JP2002031089A - 流体加熱装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 車両への搭載性等を考慮して、軽量化を図る
上で有効な流体加熱装置を提供する。 【解決手段】 ポンプハウジング１１内でロータ２０を
回転することにより吸入口から流入される流体を加圧し
て吐出側へ圧送し、吐出側に設けられた絞り弁にて圧送
流体にブレーキを付与することによって、流体を加熱す
る流体加熱装置において、ポンプハウジング１１におけ
る、リヤハウジング１１Ｒを樹脂製にするとともに、そ
のリヤハウジング１１Ｒに設けた止まり穴からなる軸受
部１８によってロータ２０と一体化された駆動軸２２の
他端を回転可能に支持した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、流体を加熱する流
体加熱装置に係り、詳しくはタービンポンプ型の流体加
熱装置において合理的に流体の加熱を行う技術に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】例えば、米国特許第３，７２０，３７２
号公報には、タービンポンプ型の流体加熱装置が開示さ
れている。この種の流体加熱装置は、流体を圧送するポ
ンプと、ポンプの吐出側の流体絞り手段とを用いること
によって流体の温度を上昇させる（加熱する）ものであ
って、ハウジングによって形成される作動室内において
複数のブレードを備えたロータを回転することによっ
て、吸入口から吸入される流体を加圧して吐出側へ圧送
する一方、吐出側に備えられた絞り弁によって、圧送流
体にブレーキを付与するように構成されている。これに
より、吸入口から吸入した流体を吐出口から吐出する過
程で、ロータに付与される動力は流体を圧送するポンプ
仕事と、流体への動力損失の結果として生ずる熱とに変
換される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記構成による流体加
熱技術は、簡単な構成において、流体を移送する流体移
送機能と、流体を加熱する流体加熱機能の両方の機能を
もたらすことができるという点において極めて有効であ
る。ところで、上記の流体加熱装置は、車両用空調シス
テムにおける冷却液循環回路に組み込まれ、暖房に利用
している。このことから、車両への搭載性を考慮した場
合、ポンプ重量は可及的に軽量であることが好ましく、
またそれ自体の取り扱い性を考慮しても軽量であること
が好ましい。しかしながら、従来の流体加熱装置では、
このような観点からの配慮がなされていない。

【０００４】そこで、本発明は、車両への搭載性等を考
慮して、軽量化を図る上で有効な流体加熱装置を提供す
ることを、その目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を達成するた
め、本発明に係る流体加熱装置は、特許請求の範囲の各
請求項に記載の通りの構成を備えた。ここで、各請求項
及び発明の詳細な説明に記載した用語については、特に
限定的要件を加えない限り以下のように解釈する。 （１）「流体」には、減熱剤（冷却水や潤滑油等）又は
作動油のみならず熱伝導可能な各種の流体が含まれる。

【０００６】請求項１に記載の流体加熱装置において
は、ハウジング内に収容されたロータが回転する際に、
流体絞り手段によって流体の吐出側を絞ることで、流体
の内部エネルギーが高められ、該流体が加熱される。こ
こで、請求項１に記載の発明によれば、フロント側とリ
ヤ側とに分割されるハウジングのうちの少なくとも一方
を樹脂製とすることによって、その軽量化が達成され
る。このことにより、流体加熱装置を車両用空調システ
ムにおける暖房に用いた場合の車両への搭載性及びそれ
自体の取り扱い性を向上できる。また、樹脂は、例えば
アルミに比べて断熱性が高く、従って、ハウジングを樹
脂製とすることによって、軽量化を図りつつ、加熱され
た流体の熱が外部へ放熱することを抑制することができ
る。

【０００７】ところで、流体加熱装置の場合、ハウジン
グには吸入口と吐出口とを仕切るためのストリッパと呼
ばれる仕切隔壁が備えられている。そして、この仕切隔
壁と、作動室内を回転するロータとのクリアランスは、
流体の流出を抑える意味で小さく設定されている。従っ
て、請求項２に記載の発明によれば、駆動軸の一端をフ
ロント側のハウジングで軸受を介して支持することに加
え、他端を樹脂製のリヤハウジングに備えた軸受部によ
って支持する構成としたので、駆動軸及びそれに止着さ
れたロータの傾きを抑え、ロータがハウジングの内壁
面、特にストリッパに対して干渉しないように設定する
ことができる。

【０００８】また、請求項３に記載の発明によれば、リ
ヤハウジングに形成される軸受部を止まり穴によって構
成したものであり、リヤハウジングと軸受部が一体で加
工できるので、加工精度の良い安価な軸受構造を提供で
きる。また、請求項４に記載の発明によれば、作動室内
の流体を軸受部に導入通路を経て導入する構成としたの
で、摺動面に流体の膜を形成して耐摩耗性を向上するこ
とができる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の流体加熱装置の
構成を図１〜図３を用いて説明する。ここで、図１は車
両用空調システムにおける冷却液循環回路の概略構成を
示す図である。図２は本発明の一実施の形態に係る流体
加熱装置の加熱用ポンプを示す横断面図である。また、
図３は図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。

【００１０】図１に示すように、車両のエンジンＥは、
ウォータジャケット５０と、そのウォータジャケット５
０へ冷却液（エンジンクーラント）を圧送するウォータ
ポンプ５２とを備えている。冷却液は、例えば水とエチ
レングリコール等とからなる不凍液である。この冷却液
の循環回路は、エンジンＥの他に、ラジエータ６、サー
モスタット弁７、ヒータコア８、電磁バルブ８ａ、逆止
弁９及び流体加熱装置Ｈ、並びに、それらをつなぐ複数
の配管１〜５によって構成されている。これら配管は、
ウォータジャケット５０の下流側にあたる三つの配管
１，２，３と、ウォータジャケット５０の上流側にあた
る二つの配管４，５とに大別される。配管４は、ラジエ
ータ６及びサーモスタット弁７を経由してウォータポン
プ５２に戻る流入側の径路を構成する。配管５は、電磁
バルブ８ａ及びヒータコア８を経由してウォータポンプ
５２に戻る流入側の径路を構成する。配管１は、ウォー
タジャケット５０からサーモスタット弁７に至る流入側
の径路を構成する。つまりサーモスタット弁７は、配管
１と配管４との分岐点に設けられている。配管２は、ウ
ォータジャケット５０を逆止弁９を経由して両配管４，
５につなぐ流出側の径路を構成する。配管２及び３は、
ウォータジャケット５０と配管４，５との間において並
列関係にある。

【００１１】ウォータポンプ５２は、エンジンＥのクラ
ンク軸（出力軸）にＶベルト等を介して作動連結されて
おり、エンジンＥの駆動力を利用して作動する。ウォー
タジャケット５０の入口近傍に配設されたウォータポン
プ５２は、配管１，４，５を経由して帰還する冷却液を
ウォータジャケット５０内へ圧送する。この圧送力こそ
が冷却液が循環回路を流通する際の主たる駆動力とな
る。

【００１２】ラジエータ６は、冷却液から外気への放熱
用熱交換器として機能する。サーモスタット弁７は、配
管１又は４を経由してエンジンＥから流れてきた冷却液
の温度を検出し、その検出温度に応じて配管１及び４の
いずれか一方をウォータポンプ５２に連通させる。つま
りサーモスタット弁７での検出温度が設定温度（例えば
８０℃）未満の場合には、配管１をウォータポンプ５２
に接続して冷却液の循環回路を短絡させ、エンジン廃熱
による冷却液の昇温を図る。他方、サーモスタット弁７
での検出温度が設定温度以上の場合には、配管４をウォ
ータポンプ５２に接続することで配管１経由の回路短絡
を中止して冷却液の降温を図る。なお、ラジエータ６、
サーモスタット弁７及び配管４は、その他の回路要素及
び配管とともに冷却液を選択的に冷却するためのエンジ
ン冷却回路を構成する。

【００１３】ヒータコア８は、配管５を流れる冷却液の
熱量を利用して車室内の空気を暖める暖房用熱交換器と
して機能する。電磁バルブ８ａは、車両用空調システム
の冷暖房の状況に応じてエンジンＥからヒータコア８へ
冷却液の供給及び遮断を制御するＯＮ／ＯＦＦ弁（単純
開閉弁）である。尚、ヒータコア８、電磁バルブ８ａ及
び配管５は、その他の回路要素及び配管とともに、車両
用空調システムの暖房回路を構成する。

【００１４】逆止弁９は、ウォータジャケット５０から
配管４及び５に向かう流出方向の流れのみを許容する。
逆止弁９は主に、サーモスタット弁７により配管１経由
の流出が止められた状況の下（つまりラジエータ６の有
効時）、配管３経由の流出量が大きく絞られたときに開
弁し、配管４及び／又は５における冷却液の流通を常時
確保する。

【００１５】タービンポンプ型の流体加熱装置Ｈは、図
１に示すように、配管３に沿って直列に設けられた加熱
用ポンプ１０と絞り弁４０（本発明の流体絞り手段に対
応している）とによって構成されている。そして、両者
の協働により、ポンプ的機能と加熱装置的機能とのバラ
ンスをとりながら二つの能力を同時に（又は選択的に）
発揮することができる。

【００１６】次に、加熱用ポンプ１０の内部構造につい
て図２及び図３を参照しながら詳細に説明する。図２及
び図３に示すように、加熱用ポンプ１０は、ポンプハウ
ジング１１及びポンプハウジング１１内において回転す
るロータ２０等により構成されている。ポンプハウジン
グ１１は、軸方向において３つに分割されたフロント、
センタ及びリヤのハウジング１１Ｆ，１１Ｃ、１１Ｒか
らなり、センタハウジング１１Ｃには、本発明の流体と
しての冷却液を吸入する吸入口１３、吸入した冷却液を
ロータ２０を介して吐出する吐出口１４が設けられ、ま
た、センタハウジング１１Ｃ及びリヤハウジング１１Ｒ
には、吸入口１３と吐出口１４とを仕切るストリッパ１
５が設けられている。なお、フロントハウジング１１Ｆ
及びセンタハウジング１１Ｃが本発明でいうフロント側
のハウジングに対応する。

【００１７】また、ポンプハウジング１１には、ロータ
２０を収容する箇所に略環状の作動室２５が形成され、
この作動室２５は、吸入口１３を介して配管３の上流側
に連結されるとともに、吐出口１４を介して配管３の下
流部（又は絞り弁４０）に連結されている。作動室２５
内には、一体化された駆動軸２２及びロータ２０が配設
されている。駆動軸２２の一端はセンタ及びフロントハ
ウジング１１Ｃ，１１Ｆを貫通するとともに、フロント
ハウジング１１Ｆに軸受１２を介して回転可能に支持さ
れている。駆動軸２２の貫通端部にはフロントハウジン
グ１１Ｆの外側においてプーリ１６がスプライン嵌合さ
れるとともに、連結ボルト１７によって固着され、この
プーリ１６はＶベルト（図１参照）等を介してエンジン
Ｅのクランク軸（出力軸）に作動連結されている。

【００１８】また、駆動軸２２の他端はリヤハウジング
１１Ｒに設けられた軸受部１８によって支持されてい
る。すなわち、リヤハウジング１１Ｒは、樹脂製、例え
ばポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）製であって、
駆動軸２２の他端部を回転可能に支持する軸受部１８を
備えている。この軸受部１８は円形の止まり穴によって
形成され、駆動軸２２の外周面に対して滑り接触する、
いわゆる滑り軸受を構成している。また、リヤハウジン
グ１１Ｒには、作動室２５内の冷却液を軸受部１８に潤
滑用として導入する導入通路１９が形成されている。

【００１９】前記ロータ２０は円板状に形成され、ロー
タ本体２４の両面側には等間隔に配置された羽根部材と
しての複数（本実施の形態では１４個）のブレード２１
が立設されている。このブレード２１は、ロータ本体２
４の回転中心側から放射状に延びる板片状で、このブレ
ード２１間には凹状の溝部２３が形成されている。

【００２０】上記構成の加熱用ポンプ１０において、エ
ンジンＥの駆動力を利用して駆動軸２２及びロータ２０
が回転することで、そのポンプ的作用により、吸入口１
３から吸入された冷却液が作動室２５内を巡って吐出口
１４から吐出される。すなわち、ロータ２０の回転によ
って、該ロータ２０と対向するポンプハウジング１１
（センタ及びリヤハウジング１１Ｃ，１１Ｒ）に形成さ
れる断面半円形状の溝部１１ａと、ロータ２０の溝部２
３とで形成される領域に、図３の矢印で示すような流れ
（二次渦流）が形成される。そして、各溝部２３に形成
される流れと作動室２５内の冷却液の主流との合流が繰
り返されることで、冷却液の圧力が徐々に増幅される。
この意味で加熱用ポンプ１０は、前記ウォータポンプ５
２と同様の流体移送機能を有し、ウォータポンプ５２を
補助する補助ポンプとしての役目を果たし得る。なお、
加熱用ポンプ１０が作動する際には、ポンプハウジング
１１のストリッパ１５とロータ２０の溝部２３との間に
隙間が形成され、この隙間を介して相対的に高圧な吐出
口１４から相対的に低圧な吸入口１３に向けて冷却液の
内部漏洩（内部リーク）が生じ、これにより加熱用ポン
プ１０での発熱が促進される。

【００２１】更に、加熱用ポンプ１０は流体移送機能に
加え、流体加熱機能をも有する。すなわち、加熱用ポン
プ１０は、例えば作動室２５の内径とロータ２０の外径
との差を微少化する等、冷却液の流通経路を構成する部
材又は部位間に流通抵抗となる隙間を確保するように構
成されており、これによりロータ２０の回転時には作動
室２５の冷却液にポンプ仕事が付与され、冷却液の内部
エネルギーの高まりによる発熱を生じる。従って、プー
リ１６から駆動軸２２及びロータ２０に付与される動力
は、ロータ２０が冷却液の強制圧送のためになす仕事
と、動力損失の結果として生じる熱とに変換される。ま
た、加熱用ポンプ１０の吐出口１４の下流に設けられた
絞り弁４０の弁開度を絞り冷却液を流れにくくすること
で、ロータ２０で圧送された冷却液にブレーキ力を付与
し、冷却液の発熱効果を高めることができる。従って、
加熱用ポンプ１０によって冷却液を加熱することができ
る。

【００２２】なお、上記流体移送機能と上記流体加熱機
能とは互いに相反するため、絞り弁４０による冷却液の
絞り度を大きくすると、冷却液をより高温に加熱するこ
とができるが、この場合には冷却液の移送量は低下す
る。一方、絞り弁４０による冷却液の絞り度を小さくす
ると、比較的多くの冷却液を移送することができるが、
この場合には冷却液の温度は上昇しにくくなる。

【００２３】上記のように作動する流体加熱装置におい
て、本実施の形態では、ポンプハウジング１１のうち、
リヤハウジング１１Ｒを樹脂化するとともに、そのリヤ
ハウジング１１Ｒに設けた軸受部１８によって駆動軸２
２の他端を回転可能に支持する構造としている。すなわ
ち、リヤハウジング１１Ｒは樹脂化することで軽量化さ
れている。因みに、軽量材料として知られているアルミ
の比重は、２．７であるのに対し、樹脂の比重は、１．
３〜２以下であり、従って、リヤハウジング１１Ｒの樹
脂化は、加熱用ポンプ１０の軽量化に大きく役立つ。し
かも、樹脂製であるが故に、アルミ製に比べると、断熱
性が高く、加熱後における流体の放熱を抑制することが
できる。

【００２４】また、リヤハウジング１１Ｒに駆動軸２２
の他端部を支持する軸受部１８を設けたことによって、
駆動軸２２をフロントハウジング１１Ｆ側の軸受１２
と、リヤハウジング１１Ｒ側の軸受部１８とによって軸
方向の２箇所で支持できる。このことにより、ロータ２
０及び駆動軸２２の傾きが抑えられ、ストリッパ１５と
ブレード２１とのクリアランスを漏出防止のために小さ
く設定した場合の、ストリッパ１５に対するブレード２
１の干渉を回避することができる。

【００２５】また、本実施の形態によれば、リヤハウジ
ング１１Ｒに穴加工を施すだけで、樹脂製の滑り軸受を
構成することができ、そして、リヤハウジング１１Ｒと
軸受部１８が一体で加工できるので、加工精度が良い。
また、軸受部１８は止まり穴によって形成されるので、
軸受と軸シールとの両機能を併せ持つものであり、リヤ
ハウジングに軸受及び軸封装置を別個に設ける場合に比
べて、そのコストを大きく低減できる。しかも、軸受部
１８には作動室２５内の冷却液を導入通路１９を経て導
くようにしてあるため、軸受部１８と駆動軸２２との摺
動面に冷却液の膜を生成し、摩耗を低減できる。

【００２６】なお、本実施の形態においては、ポンプハ
ウジング１１のうち、リヤハウジング１１Ｒを樹脂化し
た場合で説明しているが、リヤハウジング１１Ｒに限ら
ず、他のハウジングに実施しても差し支えない。

【００２７】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
車両への搭載性等を考慮した軽量な流体加熱装置を提供
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】車両用空調システムにおける冷却液循環回路の
概略構成を示す図である。

【図２】本発明の一実施の形態に係る流体加熱装置の加
熱用ポンプを示す横断面図である。

【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。

【符号の説明】

１０…加熱用ポンプ １１…ポンプハウジング １１Ｆ…フロントハウジング １１Ｃ…センタハウジング １１Ｒ…リヤハウジング １３…吸入口 １４…吐出口 １５…ストリッパ ２０…ロータ ２１…ブレード ４０…絞り弁 Ｅ…エンジン Ｈ…流体加熱装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 丹羽 正美 愛知県刈谷市豊田町２丁目１番地 株式会 社豊田自動織機製作所内 Ｆターム(参考） 3H034 AA06 AA15 AA18 BB01 BB06 CC03 DD01 DD14 DD24 EE05 EE12

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 吸入口及び吐出口を有する作動室を形成
   するとともに少なくともフロント側とリヤ側との２つに
   分割されたハウジングと、前記作動室内で回転すること
   によって吸入口から吸入される流体を加圧して吐出側へ
   圧送するロータと、一端がフロント側のハウジングに軸
   受を介して回転可能に支持されるとともに前記ロータを
   同期回転させる駆動軸と、流体の吐出側に設けられて圧
   送流体にブレーキを付与する流体絞り手段とを備えた流
   体加熱装置であって、 前記ハウジングのうちの少なくとも１つのハウジングが
   樹脂製であることを特徴とする流体加熱装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の流体加熱装置であっ
   て、前記樹脂製のハウジングが、前記駆動軸の他端側に
   配置されるリヤハウジングであり、該リヤハウジングは
   駆動軸の他端を回転可能に支持する軸受部を備えている
   ことを特徴とする流体加熱装置。
3. 【請求項３】 請求項２に記載の流体加熱装置であっ
   て、前記リヤハウジングにおける軸受部は、前記駆動軸
   の軸端部が回転可能に嵌合する止まり穴であることを特
   徴とする流体加熱装置。
4. 【請求項４】 請求項２又は３に記載の流体加熱装置で
   あって、前記リヤハウジングには、前記作動室内の流体
   を前記軸受部に潤滑液として導入する導入通路が形成さ
   れていることを特徴とする流体加熱装置。