(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱交換流体を暖房用熱源とする熱交換器（２）と、
前記熱交換器（２）に循環する前記熱交換流体を加熱する第１の燃焼式ヒータ（３０）および第２の燃焼式ヒータ（４０）とを備え、
暖房能力に関連する物理量が所定値（Ｔ４）以下のとき、前記第２の燃焼式ヒータ（４０）を最大出力とするとともに、前記第１の燃焼式ヒータ（３０）の出力を前記物理量の減少に従って多段階に増加させ、
前記物理量が所定値（Ｔ４）よりも大きいとき、前記第１の燃焼式ヒータ（３０）を停止するとともに、前記第２の燃焼式ヒータ（４０）の出力を前記物理量の増加に従って多段階に減少させることを特徴とする燃焼式ヒータを用いた暖房装置。
【請求項２】
前記熱交換流体が温水であり、前記物理量は前記温水の温度であることを特徴とする請求項１に記載の燃焼式ヒータを用いた暖房装置。
【請求項３】
前記第２の燃焼ヒータ（４０）は、前記第１の燃焼ヒータ（３０）よりも最小燃焼能力が小さいことを特徴とする請求項１または２に記載の燃焼式ヒータを用いた暖房装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃焼式ヒータを用いた暖房装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、燃焼式ヒータを用いた暖房装置として、温水を利用したヒータコア（熱交換器）に、この温水を加熱する燃焼式ヒータを２台直列に接続し、それぞれのヒータを水温に応じて、ＯＮ−ＯＦＦ制御（つまり、燃焼度０−１００％の断続）するシステムがある。このシステムでは、水温に応じて、燃焼式ヒータを２台とも最大燃焼させる、１台のみ燃焼させる、２台とも停止させるという３段階制御を行っている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の暖房装置においては、０−１００％の断続を行っているため、温水の温度変動が大きく、結果として、ヒータコアからの吹出空気温度の変動も大きくなり、使用者にとってフィーリングが好ましくないという問題が生じる。
【０００４】
本発明は上記点に鑑みて、燃焼式ヒータを用いた暖房装置において、吹出空気温度の変動を小さくし、フィーリングを向上させることを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するため、以下の技術的手段を採用する。
すなわち、請求項１の発明によれば、熱交換流体を暖房用熱源とする熱交換器（２）と、この熱交換器（２）に循環する熱交換流体を加熱する第１の燃焼式ヒータ（３０）および第２の燃焼式ヒータ（４０）とを備え、暖房能力に関連する物理量が所定値（Ｔ４）以下のとき、第２の燃焼式ヒータ（４０）を最大出力とするとともに、第１の燃焼式ヒータ（３０）の出力を前記の物理量の減少に従って多段階に増加させ、前記の物理量が所定値（Ｔ４）よりも大きいとき、第１の燃焼式ヒータ（３０）を停止するとともに、第２の燃焼式ヒータ（４０）の出力を前記の物理量の増加に従って多段階に減少させることを特徴とする。
【０００６】
ここで、暖房能力に関連する物理量とは、暖房装置の暖房出力すなわち各燃焼式ヒータ（３０、４０）の出力制御の目安となるものであり、この物理量が小さい（大きい）とは、大きな（小さな）燃焼出力を必要とすることを意味する。
それによって、前記の物理量が所定値（Ｔ４）以下のときには、第２の燃焼式ヒータ（４０）の最大出力に対して第１の燃焼式ヒータ（３０）の出力が多段階に加えられて、全体として多段階出力となる。一方、前記の物理量が所定値（Ｔ４）よりも大きいときには、第１の燃焼式ヒータ（３０）は停止し、第２の燃焼式ヒータ（４０）のみによる多段階出力となる。
【０００７】
このように、両燃焼式ヒータ（３０、４０）をそれぞれ多段階出力可能なものとし、暖房能力に関連する物理量に応じて両燃焼式ヒータ（３０、４０）の出力制御を行うことで、従来よりも熱交換器（２）の暖房能力を多段階とできるので、吹出空気温度の変動を小さくでき、フィーリングを向上させることができる。
ここで、請求項２の発明のように、熱交換器（２）を流れる熱交換流体が温水である場合、暖房能力に関連する物理量を、この温水の温度とすれば、前記物理量を暖房される室内空気温度あるいは吹出空気温度等とする場合に比べて、各燃焼式ヒータ（３０、４０）の出力制御の応答性に優れたものとできる。
【０００８】
また、前記の物理量が所定値（Ｔ４）より大きいときには、第２の燃焼式ヒータ（４０）のみの出力となるから、請求項３の発明のように、第２の燃焼ヒータ（４０）は、第１の燃焼ヒータ（３０）よりも最小燃焼能力が小さいものにすれば、暖房装置の最小燃焼能力を小さくすることができ、燃焼能力可変範囲の下限を拡大することができる。
【０００９】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示す実施形態について説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る燃焼式ヒータを用いた暖房装置の全体構成を示す回路図である。本実施形態の暖房装置１は、自動車用の暖房装置として適用したものである。
【００１１】
暖房装置１は、温水（熱交換流体）を暖房用熱源とするヒータコア（熱交換器）２を備えこのヒータコア２により発生する温風を吹出して車室内を暖房するヒータ部Ａと、ヒータコア２に循環する温水を加熱する温水加熱部Ｂとから構成されている。
ヒータ部Ａは、車室内空気（内気）または車室外空気（外気）を導入するブロワユニット３と、ブロワユニット３からの導入空気をヒータコア２により加熱して車室内の適所に吹出すヒータユニット４とを備えている。これら両ユニット３、４は、その外周をヒータケース５によって区画されている。
【００１２】
ブロワユニット３は、ヒータケース５に形成された内気導入口６および外気導入口７と、ヒータケース５内部のうち両導入口６、７近傍に配設された内外気切替ドア８と、ヒータケース５内部のうち内外気切替ドア８の空気下流に配設された送風機９とを備えている。
内気導入口６は、例えば、車室内のダッシュパネル（図示せず）下に設けられ、外気導入口７は、車両に設けられた外気開口部（図示せず）とダクト（図示せず）を介して外気につながっている。
【００１３】
内外気切替ドア８は、外気導入（外気モード）時には内気導入口６をふさぎ、内気導入（内気モード）時には外気導入口７をふさぐように構成されている。そして、乗員の選択に応じて外気モードと内気モードとが切り替え可能となっている。なお、本発明の内外気切替ドアの駆動は、手動操作機構によるものでも、サーボモータを用いた電気的な操作機構によるものであってもよい。
【００１４】
送風機９は、電動モータ９ａにより駆動されるものであり、ヒータケース５内部において、上記の両導入口６、７からヒータユニット４を通り車室へ吹出される空気の流れを形成し、また、その風量を調節するものである。
ヒータユニット４は、ヒータケース５内部のうち送風機９の空気下流に設けられたヒータコア２と、ヒータコア２の空気下流に位置しヒータケース５に形成された３つの開口部（デフロスタ部１０ａ、フェイス部１０ｂおよびフット部１０ｃ）とを備えている。
【００１５】
ヒータコア２は、例えば、温水が流れるチューブとこのチューブに取り付けられた伝熱性のフィン（ともに図示せず）を備えたタイプのものであり、空気と温水加熱部Ｂからの温水とを熱交換して空気を加熱するようになっている。具体的には、プレートフィンタイプあるいはコルゲートフィンタイプといったものが用いられる。
【００１６】
なお、ヒータコア２を流れる温水の温度および流量は、温水加熱部Ｂにて制御される。また、温水とは、ヒータコア２を通る空気よりも温度が高ければよく（加熱できるため）、特に温度は限定されない。
各開口部１０ａ、１０ｂおよび１０ｃには、それぞれ、図示しないダクトが取り付けられている。そして、ヒータコア２からの温風は、各ダクトを介して、デフロスタ部１０ａから車両の前面ガラスの内側へ、フェイス部１０ｂから車室内の乗員頭部へ、フット部１０ｃから車室内の乗員足元へ吹出されるようになっている。
【００１７】
なお、ヒータケース５内部のうち各開口部１０ａ、１０ｂおよび１０ｃの手前には、それぞれ図示しないドアが配設されており、これらドアによって各開口部１０ａ、１０ｂおよび１０ｃにおいて、開口面積の増減が行われ、吹出空気の風量が調整されるようになっている。
また、上記の各開口部１０ａ、１０ｂおよび１０ｃのドア、内外気切替ドア８および送風機９の各作動は、車室内に設けられた操作スイッチ（図示せず）によって乗員が制御できる、または、ＥＣＵ（図示せず）により自動制御されるようになっている。
【００１８】
次に、温水加熱部Ｂは、上述のように、暖房装置１において、ヒータコア２に循環する温水を加熱する部分である。図１中、１１は、ヒータコア２に温水を循環する温水回路であり、閉回路を形成している。温水回路１１は、温水を循環するとともに流量を調節する駆動手段としてウォータポンプ１２を有している。
温水回路１１には、ヒータコア２の温水入口側（ヒータコア２の上流側）に第１の燃焼式ヒータ３０、ヒータコア２の温水出口側（ヒータコア２の下流側）かつウォータポンプ１２の下流側に第２の燃焼式ヒータ４０が配設されている。従って、温水回路１１において、ウォータポンプ１２から、第２の燃焼式ヒータ４０、第１の燃焼式ヒータ３０、ヒータコア２の順に直列に接続された形となっている。
【００１９】
これら両燃焼式ヒータ３０、４０は、空気と燃料タンク１３からの燃料とを混合した混合気を燃焼させて温水を加熱するタイプのものであり、後述するコントローラ（制御手段）３３、４３により、それぞれ、燃焼能力（熱負荷）をＨｉ（例えば１００％）、Ｌｏ（例えば５０％）、ＯＦＦ（０％、停止状態）に切替えることで３段階の出力制御が可能となっている。そして、第２の燃焼式ヒータ４０の最大熱負荷（例えば、３ｋＷ）は、第１の燃焼式ヒータ３０の最大熱負荷（例えば、５ｋＷ）よりも小さくなっている。
【００２０】
燃焼燃料を蓄える燃料タンク１３から、両燃焼式ヒータ３０、４０に燃料パイプ１４が接続されている。燃料パイプ１４には、第１の燃焼式ヒータ３０に燃料を圧送する燃料ポンプ３１と、第２の燃焼式ヒータ４０に燃料を圧送する燃料ポンプ４１とが備えられている。各燃料ポンプ３１、４１は、それぞれ、各燃焼式ヒータ３０、４０に対して流量を調節しつつ燃料を圧送するようになっている。
【００２１】
また、温水回路１１のうち、各燃焼式ヒータ３０および４０のそれぞれの温水出口側には、水温を検出する水温センサ３２および４２が設けられている。
また、本暖房装置１は、電気回路等から構成される両コントローラ３３、４３を備えている。そして、第１の燃焼式ヒータ３０および燃料ポンプ３１は、水温センサ３２の検出信号（第１の燃焼式ヒータ３０の出口側温水温度）に基づいてコントローラ３３によって作動制御され、一方、第２の燃焼式ヒータ４０および燃料ポンプ４１は、水温センサ４２の検出信号（第２の燃焼式ヒータ４０の出口側温水温度）に基づいてコントローラ４３によって作動制御されるようになっている。
【００２２】
つまり、暖房装置１は、暖房能力に関連する物理量を各燃焼式ヒータ３０、４０の出口側温水温度としており、この温度に基づいて各燃焼式ヒータ３０、４０の燃焼能力の切替が行われる。
これら、両コントローラ３３、４３は、車室内に設けられたスイッチ手段１５にて乗員により操作、もしくはエアコン制御回路（図示せず）から制御できるようになっている。また、ウォータポンプ１２の作動は、このスイッチ手段１５、または、第２の燃焼式ヒータ４０のコントローラ４３にて制御される。
【００２３】
以上の構成に基づき、次に、本実施形態による暖房作用について述べる。
エアコンのスイッチが投入され送風機９が作動すると、内気あるいは外気がヒータケース５に導入され、ヒータコア２を通過して、所望の開口部１０ａ、１０ｂあるいは１０ｃから、車室内に送風される。
その後、スイッチ手段１５の操作により、ウォータポンプ１２が作動し、温水は、第２の燃焼式ヒータ４０、第１の燃焼式ヒータ３０、ヒータコア２の順に送水され、温水回路１１内を循環する。
【００２４】
一方、燃料が、燃料ポンプ３１、４１によって、それぞれ各燃焼式ヒータ３０、４０に供給され、燃焼用空気と混合され燃焼する。そして、加熱された温水がヒータコア２に送られて、ヒータコア２を通過する空気を加熱する。この温風は所望の開口部１０ａ、１０ｂあるいは１０ｃから車室内に送られ、車室内を暖房する。
【００２５】
ここで、燃焼式ヒータ３０、４０のコントローラ３３、４４は、それぞれ、ヒータ出口部の水温を検出し、その温度によって、図２および図３に示すように、燃焼式ヒータ３０、４０の燃焼能力を、Ｈｉ（例えば、１００％）、Ｌｏ（例えば、５０％）、ＯＦＦ（０％）に制御する。
図２は、第１の燃焼式ヒータ３０の燃焼能力と第１の燃焼式ヒータ３０のヒータ出口部の水温（Ｔ１＜Ｔ２＜Ｔ４）との関係を示し、図３は、第２の燃焼式ヒータ４０の燃焼能力と第２の燃焼式ヒータ４０のヒータ出口部の水温（Ｔ５＜Ｔ６＜Ｔ８）との関係を示すものである。ここで、Ｔ４＜Ｔ５である。
【００２６】
第１の燃焼式ヒータ３０の燃焼能力は、１００％で作動しているときを起点とすると、水温が上昇してＴ２になると５０％に切り替えられ、さらにＴ４になると０％に切り替えられ、Ｔ４以上では０％を維持する。なお、第１の燃焼式ヒータ３０の燃焼能力０％では、燃料ポンプ３１からの燃料供給は停止している。
一方、燃焼能力０％（つまり停止状態）のときに、水温が低下してＴ１になると再着火し１００％の燃焼能力に復帰する。このように、各切り替えは、温度に履歴を持たせている。
【００２７】
第１の燃焼式ヒータ３０の燃焼能力の切り替えが行われる温度Ｔ４以下、つまり第１の燃焼式ヒータ３０の作動中は、第２の燃焼式ヒータ４０の燃焼能力は、最大出力（例えば１００％）となっている。この第２の燃焼式ヒータ４０の最大出力状態は、第２の燃焼式ヒータ４０のヒータ出口部の水温がＴ６よりも小さい間、維持される。
【００２８】
そして、第２の燃焼式ヒータ４０のヒータ出口部の水温が、Ｔ６、さらにＴ８になると、第２の燃焼式ヒータ４０の燃焼能力は５０％、さらに０％となる。第２の燃焼式ヒータ４０の燃焼能力が０％のとき、水温が低下してＴ５となると、再着火し、１００％の燃焼能力に復帰する。このように、第２の燃焼式ヒータ４０においても第１の燃焼式ヒータ３０と同様に、各切り替えは、温度に履歴を持たせている。
【００２９】
ここで、第２の燃焼式ヒータ４０のＨｉ（１００％）→Ｌｏ（５０％）への切替設定温度Ｔ６は、第１の燃焼式ヒータ３０のＬｏ（５０％）→ＯＦＦ（０％）への切替設定温度Ｔ４よりも高くなるように設定し、また、第２の燃焼式ヒータ４０のＬｏ（５０％）→Ｈｉ（１００％）への切替設定温度Ｔ５も、上記切替設定温度Ｔ４よりも高く設定している。このように、必ず、第１の燃焼式ヒータ３０がＯＦＦ（０％）した状態で、第２の燃焼式ヒータ４０の燃焼能力を切替制御するように設定する。
【００３０】
以上のように、各燃焼式ヒータ３０、４０の燃焼能力を制御することによって、きめ細かい水温制御（本実施形態では５段階）が可能となり、従来の０−１００％制御にて問題となっていた水温変動が大きくなること、および必要以上に断続回数が増加する等の過制御、を防止でき、耐久信頼性を向上させることができる。そして、車室内に吹出される温風の温度変動を小さくすることができ、フィーリングを向上させることができる。
【００３１】
また、本実施形態によれば、ヒータコア２を流れる温水を、暖房能力に関連する物理量としているので、各燃焼式ヒータ３０、４０の燃焼能力の切替えを応答性に優れたものとできる。
また、本実施形態によれば、ヒータコア２に流れ込む温水温度、すなわち第１の燃焼式ヒータ３０の出口側温水温度がＴ４よりも大きく、また、第２の燃焼式ヒータ４０の出口側温水温度がＴ８よりも小さいときには、第２の燃焼式ヒータ４０のみの出力となる。
【００３２】
ここで、第２の燃焼ヒータ４０は、第１の燃焼ヒータ３０よりも最大燃焼能力および最小燃焼能力が小さいので、両燃焼式ヒータ３０、４０全体としての最小燃焼能力を小さくすることができ、燃焼能力可変範囲の下限を拡大することができる。従って、暖房装置全体の低負荷時に、余分な燃焼熱を放熱する等の不具合が抑制される。
（他の実施形態）
なお、上記実施形態では、各々の燃焼式ヒータの燃焼能力を３段階として、２台で５段階としているが、各々の燃焼式ヒータの燃焼能力を３段階以上として、より多段階の出力としてもよい。例えば、各々の燃焼能力を１００％、８０％、７０％、５０％、０％の５段階として、２台で９段階の出力としてもよい。
【００３３】
また、上記実施形態においては、暖房装置の暖房能力に関連する物理量を、各々の燃焼式ヒータの出口側温水温度としているが、例えば、暖房すべき車室内の温度あるいは、車室への吹出空気温度としてもよい。
また、熱交換流体としては、温水つまり水に限らず、例えば、オイル等を用いてもよい。
【００３４】
また、上記のヒータコアと送風機との間に、エバポレータおよびエアミックスドアを配設して、冷風と温風とをエアミックスするものとしてもよい。
なお、本発明は、上記した各効果を有するとともに、温水の加熱手段として燃焼式ヒータを用いた温水熱交換器を基本構造としているので、エンジン冷却水だけでは暖房熱源の不足する車両、また、エンジン冷却水を持たない車両に好適であり、また家庭用暖房装置等にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の全体構成を示す回路図である。
【図２】上記実施形態における第１の燃焼式ヒータの燃焼能力と第１の燃焼式ヒータのヒータ出口水温との関係を示す説明図である。
【図３】上記実施形態における第２の燃焼式ヒータの燃焼能力と第２の燃焼式ヒータのヒータ出口水温との関係を示す説明図である。
【符号の説明】
２…ヒータコア、３０…第１の燃焼式ヒータ、４０…第２の燃焼式ヒータ、
Ｔ４…第１の燃焼式ヒータをＯＦＦとする切替設定温度。
【図１】
0003750296.tif 000002
【図２】
0003750296.tif 000003
【図３】
0003750296.tif 000004