JP2007062683A

JP2007062683A - 車両用空調装置

Info

Publication number: JP2007062683A
Application number: JP2005254860A
Authority: JP
Inventors: Shunji Komatsu; 俊二小松
Original assignee: Sanden Corp
Current assignee: Sanden Corp
Priority date: 2005-09-02
Filing date: 2005-09-02
Publication date: 2007-03-15

Abstract

【課題】環境に優しい冷媒に好適であって、簡単な構成にて消費動力が削減された車両用空調装置を提供する。
【解決手段】車両用空調装置は、隔壁２２を介して車室２０との間が仕切られたエンジンルーム６内に設けられ、冷媒が循環する冷媒循環流路４と、冷媒循環流路４に前記冷媒の流れ方向でみて順次介挿された圧縮機８、凝縮器、膨張弁１４及び蒸発器１６と、隔壁２２を貫通して設けられ、蒸発器１６により冷却される放熱部及び隔壁２２よりも車室２０側に位置付けられた受熱部を有する自励振動式ヒートパイプ３０と、自励振動式ヒートパイプ３０の受熱部を通過してから車室２０の乗員スペースに流入する風を生成するブロワファン２８とを備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、車両用空調装置に係り、より詳しくは、自励振動式ヒートポンプを用いた車両用空調装置に関する。

近年、地球環境への配慮から、ＧＷＰ（地球温暖化係数）の小さい冷媒を用いた車両用空調装置の開発が進められている。具体的には、この種の冷媒としては、ＨＦＣ１５２ａ等の新代替フロンガス、プロパン等のＨＣ（ハイドロカーボン）ガス及びＣＯ_２ガスをあげることができる。例えば、ＨＦＣ１５２ａのＧＷＰは、ＨＦＣ１３４ａのＧＷＰの約１／１０である。

ここで、ＨＦＣ１５２ａやプロパンは可燃性を有し、ＣＯ_２ガスといえども濃度が高くなるのは好ましくない。このため、万一冷媒が漏出したとしても乗員の安全が確保されるよう、例えば特許文献１が開示する車両用空調装置の冷凍回路はエンジンルーム内に設けられ、冷凍回路の冷凍能力は、エンジンルームから車室に亘るブライン回路を介して車室内に伝達される。

より詳しくは、冷凍回路は、冷媒が循環する冷媒循環流路を備え、冷媒循環流路には、圧縮機、凝縮器、膨張弁及び熱交換器の低温側部分が介挿されている。一方、ブライン回路は、ブラインが循環するブライン循環流路を備え、ブライン流路は、エンジンルームと車室との間を仕切る隔壁を貫通して配置されている。ブライン循環流路には、ポンプ、熱交換器の高温側部分及び吸熱器が介挿され、吸熱器は、空調ユニットハウジング内に配置される。空調ユニットハウジングは、隔壁とインストルメントパネルとの間に区画された車室前方のスペースに収容され、吸熱器の近傍には、吸熱器を通過してから車室の乗員スペースに流入する風を生成するファンが配置される。
特開平10‐338023号公報

上述した従来技術のブライン回路では、ブラインを循環させるためのポンプが必要であり、冷凍回路の蒸発器を車室内に直接配置した場合に比べて空調装置の構成が複雑になるばかりでなく、消費動力が増大するという問題がある。
本発明は上述の事情に基づいてなされたもので、その目的とするところは、環境に優しい冷媒に好適であって、簡単な構成にて消費動力が削減された車両用空調装置を提供することにある。

上記の目的を達成するべく、本発明によれば、隔壁を介して車室との間が仕切られたエンジンルーム内に設けられ、冷媒が循環する循環流路と、前記循環流路に前記冷媒の流れ方向でみて順次介挿された圧縮機、凝縮器、膨張弁及び蒸発器と、前記隔壁を貫通して設けられ、前記蒸発器により冷却される放熱部及び前記隔壁よりも前記車室側に位置付けられた受熱部を有する自励振動式ヒートパイプと、前記自励振動式ヒートパイプの前記受熱部を通過してから前記車室の乗員スペースに流入する風を生成するファンとを備えたことを特徴とする車両用空調装置が提供される（請求項１）。

好適な態様として、前記冷媒は、ＣＯ_２、プロパン及びＨＦＣ１５２ａからなる群より選択された１種である（請求項２）。

請求項１の本発明の車両用空調装置では、隔壁を貫通した自励振動式ヒートパイプを介して冷凍回路の冷却能力が車室に伝達されるので、従来技術のブライン回路とは異なりポンプが必要ない。このため、この車両用空調装置によれば、簡単な構成にて消費動力が削減される。
また、この空調装置では、冷凍回路がエンジンルーム内に配置され、車室とエンジンルームとの間は隔壁により仕切られているので、万一冷凍回路から冷媒が漏出したとしても、車室に漏出冷媒が流入することはなく、乗員の安全が確保される。

請求項２の車両用空調装置は、その冷媒がＣＯ_２、プロパン及びＨＦＣ１５２ａからなる群より選択された１種であることから、地球環境に優しい。

図１は、本発明の一実施形態の車両用空調装置の概略構成を示し、空調装置は冷凍回路２を備えている。
冷凍回路２は、例えば冷媒としてのＨＦＣ１５２ａが循環する冷媒循環流路４を有し、冷媒循環流路４はエンジンルーム６内に設置されている。冷媒循環流路４には、圧縮機８、凝縮器１０、レシーバ１２、膨張弁１４及び蒸発器１６が順次介挿され、圧縮機８とエンジン１８との間にはベルトが架け回されている。凝縮器１０は車両のフロントグリル近傍にプロペラファンとともに配置され、蒸発器１６は、エンジンルーム６と車室２０との間を区画する鉄製の隔壁２２近傍に配置されている。

また、空調装置は車室２０内に配置された空調ユニットを備え、空調ユニットのユニットハウジング２４は、隔壁２２とインストルメントパネル２６との間に区画された車室２０前方のスペースに配置されている。ユニットハウジング２４は吸入口及び吹出口を有し、その内部に吸入口から吹出口に向けて流れる風を生成するブロワファン２８が配置されている。その送風方向でみて、ブロワファン２８の下流には、いずれも図示しないけれども、ダンパとともにヒータコア（図示せず）が配置されている。

更に、空調装置は、ヒートレーン（商標名）とも称される自励振動式のヒートパイプ３０を備え、ヒートパイプ３０は、隔壁２２及びユニットハウジング２４にそれぞれ設けられた一連の開口を通してエンジンルーム６からユニットハウジング２４に亘って延びている。
より詳しくは、図２に示したように、ヒートパイプ３０の本体は金属製の帯材３２から構成され、帯材３２は、所定形状に折曲されるとともに両端が接合されている。すなわち、ヒートパイプ３０の本体は、例えば６つの平行部３４を含み、これら平行部３４は、夫々が水平面に沿って延び且つ互いに上下に等間隔をもって離間している。これら平行部３４の各端はエンジンルーム６又はユニットハウジング２４内に位置し、上下に離間した一組の平行部３４の端同士が折返し部３６により繋がっている。なお、各折返し部３６は、ヒートパイプ３０の本体が全体としてループ状になるように、一組の平行部３４の端同士を繋いでいる。

帯材３２の内部には、図３に示したように、複数の細孔３８が形成され、これら細孔３８は帯材３２の幅方向に一定間隔をもって配列されている。これら細孔３８の各々は帯材３２の長手方向に延びて平行部３４及び折返し部３６を貫通し、やはり蛇行しながらもループ状をなしている。
ここで、各細孔３８には、所定量のブラインが封入されているが、各細孔３８の横断面積は、ブラインがその表面張力に基づいて細孔３８を閉塞可能であり且つ閉塞状態を維持しながら細孔３８の軸方向に移動又は振動可能になるような範囲に設定されている。

再び図２を参照すると、ユニットハウジング２４内に位置したヒートパイプ３０の本体の領域では、その平行部３４同士の間に、ブロワファン２８からの水平方向の風の通過を許容するように放熱フィン４０が設けられている。
一方、エンジンルーム６内に位置したヒートパイプ３０の本体の領域は、ボックス形状の蒸発器１６により気密に囲まれている。蒸発器１６は、帯材３２の幅方向に離間した両側面に入力ポート１６ａ及び出力ポート（図示せず）を有し、入力ポート１６ａ及び出力ポートは、それぞれ冷媒循環流路４を介して膨張弁１４及び圧縮機８に繋がっている。なお、入力ポート１６ａは蒸発器１６の上部に形成され、出力ポートは蒸発器１６の下部に形成されている。

なお、図４に示したように、隔壁２２及びユニットハウジング２４の開口とヒートパイプ３０の本体との間の隙間にはシール材として、良好な断熱性を有する不燃性の樹脂材４２が充填され、この樹脂材４２によりエンジンルーム６と車室２０との間は気密に区画されている。
以下、車両用空調装置の動作について説明する。

圧縮機８はベルトを介して伝達されるエンジン１８からの駆動力によって作動され、冷媒循環流路４の復路からガス冷媒を吸い込んで圧縮し、高温高圧のガス冷媒にして冷媒循環流路４の往路に吐出する。つまり、圧縮機８は冷媒を圧縮しながらその流動を生起する。
圧縮機８からの冷媒は、凝縮器１０の内部を通過する際、凝縮器１０がプロペラファン及び車両前方からの風を受けることで空冷される。この空冷により、ガス冷媒の大半はそのエンタルピが減少して凝縮し、高温高圧の液冷媒になる。凝縮器１０を通過した冷媒はレシーバ１２に流入し、凝縮器１０で凝縮しなかったガス冷媒が分離され、液冷媒のみが膨張弁１４に向けてレシーバ１２から流出する。液冷媒は、膨張弁１４を通過することにより膨張して圧力及び温度が低下し、気液混合状態の冷媒になる。膨張弁１４を通過した冷媒は、蒸発器１６内にて気化熱を吸収して気化し、低圧低温のガス冷媒になる。そして、蒸発器１６で気化した低温低圧のガス冷媒は圧縮機８に吸入され、上述したサイクルが繰り返される。

ヒートポンプ３０は、蒸発器１６により囲まれた本体の領域（放熱部）にて冷凍回路２の冷凍能力を受取り、受取った冷凍能力を、ユニットハウジング２４により囲まれたヒートポンプ３０の本体の領域（受熱部）に伝達する。そして、ブロワファン２８からの風は、この受熱部を通過する際に冷却されて冷風になり、この冷風により車室２０の乗員スペースが所望の温度に冷房される。

すなわち、ヒートパイプ３０の受熱部は、受熱部を通過する風から熱を受取って加熱され、受熱部を延びる細孔３８の受熱域にてブラインが核沸騰する。核沸騰により生成したブラインの気泡は、放熱部を延びる細孔３８の放熱域まで移動することにより潜熱を輸送し、また核沸騰により液相のブラインが振動（自励振動）し、細孔３８の受熱域まで顕熱が輸送される。

つまり、ヒートパイプ３０のブラインは、潜熱と顕熱の混合輸送により、受熱域から放熱域に熱を輸送する。そして、ヒートパイプ３０の放熱部は蒸発器１６により囲まれていることから、ブラインにより輸送された熱は、放熱部の周囲の冷媒に気化熱として吸収される。
上述した車両用空調装置は、冷凍回路２の冷媒として、ＨＦＣ１３４ａに比べて地球温暖化係数が小であるＨＦＣ１５２ａを用いているので、地球環境に優しい。

また、この空調装置では、冷媒循環流路４を含む冷凍回路２がエンジンルーム６内に配置され、車室２０とエンジンルーム６との間は隔壁２２により気密に仕切られているので、万一冷凍回路２から冷媒が漏出したとしても、車室２０に漏出冷媒が流入することはなく、乗員の安全が確保される。
更に、この空調装置では、冷凍回路２の冷凍能力が、自励振動式のヒートパイプ３０を介して車室２０に伝達されるので、従来のブライン回路を用いた場合とは異なりブラインを循環させるポンプが必要ない。このため、この空調装置は、簡単な構成ながらも消費動力が削減される。なお、自励振動式のヒートパイプ３０は、潜熱と顕熱の混合輸送により熱を輸送するため、ポンプを用いずとも、大きな熱輸送能力を発揮する。

本発明は上述した一実施形態に限定されることはなく種々変形が可能である。
例えば、上記実施形態では、冷媒としてＨＦＣ１５２ａを用いたが、ＣＯ_２やプロパンを用いてもよく、あるいは従来のＨＦＣ１３４ａを用いてもよい。なお、ＣＯ_２を用いる場合には、凝縮器１０は単なる放熱器（ガスクーラ）として機能するため、冷媒循環流路４に放熱器の下流に位置して内部熱交換器を更に設けてもよい。

本発明の一実施形態に係る車両用空調装置の概略構成を示した図である。図１の車両用空調装置のヒートパイプを蒸発器とともに示した斜視図である。図２のヒートパイプの本体に適用された帯材の断面を示した図である。ヒートパイプの本体が隔壁を貫通している状態を示す断面図である。

符号の説明

４冷媒循環流路
６エンジンルーム
８圧縮機
１０凝縮器
１４膨張弁
１６蒸発器
２０車室
２２隔壁
２８ブロワファン
３０ヒートパイプ

Claims

隔壁を介して車室との間が仕切られたエンジンルーム内に設けられ、冷媒が循環する循環流路と、
前記循環流路に前記冷媒の流れ方向でみて順次介挿された圧縮機、凝縮器、膨張弁及び蒸発器と、
前記隔壁を貫通して設けられ、前記蒸発器により冷却される放熱部及び前記隔壁よりも前記車室側に位置付けられた受熱部を有する自励振動式ヒートパイプと、
前記自励振動式ヒートパイプの前記受熱部を通過してから前記車室の乗員スペースに流入する風を生成するファンと
を備えたことを特徴とする車両用空調装置。
前記冷媒は、ＣＯ_２、プロパン及びＨＦＣ１５２ａからなる群より選択された１種であることを特徴とする請求項１に記載の車両用空調装置。