JP2006213232A - 空調装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 電気発熱体３３ａの発熱量を最大限有効に利用することのできる空調装置を提供する。
【解決手段】 通電発熱素子列３３を、ヒータコア１３通風面の発熱量分布に対応させて配置している。
例えば、ヒータコア１３の温水出口側タンク１３ｂ側は、温水入口側タンク１３ａ側に対して温水の温度が低下して発熱量が低くなるため、図６に示す例のようにＰＴＣ素子３３ａの多い通電発熱素子列３３を配置している。これによれば、通電発熱素子列３３の発熱量を車室内の暖房に最大限有効に利用することができる。しかも、ＰＴＣヒータ３０を通過した後の空気温度分布が、通過位置にかかわらず略均一となるため、吹き出し空気の温度ばらつきを小さくすることができる。
【選択図】 図６

Description

本発明は、暖房熱源として温水などを熱源とする加熱用熱交換器に、補助熱源として電気発熱体を備えて併用する空調装置に関するものであり、車両用空調装置などに用いて好適である。

近年、車両エンジンの高効率化に伴い、エンジン暖機後においても車両エンジンの冷却水（温水）温度が従来に比べて低めの温度となる傾向にある。特にディーゼルエンジンは、一般的にガソリンエンジンよりもエンジンの熱効率が高いため、上記の傾向が顕著である。そのため、エンジン冷却水からの廃熱を利用して車室内の暖房を行う温水式空調装置においては、暖房能力不足が課題になっている。

そこで、温水式の加熱用熱交換器と電気発熱体とを併用し、電気発熱体の発熱により暖房用空気を加熱することにより、暖房能力の不足を解消する空調装置がある。このような空調装置において、本出願人は先に下記の特許文献で、複数の電気発熱体のうち、風速が高い部位に配置された電気発熱体の発熱量を高くするとともに、風速が低い部位に配置された電気発熱体の発熱量を低くする空調装置を開示している。
特開２００１−１７５１号公報

しかしながら、上記先願では加熱用熱交換器の温度分布を考慮した最適配置の面で、電気発熱体の発熱量を最大限に利用することが不足していた。本発明は、この点に鑑みて成されたものであり、その目的は、電気発熱体の発熱量を最大限有効に利用することのできる空調装置を提供することにある。

本発明は上記目的を達成するために、請求項１ないし請求項４に記載の技術的手段を採用する。すなわち、請求項１に記載の発明では、空気通路を形成する空調ケース（１１）と、
空調ケース（１１）内に配置されて通過する空気を加熱する加熱用熱交換器（１３）と、
加熱用熱交換器（１３）の空気流れ下流側に配置されて通過する空気を加熱する複数の通電発熱部（３３）を有する電気ヒータ（３０）とを備える空調装置において、
通電発熱部（３３）を、加熱用熱交換器（１３）通風面の発熱量分布に対応させて配置したことを特徴としている。

この請求項１に記載の発明によれば、通電発熱部（３３）の発熱量を車室内の暖房に最大限有効に利用することができる。しかも、電気ヒータ（３０）を通過した後の空気温度分布が、通過位置にかかわらず略均一となるため、吹き出し空気の温度ばらつきを小さくすることができる。

また、請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の空調装置において、加熱用熱交換器（１３）通風面の発熱量の低い部分に通電発熱素子（３３ａ）を密に配置したことを特徴としている。この請求項２に記載の発明によれば、通電発熱素子（３３ａ）を密に配置することで、供給電圧が等しくても特定部分の発熱量を高くすることができ、加熱用熱交換器（１３）通風面の発熱量の低い部分を補うことができる。

また、請求項３に記載の発明では、請求項１に記載の空調装置において、加熱用熱交換器（１３）通風面の発熱量の低い部分に発熱量の高い通電発熱素子（３３１）を配置したことを特徴としている。この請求項３に記載の発明によれば、発熱量の高い通電発熱素子（３３１）を配置することで特定部分の発熱量を高くすることができ、加熱用熱交換器（１３）通風面の発熱量の低い部分を補うことができる。

また、請求項４に記載の発明では、請求項１に記載の空調装置において、温水式ヒータ（１３）通風面の発熱量の低い部分に電気ヒータ（３０）を寄せて配置したことを特徴としている。この請求項４に記載の発明によれば、電気ヒータ（３０）を寄せて配置することで特定範囲の発熱量を高くすることができ、加熱用熱交換器（１３）通風面の発熱量の低い部分を補うことができる。ちなみに、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。

（第１実施形態）
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。図１は、本発明の第１〜第４実施形態に係る車両用空調装置の空調ユニット１の構造概要を示す断面図であり、デフロスタ吹出モードの状態を示している。本実施形態の車両用空調装置の通風系は、大別して、空調ユニット１と図示しない送風機ユニットとの２つの部分に分かれている。

なお、本実施形態の車両は、ハイブリッド車やディーゼル車、またはガソリン車でも高効率などでエンジン水温の上がりにくい車両や、寒冷地仕様車などであり、暖房開始時に即効性のある補助暖房熱源として、空調ユニット１のヒータコア１３の下流側に電気ヒータ（以下、ＰＴＣヒータとする。）３０を組み込んだものである。

送風機ユニットは車室内の計器盤下方部のうち、中央部から助手席側へオフセットして配置されており、これに対して空調ユニット１は車室内の計器盤下方部のうち、左右方向の略中央部に配置されている。送風機ユニットは周知の如く内気（車室内空気）と外気（車室外空気）とを切換導入する内外気切換箱と、この内外気切換箱から導入される空気を送風する送風機とから構成されている。

この送風機は周知の遠心多翼ファン（シロッコファン）を送風機モータにて回転駆動するものである。また、空調ユニット１は、１つの共通の空調ケース１１内に冷却用熱交換器としてのエバポレータ（冷媒蒸発器）１２と、加熱用熱交換器としてのヒータコア１３とを両方とも一体的に内蔵するタイプのものである。

空調ケース１１は、ポリプロピレンのような、ある程度弾性を有して強度的にも優れた樹脂の成形品からなり、図１の上下方向（車両上下方向）に分割面を有する左右２分割のケースからなる。この左右２分割のケースは、上記熱交換器１２・１３、後述のドア１６・２１・２５などの機器を収納した後に、金属バネクリップ、ネジなどの締結手段により一体に結合されて空調ケース１１を構成する。

空調ユニット１は、車両の前後および上下方向に対して、図１に示す姿勢で配置されており、空調ケース１１の最も車両前方側の部位には空気流入口１４が配設されている。この空気流入口１４には、前述の送風機ユニットから送風される空調用空気が流入する。この空気流入口１４は、助手席前方の部位に配置される送風機ユニットの空気出口部に接続するため、空調ケース１１のうち助手席側の側面に開口している。

空調ケース１１内において、空気流入口１４直後の部位にはエバポレータ１２が空気通路の全域を横切るように配置されている。このエバポレータ１２は周知の如く冷凍サイクルの冷媒の蒸発潜熱を空調用空気から吸収して、空調用空気を冷却するものである。ここでエバポレータ１２は、図１に示すように車両前後方向には薄型で、車両上下方向に長手方向が向く形態で空調ケース１１内に設置されている。

また、エバポレータ１２は周知の積層型のものであって、アルミニウムなどの金属薄板を２枚張り合わせて構成した偏平チューブ間に、同じくアルミニウムの薄板を波形状に成形したコルゲートフィンを介在して多数積層配置し、一体ろう付けしたものである。そして、エバポレータ１２の空気流れ下流側（車両後方側）に、所定の間隔を開けてヒータコア１３が隣接配置されている。

このヒータコア１３は、エバポレータ１２を通過した冷風を再加熱するものであり、その内部に高温のエンジン冷却水（温水）が流れ、この冷却水を熱源として空気を加熱する温水式ヒータである。このヒータコア１３もエバポレータ１２と同様に、車両前後方向には薄型で、車両上下方向に長手方向が向く形態で空調ケース１１内に設置されている。

なお、ヒータコア１３は周知のものであり、アルミニウムなどの金属薄板を溶接などにより断面偏平状に接合してなる偏平チューブ間に、同じくアルミニウムの薄板を波形状に成形したコルゲートフィンを介在して多数積層配置し、一体ろう付けしたものである。

なお、本実施形態では、下側が温水入口側タンク１３ａで上側が温水出口側タンク１３ｂとなっているため、下側の温水入口側タンク１３ａに流入した温水は複数の偏平チューブに分配され、コルゲートフィンを介して空調用空気と熱交換してこれを加熱し、冷めたエンジン冷却水は上側の温水出口側タンク１３ｂに集合して流出して行く循環となっている。

また、空調ケース１１内で、ヒータコア１３の上方部位には、このヒータコア１３をバイパスして空気（冷風）が流れる冷風バイパス通路１５が形成されている。また、空調ケース１１内で、ヒータコア１３とエバポレータ１２との間には、ヒータコア１３で加熱される温風と、ヒータコア１３をバイパスする冷風（すなわち、冷風バイパス通路１５を流れる冷風）との風量割合を調整する平板状のエアミックスドア１６が配置されている。

ここで、エアミックスドア１６は、水平方向に配置された回転軸１６ａと、この回転軸１６ａと一体に設けられた板部１６ｂとにより構成されており、この回転軸１６ａと共に車両上下方向に回動可能になっている。このエアミックスドア１６は、上記風量割合の調整により空気温度を調整する温度調整手段を成している。

回転軸１６ａは、空調ケース１１に回動自在に支持され、かつ回転軸１６ａの一端部は空調ケース１１の外部に突出して、図示しないリンク機構に結合され、空調装置の温度制御機構を成すサーボモータのようなアクチュエータなどによって回動操作されるようになっている。

そして、空調ケース１１内において、ヒータコア１３の空気下流側（車両後方側の部位）には、ヒータコア１３との間に所定間隔を開けて上下方向に延びる壁面１７が空調ケース１１に一体成形されている。この壁面１７により、ヒータコア１３の直後から上方に向かう温風通路１８が形成され、この温風通路１８の下流側（上方側）はヒータコア１３の上方部において冷風バイパス通路１５と合流し、冷風と温風との混合を行う冷温風混合空間１９を形成している。

空調ケース１１の上面部において、車両前方側の部位にはデフロスタ開口部２０が開口している。このデフロスタ開口部２０は、冷温風混合空間１９から温度調節された空調空気が第２入口穴である入口穴２０ａを通って流入するものであり、図示しないデフロスタダクトを介してデフロスタ吹出口に接続され、この吹出口から車両前面窓ガラスの内面に向けて風を吹き出すようになっている。

空調ケース１１内には、第１入口穴である入口穴２３が形成され、この入口穴２３の下流に形成された空間に、フェイス開口部２２と第３入口穴である入口穴２４ａとが形成されている。そして、入口穴２０ａと入口穴２３とは、デフロスタドア２１によって選択的に開閉される。すなわち、デフロスタ開口部２０と入口穴２３はデフロスタドア２１によって開閉される。このデフロスタドア２１は、空調ケース１１に回動可能に支持された回転軸２１ａと、この回転軸２１ａと一体に設けられた板部２１ｂとにより構成されている。

また、入口穴２４ａの下流側には、フット開口部２４が設けられている。そして、フェイス開口部２２と入口穴２４ａとは、フット・フェイス切換用ドア２５によって選択的に開閉される。すなわち、フェイス開口部２２とフット開口部２４とはフット・フェイス切換用ドア２５によって開閉される。このフット・フェイス切換用ドア２５は、空調ケース１１に回動可能に支持された回転軸２５ａと、この回転軸２５ａと一体に設けられた板部２５ｂとにより構成されている。

デフロスタドア２１とフット・フェイス切換用ドア２５は、吹出モード切換用のドア手段であり、図示しないリンク機構に連結され、吹出モード切換機構としてサーボモータのようなアクチュエータにより連動操作されるようになっている。そして、フェイス開口部２２は、図示しないフェイスダクトを介して計器盤左右方向の中央部上方側に配置されているセンターフェイス吹出口と、計器盤左右両端部の上方側に配置されているサイドフェイス吹出口とに接続されている。

センターフェイス吹出口からは車室内の乗員頭部に向けて風を吹き出し、サイドフェイス吹出口からは車室内左右両側部の乗員頭部側もしくは車両側面窓ガラスに向けて風を吹き出す。これは、サイドフェイス吹出口には周知の如く、手動操作される吹出グリルを備えており、この吹出グリルのルーバーの方向調整により、吹出空気を車室内左右両側部の乗員頭部側、もしくは車両側面窓ガラスに向けて風を吹き出すことが可能となっている。

また、フット開口部２４は、図示しないフットダクトを介してフット吹出口に接続され、このフット吹出口から乗員足元に向けて温風を吹き出すようになっている。なお、上述した各ドア１６・２１・２５は、各回転軸１６ａ・２１ａ・２５ａの長さが略同一である。また、各板部１６ｂ・２１ｂ・２５ｂは、樹脂または金属製のドア基板を有し、この基板の表裏両面にウレタンフォームのような弾性シール材を貼着した構造となっている。

次に、本発明の要部に係るＰＴＣヒータ３０の構成について説明する。本実施形態のＰＴＣヒータ（補助ヒータ）３０は、空調ケース１１内のヒータコア１３の下流側に、ヒータコア１３と並設するように配置されており、ヒータコア１３の上流側から送風されてきた空気をＰＴＣヒータ３０の下流側に送風可能としている。

図２はＰＴＣヒータ３０の概略構成を示す斜視図であり、図３は図２のＰＴＣヒータ３０の熱交換コア部概略構成図である。ＰＴＣヒータ３０は、通電発熱部としての通電発熱素子列３３と、熱交換部材としての熱交換フィン構成体３２と、電極部材としての電極板３４とを順次積層して熱交換コア部を構成している。

そして、これら積層した部材間が良好に接触するよう、図示しないばね部を有するフレーム３１で積層方向の両端から押圧させるとともに、積層方向と直交する方向（図２では略左右方向）からハウジング３５を嵌めることで保持させている。図４の（ａ）は図２・図３のＰＴＣヒータ３０通電発熱素子列３３の平面図であり、（ｂ）は熱交換コア部の部分斜視図である。

この図４に示すように、通電発熱素子列３３は、複数個の電気発熱体として正の抵抗温度特性を持つＰＴＣ素子３３ａを、耐熱性を有する樹脂材料（例えば、６６ナイロンやポリブタジエンテレフタレートなど）で成形した樹脂枠３３ｂの中に嵌め込んで保持させている。

また、熱交換フィン構成体３２は、アルミニウムの薄板を波形状に成形したコルゲートフィン３２ａと、このフィン３２ａを一定の形状に保つとともに、ＰＴＣ素子３３ａや電極板３４との接触面積を確保するためのアルミニウムプレート３２ｂとをろう付け接合して構成したものである。

また、ハウジング３５は、樹脂枠３３ｂと同様の樹脂材料で成形された樹脂ハウジングであり、一端側ハウジング３５Ｂは熱交換コア部を保持するだけであるが、他端側のハウジング３５Ａは、電極板３４に設けられた端子部が貫通して外面側にコネクタ部Ｃを形成している。

図５は、図３のＰＴＣヒータ３０の概略回路図である。ここでは例として、通電発熱素子列３３が４列有るもので説明する。３４Ｃは複数の通電発熱素子列３３と接触している共通電極である。そして、３６は過電流から保護するためのヒューズであり、３７は各通電発熱素子列３３に順次通電させるための通電スイッチである。

このような構成の車両用空調装置は、周知のように、図示しない空調操作パネルに設けられた各種操作部材からの操作信号および空調制御用の各種センサからのセンサ信号が入力される図示しない電子制御装置を備えており、この制御装置の出力信号により図示しないコンプレッサ（冷媒圧縮機）・コンデンサ（冷媒凝縮器）ファン・送風機モータなどが駆動制御され、各ドア１６・２１・２５の位置が制御され、必要に応じてＰＴＣヒータ３０が通電制御される。

図６は、本発明の第１実施形態におけるＰＴＣヒータ３０のＰＴＣ素子３３ａの配置例を示す平面図である。本実施形態での特徴と、その効果について述べと、通電発熱素子列３３を、ヒータコア１３通風面の発熱量分布に対応させて配置している。

例えば、ヒータコア１３の温水出口側タンク１３ｂ側は、温水入口側タンク１３ａ側に対して温水の温度が低下して発熱量が低くなるため、図６に示す例のようにＰＴＣ素子３３ａの多い通電発熱素子列３３を配置している。これによれば、通電発熱素子列３３の発熱量を車室内の暖房に最大限有効に利用することができる。しかも、ＰＴＣヒータ３０を通過した後の空気温度分布が、通過位置にかかわらず略均一となるため、吹き出し空気の温度ばらつきを小さくすることができる。

（第２実施形態）
図７は、本発明の第２実施形態におけるＰＴＣヒータ３０のＰＴＣ素子３３ａの配置例を示す平面図である。上述した第１実施形態と異なる特徴として、ヒータコア１３通風面の発熱量の低い部分にＰＴＣ素子３３ａを密に配置している。例えば図７の例では、ヒータコア１３の温水出口側タンク１３ｂ側に対応するＰＴＣヒータ３０の上側と、且つ左側に寄せてＰＴＣ素子３３ａを密に配置している。

これによれば、ＰＴＣ素子３３ａを密に配置することで、供給電圧が等しくても特定部分の発熱量を高くすることができ、ヒータコア１３通風面の発熱量の低い部分を補うことができる。なお、このＰＴＣ素子３３ａの配置は、発熱量分布を均一にするためだけではなく、特定部分の発熱量を高くするために密に配置しても良い。

例えば、ＰＴＣヒータ３０の中央部分が車両のフロントデフロスタ吹出口およびフット吹出口に対応し、ＰＴＣヒータ３０の左右部分が車両のサイドデフロスタ吹出口に対応するような場合など、図６の例のように中央部分の発熱量が高くなるようＰＴＣ素子３３ａを密に配置しても良い。

（第３実施形態）
図８は、本発明の第３実施形態におけるＰＴＣヒータ３０のＰＴＣ素子３３１・３３２の配置例を示す平面図である。上述した第１・第２実施形態と異なる特徴として、ヒータコア１３通風面の発熱量の低い部分に発熱量の高い通電発熱素子３３１を配置している。

例えば、図８の例では図６の例と同様に、ヒータコア１３の温水出口側タンク１３ｂ側は、温水入口側タンク１３ａ側に対して発熱量が低くなるため、発熱量の高い通電発熱素子３３１を配置している。これによれば、発熱量の高い通電発熱素子３３１を配置することで特定部分の発熱量を高くすることができ、ヒータコア１３通風面の発熱量の低い部分を補うことができる。

（第４実施形態）
図９は、本発明の第４実施形態におけるＰＴＣヒータ３０のＰＴＣ素子３３１・３３２の配置例を示す平面図である。図９の例では図７の例と同様に、ヒータコア１３の温水出口側タンク１３ｂ側に対応するＰＴＣヒータ３０の上側と、且つ左側に寄せて発熱量の高い通電発熱素子３３１を配置したものである。

（第５実施形態）
図１０は、本発明の第５実施形態における車両用空調装置の空調ユニット部の構造概要を示す断面図である。図１の第１実施形態とは、ＰＴＣヒータ３０の大きさのみ異なる。温水式ヒータ（ヒータコア）１３通風面の発熱量の低い部分にＰＴＣヒータ３０を寄せて配置している。

このように、温水式ヒータ１３およびＰＴＣヒータ３０の大きさは問うものではないが、温水式ヒータ１３よりもＰＴＣヒータ３０が小さい場合、そのＰＴＣヒータ３０をヒータコア１３の通風面に対して寄せて配置することで特定範囲の発熱量を高くすることもできるし、ヒータコア１３通風面の発熱量の低い部分を補うこともできる。

（その他の実施形態）
上述の実施形態でＰＴＣヒータ３０は１個であるが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、ＰＴＣヒータ３０を複数個使用しても良い。また、通電発熱素子３３ａもＰＴＣ素子に限るものではない。

本発明の第１〜第４実施形態に係る車両用空調装置の空調ユニット１の構造概要を示す断面図である。 図１中のＰＴＣヒータ３０の概要構成を示す斜視図である。 図２のＰＴＣヒータ３０熱交換コア部の概略構成を示す模式図である。 （ａ）は図２・図３のＰＴＣヒータ３０通電発熱素子列３３の平面図であり、（ｂ）は熱交換コア部の部分斜視図である。 図３のＰＴＣヒータ３０の概略回路図である。 本発明の第１実施形態におけるＰＴＣヒータ３０のＰＴＣ素子３３ａの配置例を示す平面図である。 本発明の第２実施形態におけるＰＴＣヒータ３０のＰＴＣ素子３３ａの配置例を示す平面図である。 本発明の第３実施形態におけるＰＴＣヒータ３０のＰＴＣ素子３３１・３３２の配置例を示す平面図である。 本発明の第４実施形態におけるＰＴＣヒータ３０のＰＴＣ素子３３１・３３２の配置例を示す平面図である。 本発明の第５実施形態における車両用空調装置の空調ユニット部の構造概要を示す断面図である。

符号の説明

１１…空調ケース
１３…ヒータコア（加熱用熱交換器、温水式ヒータ）
３０…ＰＴＣヒータ（電気ヒータ）
３３…通電発熱素子列（通電発熱部）
３３ａ…ＰＴＣ素子（通電発熱素子、電気発熱体）
３３１…高発熱ＰＴＣ素子（発熱量の高い通電発熱素子、電気発熱体）

Claims (4)

1. 空気通路を形成する空調ケース（１１）と、
   前記空調ケース（１１）内に配置されて通過する空気を加熱する加熱用熱交換器（１３）と、
   前記加熱用熱交換器（１３）の空気流れ下流側に配置されて通過する空気を加熱する複数の通電発熱部（３３）を有する電気ヒータ（３０）とを備える空調装置において、
   前記通電発熱部（３３）を、前記加熱用熱交換器（１３）通風面の発熱量分布に対応させて配置したことを特徴とする空調装置。
2. 前記加熱用熱交換器（１３）通風面の発熱量の低い部分に通電発熱素子（３３ａ）を密に配置したことを特徴とする請求項１に記載の空調装置。
3. 前記加熱用熱交換器（１３）通風面の発熱量の低い部分に発熱量の高い通電発熱素子（３３１）を配置したことを特徴とする請求項１に記載の空調装置。
4. 前記温水式ヒータ（１３）通風面の発熱量の低い部分に前記電気ヒータ（３０）を寄せて配置したことを特徴とする請求項１に記載の空調装置。

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