JP5915761B2

JP5915761B2 - 車両用空気調和装置

Info

Publication number: JP5915761B2
Application number: JP2014536684A
Authority: JP
Inventors: 章寛小池
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2012-09-21
Filing date: 2013-08-14
Publication date: 2016-05-11
Anticipated expiration: 2033-08-14
Also published as: JPWO2014045767A1; WO2014045767A1

Description

本発明は、車両用空気調和装置[an air conditioner for a vehicle]に関する。

下記特許文献１は、家庭用空気調和装置と同様な、冷暖房兼用のヒートポンプサイクル（冷凍サイクル）を利用した電気自動車用の空気調和装置を開示している。この空気調和装置では、車両前部のモータコンパートメント内に配置された室外熱交換器は、暖房時に蒸発器として機能すると共に、冷房時には凝縮器として機能する。この室外熱交換器の後方には、室外ファンが配置されている。

日本国特開２００３−３４１３０号公報

ヒートポンプサイクルを利用した車両用空気調和装置では、暖房運転時に、外気の水分によって室外熱交換器が着氷[iced]（着霜[frosted]）されることがある。室外熱交換器は着氷（着霜）されるとその熱交換効率が低下するので、除氷／霜運転[deice/defrost operation]によって氷（霜）が溶解される。溶解により発生した水は、室外熱交換器を流れ落ち、室外ファンを覆うシュラウドの下部に溜まる。溜まった水が凍結すると、室外ファンの作動不良が懸念される。

本発明の目的は、熱交換器に付着した水が送風機のシュラウドに溜まるのを抑制し、溜まった水の凍結による送風機の作動不良を防止することのできる車両用空気調和装置を提供することにある。

本発明の特徴は、車両用空気調和装置であって、内部を流れる冷媒と外気との間で熱交換を行う熱交換器と、前記熱交換器の前方又は後方に配置されて、前記熱交換器に前記外気を通過させる送風機と、前記送風機の外周を囲う筒状フランジを有するシュラウドと、を備え、前記熱交換器から流下する水を外部に排水する排水口が、前記筒状フランジの底部の前記熱交換器側に形成されている、車両用空気調和装置を提供する。

車両用空気調和装置の実施形態における室外熱交換器及び室外ファンの分解斜視図である。前記室外熱交換器及び前記室外ファンの斜視図である。前記車両用空気調和装置の全体構成図である。前記室外ファンを覆うファンシュラウドの底部に形成された排水口近傍を示す斜視図である。前記ファンシュラウドの排水口近傍の正面図である。前記ファンシュラウド及び前方に装着されるキャリアの排水口近傍の断面図である。前記室外熱交換器から流れ落ちた水が排水口から排出される状態を示す断面図である。

以下、車両用空気調和装置の一実施形態を図１〜図７を参照しつつ説明する。

本実施形態の車両用空気調和装置は、電気自動車に搭載されており、家庭用空気調和装置と同様に、冷暖房兼用のヒートポンプサイクル（冷凍サイクル）を利用している。図３に示されるように、車両前部のモータコンパートメント[motor compartment]１内には、前後方向に空調用のダクト３が延設されている。ダクト３内には、前方から後方へと、ラジエータ５、室外熱交換器[outside heat exchanger]（請求項における熱交換器）７、室外ファン[outside fans]（請求項における送風機[blower]）９がこの順に配設されている。室外熱交換器７は、ヒートポンプサイクルの構成要素の一つである。

ラジエータ５は、駆動用モータ（図示せず）などの発熱源を冷却するために設けられている。発熱源とラジエータ５との間には、冷却水などの冷媒を循環させる配管が接続されている。ラジエータ５では発熱源によって暖められた冷媒が外気によって冷却される。冷却された冷却水は、再度発熱源へ送られる。

モータコンパートメント１の後方（図３中で右側）には、ダッシュパネル（図３中一点鎖線にて示されている）を介して車室[passenger compartment]１１が設けられている。車室１１内には、空調ユニット１２が配置されている。空調ユニット１２内には、蒸発器１３及び凝縮器１４が配置されている。蒸発器１３及び凝縮器１４のそれぞれは、ヒートポンプサイクルの構成要素の一つである。蒸発器１３及び凝縮器１４は室内熱交換器を構成している。冷房運転では、蒸発器１３が車室１１に供給される空気を冷やし、暖房運転では、凝縮器１４が車室１１に供給される空気を暖める。

空調ユニット１２内には、凝縮器１４が配置された第１流路１２ａと、第１流路１２ａとは隔壁１５によって隔てられた第２流路１２ｂとが設けられている。蒸発器１３側の隔壁１５の端部には、エアミックスドア[air mix door]１６が設けられている。暖房時にはエアミックスドア１６は実線で示される位置に設定され、凝縮器１４によって暖められた空調風が第１流路１２ａを通って車室１１に供給される。冷房時にはエアミックスドア１６は二点鎖線で示される位置に設定され、蒸発器１３によって冷やされた空調風が第２流路１２ｂを通って車室１１に供給される。

室外熱交換器７、蒸発器１３及び凝縮器１４は、冷媒配管１７によって互いに接続されている。冷媒配管１７上には、モータコンパートメント１内に配置された圧縮機１９、二つの膨張弁（オリフィス）２０及び２１、二方弁２２並びに三方弁２３も設けられている。室外ファン９は、外気をラジエータ５や室外熱交換器７に送って、ラジエータ５や室外熱交換器７での熱交換を促進する。

室外熱交換器７及び室外ファン９は、図２に示されるように、室外熱交換器ユニット２５として一体化されている。図２は室外熱交換器ユニット２５を車両後方側から見た斜視図であり、図１は車両前方側から見た分解斜視図である。

室外熱交換器７は、図１に示されるように、横方向に長いほぼ長方形の枠で構成されたキャリア２７の前面に配されており、複数のボルト２９によって後方からキャリア２７に固定されている。キャリア２７の下部は下部支持体[lower support]（クロスメンバ）３１によって支持され、上部は上部支持体[upper support]３３によって支持されている。下部支持体３１及び上部支持体３３は、横方向に長く形成されており、車体に固定されている。キャリア２７、下部支持体３１及び上部支持体３３によって、支持部材[support member]が構成されている。

二つの室外ファン９は、横方向に並設されており、ファンモータによって駆動される。室外ファン９は、ファンシュラウド[fan shroud]（請求項におけるシュラウド）３５に回転可能に支持されている。ファンシュラウド３５は、図２に示されるように、室外ファン９のそれぞれについて、室外熱交換器７の反対側に突出された筒状フランジ３５ａを備えている。筒状フランジ３５ａは、室外ファン９の外周をそれぞれ囲っている。

ファンシュラウド３５は、図１に示されるように、後方からキャリア２７に組み付けられ、複数のボルト３７によってキャリア２７に固定される。ファンシュラウド３５は、その底部に横方向に延びる底壁３５ｃを有している。底壁３５ｃは、筒状フランジ３５ａと一体化されており、かつ、室外ファン９よりも前方に突出されている。

底壁３５ｃには、室外ファン９に対応する、前方に向けて開放された切欠部[cutouts]３５ｄが形成されている。各切欠部３５ｄは、平面視で横方向に長い長方形状に形成されている。図４に示されるように、各切欠部３５ｄの後縁には、Ｕ字状の三つの凹部[notches]３５ｅが形成されている。凹部３５ｅは、切欠部３５ｄと連通されており、かつ、底壁３５ｃから筒状フランジ３５ａの底部３５ａ１にかけて形成されている。

各切欠部３５において、凹部３５ｅのうちの一つが切欠部３５ｄの中央に設けられ、残りの二つが切欠部３５ｄの両端にそれぞれ設けられている。一つの切欠部３５ｄと三つの凹部３５ｅとで一つの排水口[drain outlet]が形成されている。なお、排水口は、底壁３５ｃから底部３５ａ１にかけて長方形状に形成された一つの切欠部によって形成されても良い。即ち、この場合の排水口は、本実施形態の切欠部３５ｄを、底壁３５ｃだけでなく、底壁３５ｃから底部３５ａ１にかけて形成することによって形成される。

排水口は、図５に示されるように、筒状フランジ３５ａの中心Ｏと切欠部３５ｄ（排水口）の筒状フランジ３５ａ上の一側端Ｐとを結ぶ直線Ａと、中心Ｏを通る鉛直線Ｔとがなす角度θ（＞０）が、少なくとも１５度となるよう形成されている。同様に、中心Ｏと切欠部３５ｄ（排水口）の筒状フランジ３５ａ上の他側端Ｑとを結ぶ直線Ｂと、鉛直線Ｔとがなす角度θ（＞０：＝直線Ａ側の角度θ）も、少なくとも１５度となるよう形成されている。即ち、角度θは、１５度以上に設定される。

また、凹部３５ｅが形成された底部３５ａ１は、図５に示されるように、底壁３５ｃより下方に位置し、ファンシュラウド３５全体の最下部に位置している。従って、三つの凹部３５ｅのうち中央の凹部３５ｅは、ファンシュラウド３５の最下端に位置している。

また、図６に示されるように、車体がピッチ角δ（＞０：例えば、１５度）でピッチングしたときであっても、排水口（切欠部３５ｄ及び凹部３５ｅ）は室外ファン９の最下端９ａの直下、即ち、鉛直方向下方に位置する。なお、図６では、車体の前部が後部よりも上方に持ち上げられるピッチング時の水平線がＨ_１、後部が前部より上方に持ち上げられるピッチング時の水平線がＨ_２で示されている。また、図６及び図７には、横方向に延設された下部支持体（クロスメンバ）３１が示されている。

キャリア２７は、図１に示すように、横方向に延びる上部２７ａ及び下部２７ｂと、これら上部２７ａ及び下部２７ｂの両端にそれぞれ連結された側部２７ｃ及び２７ｄと、二つの室外ファン９間に位置され、上部２７ａ及び下部２７ｂの中央に連結された中央部２７ｅと、を備えている。

ファンシュラウド３５がキャリア２７に組み付けられると、下部２７ｂの後方端２７ｂ１と、ファンシュラウド３５の底壁３５ｃの前方端３５ｃ１とが互いに突き合わせられる。底壁３５ｃに形成された切欠部３５ｄの開放側は、下部２７ｂによって閉塞される。従って、切欠部３５ｄ及び三つの凹部３５ｅからなる排水口は、ファンシュラウド３５と支持部材を構成するキャリア２７との突き合わせ部に設けられる。

図３に示されるように、暖房運転では、圧縮機１９で圧縮された高温冷媒は、凝縮器１４で放熱して凝縮される。このとき、エアミックスドア１６は実線位置に設定されており、矢印Ｃで示されるように室内の吸気ファン（図示せず）によって吸引された外気は、蒸発器１３及び凝縮器１４を通って、空調風（温風）として第１流路１２ａから車室１１に供給される。凝縮器１４から出た冷媒は、膨張弁２０を通って室外熱交換器７で吸熱して暖められ、三方弁２３を通って圧縮機１９に戻される。このとき、冷媒は、膨張弁２１及び蒸発器１３を流れない。また、二方弁２２は閉じている。即ち、暖房運転では、三方弁２３によって、冷媒は、膨張弁２１及び蒸発器１３をバイパスして、室外熱交換器７から圧縮機１９へと流される。

暖房運転では、室外熱交換器７での熱交換時に、外気の水分によって室外熱交換器７が着氷（着霜）されることがある（特に、そのチューブ間で）。室外熱交換器７が着氷（着霜）された状態では熱交換効率が低下するので、室外熱交換器７にホットガスを流して除氷／霜運転が行なわれる。

除氷／霜運転では、圧縮機１９で圧縮された高温冷媒は、暖房運転と同様に凝縮器１４を流れるが、エアミックスドア１６は二点鎖線位置に設定されており、凝縮器１４での放熱が抑制される。このとき、室内の吸気ファンは作動されない。凝縮器１４から出た高温冷媒（ホッドガス）は、二方弁２２を通って室外熱交換器７に流入する。室外熱交換器７の内部を高温冷媒が流れるので、氷や霜が溶解される。室外熱交換器７から出た冷媒は三方弁２３を通って圧縮機１９に戻される。

除氷／霜運転によって氷や霜が溶けて生成される水Ｗは、図７に示されるように、室外熱交換器７を支持しているキャリア２７の下部２７ｂに流下し、さらにファンシュラウド３５に向けて流れる。

このとき、ファンシュラウド３５の底壁３５ｃに排水口（切欠部３５ｄ及び凹部３５ｅ）が設けられているので、水Ｗは排水口から下方に排出される。従って、ファンシュラウド３５の底に水が溜まるのを抑制でき、溜まった水の凍結による室外ファン９の作動不良を防止できる。

特に、本実施形態では、排水口がファンシュラウド３５の筒状フランジ３５ａの底部３５ａ１の室外熱交換器７側に位置されているので、室外熱交換器７から流れてくる水Ｗを速やか且つ効果的に排水口から排出できる。

また、本実施形態では、室外熱交換器７の少なくとも下部を覆い、且つ、ファンシュラウド３５を支持するキャリア（支持部材）２７が設けられている。さらに、ファンシュラウド３５の排水口（切欠部３５ｄ及び凹部３５ｅ）は、ファンシュラウド３５とキャリア２７との突き合わせ部に設けられている。このため、ファンシュラウド３５の底壁３５ｃのキャリア２７側の前方端３５ｃ１を切り欠くことで、排水口（切欠部３５ｄ及び凹部３５ｅ）を容易に形成することができる。

また、本実施形態では、筒状フランジ３５ａの底部３５ａ１はファンシュラウド３５の最下部に位置している。さらに、底部３５ａ１に形成された三つの凹部３５ｅのうちの中央の凹部３５ｅは、ファンシュラウド３５の最下端に位置する。従って、室外熱交換器７から流れてくる水Ｗは、最下端に位置する凹部３５ｅから確実に排出される。即ち、信頼性の高い排水構造が実現される。

また、本実施形態では、上述したように、鉛直線Ｔと直線Ａ又はＢとがなす角度θが、それぞれ少なくとも１５度となるように、排水口（切欠部３５ｄ及び凹部３５ｅ）が形成されている。通常走行時の車体のロール角は１５度を超えることはほとんどない。従って、上述した角度θを少なくとも１５度となるように排水口（切欠部３５ｄ及び凹部３５ｅ）を形成することで、車体ロール時でも排水口は鉛直方向下方に向けて開口される。その結果、車体の姿勢によらず、排水が確実に行われる。

また、本実施形態では、排水口（切欠部３５ｄ及び凹部３５ｅ）は、車体のピッチング角が最大で１５度でも、室外ファン（送風機）９の鉛直方向下方に位置する。通常走行時の車体のピッチング角は１５を超えることはほとんどない。従って、車体ピッチング時でも、排水口（切欠部３５ｄ及び凹部３５ｅ）が室外ファン９の最下端９ａの直下に位置するので、水Ｗは排水口（切欠部３５ｄ及び凹部３５ｅ）から速やかに排出される。その結果、車体の姿勢によらず、排水が確実に行われる。特に、水Ｗが室外ファン９に付着して凍結すると室外ファン９は作動不良を起こしやすい。このため、室外ファン９に付着した水Ｗを速やかに排出することは、作動不良の防止に効果的である。

また、本実施形態では、室外熱交換器７は、暖房運転ではヒートポンプサイクルにおける蒸発器として機能する。このため、暖房運転で室外熱交換器７が着氷（着霜）された場合に除氷／霜運転を実施することで水が多量に発生しても、水を排水口から速やかに排出できる。

なお、排水口は、室外熱交換器７に付着した氷や霜が除氷／霜運転によって溶かされた水だけを排水するのではなく、車両走行中にラジエータ５や室外熱交換器７に付着する雨なども排出する。

本実施形態の車両は電気自動車であったが、内燃機関を搭載した自動車であってもよい。この場合、排水口（切欠部３５ｄ及び凹部３５ｅ）からは、内燃機関冷却用のラジエータに付着した水も排水される。即ち、排水口（切欠部３５ｄ及び凹部３５ｅ）は、空調用の室外ファン（送風機）の前方に配置された熱交換器から流れてくる水がファンシュラウド３５の下部で凍結するのを防止して、室外ファンの作動不良を回避する。

また、本実施形態では、室外ファン（送風機）９が、室外熱交換器７の後方に配置されているが、室外熱交換器７の前方に配置されて外気を室外熱交換器７に押し込んでもよい。即ち、送風機は、熱交換器の前方又は後方に配置される。

日本国特許出願第２０１２−２０７８５４号（２０１２年９月２１日出願）の全ての内容は、ここに参照されることで本明細書に援用される。本発明の実施形態を参照することで上述のように本発明が説明されたが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。本発明の範囲は、請求の範囲に照らして決定される。

Claims

車両用空気調和装置であって、
内部を流れる冷媒と外気との間で熱交換を行う熱交換器と、
前記熱交換器の前方又は後方に配置されて、前記熱交換器に前記外気を通過させる送風機と、
前記送風機の外周を囲う筒状フランジを有するシュラウドと、を備え、
前記熱交換器から流下する水を前記シュラウドの外部に排水する排水口が、前記筒状フランジの底部の前記熱交換器側に形成されている、車両用空気調和装置。
請求項１に記載の車両用空気調和装置であって、
前記シュラウドが、前記筒状フランジの前記底部の前記熱交換器側に底壁を有しており、
前記排水口が、前記底壁に形成されている、車両用空気調和装置。
請求項１に記載の車両用空気調和装置であって、
前記シュラウドを支持すると共に、前記熱交換器の少なくとも下部を覆う支持部材をさらに備えており、
前記排水口が、前記支持部材と前記送風機との間に配置されている、車両用空気調和装置。
請求項３に記載の車両用空気調和装置であって、
前記排水口が、前記支持部材と前記送風機との間の、前記シュラウドと前記支持部材との突合せ部に形成されている、車両用空気調和装置。
請求項１〜４の何れか一項に記載の車両用空気調和装置であって、
前記筒状フランジの前記底部が、前記シュラウドの最下部に位置されている、車両用空気調和装置。
請求項１〜５の何れか一項に記載の車両用空気調和装置であって、
前記筒状フランジの中心を通る鉛直線と、前記中心と前記筒状フランジ上の前記排水口の一側端及び他側端を通る二つの直線とがそれぞれなす角度が、少なくとも１５度となるように、前記排水口が形成されている、車両用空気調和装置。
請求項１〜６の何れか一項に記載の車両用空気調和装置であって、
前記排水口が、ピッチング角が１５度の状態での前記送風機の鉛直方向下方まで延設されている、車両用空気調和装置。
請求項１〜７の何れか一項に記載の車両用空気調和装置であって、
前記熱交換器が、暖房運転でヒートポンプサイクルにおける蒸発器として機能する、車両用空気調和装置。