JP7125006B2 - 車両用の空調装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両用の空調装置に関する。

内燃機関（エンジン）を駆動源とする車両の暖房の熱源には、エンジンの冷却水が専ら用いられている。
しかし、内燃エンジンの始動初期には冷却水の温度が低いため、暖房によって車室内の温度が所定温度に達するまでにはある程度の時間を要していた。

特許文献１には、車両の暖房の熱源に排気ガスの熱を利用するためのヒートパイプシステムが開示されている。

実開平２－１２７５１１号公報

特許文献１のヒートパイプシステムは、内燃機関の排気管に取り付けられた蒸発器と、空調用の空気が流れるダクトに設けられた凝縮器と、凝縮器で液化した作動媒体を蒸発器に送る液配管と、蒸発器で蒸発した作動媒体を凝縮器に送るガス配管と、を備えている。

このヒートパイプシステムにおいては、蒸発器において作動媒体（液体）を、排気管を流れる高温の排気ガスによって加熱して気化させる。凝縮器では、ガス配管を介して供給された気体状態の作動媒体が、ダクトを流れる空調用の空気に熱（凝縮潜熱）を放出して液化する。これにより、空調用の空気が凝縮器で加熱され、加熱された空調用の空気によって車室内が暖房される。

なお、凝縮器において液化した作動媒体は、液配管を経て蒸発器へと送られる。そして、蒸発器において液体状態の作動媒体は、排気管を流れる高温の排気ガスによって加熱されて、再び気化することになる。
ヒートパイプシステムでは、作動媒体が状態変化（サイクル）を繰り返しながら、蒸発器と凝縮器との間を循環することによって、排気ガスの熱の一部が、空調用の空気の加熱に有効利用（回収）される。

このような構成のヒートパイプシステムを備えた車両用の空調装置においては、排気ガスが流れる経路を切り替えることで、排気ガスの熱（排熱）を回収しないようにする（排熱非回収）ことも可能である。

排熱非回収時において外気温が低い場合には、ガス配管の凝縮器への接続部近傍で作動媒体が凝縮することがある。
ガス配管が凝縮器に略水平に接続されていると、液化した作動媒体が凝縮器に流入してサイクルが不安定化し、ヒートパイプシステムの構成要素（蒸発器、凝縮器、液配管、ガス配管）の圧力（内圧）が上昇することがあった。

そのため、排熱非回収時においてガス配管の凝縮器への接続部近傍において作動媒体の凝縮が発生したとしても、サイクルが不安定化しないようにすることが求められている。

本発明は、
内燃機関で発生する排気ガスが通流する排気管と、
前記排気ガスの熱を回収するヒートパイプシステムと、を備える車両用の空調装置において、
前記ヒートパイプシステムは、
前記排気管に取り付けられて、前記排気ガスとの熱交換で作動媒体を蒸発させる蒸発器と、
前記蒸発器で蒸発した前記作動媒体を液化させる凝縮器と、
前記凝縮器で液化した作動媒体を前記蒸発器に送る液配管と、
前記蒸発器で蒸発した作動媒体を前記凝縮器に送るガス配管と、を有しており、
前記ガス配管の前記凝縮器への接続部近傍に、一旦鉛直下方に引き回されたドレントラップ部を形成した構成の車両用の空調装置とした。

本発明によれば、例えば、排熱非回収時に外気温が低い場合において、ガス配管の凝縮器への接続部近傍で作動媒体が凝縮しても、この凝縮した作動媒体は、ガス配管に形成されたドレントラップ部に溜まる。
このため、凝縮によって液化した作動媒体の凝縮器への流入が防がれ、ヒートパイプシステムのサイクルが不安定化することを好適に防止できる。

車両用の空調装置の概略構成を説明する図である。 車両用の空調装置の基本構成を説明する図である。 車両用の空調装置における凝縮器と液配管とガス配管の配置を説明する図である。 排熱回収器を説明する図である。 車両用の空調装置におけるエバポレータとヒータコアと凝縮器の配置を説明する図である。 凝縮器を説明する図である。 比較例にかかる凝縮器を説明する図である。 変形例にかかる車両用の空調装置を説明する図である。

以下、本発明の実施形態を説明する。
図１は、本実施形態にかかる車両用の空調装置１の概略構成を説明する図である。
図２は、車両用の空調装置１の基本構成を説明する図であって、ヒートパイプシステム４と、冷凍サイクル５と、冷却水循環サイクル６の回路構成を説明する図である。
図３は、車両用の空調装置１における凝縮器４３と液配管４２とガス配管４１の配置を説明する図である。
図４は、車両用の空調装置１における排熱回収器３５と液配管４２とガス配管４１の配置を説明する図である。
図５は、車両用の空調装置１（ダクト１１）におけるエバポレータ５３とヒータコア６３と凝縮器４３の配置を説明する図である。

［空調装置１の構成］
図１に示すように、車両Ｖの前部では、運転席７１の前方（図１の左方）に空調装置１が設置されている。
車両Ｖのファイアウォール７２よりも前方のエンジンルームには、駆動源である内燃機関（ＥＮＧ）２が収容されている。
内燃機関２は、ガソリンなどの燃料の燃焼によって発生する熱エネルギーを運動エネルギー（駆動力）に変換するものである。内燃機関２には、燃料の燃焼により発生した排気ガスの排気系として、排気管３が接続されている。

排気管３は、フロア７４の下面に沿って、車両後方（図１の右方）に向かって延びている。内燃機関２での燃料の燃焼によって発生する高温の排気ガスは、排気管３を車両後方に向かって流れて大気中に排出される。

排気管３の途中には、排気ガスを浄化するための触媒３１と、排熱回収器３５と、消音器である不図示のマフラーと、が設けられている。排気管３では、触媒３１と、排熱回収器３５と、マフラーとが、排気ガスの流れ方向に沿って設けられている。

排熱回収器３５は、排気ガスの熱の一部を回収するためのものである。排熱回収器３５においては、図１および図４に示すように、排気管３が二股状に分岐して熱回収路３２とバイパス路３３とが形成されている。

熱回収路３２とバイパス路３３は、排気ガスの流れ方向下流において合流して排気管３の排熱回収器３５の下流側部分に接続されている。
図１に示すように、熱回収路３２とバイパス路３３の上流側の分岐部と、下流側の合流部には、切替ドア３４ａ、３４ｂが、それぞれ回動可能に設けられている。

切替ドア３４ａ、３４ｂは、触媒３１側から排熱回収器３５に流入する排気ガスを、熱回収路３２またはバイパス路３３に選択的に流すために設けられている。

ここで、図１では、熱回収路３２とバイパス路３３が、上下に並んで配置されており、熱回収路３２の方がバイパス路３３よりも上側に位置している場合を例示している。
図４では、熱回収路３２とバイパス路３３が、水平方向に並んで配置されている場合を例示している。熱回収路３２とバイパス路３３の並びは、図１と図４の態様の何れでも良い。

排熱回収器３５の熱回収路３２には、排気ガスとの熱交換により、排気ガスの熱の一部を回収する蒸発器４４が設けられている。
蒸発器４４は、排気ガスの熱を作動媒体Ｒ４に回収するヒートパイプシステム４の構成要素である。車両用の空調装置１では、ヒートパイプシステム４で回収した排気ガスの熱を、空調装置１における空調用の空気Ａｉｒの加熱に利用する。

図２に示すように、空調装置１は、ヒートパイプシステム４の他に、空調用の空気Ａｉｒの冷却に用いられる冷凍サイクル５と、空調用の空気Ａｉｒの加熱に用いられる冷却水循環サイクル６とを有している。
空調装置１の内部には、空調用の空気Ａｉｒが通流するダクト１１が形成されている。
ダクト１１の内部には、ダクト１１における空気Ａｉｒの通流方向における上流側から順番に、シロッコファン１２と、エバポレータ５３と、ヒータコア６３と、凝縮器４３と、エア混合チャンバ１４とが設けられている。

シロッコファン１２（送風機）は、空調装置１の作動時に駆動されて、車室７０（図１参照）内の空気（内気）および／または車室７０外の空気（外気）を吸引する。シロッコファン１２は、吸引した空気を、シロッコファン１２の下流側に配置されたエバポレータ５３に向けて送出する。

エバポレータ５３では、熱媒体Ｒ５が蒸発する際の気化熱で、エバポレータ５３を通過する空気Ａｉｒを、冷却、除湿する。

空気Ａｉｒの通流方向におけるエバポレータ５３の下流側には、冷却水循環サイクル６のヒータコア６３が設けられている。
ヒータコア６３では、内燃機関２の冷却水Ｒ６（熱媒体）との熱交換で、ヒータコア６３を通過する空気Ａｉｒを加熱する。

空気Ａｉｒの通流方向におけるヒータコア６３の下流側には、ヒートパイプシステム４の凝縮器４３が設けられている。
凝縮器４３では、作動媒体Ｒ４との熱交換で、凝縮器４３を通過する空気を加熱する。

空調装置１において凝縮器４３は、ダクト１１内を通流する空気の通流方向で、エバポレータ５３の下流側に設けられている。エバポレータ５３と凝縮器４３との間であって、凝縮器４３から見た上流側には、ヒータコア６３が配置されている。
空調装置１では、ヒータコア６３を通過した空気Ａｉｒが、そのまま凝縮器４３を通過する。

図５に示すように、ヒータコア６３と凝縮器４３の各々は、空気が通過する通風面６３ｃ、４３ｃを有する矩形のプレート状に形成されている。
これら通風面６３ｃ、４３ｃは、ダクト１１の流路断面に対応した大きさに形成されており、ダクト１１内の空気Ａｉｒの流れに直交する向きで設けられている。

図２に示すように、ダクト１１内においてヒータコア６３と凝縮器４３は、上下方向に沿わせた向きで設けられている。ヒータコア６３と凝縮器４３は、上下方向における上側のほうを、下側よりも車両後方側に位置させている。すなわち、ダクト１１内においてヒータコア６３と凝縮器４３は、鉛直線に対して傾いた状態で隣接して配置されている。

ヒータコア６３とエバポレータ５３との間には、ミックスドア１３が設けられている。ミックスドア１３は、エバポレータ５３を通過した空気のヒータコア６３側への流入量を調整するために設けられている。

ミックスドア１３が、エバポレータ５３を通過した空気のヒータコア６３側への流入を阻止する位置（図３、仮想線参照）に配置されると、エバポレータ５３を通過した空気がそのままエア混合チャンバ１４に供給される。

ミックスドア１３が、エバポレータ５３を通過した空気のエア混合チャンバ１４側への流入を阻止する位置（図３、実線参照）に配置されると、エバポレータ５３を通過した空気Ａｉｒが、ヒータコア６３と凝縮器４３側を通過する。ヒータコア６３と凝縮器４３側を通過した空気Ａｉｒは、最終的にエア混合チャンバ１４に供給される。

空調装置１では、図示しない制御装置が、車室７０内の設定温度等に応じてミックスドア１３の位置を変更することで、ヒータコア６３側を通過する空気の量が調整される。

エア混合チャンバ１４では、エバポレータ５３を通過する際に冷却された空気Ａｉｒと、ヒータコア６３および凝縮器４３を通過する際に加熱された空気Ａｉｒと、が混合されて、所望の温度に調整される。

エア混合チャンバ１４には、デフダクト側の流入口１５と、ベントダクト側の流入口１６と、フットダクト側の流入口１７と、が開口している。各流入口１５、１６、１７には、図示しない制御装置により駆動される開閉弁が設けられている。

流入口１５に流入した空気Ａｉｒは、図示しないデフ吹出口から、車両Ｖのフロントウインドウに向けて送出される。流入口１６に流入した空気Ａｉｒは、図示しないベント吹出口から、乗員の上半身に向けて送出される。流入口１７に流入した空気Ａｉｒは、図示しないフット吹出口から、乗員の足元に向けて送出される。

エア混合チャンバ１４で温度が調節された空気Ａｉｒ（空調用の空気Ａｉｒ）は、少なくともひとつの流入口１５、１６、１７を通って、車室７０に供給されて、車室７０内を空調する。

図２に示すように、空気Ａｉｒの冷却に関与するエバポレータ５３は、冷凍サイクル５が備える冷媒配管５０上に設けられている。冷媒配管５０は、気体状態の熱媒体Ｒ５が通流するガス配管５１と、液体状態の熱媒体Ｒ５が通流する液配管５２と、を有している。
冷凍サイクル５は、エバポレータ５３の他に、膨張弁５４と、コンプレッサ５５と、コンデンサ５６と、を有している。

膨張弁５４は、コンデンサ５６とエバポレータ５３とを連絡させる液配管５２に設けられており、液配管５２を通流する液体状態の熱媒体Ｒ５を減圧膨張させる。
エバポレータ５３は、膨張弁５４から供給された熱媒体Ｒ５を減圧下で蒸発させる。

コンプレッサ５５は、エバポレータ５３とコンデンサ５６とを連絡させるガス配管５１に設けられており、エバポレータ５３で蒸発した熱媒体Ｒ５を吸引して、高温高圧に圧縮する。
コンデンサ５６は、ガス配管５１を介してコンプレッサ５５側から供給された高温高圧の熱媒体Ｒ５を、外気との熱交換で冷却して凝縮させる。

冷凍サイクル５では、コンプレッサ５５の動力によって、エバポレータ５３とコンデンサ５６との間を熱媒体Ｒ５が循環する。コンデンサ５６で冷却された熱媒体Ｒ５が、エバポレータ５３で蒸発する際に吸熱することにより、ダクト１１を通流する空気Ａｉｒが、冷却および除湿される。

空気Ａｉｒの加熱に関与するヒータコア６３は、冷却水循環サイクル６が備える冷却経路６０に、冷却水導入配管６１と冷却水導出配管６２を介して接続されている。
冷却経路６０は、第１経路６０１と、第２経路６０２と、を有している。第１経路６０１は、内燃機関２と、ラジエータ６７と、冷却水バルブ６４と、ウォータポンプ６６とが、冷却水の通流路に沿って設けられた循環路である。ラジエータ６７には、冷却水タンク６５が付設されている。

冷却水バルブ６４は、開位置および閉位置の何れか一方に切り替えるタイプ（いわゆる開閉弁）、または制御によってその開度の調整ができるタイプ（流量コントロール弁）の何れであってもよい。

第２経路６０２は、第１経路６０１における冷却水の通流方向で、内燃機関２の下流側と、ウォータポンプ６６の上流側に接続されている。第２経路６０２は、ラジエータ６７と冷却水バルブ６４を迂回する迂回路である。ヒータコア６３から延びる冷却水導入配管６１と冷却水導出配管６２は、第２経路６０２に接続されている。

冷却水循環サイクル６では、冷却水バルブ６４を開いた状態で、ウォータポンプ６６が駆動されると、第１経路６０１側と、第２経路６０２側を冷却水Ｒ６が通流する。
冷却水バルブ６４を閉じた状態で、ウォータポンプ６６が駆動されると、第２経路６０２側を冷却水Ｒ６が通流する。

第１経路６０１は、内燃機関２を通って設けられており、冷却水Ｒ６は、内燃機関２の領域を通過する際に、内燃機関２の排熱で加熱される一方で、内燃機関２を冷却する。
内燃機関２の排熱で加熱された冷却水Ｒ６のうち、第１経路６０１側を通過する冷却水Ｒ６は、ラジエータ６７を通過する際に、外気との熱交換で冷却される。

第２経路６０２側を通過する冷却水Ｒ６の一部は、ヒータコア６３を通って、第１経路６０１に循環し、残りの一部は、ヒータコア６３を通らずに第１経路６０１に循環する。

図５に示すように、ヒータコア６３は、第１導入口６３ｂと第１導出口６３ａと、を有している。
第１導出口６３ａは、ヒータコア６３の側縁部の上端部位に設けられている。第１導入口６３ｂは、ヒータコア６３の側縁部の下端部位に設けられている。
第１導入口６３ｂには、冷却経路６０（第２経路６０２）に接続された冷却水導入配管６１が接続されている。第１導出口６３ａには、冷却経路６０（第２経路６０２）に接続された冷却水導出配管６２が接続されている。

図２に示すように、ヒータコア６３では、冷却経路６０（第２経路６０２）側から供給された高温の冷却水Ｒ６と、空気Ａｉｒとの熱交換を行って空気Ａｉｒを加熱する。
空気Ａｉｒとの熱交換で温度が低下した冷却水Ｒ６は、冷却水導出配管６２を介して、冷却経路６０（第２経路６０２）内に戻される。

空気Ａｉｒの加熱に関与する凝縮器４３は、ヒートパイプシステム４が備える作動媒体Ｒ４の循環路４０（ガス配管４１と液配管４２）上に設けられている。
循環路４０は、金属材料からなる筒状管を環状に配置して、内部に作動媒体Ｒ４を減圧封入したものである。

ヒートパイプシステム４は、前記した蒸発器４４のほかに、凝縮器４３（インターナルコンデンサＩ／Ｃ）を有している。蒸発器４４と凝縮器４３は、ガス配管４１と液配管４２で接続されている。

蒸発器４４では、液体状態の作動媒体Ｒ４（例えば、水）が、排気ガスとの熱交換で加熱されて蒸発する。
ガス配管４１は、蒸発器４４で蒸発して気体状態になった作動媒体Ｒ４を、凝縮器４３に供給する機能を果たす。

凝縮器４３では、気体状態の作動媒体Ｒ４が、凝縮器４３を通過する空気Ａｉｒとの熱交換で冷却されて凝縮する。
液配管４２は、凝縮器４３で凝縮して液体状態になった作動媒体Ｒ４を、蒸発器４４に供給する機能を果たす。

ヒートパイプシステム４では、作動媒体Ｒ４が、気体と液体との間での状態変化（サイクル）を繰り返しながら、蒸発器４４と凝縮器４３との間を循環する。
ヒートパイプシステム４では、排気ガスの排熱を利用して作動媒体Ｒ４を加熱することで、排気ガスの熱の一部を作動媒体Ｒ４に回収している。
そして、作動媒体Ｒ４に回収した熱を利用して、凝縮器４３を通過する空気Ａｉｒを加熱しているので、排気ガスの熱を有効に利用している。

図５に示すように凝縮器４３は、気体状態の作動媒体Ｒ４の導入口４３ａと、液体状態の作動媒体Ｒ４の排出口４３ｂと、を有している。
導入口４３ａは、凝縮器４３の側縁部の上端部位に設けられている。排出口４３ｂは、凝縮器４３の側縁部の下端部位に設けられている。
導入口４３ａには、蒸発器４４から延びるガス配管４１が接続されている。排出口４３ｂには、蒸発器４４まで延びる液配管４２が接続されている。

図６は、凝縮器４３を説明する図である。図６の（ａ）は、凝縮器４３の斜視図である。図６の（ｂ）は、（ａ）におけるＡ－Ａ線に沿って、ガス配管４１と液配管４２を切断した断面図である。図６の（ｃ）は、凝縮器４３を側方から見た図であって、ガス配管４１に設けたドレントラップ部４１Ｘを説明する図である。なお、図６の（ｃ）では、説明の便宜上、ドレントラップ部４１Ｘの領域に交差したハッチングを付して示している。
図７は、比較例にかかる凝縮器４３Ａを説明する図である。図７の（ａ）は、凝縮器４３Ａの斜視図である。図７の（ｂ）は、凝縮器４３Ａを側方から見た図である。

図６の（ａ）、（ｃ）に示すように、液配管４２における凝縮器４３との接続部の近傍領域４２０では、液配管４２が屈曲した形状で形成されている。液配管４２の近傍領域４２０は、筒状のパイプを屈曲させて形成したものである。

近傍領域４２０は、配管接続部３１０を水平線方向に貫通する第１領域４２０ａと、第１領域４２０ａの先端から下方に延びる第２領域４２０ｂと、第２領域４２０ｂの下端から水平線方向に延びる第３領域４２０ｃと、を有している。

第３領域４２０ｃは、ヒータコア６３（図５参照）の側方を通って、凝縮器４３に近づく方向に延びており、第３領域４２０ｃの先端は、凝縮器４３の下端部位に開口する排出口４３ｂに接続されている。
第１領域４２０ａは、ヒータコア６３の冷却水導入配管６１および冷却水導出配管６２と共に配管接続部３１０を貫通しており、空調装置１の外部に引き出されている。

なお、図３に示すように、空調装置１の外部に引き出された液配管４２は、車両Ｖのファイアウォール７２を貫通して、内燃機関２の収容部（エンジンルーム）内に達している。
エンジンルーム内において液配管４２は、ファイアウォール７２に沿って、フロア７４側の下方に延びたのち、フロア７４の下面に沿って車両Ｖの後方側に延びている。そして、液配管４２は、車両Ｖの前方側から排熱回収器３５（蒸発器４４）に接続されている（図４参照）。

図６の（ａ）、（ｃ）に示すように、ガス配管４１における凝縮器４３との接続部の近傍領域４１０では、ガス配管４１が屈曲した形状で形成されている。ガス配管４１の近傍領域４１０もまた、筒状のパイプを屈曲させて形成したものである。

近傍領域４１０は、配管接続部３１０を水平線方向に貫通する第１領域４１０ａと
第１領域４１０ａの先端から下方に延びる第２領域４１０ｂと、第２領域４１０ｂの下端から水平線方向に延びる第３領域４１０ｃと、を有している。

ガス配管４１の第１領域４１０ａは、ヒータコア６３（図５参照）の冷却水導入配管６１および冷却水導出配管６２、そして液配管４２の第１領域４２０ａと共に、配管接続部３１０を貫通しており、空調装置１の外部に引き出されている。

なお、図３に示すように、空調装置１の外部に引き出されたガス配管４１は、車両Ｖのファイアウォール７２を貫通して、内燃機関２の収容部（エンジンルーム）内に達している。
エンジンルーム内においてガス配管４１は、ファイアウォール７２に沿って、フロア７４側の下方に延びたのち、フロア７４の下面に沿って車両Ｖの後方側に延びている。そして、ガス配管４１は、車両Ｖの前方側から排熱回収器３５（蒸発器４４）に接続されている（図４参照）。

ガス配管４１の第３領域４１０ｃは、液配管４２の第３領域４２０ｃの上方を、凝縮器４３に近づく方向（図６の（ｃ）における右方向）に延びている。ガス配管４１の第３領域４１０ｃは、液配管４２の第３領域４２０ｃに対して略平行に設けられている。

第３領域４１０ｃは、ヒータコア６３（図５参照）の側方を通って、凝縮器４３の近傍まで及んでおり、第３領域４１０ｃの先端には、水平線に対して傾斜した第４領域４１０ｄが接続されている。
第４領域４１０ｄは、水平線方向で凝縮器４３に近づくにつれて（図６の（ｃ）における右側に向かうにつれて）、凝縮器４３の上端部位に近づく向きで傾斜している。
側面視において第４領域４１０ｄは、凝縮器４３の側縁に重なる位置まで延びている。

第４領域４１０ｄの先端には、凝縮器４３の上端部位から、凝縮器４３の側縁に沿って下端部位側に延びる第５領域４１０ｅが接続されている。

そのため、ガス配管４１の近傍領域４１０は下方に大きく屈曲しており、ガス配管４１を、一旦鉛直下方に引き回した形状のドレントラップ部４１Ｘ（図６の（ｃ）、交差するハッチングを付した領域）が形成されている。
ガス配管４１におけるドレントラップ部４１Ｘでは、第１領域４１０ａから第４領域４１０ｄまでの範囲が、液配管４２の第１領域４２０ａから第３領域４２０ｃに沿って配置されている。

凝縮器４３の側方から見てドレントラップ部４１Ｘは、第２領域４１０ｂから第５領域４１０ｅまでの範囲が、下方に窪んだ凹形状に形成されている。

ガス配管４１の近傍領域４１０と液配管４２の近傍領域４２０は、互いに近接して配置されており、空調装置１の内部における近傍領域４１０、４２０の専有面積が抑えられるようになっている。
なお、図６の（ｂ）に示すように、液配管４２の径Ｄ２は、ガス配管４１の径Ｄ１よりも小さく設定されている（Ｄ２＜Ｄ１）。

［車両用の空調装置１の作用］
次に、車両用の空調装置１の作用について説明する。
冬季などにおいて車両Ｖの車室７０内を暖房する必要がある場合には、ミックスドア１３が、図３において実線で示す位置に配置される。
さらに、排熱回収器３５に設けられた切替ドア３４ａ、３４ｂが、図１において実線で示す位置に設定される。

図２に示すように、内燃機関２の始動初期においては、冷却水循環サイクル６の冷却水Ｒ６の温度が低い。そのため、冷却水Ｒ６がヒータコア６３を通流しても、ヒータコア６３は、暖房に殆ど寄与しない。

一方、内燃機関２から排出される排気ガスの温度は、内燃機関２の始動初期においても十分に高い。そのため、ヒートパイプシステム４で回収した排気ガスの熱を、車室７０内に供給する空気Ａｉｒの加熱に用いることで、車室７０内の暖房を、内燃機関２の始動初期から実施できる。

すなわち、ヒートパイプシステム４においては、内燃機関２から排出される高温の排気ガスは、排熱回収器３５の熱回収路３２を通過する際に、熱回収路３２に設置された蒸発器４４において、液体状態にある作動媒体Ｒ４を加熱して蒸発（気化）させる。

蒸発器４４で蒸発して気体状態になった作動媒体Ｒ４（水蒸気）は、ガス配管４１を通ってダクト１１内の凝縮器４３に流入する。
凝縮器４３に流入した気体状態の作動媒体Ｒ４は、凝縮器４３を通過する空調用の空気（内気または外気）との間での熱交換により凝縮する。
凝縮器４３において気体状態の作動媒体Ｒ４は、空調用の空気に凝縮潜熱を放出して凝縮（液化）する。これにより、空調用の空気Ａｉｒが加熱される。

そして、凝縮器４３において液化した作動媒体Ｒ４（水）は、液配管４２を通って排熱回収器３５に設けられた蒸発器４４に流入する
蒸発器４４に流入した液体状態の作動媒体Ｒ４は、排熱回収器３５内の熱回収路３２を流れる排気ガスによって再び加熱されて蒸発（気化）することで、排気ガスの熱の一部を再び回収する。

作動媒体Ｒ４が、状態変化（気化と液化）を繰り返しながら閉回路（循環路４０）を循環することによって、内燃機関２から排出される排気ガスの熱の一部が回収され、回収された熱によって車室７０内が暖房される。

内燃機関２が始動されて、所定の時間が経過すると、内燃機関２は暖まって所定の温度状態で安定するようになる（いわゆる温間時）。
その時、冷却水Ｒ６の温度は高温（常温よりも高い温度、例えば６０℃以上）になる。従って、そのような状態の下で、冷却水が循環しているヒータコア６３を空気が通過すると、冷却水と熱交換することにより、ヒータコア６３が放熱し、その空気は加熱される。

そして、内燃機関２の始動後に冷却水Ｒ６の温度が高くなると、高温の冷却水Ｒ６が、冷却水導入配管６１を通ってヒータコア６３内に流入した後、冷却水導出配管６２を通って、冷却経路６０に戻される。

ここで、ヒートパイプシステム４においては、排熱回収器３５に設けられた切替ドア３４ａ、３４ｂの切り替えによって、排気ガスの熱の回収と非回収が選択される。
すなわち、切替ドア３４ａ、３４ｂが図１において実線で示す位置にあるときには、前述のように排気ガスが排熱回収器３５内の熱回収路３２を流れ、排気ガスの熱の一部が蒸発器４４において作動媒体Ｒ４によって回収される。

これに対して、切替ドア３４ａ、３４ｂが図１において破線で示す位置に切り替えられると、内燃機関２から排気管３へと排出される排気ガスは、排熱回収器３５において熱回収路３２をバイパスしてバイパス路３３へと流れる。このため、排気ガスの熱は、排熱回収器３５において回収されない。

ところで、排気ガスの熱が排熱回収器３５において回収されない排熱非回収時においても外気温度が低い場合には、ガス配管４１の凝縮器４３との接続部近傍（近傍領域４１０）において気体状態の作動媒体（水蒸気）が冷却されて凝縮（液化）することがある。

ここで、図７に示す凝縮器４３Ａのように、ガス配管４１Ａにおける凝縮器４３Ａの近傍領域４１０Ａが、水平線に沿う向きで配置されている場合には、排熱非回収時に液化した作動媒体Ｒ４（水）が、ガス配管４１Ａの近傍領域４１０Ａに溜まることがある。
かかる場合、以下のようなことがあった。
（Ｉ）近傍領域４１０Ａに溜まった液体状態の作動媒体（水）が、ガス配管４１Ａから凝縮器４３Ａに流入する。

本実施形態にかかる空調装置１では、エバポレータ５３と凝縮器４３との間にヒータコア６３が位置しており、ヒータコア６３を通過する際に加熱された空気Ａｉｒが、凝縮器４３を通過する仕様となっている。
そのため、ヒートパイプシステム４による排熱の回収を実施していない時（排熱非回収時）にも、温度の高い空気が凝縮器４３を通過する。

この状態で、ガス配管４１Ａの近傍領域４１０Ａに溜まった液体状態の作動媒体（水）が、ガス配管４１Ａから凝縮器４３Ａに流入すると、流入した液体状態の作動媒体（水）が、凝縮器４３Ａを通過する空気との熱交換で加熱されて、蒸発することがある。

かかる場合、蒸発した作動媒体が、ガス配管４１Ａ内を移動して、ヒートパイプシステム４内で意図しない熱輸送が起こることがあり、ヒートパイプシステム４のサイクルが不安定になる。
その結果、ヒートパイプシステム４の圧力上昇が起こる可能性がある。

本実施の形態においては、図６に示すように、ガス配管４１の凝縮器４３への接続部の近傍領域４１０に、ドレントラップ部４１Ｘが設けられている。
このドレントラップ部４１Ｘは、ガス配管４１が一旦鉛直下方に引き回されるように屈曲させて形成した領域である。

そのため、排熱非回収時にガス配管４１において気体状態の作動媒体Ｒ４（水蒸気）が凝縮によって液化しても、この液化した作動媒体（水）が、ガス配管４１に形成されたドレントラップ部４１Ｘに溜まるようになっている。
このため、液化した動作媒体（水）の凝縮器４３への流入が防がれるので、ヒートパイプシステム４のサイクルが安定化して圧力上昇が抑えられる。

以上の通り、本実施形態にかかる車両用の空調装置１は、以下の構成を有している。
（１）空調装置１は、
内燃機関２で発生する排気ガスを排出する排気管３と、
排気ガスの熱を回収するヒートパイプシステム４と、を備える。
ヒートパイプシステム４は、
排気管３に取り付けられて、排気ガスとの熱交換で作動媒体Ｒ４を蒸発させる蒸発器４４と、
蒸発器４４で蒸発した作動媒体Ｒ４を液化させる凝縮器４３と、
凝縮器４３で液化した作動媒体Ｒ４を蒸発器４４に送る液配管４２と、
蒸発器４４で蒸発した作動媒体Ｒ４を凝縮器４３に送るガス配管４１と、を有している。
ガス配管４１の凝縮器４３への接続部近傍の領域（近傍領域４１０）に、一旦鉛直下方に引き回されたドレントラップ部４１Ｘが形成されている。

このように構成すると、例えば、排熱非回収時の外気温が低い場合において、ガス配管４１の凝縮器４３への接続部近傍（近傍領域４１０）で作動媒体Ｒ４が凝縮しても、この凝縮した作動媒体Ｒ４は、ガス配管４１に形成されたドレントラップ部４１Ｘに溜まることになる
このため、凝縮によって液化した作動媒体Ｒ４の凝縮器４３への流入が防がれ、ヒートパイプシステム４のサイクルが不安定化することを好適に防止できる。

本実施形態にかかる車両用の空調装置１は、以下の構成を有している。
（２）凝縮器４３の側縁部の上端部位に作動媒体Ｒ４の導入口４３ａが設けられている。
凝縮器４３の側縁部の下端部位に作動媒体Ｒ４の排出口４３ｂが設けられている。
導入口４３ａには、蒸発器４４から延びるガス配管４１の近傍領域４１０が接続されている。
排出口４３ｂには、蒸発器４４まで延びる液配管４２の近傍領域４２０が接続されている。
空調装置１の内部では、ガス配管４１の近傍領域４１０（ドレントラップ部４１Ｘが設けられた領域）と、液配管４２の近傍領域４２０は、空調装置１の設置状態を基準とした上下方向で、互いに近接して配置されている。
ガス配管４１の近傍領域４１０は、下方に位置する液配管４２の近傍領域４２０に沿わせて配置されている。

このように構成すると、ガス配管４１の近傍領域４１０を、下方に位置する液配管４２の近傍領域４２０に沿わせて配置することで、ガス配管４１（近傍領域４１０）と液配管４２（近傍領域４２０）の上方に広いスペースを確保することができる。
これにより、スペースを有効に利用することができるので、ダクト１１内の各種機器のレイアウト性が高められる。

本実施形態にかかる車両用の空調装置１は、以下の構成を有している。
（３）液配管４２の径Ｄ２を、ガス配管４１の径Ｄ１よりも小さく設定した（Ｄ２＜Ｄ１）。

このように構成すると、液配管４２に溜まっている液状の作動媒体（水）を差圧によって蒸発器４４へと素早く戻すことができる。これにより、ヒートパイプシステム４において蒸発器４４による熱回収を再開させたときのヒートパイプシステム４の始動性が高められる。

ガス配管４１にドレントラップ部４１Ｘを設けて、凝縮した作動媒体Ｒ４（水）がドレントラップ部４１Ｘに捕捉されるようにしたので、蒸発器４４への作動媒体Ｒ４の戻りが悪くなる可能性がある。かかる場合、ヒートパイプシステム４の始動時の立ち上がりに影響が及ぶ場合がある。上記構成を採用して、蒸発器４４への作動媒体Ｒ４の戻りを改善したことで、ヒートパイプシステム４の始動時の立ち上がりへの影響を抑制できる。

本実施形態にかかる車両用の空調装置１は、以下の構成を有している。
（４）ダクト１１内には、内燃機関２の冷却水との熱交換により、ダクト１１を流れる空調用の空気Ａｉｒを加熱するヒータコア６３が設けられている。

このように構成すると、ヒータコア６３と凝縮器４３の両方を用いて、空調用の空気Ａｉｒを加熱することが可能になる。冬季における空調装置１の暖房運転の立ち上がりが向上する。

本実施形態にかかる車両用の空調装置１は、以下の構成を有している。
（５）凝縮器４３は、ダクト１１における空調用の空気Ａｉｒの通流方向で、ヒータコア６３の下流側に配置されている。

このように構成すると、冬季における内燃機関２の始動直後において、ヒータコア６３での空調用の空気Ａｉｒの加熱不足を、凝縮器４３で補うことができる。

なお、本実施の形態では、ヒートパイプシステム４を循環する作動媒体Ｒ４として、水を例示した。作動媒体Ｒ４には、水以外の任意の流体（例えば、ＨＦＣなどのフロン系冷媒）を使用することができる。

図８は、変形例にかかる車両用の空調装置１Ａを説明する図である。
前記した車両用の空調装置１Ａでは、凝縮器４３が、ダクト１１における空調用の空気Ａｉｒの通流方向で、ヒータコア６３の下流側に配置されている場合を例示した（図３参照）。本件発明は、この態様にのみ限定されない。図８に示す空調装置１Ａのように、凝縮器４３が、ダクト１１における空調用の空気Ａｉｒの通流方向で、ヒータコア６３の上流側に配置されている構成としても良い。

このように、変形例にかかる空調装置１Ａは、以下の構成を有している。
（６）凝縮器４３は、ダクト１１における空調用の空気Ａｉｒの通流方向で、ヒータコア６３の上流側に配置されている。

凝縮器４３が、ダクト１１における空調用の空気Ａｉｒの通流方向で、ヒータコア６３の上流側に配置されていると、凝縮器４３を通過する空調用の空気Ａｉｒは、ヒータコア６３よって温められる前の温度の低い空気となる。
そうすると、凝縮器４３がヒータコア６３の下流側に配置されている場合よりも、凝縮器４３内の作動媒体（水）が気化することを好適に防止できる。これにより、排熱非回収時に、作動媒体（水）の蒸発に起因するヒートパイプシステム４内での熱輸送の発生を防止できる。
これにより、排熱非回収時のヒートパイプシステム４における圧力上昇が効果的に抑制されることになる。
ヒートパイプシステム４において圧力上昇が発生すると、ヒートパイプシステム４のサイクルが不安定化する。上記のように構成することで、圧力上昇が効果的に抑制される結果、ヒートパイプシステム４のサイクルの一層の安定化が図られる。

その他、変形例にかかる空調装置１Ａにおいても、前記した空調装置１において得られたのと同様の効果が得られる。

なお、本発明は、以上説明した実施の形態に適用が限定されるものではなく、特許請求の範囲および明細書と図面に記載された技術的思想の範囲内で種々の変形が可能であることは勿論である。

１、１Ａ 空調装置
１１ ダクト
１２ シロッコファン
１３ ミックスドア
１４ エア混合チャンバ
１５、１６、１７ 流入口
２ 内燃機関
３ 排気管
３１ 触媒
３１０ 配管接続部
３２ 熱回収路
３３ バイパス路
３４ａ、３４ｂ 切替ドア
３５ 排熱回収器
４ ヒートパイプシステム
４０ 循環路
４１、４１Ａ ガス配管
４１Ｘ ドレントラップ部
４１０、４１０Ａ 近傍領域
４１０ａ、４２０ａ 第１領域
４１０ｂ、４２０ｂ 第２領域
４１０ｃ、４２０ｃ 第３領域
４１０ｄ 第４領域
４１０ｅ 第５領域
４２ 液配管
４２０ 近傍領域
４３、４３Ａ 凝縮器
４３ａ 導入口
４３ｂ 排出口
４３ｃ 通風面
４４ 蒸発器
５ 冷凍サイクル
５０ 冷媒配管
５１ ガス配管
５２ 液配管
５３ エバポレータ
５４ 膨張弁
５５ コンプレッサ
５６ コンデンサ
６ 冷却水循環サイクル
６０ 冷却経路
６０１ 第１経路
６０２ 第２経路
６１ 冷却水導入配管
６２ 冷却水導出配管
６３ ヒータコア
６３ａ 第１導出口
６３ｂ 第１導入口
６３ｃ 通風面
６４ 冷却水バルブ
６５ 冷却水タンク
６６ ウォータポンプ
６７ ラジエータ
７０ 車室
７１ 運転席
７２ ファイアウォール
７４ フロア
Ａｉｒ 空気
Ｒ４ 作動媒体
Ｒ５ 熱媒体
Ｒ６ 冷却水（熱媒体）
Ｖ 車両

Claims (6)

1. 内燃機関で発生する排気ガスが通流する排気管と、
   前記排気ガスの熱を回収するヒートパイプシステムと、を備える車両用の空調装置において、
   前記ヒートパイプシステムは、
   前記排気管に取り付けられて、前記排気ガスとの熱交換で作動媒体を蒸発させる蒸発器と、
   前記蒸発器で蒸発した前記作動媒体を液化させる凝縮器と、
   前記凝縮器で液化した前記作動媒体を前記蒸発器に送る液配管と、
   前記蒸発器で蒸発した前記作動媒体を前記凝縮器に送るガス配管と、を有しており、
   前記ガス配管の前記凝縮器への接続部近傍に、一旦鉛直下方に引き回されたドレントラップ部を形成したことを特徴とする車両用の空調装置。
2. 前記ガス配管を前記液配管に沿わせて配置したことを特徴とする請求項１に記載の車両用の空調装置。
3. 前記液配管の径を前記ガス配管の径よりも小さく設定したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の車両用の空調装置。
4. 前記凝縮器が配置されたダクト内には、前記内燃機関の冷却水との熱交換により、前記ダクトを通流する空調用の空気を加熱するヒータコアが設けられていることを特徴とする請求項１から請求項３の何れか一項に記載の車両用の空調装置。
5. 前記凝縮器は、前記ダクトにおける前記空調用の空気の通流方向で、前記ヒータコアの下流側に配置されていることを特徴とする請求項４に記載の車両用の空調装置。
6. 前記凝縮器は、前記ダクトにおける前記空調用の空気の通流方向で、前記ヒータコアの上流側に配置されていることを特徴とする請求項４に記載の車両用の空調装置。

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