(57)【要約】【課題】凝縮水を有効利用して放熱器の放熱性能を向上し、高圧側圧力の上昇防止を介して、圧縮機の動力を低減可能な車両用空調装置を提供する。【解決手段】冷媒を圧縮する圧縮機と、高温高圧冷媒を放熱させる放熱器と、低温高圧の冷媒と低圧側冷媒との間で熱交換させる内部熱交換器と、膨張機構と、蒸発器と、蒸発器を出た低圧冷媒を気体と液体に分離する気液分離器とを備え、それらを順次、冷媒流路にてループ状に接続した蒸気圧縮式冷凍サイクルを有する車両用空調装置において、蒸発器または気液分離器またはそれらの両方から発生する凝縮水を放熱器へ放出するようにしたことを特徴とする車両用空調装置。【選択図】図１
2006327350.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒を圧縮する圧縮機と、圧縮機による圧縮によって高温高圧となった冷媒を放熱させる放熱器と、放熱器によって放熱された低温高圧の冷媒と低圧側冷媒との間で熱交換させる内部熱交換器と、内部熱交換器によってさらに低温となった低温高圧冷媒を減圧膨張させる膨張機構と、膨張機構により減圧膨張された冷媒を蒸発させる蒸発器と、蒸発器を出た低圧冷媒を気体と液体に分離する気液分離器とを備え、それらを順次、冷媒流路にてループ状に接続した蒸気圧縮式冷凍サイクルを有する車両用空調装置において、前記蒸発器または気液分離器またはそれらの両方の外表面から発生する凝縮水を前記放熱器へ放出するようにしたことを特徴とする車両用空調装置。
【請求項２】
前記蒸気圧縮式冷凍サイクルは、高圧側の冷媒の圧力が超臨界域となる超臨界蒸気圧縮式冷凍サイクルであることを特徴とする、請求項１に記載の車両用空調装置。
【請求項３】
前記蒸気圧縮式冷凍サイクルに用いる冷媒が二酸化炭素であることを特徴とする、請求項１または２に記載の車両用空調装置。
【請求項４】
前記気液分離器が前記蒸発器近傍に配置されていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の車両用空調装置。
【請求項５】
前記凝縮水を回収する凝縮水回収容器と、該凝縮水回収容器からの凝縮水を前記放熱器への放出位置へと導く導管とを有することを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の車両用空調装置。
【請求項６】
前記凝縮水回収容器の凝縮水受面が漏斗形状に形成されていることを特徴とする、請求項５に記載の車両用空調装置。
【請求項７】
前記導管が、水平面に対し、前記放熱器側に行くにつれ下方に位置する方向に傾斜されていることを特徴とする、請求項５または６に記載の車両用空調装置。
【請求項８】
さらに、前記導管により導かれてきた凝縮水を貯留する凝縮水貯留容器と、該凝縮水貯留容器に貯留された凝縮水を前記放熱器に向けて放出する凝縮水放出管とを有することを特徴とする、請求項５〜７のいずれかに記載の車両用空調装置。
【請求項９】
前記凝縮水放出管が前記放熱器の車両前方側に配置されていることを特徴とする、請求項８に記載の車両用空調装置。
【請求項１０】
前記凝縮水放出管が略水平方向に延設されていることを特徴とする、請求項８または９に記載の車両用空調装置。
【請求項１１】
前記凝縮水放出管に、前記放熱器に向けて凝縮水を放出する放出孔が設けられていることを特徴とする、請求項８〜１０のいずれかに記載の車両用空調装置。
【請求項１２】
前記放出孔が複数設けられていることを特徴とする、請求項１１に記載の車両用空調装置。
【請求項１３】
前記放出孔が斜め下方に向けて開口されていることを特徴とする、請求項１１または１２に記載の車両用空調装置。
【請求項１４】
前記放出孔からの凝縮水の放出が、車両前方側からの空気流である車両前面風により行われるようになっていることを特徴とする、請求項１１〜１３のいずれかに記載の車両用空調装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両用空調装置に関し、とくに、二酸化炭素等の冷媒を使用した冷凍サイクルにおいて発生した凝縮水を有効利用できるようにした車両用空調装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
地球環境問題への配慮の面から、車両用空調装置の冷凍サイクル用冷媒として採用されてきたフロン系冷媒の使用が規制され始めており、脱フロン化対策として二酸化炭素冷媒が提案されている。二酸化炭素冷媒は、その物理的性質から臨界圧力を超える超臨界域にて作動する冷媒であり、その作動圧力は約７ＭＰａ以上になる。したがって、冷凍サイクル中の圧縮機による仕事量が大きくなり、冷凍サイクルの成績係数が低くなる傾向にある。このような欠点を補うために、気液分離器にて発生した凝縮水を、冷凍サイクル中に設けられた高圧側冷媒と低圧側冷媒との間で熱交換を行わせる内部熱交換器へふりかけて、内部熱交換効率を向上させ、冷凍成績係数を向上させる手法が提案されている（特許文献１）。
【特許文献１】特開２００４−２８４６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、内部熱交換器へ凝縮水をかけて熱交換させるには、十分な接触面積と、伝熱速度の向上が必要である。すなわち、十分な内部熱交換効果を発揮させるには、内部熱交換器の配管の伝熱面積の拡大と熱伝導率の向上が必要となってくる。二酸化炭素冷媒は、その物理的性質から高圧側が臨界圧を越える超臨界状態となるため、その高圧に耐えうる材質、構造が要求され、通常、配管等の厚みが増すことになって、熱伝導率の向上が難しくなる。
【０００４】
一方、冷凍サイクル中に設けられている放熱器は、通常、十分に大きい接触面積と、伝熱の良さを備えている熱交換器として構成される。
【０００５】
そこで本発明の課題は、凝縮水を内部熱交換器の効率向上に利用する場合の上記問題点と、放熱器が十分に大きい接触面積と高伝熱性能を備えた熱交換器である点に着目し、凝縮水を放熱器に対して有効利用し、それによる放熱器の放熱性能の向上、それに伴う高圧側圧力の上昇防止を介して、圧縮機の動力の低減、つまり、冷凍成績係数の向上をはかることが可能な車両用空調装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明に係る車両用空調装置は、冷媒を圧縮する圧縮機と、圧縮機による圧縮によって高温高圧となった冷媒を放熱させる放熱器と、放熱器によって放熱された低温高圧の冷媒と低圧側冷媒との間で熱交換させる内部熱交換器と、内部熱交換器によってさらに低温となった低温高圧冷媒を減圧膨張させる膨張機構と、膨張機構により減圧膨張された冷媒を蒸発させる蒸発器と、蒸発器を出た低圧冷媒を気体と液体に分離する気液分離器とを備え、それらを順次、冷媒流路にてループ状に接続した蒸気圧縮式冷凍サイクルを有する車両用空調装置において、前記蒸発器または気液分離器またはそれらの両方の外表面から発生する凝縮水を前記放熱器へ放出するようにしたことを特徴とするものからなる。すなわち、本発明においては、発生した凝縮水を、内部熱交換器ではなく、放熱器の放熱効率向上に有効利用するのである。
【０００７】
上記蒸気圧縮式冷凍サイクルとしては、高圧側の冷媒の圧力が超臨界域となる超臨界蒸気圧縮式冷凍サイクルを適用できる。とくに、本発明は、上記蒸気圧縮式冷凍サイクルに用いる冷媒が二酸化炭素である場合に有効である。
【０００８】
上記気液分離器は、上記蒸発器近傍に配置されていることが好ましい。このような配置を採用すれば、蒸発器と気液分離器の両方から発生する凝縮水を容易に共に回収できるようになり、その凝縮水を放熱器の放熱効率向上に効果的に有効利用できる。また、蒸発器に対しては、通常、凝縮水回収容器が設けられていることが多いので、上記配置により、新たな回収容器の設置が不要になる。
【０００９】
より具体的な構造として、上記凝縮水を回収する凝縮水回収容器と、該凝縮水回収容器からの凝縮水を前記放熱器への放出位置へと導く導管とを有することが好ましい。凝縮水回収容器の凝縮水受面は漏斗形状に形成されていることが好ましく、それによって発生した凝縮水を容易に回収できるようになる。
【００１０】
また、上記導管は、水平面に対し、放熱器側に行くにつれ下方に位置する方向に傾斜されていることが好ましい。これにより、凝縮水の自重を利用して、凝縮水を容易に放熱器への放出位置へと導くことができる。
【００１１】
さらに、上記導管により導かれてきた凝縮水を貯留する凝縮水貯留容器と、該凝縮水貯留容器に貯留された凝縮水を放熱器に向けて放出する凝縮水放出管とを有することが好ましい。この構造により、放熱器に向けて放出すべき凝縮水を適量貯留しておくことができ、かつ、凝縮水放出管により、放熱器に対し、望ましい位置へと凝縮水を放出することが可能になる。
【００１２】
この凝縮水放出管は、放熱器の車両前方側に配置されていることが好ましい。このような配置により、車両前面風を凝縮水放出に利用可能になるとともに、放熱器を空気と凝縮水の両方で放熱させることができるようになり、放熱が促進される。
【００１３】
また、凝縮水放出管は、略水平方向に延設されていることが好ましい。これにより、放熱器のより広い範囲にわたって凝縮水を放出できるようになる。
【００１４】
上記凝縮水放出管には、放熱器に向けて凝縮水を放出する放出孔が設けられていることが好ましい。放出孔は複数設けられていることが好ましい。これにより、均一な望ましい形態にて、凝縮水を放熱器の広い範囲に対し放出できるようになる。
【００１５】
また、上記放出孔は、斜め下方に向けて開口されていることが好ましい。これにより、凝縮水は、容易にかつ円滑に、凝縮水放出管内から放出される。
【００１６】
さらに、上記放出孔からの凝縮水の放出が、車両前方側からの空気流である車両前面風により行われるようになっていること、例えば車両前面風によるベンチュリー効果を利用して凝縮水が凝縮水放出管内から吸い出されて放出されるようになっていることが好ましい。このような構造においては、凝縮水の放出のために、特別な機構や操作が不要化される。なお、アイドリング時にもクーリングファンによって冷却風は発生するので、上記「車両前面風」にはこの冷却風も含む。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る車両用空調装置によれば、とくに二酸化炭素を用いた臨界温度、臨界圧力の低い超臨界域での運転となる冷凍サイクルにおいて、高温高圧となった放熱器の放熱性能を凝縮水を有効利用して大幅に向上させることでき、高圧側圧力の低下、それに伴う圧縮機動力の低減が可能な車両用空調装置を提供できる。
【００１８】
また、気液分離器から発生する凝縮水を蒸発器から発生する凝縮水と同じ回収容器にて回収するようにすれば、実質的に回収容器の新たな設置が必要なくなる。さらに、凝縮水を凝縮水回収容器に回収し、導管、凝縮水貯留容器、凝縮水放出管を介して放熱器に向けて放出するようにすれば、簡単な機構にて容易に放熱器の所定範囲に対して凝縮水を放出させることができ、放熱器の放熱性能を効率よく向上させることができる。
【００１９】
さらに、車両前面風を利用して凝縮水放出管内から凝縮水を吸い出して放出できるようにすれば、特別な機構や操作を必要とすることなく、容易にかつ適正に凝縮水を放熱器に向けて放出できるようになる。また、放熱器を空気と凝縮水で放熱するので、より放熱を促進させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下に、本発明の望ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の一実施態様に係る車両用空調装置１００を示しており、該車両用空調装置１００は、二酸化炭素を冷媒とする蒸気圧縮式冷凍サイクル１０１を有している。この蒸気圧縮式冷凍サイクル１０１には、車両原動機としてのエンジン１からの駆動力がベルト等を介して伝達され、冷媒を圧縮する圧縮機２が設けられている。圧縮機２による圧縮により高温高圧となった冷媒は、放熱器３（ガスクーラ）で放熱される。放熱器３で放熱された低温高圧の冷媒は、内部熱交換器４によって、低圧側冷媒と、内部隔壁を通して熱交換される。
【００２１】
内部熱交換器４によってさらに低温となった低温高圧冷媒は、膨張機構５（膨張弁）により減圧膨張される。膨張機構５により減圧膨張された冷媒は、車室内側に配置された（車室内外隔壁８の車室内側に配置された）蒸発器６によって蒸発され、蒸発による吸熱が車室内の冷房に供される。蒸発器６を出た低圧冷媒は、気液分離器７（アキュムレータ）の中で気体と液体に分離され、液冷媒は貯留され、実質的に気冷媒のみが出ていく構造となっている。この気液分離器７から出た低圧冷媒が、上述の如く内部熱交換器４で高圧側冷媒と熱交換された後、再び圧縮機２に吸入され、圧縮される。このように、冷媒は、各機器がループ状に配置された蒸気圧縮式冷凍サイクル１０１中を循環され、この蒸気圧縮式冷凍サイクル１０１は、高圧側の冷媒（二酸化炭素冷媒）の圧力が超臨界域となる超臨界蒸気圧縮式冷凍サイクルとして構成されている。なお、図１における矢印は冷媒の流れ方向を示している。
【００２２】
本実施態様では、気液分離器７は車室内外隔壁８付近に配置され、蒸発器６の近傍に配置されている。蒸発器６および気液分離器７の下方には、蒸発器６および気液分離器７の外表面から発生し、落下してくる凝縮水を回収する凝縮水回収容器９が設けられており、該凝縮水回収容器９の凝縮水受面は漏斗状に形成されている。
【００２３】
凝縮水回収容器９の底部に開口された排出口に、凝縮水回収容器９からの凝縮水を放熱器３への放出位置へと導く導管１０が接続されている。導管１０は、水平面に対し、放熱器３側に行くにつれ下方に位置する方向に傾斜されている。導管１０は、導管１０により導かれてきた凝縮水を貯留する凝縮水貯留容器１１に接続されている。ここで、気液分離器７から凝縮水回収容器９、導管１０を介して凝縮水貯留容器１１に至る経路は、凝縮水が外気の影響を受けにくいように断熱されていることが好ましい。
【００２４】
凝縮水貯留容器１１には、該凝縮水貯留容器１１に貯留された凝縮水を放熱器３に向けて放出する凝縮水放出管１２が接続されている。凝縮水放出管１２は、放熱器３の車両前方側に配置されている。この凝縮水放出管１２は、図２に示すように、放熱器３の車両前方側において、略水平方向に延設されており、凝縮水放出管１２から放熱器３の前面側に向けて凝縮水１３が水滴状に放出される。つまり、放熱器３には、車両前面風１４が送られるとともに、該車両前面風１４を利用して凝縮水放出管１２から凝縮水１３が放出される。図２における１５は放熱器３の冷媒入口配管を、１６は冷媒出口配管を、それぞれ示している。
【００２５】
凝縮水放出管１２には、図３に示すように、放熱器３に向けて凝縮水１３を放出する放出孔１７が、凝縮水放出管１２の延設方向に沿って、複数設けられている。放出孔１７は、斜め下方に向けて開口されており、車両前方側からの空気流である車両前面風１４の凝縮水放出管１２の裏側に回り込んだ空気流によるベンチュリー効果を利用して、特別な機構や操作を要することなく、凝縮水１３が凝縮水放出管１２内から吸い出されて放出されるようになっている。
【００２６】
このように構成された車両用空調装置１００においては、蒸発器６および気液分離器７から発生した凝縮水が、凝縮水回収容器９、導管１０、凝縮水貯留容器１１、凝縮水放出管１２を介して、放熱器３に向けて放出される。放熱器３は、車両前面風１４により放熱されるとともに、放出された凝縮水によっても放熱され、凝縮水が有効利用されることにより、放熱器３の放熱性能が大幅に向上される。すなわち、従来地面に向けて排出されていた凝縮水が、放熱器３の放熱性能の向上に極めて有効に利用され、放熱が促進されることになる。とくに二酸化炭素を用いて超臨界域で運転される冷凍サイクル１０１において、高温高圧冷媒の放熱器３による放熱性能を凝縮水を有効利用して大幅に向上させることでき、高圧側圧力を低下させ、それに伴って圧縮機動力を低減させることができ、冷凍サイクル１０１の成績係数を大幅に向上することができる。
【００２７】
また、気液分離器７を蒸発器６の近傍に配置し、蒸発器６および気液分離器７から発生する凝縮水を共通の凝縮水回収容器９で回収するので、効率のよい凝縮水回収が可能になる。また、蒸発器６には通常、凝縮水受け（回収容器）が設けられているので、実質的に回収容器の新たな設置が必要なくなる。さらに、凝縮水回収容器９に回収した凝縮水を導管１０、凝縮水貯留容器１１、凝縮水放出管１２を介して放熱器３に向けて放出することにより、放出用凝縮水を凝縮水貯留容器１１に常に適量貯留しておくことが可能になり、かつ、凝縮水放出管１２を介して、放熱器３の広い範囲にわたって効果的に凝縮水を放出させることができようになり、放熱器３の放熱性能を一層効率よく向上させることができる。
【００２８】
さらに、車両前面風１４を利用して凝縮水放出管１２内から凝縮水を吸い出して放出できるようにすることにより、特別な機構や操作を必要とすることなく、極めて簡単な機構にて凝縮水を放熱器に向けて自動的に放出できるようになる。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明は、蒸気圧縮式冷凍サイクルを備えたあらゆる車両用空調装置に適用可能であり、とくに二酸化炭素を冷媒とする蒸気圧縮式冷凍サイクルを備えた車両用空調装置に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の一実施態様に係る車両用空調装置の車両側面側から見た概略構成図である。
【図２】図１の装置における放熱器部の正面図である。
【図３】図２の装置における凝縮水放出管の拡大断面図である。
【符号の説明】
【００３１】
１  エンジン
２  圧縮機
３  放熱器
４  内部熱交換器
５  膨張機構
６  蒸発器
７  気液分離器
８  車室内外隔壁
９  凝縮水回収容器
１０  導管
１１  凝縮水貯留容器
１２  凝縮水放出管
１３  凝縮水
１４  車両前面風
１５  放熱器の冷媒入口配管
１６  放熱器の冷媒出口配管
１７  放出孔
１００  車両用空調装置
１０１  蒸気圧縮式冷凍サイクル
【図１】
2006327350.tif 000003
【図２】
2006327350.tif 000004
【図３】
2006327350.tif 000005