JP4358688B2 - Air conditioner for vehicles - Google Patents
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Description
本発明は、車両などに搭載される車両用空気調和装置に関する。 The present invention relates to a vehicle air conditioner mounted on a vehicle or the like.
従来、低温低圧のガス冷媒を圧縮して高温高圧のガス冷媒(ホットガス)を送出する圧縮機と、高温高圧のガス冷媒を凝縮させて高温高圧の液冷媒とする熱交換器(コンデンサ)と、高温高圧の液冷媒を減圧・膨張させて低温低圧の液冷媒(霧状)とする絞り機構と、低温低圧の液冷媒を気化させて低温低圧のガス冷媒とする熱交換器(エバポレータ)とを冷媒流路で接続して形成される冷凍サイクルを用いた車両用空気調和装置 が知られている。
この冷凍サイクルは、通常の車両用空調装置において、冷房および除湿を行うための冷却装置として使用されている。また、暖房装置としては、車両走行用エンジン(内燃機関)の廃熱を利用した熱交換器(ヒータコア)が一般的に使用されている。この場合の廃熱は、エンジンを冷却することで加熱され、温水となったエンジン冷却水の熱を利用するものであり、温水ヒータとも呼ばれている。
Conventionally, a compressor that compresses a low-temperature and low-pressure gas refrigerant and sends out a high-temperature and high-pressure gas refrigerant (hot gas), and a heat exchanger (condenser) that condenses the high-temperature and high-pressure gas refrigerant into a high-temperature and high-pressure liquid refrigerant A throttling mechanism that decompresses and expands the high-temperature and high-pressure liquid refrigerant to form a low-temperature and low-pressure liquid refrigerant (mist), and a heat exchanger that vaporizes the low-temperature and low-pressure liquid refrigerant to form a low-temperature and low-pressure gas refrigerant (evaporator); 2. Description of the Related Art A vehicle air conditioner using a refrigeration cycle that is formed by connecting the two by a refrigerant flow path is known.
This refrigeration cycle is used as a cooling device for cooling and dehumidification in an ordinary vehicle air conditioner. Further, as the heating device, a heat exchanger (heater core) using waste heat of a vehicle running engine (internal combustion engine) is generally used. The waste heat in this case uses the heat of engine cooling water that has been heated by cooling the engine to become hot water, and is also called a hot water heater.
このような車両用空気調和装置では、冷房および除湿を行う冷却能力を備えたエバポレータと、暖房を行う加熱能力を備えたヒータコアとが空調空気の流路内、例えばHVAC(Heating, Ventilation, and Air−Conditioning)ユニット内に直列に配置されている。そして、ダンパ等により空調する空気の流路を切り換えて、冷房運転、暖房運転及び除湿暖房運転等を実施するようになっている。
このような、内燃機関の廃熱を利用した暖房装置では、近年におけるエンジンの高効率化に伴い廃熱量が減る傾向にあるため、十分な暖房能力を得ることが難しくなってきた。そのため、不足する暖房能力を補うために電気ヒータなどの補助ヒータを用いる方法が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。
また、ヒータコアで加熱された空気の一部を、補助ヒータによりさらに加熱し、後流側においてミックスする方法が提案されている(例えば、特許文献2および3参照。)。
In such a heating apparatus using waste heat of an internal combustion engine, the amount of waste heat tends to decrease with the recent increase in efficiency of the engine, and it has become difficult to obtain sufficient heating capacity. Therefore, a method of using an auxiliary heater such as an electric heater has been proposed in order to make up for the insufficient heating capacity (see, for example, Patent Document 1).
Further, a method has been proposed in which a part of the air heated by the heater core is further heated by an auxiliary heater and mixed on the downstream side (see, for example, Patent Documents 2 and 3).
上述した特許文献1においては、第1空気通路の全面に補助ヒータを配置しているため、第1空気通路の流路抵抗が増大して第1空気流路を流れる空気流量が減少する可能性があった。空気流量が減少すると、補助ヒータよりも加熱能力の大きなヒータコアの加熱能力を十分に用いることが困難となり、暖房能力の不足を招いてしまう。
In
上述した特許文献2および3においては、エバポレータとヒータコアとの間の空調ダクトに、側面から中央部に向けて壁部が形成されているため、空気は壁部から逃れる方向に偏って流れる傾向にあった。
そのため、ヒータコアを流れる空気流量の分布が不均一になり、ヒータコアの加熱能力を十分に用いることができず、暖房能力が不足しやすいという問題があった。
In Patent Documents 2 and 3 described above, the air conditioning duct between the evaporator and the heater core is formed with a wall portion from the side surface toward the center portion, so that air tends to flow in a direction that escapes from the wall portion. there were.
Therefore, the distribution of the air flow rate flowing through the heater core becomes non-uniform, and there is a problem that the heating capacity of the heater core cannot be used sufficiently and the heating capacity tends to be insufficient.
また、補助ヒータは、空調ダクトの壁部が形成されている側の空気流量が少ない領域に配置されているので、補助ヒータの加熱能力を十分に用いることが難しいという問題があった。
さらに、補助ヒータは流れ抵抗を有するため、補助ヒータを流れる空気の流量が更に減少し、補助ヒータの加熱能力が更に発揮されにくくなるという問題があった。
In addition, since the auxiliary heater is disposed in a region where the air flow rate on the side where the wall portion of the air conditioning duct is formed is small, there is a problem that it is difficult to sufficiently use the heating capacity of the auxiliary heater.
Further, since the auxiliary heater has flow resistance, there is a problem that the flow rate of air flowing through the auxiliary heater is further reduced, and the heating capacity of the auxiliary heater is hardly exhibited.
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、暖房能力の向上を図ることができる車両用空気調和装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a vehicle air conditioner that can improve the heating capacity.
上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を提供する。
請求項1に記載の車輌用空気調和装置は、空気の流路を形成するケーシングと、前記流路内に流入した空気を冷却するエバポレータと、冷却された空気を加熱するヒータコアと、加熱された空気の一部を加熱する補助ヒータと、前記エバポレータと前記ヒータコアとの間の前記流路には、前記流路の下面から上方に向けて前記空気の流れを遮るように延びる壁部と、を備え、前記ヒータコアには、温水が前記ヒータコアの下部から供給され、空気と熱交換した後に、前記ヒータコアの上部から流出し、前記補助ヒータが、前記ヒータコアの後流側の上方であって、前記壁部により偏った空気の流れが当たる領域に配置されていることを特徴とする。
In order to achieve the above object, the present invention provides the following means.
The vehicle air conditioner according to
本発明によれば、補助ヒータを流路抵抗の小さい、すなわち空気流量の多い領域に配置していることにより、補助ヒータが配置された領域の流路抵抗が高くなり、補助ヒータを他の領域に配置した場合と比較して、ヒータコア近傍領域の流路内を流れる空気の流量分布を均一化することができる。そのため、ヒータコアの略全面から均一に熱を空気に伝えることができ、ヒータコアの加熱能力をより有効に用いることができる。
また、補助ヒータを空気流量の多い領域に配置することにより、補助ヒータを流量の少ない領域に配置している場合と比較して、多くの空気を補助ヒータに当てることができ、補助ヒータの能力をより有効に用いることができる。補助ヒータとしては、PTCヒータが好適である。
According to the present invention, by arranging the auxiliary heater in a region where the flow resistance is small, that is, in a region where the air flow rate is large, the flow resistance in the region where the auxiliary heater is arranged is increased, and the auxiliary heater is placed in another region Compared with the case where it arrange | positions, the flow volume distribution of the air which flows through the inside of the flow path of a heater core vicinity area | region can be equalize | homogenized. Therefore, heat can be uniformly transmitted to the air from substantially the entire surface of the heater core, and the heating capacity of the heater core can be used more effectively.
In addition, by arranging the auxiliary heater in a region where the air flow rate is large, more air can be applied to the auxiliary heater than in the case where the auxiliary heater is arranged in a region where the flow rate is low. Can be used more effectively. A PTC heater is suitable as the auxiliary heater.
エバポレータとヒータコアとの間に設けた壁部により、流路の上方に偏る空気の流れに当たるように、補助ヒータが流路の上方に配置されている。そのため、補助ヒータを他の領域に配置した場合と比較して、ヒータコア近傍領域の空気の流量分布を均一化することができる。これにより、ヒータコアの略全面から均一に熱を空気に伝えることができ、ヒータコアの加熱能力を十分に用いることができる。
また、補助ヒータは、偏った空気の流れに当たるように配置されているため、他の領域に配置した場合と比較して、多くの空気を補助ヒータに当てることができ、補助ヒータの能力を十分に用いることができる。補助ヒータとしては、PTCヒータが好適である。
By a wall portion provided between the d Baporeta and the heater core, as impinging on the flow of air deviates above the flow path, the auxiliary heater is disposed above the flow path. Therefore, compared with the case where an auxiliary heater is arrange | positioned in another area | region, the flow volume distribution of the air of a heater core vicinity area | region can be equalize | homogenized. Thereby, heat can be uniformly transmitted to the air from substantially the entire surface of the heater core, and the heating capacity of the heater core can be sufficiently used.
In addition, since the auxiliary heater is disposed so as to strike a biased air flow, more air can be applied to the auxiliary heater as compared with the case where it is disposed in other areas, and the capacity of the auxiliary heater is sufficiently Can be used. A PTC heater is suitable as the auxiliary heater.
さらに、例えば、ヒータコア内に空気よりも温度の高い温水を一方向に流して空気を加熱する場合において、温水の温度が低下した領域に補助ヒータを配置することにより、補助ヒータの加熱の能力を十分に用いることができる。また、温水温度の低下する領域と空気の流れが偏る領域とが一致するようにヒータコアを配置することによって、ヒータコアの加熱能力を十分に用いることもできる。 Further, for example, in the case where the air is heated by flowing warm water having a temperature higher than that of air in one direction in the heater core, the auxiliary heater is disposed in a region where the temperature of the warm water is reduced, thereby increasing the heating capacity of the auxiliary heater. It can be used sufficiently. Further, by arranging the heater core so that the region where the hot water temperature decreases and the region where the air flow is biased coincide with each other, the heating capacity of the heater core can be sufficiently used.
本発明の車両用空気調和装置によれば、補助ヒータを流路抵抗の低い領域に配置しているため、補助ヒータにより多くの空気を当てることができ、補助ヒータの加熱能力をより有効に用いることができ、暖房能力の向上を図ることができるという効果を奏する。
また、補助ヒータを配置することにより、ヒータコアに当たる空気の流量分布を均一化することができるため、ヒータコアの加熱能力をより有効に用いることができ、暖房能力の向上を図ることができるという効果を奏する。
According to the vehicle air conditioner of the present invention, since the auxiliary heater is disposed in the region where the flow path resistance is low, more air can be applied to the auxiliary heater, and the heating capacity of the auxiliary heater is used more effectively. Can be achieved, and the heating capacity can be improved.
Moreover, since the flow rate distribution of the air hitting the heater core can be made uniform by arranging the auxiliary heater, the heating capacity of the heater core can be used more effectively, and the heating capacity can be improved. Play.
この発明の実施の形態に係る車両用空気調和装置について、図1から図3を参照して説明する。
図1は、本実施形態に係る車両用空気調和装置が車両のフロントに配置された状態を示す斜視図である。
車両用空気調和装置1は、図1に示すように、冷暖房などの空気調和を行う車両用空気調和ユニット10と、冷房運転時に空気調和ユニット10へ冷媒を供給する冷媒系50と、暖房運転時に空気調和ユニット10へ熱源となるエンジン冷却水を供給する加熱源系60と、から概略構成されている。
A vehicle air conditioner according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 3.
FIG. 1 is a perspective view showing a state in which the vehicle air conditioner according to the present embodiment is arranged at the front of the vehicle.
As shown in FIG. 1, the
図2には、空気調和ユニット10の概略構成の断面が示されている。
空気調和ユニット10は、ケーシング11と、ケーシング11内に空気を送り込むブロアファン(図示せず)と、空気を冷却および除湿するエバポレータ12と、冷却および除湿された空気を加熱するヒータコア13と、加熱された空気をさらに加熱するPTC(Positive Temperature Coefficient)ヒータ(補助ヒータ)14と、から概略構成されている。以下、この空気調和ユニット10を空気の流れの順に説明する。
FIG. 2 shows a cross section of a schematic configuration of the
The
ケーシング11には空気の流入口21が形成されていて、流入口21にはブロアファンから空気が送り込まれる。空気はケーシング11内に形成された流路22内を流れ、エバポレータ12に流入する。エバポレータ12は、冷房運転時に、後述する冷媒系50(図1参照)から低温低圧の液冷媒の供給を受け、エバポレータ12を通過する空気と液冷媒との間で熱交換を行っている。この結果、空気は冷媒に熱を奪われて冷却および除湿された冷風となる。暖房運転時には、動作していないエバポレータ12を通過した空気が、後述するヒータコア13へ導かれる。
An
ヒータコア13は、エバポレータ12に対して略水平方向に並んで配置されているとともに、加熱源系60(図1参照)のエンジンから温水が供給されている。温水は、ヒータコア13の下部(図中の下方)から供給され、空気と熱交換した後に、ヒータコア13の上部(図中の上方)から流出し、再びエンジンに戻される。
エバポレータ12とヒータコア13との間には、流路22の内面から高さ方向略中央部にまで立ち上がる仕切り部(壁部)23が形成されている。仕切り部23は、エバポレータ12により除湿された水および外部からケーシング11内に侵入した雨などの水を、その下方角部で、さらに下流に侵入しないように堰き止めている。仕切り部23に堰き止められた水は、仕切り部23とエバポレータ12との間に形成されたドレイン24から排出される。
The
A partition portion (wall portion) 23 that rises from the inner surface of the
仕切り部23の上方には、エアミックスダンパ25が配置されている。エアミックスダンパ25は、ケーシング11の幅方向(紙面に対して垂直方向)を向いた略水平の回動軸25aを中心に回動自在に設けられており、先端部25bが揺動することにより、仕切り部23に接触・離間するようになっている。
エアミックスダンパ25と仕切り部23とが接触した状態にあっては、エアミックスダンパ25と仕切り部23とによって空気がヒータコア13に流入することが阻止される。阻止された空気は、上方に流れて、後述するデフロスト吹出口26、フェイス吹出口27またはフット吹出口28に流入する。エアミックスダンパ25は、回動させて仕切り部23から離間させるにつれてヒータコア13への流入量が上昇するようになっている。
暖房運転時には、エアミックスダンパ25が上方にまで回動し、エバポレータ12を通過した空気の全てがヒータコア13に流入する。
An
When the air mix
During the heating operation, the
ヒータコア13の後流側(図中の左側)の上方には、PTCヒータ14がヒータコア13と略平行に配置されている。
PTCヒータ14は、図3に示すように、ヒータ筐体15と、熱を発生するPTC素子16と、PTC素子16から発生した熱を空気に伝えるフィン17と、PTC素子16に電力を供給する配線18とから概略構成されている。空気は紙面に対して垂直方向に流れ、PTC素子16の表面およびフィン17の間を流れることにより、PTCヒータ14から熱を受け取り加熱される。
A
As shown in FIG. 3, the
ヒータコア13およびPTCヒータ14により加熱された空気は、図2に示すように、ヒータコア13およびPTCヒータ14の背後(後流側)を上方に向けて流れて、後述するデフロスト吹出口26、フェイス吹出口27またはフット吹出口28に流入する。PTCヒータ14の後流側には、エアミックスダンパ25と回動軸25aを共有するダンパ29が配置されている。ダンパ29はエアミックスダンパ25と連動して回動するように構成されている。エアミックスダンパ25が仕切り部23と接触した状態では、ダンパ29は流路22を閉じて、冷風がヒータコア13に逆流しないようしている。暖房運転時には、流路22を開いて加熱された空気をデフロスト吹出口26、フェイス吹出口27またはフット吹出口28に流入させている。
As shown in FIG. 2, the air heated by the
ケーシング11の上部には、デフロスト吹出口26、フェイス吹出口27およびフット吹出口28が設けられている。デフロスト吹出口26およびフェイス吹出口27の間には、デフロスト・フェイスダンパ30が取り付けられ、フェイス吹出口27およびフット吹出口28の間には、フットダンパ31が取り付けられている。
デフロスト・フェイスダンパ30は回動軸30aを中心に回動するように支持され、回動することで、デフロスト吹出口26またはフェイス吹出口27を塞ぐように配置されている。フットダンパ31は回動軸31aを中心に回動するように支持され、回動することでフット吹出口28を塞ぐように配置されている。また、フットダンパ31はその回動位置を変えることにより、フット吹出口28に流れる空気の流量と、デフロスト吹出口26またはフェイス吹出口27に流れる空気の流量を調節することができる。
In the upper part of the
The defrost /
次に、冷媒系50の構成を、図1および図2を参照しながら説明する。
冷媒系50は、図1および図2に示すように、エバポレータ12に低温低圧の液冷媒を供給するものであって、エバポレータ12の他に、コンプレッサ51と、コンデンサ52と、膨張弁53とから概略構成されている。
コンプレッサ51は、エバポレータ12で車室内または車外の空気の熱を奪って気化した低温低圧のガス冷媒を圧縮し、高温高圧のガス冷媒としてコンデンサ52へ送り出すものである。自動車用空気調和装置の場合、コンプレッサ51は、通常エンジン61よりベルト及びクラッチを介してガス冷媒を圧縮するための駆動力を受ける。
Next, the configuration of the
As shown in FIGS. 1 and 2, the
The
コンデンサ52はエンジンルーム6の前部に配設されるとともに、コンプレッサ51から供給された高温高圧のガス冷媒の熱を外気に放出させて、ガス状の冷媒を凝縮液化させるものである。液化された冷媒は、レシーバ(図示省略)へ送られて気液の分離がなされた後、高温高圧の液冷媒のみが膨張弁53に送られる。膨張弁53では、高温高圧の液冷媒を減圧・膨張させることによって低温低圧の液(霧状)冷媒とし、エバポレータ12へ供給する。なお、膨張弁53は、一般的にはエバポレータ12と共に設置されている。
The
続いて、加熱源系60の構成を、図1および図2を参照しながら説明する。
加熱源系60は、図1および図2に示すように、ヒータコア13に熱源となる高温のエンジン冷却水を供給するもので、エンジン61とラジエタ62との間を循環するエンジン冷却水系から、その一部を空気調和装置に導入するものである。
Next, the configuration of the
As shown in FIGS. 1 and 2, the
このように構成された車両用空気調和装置1では、ブロアファンを駆動することにより、車室内または車室外の空気が流入口21からケーシング11に導入されてエバポレータ12へと送られる。エバポレータ12内を流れる空気は、冷媒系50から供給される低温低圧の冷媒に熱を奪われることで冷却および除湿され、さらに後流側のヒータコア13に向かって流れる。
In the
ここで、ヒータコア13に向かう空気の流れの内、流路22の下方の流れは仕切り部23に堰き止められるため流路22の上方へ流れ、空気の流れ全体としては流路抵抗の少ない流路22の上方に偏った流れになる。
仕切り部23が形成された領域を通過した空気は、次にヒータコア13に流入する。ヒータコア13の後流側の上方にはPTCヒータ14が配置されているため、ヒータコア13の近傍領域においては、流路22の上方の流路抵抗が高くなる。その結果、ヒータコア13の下方にも空気が流れ込むようになり、流路22の上方に偏った空気の流れが均一化されて、空気がヒータコア13に対して均一に流入するようになる。
Here, in the air flow toward the
The air that has passed through the region where the
ヒータコア13に流入した空気は、ヒータコア13を通過する際にエンジン冷却水により加熱される。なお、エンジン冷却水はヒータコア13の下方から供給されるため、ヒータコア13の下方において温度が高く、上方に流れるにつれて温度が下がる。そのため、ヒータコア13に加熱された空気も、下方を通過した空気は温度が高く、上方を通過した空気は温度が低くなる。
ヒータコア13の上方を通過した空気は、PTCヒータ14に流入し、PTC素子16およびフィン17の間を通過する際に加熱される。
ヒータコア13およびPTCヒータ14に加熱された空気は、各吹出口26,27,28に分配されて車室内に吹き出される。
The air flowing into the
The air that has passed over the
The air heated by the
上記の構成によれば、仕切り部23により偏った空気の流れが当たる領域、すなわち流路22の上方にPTCヒータ14を配置しているため、ヒータコア13近傍領域を流れる空気の流量分布を均一化し、ヒータコア13の略全面から均一に熱を空気に伝えることができる。そのため、ヒータコア13の一部領域に空気を大量に流す場合と比較して、空気に伝えることができる熱量を増やすことができ、車両用空気調和装置1の暖房能力を向上させることができる。
According to the above configuration, the
また、PTCヒータ14をエンジン冷却水の温度が低下するヒータコア13の上部に配置しているため、他の領域に配置している場合と比較して、PTCヒータ14には、温度の低い空気が流れ込む。そのため、PTCヒータ14は流れ込んだ空気により多くの熱を与えることができ、PTCヒータ14の加熱能力をより有効に用いることができる。その結果、車両用空気調和装置1の暖房能力を向上させることができる。
PTCヒータ14に偏った空気の流れが当たるため、PTCヒータ14に多量の空気を通過させることができ、PTCヒータに少量の空気を通過させる場合と比較して、PTCヒータ14の加熱能力をより有効に用いることができる。
In addition, since the
Since a biased air flow is applied to the
また、PTCヒータ14の熱源にPTC素子16を用いることにより、温度センサや制御部などを用いることなく、PTCヒータ14の温度を一定の温度を保つことができる。また、PTCヒータ14を通過する空気量が増加したり、通過する空気の温度が低下したりして、PTCヒータ14から奪われる熱量が増えても、PTC素子16の特性により発熱量が増加し、PTCヒータ14の温度を一定の温度を保つことができる。
つまり、空気流量が多く、かつヒータコア13内のエンジン冷却水温度が低下する領域である流路22の上方に、PTCヒータ14を配置することにより、PTCヒータ14の加熱能力をさらに有効に用いることができる。
Further, by using the
That is, the heating capacity of the
なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記の実施の形態においては、PTC素子16を用いたPTCヒータ14をヒータコア13の補助ヒータとして用いる構成にとして説明したが、このPTCヒータ14を用いる構成に限られることなく、電熱線を用いた補助ヒータや、エンジンの冷却水を用いた補助ヒータなど、その他各種の熱源を用いた補助ヒータに変更することができるものである。
The technical scope of the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
For example, in the above-described embodiment, the
1 車両用空気調和装置
11 ケーシング
12 エバポレータ
13 ヒータコア
14 PTCヒータ(補助ヒータ)
22 流路
23 仕切り部(壁部)
DESCRIPTION OF
22
Claims (1)
前記ヒータコアには、温水が前記ヒータコアの下部から供給され、空気と熱交換した後に、前記ヒータコアの上部から流出し、
前記補助ヒータが、前記ヒータコアの後流側の上方であって、前記壁部により偏った空気の流れが当たる領域に配置されていることを特徴とする車両用空気調和装置。 A casing that forms a flow path of air, an evaporator that cools air that has flowed into the flow path, a heater core that heats the cooled air, an auxiliary heater that heats a portion of the heated air, and the evaporator The flow path between the heater core and the heater core includes a wall portion that extends upward from the lower surface of the flow path so as to block the air flow ,
To the heater core, hot water is supplied from the lower part of the heater core, and after exchanging heat with air, flows out from the upper part of the heater core,
The vehicular air conditioner is characterized in that the auxiliary heater is disposed in a region above the wake side of the heater core and in a region where a flow of air biased by the wall portion hits .
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