JP7225623B2 - 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。
また、特許文献２には、ループ型のヒートパイプを用いた給湯装置が開示されている。

実開平２－１２７５１１号公報 特公平６－０７８８７１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。

特許文献２の給湯装置が備えるループ型のヒートパイプ（ヒートパイプシステム）では、凝縮器に接続された液配管の途中に開閉弁が設けられている。

特許文献２に開示されたヒートパイプシステムにおいては、液配管の途中に設けられた開閉弁を閉じることによって、ヒートパイプシステムにおける作動媒体の循環を阻止できるようになっている。
これにより、ヒートパイプシステムにおける作動媒体を用いた熱輸送を、停止できるようになっている。

開閉弁を有するヒートパイプシステムでは、排気ガスの排熱を回収しない排熱非回収時に、液配管の途中に設けられた開閉弁が閉じられる。そうすると、蒸発器と凝縮器との間での作動媒体の循環が停止して、作動媒体による熱輸送が終了する。
作動媒体の循環が停止すると、冷却されて液体状態になった作動媒体が、凝縮器内に貯留される。

ヒートパイプシステムでは、液体状態になった作動媒体が凝縮器から溢れないようにしてシステムを安定化させるために、排熱非回収時に、液体状態の作動媒体が凝縮器内に十分に貯留される必要がある。
そのため、凝縮器には一定程度の容積が必要であり、凝縮器を小型化することが難しかった。そこで、凝縮器を小型化できる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、
前記液配管に設けられた開閉弁と、を有しており、
前記液配管における前記開閉弁と前記蒸発器との間の領域に、前記蒸発器の液配管入口高さよりも低い位置を経由する液溜り部を形成し、
前記凝縮器の容積と、前記液配管における前記開閉弁よりも上流側の容積と、前記液溜
り部の容積との合計が、前記ヒートパイプシステムに封入される液体状態の前記作動媒体の総容積と同等になるように設定し、前記排気ガスとの熱交換の非実施時には、前記ヒートパイプシステムに封入される液体状態の前記作動媒体が、前記凝縮器と、前記液配管における前記開閉弁よりも上流側と、前記液溜り部に貯留される構成の車両用の空調装置とした。

本発明によれば、液配管における開閉弁よりも上流側の容積と液溜り部の容積を、封入された作動媒体の貯留に用いることで、凝縮器の容積を抑えることができる。
これにより、凝縮器の小型化が可能になる。

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。 空調装置から排熱回収器までの液配管とガス配管の配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、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。

［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２（ＥＮＧ）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、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。
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、それぞれ回転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のほうがバイパス路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、バイパス路３３が熱回収路３２の紙面奥側に隠れており、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おり、バイパス路３３が紙面奥側に位置し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。

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。

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。液配管４２には、開閉弁（電磁弁）４５が設けられている。

図２に示すように、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。

ヒートパイプシステム４では、液配管４２に設けた開閉弁（電磁弁）４５を閉じると、循環路４０内での作動媒体Ｒ４の循環が停止する。これにより、排気ガスから作動媒体Ｒ４に回収した熱の凝縮器４３側への輸送が停止する。

図３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。

ガス配管４１は、配管接続部３１０を貫通してダクト１１内に引き込まれており、ガス配管４１の先端部は、凝縮器４３の側縁部の上端部位で、導入口４３ａに接続されている。
液配管４２もまた、配管接続部３１０を貫通してダクト１１内に引き込まれており、液配管４２の先端部は、凝縮器４３の側縁部の下端部位で、排出口４３ｂに接続されている。

図４は、車両用の空調装置１から排熱回収器３５までの液配管４２とガス配管４１の配置を説明する図である。

図４に示すように、空調装置１から外部に延びるガス配管４１および液配管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ガス配管４１および液配管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。

ガス配管４１は、フロア７４におけるファイアウォール７２との接続点７４ａの地上からの高さｈａよりも下側を、フロア７４の下面に沿って車両Ｖの後方側に延びている。
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）の上部に接続されている。

液配管４２は、ガス配管４１の下方を、フロア７４の下面に沿って車両Ｖの後方側に延びている。液配管４２におけるフロア７４よりも下側に配置された領域は、排気管３に略沿って配置されている。液配管４２は、車両Ｖの前方側から排熱回収器３５の蒸発器４４の下部に接続されている。

液配管４２は、ガス配管４１よりも小さい内径で形成されている。液配管４２とガス配管４１は、排気管３における触媒３１よりも車両前方側の領域に、ブラケット１８を介して支持されている。

液配管４２では、ブラケット１８よりも蒸発器４４側であって、蒸発器４４の液配管入口４４ａを通る水平線ＨＬよりも下側の位置に、開閉弁４５（電磁弁）が設けられている。
開閉弁４５は、排気管３における触媒３１と排熱回収器３５（蒸発器）との間の領域の配管径が最も狭くなった位置に設けられている。
開閉弁４５は、空調装置１を搭載した車両の走行時に走行風が通過する領域に位置している。

液配管４２では、開閉弁４５よりも蒸発器４４側の領域が、液配管４２を屈曲させて形成した液溜り部４６となっている。
液配管４２において液溜り部４６は、開閉弁４５と蒸発器４４との間の領域に設けられている。

図４に示すように、液溜り部４６は、蒸発器４４の液配管入口４４ａから斜め下方に延びる第１領域４６ａと、第１領域４６ａの下端から斜め上方に延びる第２領域４６ｂと、を有している。第２領域４６ｂの上端は、開閉弁４５に接続されている。

液溜り部４６は、蒸発器４４の液配管入口４４ａの高さｈよりも低い位置を経由して設けられている。
蒸発器４４の側方から見て液溜り部４６は、第１領域４６ａと第２領域４６ｂとで、屈曲点Ｐを下方に向けたＶ形状に形成されている。

液溜り部４６は、空調装置１を搭載した車両の走行時に、走行風が通過する領域に設けられており、液溜り部４６（第１領域４６ａ、第２領域４６ｂ）内の液体状の作動媒体Ｒ４が冷却されるようになっている。

本実施形態では、液配管４２に開閉弁４５が設けられている。そのため、開閉弁４５を閉じて液体状態の作動媒体Ｒ４の蒸発器４４側への流入を阻止することで、ヒートパイプシステム４の作動を停止できる。
さらに、開閉弁４５よりも蒸発器４４側に設けた液溜り部４６が、蒸発器４４の液配管入口４４ａの高さｈよりも低い位置を経由して設けられている。そのため、開閉弁４５を閉じてヒートパイプシステム４の作動を停止した際に、液溜り部４６内に、液化した作動媒体Ｒ４を貯留できる。

また、空調装置１の車両Ｖへの設置状態を基準とした上下方向で、液配管４２の上端部４２１（最も高い位置にある領域）が、凝縮器４３の上端の高さｈ１以下となるように、液配管４２の取り回しが設定されている。
そのため、凝縮器４３に液体状態の作動媒体Ｒ４が貯留されると、液配管４２では、凝縮器４３に貯留されている作動媒体Ｒ４と同じ高さまで、作動媒体Ｒ４を貯留できる。

例えば、図４の場合には、液配管４２の上端部４２１が高さｈ２になっているので、凝縮器４３内に液体状態の作動媒体Ｒ４が高さｈ２まで貯留されると、液配管４２における開閉弁４５と凝縮器４３と間の領域に作動媒体Ｒ４を密に貯留できる。

本実施形態では、以下の条件を満たすように、凝縮器４３の容積Ｖ１と、液配管４２における開閉弁４５よりも上流側（凝縮器４３側）の領域の容積Ｖ２と、液溜り部４６の容積Ｖ３との合計Ｖｓｕｍが決定されている。
（Ｉ）凝縮器４３の容積Ｖ１と、液配管４２における開閉弁４５よりも上流側（凝縮器４３側）の領域の容積Ｖ２と、液溜り部４６の容積Ｖ３との合計Ｖｓｕｍが、ヒートパイプシステム４に封入される作動媒体Ｒ４の総容積Ｖｔｏｔａｌと同等になる。

ここで、用語「同等」は、厳密な意味での「同じ」ではない。例えば、総容積Ｖｔｏｔａｌを基準とすると、合計Ｖｓｕｍが総容積Ｖｔｏｔａｌの＋１０％の範囲で収まる程度を意味する。ヒートパイプシステム４に封入される作動媒体Ｒ４の総容積は、ヒートパイプシステム４における作動媒体封入量である。

本実施形態では、凝縮器４３と蒸発器４４とを繋ぐ液配管４２の部分（液溜り部４６、開閉弁４５よりも凝縮器４３側の領域）も利用して、液体状態の作動媒体Ｒ４を貯留するようにした。
そのため、凝縮器４３の容積Ｖ１のみを考慮して、ヒートパイプシステム４に封入される作動媒体Ｒ４の総容積Ｖｔｏｔａｌを決める場合よりも、より多くの作動媒体Ｒ４を封入できる。

そのため、封入する作動媒体Ｒ４の総容積を、既存の総容積から変更しない場合には、液配管４２の部分の容積分だけ、凝縮器４３の容積を減らすことができる。これにより、凝縮器４３の小型化と、凝縮器４３を収容する空調装置１の小型化が可能になる。
なお、図４では、液体状態の作動媒体Ｒ４が貯留されている領域に、交差したハッチングを付して示している。この図４では、開閉弁４５を閉じてヒートパイプシステム４の作動を停止した後における作動媒体Ｒ４の貯留状態がハッチングで示されている。

［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に実線にて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に実線にて示す位置に設定される。

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が、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に実線にて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に破線にて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。

本実施の形態の車両用の空調装置１においては、ヒータコア６３とヒートパイプシステム４とが併用されているが、ヒータコア６３だけで暖房を十分賄うことができる場合には、ヒートパイプシステム４の運転を停止するようにしている。

具体的には、図示しない制御装置が、排熱回収器３５の切替ドア３４ａ、３４ｂを、図１において破線で示す位置に切り替えて排気ガスが、蒸発器４４をバイパスして流れるようにする。さらに、開閉弁４５を閉じて、作動媒体Ｒ４の循環路４０内の循環を停止させる。

図４に示すように、ヒートパイプシステム４を停止するために開閉弁４５を閉じると、凝縮器４３の内部と、液配管４２における開閉弁４５よりも上流側の領域と、下流側の領域（蒸発器４４側の液溜り部４６）に、液体状態の作動媒体Ｒ４が溜まることになる。

ここで、ヒートパイプシステム４の運転を停止して排気ガスの熱を回収しない場合（排熱非回収時）であっても、蒸発器４４の排気管３からの受熱を完全に遮断することは実際には難しい。
そのため、蒸発器４４内の作動媒体（液媒体）が多少の受熱によって気化するために、液配管４２の液溜り部４６内の作動媒体Ｒ４もまた、受熱によって気化する可能性がある。

本実施形態では、液配管４２の下流側の液溜り部４６が、空調装置１を搭載した車両の走行時に、走行風が通過する領域に配置されている。そのため、液溜り部４６に貯留された作動媒体が、走行風により冷却されるので、液溜り部４６内の作動媒体Ｒ４が、完全に気化し難くなるようにされている。

本実施形態では、開閉弁４５を閉じてヒートパイプシステム４の作動を停止したのちに、凝縮器４３だけでなく、液配管４２における開閉弁４５よりも凝縮器４３側と、蒸発器４４側の液溜り部４６にも、液体状態の作動媒体Ｒ４が貯留されるようにしている。

そのため、開閉弁４５を開いてヒートパイプシステム４の運転を再開すると、液配管４２内の作動媒体Ｒ４を、蒸発器４４に素早く送出することができる。
そのため、蒸発器４４における排気ガスと、液体状態の作動媒体Ｒ４との熱交換を速やかに開始することができるので、ヒートパイプシステム４が時間遅れなく始動する。
よって、ヒートパイプシステム４の始動性が高められることになる。

本実施の形態では、図４に示すように、液配管４２のブラケット１８による排気管３への保持が、開閉弁４５よりも上流側（排気ガスと液冷媒の流れ方向上流側）で行われている。そして、液配管４２では、ブラケット１８よりも蒸発器４４側が、排気管３に直接接していない。

よって、排気管３を通流する排気ガスの熱がブラケット１８を介して液配管４２の作動媒体Ｒ４に伝わり難くなっている。そのため、液配管４２の開閉弁４５よりも蒸発器４４側（液溜り部４６側）に貯留されている作動媒体Ｒ４の気化が、より一層効果的に防がれている。

さらに、本実施形態では、凝縮器４３と蒸発器４４とを繋ぐ液配管４２の部分（液溜り部４６、開閉弁４５よりも凝縮器４３側の領域）も利用して、液体状態の作動媒体Ｒ４を貯留する。
そのため、凝縮器４３の容積のみを考慮して、ヒートパイプシステム４に封入される作動媒体Ｒ４の総容積を決める場合よりも、より多くの作動媒体Ｒ４を封入できる。
これにより、液配管４２の部分の容積分だけ、凝縮器４３の容積を減らすことができるので、凝縮器４３の小型化と、凝縮器４３を収容する空調装置１の小型化が可能になる。

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、
液配管４２に設けられた開閉弁４５と、を有する。
液配管４２における開閉弁４５と蒸発器４４との間の領域に、蒸発器４４の液配管入口４４ａの高さｈよりも低い位置を経由する液溜り部４６が設けられている。
凝縮器４３の容積Ｖ１と、液配管４２における開閉弁４５よりも上流側（凝縮器４３側）の領域の容積Ｖ２と、液溜り部４６の容積Ｖ３との合計Ｖｓｕｍが、ヒートパイプシステム４に封入される作動媒体Ｒ４の総容積Ｖｔｏｔａｌと同等に設定されている。（Ｖｓｕｍ≒Ｖｔｏｔａｌ）。

このように構成すると、凝縮器４３と蒸発器４４とを繋ぐ液配管４２の部分（液溜り部４６、開閉弁４５よりも凝縮器４３側の領域）も利用して、液体状態の作動媒体Ｒ４を貯留できる。
そのため、凝縮器４３の容積のみを考慮して、ヒートパイプシステム４に封入される作動媒体Ｒ４の総容積を決める場合よりも、より多くの作動媒体Ｒ４を封入できる。
これにより、ヒートパイプシステム４内の圧力を高めることができるので、作動媒体Ｒ４を用いた熱輸送の効率が向上する。

また、封入する作動媒体Ｒ４の総容積を、既存の総容積から変更しない場合には、液配管４２の部分の容積分だけ、凝縮器４３の容積を減らすことができる。これにより、凝縮器４３の小型化と、凝縮器４３を収容する空調装置１の小型化が可能になる。

さらに、開閉弁４５を閉じて、作動媒体（液媒体）の蒸発器４４への流入を止めると、ヒートパイプシステム４の循環路４０内の作動媒体Ｒ４の循環が停止して、蒸発器４４内の作動媒体Ｒ４が完全に蒸発した状態（ドライアウトした状態）なる。
そうすると、ヒートパイプシステム４に封入された作動媒体Ｒ４の略総てが、凝縮器４３側で凝縮して液体状態となる。

上記したように、凝縮器４３の容積Ｖ１と、液配管４２における開閉弁４５よりも上流側（凝縮器４３側）の領域の容積Ｖ２と、液溜り部４６の容積Ｖ３との合計Ｖｓｕｍが、ヒートパイプシステム４に封入される作動媒体Ｒ４の総容積Ｖｔｏｔａｌと同等に設定されている。（Ｖｓｕｍ≒Ｖｔｏｔａｌ）。

そのため、凝縮器４３側で凝縮した作動媒体Ｒ４の総てを、凝縮器４３と、液配管４２における開閉弁４５よりも凝縮器４３側と、蒸発器４４側の液溜り部４６に貯留できる。
これにより、凝縮した作動媒体（液媒体）が凝縮器４３から溢れて蒸発器４４に流入しない。

凝縮器４３から溢れた作動媒体（液媒体）が蒸発器４４に流入すると、流入した作動媒体Ｒ４（液媒体）が蒸発器４４で気化することになる。そして、蒸発器４４で気化した作動媒体Ｒ４が凝縮器４３に再び供給されて凝縮する。
かかる場合、ヒートパイプシステム４では、ガス配管４１側で、熱輸送が生じてしまう。

上記したように、本実施形態では、凝縮した作動媒体Ｒ４（液媒体）が、凝縮器４３から溢れて蒸発器４４に流入しない。そのため、溢れた作動媒体Ｒ４（液媒体）に起因する熱輸送の発生を好適に防止できる。
すわち、ヒートパイプシステム４の循環路４０内の作動媒体Ｒ４の循環を停止して、ヒートパイプシステム４における作動媒体Ｒ４を用いた熱輸送を、確実に停止できる。

車両用の空調装置１は、以下の構成を有している。
（２）開閉弁４５が、蒸発器４４の液配管入口４４ａの高さｈよりも低い位置に配置されている。

このように構成すると、液配管４２における開閉弁４５と蒸発器４４との間の領域の総てを、液溜り部として利用できるので、ヒートパイプシステム４の停止時により多くの液体状態の作動媒体Ｒ４を貯留できる。

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。
（３）液配管４２におけるフロア７４（車室フロア）よりも下方に配置された領域は、排気管３に沿って設けられている。
開閉弁４５は、排気管３に設けられた触媒３１よりも下流側の領域に設けられている。

開閉弁４５は、高温の排気ガスが通流する排気管３の触媒３１よりも下流側で、排気管３に近接配置される。この位置は、高温となる排気管３において上流側に比べて低温となる領域である。そのため、開閉弁４５は、熱の影響を可能な限り受けないような位置に設けられているので、特に開閉弁４５として電磁弁を採用した場合には、電磁弁の耐久性に熱の影響が及ぶ可能性を、可能な限り低減できる。

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）液配管４２は、凝縮器４３の下端部位に設けた排出口４３ｂと、蒸発器４４の液配管入口４４ａとを繋いでいる。
開閉弁４５は、液配管４２の長手方向の途中に設けられている。
空調装置１の車両Ｖへの設置状態を基準とした上下方向で、液配管４２の最も高い位置にある領域（上端部４２１）が、凝縮器４３の上端の高さｈ１以下となるように、液配管４２の取り回しが設定されている。
液配管４２の最も高い位置にある領域（上端部４２１）は、凝縮器４３と開閉弁４５との間にある。

このように構成すると、開閉弁４５を閉じてヒートパイプシステム４を停止した際に、液配管４２における開閉弁４５と凝縮器４３と間の領域に、作動媒体Ｒ４を密に貯留できる。

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。

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 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
１８ ブラケット
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 ガス配管
４２ 液配管
４２１ 上端部
４３ 凝縮器
４３ａ 導入口
４３ｂ 排出口
４４ 蒸発器
４４ａ 液配管入口
４５ 開閉弁
４６ 液溜り部
４６ａ 第１領域
４６ｂ 第２領域
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
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
ＨＬ 水平線
Ｒ４ 作動媒体
Ｒ５ 熱媒体
Ｒ６ 冷却水（熱媒体）
Ｖ 車両

Claims (3)

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、
   前記液配管に設けられた開閉弁と、を有しており、
   前記液配管における前記開閉弁と前記蒸発器との間の領域に、前記蒸発器の液配管入口高さよりも低い位置を経由する液溜り部を形成し、
   前記凝縮器の容積と、前記液配管における前記開閉弁よりも上流側の容積と、前記液溜り部の容積との合計が、前記ヒートパイプシステムに封入される液体状態の前記作動媒体の総容積と同等になるように設定し、前記排気ガスとの熱交換の非実施時には、前記ヒートパイプシステムに封入される液体状態の前記作動媒体が、前記凝縮器と、前記液配管における前記開閉弁よりも上流側と、前記液溜り部に貯留されるようにしたことを特徴とする車両用の空調装置。
2. 前記開閉弁を、前記蒸発器の液配管入口高さよりも低い位置に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. 前記空調装置の前記車両への設置状態を基準とした上下方向で、前記液配管の最も高い位置にある領域が、前記凝縮器の上端の高さ以下となるように、前記液配管の取り回しが設定されている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。

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