(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水冷式エンジンの冷却水を用いて車内を暖房するための熱交換器と、過冷却特性を備えた蓄熱材を有し且つ前記熱交換器に接続された蓄熱装置と、前記水冷式エンジン、前記蓄熱装置、及び前記熱交換器を直列に接続して、前記水冷式エンジン、前記蓄熱装置、及び前記熱交換器の間で前記冷却水を循環させるための第１の冷却水路と、該第１の冷却水路に設けられ、前記冷却水を循環させる第１のポンプと、一端が前記熱交換器の出口付近で前記第１の冷却水路に接続され、他端が前記蓄熱装置の入口付近で前記第１の冷却水路に接続され、前記熱交換器から流出した前記冷却水を前記蓄熱装置に戻す第２の冷却水路と、該第２の冷却水路に設けられた第２のポンプと、前記蓄熱装置の入口付近から前記熱交換器の出口付近に掛けての前記第１の冷却水路の部分と前記第２の冷却水路とで構成される循環冷却水路を前記水冷式エンジンから切り離すために前記第１の冷却水路に設けられた第１及び第２の電磁弁と、前記第２のポンプの出口側に位置するように前記第２の冷却水路に設けられ、該第２の冷却水路を開閉する第３の電磁弁と、前記蓄熱材の過冷却状態を解除する解除手段とを含む蓄熱装置を備えた自動車用暖房装置において、一端が前記蓄熱装置の出口から前記熱交換器の入口の間で前記第１の冷却水路に接続され、他端が前記第３の電磁弁の出口から前記第２の冷却水路の他端の間で前記第２の冷却水路に接続され、前記蓄熱装置をバイパスするバイパス冷却水路と、該バイパス冷却水路を開閉する第４の電磁弁と、前記第２の冷却水路の他端から前記蓄熱装置の入口の間に位置するように前記第１の冷却水路に設けられ、該第１の冷却水路を開閉する第５の電磁弁とを具備し、前記水冷式エンジンからの前記冷却水の熱量が暖房を行う上では十分であるが、蓄熱には不十分である場合に、前記第３及び第５の電磁弁を閉じるとともに前記第１，第２及び第４の電磁弁を開いて、前記水冷式エンジンからの前記冷却水を前記蓄熱装置をバイパスさせて直接前記熱交換器に流入させるようにしたことを特徴とする蓄熱装置を備えた自動車用暖房装置。
【請求項２】
請求項１記載の蓄熱装置を備えた自動車用暖房装置において、前記熱交換器の放熱量を調整するエアーミックスダンパと、該エアーミックスダンパの開度を検出する開度検出器とを備え、前記エアーミックスダンパの開度が所定値以下の時に前記冷却水を前記蓄熱装置に導いて蓄熱をするようにしたことを特徴とする蓄熱装置を備えた自動車用暖房装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の蓄熱装置を備えた自動車用暖房装置において、前記水冷式エンジンからの前記冷却水の熱量が暖房を行う上で不十分である場合に、前記第１，第２及び第４の電磁弁を閉じるとともに前記第３及び５の電磁弁を開いて前記循環冷却水路から前記水冷式エンジンを切離すようにしたことを特徴とする蓄熱装置を備えた自動車用暖房装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は蓄熱装置を備えた自動車用暖房装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の自動車用暖房装置には、水冷式エンジンの冷却水を用いて車内を暖房するための熱交換器と、過冷却特性を備えた蓄熱材を有し且つ前記熱交換器に接続された蓄熱装置と、前記水冷式エンジン、前記蓄熱装置、及び前記熱交換器を直列に接続して、前記水冷式エンジン、前記蓄熱装置、及び前記熱交換器の間で前記冷却水を循環させるための第１の冷却水路と、該第１の冷却水路に設けられ、前記冷却水を循環させる第１のポンプと、一端が前記熱交換器の出口付近で前記第１の冷却水路に接続され、他端が前記蓄熱装置の入口付近で前記第１の冷却水路に接続され、前記熱交換器から流出した前記冷却水を前記蓄熱装置に戻す第２の冷却水路と、該第２の冷却水路に設けられた第２のポンプと、前記蓄熱装置の入口付近から前記熱交換器の出口付近に掛けての前記第１の冷却水路の部分と前記第２の冷却水路とで構成される循環冷却水路を前記水冷式エンジンから切り離すために前記第１の冷却水路に設けられた第１及び第２の電磁弁と、前記第２のポンプの出口側に位置するように前記第２の冷却水路に設けられ、該第２の冷却水路を開閉する第３の電磁弁と、前記蓄熱材の過冷却状態を解除する解除手段とを含むものがある（例えば、特開平２−３１９１３号公報、特開平２−４１９１９号公報、特開平２−４５２１４号公報参照）。
【０００３】
この種の自動車用暖房装置では、水冷式エンジンを冷却する際に加熱された冷却水を、蓄熱装置に通すことにより、冷却水の熱を蓄熱装置の蓄熱材によって潜熱の形で蓄えるように成っている。そして、水冷式エンジンの始動後、間もない時、即ち、冷却水がまだ十分に加熱されていない時、解除手段により蓄熱材の過冷却状態を解除して蓄熱材から潜熱を放出させ、この潜熱により蓄熱装置内で冷却水を加熱し、この冷却水を熱交換器を通すことにより、逸早く暖房を行うことができるように成っている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、水冷式エンジンが始動後しばらくして十分暖まり、この水冷式エンジンを循環する冷却水が十分加熱されるようになっても、従来の自動車用暖房装置では、水冷式エンジン、蓄熱装置、及び熱交換器が直列に接続されているので、水冷式エンジンにより十分加熱された冷却水は、蓄熱装置を通過する際に熱を奪われ、このようにして温度の低下した冷却水が熱交換器内に流れ込むので、蓄熱材に潜熱が蓄え終わるまで、十分な暖房感を得られなかった。
【０００５】
それ故に、本発明の課題は、冷却水が暖房及び蓄熱をするのに十分な熱量を持つようになってから蓄熱をするようにした蓄熱装置を備えた自動車用暖房装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明によれば、水冷式エンジンの冷却水を用いて車内を暖房するための熱交換器と、過冷却特性を備えた蓄熱材を有し且つ前記熱交換器に接続された蓄熱装置と、前記水冷式エンジン、前記蓄熱装置、及び前記熱交換器を直列に接続して、前記水冷式エンジン、前記蓄熱装置、及び前記熱交換器の間で前記冷却水を循環させるための第１の冷却水路と、該第１の冷却水路に設けられ、前記冷却水を循環させる第１のポンプと、一端が前記熱交換器の出口付近で前記第１の冷却水路に接続され、他端が前記蓄熱装置の入口付近で前記第１の冷却水路に接続され、前記熱交換器から流出した前記冷却水を前記蓄熱装置に戻す第２の冷却水路と、該第２の冷却水路に設けられた第２のポンプと、前記蓄熱装置の入口付近から前記熱交換器の出口付近に掛けての前記第１の冷却水路の部分と前記第２の冷却水路とで構成される循環冷却水路を前記水冷式エンジンから切り離すために前記第１の冷却水路に設けられた第１及び第２の電磁弁と、前記第２のポンプの出口側に位置するように前記第２の冷却水路に設けられ、該第２の冷却水路を開閉する第３の電磁弁と、前記蓄熱材の過冷却状態を解除する解除手段とを含む蓄熱装置を備えた自動車用暖房装置において、一端が前記蓄熱装置の出口から前記熱交換器の入口の間で前記第１の冷却水路に接続され、他端が前記第３の電磁弁の出口から前記第２の冷却水路の他端の間で前記第２の冷却水路に接続され、前記蓄熱装置をバイパスするバイパス冷却水路と、該バイパス冷却水路を開閉する第４の電磁弁と、前記第２の冷却水路の他端から前記蓄熱装置の入口の間に位置するように前記第１の冷却水路に設けられ、該第１の冷却水路を開閉する第５の電磁弁とを具備し、前記水冷式エンジンからの前記冷却水の熱量が暖房を行う上では十分であるが、蓄熱には不十分である場合に、前記第３及び第５の電磁弁を閉じるとともに前記第１，第２及び第４の電磁弁を開いて、前記水冷式エンジンからの前記冷却水を前記蓄熱装置をバイパスさせて直接前記熱交換器に流入させるようにしたことを特徴とする蓄熱装置を備えた自動車用暖房装置が得られる。
【０００７】
請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の蓄熱装置を備えた自動車用暖房装置において、前記熱交換器の放熱量を調整するエアーミックスダンパと、該エアーミックスダンパの開度を検出する開度検出器とを備え、前記エアーミックスダンパの開度が所定値以下の時に前記冷却水を前記蓄熱装置に導いて蓄熱をするようにしたことを特徴とする蓄熱装置を備えた自動車用暖房装置が得られる。
【０００８】
【作用】
本発明では、水冷式エンジンの始動直後から水冷式エンジンが暖まる間まで、第１、第２及び第４の電磁弁が閉じられ、第３及び第５の電磁弁が開き、第２のポンプが作動する。これにより、蓄熱装置の入口付近から熱交換器の出口付近の掛けての第１の冷却水路の部分と、第２の冷却水路とで循環冷却水路が構成され、この循環冷却水路内を冷却水が循環する。一方、水冷式エンジンの始動と共に蓄熱装置内において解除手段により蓄熱材の過冷却状態が解除され、蓄熱材が潜熱を放出する。したがって、循環冷却水路内を循環する冷却水は蓄熱装置内で加熱され、この加熱された冷却水が熱交換器内を流れるので、水冷式エンジンの始動直後から暖房が可能と成る。
【０００９】
水冷式エンジンの始動後しばらくして、水冷式エンジンが暖まり、冷却水の熱量が、暖房には十分だが、蓄熱を同時に行うには熱量が不足している状態となる。このような状態になると、第２のポンプが停止し、第３及び第５の電磁弁が閉じられ、第１、第２、及び第４の電磁弁が開く。これにより、第２の冷却水路の一部とバイパス冷却水路とで蓄熱装置がバイパスされる。この結果、水冷式エンジンで加熱された冷却水は直接熱交換器内を流れるようになるので、十分な暖房が得られる。
【００１０】
水冷式エンジンが十分に暖まって、冷却水の熱量が、暖房及び蓄熱を同時に行うのに十分に成った時、第４の電磁弁が閉じられ、第５の電磁弁が開く。これにより、水冷式エンジンにより十分加熱された冷却水が蓄熱装置内を流れ、蓄熱装置内で蓄熱が行われ、また、蓄熱装置内から流出した冷却水でも十分に暖房が行える。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施形態による蓄熱装置を備えた自動車用暖房装置の構成略図、図２は図１に示す蓄熱装置を備えた自動車用暖房装置の熱交換器の配置状態を示す構成略図である。
【００１２】
図１及び図２を参照して、水冷式エンジン１１には冷却水を循環させるための第１のポンプ１２を介して冷却水路（ラジエター用冷却水路）Ａによってラジエター１３が接続されている。この冷却水路Ａには、ラジエーター１３の入口側及び出口側にそれぞれ電磁弁２０，２１が備えられている。一方、この第１のポンプ１２には、車内熱交換器１４が冷却水路（第１の冷却水路）Ｂによって連結され、この熱交換器１４には、過冷却作用を有する蓄熱材１５ａを有し断熱材１５ｂで覆われた蓄熱装置１５に連結されている。熱交換器１４は図２に示すように、ダクト５０内に配置されている。また、この熱交換器１４には、これを開閉するエアーミックスダン５１が回動自在に設けられ、更に、このエアーミックスダンパ５１には、この開度を検出する開度検出器５２が設けられている。また、蓄熱装置１５は冷却水路Ｂによってエンジン１１に連結されている。即ち、図示のように熱交換器１４と蓄熱装置１５とは冷却水路Ｂによって直列に接続されている。また、冷却水路Ｂには、後述する冷却水路Ｃを水冷式エンジン１１から切り放なせる位置において第１及び第２の電磁弁１７及び１８が備えられている。
【００１３】
熱交換器１４と蓄熱装置１５に並列に冷却水路（第２の冷却水路）Ｃが配設され、この冷却水路Ｃは冷却水路Ｂに結合されている。具体的に言うと、冷却水路Ｃは、一端が熱交換器１４の出口付近で冷却水路Ｂに接続され、他端が蓄熱装置１５の入口付近で冷却水路Ｂに接続され、熱交換器１４から流出した冷却水を蓄熱装置１５に戻すように成っている。この冷却水路Ｃには第２のポンプ１６及び第３の電磁弁１９が備えられている。
【００１４】
更に、冷却水路Ｂと冷却水路Ｃとの間には、冷却水路（バイパス冷却水路）Ｄが配設されている。具体的に言うと、この冷却水路Ｄは、一端が蓄熱装置１５の出口から熱交換器１４の入口の間で冷却水路Ｂに接続され、他端が第３の電磁弁１９の出口から冷却水路Ｃの他端の間で冷却水路Ｃに接続され、蓄熱装置１５をバイパスするように成っている。この冷却水路Ｄには、これを開閉する第４の電磁弁３０が設けられ、また、冷却水路Ｃの他端から蓄熱装置１５の入口の間に位置するように冷却水路Ｂに第５の電磁弁３１が設けられ、この部分で冷却水路Ｂは第５の電磁弁３１により開閉されるように成っている。更に、水冷式エンジン１１の冷却水出口付近には、エンジン出口水温センサ３２が設けられ、蓄熱装置１５の出口付近には、蓄熱装置出口水温センサ３３が設けられている。
【００１５】
上述の蓄熱材としては、例えば、ＮａＣＨ３  ＣＯＯ・３Ｈ２  Ｏに多糖類を添加したものが用いられる。
【００１６】
この蓄熱材は６０℃以上に加熱されると、ゲル状となり、潜熱を蓄える。一旦蓄えられた潜熱は、蓄熱材が冷却されても放出されない（例えば、室温でゲル状が保たれる。即ち、過冷却状態に保たれる）。この潜熱を蓄えた蓄熱材は断熱なしに長期貯蔵可能となる。一方、適当な刺激を加えると、活性化して固体に戻る。この際、５８℃の温熱を放出する。
【００１７】
図３は図１に示す自動車用暖房装置に用いられる電源回路の一実施形態を示す回路図、図４はエンジン冷却水温度と蓄熱材発熱温度との関係を示すグラフである。次に図３を参照して、自動車のバッテリー４１にはメインスイッチ４２を介して並列にセルモータ４３及び蓄熱材１５ａに刺激を与えるための電極装置４４が接続されている。また、このバッテリー４１にはスイッチ４５を介して並列にポンプ１６及び電磁弁１９が接続されている。
【００１８】
ここで、図１及び図３を参照して、上述の暖房装置の基本的な動作について説明する。なお、ここでは、蓄熱材１５ａにはすでに潜熱が蓄えられているものとする。
【００１９】
メインスイッチ４２を閉じると、セルモータ４３が駆動され、これによってエンジン１１が始動される。この際、電極装置４４の電極４４ａから放電が行われ、これによって蓄熱材１５ａの過冷却状態が解除されて、蓄熱材１５ａから潜熱が放出される。なお、エンジン始動の後には、メインスイッチ４２は開とされる。
【００２０】
エンジン１１の始動直後に、暖房を行う場合には、暖房用スイッチ４５が閉じられる。これによってポンプ１６が駆動されるとともに電磁弁１９が開かれる。その結果、冷却水が冷却水路Ｃ、蓄熱装置１５、及び熱交換器１４を通って循環する。この際、ブロアー１４ａが駆動される。
【００２１】
冷却水は蓄熱材１５ａからの放熱により暖められ、熱交換器１４で放熱して、車内が暖房される。なお、ブロアーの駆動は冷却水が所定の温度に上昇した時、あるいは、蓄熱材に刺激を加えて、所定時間経過の後駆動することが望ましい。
【００２２】
エンジン１１の温度が所定温度に達すると、電磁弁２０及び２１が開かれるとともにポンプ１２が駆動されて冷却水の循環が行われる。この際、電磁弁１７及び１８が開かれるとともにスイッチ４５が開かれ、ポンプ１６が停止し、電磁弁１９が閉じられる。
【００２３】
従って、エンジン１１で加熱された冷却水はポンプ１２によってラジエター１３で放熱し、一方、エンジン１１からの冷却水は蓄熱装置１５、熱交換器１４を通ってエンジン１１へ戻る。この際、蓄熱装置１５では、加熱された冷却水から蓄熱材１５ａに熱（潜熱）を吸収して、固体状からゲル状となる。即ち、蓄熱材１５ａは冷却水から吸熱する。
【００２４】
なお、ここでは、蓄熱材１５ａからの放熱温度を５８℃、蓄熱材１５ａ使用時における冷却水温度を５０〜５５℃、エンジン１１からの冷却水温度を９５〜１０５℃と設定した。
【００２５】
ところで、蓄熱材１５ａの蓄熱が完了する前にエンジン１１が停止されると、即ち、蓄熱不足であると、蓄熱材１５ａが過冷却状態となる前に放熱が行われてしまう。
【００２６】
例えば、図４に示すように時間Ｔまでエンジン１１を駆動すれば、蓄熱材１５ａへの蓄熱が完了する場合に、時間ｔでエンジン１１を止めたとする。
【００２７】
この場合、蓄熱材１５ａの蓄熱に必要な熱量は、図４の面積ＥＢＣであり、時間ｔまでに蓄熱された熱量は面積ＥＡＤである。従って、時間ｔでエンジン１１を停止した場合には、蓄熱不足によって、過冷却状態となる前に蓄熱材１５ａから放熱してしまう。
【００２８】
この放熱を防ぐため、即ち、蓄熱材１５ａに正常に蓄熱を行うため、エンジン停止後も、バッテリー４１によってポンプ１６を駆動する。これによって、エンジン１１を通過した冷却水が蓄熱装置１５及び蒸発器１４を通って循環する。この循環によって、蓄熱材１５ａは冷却水（温水）から吸熱を行い、その結果、図４に破線で示すように冷却水の温度が降下したとする。
【００２９】
このように、エンジン１１が停止された後、電磁弁２０及び２１を閉じて、即ち、放熱ラジエター１３に冷却水が循環しないようにして、バッテリー４１によってポンプ１６を駆動することにより、冷却水から有効に吸熱することができる。その吸熱量は面積ＥＡＦであり、面積ＥＢＣ＜面積ＥＡＦであれば、時間ｔでエンジンを停止しても問題はない。
【００３０】
次に本実施形態の特徴的な動作について図１及び図２を参照して説明する。先ず、水冷式エンジン１１の始動直後から水冷式エンジン１１が暖まる間まで、第１、第２及び第４の電磁弁１７，１８，３０が閉じられ、第３及び第５の電磁弁１９，３１が開き、第２のポンプ１６が作動する。これにより、蓄熱装置１５の入口付近から熱交換器１４の出口付近の掛けての第１の冷却水路Ｂの部分と、第２の冷却水路Ｃとで循環冷却水路が構成され、この循環冷却水路内を冷却水が循環する。一方、水冷式エンジン１１の始動と共に蓄熱装置１５内において解除手段２４により蓄熱材１５ａの過冷却状態が解除され、蓄熱材１５ａが潜熱を放出する。したがって、循環冷却水路内を循環する冷却水は蓄熱装置１５内で加熱され、この加熱された冷却水が熱交換器１４内を流れるので、水冷式エンジン１１の始動直後から暖房が可能と成る。
【００３１】
水冷式エンジン１１の始動後しばらくして、水冷式エンジン１１が暖まり、エンジン出口水温センサ３２で検出される水温が、蓄熱装置出口水温センサ３３で検出される水温を上回ると、第２のポンプ１６が停止し、第３及び第５の電磁弁１９，３１が閉じられ、第１及び第２の電磁弁１７，１８が開く。この時の冷却水の熱量は、暖房には十分だが、しかし蓄熱を同時に行うには、熱量が不足している。これにより、第２の冷却水路Ｃの一部とバイパス冷却水路Ｄとで蓄熱装置１５がバイパスされる。この結果、水冷式エンジン１１で加熱された冷却水は直接熱交換器１４内を流れるようになるので、十分な暖房が得られる。
【００３２】
水冷式エンジン１１が十分に暖まって、冷却水の熱量が、暖房及び蓄熱を同時に行うのに十分に成った時、第４の電磁弁が閉じられ、第５の電磁弁が開く。これにより、水冷式エンジンにより十分加熱された冷却水が蓄熱装置１５内を流れ、蓄熱装置１５内で蓄熱が行われ、また、蓄熱装置１５内から流出した冷却水で暖房が行われる。冷却水の熱量が暖房及び蓄熱を同時に行うのに十分に成った状態では、エアーミックスダンパ５１が全開の状態から少し閉じられた状態になるので、本実施形態では、開度検出器５２によって検出されるエアーミックスダンパ５１の開度が、所定以下に成った時に、上述のように第４の電磁弁３０を閉じ、第５の電磁弁３１を開くようにし、これにより蓄熱装置１５をバイパスすることが中止されるように成っている。
【００３３】
なお、図３に示した電源回路の代わりに図５に示す電源回路を用いてもよい。図５に示す電源回路では、自動車のバッテリー４１にはメインスイッチ４２を介して並列にセルモータ４３が接続されている。また、このバッテリー４１にはスイッチ４５を介してポンプ１６、電磁弁１９、及び蓄熱材１５ａに刺激を与えるための抵抗体４６が並列に接続されている。
【００３４】
この電源回路を用いれば、エンジン１１が駆動されているかどうかに関係なく、スイッチ４５を閉じれば、抵抗体４６によって蓄熱材１５ａが刺激され、蓄熱材１５ａから放熱が行われる。この際、ポンプ１６が駆動されるとともに電磁弁１９が開かれ、蓄熱装置１５と熱交換器１４との間で冷却水が循環して、熱交換器１４からの放熱により車内が暖房される。
【００３５】
なお、エンジン１１の始動後の制御については図１乃至図３を用いて説明した実施形態と同様であるので説明を省略する。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、エンジン始動直後において、エンジンが暖まっていない場合においても、車内の暖房を行うことができ、しかも冷却水の熱量が暖房と蓄熱を同時に行うには不十分な時に、蓄熱装置をバイパスすることができるので、冷却水の熱量が不十分な時でも十分に暖房感を得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明の一実施形態による蓄熱装置を備えた自動車用暖房装置の構成略図である。
【図２】図２は図１に示す蓄熱装置を備えた自動車用暖房装置の熱交換器の配置状態を示す構成略図である。
【図３】図３は図１に示す自動車用暖房装置に用いられる電源回路の一実施形態を示す回路図である。
【図４】図４はエンジン冷却水温度と蓄熱材発熱温度との関係を示すグラフである。
【図５】図５は図１に示す自動車用暖房装置に用いられる電源回路の他の実施形態を示す回路図である。
【符号の説明】
１１  水冷式エンジン
１２  第１のポンプ
１３  ラジエター
１４  車内熱交換器
１５  蓄熱装置
１６  第２のポンプ
１７  第１の電磁弁
１８  第２の電磁弁
１９  第３の電磁弁
２４  解除手段
３０  第４の電磁弁
３１  第５の電磁弁
３２  エンジン出口水温センサ
３３  蓄熱装置出口水温センサ
５０  ダクト
５１  エアーミックスダンパ
５２  開度検出器
Ａ    ラジエター用冷却水路
Ｂ    第１の冷却水路
Ｃ    第２の冷却水路
Ｄ    バイパス冷却水路
【図１】
0003563213.tif 000002
【図２】
0003563213.tif 000003
【図３】
0003563213.tif 000004
【図４】
0003563213.tif 000005
【図５】
0003563213.tif 000006