(57)【要約】【課題】エンジンの暖機運転効率が低下するのを抑制しつつ、排熱回収器から得られる熱量を十分に暖房運転に用いることが可能な車両用暖房装置を提供する。【解決手段】この車両用暖房装置１００は、エンジン冷却水通路１ａと、排熱回収器１３を含む排熱回収通路１ｃと、排熱回収通路１ｃに冷却水を流通させる電動式Ｗ／Ｐ１６ｂと、エンジン冷却水通路１ａに冷却水を流通させる電動式Ｗ／Ｐ１６ａと、ヒータコア１４と、ヒータコア１４よりも放熱量が小さいサブヒータコア１５とを備える。また、車両用暖房装置１００は、排熱回収通路１ｃに対してエンジン冷却水通路１ａを接続せずにサブヒータコア１５を接続する循環経路Ａと、排熱回収通路１ｃにエンジン冷却水通路１ａを接続せずにヒータコア１４を接続する循環経路Ｂとを切り替える三方弁１７ａ〜１７ｃ部を備える。【選択図】図１
2016074380.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンを冷却するエンジン冷却水通路と、
前記エンジン冷却水通路に対して接続可能に設けられ、前記エンジンの排熱を回収して冷却水に伝達する排熱回収器を含む排熱回収通路と、
前記排熱回収通路に冷却水を流通させる第１ウォータポンプと、
前記エンジン冷却水通路に冷却水を流通させる第２ウォータポンプと、
冷却水の熱を空気に伝達する主ヒータコアと、
前記主ヒータコアよりも放熱量が小さいとともに、冷却水の熱を空気に伝達する補助ヒータコアと、
前記排熱回収通路に対して前記エンジン冷却水通路を接続せずに前記補助ヒータコアを接続する第１循環経路と、前記排熱回収通路に前記エンジン冷却水通路を接続せずに前記主ヒータコアを接続する第２循環経路とを切り替える経路切替部と、を備えた、車両用暖房装置。
【請求項２】
前記エンジンの暖機運転初期において、前記第１循環経路に切り替えて、前記第１ウォータポンプにより前記第１循環経路に冷却水を流通させ、その後、前記経路切替部により前記第２循環経路に切り替えて、前記第１ウォータポンプにより前記第２循環経路に冷却水を流通させるように構成されている、請求項１に記載の車両用暖房装置。
【請求項３】
前記エンジンの暖機運転初期において、前記排熱回収器の排熱回収量が所定の排熱回収量以上になったことに基づいて、前記経路切替部により前記第１循環経路から前記第２循環経路に切り替えるように構成されている、請求項２に記載の車両用暖房装置。
【請求項４】
前記経路切替部は、さらに、前記排熱回収通路に前記主ヒータコアおよび前記エンジン冷却水通路が接続された第３循環経路に切り替え可能に構成されており、
前記エンジンの暖機運転中期において、前記第３循環経路に切り替えて、前記第２ウォータポンプにより前記第３循環経路に冷却水を流通させるように構成されている、請求項２または３に記載の車両用暖房装置。
【請求項５】
前記エンジン冷却水通路に並列接続されるラジエータと、
前記エンジン冷却水通路と前記ラジエータとの間に配置され、冷却水がしきい値温度以上の温度に上昇した場合に開弁する弁部材とをさらに備え、
前記エンジンの暖機運転の完了時において、前記第３循環経路に流れる冷却水が前記しきい値温度以上の温度に上昇することにより、前記弁部材が開弁して、前記第３循環経路に前記ラジエータが接続された第４循環経路が形成されて、前記第２ウォータポンプにより前記第４循環経路に冷却水が流通されるように構成されている、請求項４に記載の車両用暖房装置。
【請求項６】
前記エンジンの暖機運転中期において、前記第１循環経路に前記第１ウォータポンプにより冷却水を流通させるとともに、前記第１循環経路とは独立して設けられ、前記エンジン冷却水通路と前記主ヒータコアとを接続した第５循環経路に前記第２ウォータポンプにより冷却水を流通させる制御を行った後、前記第３循環経路に切り替えて、前記第２ウォータポンプにより前記第３循環経路に冷却水を流通させるように構成されている、請求項４または５に記載の車両用暖房装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両用暖房装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、排熱回収器を含む排熱回収通路を備える車両用暖房装置が知られている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００３】
上記特許文献１には、第１実施形態として、エンジンの排気通路において排気と冷却水との間で熱交換を行う熱交換流路と、冷却水と車室内の空気との間で熱交換を行うヒータコアと、熱交換流路とヒータコアとを接続する冷却水流路と、冷却水を循環させるためのポンプとを備える、車両用暖房装置が開示されている。この第１実施形態の車両用暖房装置では、エンジンの暖機運転効率の低下を抑制するために、エンジンの冷却水回路とは別個の流体回路を設けている。また、第１実施形態の車両用暖房装置では、冷却水が所定の温度以上になった場合に排気通路を切り替えることによって、熱交換流路におけるエンジンの排気通路において排気と冷却水との間の熱交換を停止させるように構成されている。
【０００４】
また、上記特許文献１には、第２実施形態として、上記第１実施形態の構成に加えて、エンジンと冷却水との間で熱交換を行うシリンダブロック内流路が冷却水流路に接続された、車両用暖房装置が開示されている。この第２実施形態の車両用暖房装置では、冷却水の温度が所定の温度に上昇するまで、ヒータコアとシリンダブロック内流路とに冷却水を流通させることによって、暖房運転を行いつつ、エンジンの暖機運転を行うように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−２４９０１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１の第１実施形態の車両用暖房装置では、冷却水が所定の温度以上になった場合に熱交換流路におけるエンジンの排気通路において排気と冷却水との間の熱交換を停止させるように構成されているため、排気と冷却水との間の熱交換の停止後にはヒータコアにおいて熱交換が行われない。このため、熱交換流路から得られる熱を暖房運転に十分に用いることができないという問題点がある。
【０００７】
また、第２実施形態の車両用暖房装置では、エンジンの暖機運転が十分でない場合においても、ヒータコアとシリンダブロック内流路とに冷却水が流通されると考えられる。このため、エンジンの暖機運転が不十分な状態において、エンジンの熱がヒータコアにおいて冷却水に伝達される（奪われる）ことに起因して、エンジンの暖機運転効率が低下するという問題点があると考えられる。
【０００８】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、エンジンの暖機運転効率が低下するのを抑制しつつ、排熱回収器から得られる熱を十分に暖房運転に用いることが可能な車両用暖房装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、この発明の一の局面における車両用暖房装置は、エンジンを冷却するエンジン冷却水通路と、エンジン冷却水通路に対して接続可能に設けられ、エンジンの排熱を回収して冷却水に伝達する排熱回収器を含む排熱回収通路と、排熱回収通路に冷却水を流通させる第１ウォータポンプと、エンジン冷却水通路に冷却水を流通させる第２ウォータポンプと、冷却水の熱を空気に伝達する主ヒータコアと、主ヒータコアよりも放熱量が小さいとともに、冷却水の熱を空気に伝達する補助ヒータコアと、排熱回収通路に対してエンジン冷却水通路を接続せずに補助ヒータコアを接続する第１循環経路と、排熱回収通路にエンジン冷却水通路を接続せずに主ヒータコアを接続する第２循環経路とを切り替える経路切替部と、を備える。
【００１０】
この発明の一の局面による車両用空調システムでは、上記のように、排熱回収通路に対してエンジン冷却水通路を接続せずに補助ヒータコアを接続する第１循環経路と、排熱回収通路にエンジン冷却水通路を接続せずに主ヒータコアを接続する第２循環経路とを切り替える経路切替部を備える。これにより、排熱回収器による排熱回収量が小さな場合などには、第１循環経路に切り替えて放熱量が小さな補助ヒータコアで放熱させることによって、少ない熱量を効率的に暖房運転に用いることができる。また、排熱回収器による排熱回収量が大きな場合などには、第２循環経路に切り替えて主ヒータコアで放熱させることによって、排熱回収器から得られる熱を十分に暖房運転に用いることができる。また、第１循環経路および第２循環経路のいずれもエンジン冷却水通路に接続されないので、エンジンの暖機運転が不十分な状態などにおいて、エンジン冷却水通路に主ヒータコアや補助ヒータコアが接続されることに起因して、エンジンの熱が冷却水に伝達されて（奪われて）主ヒータコアや補助ヒータコアから放出されるのを抑制することができる。これにより、エンジンの暖機運転効率が低下するのを抑制することができる。これらの結果、エンジンの暖機運転効率が低下するのを抑制しつつ、排熱回収器から得られる熱を十分に暖房運転に用いることができる。
【００１１】
上記一の局面による車両用暖房装置において、好ましくは、エンジンの暖機運転初期において、第１循環経路に切り替えて、第１ウォータポンプにより第１循環経路に冷却水を流通させ、その後、経路切替部により第２循環経路に切り替えて、第１ウォータポンプにより第２循環経路に冷却水を流通させるように構成されている。このように構成すれば、エンジン暖機運転初期のような、エンジンから冷却水に伝達される（奪われる）熱量を極力少なくしたい場合において、主ヒータコアおよび補助ヒータコアのいずれもエンジン冷却水通路に接続しないことによって、エンジンの熱が冷却水に伝達される（奪われる）のを確実に抑制することができる。これにより、エンジンの暖機運転効率が低下するのを確実に抑制することができる。また、エンジンの暖機運転初期において、第１循環経路に切り替え、その後、経路切替部により第２循環経路に切り替える。このように構成すれば、エンジン始動時などの排熱回収器からの排熱回収量が小さい場合には、経路切替部により第１循環経路に切り替えることによって、補助ヒータコアにより、少ない熱量を効率的に暖房運転に用いることができる。また、第１循環経路に切り替えた後に、エンジンの運転により排熱回収器からの排熱回収量が大きくなった際に、経路切替部により第２循環経路に切り替えることによって、主ヒータコアにより排熱回収器から得られる熱を十分に暖房運転に用いることができる。
【００１２】
この場合、好ましくは、エンジンの暖機運転初期において、排熱回収器の排熱回収量が所定の排熱回収量以上になったことに基づいて、経路切替部により第１循環経路から第２循環経路に切り替えるように構成されている。このように構成すれば、排熱回収量に基づいて循環経路を切り替えることによって、排熱回収量が小さい状態で循環経路が切り替えられるのを抑制することができる。これにより、排熱回収器から得られる熱を効果的に暖房運転に用いることができる。
【００１３】
上記エンジンの暖機運転初期において第１循環経路に切り替えた後第２循環経路に切り替える構成において、好ましくは、経路切替部は、さらに、排熱回収通路に主ヒータコアおよびエンジン冷却水通路が接続された第３循環経路に切り替え可能に構成されており、エンジンの暖機運転中期において、第３循環経路に切り替えて、第２ウォータポンプにより第３循環経路に冷却水を流通させるように構成されている。このように構成すれば、エンジンがある程度暖機運転されたエンジンの暖機運転中期においては、排熱回収通路に主ヒータコアおよびエンジン冷却水通路を接続することによって、排熱回収器により回収した熱とエンジンからの熱とを、主ヒータコアによる暖房運転とエンジンの暖機運転とに用いることができる。これにより、排熱回収量が大きい場合には、排熱回収量の一部をエンジンの暖機運転に用いることができるので、エンジンの暖機運転効率を向上させることができる。また、暖房要求が大きく主ヒータコアから排熱回収量より大きな熱量を放出する必要がある場合には、エンジンの熱の一部を主ヒータコアからの放熱に用いることによって、確実に暖房要求を満たすことができる。これらの結果、エンジンの暖機運転効率の向上と車両用暖房装置の暖房性能の向上とを両立させることができる。なお、エンジンの暖機運転中期においてはある程度エンジンの温度が上昇しているため、エンジンの熱の一部が暖房運転に用いられても、特に問題にはならないと考えられる。
【００１４】
上記エンジンの暖機運転中期に第３循環経路に切り替える構成において、好ましくは、エンジン冷却水通路に並列接続されるラジエータと、エンジン冷却水通路とラジエータとの間に配置され、冷却水がしきい値温度以上の温度に上昇した場合に開弁する弁部材とをさらに備え、エンジンの暖機運転の完了時において、第３循環経路に流れる冷却水がしきい値温度以上の温度に上昇することにより、弁部材が開弁して、第３循環経路にラジエータが接続された第４循環経路が形成されて、第２ウォータポンプにより第４循環経路に冷却水が流通されるように構成されている。このように構成すれば、エンジンが十分に暖機運転されたエンジンの暖機運転の完了時に、主ヒータコアだけでなくラジエータにおいても冷却水の熱を放出することができるので、冷却水によりエンジンを確実に冷却することができる。
【００１５】
上記エンジンの暖機運転中期に第３循環経路に切り替える構成において、好ましくは、エンジンの暖機運転中期において、第１循環経路に第１ウォータポンプにより冷却水を流通させるとともに、第１循環経路とは独立して設けられ、エンジン冷却水通路と主ヒータコアとを接続した第５循環経路に第２ウォータポンプにより冷却水を流通させる制御を行った後、第３循環経路に切り替えて、第２ウォータポンプにより第３循環経路に冷却水を流通させるように構成されている。このように構成すれば、放熱量が小さな補助ヒータコアで放熱させる第１循環経路と、第１循環経路とは別にエンジン冷却水通路と主ヒータコアとを接続した第５循環経路とを設けることによって、排熱回収器からの少ない熱量を補助ヒータコアによる暖房運転に用いつつ、エンジンの熱を主ヒータコアによる暖房運転に用いることができる。これにより、補助ヒータコアが暖房運転する分、主ヒータコアの暖房運転に要する熱量を減少させることができるので、エンジンの熱が冷却水に大幅に伝達される（奪われる）のを抑制することができる。この結果、エンジンの暖機運転効率が大幅に低下するのを抑制することができる。また、第１循環経路と第５循環経路とが設けられた状態から、その後、エンジン冷却水通路と排熱回収通路とが主ヒータコアに接続された第３循環経路に切り替えることによって、排熱回収量がある程度大きくなった後に第３循環経路に切り替えて、エンジンの暖機運転効率の向上と車両用暖房装置の暖房性能の向上とを両立させることができる。
【００１６】
なお、本出願では、上記一の局面による車両用暖房装置において、以下のような構成も考えられる。
【００１７】
（付記項１）
すなわち、上記一の局面による車両用暖房装置において、経路切替部は、排熱回収通路と、主ヒータコアおよび補助ヒータコアとの間に配置され、第１循環経路と第２循環経路とを切り替えるための第１切換弁と、排熱回収通路とエンジン冷却水通路との間に配置され、排熱回収通路とエンジン冷却水通路との接続および切り離しを切り替えるための第２切換弁とを含む。
【００１８】
（付記項２）
また、上記一の局面による車両用暖房装置において、第１循環経路における冷却水の水容量は、第２循環経路における冷却水の水容量よりも小さい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、上記のように、エンジンの暖機運転効率が低下するのを抑制しつつ、排熱回収器から得られる熱量を十分に暖房運転に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態による車両において、車両用暖房装置の主な構成要素の位置関係を示した概略図である。
【図２】本発明の一実施形態による車両用暖房装置を概略的に示した図である。
【図３】本発明の一実施形態による車両用暖房装置の循環経路Ａを概略的に示した図である。
【図４】本発明の一実施形態による車両用暖房装置の循環経路Ｂを概略的に示した図である。
【図５】本発明の一実施形態による車両用暖房装置の循環経路ＣおよびＤが共に設けられる状態を概略的に示した図である。
【図６】本発明の一実施形態による車両用暖房装置の循環経路Ｅを概略的に示した図である。
【図７】本発明の一実施形態による車両用暖房装置の循環経路Ｆを概略的に示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２２】
まず、図１および図２を参照して、本発明の一実施形態による車両用暖房装置１００の構成について説明する。
【００２３】
第１実施形態による車両用暖房装置１００は、図１に示すように、エンジン９１を備えた乗用車、バスおよびトラックなどの車両９０の車室９５の空調（暖房）に適用されるように構成されている。また、車両用暖房装置１００は、図示しないＥＣＵにより駆動制御されるように構成されている。また、車両用暖房装置１００は、車両９０に搭載可能であるように配管類および機器配置のレイアウトが構成されている。
【００２４】
車両用暖房装置１００は、エンジン９１を冷却するための冷却水（クーラント）が循環可能なように構成されている。また、車両用暖房装置１００は、図２に示すように、ラジエータ１１と、サーモスタット１２と、排熱回収器１３と、ヒータコア１４と、サブヒータコア１５と、一対の電動式ウォータポンプ（電動式Ｗ／Ｐ）１６ａおよび１６ｂとを主に備えている。
【００２５】
ラジエータ１１は、ラジエターコアを含み、冷却水を車両９０（図１参照）の前方から主に取り込まれた外気により冷やす役割を有する。また、サーモスタット１２は、冷却水の温度が開弁温度（たとえば、約９０℃）未満の場合には閉状態になり、冷却水の温度が開弁温度以上の場合には開状態になるように構成されている。排熱回収器１３は、たとえばプレート式熱交換器であり、車両９０のエンジン９１に接続された排気ガス管９２を流通する高温（約３００℃〜約４００℃）の排気ガスと、排熱回収器１３内を流通する冷却水とが熱交換されるように構成されている。これにより、排熱回収器１３は、エンジン９１の排熱を回収して、冷却水に伝達するように構成されている。なお、排熱回収器１３は、プレート式熱交換器に限られず、チューブ式熱交換器などであってもよい。
【００２６】
ヒータコア１４およびサブヒータコア１５は、各々、流通する空気に冷却水の熱を伝達する機能を有し、車室９５（図１参照）内を暖房する際に使用される。ここで、サブヒータコア１５は、約２ｋＷ以下の熱量を空気に放出可能なように構成されている。なお、サブヒータコア１５の放熱量は、ヒータコア１４よりも放熱面が小さいことにより、ヒータコア１４の放熱量よりも小さい。
【００２７】
また、図１に示すように、サブヒータコア１５は、車両９０において、ヒータコア１４よりも排熱回収器１３に近接する位置に配置されている。具体的には、排熱回収器１３は、車室９５内に配置されたシート９５ａの前方側で、かつ、下方の車両９０の下部に配置されている。ヒータコア１４は、シート９５ａよりも前方に配置されているとともに、排熱回収器１３から上方に離れた車両９０の上部に配置されている。一方、サブヒータコア１５は、シート９５ａの直前で、かつ排熱回収器１３の直上に配置されており、その結果、ヒータコア１４よりも排熱回収器１３の近傍に配置されている。
【００２８】
図２に示すように、電動式Ｗ／Ｐ１６ａおよび１６ｂは、電動式のウォータポンプであり、エンジン９１の運転状態にかかわらず、図示しないバッテリの蓄電電力により駆動可能なように構成されている。これにより、エンジン９１なお、電動式Ｗ／Ｐ１６ａおよび１６ｂは、エンジン９１が運転している状態では、オルタネータ（図示せず）の発電電力によっても駆動することが可能なように構成されている。
【００２９】
また、車両用暖房装置１００では、各構成要素が冷却水通路１により接続されている。冷却水通路１は、エンジン冷却水通路１ａと、ラジエータ通路１ｂと、排熱回収通路１ｃと、排熱回収器迂回通路１ｄと、ヒータ通路１ｅと、サブヒータ通路１ｆと、エンジン迂回通路１ｇと、サーモスタット通路１ｈとを含んでいる。
【００３０】
エンジン冷却水通路１ａには、エンジン９１および電動式Ｗ／Ｐ１６ａが配置されており、通路内でエンジン９１が冷却される。具体的には、エンジン９１に設けられた図示しないウォータジャケット内のエンジン冷却水通路１ａを冷却水が流通することによって、エンジン９１から生じた熱が冷却水に伝達されて、エンジン９１が冷却される。
【００３１】
ラジエータ通路１ｂには、エンジン冷却水通路１ａに並列に接続されたラジエータ１１が配置されている。排熱回収通路１ｃには、排熱回収器１３が配置されている。ヒータ通路１ｅには、ヒータコア１４が配置されている。サブヒータ通路１ｆには、サブヒータコア１５が配置されている。エンジン迂回通路１ｇには、電動式Ｗ／Ｐ１６ｂが配置されている。
【００３２】
また、冷却水通路１の所定の接続部分には、３つの通路のうち２つの通路を接続する三方弁１７ａ、１７ｂおよび１７ｃが配置されている。具体的には、三方弁１７ａには、エンジン９１の下流側のエンジン冷却水通路１ａと、排熱回収器１３の上流側の排熱回収通路１ｃと、排熱回収器迂回通路１ｄとが接続されている。つまり、三方弁１７ａは、エンジン冷却水通路１ａと排熱回収通路１ｃとの間に配置されているとともに、エンジン冷却水通路１ａと排熱回収通路１ｃとの接続および切り離しを切り替える機能を有している。
【００３３】
三方弁１７ｂには、排熱回収器１３の下流側の排熱回収通路１ｃと、ヒータコア１４の上流側のヒータ通路１ｅと、サブヒータコア１５の上流側のサブヒータ通路１ｆとが接続されている。つまり、三方弁１７ｂは、ヒータコア１４とサブヒータコア１５との間に配置されており、後述する循環経路Ａと循環経路Ｂとを切り替える機能を有している。
【００３４】
三方弁１７ｃには、ヒータコア１４の下流側のヒータ通路１ｅと、電動式Ｗ／Ｐ１６ｂの上流側のエンジン迂回通路１ｇと、サーモスタット通路１ｈとが接続されている。
【００３５】
また、エンジン９１の下流側のエンジン冷却水通路１ａには、エンジン冷却水通路１ａに流れる冷却水の温度を検出するための温度センサ１８ａが配置されている。この温度センサ１８ａは、エンジン９１の暖機運転が略行われていない状態（エンジン暖機運転初期）か、または、ある程度行われた状態（エンジン暖機中期または完了時）かを判断するために設けられている。具体的には、温度センサ１８ａにおいて検出された冷却水の温度が約６０℃未満である場合は、エンジン暖機運転初期であると判断され、温度センサ１８ａにおいて検出された冷却水の温度が約６０℃以上である場合は、エンジン暖機中期または完了時であると判断されるように構成されている。
【００３６】
また、排熱回収器１３の下流側の排熱回収通路１ｃには、排熱回収通路１ｃに流れる冷却水の温度を検出するための温度センサ１８ｂが配置されている。温度センサ１８ｂは、排熱回収通路１ｃに流れる冷却水の温度が冷却水の沸点以上であるかを検出可能なように構成されている。なお、温度センサ１８ａおよび１８ｂの検出結果と、冷却水の流速とに基づいて、排熱回収器１３において冷却水に回収される排熱回収量を算出することが可能である。また、排気ガス管９２への吸入空気量と触媒前の排気温度とから排熱回収量を算出することも可能である。
【００３７】
また、サーモスタット１２の上流側は、サーモスタット通路１ｈに接続されているとともに、下流側は、電動式Ｗ／Ｐ１６ａの上流側のエンジン冷却水通路１ａと、ラジエータ１１の上流側のラジエータ通路１ｂとに接続されている。また、ラジエータ通路１ｂは、ラジエータ１１の下流側において、エンジン９１の下流側のエンジン冷却水通路１ａに接続されている。
【００３８】
また、排熱回収器迂回通路１ｄは、三方弁１７ａに接続されているとともに、ヒータコア１４の上流側で、かつ、三方弁１７ｂよりも下流側のヒータ通路１ｅに接続されている。また、サブヒータ通路１ｆの下流側は、電動式Ｗ／Ｐ１６ｂの上流側で、かつ、三方弁１７ｃよりも下流側のエンジン迂回通路１ｇに接続されている。また、エンジン迂回通路１ｇの下流側は、排熱回収器１３の上流側で、かつ、三方弁１７ａよりも下流側の排熱回収通路１ｃに接続されている。
【００３９】
ここで、本実施形態では、車両用暖房装置１００は、暖房運転時において、エンジン９１の暖機運転状態と排熱回収器１３における排熱回収量とに基づいて、三方弁１７ａ〜１７ｃの通路の接続状態と、サーモスタット１２の開閉状態とを切り替えることによって、複数の循環経路（循環経路Ａ〜Ｆ）を切り替えるように構成されている。なお、三方弁１７ａ〜１７ｃは、本発明の「経路切替部」の一例であり、サーモスタット１２は、本発明の「弁部材」の一例である。
【００４０】
次に、図１および図３〜図７を参照して、本実施形態におけるエンジン９１の運転による循環経路の具体的な切替について説明する。
【００４１】
温度センサ１８ａにおいて検出された冷却水の温度が約６０℃未満であって、エンジン９１の暖機運転が略行われていないエンジン暖機運転初期で、かつ、排熱回収器１３における排熱回収量がサブヒータコア１５の最大放熱量（約２ｋＷ）未満である（排熱回収量小の）場合においては、車両用暖房装置１００の循環経路は、図３に示す循環経路Ａに切り替えられるように構成されている。なお、エンジン暖機運転初期で、かつ、排熱回収量小の場合としては、主に、エンジン始動直後が挙げられる。
【００４２】
循環経路Ａは、図３に太線で示すように、排熱回収通路１ｃ、サブヒータ通路１ｆおよびエンジン迂回通路１ｇから構成されている。つまり、循環経路Ａでは、排熱回収通路１ｃに対してエンジン冷却水通路１ａが接続されておらず、サブヒータコア１５が配置されたサブヒータ通路１ｆが接続されている。
【００４３】
循環経路Ａでは、三方弁１７ａにより、エンジン９１の下流側のエンジン冷却水通路１ａと、排熱回収器迂回通路１ｄとが接続されている。また、三方弁１７ｂにより、排熱回収器１３の下流側の排熱回収通路１ｃと、サブヒータコア１５の上流側のサブヒータ通路１ｆとが接続されている。また、三方弁１７ｃにより、ヒータコア１４の下流側のヒータ通路１ｅと、電動式Ｗ／Ｐ１６ｂの上流側のエンジン迂回通路１ｇとが接続されている。また、循環経路Ａにおいて、サーモスタット１２は閉状態である。また、循環経路Ａでは、エンジン迂回通路１ｇの電動式Ｗ／Ｐ１６ｂが駆動されることにより冷却水の流通が行われる。なお、循環経路Ａは、本発明の「第１循環経路」の一例であり、電動式Ｗ／Ｐ１６ｂは、本発明の「第１ウォータポンプ」の一例である。
【００４４】
ここで、循環経路Ａでは、エンジン９１が位置するエンジン冷却水通路１ａの冷却水は循環されないので、サブヒータコア１５にエンジン９１の熱が伝達されるのが抑制される。この結果、熱源としてのエンジン９１に冷却水を循環させなくとも、排熱回収器１３およびサブヒータコア１５に冷却水を循環させることにより、暖房運転を行うことが可能である。
【００４５】
エンジン９１の暖機運転が未だ不十分（エンジン暖機運転初期）である一方、エンジン９１の高速走行や高負荷運転などによって、排熱回収器１３における排熱回収量がサブヒータコア１５の最大放熱量（約２ｋＷ）以上（排熱回収量大）になった際には、車両用暖房装置１００の循環経路は、循環経路Ａから図４に示す循環経路Ｂに切り替えられるように構成されている。
【００４６】
循環経路Ｂは、図４に太線で示すように、排熱回収通路１ｃ、ヒータ通路１ｅおよびエンジン迂回通路１ｇから構成されている。つまり、循環経路Ｂでは、循環経路Ａと同様に、排熱回収通路１ｃに対してエンジン冷却水通路１ａが接続されていないとともに、サブヒータ通路１ｆが接続された循環経路Ａとは異なり、ヒータコア１４が配置されたヒータ通路１ｅが接続されている。
【００４７】
循環経路Ｂでは、循環経路Ａと異なり、三方弁１７ｂにより、排熱回収器１３の下流側の排熱回収通路１ｃと、ヒータコア１４の上流側のヒータ通路１ｅとが接続されている。つまり、三方弁１７ｂにより、循環経路Ａが循環経路Ｂに切り替えられるように構成されている。また、循環経路Ｂでは、循環経路Ａと同様に、サーモスタット１２は閉状態であり、エンジン迂回通路１ｇの電動式Ｗ／Ｐ１６ｂが駆動されることにより冷却水の流通が行われる。なお、循環経路Ｂは、本発明の「第２循環経路」の一例である。
【００４８】
ここで、循環経路Ｂでは、循環経路Ａと同様に、エンジン９１が位置するエンジン冷却水通路１ａの冷却水は循環されないので、ヒータコア１４にエンジン９１の熱が伝達されるのが抑制される。この結果、熱源としてのエンジン９１に冷却水を循環させなくとも、排熱回収器１３およびヒータコア１４に冷却水を循環させることにより、暖房運転を行うことが可能である。
【００４９】
また、本実施形態では、図１に示すように、ヒータコア１４よりも排熱回収器１３の近傍に配置されたサブヒータコア１５を冷却水が流通する循環経路Ａ（破線）は、サブヒータコア１５よりも排熱回収器１３に対して離間した位置に配置されたヒータコア１４を冷却水が流通する循環経路Ｂ（一点鎖線）よりも、冷却水が流通する流路長が短い。この結果、循環経路Ａを流通する冷却水の水容量は、１×１０−３ｍ３程度である一方、循環経路Ｂを流通する冷却水の水容量は、３×１０−３〜４×１０−３ｍ３程度になり、この結果、循環経路Ａの冷却水の水容量は、循環経路Ｂの冷却水の水容量よりも小さくなる。したがって、循環経路Ａを流通する冷却水を暖めるのに要する熱量は、循環経路Ｂを流通する冷却水を暖めるのに要する熱量よりも少なくなる。
【００５０】
これにより、循環経路Ａに切り替えられている場合には、排熱回収器１３における排熱回収量が小さくても、少ない熱量で循環経路Ａを流通する冷却水を暖めることが可能であるので、サブヒータコア１５により少ない熱量を効率的に暖房運転に用いることが可能である。一方、サブヒータコア１５で放熱可能な熱量（最大放熱量、約２ｋＷ）以上の排熱回収量が排熱回収器１３から回収される場合には、循環経路Ａの冷却水の水容量が少ないため、循環経路Ａ内の冷却水の温度が容易に上昇し、冷却水が沸騰する虞がある。そこで、最大放熱量以上の排熱回収量が排熱回収器１３から回収される場合には、循環経路Ａから、冷却水の水容量が大きく、かつ、放熱量が大きいヒータコア１４を冷却水が流通する循環経路Ｂに切り替えることによって、冷却水が沸騰するのを抑制することが可能であるとともに、排熱回収器１３から得られる熱量を十分に暖房運転に用いることが可能である。
【００５１】
温度センサ１８ａにおいて検出された冷却水の温度が約６０℃以上で、かつ、サーモスタット１２の開弁温度未満であって、エンジン９１がある程度暖機運転された（エンジン９１の温度が上昇した）エンジン暖機運転中期で、かつ、排熱回収量小の場合においては、図５に示すように、車両用暖房装置１００の循環経路は、循環経路ＣおよびＤが共に設けられる状態に切り替えられるように構成されている。なお、一般的に、エンジン暖機運転初期で、かつ、排熱回収量小の循環経路Ａの後に、循環経路ＣおよびＤが共に設けられる状態に切り替えられる。
【００５２】
循環経路Ｃは、図５に太線で示すように、図３に示す循環経路Ａと同一である。また、循環経路Ｄは、図５に太線で示すように、エンジン冷却水通路１ａ、排熱回収器迂回通路１ｄ、ヒータ通路１ｅおよびサーモスタット通路１ｈから構成されている。つまり、循環経路Ｄでは、エンジン冷却水通路１ａと、ヒータコア１４が配置されたヒータ通路１ｅとが接続されている。なお、循環経路ＣおよびＤは、それぞれ、本発明の「第１循環経路」および「第５循環経路」の一例である。
【００５３】
循環経路ＣおよびＤが共に設けられる状態では、循環経路Ａのみの場合と異なり、三方弁１７ｃにより、ヒータコア１４の下流側のヒータ通路１ｅと、サーモスタット通路１ｈとが接続されている。つまり、三方弁１７ｃにより、循環経路Ａが循環経路ＣおよびＤが共に設けられる状態に切り替えられるように構成されている。また、循環経路ＣおよびＤが共に設けられる状態において、サーモスタット１２は閉状態である。
【００５４】
また、図５に示すように、三方弁１７ａ〜１７ｃにより、循環経路Ｄは、循環経路Ｃとは接続されておらず、循環経路Ｃとは独立して設けられている。つまり、排熱回収器１３が配置された循環経路Ｃは、エンジン９１とサーモスタット１２とが配置された循環経路Ｄに対して、冷却水が独立して循環されるように構成されている。なお、循環経路Ｃでは、エンジン迂回通路１ｇの電動式Ｗ／Ｐ１６ｂが駆動されることにより冷却水の流通が行われ、循環経路Ｄでは、エンジン冷却水通路１ａの電動式Ｗ／Ｐ１６ａが駆動されることにより冷却水の流通が行われる。
【００５５】
ここで、循環経路Ａ〜Ｃには、サーモスタット１２が配置されないので、循環経路Ａ〜Ｃ内を流通する冷却水の温度を、サーモスタット１２の開弁温度よりも高くすることが可能である。これにより、サーモスタット１２の開弁温度よりも高い温度域の冷却水と、車室９５内の空気との温度差を大きくすることができるので、サブヒータコア１５またはヒータコア１４による暖房効率を向上させることが可能である。
【００５６】
エンジン暖機運転中期で、かつ、排熱回収量大の場合においては、図６に示すように、車両用暖房装置１００の循環経路は、循環経路Ｅに切り替えられるように構成されている。なお、一般的に、エンジン暖機運転初期で、かつ、排熱回収量大の循環経路Ｂの後、または、エンジン暖機運転中期で、かつ、排熱回収量小の循環経路ＣおよびＤが共に設けられる状態の後に、循環経路Ｅに切り替えられる。この循環経路Ｅは、エンジン冷却水通路１ａ、排熱回収通路１ｃ、ヒータ通路１ｅおよびサーモスタット通路１ｈから構成されている。つまり、循環経路Ｅでは、エンジン９１と排熱回収器１３とが、ヒータコア１４に接続されている。なお、循環経路Ｅは、本発明の「第３循環経路」の一例である。
【００５７】
循環経路Ｅでは、三方弁１７ａにより、エンジン９１の下流側のエンジン冷却水通路１ａと、排熱回収器１３の上流側の排熱回収通路１ｃとが接続されている。また、三方弁１７ｂにより、排熱回収器１３の下流側の排熱回収通路１ｃと、ヒータコア１４の上流側のヒータ通路１ｅとが接続されている。また、三方弁１７ｃにより、ヒータコア１４の下流側のヒータ通路１ｅと、サーモスタット通路１ｈとが接続されている。また、循環経路Ｅにおいて、サーモスタット１２は閉状態である。また、循環経路Ｅでは、エンジン冷却水通路１ａの電動式Ｗ／Ｐ１６ａが駆動されることにより冷却水の流通が行われる。
【００５８】
ここで、循環経路Ｅでは、エンジン９１の熱と排熱回収器１３の熱とが、ヒータコア１４に伝達される。なお、排熱回収器１３における排熱回収量が大きい場合には、排熱回収量の一部をエンジン９１の暖機運転に用いることが可能である。また、暖房要求が大きくヒータコア１４から排熱回収量より大きな熱量を放出する必要がある場合には、エンジン９１の熱の一部をヒータコア１４からの放熱に用いることが可能である。
【００５９】
また、エンジン９１の運転が停止された場合に図６に示す循環経路Ｅに切り替えることによって、エンジン９１に残る熱を利用して、ヒータコア１４による暖房を行うことが可能である。この際、循環経路Ｅでは、冷却水の流通が電動式の電動式Ｗ／Ｐ１６ａにより行われるため、エンジン９１の運転が停止されていたとしても、循環経路Ｅ内における冷却水の流通を行わせることが可能である。
【００６０】
サーモスタット１２を流通する冷却水の温度がサーモスタット１２の開弁温度以上であって、エンジン９１が十分に暖機運転されたエンジン暖機運転完了時においては、図７に示すように、車両用暖房装置１００の循環経路は、循環経路Ｅの状態からサーモスタット１２が開弁することによって、循環経路Ｆに切り替えられるように構成されている。つまり、この循環経路Ｆは、循環経路Ｅにラジエータ１１が接続されることによって形成されている。また、循環経路Ｆでは、エンジン冷却水通路１ａの電動式Ｗ／Ｐ１６ａが駆動されることにより冷却水の流通が行われる。なお、循環経路Ｆは、本発明の「第４循環経路」の一例であり、サーモスタット１２の開弁温度は、本発明の「しきい値温度」の一例である。
【００６１】
ここで、循環経路Ｆでは、エンジン９１の熱と排熱回収器１３の熱とが、ヒータコア１４だけでなく、ラジエータ１１に伝達されることによって、循環経路Ｆ内の冷却水の熱がラジエータ１１から効率的に放出される。
【００６２】
このように、エンジン９１の暖機運転状態と排熱回収器１３における排熱回収量とに基づいて、三方弁１７ａ〜１７ｃの通路の接続状態と、サーモスタット１２の開閉状態とを適切に切り替えることにより、複数の循環経路（循環経路Ａ〜Ｆ）を切り替えることによって、エンジン９１の暖機運転効率が低下するのを抑制しつつ、車両用暖房装置１００の暖房性能を向上させることが可能である。
【００６３】
本実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
【００６４】
本実施形態では、上記のように、三方弁１７ｂにより、排熱回収通路１ｃに対してエンジン冷却水通路１ａを接続せずにサブヒータコア１５を接続する循環経路Ａと、排熱回収通路１ｃにエンジン冷却水通路１ａを接続せずにヒータコア１４を接続する循環経路Ｂとを切り替える。これにより、排熱回収器１３による排熱回収量が小さな場合には、循環経路Ａに切り替えて放熱量が小さなサブヒータコア１５で放熱させることによって、少ない熱量を効率的に暖房運転に用いることができる。また、排熱回収器１３による排熱回収量が大きな場合には、循環経路Ｂに切り替えてヒータコア１４で放熱させることによって、排熱回収器１３から得られる熱量を十分に暖房運転に用いることができる。また、循環経路Ａおよび循環経路Ｂのいずれもエンジン冷却水通路１ａに接続されないので、エンジン９１の暖機運転が不十分なエンジン暖機運転初期などおいて、エンジン冷却水通路１ａにヒータコア１４やサブヒータコア１５が接続されることに起因して、エンジン９１の熱が冷却水に伝達されて（奪われて）ヒータコア１４やサブヒータコア１５から放出されるのを抑制することができる。これにより、エンジン９１の暖機運転効率が低下するのを抑制することができる。これらの結果、エンジン９１の暖機運転効率が低下するのを抑制しつつ、排熱回収器１３から得られる熱を十分に暖房運転に用いることができる。
【００６５】
また、本実施形態では、エンジン９１の暖機運転初期において、循環経路Ａに切り替えて、電動式Ｗ／Ｐ１６ｂにより循環経路Ａに冷却水を流通させ、その後、三方弁１７ｂにより循環経路Ｂに切り替えて、電動式Ｗ／Ｐ１６ｂにより循環経路Ｂに冷却水を流通させる。これにより、エンジン暖機運転初期のような、エンジン９１から冷却水に伝達される（奪われる）熱量を極力少なくしたい場合において、ヒータコア１４およびサブヒータコア１５のいずれもエンジン冷却水通路１ａに接続しないことによって、エンジン９１の熱が冷却水に伝達される（奪われる）のを確実に抑制することができるので、エンジン９１の暖機運転効率が低下するのを確実に抑制することができる。
【００６６】
また、本実施形態では、エンジン９１の暖機運転初期において、循環経路Ａに切り替え、その後、排熱回収量が大きくなったことに基づいて、三方弁１７ｂにより循環経路Ｂに切り替える。これにより、エンジン９１の始動時などの排熱回収器１３からの排熱回収量が小さい場合には、三方弁１７ｂにより循環経路Ａに切り替えることによって、サブヒータコア１５により、少ない熱量を効率的に暖房運転に用いることができる。また、循環経路Ａに切り替えた後に、エンジン９１の運転により排熱回収器１３からの排熱回収量が大きくなった際に、三方弁１７ｂにより循環経路Ｂに切り替えることによって、ヒータコア１４により排熱回収器１３から得られる熱量を十分に暖房運転に用いることができる。
【００６７】
また、本実施形態では、エンジン９１の暖機運転初期において、排熱回収器１３の排熱回収量が所定の排熱回収量（約２ｋＷ）以上になったことに基づいて、三方弁１７ｂにより循環経路Ａから循環経路Ｂに切り替える。これにより、排熱回収量に基づいて循環経路を切り替えることによって、排熱回収量が小さい状態で循環経路が切り替えられるのを抑制することができる。この結果、排熱回収器１３から得られる熱を効果的に暖房運転に用いることができる。
【００６８】
また、本実施形態では、三方弁１７ａ〜１７ｃにより、エンジン９１の暖機運転中期において、エンジン９１と排熱回収器１３とがヒータコア１４に接続された循環経路Ｅに切り替えて、電動式Ｗ／Ｐ１６ａにより循環経路Ｅに冷却水を流通させる。これにより、エンジン９１がある程度暖機運転されたエンジン９１の暖機運転中期においては、排熱回収通路１ｃにヒータコア１４およびエンジン冷却水通路１ａを接続することによって、排熱回収器１３により回収した熱とエンジン９１からの熱とを、ヒータコア１４による暖房運転とエンジン９１の暖機運転とに用いることができる。この結果、排熱回収量が大きい場合には、排熱回収量の一部をエンジン９１の暖機運転に用いることができるので、エンジン９１の暖機運転効率を向上させることができる。また、暖房要求が大きくヒータコア１４から排熱回収量より大きな熱量を放出する必要がある場合には、エンジン９１の熱の一部をヒータコア１４からの放熱に用いることによって、確実に暖房要求を満たすことができる。これらの結果、エンジン９１の暖機運転効率の向上と車両用暖房装置１００の暖房性能の向上とを両立させることができる。
【００６９】
また、本実施形態では、エンジン９１の暖機運転の完了時において、循環経路Ｅに流れる冷却水がしきい値温度（サーモスタット１２の開弁温度）以上の温度に上昇することにより、サーモスタット１２が開弁して、循環経路Ｅにラジエータ１１が接続された循環経路Ｆが形成されて、電動式Ｗ／Ｐ１６ａにより循環経路Ｆに冷却水が流通されるように構成する。これにより、エンジン９１が十分に暖機運転されたエンジン９１の暖機運転の完了時に、ヒータコア１４だけでなくラジエータ１１においても冷却水の熱を放出することができるので、冷却水によりエンジン９１を確実に冷却することができる。
【００７０】
また、本実施形態では、エンジン９１の暖機運転中期において、循環経路Ａと同一の循環経路Ｃに電動式Ｗ／Ｐ１６ｂにより冷却水を流通させるとともに、循環経路Ｃとは独立して設けられ、エンジン冷却水通路１ａとヒータコア１４とを接続した循環経路Ｄに電動式Ｗ／Ｐ１６ａにより冷却水を流通させる制御を行った後、エンジン９１と排熱回収器１３とがヒータコア１４に接続された循環経路Ｅに切り替えて、電動式Ｗ／Ｐ１６ａにより循環経路Ｅに冷却水を流通させる。これにより、排熱回収器１３からの排熱回収量が小さい場合には、放熱量が小さなサブヒータコア１５で放熱させる循環経路Ｃと、循環経路Ｃとは別にエンジン冷却水通路１ａとヒータコア１４とを接続した循環経路Ｄとを設けることによって、排熱回収器１３からの少ない熱量をサブヒータコア１５による暖房運転に用いつつ、エンジン９１の熱をヒータコア１４による暖房運転に用いることができる。この結果、サブヒータコア１５が暖房運転する分、ヒータコア１４の暖房運転に要する熱量を減少させることができるので、エンジン９１の熱が冷却水に大幅に伝達される（奪われる）のを抑制することができる。したがって、エンジン９１の暖機運転効率が大幅に低下するのを抑制することができる。また、循環経路Ｃと循環経路Ｄとが設けられた状態から、その後、エンジン冷却水通路１ａと排熱回収通路１ｃとがヒータコア１４に接続された循環経路Ｅに切り替えることによって、排熱回収量がある程度大きくなった後に循環経路Ｅに切り替えて、エンジン９１の暖機運転効率の向上と車両用暖房装置１００の暖房性能の向上とを両立させることができる。
【００７１】
また、本実施形態では、エンジン冷却水通路１ａと排熱回収通路１ｃとの間に、エンジン冷却水通路１ａと排熱回収通路１ｃとの接続および切り離しを切り替える機能を有する三方弁１７ａを配置し、ヒータコア１４とサブヒータコア１５との間に、循環経路Ａと循環経路Ｂとを切り替える機能を有する三方弁１７ｂを配置する。これにより、三方弁１７ａおよび１７ｂを切り替えることにより、容易に、循環経路を切り替えることができる。
【００７２】
また、本実施形態では、循環経路Ａにおける冷却水の水容量を、循環経路Ｂにおける冷却水の水容量よりも小さくする。これにより、循環経路Ａに切り替えられている場合には、少ない熱量で循環経路Ａを流通する冷却水を暖めることができるので、サブヒータコア１５により少ない熱量を効率的に暖房運転に用いることができる。また、冷却水の水容量が大きく、かつ、放熱量が大きいヒータコア１４を冷却水が流通する循環経路Ｂに切り替えられている場合には、冷却水が沸騰するのを抑制することができるとともに、排熱回収器１３から得られる熱量を十分に暖房運転に用いることができる。
【００７３】
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更（変形例）が含まれる。
【００７４】
たとえば、上記実施形態では、エンジン暖機運転初期において、排熱回収器１３の排熱回収量が所定の排熱回収量（約２ｋＷ）以上になったことに基づいて、三方弁１７ｂにより循環経路Ａから循環経路Ｂに切り替え、エンジン暖機運転中期において、排熱回収器１３の排熱回収量が所定の排熱回収量（約２ｋＷ）以上になったことに基づいて、三方弁１７ａ〜１７ｃにより循環経路ＣおよびＤが共に設けられる状態から循環経路Ｅに切り替えた例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、三方弁による循環経路の切替を、排熱回収器の排熱回収量以外のパラメータに基づいて行ってもよい。たとえば、暖房要求の大きさや温度センサにより検出された温度に基づいて、三方弁により循環経路の切替を行うように構成してもよい。
【００７５】
また、上記実施形態では、電動式の電動式ウォータポンプ１６ａおよび１６ｂを用いた例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、エンジンの駆動力により駆動されるウォータポンプを用いてもよい。
【００７６】
また、上記実施形態では、エンジン９１とは別に、エンジン冷却水通路１ａ上に温度センサ１８ａを配置した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、エンジンに一体的に温度センサを設けてもよい。
【符号の説明】
【００７７】
１ａ  エンジン冷却水通路
１ｃ  排熱回収通路
１１  ラジエータ
１２  サーモスタット（弁部材）
１３  排熱回収器
１４  ヒータコア（主ヒータコア）
１５  サブヒータコア（補助ヒータコア）
１６ａ  電動式Ｗ／Ｐ（第２ウォータポンプ）
１６ｂ  電動式Ｗ／Ｐ（第１ウォータポンプ）
１７ａ、１７ｂ、１７ｃ  三方弁（経路切替部）
９１  エンジン
１００  車両用暖房装置
Ａ、Ｃ  循環経路（第１循環経路）
Ｂ  循環経路（第２循環経路）
Ｄ  循環経路（第５循環経路）
Ｅ  循環経路（第３循環経路）
Ｆ  循環経路（第４循環経路）
【図１】
2016074380.tif 000003
【図２】
2016074380.tif 000004
【図３】
2016074380.tif 000005
【図４】
2016074380.tif 000006
【図５】
2016074380.tif 000007
【図６】
2016074380.tif 000008
【図７】
2016074380.tif 000009