JP4289236B2 - 車両用空調ユニット - Google Patents

Description

本発明は、車両用空調ユニットに関する。

従来より、エアミックスタイプの車両用空調ユニットにおいて、エアミックスドアを用いず、暖房用熱交換器（ヒータコア）そのものを回転させてエアミックスを行うものがあった（例えば、特許文献１参照）。

この従来技術では、ヒータコアに接続された回転側配管と、通風ダクトに固定された固定側配管とを、シール部材を介して互いに摺動させることにより、この摺動部での温水の漏れを防止しつつヒータコアを回転可能としたものである。
特開２００１−２４６９２１号公報

しかし、この従来技術では、摺動部の位置が車室への吹出ダクトへの入口、すなわち空調ユニットの送風出口（以下、ユニット出口という）の位置とほぼ同じ高さにあるため、摺動部から温水が漏れて通風ダクト内に入り込む場合、この漏れた温水が通風ダクト内の送風に乗って吹出ダクトを通って空調吹出口から車室内へ到達してしまうという問題があった。

本発明は、上記点に鑑み、空調ユニット内を移動してエアミックス開度を変更するヒータコアの摺動部から温水が漏れた場合、漏れ温水が空調吹出口より車室内へ到達しないようにすることを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、ケース（１ａ）内に移動可能な暖房用熱交換器（４）と、暖房用熱交換器の風下側に車室内への吹出ダクトの入口に接続されるユニット出口とを備え、暖房用熱交換器の移動量（θ）に応じて暖房用熱交換器を通過する空気量（ＣＷ２）を調節することにより、ユニット出口近傍における空気温度を調節する車両用空調ユニット（１０）であって、暖房用熱交換器に連通可能に接続された可動熱源流体路（１７）と、連通路（１７ａ、１７ｂ）を備え、連通路からの熱源流体の漏れをシールするシール摺動部（２１）と、可動熱源流体路と、連通路を介して連通可能に、かつ可動熱源流体路と相対移動可能に接続される固定熱源流体路（１８）とを備え、ユニット出口はケース内においてシール摺動部より上方に配置されていることを特徴とする。

この発明によれば、暖房用熱交換器に接続された可動熱源流体路と固定熱源流体路とを連通可能に接続する連通路がシール摺動部によりシールされており、このシール摺動部よりも上方に、空調ユニットから車室内への吹出ダクトに接続されるユニット出口が設けられている。したがって、シール摺動部のシール性能が不良となり、このシール摺動部より連通路を流れる熱源流体が漏れてケース内に入る場合であっても、漏れ熱源流体は上方に位置するユニット出口に到達することは困難である。このため、漏れ熱源流体がユニット出口から吹出ダクトを経て車室内へ到達することが抑制される。

さらに、請求項２に記載のように、ケース内の通風方向として、シール摺動部の配置位置より上方に向かう空気流れを形成するようにすれば、シール摺動部からの漏れ熱源流体はシール摺動部から上方に形成される空気流れに載って、重力に抗して上方へ移動することが困難であり、漏れ熱源流体がユニット出口に到達することを抑制することができる。

なお、ユニット出口は、請求項３に記載のように、複数個設け、その複数のユニット出口のいずれも、シール摺動部よりも上方に配置することができる。

さらに、請求項４に記載のように、ケースにはシール摺動部よりも下方にドレン（１１）を設けることにより、シール摺動部から漏れる漏れ流体をドレンよりケース外へ排出することができる。

さらに、ケースには、請求項５に記載のように、暖房用熱交換器の風上側で、かつ、ドレンの上方に冷房用熱交換器を配置することにより、ドレンは漏れ流体と冷房用熱交換器の凝縮水とをケース外に排出することができる。

なお、シール摺動部は、請求項６に記載のように、回転軸（６）回りに回動自在に構成されるとともに、可動熱源流体路が回転軸回りにシール摺動部とともに回動することにより、暖房用熱交換器が回転軸回りに回動してケース内で移動するように構成することができる。

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

（第１実施形態）
以下、本発明の実施形態について図１〜図３に基づいて説明する。図１は、本実施形態の空調ユニット１０の通風路１の概略構成を示す図である。なお、図１は空調ユニット１０を車両のダッシュボード（図示せず）内に配置するときの車両の左横から見たものとして示しており、図１中の矢印は車両の前後方向および上下（天地）方向を示している。

空調ユニット１０の前方上部には遠心式の送風機２が配置されている。送風機２は、空調ユニット１０の外部から導入した空気を送風し、図１中の矢印ＢＷで示す方向に空気流れを形成する。

送風機２の下方の風下側には冷房用熱交換器としてのエバポレータ３が配置され、送風機２からの空気流れは全て、冷凍サイクル（図示せず）を構成するエバポレータ３を通過し、これにより冷却されて冷風ＣＷ１、ＣＷ２（図１中破線矢印）となって、風下側へ流れる。この冷風ＣＷ１、ＣＷ２は、通風路１を形成するケース１ａの壁面に沿って、図１中上方へ約９０°曲げられる。

エバポレータ３の風下側で、エバポレータ３よりも上方位置には、熱源流体であるエンジン冷却水（温水）が流通する暖房用熱交換器としての矩形形状のヒータコア４が、ヒータコア４の一辺に相当する第１端部５ａおよび回転軸６が空調ユニット１０のケース１ａの内壁に接するように配置されている。

すなわち、ヒータコア４は、回転軸６回りに回転角θ分回転駆動されることにより、ヒータコア４への冷風の通過量が調整され、この冷風通過量に応じてヒータコア４の風下側での空気温度が調整される。そして、最大冷房時であるマックスクール（以下、Ｍ／Ｃ）の状態では、ヒータコア４は図１において鉛直下方にケース１ａと接するように位置し、最大暖房時であるマックスホット（以下、Ｍ／Ｈ）の状態ではヒータコア４は最大角回転して、第１端部５ａの対向する端部である第２端部５ｂが空調ユニット１０の内部に設けられた係止部１ｆに当たるように位置する。

なお、本実施形態において、Ｍ／Ｈ状態となるヒータコア４の最大回転角は、必ずしも９０°とする必要はなく、例えば、６０°ないし７０°とすることができる。これにより、空調ユニット１０の車両前後方向の長さを短くして小型化を図ることができる。

ヒータコア４の回転軸６回りの回転角θがＭ／Ｃ時の最小角（＝０）とＭ／Ｈ時の最大角との中間的な角度であるエアミックス（以下、Ａ／Ｍ）状態形成角にあるとき、ヒータコア４の風下側近傍にはエアミックス空間８が形成される。このエアミックス空間８においてバイパス通路５ｃを通過しヒータコア４を通過しない冷風ＣＷ１と、ヒータコア４と内壁１ｂとの間の空間５ｄよりヒータコア４を通過したあとの温風ＨＷとが混合する。

すなわち、本実施形態においては、回転軸６が設けられるヒータコア４の第１端部５ａがケース１ａの内壁と接するよう、あるいはケース１ａの内壁１ｂとの間隙を微小量とするよう配置されているので、この第１端部５ａにおける空気流れＣＷ２の漏れは最小限に抑えられ、したがって、ヒータコア４とケース１ａの内壁１ｂとの間の領域５ｄに入り込む冷風ＣＷ２はほとんどがヒータコア４を通過することができる。

一方、バイパス通路５ｃを流れる冷風ＣＷ１の一部は、ヒータコア４の下流側表面に沿うようにして流れ、ヒータコア４の下流側近傍に形成されるエアミックス空間８にてヒータコア４を通過した温風ＨＷと直角に近い角度で出会うことにより、両者は効果的に混合することができる。

また、冷風ＣＷ２のほとんどがヒータコア４を通過するので、ヒータコア４の回転角θすなわち、エアミックス開度に対する冷風ＣＷ２の通過量はほぼリニアとなるので、空調ユニット１０から吹き出される空気の温度制御性を良好なものとすることができる。

エアミックス空間８の風下側（図１では上方）では、上方への空気流れＬＷが形成されて、モード切替空間９へ到達する。この空気流れＬＷは、ヒータコア４のエアミックス開度の大きさに拘らず、上方に向かうように形成される。

ケース１ａにはこのモード切替空間９において、図示しない車室内吹出ダクトであるデフ、フェイス、フットの各吹出ダクトにそれぞれ接続される、ユニット出口としてのデフ（ＤＥＦ）吹出口７ａ、フェイス（ＦＡＣＥ）吹出口７ｂおよびフット（ＦＯＯＴ）吹出口７ｃが形成されている。なお、ＦＯＯＴ吹出口７ｃは、ケース１ａの側面（図１中紙面手前側）に設けられている。

すなわち、各ユニット出口である、ＤＥＦ吹出口７ａ、ＦＡＣＥ吹出口７ｂ、ＦＯＯＴ吹出口７ｃが、ヒータコア４より、詳しくは、後述するヒータコア４のシール摺動部（図１においては、回転軸６および第１端部５ａ付近、図２においてはＯリング２１付近）よりも上方に配置されている。

したがって、シール摺動部から冷却水（温水）の漏れＤ（図２参照）が生ずる場合でも、この漏れた温水（漏れ熱源流体）Ｄは、シール摺動部よりも上方にある各ユニット出口７ａ〜７ｃへ到達することは困難であり、ユニット出口７ａ〜７ｃから吹出ダクトを経て車室内に吹き出されることが抑制される。

さらに、送風機２により通風路１内に空気流れが形成されるとき、ヒータコア４付近では上述のようにヒータコア４より風下へ上方向きの空気流れＬＷが形成されているので、シール摺動部から漏れ温水Ｄが発生しても、この空気流れＬＷに乗って、重力に抗して上方に位置する各ユニット出口７ａ〜７ｃへ達することは困難である。したがって、この空気流れＬＷによっても漏れ温水Ｄの車室内への吹出が抑制される。

なお、本実施形態では、エアミックス空間８がヒータコア４の下流側近傍に形成され、さらに下流側のモード切替空間９とは、空気流の経路として比較的長い距離が隔てられているので、実質的にエアミックス空間８を風下側に拡げて形成することができる。したがって、拡がったエアミックス空間８により冷風ＣＷ１と温風ＨＷとの混合性をより向上させることができる。

さらに、ヒータコア４は、エバポレータ３からの冷風の１００％が当たる、すなわちエアミックス開度＝１００％におけるＭ／Ｈ状態では、エアミックス開度が小さい状態よりもエバポレータ３とは遠ざかる位置に配置される。したがって、エバポレータ３の凝縮水が送風により下流側に吹き飛ばされても、距離が比較的遠いヒータコア４には、再付着する量が抑制される。したがって、ヒータコア４に再付着した凝縮水のヒータコア４による蒸発、およびこれによる多湿空気の発生は抑制されるので、高温多湿空気による車室の窓の曇り発生という事態を回避することができる。

ケース１ａの下方底部には、エバポレータ３の風下側かつヒータコア４の風上側であって、エバポレータ３およびヒータコア４のシール摺動部（図１中、回転軸６付近）よりも下方の位置に排水用のドレン１１が設けられている。ドレン１１より、このドレン１１の上方に配置されているエバポレータ３の凝縮水と、シール摺動部から冷却水の漏れＤが生ずる場合においては、この漏れ温水Ｄとを一緒に空調ユニット１０の外（すなわち、車外）に排出することができる。

図１におけるヒータコア４のＡ−Ａ断面の一部を図２に示す。図２では、ヒータコア４の入口および出口配管付近のみを示すとともに、一部断面ハッチングを施している。また、図２にも、図１と同様、ヒータコア４が車室内に配置されるときの、車両上下（天地）方向および車両左右方向を矢印で示している。

図２において、ヒータコア４は、左右方向にそれぞれ延びる入口側ヘッダタンク１２および出口側ヘッダタンク１３と、これらヘッダタンク１２、１３の間を連通する多数のチューブ１４と、隣接するチューブ１４間を接続するコルゲートフィン１５とを備え、外形が矩形をなしている。ヒータコア４の一辺に相当する第１端部５ａとしての出口側ヘッダタンク１３の長手方向は回転軸６に一致するよう配置され、この回転軸６および出口側ヘッダタンク１３の長手方向と平行に、第１打暗部５ａに対向する辺に相当する第２端部５ｂとしての入口側ヘッダタンク１２が形成される。

入口側ヘッダタンク１２の図中左側端部には、チューブ１４と平行に出口側ヘッダタンク１３の方向に延びる連絡配管１６が連通可能に固着されている。一方、出口側ヘッダタンク１３の図中左側端部には、同軸の二重管構造を備える回転側配管１７に連通可能に固着されている。

この回転側配管１７は、回転軸６と同軸に形成された外側管１７ａと内側管１７ｂとを備えている。内側管１７ｂは出口側ヘッダタンク１３と回転軸６方向に連通固着されている。外側管１７ａは、内側管１７ｂの外周との間に同軸的に冷却水通路を形成するとともに、連絡配管１６と連通するように固着されている。

このように、回転側配管１７と連絡配管１６およびヒータコア４とは、それぞれが一体的に固着されている。なお、回転側配管１７と連絡配管１６とは、図示していないが、複数の部材に分割して作成しておき、空調ユニット１０の組み立て時にそれらの部材を接合して一体的に形成することができる。

固定側配管１８は、回転側配管１７の外側管１７ａおよび内側管１７ｂと回転軸６回りに相対回転可能に嵌合されている。固定側配管１８には、回転軸６方向に出口側ヘッダタンク１３および内側管１７ｂと連通可能に出口配管２０が設けられている。また、固定側配管１８には、回転側配管１７の内側管１７ｂの外周部において、外側管１７ａとのみ連通可能に入口配管１９が形成されている。

なお、回転側配管１７は本発明の可動熱源流体路に相当する。また、固定側配管は本発明の固定熱源流体路に相当する。さらに、外側管１７ａおよび内側管１７ｂは本発明の連通路に相当する。

回転側配管１７と固定側配管１８との間には、回転軸６周りに複数のＯリング２１、２２が嵌合されており、それぞれ、入口配管１９からケース１ａ内への冷却水漏れ、および入口配管１９から出口配管２０への冷却水漏れを防いでいる。すなわち、回転側配管１７と固定側配管１８およびＯリング２１が本発明のシール摺動部に相当する。

さらにまた、固定側配管１８は、空調ユニット１０のケース１ａに組み付け手段としてのパッキン２３を介して組み付けられており、このパッキン２３により、ケース１ａの内外部での冷却水漏れを防止している。

すなわち、本実施形態では、シール摺動部としてのＯリング２１は、固定側配管１８とケース１ａおよびパッキン２３とで構成される実質的なケース１ａ内に配置されている。

したがって、シール摺動部であるＯリング２１の劣化等により、熱源流体である温水が可動熱源流体路としての回転側配管１７より漏れても、この漏れた温水Ｄは空調ユニット１０のケース１ａ内には入り込んでも、組み付け手段であるパッキン２３よりケース１ａの外に出ることが防止される。なお、この漏れた温水Ｄは、シール摺動部よりも下方に形成されたドレン１１よりケース１ａの外、すなわち車外へ排出される。

なお、固定側配管１８は、図示しない固定部材によりケース１ａにビス止めなどにより固定されている。したがって、ケース１ａに固定された固定側配管１８に嵌合された回転側配管１７が固定側配管１８との間でＯリング２１、２２を介して回転軸６回りに摺動可能である。一方、出口側ヘッダタンク１３の図示しない図２紙面右側の回転軸６上の端部は、ケース１ａに設けられた軸受（図示せず）により回動自在に保持されている。

このように、回転側配管１７は固定側配管１８を回転軸６の一方の軸受とし、回転側配管１７に一体的に接続された出口側ヘッダタンク１３の他端側のケース１ａに設けた軸受を回転軸６の他方の軸受とし、両軸受の間でヒータコア４が回転軸６回りに回転することができる。

なお、図２において、各管路内の冷却水の流れ方向を矢印で示している。すなわち、入口配管１９より流れ込んだ冷却水は、内側管１７ｂの外周部から外側管１７ａを通って連絡配管１６へ達する。この冷却水は、連絡配管１６内を紙面下方向に流れて入口側ヘッダタンク１２内に入り、ここで各チューブ１４に分岐して出口側ヘッダタンク１３へと流れる。冷却水がチューブ１４を通るときに、図２において紙面垂直方向に流れる空気がコルゲートフィン１５を介して冷却水と熱交換することにより加熱される。

図２に示すように、入口側ヘッダタンク１２は出口側ヘッダタンク１３よりも下方となるよう配置するのが望ましい。これは、入口配管１９から連絡配管１６に至る配管経路で空気が混入しても、冷却水を各チューブ１４内で上方へ円滑に流すことができるためである。

次に、ヒータコア４の回転駆動方法について説明する。本実施形態では、第１端部５ａに設けた回転軸６に駆動トルクを与えるのではなく、他端の第２端部５ｂ付近を円周方向に駆動することにより、ヒータコア４を回転軸６回りに回動させるものである。

図３は、図２においてＢ方向から見たヒータコア４の第２端部５ｂ付近の概略構成を示す図である。連絡配管１６の側面の下方端部にはガイド部材２４が設けられている。ガイド部材２４には、連絡配管１６の長手方向、すなわちチューブ１４の流れ方向に所定の長さの溝２５が形成されている。

一方、アクチュエータ３０により正逆方向に回転されるネジ２９が、アクチュエータ３０とともにケース１ａに固定されている。ネジ２９にはナット２６が螺合するとともに、ナット２６はケース１ａに凹部として設けられたナットガイド２８により拘束され、ネジ２９の回転に応じて図３上で左右方向に移動する。ナット２６にはピン２７が一体的に設けられ、このピン２７がガイド部材２４の溝２５に嵌り込んでいる。

これにより、アクチュエータ３０によりネジ２９が回転し、このネジ２９の回転に応じてナット２６がネジ２９の長手方向を移動する。このときピン２７はナット２６と一体的に移動しようとするが、ピン２７に働く力のうち溝２５の方向にはピン２７を移動させて力を緩和し、溝２５と垂直方向にはガイド部材２４に反力を与える。この反力により、ガイド部材２４および第２端部５ｂとしての入口側ヘッダタンク１２は、第１端部５ａの回転軸６回り（図３中、矢印Ｃ方向）に回動することができる。

したがって、ヒータコア４の回転角、すなわちエアミックス開度は、ナット２６のネジ２９上の変位、すなわちアクチュエータ３０の回転数により決定することができる。

このように、本実施形態は、回転軸６回りを直接回転駆動するものではなく、回転軸６よりヒータコア４の対向する、所定距離隔たった第２端部５ｂを駆動するものである。したがって、温水が満たされた重量物であるヒータコア４を小さい駆動トルクで回動させることができるとともに、回転軸６回りの構造を小型軽量にすることができる。

（他の実施形態）
上記実施形態では、固定熱源流体路である固定側配管１８とケース１ａとを別部材とし、両者の隙間を組み付け手段としてのパッキン２３で埋めて組み付けた例を示したが、これに限らない。すなわち、ケース１ａと固定側配管１８の管壁１８ａとを一体成型して構成してもよい。このようにすれば、シール摺動部としてのＯリング２１はケース１ａ内に配置されるので、パッキン２３を用いなくとも、可動熱源流体路としての回転側配管１７からシール摺動部としてのＯリング２１を介して漏れた温水Ｄがケース１ａの外に出ることを防止することができる。

また、上記実施形態では、ヒータコア４およびその回転軸６の配置形態を、Ｍ／Ｃ時に回転軸６を風下側に、かつその対向する端部である第２端部５ｂを風上側、すなわちエバポレータ３に近い位置となるよう配置したが、これに限らない。すなわち、ヒータコア４の回転軸６の通風路１内での配置位置を、図１とは前後逆にする、すなわち、Ｍ／Ｃ時に第２端部５ｂが図１中の位置６付近に置くようにしても、ヒータコア４の回転角の大きさに応じて、ヒータコア４を通過する冷風の量を調節して、エアミックス空間９での空気温度を調整することができる。

ただし、この場合には、冷風がヒータコア４の表面上に沿う流れが多くなり、しかも、エアミックス空間８がヒータコア４から離れたところに形成される。したがって、このようなヒータコア４の配置および回転の形態では、上記実施形態と比較して温風と冷風との混合性が低下する。

さらに、Ｍ／Ｈ時には、ヒータコア４がエバポレータ３に近づくので、エバポレータ３の凝縮水が空気流れにより風下側に吹き飛ばされる場合、下流側のヒータコア４に再付着する可能性が大きくなり、このヒータコア４で蒸発して湿度の高い温風として風下側に送られる。このため、車室内には高温多湿の空気が吹き出され、窓に曇りを発生する可能性が生ずる。

本発明の実施形態の空調ユニットの概略構成を示す図である。 実施形態のヒータコアの配管部分の構成を示す図である。 図２におけるＢ方向から見たヒータコアの回転駆動部分の概略構成図である。

符号の説明

１…通風路、１ａ…ケース、２…送風機、３…エバポレータ（冷房用熱交換器）、
４…ヒータコア（暖房用熱交換器）、５ａ…第１端部、５ｂ…第２端部、６…回転軸、
８…エアミックス空間、９…モード切替空間、１０…空調ユニット、
１２…入口側ヘッダタンク、１３…出口側ヘッダタンク、１４…チューブ、
１５…コルゲートフィン、１６…連絡配管、１７…回転側配管（可動熱源流体路）、
１７ａ…外側管（連通路）、１７ｂ…内側管（連通路）、
１８…固定側配管（固定熱源流体路）、２３…パッキン（組み付け手段）、
２４…ガイド部材、２５…溝、２６…ナット、２７…ピン、２９…ネジ、
３０…アクチュエータ。

Claims (6)

1. ケース（１ａ）内に移動可能な暖房用熱交換器（４）と、前記暖房用熱交換器の風下側に車室内への吹出ダクトの入口に接続されるユニット出口とを備え、前記暖房用熱交換器の移動量（θ）に応じて前記暖房用熱交換器を通過する空気量（ＣＷ２）を調節することにより、前記ユニット出口近傍における空気温度を調節する車両用空調ユニット（１０）であって、
   前記暖房用熱交換器に連通可能に接続された可動熱源流体路（１７）と、
   連通路（１７ａ、１７ｂ）を備え、前記連通路からの前記熱源流体の漏れをシールするシール摺動部（２１）と、
   前記可動熱源流体路と、前記連通路を介して連通可能に、かつ前記可動熱源流体路と相対移動可能に接続される固定熱源流体路（１８）とを備え、
   前記ユニット出口は前記ケース内において前記シール摺動部より上方に配置されていることを特徴とする車両用空調ユニット。
2. 前記ケース内において、前記シール摺動部の配置位置より上方に向かう空気流れが形成されることを特徴とする請求項１に記載の車両用空調ユニット。
3. 前記ユニット出口は、複数個設けられており、前記複数のユニット出口のいずれもが前記シール摺動部よりも上方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ユニット。
4. 前記ケースには前記シール摺動部よりも下方にドレン（１１）が設けられており、前記シール摺動部から漏れる漏れ流体を前記ドレンより前記ケース外へ排出することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の車両用空調ユニット。
5. 前記ケースには、前記暖房用熱交換器の風上側で、かつ、前記ドレンの上方に冷房用熱交換器が配置され、前記ドレンは前記漏れ流体と前記冷房用熱交換器の凝縮水とを前記ケース外に排出することを特徴とする請求項４に記載の車両用空調ユニット。
6. 前記シール摺動部は、回転軸（６）回りに回動自在に構成されるとともに、
   前記可動熱源流体路が前記回転軸回りに前記シール摺動部とともに回動することにより、前記暖房用熱交換器が前記回転軸回りに回動して前記ケース内で移動することを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の車両用空調ユニット。
   

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