って、この入口側温水の動
圧による熱交換器吹出空気温度の変動を抑制できる。 （他の実施形態）なお、本発明は自動車用の温水式暖房
装置に限らず、暖房用熱交換器３に加わる温水圧力が変
動する温水式暖房装置であれば、家庭用等の種々の用途
の暖房装置にも適用できることはもちろんである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態を示す温水回路図であ
る。

【図２】本発明の第１実施形態における流量制御弁と定
差圧弁との一体化構成を示す一部断面上面図である。

【図３】図２のＡ−Ａ矢視断面図である。

【図４】第１実施形態における流量制御弁の弁体部分の
斜視図である。

【図５】第１実施形態における流量制御弁の弁体の開度
特性図である。

【図６】（ａ）は流量制御弁の弁体およびシール部材の
底面側の開口形状を示す底面図、（ｂ）は弁体の円周面
の展開図、（ｃ）は弁体およびシール部材の断面図であ
る。

【図７】第１実施形態と試作品（比較品）において流量
制御弁と定差圧弁での温水の流れ形態を示す断面図であ
る。

【図８】第１実施形態における熱交換器吹出空気温度と
流量制御弁開度との関係を示すグラフである。

【図９】本発明の第２実施形態を示すもので、流量制御
弁部分を一体化した熱交換器の上面図である。

【図１０】図９の一部断面正面図である。

【図１１】本発明の第３実施形態における流量制御弁と
定差圧弁との一体化構成を示す一部断面上面図である。

【図１２】図１１の要部の拡大断面図である。

【図１３】本発明の比較品（試作品）を示す一部断面上
面図である。

【図１４】図１３の比較品における熱交換器吹出空気温
度と流量制御弁開度との関係を示すグラフである。

【符号の説明】

１……エンジン、３……暖房用熱交換器、４……流量制
御弁、５……バイパス回路、６……定差圧弁（圧力応動
弁）、１３、３０……弁体、１４…ハウジング、１９…
温水入口パイプ（温水入口）、２０…温水出口パイプ
（温水出口）、２１…バイパス開口、１７０…制御流
路。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 杉 光 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本電 装株式会社内

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 温水供給源（１）から供給される温水と
   空気とを熱交換して空気を加熱する暖房用熱交換器
   （３）と、 前記温水供給源（１）から前記暖房用熱交換器（３）に
   供給される温水流量を制御する弁体（１３）を有する流
   量制御弁（４）と、 前記暖房用熱交換器（３）をバイパスして温水を流すバ
   イパス回路（５）と、 このバイパス回路（５）に設けられ、前記温水供給源
   （１）から供給される温水の圧力上昇に応じて前記バイ
   パス回路（５）の開度を増大する弁体（３０）を有する
   圧力応動弁（６）とを備え、 前記圧力応動弁（６）の弁体（３０）が閉弁時に着座す
   る弁座（３３）と、前記流量制御弁（４）の弁体（１
   ３）の中心位置との距離Ｌが６０ｍｍ以内になるよう
   に、前記圧力応動弁（６）と前記流量制御弁（４）が近
   接配置されており、 前記流量制御弁（４）は、前記弁体（１３）により前記
   温水供給源（１）からの温水が流入する温水入口（１
   ９）、前記暖房用熱交換器（３）に温水を供給する温水
   出口（２０）、前記バイパス回路（５）に連通するバイ
   パス開口（２１）を備えており、 さらに、前記流量制御弁（４）は、前記弁体（１３）に
   形成した制御流路（１７０）により前記温水入口（１
   ９）から流入する温水を前記温水出口（２０）と前記バ
   イパス開口（２１）に振り分ける３方弁として構成され
   ており、 前記弁体（１３）の制御流路（１７０）において、前記
   温水入口（１９）から流入する温水の流れを一旦屈曲さ
   せた後に、この温水を前記制御流路（１７０）より前記
   バイパス開口（２１）側へ流出させることを特徴とする
   温水式暖房装置。
2. 【請求項２】 前記弁体（１３）の開度（θ）が全開に
   対して１／３以上の中間開度にあるとき、前記温水の流
   れを一旦屈曲させた後に、この温水を前記バイパス開口
   （２１）側へ流出させるようにしたことを特徴とする請
   求項１に記載の温水式暖房装置。
3. 【請求項３】 前記弁体（１３）の制御流路（１７０）
   は、前記温水入口（１９）からの温水が流入する入口側
   開口部（１７１、１７１ａ）と、前記バイパス開口（２
   １）に温水を流出させるバイパス側開口部（１７２）
   と、前記温水出口（２０）に温水を流出させる出口側開
   口部（１７３、１７３ａ）とを有し、 前記入口側開口部（１７１、１７１ａ）と前記バイパス
   側開口部（１７２）との間で、前記温水入口（１９）か
   らの温水が屈曲した流れを形成するようにしたことを特
   徴とする請求項１または２に記載の温水式暖房装置。
4. 【請求項４】 前記弁体（１３）は回動可能な円柱状の
   ロータとして構成されており、 この円柱状の弁体（１３）の円周面に、前記入口側開口
   部（１７１、１７１ａ）と前記バイパス側開口部（１７
   ２）とが形成されており、 前記制御流路（１７０）は前記円柱状の弁体（１３）内
   部を貫通して形成され、前記入口側開口部（１７１、１
   ７１ａ）を前記バイパス側開口部（１７２）および前記
   出口側開口部（１７３、１７３ａ）に連通していること
   を特徴とする請求項３に記載の温水式暖房装置。
5. 【請求項５】 前記円柱状の弁体（１３）の軸方向の一
   端面に前記出口側開口部（１７３、１７３ａ）が形成さ
   れており、 前記円柱状の弁体（１３）を回動可能に収納するハウジ
   ング（１４、１４ａ）の円周面に、前記入口側開口部
   （１７１、１７１ａ）および前記バイパス側開口部（１
   ７２）に対応して、前記温水入口（１９）および前記バ
   イパス開口（２１）が形成されており、 前記ハウジング（１４、１４ａ）の軸方向の一端面に前
   記出口側開口部（１７３、１７３ａ）に対応して前記温
   水出口（２０）が形成されていることを特徴とする請求
   項４に記載の温水式暖房装置。
6. 【請求項６】 前記流量制御弁（４）、前記バイパス回
   路（５）および前記前記圧力応動弁（６）が共通のハウ
   ジング（１４、１４ａ、１４ｂ）内に一体に構成されて
   いることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つ
   に記載の温水式暖房装置。
7. 【請求項７】 水冷式の走行用エンジン（１）を有する
   自動車に搭載され、 前記温水供給源が前記水冷式の走行用エンジン（１）で
   あることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つ
   に記載の温水式暖房装置。