JP2015223863A

JP2015223863A - 車両用空調装置

Info

Publication number: JP2015223863A
Application number: JP2014108050A
Authority: JP
Inventors: 大介今道; Daisuke Imamichi
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2014-05-26
Filing date: 2014-05-26
Publication date: 2015-12-14

Abstract

【課題】機器の信頼性を損なわず、本体を大型化しないで、インバータの冷却効率を高めることができる車両用空調装置を得る。【解決手段】電気室５０及び室外部３０Ｂが設けられる本体１Ａと、電気室５０に設けられ、発熱素子を含むインバータ５４と、室外部３０Ｂに設けられる第１放熱部４２と、電気室５０と室外部３０Ｂとを仕切る仕切部材１０Ｃと、を備え、インバータ５４と第１放熱部４２とは熱的に接続されている。【選択図】図２

Description

本発明は、車両用空調装置に関する。

従来、室内熱交換器を収容する室内部及びインバータを収容するインバータ室が設けられた本体を備えた車両用空調装置があった（特許文献１参照）。

特許文献１に記載の車両用空調装置は、室内部とインバータ室とが連通するように構成されており、冷房運転時において、室内熱交換器で熱交換された空気をインバータ室に導入することでインバータを冷却している。

また、特許文献１に記載の車両用空調装置は、インバータの半導体素子の発熱を外部に放出するための放熱フィンをインバータに取り付けることでインバータを冷却している。

特開平５−８６３５号公報（第２頁〜第５頁、第２図）

しかしながら、特許文献１に記載の車両用空調装置において、室内熱交換器で熱交換された空気がインバータ室に導入されると、空気に含まれる塵埃がインバータに付着して、機器の信頼性が低下するという課題があった。

また、特許文献１に記載の車両用空調装置において、なるべくインバータの冷却効率が高くなるように放熱フィンを配置する必要があるが、インバータを冷却するために必要な冷却風を確保するように放熱フィンを配置することは困難である。したがって例えば、放熱フィンを大型化して、インバータを冷却するために必要な冷却風を確保し、インバータの冷却効率を向上させることが考えられる。しかしながら、放熱フィンを大型化すると、放熱フィンを収容するインバータ室も大型化してしまうため、本体を大型化しなければならないという課題があった。

本発明は、上述のような課題を背景としてなされたものであり、機器の信頼性を損なわず、本体を大型化しないで、インバータの冷却効率を高めることができる車両用空調装置を提供することを目的とする。

本発明の車両用空調装置は、第１空間及び第２空間が設けられる本体と、前記第１空間に設けられ、発熱素子を含むインバータと、前記第２空間に設けられる第１放熱部と、前記第１空間と前記第２空間とを仕切る仕切部材と、を備え、前記インバータと前記第１放熱部とは熱的に接続されているものである。

本発明によれば、第１空間に設けられ、発熱素子を含むインバータと、第２空間に設けられる第１放熱部とは熱的に接続され、第１空間と第２空間とを仕切る仕切部材が設けられている。このため、機器の信頼性を損なわず、本体を大型化しないで、インバータの冷却効率を高めることができる。

本発明の実施の形態１に係る車両用空調装置１が搭載される車両１００を示す概略図である。本発明の実施の形態１に係る車両用空調装置１を示す概略図である。本発明の実施の形態２に係る車両用空調装置１を示す概略図である。本発明の実施の形態２に係る車両用空調装置１を示す概略図である。本発明の実施の形態３に係る車両用空調装置１を示す概略図である。図５をＩ方向から見た電気室５０を示す概略図である。本発明の実施の形態３に係る車両用空調装置１を示す概略図である。図７をＩ方向から見た電気室５０を示す概略図である。

以下、本発明の車両用空調装置１について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。また、以下の図面において、同一の符号を付したものは、同一又はこれに相当するものであり、このことは明細書の全文において共通することとする。さらに、明細書全文に表わされている構成要素の形態は、あくまでも例示であって、これらの記載に限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１に係る車両用空調装置１が搭載される車両１００を示す概略図である。図１に示されるように、車両１００は、車両用空調装置１と、屋根部２と、を備える。車両用空調装置１は本体１Ａを備える。本体１Ａは、車両用空調装置１の外郭を構成する部材であり、屋根部２の上面に設けられる。

図２は本発明の実施の形態１に係る車両用空調装置１を示す概略図である。なお、図２に示される実線矢印が車両用空調装置１の長手方向を示すものとする。また、図２に示される点線矢印が車両用空調装置１の短手方向を示すものとする。車両用空調装置１が搭載された車両１００において、図２に示される実線矢印は、車両１００の進行方向及び進行方向とは逆方向を指す向きとなる。

図２に示されるように、本体１Ａの内部には仕切部材１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃが設けられている。仕切部材１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃは、本体１Ａの内部を複数の空間に区画するための部材である。仕切部材１０Ｃは、例えば伝熱性の良い部材で構成されている。３つの仕切部材１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃが本体１Ａの内部に設けられることで、本体１Ａの内部には、室内部２０、室外部３０Ａ、３０Ｂ、及び電気室５０が形成される。

ここで、室外部３０Ａと室内部２０とが隣接するように仕切部材１０Ａが設けられ、室内部２０と電気室５０とが隣接するように仕切部材１０Ｂが設けられ、電気室５０と室外部３０Ｂとが隣接するように仕切部材１０Ｃが設けられている。

室内部２０は、空調対象空間である客室（図示省略）と連通する空間である。室内部２０には、室内ファンモータ２６、室内送風機２７、室内熱交換器２８、及びリターン口２９が設けられている。

室内ファンモータ２６は、室内送風機２７を駆動する駆動手段であり、制御手段（図示省略）によって制御される。室内送風機２７は、室内の空気を室内熱交換器２８に導く空気流れを生成する送風手段である。室内送風機２７は、例えば、本体１Ａの短手方向の中心を通る仮想基準線Ｌを基準として対称に一対設けられ、室内ファンモータ２６よりも本体１Ａの短手方向の両側に位置している。

室内熱交換器２８は、暖房運転時において凝縮器として機能し、冷房運転時において蒸発器として機能する熱交換器である。以下の説明においては、室内熱交換器２８が蒸発器として機能する例について説明する。室内熱交換器２８は、例えば、本体１Ａの短手方向の中心を通る仮想基準線Ｌを基準として対称に一対設けられ、室内送風機２７よりも本体１Ａの短手方向の両側に位置している。

リターン口２９は、室内部２０と居室とを連通させるための開口である。リターン口２９は、本体１Ａの短手方向の中心を通る仮想基準線Ｌを基準として対称に設けられ、室内熱交換器２８よりも本体１Ａの短手方向の両側に位置している。

室外部３０Ａ，３０Ｂは、本体１Ａの外部と連通する空間であり、例えば本体１Ａの長手方向の両側に各々設けられている。室外部３０Ａには、室外送風機３７Ａ及び室外熱交換器３８Ａが設けられている。室外部３０Ｂには、室外送風機３７Ｂ、室外熱交換器３８Ｂ、及び第１放熱部４２が設けられている。

室外送風機３７Ａは、室外ファンモータ（図示省略）によって駆動され、室外の空気を室外熱交換器３８Ａに導く空気流れを生成する送風手段である。室外熱交換器３８Ａは、暖房運転時において蒸発器として機能し、冷房運転時において凝縮器として機能する熱交換器である。以下の説明においては、室外熱交換器３８Ａが凝縮器として機能する例について説明する。室外熱交換器３８Ａは、例えば、本体１Ａの短手方向の中心を通る仮想基準線Ｌを基準として対称に一対設けられ、室外送風機３７Ａよりも本体１Ａの短手方向の両側に位置している。

室外送風機３７Ｂは、室外ファンモータによって駆動され、室外の空気を室外熱交換器３８Ｂに導く空気流れを生成する送風手段である。室外熱交換器３８Ｂは、暖房運転時において蒸発器として機能し、冷房運転時において凝縮器として機能する熱交換器である。以下の説明においては、室外熱交換器３８Ｂが凝縮器として機能する例について説明する。室外熱交換器３８Ｂは、例えば、本体１Ａの短手方向の中心を通る仮想基準線Ｌを基準として対称に一対設けられ、室外送風機３７Ｂよりも本体１Ａの短手方向の両側に位置している。第１放熱部４２は、インバータ５４から発せられる熱を受け取り、受け取った熱を放出する放熱部であり、例えばアルミ製のフィンを有するヒートシンクで構成される。第１放熱部４２は、室外送風機３７Ｂよりも電気室５０側に設けられている。

電気室５０は、インバータ５４等の機器が設けられている空間であり、例えば密閉された空間となるように構成されている。インバータ５４は、室外部３０Ｂ側に設けられ、発熱素子を含む発熱部であり、仕切部材１０Ｃと接触している。仕切部材１０Ｃは、インバータ５４及び第１放熱部４２と接触し、インバータ５４から発せられる熱は、仕切部材１０Ｃを介して第１放熱部４２に伝達される。すなわち、インバータ５４と第１放熱部４２とは熱的に接続される。

以下に、本実施の形態１に係る車両用空調装置１の動作について説明する。ここでは、四方弁（図示省略）を冷房側に切り替えて冷房運転を行う例について説明する。
車両用空調装置１の運転が開始されると、インバータ５４が発熱する。これにより、インバータ５４から発せられる熱は仕切部材１０Ｃを介して第１放熱部４２に伝達され、第１放熱部４２の温度は上昇する。ここで、室外送風機３７Ｂが回転することで、外気の一部は第１放熱部４２に導かれる。このとき、第１放熱部４２に導かれた空気が第１放熱部４２から吸熱することで、第１放熱部４２に導かれた空気の温度は上昇し、第１放熱部４２の温度は低下する。これにより、第１放熱部４２はインバータ５４から一層吸熱することができるため、インバータ５４の冷却効果を高めることができる。

以上のように、本実施の形態１に係る車両用空調装置１は、電気室５０及び室外部３０Ｂが設けられる本体１Ａと、電気室５０に設けられるインバータ５４と、室外部３０Ｂに設けられる第１放熱部４２と、電気室５０と室外部３０Ｂとを仕切る仕切部材１０Ｃと、を備え、インバータ５４と第１放熱部４２とは熱的に接続されている。このため、インバータ５４から発せられる熱は第１放熱部４２に伝えられて放熱される。したがって、本体１Ａを大型化しないでインバータ５４の冷却効率を高めることができる。

また、電気室５０と室外部３０Ｂとは仕切部材１０Ｃで仕切られている。このため、塵埃を含んだ空気が室外部３０Ｂを流れていても、当該空気が電気室５０に供給されることはないため、インバータ５４等の機器の信頼性の低下を抑制することができる。

なお、インバータ５４から発せられる熱が、仕切部材１０Ｃを介して第１放熱部４２に伝達される例について説明したが、これに限定されない。例えば、仕切部材１０Ｃの一部に開口部を設けて、インバータ５４及び第１放熱部４２がこの開口部を塞ぐように設けられていてもよい。このように構成しても、インバータ５４から発せられる熱は第１放熱部４２に伝えられる。したがって、本体１Ａを大型化しないでインバータ５４の冷却効率を高めることができる。

実施の形態２．
本実施の形態２は、実施の形態１とは異なり、ヒートパイプ４３及び第２放熱部４４を室外部３０Ｂに設けたものである。なお、本実施の形態２において、特に記述しない項目については実施の形態１と同様とし、同一の機能や構成については同一の符号を用いて述べることとする。

図３は本発明の実施の形態２に係る車両用空調装置１を示す概略図である。図４は本発明の実施の形態２に係る車両用空調装置１を示す概略図である。図３に示されるように、室外部３０Ｂには、第１放熱部４２、ヒートパイプ４３、及び第２放熱部４４が設けられている。ヒートパイプ４３は、例えば本体１Ａを平面視して略Ｌ字形状の伝熱部材であり、第１放熱部４２及び第２放熱部４４とを熱的に接続している。

第２放熱部４４は、ヒートパイプ４３から発せられる熱を受け取り、受け取った熱を放出する放熱部である。第２放熱部４４は、室外送風機３７Ｂと、一方の室外熱交換器３８Ｂと、の間に設けられている。第２放熱部４４は、室外送風機３７Ｂよりも空気流れの下流側で且つ室外熱交換器３８Ｂよりも空気流れの上流側に設けられている。なお、本実施の形態２においては、第１放熱部４２は、例えばアルミブロックで構成され、第２放熱部４４は、例えばアルミ製のフィンを有するヒートシンクで構成される。

以下に、本実施の形態２に係る車両用空調装置１の動作について説明する。ここでは、四方弁（図示省略）を冷房側に切り替えて冷房運転を行う例について説明する。
まず、車両用空調装置１の運転が開始されるとインバータ５４が発熱する。これにより、インバータ５４から発せられる熱は仕切部材１０Ｃを介して第１放熱部４２に伝達され、第１放熱部４２の温度は上昇する。次に、ヒートパイプ４３は、第１放熱部４２から熱を受け取って温度上昇し、第２放熱部４４において放熱する。ここで、室外送風機３７Ｂが回転することで、外気の一部は第２放熱部４４に導かれる。このとき、第２放熱部４４に導かれた空気が第２放熱部４４から吸熱することで、第２放熱部４４に導かれた空気の温度は上昇し、第２放熱部４４の温度は低下する。これにより、第１放熱部４２はインバータ５４から一層吸熱することができるため、インバータ５４の冷却効果を高めることができる。

以上のように、本実施の形態２に係る車両用空調装置１は、ヒートパイプ４３及び第２放熱部４４が室外部３０Ｂに設けられ、第２放熱部４４は、室外送風機３７Ｂよりも空気流れの下流側で且つ室外熱交換器３８Ｂよりも空気流れの上流側に設けられている。このように、第２放熱部４４は通風の良い位置に設けられるため、本体１Ａを大型化しないでインバータ５４の冷却効率を高めることができる。

なお、図４に示されるように、第２放熱部４４が、室外送風機３７Ｂよりも本体１Ａの短手方向の両側に各々設けられていてもよい。このようにすれば、第２放熱部４４において放熱する量を多くすることができる。したがって、第１放熱部４２はインバータ５４からより一層吸熱することができるため、インバータ５４の冷却効果を高めることができる。

実施の形態３．
本実施の形態３は、実施の形態１とは異なり、第１放熱部４２を本体１Ａの外部に設けたものである。なお、本実施の形態３において、特に記述しない項目については実施の形態１と同様とし、同一の機能や構成については同一の符号を用いて述べることとする。

図５は本発明の実施の形態３に係る車両用空調装置１を示す概略図である。図６は図５をＩ方向から見た電気室５０を示す概略図である。図５に示されるように、電気室５０には、インバータ５４及び第１放熱部４２が設けられている。図６に示されるように、本体１Ａには、屋根部２の上面から離れる方向に窪む凹部１Ｂが設けられている。凹部１Ｂが設けられることで、電気室５０の下方には、外気が通過する風路が形成される。この風路上に第１放熱部４２が設けられている。すなわち、第１放熱部４２は、本体１Ａの下面と熱的に接続され、インバータ５４から発せられる熱は、本体１Ａを介して第１放熱部４２に伝達される。すなわち、インバータ５４と第１放熱部４２とは熱的に接続される。

以下に、本実施の形態３に係る車両用空調装置１の動作について説明する。ここでは、四方弁（図示省略）を冷房側に切り替えて冷房運転を行う例について説明する。
車両用空調装置１の運転が開始されるとインバータ５４が発熱する。これにより、インバータ５４から発せられる熱は本体１Ａを介して第１放熱部４２に伝達され、第１放熱部４２の温度は上昇する。ここで、第１放熱部４２は、外気に晒された状態にあるため、外気が第１放熱部４２から吸熱することで、第１放熱部４２に導かれた空気の温度は上昇し、第１放熱部４２の温度は低下する。これにより、第１放熱部４２はインバータ５４から一層吸熱することができるため、インバータ５４の冷却効果を高めることができる。

以上のように、本実施の形態３に係る車両用空調装置１は、第１放熱部４２が本体１Ａの外部に設けられている。このため、車両用空調装置１を運転してインバータ５４が発熱しても、第１放熱部４２は外気によって冷却されるため、本体１Ａを大型化しないでインバータ５４の冷却効率を高めることができる。

実施の形態４．
本実施の形態４は、実施の形態１とは異なり、インバータ５４の上方に、第１放熱部４２、ヒートパイプ４３、及び第２放熱部４４を設けたものである。なお、本実施の形態４において、特に記述しない項目については実施の形態１と同様とし、同一の機能や構成については同一の符号を用いて述べることとする。

図７は本発明の実施の形態３に係る車両用空調装置１を示す概略図である。図８は図７をＩ方向から見た電気室５０を示す概略図である。図７に示されるように、電気室５０には、インバータ５４、第１放熱部４２、ヒートパイプ４３、及び第２放熱部４４が設けられている。

図８に示されるように、第１放熱部４２は、第１放熱部４２とインバータ５４とが熱的に接続されるように、インバータ５４の上面に設けられている。第１放熱部４２は、例えばアルミブロックで構成される。第２放熱部４４は、本体１Ａの上面と接触するように、第１放熱部４２よりも上方に設けられている。第２放熱部４４は、例えばアルミ製のフィンを有するヒートシンクで構成される。第２放熱部４４は、その一部を構成するフィンが本体１Ａの上面から凸設されて外気に接している。ヒートパイプ４３は、第１放熱部４２及び第２放熱部４４と接触しており、第１放熱部４２及び第２放熱部４４とを熱的に接続している。

以下に、本実施の形態４に係る車両用空調装置１の動作について説明する。ここでは、四方弁（図示省略）を冷房側に切り替えて冷房運転を行う例について説明する。
まず、車両用空調装置１の運転が開始されるとインバータ５４が発熱する。これにより、インバータ５４から発せられる熱は第１放熱部４２に伝達され、第１放熱部４２の温度は上昇する。次に、ヒートパイプ４３は、第１放熱部４２から熱を受け取って温度上昇し、第２放熱部４４において放熱する。第２放熱部４４は、本体１Ａの上面からフィンが凸設されて外気に接しているため、外気の温度が本体１Ａの上面を介して第２放熱部４４に伝わり、第２放熱部４４の温度は低下する。これにより、第１放熱部４２はインバータ５４から一層吸熱することができるため、インバータ５４の冷却効果を高めることができる。

なお、電気室５０が、本発明の第１空間に相当する。
また、室外部３０Ｂ又は外気が流通する風路が、本発明の第２空間に相当する。

１車両用空調装置、１Ａ本体、１Ｂ凹部、２屋根部、１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ仕切部材、２０室内部、２６室内ファンモータ、２７室内送風機、２８室内熱交換器、２９リターン口、３０Ａ，３０Ｂ室外部、３７Ａ，３７Ｂ室外送風機、３８Ａ，３８Ｂ室外熱交換器、４２第１放熱部、４３ヒートパイプ、４４第２放熱部、５０電気室、５４インバータ、１００車両、Ｌ仮想基準線。

Claims

第１空間及び第２空間が設けられる本体と、
前記第１空間に設けられ、発熱素子を含むインバータと、
前記第２空間に設けられる第１放熱部と、
前記第１空間と前記第２空間とを仕切る仕切部材と、を備え、
前記インバータと前記第１放熱部とは熱的に接続されている
ことを特徴とする車両用空調装置。
前記仕切部材は、前記インバータ及び前記第１放熱部と接触している
ことを特徴とする請求項１に記載の車両用空調装置。
前記仕切部材には開口部が設けられ、
前記インバータと前記第１放熱部とは、前記開口部を塞ぐように接触している
ことを特徴とする請求項１に記載の車両用空調装置。
前記第２空間は、
室外熱交換器及び室外送風機が設けられる空間である
ことを特徴とする請求項１〜請求項３の何れか一項に記載の車両用空調装置。
前記第２空間に設けられる伝熱部材と、
前記第２空間に設けられる第２放熱部と、をさらに備え、
前記伝熱部材は、
前記第１放熱部と前記第２放熱部とを熱的に接続している
ことを特徴とする請求項１〜請求項４の何れか一項に記載の車両用空調装置。
前記第２放熱部は、
前記室外送風機よりも空気流れの下流側で且つ前記室外熱交換器よりも空気流れの上流側に設けられる
ことを特徴とする請求項４に従属する請求項５に記載の車両用空調装置。
前記室外熱交換器は複数設けられ、
前記第２放熱部は、
前記室外熱交換器に対応して複数設けられている
ことを特徴とする請求項６に記載の車両用空調装置。
前記第２空間は、
前記第１空間の下部に設けられ、外気が流通する風路である
ことを特徴とする請求項１〜請求項３の何れか一項に記載の車両用空調装置。
第１空間が設けられる本体と、
前記第１空間に設けられ、発熱素子を含むインバータと、
前記第１空間に設けられる第１放熱部と、
前記第１空間に設けられる伝熱部材と、
前記第１空間及び外気に接する空間に設けられる第２放熱部と、を備え、
前記インバータと前記第１放熱部とは熱的に接続され、
前記伝熱部材は、
前記第１放熱部と前記第２放熱部とを熱的に接続している
ことを特徴とする車両用空調装置。
前記伝熱部材はヒートパイプである
ことを特徴とする請求項５又は請求項９に記載の車両用空調装置。