JP2629675B2 - 車両用蓄熱式暖房装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は蓄熱媒体を用いた車両用蓄熱式暖房装置に関
し、特に自動車エンジン冷却水温の低い時の補助暖房、
即効暖房用として用いられて有効なものである。

〔従来の技術〕

従来この種の車両用蓄熱式暖房装置としては、特開昭
52−27139号公報に開示されているように、自動車エン
ジンのウォータジャケットとラジエータ間を循環するエ
ンジン冷却水と蓄熱媒体との熱交換を行なうことによ
り、エンジン始動直後等のエンジンのまだ十分に暖まっ
ていない時にエンジン冷却水を加熱し、即効暖房を行な
うものが知られている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、上記従来の車両用蓄熱式暖房装置にあ
っては、蓄熱媒体への給熱および蓄熱媒体の放熱はエン
ジ冷却水を介して行なうように構成されているため、蓄
熱媒体の放熱時には放出した熱が一旦エンジン冷却水に
与えられ、このエンジン冷却水により空気が暖められる
ために通風が得られるまでに時間の遅れが生じるとと
に、熱の一部がエンジン冷却水配管途中等で失われ、熱
効率がよくないという問題があった。

〔問題点を解決するための手段〕

そこで本発明では、上記のごとを問題点を解決するた
めに、一端側に空気入口を有し、他端側に車室内に向け
て空気を吹き出すための空気吹出口を有する通風ダクト
と、 この通風ダクト内に配され、エンジンの排熱を放熱し
て通風ダクト内を流れる空気を温める暖房用熱交換器
と、 一端側に空気取入口を有し、他端側に還流用空気吹出
口および車室内に向けて空気を導出するための車室用空
気吹出口を有する通風路ケーシングと、 前記通風ダクトの暖房用熱交換器下流位置と前記通風
路ケーシングの空気取入口とを連通させる分流ダクト
と、 前記通風路ケーシングの還流用空気吹出口と前記通風
ダクトを連通させる還流ダクトと、 前記通風路ケーシング内に配され、内部に蓄熱媒体
と、通風路ケーシング内を流れる空気がこの蓄熱媒体と
熱交換可能となるように形成された通気路とを一体に具
備した蓄熱式熱交換器と、 前記通風路ケーシングの空気取入口から取り入れた空
気を前記蓄熱式熱交換器を介して前記還流用空気吹出口
もしくは車室用空気吹出口に向けて送風する送風機と、 前記通風路ケーシングの還流用空気吹出口と車室用空
気吹出口とを選択的に開閉するダンパとを備える車両用
蓄熱式暖房装置を採用するものである。

〔作用〕

上記手段によれば、蓄熱式熱交換器の蓄熱媒体を放熱
させ、通風空気と直接熱交換を行なうことができるため
に発生熱量の損失や、空調空気の加熱に時間的遅れが発
生しない。

〔発明の効果〕

従って本発明によれば、より熱効率が高く、即効性に
優れた車両用蓄熱式暖房装置が提供できるという実用的
な効果が得られる。

〔実施例〕

以下本発明を図に示す実施例に基づいて詳細に説明す
る。第１図は本発明の車両用蓄熱式暖房装置の構成を示
す系統図で、Ａは通常の自動車運転席前面のインストル
メンタルパネル部内にその通風系が収納された空調装
置、Ｂは本発明の車両用蓄熱式暖房装置である。この蓄
熱式暖房装置は第２図に示す如く、自動車インストルメ
ンタルパネルＣの中央下部の空調制御パネルＤの下方に
取付けられている。

空調装置Ａは図示しない内外気切換箱を入口端に、ヒ
ート吹出口１、ベンチレーション吹出口２、デフロスト
吹出口３を出口端に有する通風ダクト４内に駆動用モー
タ19aにより駆動されるブロワファン19、冷房用エバポ
レータ５、暖房用ヒータコア６、エアミックスダンパ
７、吹出口切換ダンパ群８を収納して構成されている。
そしてヒータコア６には図示しない自動車エンジンウォ
ータジャケットからエンジン冷却水が金属製パイプにて
導かれている。

次に本発明の蓄熱式暖房装置Ｂの構成を、第３図
（ａ），（ｂ）の断面図およびその側面図に詳細に示
す。10は樹脂製ケーシングで、空気吸込部10a、熱交換
部10b、空気吹出部10cより構成されている。空気吸込部
10aには、ケーシング10の外部に固定された駆動用モー
タ12aにより駆動されるファン12が設けられ、このファ
ン12と中心軸を一致させて駆動用モータ12aと相対する
側のケーシング10上には円形の空気取入口10dが設けら
れている。熱交換部10bには本発明の蓄熱式熱交換器13
が取付け金具14を介してケーシング10に固定されてい
る。また空気吹出部10cには、本発明の空気吹出口であ
る還流用吹出口10eおよび車室内空気吹出口10fが設けら
れ、それぞれの吹出口には開閉用ダンパ15、16が設けら
れている。そして車室内空気吹出口10fは吹出室10gに続
き、この吹出室10gからはルーバーを有する吹出口10h、
10iを経て車室内の乗員足元に向けて温風が吹出され
る。一方、第１図に示す如く還流用吹出口10eはジャバ
ラ状の折曲自在性を有する樹脂製ダクト17で自動車空通
装置Ａのヒータコア６の上流側の通風ダクト４上に設け
られた通風孔4aと風漏れなきよう接続されており、また
空気取入口10dは17と同様の樹脂製ダクト18でヒータコ
ア６の下流側の通風ダクト４上に設けられた通風孔4bと
風漏れなきよう接続されている。

本発明においては蓄熱式暖房装置Ｂを自動車用空調装
置Ａと別体に設け、上記のような折曲自在性を有するダ
クトで接続するよう構成されており、金属製エンジン冷
却水通水パイプが接続されないので、取付位置に自由度
が大きくなるとともに取付け工数を大幅に少なくなると
いう利点を有している。

次に上記蓄熱式交換器13の構造について、第４図〜第
６図に基づいて説明する。第４図は蓄熱式熱交換器13の
全体構成を示す斜視図で、図中両矢印（イ）方向に風が
通過するように13a面および図にはあらわれないその相
対する面以外は仕切壁でおおわれている。内部構造は第
５図の部分拡大図のように本発明の蓄熱媒体である酢酸
ナトリウム水化物（CH₃COONa・nH₂O;n＝2.5〜4.0）が充
填された13b面にほぼ等しい大きさのアルミニウム性偏
平管21が一定間隔おきに積層されており、これにより形
成された通風路となる空間22内には蓄熱媒体20と通過空
気の熱好感が促進されるように蛇行状に屈曲形成された
アルミニウム製フィン23が全面に介装され偏平管21にろ
う付け接続されている。次に本発明の蓄熱媒体である酢
酸ナトリウム水化物の蓄熱原理を説明すると、酢酸ナト
リウム水化物（CH₃COONa・nH₂O;n＝2.5〜4.0）は、熱を
吸収し、58℃になるとゲル状となり、完全にゲル状とな
ったものは温度が低下しても（58℃以下になっても）結
晶化（水化の少ない相への転移）せずゲル状態（水化の
多い相）のまま（過冷却状態）となっている。これを熱
を放出したい時に、機械的刺激等を加えることによって
過冷却状態が一気に崩れゲル状態から結晶状態に変化
し、このとき40〜60cau/gの熱量を放出する。

24はこの蓄熱媒体20に機械的刺激を与える放熱開始装
置で、その詳細を第６図に示す。なお、ここで各偏平管
21は熱交換器13の一端部に設けられた接続管25によりす
べて第６図に示す如く連通されており、この接続管25の
中央部に放熱開始装置24が設けられている。

接続管25の壁面には、酢酸ナトリウム水化物がゲル状
態となっても表面表力によりその液面が保持される程度
の小孔25aを有する隔壁25bを介して空間26が設けられ、
この空間内には永久磁石27がバネ28により隔壁25と反対
側の空間26の壁面26bに向けて押付けられている。そし
てこの永久磁石27には小孔25aに向けて先端が鋭利に形
成された針29が取付けられている。

壁面26bに面して空間26の外側には励磁コイル30が設
けられており、そしてこの励磁コイル30に通電させる
と、永久磁石27をバネ28の付勢力に抗して第６図におい
て左側に移動させる磁気を発生し得るよう構成されてい
る。永久磁石27が左側に動くと、針29の先端が小孔25a
中に挿入され、蓄熱媒体に接触し、ゲル状態の酢酸ナト
リウム水化物に機械的刺激を与えることができる。

次に本発明の蓄熱式暖房装置の制御回路について第２
図に基づいて説明する。空調装置Ａのヒータコア６の下
流側には、このヒータコア６の下流の空気の温度を検知
するサーミスタ40が、蓄熱交換器13の下流にはこの熱交
換器下流の温度を検知するサーミスタ41がそれぞれ設け
られ、マイクロコンピュータ42にその信号は入力され
る。またマイクロコンピュータ42は自動車空調装置の制
御パネルＣに設けられたブロワスイッチ43を介してバッ
テリー44に接続されている。そしてこのマイクロコンピ
ュータ42の制御により蓄熱式交換器13の放熱開始装置24
の励磁コイル30、ダンパ15、16の開閉用サーボモータ4
5、46、ファン12、19の駆動用モータ12a、19aへの通電
が制御されるよう構成されている。

次に上記構成になる本発明の蓄熱式暖房装置の作動に
ついて説明する。乗員がエンジン始動直後のエンジン冷
却水温の低い時に、自動車空調装置のブロワスイッチ43
をONすると（風量切換モードのあるものではいずれの風
量の位置でもON位置とする）、サーミスタ40の検知する
ヒータコア６下流の温度が10℃以下の時には、マイクロ
コンピュータ42の信号に基づいてブロワファン19を停止
させたまま、放熱開始装置24の励磁コイル30に時限回路
等により数秒間通電し、永久磁石27が移動して針29の先
端が小孔25a内に挿入されて過冷却ゲル状態で潜熱を貯
えている蓄熱媒体20を刺激し、一気に結晶化させること
により結晶化に伴う潜熱を放出させる。そしてブロワス
イッチ43ONと同時にファン12の駆動用モータ12aに通電
させるとともに、ダンパ16の開閉用サーボモータ46に通
電され、ダンパ16を開く（第１図ｂの位置）。なお、こ
のときダン15は閉じている（同図ａの位置）すると、第
１図中実線矢印のように風が流れて熱交換器13で潜熱を
受け取って、乗員足元の吹出口10h,10iより温風となっ
て吹き出される。

次にエンジン始動後５〜10分程度するとエンジン冷却
水が温められ、サーミスタ40の検知するヒータコア６下
流の温度がサーミスタ41の検知する蓄熱式交換器13の下
流の温度よりも高くなった時、マイクロコンピュータ42
の信号によりサーボモータ45、46を駆動してダンパ15を
開、ダンパ16を閉とし、ブロワファン19を駆動させる。
すると、車室内には通常のエンジン冷却水を熱源とする
空調装置Ａによる暖房が行われると同時に蓄熱式暖房装
置には、ヒータコア６で温められた温風が第１図破線矢
印の如く流れ、蓄熱式熱交換器13通過時に蓄熱媒体20に
給熱し、この蓄熱媒体である酢酸ナトリウム水化物が58
℃以上になると溶融してゲル状になる。そしてこの酢酸
ナトリウム水化物全体を完全に溶融させるに十分な時間
（約20分）が経過した後マイクロコンピュータ42の信号
によりファン12の駆動用モータ12aへの通電をOFFする。
このように酢酸ナトリウム水化物が完全に溶融した状態
ではエンジンが停止され、蓄熱式交換器13内が58℃以下
になっても酢酸ナトリウム水化物は結晶化せず、過冷却
のゲル状態で維持されて蓄熱を行なう。以上の蓄熱媒体
の温度と作動経過の関係を第７図に示す。

次に本発明の他の実施例について説明する。上記実施
例においては、本発明の蓄熱式暖房装置Ｂの作動を空調
装置のブロワスイッチ43により始動するよう構成した
が、これに限定されるものではなく、空調装置の図示し
ないモード切換スイッチと連動させ、ヒートモードおよ
びデフロストモードの時に蓄熱式暖房装置が作動するよ
う構成してもよい。

また上記実施例において放熱開始装置24は、鋭利な金
属片の接触による方法を用いたが、その他にも、圧電素
子を用いた機械的振動や、酢酸ナトリウムの微結晶を先
端部に保持させた作動棒を移動させ、微結晶をゲル状態
の酢酸ナトリウムに接触させることにより結晶化を誘起
してもよい。

また本発明の蓄熱媒体20は酢酸ナトリウム水化物に限
定されす、結晶水の吸収、放出に伴ってゲル相と結晶相
との間を潜熱の吸収、放出を伴って相転移する物質が用
いられ、チオ硫酸ナトリウム、塩化カルシウム等の無機
塩類の水化物が使用可能である。

さらに本発明の蓄熱式暖房装置の蓄熱媒体は、高温の
エンジン冷却水自体であってもよく、別に設けられた断
熱容器に貯えておいて、即効暖房モード時に、バルブを
開いてウォータポンプにより蓄熱式熱交換器内を循環さ
せるよう構成してもよい。

また第８図に示すように、本発明の蓄熱式暖房装置に
おいて、還流用吹出口10eと、車室内空気吹出口10fを１
枚のダンパ50で開閉できるように構成してもよく、こう
すればより簡単な構造となる。

さらに、同図に示す如く車室内空気吹出口と、空調装
置Ａのヒータコア６下流側に設けられた通気孔4cとを1
7、18と同様のダクト51にて接続して、通常の空調装置
の吹出口（ヒート吹出口１、ベンチレーション吹出口
２、デフロスト吹出口３）を利用するように構成しても
よい。

本発明の蓄熱式暖房装置Ｂは、自動車助手席側のイン
ストルメンタルパネルＣの下部等車室内の種々の場所に
取付け可能である。

また、上記実施例においては、蓄熱媒体20に給熱さ
れ、これを再生する際に還流用吹出口10eからダクト17
によりヒータコア６の上流に戻すよう構成したが、必ず
しも還流させる必要はなく、そのまま車室内空気吹出口
10fから吹出するようにしてもよい。こうすれば、ダン
パ15、ダクト17、ダンパ15の開閉用サーボモータ45が不
要となる。

本発明における蓄熱式熱交換器は上記実施例の如く蓄
熱媒体を充填した偏平管を積層する構造の他に、蓄熱媒
体を収納した容器中を多数の通気パイプを貫通させた構
造であってもよいし、また逆に通風路となる容器中に蓄
熱媒体を充填し、蛇行状に屈曲形成したパイプを配設し
て構成してもよい。

第９図は第８図の実施例を変形した更に別の実施例を
示すもので、第８図におけるダクト51の吹出側端部をデ
フロスト吹出口３の通風路に設けた通気孔3aに接続し、
この通気孔3aとデフロスト吹出口３の通風路入口3bとを
ダンパ52で切換開閉するようにしたものである。

本実施例は寒冷時に車両フロントガラスに付着した氷
を即時に融解できるという特徴を有するものであって、
寒冷時に車両フロントガラスの解氷作用を行う時には、
ダンパ50、52をそれぞれ実線位置に操作するとともに、
ダンパ７、８を破線位置に操作し、ファン12、19を作動
させると、矢印ａ→ｂ→ｃ→ｄ→ｅ→ｆ→ｇの経路で空
気が送風され、蓄熱式熱交換器13において蓄熱媒体20の
潜熱放出により空気が加熱されて温風となり、この温風
をすべてデフロスト吹出口３から車両フロントガラス
（図入せず）に向かって吹出すことによりフロントガラ
スの解氷を速やかに行うことができる。そして、エンジ
ン冷却水の温度が上昇してヒータコア６の温度が上昇す
れば、ここで放出された熱量もすべてデフロスト吹出口
３からの吹出空気に与えることができる。上記作動モー
ドでは、ファン19の送風空気がベンチレーション吹出口
２又はヒータ吹出口１から吹出すことはないので、ファ
ン12を停止して、ファン19のみを作動させるようにして
もよい。

一方、蓄熱媒体20への蓄熱を行う時（再生時）には、
ダンパ50を破線位置に操作し、ファン12を作動させるこ
とにより矢印ａ→ｂ→ｃ→ｈ→ｉの経路で空気を送風
し、ヒータコア６通過後の熱風を蓄熱式熱交換器13に循
環させる。

【図面の簡単な説明】

図面はすべて本発明の実施例を説明するためのもので、
第１図は本発明の蓄熱式暖房装置Ｂを包含する自動車用
空調装置Ａの通風系統図、第２図はこの蓄熱式暖房装置
Ｂを取付けた状態を示す自動車インストルメンタルパネ
ル部の正面図、第３図（ａ）、（ｂ）はこの装置Ｂの構
造を説明する断面図および側面図、第４図は蓄熱式熱交
換器13の形状を示す斜視図、第５図はその部分拡大断面
図、第６図は放熱開始装置24の構造を示す拡大断面図、
第７図は蓄熱媒体20の作動を説明する特性図、第８図お
よび第９図はそれぞれ本発明の他の実施例を示す通風系
統図である。 10……ケーシング,10d……空気取入口,10e……還流用空
気吹出口,10f……車室内空気吹出口,12……ファン,13…
…蓄熱式熱交換器,15、16……ダンパ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 金田 堅三 刈谷市昭和町１丁目１番地 日本電装株 式会社内 (56)参考文献 実開 昭59−193712（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭57−170308（ＪＰ，Ｕ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】一端側に空気入口を有し、他端側に車内室
   に向けて空気を吹き出すための空気吹出口を有する通風
   ダクトと、 この通風ダクト内に配され、エンジンの排熱を放熱して
   通風ダクト内を流れる空気を温める暖房用熱交換器と、 一端側に空気取入口を有し、他端側に還流用空気吹出口
   および車室内に向けて空気を導出するための車室用空気
   吹出口を有する通風路をケーシングと、 前記通風ダクトの暖房用熱交換機下流位置と前記通風路
   ケーシングの空気取入口とを連通させる分流ダクトと、 前記通風路ケーシングの還流用空気吹出口と前記通風ダ
   クトを連通させる還流ダクトと、 前記通風路ケーシング内に配され、内部に蓄熱媒体と、
   通風路ケーシング内を流れる空気がこの蓄熱媒体と熱交
   換可能となるよう形成された通気路とを一体に具備した
   蓄熱式交換器と、 前記通風路ケーシングの空気取入口から取り入れた空気
   を前記蓄熱式熱交換器を介して前記還流用空気吹出口も
   しくは車室用空気吹出口に向けて送風する送風機と、 前記通風路ケーシングの還流用空気吹出口と車室用空気
   吹出口とを選択的に開閉するダンパとを備える車両用蓄
   熱式暖房装置。