JP2018012365A - 車両用空調装置 - Google Patents

Abstract

【課題】冷寒時に除湿暖房を行う場合に、ヒートパイプによって内気導入通路と外気導入通路の間で熱交換を行わせることにより、車室内の熱を回収しつつ除湿される内気循環空気量を増大させることができ、しかも、ヒートパイプを空調通路内に容易にかつコンパクトに設置することができる車両用空調装置を提供する。【解決手段】車両用空調装置は、エバポレータ１１と、ヒータコア１４と、空調通路１５と、内気導入通路１６と、外気導入通路１７と、ヒートパイプ３３と、を備えている。空調通路１５は、エバポレータ１１の通風部の下流側にヒータコア１４の通風部が配置されている。ヒートパイプ３３は、冷媒の蒸発と凝縮によって内気導入通路１６側の高温部から外気導入通路１７側の低温部に熱を移動させる。ヒートパイプ３３は、内気導入通路１６に臨む位置と外気導入通路１７に臨む位置とに跨るようにエバポレータ１１に設けられている。【選択図】図１

Description

本発明は、除湿機能を備えた車両用空調装置に関するものである。

車両用空調装置の多くは、冷凍サイクルによって空調空気の吸熱を行うエバポレータと、エンジンの冷却水やヒートポンプサイクル、加熱ヒータ等によって空調空気の加熱を行うヒータコアと、を備えている。この種の車両用空調装置は、エバポレータによる吸熱とヒータコアによる加熱を組み合わせることにより、車室内の温度と湿度を適切に制御することができる。

ところで、冷寒時等に暖房運転を行っているときに、乗員から発される水蒸気や、車室内に持ち込まれた衣類等の水分によってフロントガラスの内側が曇ることがある。このような場合には、車両用空調装置のデフロスタ開口部から除湿し加熱した空気を吹き出すことにより、フロントガラスの曇りを除去することができる。

しかし、空調通路内の温度が極めて低い状況では、エバポレータでの冷媒の充分な気化が難しくなり、エバポレータに導入する冷媒量を絞らざるを得なくなる。そして、エバポレータに導入する冷媒量が大きく絞られると、冷媒回路内を冷媒とともに循環する潤滑油量も減少し、冷媒回路内のコンプレッサに充分な潤滑油が戻りにくくなる。
また、空調通路内の温度が極めて低い状況でエバポレータによる吸熱が行われると、エバポレータの周囲に凍結が生じ、空調装置での除湿が行えなくなることがある。

これに対処し得る車両用空調装置として、低温環境下でフロントガラスの曇りをとる場合に、湿気の少ない低温の外気を取り込んでヒータコアで加熱した後にデフロスタ開口部からフロントガラス部分に吹き出し、その一方で、車室内から取り込んだ空気をヒータコアで加熱してフット開口部から車室内に吹き出すようにしたものも案出されている。
ところが、この車両用空調装置の場合、低温の外気をヒータコアで加熱してデフロスタ開口部からフロントガラス部分に吹き出すため、加熱のための大きな熱エネルギーが必要になるうえ、空調装置による室内空気の除湿を行うことができない。

この対策として、空調ユニットの内気導入通路と外気導入通路の間に伝熱効率の高いヒートパイプを配置し、外気導入通路に取り込まれる低温の外気を、ヒートパイプを用いて暖めるようにした車両用空調装置が案出されている（例えば、特許文献１等参照）。ヒートパイプは、内部に揮発性の冷媒が所定量充填されており、空調ユニット内のエパポレータやヒータコアの上流側において、内気導入通路と外気導入通路に跨るように配置されている。ヒートパイプは、冷寒時に、内部の冷媒の蒸発と凝縮によって内気導入通路から外気導入通路に熱を効率良く移動させ、かつ、内気導入通路を通過する空気を冷却することによって車室内の空気を除湿する。

特開平１０−６７４６号公報

特許文献１に記載の車両用空調装置は、外気導入通路内の空気がヒートパイプを通して内気導入通路内の高温の空気によって効率良く暖められ、かつ、内気導入通路を通過する内気がヒートパイプによって除湿されるため、車室内の熱を回収しつつ除湿される内気循環空気量を増大させて、効率良く除湿暖房運転を行うことができる。
しかし、特許文献１に記載の車両用空調装置においては、空調通路内のエバポレータとブロアのさらに上流側に位置される内気導入通路と外気導入通路の間にヒートパイプが配置されているため、ブロアを含む通路内の構造が複雑になって装置全体が大型化し易い。

そこで本発明は、冷寒時に除湿暖房を行う場合に、ヒートパイプによって内気導入通路と外気導入通路の間で熱交換を行わせることにより、車室内の熱を回収しつつ除湿される内気循環空気量を増大させることができ、しかも、ヒートパイプを空調通路内に容易にかつコンパクトに設置することができる車両用空調装置を提供しようとするものである。

本発明に係る車両用空調装置は、上記課題を解決するために、以下の構成を採用した。
即ち、本発明に係る車両用空調装置は、空調空気を冷却するエバポレータ（例えば、実施形態のエバポレータ１１）と、空調空気を加熱するヒータコア（例えば、実施形態のヒータコア１４）と、前記エバポレータの通風部の下流側に前記ヒータコアの通風部が配置され、車室内に吹き出される空調空気を生成する空調通路（例えば、実施形態の空調通路１５）と、前記空調通路の前記エバポレータの通風部の上流側に接続されて、前記エバポレータの通風部に車室内の空気を導入する内気導入通路（例えば、実施形態の内気導入通路１６）と、前記空調通路の前記エバポレータの通風部の上流側に前記内気導入通路と並列に接続されて、前記エバポレータの通風部に車外の空気を導入する外気導入通路（例えば、実施形態の外気導入通路１７）と、冷媒の蒸発と凝縮によって高温部から低温部に熱を移動させるヒートパイプ（例えば、実施形態のヒートパイプ３３）と、を備え、前記ヒートパイプは、前記内気導入通路に臨む位置と前記外気導入通路に臨む位置とに跨るように前記エバポレータに設けられていることを特徴とする。

上記の構成により、冷寒時に除湿暖房を行うときには、空調通路に対して外気導入通路から外気を導入し、かつ、内気導入通路から内気を導入することができる。この場合、外気導入通路と内気導入通路から外気と内気がエバポレータ部分に導入されると、エバポレータに設けられたヒートパイプ部分において、高温の内気導入通路側の空気と低温の外気導入通路側の空気の間で熱交換が行われる。これにより、外気導入通路から導入された低温の外気が加熱されて車室内に導入される一方で、内気導入通路から導入された高温の内気が冷却され、その内気が湿気を除去された状態で再び車室内に導入される。この結果、車室内の熱を回収しつつ除湿される内気循環空気量を増大させることが可能になる。
また、ヒートパイプは、エバポレータに設けられているため、エバポレータとともに空調通路内に容易に、かつコンパクトに設置することができる。

前記エバポレータの前記外気導入通路との接続部は、前記エバポレータの前記内気導入通路との接続部の上方に配置されるようにしても良い。
この場合、ヒートパイプの上方側にエバポレータの外気導入通路との接続部が配置され、ヒートパイプの下方側にエバポレータの内気導入通路との接続部が配置されることになる。したがって、冷寒時に除湿暖房を行う場合には、高温部がヒートパイプの下方に位置され、低温部がヒートパイプの上方に位置されることになる。このため、ヒートパイプ自体を複雑な構造とすることなく、内気導入通路側から外気導入通路側に熱を効率良く移動させることが可能になる。

前記エバポレータは、前記内気導入通路側の通風部と前記外気導入通路側の通風部と交差する方向に延出する複数列の冷媒通路（例えば、実施形態の第１の熱交換チューブ５２，第２の熱交換チューブ５３）を有し、前記ヒートパイプは、前記エバポレータの隣接する前記冷媒通路の間に配置されるようにしても良い。
この場合、ヒートパイプがエバポレータの隣接する冷媒通路の間に配置されているため、ヒートパイプがエバポレータの外側に突出しなくなり、ヒートパイプとエバポレータを併せた外形を小型化することが可能になる。

前記ヒートパイプには、冷媒を封止するための冷媒封止弁（例えば、実施形態の冷媒封止弁４２）が設けられるようにしても良い。
この場合、ヒートパイプへの冷媒封入時に、冷媒封止弁を通して冷媒を容易に充填することが可能になる。

前記エバポレータの複数列の冷媒通路は、パイプ材によって構成されるようにしても良い。
また、前記エバポレータの複数列の冷媒通路は、相互に接合した複数のプレート材（例えば、実施形態のプレート材４５）によって構成されるようにしても良い。
この場合、エバポレータの構造をより簡素化し、かつ製造コストの低減を図ることができる。

前記エバポレータが接続される冷凍サイクル（例えば、実施形態の冷凍サイクル１２）は、内部を循環する冷媒を前記エバポレータの冷媒通路内に封止可能な封止部（例えば、実施形態の膨張弁２８，遮断弁３１、及び、連動機構部３２）を有し、前記ヒートパイプは、前記封止部によって前記冷媒通路内に冷媒を封止された状態で構成されようにしても良い。
この場合、冷寒時に除湿暖房を行うときには、冷凍サイクル内の冷媒を封止部によってエバポレータの冷媒通路内に封止する。これにより、エバポレータの冷媒通路とその内部の冷媒がヒートパイプとして機能することになる。したがって、この構成を採用することにより、専用のヒートパイプが不要となり、部品点数の削減と装置のさらなるコンパクト化が可能になる。

前記内気導入通路と前記外気導入通路は、仕切壁（例えば、実施形態の上流側仕切壁１８）によって仕切られて隣接して配置されており、前記仕切壁には、前記内気導入通路の内部を通過する空気と前記外気導入通路の内部を通過する空気との間で熱交換を行う伝熱部材（例えば、実施形態のフィン４０）が設けられるようにしても良い。
この場合、ヒートパイプを通して内気と外気が熱交換される前段階において、仕切壁の伝熱部材においても、内気と外気の熱交換が行われることになる。したがって、この構成を採用することにより、車両用空調装置に導入される内気と外気の熱交換効率をより高め、除湿効率も高めることが可能になる。

前記外気導入通路の外周部には、前記外気導入通路の内部を通過する外気と周域の空気との熱交換を遮断する断熱材が配置されるようにしても良い。
この場合、外気導入通路の内部を通過する外気と周域の空気との熱交換が断熱材によって遮断されるため、外気導入通路を通過する外気は、内気導入通路を通過する内気との間でより効率良く熱交換されることになる。

前記内気導入通路には、車室内の導入空気から生じた凝縮水を外部に排出するためのドレーン通路（例えば、実施形態のドレーン通路２４１）が設けられ、前記ドレーン通路には、車室内の導入空気を前記凝縮水とともに外部に排出する空気排出部（例えば、実施形態の空気排出部２４１ａ）が設けられるようにしても良い。
この場合、仕切壁の伝熱部材において内気と外気の熱交換が行われ、内気導入通路を通過する空気中の水分が伝熱部材部分において凝縮すると、そこで発生した凝縮水はドレーン通路を通して内気導入通路の外部に排出される。このとき、ドレーン通路からは、空気排出部を通して車室内の比較的暖かい導入空気が凝縮水とともに排出されるため、ドレーン通路を通過する凝縮水は凍結しにくくなる。

本発明によれば、冷媒の蒸発と凝縮によって高温部から低温部に熱を移動させるヒートパイプが、内気導入通路に臨む位置と外気導入通路に臨む位置とに跨るようにエバポレータに設けられているため、冷寒時に除湿暖房を行う場合に、ヒートパイプによって内気導入通路と外気導入通路の間で熱交換を行わせることにより、車室内の熱を回収しつつ除湿される内気循環空気量を増大させることができ、しかも、ヒートパイプを空調通路内に容易に、かつコンパクトに設置することができる。

本発明の第１の実施形態に係る車両用空調装置の模式的な断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る車両用空調装置の図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る車両用空調装置の図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る車両用空調装置の模式的な断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る車両用空調装置の図４のＶ−Ｖ線に沿う断面図である。 本発明の第３の実施形態に係る車両用空調装置の模式的な断面図である。 本発明の第４の実施形態に係る車両用空調装置のエバポレータとヒートパイプの模式的な断面図である。 本発明の第４の実施形態に係る車両用空調装置のエバポレータとヒートパイプの一部の模式的な断面図である。 本発明の第５の実施形態に係る車両用空調装置のエバポレータの模式的な断面図である。 本発明の第５の実施形態に係る車両用空調装置の図９のＸ−Ｘ線に沿う断面図である。 本発明の第６の実施形態に係る車両用空調装置のエバポレータとヒートパイプの模式的な断面図である。 本発明の第７の実施形態に係る車両用空調装置の冷凍サイクルを示す概略構成図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
最初に、図１〜図３に示す第１の実施形態について説明する。
図１は、車両用空調装置１０を車体前後方向に略沿って縦断面にして示した図であり、図２は、図１のエバポレータ１１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面を示す図である。また、図３は、図１のエバポレータ１１のＩＩＩ−ＩＩＩに沿う断面を示す図である。なお、図１において、矢印ＦＲは車両１の前方を指し、矢印ＵＰは車両１の上方を指している。

車両用空調装置１０は、図１に示すように、車室２内に吹き出す空調空気の温度と湿度を調整する空調ユニット１３が、例えば、車室２の前方のインストルメントパネル３の内側部分に設置されている。空調ユニット１３は、空調通路１５内に、空調空気に対する吸熱を行うエバポレータ１１と、空調空気に対する加熱を行うヒータコア１４と、が配置されている。エバポレータ１１は、図示しない冷凍サイクルの一部を構成している。ヒータコア１４は、ヒートポンプサイクルや加熱ヒータ等によって構成されている。なお、ヒータコア１４は、内燃機関を搭載する車両に用いられる場合には、内燃機関の冷却水によって加熱を行うようにしても良い。ヒータコア１４は、空調通路１５内のエバポレータ１１の下流側に配置されている。

図１に示すように、空調ユニット１３内のエバポレータ１１の上流側には、車室２内の空気を取り込む内気導入通路１６と、車両外部の空気を取り込む外気導入通路１７と、が並列に接続されている。内気導入通路１６と外気導入通路１７には、それぞれ内気と外気をエバポレータ１１方向に送り出すための図示しないブロアが配置されている。また、内気導入通路１６と外気導入通路１７には、図示しない通路開閉ダンパが配置されており、これらが制御装置による制御によって適宜開閉されるようになっている。

外気導入通路１７と内気導入通路１６の各下流側部分は、外気導入通路１７が内気導入通路１６の上方側となるようにエバポレータ１１の通風部の上流側部分に接続されている。空調ユニット１３内のエバポレータ１１よりも上流側部分は、上流側仕切壁１８によって外気導入通路１７と内気導入通路１６とに仕切られている。

また、本実施形態の場合、空調通路１５内のエバポレータ１１とヒータコア１４の間は、上流側仕切壁１８と連続するように、下流側仕切壁１９によって内気導入部２０ｉと外気導入部２０ｏとに仕切られている。

空調ユニット１３内の空調通路１５の下流側には、車室２内のフロントガラス４の下方に空調空気を吹き出すデフロスタ開口部２１と、車室２内の乗員の正面方向に空調空気を吹き出すベント開口部２２と、車室２内の乗員の足元方向に空調空気を吹き出すフット開口部２３と、が設けられている。デフロスタ開口部２１とベント開口部２２とフット開口部２３には、制御装置によって開閉制御される開閉ダンパ２４ａ，２４ｂ，２４ｃが設けられている。なお、フット開口部２３を開閉する開閉ダンパ２４ｃは、フット開口部２３を開いた状態において、ヒータコア１４の下流側の空間部を上下に仕切ることが可能な構成とされている。

空調ユニット１３は、エバポレータ１１の下流側の外気導入部２０ｏにおいて、ヒータコア１４を通過する空調空気と、ヒータコア１４を迂回する空調空気の割合を調整する第１のエアミックスドア２５ｏを備えている。また、空調ユニット１３は、エバポレータ１１の下流側の内気導入部２０ｉにおいて、ヒータコア１４を通過する空調空気と、ヒータコア１４を迂回する空調空気の割合を調整する第２のエアミックスドア２５ｉを備えている。第１のエアミックスドア２５ｏと第２のエアミックスドア２５ｉは、制御装置によって適宜開閉量を制御され、ベント開口部２２，フット開口部２３，デフロスタ開口部２１のいずれかから吹き出される空調空気の温度を調整する。

エバポレータ１１を一部に含む図示しない冷凍サイクルは、ここでは詳細な図示は省略するが、概略以下のように構成されている。
即ち、冷凍サイクルは、冷媒を高圧に圧縮して送り出すコンプレッサと、そのコンプレッサで圧縮された冷媒を外気と熱交換する室外熱交換器と、その室外熱交換器を通過した冷媒を膨張させる膨張弁と、その膨張弁を通った低温低圧の冷媒を空調空気と熱交換し、空調空気と熱交換した冷媒をコンプレッサに戻す上記のエバポレータ１１と、を備えている。

エバポレータ１１は、冷凍サイクルの膨張弁側（コンプレッサの吐出部側）から冷媒が流入する冷媒流入タンク５０と、冷凍サイクルのコンプレッサの吸入部側に冷媒を流出させる冷媒流出タンク５１と、を備えている。冷媒流入タンク５０と冷媒流出タンク５１とは、エバポレータ１１の上端部側において、車幅方向に略沿って略水平に、かつ相互に平行になるように配置されている。

エバポレータ１１は、さらに、上端部が冷媒流入タンク５０に接続される複数の第１の熱交換チューブ５２（図２，図３参照）と、上端部が冷媒流出タンク５１に接続される複数の第２の熱交換チューブ５３（図２，図３参照）と、第１の熱交換チューブ５２と第２の熱交換チューブ５３を接続する中継タンク５４（図１参照）と、を備えている。第１の熱交換チューブ５２と第２の熱交換チューブ５３は略上下方向に沿って配置されており、中継タンク５４は、エバポレータ１１の下端部において車幅方向に略沿って配置されている。第１の熱交換チューブ５２と第２の熱交換チューブ５３は、断面略楕円状の金属製のパイプ材からなり、その内部がエバポレータ１１内の冷媒通路を構成している。また、第１の熱交換チューブ５２と第２の熱交換チューブ５３の各外周部には複数のフィン３５が突設されている。第１の熱交換チューブ５２と第２の熱交換チューブ５３の各外周部は、空調空気の通過する通風部とされている。フィン３５は、通風部における内部の冷媒と空調空気の間の熱交換効率を高める。

なお、第１の熱交換チューブ５２と第２の熱交換チューブ５３は、それぞれ一対一で対応して設けられており、対応するもの同士が車幅方向の左右に並んで配置されている。図２おいては、第１の熱交換チューブ５２の後方に位置されている第２の熱交換チューブ５３の符号５３を、第１の熱交換チューブ５２の符号５２の後に括弧に入れて付してある。同様に、図２おいては、冷媒流入タンク５０の後方に位置されている冷媒流出タンク５１の符号５１を、冷媒流入タンク５０の符号５０の後に括弧に入れて付してある。

冷凍サイクルの膨張弁を通過してエバポレータ１１の冷媒流入タンク５０に流入した冷媒は、複数の第１の熱交換チューブ５２を通過して中継タンク５４に流れ込み、その中継タンク５４で向きを変え複数の第２の熱交換チューブ５３を通過して冷媒流出タンク５１に流れ込む。冷媒流出タンク５１に流れ込んだ冷媒は、冷凍サイクルのコンプレッサの吸入部側に流出する。

また、エバポレータ１１の隣接する第１の熱交換チューブ５２の間と、隣接する第２の熱交換チューブ５３の間には、それぞれヒートパイプ３３が配置されている。ヒートパイプ３３は、第１の熱交換チューブ５２や第２の熱交換チューブ５３と略同サイズの断面略楕円状の金属チューブの内部に所定量の冷媒Ｒが封入されている。ヒートパイプ３３は、冷媒Ｒの蒸発と凝縮によって高温部から低温部に熱を移動させる。本実施形態の場合、隣接する第１の熱交換チューブ５２の間に配置されているヒートパイプ３３の上端部と下端部とは、冷媒流入タンク５０と中継タンク５４とに係止されており、隣接する第２の熱交換チューブ５３の間に配置されているヒートパイプ３３の上端部と下端部とは、冷媒流出タンク５１と中継タンク５４とに係止されている。また、各ヒートパイプ３３の外周部には、熱交換を促進するための複数のフィン３５が突設されている。

各ヒートパイプ３３は、内気導入通路１６に臨む位置と外気導入通路１７に臨む位置とに跨るようにエバポレータ１１に取り付けられている。したがって、除湿暖房時等に下方側の内気導入通路１６に暖かい車室２内の空気が導入され、上方側の外気導入通路１７に車外の冷たい空気が導入されると、ヒートパイプ３３内の下方に滞留している冷媒Ｒが気化（蒸発）して内気導入通路１６側の暖かい空気から吸熱するとともに、ヒートパイプ３３内の上方の冷媒が液化（凝縮）して外気導入通路１７側の冷たい空気を加熱する。

エバポレータ１１とヒートパイプ３３の上下方向の略中央部には、図１に示すように、上流側仕切壁１８と下流側仕切壁１９とともに外気の通路部と内気の通路部を仕切る仕切部３８が設けられている。また、エバポレータ１１と、上流側仕切壁１８と下流側仕切壁１９の各間には、空気の漏れを防止するためのシール部材３９が設けられている。
また、空調ユニット１３内のエバポレータ１１の下方位置には、エバポレータ１１部分で発生した凝縮水を空調ユニット１３の外部に排出するためのドレーンポート３６が設けられている。

本実施形態に係る車両用空調装置１０において、冷寒時にフロントガラス４の曇りをとる除湿暖房運転を行う場合には、外気導入通路１７に車外の空気を導入するとともに、内気導入通路１６に車室２内の空気を導入し、その状態において、デフロスタ開口部２１とフット開口部２３とを開閉ダンパ２４ａ，２４ｃによって開口する。なお、このとき第１のエアミックスドア２５ｏと第２のエアミックスドア２５ｉが迂回通路部を閉じることにより、外気導入部２０ｏと内気導入部２０ｉに流入した空気の全量がヒータコア１４を通過することになる。

このとき、外気導入通路１７から導入された車外の空気は、エバポレータ１１に設置されたヒートパイプ３３の上方部分と、その下流側のヒータコア１４の上方部分とを通過してデフロスタ開口部２１からフロントガラス４部分に吹き出される。また、内気導入通路１６から導入された車室２内の空気は、エバポレータ１１に設置されたヒートパイプ３３の下方部分とヒータコア１４の下方部分を通過してフット開口部２３から乗員の足元部分に吹き出される。

デフロスタ開口部２１とフット開口部２３から吹き出される空気は、いずれもヒータコア１４によって温められて車室２内に吹き出されるが、デフロスタ開口部２１から吹き出される空気は外気であり、フット開口部２３から吹き出される空気は車室２内の空気であるため、デフロスタ開口部２１から吹き出される空気の方がフット開口部２３から吹き出される空気よりも低温となる。このため、デフロスタ開口部２１から吹き出される空気はより加熱する必要がある。

しかし、外気導入通路１７から導入された外気は、エバポレータ１１部分においてヒートパイプ３３によって内気導入通路１６を通過した内気と熱交換される。このため、デフロスタ開口部２１から吹き出される空気は、このヒートパイプ３３による熱交換によって効率良く暖められる。したがって、デフロスタ開口部２１からフロントガラス４には、充分に暖められた乾燥した外気が吹き出されることになる。

一方、内気導入通路１６から導入された内気は、エバポレータ１１部分のヒートパイプ３３によって冷却され、内気に含まれている湿気が凝縮水として下方に滴下して、ドレーンポート３６から空調ユニット１３の外部に排出される。これにより、フット開口部２３から吹き出される空気は、エバポレータ１１部分を通過する際に充分に湿度を除去されることになる。

以上のように、本実施形態に係る車両用空調装置１０においては、冷媒の蒸発と凝縮によって高温部から低温部に熱を移動させるヒートパイプ３３が、空調ユニット１３内の内気導入通路１６に臨む位置と外気導入通路１７に臨む位置とに跨るようにエバポレータ１１に一体に取り付けられている。このため、本実施形態に係る車両用空調装置１０においては、冷寒時に除湿暖房を行う場合に、ヒートパイプ３３によって内気導入通路１６と外気導入通路１７の間で熱交換を行わせることにより、車室内の熱を回収しつつ除湿される内気循環空気量を増大させることができ、しかも、ヒートパイプ３３がエバポレータ１１に一体に取り付けられていることから、ヒートパイプ３３を空調通路１５内に容易に、かつコンパクトに設置することができる。

また、本実施形態に係る車両用空調装置１０では、エバポレータ１１の外気導入通路１７との接続部が、エバポレータ１１の内気導入通路１６との接続部の上方側に配置されているため、冷寒時に除湿暖房を行う場合に、高温部がヒートパイプ３３の下方に配置され、低温部がヒートパイプ３３の上方に位置されることになる。このため、ヒートパイプ３３を複雑な構造にすることなく、内気導入通路１６と外気導入通路１７の間で効率良く熱交換を行うことができる。

さらに、本実施形態に係る車両用空調装置１０においては、エバポレータ１１と別体のヒートパイプ３３が、エバポレータ１１の隣接する第１の熱交換チューブ５２（冷媒通路）の間と、隣接する第２の熱交換チューブ５３（冷媒通路）の間に配置されている。このため、本実施形態に係る車両用空調装置１０では、複雑な制御を要しない簡単な構成とすることができるとともに、ヒートパイプ３３がエバポレータ１１の外側に突出するのを避けることができる。したがって、本実施形態に係る車両用空調装置１０を採用した場合には、複雑な制御を要しない構成としつつも、ヒートパイプ３３とエバポレータ１１を併せた外形を小型化することができる。

また、本実施形態に係る車両用空調装置１０は、エバポレータ１１の複数列の冷媒通路がパイプ材である第１の熱交換チューブ５２と第２の熱交換チューブ５３によって構成されているため、エバポレータ１１の構成が簡素化して低コストでの製造が可能になるとともに、仕様の異なるエバポレータで多く部品を共用することができる。

つづいて、図４，図５に示す第２の実施形態について説明する。なお、以下で説明する各実施形態においては、図１〜図３に示した第１の実施形態と共通部分に同一符号を付してある。
図４は、車両用空調装置１１０を車体前後方向に略沿って縦断面にして示した図であり、図５は、図４の車両用空調装置１１０をＶ−Ｖ線に沿って断面にして示した図である。
第２の実施形態に係る車両用空調装置１１０は、基本的な構成は第１の実施形態とほぼ同様であるが、内気導入通路１６と外気導入通路１７を仕切る上流側仕切壁１８（仕切壁）に、内気導入通路１６の内部を通過する空気と外気導入通路１７の内部を通過する空気との間で熱交換を行う伝熱用の複数のフィン４０（伝達部材）が突設されている点が第１の実施形態と大きく異なっている。また、内気導入通路１６の下壁１６ａは、エバポレータ１１方向に向かって下方に傾斜しており、下壁１６ａの端部とエバポレータ１１の間には、ドレーンポート３６に連なるドレーン通路４１が形成されている。内気導入通路１６内で発生した凝結水は、ドレーン通路４１を通ってドレーンポート３６から外部に排出される。
また、外気導入通路１７の外周部には、内気導入通路１６内以外の周域の空気との熱交換を遮断するための断熱材７００が被覆されている。

本実施形態に係る車両用空調装置１１０は、第１の実施形態に係る車両用空調装置１０と同様の基本的な効果を得ることができるうえ、上流側仕切壁１８に伝熱部材である複数のフィン４０が突設されているため、ヒートパイプ３３を通して内気と外気が熱交換される前段階において、上流側仕切壁１８の複数のフィン４０においても、内気と外気の熱交換を行うことができる。したがって、本実施形態に係る車両用空調装置１１０を採用した場合には、車室２内に導入される内気と外気の熱交換効率をより高め、除湿効率も高めることができる。

また、本実施形態に係る車両用空調装置１１０においては、外気導入通路１７の外周部に断熱材７００が被覆されているため、外気導入通路１７内の空気がインストルメントパネル内の空気と熱交換されるのを防ぎ、内気導入通路１６内の内気と外気導入通路１７内の外気との熱交換効率をより高めることができる。

図６は、第３の実施形態に係る車両用空調装置２１０を、車体前後方向に略沿って縦断面にして示した図である。
第３の実施形態に係る車両用空調装置２１０は、基本的な構成は第２の実施形態とほぼ同様であるが、内気導入通路１６の下壁１６ａの端部とエバポレータ１１の間に形成されるドレーン通路２４１の開口面積が大きく、かつ凝縮水によって常時閉塞されない形状とされている点が異なっている。本実施形態の場合、ドレーン通路２４１の一部が、内気導入通路１６内の暖かい空気を凝縮水とともに外部に排出可能な空気排出部２４１ａとされている。

したがって、本実施形態に係る車両用空調装置２１０を採用した場合には、冷寒時に除湿暖房を行うときであっても、ドレーン通路２４１の空気排出部２４１ａを通して車室内の比較的暖かい導入空気が凝縮水とともに排出されることになる。このため、ドレーン通路２４１を通過する凝縮水が凍結するのを防止することができる。

図７，図８は、第４の実施形態に係る車両用空調装置３１０のエバポレータ３１１とヒートパイプ３３３の模式的な断面を示す図である。
第１〜第３の実施形態に係る車両用空調装置１０，１１０，２１０は、エバポレータ１１の隣接する第１の熱交換チューブ５２の間と、隣接する第２の熱交換チューブ５３の間にそれぞれヒートパイプ３３が設置されているが、第４の実施形態に係る車両用空調装置３１０においては、側面視で第１の熱交換チューブ５２と第２の熱交換チューブ５３の間で、かつ、正面視で隣接する第１の熱交換チューブ５２の間（第２の熱交換チューブ５３の間）となる位置に、それぞれヒートパイプ３３３が配置されている。ヒートパイプ３３３は、第１の実施形態のものと同様に、断面略楕円状の金属チューブの内部に所定量の冷媒Ｒが封入されている。

また、ヒートパイプ３３３は、内部に所定量の冷媒Ｒを充填した金属チューブの上部に、冷媒Ｒを内部に封止するための冷媒封止弁４２が設けられている。冷媒封止弁４２は、弁体４２ａがスプリング４２ｂによって閉弁方向に付勢された逆止弁によって構成されており、図８に示すように、冷媒Ｒの充填時に高圧が外部から作用したときにのみ弁体４２ａが開弁方向に変位するようになっている。

本実施形態に係る車両用空調装置３１０は、ヒートパイプ３３３が第１の実施形態のものと若干異なるものの、その他の基本的な構成は第１の実施形態のものとほぼ同様とされている。このため、第１の実施形態とほぼ同様の基本的な効果を得ることができる。
ただし、本発明に係る車両用空調装置３１０においては、エバポレータ３１１と別体のヒートパイプ３３３に、冷媒を内部に封止するための冷媒封止弁４２が設けられているため、ヒートパイプ３３３の冷媒封入時に冷媒封止弁４２を通して容易に冷媒Ｒを充填できるという利点がある。

図９は、第５の実施形態に係る車両用空調装置４１０のエバポレータ４１１の模式的な断面を示す図であり、図１０は、図９のＸ−Ｘ線に沿う断面を示す図である。
上述した第１〜第４の各実施形態は、エバポレータ１１，３１１の上端側に冷媒流入タンク５０と冷媒流出タンク５１が配置されるとともに、下端側に中継タンク５４が配置され、冷媒流入タンク５０と中継タンク５４、中継タンク５４と冷媒流出タンク５１の各間がパイプ材から成る第１の熱交換チューブ５２と第２の熱交換チューブ５３によって接続されている。これに対し、第５の実施形態に係るエバポレータ４１１においては、上端側に冷媒流入孔４５０と冷媒流出孔４５１を有し下端側に中継孔４５４Ａ，４５４Ｂを有する複数のプレート材４５が層状に重ねられ、隣接するプレート材４５の周縁部同士が適宜接合されている。これにより、隣接するプレート材４５の間に、第１の熱交換チューブ４５２や第２の熱交換チューブ４５３、ヒートパイプ４３３等が形成されている。第１の熱交換チューブ４５２は、冷媒流入孔４５０と中継孔４５４Ａとに接続され、第２の熱交換チューブ４５３は、中継孔４５４Ｂと冷媒流出孔４５１とに接続されている。また、中継孔４５４Ａと中継孔４５４Ｂとは図示しない通路孔によって相互に接続されている。
本実施形態の場合、ヒートパイプ４３３は、隣接する第１の熱交換チューブ４５２の間と、隣接する第２の熱交換チューブ４５３の間にそれぞれ配置されている。また、ヒートパイプ４３３には、第１の実施形態と同様に所定量の冷媒Ｒが封入されている。

本実施形態に係る車両用空調装置４１０においては、第１の実施形態とほぼ同様の効果を得ることができるが、エバポレータ４１１が複数のプレート材４５を層状に重ねて構成されているため、エバポレータ４１１の構造をより簡素化し、かつ製造コストの低減を図ることができる。

図１１は、第６の実施形態に係る車両用空調装置５１０のエバポレータ５１１の模式的な断面を示す図である。
本実施形態に係る車両用空調装置５１０は、第５の実施形態と同様に冷媒流入孔４５０，冷媒流出孔４５１，中継孔４５４Ａ，４５４Ｂを有する複数のプレート材４５が層状に重ねられ、隣接するプレート材４５の周縁部同士が適宜接合されて、これらの間に第１の熱交換チューブ４５２と第２の熱交換チューブ４５３が形成されている。また、第１の熱交換チューブ４５２と第２の熱交換チューブ４５３を形成するプレート材４５の背部間には、一つのヒートパイプ５３３が形成されている。
第６の実施形態に係る車両用空調装置５１０の場合、第４の実施形態とほぼ同様の効果を得ることができるうえ、エバポレータ５１１全体をさらに小型化することができる。

図１２は、第７の実施形態に係る車両用空調装置６１０の冷凍サイクルを模式的に示す図である。
本実施形態に係る車両用空調装置６１０は、専用のヒートパイプを備えず、除湿暖房時等の必要時にエバポレータ６１１の一部をヒートパイプとして機能させるようになっている。

冷凍サイクル１２は、冷媒を高圧に圧縮して送り出すコンプレッサ２６と、コンプレッサ２６で圧縮された冷媒を外気と熱交換する室外熱交換器２７と、室外熱交換器２７を通過した冷媒を膨張させる膨張弁２８と、膨張弁２８を通った低温低圧の冷媒を空調空気と熱交換し、空調空気と熱交換した冷媒をコンプレッサ２６に戻すエバポレータ６１１と、を備えている。

また、冷凍サイクル１２は、エバポレータ６１１の下流側の冷媒流路２９ｌに介装され、制御装置３０による制御によって下流側の冷媒流路２９ｌを遮断する遮断弁３１と、その遮断弁３１の遮断動作に応じて上流側の冷媒流路２９ｕの膨張弁２８を閉じる連動機構部３２と、を備えている。また、冷凍サイクル１２のコンプレッサ２６は、制御装置３０によって制御されるようになっている。

なお、本実施形態においては、遮断弁３１と連動機構部３２と膨張弁２８とが、冷凍サイクル１２内を循環する冷媒をエバポレータ６１１の冷媒通路６１１ａ内に封止可能な封止部を構成している。実際に、エバポレータ６１１の冷媒通路６１１ａ内に所定量の冷媒Ｒを封止する場合には、制御装置３０によって遮断弁３１を閉じた状態でコンプレッサ２６を微小時間作動させる。これにより、エバポレータ６１１の冷媒通路６１１ａ内に所定量の冷媒Ｒが充填されると、連動機構部３２が下流側の冷媒流路２９ｌの圧力を感知して膨張弁２８を閉塞し、その結果、冷媒通路６１１ａ内に所定量の冷媒Ｒが封入されることになる。

エバポレータ６１１は、こうして冷媒通路６１１ａ内に冷媒Ｒが封止されると、冷媒通路６１１ａとその内部の冷媒Ｒが、冷媒Ｒの蒸発と凝縮によって高温部から低温部に熱を移動させるヒートパイプ６３３として機能するようになる。本実施形態においては、エバポレータ６１１の冷媒通路６１１ａと、その内部に封止される冷媒Ｒとがヒートパイプ６３３を構成している。

除湿暖房運転を開始するときには、冷凍サイクル１２の遮断弁３１が閉じられた後に、微小時間、冷凍サイクル１２のコンプレッサ２６が作動させられ、エバポレータ６１１の冷媒通路６１１ａ内の圧力が所定圧まで上昇した時点で膨張弁２８が閉じられる。これにより、冷媒通路６１１ａ内に冷媒Ｒが封入され、冷媒通路６１１ａが内部の冷媒Ｒとともにヒートパイプ６３３として機能するようになる。

本実施形態に係る車両用空調装置６１０においては、エバポレータ６１１に接続される冷凍サイクル１２が、冷媒Ｒをエバポレータ６１１の冷媒通路６１１ａ内に封止可能な遮断弁３１と連動機構部３２と膨張弁２８とを有しており、冷寒時の除湿暖房時には、エバポレータ６１１の冷媒通路６１１ａ内に冷媒を封止することにより、これらをヒートパイプ６３３として用いることができる。したがって、この構成を採用した場合には、専用のヒートパイプが不要になるため、部品点数の削減による製造コストの低減と、車両用空調装置６１０のさらなるコンパクト化が可能になる。

なお、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更が可能である。

１０，１１０，２１０，３１０，４１０，５１０，６１０…車両用空調装置
１１，３１１，４１１，５１１，６１１…エバポレータ
１２…冷凍サイクル
１４…ヒータコア
１５…空調通路
１６…内気導入通路
１７…外気導入通路
１８…上流側仕切壁（仕切壁）
２８…膨張弁（封止部）
３１…遮断弁（封止部）
３２…連動機構部（封止部）
３３，３３３，４３３，５３３，６３３…ヒートパイプ
４０…フィン（伝達部材）
２４１…ドレーン通路
２４１ａ…空気排出部
４２…冷媒封止弁
４５…プレート材
５２…第１の熱交換チューブ（パイプ材，冷媒通路）
５３…第２の熱交換チューブ（パイプ材，冷媒通路）
４５２…第１の熱交換チューブ（冷媒通路）
４５３…第２の熱交換チューブ（冷媒通路）
Ｒ…冷媒

Claims (10)

1. 空調空気を冷却するエバポレータと、
   空調空気を加熱するヒータコアと、
   前記エバポレータの通風部の下流側に前記ヒータコアの通風部が配置され、車室内に吹き出される空調空気を生成する空調通路と、
   前記空調通路の前記エバポレータの通風部の上流側に接続されて、前記エバポレータの通風部に車室内の空気を導入する内気導入通路と、
   前記空調通路の前記エバポレータの通風部の上流側に前記内気導入通路と並列に接続されて、前記エバポレータの通風部に車外の空気を導入する外気導入通路と、
   冷媒の蒸発と凝縮によって高温部から低温部に熱を移動させるヒートパイプと、を備え、
   前記ヒートパイプは、前記内気導入通路に臨む位置と前記外気導入通路に臨む位置とに跨るように前記エバポレータに設けられていることを特徴とする車両用空調装置。
2. 前記エバポレータの前記外気導入通路との接続部は、前記エバポレータの前記内気導入通路との接続部の上方に配置され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。
3. 前記エバポレータは、前記内気導入通路側の通風部と前記外気導入通路側の通風部と交差する方向に延出する複数列の冷媒通路を有し、
   前記ヒートパイプは、前記エバポレータの隣接する前記冷媒通路の間に配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の車両用空調装置。
4. 前記ヒートパイプには、冷媒を封止するための冷媒封止弁が設けられていることを特徴とする請求項３に記載の車両用空調装置。
5. 前記エバポレータの複数列の冷媒通路は、パイプ材によって構成されていることを特徴とする請求項３または４に記載の車両用空調装置。
6. 前記エバポレータの複数列の冷媒通路は、相互に接合した複数のプレート材によって構成されていることを特徴とする請求項３または４に記載の車両用空調装置。
7. 前記エバポレータが接続される冷凍サイクルは、内部を循環する冷媒を前記エバポレータの冷媒通路内に封止可能な封止部を有し、
   前記ヒートパイプは、前記封止部によって前記冷媒通路内に冷媒を封止された状態で構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の車両用空調装置。
8. 前記内気導入通路と前記外気導入通路は、仕切壁によって仕切られて隣接して配置されており、
   前記仕切壁には、前記内気導入通路の内部を通過する空気と前記外気導入通路の内部を通過する空気との間で熱交換を行う伝熱部材が設けられていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の車両用空調装置。
9. 前記外気導入通路の外周部には、前記外気導入通路の内部を通過する外気と周域の空気との熱交換を遮断する断熱材が配置されていることを特徴とする請求項８に記載の車両用空調装置。
10. 前記内気導入通路には、車室内の導入空気から生じた凝縮水を外部に排出するためのドレーン通路が設けられ、
    前記ドレーン通路には、車室内の導入空気を前記凝縮水とともに外部に排出する空気排出部が設けられていることを特徴とする請求項８または９に記載の車両用空調装置。

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