JP2015151099A - 車両用空調装置 - Google Patents

Abstract

【課題】熱交換器を設置する専用のスペースを新たに確保することなく、既存のスペースを活用し、エンジンルームの熱を利用した車両用空調装置を提供する。【解決手段】 顕熱交換器ユニット２０５をインテークダクト内に配設し、エンジンルームから発せられる熱によって加熱された空気を、インテークダクト下部部材２０１に設けた開口２０２を介して顕熱交換器ユニット２０５へ導入する。インテークダクトに導入された外気を顕熱交換器ユニット２０５へ導入し、熱交換後にインテークダクトが備える外気流入口を介して車室内へ導入する。【選択図】図２

Description

本発明は、エンジンルームの熱を利用した車両用空調装置に関する。

従来のエンジンルームの熱を利用した車両用空調装置としては、エンジンルーム内に導入口と排出口とを有する送風通路を、車室内に設置した熱交換器と連結させ、熱交換器で温めた空気を、エンジンの冷却水と熱交換する主熱交換器で温めるものが知られている（特許文献１）。

実開昭５９−７４１０９号公報

しかしながら、従来技術におけるエンジンルームの熱を利用した車両用空調装置では、熱交換器を設置する専用のスペースを車室内に新たに確保する必要がある。

本発明は、上記課題を解決するもので、熱交換器を設置する専用のスペースを新たに確保することなく、既存のスペースを活用し、エンジンルームの熱を利用した車両用空調装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の車両用空調装置は、第１の熱交換流路と第２の熱交換流路と有し、前記第１の熱交換流路に流れる空気と前記第２の熱交換流路に流れる空気との間で熱交換する熱交換器を用いた車両用空調装置であって、エンジンから発せられる熱によって加熱された空気を、車室外に備えたインテークダクトに設けた開口を介して前記第１の熱交換流路に導入し、前記第１の熱交換流路から車外へ排出する第１の空気流路と、前記第２の熱交換流路に導入された外気を前記インテークダクトの外気流入口を介して車室内へ導入する第２の空気流路を備え、前記熱交換器を前記インテーダクトの内部空間に配置した構成となっている。

本発明によれば、車室外に備えたインテークダクトに開口を設け、エンジンルームから発せられる熱によって加熱された空気をインテークダクトの内部空間に配置した熱交換器へ導入することにより、熱交換器を設置する専用のスペースを新たに確保することなく、エンジンルームの熱を利用した車両用空調装置を提供することができる。

本発明の実施の形態１における車両用空調装置の構成を示す概念図 本発明の実施の形態１における車両用空調装置を搭載した車両の部分透視斜視図 本発明の実施の形態１における車両用空調装置を搭載した車両を車両上部から見た平面図 図３にＡ−Ａで示す断面での断面図 本発明の実施の形態１における車両用空調装置の熱交換器ユニットの近傍を示す透視図 本発明の実施の形態１における車両用空調装置の熱交換器ユニットと空気流路を示す図 図５にＢ−Ｂで示す断面での断面図 本発明の実施の形態１における顕熱換器の構成を示す図

（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１における車両用空調装置について図面を用いて説明する。

図１は、本発明の実施の形態１における車両用空調装置の構成を示す概念図である。図１において、輻射熱回収部１０１は、エンジンルーム内に設置され、エンジンからの輻射熱を回収する。輻射熱回収部１０１は、第１の空気流路の導入口に設けられ、エンジによって温められたエンジンルームの空気を回収し、第１の空気流路へ導入する。

第１の空気流路内に位置するブロアファン１０２は、エンジンルームから空気を取り入れ、同じく第１の空気流路内に位置する熱交換器１０３へ送る。

熱交換器１０３は、第１の熱交換流路と第２の熱交換流路と有し、第１の熱交換流路に流れる空気と第２の熱交換流路に流れる空気との間で熱交換を行う。

ブロアファン１０２により、エンジンルームから導入した空気は、熱交換器１０３の第１の熱交換流路へ導入される。熱交換器１０３の第１の熱交換流路は第１の空気流路を構成する。熱交換された空気は、第１の空気流路の排出口１０６から車外へ排出される。

第１の空気流路の排出口１０６は、フェンダーの裏側に位置している。フェンダーの裏側に位置する排出口１０６には負圧が働き、エンジンルームから第１の空気流路へ空気を導く吸引力が第１の空気流路内に生じる。

図１において、破線１０８はインテークダクトを表す。インテークダクトとは、車室外に備えられ、車外の空気（外気）を車室内へ取り入れるダクトである。ウインドシールドガラスの前方で、かつ、前記ウインドシールドガラスとフードパネルとの間に位置する車幅方向に延びたダクトである。

インテークダクトは、インテークダクト内に車外の空気を取り入れるための開口部と、インテークダクト内に取り入れた車外の空気を車室内へ取り入れるための外気流入口を備えている。また、インテークダクトは、インテークダクト内の水を車外へ排出するための排出口を備えている。インテークダクトは、熱交換器１０３を設置するための十分な空間を有している。

図１において外気流入口１０７はインテークダクト１０８が備えている開口である。開口１０５は、第１の空気流路を構成するためにインテークダクト１０８に設けた開口である。開口１０９は、インテークダクト内の水を車外に排出するためにインテークダクト１０８が備えている開口である。

インテークダクトに取り込んだ外気は、熱交換器１０３の第２の熱交換流路に導入される。熱交換器１０３の第２の熱交換流路は第２の空気流路を構成する。第１の熱交換路を通る空気と熱交換を行った第２の熱交換流路の空気は、インテークダクトが備えている外気流入口１０７を介して車室内に導入される。車室内に導入された空気は、第２の空気流路の排出口に接続された車室内に備えたブロアファン１０４により、既設のＨＶＡＣ機構へ受け渡される。

以上のように本発明の車両用空調装置は、エンジンルームから発せられる熱によって加熱された空気をインテークダクトに設けた開口１０５を介して第１の熱交換流路に導入し、第１の熱交換流路から車外へ排出する第１の空気流路と、第２の熱交換流路に導入された外気をインテークダクトの外気流入口１０７を介して車室内へ導入する第２の空気流路を備えている。

本発明の車両用空調装置は、第１の空気流路の導入口にエンジンからの輻射熱を回収する輻射熱回収部１０１を備えている。

本発明の車両用空調装置は、第１の空気流路の導入口と第１の熱交換流路との間にエンジンルーム内の空気を第１の熱交換流路へ送る第一のブロアファン１０２を備えている。

本発明の車両用空調装置は、第１の空気流路の排出口がフェンダーの裏側に位置している。

本発明の車両用空調装置は、第２の空気流路の排出口が車室内に備えた第二のブロアファン１０４に接続されている。

本発明の車両用空調装置は、第１の熱交換流路と第２の熱交換流路と有し、第１の熱交換流路に流れる空気と第２の熱交換流路に流れる空気との間で熱交換する熱交換器１０３をインテークダクト内の既存スペースに配置した構成となっている。

以下、本発明の車両用空調装置の具体的な構造について図面を用いて説明する。

図２は、本発明の実施の形態１における車両用空調装置を搭載した車両の部分透視斜視図である。

図２にいて、顕熱交換器ユニット２０５は、インテークダクトを構成するインテークダクト下部部材２０１の上部に配置されている。顕熱交換器ユニット２０５は、エンジン２０８により温められたエンジンルームの空気を、インテークダクト下部部材２０１に設けた開口を介して導入する。

エンジンルームからの空気は、エンジンルーム内に設けた導風板２０７、インテークダクト下部部材２０１上に設けたシロッコファン２０３、内気導入ダクト２０４を通り、顕熱交換器ユニット２０５が備える顕熱交換器の第１の熱交換流路に導入される。

第１の熱交換流路で熱交換された空気は、内気排出ダクト２０６のフェンダーの裏側に設けた排出口から車外へ排出される。内気排出ダクト２０６は、インテークダクトが備えるインテークダクト内の水を車外へ排出するための排出口（図示せず）を通る。

フェンダーの裏側に設けた内気排出ダクト２０６の排出口には負圧が働き、エンジンルームから顕熱交換器ユニット２０５へ空気を吸引する作用が働く。

インテークダクト下部部材２０１に設けた開口は、図１における第１の空気流路を構成するためにインテークダクトに設けた開口１０５に相当する。エンジンルーム内に設けた導風板２０７は、図１における、第１の空気流路の導入口に設けられた輻射熱回収部１０１に相当する。シロッコファン２０３は、図１における第１の空気流路内に位置するブロアファン１０２に相当する。

第１の空気流路の導入口、シロッコファン２０３、内気導入ダクト２０４、第１の熱交換流路、内気排出ダクト２０６が図１における第１の空気流路を構成する。

図３は、本発明の実施の形態１における車両用空調装置を搭載した車両を車両上部から見た平面図である。

図３において、導風板２０７の下にはエンジンで燃焼された空気の通路であるエキゾーストパイプがあり、導風板２０７はエキゾーストパイプを覆うように配置されている。また、インテークダクト下部部材２０１に設けた開口３０１は、エキゾーストパイプを車両の前面から車軸に沿って後方に投影した線分と、開口を通り前記線分と平行な線分とが構成する平面が長方形となる位置に設けられている。

即ち、エキゾーストパイプを車軸方向に平行移動した場合に、エキゾーストパイプの上部に開口３０１が位置するように設けられている。

開口３０１が上記の位置に設けられることにより、導風板を備えない構成においても、エキゾーストパイプにより温められた空気を、車両の走行によってエンジンルームに導入される空気により、第１の空気流路へ容易に導入することが可能となる。

顕熱交換器ユニット２０５は、インテークダクトに導入された外気が、顕熱交換器ユニット２０５が備える顕熱交換器の第２の熱交換流路に導入可能なように、外気流入口に対する反対の側がインテークダクトと隔離するように設置されている。即ち、インテークダクト内において、顕熱交換器ユニット２０５の車両前方方向に空間が存在するように、顕熱交換器ユニット２０５が配置されている。

図４は、図３にＡ−Ａで示す断面での断面図である。図４において、導風板２０７は、エンジン２０８方向に開口を有し、車両の前後方向の開口幅が第１の空気流路の導入口４０１からエンジン２０８に向かい増大する箱型の形状をしている。

導風板２０７は、エンジンの直近に位置する複数のエキゾーストパイプ４０２を覆うように配置されている。導風板２０７は、エキゾーストパイプ４０２の輻射熱により温められたエンジンルーム内の空気を回収し、第１の空気流路の導入口４０１へ誘導する。導風板２０７は、熱に対し変形しにくい素材であるステンレスや鉄板により構成される。

エンジンルームからの空気の取り入れは、シロッコファン２０３の吸引力により行われる。

図５は、本発明の実施の形態１における顕熱交換器ユニット２０５の近傍を示す透視図である。図５において顕熱交換器ユニット２０５は、インテークダクトの内部空間に配置されている。

本発明の実施の形態１において、インテークダクトは、インテークダクト下部部材２０１と、インテークダクト下部部材２０１を覆うインテークダクト上部部材５０１と、インテークダクト下部部材２０１とインテークダクト上部部材５０１とに接し、インテークダクト下部部材２０１とインテークダクト上部部材５０１とで多角形状の管を形成する車体フレームの一部（図示せず）と、多角形状の管の両側に設けられたインテークダクトの側面を成す車体フレームの一部５０３により構成される。

インテークダクト上部部材５０１は傾斜面５０１ａを有する。傾斜面５０１ａには、外気をインテークダクト内に取り入れるための開口部が複数設けられている（図示せず）。

インテークダクトの内部空間に配置された顕熱交換器ユニット２０５は、インテークダクト上部部材５０１の開口部からインテークダクト内に取り入れた外気を顕熱交換器の第２の熱交換流路を介して車室内に導入する外気導入ダクト５０２と接続している。

外気導入ダクト５０２は、インテークダクトが備える外気流入口（図示せず）を通り、車室内に備えられたシロッコファン５０４に接続されている。

顕熱交換器の第２の熱交換流路と外気導入ダクト５０２は図１における第２の空気流路を構成する。シロッコファン５０４は図１のブロアファン１０４に相当する。

インテークダクトの側面を構成する車体フレームの一部５０３には、インテークダクト内の水を車外に排出するための排出口が備えられている。第１の空気流路の内気排出ダクト２０６は、この排出口を通り、内気を車外へ排出する。車体フレームの一部５０３が備える排出口が、図１における開口１０９に相当する。

図６は、図５からインテークダクト上部部材５０１を取り除いた図である。顕熱交換器ユニット２０５と空気流路を示している。

図６において、顕熱交換器ユニット２０５は、ケース６０１とケース内の顕熱交換機により構成される。ケース６０１には、空気の取り入れ口が設けられている。この取り入れ口は、顕熱交換機の第１の熱交換流路と第２の熱交換流路の空気とが混合しないように個別に複数設けられている。

図６に示す空気流路Ａは、エンジンルームからの空気が流れる第１の空気流路である。エンジンルームからの空気は内気導入ダクト２０４により、ケース６０１の一方の取り入れ口に導入される。取り入れ口から導入された空気は顕熱交換機の第１の熱交換流路により、第２の熱交換流路を流れる空気路Ｂの空気と熱交換を行い、熱交換後の空気は内気排出ダクト２０６を通り車外へ排出される。

空気路Ｂは、顕熱交換器ユニット２０５とインテークダクトとの間の空間に生じる空気路である。インテークダクトに導入された空気が、顕熱交換器の第２の熱交換流路に導入される空気路である。第２の熱交換流路に導入された空気は、第１の熱交換流路の空気との間で熱交換を行う。熱交換後の空気は、外気導入ダクト５０２によりインテークダクトの外気流入口を介して車室内へ導入される。

インテークダクトからの車室内への空気の取り入れは、車室内に備えられたシロッコファン５０４の吸引力により行われる。

図７は、図５にＢ−Ｂで示す断面図である。図７において、符号ａ〜符号ｂによって示される断面がインテークダクト下部部材２０１である。インテークダクト下部部材２０１を覆うインテークダクト上部部材５０１は、符号ａ〜符号ｃが示す断面である。インテークダクト上部部材の傾斜面５０１ａには、外気をインテークダクト内に取り入れるための開口部が複数設けられている。

符号ｃ〜符号ｂで示す断面が、インテークダクト下部部材２０１とインテークダクト上部部材５０１とに接し、インテークダクト下部部材２０１とインテークダクト上部部材５０１とで多角形状の管を形成する車体フレームの一部７０１である。

インテークダクトを構成する車体フレームの一部７０１には、外気流入口７０４が備え
られている。

顕熱交換器ユニット２０５は、インテークダクトに導入された外気が、顕熱交換器ユニット２０５が備える顕熱交換器の第２の熱交換流路に導入可能なように、外気流入口に対する反対の側がインテークダクトと隔離するように設置されている。

傾斜面５０１ａの開口部からインテークダクト内に導入された外気は、インテークダクトと顕熱交換器ユニット２０５の外気流入口に対する反対側の面との間の空間を通り、顕熱交換器の第２の熱交換流路に導入される。

第２の熱交換流路で熱交換された空気は、インテークダクトが備える外気流入口７０４を介して、外気導入ダクト５０２により車室内に導入される。車室内に導入された空気は、外気導入ダクト５０２の排出口に接続された車室内に備えられたシロッコファン５０４により、既設のＨＡＶＣ機構へ受け渡される。既設のＨＡＶＣ機構は、電気ヒータ等の各種の空調機能を備えている。

図８は、本発明の実施の形態１における顕熱交換器８０１の構成を示す図である。顕熱交換器８０１は、顕熱交換器ユニット２０５のケース６０１内に配置される。顕熱交換器８０１は、流路が固定された静止型の熱交換機である。第１の熱交換流路と第２の熱交換流路を有し、互いに伝熱性の隔壁を隔て隣接している。

第１の熱交換流路を流れるエンジンルームからの空気と第２の熱交換流路を流れるインテークダクトに導入された空気との間で、伝熱性の隔壁を介して熱交換が行われる。

以上のようの本実施の形態１による車両空調装置によれば、インテークダクトに開口２０２を設け、エンジンルームから発せられる熱によって加熱された空気をインテークダクトの内部空間に配置した顕熱交換器８０１へ導入することにより、顕熱交換器８０１を設置する専用のスペースを新たに確保することなく、エンジンルームの熱を利用した車両用空調装置を提供することができる。

なお、実施の形態１では第１の空気流路内にシロッコファンを設けた構成を説明したが、フェンダーの裏側に設けた第１の空気流路の排出口の負圧のみでエンジンルームの空気を導入するようにしてもよい。

また、熱交換器として顕熱交換器を用いて説明したが、全熱交換機等を用いてもよく、顕熱交換器に限定されるものではない。

また、実施の形態１では、インテークダクトとして、インテークダクト下部部材２０１とインテークダクト上部部材５０１、車体フレームの一部７０１により構成される多角形状の管と、多角形状の管の両側の車体フレームの一部５０３から構成されるインテークダクトを用いて説明したが、インテークダクトの形状や、インテークダクトを構成する部材、また部材の数は一例であり、インテークダクトの構成がこれらに限定されるものではない。

実施の形態における説明は一例であり、本発明は、その要旨を逸脱しない範囲内において種々の変更が可能である。

本発明は、エンジンが発する熱を利用する自動車等の車両用空調装置として好適である。

１０７ 外気流入口
２０１ インテークダクト下部部材
２０３ シロッコファン
２０５ 顕熱交換器ユニット
４０２ エキゾーストパイプ
５０１ インテークダクト上部部材
５０２ 外気導入ダクト
５０３ 車体フレームの一部
５０４ シロッコファン
７０１ 車体フレームの一部
７０４ 外気流入口
８０１ 顕熱交換器

Claims (9)

1. 第１の熱交換流路と第２の熱交換流路と有し、前記第１の熱交換流路に流れる空気と前記第２の熱交換流路に流れる空気との間で熱交換する熱交換器を用いた車両用空調装置であって、
   エンジンから発せられる熱によって加熱された空気を、車室外に備えたインテークダクトに設けた開口を介して前記第１の熱交換流路に導入し、前記第１の熱交換流路から車外へ排出する第１の空気流路と、
   前記第２の熱交換流路に導入された外気を前記インテークダクトの外気流入口を介して車室内へ導入する第２の空気流路を備え、
   前記熱交換器を前記インテークダクトの内部空間に配置した車両用空調装置。
2. 前記第１の空気流路の導入口にエンジンからの輻射熱を回収する輻射熱回収部を備えた請求項１に記載の車両用空調装置。
3. 前記輻射熱回収部が、エンジン方向に開口を有し、車両の前後方向の開口幅が前記第１の空気流路の導入口からエンジンに向かい増大する箱型の形状をなす導風板である請求項２に記載の車両用空調装置。
4. 前記第１の空気流路の導入口と前記第１の熱交換流路との間にエンジンルーム内の空気を前記第１の熱交換流路へ送る第１のブロアファンをさらに設けた、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の車両用空調装置。
5. 前記熱交換器の前記外気流入口に対する反対の側が前記インテークダクトと隔離するように、前記熱交換器を設置した、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の車両用空調装置。
6. 前記第１の空気流路の排出口が、フェンダーの裏側に位置している請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の車両用空調装置。
7. 前記第２の空気流路の排出口が車室内に備えた第２のブロアファンに接続されている請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の車両用空調装置。
8. エンジンで燃焼された空気の通路であるエキゾーストパイプを車両の前面から車軸に沿って後方に投影した線分と、前記インテークダクトに設けた開口を通り前記線分と平行な線分とが構成する平面が長方形となる位置に、前記インテークダクトの開口を設けた請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の車両用空調装置。
9. 前記熱交換器は顕熱交換器である、
   請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の車両用空調装置。

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