JPH1128931A - 車両用暖房装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電気部品を用いることなく発熱動作の停止を
行い得るようにした車両用暖房装置を提供すること 【解決手段】 粘性流体を導入する発熱室と、粘性流体
に剪断熱を発生させるべく発熱室の内壁に対応したラビ
リンス溝を形成して回転するロータと、発熱室と熱交換
可能に配設される受熱室を備える暖房用温水加熱器と、
暖房用温水加熱器の受熱室を作動流体の一部とする暖房
用温水回路と、受熱室を流れて加熱された作動流体の熱
を放熱し車室に放出するヒータ放熱器と、暖房用温水回
路中に配設され、温水回路内の作動流体の温度に応じて
発熱室への粘性流体の移動を切り換え制御する水温感知
弁と、を備える車両用暖房装置とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する分野】本発明は、暖房用温水回路内を循
環する作動流体を利用して車両室内の暖房を行う車両用
暖房装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】冷間始動時や寒冷地での通常走行時等に
暖房用温水回路中のエンジンの冷却水が十分に暖まって
いない時の暖房能力を向上する車両用暖房装置として、
従来より粘性流体の剪断力により発生する剪断熱を利用
した熱発生器とエンジンの冷却水とで熱交換を行って冷
却水温度を急激に高める暖房用温水加熱器が提案されて
いる。

【０００３】上記の暖房用温水加熱器は、エンジンに連
動して回転するシャフトと、このシャフトを回転自在に
支承しエンジンに配設される第１ハウジングと、第１ハ
ウジングの内部に形成された発熱室と、上記シャフトの
一端に固定され上記発熱室内に配設されたロータと、第
１ハウジングを外包し発熱室と連通しない冷却水通路を
形成する第２ハウジングとを有し、発熱室を形成する第
１ハウジングの内壁とロータの周壁との隙間をラビリン
ス溝として発熱室に粘性流体を封入したものである。

【０００４】このような暖房用温水加熱器では、冷間始
動時や寒冷地での通常走行時等に、エンジンの回転を伝
達するベルト或いは回転アクチュエータによりロータを
駆動することにより、ラビリンス溝内の粘性流体を発熱
させて発熱室の熱が第１ハウジングを介して冷却水通路
内の冷却水に伝わり、エンジンの燃焼熱による加熱速度
以上に冷却水を暖かくして、車室暖房を急速に行った
り、エンジンの燃焼熱による暖房を補助する。

【０００５】

【本発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述
した暖房用温水加熱器は、車室温度が十分に高くなると
発熱動作を停止させるべくロータの回転を停止する必要
がある。このため、特開平２−２５４０１０号公報に代
表されるように、電磁クラッチを用いてベルト駆動され
るシャフトとプーリーとを断続している。しかし、エン
ジンルーム内における部品の集約化、車体重量の軽量
化、低コスト化を考慮すると、電磁クラッチの占有積や
重量、及び高コスト化が問題となるとともに、電磁クラ
ッチを駆動する交流発電機の出力増加による大型化、及
びバッテリの大型化が問題となる。

【０００６】そこで本発明は、上記問題点を解決すべ
く、電磁クラッチ等の高コストな電気部品を用いること
なく発熱動作の停止を行い得るようにした車両用暖房装
置を提供することを技術的課題とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明は、粘性流体を導入可能な発熱室と、粘性流体
に剪断熱を発生させるべく発熱室の内壁とラビリンス溝
を形成して回転するロータと、発熱室と熱交換可能に配
設される受熱室を備える暖房用温水加熱器と、暖房用温
水加熱器の受熱室を作動流体の一部とする暖房用温水回
路と、暖房用温水回路内に配設され、受熱室を流れて加
熱された作動流体の熱を放熱し車室に放出するヒータ放
熱器と、暖房用温水回路中に配設され温水回路内を流れ
る作動流体の温度に応じて発熱室への粘性流体の移動を
切り換え制御する水温感知弁と、を備える車両用暖房装
置とした。

【０００８】好ましくは、水温感知弁が正確な作動流体
の温度を検出するべく、請求項２に示されるような水温
感知弁の感温部が、暖房用温水回路に囲まれるように形
成されることである。

【０００９】本発明の車両用暖房装置によると、作動流
体の温度が正確に水温感知弁に伝達するように暖房用温
水回路を構成したので、作動流体の温度に応じて水温感
知弁が切り換わる。これにより、電気的な部品を用いる
ことなく粘性流体のラビリンス溝への移動を制御するこ
とが可能になり、装置の小型化及び低コスト化が可能に
なる。

【００１０】また、請求項５に示すように粘性流体を貯
留するリザーバタンクが水温感知弁を介して発熱室の外
周部分と連通することで、暖房用温水加熱器の回転によ
る遠心力で粘性流体を可及的にリザーバタンク内に貯留
することが可能になる。

【００１１】更に、請求項６のようにリザーバタンクが
暖房用温水回路内の作動流体の温度に干渉されるように
構成すると、作動流体によって粘性流体が冷却されるた
めに粘性流体の粘度が向上して剪断力が確保されるの
で、リザーバタンクの容量を小さくしても充分な暖房性
能を得ることが出来る。

【００１２】また、請求項７のように作動流体の暖房用
温水加熱器への入口は暖房用温水加熱器の中心付近に形
成され、作動流体の暖房用温水加熱器からの出口は暖房
用温水加熱器の外周部に形成されるようにした。

【００１３】

【実施の形態】以下、本発明の一実施の形態を図面を参
照して説明する。図１は本実施の形態に係る車両用暖房
装置の構成図である。図２は図１における暖房用温水加
熱器２３の断面図である。

【００１４】本実施の形態の車両用暖房装置は、水冷式
エンジン１１における冷却水回路に暖房用温水回路１３
を接続した車輌に適用され、暖房用温水加熱器２３と、
暖房用温水回路１３と、ヒータ放熱器２２と、を備えて
いる。尚、暖房用温水回路１３内の作動流体は冷却水回
路１２内の冷却水と共用している。すなわち、本実施の
形態では作動流体は冷却水のことである。

【００１５】冷却水回路１２は、クーリングファン４０
と共にベルト４１によって駆動されるウォーターポンプ
１６及びラジエター４３を有しており、ラジエター４３
とエンジン１１との間を冷却前管４４で接続し、更に冷
却前管４４の途中に配設されたサーモスタット４５と戻
り管４６との間をバイパス管４７によって接続してい
る。サーモスタット４５は冷却水の温度が低い時には冷
却水をバイパス管４７側に流し、冷却水の温度が高いと
きにはラジエター４３に冷却水を流す。ラジエター４３
を冷却するクーリングファン４０はエンジン１１の駆動
軸からベルト４１を介して回転駆動している。

【００１６】暖房用温水加熱器２３は、粘性流体（本実
施の形態ではシリコンオイルとする）を導入可能な発熱
室３０と、粘性流体に剪断熱を発生させるべく発熱室３
０の内壁に対応したラビリンス溝３５を形成して回転す
るロータ３１と、発熱室３０と熱交換可能に配設される
受熱室３２と、を備えている。

【００１７】暖房用温水回路１３は、暖房用温水加熱器
２３の受熱室３２を作動流体の一部として形成されてお
り、ヒータ放熱器２２及び暖房用温水加熱器２３を有
し、エンジン１１と暖房用温水加熱器２３との間には、
ヒータバルブ４８を有し且つ導出管２６で接続し、暖房
用温水加熱器２３とヒータ放熱器２２との間を中間管２
７で接続し、ヒータ放熱器２２を介する冷却水を接続用
管２８を介して戻り管１９の冷却水に合流させている。
また、暖房用温水回路１３中には、温水回路１３内を流
れる作動流体（冷却水）の温度に応じて発熱室３０への
粘性流体の移動を切り換え制御する水温感知弁２４が配
設されている。

【００１８】ヒータ放熱器２２は、暖房用温水回路１３
内に配設されており、受熱室３２を流れて加熱された作
動流体の熱を放熱し車室に放出する。

【００１９】水温感知弁２４は、水温を感知する感温部
２４ａが、暖房用温水回路１３に囲まれるように配設さ
れており、後述するように、暖房用温水回路１３内を流
れる作動流体の温度に応じて暖房用温水加熱器の作用が
変化する。尚、水温感知弁２４はワックス式のものを用
いるものとし、サーモスタット４５と同タイプの弁を用
いるとする。

【００２０】本実施の形態では、粘性流体を貯留するリ
ザーバタンク１４は水温感知弁２４を介して発熱室３０
の外周側部分と連通している。したがって、水温感知弁
２４が閉じているときには作動流体はラビリンス溝３５
内には導入されない。

【００２１】また、リザーバタンク１４は、暖房用温水
回路の側部に配設されており、暖房用温水回路内の作動
流体の温度に干渉されるように構成される。

【００２２】次に作動について説明する。エンジン１１
を冷却する冷却水はウォーターポンプ１６により冷却水
流路及びラジエター４３を還流している。冷却水流路の
途中に配設されるサーモスタット４５の働きにより、冷
却水の水温が低いときにはバイパス管４７に冷却水を流
し、冷却水の水温が高いときにはラジエター４３に冷却
水を流す。

【００２３】この冷却水の流路とは別に暖房用温水回路
１３の流路がエンジン１１からウォーターポンプ１６へ
と配設されている。ヒータ放熱器２２にはサブファン２
９が配設されている。

【００２４】エンジン１１に固設されるケース１９は内
部にそれぞれ隔壁を有しており、受熱室３２及び発熱室
３０を形成している。ケース１９には冷却水入口５及び
冷却水出口７が形成されている。隔壁の内周部にはラビ
リンス溝３５が形成されている。シャフト１の一方はケ
ース１９に対してベアリング３及びオイルシール４を介
して回転可能に支承されている。またシャフト１の一端
にはロータ３１が配設されておりロータ３１の周縁部両
面には隔壁内周部のラビリンス形状に対応したラビリン
ス溝３５が形成されている。隔壁のラビリンス形状と周
縁部のラビリンス溝３５は、僅かな隙間を介して係合し
ている。尚、シャフト１にはベルト４１が掛止されるプ
ーリ２が装着されている。

【００２５】以上の構成において、運転者の操作によ
り、図示しない暖房装置のスイッチがオンになると、ヒ
ータバルブ４８が開いてエンジン１１の冷却水が暖房用
温水回路１３の流路を流れる。この冷却水は熱交換器、
ヒータ放熱器２２を通ってウォーターポンプ１６へと流
れる。冷却水がヒータ放熱器２２を流れる際にサブファ
ン２９により外気に熱を放出し、この外気が車室内に導
入されることで車室内が暖房される。

【００２６】冷却水の温度が低く暖房装置の効きが悪い
場合では水温感知弁２４が開いており、粘性流体がラビ
リンス溝３５に導入される。これによりシャフト１の一
端に形成されたロータ３１が回転して、発熱室３０内に
封入された粘性流体のうちラビリンス溝３５内の粘性流
体にはロータ３１の回転数に比例した剪断力が加わる。
したがって、ラビリンス溝３５内の粘性流体は内部エネ
ルギーの増加と摩擦熱とにより発熱する。発熱室３０で
発生した熱は隔壁を介して受熱室３２を流れる冷却水に
伝導する。そして、発熱室３０内で発生した熱を与えら
れた受熱室３２内を流れる冷却水は、熱交換フィン９の
作用により水温が上昇してヒータ放熱器２２に流れるた
め、外気へより多くの熱が放出され、暖房能力が向上す
る。

【００２７】しかし、暖房用温水回路１３を流れる冷却
水の水温が設定値（エンジン、車両によって異なるが大
体８０℃）以上になると、水温感知弁２４の感温部２４
ａが膨張することにより水温感知弁２４が閉じて、ラビ
リンス溝３５には粘性流体が供給されなくなる。これに
より粘性流体はリザーバタンク１４に貯留され、ラビリ
ンス溝３５では剪断熱による発熱はおこらず、ロータ３
１の回転に係わらず暖房用温水加熱器２３が発熱動作を
しなくなる。従って、粘性流体がリザーバタンク１４に
移動した後にはエンジン１１の熱のみによる暖房が行わ
れることになる。これにより、車室内が充分暖房された
と推定される条件の下ではエンジン駆動力を余分に消費
することがなく、効率よくエンジン１１を駆動する。

【００２８】本実施の形態では、冷却水入口５からの冷
却水が水温感知弁２４側にも流れ込むように仕切り板１
５が設けられており、全ての熱交換フィン９により冷却
水を暖めることができる。

【００２９】更に、粘性流体が貯留されるリザーバタン
ク１４は暖房用温水回路１３中の暖房用温水加熱器内に
配設されるので、冷却水によりリザーバタンク１４内の
粘性流体が冷却される。これによって粘性流体の粘度が
向上するので剪断熱が確保されて、小さな容量で十分な
ヒータ性能を得ることも可能になる。これによりリザー
バタンク１４を小型化することができる。

【００３０】図３に本発明の別の実施の形態を示す。図
３において図２と共通の構成には同符号を付し、説明を
省略する。図３は図２に対してパワステポンプ２０を設
けてタンデム化した場合の暖房用温水加熱器の断面図で
あり、図２との構成上の違いはパワステポンプ２０のみ
である。

【００３１】本実施の形態によると、水温感知弁２４を
暖房用温水回路１３の流路中に設けたことにより、電磁
クラッチ等の電気部品を用いることなく粘性流体の切換
が可能になり、装置の小型化及び低コスト化を実現する
ことが出来る。

【００３２】更に本実施の形態では、作動流体の暖房用
温水加熱器への入口５が暖房用温水加熱器の回転中心付
近に形成され、作動流体の暖房用温水加熱器からの出口
７は暖房用温水加熱器の外周部に形成される。

【００３３】

【効果】本発明によると、作動流体の温度が正確に水温
感知弁に伝達するように暖房用温水回路を構成したの
で、作動流体の温度に応じて水温感知弁が切り換わる。
これにより、電気的な部品を用いることなく粘性流体の
発熱室への移動を制御することが可能になり、装置の小
型化及び低コスト化が可能になる。

【００３４】また、リザーバタンクを径方向外側に配設
しないので、エンジンの径方向寸法を小さくすることが
出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施の形態に係る車両用暖房装置の構成図で
ある。

【図２】図１における暖房用温水加熱器の断面図であ
る。

【図３】別の実施の形態に係る暖房用温水加熱器の断面
図である。

【符号の説明】

１・・・シャフト ２・・・プーリ ３・・・ベアリング ４・・・オイル
シール ５・・・冷却水入口 ７・・・冷却水
出口 ９・・・熱交換フィン ３５・・・ラビ
リンス部 １３・・・暖房用温水回路 １４・・・リザ
ーバタンク １６・・・ウォーターポンプ １９・・・ケー
ス ２０・・・パワステポンプ ２２・・・ヒー
タ放熱器 ２３・・・暖房用温水加熱器 ２４・・・水温
感知弁

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 粘性流体を導入可能な発熱室、粘性流体
   に剪断熱を発生させるべく前記発熱室の内壁に対応した
   ラビリンス溝を形成して回転するロータ、前記発熱室と
   熱交換可能に配設される受熱室を備える暖房用温水加熱
   器と、 該暖房用温水加熱器の受熱室を作動流体の一部とする暖
   房用温水回路と、 該暖房用温水回路内に配設され、受熱室を流れて加熱さ
   れた作動流体の熱を放熱し車室に放出するヒータ放熱器
   と、 前記暖房用温水回路中に配設され、温水回路内を流れる
   作動流体の温度に応じて前記発熱室への粘性流体の移動
   を切り換え制御する水温感知弁と、 を備える車両用暖房装置。
2. 【請求項２】 前記水温感知弁は水温を検知する感温部
   を有し、該感温部が前記暖房用温水回路に囲まれるよう
   に形成されることを特徴とする、請求項１の車両用暖房
   装置。
3. 【請求項３】 作動流体が所定温度より低いときには前
   記水温感知弁により前記発熱室への粘性流体の導入が止
   められ、作動流体が所定温度以上のときには前記水温感
   知弁により前記発熱室に粘性流体が導入されることを特
   徴とする、請求項１及び請求項２の車両用暖房装置。
4. 【請求項４】 前記水温感知弁の感温部は所定温度以上
   になると膨張し、所定温度より低くなると元に戻ること
   により、粘性流体の移動の切換制御を行うことを特徴と
   する、請求項３の車両用暖房装置。
5. 【請求項５】 前記粘性流体を貯留するリザーバタンク
   は前記水温感知弁を介して前記発熱室の外周側部分と連
   通することを特徴とする、請求項１乃至請求項４の車両
   用暖房装置。
6. 【請求項６】 前記リザーバタンクが前記暖房用温水回
   路内の作動流体の温度に干渉されるように構成されるこ
   とを特徴とする、請求項１乃至請求項５の車両用暖房装
   置。
7. 【請求項７】 作動流体の前記暖房用温水加熱器への入
   口は前記暖房用温水加熱器の中心付近に形成され、作動
   流体の前記暖房用温水加熱器からの出口は前記暖房用温
   水加熱器の外周部に形成されることを特徴とする、請求
   項１乃至請求項６の車両用暖房装置。