(57)【要約】【課題】空調ユニットの形態に拘わらず、熱交換器を適切に配置することのできる特有の構成を得る。【解決手段】外気又は内気が流動する空調ユニット１１内に、扁平チューブ７とフィン８とを交互に積層してなり、通過する空気を冷却する熱交換器４を配設する。前記熱交換器４は、複数個を直列又は並列に接続すると共に、前記空調ユニット１１内の空気流れの上下流位置に離間して配置する。また、各熱交換器４は、前記空調ユニット１１の各部位に於ける流路断面形状に応じた形状とする。さらに、上流側に位置する熱交換器１２のフィンピッチを下流側に位置する熱交換器１３に比べて大きくする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外気又は内気が流動する空調ユニット内に、扁平チューブと所定ピッチで屈曲したフィンとを交互に積層してなり、通過する空気を冷却する熱交換器を配設するようにした車両用空調装置において、
前記熱交換器は、複数個を直列又は並列に接続すると共に、前記空調ユニット内の空気流れの上流側と下流側とに分離して配置し、各配置部位に於ける流路断面形状に応じた形状とする一方、上流側に位置する熱交換器のフィンピッチを下流側に位置する熱交換器に比べて大きくしたことを特徴とする車両用空調装置。
【請求項２】
前記熱交換器は、前記扁平チューブの両端部を並設したヘッダ間に接続してなる構成とした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】
前記熱交換器は、フィンピッチの違いに応じて冷媒の流路断面積を異ならせ、空気流れの上流側に位置するものが下流側に位置するものに比べて冷媒の流路断面積が大きくなるように構成したことを特徴とする請求項１又は２に記載の車両用空調装置。
【請求項４】
前記熱交換器のうち、少なくともいずれか一方の着霜状態を検出する着霜検出手段と、
前記熱交換器のうち、少なくともいずれか一方に接続される配管での冷媒流量を調整する冷媒流量調整手段とを設け、
前記着霜検出手段での検出信号に基づいて前記冷媒流量調整手段の開度を制御したことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の車両用空調装置。
【請求項５】
前記着霜検出手段での検出信号に基づいて、前記熱交換器で冷媒を流動させるコンプレッサの動力制御を行うようにしたことを特徴とする請求項４に記載の車両用空調装置。
【請求項６】
前記熱交換器のうち、空調ユニットの空気流れの上流側に配置したものの出口側に於ける冷媒のスーパーヒート量を検出するスーパーヒート量検出手段と、
前記熱交換器のうち、少なくともいずれか一方に接続される配管での冷媒流量を調整する冷媒流量調整手段とを設け、
前記スーパーヒート量検出手段で検出されるスーパーヒート量に基づいて流量調整手段の開度を制御するようにしたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の車両用空調装置。
【請求項７】
前記空調ユニット内の空気流路は、前記各熱交換器の配設位置で空気の流動方向が相違するように形成したことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の車両用空調装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両用空調装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば、空気流れの上流側と下流側とでフィンピッチを異ならせるようにした熱交換器が公知である（例えば、特許文献１，２参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平５−３２２４７８号公報
【特許文献２】
特開平９−９６４７３号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記熱交換器では、フィンピッチの異なる部位が同一部品内に形成されている。このため、この熱交換器を車両用空調装置に採用した場合、配置される空調ユニット内に所定長さの配置スペースが必要となる。そして、空調ユニットが大型化して大きな配置スペースが必要となる。その上、発生した凝縮水が空気流れの下流側へと飛散しやすい。また、空調ユニットの形状が特定され、配置可能な場所が大きく制約される。特に、近年の空調ユニットは、配置スペースが狭く、特殊な形状となってきているため、この問題は顕著である。
【０００５】
そこで、本発明は、空調ユニットの形態に拘わらず、熱交換器を適切に配置でき、凝縮水の飛散をも防止可能な特有の構成を備えた車両用空調装置を提供することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記課題を解決するための手段として、外気又は内気が流動する空調ユニット内に、扁平チューブと所定ピッチで屈曲したフィンとを交互に積層してなり、通過する空気を冷却する熱交換器を配設するようにした車両用空調装置において、
前記熱交換器は、複数個を直列又は並列に接続すると共に、前記空調ユニット内の空気流れの上流側と下流側とに分離して配置し、各配置部位に於ける流路断面形状に応じた形状とする一方、上流側に位置する熱交換器のフィンピッチを下流側に位置する熱交換器に比べて大きくしたものである。
【０００７】
この構成により、空調ユニットの形態の違いに拘わらず、熱交換器を適切に配置することが可能となる。また、上流側の熱交換器を通過する空気は冷却・除湿されて収縮するため、下流側の熱交換器を通過する際の圧力損失は小さい。しかも、上流側の熱交換器で除湿されているため、下流側の熱交換器で発生する凝縮水量が少ない。このため、下流側の熱交換器のフィンピッチを小さくしても、さらに下流側へと飛散する凝縮水量が少ない。
【０００８】
前記熱交換器は、前記扁平チューブの両端部を並設したヘッダ間に接続してなる構成とすればよい。
【０００９】
前記熱交換器は、フィンピッチの違いに応じて冷媒の流路断面積を異ならせ、空気流れの上流側に位置するものが下流側に位置するものに比べて冷媒の流路断面積が大きくなるように構成すると、フィンピッチの違いに拘わらず、各熱交換器での冷却能力を均一化することが可能となる。
【００１０】
前記熱交換器のうち、少なくともいずれか一方の着霜状態を検出する着霜検出手段と、
前記熱交換器のうち、少なくともいずれか一方に接続される配管での冷媒流量を調整する冷媒流量調整手段とを設け、
前記着霜検出手段での検出信号に基づいて前記冷媒流量調整手段の開度を制御すると、各熱交換器の着霜状態に応じて、各熱交換器の冷却能力を変更することが可能となる点で好ましい。
【００１１】
また、前記着霜検出手段での検出信号に基づいて、前記熱交換器で冷媒を流動させるコンプレッサの動力制御を行うようにしてもよい。
【００１２】
前記着霜検出手段としては、熱交換器の近傍又は表面に設けた空気温度検出センサ、熱交換器に接続される配管に設けた冷媒温度検出センサ等が使用できる。
【００１３】
前記熱交換器のうち、空調ユニットの空気流れの上流側に配置したものの出口側に於ける冷媒のスーパーヒート量を検出するスーパーヒート量検出手段と、
前記熱交換器のうち、少なくともいずれか一方に接続される配管での冷媒流量を調整する冷媒流量調整手段とを設け、
前記スーパーヒート量検出手段で検出されるスーパーヒート量に基づいて流量調整手段の開度を制御するようにしてもよい。
【００１４】
前記空調ユニット内の空気流路は、前記各熱交換器の配設位置で空気の流動方向が相違するように形成すると、上流側の熱交換器で発生した凝縮水が下流側の熱交換器に飛散しにくくなる点で好ましい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る実施形態を添付図面に従って説明する。
【００１６】
図１は、本実施形態に係る車両用空調装置を示す。この車両用空調装置では、コンプレッサ１から吐出された高温・高圧の冷媒が、コンデンサ２、膨張弁３、エバポレータ４を介してコンプレッサ１に戻って循環する。
【００１７】
コンプレッサ１は、エンジン５からの動力がクラッチ６を介して伝達され、冷媒を高温・高圧状態として吐出する。コンデンサ２は、車外前方部に配設され、内部を流動する冷媒と外気とを熱交換することにより冷媒を冷却する。膨張弁３は、冷媒を気化しやすい状態まで減圧する。
【００１８】
エバポレータ４（本発明に係る熱交換器に相当する。）は、図２及び図３に示すように、扁平チューブ７とフィン８とを交互に積層したもので、各扁平チューブ７の両端部はヘッダパイプ９にそれぞれ接続されている。フィン８は、板状体を波形に折り曲げたものである。エバポレータ４は、２分割されて車内前方部に設けた空調ユニット１１内に収容され、空気流れの上流側と下流側とに分離した状態で配置されている。
【００１９】
上流側のエバポレータ（第１エバ１２）と下流側のエバポレータ（第２エバ１３）とはフィンピッチが相違している。すなわち、第１エバ１２のフィンピッチＰ１は、第２エバ１３のフィンピッチＰ２に比べて大きくなっている。これにより、フィン８によって区画される空気流路の断面積が、第２エバ１３に比べて第１エバ１２の方が大きくなり、空気が通過する際の流動抵抗が抑制される。
【００２０】
また、第１エバ１２と第２エバ１３は通過する空気の流動方向が相違するように配置されている。ここでは、第１エバ１２で空気が斜め下方に流動し、第２エバで水平方向に流動するようにそれぞれ配置されている。例えば、第１エバ１２で鉛直下方、第２エバ１３で鉛直上方にそれぞれ向かうように配置すると、飛散した凝縮水を空調ユニット１１の外部に排出容易な構造をとりやすく、又、飛散した凝縮水が第２エバ１３に付着することを確実に防止することが可能となる点で好ましい。勿論、エバポレータ４は、空調ユニット１１の形状に応じて自由に配置すればよい。
【００２１】
また、第１エバ１２と第２エバ１３は並列接続され、第２エバ１３への流入管には流量調整弁１４が設けられている。流量調整弁１４の開度は、第１エバ１２の流出管に設けた冷媒温度検出センサ１５での検出に基づいて調整される。すなわち、冷媒温度検出センサ１５で検出される冷媒温度に基づいて、制御装置１００にて冷媒のスーパーヒート量（過熱冷媒量、以下ＳＨ量と略す。）を推測し、推測したＳＨ量に応じて流量調整弁１４の開度を調整する。
【００２２】
なお、空調ユニット１１には、ブロア１６の回転により内気又は外気が導入される。導入された空気は、エバポレータ４で冷却・除湿され、ミックスダンパ１７で分流される。分流された空気の一方は、ヒータコア１８で加熱され、他方はそのまま通過し、混合されて所定温度に温調された後、車内に送風される。
【００２３】
次に、前記構成の車両用空調装置の動作について説明する。
【００２４】
クラッチ６がオン状態となってエンジン５の動力がコンプレッサ１に伝達され、空調が開始される。コンプレッサ１の駆動により、冷媒は高温・高圧状態となって吐出される。吐出された冷媒は、コンデンサ２に流入して外気に放熱され、膨張弁３で減圧された後、まず、第１エバ１２に流入して気化する。
【００２５】
第１エバ１２では、第２エバ１３に比べてフィンピッチが大きく、フィン８によって区画される各空気流路の断面積が拡大している。このため、通過する空気は圧力損失を受けにくい。
【００２６】
続いて、冷媒は第２エバ１３に流入する。第２エバ１３では、第１エバ１２に比べてフィンピッチが小さくなっており、フィン８の表面積が大きく、冷却能力が増大している。第２エバ１３を通過する空気は、第１エバ１２で冷却・除湿されることにより収縮するため、フィンピッチが小さくなっているにも拘わらず、圧力損失は抑制される。しかも、第１エバ１２で除湿されているため、第２エバ１３で発生する凝縮水量が少ない。このため、第２エバ１３のフィンピッチを小さくしても、さらに下流側へと飛散する凝縮水量が少ない。
【００２７】
このようにして第１エバ１２及び第２エバ１３による冷却が行われるが、この間、冷媒温度検出センサ１５での検出温度に基づいて流量調整弁１４の開度を調整する。詳しくは、図４に示すように、冷媒温度検出センサ１５で第１エバ１２の流出管の冷媒温度を検出する（ステップＳ１）。そして、検出された冷媒温度から第１エバ１２の流出管での冷媒のＳＨ量を推測し（ステップＳ２）、このＳＨ量を設定最小値Ａと比較する（ステップＳ３）。設定最小値Ａには、第１エバ１２の表面に着霜が発生していると判断される臨界値を使用する。そして、ＳＨ量が設定最小値Ａよりも小さければ、第１エバ１２の表面に着霜が発生していると判断する。この場合、図５に示すグラフに従い、ＳＨ量の減少に伴って流量調整弁１４の開度を大きくし、第２エバ１３に流入する冷媒量を増大させると共に、第１エバ１２に流入させる冷媒量を抑制する（ステップＳ４）。これにより、第１エバ１２では、冷媒の流動が停止して空気が通過するだけとなり、除霜運転が開始される。また、第２エバ１３では流動する冷媒量が増大して冷却能力が向上し、第１エバ１２での冷却能力の低下が補われる。但し、第１エバ１２では、除霜の際、霜の融解により通過する空気を冷却可能であるので、第２エバ１３側への冷媒流量をそれ程大きくしなくても、エバポレータ５全体の冷却能力は所望の値に維持可能である。
【００２８】
このようにして流量調整弁１４の開度を調整するが、推測されるＳＨ量が設定最小値Ａよりも大きな回復基準値Ｂ（第１エバ１２の表面から霜が完全に除去されたと判断される値）を超えず（ステップＳ５）、エバポレータ４での冷媒流量を減少させてから所定時間（霜を除去するのに十分な時間）が経過すれば（ステップＳ６）、霜が十分に除去されないと判断し、クラッチ６をオフ状態としてコンプレッサ１を停止する（ステップＳ７）。これにより、冷媒の循環が止まり、エバポレータ４による冷却が完全に中断されるので、ＳＨ量が回復基準値Ｂを超えることにより、除霜が完了したと判断し、通常の空調制御に復帰する。
【００２９】
なお、前記実施形態では、流量調整弁１４の開度を冷媒温度検出センサ１５で検出される冷媒の温度に基づいて調整するようにしたが、第１エバ１２の近傍に設けたエバセンサによって検出される、エバポレータ近傍の空気の温度に基づいて調整するようにしてもよい。すなわち、空気温度検出センサでの検出温度に基づく制御では、直接、エバポレータ４に着霜していないか否かを検出することができ、より一層適切な除霜運転が可能となる。
【００３０】
また、エバポレータ４に於ける着霜状態の推測は、車内に送風する空気の温度を検出する送風温度検出センサでの検出温度に基づいて行うようにしてもよい。
【００３１】
また、前記実施形態では、第１エバ１２と第２エバ１３とを並列接続するようにしたが、直列接続するようにしても構わない。この場合、第１エバ１２にバイパス管を並列接続し、このバイパス管に流量調整弁１４を設けるようにすればよい。そして、第１エバ１２での着霜度合いに応じて流量調整弁１４の開度を大きく変更すれば、前記実施形態と同様な効果が得られる。
【００３２】
また、前記実施形態では、エバポレータ４を第１エバ１２と第２エバ１３の２つに分離するようにしたが、３つ以上に分離してもよい。この場合、各エバポレータ４の大きさや形状等を自由に設定することにより、空調ユニット１１の形態に応じて自由にレイアウトすることが可能となる。また、組付性向上のため、分離した各エバポレータ４を機械的に接続してもよい。
【００３３】
また、前記実施形態では、第１エバ１２に着霜した場合に、この霜を除去するように流量調整弁１４の開度を調整するようにしたが、逆に、積極的に着霜させることにより、コンプレッサ１を停止させた場合でも、霜の融解により冷却能力を維持できるようにしてもよい。例えば、燃料の残量が少なくなり、給油灯が点灯すれば、着霜を開始することにより、給油時にエンジンを停止しても、送風のみでエバポレータ４による空気の冷却を行うことが可能となる。
【００３４】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、熱交換器を、空調ユニット内の空気流れの上下流位置に離間して配置し、各部位の流路断面積に応じた形状としたので、空調ユニットの形状の違いに応じて柔軟に対応して配置することが可能となる。また、上流側に位置する熱交換器のフィンピッチを下流側に位置する熱交換器に比べて大きくしたので、圧力損失の増大を抑えつつ、表面積を増やして冷却能力を向上させることができると共に、凝縮水の飛散を抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態に係る車両用空調装置の概略図である。
【図２】図１に示す第１エバの斜視図である。
【図３】図１に示す第２エバの斜視図である。
【図４】除霜運転制御を示すフローチャートである。
【図５】推測されるＳＨ量と流量調整弁の開度との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１…コンプレッサ
２…コンデンサ
３…膨張弁
４…エバポレータ
５…エンジン
６…クラッチ
７…扁平チューブ
８…フィン
９…ヘッダパイプ
１０…ルーバー
１１…空調ユニット
１２…第１エバ
１３…第２エバ
１４…流量調整弁
１５…冷媒温度検出センサ
１６…ブロア
１７…ミックスダンパ
１８…ヒータコア
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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