JP4913398B2

JP4913398B2 - 空調装置

Info

Publication number: JP4913398B2
Application number: JP2005358000A
Authority: JP
Inventors: 章浩駒場
Original assignee: Calsonic Kansei Corp
Current assignee: Calsonic Kansei Corp
Priority date: 2005-12-12
Filing date: 2005-12-12
Publication date: 2012-04-11
Anticipated expiration: 2025-12-12
Also published as: US20090165991A1; CN101326067A; WO2007069563A1; EP1961591A1; JP2007161030A; EP1961591A4; EP1961591B1

Description

本発明は、加熱用熱交換器（ヒートコア）の下流側に通電による補助加熱器を備えた空調装置に関する。

一般に車両用などの空調装置は、車両エンジンからの温水（エンジン冷却水）を利用して空気を加熱する加熱用熱交換器（ヒートコア）を備え、車両の内外から取入れた空気を前記の熱交換器で加熱して温風を車室内へ吹出すことにより車室の暖房を行なうようになっている。しかしながら、車両の始動直後などはエンジンが温まっていない状態でエンジン冷却水の温度が低いため、前記の熱交換器で加熱できず、また特に寒冷地向けの仕様などでは、外気温が著しく低く前記の熱交換器による加熱のみでは十分な暖房が行なえないため、電気ヒータなどからなる補助加熱器を備え、前記の熱交換器で加熱した温風を補助加熱器で補助的に加熱するようにしたものがある。

この種の従来技術に関連するものとして、例えば特許文献１に記載されている「車両用空調装置」が挙げられる。これは、図５に示すように、冷却用の凝縮器１０１の下流側に、車両のエンジン冷却水を利用して空気の加熱を行なう加熱用熱交換器１０２及び電気ヒータなどからなる補助加熱器１０３を有する温風通路１０４、及びバイパス通路１０５が接続されるとともに、温風通路１０４とバイパス通路１０５の下流側が合流し、それぞれの通過風を混合する混合室１０６と、この混合室１０６に接続される吹出し通路１０７と、温風通路１０４とバイパス通路１０５とを切替えるエアミックスドア１０８とを有している。補助加熱器１０３は、熱交換器１０２の下流側に、かつ熱交換器１０２と平行に配置されるとともに、熱交換器１０２より高さ寸法が小さく小型である。このような従来技術にあっては、図５に示す暖房時に、エアミックスドア１０８が上方に回動して温風通路１０４が開き、バイパス通路１０５が閉じているので、車両の内外から取込んだ空気が温風通路１０４を通る際に、熱交換器１０２で加熱された後、熱交換器１０２の上下方向の下部から中間部を通過した温風が補助加熱器１０３を通って補助的に加熱され、一方、熱交換器１０２の上部を通過した温風が補助加熱器１０３上方の空間Ｓを通って補助加熱器１０３をバイパスするようになっている。
特開２００３−３４１１４号公報（段落番号００１３〜００２０、図１）また、特許文献２に記載されている「車両用空調装置」が挙げられる。これは、図６に示すように、冷却用の凝縮器１１１の下流側に、加熱用熱交換器１１２及び補助加熱器１１３を有する温風通路１１４、及びバイパス通路１１５，１１６が接続されるとともに、温風通路１１４と上部バイパス通路１１５の下流側が合流し、それぞれの通過風を混合する上部混合室１１７と、この上部混合室１１７に接続される吹出し通路１１８と、温風通路１１４と下部バイパス通路１１６の下流側が合流し、それぞれの通過風を混合する下部混合室１１９と、この下部混合室１１９に接続される吹出し通路１２０と、温風通路１１４と上部バイパス通路１１５とを切替える上部エアミックスドア１２１と、温風通路１１４と下部バイパス通路１１６とを切替える下部エアミックスドア１２２とを有している。補助加熱器１１３は、熱交換器１１２の下流側に、かつ熱交換器１１２と平行に配置されるとともに、熱交換器１１２の高さ寸法と同等の高さ寸法を有している。このような従来技術にあっては、図６に示す暖房時に、上部エアミックスドア１２１が上方に回動するとともに下部エアミックスドア１２２が図６の反時計方向に回動して温風通路１１４が開き、バイパス通路１１５，１１６が閉じているので、車両の内外から取込んだ空気が温風通路１１４を通る際に、熱交換器１１２を加熱した後、補助加熱器１０３で補助的に加熱するようになっている。特開２００５−５９８０８号公報（段落番号００３５〜００４０、図１）

しかしながら、上述した特許文献１に記載されている従来技術では、加熱用熱交換器１０２で加熱された温風が温風通路１０４を通る際、温風の比重が小さく上昇傾向にあるとともに、温風の流動距離が短い方が流動抵抗が少ないため、熱交換器１０２の上部を通過して補助加熱器１０３上方の空間Ｓを通る温風の風量が多く、一方、熱交換器１０２の上下方向の下部から中間部を通過して補助加熱器１０３を通る温風の風量が少ない。さらに、補助加熱器１０３では前記の空間Ｓと比べて流動抵抗が大きいことから、補助加熱器１０３を通る温風の割合が減って前記の空間Ｓを通る温風の割合が増える。したがって、補助加熱器１０３を通過する風量が少ないため、補助加熱器１０３で補助的に加熱した後、バイパスした温風と混合して車室内へ吹出す際に、この吹出し温度が比較的低いため暖房不足となるという問題がある。また、エンジンからの温水が熱交換器１０２へ下方から流入するので、熱交換器１０２の下側が高温となり、熱交換器１０２の上下方向の下部から中間部に対向して配置された補助加熱器１０３へ熱影響が大きいため、補助加熱器１０３の作動直後の吹出し温度の上下差が大きいとともに、その後、補助加熱器１０３が自己制御により補助加熱器１０３の発熱量を抑えてしまうという問題もある。

また、上述した特許文献２に記載されている従来技術では、補助加熱器１１３が加熱用熱交換器１１２の高さ寸法と同等の高さ寸法を有し大型であるため、温風が温風通路１１４を通る際、すべて補助加熱器１１３を通過し、流動抵抗により風量が低下するので、補助加熱器１１３で補助的に加熱して車室内へ吹出す際に、この吹出し風量が少ないため暖房不足となるという問題がある。

本発明は、上記のような従来技術を考慮してなされたもので、その目的は、暖房時に加熱用熱交換器による加熱が不足している状態でも、比較的高温でありかつ風量の多い温風を吹出すことのできる空調装置を提供することにある。

上記目的を達成するため本発明は、冷却用凝縮器の下流側に、加熱用熱交換器を有する温風通路と、この温風通路をバイパスするバイパス通路とが接続されるとともに、前記温風通路及び前記バイパス通路の下流側が合流し、それぞれの通過風を混合する混合室と、この混合室に接続される吹出し通路とを有する空調装置であって、前記熱交換器を通過した温風の風速が大きい箇所で前記温風通路の入口と対向する位置に、前記温風の一部が通過する補助加熱器を前記熱交換器と直列に配置し、前記温風の他の部分が前記温風の風速が小さい箇所を通って前記補助加熱器をバイパスするようにし、前記熱交換器が、温水を循環することにより加熱を行なう温水循環式熱交換器からなり、前記熱交換器が、両端に設けられる一対のタンク部と、これらのタンク部に接続された複数の温水通過部と、これらの温水通過部の間に設けられる複数のフィンとからなり、前記タンク部の一方が温水入口タンク部及び温水出口タンク部に２分割され、前記温水入口タンク部に設けられる温水入口を、前記温風通路の入口と対向する位置より下側に配置してある。

このように構成した本発明では、暖房時に温風通路が開いたとき、熱交換器を通過した温風の一部が補助加熱器を通る際に風速が大きく通過する風量が多いので、補助加熱器で補助的な加熱を十分に行なうことができる。また、温風の他の部分が温風の風速が小さい箇所を通って補助加熱器をバイパスするので、温風通路を通る温風の流動抵抗を抑制して温風の風量を確保することができる。したがって、熱交換器を通過した温風に対して補助加熱器で補助的な加熱を行なった後、バイパスした温風と混合して吹出すことにより、加熱用熱交換器による加熱が不足している状態でも、比較的高温でありかつ風量の多い温風を吹出すことができる。さらに、温水入口が温風通路の入口と対向する位置より下側に配置され、熱交換器の下側の高温部分が補助加熱器より離れており、この補助加熱器への熱影響が比較的小さくなるので、補助加熱器の作動直後の吹出し温度の上下差を抑制できるとともに、補助加熱器が自己制御により補助加熱器の発熱量を抑えることも抑制できる。

本発明では、暖房時に加熱用熱交換器による加熱が不足している状態でも、比較的高温でありかつ風量の多い温風を吹出すことができるので、例えば、車両の始動直後などにエンジンが温まっていない場合でも、十分な暖房を行なえる空調装置が得られるという効果がある。

以下、本発明の実施の形態に係る空調装置を図に基づいて説明する。

図１は本発明の一実施形態に係る空調装置を示す断面図、図２は図１のＡ−Ａ線に沿う断面図、図３は本実施形態に設けられる加熱用熱交換器を示す正面図、図４は本実施形態に設けられる加熱用熱交換器の変形例を示す正面図である。

図１、図２に示すように本実施形態の空調装置では、冷却用の凝縮器（エバポレータ）１の下流側に、加熱用熱交換器２及び補助加熱器３を有する温風通路４、及びこの温風通路４をバイパスするバイパス通路５が接続されるとともに、温風通路４とバイパス通路５の下流側が合流し、それぞれの通過風を混合する混合室６と、この混合室６に接続される吹出し通路７と、温風通路４とバイパス通路５とを切替えるエアミックスドア８とを有している
バイパス通路５は、凝縮器１に対して上方に偏心した位置に配置され、温風通路４の入口４ａは、凝縮器１に対して下方に偏心した位置に配置され、温風通路４は屈曲しつつバイパス通路５側に接続される。

加熱用熱交換器２は、凝縮器１と略平行になるように配置されるとともに、温風通路４の入口４ａに対して下方に偏心している。この熱交換器２の下流側に、熱交換器２より高さ寸法が小さく小型の補助加熱器３が、熱交換器２と直列に、かつ平行に配置されている。また、補助加熱器３は、温風通路４の入口４ａと対向する位置（すなわち熱交換器２を通過した温風の風速が大きい箇所）に配置され、補助加熱器３の下方に空間Ｓが形成されている。

熱交換器３は、車両のエンジンからの温水（エンジン冷却水）を循環することにより加熱を行なう温水循環式熱交換器からなり、図３に示すように、左右両端に設けられる一対のタンク部９、１０と、これらのタンク部９、１０に接続された複数の温水通過部１１と、これらの温水通過部１１の間に設けられる複数のフィン１２とから構成されている。一方のタンク部９は、下方に位置する温水入口タンク部９ａと上方に位置する温水出口タンク部９ｂとに２分割され、温水出口タンク部９ａに設けられる温水入口１３が、温風通路４の入口４ａと対向する位置より下側に配置されるとともに、温水出口タンク部９ｂに設けられる温水出口１４が温風通路４の入口４ａと対向する位置に配置されている。

補助加熱器３は、例えばＰＴＣヒータからなり、図示を省略したが通電により発熱するＰＴＣストーンと、このＰＴＣストーンが搭載されるベース（ポジションフレーム）と、ＰＴＣストーンを挟み込む上下フィンとを有し、この上下フィンを介して空気を暖めるようになっている。

この実施形態にあっては、暖房時に図１に示すようにエアミックスドア８が上昇することによりバイパス通路５が閉じ、温風通路４の入口４ａが開いている。この状態で、凝縮器１を通過した風が温風通路４の入口４ａから入り、熱交換器２で加熱された後、温風の一部が補助加熱器３を通って補助的に加熱される。同時に、温風の他の部分は、温風通路４の入口４ａと対向する位置より下方の箇所（すなわち温風の風速が小さい箇所）を通り、補助加熱器３の下方の空間Ｓを通ってバイパスする。次いで、これらの温風が温風通路４で交じり合うとともに、混合室６を介して吹出し通路７より車室内などに吹出される。

このように構成した実施形態では、熱交換器２を通過した温風の一部が補助加熱器３を通る際に風速が大きく通過する風量が多いので、補助加熱器３で補足的な加熱を十分に行なうことができる。また、温風の他の部分が温風の風速が小さい箇所を通り補助加熱器３をバイパスするので、温風通路４を通る温風の流動抵抗を抑制して温風の風量を確保することができる。これにより、暖房時に加熱用熱交換器２による加熱が不足している状態でも、比較的高温でありかつ風量の多い温風を吹出すことができる。

また、この実施形態にあっては、温水入口１３が温風通路４の入口４ａと対向する位置より下側に配置され、熱交換器２の下側の高温部分が補助加熱器３より離れており、この補助加熱器３への熱影響が比較的小さくなるので、補助加熱器３の作動直後の吹出し温度の上下差を抑制できるとともに、補助加熱器３が自己制御により補助加熱器３の発熱量を抑えることも抑制できる。

例えば、本出願人の暖房性能試験によると、１時間当たり２５０立方ｍの吹出し風量のとき、加熱用熱交換器２のみで加熱して補助加熱器３を停止させた場合に吹出し温度が３６．３度Ｃであり、熱交換器２及び補助加熱器３の両方で加熱した場合に吹出し温度が４３．８度Ｃであったので、補助加熱器３の作動により吹出し温度が７．５度Ｃ上昇した。また、１時間当たり２９０立方ｍの吹出し風量のとき、熱交換器２のみで加熱して補助加熱器３を停止させた場合に吹出し温度が３５．４度Ｃであり、熱交換器２及び補助加熱器３の両方で加熱した場合に吹出し温度が４１．５度Ｃであったので、補助加熱器３の作動により吹出し温度が６．１度Ｃ上昇した。なお、上記の暖房性能試験の際に、外気温は−１０度Ｃ，温水水温は５０度Ｃ，温水流量は１分間当たり６リッター、補助加熱器３の電圧は１３Ｖ（一定）、補助加熱器３の作動は全段作動（３段）であった。

上記実施形態にあっては、熱交換器３が左右両端に設けられる一対のタンク部９、１０を有する場合を例示したが、本発明はこれに限らず、図４に示すように、上下両端に設けられる一対のタンク部２０、２１と、これらのタンク部２０、２１に接続された複数の温水通過部２２と、これらの温水通過部２２の間に設けられる複数のフィン２３とから構成するとともに、下タンク部２１の一端に温水入口２４を接続し、上タンク部２０の一端に温水出口２５を接続しても同様の効果が得られる。

本発明は、例えば、車両の始動直後などにエンジンが温まっていない場合でも十分な暖房を行なえる空調装置が得られるという効果があるので、寒冷地向けなどの車両用空調装置として適用できるとともに、その他、一般機械用あるいは産業機械用などの空調装置としても広く適用可能である。

本発明の一実施形態に係る空調装置を示す断面図である。図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。本実施形態に設けられる加熱用熱交換器を示す正面図である。本実施形態に設けられる加熱用熱交換器の変形例を示す正面図である。車両用空調装置の従来例を示す断面図である。車両用空調装置の他の従来例を示す断面図である。

符号の説明

１凝縮器
２加熱用熱交換器（温水循環式熱交換器）
３補助加熱器（ＰＴＣヒータ）
４温風通路
４ａ入口
５バイパス通路
６混合室
７吹出し通路
８エアミックスドア
９タンク部
９ａ温水入口タンク部
９ｂ温水出口タンク部
１０タンク部
１１温水通過部
１２フィン
１３温水入口
１４温水出口
２０、２１タンク部
２２温水通過部
２３フィン
２４温水入口
２５温水出口

Claims

冷却用凝縮器（１）の下流側に、加熱用熱交換器（２）を有する温風通路（４）と、この温風通路（４）をバイパスするバイパス通路（５）とが接続されるとともに、
前記温風通路（４）及び前記バイパス通路（５）の下流側が合流し、それぞれの通過風を混合する混合室（６）と、この混合室（６）に接続される吹出し通路（７）とを有する空調装置であって、
前記熱交換器（２）を通過した温風の風速が大きい箇所で前記温風通路（４）の入口（４ａ）と対向する位置に、前記温風の一部が通過する補助加熱器（３）を前記熱交換器（２）と直列に配置し、前記温風の他の部分が前記温風の風速が小さい箇所を通って前記補助加熱器（３）をバイパスするようにし、
前記熱交換器（２）が、温水を循環することにより加熱を行なう温水循環式熱交換器からなり、
前記熱交換器（２）が、両端に設けられる一対のタンク部（９，１０）と、これらのタンク部（９，１０）に接続された複数の温水通過部（１１）と、これらの温水通過部（１１）の間に設けられる複数のフィン（１２）とからなり、前記タンク部（９，１０）の一方が温水入口タンク部（９ａ）及び温水出口タンク部（９ｂ）に２分割され、前記温水入口タンク部（９ａ）に設けられる温水入口（１３）を、前記温風通路（４）の入口（４ａ）と対向する位置より下側に配置したことを特徴とする空調装置。
冷却用凝縮器（１）の下流側に、この凝縮器（１）と略平行になるように加熱用熱交換器（２）を配置した温風通路（４）と、この温風通路（４）をバイパスするバイパス通路（５）とを接続するとともに、
前記温風通路（４）及び前記バイパス通路（５）の下流側が合流し、それぞれの通過風が混合する混合室（６）と、この混合室（６）に接続される吹出し通路（７）とを有する空調装置であって、
前記バイパス通路（５）は前記凝縮器（１）に対して上方に偏心した位置に配置され、前記温風通路（４）の入口（４ａ）は前記凝縮器（１）に対して下方に偏心した位置に配置され、前記温風通路（４）は屈曲しつつ前記バイパス通路（５）側に接続され、前記熱交換器（２）は前記温風通路（４）の入口（４ａ）に対して下方に偏心した位置に配置され、
前記熱交換器（２）よりも小型の補助加熱器（３）が、前記熱交換器（２）と直列に、かつ前記温風通路（４）の入口（４ａ）と対向する位置に配置され、
前記熱交換器（２）を通過した温風の一部が前記補助加熱器（３）を通過するとともに、前記温風の他の部分が前記補助加熱器（３）の下方の空間を通ってバイパスするようにし、
前記熱交換器（２）が、温水を循環することにより加熱を行なう温水循環式熱交換器からなり、
前記熱交換器（２）が、両端に設けられる一対のタンク部（９，１０）と、これらのタンク部（９，１０）に接続された複数の温水通過部（１１）と、これらの温水通過部（１１）の間に設けられる複数のフィン（１２）とからなり、前記タンク部（９，１０）の一方が温水入口タンク部（９ａ）及び温水出口タンク部（９ｂ）に２分割され、前記温水入口タンク部（９ａ）に設けられる温水入口（１３）を、前記温風通路（４）の入口（４ａ）と対向する位置より下側に配置したことを特徴とする空調装置。