JP3701927B2

JP3701927B2 - 車両用空調装置

Info

Publication number: JP3701927B2
Application number: JP2002177178A
Authority: JP
Inventors: 浩一貝山; 稔井戸; 淳也太田; 淳司後藤
Original assignee: Denso Corp; Keihin Corp
Current assignee: Denso Corp; Keihin Corp
Priority date: 2002-06-18
Filing date: 2002-06-18
Publication date: 2005-10-05
Anticipated expiration: 2022-06-18
Also published as: US20030230395A1; JP2004017853A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、蒸発器および加熱器を用いることによって車両内の空調を行う車両用空調装置に関し、特に、加熱器に接続される温水流出管路および温水流入管路が蒸発器の上下に配設される車両用空調装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来技術に係る車両用空調装置１００を図５を参照しながら説明する。車両用空調装置１００は、蒸発器１０２および加熱器１０４を用いて車室内の空気温度および湿度を調整する。具体的には、蒸発器１０２は、通過する空気を冷媒の蒸発気化熱を利用して冷却し、加熱器１０４は、通過する空気をエンジンで加熱された温水（冷却水）を利用して加熱する。エンジンで加熱された温水は温水流入管路１０６によって加熱器１０４に導かれ、熱交換を行った温水は温水流出管路１０８から送出される。一般的な車両では、図５における蒸発器１０２より右方にエンジンが配置されている。従って、加熱器１０４に接続されている温水流入管路１０６および温水流出管路１０８は、蒸発器１０２の近傍を経由した配管経路となっている。加熱器１０４は、ラジエータ系統と連係していて温水は共用で用いられる。
【０００３】
空気の温度および湿度の両方を調整する場合、車両用空調装置１００内に吸入した空気をまず蒸発器１０２で冷却し、その後加熱器１０４で加熱することとなる。従って、空気の流れをスムーズにするために、蒸発器１０２と加熱器１０４は略平行でしかも接近した箇所に配設されている。
【０００４】
また、蒸発器１０２および加熱器１０４とも一種の熱交換器であるから、熱交換の効率上、比較的広い面積を有している。蒸発器１０２および加熱器１０４とも比較的面積が広いので、レイアウトの都合上、略縦置きとすることが多い。蒸発器１０２は、交換可能であることが望ましく、車両用空調装置１００の本体に対して横方向（図５の矢印Ａ方向）にスライドして抜き差し可能な構造となっているものがある。
【０００５】
蒸発器１０２を横方向へスライドさせる際、温水流入管路１０６および温水流出管路１０８は、スライド動作の支障とならないように、一般的に、温水流入管路１０６および温水流出管路１０８は、蒸発器１０２の下側を経由している。
【０００６】
一般的に、温水流入管路１０６は加熱器１０４の下方に接続され、温水流出管路１０８は加熱器１０４の上方に接続されている。このようにすると、温水流入管路１０６に混入した空気が加熱器１０４に流入しても、空気の比重は冷却水よりも非常に小さいので、自然と上方へ浮き上がり、温水の流れによって温水流出管路１０８へ排出させることができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
加熱器１０４内の上方に空気が滞留する場合、この空気は温水の流れによって温水流出管路１０８へ排出される。しかしながら、加熱器１０４と温水流出管路１０８との接合部１１０において、温水流出管路１０８は、下方に向けた配管経路となっているため、加熱器１０４の上方に滞留する空気は速やかに排出されるとは限らない。特に、接合部１１０の内部は、シーリング構造等を有する比較的複雑な構造となっており、この部分で空気が長時間滞留する事態が惹起される。また、冷却水を交換する際に空気が混入するので、加熱器１０４の上方にも空気が滞留しやすい。
【０００８】
接合部１１０の近辺で空気が滞留すると、温水の流れによって異音を発することとなり、車両の搭乗者に対して不快感または不安感を与えかねない。滞留する空気の量が非常に多い場合、加熱器１０４における熱交換の効率が低下する。
【０００９】
従って、加熱器１０４内の滞留空気を十分に除去する必要があるが、この滞留空気を排出させるためには、系統に設けられたウォータポンプを長時間駆動させる必要がある。
【００１０】
本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、加熱器に空気が滞留することを防止し、冷却水の交換を短時間で行う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。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る車両用空調装置は、通過する空気を、冷媒の蒸発により冷却する蒸発器と、通過する空気を、エンジンにより加熱された温水によって熱交換して加熱する略縦置きの加熱器と、前記エンジンから前記加熱器の温水流入口に温水を導く温水流入管路と、熱交換を行った温水を前記加熱器の温水流出口から送出する温水流出管路とを備える車両用空調装置において、前記温水流出口は、前記温水流入口より上方に設けられ、前記温水流出管路と前記温水流出口との接合部では、前記温水流出管路が前記温水流出口を基準として水平または水平より上方へ向けて設定され、前記温水流出管路は、前記蒸発器の上方を経由して前記エンジンに接続され、前記温水流入管路は、前記蒸発器の下方を経由して前記エンジンに接続されることを特徴とする。
【００１２】
このように温水流出管路が温水流出口を基準として水平または水平より上方へ向けて設定されているので、加熱器に空気が滞留しにくくなり、冷却水の交換を短時間で行うことができる。また、温水流出管路及び温水流入管路を、蒸発器の上方及び下方を経由して前記エンジンに接続することで、温水流出管路が蒸発器の交換時等に支障とならない。
【００１３】
前記温水流入管路と前記温水流入口との接合部では、前記温水流入管路が前記温水流入口を基準として水平または水平より下方へ向けて設定されるようにしてもよい。このようにすることで、温水流入管路に空気が滞留しにくくなる。
【００１４】
また、前記蒸発器が略縦置き構造配置であると、該蒸発器と前記加熱器とが略平行となり、温度調整する空気が通過し易い。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る車両用空調装置について好適な実施の形態を挙げ、添付の図１〜図４を参照しながら説明する。
【００１６】
図１に示すように、本実施の形態に係る車両用空調装置１０は、車両１２の車室内空気の温度および湿度を調整する装置であり、車両１２におけるフロントコンソール１４の内部に設けられている。車両用空調装置１０は、内気または外気を選択して送給するブロアファン（図示せず）と、該ブロアファンから送給される空気を、冷媒の蒸発により冷却および除湿する蒸発器（エバポレータともいう）１６と、エンジン１８の冷却水を導いて熱交換し、空気を加熱する加熱器（ヒータコアともいう）２０と、エンジン１８から加熱器２０に温水を導く温水流入管路２２と、熱交換を行った温水を加熱器２０からエンジン１８に送出する温水流出管路２４とを有する。温水流入管路２２は、蒸発器１６の下方を経由してエンジン１８に接続されている。温水流出管路２４は、蒸発器１６の上方を経由してエンジン１８に接続されている。なお、「温水」とは、冷却水がエンジン１８の廃熱によって加熱された状態を意味する。以下、低温時の冷却水を「冷却水」、高温時の冷却水を「温水」と区別して表記する。
【００１７】
また、車両用空調装置１０は、図示しない圧縮機（コンプレッサともいう）、凝縮器（コンデンサともいう）および膨張弁（エキスパンションバルブともいう）を有する。蒸発器１６で蒸発した冷媒は、圧縮機で圧縮された後、凝縮器で液化する。液化した冷媒は、膨張弁で霧状となり蒸発器１６へ戻って循環する。
【００１８】
さらに、車両用空調装置１０は、蒸発器１６を通った空気のうち加熱器２０へ導入する量を調整するエアミックスドア２６と、空気の流路を変えることにより３つの吹出口、つまり、デフロスタ吹出口２８、フェイス吹出口２９およびフット吹出口３０を選択することのできる２つの切換ドア３２および３４を有する。
【００１９】
ブロアファンから送給される空気はまず蒸発器１６前面の空間３３に導入され、蒸発器１６を通った後エアミックスドア２６によって流れが制御される。エアミックスドア２６の開度により、空気の一部または全ての空気が加熱器２０に導かれる。また、エアミックスドア２６を全閉とすると、空気を加熱器２０に対して遮断することができる。
【００２０】
エアミックスドア２６を全開して蒸発器１６を通った全ての空気を加熱器２０に導入する場合、加熱器２０を通った空気は、第１空気流通路３６を経由し上方へ導かれ、第１空気流通路３６の出口空間部である空間３７に至る。一方、エアミックスドア２６を全閉とする場合、蒸発器１６を通った空気は、加熱器２０に供給されることなく、空間３７に直接導かれる。空間３７に導かれた空気は、切換ドア３２および３４の開度に応じてデフロスタ吹出口２８および／またはフェイス吹出口２９から送気される。また、切換ドア３２および３４の開度に応じて、空気の一部または全ての空気は第２空気流通路３８に導かれ、フット吹出口３０から送気される。デフロスタ吹出口２８に導かれた空気は、ダクト４０を通りフロントガラス４１に向けて送気される。フェイス吹出口２９に導かれた空気は、ダクト４２およびベンチグリル４４を通って車室内に送気される。フット吹出口３０に導かれた空気は、図示しないダクトを通り搭乗者の足元に向けて送気される。
【００２１】
車両用空調装置１０を構成する第２空気流通路３８の隔壁は、比較的薄い樹脂板４６で構成されていて、この樹脂板４６の車室内側近傍には、フロントコンソール１４に取り付けられたラジオ類４８が存在する。樹脂板４６は、例えばポリプロピレンで成型されている。
【００２２】
図２に示すように、温水流入管路２２は樹脂製の第１保護カバー５０および第２保護カバー５２によって覆われている。温水流出管路２４は、一部が断熱材５４で覆われている。これらの第１保護カバー５０、第２保護カバー５２および断熱材５４により、人（搭乗者またはメンテナンス員）が誤って温水流入管路２２または温水流出管路２４に直接触れることが防止される。
【００２３】
車両用空調装置１０の車室内側の樹脂板４６で、ラジオ類４８（図１参照）に近い面５６の周縁には溝５８が形成されている。溝５８の部分の肉厚は、樹脂板４６の強度上十分な厚みがあり、樹脂板４６は通常走行時の振動や疲労に耐え得る。
【００２４】
溝５８は、縦横に配設されて格子形状となっており、縦横の溝５８に囲まれた複数のブロック６０が形成されている。面５６の略中央で、ラジオ類４８に最も近い箇所には比較的小さい突起６２が設けられている。
【００２５】
図３に示すように、温水流入管路２２の端部２２ａは、加熱器２０の側面における最下部の温水流入口７０に接続されている。端部２２ａは、温水流入口７０に水平に接続されている。端部２２ａは、水平より下方に向けて接続されていてもよい。温水流出管路２４の端部２４ａは、加熱器２０の側面における最上部の温水流出口７２に接続されている。端部２４ａは、温水流出口７２に対して上方に向けて接続されている。端部２４ａは、水平より上方に向けて接続されていればよい。
【００２６】
図４に示すように、温水流入口７０から流入した温水は、加熱器２０の下辺に沿った下部流路７４に導入された後、上下方向に延在する複数の細管７６を通って上方に流れる。上方に流れた温水は、加熱器２０の上辺に沿った上部流路７８に至り、温水流出口７２を通過して温水流出管路２４に送出される。
【００２７】
複数の細管７６の相互間には相互の細管７６に接触する波形のフィン８０が設けられている。車両用空調装置１０で温度調整される空気は、フィン８０の隙間を通るときに加熱される。
【００２８】
前記のとおり、車両用空調装置１０は、車両１２内の空気を加熱するためにエンジン１８の廃熱を用い、加熱器２０により熱交換を行う。エンジン１８の廃熱を加熱器２０へ導く冷却水としては、水または専用クーラント液が使用される。冷却水は、エンジン１８で加熱されて温水となり、ウォータポンプ（図示せず）によって加熱器２０およびラジエータ（図示せず）に導入される。この冷却水は、所定期間ごとに交換することが望ましい。
【００２９】
次に、このように構成される車両用空調装置１０において、加熱器２０の内部の冷却水を交換する手順について図４を参照しながら説明する。
【００３０】
冷却水を交換する場合には、まず、所定のドレンコックを開いて古い冷却水を排出する。これにより、加熱器２０、温水流入管路２２および温水流出管路２４から冷却水が排出されて空気が流入する。冷却水を排出後、ドレンコックを閉じる。
【００３１】
次に、所定の冷却水注入口（例えば、ラジエータキャップ等）から新しい冷却水を注入する。注入された冷却水は、まず下方に配設されている温水流入管路２２に満たされる。温水流入管路２２は、蒸発器１６の下方を経由していて、その端部２２ａは、温水流入口７０と水平に接続されているので、温水流入管路２２および端部２２ａには空気が滞留せず冷却水が充満する。
【００３２】
さらに、冷却水は、温水流入口７０から加熱器２０の内部にも流入し、冷却水の液面は下部流路７４、細管７６および上部流路７８へと上昇する。
【００３３】
冷却水は、上部流路７８を略充満した後、温水流出口７２から温水流出管路２４に出る。このとき、温水流出口７２と接合している温水流出管路２４の端部２４ａは、温水流出口７２を基準として上方へ向けて設定されているので、この端部２４ａにおいて空気が閉じ込められることがなく、冷却水の液面はスムーズに上昇する。
【００３４】
なお、上部流路７８における出口付近の管路収縮部８２や、温水流出口７２と端部２４ａとの接続隙間部８４などの細部には極く微量の空気が滞留空気として残ることがある。
【００３５】
冷却水の液面は、温水流出管路２４の端部２４ａ内を上昇する。このとき、温水流出管路２４の他端部２４ｂ（図３参照）においても冷却水の液面が上昇する。従って、温水流出管路２４の最上部２４ｃには空気が閉じ込められることとなり滞留空気として残る。
【００３６】
冷却水注入口の縁まで冷却水が満たされた時点で冷却水の注入を止める。
【００３７】
次に、ウォータポンプを駆動し、注入した新しい冷却水を循環させて滞留空気を抜く作業、いわゆるエア抜き作業を行う。加熱器２０においては、ウォータポンプの作用下に冷却水が温水流入口７０から下部流路７４に流入し、細管７６および上部流路７８を経由して温水流出管路２４に流出する。温水流出口７２の付近では、管路収縮部８２および接続隙間部８４にある微量の滞留空気が冷却水の流れに巻き込まれて温水流出管路２４に排出される。このとき、滞留空気は、冷却水の流れに従って移動し、一旦、温水流出管路２４の端部２４ａに達した後は比重差により自然に上方へ排出される。管路収縮部８２や接続隙間部８４と端部２４ａとの距離は短距離であるので、滞留空気は端部２４ａまで容易に移動可能である。従って、冷却水の流れが乱流や渦を含む流れである場合でも、滞留空気は速やかに排出される。また、温水流出口７２近辺における滞留空気の一部が排出されない場合でも、その量は極めて微量である。
【００３８】
さらに、温水流出管路２４の最上部２４ｃ（図３参照）には、当初、比較的多量の滞留空気があるが、ウォータポンプの作用下に冷却水が循環することにより、この最上部２４ｃにおける滞留空気は速やかに排出される。なぜなら、温水流出管路２４は、金属管を曲げ加工により製作したものであるので、管路内は突起や段差のないスムーズな面となっており、冷却水および滞留空気がともに流れ易い。従って、滞留空気は冷却水の流れによって速やかに排出されることとなる。
【００３９】
また、前記のとおり温水流入管路２２およびその端部２２ａには空気が滞留しないので、加熱器２０に新たに空気が混入することがなく好適である。仮に、温水流入管路２２やその前段側に空気が微少量存在していても、該空気は、加熱器２０に流入した後、温水流出口７２および温水流出管路２４を通って速やかに排出される。
【００４０】
次に、温水流出管路２４から排出された空気は、冷却水注入口に到達し、冷却水注入口における冷却水の液面が低下する。液面低下に合わせて冷却水を補充してエア抜きおよび冷却水の交換作業を終了する。
【００４１】
このように本実施の形態に係る車両用空調装置１０によれば、冷却水の交換時において、新しい冷却水を注入した当初、加熱器２０内に滞留する空気が非常に少ない。管路収縮部８２および接続隙間部８４にある微量の滞留空気も冷却水の循環によって速やかに排出される。温水流出管路２４の内部には突起および段差がないので、最上部２４ｃに閉じ込められる滞留空気も冷却水の循環によって速やかに排出される。従って、冷却水の交換作業、特にエア抜き作業を短時間で行うことができる。
【００４２】
温水流出口７２の近辺には、滞留空気がなくなるので、車両用空調装置１０を運転して温水が流れる際に、滞留空気に起因する異音の発生がない。温水流出口７２の近辺に滞留空気が残る場合でも、その量は極めて微量であるので、異音の発生はない。また、加熱器２０は、内部に空気がないことから高効率で熱交換を行うことができる。
【００４３】
仮に、温水流出管路２４の最上部２４ｃに滞留空気が残る場合も、温水流出管路２４の内部はスムーズな面となっているので、この面に沿って滞留空気が運動をしてもほとんど異音を発生しない。
【００４４】
さらに、車両用空調装置１０によれば、温水流入管路２２は蒸発器１６の下方を経由していて、温水流出管路２４は蒸発器１６の上方を経由しているので、蒸発器１６を横方向へスライド移動させる際、温水流入管路２２および温水流出管路２４は移動動作の支障とならない。従って、蒸発器１６の交換が容易である。
【００４５】
なお、冷却水を注入する冷却水注入口は、温水流出管路２４の最上部２４ｃよりも高い位置に設けると、加熱器２０、温水流入管路２２および温水流出管路２４に冷却水を確実に充填することができる。冷却水注入口は、温水流出管路２４の最上部２４ｃの箇所に設けてもよい。
【００４６】
本発明に係る車両用空調装置は、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。
【００４７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る車両用空調装置によれば、加熱器およびその接続管路内に空気が滞留することを防止し、冷却水の交換を短時間で行うとともに、蒸発器を容易に交換できるという効果を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態に係る車両用空調装置およびその周辺部の概略断面図である。
【図２】本実施の形態に係る車両用空調装置の一部分斜視図である。
【図３】加熱器、温水流入管路および温水流出管路の斜視図である。
【図４】加熱器、温水流入管路の端部および温水流出管路の端部の正面断面図である。
【図５】従来技術に係る車両用空調装置の蒸発器、加熱器、温水流入管路および温水流出管路の斜視図である。
【符号の説明】
１０…車両用空調装置１２…車両
１６…蒸発器１８…エンジン
２０…加熱器２２…温水流入管路
２２ａ、２４ａ…端部２４…温水流出管路
２４ｃ…最上部５０、５２…保護カバー
５４…断熱材７０…温水流入口
７２…温水流出口７４…下部流路
７６…細管７８…上部流路
８０…フィン

Claims

通過する空気を、冷媒の蒸発により冷却する蒸発器と、
通過する空気を、エンジンにより加熱された温水によって熱交換して加熱する略縦置きの加熱器と、
前記エンジンから前記加熱器の温水流入口に温水を導く温水流入管路と、
熱交換を行った温水を前記加熱器の温水流出口から送出する温水流出管路と、
を備える車両用空調装置において、
前記温水流出口は、前記温水流入口より上方に設けられ、
前記温水流出管路と前記温水流出口との接合部では、前記温水流出管路が前記温水流出口を基準として水平または水平より上方へ向けて設定され、
前記温水流出管路は、前記蒸発器の上方を経由して前記エンジンに接続され、前記温水流入管路は、前記蒸発器の下方を経由して前記エンジンに接続されていることを特徴とする車両用空調装置。
請求項１記載の車両用空調装置において、
前記温水流入管路と前記温水流入口との接合部では、前記温水流入管路が前記温水流入口を基準として水平または水平より下方へ向けて設定されていることを特徴とする車両用空調装置。
請求項１または２記載の車両用空調装置において、
前記蒸発器は略縦置き構造配置であることを特徴とする車両用空調装置。