JPS591998A - 排熱回収装置の熱媒体圧力制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、エンジンの排気熱を熱媒体を充填した閉管路
を介して熱需要部に供給するようにした排熱回収装置の
改良に関する。

従来のこの種の排熱回収装置を利用した自動車用暖房装
置として例えば第１図にしめずようなものがある（実開
昭５６−１４０７０５号に開示）。

図において、エンジンの排気通路１に介装した回収側熱
交換器２と、エンジン冷却水を図示しないヒータコアに
導く熱需要部３に介装した伝熱側熱交換器４とが閉管路
５で連結されている。該閉管路５内には熱媒体として例
えば過熱蒸気が封入され、モータ６で駆動されるファン
７により閉管路５内を循環する。

閉管路５内を循環する蒸気は、回収側熱交換器２で回収
したエンジン排気熱を伝熱側熱交換器４から熱需要部３
を流れる冷却水（ヒータ水）に伝熱して供給する。こう
して熱需要部３からヒータコアに流れる上記冷却水に排
気熱を与えて加熱することによりヒータコアにて熱交換
して車室内に送風される温風温度を上昇させて暖房効率
を高めるようになっている。

ここで、閉管路５内の熱媒体の圧力を制御する手段が次
のように構成されている。即ち、閉管路５には圧力スイ
ッチ８及び温度スイッチとしての熱電対９が設けられ、
これらスイッチがらの信号はコントローラ１０に入力さ
れる。コントローラ１゜はこれらに基づいて閉管路５内
の蒸気圧力が異常上昇したことを検出した時は閉管路５
に介装されたパージ弁１１を開弁駆動して熱媒体の一部
を排出して圧力を降下させ、又、該パージ弁１１による
熱媒体の排出後に同じく閉管路５に装着された噴射弁１
２を駆動させて閉管路５内に熱媒体を補給し、熱媒体量
を調整するようになっている。

しかしながら、このような従来装置にあっては、閉管路
５内の圧力調整のためパージ弁及び噴射弁によって閉管
路内の熱媒体を出し入れして１ｌｌＪ御しなければなら
ず、供給用の熱媒体を常時用意しておく必要があり、又
、外部に排出するため安全な熱媒体しか使用できないと
いう問題があった。

本発明はこのような従来の問題点に鑑み為されたもので
、閉管路の圧力過昇時に伝熱側熱交換器が介装される熱
需要部を流れる流体の流量を一時的に増大させる流量制
御手段を設ける構成として、従来の問題点を解決した排
熱回収装置の熱媒体圧力制御装置を提供することを目的
とする。

但し、以下の図で従来と同一の構成要素には同一符号を
付して説明する。

以下に本発明を図示実施例に基いて説明する。

一実施例を示す第２図において、エンジン排気通路１に
回収側熱交換器２を、ヒータコアにエンジン冷却水を供
給する熱需要部３に伝熱側熱交換器４を介装し、これら
を閉管路５によって連結していることは従来と同様であ
る。該閉管路５内には熱媒体としての水を封入してあり
、回収側熱交換器２で排気熱を吸収して蒸気となって伝
熱側熱交換器４に供給され、ここで、エンジン冷却水に
熱を与えて凝縮水となった後回収側熱交換器２に戻され
る。即ち、該閉管路５はループ型熱サイフオン式ヒート
バイブとして機能し、自然循環するため、第１図に示し
た熱媒体循環用のモータ、ファンは不要となる。但し、
本発明はこのことは直接拘わりなく、過熱蒸気を封入し
た強制循環式の閉管路にも適用できる。

又、閉管路５には回収側熱交換器２の上流側部分に圧力
スイッチ８及び熱電対９を設けると共に回収側熱交換器
２の下流部分に電磁開閉弁１３を設ける。

ここに、本発明では閉管路５内の熱媒体圧力の過昇時に
熱需要部３への流体流量を一時的に増量させる手段を次
のようにして設ける。即ち、本実施例では、熱需要部３
上流側のエンジン冷却水通路２１にモータ２２で駆動さ
れるファン詔を介設する。

但し、モータ２２の代りにエンジンを動力源として用い
てもよｉ。

一方、熱需要部３下流側のエンジン冷却水通路を２本に
分岐させヒータコアを経由する主通路２４と、ヒータコ
アをバイパスして冷却水を放熱させるバイパス通路２５
とを設けると共に、バイパス通路２５に開閉弁２６を介
設する。

そして、前記圧力スイッチ８及び熱電対９からの信号を
入力するコントローラ２７を設け、該コントローラ２７
によりモータ２２、開閉弁２６及び電磁開閉弁１３を次
のように制御する。即ち、今、回収側熱交換器２によっ
て排気から回収される熱量が大きく、閉管路５内の蒸気
圧力がある設・定値を越え、あるいは、過熱蒸気となっ
て所定温度以上に増大するとこれを圧力スイッチ８や熱
電対９により検出し、コントローラ２７の出力によりモ
ータ２２を駆動させてファン詔を回転させると共に、密
閉の開閉弁茂をアクチュエータ等を介して開き、常開の
電磁開閉弁１３を閉じる。

この結果ファン詔の回転により熱需要部３への冷却水流
量が増大して伝熱側熱交換器４からエンジン冷却水への
熱伝達率ｈｗが大きくなるため、該熱交換器４内の蒸気
から冷却水への熱通過率Ｋが増大する。

特に、この場合、熱通過率には熱需要部３側の熱伝達率
ｈｗが支配的に作用するためｈｗの上昇によってＫも大
きく増大する。

したがって熱需要部３内の冷却水温度Ｔｗと伝熱側熱交
換器４内の蒸気温度ＴＶの温度差が同一であれば熱需要
部３への移動熱量ｑは、ｑ＝Ｋ　（Ｔｖ−Ｔｗ） で示されるように熱通過率にの上昇分だけ移動熱量ｑが
増大し蒸気の凝縮量が増大するため蒸気圧力を下げるこ
とができるのである。

又、ファン２３の始動と同時に閉管路５の電磁開閉弁１
３が閉じ該電磁開閉弁１３上流側に凝縮水を溜めること
により回収側熱交換器２への凝縮水の供給が停止するた
め、蒸気の発生が停止して閉管路５内の圧力が減少する
。詳細には、電磁開閉弁１３を閉じ、伝熱側熱交換器４
で冷却された凝縮水の回収側熱交換器２への供給が停止
すると、当初はそれまで回収側熱交換器２内に残存する
水分が高温状態で充分に過熱さて飽和またはそれに近い
状態にまで蒸発が促進されるため一時的に蒸気圧力が上
昇する。しかしこの蒸気が伝熱側熱交換器４で冷却され
て凝縮水となれば前記した如く蒸気量が減少して蒸気圧
力が下げられる。

即ち、最終的には、電磁開閉弁１３を閉じれば閉管路５
内の蒸気圧力を下げられるのであるが、一時的に圧力上
昇した蒸気が伝熱側熱交換器４の通常の熱交換能力では
、速やかに冷却されず圧力低下に時間がかかるため、耐
久性等の面で問題を生じる。

ところが、本発明では、熱需要部３への冷却水流量を増
大させることにより前記した如く、伝熱側熱交換器４の
熱交換能力を高めて前記圧力上昇した蒸気を速やかに冷
却して凝縮させることにより蒸気圧力を迅速に低下させ
ることができるのである。

一方、このように熱需要部３の冷却水流量を増大させる
ことにより、伝熱側熱交換器４から冷却水へ回収される
熱量は増大するが、開閉弁２６も同時に開かれるため、
バイパス通路５が開通して熱回収した冷却水がヒータコ
アを経由する主通路２４とバイパス通路部との双方に流
れるため主通路２４への冷却水流量を通常と同程度とす
ることができ、これによりヒータコアへの熱供給過剰が
避けられ該ヒータコアと熱交換する温風の過熱を防止で
き、安定した快適暖房を維持できる。

尚、伝熱側熱交換器をバイパスするバイパス通路及び該
バイパス通路を開閉する開閉弁を設け、冷却水増大時に
はバイパス通路も開通させて伝熱側熱交換器によって熱
回収した冷却水とバイパス通路で放熱冷却させた冷却水
を混合させてヒータコアに導くようにして温風の過熱を
防止する構成としてもよい。かかる制御より蒸気圧力、
温度がある程度以下に下がると、コントローラ２７によ
りモータ２３の駆動を停止すると共に電磁開閉弁１３を
開、開閉弁２６を閉として通常状態に戻して、蒸気圧力
、温度を上昇させる。このように閉管路５内の熱媒体圧
力を外部への熱媒体の出し入れなく調整制御できるため
、熱媒体を補給する必要なく、又、熱媒体として有機体
等外部へ排出できないものを使用することができる。

第３図は本発明の別の実施例を示す。図において閉管路
５は前記第２図の実施例と同様に構成されており、圧力
スイッチ８、熱電対９及び電磁開閉弁１３も同様に設け
られる。伝熱側熱交換器４が介装される熱需要部３上流
側のエンジン冷却水通路３１にプランジャ３２を備えて
アキュームレータ３３及び該アキュームレータ３３をバ
イパスするバイパス通路３４を設ける。バイパス通路３
４には、開閉弁３５を介設し、アキュームレータ３３の
入口及び出口にも夫々開閉弁３６．３７を介設する。

そして、これら開閉弁３５．３６．３７、前記電磁開閉
弁１３及び熱需要部３下流側のヒータコアのバイパス通
路器に介装される開閉弁２６並びにプランジャ３２を、
圧力スイッチ８、熱電対９からの信号に基づき、コント
ローラ３８により次のように制御する。通常時は、開閉
弁３６．３７は閉、開閉弁３５を開とし、一方、電磁開
閉弁１３を開、開閉弁２６を閉とする。又、プランジャ
３２はアキュームレータ３３から押し上げられた位置に
保持しておく。従って、冷却水は専ら、通路３４を通っ
て熱需要部３へ供給され、その全量が主通路２４を介し
てヒータコアに供給されることにより通常の暖房制御が
行なわれる。一方、閉管路５内の蒸気圧力又は温度が、
各設定値より高くなると、圧力スイッチ８又は熱電対９
の信号に基づいてコントローラ３日が開閉弁３６を閉、
開閉弁３７を開とすると共に、プランジャ３２を図示し
ないアクチェエータを介して駆動させて押し下げ、アキ
ュームレータ３３内に貯えられた冷却水を出口から押し
出す。一方、通路３４の開閉弁３５は開に保持され、通
路３４には通常通り冷却水が流れるため、熱需要部３の
冷却水流量は、アキュ、−ムレータ３３から押し出され
た分だけ増量する。

このため、前記実施例同様伝熱側熱交換器４の凝縮能力
が増大して閉管路５内の蒸気量が減少し圧力を下げるこ
とができる。

又、これと同時に閉管路５内に介装した開閉弁１３が閉
とされることにより前記実施例同様、一時的な蒸気圧力
の上昇を前記アキュームレータ３３がらの冷却水流量増
量制御により速やかに低下させることができると共にそ
の後は、蒸気発注量の減少により圧力を下げることがで
きる。

次に、かかる制御により蒸気圧力、温度がある程度以下
に低下した時はこれを検出する圧力スイフチ８、熱電対
９からの信号に基づいてコントローラ３８は開閉弁３５
．３７を閉、開閉弁３６を開とすると同時にプランジャ
３２を図示上方に駆動させ、もってアキュームレータ３
３に入口から冷却水を吸引導入して貯える。

尚、第４図に示すように、アキュームレータ３３のバイ
パス通路を省略し、通常時はアキュームレータ３３の入
口及び出口に設けられる開閉弁４１．４２を開とし、蒸
気圧力、温度の過昇時に開閉弁４１を閉、開閉弁４２を
開としてプランジャ３２を押し下げ、アキュームレータ
３３に冷却水を貯える時は開閉弁４１を開、開閉弁４２
を閉としてプランジャ３２にを押し下げる構成としても
よい。

そして、これらプランジャ或いはダイアフラム等を用い
たポンプ式の流量増量手段を設ければモータ等の立ち上
り時間による応答遅れが解消され、熱媒体流量をステッ
プ的に増大させて特に緊急時においても迅速に蒸気圧力
を低下させることができる。

以上説明したように、本発明によれば熱需要部流体の流
れを一時的に増大させることにより、伝熱側熱交換器と
熱需要部流体との熱交換率を増大させ、もって閉管路内
の熱媒体圧力の過昇を抑制する構成としたため閉管路内
の熱媒体圧力を熱媒体の出入れなしに制御することがで
き、熱媒体の補給が不要となり、又、熱媒体として有機
流体のように外部に漏洩できない物質を用いることもで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の排熱回収装置の一例を示す構成図、第２
図は本発明の一実施例を示す構成図、第３図は本発明の
第二の実施例を示す構成図、第４図は該第二実施例の一
部を変更した第三実施例の要部を示す構成図である。 ■・・・排気通路　　２・・・回収側熱交換器　　３・
・・熱需要部　　４・・・伝熱側熱交換器　　５・・・
閉管路８・・・圧力スイッチ　　９・・・熱電対　　２
１．３１・・・エンジン冷却水通路　　２２・・・モー
タ　　詔・・・ファン２７．３８・・・コントローラ　
　３２・・・プランジャ３３・・・アキュームレータ　
　３４・・・通路　　３５．３６゜３７、４１．４２・
・・開閉弁 特許出願人　　日産自動車株式会社 代理人　　弁理士　笹　島　富二雄

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. エンジンの排気通路内に介装される回収側熱交換器と、
   被加熱流体が流通する熱需要部に介装される伝熱側熱交
   換器とを連結して閉管路を形成し、該閉管路に封入した
   熱媒体を循環させることにより回収側熱交換器から回収
   した排気熱を伝熱側熱交換器から熱需要部に供給して被
   加熱流体を加熱するようにした排熱回収装置において、
   閉管路内の熱媒体圧力を検出する手段と、該検出手段か
   らの信号に基づき、熱媒体圧力の過昇時に熱需要部を流
   れる被加熱流体の流量を一時的に増大させる流量制御手
   段とを設けて構成したことを特徴とする排熱回収装置の
   熱媒体圧力制御装置。