JP2009292224A - 車両用空調装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 放熱フィンを廃止して空気抵抗の増加を招かずにパワートランジスタを冷却可能な車両用空調装置を提供する。
【解決手段】 送風機１の吐出口付近に組付けられたパワートランジスタ７は、熱伝導性に優れた伝熱部材１４を介して空調ケース５内の冷媒蒸発器６と熱結合される。これにより、パワートランジスタ７の発熱を冷媒蒸発器６によって冷却でき、送風機１の吐出口付近で大きな空気抵抗となっていた放熱フィンを廃止することができる。そして、放熱フィンの廃止により風量アップを図ることができ、空調能力を高めることができる。あるいは、送風機１を小型化でき、車両搭載性の向上やコストダウンを図ることができる。さらに伝熱部材１４が空気通路内を流れる空気によって冷却されるため、パワートランジスタ７の冷却能力を高めることができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、冷房用熱交換器を搭載する車両用空調装置に関するものであり、特に作動により発熱する発熱体の冷却技術に関する。

以下の背景技術では、発熱体の一例として、送風機の電動モータの供給電力の調整を行なうパワートランジスタを用いて説明する。
パワートランジスタは、ＦＥＴ（ＭＯＳ型等の電界効果トランジスタ）、バイポーラトランジスタ等の半導体素子であり、送風機の回転制御（具体的には、電動モータへの電力供給制御）を行なうことで発熱する。

作動により発熱するパワートランジスタを冷却する従来技術として、パワートランジスタに放熱フィンを設けるとともに、放熱フィンとパワートランジスタを送風機の吐出口の内側に配置し、送風機の作動に伴う空気流によってパワートランジスタの放熱性を高めることが行なわれている（例えば、特許文献１参照）。

しかし、放熱フィンは、送風機の送風通路内において空気抵抗として作用するため、送風機の風量低下の要因になる。
具体的に、放熱フィンは、要求される放熱性能を得るために、送風機の吐出口付近の風速が速まる部位に設置されるとともに、放熱面積を確保するためにフィン長が長く設けられる。即ち、従来の技術では、空気抵抗の大きい放熱フィンが、送風機の吐出口付近に設けられる。その結果、送風機の風量が低下する不具合があった。
特開平９−７９７８３号公報

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、放熱フィンを用いることなく発熱体（パワートランジスタ等）を冷却可能な車両用空調装置の提供にある。

［請求項１の手段］
請求項１の手段を採用する車両用空調装置は、熱結合手段により冷房用熱交換器（６）と発熱体（７）とが熱結合する。これにより、冷房用熱交換器（６）の作動に伴う冷熱が発熱体（７）に伝わるとともに、発熱体（７）の作動に伴う発熱が冷房用熱交換器（６）に伝わる。即ち、発熱体（７）の発熱が冷房用熱交換器（６）によって冷却される。
これにより、放熱フィンを用いることなく発熱体（７）を冷却することができる。そして、送風機の吐出口付近で大きな空気抵抗となっていた放熱フィンを廃止できることにより、送風機の風量をアップすることができる。

［請求項２の手段］
請求項２の手段を採用する車両用空調装置の熱結合手段は、一端側において冷房用熱交換器（６）と接触し、他端側において発熱体（７）と接触する熱伝導性に優れた伝熱部材（１４）である。
このように、冷房用熱交換器（６）と発熱体（７）とを熱伝導性に優れた伝熱部材（１４）でブリッジさせることで、放熱フィンを廃止して、発熱体（７）を冷却することができる。

［請求項３の手段］
請求項３の手段を採用する車両用空調装置において冷房用熱交換器（６）と発熱体（７）とを熱結合する伝熱部材（１４）は、車室内に向かう空気流が流れる空気通路内に配置される。
これにより、冷房用熱交換器（６）と発熱体（７）とを熱結合する伝熱部材（１４）が、空気通路内を流れる空気によって冷却される。即ち、発熱体（７）で受熱した伝熱部材（１４）は、冷房用熱交換器（６）の他に、空気通路内を流れる空気によっても冷却されるため、発熱体（７）の冷却能力を高めることができる。

［請求項４の手段］
請求項４の手段を採用する車両用空調装置の熱結合手段は、一端側において冷房用熱交換器（６）と接触し、他端側において発熱体（７）と接触し、内部において蒸発可能な冷媒が封入されたヒートパイプ（１５）である。
このように、冷房用熱交換器（６）と発熱体（７）とをヒートパイプ（１５）でブリッジさせることで、放熱フィンを廃止して、発熱体（７）を冷却することができる。

［請求項５の手段］
請求項５の手段を採用する車両用空調装置において冷房用熱交換器（６）と発熱体（７）とを熱結合するヒートパイプ（１５）は、車室内に向かう空気流が流れる空気通路内に配置される。
これにより、冷房用熱交換器（６）と発熱体（７）とを熱結合するヒートパイプ（１５）が、空気通路内を流れる空気によって放熱される。即ち、発熱体（７）で受熱して蒸発したヒートパイプ（１５）内の冷媒が、冷房用熱交換器（６）の他に、空気通路内を流れる空気によっても冷却される。これにより、ヒートパイプ（１５）内の冷媒の凝縮能力が高まり、発熱体（７）の冷却能力を高めることができる。

［請求項６の手段］
請求項６の手段を採用する車両用空調装置の熱結合手段は、冷房用熱交換器（６）と発熱体（７）とを直接接触させる直接接触手段である。
このように、冷房用熱交換器（６）と発熱体（７）とを直接接触させることで、放熱フィンを廃止して、発熱体（７）を冷却することができる。

［請求項７の手段］
請求項７の手段を採用する車両用空調装置の発熱体（７）は、車室内に向かう空気流を生じさせる送風機（１）における電動モータ（２）の供給電力の調整を行なうパワートランジスタ（７）である。
これにより、放熱フィンを廃止してパワートランジスタ（７）を冷却することができる。

最良の形態１の車両用空調装置は、通電により回転力を生じさせる電動モータ（２）、およびこの電動モータ（２）によって駆動されるファン（３）を備え、車室内に向かう空気流を生じさせる送風機（１）と、車室内に向かう空気流の冷却を行なう冷房用熱交換器（６）と、電動モータ（２）への供給電力の調整を行なうパワートランジスタ（７）とを具備する。
パワートランジスタ（７）は、送風機の回転制御（電動モータへの供給電力の調整）を行なう作動により発熱するものであり、このパワートランジスタ（７）は、熱結合手段を用いて冷房用熱交換器（６）と熱結合するものである。

本発明が適用された実施例１を、図１、図２を参照して説明する。
車両用空調装置は、自動車の車室内に空調風を吹き出す装置であり、車室内前部のインストルメントパネルの内部に配置される。
車両用空調装置は、送風機ユニットと、空調ユニットが結合された状態で車両に搭載される。

送風機ユニットは、内気（車室内空気）または外気（車室外空気）を選択して取り入れる内外気切替手段（図示しない）と、この内外気切替手段で選択された空気を空調ユニットに送風する送風機１とを組み合わせてなる。
図示しない内外気切替手段は、車室外に連通する外気導入口、および車室内に連通する内気導入口を備えた内外気切替箱と、この内外気切替箱内に配置されて外気導入口または内気導入口を開閉可能な内外気切替ドアとを備え、内外気切替ドアにより選択された空気（外気、内気、または外気と内気の混合空気）を内外気切替箱の内部に導入する。

送風機１は、内外気切替手段で選択された空気を吸引し、車室内に向かう空気流を生じさせるものであり、通電により回転力が生じるＤＣモータ２（電動モータの一例）と、このＤＣモータ２によって駆動される遠心ファン３と、この遠心ファン３を収容するスクロールケース４とを備える。
このスクロールケース４は、上記内外気切替箱と一体に形成されたケースであり、ポリプロピレンのような弾性を有し、機械的強度も高い樹脂にて成形される。

空調ユニットは、車室内に向かう空気通路を形成する樹脂製の空調ケース５を有するものであり、空調ケース５は、ポリプロピレンのような弾性を有し、機械的強度も高い樹脂にて成形される。
空調ユニットには、空気流の上流側より下流側に向かって空気冷却部、温調部、吹出口切替部が設けられている。なお、図１は、空調ユニットの空気冷却部のみを図示するものであり、空気冷却部の下流側に設けられる温調部および吹出口切替部の図示は省略している。

空気冷却部は、空調ケース５の上流側（送風機１から圧送風を受ける側）において、空調ケース５内に供給された空気を冷却するものであり、空調ケース５の上流部には、空調ケース５内を通過する全ての空気と熱交換して、車室内に向かう空気流の冷却を行なう冷媒蒸発器６（冷房用熱交換器の一例）が配置されている。
冷媒蒸発器６は、周知の車両用冷凍サイクルの一部であり、膨張弁等の減圧装置により減圧された低圧の霧状冷媒が流入し、この低圧の霧状冷媒が冷媒蒸発器６を通過する空気から吸熱して蒸発する。この時、霧状冷媒が冷媒蒸発器６を通過する空気から吸熱することで、温調部に導かれる空気が冷却される。

図示しない温調部は、空調ケース５の中流域において、車室内に吐出される空気流の温度調整を行なうものであり、冷媒蒸発器６の空気流の下流部には温水式のヒータコア（暖房用熱交換器）が配置される温風通路と、この温風通路をバイパスする冷風バイパス通路とが設けられている。ヒータコアの空気流の上流側には、ヒータコアを通過する空気流量と、冷風バイパス通路を通過する空気流量との割合を調整するエアミックスドアが配置されており、エアミックスドアの開度を変化させることで、ヒータコアで加熱される温風量と、ヒータコアを迂回する冷風量との割合が調整され、吹出口切替部に導かれる空気の温度が調整される。
なお、エアミックスドアは、温調用の電動アクチュエータ（サーボモータ等）、あるいは車両乗員の手動操作によって開度調整されるものである。

図示しない吹出口切替部は、空調ケース５の下流側において、温調部で温度調整された空調風の吹出口を切り替える手段であり、空調ケース５の下流部には、車室内乗員の上半身に向かって空調風（主に冷風）を吹き出すフェイス吹出口に通じるフェイス開口部と、車室内のフロントガラス内面に向かって空調風（主に温風）を吹き出すデフロスタ吹出口に通じるデフロスタ開口部と、車室内乗員の足元に向かって空調風（主に温風）を吹き出すフット吹出口に通じるフット開口部とが設けられている。

フェイス開口部、デフロスタ開口部、フット開口部のそれぞれには、各開口部を開閉可能なフェイスドア、デフロスタドア、フットドアが設けられており、これらの各ドアは吹出モード切替用のリンク機構を介して連動して作動するものである。なお、このモード切替用のリンク機構は、モード切替用の電動アクチュエータ（サーボモータ等）、あるいは車両乗員の手動操作によって開閉駆動されるものである。

〔実施例１の特徴〕
車両用空調装置は、送風機１の回転制御（具体的にはＤＣモータ２への電力供給制御）を行なうパワートランジスタ７を搭載している。
ここでパワートランジスタ７の具体的な一例を説明する。
パワートランジスタ７は、例えばＭＯＳ型等のＦＥＴであり、ＦＥＴのドレイン電極とソース電極が、図示しない車載バッテリとＤＣモータ２との間に直列接続されている。あるいは、ＦＥＴのドレイン電極とソース電極が、ＤＣモータ２と車両シャーシ（グランド）との間に直列接続されるものであっても良い。
そして、ＦＥＴのゲート電極の印加電圧を制御することで、ＤＣモータ２に印加される電圧が制御される。なお、ＦＥＴのゲート電極の印加電圧は、例えば電子制御装置（ＥＣＵ）によって制御されるものであり、電子制御装置（ＥＣＵ）はゲート電極の電圧値を切り替える電圧値切替タイプであっても良いし、ゲート電極の通電時間幅を可変するデューティ比制御タイプであっても良い。

この実施例１のパワートランジスタ７は、送風機１の吐出口付近に組付けられるものである。具体的には、スクロールケース４における吐出口側の平面部にパワートランジスタ７が組付けられるものである。
ここで、パワートランジスタ７の組付け例について説明する。
パワートランジスタ７は、外部接続用のコネクタ部８が形成されたベース基板９に固定された状態で、スクロールケース４に組付けられる。
一方、スクロールケース４の吐出口側には、ベース基板９に搭載されたパワートランジスタ７より大きく、且つベース基板９の外形形状より小さいパワトラ挿入穴が設けられている。
そして、ベース基板９に固定されたパワートランジスタ７をパワトラ挿入穴の内部に挿し入れ、ベース基板９をスクロールケース４に固定することで、パワートランジスタ７がスクロールケース４の吐出口の内側に露出した状態で組付けられるとともに、パワトラ挿入穴がベース基板９によって閉塞される。
なお、ベース基板９におけるコネクタ部８の内部には、パワートランジスタ７の各電極（ドレイン電極、ソース電極、ゲート電極）に接続される各コネクタ端子１０が絶縁保持されており、コネクタ部８に図示しない外部コネクタを接続することでパワートランジスタ７の電気的な接続が成される。

次に、ベース基板９をスクロールケース４に固定する２つの固定技術を説明する。
第１の固定技術は、図２（ａ）に示すように、複数のタッピングビス１１をベース基板９に挿通し、タッピングビス１１をスクロールケース４にねじ込むことで、ベース基板９をスクロールケース４に固定するものである。
第２の固定技術は、図２（ｂ）に示すように、ベース基板９の一端を挿し込むポケット１２と、ベース基板９の他端と係合する爪１３とをスクロールケース４に形成し、ポケット１２にベース基板９の一端を挿し入れた後に、爪１３でベース基板９の他端を係止することで、ベース基板９をスクロールケース４に固定するものである。

パワートランジスタ７は、送風機１の回転制御を行なうことで発熱する。
発熱によるパワートランジスタ７の破損を回避するために、この実施例１の車両用空調装置には、冷媒蒸発器６とパワートランジスタ７とを熱結合させる熱結合手段が設けられている。この実施例１の熱結合手段は、熱伝導性に優れた銅やアルミニウム等の金属材料よりなる伝熱部材１４を用いたものである。
伝熱部材１４は、車室内に向かう空気流が流れる空気通路内に配置され、一端側が冷媒蒸発器６と接触し、他端側がパワートランジスタ７と接触する。具体的に、伝熱部材１４は、熱伝達性を阻害しない厚み（例えば、３ｍｍ以上の厚み）の帯状金物であり、スクロールケース４および空調ケース５の内面に沿うように曲折して形成されて、空調ケース５内に固定される。なお、伝熱部材１４は、スクロールケース４内に固定されるものであっても良い。

伝熱部材１４と冷媒蒸発器６とは、冷媒蒸発器６の冷熱が伝熱部材１４に十分伝わるように、接触幅が所定幅以上確保されている。具体的な一例を説明すると、伝熱部材１４の一端側が冷媒蒸発器６のコルゲートフィン間またはチューブ間に挿し込まれる、あるいは伝熱部材１４の一端側が冷媒蒸発器６の側面またはチューブの一部に当接するものである。
伝熱部材１４とパワートランジスタ７とは、パワートランジスタ７の熱が伝熱部材１４に十分伝わるように、接触幅が所定幅以上確保されている。具体的な一例を示すと、パワートランジスタ７は樹脂モールドされた所定厚みの矩形形状を呈するものであり、その平面部と伝熱部材１４の他端側とが当接するものである。
さらに具体的に説明すると、伝熱部材１４は、上述したように、スクロールケース４の内面に沿うように配置されるものであり、ベース基板９をスクロールケース４に固定することで、ベース基板９に設けられたパワートランジスタ７の平面部が、空気通路内に配置された伝熱部材１４の平面部に押し付けられて当接するものである。なお、パワートランジスタ７と伝熱部材１４との当接面には、パワートランジスタ７と伝熱部材１４とを密着させて熱伝導率を高めるシリコングリス等を塗布したものであっても良い。

〔実施例１の効果〕
実施例１の車両用空調装置は、上述したように、伝熱部材１４により冷媒蒸発器６とパワートランジスタ７とが熱結合している。これにより、冷媒蒸発器６の作動に伴う冷熱が伝熱部材１４を介してパワートランジスタ７に伝わるとともに、パワートランジスタ７の作動に伴う発熱が伝熱部材１４を介して冷媒蒸発器６に伝わり、結果的にパワートランジスタ７の発熱が冷媒蒸発器６によって冷却される。
これにより、送風機１の吐出口付近で大きな空気抵抗となっていた放熱フィンを廃止することができ、放熱フィンの廃止により送風機１の風量をアップすることができる。これにより、車両用空調装置の空調能力を高めることができる。あるいは、送風機１を小型化することが可能となり、車両搭載性の向上やコストダウンを図ることができる。

また、冷媒蒸発器６とパワートランジスタ７とを熱結合する伝熱部材１４は、車室内に向かう空気流内に配置される。これにより、伝熱部材１４が空気通路内を流れる空気によって冷却される。即ち、パワートランジスタ７で受熱した伝熱部材１４は、冷媒蒸発器６の他に、空気通路内を流れる空気によっても冷却されるため、パワートランジスタ７の冷却能力を高めることができる。
なお、伝熱部材１４が空気通路内に配置されるが、上述したように、伝熱部材１４は空気通路の内面に沿って配置されるため、伝熱部材１４による空気抵抗の増加を抑えることができる。

図３を参照して実施例２を説明する。なお、以下の実施例において上記実施例１と同一符号は同一機能物を示すものである。
この実施例２は、上記実施例１の伝熱部材１４をヒートパイプ１５に置き替えたものである。ヒートパイプ１５は、内部において蒸発可能な冷媒（代替フロン等）が封入された金属パイプであり、ヒートパイプ１５の一端側は冷媒蒸発器６と接触し、ヒートパイプ１５の他端側はパワートランジスタ７と接触するものである。
具体的に、ヒートパイプ１５とパワートランジスタ７の接触箇所は、ヒートパイプ１５と冷媒蒸発器６の接触箇所より下方に設けられ、冷媒蒸発器６の冷熱を受けて凝縮したヒートパイプ１５内の冷媒がヒートパイプ１５とパワートランジスタ７の接触箇所に重力によって戻されるように設けられている。

また、この実施例２のヒートパイプ１５は、実施例１の伝熱部材１４と同様、車室内に向かう空気流が流れる空気通路内に配置され、スクロールケース４および空調ケース５の内面に沿うように曲折して形成されて、ヒートパイプ１５による空気抵抗の増加を抑えている。
この実施例２を採用しても、実施例１と同様の効果を得ることができる。

図４を参照して実施例３を説明する。
実施例３の熱結合手段は、冷媒蒸発器６とパワートランジスタ７とを直接接触させる直接接触手段である。
この実施例３は、ベース基板９を空調ケース５に固定することで、パワートランジスタ７を冷媒蒸発器６の側面（空気の通過口が設けられていない４面のいずれか）に押し付けるものであり、空調ケース５における冷媒蒸発器６の側面を覆う部分にはパワトラ挿入穴が設けられている。
このように、パワートランジスタ７を冷媒蒸発器６に直接接触させることで、放熱フィンを廃止してパワートランジスタ７を冷却することができる。これにより、実施例１と同様、送風機１の吐出口付近で大きな空気抵抗となっていた放熱フィンを廃止することができ、放熱フィンの廃止により送風機１の風量をアップすることができる。

〔変形例〕
上記の実施例では、パワートランジスタ７の一例としてＦＥＴを例に示したが、バイポーラトランジスタなど、他の半導体素子よりなるパワートランジスタであっても良い。
また、発熱体は、パワートランジスタ７に限定されるものではなく、電子制御装置（空調用のＥＣＵ、エンジン制御用のＥＣＵ、自動変速機制御用のＥＣＵ等）に搭載されるＣＰＵなど、他の発熱体であっても良い。即ち、発熱体は、車両用空調装置に関わる発熱体であっても良いし、車両用空調装置とは別の装置に関わる発熱体であっても良い。

車両用空調装置の要部概略構成図である（実施例１）。 パワートランジスタが設けられるベース基板の組付け例を示す説明図である。 車両用空調装置の要部概略構成図である（実施例２）。 車両用空調装置の要部概略構成図である（実施例３）。

符号の説明

１ 送風機
２ ＤＣモータ（電動モータ）
６ 冷媒蒸発器（冷房用熱交換器）
７ パワートランジスタ（発熱体）
１４ 伝熱部材（熱結合手段）
１５ ヒートパイプ（熱結合手段）

Claims (7)

1. 車室内に向かう空気流の冷却を行なう冷房用熱交換器（６）を搭載する車両用空調装置において、
   この車両用空調装置は、作動により発熱する発熱体（７）と、前記冷房用熱交換器（６）とを熱結合する熱結合手段を備えることを特徴とする車両用空調装置。
2. 請求項１に記載の車両用空調装置において、
   前記熱結合手段は、一端側において前記冷房用熱交換器（６）と接触し、他端側において前記発熱体（７）と接触する熱伝導性に優れた伝熱部材（１４）であることを特徴とする車両用空調装置。
3. 請求項２に記載の車両用空調装置において、
   前記冷房用熱交換器（６）と前記発熱体（７）とを熱結合する前記伝熱部材（１４）は、車室内に向かう空気流が流れる空気通路内に配置されることを特徴とする車両用空調装置。
4. 請求項１に記載の車両用空調装置において、
   前記熱結合手段は、一端側において前記冷房用熱交換器（６）と接触し、他端側において前記発熱体（７）と接触し、内部において蒸発可能な冷媒が封入されたヒートパイプ（１５）であることを特徴とする車両用空調装置。
5. 請求項４に記載の車両用空調装置において、
   前記冷房用熱交換器（６）と前記発熱体（７）とを熱結合する前記ヒートパイプ（１５）は、車室内に向かう空気流が流れる空気通路内に配置されることを特徴とする車両用空調装置。
6. 請求項１に記載の車両用空調装置において、
   前記熱結合手段は、前記冷房用熱交換器（６）と前記発熱体（７）とを直接接触させる直接接触手段であることを特徴とする車両用空調装置。
7. 請求項１〜６のいずれかに記載の車両用空調装置において、
   前記発熱体（７）は、車室内に向かう空気流を生じさせる送風機（１）における電動モータ（２）の供給電力の調整を行なうパワートランジスタ（７）であることを特徴とする車両用空調装置。

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