JP2999521B2 - 排気熱を利用する自動車用暖房装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明に係る排気熱を利用する自動車暖房装置は、
ヒートパイプの原理を利用する事で、自動車の走行用エ
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の場
合、冷却水の熱を利用して暖房を行なう装置に比べて立
ち上がりが早く（暖房感を得られる迄に要する時間が短
く）、又、寒冷地等に於いて、冷却水の熱を利用するだ
けでは十分な暖房感を得られない場合にも、これを十分
に補助する事が出来る為、従来から各種構造のものが研
究されている。このうち、ヒートパイプの原理を利用し
て自動車の走行用エンジンの排気熱を回収し、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。

この様な、ヒートパイプの原理を応用した、排気熱を
利用する自動車用暖房装置は、例えば第３図に示す様に
構成される。

この第３図に於いて１は、自動車用エンジン２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３、４を、互いに並列に
設けている。このうちの第一の排気流路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５を設けてお
り、この加熱器５の蒸気出口に、蒸気送り出し管６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３、４
の上流側には、加熱器５を配置した第一の排気流路３へ
の排気の送り込みとその停止とを制御する、排気流路切
換ドア７を設けて、加熱器５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８によって、暖房用の空気を流通させる
ダクト内には、温水（エンジン用冷却水）を循環させる
ヒータコア９と直列に、コンデンサ10を配置している。
このコンデンサ10の蒸気入口は、上記蒸気送り出し管６
の他端に接続しており、このコンデンサ10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13
の他端を、前記蒸気送り出し管６の一部を介して加熱器
５に通じさせ、コンデンサ10内で凝縮液化した作動流体
を、上記加熱器５に戻す様にしている。

14は、排気流路切換ドア７駆動用のアクチュエータ、
15は、蒸気送り出し管６の途中に設けた安全弁、16は、
蒸気送り出し管６内をコンデンサ10に向けて送られる、
蒸気の温度を検出する為の温度センサ、17は、コンデン
サ10の頂部の温度を検出する為の温度センサ、18は、前
記ヒータコア９に送り込まれる温水の温度を検出する為
の温度センサ、19は、ヒータコア９とコンデンサ10とを
通過した後の空気の温度を検出する温度センサ、20は、
作動流体中に混入した空気を排出する為、コンデンサ10
の頂部に設けた電磁開閉弁、21は、この電磁開閉弁20と
直列に設けたリリーフ弁である。

前記排気流路切換ドア７の切り換えと、仕切弁12の開
閉とを制御する為の制御器（図示せず）は、上記各温度
センサ16〜19からの信号に応じて、排気流路切換ドア７
の切り換えと、仕切弁12の開閉とを行なわせる。

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
流路切換ドア７を第３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８を運転する。

この結果、加熱器５内に存在する作動流体が蒸発し、
蒸気送り出し管６を通じて、コンデンサ10に送り込まれ
る。そして、このコンデンサ10内で作動流体の蒸気は、
送風機８によってダクト（図示せず）内に吸引され、こ
のダクト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13、貯液器11、仕切弁12、蒸気送り出し管
６の一部を通じて前記加熱器５に戻され、再び蒸発する
サイクルを繰り返し行なう。ダクト内での熱交換によっ
て温度上昇した空気は、ダクトの下流端に設けた、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、或はヒータコア９による
暖房で十分な場合には、排気流路切換ドア７を、第３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５に高温の排気が送り込まれなくな
ると共に、作動流体が貯液器11に溜められたまま、加熱
器５には送り込まれない状態となって、コンデンサ10の
温度が上昇する事もなくなる為、ダクト内を流通する空
気の温度が過度に上昇する事もなくなる。

（発明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、排気管１の途中に設けられた加熱器５には、排
気流路切換ドア７を第二の排気流路４に向けて開いた
（第一の排気流路３に排気を直接送らない）場合に於い
ても、若干の排気熱が伝わるのは避けられない、この
為、排気熱を利用する暖房装置を作動させない場合に於
いて、加熱器５内に作動流体が存在した場合には、この
加熱器５内の作動流体が蒸発する事が避けられない。

この場合に於いては、コンデンサ10での作動流体の放
熱は行なわれない為、自動車用暖房装置の内部の圧力が
高くなり、作動流体が安全弁15から噴出して、次に使用
するのに先立って作動流体の再充填をする必要が生じ
る、 又、作動流体が安全弁15から噴出する程に至らない場
合でも、暖房が不要の場合に上記コンデンサ10の温度が
上昇するので、車室内の温度が不要に上昇して、乗員に
不快感を与える可能性がある。

更には、暖房が必要で、コンデンサ10による放熱を行
なっている場合に於いても、排気の温度が高い等の原因
により、加熱器５での作動流体の加熱量が過大となった
場合には、同様の問題が生じる。

本発明の排気熱を利用する自動車用暖房装置は、上述
の様な不都合を何れも解消するものである。

（課題を解決する為の手段） 本発明の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、第一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、上記
第一、第二の排気流路の上流側に設けられ、上記加熱器
を設けた第一の排気流路内への排気の送り込みとその停
止とを制御する、排気流路切換ドアと、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、この戻し管の
途中に、コンデンサの側から順に設けられた貯液器及び
仕切弁とから構成している。

更に、本発明の排気熱を利用する自動車用暖房装置に
於いては、上記排気管を送られて来る排気の温度を検出
して、排気温度信号として送り出す排気温度センサと、
上記加熱器から送り出される蒸気温度を検出して、蒸気
温度信号として送り出す蒸気温度センサと、これら排気
温度信号と蒸気温度信号と暖房装置の作動、停止状態を
表わす信号とを入力して、上記排気流路切換ドアの切り
換えと上記仕切弁の開閉とを行なう制御器とを有する。

そして、この制御器は、排気温度が一定値以上の場合
に、上記第二の排気流路に排気を流す状態に、排気流路
切換ドアを切り換え、蒸気温度が一定値以下の場合で、
且つ暖房装置が停止状態にある場合に、仕切弁を閉じ
る。

（作 用） 上述の様に構成する、本発明の排気熱を利用する自動
車用暖房装置は、作動停止時で蒸気温度が比較的低くな
っている場合には、仕切弁を閉じ、加熱器に作動流体を
送り込まない状態とする為、自動車用暖房装置の内部の
圧力が高くなる事を防止し、作動流体が安全弁から噴出
して、次に使用するのに先立って作動流体の再充填をす
る必要が生じる事を有効に防止出来る。

又、暖房が不要の場合にコンデンサの温度が上昇する
のを防止して、車室内の温度が不要に上昇する事を防止
し、乗員に不快感を与える事を防止出来る。即ち、蒸気
温度が一定値以下で暖房装置が停止状態の場合には、仕
切弁を閉じる為、第二の排気流路を流れる排気の熱によ
り、上記作動流体が加熱蒸発されてコンデンサに送り込
まれる事を確実に防止出来て、暖房装置の停止時にこの
コンデンサによりダクト内を流れる空気が暖められる事
を防止出来る。

より詳しく説明すれば、蒸気温度が一定値以下の場合
とは、自動車用エンジンの始動直後で排気の温度が低い
場合、或は暖房装置の使用を行なわない為、加熱器に作
動流体を送り込まず、その結果この加熱器内で作動流体
の蒸発が行なわれない場合である。

そこで、この様に蒸気温度が一定値以下の場合には、
暖房装置の運転状態に応じ、作動状態の場合には仕切弁
を開けて加熱器に作動流体を送り、上記排気の温度が上
昇した場合に排気熱を利用した暖房を行なえる様にす
る。

これに対して、暖房装置の停止時には、上記仕切弁を
閉じて、上記加熱器に作動流体が送られない様にして、
上記第二の排気流路を流れる排気の熱により、上記作動
流体が加熱蒸発されてコンデンサに送り込まれる事を確
実に防止して、車室内の温度が不要に上昇するのを防止
する。

更に、排気温度が高い等により、加熱器での蒸発量が
多くなり過ぎる恐れのある場合には、排気流路切換ドア
を、第二の排気流路に排気を流す状態に切り換える事に
より、加熱器に於ける作動流体の加熱量を少なく抑える
為、作動流体が安全弁から噴出する事を防止出来る。

（実施例） 次に、図面を参照しつつ、本発明を更に詳しく説明す
る。

第１図は本発明の排気熱を利用する自動車用暖房装置
の制御部を示すブロック図、第２図はこの装置の作用を
示すフローチャートである。

尚、本発明の排気熱を利用する自動車用暖房装置の基
本的構造自体は、前述の第３図に示した自動車用暖房装
置と同様である為、重複する説明は省略し、以下本発明
の特徴部分に就いて説明する。

本発明の排気熱を利用する自動車用暖房装置に於いて
は、第１図のブロック図に示す様に、排気管１（第３図
参照）を送られて来る排気の温度を検出して、排気温度
信号ａとして送り出す排気温度センサ22と、加熱器５か
ら送り出される蒸気温度を検出して、蒸気温度信号ｂと
して送り出す蒸気温度センサ23と、これら排気温度信号
ａと蒸気温度信号ｂとを入力すると共に、暖房装置の作
動、停止状態を表わす信号（図示省略）を入力して、第
一の排気流路３と第二の排気流路４との上流側に設けた
排気流路切換ドア７の切り換え、及び貯液器11と加熱器
５との間に設けた仕切弁12の開閉を行なう制御器24とを
有する。

そして、この制御器24は、排気温度信号ａによって知
られる排気温度が一定値以上の場合に、加熱器５をバイ
パスさせる為の第二の排気流路４に排気を流す状態に、
排気流路切換ドア７を切り換え、蒸気温度信号ｂによっ
て知られる蒸気温度が一定値以下の場合で、且つ暖房装
置の作動、停止状態を表わす信号によって知られる暖房
装置の状態が、停止状態にある場合に、仕切弁12を閉じ
る。

上述の様に構成される、本発明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す様に
作用する。

即ち、暖房装置の作動停止時で蒸気温度が比較的低く
なっている場合には、仕切弁12を閉じ、加熱器５内に作
動流体を送り込まない状態とする。この為、作動流体が
加熱器５内で蒸発する事がなくなり、自動車用暖房装置
の内部の圧力が高くなる事が防止されて、作動流体が安
全弁15（第３図）から噴出して、次に使用するのに先立
って作動流体の再充填をする必要が生じる事が防止され
る。

又、暖房装置が停止状態の場合には、上記仕切弁12を
閉じて、作動流体が上記加熱器５内に送り込まれるのを
防止するので、暖房が不要の場合にコンデンサ10の温度
が上昇するのを防止して、車室内の温度が不要に上昇す
る事を防止し、乗員に不快感を与える事を防止出来る。
即ち、蒸気温度が一定値以下で暖房装置が停止状態の場
合には、上記仕切弁12を閉じる為、第二の排気流路４を
流れる排気の熱により、上記作動流体が加熱蒸発されて
コンデンサ10に送り込まれる事を確実に防止出来て、暖
房装置の停止時にこのコンデンサ10によりダクト内を流
れる空気が暖められる事を防止出来る。

より詳しく説明すれば、蒸気温度が一定値以下の場合
とは、自動車用エンジン２の始動直後で排気の温度が低
い場合、或は暖房装置の使用を行なわない為、上記加熱
器５に作動流体を送り込まず、その結果この加熱器５内
で作動流体の蒸発が行なわれない場合である。

そこで、この様に蒸気温度が一定値以下の場合には、
暖房装置の運転状態に応じ、作動状態の場合には上記仕
切弁12を開けて上記加熱器５に作動流体を送り、上記排
気の温度が上昇した場合に排気熱を利用した暖房を行な
える様にする。

これに対して、暖房装置の停止時には、上記仕切弁12
を閉じて、上記加熱器５に作動流体が送られない様にし
て、上記第二の排気流路４を流れる排気の熱により、上
記作動流体が加熱蒸発されてコンデンサ10に送り込まれ
る事を確実に防止して、車室内の温度が不要に上昇する
のを防止する。

更に、排気管１を通じて送られて来る排気温度が高
く、この排気を加熱器５に送り込んだ場合に、この加熱
器５内での作動流体の蒸発量が多くなり過ぎる恐れのあ
る場合には、アクチュエータ14により排気流路切換ドア
７を、加熱器５をバイパスさせる為の第二の排気流路４
に排気を流す状態に切り換える事により、加熱器５に於
ける作動流体の加熱量を少なく抑える。この為、やはり
作動流体が安全弁15から噴出する事を防止出来る。

尚、図２のフローチャートには示しておらず、又、本
発明の制御とも直接は関係しないが、途中で暖房装置を
停止する場合には、その時点で仕切弁12を閉じて、コン
デンサ10で凝縮した作動流体を貯液器11に溜め、この作
動流体が上記加熱器５内に送り込まれるのを防止する。

（発明の効果） 本発明の排気熱を利用する自動車用暖房装置は、以上
述べた通り構成され作用するが、装置の不使用時に車室
内の温度を不要に上昇させる事を防止出来る。又、排気
の温度が高い場合に、装置内部に過剰の蒸気が充満し
て、この装置内の圧力が過大になる事が防止される為、
作動流体を再充填する面倒を確実に防止出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の排気熱を利用する自動車用暖房装置の
制御部を示すブロック図、第２図はこの装置の作用を示
すフローチャート、第３図は本発明の対象となる、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:自動車用エンジン、3:第一の排気流路、4:
第二の排気流路、5:加熱器、6:蒸気送り出し管、7:排気
流路切換ドア、8:送風機、9:ヒータコア、10:コンデン
サ、11:貯液器、12:仕切弁、13:戻し管、14:アクチュエ
ータ、15:安全弁、16、17、18、19:温度センサ、20:電
磁開閉弁、21:リリーフ弁、22:排気温度センサ、23:蒸
気温度センサ、24:制御器、25:蒸気温度センサ、26:制
御器。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 実開 昭63−114806（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭63−154312（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B60H 1/20

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
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、第一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、上記第一、第二の排気流路の上流側に設
   けられ、上記加熱器を設けた第一の排気流路内への排気
   の送り込みとその停止とを制御する、排気流路切換ドア
   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、この戻し管の途中に、コンデンサの側から順に設
   けられた貯液器及び仕切弁とから成る、排気熱を利用す
   る自動車用暖房装置に於いて、上記排気管を送られて来
   る排気の温度を検出して、排気温度信号として送り出す
   排気温度センサと、上記加熱器から送り出される蒸気温
   度を検出して、蒸気温度信号として送り出す蒸気温度セ
   ンサと、これら排気温度信号と蒸気温度信号と暖房装置
   の作動、停止状態を表わす信号とを入力して、上記排気
   流路切換ドアの切り換えと上記仕切弁の開閉とを行なう
   制御器とを有し、この制御器は、排気温度が一定値以上
   の場合に、上記第二の排気流路に排気を流す状態に排気
   流路切換ドアを切り換え、蒸気温度が一定値以下の場合
   で、且つ暖房装置が停止状態にある場合に仕切弁を閉じ
   る事を特徴とする、排気熱を利用する自動車用暖房装
   置。