JP2019189097A - 車両の空調システム - Google Patents

Abstract

【課題】ヒートパイプの技術を利用して暖房が速やかに行える空調システムを実現する。【解決手段】空調装置７に取り付けられた凝縮器７３、排気管９に取り付けられた蒸発器２５、これら凝縮器７３及び蒸発器２５に接続されて作動液を循環させる循環配管４１を有するヒートパイプサイクル４０、作動液の流動状態を変化させる切替バルブ２３等を備える。エンジン２の作動中に所定の温度条件が成立した場合には、暖房が要求されていない時であっても、作動液が抑制された状態で流動するように、空調制御装置５１が切替バルブ２３を制御する。【選択図】図１３

Description

開示する技術は、車室の暖房にヒートパイプの技術を利用した車両（自動車）の空調システムに関する。

一般に、ヒートパイプとは、内部を減圧した管体に少量の作動液を封入したものをいう。ヒートパイプで、作動液の蒸発と凝縮とを異なる部位で発生させる。そうすることで、作動液が移動し、熱の移動が行える。従って、ヒートパイプは、ヒートポンプと異なり、熱の移動に、ポンプ等の駆動力を要しない。

図１に、ヒートパイプの技術を利用した熱移動サイクル（ヒートパイプサイクル１００）の基本的な構成を示す。例示のヒートパイプサイクル１００は、蒸発器１０１、凝縮器１０２、及びこれらを接続する循環配管１０３で構成されている。凝縮器１０２は、蒸発器１０１よりも高位置に配置される。循環配管１０３は、蒸発器１０１及び凝縮器１０２の各々の上部に接続された、送液用の第１管部１０３ａと、蒸発器１０１及び凝縮器１０２の各々の下部に接続された、返液用の第２管部１０３ｂと、で構成されている。

ヒートパイプサイクル１００の内部は高度に減圧されていて、その内部に適量の作動液（水溶液、アルコール、冷媒等）が封入されている。それにより、蒸発器１０１の下部や第２管部１０３ｂの内部に、作動液が貯留される。

蒸発器１０１に熱が供給されると、その熱によって作動液が気化する。気化によって発生した作動液の蒸気は第１管部１０３ａを通って凝縮器１０２に移動する。凝縮器１０２に移動した作動液の蒸気は、凝縮器１０２で放熱して液化する。液化した作動液は、作動液の蒸気圧や重力の作用により、第２管部１０３ｂを通って蒸発器１０１に移動する。このような蒸発器１０１での吸熱と凝縮器１０２での放熱とにより、作動液がヒートパイプサイクル１００を循環し、熱の移動が行われる。

ヒートパイプの技術を利用した空調システムに関する先行技術としては、例えば特許文献１がある。

特許文献１には、ヒートパイプの技術を利用して、即効で暖房できる暖房装置が開示されている。具体的には、その暖房装置は、高温になったエンジンの冷却水（温水）の一部を保温タンク７に蓄え、冷却水の温度が低い時に、蓄えた温水の熱を利用して暖房が行えるように構成されている。保温タンク７の上流側の温水路８に、プリタンク９が設けられていて、このプリタンク９の内部に、ヒートパイプ１７の第１凝縮部２０が設置されている。ヒートパイプ１７の蒸発部１９は、排気管１８の周囲に設置されている。

保温タンク７及びヒートパイプ１７の内部が異常高圧になるのを防止するため、ヒートパイプ１７に、車外に放熱する第２凝縮部２４が設けられている。保温タンク７の温度が所定温度以上になると、第１凝縮部２０から第２凝縮部２４に管路が切り替わる。

ヒートパイプの技術は利用していないが、暖房を速やかに行える車両用空調装置が、特許文献２に開示されている。具体的には、その車両では、リモコンキースイッチ等にプレ駆動スイッチが設けられている。そのプレ駆動スイッチを操作することで、空調装置は、暖房運転の前に、暖房準備運転を開始する。

暖房準備運転で、外気温等から空調装置が暖房運転の必要があると判断すると、空調装置は、送風機（ブロワ）は停止した状態で、ヒートポンプサイクル、すなわち圧縮機及び循環ポンプを駆動する。それにより、ヒートポンプサイクルを循環する冷媒（熱媒体）が加熱され、冷媒に熱が蓄えられる。そうして、冷媒が所定の温度に達すると、圧縮機を間欠的に駆動し、暖房要求があるまでその状態を維持する。暖房要求があれば、送風機の運転を開始する。それにより、車室に温風が吹き出すので、速やかに暖房が行える。

特開昭６１−２９５１１８号公報 特開２０１７−１００４７６号公報

特許文献１では、ヒートパイプの技術を利用して、排気ガスの熱を車室の暖房に利用している。しかし、蓄えた温水の熱を利用して暖房する仕組みを前提としているため、特許文献１の暖房装置は、規模が大きく構造も複雑である。また、暖房装置専用の部材を新たに設置する必要がある。しかも、保温タンク等、設置に大きなスペースを要する部材もある。

従って、特許文献１の暖房装置を既存の自動車に適用するのは容易でない。また、特許文献１の暖房装置では、排気ガスの熱を暖房に直接利用するのではなく、冷却水の加熱に利用する。従って、熱効率の点でも不利がある。

特許文献２の空調装置では、暖房前の冷媒の蓄熱を行うために、圧縮機及び循環ポンプを駆動する。これら装置の駆動にはエネルギーを要するため、エネルギー効率の点で不利がある。また、事前にプレ駆動スイッチを操作しなければ、暖房準備運転が行えない。従って、利便性に欠ける不利もある。

そこで開示する技術の目的は、ヒートパイプの技術を利用することにより、要求に応じて暖房が速やかに行える空調システムを提供することにある。

ここで開示する技術は、車室の暖房が可能な、車両の空調システムに関する。

前記空調システムは、前記車両の動力を発生させる内燃機関と、前記内燃機関で発生する排気ガスを排出する排気管と、前記車室の内部に臨むように配置され、当該車室の内部に空気を吹き出す空調装置と、前記空調装置に取り付けられた凝縮器、前記排気管に取り付けられた蒸発器、並びにこれら凝縮器及び蒸発器に接続されて作動液を循環させる循環配管を有するヒートパイプサイクルと、前記作動液の流動状態を変化させる熱移動可変装置と、前記熱移動可変装置を制御する制御装置と、を備える。そして、前記内燃機関の作動中に所定の温度条件が成立した場合には、暖房が要求されていない時であっても、前記作動液が抑制された状態で流動するように、前記制御装置が前記熱移動可変装置を制御する。

この空調システムによれば、車室の内部に空気を吹き出す空調装置に凝縮器が取り付けられている。内燃機関で発生する高温の排気ガスを排出する排気管に蒸発器が取り付けられている。そして、これら凝縮器及び蒸発器は、作動液が循環する循環配管によって接続されている。

すなわち、この空調システムには、排気ガスの熱を空調装置に移動させるヒートパイプサイクルが設けられている。従って、この空調システムによれば、排気ガスの熱を直接的に利用して、車室の暖房が効率よく行える。

空調装置本来の暖房は、昇温した、内燃機関の冷却水の熱を利用するのが一般的である。従って、通常、冷却水の温度が低い状態からでは、温風を吹き出すまでに、ある程度の時間を要する。それに対し、この空調システムでは、冷却水の温度が高温になっていなくても温風を吹き出すことができる。従って、暖房が速やかに行える。冷却水を用いないので、内燃機関の予熱も速やかに行える。従って、燃費向上等の面でも優れる。

一方、循環配管が長いと、作動液の放熱によって熱輸送効率が低下し、ヒートパイプサイクルであっても、レスポンスに遅れを生じるおそれがある。

それに対し、この空調システムには、作動液の流動状態を変化させる熱移動可変装置が備えられていて、内燃機関の作動中に所定の温度条件が成立した場合には、暖房が要求されていない時であっても、作動液が抑制された状態で流動するように、制御装置が熱移動可変装置を制御する。

すなわち、この空調システムは、暖房が要求される可能性が高く、作動液が放熱し易いような温度条件が成立した場合には、作動液が抑制された状態で流動、つまり、本来よりも熱移動量が相対的に少ない状態で、ヒートパイプサイクルを作動させる（暖房待機運転）。それにより、循環配管が長くても、暖房の要求後、直ちに暖房が行える。排熱を利用しているので、余計なエネルギーを消費することもない。

前記空調システムはまた、前記排気管は、当該排気管が二股に分岐して構成された、バイパス通路と、前記蒸発器が配置された排熱回収通路とを有し、前記熱移動可変装置が、前記排熱回収通路を流れる排気ガスの流量を変更することによって、前記作動液の流動状態を変更する、としてもよい。

この場合、排熱回収通路を流れる排気ガスの流量を変更することで、必要な量の排熱を、必要なタイミングで簡単に利用できる。排気ガスをバイパス通路に流すこともできるので、排気ガスの良好な掃気性も確保できる。

前記空調システムはまた、前記熱移動可変装置が、排気ガスが流れる経路を、前記バイパス通路及び前記排熱回収通路のいずれか一方に間欠的に切り替えることによって、前記作動液の流動状態を間欠的に変化させる、としてもよい。

この場合、簡単な構成で熱移動可変装置を実現できる。制御も簡素化できる。従って、安定して作動する空調システムが、安価で実現できる。

前記空調システムはまた、前記制御装置が、前記作動液が抑制された状態で流動するように前記熱移動可変装置を制御するのと同時に、前記車室の内部に抑制された状態で空気が吹き出すように、前記空調装置に設けられた送風機を制御する、としてもよい。

作動液の流動性を高めるために送風機を作動させると、温風が車室に吹き出す。暖房を要求していない時に、空調装置から温風が吹き出すと、搭乗者は空調装置の異常と誤解するおそれがある。

そこで、この空調システムは、熱移動可変装置の制御と同時に、送風機の作動も制御し、車室の内部に抑制された状態で空気が吹き出すようにする。それにより、車室の内部に吹き出す温風の勢いが弱まり、搭乗者は温風の吹き出しを認識できなくなる。従って、この場合、搭乗者の誤解を防止しながら作動液の流動性を促進できるので、効果的な暖房待機運転が行える。

前記空調システムはまた、前記車室の内部に抑制された状態で空気が吹き出すように、前記制御装置が、前記送風機を間欠的に作動させる、としてもよい。

この場合、送風機の制御内容を変更するだけで実現できる。従って、暖房が速やかに行える空調システムを安価で実現できる。

前記空調システムはまた、前記制御装置が、外気の温度、室内の温度、及び前記内燃機関の冷却水の温度の少なくともいずれか１つに基づいて、前記所定の温度条件が成立するか否かを判定する、としてもよい。

これら温度であれば、車両に既設の装置を利用して検知できる。従って、空調システムを安価で実現できる。

前記空調システムはまた、前記排気管に、三元触媒を含む１つ以上の排気処理装置が配置され、前記蒸発器が、最も下流側に位置する前記排気処理装置よりも下流側に配置されている、としてもよい。

三元触媒は、適正に機能させるには所定以上の温度が必要である。従って、蒸発器をそのような排気処理装置の上流側に配置すると、循環配管を短くできるが、三元触媒の機能が損なわれるおそれがある。それに対し、この空調システムによれば、循環配管は長くなるが、三元触媒の機能を損なうことがない。

開示する技術によれば、ヒートパイプの技術を利用することにより、要求に応じて暖房が速やかに行える空調システムを実現できる。

ヒートパイプサイクルの概要を説明するための図である。 開示する技術を適用した車両の一例を示す概略図である。 空調装置の構成を示す概略図である。 空調装置の要部を示す概略斜視図である。 車室を構成している隔壁の前下側部分を示す概略斜視図である。 図５における矢印Ａの方向から見た部分の概略斜視図である。 図５における矢印Ｂの方向から見た部分の概略図である。 排気管、ヒートパイプサイクル等、車両の要部を上方から見た概略図である。 排熱回収機構を示す概略斜視図である。 排熱回収通路の概略断面図である。 図１０における矢印Ｃ−Ｃ線での概略断面図である。 空調制御装置、及びこれに入出力する主な装置を示すブロック図である。 空調システムによる、暖房待機運転の制御例を示すフローチャートである。 暖房待機運転の制御例に対応した主な状態量の経時変化を示すグラフである。 （比較例）暖房待機運転を行わない場合の、図１４Ａに相当する図である。

以下、開示する技術の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。ただし、以下の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物あるいはその用途を制限するものではない。

図２に、開示する技術（空調システム）を適用した自動車１（車両）を例示する。この自動車１では、ガソリンを燃料とするエンジン２（内燃機関）が搭載されている。ガソリンの燃焼で動力が発生し、自動車１は走行する。自動車１のボディ３の前後方向（自動車１が直進する方向に対しての前後の方向、以下同様）の中間部位に、搭乗者が乗り込むキャビン４（車室）が配置されている。そのキャビン４の前方に、エンジンルーム５（機関室）が配置されている。

エンジンルーム５には、前輪を駆動するエンジン２が設置されている。すなわち、本実施形態では、一般的な前輪駆動（いわゆるＦＦ方式）の自動車１を例示している。エンジン２の前方には、エンジン２の冷却水（単に冷却水ともいう）を冷却するラジエータ６、及び空調装置７の冷媒を冷却するコンデンサ８が配置されている。

空調装置７は、キャビン４の前側の車幅方向かつ車高方向の中間部位から、キャビン４の内部に臨むように配置されている。空調装置７は、デフロスター（ＤＥＦ）としても利用される。そのため、空調装置７は、キャビン４の前側上部を区画しているフロントガラス３ａの直下に配置されている。空調装置７は、搭乗者の操作に応じて、キャビン４の各所に配置された吹出口から、温度調節された空気（冷風又は温風）を吹き出す。それにより、キャビン４は、冷房及び暖房が可能となっている。

図３、図４に、空調装置７の主な構造を示す。空調装置７の内部には、空気が流れる空調ダクト７０が形成されている。空調ダクト７０の上流端には、１つの導入口７０ａが設けられ、空調ダクト７０の下流端には、ＤＥＦを含む複数（図例では３つ）の導出口７０ｂが、開閉可能な状態で設けられている。これら導出口７０ｂが、上述した吹出口に連通している。この空調ダクト７０の内部に、エバポレータ７１、第１ヒータコア７２、第２ヒータコア７３（凝縮器）、及びエア混合チャンバ７４が、上流側から順に配置されている。

空調装置７の側方には、空調装置７に空気を送り込むブロワ７５（送風機）が付設されている（図５も参照）。ブロワ７５は、空調装置７の作動時に駆動され、外気、又はキャビン４の内部の空気を、導入口７０ａを通じて空調装置７に送り込む。

図３、図４に示すように、エバポレータ７１は、コンプレッサ８１、膨張弁８２など、ヒートポンプサイクル８０を構成する公知の装置とともに、冷媒配管７６を介してコンデンサ８と接続されている。必要に応じて、エバポレータ７１とコンデンサ８との間を、コンプレッサ８１の動力によって冷媒が循環する。コンデンサ８で冷却された冷媒が、エバポレータ７１で吸熱することにより、空調装置７に導入された空気は、冷却及び乾燥される。

ラジエータ６は、冷却水タンク９１、ウォータポンプ９２等の装置が設置されていて、冷却水を循環させる冷却経路９３を介してエンジン２と接続されている。これらにより、エンジン２を冷却する公知の冷却水循環サイクル９０が構成されている。そして、第１ヒータコア７２は、冷却水配管７７を介して冷却経路９３に接続されている。

冷却経路９３と冷却水配管７７との間には、冷却水バルブ９５が設置されている。冷却水バルブ９５が閉じられていると、冷却水は、第１ヒータコア７２に供給されない。冷却水バルブ９５を開くことで、冷却水が第１ヒータコア７２に供給される。従って、エンジン２の作動時には、ウォータポンプ９２の駆動により、冷却水が循環してエンジン２を冷却しており、冷却水バルブ９５を開くことで、その冷却水が、冷却水配管７７を通じて、第１ヒータコア７２を循環する。

エンジン２が始動されて、所定の時間が経過すると、エンジン２は暖まって所定の温度状態で安定するようになる（いわゆる温間時）。その時、冷却水の温度は高温（常温よりも高い温度、例えば６０℃以上）になる。従って、そのような状態の下で、冷却水が循環している第１ヒータコア７２を空気が通過すると、冷却水と熱交換することにより、第１ヒータコア７２が放熱し、その空気は加熱される。

なお、冷却水バルブ９５は必須の構成ではない。車種によっては冷却水バルブ９５が無いタイプもある。そのような自動車では、ウォータポンプ９２が駆動すると、冷却水は、エンジン２及び第１ヒータコア７２の双方を循環する。

第２ヒータコア７３は、ヒートパイプサイクル４０の凝縮器を構成している（ヒートパイプサイクル４０、第２ヒータコア７３については後述）。第２ヒータコア７３は、第１ヒータコア７２を通過した空気が通過するように、第１ヒータコア７２の下流側に隣接して配置されている。エンジン２の作動時に、第１ヒータコア７２を通過した空気が、必要に応じて、第２ヒータコア７３で加熱される。

図３に示すように、第１ヒータコア７２の近傍には、揺動可能なエア混合ドア７８が配置されている。エア混合ドア７８が揺動することで、第１ヒータコア７２の上流側で、エバポレータ７１を通過した空気の一部又は全部が、第１ヒータコア７２及び第２ヒータコア７３をバイパスして流れるように構成されている。

空調装置７の作動時には、第１ヒータコア７２及び第２ヒータコア７３をバイパスした空気、及び第１ヒータコア７２及び第２ヒータコア７３を通過した空気は、エア混合チャンバ７４で混合されて温度調節される。エア混合チャンバ７４で混合された空気は、各導出口７０ｂ及び各吹出口を通じてキャビン４の内部に吹き出される。

図２に示すように、ガソリンの燃焼によってエンジン２で発生する排気ガスは、エンジン２に接続された排気管９を通じて、自動車１の後部から排出される。排気管９は、キャビン４の下側を通過して、エンジンルーム５から後方に延び、その末端が自動車１の後方に臨むように、ボディ３に配置されている。

図５に、空調装置７及び排気管９とともに、キャビン４を区画している隔壁１０の前下側部分を示す。隔壁１０は、ボディ３と一体に設けられるパネル部材や補強部材で構成されており、ダッシュパネル１０ａ（ダッシュロアパネル）、フロアパネル１０ｂ、クロスメンバ１０ｃなどを有している。

ダッシュパネル１０ａは、車幅方向に拡がって車高方向の中間位置から下方を覆うように設置されている。それにより、ダッシュパネル１０ａは、ボディ３の内部にあって、キャビン４の前下部とエンジンルーム５とを区画している。空調装置７は、ダッシュパネル１０ａの内側（キャビン４のある側）の壁面に取り付けられている。

フロアパネル１０ｂは、ダッシュパネル１０ａの下部に連なり、後方に向かって略水平に拡がっている。それにより、フロアパネル１０ｂは、キャビン４の下部を構成している。ダッシュパネル１０ａは、キャビン４と車外とを区画している。ダッシュパネル１０ａの下面は、車外に臨んでいる。

フロアパネル１０ｂの車幅方向の中央部には、前後方向に延びるトンネル部１１（凹部）が設けられている。トンネル部１１は、キャビン４の側に向かって凹んでいる。図６に示すように、トンネル部１１の前端部は、ダッシュパネル１０ａの下部に連なっている。それにより、トンネル部１１の前端部は、ダッシュパネル１０ａの前方のエンジンルーム５に開放されている。

トンネル部１１を横切って車幅方向に延びるように、クロスメンバ１０ｃが、フロアパネル１０ｂの上面に設けられている（図５参照）。クロスメンバ１０ｃは、閉断面構造を形成し、ボディ３の剛性を強化している。

図７にも示すように、排気管９は、キャビン４の下側を前後方向に延びている。排気管９は、トンネル部１１に収容されている。すなわち、排気管９のほとんどが、フロアパネル１０ｂの最下面より上方に位置している。排気管９の前端部分は、ダッシュパネル１０ａに沿うように上方に向かって湾曲し、エンジン２の排気経路に接続されている。

排気管９の前後方向の中間部位には、排気処理装置が付設されている。排気処理装置の多くは、例えば、三元触媒、パーティクルフィルター（ＰＦ）などを含み、ＮＯｘや煤など、排気ガスに含まれる有害物質を除去する機能を有している。

この自動車１では、排気処理装置として、キャビン４の下側に位置する排気管９の中間部位に、三元触媒を含むアンダーフットキャタ１２が配置されている。図示しないが、エンジン２の近傍に位置する排気管９の上端部位にも、三元触媒を含む直キャタリストが配置されている。すなわち、三元触媒を含む排気処理装置としては、アンダーフットキャタ１２が、排気管９の最も下流側に位置している。

排気管９の末端部位には、サイレンサ１３が配置されている（図２参照）。そして、排気管９の、アンダーフットキャタ１２の下流側の部位であって、サイレンサ１３の上流側の部位に、排熱回収機構２０が設けられている。

（排熱回収機構２０）
図８、図９にも示すように、排熱回収機構２０は、排気管９を二股に分岐する排熱回収通路２１及びバイパス通路２２と、切替バルブ２３（熱移動可変装置の一例）とを有している。切替バルブ２３は、これら排熱回収通路２１及びバイパス通路２２の上流側に位置する分岐部位に設置されている。排熱回収通路２１及びバイパス通路２２は、車幅方向に並んだ状態で、トンネル部１１に収容されている。

本実施形態の切替バルブ２３は、排気ガスが流れる経路を、排熱回収通路２１及びバイパス通路２２のいずれか一方に切り替える。すなわち、切替バルブ２３は、排気ガスが排熱回収通路２１を流れる熱回収位置と、排気ガスがバイパス通路２２を流れる熱不回収位置とに切り替える。無通電時の切替バルブ２３は、熱不回収位置に位置するように構成されている。排熱回収通路２１には、熱回収部２５が設けられている。

図１０に、排熱回収通路２１（概略断面図）を示す。排熱回収通路２１は、上流側絞り部２４、熱回収部２５、下流側絞り部２６、を有している。上流側絞り部２４及び下流側絞り部２６は、流路断面が緩やかに小さくなるように形成されていて、熱回収部２５を流れる排気ガスの流速や乱れを緩和する。従って、これら上流側絞り部２４及び下流側絞り部２６により、熱回収部２５での熱交換が安定する。

熱回収部２５は、断面が略矩形に形成されている。熱回収部２５の内部には、熱回収器３０が配置されている。熱回収部２５により、後述するヒートパイプサイクル４０の蒸発器が構成されている。

図１１にも示すように、熱回収器３０は、直方体状の部材からなり、一対のパイプサポート３１，３１と、複数のガスパイプ３２とを有している。各ガスパイプ３２は、中空薄板状の金属製パイプからなる。ガスパイプ３２の内部は、襞状に折れ曲がった金属板（コルゲートフィン）で仕切られている。

各パイプサポート３１は、略矩形の金属板からなる。２つのパイプサポート３１，３１は、互いに間隔を隔てて、熱回収部２５の内部に配置されている。各パイプサポート３１は、排気ガスの流れる方向（ガス流方向ともいう、図１０に白抜き矢印で示す）に面するように配置されている。各パイプサポート３１の外周は、熱回収部２５の内面に、隙間無く固定されている。それにより、各パイプサポート３１の周囲は密閉されている。

各ガスパイプ３２の両端部は、２つのパイプサポート３１，３１に一体的に取り付けられている。各ガスパイプ３２は、各パイプサポート３１を貫通している。各ガスパイプ３２は、互いに僅かな隙間を隔てて平行するように、両パイプサポート３１の間に配置されている。それにより、隣接するガスパイプ３２の間には、上下方向に平行して延びる複数の枝流路３３が形成されている。

熱回収部２５の上部には、液混合室３４が設けられている。液混合室３４は、熱回収器３０の上方に拡がるように形成されている。それにより、各枝流路３３は、ガス流方向の全域にわたって、液混合室３４と連通している。液混合室３４におけるガス流方向の上流側の部位には、上方に突出して幅方向に延びた上側接続室３５が形成されている。この上側接続室３５の前面に、液流出口３６（第１接続部）が設けられている。液流出口３６は、上側接続室３５における幅方向の一端側に偏った部位に配置されている。

熱回収部２５の下部には、下方に突出して幅方向に延びた下側接続室３７が形成されている。各枝流路３３は、ガス流方向の下流側の一部の領域だけを介して、下側接続室３７と連通している。この下側接続室３７における幅方向の他端側（液流出口３６とは反対側）の側面に、液流入口３８（第２接続部）が設けられている。

（ヒートパイプサイクル４０）
この自動車１には、排気ガスの熱をキャビン４の暖房に効率よく利用できるように、ヒートパイプサイクル４０が設けられている。ヒートパイプサイクル４０は、ヒートパイプの技術を利用した熱移動サイクルである。ヒートパイプサイクル４０は、第２ヒータコア７３及び熱回収部２５と、これら第２ヒータコア７３及び熱回収部２５に接続された循環配管４１と、を有している。

第２ヒータコア７３、熱回収部２５、及び循環配管４１の各々の内部は連通している。それにより、これらの内部には、互いに連なって密閉された空間（熱移動空間）が形成されている。熱回収部２５では、下側接続室３７、枝流路３３、液混合室３４、及び上側接続室３５により、熱移動空間が形成されている。

熱移動空間の内部は高度に減圧されている。そして、熱移動空間の内部には、適量の作動液（水溶液、アルコール、冷媒等）が封入されている。それにより、第２配管４１ｂの一部、下側接続室３７、及び枝流路３３の一部に、作動液が貯留されている。なお、この作動液の液量は一例である。

循環配管４１は、第１配管４１ａと、第２配管４１ｂとを有している。第１配管４１ａは、液流出口３６に接続されている。第２配管４１ｂは、液流入口３８に接続されている。第１配管４１ａを通じて、熱回収部２５で気化した作動液が第２ヒータコア７３に送られる。第２配管４１ｂを通じて、第２ヒータコア７３で液化した作動液が熱回収部２５に送られる。

第２ヒータコア７３は、空調装置７の狭い内部に増設されるため、その容量は小さく設計されている。熱回収部２５も、分岐した状態でトンネル部１１に収容される排熱回収通路２１に設けられるため、その容量は小さく設計されている。作動液の量が多いとそれだけ熱容量が増えるため、循環配管４１も、その容量が小さくなるように、細管（例えば、内径が２ｍｍ以上２０ｍｍ以下）で構成されている。すなわち、ヒートパイプサイクル４０は、コンパクトに構成されている。

図６に示すように、ダッシュパネル１０ａにおけるトンネル部１１の上部に隣接した部位には、開口１４が形成されている。図４、図７、図８にも示すように、ダッシュパネル１０ａの内側に、配管接続部７９が設置されている。配管接続部７９は、開口１４を通じて前方のエンジンルーム５に臨んでいる。配管接続部７９は、空調装置７に収容されているエバポレータ７１、第１ヒータコア７２、及び第２ヒータコア７３に接続される配管（冷媒配管７６、冷却水配管７７、循環配管４１）を中継する。

エンジンルーム５に面した配管接続部７９の前面には、第２ヒータコア７３に接続する継手７９ａが設置されている。これら継手７９ａに、熱回収部２５から延びる循環配管４１が接続されている。この実施形態の循環配管４１の主体は、いずれも金属管４２（硬質配管）と、ゴム管４３（軟質配管）とで構成されている。

金属管４２は、熱回収部２５に接続されていて、熱回収部２５からフロアパネル１０ｂの下側を前方に向かって延びている。金属管４２は、排気管９に沿った状態でトンネル部１１に収容されている。特に、第１配管４１ａの金属管４２は、排気管９の上部に沿って延びるように配置されている（図７参照）。すなわち、第１配管４１ａの金属管４２は、排気管９よりもトンネル部１１の奥に配置されている。

第２配管４１ｂの金属管４２は、排気管９の側部に沿って延びるように配置されている。これら金属管４２の前端部は、フロアパネル１０ｂの前端部に位置している。

ゴム管４３の一端は、金属管４２の前端部に接続されている。ゴム管４３は、屈曲された状態で、ダッシュパネル１０ａに沿って延びている。そして、ゴム管４３の他端は、継手７９ａに接続されている。循環配管４１は、ダッシュパネル１０ａ又はフロアパネル１０ｂには支持されず、排気管９と継手７９ａ（配管接続部７９、更には空調装置７）とによって支持されている。

（空調システム５０）
この自動車１では、空調装置７にヒートパイプサイクル４０を組み込み、冷却水と排気ガスの双方の熱が利用できるように、空調システム５０が構成されている。それにより、暖房が、空調装置７のみで行う場合よりも速やかに行えるようになっている。空調システム５０には空調制御装置５１が備えられていて、この空調制御装置５１により、空調システム５０は総合的に制御される。

図１２に、空調制御装置５１の主な構成を示す。空調制御装置５１は、プロセッサ５１ａ、メモリ５１ｂ、インターフェース５１ｃなど、公知のハードウエアと、ハードウエアに実装された制御プログラムや制御データなどのソフトウエアとで構成されている。ソフトウエアはメモリ５１ｂに記憶されており、プロセッサ５１ａがソフトウエアを実行する。

空調制御装置５１には、インターフェース５１ｃを介して、吸気温度センサＳＷ１、水温センサＳＷ２、室内温センサＳＷ３、切替バルブ２３、ブロワ７５、冷却水バルブ９５などの装置が接続されている。図示はしないが、空調制御装置５１には、空調装置７を制御するため、コンプレッサ８１、ウォータポンプ９２、エア混合ドア７８、導出口７０ｂなどの装置も接続されている。

図２に示すように、吸気温度センサＳＷ１は、エンジン２の吸気通路（図示せず）に設置されていて、新気（外気）の温度を検知する。水温センサＳＷ２は、冷却経路９３に設置されていて、冷却水の温度を検知する。室内温センサＳＷ３は、空調装置７に設置されていて、キャビン４の中の温度を検知する。

自動車１の電源がＯＮされると、それ以降、その電源がＯＦＦされるまで、空調制御装置５１には、これらセンサから信号が入力される。そして、空調制御装置５１は、これら信号に基づいて、切替バルブ２３、ブロワ７５、冷却水バルブ９５などの作動を制御する。

（空調システム５０の動作）
自動車１の電源がＯＦＦの時など、常態では、切替バルブ２３は熱不回収位置に位置している。そのため、エンジン２の作動中に発生する排気ガスは、バイパス通路２２を流れて、従来と同様に排気される。従って、ヒートパイプサイクル４０は作動しない。

すなわち、切替バルブ２３が熱不回収位置に位置している時、作動液は、ほとんど循環せずに滞留した状態となっている（不循環状態）。バイパス通路２２には、排気ガスの通気抵抗になる構造は無い。従って、排気ガスがバイパス通路２２を流れる時には、排気ガスの良好な掃気性も得られる。

一方、エンジン２の作動中に搭乗者が空調装置７を操作するなどして、暖房要求があると、ブロワ７５が作動し、キャビン４に空気が吹き出される。そして、切替バルブ２３は、熱回収位置に切り替わる。それにより、排気ガスは、排熱回収通路２１に流れる。排熱回収通路２１に導入された排気ガスは、上流側絞り部２４で流速や乱れが緩和された後、ガスパイプ３２に流入する。

排気ガスがガスパイプ３２を通過する過程で、各枝流路３３に溜まる作動液が排気ガスの熱を吸収して気化し、作動液の蒸気が発生する。作動液の蒸気は、第１配管４１ａを通じて第２ヒータコア７３に移動する。第２ヒータコア７３に移動した作動液の蒸気は、空調装置７に導入される空気に放熱して液化する。第２ヒータコア７３で液化した作動液は、作動液の蒸気圧や重力の作用により、熱回収部２５へ移動する。

すなわち、切替バルブ２３が熱回収位置に切り替わると、排気ガスとの熱交換、及び、空調装置７に導入される空気との熱交換により、作動液は、相変化しながら、循環配管４１を通じて、第２ヒータコア７３と熱回収部２５との間を循環した状態となる（循環状態）。それにより、排気ガスの熱を直接的に利用して、キャビン４の暖房が行える。

空調装置７が元来有している暖房機能では、冷却水との熱交換によって空気を加熱する。そのため、空調装置７のみで暖房を行った場合には、冷却水が暖房できる温度に上昇するまでは、空気を加熱できない。従って、暖房要求があっても、エンジン２の始動時など、冷却水の温度が低い状態からでは、温風を吹き出すまでに、ある程度の時間が必要である。

また、暖房を行うために、エンジン２が暖まっていない状態の下で冷却水を第１ヒータコア７２に供給すると、冷却水が第１ヒータコア７２で放熱して、冷却水の温度上昇が遅くなる。従って、エンジン２が適切な温度状態に達するのが遅れ、燃費向上等の面でも不利がある。

それに対し、この空調システム５０によれば、排気ガスの熱を直接的に利用して、キャビン４の暖房が行える。そのため、冷却水の温度が十分に高温になっていなくても、キャビン４に温風を吹き出すことができる。従って、エンジン２の始動時など、冷却水の温度が低い状態からであっても、暖房が速やかに行える。冷却水を用いずに暖房が行えるので、エンジン２の予熱も速やかに行える。従って、燃費向上等の面でも優れる。

更に、この自動車１では、排気管９にアンダーフットキャタ１２が設置されている。アンダーフットキャタ１２が含む三元触媒は、適正に機能させるには所定以上の温度が必要である。従って、熱回収部２５をアンダーフットキャタ１２の上流側に配置すると、アンダーフットキャタ１２の機能が損なわれるおそれがある。

それに対し、この自動車１では、熱回収部２５がアンダーフットキャタ１２の下流側に配置されている。従って、ヒートパイプサイクル４０で排熱を利用しても、アンダーフットキャタ１２の機能を維持できる。

ところが、アンダーフットキャタ１２など、排熱の利用によって影響を受ける装置が排気管９に設置されている場合に、その装置の下流側に熱回収部２５を配置すると、循環配管４１が長くなる。循環配管４１が長くなると、循環過程で作動液が放熱し易くなるため、熱輸送効率が低下する。

そのため、この空調システム５０においても、暖房要求の直後は、適切な作動液の流動状態が得られずに、キャビン４に温風を吹き出せないおそれがある。特に、寒冷地や極寒季等、外気の温度が非常に低い環境下でのエンジン２の始動時には、そのような状況になり易い。

そこで、この空調システム５０では、エンジン２の作動中に所定の温度条件が成立した場合には、暖房要求がされていない時であっても、作動液が抑制された状態で流動するように構成されている（暖房待機運転）。

具体的には、エンジン２が作動していて所定の温度条件が成立すれば、暖房要求がされていない時であっても、空調制御装置５１は、切替バルブ２３を制御し、排気ガスが流れる経路を、バイパス通路２２及び排熱回収通路２１のいずれか一方に間欠的に切り替える制御を実行する。そうすることにより、作動液の流動状態は、不循環状態と循環状態とに、間欠的に変化する。

所定の温度条件は、暖房が要求される可能性が高く、作動液が放熱し易い温度条件である。すなわち、環境温度が適温（常温）よりも低い時（例えば、１０℃以下や０℃以下）が相当する。その判断には、直接的には、外気の温度が利用できる。暖房前であれば室内の温度も利用できる。エンジン２の始動前であれば、冷却水の温度も利用できる。これら温度であれば、既設のセンサＳＷ１〜ＳＷ３を利用して検知できる。従って、空調システム５０を安価で実現できる。

暖房要求がされていない時に、ヒートパイプサイクル４０を作動液が間欠的に流動していれば、抑制された状態（本来よりも相対的に少ない状態）で、常に、熱移動が行われる。従って、外気の温度が低い環境下であっても、暖房要求の直後に、ヒートパイプサイクル４０を利用して、キャビン４に温風を吹き出すことができる。

暖房待機運転の際、作動液の流動を促進させるためには、ブロワ７５は作動させるのが好ましい。ブロワ７５が作動すれば、第２ヒータコア７３で作動液の液化が促進され、作動液の流動性が高まる。

ところが、ブロワ７５を作動させると、温風がキャビン４に吹き出す。暖房要求がされていない時に、空調装置７から温風が吹き出すと、搭乗者が空調装置７の異常と誤解し、搭乗者に不安を与えるおそれがある。

そこで、この空調システム５０では、空調制御装置５１が、切替バルブ２３の間欠的な切り替え制御と同時に、ブロワ７５の作動も制御し、キャビン４の内部に抑制された状態で空気が吹き出すようにしている。具体的には、空調制御装置５１は、切替バルブ２３が間欠的に排熱回収通路２１に切り替わるタイミングに同期して、ブロワ７５も間欠的に作動させる。

ブロワ７５を連続的に作動させると、空調装置７から温風がキャビン４に強く吹き出すが、間欠的に作動させれば、空調装置７からキャビン４に吹き出す温風の勢いが弱くなる。その結果、空調装置７から温風が吹き出しても、搭乗者はそれを認識できなくなる。従って、この空調システム５０では、搭乗者が空調装置７の異常と誤解するのを防止しながら、第２ヒータコア７３で作動液の液化を促進できるので、効果的な暖房待機運転が行える。

その際、空調制御装置５１が、各導出口７０ｂを開閉制御し、キャビン４の下方に向けて吹き出す吹出口やフロントガラス３ａに向けて吹き出す吹出口など、搭乗者を避けて空気を吹き出す吹出口にのみ通じる導出口７０ｂを開くように制御してもよい。

（暖房待機運転の制御例）
図１３、図１４Ａを参照して、暖房待機運転の制御例を示す。この制御例は、寒冷地において冷めた状態（いわゆる冷間時）からエンジン２を始動した時の制御を示している。

図１４Ａの上段のグラフ（ａ）は、冷却水の温度の経時変化を示している。図１４Ａの中段のグラフ（ｂ）は、切替バルブ２３及びブロワ７５の作動状態を示している。グラフ（ｂ）の「Ａ」は、切替バルブ２３が熱回収位置に位置し、ブロワ７５が作動している状態を示している。グラフ（ｂ）の「Ｂ」は、切替バルブ２３が熱不回収位置に位置し、ブロワ７５が作動していない状態を示している。そして、図１４Ａの下段のグラフ（ｃ）は、ヒートパイプサイクル４０を流れる作動液の液温の経時変化を示している。なお、各図の時間的なタイミングは一致するように示している。

自動車１の電源がＯＮになると、吸気温度センサＳＷ１、水温センサＳＷ２、及び室内温センサＳＷ３から空調制御装置５１に検出信号が入力される。そして、エンジン２が始動されると、それに伴って排気ガスが排気管９を通じて排出され、冷却水は徐々に温度が上昇していく。この時、切替バルブ２３は、熱不回収位置にあるため、排気ガスはバイパス通路２２を通じて排出される。従って、ヒートパイプサイクル４０は作動せず、作動液は不循環状態となっている。

またこの時、冷却水バルブ９５は閉じられている。それにより、エンジン２で発生する熱は、冷却水の温度上昇に用いられ、エンジン２は、速やかに予熱される。

そして、図１３に示すように、空調制御装置５１は、吸気温度センサＳＷ１、水温センサＳＷ２、及び室内温センサＳＷ３の少なくともいずれか１つで検出される検出温度Ｔ（外気温度、室内温度、又は冷却水温度）に基づいて、所定の温度条件が成立するか否かを判断する（ステップＳ１）。その温度条件は、任意に設定できる。例示の制御では、図１４Ａのグラフ（ａ）に示すように、冷却水の温度Ｔが、常温Ｔｎよりも低い設定温度Ｔｓ以下か否かで判断している。

そして、所定の温度条件が成立した場合には（ステップＳ１でＹｅｓ）、空調制御装置５１は、切替バルブ２３及びブロワ７５を間欠的に作動させ、暖房待機運転を行う（ステップＳ２）。その切替間隔や作動時間は、任意に設定できる。例示の制御では、切替バルブ２３及びブロワ７５の作動状態がＡの状態とＢの状態と同じ時間で交互に切り替わるようにしている。

それにより、作動液は抑制された状態で流動するため、図１４Ａのグラフ（ｃ）に示すように、作動液の温度が、本来よりも抑制された状態で上昇する。

一方、所定の温度条件が成立しない場合には、空調制御装置５１は、暖房待機運転は行わない（ステップＳ１でＮｏ）。例えば、環境温度が適温より高く、暖房が要求される可能性が無いような場合が相当する。

空調制御装置５１は、暖房要求があるか、エンジン２が充分に暖まって冷却水だけで暖房ができるようになるまで、暖房待機運転を継続する。

そして、エンジン２が充分に暖まる前に、暖房要求があると（ステップＳ３，図１４Ａにおいてｔｄで示す時）、空調制御装置５１は、切替バルブ２３を熱回収位置に保持し、ブロワ７５を連続的に作動させる（ステップＳ４）。それにより、ヒートパイプサイクル４０は、最適な状態で作動し、効率的な熱移動が行われる（暖房正常運転）。

それにより、ヒートパイプサイクル４０による熱移動が更に促進され、作動液の温度は、直ちに、作動時本来の最適な温度に移行する。その結果、レスポンスの遅れをほとんど生じることなく、暖房要求に応じて暖房が速やかに行える。

比較のため、図１４Ｂに、暖房待機運転を行わない場合での制御例を示す。暖房要求（図１４Ｂにおいてｔｄで示す時）があった後に、空調制御装置５１は、切替バルブ２３を熱回収位置に切り替えてブロワ７５を作動させる。従って、作動液の温度は、そのタイミングから徐々に上昇を開始するので、最適な温度に移行するまでに時間を要し、その結果、レスポンスの遅れが生じ、暖房要求に応じて暖房が速やかに行えない（タイムラグがある）。

図１４Ａに、この暖房待機運転を行わない場合での制御例を破線で示す。暖房待機運転を行うことで、暖房要求後の作動液の温度を短時間で最適な温度に移行できるようになる。

なお、冷却水の温度がある程度高まれば、第１ヒータコア７２によっても熱交換が可能になる。その場合、空調制御装置５１は、暖房待機運転中に、冷却水バルブ９５を開くように制御してもよい。そうすれば、より効果的な暖房が行える。

なお、開示する技術は、上述した実施形態に限定されず、それ以外の種々の構成をも包含する。

熱移動可変装置は、切替バルブ２３に限らない。バイパス通路２２と排熱回収通路２１とを切り替えることができるものであればよい。

また、実施形態では、暖房待機運転で、切替バルブ２３を間欠的に切り替える場合を例示したが、それに限らない。切替バルブ２３の開度が制御できる場合には、排気ガスの一部が、排熱回収通路２１を流れるように、排気ガスの流量を制御してもよい。要は、作動液が抑制された状態で流動すればよい。

ブロワ７５の作動も同様である。暖房待機運転で、ブロワ７５を間欠的に作動させる場合を例示したが、それに限らない。ブロワ７５の出力が制御できる場合には、空気の流動が弱くなるように、ブロワ７５の出力を制御してもよい。要は、キャビン４の内部に空気が抑制された状態で吹き出せばよい。

暖房待機運転は、エンジン２の始動時に限らない。環境温度が低いと、エンジン２が短期間停止しただけでも、作動液や冷却水の温度が大きく低下する場合がある。暖房待機運転は、そのような場合にも行うことができる。

上述したように、冷却水バルブ９５は必須でない。冷却水バルブ９５が無い場合にも、開示する技術は適用できる。

開示する技術が適用できる車両は、ガソリンエンジン２で駆動するものに限らない。ディーゼルエンジン２を搭載した自動車１、又は、エンジン２とモータとを併用した電気自動車１にも、開示する技術は適用できる。要は、運転時に排気ガスを排出する車両であればよい。

車両の駆動方式は、ＦＦに限らず、ＦＲ、ＲＲ、ＭＲでもよい。すなわち、エンジン２の配置は、車両の前部に限らない。排気管９には、ＮＯｘ吸収還元触媒（ＮＳＣ）、尿素選択還元触媒（ＳＣＲ）、排気ガスを再循環させる外部ＥＧＲなどの排気処理装置が設置されていてもよい。

１ 自動車（車両）
２ エンジン（内燃機関）
４ キャビン（車室）
７ 空調装置
９ 排気管
１０ 隔壁
１１ トンネル部
１２ アンダーフットキャタ
２０ 排熱回収機構
２１ 排熱回収通路
２２ バイパス通路
２３ 切替バルブ（熱移動可変装置）
２５ 熱回収部（蒸発器）
３２ ガスパイプ
３３ 枝流路
３６ 液流出口
３８ 液流入口
４０ ヒートパイプサイクル
４１ 循環配管
４１ａ 第１配管
４１ｂ 第２配管
４２ 金属管
４３ ゴム管
７３ 第２ヒータコア（凝縮器）

Claims (7)

1. 車室の暖房が可能な、車両の空調システムであって、
   前記車両の動力を発生させる内燃機関と、
   前記内燃機関で発生する排気ガスを排出する排気管と、
   前記車室の内部に臨むように配置され、当該車室の内部に空気を吹き出す空調装置と、
   前記空調装置に取り付けられた凝縮器、前記排気管に取り付けられた蒸発器、並びにこれら凝縮器及び蒸発器に接続されて作動液を循環させる循環配管を有するヒートパイプサイクルと、
   前記作動液の流動状態を変化させる熱移動可変装置と、
   前記熱移動可変装置を制御する制御装置と、
   を備え、
   前記内燃機関の作動中に所定の温度条件が成立した場合には、暖房が要求されていない時であっても、前記作動液が抑制された状態で流動するように、前記制御装置が前記熱移動可変装置を制御する、車両の空調システム。
2. 請求項１に記載の車両の空調システムにおいて、
   前記排気管は、当該排気管が二股に分岐して構成された、バイパス通路と、前記蒸発器が配置された排熱回収通路とを有し、
   前記熱移動可変装置が、前記排熱回収通路を流れる排気ガスの流量を変更することによって、前記作動液の流動状態を変更する、車両の空調システム。
3. 請求項２に記載の車両の空調システムにおいて、
   前記熱移動可変装置が、排気ガスが流れる経路を、前記バイパス通路及び前記排熱回収通路のいずれか一方に間欠的に切り替えることによって、前記作動液の流動状態を間欠的に変化させる、車両の空調システム。
4. 請求項１〜３のいずれか１つに記載の車両の空調システムにおいて、
   前記制御装置が、前記作動液が抑制された状態で流動するように前記熱移動可変装置を制御するのと同時に、前記車室の内部に抑制された状態で空気が吹き出すように、前記空調装置に設けられた送風機を制御する、車両の空調システム。
5. 請求項４に記載の車両の空調システムにおいて、
   前記車室の内部に抑制された状態で空気が吹き出すように、前記制御装置が、前記送風機を間欠的に作動させる、車両の空調システム。
6. 請求項１〜５のいずれか１つに記載の車両の空調システムにおいて、
   前記制御装置が、外気の温度、室内の温度、及び前記内燃機関の冷却水の温度の少なくともいずれか１つに基づいて、前記所定の温度条件が成立するか否かを判定する、車両の空調システム。
7. 請求項１〜５のいずれか１つに記載の車両の空調システムにおいて、
   前記排気管に、三元触媒を含む１つ以上の排気処理装置が配置され、
   前記蒸発器が、最も下流側に位置する前記排気処理装置よりも下流側に配置されている、車両の空調システム。

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