JP2001354027A

JP2001354027A - 車両用空調装置

Info

Publication number: JP2001354027A
Application number: JP2000173319A
Authority: JP
Inventors: Hideki Nagano; 秀樹長野
Original assignee: Zexel Valeo Climate Control Corp
Current assignee: Valeo Thermal Systems Japan Corp
Priority date: 2000-06-09
Filing date: 2000-06-09
Publication date: 2001-12-25

Abstract

(57)【要約】【課題】冷媒が車室内に流出することを防止し、また性
能の向上を図る。【解決手段】冷媒としてフロン以外の物質が用いられる
冷凍サイクルの一部を構成する膨張弁４及び蒸発器５を
備えると共に、温度調節された空気を車室内に導くため
の送風路２４を備える車両用空調装置であって、前記蒸
発器５を前記送風路２４内に配置すると共に、前記膨張
弁４を前記送風路２４外に配置する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、自動車等に用い
られる空調装置に関し、特に冷媒としてフロンを使用し
ないノンフロン・タイプの冷凍サイクルを利用したもの
に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、フロンの環境への悪影響から、冷
媒としてフロン以外の物質を用いた冷凍サイクルを利用
したノンフロン・タイプの空調装置の研究が盛んであ
り、その代表的なものとして二酸化炭素を冷媒とするも
のがある。この二酸化炭素を冷媒とする冷凍サイクル
は、例えば圧縮機、放熱器（ガスクーラ）、膨張弁、蒸
発器が配管接続されて構成される超臨界蒸気圧縮サイク
ルである。

【０００３】従来の空調ユニットは、例えば図９に示す
ように、ブロワユニット２１と、クーリングユニット２
２と、ヒーティングユニット２３とが連結されて送風路
２４が形成されており、ブロワユニット２１内のファン
２７の回転により発生した空気流は、クーリングユニッ
ト２２内の蒸発器５により冷却された後、ヒーティング
ユニット２３内の加熱器３３により適温に調節され、ベ
ント吹き出し口、デフ吹き出し口、フット吹出し口等か
ら車室内に吹き出されるようになされている。

【０００４】また、従来の空調ユニットにおいては、膨
張弁４が送風路２４内に配置されると共に蒸発器５の通
風方向上流側に配置されている。そして、図１０に示す
ように、送風路２４内に、冷凍サイクルの上流側の機関
（放熱器、内部熱交換器等）と連通する配管６４と膨張
弁４との接続部６７、膨張弁４と蒸発器５の冷媒流入側
のヘッダタンク３０ａと連通する配管６５との接続部６
８、蒸発器５の冷媒流出側のヘッダタンク３０ｂと連通
する配管６６と膨張弁４との接続部６９が入り込んでお
り、これらの接続部６７，６８，６９は、締付けやカシ
メ等により行なわれている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】冷媒をフロンから他の
物質に変更するのに伴い、ユニット構造等の変更も必要
となってくる。例えば、上記のように冷媒として二酸化
炭素を用いた場合、冷房作動時に発生する冷媒圧力がフ
ロンを用いた場合に比べて４倍以上にもなることから、
配管の接続部分等からの冷媒の漏洩に対する配慮が必要
となってくる。ここで、上記図９及び図１０に示すよう
な従来の空調ユニットにおいては、送風路２４内に、冷
媒の漏洩が発生しやすい膨張弁４や各配管の接続部６
７，６８，６９が入り込んでいるため、漏洩冷媒が車室
内に流出する可能性が高いという不具合がある。

【０００６】また、膨張弁４や配管６４，６５，６６等
が蒸発器の通風方向上流側、即ち蒸発器のコア部に流入
する空気を塞ぐかたちで配置されていることから、コア
部前面の空気の乱流化を招き、送風音の増加や風量の低
下等の性能低下を引き起こすという不具合もある。

【０００７】そこで、この発明は、冷媒が車室内に流出
することを防止することができ、また性能の向上が図ら
れた車両用空調装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、この発明は、冷媒としてフロン以外の物質が循環さ
れる冷凍サイクルの一部を構成する膨張弁及び蒸発器を
備え、温度調節された空気を車室内に導くための送風路
を備える車両用空調装置であって、前記蒸発器を前記送
風路内に配置すると共に、前記膨張弁を前記送風路外に
配置するものである（請求項１）。

【０００９】これによれば、冷媒の漏洩が生じる原因と
なり易い膨張弁が送風路外に配されるので、漏洩冷媒が
車室内に吹き出される可能性を低減させることができ
る。

【００１０】また、前記膨張弁と前記蒸発器とを連通さ
せる配管は、前記送風路内において配管同士の接続部分
を持たないとよい（請求項２）。

【００１１】配管同士の締付け、カシメ等の接続部分か
らは冷媒が漏洩しやすいことから、このような接続部分
を送風路内に置かないようにすることにより、漏洩冷媒
が車室内に吹き出される可能性をより低くすることがで
きる。尚、上記配管と蒸発器との接続はろう付けにより
行うのが効果的である。

【００１２】また、前記送風路内において、前記膨張弁
と蒸発器とを連通させる配管を前記蒸発器の通風方向下
流側に配するとよく（請求項３）、また前記蒸発器の通
風方向上流側にフィルタを配してもよい（請求項４）。

【００１３】上記のように、膨張弁と蒸発器とを連通さ
せる配管を蒸発器の通風方向下流側に配することによ
り、上流側に配した時よりも通過空気の乱流化が抑えら
れるので、騒音の低減、風量の増加を実現することがで
きる。また、配管を圧力の低い蒸発器の下流側において
送風路の外側に貫通させればよいので、この貫通部分の
気密性が向上する。更に、蒸発器の前面に障害物がなく
なることにより、蒸発器のコア部と同等の面積を有する
フィルタを設置することができ、集塵性能を向上させる
ことができる。

【００１４】また、前記蒸発器は、前記冷媒が流れるチ
ューブ部材と、前記チューブ部材に連通するヘッダタン
クとを有して構成され、前記膨張弁と蒸発器とを連通さ
せる配管は、前記蒸発器のヘッダタンクと連通している
とよく（請求項５）、また前記チューブ部材は、蛇行状
に形成されているとよい（請求項６）。

【００１５】これによれば、上記配管を蒸発器のヘッダ
タンクにろう付け等により接続させることができる。ま
た、蛇行状に形成されたチューブ部材を用いた蒸発器、
いわゆるサーペンタイン型の蒸発器が、この発明を実施
するのに好適である。

【００１６】また、前記膨張弁と蒸発器とを連通させる
配管は、ブロック状に形成され内部に前記膨張弁と連通
する複数の通路が形成されたブロック状接続部材を介し
て、前記膨張弁に連通しているとよい（請求項７）。

【００１７】膨張弁から吐出された冷媒は、膨張弁の開
度調整等のために、通常蒸発器内に流入した後に再び膨
張弁に流入されるため、冷媒が膨張弁から蒸発器へ向か
うための配管と、蒸発器から膨張弁へ向かうための配管
とが必要となる。また、蒸発器のチューブ部材が複数あ
れば、ヘッダタンクも複数となり、これに伴い上記配管
も複数となる。そこで、上記のように、それぞれの配管
の膨張弁と接続する側の部分を、ブロック状接続部に接
続することにより、膨張弁と配管との接続部分をすっき
りさせることができると共に、冷媒が漏洩しにくくな
る。

【００１８】また、前記ブロック状接続部は、前記蒸発
器を収納するユニットケースの内外の仕切り部分に配置
されているとよい（請求項８）。

【００１９】上記ユニットケースは、上記送風路の外郭
の少なくとも一部を形成するものであり、上記ブロック
状接続部は、ユニットケースの内外を連通するように、
例えばユニットケースに穿設された通孔にシール材等を
介して固定することができる。これにより、複数の配管
が個々にユニットケースを貫通する必要がなくなるの
で、組付け性が向上すると共に気密性が向上する。

【００２０】また、前記ブロック状接続部の前記ユニッ
トケースの外部に位置する部分には、所定の条件下で開
放する冷媒放出弁が備えられているとよい（請求項
９）。

【００２１】これによれば、所定の条件下で冷媒を大気
中に放出することができるので、より高い安全性を確保
することができる。尚、上記冷媒放出弁としては、冷媒
圧力が所定値以上となった時に開放する機械作動式の弁
であってもよいし、又は所定のセンサ類により冷媒の漏
洩等の異常を検知しこの異常が検知された場合に開放す
る電磁作動式の弁であってもよい。

【００２２】また、前記膨張弁と蒸発器とを連通させる
配管のうち少なくとも１本の配管の径を１０ｍｍ以下と
するとよい（請求項１０）。

【００２３】現行では、上記膨張弁と蒸発器とを連通さ
せる配管として径が１３〜１６ｍｍ程度のものを使用す
るのが普通であるが、この径の配管では、たわむことが
ほとんどできないので、変形を吸収することができな
い。そこで、径を１０ｍｍ以下とすることにより、適度
にたわむことによりパイプの変形を吸収することができ
るので、パイプに亀裂等が生じにくくなり、冷媒の漏洩
を低減させることができる。

【００２４】また、前記冷媒は、二酸化炭素であるとよ
い（請求項１１）。

【００２５】通常、二酸化炭素を冷媒とした場合、二酸
化炭素は超臨界状態となって循環されることから、運転
時の冷媒圧力がかなり高くなる。従って、この発明の一
形態として好適である。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図
面に基づいて説明する。

【００２７】図１に示すのは、この発明に係る車両用空
調装置に用いられる冷凍サイクル１である。この冷凍サ
イクル１は、冷媒として二酸化炭素を用いるものであ
り、圧縮機２、放熱器３、膨張弁４、蒸発器５、アキュ
ムレータ６、内部熱交換器７が配管接続されている。

【００２８】上記構成により、冷媒は圧縮機２において
超臨界領域内に圧縮され、この圧縮された高温高圧の気
相冷媒は、放熱器３において外気との熱交換により冷却
される。前記放熱器３で冷却された気相冷媒は、内部熱
交換器７の高圧側の流路内に流入し、この内部熱交換器
７の低圧側の流路内を流通する低温の冷媒と熱交換する
ことにより更に冷却された後、膨張弁４において減圧さ
れて気液混合冷媒となる。前記膨張弁４により減圧され
た気液混合冷媒は、蒸発器５において後述する送風路２
４（図２参照）内の空気の熱を奪って蒸発する。蒸発器
５から流出した冷媒はアキュムレータ６において気液分
離され、気相冷媒だけが前記内部熱交換器７の低圧側の
流路に流入され、前記高圧側の流路内を流通する高温の
冷媒と熱交換した後、圧縮機２に吸引される。

【００２９】図２において、この発明の車両用空調装置
の第１の実施の形態に係る空調ユニット２０を示す。こ
の空調ユニット２０は、所定の駆動原により回転するフ
ァン２７が設置されたブロワユニット２１と、蒸発器５
が設置されたクーリングユニット２２と、加熱器３３、
第１、第２及び第３のエアミックスドア３２，３５，３
６が設置され車室内に連通するベント吹出し口３７、デ
フ吹出し口３８、フット吹出し口３９が形成されたヒー
ティングユニット２３とにより構成されている。前記第
１のエアミックスドア３２の位置により、蒸発器５によ
り冷却された空気の加熱器５への通過量を決定し、第２
及び第３のエアミックスドア３５，３６の位置により、
調温された空気をどの吹き出し口から車室内に吹き出さ
せるかを決定する。上記ブロワユニット２１、クーリン
グユニット２２、ヒーティングユニット２３の連結によ
り、送風路２４が形成されている。

【００３０】また、図３に示すように、膨張弁４には、
前記内部熱交換器７（図１参照）と連通する配管５４
と、膨張弁４から蒸発器５へ冷媒を流出させるための流
出用配管３０ａと、蒸発器５から膨張弁４へ冷媒を流入
させるための流入用配管３０ｂとが接続されている。こ
の第１の実施の形態において使用される蒸発器５は、図
４（ａ），（ｂ）に示すように、蛇行状に形成された中
空状のチューブ４５と、このチューブ４５の両端部にそ
れぞれ連結された中空状の第１及び第２のヘッダタンク
４６ａ，４６ｂと、前記チューブ４５の対面する直線部
間にろう付け等により固定された熱交換効率を向上させ
るためのコルゲートフィン４７とから構成されるもので
あり、いわゆるサーペンタイン型蒸発器（熱交換器）と
称されるものである。この実施の形態においては、冷媒
は、第１のヘッダタンク４６ａから流入しチューブ４５
内を通り第２のヘッダタンク４６ｂから流出する。

【００３１】そして、図３に示すように、この第１の実
施の形態においては、前記蒸発器５は送風路２４内に配
置されると共に、前記膨張弁４は送風路２４外に配置さ
れており、前記流出及び流入用配管３０ａ，３０ｂは、
前記送風路２４の外郭の一部をなすユニットケース２８
に穿設された通孔２９を介して送風路２４内に貫通し、
蒸発器５の通風方向上流側に配され（図２参照）、それ
ぞれが蒸発器５のヘッダタンク４６ａ，４６ｂにろう付
けにより接続されている。また、前記通孔２９と配管３
０ａ，３０ｂとの間には、シール材４９が配されてお
り、ユニットケース２８内の気密性が保たれている。

【００３２】上記第１の実施の形態によれば、膨張弁
４、及びこの膨張弁４と前記流出及び流入用配管３０
ａ，３０ｂとの接続部分が、送風路２４外に配されてい
るので、膨張弁４の周囲から漏洩した冷媒が車室内に流
出することを防ぐことができる。また、この形態は、送
風路２４内において、前記配管３０ａ，３０ｂに締付
け、カシメ等の接続部がないことも特徴とするものであ
り、これにより送風路２４内で冷媒が漏洩する可能性が
更に低減されている。

【００３３】以下に、この発明の他の実施の形態につい
て図を参照して説明するが、上記第１の実施の形態と同
一又は同様の作用効果を奏する個所には同一の符号を付
してその説明を省略する。

【００３４】図５に示す第２の実施の形態に係る空調ユ
ニット２０は、前記クーリングユニット２２に穿設され
た通孔２９から前記送風路２４内に入る前記膨張弁４と
蒸発器５とを連通させる配管３０ａ，３０ｂが、前記蒸
発器５の通風方向下流側に配されているものである。ま
た、送風路２４内において蒸発器５の通風方向上流側に
は、集塵機能を有するフィルタ５０が設置されている。

【００３５】上記第２の実施の形態によれば、前記配管
３０ａ，３０ｂが蒸発器５の通風方向上流側に配されて
いる場合よりも、通過空気の乱流化が低減されるので、
騒音の低減、また風量の増加による空調性能の向上が実
現される。また、前記通孔２９を介しての配管３０ａ，
３０ｂの貫通が、圧力の低い蒸発器５の下流側において
行なわれるので、蒸発器５の上流側で行なわれる場合よ
りも送風路２４内の気密性が向上する。更に、蒸発器５
の前面（通風方向上流側）にスペースが確保されるの
で、蒸発器５のコア部と同等の面積を有するフィルタ５
０を設置することができ、集塵性能を向上させることが
できる。

【００３６】以下に、図６乃至図８において、第３の実
施の形態について説明する。図６（ａ），（ｂ）に示す
第３の実施の形態に係る蒸発器５は、蛇行状に形成され
た中空状の第１及び第２のチューブ４５ａ，４５ｂと、
これらのチューブ４５ａ，４５ｂの端部と連通する第
１、第２及び第３のヘッダタンク４６ａ，４６ｂ，４６
ｃと、前記チューブ４５ａ，４５ｂの直線部間に配され
る前記コルゲートフィン４７とから構成される。第１の
チューブ４５ａの一端には第１のヘッダタンク４６ａが
連結され、第２のチューブ４５ｂの一端には第２のヘッ
ダタンク４６ｂが連結され、第１のチューブ４５ａの他
端及び第２のチューブ４５ｂの他端には第３のヘッダタ
ンク４６ｃが連結している。この実施の形態において
は、冷媒は、第３のヘッダタンク４６ｃから流入し両チ
ューブ４５ａ，４５ｂ内を通り第１及び第２のヘッダタ
ンク４５ａ，４５ｂから流出する。

【００３７】また、図７に示すように、膨張弁４と蒸発
器５とを連通させる配管として、膨張弁４から蒸発器５
へ冷媒を流出させるための流出用配管３０ｃと、蒸発器
５から膨張弁へ冷媒を流入させる第１及び第２の流入用
配管３０ａ，３０ｂとがある。これらの配管３０ａ，３
０ｂ，３０ｃの蒸発器５側の端部は、それぞれ前記ヘッ
ダタンク４６ａ，４６ｂ，４６ｃとろう付けにより連結
しており、膨張弁４側の端部は、後述するブロック状接
続部５２に連結している。

【００３８】前記ブロック状接続部５２は、図８に示す
ように、ケーシング５５内に、冷媒を膨張弁４から蒸発
器５へ導く流出路５７、蒸発器５からの冷媒を膨張弁４
へ導く第１及び第２の流入路５８，５９が形成されたも
のであり、前記流出路５７には前記流出用配管３０ｃ
が、前記第１の流入路５８には前記第１の流入用配管３
０ａが、そして前記第２の流入路５９には前記第２の流
入用配管３０ｂが接続されている。また、前記第１及び
第２の流入用配管３０ａ，３０ｂとしては、そのパイプ
径が８〜１０ｍｍのものを使用するとよい。

【００３９】また、このブロック状接続部５２は、ユニ
ットケース２８に穿設された通孔２９にシール材４９を
介して固定されており、そのユニットケース２８の外側
に位置する部分には、冷媒放出弁６０が設置されてい
る。この冷媒放出弁６０は、例えば前記流出路５７内の
圧力が所定値以上となった時に開放する機械作動式の弁
でもよいし、又は所定のセンサ類（図示せず）により冷
媒の漏洩等の異常を検知しこの異常が検知された場合に
開放する電磁作動式の弁であってもよい。

【００４０】上記第３の実施の形態によれば、前記流出
用配管３０ｃ、前記第１及び第２の流入用配管３０ａ，
３０ｂの膨張弁４側の端部が、ブロック状接続部５２に
より一箇所にまとめられて接続されるので、すっきりし
た構造になると共に冷媒が漏洩しにくくなる。また、上
記配管３０ａ，３０ｂ，３０ｃが個々にユニットケース
２８を貫通する必要がなくなるので、組付け性が向上す
ると共に、ユニットケース２８内の気密性が向上する。

【００４１】また、前記ブロック状接続部５２には冷媒
放出弁６０が設置されていることにより、何らかの異常
が発生した場合に、冷媒を大気中に放出することができ
るので、高い安全性を確保することができる。更に、前
記第１及び第２の流入用配管３０ａ，３０ｂは、従来普
通に用いられる配管の径（１３〜１６ｍｍ）よりも細い
径が８〜１０ｍｍのものを使用していることにより、配
管が適度にたわむことにより配管にかかる変形力を吸収
することができるので、配管に亀裂等が生じにくくな
り、冷媒の漏洩を低減させることができる。

【００４２】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、冷媒
が車室内に流出することを防止することができる。ま
た、性能の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、この発明の車両用空調装置において利
用される冷凍サイクルを示す図である。

【図２】図２は、この発明の第１の実施の形態に係る空
調ユニットを示す図である。

【図３】図３は、第１の実施の形態に係る送風路内の構
造、及び膨張弁の位置を示す図である。

【図４】図４（ａ）は、第１の実施の形態に係る蒸発器
の構造を示す正面断面図であり、図４（ｂ）は、図４
（ａ）に示す蒸発器の上面図である。

【図５】図５は、この発明の第２の実施の形態に係る空
調ユニットを示す図である。

【図６】図６（ａ）は、この発明の第３の実施の形態に
係る蒸発器の構造を示す正面断面図であり、図６（ｂ）
は、図６（ａ）に示す蒸発器の上面図である。

【図７】図７は、第３の実施の形態に係る送風路内の構
造、及び膨張弁の位置を示す図である。

【図８】図８は、第３の実施の形態に係るブロック状接
続部の構造を示す一部断面図である。

【図９】図９は、従来の空調ユニットを示す図である。

【図１０】図１０は、従来の空調ユニットにおける送風
路内の構造、及び膨張弁の位置を示す図である。

【符号の説明】

１冷凍サイクル２圧縮機３放熱器４膨張弁５蒸発器６アキュムレータ７内部熱交換器２０空調ユニット２１ブロワユニット２２クーリングユニット２３ヒーティングユニット２４送風路２８ユニットケース２９通孔３０ａ，３０ｂ，３０ｃ配管４５，４５ａ，４５ｂチューブ４６ａ，４６ｂ，４６ｃヘッダタンク４９シール材５０フィルタ５２ブロック状接続部５５ケーシング５７，５８，５９流路６０冷媒放出弁

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】冷媒としてフロン以外の物質が用いられ
る冷凍サイクルの一部を構成する膨張弁及び蒸発器を備
えると共に、温度調節された空気を車室内に導くための
送風路を備える車両用空調装置であって、前記蒸発器を前記送風路内に配置すると共に、前記膨張
弁を前記送風路外に配置することを特徴とする車両用空
調装置。
【請求項２】前記膨張弁と前記蒸発器とを連通させる
配管は、前記送風路内において配管同士の接続部分を持
たないことを特徴とする請求項１記載の車両用空調装
置。
【請求項３】前記送風路内において、前記膨張弁と蒸
発器とを連通させる配管を前記蒸発器の通風方向下流側
に配したことを特徴とする請求項１又は２記載の車両用
空調装置。
【請求項４】前記送風路内において、前記蒸発器の通
風方向上流側にフィルタを配したことを特徴とする請求
項３記載の車両用空調装置。
【請求項５】前記蒸発器は、前記冷媒が流れるチュー
ブ部材と、前記チューブ部材に連通するヘッダタンクと
を有して構成され、前記膨張弁と蒸発器とを連通させる配管は、前記蒸発器
のヘッダタンクと連通していることを特徴とする請求項
１〜４のいずれか１つに記載の車両用空調装置。
【請求項６】前記チューブ部材は、蛇行状に形成され
ていることを特徴とする請求項５記載の車両用空調装
置。
【請求項７】前記膨張弁と蒸発器とを連通させる配管
は、ブロック状に形成され内部に前記膨張弁と連通する
複数の通路が形成されたブロック状接続部材を介して、
前記膨張弁に連通していることを特徴とする請求項１〜
５のいずれか１つに記載の車両用空調装置。
【請求項８】前記ブロック状接続部は、前記蒸発器を
収納するユニットケースの内外の仕切り部分に配置され
ていることを特徴とする請求項７記載の車両用空調装
置。
【請求項９】前記ブロック状接続部の前記ユニットケ
ースの外側に位置する部分には、所定の条件下で開放す
る冷媒放出弁が備えられていることを特徴とする請求項
７又は８記載の車両用空調装置。
【請求項１０】前記膨張弁と蒸発器とを連通させる配
管のうち少なくとも１本の配管の径を１０ｍｍ以下とし
たことを特徴とする請求項１〜９のいずれか１つに記載
の車両用空調装置。
【請求項１１】前記冷媒は、二酸化炭素であることを
特徴とする請求項１〜１０のいずれか１つに記載の車両
用空調装置。