JP5620710B2 - 車両空調システム用エバポレータ組立品、車両用空調システムおよび車両用ｈｖａｃシステム - Google Patents

Description

本発明は車両ＨＶＡＣシステム用空調システムに関するものであり、さらに具体的にいえば補助冷却器を含むエバポレータ組立品を有する空調システムに関するものである。

図１は車両に搭載されたＨＶＡＣシステムに用いる従来型空調システム１００を示す概略図である。空調システム１００は、コンプレッサ１０２とコンデンサ１０４と補助冷却器１０６と温度膨張弁（以下「ＴＸＶ」という）１０８とエバポレータ１１０とを有する。冷媒は矢印で示す向きに空調システム１００を通って循環する。この冷媒は、後記する圧縮と液化と蒸発とを含む３つの過程を経て循環する。

冷媒がコンプレッサ１０２に入る前のステージ１１２では、冷媒は低圧で低温の気体である。この低圧で低温の気体は、前記した圧縮の過程において、コンプレッサ１０２によって圧縮され、高圧で高温の気体になる。冷媒は圧縮されることで、外気よりもはるかに熱くなるため、次の段階で確実に気体から液体に相変化できる。

コンデンサ１０４に入る前のステージ１１４における冷媒は、高圧で高温の気体である。前記した液化過程においては、吸い込まれた外気がコンデンサ１０４全体に吹きつけられて、この外気によって冷媒中の熱が吸収される。その結果、冷媒が液化して、高圧で高温の液体になる。冷媒の熱を吸収した外気は、後記する蒸発過程で吸収され失った熱をコンデンサ１０４から得ている。

補助冷却器１０６に入る前のステージ１１６における冷媒は、高圧で高温の液体である。コンデンサ１０４の出口に配置されている補助冷却器１０６により、冷媒の温度が低下させられるが、この冷媒温度低下には次の２つの理由がある。一つの理由は、冷媒をすべて確実に気体から液体に相変化させるためである。もう一つの理由は、冷媒をエバポレータ１１０内でより低い温度で蒸発させることにより、エバポレータ１１０をより効率よく働かせるためである。補助冷却器１０６による冷媒温度低下分は余り大きくなく、通常５℃から１０℃の範囲の温度低下であることは当然わかることである。したがって、冷媒が補助冷却器１０６を出た後のステージ１１８では、冷媒は依然として高圧で高温の液体であると考えられる。

エバポレータ１１０に入る前に、冷媒はＴＸＶ１０８に入る。このＴＸＶ１０８は一つ以上の機能を果たす。ＴＸＶ１０８は冷却の要求に基づき、エバポレータ１１０に入る冷媒の流量を調整する。ＴＸＶ１０８は、また冷媒圧力を低下させ、これによって冷媒温度をさらに低下させる。この冷媒温度低下によって、エバポレータに入った冷媒がより低い温度で蒸発することになるので、確実に冷媒が最大量の熱を吸収できることになる。このように、ステージ１２０の冷媒は、低圧で低温の液体である。

蒸発過程では、ブロワ（図示されていない）によって車両の中から吸い込まれた暖気が強制的にエバポレータ１１０全体に吹きつけられる。冷媒はこの車両内からの暖気から熱を吸収し、エバポレータ１１０内の冷媒は沸騰して、液体から気体に相変化する。このようにして、エバポレータ１１０を通るように吹き付けられた車両内の暖気は、車両内部の温度よりも低い温度に冷却される。この冷却された空気は、車両内部の温度よりもはるかに低く、空調のベントから流出し車両内部に戻るので、車両内部が冷却される。同時に、暖められた冷媒はエバポレータ１１０から流出し、この熱サイクルが繰り返される。

前記した蒸発過程の間、車両内部から吸い込まれた暖気中の水分が冷たいエバポレータ上に接触して液化するので、エバポレータ上では結露がおきる。この結露した水は排水され、最後には車外の地面に排水される。このように、従来の空調システムの欠点は、エバポレータ上で液化した水を排水することによって、冷却エネルギを無駄にしている点である。

そのため、無駄にしているエネルギを利用して効率を高めた空調システムが必要とされているのである。

本発明の一つの特徴にしたがう車両用空調システムは、前記した従来の空調システムの欠点を克服する。同特徴にしたがう車両用空調システムは、筐体とエバポレータと補助冷却器とを有し、前記エバポレータと前記補助冷却器とが前記筐体内に格納され、前記補助冷却器が前記エバポレータの下に配置されている。

本発明の他の特徴によっても、前記した従来の空調システムの欠点が克服される。この他の特徴にしたがう車両用空調システムは、この空調システムを循環する冷媒を圧縮するコンプレッサと、このコンプレッサの下流に配置され、このコンプレッサとの間に流体が流れるようにこのコンプレッサと連通して、前記冷媒を液化させるコンデンサと、このコンデンサの下流に配置され、このコンデンサとの間に流体が流れるようにこのコンデンサと連通して、前記冷媒を前記コンデンサを出た前記冷媒の温度よりも低い温度に冷却する第１補助冷却器と、この第１補助冷却器の下流に配置され、この第１補助冷却器との間に流体が流れるようにこの第１補助冷却器と連通する第２補助冷却器と、この第２補助冷却器の下流に配置され、この第２補助冷却器との間に流体が流れるようにこの第２補助冷却器と連通し、前記冷媒の圧力を低下させる絞り装置と、この絞り装置の下流に配置され、この絞り装置との間に流体が流れるようにこの絞り装置と連通し、前記エバポレータを気体から液体に相変化させるエバポレータであって、前記コンプレッサの上流に配置され、前記コンプレッサとの間に流体が流れるように前記コンプレッサと連通するエバポレータとを含む。前記第２補助冷却器は、前記エバポレータの下に配置され、前記エバポレータ上で液化した水が前記第２補助冷却器上に排水され、前記第２補助冷却器を冷却して、前記第２補助冷却器から流出する前記冷媒の温度は、前記第１補助冷却器から流出する前記冷媒の温度よりも低い。

本発明には他にも効果や利点があることは、以下の「発明を実施するための形態」を読み理解すれば当業者には自明である。

本発明の一定の部分およびこれら部分の配置は物理的な形態となっているものであり、この物理的な形態の好ましい実施形態は明細書中で詳述され、明細書の一部を構成する付属の図面中に描かれている。

車両用空調システムの公知技術の概略図である。 本発明の自動車用空調システムの一つの実施形態を例示する概略図である。 本発明のエバポレータ組立品の一つの実施形態を例示する斜視図である。 図３のエバポレータ組立品の側面図である。 図４のエバポレータ組立品の拡大図である。 本発明の第２の実施形態を例示するエバポレータ組立品の分解斜視図である。 押出し成形されたエバポレータタンクを用いた本発明の第３の実施形態を例示するエバポレータ組立品の拡大図である。 打ち抜き成形されたエバポレータタンクを用いた本発明の第３の実施形態を例示するエバポレータ組立品の拡大図である。

本発明のエバポレータ組立品について説明する前に、本発明のエバポレータ組立品を含む空調システムについて説明する。

図２は本発明にかかる車両ＨＶＡＣシステムに用いる空調システム１０の概略図である。空調システム１０は、コンプレッサ１２とコンデンサ１４と第１補助冷却器と絞り装置１８と図３に示すエバポレータ組立品１９とを有している。エバポレータ組立品１９はエバポレータ２０と第２補助冷却器１９とを有している。絞り装置１８は、絞り装置として普通に知られている、どんなタイプのものでもよく、温度膨張弁（以下「ＴＸＶ」という）やオリフィスバルブに限られるわけではない。単に図解の目的のみのため、以下図に示して説明する実施形態中では、ＴＸＶを用いている。冷媒は、矢印で示す向きに空調システム１０を通って循環する。この冷媒は、後記する圧縮と液化と蒸発とを含む３つの過程を経て循環する。

コンプレッサ１２に入る前のステージ２２においては、冷媒は低圧で低温の気体である。圧縮過程において、コンプレッサ１２によって冷媒は圧縮されて、高圧で高温の気体になる。冷媒は圧縮されることにより、外気よりもはるかに温度が高くなるので、次の液化過程において、確実に気体から液体に相変化する。

コンデンサ１４に入る前のステージ２４においては、冷媒は高圧で高温の気体である。液化過程において、吸い込まれた外気がコンデンサ１０４全体に吹きつけられて、この外気によって冷媒中の熱が吸収される。その結果、冷媒が液化して、高圧で高温の液体になる。冷媒の熱を吸収した外気は、後記する蒸発過程で吸収され失った熱をコンデンサ１４から得ている。

第１補助冷却器１６に入る前のステージ２６における冷媒は、高圧で高温の液体である。コンデンサ１４の出口に配置されている第１補助冷却器１６により、冷媒の温度が低下させられるが、冷媒の温度を低下させることには次の２つの理由がある。第１の理由は、冷媒をすべて確実に気体から液体に相変化させるためである。第２の理由は、冷媒をエバポレータ２０内でより低い温度で蒸発させることにより、エバポレータ２０をより効率よく働かせるためである。第１補助冷却器１６による冷媒温度低下分が余り大きくなく、通常５℃から１０℃の範囲の温度低下であることは当然わかることである。したがって、ステージ２８における冷媒は、依然として高圧で高温の液体であると考えられる。

この後、冷媒は第２補助冷却器２１に入る。第２補助冷却器２１は、冷媒温度をさらに低下させ、後記する蒸発過程の間のエバポレータ２０の効率が高くなるようにする。第２補助冷却器２１の利点は、エバポレータ２０で液化した水が第２補助冷却器上を伝って排水されるようにエバポレータ２０と第２冷却器２１が配置されていることである。その結果、このエバポレータ２０で液化した水は、後記する第２補助冷却器２１を冷却する補助手段として機能する。そのため、従来の空調システム１００において液化した水を排水していたことにより失っていたエネルギの一部を回収して、第２補助冷却器２１を冷却するのに用いている。

第２補助冷却器による冷媒温度低下が余り大きくないことは当然わかることである。したがって、ステージ３０における冷媒は依然として高圧で高温の液体である。しかし、第２補助冷却器２１による冷媒の温度低下は余り大きくないが、この冷媒の温度低下によってエバポレータ２０の仕事量を少なくし、その結果、エバポレータ２０をより効率的に働かせることができる。

冷媒は、エバポレータ２０に入る前にＴＸＶ１８に入る。このＴＸＶ１８は一つ以上の機能を果たす。ＴＸＶ１８は冷却の要求に基づき、エバポレータ２０に入る冷媒の流量を調整する。ＴＸＶ１８は、また冷媒圧力を低下させ、これによって冷媒温度をさらに低下させる。この冷媒温度低下によって、エバポレータに入った冷媒がより低い温度で蒸発することになるので、確実に冷媒が最大量の熱を吸収できることになる。このように、ステージ３２の冷媒は、低圧で低温の液体である。

蒸発過程では、ブロワ（図示されていない）によって車両の中から吸い込まれた暖気が強制的にエバポレータ２０全体に吹きつけられる。冷媒はこの車両内からの暖気から熱を吸収し、エバポレータ２０内の冷媒は沸騰して、液体から気体に相変化する。このようにして、エバポレータ２０を横切るようにエバポレータ２０に吹き付けられた車両内の暖気は、車両内部の温度よりも低い温度に冷却される。この冷却された空気は、車両内部の温度よりもはるかに低く、空調のベントから流出し車両内部に戻るので、車両内部が冷却される。同時に、暖められた冷媒はエバポレータ２０から流出し、この熱サイクルが繰り返される。

さらに、この蒸発過程において、車両内からの暖気中の水分が冷たいエバポレータと接触し、エバポレータ２０上で液化するので、エバポレータ２０上では結露がおきる。このように、エバポレータ２０は脱湿器としても機能し、車両内部に入る冷却空気は脱湿もされている。

図３乃至図５を参照して、本発明のエバポレータ組立品１９について説明する。図３乃至図５は、エバポレータ２０と前記した第２補助冷却器２１として機能する補助冷却器２１とを含むエバポレータ組立品１９の実施形態を示す。このように、エバポレータ組立品１９の説明においては、補助冷却器２１が第２補助冷却器２１を表す。

第１の実施形態において、エバポレータ２０と補助冷却器２１は単一のエバポレータ筐体３４の中に配置されている。補助冷却器２１は、エバポレータ２０の下に取り付けられ、エバポレータ２０の外側表面３６上で生じた結露水は、エバポレータ２０の外側表面３６を伝って補助冷却器２１の外側表面３８上に降下する（図４参照）。この結露水は、この後ドレインパン４０貴社ますますご盛栄のこととお喜び申し上げます。平素は格別のご高配を賜り、厚くお礼申し上げます。中に排水された後、さらに出口ドレイン４２に排水されて、そこから車両外部に排水される。このように、前記したように、この結露水は補助冷却器２１の温度を低下させる効果を有する。

第１の実施形態において、補助冷却器２１にはプレート／フィンタイプ熱交換器を用いるのが好ましい。しかし、冷媒流入管と冷媒流出管とを有する管タイプ熱交換器を用いてもよいことは当然わかることである。

図５を見ると最もよくわかるように、エバポレータ組立品１９は、さらにエバポレータ２０と補助冷却器２１の間に配置された耐熱性断熱体４４を有する。この耐熱性断熱体４４は、補助冷却器の熱が上方のエバポレータ２０へ放熱することによる、エバポレータ２０の効率低下を最小にしている。さらに、補助冷却器の熱が上方のエバポレータ２０への放熱をできるだけ少なくするように、耐熱性断熱体４４の各側面とエバポレータ筐体３４の側壁の間の間隙が最小となるように設けられている。

図６は、エバポレータ組立品１９の第２の実施形態を示しており、このエバポレータ組立品１９はエバポレータ２０と補助冷却器２１Ａとエバポレータ筐体３４とを含む。しかしながら、エバポレータ筐体３４内にはエバポレータ２０と補助冷却器２１Ａとが両方とも格納されているわけではない。そうではなく、補助冷却器２１Ａは、エバポレータ筐体３４の外部に取り付けられているが、エバポレータ２０の下に配置されている。エバポレータ２０で生じた結露水は、エバポレータ筐体３４の外側表面３６上を伝って補助冷却器２１Ａ上に降下して、前記した第１の実施形態と同じように、補助冷却器２１Ａを冷却する。

図７と図８は、エバポレータ組立品１９の第３の実施形態を示す。この第３の実施形態はエバポレータ筐体３４が含まれていない点を除けば、前記した第２の実施形態と同じである。したがって、第３の実施形態におけるエバポレータ組立品１９はエバポレータ２０と補助冷却器２１Ａとを含む。この第３の実施形態では、前記したブロワから吹きつけられる暖気は露出したエバポレータ管５０を横切るようにエバポレータ管５０に吹きつけられる。各エバポレータ管５０の内側表面５２上で生じる結露水がエバポレータタンク５４、５６の間を通って、補助冷却器２１Ａ上に排水され、補助冷却器２１Ａを冷却する。

前記した第２の実施形態および第３の実施形態において、補助冷却器２１Ａは冷媒流入管３７と冷媒流出管３９とを含む。補助冷却器２１Ａの冷媒流入管３７と冷媒流出管３９は、図７に示される、冷媒流入管３７の中心と冷媒流出管３９の中心とを結んだ線４１が概ね鉛直となるように配置されるのが望ましい。しかし、補助冷却器２１Ａが冷媒流入管３７の中心と冷媒流出管３９の中心とを結んだ線４１が概ね水平になるように配置されていてもよいことは当然にわかることである。

また、図７と図８には、本発明において使用される冷媒を保持する２種類のエバポレータタンクが示されている。具体的に、図７には押出し成形されたエバポレータタンク５４が示されており、図８には打ち抜き成形されたエバポレータタンク５６が示されている。しかし、本発明において、周知技術である他の種類のエバポレータを用いることもできるのは当然わかることである。

要約すれば、本発明は第２補助冷却器２１、２１Ａを車両ＨＶＡＣシステム用空調システムに導入したものである。第２補助冷却器２１、２１Ａを加えることによって、冷媒温度の低下を促進して、エバポレータ２０をより効率的に稼動させている。

本発明の具体的な実施形態について記載し、説明してきたが、これら説明した実施形態は、具体例によって説明したものであり、本発明の技術的範囲は、これらの具体例によって限定的に解釈されてはならず、特許請求の範囲の記載にしたがって適切に解釈されなければならない。

１０ 空調システム
１２ コンプレッサ
１４ コンデンサ
１６ 第１補助冷却器
１８ 絞り装置（ＴＸＶ）
１９ エバポレータ組立品
２０ エバポレータ
２１ （第２）補助冷却器
２１Ａ 補助冷却器
３４ エバポレータ筐体
３６，３８ 外側表面
３７ 冷媒流入管
３９ 冷媒流出管
４０ ドレインパン
４２ 出口ドレイン
４４ 耐熱性断熱体
５０ エバポレータ管
５４ エバポレータタンク
５６ エバポレータタンク

Claims (7)

1. 車両用空調システムであって、
   前記空調システムを通って循環する冷媒を圧縮するコンプレッサと、
   前記コンプレッサの下流に配置され、このコンプレッサとの間に流体が流れるようにこのコンプレッサと連通して、前記冷媒を液化させるコンデンサと、
   前記コンデンサの下流に配置され、前記コンデンサとの間に流体が流れるように前記コンデンサと連通して、前記冷媒を前記コンデンサを出た前記冷媒の温度よりも低い温度に冷却する第１補助冷却器と、
   前記第１補助冷却器の下流に配置され、前記第１補助冷却器との間に流体が流れるように前記第１補助冷却器と連通する第２補助冷却器と、
   前記第２補助冷却器の下流に配置され、前記第２補助冷却器との間に流体が流れるように前記第２補助冷却器と連通し、前記冷媒の圧力を低下させる絞り装置と、
   前記絞り装置の下流に配置され、前記絞り装置との間に流体が流れるように前記絞り装置と連通し、前記冷媒を気体から液体に相変化させるエバポレータであって、前記コンプレッサの上流に配置され、前記コンプレッサとの間に流体が流れるように前記コンプレッサと連通するエバポレータとを含み、
   前記エバポレータはエバポレータ筺体内に格納され、前記第２補助冷却器は、前記エバポレータとエバポレータ筺体の下に、前記エバポレータ筺体の外部に位置するように取り付けられ、
   前記第２補助冷却器は、前記エバポレータ上で結露した水が前記第２補助冷却器上に排水され、前記第２補助冷却器を冷却して、前記第２補助冷却器から流出する前記冷媒の温度は、前記第１補助冷却器から流出する前記冷媒の温度よりも低いことを特徴とする車両用空調システム。
2. 前記絞り装置は、冷却の要求に基づき前記冷媒の前記エバポレータへの流れを調節する温度膨張弁であることを特徴とする請求項１に記載の空調システム。
3. 前記第２補助冷却器は、冷媒流入管と冷媒流出管とを含み、前記冷媒流入管の中心と前記冷媒流出管の中心を結んだ線が概ね鉛直となるように、前記冷媒流入管と前記冷媒流出管とが配置されていることを特徴とする請求項１に記載の空調システム。
4. 前記絞り装置は、冷却の要求に基づき前記冷媒の前記エバポレータへの流れを調節する温度膨張弁であることを特徴とする請求項３に記載の空調システム。
5. 空調システムを有する車両用ＨＶＡＣシステムであって、
   前記空調システムは、
   前記空調システムを通って循環する冷媒を圧縮するコンプレッサと、
   前記コンプレッサの下流に配置され、このコンプレッサとの間に流体が流れるようにこのコンプレッサと連通して、前記冷媒を液化させるコンデンサと、
   前記コンデンサの下流に配置され、前記コンデンサとの間に流体が流れるように前記コンデンサと連通して、前記冷媒を前記コンデンサを出た前記冷媒の温度よりも低い温度に冷却する第１補助冷却器と、
   前記第１補助冷却器の下流に配置され、前記第１補助冷却器との間に流体が流れるように前記第１補助冷却器と連通する第２補助冷却器と、
   前記第２補助冷却器の下流に配置され、前記第２補助冷却器との間に流体が流れるように前記第２補助冷却器と連通し、前記冷媒の圧力を低下させる絞り装置と、
   前記絞り装置の下流に配置され、前記絞り装置との間に流体が流れるように前記絞り装置と連通し、前記冷媒を気体から液体に相変化させるエバポレータであって、前記コンプレッサの上流に配置され、前記コンプレッサとの間に流体が流れるように前記コンプレッサと連通するエバポレータと、を含み、
   前記エバポレータと前記第２補助冷却器とは、前記第２補助冷却器から上方の前記エバポレータへ向かう放熱を少なくする耐熱性断熱体によって隔離されており、
   前記第２補助冷却器は、前記エバポレータの下に配置され、前記エバポレータ上で結露した水が前記第２補助冷却器上に排水され、前記第２補助冷却器を冷却して、前記第２補助冷却器から流出する前記冷媒の温度は、前記第１補助冷却器から流出する前記冷媒の温度よりも低いことを特徴とする車両用ＨＶＡＣシステム。
6. 前記第２補助冷却器から上方の前記エバポレータへ向かう放熱をできるだけ少なくするように、前記耐熱性断熱体の各側面と前記筐体の側壁との間隙が、最小となるように設けられていることを特徴とする請求項５に記載のＨＶＡＣシステム。
7. 前記絞り装置は、冷却の要求に基づき前記冷媒の前記エバポレータへの流れを調節する温度膨張弁であることを特徴とする請求項６に記載のＨＶＡＣシステム。

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