(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【背景技術】
【0002】
自動車用車室空調装置としては、例えば、圧縮機と、第1熱交換器と、膨張弁と、第2熱交換器とを備えた空調装置がある。
冷房運転時には、圧縮機により圧縮された熱媒体を第1熱交換器で凝縮させ、膨張弁により減圧して第2熱交換器で気化させて圧縮機に戻す。暖房運転時には、圧縮機により圧縮された熱媒体を第2熱交換器で凝縮させ、膨張弁により減圧して第1熱交換器で気化させて圧縮機に戻す。
第2熱交換器において熱媒体との熱交換により温度調整(冷却または加熱)された空気は、車室前部の吹出口から吹き出され、車室内に供給される。
【0003】
前記空調装置では、吹出口が車室前部にあるため、温度調整された空気が車室後部には十分に供給されず、車室後部の気温に過不足が生じ、後部座席での快適性が損なわれることがある。
後部座席の搭乗者の要求を満たすために空気の温度を調整したり吹出量を多くした場合には、車室前部の気温に過不足が生じ、前部座席での快適性が損なわれることがある。
このため、車室の前部および後部の両方を快適な温度に調整するのは難しかった。
【0004】
この問題を解決可能な空調装置としては、例えば、特許文献1に記載された空調装置がある。
この空調装置は、空調ユニットと、床部等に設けられた風路とを備えている。車室の天井の中央部には風路からの空気を供給する上部吹出口が形成され、車室の前部および後部には風路からの空気を供給する下部吹出口が形成されている。
この空調装置は、温度調整された空気を上部吹出口および下部吹出口から車室の前部および後部に供給するため、車室の前部と後部の気温を適正化することができる。
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下、本発明の一実施形態に係る自動車用車室空調装置を、図面を参照して説明する。
図1(A)は、本発明の一実施形態に係る自動車用車室空調装置(以下、空調装置という)10を備えた自動車20を示す概略図である。
図1(B)は、空調装置10を示す概略図である。
図2は、空調装置10の第2熱媒体経路2を示す概略図である。
図3は、第2熱媒体経路2の熱輸送路15の構造の一例を示す概略図である。
なお、
図1(A)、
図1(B)および
図2では、左方が前方であり、右方が後方である。
【0011】
図1および
図2に示すように、空調装置10は、自動車20の車室21内の空調を行う空調装置であって、第1熱媒体11が流通する第1熱媒体経路1と、第2熱媒体12が流通する第2熱媒体経路2とを備えている。
【0012】
第1熱媒体経路1は、第1熱媒体11を圧縮する圧縮機3と、室外側熱交換器4と、第1熱媒体11を減圧し膨張させる膨張弁5と、第1空調ユニット6と、これらを順次接続する環状の熱媒体配管9とを有する。
圧縮機3は、自動車20の駆動源であるエンジン22によって、第1熱媒体11を吸入し圧縮して吐出することができる。
なお、圧縮機3の駆動源はエンジン22に限らず、モータ等であってもよい。
【0013】
室外側熱交換器4は、熱媒体24が流通する循環経路25を介してラジエータ26と接続されている。
室外側熱交換器4では、ラジエータ26で冷却または加熱された熱媒体24との熱交換により、第1熱媒体11を冷却または加熱することができる。
膨張弁5は、弁開度の調整により第1熱媒体11を減圧し膨張させることができる減圧手段(圧力調整手段)である。
【0014】
第1空調ユニット6は、室内側熱交換器7(第1空調用熱交換器)と、第1空調用空気31を室内側熱交換器7で第1熱媒体11と熱交換させて車室21内に送る第1ファン8(第1送風機)とを有する。
室内側熱交換器7は、熱媒体配管9の一部である熱媒体配管9Aの外周面に、放熱または吸熱のための複数の薄板状のフィン7aが設けられた構造とすることができる。フィン7aは、アルミニウム、ステンレス鋼、銅などの金属で構成することができる。
なお、室内側熱交換器7の放熱構造(または吸熱構造)は薄板状のフィンに限らない。第1熱媒体11と第1空調用空気31との熱交換が可能であれば、その他の構造(棒状の放熱体を有する構造など)を採用してもよい。
【0015】
図2に示すように、室内側熱交換器7の熱媒体配管9Aは、直線部と折返し部とを有する蛇行構造とすることができる。詳しくは、熱媒体配管9Aは、第1直線部9aと第2直線部9bの一方側の端部同士が第1折返し部9dで互いに連結され、第2直線部9bと第3直線部9cの他方側の端部同士が第2折返し部9eで互いに連結された構造を有する。
第1〜第3直線部9a〜9cは互いに並列して配置されている。各フィン7aは、直線部9a〜9cに接して形成されている。
室内側熱交換器7では、熱媒体配管9Aが蛇行構造とされているため、フィン7aとの間の熱移動の効率を高めることができる。
なお、室内側熱交換器7の熱媒体配管9Aは蛇行構造に限らず、直線的な構造としてもよい。
【0016】
第1空調ユニット6は、車室21の前部、例えばダッシュボードの内側に設けることができる。第1空調ユニット6は、車室21の前部に設けられた吹出口から車室21内に第1空調用空気31を供給できる。
【0017】
第1熱媒体経路1は、圧縮機3、室外側熱交換器4、膨張弁5、室内側熱交換器7が環状の熱媒体配管9を介して接続されることにより、全体として環状に構成されている。
熱媒体配管9は、圧縮機3と室外側熱交換器4、室外側熱交換器4と膨張弁5、膨張弁5と室内側熱交換器7、室内側熱交換器7と圧縮機3、をそれぞれ互いに接続している。
【0018】
第2熱媒体経路2は、第2熱媒体12が流通する伝熱用熱交換器13と、伝熱用熱交換器13から離れて設置された第2空調ユニット14と、伝熱用熱交換器13と第2空調ユニット14とを互いに接続する熱輸送路15とを有する。
【0019】
伝熱用熱交換器13は、熱輸送路15のうち一端部15aに近い部分(熱輸送路15A)の外周面に、放熱または吸熱のための複数の薄板状のフィン13aが設けられた構造とすることができる。フィン13aは、アルミニウム、ステンレス鋼、銅などの金属で構成することができる。
なお、伝熱用熱交換器13の放熱構造(または吸熱構造)は薄板状のフィンに限らない。第2熱媒体12と第1空調用空気31との熱交換が可能であれば、その他の構造(棒状の放熱体を有する構造など)を採用してもよい。
伝熱用熱交換器13の熱輸送路15Aは、この例では直線的な構造であるが、蛇行構造としてもよい。
【0020】
伝熱用熱交換器13は、第2熱媒体12が第1熱媒体11と熱交換可能となるように設置される。
図示例では、伝熱用熱交換器13は、室内側熱交換器7の前面側(第1空調用空気31の流れ方向の前面側)に設置されているため、室内側熱交換器7で温度調整された第1空調用空気31が導入されることにより、第1空調用空気31と第2熱媒体12との間で熱交換がなされる。
このように、伝熱用熱交換器13では、第1空調用空気31を介して、第1熱媒体経路1との間で熱の授受が行われる。
伝熱用熱交換器13は、第1空調ユニット6とともに、車室21の前部、例えばダッシュボード内に設けることができる。
【0021】
なお、図示例では、伝熱用熱交換器13のフィン13aは、室内側熱交換器7のフィン7aとは別体であるが、フィン7aと一体に形成してもよい。
【0022】
第2空調ユニット14は、第2空調用熱交換器17と、第2空調用空気32を第2空調用熱交換器17で第2熱媒体12と熱交換させて車室21内に送る第2ファン18(第2送風機)とを有する。
第2空調用熱交換器17は、熱輸送路15のうち他端部15bに近い部分(熱輸送路15B)の外周面に、放熱または吸熱のための複数の薄板状のフィン17aが設けられた構造とすることができる。フィン17aは、アルミニウム、ステンレス鋼、銅などの金属で構成することができる。
なお、伝熱用熱交換器13および第2空調用熱交換器17の放熱構造(または吸熱構造)は薄板状のフィンに限らない。第2熱媒体12と第2空調用空気32との熱交換が可能であれば、その他の構造(棒状の放熱体を有する構造など)を採用してもよい。
【0023】
第2空調ユニット14は、車室21の後部に第2空調用空気32を供給できる位置に設置することができる。第2空調ユニット14の設置位置は、例えば前部座席27の下方の床部28、コンソールボックス後部、天井部などとしてよい。
図示例の第2空調ユニット14は、前部座席27の下方の床部28に設置されている。第2空調ユニット14は、車室21前部に設置された伝熱用熱交換器13に対して、後方側に離れた位置に設置されている。
図示例の第2空調ユニット14では、第2ファン18は斜め上方に向けられており、後部座席29に向かって斜め上方に第2空調用空気32を吹出させることができる。
【0024】
熱輸送路15は、第2熱媒体12により伝熱用熱交換器13と第2空調用熱交換器17との間で熱を移動させるヒートパイプで構成されている。
熱輸送路15は、管状部材であり、内部には水等の第2熱媒体12が封入されている。熱輸送路15は、内面に、相分離及び相拡散のために毛細管構造を有する溝(図示略)が形成されていてもよいし、後述するウィック構造19(
図3参照)が形成されていてもよい。
熱輸送路15は、伝熱用熱交換器13から第2空調用熱交換器17にかけて、車室21の床部28に設置することができる。
【0025】
図3に示すように、ウィック構造19は、例えば熱輸送路15の内面に、長手方向に沿って層状に形成することができる。図示例のウィック構造19は、熱輸送路15の内面に全周にわたって一定厚さの層状に形成され、その内側には、熱輸送路15の長手方向に連続する空間16が確保されている。
ウィック構造19には、毛細管現象により第2熱媒体12を保持できる材料が用いられる。ウィック構造19の材料の例としては、金属極細線ファイバー、金属メッシュ、および金属粉末の焼結体が挙げられる。
液体の第2熱媒体12は毛細管現象によりウィック構造19に浸透し、ウィック構造19を伝わって熱輸送路15の長手方向に移動することができる。気体の第2熱媒体12は、空間16を通って熱輸送路15の長手方向に移動することができる。
このウィック構造19によれば、重力に頼らず毛細管力で液体の第2熱媒体12を被冷却部に輸送できるため,ヒートパイプの姿勢によらず熱を輸送できる。
【0026】
伝熱用熱交換器13と第2空調ユニット14とを互いに接続する熱輸送路15は、1本であってもよいし、複数本であってもよい。
【0027】
次に、空調装置10の動作について説明する。空調装置10は、冷房運転時には次のように動作する。
図1および
図2に矢印で示すように、圧縮機3により圧縮された第1熱媒体11は、熱媒体配管9を通して室外側熱交換器4に導入され、熱媒体24との熱交換により冷却され、凝縮する。
次いで、第1熱媒体11は、熱媒体配管9を通して膨張弁5に導入され、減圧される。第1熱媒体11は、熱媒体配管9を通して室内側熱交換器7に導入され、第1空調用空気31との熱交換により加熱され、気化する。
第1熱媒体11は、熱媒体配管9を通して圧縮機3に戻る。
第1熱媒体11は、この過程を繰り返しつつ第1熱媒体経路1内で循環する。
【0028】
室外側熱交換器4で第1熱媒体11との熱交換により加熱された熱媒体24は、循環経路25を通してラジエータ26に導入され、外気等と熱交換することにより冷却される。
このように、冷房運転時には、室外側熱交換器4は凝縮器として機能し、室内側熱交換器7は蒸発器として機能する。
【0029】
第1空調ユニット6では、第1ファン8を稼働させ、第1空調用空気31を室内側熱交換器7に送る。室内側熱交換器7では、第1熱媒体11との熱交換により第1空調用空気31が冷却され、伝熱用熱交換器13を通過して、車室21の前部の吹出口から冷風として車室21内に供給される。
【0030】
第2熱媒体経路2の伝熱用熱交換器13では、第1空調用空気31との熱交換により第2熱媒体12が冷却され、凝縮する。液体となった第2熱媒体12は、熱輸送路15を通って第2空調用熱交換器17に向けて移動する。
熱輸送路15がウィック構造19(
図3参照)を有する場合には、第2熱媒体12はウィック構造19に浸透し、ウィック構造19を伝わって移動する。
【0031】
第2空調ユニット14では、第2ファン18を稼働させ、第2空調用空気32を第2空調用熱交換器17に送る。第2空調用熱交換器17では、第2熱媒体12との熱交換により第2空調用空気32は冷却される。
第2空調ユニット14は前部座席27の下方の床部28に設置されているため、冷却された第2空調用空気32は、冷風として、車室21の後部に供給される。
図示例では、第2ファン18は斜め上方に向けられているため、第2空調用空気32は後部座席29に向かって斜め上方に向けて流れる。
【0032】
第2空調用熱交換器17における第2空調用空気32との熱交換により加熱されて蒸発した第2熱媒体12は、熱輸送路15の空間16を通って伝熱用熱交換器13に向けて移動し、伝熱用熱交換器13において第1空調用空気31との熱交換により冷却され、凝縮する。
【0033】
次いで、暖房運転時の空調装置10の動作について説明する。
暖房運転時には、第1熱媒体11は、
図1および
図2に示す矢印とは反対の方向に流れる。
圧縮機3により圧縮された第1熱媒体11は、熱媒体配管9を通して室内側熱交換器7に導入され、第1空調用空気31との熱交換により冷却され、凝縮する。
次いで、第1熱媒体11は、熱媒体配管9を通して膨張弁5に導入され、減圧される。第1熱媒体11は、熱媒体配管9を通して室内側熱交換器7に導入され、熱媒体24との熱交換により加熱され、気化する。
第1熱媒体11は、熱媒体配管9を通して圧縮機3に戻る。
第1熱媒体11は、この過程を繰り返しつつ第1熱媒体経路1内で循環する。
【0034】
室外側熱交換器4で第1熱媒体11との熱交換により冷却された熱媒体24は、循環経路25を通してラジエータ26に導入され、外気等と熱交換することにより加熱される。
このように、暖房運転時には、室外側熱交換器4は蒸発器として機能し、室内側熱交換器7は凝縮器として機能する。
【0035】
第1空調ユニット6では、第1ファン8を稼働させ、第1空調用空気31を室内側熱交換器7に送る。室内側熱交換器7では、第1熱媒体11との熱交換により第1空調用空気31が加熱され、伝熱用熱交換器13を通過して、車室21の前部の吹出口から温風として車室21内に供給される。
【0036】
第2熱媒体経路2の伝熱用熱交換器13では、第1空調用空気31との熱交換により第2熱媒体12が加熱され、蒸発する。気体となった第2熱媒体12は、熱輸送路15の空間16を通って第2空調用熱交換器17に向けて移動する。
【0037】
第2空調ユニット14では、第2ファン18を稼働させ、第2空調用空気32を第2空調用熱交換器17に送る。第2空調用熱交換器17では、第2熱媒体12との熱交換により第2空調用空気32は加熱される。
第2空調ユニット14は前部座席27の下方の床部28に設置されているため、加熱された第2空調用空気32は、車室21の後部に供給される。
【0038】
第2空調用熱交換器17における第2空調用空気32との熱交換により冷却されて液体となった第2熱媒体12は、熱輸送路15を通って伝熱用熱交換器13に向けて移動する。
熱輸送路15がウィック構造19(
図3参照)を有する場合には、第2熱媒体12はウィック構造19に浸透し、ウィック構造19を伝わって熱輸送路15に沿って移動する。
第2熱媒体12は、伝熱用熱交換器13において第1空調用空気31との熱交換により加熱され、蒸発する。
【0039】
本実施形態の空調装置10は、第2熱媒体経路2が、伝熱用熱交換器13と、伝熱用熱交換器13から離れて設置された第2空調ユニット14と、これらを互いに接続するヒートパイプからなる熱輸送路15とを有するので、車室21の後部に、直接、第2空調用空気32を供給することができる。
このため、車室21の後部に、適正な温度の第2空調用空気32を十分に供給できる。よって、車室21の後部における気温を適正化できる。
さらに、空調装置10では、熱輸送路15に、細径とすることが容易なヒートパイプが用いられているため、第1空調用空気31を風路(ダクト)により車室21の後部に導く構造に比べ、車室21の床部28における省スペース化を図ることができる。
また、ヒートパイプは、曲げ箇所があっても第2熱媒体12の流通には支障がないため、風路(ダクト)に比べ、曲げの自由度が高い。このため、車室の設計における制約が少ない。
従って、空調装置10によれば、車室21内の広い範囲の気温を適正化することができ、かつ車室21の設計の自由度を高めることができる。
【0040】
以上、本発明の好ましい実施形態を説明したが、これらは本発明の例示であり、追加、省略、置換、及びその他の変更は、本発明の範囲から逸脱することなく行うことができる。
例えば、第2熱媒体経路の第2空調ユニットの設置位置は図示例に限定されない。第2空調ユニットは車室内の任意の箇所に設置できる。
【0041】
図1等に示す空調装置10は、1つの第2熱媒体経路2を有するが、第2熱媒体経路2の数は複数(2以上の任意の数)であってもよい。
例えば、3列の座席を有する自動車においては、2つの第2熱媒体経路(2列目座席用および3列目座席用の第2熱媒体経路)を有する空調装置を使用することができる。
この空調装置では、2列目座席用の第2熱媒体経路の空調ユニットによって、2列目座席を含む空間に空調用空気を供給するとともに、3列目座席用の第2熱媒体経路の空調ユニットによって、3列目座席を含む空間に空調用空気を供給することができる。
また、自動車の駆動源はエンジンに限らず、モータ等であってもよい。