JP2006218909A - 空調装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 部位による吹き出し温度差を解消するとともに、電気発熱体331の発熱量を最大限有効に利用する。
【解決手段】 空気加熱時でヒータコア13の発熱温度が低い場合には複数の通電発熱素子列33A〜33Dに通電を行うとともに、ヒータコア13の発熱温度が上昇してきたときにはヒータコア13の発熱温度の上昇が早い部分に対応する通電発熱素子列33A〜33Dから順次通電を切ってゆくようにしている。
これによれば、ヒータコア13の温度傾斜に対応させて通電発熱素子列33A〜33Dに通電を行うことで、PTCヒータ30を通過した後の空気温度分布を通過位置に係らず略均一とでき、位置による吹き出し空気の温度差を小さくすることができる。しかも、通電発熱素子列33A〜33D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。
【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、電気発熱体による電気ヒータの発熱温度が均一なのに対して、温水式ヒータの発熱温度は温水入口側に対して温水出口側の方が低くなるため、位置によって吹き出し温度に差が生じるという問題点がある。また、このような発熱温度分布に傾斜を持つ温水式ヒータに対して、単純に電気ヒータの均一な発熱温度で補助しても、暖房能力の不足には寄与するが、位置による吹き出し温度差は解消されないばかりか、位置によって電気発熱体の発生熱が車室内などの暖房に有効に利用されないという問題点がある。
本発明は、上記の問題点に鑑みて成されたものであり、その目的は、位置による吹き出し温度差を解消するとともに、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3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(33A〜33D)を有する電気ヒータ(30)とを備える空調装置において、
空気加熱時で加熱用熱交換器(13)の発熱温度が低い場合には複数の通電発熱部(33A〜33D)に通電を行うとともに、加熱用熱交換器(13)の発熱温度が上昇してきたときには加熱用熱交換器(13)の発熱温度の上昇が早い部分に対応する通電発熱部(33A〜33D)から順次通電を切ってゆくことを特徴としている。
これは例えば、寒いときに車両を始動して暖房を開始すると、電気ヒータ(30)の複数の通電発熱部(33A〜33D)に通電されて即効暖房が行なわれ、車両エンジンの冷却水(温水)温度が上がってくると、その温水が加熱用熱交換器(13)に通されて、加熱用熱交換器(13)で空気加熱が行えるようになってくる。このとき、温水入口(13a)側は温水出口(13b)側に対して温度上昇が早いため、温度の上がった部分に対応する通電発熱部(33A〜33D)から順次通電を切ってゆくこととなる。
この請求項1に記載の発明によれば、加熱用熱交換器(13)の温度傾斜に対応させて通電発熱部(33A〜33D)に通電を行うことで、電気ヒータ(30)を通過した後の空気温度分布を通過位置に係らず略均一とでき、位置による吹き出し空気の温度差を小さくすることができる。しかも、通電発熱部(33A〜33D)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。
また、請求項2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(33A〜33D)を有する電気ヒータ(30)とを備える空調装置において、
空気加熱時で加熱用熱交換器(13)の発熱温度が低下した場合、複数の通電発熱部(33A〜33D)のうち加熱用熱交換器(13)の発熱温度の低下した部分に対応する通電発熱部(33A〜33D)から順次通電を行うことを特徴としている。
これは例えば、寒いときに停車してアイドリングでの暖房を長く続けていたりすると、車両エンジンの冷却水(温水)温度が下がって暖房能力が不足し、電気ヒータ(30)での暖房補助が必要となる場合があり、このようなときは複数の通電発熱部(33A〜33D)のうち加熱用熱交換器(13)の発熱温度の低下した部分に対応する通電発熱部(33A〜33D)から順次通電を行うこととなる。
この請求項2に記載の発明によっても、加熱用熱交換器(13)の温度傾斜に対応させて通電発熱部(33A〜33D)に通電を行うことで、電気ヒータ(30)を通過した後の空気温度分布を通過位置に係らず略均一とでき、位置による吹き出し空気の温度差を小さくすることができる。しかも、通電発熱部(33A〜33D)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。
また、請求項3に記載の発明では、請求項1または請求項2のいずれかに記載の空調装置において、加熱用熱交換器(13)は温水式ヒータ(13)であり、温水出口(13b)側は温水入口(13a)側に対して発熱温度が上昇しにくく、且つ発熱温度が低下し易い部分である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、温水式ヒータ(13)は温水入口(13a)側と温水出口(13b)側とで温度傾斜が発生し易いことによるものである。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2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(加熱用熱交換器、温水式ヒータ)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(温水入口)13aで上側が温水出口側タンク(温水出口)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(通電発熱部)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。なお、本実施形態のPTCヒータ30は通電発熱素子列33を4列有し、車両搭載時の上方から33A〜33Dとした。
従来の共通電極に当たる部位を、2枚の電極板24とし、その隣り合う電極板24の間に絶縁部材35を積層して絶縁を図っている。絶縁部材35は、薄くて耐熱性を有した、例えばポリイミドの樹脂フィルムを用いているため、スペース的に大きな影響は無い。
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36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331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332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36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36B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36A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。37は過電流から保護するためのヒューズであり、38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、必要に応じて通電発熱素子列33A〜33D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の通電発熱素子列33を順次OFFさせてゆくことを示すグラフである。本実施形態での特徴と、その効果について述べと、空気加熱時でヒータコア13の発熱温度が低い場合には複数の通電発熱素子列33A〜33Dに通電を行うとともに、ヒータコア13の発熱温度が上昇してきたときにはヒータコア13の発熱温度の上昇が早い部分に対応する通電発熱素子列33A〜33Dから順次通電を切ってゆくようにしている。
これは例えば、寒いときに車両を始動して暖房を開始すると、PTCヒータ30の複数の通電発熱素子列33A〜33Dに通電されて即効加熱が行なわれる。例えば、図1のデフロスタ吹出モードの状態であれば、PTCヒータ30で暖められた空気が車両前面窓ガラスの内面に向けて吹き出され、即効で曇り晴らしが行われる。
そして、車両エンジンの冷却水(温水)温度が上がってくると、その温水がヒータコア13に通されて、ヒータコア13で空気加熱が行えるようになってくる。このとき、ヒータコア13の温水入口タンク13a側は温水出口タンク13b側に対して温度上昇が早いため、温度の上がった部分に対応する通電発熱素子列33A〜33Dから順次通電を切ってゆくこととなる。
これによれば、ヒータコア13の温度傾斜に対応させて通電発熱素子列33A〜33Dに通電を行うことで、PTCヒータ30を通過した後の空気温度分布を通過位置に係らず略均一とでき、位置による吹き出し空気の温度差を小さくすることができる。例えば、上記したデフロスタ吹き出しであれば、車両前面窓ガラスの曇りが均一に晴れてゆくこととなる。しかも、通電発熱素子列33A〜33D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。
なお、ヒータコア13は温水式ヒータ13であり、温水出口13b側は温水入口13a側に対して発熱温度が上昇しにくい部分となっている。これは、温水式ヒータ13は温水入口13a側と温水出口13b側とで温度傾斜が発生し易いことによるものである。
(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の通電発熱素子列33を順次ONさせてゆくことを示すグラフである。上述した第1実施形態と異なる特徴として、空気加熱時でヒータコア13の発熱温度が低下した場合、複数の通電発熱素子列33A〜33Dのうちヒータコア13の発熱温度の低下した部分に対応する通電発熱素子列33A〜33Dから順次通電を行うようにしている。
これは例えば、寒いときに停車してアイドリングでの暖房を長く続けていたりすると、車両エンジンの冷却水(温水)温度が下がって暖房能力が不足し、PTCヒータ30での暖房補助が必要となる場合があり、このようなときは複数の通電発熱素子列33A〜33Dのうちヒータコア13の発熱温度の低下した部分に対応する通電発熱素子列33A〜33Dから順次通電を行うこととなる。
これによっても、ヒータコア13の温度傾斜に対応させて通電発熱素子列33A〜33Dに通電を行うことで、PTCヒータ30を通過した後の空気温度分布を通過位置に係らず略均一とでき、位置による吹き出し空気の温度差を小さくすることができる。しかも、通電発熱素子列33A〜33D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。
なおこれも、ヒータコア13は温水式ヒータ13であり、温水出口13b側は温水入口13a側に対して発熱温度が低下し易い部分となっている。これは、温水式ヒータ13は温水入口13a側と温水出口13b側とで温度傾斜が発生し易いことによるものである。
(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、通電発熱素子列も4列あるが、この数を限定するものではないし、図6・図7の実施形態では、その4つの通電発熱素子列33A〜33Dを一定間隔で全てOFFしたり、全てONしたりしているが、必ずしも全ての通電発熱素子列に通電される必要はないし、ON・OFFの間隔も一定である必要はない。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2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の通電発熱素子列33を順次OFFさせてゆくことを示すグラフである。 本発明の第2実施形態におけるPTCヒータ30の通電発熱素子列33を順次ONさせてゆくことを示すグラフである。
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)
13a…温水入口側タンク(温水入口)
13b…温水出口側タンク(温水出口)
30…PTCヒータ(電気ヒータ)
33A〜33D…通電発熱素子列(通電発熱部)

Claims (3)

  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(33A〜33D)を有する電気ヒータ(30)とを備える空調装置において、
    空気加熱時で前記加熱用熱交換器(13)の発熱温度が低い場合には前記複数の通電発熱部(33A〜33D)に通電を行うとともに、前記加熱用熱交換器(13)の発熱温度が上昇してきたときには前記加熱用熱交換器(13)の発熱温度の上昇が早い部分に対応する前記通電発熱部(33A〜33D)から順次通電を切ってゆくことを特徴とする空調装置。
  2. 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(33A〜33D)を有する電気ヒータ(30)とを備える空調装置において、
    空気加熱時で前記加熱用熱交換器(13)の発熱温度が低下した場合、前記複数の通電発熱部(33A〜33D)のうち前記加熱用熱交換器(13)の発熱温度の低下した部分に対応する前記通電発熱部(33A〜33D)から順次通電を行うことを特徴とする空調装置。
  3. 前記加熱用熱交換器(13)は温水式ヒータ(13)であり、温水出口(13b)側は温水入口(13a)側に対して発熱温度が上昇しにくく、且つ発熱温度が低下し易い部分であることを特徴とする請求項1または請求項2のいずれかに記載の空調装置。
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