JP2010264973A - 前後機統合型hvacシステムのエバポレータ凍結防止制御方法 - Google Patents

前後機統合型hvacシステムのエバポレータ凍結防止制御方法 Download PDF

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Abstract

【課題】前方HVACユニットと後方HVACユニットを統合した車両用HVACユニットを提供する。
【解決手段】車両用HVACシステム10は、筐体14内に前方ブロワを有する前方HVACユニット16と後方ブロワ36を有する後方HVACユニット18とを格納する。前記前方ブロワは前方空気流路を通って流れる空気流を生成し、前記後方ブロワ36は後方空気流路を通って流れる空気流を生成する。前記前方空気流路と前記後方空気流路は隔壁24によって隔てられている。このHVACシステム10はさらに第1部分と第2部分とを有するエバポレータ22をさらに含む。前記後方ブロワ36のスイッチを停止位置にすると、前記後方HVACユニット18が前記後方ブロワ36を最低電圧で運転して、前記エバポレータ22の前記第2部分を通って流れる空気流を生成し続ける。
【選択図】図2

Description

本発明は、自動車用HVACシステムに関するものであり、より具体的に言えば、統合されたエバポレータとヒータコアとを用いるHVACシステムに関するものである。
図1に示すように、従来型の2機HVACシステム100は前方HVACユニット102と後方HVACユニット104とからなる2つの別々のHVACユニットを必要とする。前方HVACユニット102と後方HVACユニット104とは、別々の筐体に格納されているので、HVACユニット102、104の各々は別々のエバポレータ106F、106Rと別々のヒータコア108F,108Rを必要とします。
そのため、従来型の2機HVACシステム100の最大の欠点は、2つの筐体と2つのエバポレータと2つのヒータコアとを必要とするので、組立コストと製造コストが高くなるという点である。
従来型の2機HVACシステム100のもう一つの欠点は、冷媒配管110とヒータコア配管112とを長くする必要があるという点です。図1に示すように、後方HVACユニット104は、後方ブロワ114を含み、アームレスト118の下にあるセンタコンソール116の中に配置されている。このように、後方HVACユニット104が前方HVACユニット102よりもエンジンコンパートメントから離れた位置にあるため、冷媒配管110とヒータコア配管112を長くする必要がある。冷媒配管110とヒータコア配管112を長くすることは、材料コストと組立コストが増大することになる。さらに、冷媒配管110とヒータコア配管112をエンジンコンパートメントから後方HVACユニット104まで延設するために連結部材を多く用いる必要があり、そのため各配管中のいずれかの連結部材で液体漏れがおきる可能性が高くなる。
さらに従来型の2機HVACシステム100のもう一つの欠点は、後方HVACユニット104がセンタコンソール116内で収納スペースとして利用できるスペースを占めていることである。前記したように、後方HVACユニット104はアームレスト118の下にあるセンタコンソール116の中に配置されている。収納室120はアームレスト118の下に配置されており、図1に明示されているように後方HVACユニット104は収納室120の下に位置しているため、センタコンソール120内での収納空間の大きさが制限されている。
本発明の課題は、前記した欠点を解決した2機HVACシステムを提供することである。
本発明の一つの特徴は、前記した欠点を解決する本発明にかかる車両用HVACシステムが、筐体と、前記筐体内に格納され、第1空気流路を通る空気流を生成する前方ブロワを有する前方HVACユニットと、前記筐体内に格納され、第2空気流路を通る空気流を生成する後方ブロワを有する後方HVACユニットと、第1部分と第2部分とを有するエバポレータと、第1部分と第2部分とを有するヒータコアと、を含み、前記後方ブロワのスイッチを停止位置にした場合、前記後方HVACユニットが自動的に前記後方ブロワを最低電圧で運転して前記エバポレータの前記第2部分を通って流れる空気流を生成し続ける。
本発明の別の特徴は、本発明にかかる車両用HVACシステムにおいて、前記後方HVACシステムが第1ダンパドアを含み、前記後方ブロワのスイッチを停止位置にした場合、前記第1ダンパドアは自動的に回転して前記後方HVACユニットから出て行く空気流の温度が車両内部の温度と一致するような位置に来る。
本発明のさらに別の特徴は、発明にかかる車両用HVACシステムにおいて、前記後方HVACシステムがさらに第2ダンパドアを含み、前記後方ブロワのスイッチを停止位置にした場合、前記第2ダンパドアを自動的に回転して、前記後方HVACユニットを暖房モードで運転させる位置にする。
本発明が有する追加すべき有利な点は、以下の明細書の記載から当業者には明らかである。
本発明は、所定の部品の組み合わせにより物理的形状を有するものであり、その好ましい実施形態は以下の記載により詳細に説明され、添付した図面によって図解される。
従来型の2機HVACシステムの概略側面図である。 本発明にかかるHVACシステムの実施形態を例示する概略側面図である。 図2のHVACシステムの平面図であり、前方ブロワの位置を示す。 図2のHVACシステムの概略図であり、空気流のパターンを示す。 図2のHVACシステムの概略図であり、空気流のパターンを示す。 従来型のHVACシステムにおけるオイルの流れを示す概略図である。 本発明の一実施形態のHVACシステムにおけるオイルの流れを例示する概略図である。 後方ブロワからの空気流を用いない場合のエバポレータ内温度分布を示す図である。 後方ブロワからの空気流を用いる場合のエバポレータ内温度分布を示す図である。
添付した図面の中で、図2および図3はそれぞれ本発明にかかる2機統合型HVACシステム10(以下、「HVACシステム」という)の概略側面図および概略平面図である。この図2および図3に示すHVACシステムは、加熱空気と冷却空気を車両の前部と後部の両方に供給する点から2機のHVACユニットを有する単一のシステムと言えるものである。さらに、この図2および図3に示すHVACシステムは、ともに同一の筐体内に格納された前方HVACユニットと後方HVACユニットとを含み、これらの前方HVACユニットと後方HVACユニットの両方に対して必要とする、エバポレータとヒータコアとはそれぞれ1個のみである点で、統合型HVACシステムと言えるものである。本発明で用いるエバポレータとヒータコアとは、ともに前記した従来型のHVACシステムで用いられる標準的なエバポレータとヒータコアよりも大きいものであるのは当然である。したがって、本発明にかかる2機統合型HVACシステムは、加熱・冷却の効率および容量を低下させるものではない。
図2、図3、図4Aおよび図4Bから、HVACシステム10はセンタコンソール12の前にあるダッシュボード領域(図示していない)の中にあり、筐体14と前方HVACユニット16と後方HVACユニット18とエバポレータ20とヒータコア22とを含む。筐体14内にある隔壁24は、前方HVACユニット16と後方HVACユニット13とを隔てている。したがって、後方HVACユニット18を通る空気流が前方HVACユニット16を通る空気流に影響を与えることはないし、その逆の影響もない。
前方HVACユニット16は、前方ブロワ26と前方(または第1)空気流路28と混合ドア30と複合空気出口32とを含み、複合空気出口32の各空気出口には空気出口ドア34がある。前方ブロワ26は、図示していないグローブボックスの後ろにあるHVACシステム10の側面から離れた位置にあるダッシュボード内にある(図3参照)。
混合ドア30は、エバポレータ20とヒータコア22の間にあり、前方空気流路28を通る空気の温度を制御する。特に、混合ドア30は回転させて異なる位置にすることができるので、エバポレータ20から直接に前方空気流路28に流れる冷たい空気の流量とエバポレータ20からヒータコア22に流れる冷たい空気の流量の比を変化させることができる。エバポレータ20からヒータコア22を通って流れる空気流は、前方空気流路28に入るので、エバポレータ20からの冷たい空気と混合され、複合空気出口32から流出する空気流は所望の温度になる。したがって、前方空気流路28を通って、複合空気出口32の一つの出口から最終的に流出する空気流の温度は混合ドア30を回転させることにより調節される。
後方HVACユニット18は、後方ブロワ36と後方(または第2)空気流路38と第1ダンパドア40と第2ダンパドア42と後方ヒータ出口44と後方換気出口48に通じている後方換気ダクト46とを含む。後方ブロワ36は、センタコンソール12の前方部分50まで延設されている(図2参照)。したがって、図2から明らかなように、後方HVACユニット18はセンタコンソール12内で余り大きな空間を占めていないので、乗員用に大きな収納ボックスを与えることができる。
図4Aと図4Bからわかるように、第1ダンパドア40はエバポレータ20とヒータコア22の間にあり、混合ドア30が前方空気流路28を通る空気の温度を調節するのと全く同様に、後方空気流路38を通る空気の温度を調節する。特に、第1ダンパドア40は回転させて異なる位置にすることができるので、エバポレータ20から直接に後方空気流路38に流れる冷たい空気の流量とエバポレータ20からヒータコア22に流れる冷たい空気の流量の比を変化させることができる。エバポレータ20からヒータコア22を通って流れる空気流は、後方空気流路38に入るので、エバポレータ20からの冷たい空気と混合され、後方ヒータ出口44または後方換気出口48のいずれかから流出する空気流は所望の温度になる。したがって、後方空気流路38を通って、後方ヒータ出口44または後方換気出口48のいずれかから流出する空気の温度は、第1ダンパドア40を回転させることにより調節される。
第2ダンパドア42は、後方HVACユニット18の後方HVACユニット運転モードを変更する。図4Aのように第2ダンパドア42が左の位置にあるときは、後方HVACユニット18は換気モードである。後方HVACユニット18が換気モードのときは、図4A中の矢印52Aが示すように空気流は後方換気ダクト46に向かって流れ、図2に示すように後方換気ダクト46を通って後方換気出口48にから流出する。一方、図4Bのように第2ダンパドア42が右の位置あるときは、後方HVACユニット18は暖房モードである。後方HVACユニット18が暖房モードのときは、図4B中の矢印52が示すように空気流は後方ヒータ出口44に向かって流れる。
図4Aと図4Bからわかるように、第1空気流路28内の空気流はエバポレータ20の第1部分54を通って流れるのに対し、第2空気流路38内の空気流はエバポレータ20の第2部分56を通って流れる。同様に第1空気流路28内の空気流はヒータコア22の第1部分58を通って流れるのに対し、第2空気流路38内の空気流はヒータコア22の第2部分60を通って流れる。したがって、前記したように前方HVACユニット16と後方HVACユニット18の両方に対して必要なエバポレータとヒータコアは、単一のエバポレータ20と単一のヒータコア22のみである。前記したように、本発明で用いるエバポレータ20とヒータコア22は、ともに前記した従来型のHVACシステム100で用いられる標準的なエバポレータと標準的なヒータコアよりも大きいものである。したがって、本発明にかかる2機統合型HVACシステムは、加熱・冷却の効率および容量を低下させるものではない。
HVACシステムにおいて、後方ブロワ36のスイッチを停止位置にした場合、コンプレッサが停止(ロックアップ)するおそれがある。従来型のHVACシステム100において、コンプレッサの停止を防いでいる方法について説明する。
図5Aに示すように、従来型の2機HVACシステム100においては、後方ブロワ114が停止すると、後方エバポレータ106Rには空気が流れない。その結果、後方エバポレータ106Rの温度は低下して氷点よりも低くなるので、後方膨張弁122が閉まる。後方膨張弁122は、コンデンサ124から後方エバポレータ106Rへ流れる冷媒の量を調節する。したがって、後方膨張弁122が閉まっているときは、冷媒が後方エバポレータ106Rに流れるのが防止される。その結果、後方エバポレータ106Rからコンプレッサ126へオイルは還流して戻ってこないため、コンプレッサ126が停止する可能性がある。従来型のHVACシステム100の設計の特徴は、空気が常に前方エバポレータ106Fに供給されるという点である。したがって、前方膨張弁128を開いた状態のままなので、冷媒がコンデンサ124から前方エバポレータ106Fに流れる。その結果、オイルは前方エバポレータ106Fからコンプレッサ126に流れ続け、コンプレッサの停止が防止される。
本発明の場合、後方ブロワ36のスイッチを停止位置にしたとき、エバポレータ20が凍結するのを防ぐために後方ブロワ36を最低電圧で運転させることにより、コンプレッサの停止する可能性を排除している。図5Bと図6Aとからわかるように、後方ブロワ36のスイッチを停止位置にしたとき、通常はエバポレータ20の第2部分56を通って空気は流れない。その結果、エバポレータ20の温度、特にエバポレータ20の第2部分56に亘るエバポレータフィンとエバポレータ管の表面温度は低下して氷点よりも低くなり、エバポレータの結露水が凍結する。そのため、膨張弁62が閉まり、冷媒がコンデンサ64から冷媒配管66を通ってエバポレータ20まで流れていくのを防止する。その結果、オイルがエバポレータ20からコンプレッサ68に流れない。そのため、HVACシステム10において、コンプレッサの停止がおきる可能性がある。しかしながら、前方HVACユニット16から常にエバポレータ20の第1部分54には空気が供給されている。したがって、後方ブロワ36のスイッチを停止位置にしたときでも、コンプレッサ68は停止しない可能性もある。
しかし、コンプレッサの停止を防ぐため、車両の乗員が後方ブロワ36のスイッチを停止位置にしたときに、後方ブロワ36は最低電圧で運転する。そのため、空気はエバポレータ20の第2部分56を通って流れ続ける。その結果、エバポレータ20の第2部分56に亘るエバポレータフィンとエバポレータ配管の温度が低下して氷点より低くなることがなく、エバポレータ20の結露水が凍結することがない(図6B参照)。そのため、膨張弁62を開いた状態のままにして、冷媒をコンデンサ64から冷媒配管66を通してエバポレータ20まで流すことができる。その結果、オイルがエバポレータ20からコンプレッサ68に流れ、コンプレッサ68の停止を防ぐことができる。
本発明の一つの有利な特徴は、後方ブロワ36のスイッチを停止位置にしたとき後方ブロワ36は最低電圧で運転し続けるので、乗員は後方ブロワ36が動作していることに気づかない点である。本発明は、次の2つの方法によりこの後方ブロワ36の動作を実現している。
まず第1の方法は、後方ブロワ36のスイッチを停止位置にすると、後方HVACユニット運転モードは自動的に後方HVACユニット18を暖房モードで運転する。もしも後方HVACユニット18が換気モードのときは、必要ならば第2ダンパドア42が自動的に回転して後方HVACユニット18を暖房モードにする。例えば、後方HVACユニット18が換気モードのとき、第2ダンパドア42は自動的に回転して、後方HVACユニット18を換気モードから暖房モードに変える。暖房モードでは、空気は後方暖房吹出口44に流れて、そこから吹き出す。この後方暖房吹出口44は、通常乗員室の床の近くにあるので、乗員は気がつかない。
第2の方法は、後方ブロワ36のスイッチを停止位置にすると、第1ダンパドア40が自動的に回転して、後方暖房出口44から吹き出す空気流の温度を調節して、乗員室内の温度T(i)と同じにする。後方HVACユニット18を通常運転している間の第1ダンパドア40のダンパドア位置Pは次の式(1)によって決まる。
Figure 2010264973
ここで、T(o)は計算で求めた出口温度であり、T(e)はエバポレータ出口温度であり、T(h)は暖房出口温度である。後方ブロワ36を停止位置にした場合、車内温度T(i)が計算温度T(o)に代入される。ここでT(i)は温度センサを用いて測定した温度である。したがって、式(1)は次のようになる。
Figure 2010264973
したがって、第1ダンパドア40のダンパドア位置Pは、式(2)に基づいて調節され、車両内部の温度を一定に保つので、乗員は気づかないのである。
前記したように本発明のもう一つの利点は、センタコンソール12中の大きな収納室51である(図2参照)。
さらに別の本発明の利点は、前方HVACユニット16と後方HVACユニット18とを統合して単一の筐体中に格納し、エバポレータとヒータコアをそれぞれひとつずつしか必要としないため、材料コストと組立コストを低減できる点である。
さらに別の本発明の利点は、コンデンサから後方HVACユニットまでの冷媒配管が比較的短いため、材料コストと組立コストを低減できる点である。冷媒配管が比較的短いため、またコンデンサからエバポレータまでの配管を繋ぐために必要な連結部材を少なくすることができ、液体漏れのおそれのある領域の数を減らすことができる。
要約すると、本発明は従来型のHVACシステムに比べていくつかの利点を有している。これらの利点に含まれるものをいくつか挙げると、材料コストの低減、組立コストの低減、メインテナンス費の低減につながる液体漏れのおそれのある領域の低減、収納容積の増大である。しかも、前記した説明のとおり、前記したエバポレータと前記したヒータコアのサイズを大きくしているので、快適さや利便性や効率を低下させるものではない。
本発明の特定の実施形態を記載し説明したが、これらの実施形態は本発明を例示するためだけのものであり、本発明をこれらの実施形態によって限定して解釈してはならず、本発明の技術的範囲は以下の特許請求の範囲によってのみ解釈すべきである。

Claims (16)

  1. 筐体と、
    第1空気流路を通って流れる空気流を生成する前方ブロワを有し、前記筐体に格納される前方HVACユニットと、
    第2空気流路を通って流れる空気流を生成する後方ブロワを有し、前記筐体に格納される後方HVACユニットと、
    第1部分と第2部分とを有するエバポレータと、
    第1部分と第2部分とを有するヒータコアと、を有し、
    前記第2空気流路を通る前記空気流は前記エバポレータの前記第2部分を通って流れ、
    前記後方ブロワのスイッチを停止位置にしたとき、前記後方HVACユニットは自動的に前記後方ブロワを最低電圧で運転して前記エバポレータの前記第2部分を通る空気流を生成し続けることを特徴とする車両用HVACシステム。
  2. 前記後方HVACユニットは第1ダンパドアを含み、前記後方ブロワのスイッチを停止位置にしたとき、前記第1ダンパドアは自動的に回転し前記後方HVACユニットから出ていく前記空気流の温度を前記車両内部の温度と一致させることを特徴とする請求項1に記載の車両用HVACシステム。
  3. 前記後方HVACユニットはさらに第2ダンパドアを有し、前記後方ブロワを停止位置にしたとき、前記第2ダンパドアを自動的に回転して前記後方HVACユニットを暖房モードで運転させる位置にすることを特徴とする請求項2に記載の車両用HVACシステム。
  4. 前記第1ダンパドアを回転させて異なる位置にして、前記エバポレータの前記第2部分から直接前記第2空気流路に流れる冷たい空気と前記エバポレータの前記第2部分から前記ヒータコアの前記第2部分を通って流れる冷たい空気の比率を変化させ、前記第2空気流路から流出する空気流の温度を調節することを特徴とする請求項3に記載の車両用HVACシステム。
  5. 前記前方HVACユニットは、混合ドアを含み、この混合ドアを回転させて異なる位置にして、前記エバポレータの前記第1部分から直接前記第1空気流路に流れる冷たい空気と前記エバポレータの前記第1部分から前記ヒータコアの前記第1部分を通って流れる冷たい空気の比率を変化させ、前記第1空気流路から流出する空気流の温度を調節することを特徴とする請求項4に記載の車両用HVACシステム。
  6. 前記第1空気流路を前記第2空気流路から隔てる隔壁を含むことを特徴とする請求項1に記載の車両用HVACシステム。
  7. 筐体と、
    前方空気流路を通って流れる空気流を生成する前方ブロワを有し、前記筐体に格納される前方HVACユニットと、
    後方空気流路を通って流れる空気流を生成する後方ブロワを有し、前記筐体に格納される後方HVACユニットと、
    前記前方HVACユニットを前記後方HVACユニットから隔てる隔壁と、
    第1部分と第2部分とを有するエバポレータと、
    第1部分と第2部分とを有するヒータコアと、を有し、
    前記前方空気流路中の空気流は、前記エバポレータの前記第1部分を通って流れ、前記後方空気流路中の空気流は、前記エバポレータの前記第2部分を通って流れ、
    前記隔壁は、前記エバポレータの前記第1部分を通る空気流が前記エバポレータの前記第2部分を通る空気流と混合するのを防いでいることを特徴とする車両用HVACシステム。
  8. 前記後方ブロワのスイッチを停止位置にしたとき、前記後方HVACユニットが自動的に前記後方ブロワを最低電圧で運転して、前記エバポレータの前記第2部分を通る空気流を生成し続けることを特徴とする請求項7に記載の車両用HVACシステム。
  9. 前記後方HVACユニットは第1ダンパドアを含み、前記後方ブロワを停止位置にしたとき、前記第1ダンパドアを自動的に回転して、前記後方HVACユニットから流出する空気流の温度を前記車両の内部温度と一致させる位置にすることを特徴とする請求項8に記載の車両用HVACシステム。
  10. 前記後方HVACユニットは第2ダンパドアをさらに含み、前記後方ブロワを停止位置にしたとき、前記第2ダンパドアを自動的に回転して前記後方HVACユニットを暖房モードで運転させる位置にすることを特徴とする請求項9に記載の車両用HVACシステム。
  11. 前記第1ダンパドアを回転させて異なる位置にして、前記エバポレータの前記第2部分から直接前記第2空気流路に流れる冷たい空気と前記エバポレータの前記第2部分から前記ヒータコアの前記第2部分を通って流れる冷たい空気の比率を変化させ、前記第2空気流路から流出する空気流の温度を調節することを特徴とする請求項10に記載の車両用HVACシステム。
  12. 前記前方HVACユニットは、混合ドアを含み、この混合ドアを回転させて異なる位置にして、前記エバポレータの前記第1部分から直接前記第1空気流路に流れる冷たい空気と前記エバポレータの前記第1部分から前記ヒータコアの前記第1部分を通って流れる冷たい空気の比率を変化させ、前記第1空気流路から流出する空気流の温度を調節することを特徴とする請求項11に記載の車両用HVACシステム。
  13. 前方ブロワを有する前方HVACユニットと、後方ブロワを有する後方HVACユニットと、第1部分と第2部分とを有するエバポレータと、ヒータコアとを用意するステップと、
    前記後方ブロワのスイッチを停止位置にするステップと、
    自動的に最低電圧で前記後方ブロワを運転するステップと、
    自動的に前記後方HVACユニットから流出する空気流の温度が前記車両内部の温度と一致するように前記後方HVACユニットを運転するステップと、を含むことを特徴とする車両用HVACシステムの運転方法。
  14. 前記した自動的に前記後方HVACユニットから流出する空気流の温度が前記車両内部の温度と一致するように前記後方HVACユニットを運転するステップは、前記後方HVACユニットの第1ダンパドアを回転して異なる位置にして、前記エバポレータの前記第2部分から直接前記第2空気流路に流れる冷たい空気と前記エバポレータの前記第2部分から前記ヒータコアの前記第2部分を通って流れる冷たい空気の比率を変化させ、前記第2空気流路から流出する空気流の温度を前記車両の内部温度と一致するように調節するステップを含むことを特徴とする請求項13に記載の車両用HVACシステムの運転方法。
  15. 自動的に前記後方HVACユニットを暖房モードで運転するステップをさらに含むことを特徴とする請求項14に記載の車両用HVACシステムの運転方法。
  16. 前記した後方HVACユニットを暖房モードで運転するステップは、前記後方HVACユニットの第2ダンパドアを回転して前記HVACユニットを暖房モードで運転させる位置にするステップを含むことを特徴とする請求項15に記載の車両用HVACシステムの運転方法。
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