(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エバポレーターの膨張弁出口と、コンプレッサー入口にそれぞれ切替弁が設けられ、該切替弁を介してバイパス管を接続し、該バイパス管の中間に、磁石と導体とが僅かな空隙を隔てて対向配置され、該磁石と導体とを相対的に回転させることにより、導体に生じる発熱（磁路が剪断されることにより導体内に発生する渦電流の電気抵抗による発熱）で前記エバポレーター内部の冷媒ガスを加熱する方式のマグネット式ヒーターが配置される構造の車両用空調システムであって、エンジン冷却水温低下時に前記切替弁を開いて前記エバポレーター内部の冷媒ガスを前記マグネット式ヒーターにて急速加熱し、エンジン冷却水が所定の温度に達した時点で前記切替弁を閉じる構成となしたことを特徴とする車両用暖房装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特に寒冷地や極寒時におけるディーゼルエンジンやガソリンエンジンを動力源とする、主として乗用車等の車両のキャビンを暖房するために使用される空調システムにおいて、急速暖房を可能とする加熱手段を備えた暖房装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
寒冷地や極寒時における始動直後のエンジン冷却水の加熱や、キャビンの暖房に利用される乗用車等の車両用暖房熱源として、ビスカス式ヒーターが知られている（特開平２−２４６８２３号公報、実開平４−１１７１６号公報、特開平９−２５４６３７号公報、特開平９−６６７２９号公報、特開平９−３２３５３０号公報等参照）。
【０００３】
上記ビスカス式ヒーターは、シリコンオイル等の粘性流体をせん断により発熱させ、ウォータージャケット内を循環する循環水に熱交換して、暖房用熱源などに利用する方式であって、その構造としては、例えばハウジング内部に発熱室と、この発熱室の外域にウォータージャケットを形成し、ハウジングには軸受装置を介して駆動軸が回動可能に支承され、該駆動軸には発熱室内で回動可能なロータが固定されており、該発熱室の壁面とロータとの間隙にシリコンオイル等の粘性流体が封入され、ウォータージャケット内では循環水が入水ポートから取り入れられ、出水ポートから外部の暖房回路へ送り出されるべく循環されている。
【０００４】
車両の暖房装置に組み込まれたこのビスカス式ヒーターでは、駆動軸がエンジンにより駆動されれば、発熱室内でロータが回動するため、粘性流体が発熱室の壁面とロータの外面との間隙でせん断により発熱し、この発熱がウォータージャケット内の循環水に熱交換され、加熱された循環水が暖房回路でエンジンのウオーミングアップやキャビンなどの車両の暖房に供されることとなる。
【０００５】
上記のビスカス式ヒーターは、シンプルな構造であるため小型化と低コスト化が図られ、また摩耗のない非接触式の機構で高い信頼性と安全性を確保することができ、さらに水温が上昇して補助ヒーターが不要になると、温度制御により電磁クラッチが作動して自動的に運転が停止するため、エネルギーロスを未然に防止するなど優れた特性を有している。しかしながら粘性流体として用いるシリコンオイルは、ロータの回転数が上昇するにつれて粘性が次第に低下してせん断抵抗が落ちるため、シリコンオイルの発熱による温度は２４０℃程度が限界であり、循環水の温度上昇に制限があることに加え、冷間始動の際シリコンオイルが撹拌されるまでに時間を要するため、エンジン冷間時間での急速な暖房効果が得られないという難点がある。従って特にデイーゼルエンジン搭載の寒冷地仕様車の場合、かかるビスカス式ヒーターは、その有効性において十分とはいえず、より短時間でかつ効率よく熱媒体用流体を高温に加熱することができる補助ヒーターが望まれていた。
【０００６】
そこで本発明者らは、磁石と導体間に形成される磁路をせん断することにより、導体側に発生する発熱を冷媒ガスに熱交換する方式のマグネット式ヒーターを、暖房用として少なくとも１台車両に搭載するか、もしくは該マグネット式ヒーターを、車両用空調システム（エアコン）のヒーターコアの後方下流側に接続し、エンジンの始動後循環水が上昇して暖房効果が得られるまでの熱源として用いる装置を提案した（特願平１１−２８５４７号参照）。
【０００７】
上記のマグネット式ヒーターは、磁石と導体とを僅かな間隙を隔てて対向配置し、該磁石と導体とを相対的に回転させることによって、導体に生ずる発熱（磁束を切ることにより導体内に発生する渦電流の電気抵抗による発熱）で周辺冷媒ガスを加熱する方式であって、より詳しくはファンケーシング内に設けられ、外部よりエンジン又はモーターによって駆動されるファンの導体と僅かな間隙を隔てて対向する永久磁石若しくは電磁石を有する磁石支持体が、該ファンケーシング内に非回動に装着され、前記ファンの回転により導体に生ずる発熱により、該ファンケーシング内の冷媒ガスが加熱される構造となっている。
【０００８】
上記装置は、このマグネット式ヒーターを車両のキャビン内の暖房用として、少なくとも１台設置することを特徴とし、さらに上記マグネット式ヒーターを車両用空調システムの熱源として組み込んだもので、より具体的には該マグネット式ヒーターを、該空調システムのヒーターコアの後方下流側に接続して、エンジン始動後熱媒体用流体が加熱され、十分な暖房効果が得られるまでの熱源とすることを特徴とするものである。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
先に提案した手段によれば、寒冷地や極寒時の車両の急速暖房のための熱源として、従来より広く用いられてきたビスカス式ヒーターに比較し、短時間でしかもより高温域への温度上昇が可能となり、優れた効果を奏している。しかしながら、より十分な効果を期待する場合は、マグネット式ヒーターをキャビン内に複数設ける必要に迫られたり、さらに簡略な構造で、より効果的に温度上昇がはかられる手段が求められていた。
【００１０】
本発明は、かかる課題を解決するためになされたもので、車両用空調システムのエバポレータ−の冷媒ガスを直接加熱することによって、マグネット式ヒーターの性能をより効果的に発揮することができる車両用暖房装置を提供しようとするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る車両用暖房装置は、エバポレーターの膨張弁出口と、コンプレッサー入口にそれぞれ切替弁が設けられ、該切替弁を介してバイパス管を接続し、該バイパス管の中間に、磁石と導体とが僅かな空隙を隔てて対向配置され、該磁石と導体とを相対的に回転させることにより、導体に生じる発熱（磁路が剪断されることにより導体内に発生する渦電流の電気抵抗による発熱）で前記エバポレーター内部の冷媒ガスを加熱する方式のマグネット式ヒーターが配置される構造の車両用空調システムであって、エンジン冷却水温低下時に前記切替弁を開いて前記エバポレーター内部の冷媒ガスを前記マグネット式ヒーターにて急速加熱し、エンジン冷却水が所定の温度に達した時点で前記切替弁を閉じる構成となしたことを特徴とするものである。
【００１２】
本発明において使用されるマグネット式ヒーターは、基本的に磁石と導体間に形成される磁路をせん断することにより、導体側に発生する発熱を冷媒ガスに熱交換する方式であって、詳しくは永久磁石（フエライト、希土類など）と、磁気ヒステリシスの大きな材料（以下「ヒステリシス材」という。）やエデイカレント材等の導体（発熱体）の二つの部材を僅かな間隙を隔てて対向配置し、前記永久磁石と導体（ヒステリシス材、エデイカレント材等）を相対的に回転させて磁路をせん断することにより、導体側に発生する発熱によって暖房用冷媒ガスなどを加熱する方式である。
【００１３】
本発明は上記マグネット式ヒーターを用いて、車両用空調システムのエバポレーター内に発生する冷媒ガスを直接加熱しようとするもので、これにより外部から供給される冷媒ガス若しくは車両のキャビン内の冷媒ガスを、きわめて短時間で昇温させることが可能となり、しかも熱源となる該マグネット式ヒーターは優れた耐熱性を有している。
【００１４】
マグネット式ヒーターとエバポレーターとの接続は、エバポレータの膨張弁出口（下流側）と、コンプレッサー入口（上流側）にそれぞれ切替弁を設け、該切替弁を介してバイパス管を接続し、該バイパス管の中間にマグネット式ヒーターが配置される構造となっている。
【００１５】
上記マグネット式ヒーターの回転駆動源としては、エンジンの始動によりプーリ及びＶベルトを介して、該マグネット式ヒーターの回転軸を駆動する方式、若しくはマグネット式ヒーター専用のモーターによる方式のいずれかを選択し得る。また、マグネット式ヒーターの熱源としてのＯＮ／ＯＦＦ制御手段は、例えば温度センサーを用いてエンジン冷却水やヒーターコア内の水温を測定し、所定の温度に到達した時点で電磁クラッチ等により、エンジンの駆動源と切り離すか、若しくは専用モーターの回転を停止する。
【００１６】
一方、マグネット式ヒーターとエバポレータ−とを、バイパス管によって連結していた切り替え弁を閉じ、エバポレータ−の冷媒ガスの循環経路を通常の状態に復帰させ、熱源としてのマグネット式ヒーターの役割を停止する。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付した図面に基づき具体的に説明するが、本発明はこれにより拘束されるものではなく、本発明の主旨の範囲内で自由に設計変更が可能である。図１は本発明の車両用暖房装置の作動時における一実施形態を示す縦断面図であり、図２はその停止時における縦断面図、図３は本発明のマグネット式ヒーターの駆動源を専用モーターに置き換えた場合の縦断面図、図４は本発明の実施の態様を示す概念図であり、図５は本発明の熱源として用いられるマグネット式ヒーターの参考縦断面図である。
【００１８】
まず、本発明における熱源であるマグネット式ヒーター２は、その一例を図５に示すように、磁石と導体とを僅かな間隙を隔てて対向配置し、該磁石と導体とを相対的に回転させることによって、導体に生ずる発熱で冷媒ガスを加熱する方式であって、より詳しくは回転軸２−６にベアリングＢを介して支持されたファンケーシング２−１内に設けられ、外部よりエンジン又はモーターによって駆動される遠心ファン２−２の導体２−３と僅かな間隙を隔てて対向する永久磁石２−４を支持する磁石支持体２−５が、該ファンケーシング２−１内に非回動に装着され、前記遠心ファン２−２の回転により導体２−３に生ずる発熱により、該ファンケーシング２−１内の冷媒ガスが加熱される構造となっている。図中、２−３´はバックプレート、２−７はプーリ、２−１０は電磁クラッチである。
【００１９】
本発明では、前記マグネット式ヒーター２を、図１並びに図４に示す通りエバポレータ−１に接続し、該エバポレータ−１の内部に発生する冷媒ガスを直接加熱することに特徴がある。即ち該マグネット式ヒーター２と、該エバポレータ−１とを膨張弁１−４の後方下流側に設けた切り替え弁１−２と、コンプレッサー１−６の前方上流側に設けた切り替え弁１−３を介して、バイパス管２−８、２−９によって接続し、マグネット式ヒーター２の作動により発生した熱源で、エバポレータ−１の冷媒ガスを直接加熱して、エンジン冷却水温が低下してヒーターコア３（図４）が十分に機能しないコールドスタート時に、瞬時に車両のキャビン内等を暖房することができる。図中、１−５は受液器、４はブロア（図４）である。
【００２０】
図１、図２並びに図５に例示したものは回転軸２−６の駆動源として、自動車エンジンをプーリ２−７とＶベルトを介して利用するもので、図３は専用のモーター２−１１を駆動源とするものである。
【００２１】
上記構成のマグネット式ヒーター２排気口に連なるバイパス管２−８を、車両の空調システムのエバポレータ−１の、膨張弁１−４の後方下流側に設けた切り替え弁１−２を介して連結し、同じくマグネット式ヒーター２の吸気口に連なるバイパス管２−９を、コンプレッサー１−６の前方上流側に設けた切り替え弁１−３を介して連結し、該マグネット式ヒーター２の回転軸２−６を、エンジンの駆動源で回転させると、吸気口より流入した冷媒ガスがマグネット式ヒーター２によって直接加熱され、エバポレータ−内部を急速に加熱して、図４に示すようにダンパー（Ｄ１）５−１を介して空調システム内に流入した外気は、ダンパー（Ｄ２）５−２の開放により清浄な温風となって、ダンパー（Ｄ３）５−３、ダンパー（Ｄ４）５−４、ダンパー（Ｄ５）５−５の選択的開閉によって車両のキャビン内や、デフ吹き出し口若しくは座席の足元より供給されて、瞬時の暖房作用がもたらされる。
【００２２】
エンジンの始動後一定の時間が経過して、エンジン冷却水が所定の温度に達した時点で、マグネット式ヒーターの作動を停止すると共に、切り替え弁１−２及び１−３を閉じて、マグネット式ヒーター２とエバポレータ−１とを連結するバイパス管２−８および２−９を閉鎖することにより、エバポレータ−１は本来の役割を果たす準備を整える。なお、ここではコンプレッサー１−６を停止させた状態での使用を説明したが、コンプレッサー１−６を駆動させてヒートポンプを暖房運転し、加えてマグネット式ヒーターで冷媒ガスを加熱してもよいことはいうまでもない。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の車両用暖房装置は、熱源としてのマグネット式ヒーターを、本来空調システムの除湿や冷房用に用いられるエバポレータ−に連結し、該エバポレータ−内部の冷媒ガスを直接的に加熱するよう構成したもので、寒冷地や極寒時に車両のキャビン内等を急速に暖房する際に、効果的に作用する。また、マグネット式ヒーターの回転駆動源として、エンジンの回転エネルギーを選択的に用いることが可能である上、シンプルな構造で小型化と低コストを実現できるため、特にデイーゼルエンジン搭載の寒冷地仕様車等に多大の効果が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る暖房装置の作動時の一実施例を示す縦断面図である。
【図２】本発明に係る暖房装置の停止時の一実施例を示す縦断面図である。
【図３】本発明に用いるマグネット式ヒーターの回転駆動源を専用モーターとした場合を例示した縦断面図である。
【図４】本発明の空調システムを例示した模式的概念図である。
【図５】本発明に用いられるマグネット式ヒーターの一例を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１  エバポレータ−
１−２  切り替え弁
１−３  切り替え弁
１−４  膨張弁
１−５  受液器
１−６  コンプレッサー
２  マグネット式ヒーター
２−１  ファンケーシング
２−２  遠心ファン
２−３  導体
２−３′  バックプレート
２−４  永久磁石
２−５  磁石支持体
２−６  回転軸
２−７  プーリ
２−８  バイパス管
２−９  バイパス管
２−１０電磁クラッチ
２−１１モータ
３  ヒーターコア
４  ブロアー
５−１  ダンパー（Ｄ１）
５−２  ダンパー（Ｄ２）
５−３  ダンパー（Ｄ３）
５−４  ダンパー（Ｄ４）
５−５  ダンパー（Ｄ５）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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