JP3945022B2

JP3945022B2 - 車両用空調装置

Info

Publication number: JP3945022B2
Application number: JP17150698A
Authority: JP
Inventors: 哲見池田; 孝手島; 奥村　　佳彦
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1998-06-18
Filing date: 1998-06-18
Publication date: 2007-07-18
Anticipated expiration: 2018-06-18
Also published as: JP2000006644A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷房用熱交換器を略水平に近い角度で配置する車両用空調装置における凝縮水の排水性向上に関する。
【０００２】
【従来の技術】
本出願人においては、特開平９−１２３７４８号公報にて、冷房用熱交換器を下側で、暖房用熱交換器を上側に配置して、この両熱交換器を略水平に近い角度で配置する車両用空調装置を提案している。この従来装置では、熱交換器部を略水平に近い角度で配置するとともに、送風機ユニット部からの送風空気を冷房用熱交換器の下側に導入した後、冷房用熱交換器と暖房用熱交換器を下方から上方へ空気を通過させる配置レイアウトにしている。
【０００３】
これにより、特に、車両上下方向および車両前後方向の寸法を縮小して、空調装置の車両への搭載性を改善している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記従来装置では、冷房用熱交換器を略水平に近い角度で配置し、
下方から上方へ空気を通過させているので、冷房用熱交換器で発生する凝縮水の落下方向と、冷房用熱交換器を通過する空気の流れ方向とが逆方向となり、この結果、凝縮水を排出しにくいという問題がある。
【０００５】
本発明は上記点に鑑みてなされたもので、冷房用熱交換器を略水平に近い角度で配置し、下方から上方へ空気を通過させる車両用空調装置において、冷房用熱交換器で発生する凝縮水の排水性を向上することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は以下の点に着目して上記目的を達成しようとするものである。
すなわち、冷房用熱交換器（１２）を水平面から若干の角度だけ傾斜配置して、冷房用熱交換器（１２）の傾斜方向の下方端に凝縮水を集めて、冷房用熱交換器（１２）から凝縮水をスムースに排出させることが考えられる。しかし、このタイプのものを本発明者らが実際に試作検討してみると、最大冷房時に開放される冷風バイパス通路（２３）の位置によって、凝縮水の排水性に大きな影響が生じることが分かった。
【０００７】
つまり、冷風バイパス通路（２３）は、最大冷房時に暖房用熱交換器（１３）をバイパスする空気流れ（冷風の流れ）を形成するように暖房用熱交換器（１３）の側方に配置されるものであるが、この冷風バイパス通路（２３）を冷房用熱交換器（１２）の傾斜方向の下方端側に対向して配置すると、冷風バイパス通路（２３）による通風抵抗減少のために、冷房用熱交換器のうち、傾斜方向の下方端側に風速分布の高い部位が形成される。
【０００８】
すると、冷房用熱交換器（１２）の傾斜に沿って凝縮水が傾斜方向の下方端側へ移動する過程おいて、風速の高い空気流れにより凝縮水が冷房用熱交換器（１２）下流側（上方側）へ飛散するという水飛び現象が発生する。最悪の場合、水飛びが吹出口部まで到達し、水滴が車室内へ飛散する事態も生じる。
このように、冷風バイパス通路（２３）による風速分布の高い部位が冷房用熱交換器（１２）の傾斜方向の下方端側に形成されると、冷房用熱交換器（１２）下流側への水飛びが顕著になることが判明した。
【０００９】
そこで、請求項１ないし４記載の発明では、上記の水飛び発生原因に着目して、冷房用熱交換器（１２）の傾斜方向の上方端側に冷風バイパス通路（２３）を配置することを特徴としている。
これによると、冷房用熱交換器（１２）の傾斜方向の上方端側に冷風バイパス通路（２３）による風速分布の高い部位が形成され、一方、冷房用熱交換器（１２）の傾斜方向の下方端側には冷風バイパス通路（２３）が位置しないので、通過空気の風速が低下する。
【００１０】
従って、冷房用熱交換器（１２）の傾斜に沿って凝縮水が傾斜方向の下方端側へ移動する過程おいて、凝縮水が集中する下方端側部位では空気の風速が低いので、凝縮水の水飛びが生じにくい。その結果、冷房用熱交換器（１２）の傾斜方向の下方端側に集まった凝縮水を空気流れ下流側への飛散を良好に抑制して、凝縮水の排水性を向上できる。
【００１１】
なお、上記各手段に付した括弧内の符号は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示す。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下本発明を図に示す一実施形態について説明する。
図１は本発明の一実施形態における空調装置通風系の概要を示しており、通風系は、大別して、図示しない送風機ユニットと、図１に示す空調ユニット１０の２つの部分に分かれている。空調ユニット１０部は、車室内の計器盤下方部のうち、車両左右方向の略中央部に配置されるものである。一方、送風機ユニットは車室内左右方向において空調ユニット１０の側方（助手席側）にオフセット配置される。
【００１３】
送風機ユニットは周知の構成であり、内気（車室内空気）と外気（車室外空気）を切替導入する内外気切替箱を備えており、この内外気切替箱を通して導入された空気（内気または外気）をモータ駆動の遠心多翼ファン（シロッコファン）により送風するようになっている。
次に、空調ユニット１０部は空調ケース１１内に蒸発器１２とヒータコア１３とを両方とも一体的に内蔵するタイプのものである。空調ケース１１はポリプロピレンのような、ある程度の弾性を有し、強度的にも優れた樹脂の成形品からなり、複数に分割された分割ケースからなる。この複数の分割ケース内に、上記熱交換器１２、１３、後述するドア等の機器を収納した後に、この複数の分割ケースを金属バネクリップ、ネジ等の締結手段により一体に結合することにより、空調ユニット１０部が組み立てられる。
【００１４】
空調ケース１１内において車両下方側の部位に蒸発器１２が水平面より微小角度θ₁だけ傾斜して配置されている。ここで、蒸発器１２の傾斜角度θ₁は例えば、２２°程度であり、蒸発器１２は空調ケース１１内の空気通路の全域にわたって配置されている。また、蒸発器１２の下方空間には送風機ユニットの吹出側から空気が流入する空気入口部１４が開口している。
【００１５】
蒸発器１２は周知のごとく冷凍サイクルの冷媒の蒸発潜熱を空調空気から吸熱して、空調空気を冷却する冷房用熱交換器である。なお、蒸発器１２は周知の積層型のものであって、アルミニュウム等の金属薄板を最中状に２枚張り合わせて構成した偏平チューブをコルゲートフィンを介在して多数積層配置し、一体ろう付けしたものである。この偏平チューブとコルゲートフィンの積層方向を図１の紙面垂直方向（車両左右方向）に設定することにより、空気入口部１４から流入した空調空気が蒸発器１２下方部で上方へ方向転換して、空調空気が蒸発器１２を下方から上方へ通過する。
【００１６】
また、ヒータコア１３は、蒸発器１２の空気流れ下流側（車両上方側）に隣接配置されており、このヒータコア１３は、蒸発器１２を通過した冷風を再加熱する暖房用熱交換器であって、その内部に高温の温水（エンジン冷却水）が流れ、この温水を熱源として空気を加熱するものである。
このヒータコア１３も蒸発器１２と同様に、水平面より微小角度θ₂だけ傾斜して配置されている。ここで、ヒータコア１３の傾斜角度θ₂は２７度程度である。ヒータコア１３は、温水入口側タンク１３ａと温水出口側タンク１３ｂとの間に熱交換用コア部１３ｃを構成し、このコア部１３ｃはアルミニュウム等の金属薄板を断面偏平状に形成した偏平チューブとコルゲートフィンとを多数積層配置している。ヒータコア１３全体は、組付後に一体ろう付けにより接合される。
【００１７】
温水入口側タンク１３ａには温水弁１５を介して図示しない車両エンジンで加熱された温水が流入する。その後に、温水はコア部１３ｃの各チューブを温水出口側タンク１３ｂへ向かって一方向に流れる。そして、温水弁１５はヒータコア１３に流入する温水の流量を調整することにより、ヒータコア１３の吹出空気温度（車室内への吹出空気温度）を調整する温度調整手段を構成する。この温水弁１５は周知の構成のものでよく、例えば、弁ハウジング内に弁体を回動可能に収納し、この弁体の回動量を連続的に可変することにより、弁ハウジング内の温水流路の開口面積を連続的に可変して、温水流量を調整するものである。
【００１８】
次に、ヒータコア１３の空調ケース１１内での配置形態をより具体的に説明すると、ヒータコア１３の温水出口側タンク１３ｂが下方側に位置し、また、温水入口側タンク１３ａが上方側に位置するようにして、ヒータコア１３を傾斜配置している。その場合、ヒータコア１３の温水出口側タンク１３ｂの側方（車両後方側）に隣接してフット開口部１６が配置されている。また、ヒータコア１３のコア部１３ｃの上方側にフェイス開口部１７とデフロスタ開口部１８が配置されている。
【００１９】
ここで、フット開口部１６にはフット吹出口１９が連通しており、フット吹出口１９は空調ケース１１の下方側で、車両後方側の左右両端部に開口している。
このフット吹出口１９から車室内の運転席側および助手席側の両方の乗員足元に向けて温風が吹き出される。上記したフット開口部１６は、回転軸２０ａにより回動自在な平板状のフットドア２０により開閉される。
【００２０】
また、フェイス開口部１７は空調ケース１１の上面部において車両前方側の部位に開口しており、このフェイス開口部１７は図示しないフェイスダクトを介して車両計器盤上方部のフェイス吹出口より乗員頭部に向けて風を吹き出すためのものである。このフェイス開口部１７は、回転軸２１ａにより回動自在な平板状のフェイスドア２１により開閉される。
【００２１】
また、デフロスタ開口部１８は空調ケース１１の上面部において車両前方側の部位に開口しており、このデフロスタ開口部１８は図示しないデフロスタダクトおよびデフロスタ吹出口を介して、車両窓ガラス内面に向けて風を吹き出すためのものである。このデフロスタ開口部１８は、回転軸２２ａにより回動自在な平板状のデフロスタドア２２により開閉される。
【００２２】
さらに、空調ケース１１内において、ヒータコア１３は蒸発器１２に比して図１の車両前後方向の寸法が小さくなっており、これにより、ヒータコア１３の温水入口側タンク１３ａを空調ケース１１の車両前方側の内壁面より所定間隔だけ開けて配置して、温水入口側タンク１３ａと空調ケース１１の内壁面との間に、ヒータコア１３をバイパスして空気（冷風）が流れる冷風バイパス通路２３を形成している。この冷風バイパス通路２３は、回転軸２４ａにより回動自在な平板状の冷風バイパスドア２４により開閉される。
【００２３】
ヒータコア１３は、蒸発器１２と同一方向に傾斜（すなわち、車両後方側が下で、車両前方側が上となる傾斜）しているので、冷風バイパス通路２３は、蒸発器１２の上方側で、かつ、蒸発器１２の傾斜方向の上方端側（図１の右端側）に対向配置されている。
なお、フットドア２０、フェイスドア２１、およびデフロスタドア２２は吹出モード切替用のドア手段であって、図示しないリンク機構等を介してサーボモータを用いたモード切替用アクチュエータ機構により操作される。
【００２４】
また、温水弁１５は温度調整手段であって、図示しないリンク機構等を介してサーボモータを用いた温度調整用アクチュエータ機構により操作される。同様に、冷風バイパスドア２４も図示しないリンク機構等を介してサーボモータを用いたアクチュエータ機構により独立に操作される。
上記アクチュエータ機構の各サーボモータ等の機器は図示しない空調用制御装置により作動が制御されるようになっている。この制御装置は周知のごとくマイクロコンピュータとその周辺回路とから構成されるものであって、空調操作パネルに設けられた各種操作部材からの操作信号および内外気温度、日射量、蒸発器吹出温度、温水温度等の各種センサの検出信号が入力される。そして、空調用制御装置は予め設定された所定のプログラムに基づいて、上記の操作信号および検出信号に対する演算処理を行って、アクチュエータ機構の各サーボモータ等の機器の作動を制御するようになっている。
【００２５】
次に、上記構成において本実施形態の作動を吹出モード別に説明する。
（１）フット吹出モード
冬期の暖房時にフット吹出モードが選択されると、フットドア２０がフット開口部１６を全開し、フェイスドア２１がフェイス開口部１７を全閉する。デフロスタドア２２はデフロスタ開口部１８を少量開放する。そして、暖房始動時等において、最大暖房状態にあるときは、温水弁１５が全開状態となり、ヒータコア１３に最大流量の温水が循環する。また、冷風バイパスドア２４は冷風バイパス通路２３の全閉位置（図１の２点鎖線位置）に操作される。
【００２６】
これにより、図示しない送風機ユニットからの送風空気が空気入口部１４から蒸発器１２を通過後に全量ヒータコア１３のコア部１３ｃを通過するとともに、温水流量が最大となることにより、温水からの放熱量が最大となり、最大暖房能力が発揮される。そして、ヒータコア１３で加熱された温風の大部分はフット開口部１６を経てフット吹出口１９から乗員足元部に吹き出し、残余の一部の温風がデフロスタ開口部１８から車両窓ガラス側へ吹き出す。
【００２７】
次に、車室内温度（内気温度）が上昇して、暖房負荷が減少すると、吹出空気温度制御のため、最大暖房状態から温度制御領域に移行する。すると、温水弁１５は車室内への目標吹出空気温度に対応した所定の中間開度位置に操作される。
また、冷風バイパスドア２４も温水弁１５の中間開度位置に対応した中間開度位置に操作される。これにより、送風機ユニットからの送風空気がヒータコア１３を通過して加熱されると同時に、冷風バイパス通路２３を通過して流れる。
【００２８】
従って、温度制御領域では、ヒータコア１３のコア部１３ｃを通過した温風に冷風バイパス通路２３を通過した冷風が混合されるとともに、温水弁１５が中間開度位置に操作されることにより、温水からの放熱量も減少して、吹出空気温度を調整できる。
（２）フットデフロスタ吹出モード
フットデフロスタ吹出モードでは、フット開口部１６からの吹出風量と、デフロスタ開口部１８からの吹出風量とを略同等（５０％づつ）とするため、フットドア１６によりフット開口部１６を全開するとともに、デフロスタドア２２によりデフロスタ開口部１８を全開する。
【００２９】
フットデフロスタ吹出モードでは上記風量割合の点でフット吹出モードと相違しているだけであり、最大暖房時および温度制御領域の双方において作動は同じである。
（３）デフロスタ吹出モード
デフロスタ吹出モードにおいては、フェイスドア２１がフェイス開口部１７を、また、フットドア２０がフット開口部１６をそれぞれ全閉する。また、デフロスタドア２２がデフロスタ開口部１８を全開する。また、最大暖房時には温水弁１５が全開状態となり、冷風バイパスドア２４は、冷風バイパス通路２３の全閉位置に操作される。
【００３０】
従って、最大暖房時には、ヒータコア１３のコア部１３ｃへの温水流量が最大流量になるとともに、送風機ユニットからの送風空気が全量ヒータコア１３のコア部１３ｃを通過して加熱され、温風となる。この温風は、デフロスタ開口部１８を通して窓ガラス内面に吹き出して、窓ガラスの曇り止めを行う。
これに対し、温度制御領域では、温水弁１５を適宜の絞り開度の状態とし、また、冷風バイパスドア２４を中間開度位置または全開位置（図１の実線位置）に操作する。
（４）フェイス吹出モード
フェイス吹出モードにおいては、図１に示すように、フェイスドア２１がフェイス開口部１７を全開し、デフロスタドア２２がデフロスタ開口部１８を、またフットドア２０がフット開口部１６をそれぞれ全閉する。そして、空調装置の冷凍サイクルを運転すると、送風機ユニットからの送風空気は蒸発器１２により冷却、除湿されて冷風となる。
【００３１】
ここで、冷房始動時のごとく最大冷房状態が設定されているときは、温水弁１５が全閉されてヒータコア１３への温水循環が遮断され、ヒータコア１３の加熱作用を停止する。これと同時に、冷風バイパスドア２４は、冷風バイパス通路２３の全開位置（図１の実線位置）に操作される。従って、蒸発器１２により冷却された冷風はヒータコア１３と冷風バイパス通路２３の両方を通過した後に、フェイス開口部１７を経て車室内乗員の頭部側へ吹き出す。
【００３２】
最大冷房時には、冷風バイパス通路２３の全開により空調ケース１１内の通風抵抗（圧損）が低下して冷風の風量を増加できるので、最大冷房能力を増加できる。
次に、車室内温度の低下により冷房負荷が低下すると、吹出空気温度制御のため、最大冷房状態から温度制御領域に移行する。すると、温水弁１５は車室内への目標吹出空気温度に対応した所定の中間開度位置に操作される。また、冷風バイパスドア２４も温水弁１５の中間開度位置に対応した中間開度位置に操作される。これにより、蒸発器１２からの冷風がヒータコア１３を通過して加熱されると同時に、冷風バイパス通路２３を通過して流れる冷風量が制限され、吹出空気温度を調整することができる。
【００３３】
ところで、フェイス吹出モードにおいては、冷凍サイクルの蒸発器１２の冷却冷却、除湿作用により、送風機ユニットからの送風空気中の水分が凝縮して、蒸発器１２表面に凝縮水が発生する。この凝縮水は蒸発器１２の傾斜に沿って蒸発器１２傾斜方向の下方端（図１の左端部）側へ移動する。
この場合に、蒸発器１２の傾斜方向の上方端側に冷風バイパス通路２３を配置しているから、蒸発器１２の傾斜方向の上方端側に冷風バイパス通路２３による風速分布の高い部位が形成されることになる。一方、蒸発器１２の傾斜方向の下方端側には冷風バイパス通路２３が位置しないので、通過空気の風速が低下する。
【００３４】
従って、蒸発器１２の傾斜に沿って凝縮水が傾斜方向の下方端側へ移動する過程おいて、凝縮水が集中する下方端側の部位では空気の風速が低いので、凝縮水の水飛びが生じにくい。その結果、蒸発器１２の傾斜方向の下方端側に集まった凝縮水を空気流れ下流側へ飛散させることなく、良好に蒸発器下方側へ排水できる。
【００３５】
なお、図１では図示していないが、空調ケース１１において、蒸発器下方側の部位には凝縮水の受け皿部が形成され、この受け皿部の最低部に形成された排水口から車外へ凝縮水が排水される。
（５）バイレベル吹出モード
バイレベル吹出モードにおいては、フェイスドア２１がフェイス開口部１７を全開するとともに、フットドア２０がフット開口部１６を全開する。デフロスタドア２２はデフロスタ開口部１８を全閉する。従って、フェイス開口部１７とフット開口部１６を通して、車室の上下両方から同時に風を吹き出すことができる。
【００３６】
バイレベル吹出モードは通常、春秋の中間シーズンで使用されるので、温水弁１５は車室内への目標吹出空気温度に対応した所定の中間開度位置に操作される。また、冷風バイパスドア２４も温水弁１５の中間開度位置に対応した中間開度位置に操作される。これにより、蒸発器１２からの冷風がヒータコア１３を通過して加熱されると同時に、冷風バイパス通路２３を通過して流れ、これにより、所望の中間吹出温度が得られる。
【００３７】
空調用冷凍サイクルは前述のスェイスモード以外の他のモードでも蒸発器１２の冷却除湿作用を得るために運転される場合があるが、いずれのモードでも蒸発器１２からの凝縮水の排水をスムースに行うことができる。
（他の実施形態）
なお、上記の実施形態では、空調ユニット１０部を、車室内の計器盤下方部の略中央部に配置する場合について説明したが、車室内の後席側を空調する空調ユニット等にも本発明を適用できることはもちろんである。
【００３８】
また、上記の実施形態では、蒸発器（冷房用熱交換器）１２を微小角度θ₁で傾斜配置するとともに、ヒータコア（暖房用熱交換器）１３も微小角度θ₂で傾斜配置しているが、蒸発器１２のみを傾斜配置して、ヒータコア１３は水平に配置してもよい。
また、上記の実施形態では、ヒータコア１３に循環する温水の流量を温水弁１５により制御して車室内への吹出空気温度を制御するタイプの空調ユニット１０について説明したが、ヒータコア１３を通過する温風とヒータコア１３をバイパスする冷風との風量割合をエアミックスドアにより制御して車室内への吹出空気温度を制御するエアミックスタイプの空調ユニット１０に対しても本発明を適用できる。この場合は、エアミックス用の冷風を通過させる冷風バイパス通路を蒸発器１２の傾斜方向の上方端側に配置すればよい。
【００３９】
また、上記の実施形態では、温水弁１５と、冷風バイパスドア２４をそれぞれサーボモータを用いたアクチェータ機構により独立に操作する場合について説明したが、温水弁１５と冷風バイパスドア２４を適宜のリンク機構等を用いて連結し、温水弁１５の操作に連動して冷風バイパスドア２４を開閉することもできる。この場合、空調操作パネルに設けられたマニュアル式の温度調整部材の手動操作により、温水弁１５と冷風バイパスドア２４を連動操作するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態における空調ユニット部を示す概略断面図である。
【符号の説明】
１０…空調ユニット、１１…空調ケース、１２…蒸発器、１３…ヒータコア、
１５…温水弁、１６…フット開口部、１７…フェイス開口部、
１８…デフロスタ開口部、１９…フット吹出口、２０…フットドア、
２１…フェイスドア、２２…デフロスタドア、２３…冷風バイパス通路、
２４…冷風バイパスドア。

Claims

空調空気が流れる空気通路を形成する空調ケース（１１）と、
この空調ケース（１１）内に微小傾斜角度（θ₁）にて略水平方向に配置され、下方から上方へ通過する空調空気を冷却する冷房用熱交換器（１２）と、
前記空調ケース（１１）内で、前記冷房用熱交換器（１２）より上方側において、略水平方向に配置され、前記冷房用熱交換器（１２）通過後の空調空気を加熱する暖房用熱交換器（１３）と、
この暖房用熱交換器（１３）による空気加熱量を調整する温度調整手段（１５）とを備える車両用空調装置において、
前記冷房用熱交換器（１２）の傾斜方向の上方端側に、前記冷房用熱交換器（１２）通過後の空調空気が前記暖房用熱交換器（１３）の側方をバイパスして流れる冷風バイパス通路（２４）を配置したことを特徴とする車両用空調装置。
前記冷風バイパス通路（２４）を開閉する冷風バイパスドア（２４）を備えており、
前記温度調整手段は、前記暖房用熱交換器（１３）への温水流量を調整する温水弁（１５）であり、
この温水弁（１５）が全開状態にあるとき、前記冷風バイパスドア（２４）により前記冷風バイパス通路（２４）を全閉し、
前記温水弁（１５）が全閉状態にあるとき、前記冷風バイパスドア（２４）により前記冷風バイパス通路（２４）を全開することを特徴とする請求項１に記載の車両用空調装置。
前記空調ケース（１１）は車室内の計器盤部に配置されるように構成されており、
前記暖房用熱交換器（１３）は略水平方向に微小傾斜角度（θ₂）を持って配置され、
前記冷房用熱交換器（１２）および前記暖房用熱交換器（１３）は、その傾斜方向の上方端が車両前方側に位置し、その傾斜方向の下方端が車両後方側に位置し、
前記冷風バイパス通路（２４）は、前記暖房用熱交換器（１３）の傾斜方向の上方端よりも更に車両前方側に位置し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。
前記暖房用熱交換器（１３）および前記冷風バイパス通路（２４）を通過して温度制御された空調空気を車室内へ吹き出す複数の開口部（１６〜１８）を備え、
この開口部として、乗員の足元に向けて空調空気を吹き出すフット開口部（１６）と、車室内乗員の頭部に向けて空調空気を吹き出すフェイス開口部（１７）と、車両窓ガラス内面に向けて空調空気を吹き出すデフロスタ開口部（１８）とを備え、
前記フット開口部（１６）は、前記暖房用熱交換器（１３）の車両後方側に位置し、
前記フェイス開口部（１７）および前記デフロスタ開口部（１８）は、前記暖房用熱交換器（１３）の上方側に位置することを特徴とする請求項３に記載の車両用空調装置。