(57)【要約】【課題】熱交換器の凝縮水を排出するドレン配管の凍結を防止する車両用空調システムを提供する。【解決手段】車両１００に搭載される車両用空調システム１であって、車室１０２から排出された空気と熱交換し、空気の熱を回収する熱交換器２０と、熱交換器２０で発生した凝縮水を排出するドレン配管３０と、車両１００の駆動エネルギを発生するエンジン１０１から排出されるオフガスが通流する排気装置４０と、を備え、第２ドレン配管３２は、排気装置４０のマフラ４２に溶接され、マフラ４２を通流する排気ガスの熱が第２ドレン配管３２に伝達するように配置されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両に搭載される車両用空調システムであって、
車室から排出された空気と熱交換し、当該空気の熱を回収する熱交換器と、
前記熱交換器で発生した凝縮水を排出するドレン配管と、
前記車両の駆動エネルギを発生する駆動エネルギ源から排出されるオフガスが通流するオフガス配管と、
を備え、
前記ドレン配管は、前記オフガス配管を通流するオフガスの熱が当該ドレン配管に伝達するように配置されている
ことを特徴とする車両用空調システム。
【請求項２】
前記ドレン配管は、前記オフガス配管に接続されている
ことを特徴とする請求項１に記載の車両用空調システム。
【請求項３】
前記オフガス配管におけるオフガスの流路断面積を減少させる流路断面積減少部を備え、
前記ドレン配管は、前記流路断面積減少部に接続されている
ことを特徴とする請求項２に記載の車両用空調システム。
【請求項４】
前記オフガス配管におけるオフガスの流路断面積を可変する流路断面積可変機構と、
前記流路断面積可変機構を制御する制御手段と、
を備え、
凝縮水が凍結しないと判断される場合、前記制御手段は、前記流路断面積可変機構により、オフガスの流路断面積を減少しない
ことを特徴とする請求項３に記載の車両用空調システム。
【請求項５】
前記熱交換器は前記オフガス配管の上方に配置されると共に、
車両の上方から見て、前記熱交換器の少なくとも一部は、前記オフガス配管と重なっている
ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の車両用空調システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両用空調システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、車両における暖房効率を高めるべく、暖房時において、車室（キャビン）からの暖かい空気の熱を、熱交換器で回収した後、車外に排出している（特許文献１参照）。そして、回収した熱により、車外から車室に向かう空気を暖めている。
【０００３】
【特許文献１】特開平８−４００５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、外気温度が低い場合において、熱交換器で発生する凝縮水をドレン配管を介してそのまま排出すると、ドレン配管が凍結、つまりドレン配管内で凝縮水が凍結する虞がある。
【０００５】
そこで、本発明は、熱交換器の凝縮水を排出するドレン配管の凍結を防止する車両用空調システムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題を解決するための手段として、本発明は、車両に搭載される車両用空調システムであって、車室から排出された空気と熱交換し、当該空気の熱を回収する熱交換器と、前記熱交換器で発生した凝縮水を排出するドレン配管と、前記車両の駆動エネルギを発生する駆動エネルギ源から排出されるオフガスが通流するオフガス配管と、を備え、前記ドレン配管は、前記オフガス配管を通流するオフガスの熱が当該ドレン配管に伝達するように配置されていることを特徴とする車両用空調システムである。
【０００７】
ここで、車両の駆動エネルギを発生する駆動エネルギ源（例えば、エンジン、燃料電池スタック）からは、暖かい又は高温のオフガスが排出される。
このような車両用空調システムによれば、ドレン配管はオフガス配管を通流する暖かいオフガスの熱が伝達するように配置されているので、ドレン配管はオフガスによって暖められる。つまり、特別な加熱用の補機を使用せずに、ドレン配管を暖めることができ、車両の構成が簡便になる。
これにより、外気温度が低くても、ドレン配管内で凝縮水が凍結することはなく、ドレン配管の凍結を好適に防止できる。そして、凍結によりドレン配管が閉塞することもないので、凝縮水が熱交換器のフィン等を覆って凍結することはなく、熱交換器における熱交換率が低下することも防止できる。
【０００８】
なお、「ドレン配管は、オフガス配管を通流するオフガスの熱が伝達するように配置されている」とは、後記する実施形態のように、ドレン配管とオフガス配管とが接触（溶接）、接続している構成だけでなく、例えば、ドレン配管がオフガス配管の上方に所定隙間を隔てて配置されている構成や、ドレン配管とオフガス配管とが熱伝達可能なヒートパイプ等によって接続されている構成を含む。
【０００９】
また、前記ドレン配管は、前記オフガス配管に接続されていることを特徴とする車両用空調システムである。
【００１０】
このような車両用空調システムによれば、ドレン配管はオフガス配管に接続されているので、ドレン配管内とオフガス配管内とは連通しており、凝縮水がオフガス配管内に排出（導入）されると共に、オフガスの一部はドレン配管内に流入する。そして、オフガス配管内に排出された凝縮水は、その内部を通流するオフガスによって直接暖められ、また、ドレン配管内を流れる凝縮水は、これに流入したオフガスによって直接暖められる。これにより、ドレン配管及びオフガス配管の凍結を防止できる。さらに、オフガス配管内に排出された凝縮水を、その内部を通流するオフガスによって、車外に速やかに押し出すことができる。
【００１１】
また、前記オフガス配管におけるオフガスの流路断面積を減少させる流路断面積減少部を備え、前記ドレン配管は、前記流路断面積減少部に接続されていることを特徴とする車両用空調システムである。
【００１２】
このような車両用空調システムによれば、流路断面積が減少している流路断面積減少部において、オフガスの流速が高まる。そして、ドレン配管は流路断面積減少部に接続されているので、前記流速が高まったオフガスにより、ドレン配管の接続部（凝縮水の導入部）付近において負圧が発生する。このように発生する負圧により、ドレン配管内の凝縮水をオフガス配管内に吸引することができる。すなわち、凝縮水がドレン配管内や熱交換器内で留まり、温度低下しにくくなり、凝縮水がドレン配管内等で凍結することをさらに好適に防止できる。
【００１３】
また、前記オフガス配管におけるオフガスの流路断面積を可変する流路断面積可変機構と、前記流路断面積可変機構を制御する制御手段と、を備え、凝縮水が凍結しないと判断される場合、前記制御手段は、前記流路断面積可変機構により、オフガスの流路断面積を減少しないことを特徴とする車両用空調システムである。
【００１４】
このような車両用空調システムによれば、凝縮水が凍結しないと判断される場合、前記制御手段は、前記流路断面積可変機構によりオフガスの流路断面積を減少しないので、流路断面積可変機構がオフガスに対しての圧力損失体になることはない。すなわち、凝縮水が凍結しないと判断される場合、流路断面積可変機構により、無駄にオフガスの排出効率が低下、つまり、オフガスの吹き抜けが低下することはない。
【００１５】
また、前記熱交換器は前記オフガス配管の上方に配置されると共に、車両の上方から見て、前記熱交換器の少なくとも一部は、前記オフガス配管と重なっていることを特徴とする車両用空調システムである。
【００１６】
このような車両用空調システムによれば、オフガスによって暖められたオフガス配管外近傍の空気が上昇する際に、平面視において重なっている熱交換器の一部を暖める。これにより、熱交換器内において凝縮水が凍結することを防止できる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、熱交換器の凝縮水を排出するドレン配管の凍結を防止する車両用空調システムを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
≪第１実施形態≫
以下、本発明の第１実施形態について、図１から図４を参照して説明する。
【００１９】
≪車両用空調システムの構成≫
図１に示す車両１００は、エンジン１０１（内燃機関、駆動エネルギ源）を搭載しており、これが発生する駆動力（駆動エネルギ）によって前輪を回転させて走行する。エンジン１０１は、その駆動に伴って高温の排気ガス（オフガス）を生成し、この排気ガスを後記するエキゾーストパイプ４１に排出するようになっている。
また、車両の１００の暖房時において、車外から車室１０２に向かう空気（矢印Ａ１参照）は、熱交換器１０３や、ヒートポンプ（図示しない）を構成する熱交換器（コンデンサ、図示しない）で加熱される構成となっている。
【００２０】
さらに、車両１００は、暖房効率を高めるための車両用空調システム１を備えている。車両用空調システム１は、リアトレイ１１と、ダクト１２と、ブロワ１３と、熱交換器２０と、ドレン配管３０と、排気装置４０とを備えている。
【００２１】
まず、排気装置４０から説明する。
排気装置４０は、エンジン１０１で発生した高温の排気ガス（オフガス）を車外に排出するオフガス配管として機能しており、エキゾーストパイプ４１と、マフラ４２（消音器、タイコ）と、テールパイプ４３とを備えている。そして、エンジン１０１から排出された高温の排気ガスは、エキゾーストパイプ４１、マフラ４２、テールパイプ４３内を順に通流した後、車外に排出されるようになっている。よって、エンジン１０１が作動すると、エキゾーストパイプ４１等は高温になる。
なお、マフラ４２は、耐熱ゴム製のブッシュ１０４、１０４を介して、フレーム１０５に吊り下げられており、走行する車両１００に伴って揺動するようになっている。また、エキゾーストパイプ４１及びテールパイプ４３は、ボルト等によってフレームに固定されている。
【００２２】
リアトレイ１１は、後部座席の後方に配置されており、図３に示すように、その右側に、車室１０２の空気を吸い込むための吸気口１１ａが形成されている（矢印Ａ２参照）。ダクト１２は、吸気口１１ａと、ブロワ１３の吸気口１３ａとを接続しており、車室１０２からの空気を、ブロワ１３に導くようになっている。
【００２３】
ブロワ１３は、車室１０２の空気を吸気し、熱交換器２０に向けて吐出する送風装置である。すなわち、ブロワ１３は、暖房時等において、図示しないＥＣＵ（Electronic Control Unit、電子制御装置）からの指令に基づいて作動すると、ダクト１２等を介して車室１０２の空気を吸気し、吐出配管１３ｂを介して熱交換器２０に吐出するようになっている。なお、ブロワ１３は、車両１００に搭載されているバッテリ（図示しない）を電源として作動する。
【００２４】
熱交換器２０は、これに導入される空気の熱を回収する装置である。すなわち、熱交換器２０と、前記した熱交換器１０３とを経由して、冷媒が循環するように構成されており（図１参照）、熱交換器２０において、ブロワ１３からの暖かい空気と冷媒との間で熱交換し、冷媒が加熱されるようになっている。加熱された冷媒は、冷媒ポンプ（図示しない）等によって圧送され、熱交換器１０３において、車室１０２に向かう空気を加熱するようになっている。このようにして、車室１０２から排出される廃熱が有効利用され、暖房効率が高められている。
一方、熱交換後の空気は、配管２１を介して、トランクルームや車外等に排出されるようになっている。
【００２５】
また、熱交換器２０の下部の内壁面は、ドレン配管３０に向けてテーパ状で形成されている。これにより、熱交換や外気温度の低下等により、熱交換器２０内で発生した凝縮水が、その自重により、速やかにドレン配管３０に流入するようになっている（矢印Ａ４参照）。
【００２６】
また、熱交換器２０は、高温となるマフラ４２の上方に配置されると共に（図２、図３参照）、車両１００の上方から見て、マフラ４２と重なるように配置されている（図４参照）。これにより、高温の排気ガスによって暖められたマフラ４２外近傍の空気が上昇する際に、熱交換器２０を暖める。これにより、熱交換器２０内における凝縮水の凍結が防止されるようになっている。
【００２７】
ドレン配管３０は、熱交換器２０で発生した凝縮水を車外に排出するものであり、金属製（例えばＳＵＳ）の第１ドレン配管３１及び第２ドレン配管３２と、蛇腹状であってゴム製の第３ドレン配管３３とを備えている。そして、熱交換器２０から下流に向かって、第１ドレン配管３１、第３ドレン配管３３、第２ドレン配管３２の順で接続されており、凝縮水がこれらの配管内を順に通流した後、車外に排出されるようになっている（矢印Ａ５参照）。
【００２８】
さらに説明すると、第１ドレン配管３１は、ボルト等によってフレームに固定されると共に、その上流端は熱交換器２０の底部に接続されている。
【００２９】
第２ドレン配管３２は、図３に示すように、後方視で略Ｗ字形を呈しており、マフラ４２の外周面に溶接され、第２ドレン配管３２とマフラ４２とは接触している。これにより、マフラ４２内を通流する排気ガスの熱は、マフラ４２を介して、第２ドレン配管３２及びその内部を通流する凝縮水に伝達し、凝縮水が暖められるようになっている（矢印Ａ６参照）。すなわち、第２ドレン配管３２は、マフラ４２を通流する排気ガスの熱が第２ドレン配管３２に伝達するように配置されている。
ただし、第２ドレン配管３２の溶接位置はこれに限定されず、例えば、エキゾーストパイプ４１に溶接された構成でもよい。
【００３０】
また、蛇腹状であってゴム製の第３ドレン配管３３は、第１ドレン配管３１の下流端と、第２ドレン配管３２の上流端とを接続している。これにより、車両１００の走行に伴ってマフラ４２及びこれに溶接された第２ドレン配管３２が揺動したとしても、この揺動に追従して第３ドレン配管３３が変形し、第３ドレン配管３３を介しての第１ドレン配管３１と第２ドレン配管３２との接続が好適に維持されるようになっている。
なお、第３ドレン配管３３は、第２ドレン配管３２の熱を第１ドレン配管３１に容易に伝達させるべく、例えば短く、また、金属ワイヤ入り等であることが好ましい。
【００３１】
さらに、第１ドレン配管３１及び第２ドレン配管３２の少なくとも一方の内部には、凝縮水及び外気の逆流を防止する逆止弁（図示しない）が設けられている。なお、この逆止弁は、ブロワ１３の作動によりその吐出圧が上昇すると開弁するように構成されている。
【００３２】
≪車両用空調システムの作用・効果≫
このような車両用空調システム１によれば、次の作用・効果を得る。
第２ドレン配管３２がマフラ４２に溶接されているので、排気ガスによって、第２ドレン配管３２、第１ドレン配管３１等が暖められる。これにより、第２ドレン配管３２内等において、凝縮水が凍結することは防止される。
【００３３】
≪第２実施形態≫
次に、本発明の第２実施形態について、図５を参照して説明する。
第２実施形態に係る第２ドレン配管３４は、マフラ４２のフロント側のフロントプレート４２ａを貫通し、その下流端３４ａはマフラ４２内に延びている。すなわち、第２ドレン配管３４はマフラ４２と接続、つまり、第２ドレン配管３４内とマフラ４２内とは連通している。これにより、第２ドレン配管３４は、排気ガスに直接暖められるようになっている。
なお、第２ドレン配管３４の下流端３４ａはＬ字形に曲がっており、下流端３４ａから排出される凝縮水が排気ガスの流れに略直交するように構成されている。また、第２ドレン配管３４の接続位置はこれに限定されず、その他に例えば、エキゾーストパイプ４１に接続する構成でもよい。
【００３４】
そして、凝縮水は、第２ドレン配管３４の下流端３４ａ（導入部）からマフラ４２内に排出（導入）された後、排気ガスに直接暖められる。これにより、凝縮水がマフラ４２内で凍結しないように、つまり、マフラ４２が凍結しないようになっている。これと共に、マフラ４２内に排出された凝縮水は、マフラ４２を通流する排気ガスによって、速やかに車外に押し出されるようになっている。同時に、凝縮水は、高温の排気ガスによって気化するので、テールパイプ４３から多量の凝縮水が滴下することは防止され、車両の外観が損なうことはない。
【００３５】
また、排気ガスの一部は、第２ドレン配管３４内に流入し、第２ドレン配管３４及びその内部の凝縮水を直接暖めるようになっている。これにより、凝縮水が第２ドレン配管３４内で凍結しないように、つまり、第２ドレン配管３４が凍結しないようになっている。
【００３６】
≪第３実施形態≫
次に、本発明の第３実施形態について、図６を参照して説明する。
第３実施形態に係るマフラ４４の長手方向の中央は縮径しており、縮径部４４ａ（絞り部）が形成されている。そして、縮径部４４ａは、排気ガスの流路断面積を減少させる流路断面積減少部として機能している。これにより、排気ガスの流速は、流路断面積減少部として機能する縮径部において、高まるようになっている。
なお、図６では、マフラ４４を模式的に記載しているが、マフラ４４内には、消音するためのグラスウール（消音材）や、複数の消音パイプ（インナーパイプ）が設けられている。
【００３７】
そして、第３実施形態に係る第２ドレン配管３５は、マフラ４４の縮径部４４ａに接続されている。これにより、縮径部４４ａにおいて流速が高まった排気ガスにより、第２ドレン配管３５の下流端付近において負圧が発生し、この負圧により、第２ドレン配管３５内の凝縮水がマフラ４４内に速やかに吸引される。これにより、凝縮水が、第２ドレン配管３５や、その上流の第３ドレン配管３３、第１ドレン配管３１、熱交換器２０に留まりにくくなる。よって、凝縮水が、第２ドレン配管３５内等で凍結することをさらに好適に防止できる。
【００３８】
このように第３実施形態では、マフラ４４に流路断面積を減少させる縮径部４４ａを形成したが、その他に例えば、エキゾーストパイプ４１に流路断面積を減少させる縮径部を形成し、これに第２ドレン配管３５が接続する構成でもよい。また、複数の縮径部を形成する構成でもよい。
【００３９】
≪第４実施形態≫
次に、本発明の第４実施形態について、図７を参照して説明する。
第４実施形態に係る車両用空調システムは、マフラ４２内で回動自在に支持され、排気ガスの流路断面積を可変する板状のダンパー５１（流路断面積可変機構）を備えている。すなわち、ダンパー５１を閉じ、排気ガスの流路断面積を減少させた場合、ダンパー５１は流路断面積減少部として機能するようになっている。そして、第２ドレン配管３５は、流路断面積が減少する部分に接続されている。なお、ダンパー５１の開度は例えばアクチュエータにより行われる。
【００４０】
また、第４実施形態に係る車両用空調システムは、ダンパー５１を制御するＥＣＵ５２（制御手段）と、外気温度Ｔ１を検出する温度センサ５３とを備えている。
そして、ＥＣＵ５２は、温度センサ５３から入力される外気温度Ｔ１が、凝縮水が凍結すると判断される凍結温度Ｔ２（例えば０℃）以下である場合、ダンパー５１を閉じ、排気ガスの流路断面積を減少するように設定されている。このように流路断面積が減少すると、第３実施形態と同様に負圧が発生し、第２ドレン配管３５内等の凝縮水がマフラ４２内に速やかに吸引されるようになっている。
【００４１】
一方、ＥＣＵ５２は、外気温度Ｔ１が凍結温度Ｔ２以下でなく、凝縮水が凍結しないと判断する場合、ダンパー５１を開き、オフガスの流路断面積を減少させない。そうするとダンパー５１が排気ガスの圧力損失体になることはなく、排気ガスの排出効率が低下することはない。したがって、ダンパー５１は、コイルばね等によって、通常時に流路断面積を減少させない常開型に構成し、凝縮水が凍結すると判断される場合に閉じられる構成とすることが好ましい。
【００４２】
この他、外気温度Ｔ１に対応してダンパー５１の開度を制御する構成としてもよい。すなわち、外気温度Ｔ１が低くなるほど、凝縮水を速やかに排出するべく、より大きな負圧を発生させるため、ダンパー５１を大きく閉じ、流路断面積を大幅に減少させる構成でもよい。
【００４３】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、例えば次のように変更することができ、また、次の構成を適宜組み合わせてもよい。
【００４４】
前記した各実施形態では、車両の駆動エネルギを発生する駆動エネルギ源がエンジン１０１である構成を例示したが、駆動エネルギ源はこれに限定されない。
例えば、車両が電力により電動モータを回転させて走行する燃料電池自動車であって、駆動エネルギ源が電力を発生する燃料電池スタックである構成でもよい。因みに、ＰＥＦＣ型の燃料電池スタックが発電すると８０〜９０℃程度になり、燃料電池スタックからは８０〜９０℃程度のオフガスが排出される。
【００４５】
また、燃料電池自動車では、オフガスが通流する流路上に、例えば、アノードから排出されたアノードオフガス中の水素を、カソードから排出されたカソードオフガスで希釈するための希釈器が設けられるが、このような希釈器も燃料電池スタックから排出されたオフガスが通流するオフガス配管を構成する。
【００４６】
前記した第１実施形態では、第２ドレン配管３２がマフラ４２に溶接され、接触している構成を例示したが（図３参照）、マフラ４２を通流する排気ガスの熱が第２ドレン配管３２に伝達すればどのような構成でもよく、例えば第２ドレン配管３２とマフラ４２との間に所定間隔の隙間が形成された構成や、第２ドレン配管３２とマフラ４２とがヒートパイプで接続された構成でもよい。
【００４７】
前記した第４実施形態では、ダンパー５１がアクチュエータ（図示しない）により作動する構成を例示したが（図７参照）、その他に例えば、外気温度Ｔ１が高くなると膨張するワックス等が封入されたピストン等を利用し、外気温度Ｔ１が凍結温度Ｔ２以下になると前記ピストンが縮退し、ダンパー５１が閉じるような構成でもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】第１実施形態に係る車両の側面図である。
【図２】第１実施形態に係る車両の要部の側面図である。
【図３】第１実施形態に係る車両の後面図である。
【図４】第１実施形態に係る車両を上方から見た図（平面図）である。
【図５】第２実施形態に係る車両の要部の平面図である。
【図６】第３実施形態に係る車両の要部の側面図である。
【図７】第４実施形態に係る車両の要部の側面図である。
【符号の説明】
【００４９】
１      車両用空調システム
２０    熱交換器
３０    ドレン配管
３１    第１ドレン配管
３２、３４、３５  第２ドレン配管
３３    第３ドレン配管
４１    エキゾーストパイプ（オフガス配管）
４２、４４  マフラ（オフガス配管）
４３    テールパイプ（オフガス配管）
４４ａ  縮径部（流路断面積減少部）
５１    ダンパー（流路断面積可変機構、流路断面積減少部）
５２    ＥＣＵ（制御手段）
１００  車両
１０１  エンジン（駆動エネルギ源）
【図１】
2010058596.tif 000003
【図２】
2010058596.tif 000004
【図３】
2010058596.tif 000005
【図４】
2010058596.tif 000006
【図５】
2010058596.tif 000007
【図６】
2010058596.tif 000008
【図７】
2010058596.tif 000009