JPS6231509A - 自動車の冷暖房装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 この発明は、自動車内を冷房及び暖房する自動車用の冷
暖房装置に関する。

〈従来の技術〉 自動車用の暖房装置として温水式のカーヒータがあり、
また、冷房装置としてカークーラがある。上記温水式の
カーヒータは、ヒータコアとじての熱交換器に、エンジ
ンの冷却水の一部を循環させてヒータコアに送風し、ヒ
ータコアを通過する空気を冷却水の熱で暖めて車内の暖
房を行うものである。ヒータコアの構造は、複数本のチ
ューブ間に複数のコルゲートフィンを配置し、チューブ
の両端にヘッダータンクを設け、これらをロウ付けした
ものである。また、カークーラは、冷媒を圧縮器で圧縮
して高温高圧の気体とし、この気体を複数の流体通路を
形成したアルミニウム製押出しチューブを蛇行状に成形
し、乎行するチューブ間にフィンを配置してロウ付けし
たコψデンサ（凝縮器）としての熱交換器で外気により
冷却して液化させ、この液体となった冷媒が車内に設け
たエバポレータ（蒸発器）で気体に戻るときの気化熱に
より車内の熱を奪って冷房している。エバポレータも熱
交換器で、上記コンデンサと同様に、蛇１テ状のチュー
ブに多数のフィンを設け、チューブ内に冷媒を通して、
フィンを介して冷媒と空気との間で熱交換を行うもので
ある。

〈発明が解決しようとする問題点） 従来は暖房装置と冷房装置とを夫々別々に設置している
ので、装置の費用がかさみ、夫々の熱交換器が車内やエ
ンジンルームのスペースをとって不経済である。

また、従来の温水式のカーヒータはエンジンの冷却水の
一部をヒータコアに循環させているので、冷却水が昇温
していないエンジンの始動直後から暫くの間は８量率足
となり暖房が効かず、冷却水が昇温するまでの間は寒い
。また、ディーゼルエンジンの場合には暖気運転に更に
時間を要し、昇温に時間がかかってやはり寒い、一方、
寒冷地では上記温水式のカーヒータのみでは熱量不足の
ため、補助ヒータが必要になっている。

更に、従来のカークーラで冷媒の循環を逆転させて、冷
房装置におけるコンデンサを暖房装置のエバポレータと
して、また冷房装置におけるエバポレータを暖房装置の
コンデンサとして作用させると、ヒートポンプ式の暖房
装置とすることができるが、従来の冷房装置におけるコ
ンデンサを単に暖房装置のエバポレータとして作用させ
たのでは充分な吸熱（冷媒の加熱）を行うことができず
、暖房装置として充分に機佳しない。

〈問題点を解決するための手段） 本発明は、を記に鑑みなされたもので、車内側に第１熱
交換器を臨ませると共に外気で冷却回部な位置に第２熱
交換器を設置し、上記第１熱交換器と第２熱交換器及び
コンプレッサの間をパイプ配管して循環路を形成し、該
循環路に冷媒を循環させる冷暖房装置であって、コンプ
レッサによる冷媒の循環方向を逆転させることができる
ようなバルブを設置し、且つ上記第２熱交換器とエンジ
ンから延在する排気管の外面とを閉止弁を有したヒート
パイプで連結して第２熱交換器において冷媒を加熱可爺
にしたものである。

〈作　用〉 バルブを操作して、冷媒を第１熱交換器から第２熱交換
器、コンプレッサ、第１熱熱交換器へと循環するように
すると、第１熱交換器は暖房装置のコンデンサとして、
第２熱交換器はエバポレータとして作用し、冷媒は、第
２熱交換器においてエンジンの高温排熱を吸熱気化し、
コンプレッサで加圧されて第１熱交換器に圧送され。

第１熱交換器において放熱して車内の暖房を行うと共に
液化して第２熱交換器へと戻る。また、バルブを操作し
て冷媒が上記とは逆に第１熱交換器からコンプレッサ、
第２熱交換器、第１熱交換器へと循環するようにすれば
、第１熱交換器は冷房装置のエバポレータとして、第２
熱交換器はコンデンサとして夫々作用し、冷媒は、コン
プレッサで圧縮液化し、第２熱交換器において外気で冷
却され、第１熱交換器において車内の暖かい空気に触れ
て気化し、気化熱により車内の冷房を行うと共にコンプ
レッサに戻る。

〈実施例） 本発明の冷暖房装置は、第１図に示すように二つの循環
路を有し、一つは第１熱交換器ｌ、ｆｒＪ２熱交換器２
及びコンプレッサ３を結んだ循環路Ａで、この循環路Ａ
には冷媒が循環する。他の一つはエンジン４から延在す
る排気管６の外周に巻成した受熱部５と上記第２熱交換
器２とを結んだ循環路Ｂで、この循環路Ｂには作動流体
が循環する。これらの循環路Ａと循環路Ｂとは、第２熟
交換器２において接触している。

循環路Ａは、車内側の例えばダツシュボード下部に設置
した第１熱交換器ｌの出口部ｉｏ　と、フロントグリル
付近など空気の流通のよい位置に設置した第２熱交換器
２の入口部２ＩとをパイプＰ！で連結し、第２熱交換器
２の出口部２ｏとコンプレッサ３の入口部３Ｉ　とをバ
ルブｖ１を介してパイプＰ２で連結し、コンプレッサ３
の出口部３ｏと第１熱交換器の入口部１１をバルブｖ２
を介してパイプＰ３で連結すると共に、パイプＰ２の途
中からパイプＰ４を分岐し、パイプＰ４の先端をバルブ
ｖ３を介してコンプレッサ３の出口部３ｏとバルブ■２
との間に連結し、更にコンプレッサ３の入口部３１　と
バルブｖ１　との間からパイブＰ５を分岐し、パイプＰ
５の先端をバルブｖ４を介してパイプＰ３の途中に連結
して構成する。そして、上記バルブｖ１　とバルブＶ２
を共に開放し、バルブｖ３とバルブｖ４を共に閉止する
と、冷媒は、第１図中に畔印で示すように、第１熱交換
器ｌ、第２熱交換器２、コンプレッサ３、第１熱交換器
１の順に循環する。一方、前記バルブｖ１　とバルブｖ
２を共に閉止し、バルブｖ３とバルブ■４を共に開放す
ると、コンプレッサ３の定方向性にかかわらず、冷媒は
、上記とは逆に、第１図中に瞬印で示すように、第１ｆ
ｉ交換器ｌ。

コンプレッサ３、第２熱交換器２、第１熱交換器１の順
に循環する。尚、上記実施例では、４個のバルブとバイ
パス回路を設けているが、これに換えて４方弁を使用し
て配管を簡略化してもよい。

一方、循環路Ｂは、エンジン４の高温排熱を受取る受熱
部５と第２熱交換器２とをパイプで結んで真空引きを行
いヒートパイプ構造としたものである。受熱部５は排気
管６に管材７を巻き付るなと適宜接触させて形成する。

受熱部５の出口側５ｏと第２熱交換器２の注入部２′ｌ
　とをパイプＰ６で連結し、第２ｆ！ＩＰ交換器２の注
出部２′０と受熱部５の人口側５Ｉ　とを閉止弁ｖ５を
介してパイプＰＩ　で連結する。従って、循環路Ｂでは
、閉止弁Ｖ５を開放しておけば、ヒートパイプの作動流
体は受熱部５でδ発してパイプＰ６を通って第２熱交換
器２に入り、放熱液化してパイプＰ７をから受熱部５に
戻る。

尚、ヒートパイプの作動原理は、金属製管材内に℃細管
作用をもつウィック層を形成し、管内を減圧密閉状態に
して、ウィック層を濡らす程度の作動流体を月大したも
のである。このヒートパイプの一部を受熱部として加熱
すると液状の作動流体は壁面より熱を受けて蒸発し、他
の低温部分即ち放熱部に移動し、ここで冷たい壁面に接
触して放熱すると共に凝縮して液体に戻り、ウィック層
の毛細管作用により受熱部に環流して熱の輸送を行うも
のである。また、受熱部を放熱部よりも低い位置に設定
すれば、液化した作動流体は自然落下するのでウィック
層を形成しなくても、作動流体は受熱部に環流する。従
って１本発明装置においても、循環路Ｂを形成する管材
全体にウィック層を形成して、作動流体を環流するよう
にしてもよいし、受熱部５を第２熱交換器２よりも低い
位置に設置して、液化した作動流体が自然落下して受熱
部５に戻るようにしてもよい。

本発明に用いる第１熱交換器１は、第２図に示すように
、１本の連続した金属製のチューブ８内に複数の冷媒通
路９を形成すると共に、該チューブ８が蛇行状に屈曲す
る外壁の間に、空気が抜けるように多数の金属製のフィ
ン１０を設けたものである。冷媒通路９に設けた仕切１
１は冷媒通路９を複数に分割している。またこの仕切１
１は十字形に形成してあり、冷媒とチューブ８との熱伝
達を良好にすると共にチューブ８の耐圧を高めている。

また、第１熱交換器１の左右には保護板１２が、上下に
はコの字形の保護枠１３が設けてあり、夫々フィン１０
の側部及びチューブ８の屈曲部を保護している。上記の
ようなチューブ８はアルミＷの押出し成形で作ることが
でき、フィン１０とチューブ８とはロウ付けするのが好
ましい、このような第１熱交換器１は車内の例えばダツ
シュボードの下部に設置する。

循環路Ａと循環路Ｂとが接触する第２８交換器２は、例
えば第３図または第４図に示すような構造にする。第３
図の場合は、冷媒通路１４とヒートパイプの流体通路１
５を偏平なチューブ１６内に横一体に形成したもので、
冷媒通路１４には仕切１７を、流体通路１５には仕切１
８を夫々設けて、各通路は複数に分割しである。冷媒通
路１４の仕切１７は十字形にしてあり、冷媒と流体通路
１５の作動流体との熱の伝達を良好にすると共にチュー
ブ１６の耐圧を高めている。このようなチューブ１６を
蛇行状にして、該チューブ１６の間に空気が幅方向に抜
けるような多数の金属製のフィン１９を設けるが、フィ
ン１９は冷媒通路１４の部分にのみ設ける。また、第２
熱交換器２の上下端には保護板２０が、左右端にはコの
字形の保護枠２１が設けてあり、夫々フィン１９の側部
及びチューブ１６の屈曲部を保護している。

尚１図示していないが、冷媒通路１４の両端は第２熱交
換器２の入口部２．及び出口部２゜となっており、また
流体通路１５の両端は第２熱交換器２の注入部２′１及
び注出部２′ｏとなっている。上記のようなりｇｚ熱交
換器２を車体の空気の流通のよい箇所例えばエンジンル
ーム内のフロントグリル付近に設置する。設置は冷媒通
路１４側を前にして風が冷媒通路１４側から流体通路１
５側へ抜けるようにする。このように設置すれば、冷媒
の外気によ゛る冷却を妨げない。

第４図は第２熱交換器の他の構造を示し、冷媒通路２２
とヒートパイプの流体通路２３とを上下に重合したチュ
ーブ２４を用いて第２熱交換器２′を構成したものであ
る０図面に示すチューブ２４には上段に複数に分割した
冷媒通路２２を、下段に複数に分割したヒートパイプの
流体通路２３を夫々形成しであるが、上段に流体通路を
、下段に冷媒通路を形成してもよい、チューブ２４の冷
媒通路２２の仕切２５も十字形に形成してあり、冷媒の
熱の授受を良好にすると共にチューブ２４の耐圧を高め
ている。このようなチューブ２４を蛇行状にして、チュ
ーブ２４の間に空気が幅方向に抜けるような多数のフィ
ン２６を設ける。また、第２熱交換器２′の上下には保
護板２７を、左右にはコの字形の保護枠２８を設けて、
夫々フィン２６の側部及びチューブ２４の屈曲部を保護
している。尚、図示していないが、冷奴通路２２の両端
は第２熱交換器２の入口部２１及び出口部２ｏとなって
おり、また流体通路２３の両端は第２熱交換器２の注入
部２′１及び注出部２′ｏとなっている。上記のように
冷媒通路２２を七個に、ヒートパイプの流体通路２３を
下側にして構成すると、作動流体の熱が冷媒に伝わり易
く、冷媒の熱交換効果が向上する。

上記のような本発明の冷暖房装置による暖房作用を第１
図により説明すると、循環路Ａ中のバルブｖＩ　とバル
ブｖ２を共に開放し、バルブｖ３とバルブｖ４を共に閉
止し、また循環路Ｂ中の閉止弁ｖ５を開放しておく、こ
の状態でコンプレッサ３を作動すると、冷媒は第１図中
の循環路Ａを、第１熱交換器ｌから第２熱交換器２へ、
第２熱交換器２からコンプレッサ３を介してｉｔ熱熱交
換器へと循環し、第１熱交換器ｌはヒートポンプ式暖房
装置のコンデンサとして、第２熱交換器２はエバポレー
タとして夫々作用する。エンジン４を始動すると直ちに
排気熱が発生し、従って、この排気熱により循環路Ｂの
ヒートパイプ内の作動流体が受熱部５で蒸発して、低温
側の第２熱交換器２に流れる。この第２熱交換器２はヒ
ートポンプ式暖房装置のエバポレータとして作用してお
り冷媒が循環しているので、作動流体と冷媒との間でチ
ューブの壁を介して熱交換が行われ、作動流体は放熱し
、冷媒は吸熱する。放熱した作動流体は液化してウィッ
クを介して或は自然落下して受熱部５に戻り、再びエン
ジンの排熱により気化して循環を訝り返す、一方、第２
熱交換器２で吸熱して気化した冷媒はコンプレッサ３に
より圧縮されて更に高温高圧の気体となって第１熱交換
器１に送られる。この第１熱交換器ｌはコンデンサとし
て作用し、冷媒は冷媒通路９を通過しながらチューブ８
及びフィンｌＯを介して周囲の空気に放熱して車内の暖
房を行うと共に液化する。液化した冷媒は第２熱交換器
２に戻り、循環路Ｂで伝達されてきたエンジンの排熱に
より再び加熱されて気化し、この循環を繰り返しながら
車内の暖房を行う。

一方、本発明による冷暖房装置を用いて車内のの冷房を
行うには、循環路Ａ中のバルブｖ１とバルブｖ２を閉止
し、バルブｖ３とバルブＶ４を開放して、室内側の第１
熱交換器ｌを冷房装置のエバポレータとして、またフロ
ント側の第２熱交換器２をコンデンサとして夫々作用さ
せ、且つ循環路Ｂ中の閉止弁ｖ５を閉止して作動流体の
循環を停止する。この状態でコンプレッサ３を作動する
と、冷媒は上記暖房時とは逆に、第１図中の循環路Ａを
、第１熱交換器ｌからパイプＰ３を通り、バルブｖ４．
パイプＰｓ　、コンプレッサ３、バルブＶ３　、パイプ
Ｐ４　、パイプＰ２を通って第２熱交換器２へ入り、パ
イプＰ１を通って第１熱交換器１に戻る。冷媒は、コン
プレッサ３により圧縮され液化し、コンデンサ即ちフロ
ント側の第２熱交換器２で外気により冷却されて室内側
のエバポレータ即ち第１熱交換器ｌに送られる。この第
１熱交換器１で車内の暖かい空気と接触して、冷奴が気
化するときに車内の空気の熱を奪って車内の冷房を行う
、気化した冷媒はコンプレッサ３で圧縮液化されて第２
熱交換器２に送られ、外気により冷却されて循環を繰り
返す、尚、このとき、閉止弁Ｖ５は閉止しであるので、
エンジン４の排熱が第２熱交換器２に伝わって、第２熱
交換器２即ちコンデンサにおける冷却効果が損なわれる
ことがない。

尚、本発明に用いる第２熱交換器において、冷媒通路と
作動流体の通路とを横一体とするか、上下に重合するか
、或は流体通路を上にするか下にするかの選択は、エン
ジンルームのスペースなどを考慮して適宜選択決定すれ
ばよいが、暖房性能をよくするには、上に冷媒通路を、
下にヒートパイプの流体通路を設定するのがよく、冷房
性崗をよくするには横一体型として車の進行方向前方に
冷媒通路を設定するのがよい。また上記した各バルブは
電磁ｌヘルプで、コンプレッサと共に運転席から自由に
制御操作することができる。

〈発明の効果〉 本発明の冷暖房装置は、バルブの開閉操作のみで、暖房
と冷房とを切り替えることができ、暖房時は、室内側に
ｊＱｆｉｔ、た第１熱交換器をコンデンサとして、第２
熱交換器をエバポレータとして夫々作用し、冷房時には
、第１８交換器をエバポレータとして、第２．８交換器
をコンデンサとして夫々作用させることができる。従っ
て、本発明の冷暖房装置は夏期は冷房装置として、冬期
は暖房装置として使用することができ、冷房装置と暖房
装置を別個に設置する必要がなく、経済的となり、また
、市内或はエンジンルームを広く有効に利用できる。

また、本発明の冷暖房装置をヒートポンプ式暖房装置と
して使用する場合、エンジンを始動すれば直ちに高温と
なる排気ガスの排熱を、ヒートポンプ式暖房装置のエバ
ポレータ部分に伝達するので、効率よく冷媒を加熱する
ことができ、ヒートポンプ式の暖房装置のエバポレータ
部分における吸熱が不充分となることがなく、暖房装置
が有効に作用して、エンジン始動直後から暖房がきき。

車内がすぐに暖まり、エンジン始動直後から快適な運転
を行うことができる。更に、本発明による冷暖房装置は
、従来の温水式の暖房装置と併用することもできる。こ
の場合にはエンジン始動直後から冷却水が充分に昇温す
るまでの間を本発明装置で補うことができ、或はまた寒
冷地において、従来の温水式の暖房装置のみでは暖房装
置の熱量が不足するような場合に、充分な熱量を供給し
て、車内を暖かくすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による冷暖房装置の説明図。 第２図は同装置に用いる第１熱交換器の欠截斜視図、第
３図は同じく第２８交換器の欠截斜視図、第４図は第２
熱交換器の他の例の欠截斜視図を示す。 ｌ・・・第１熱交換器、２・・・第２８交換器、３・・
・コンプレッサ、４・・・エンジン、６・・・排気管、
ＰＩ、Ｐｚ、Ｐｚ、Ｐｎ、Ｐｚ、Ｐ６、Ｐ７−・・パイ
プ、Ｖｌ、Ｖ２、Ｖ３、Ｖｌ、・・・バルブ、ｖ５・・
・閉止弁。 出　願　人　　　　　昭和アルミニウム株式会社代　理
　人　　　　　　　　福　　１）　信　　行代　理　人
　　　　　　　　福　　１）　武　　通　・　。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 車内側に第１熱交換器を臨ませると共に外気で冷却可能
   な位置に第２熱交換器を設置し、上記第１熱交換器と第
   ２熱交換器及びコンプレッサの間をパイプ配管して循環
   路を形成し、該循環路に冷媒を循環させる冷暖房装置で
   あって、コンプレッサによる冷媒の循環方向を逆転させ
   ることができるようなバルブを設置し、且つ上記第２熱
   交換器とエンジンから延在する排気管の外面とを閉止弁
   を有したヒートパイプで連結して第２熱交換器において
   冷媒を加熱可能にしたことを特徴とする自動車の冷暖房
   装置。