(57)【要約】【課題】冷却用空気流れ方向の上流側にインバータ等の電子機器冷却用の低水温ラジエータを配置した車両用熱交換器の配置構造を提供する。【解決手段】車両用空調装置のヒートポンプシステムの室外熱交換器（３）と、車両走行モータ用のインバータを含む低温発熱体（１１）を冷却する低水温ラジエータ（１２）と、を具備する車両用熱交換器の配置構造であって、前記室外熱交換器（３）に対して、冷却用空気流れ方向の上流側に前記低水温ラジエータ（１２）を配置した車両用熱交換器の配置構造を特徴とする。【選択図】図２
2013126858.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両用空調装置のヒートポンプシステムの室外熱交換器（３）と、車両走行モータ用のインバータを含む低温発熱体（１１）を冷却する低水温ラジエータ（１２）と、を具備する車両用熱交換器の配置構造であって、前記室外熱交換器（３）に対して、冷却用空気流れ方向の上流側に前記低水温ラジエータ（１２）を配置した車両用熱交換器の配置構造。
【請求項２】
前記車両用熱交換器の配置構造において、さらに、エンジン冷却水を冷却する高水温ラジエータ（２）を具備するハイブリッド車両の車両用熱交換器の配置構造であって、
冷却用空気流れ方向の上流側から、前記低水温ラジエータ（１２）、前記室外熱交換器（３）、前記高水温ラジエータ（２）の順に配置したことを特徴とする請求項１に記載の車両用熱交換器の配置構造。
【請求項３】
前記車両用熱交換器の配置構造において、さらに、吸込み式の室外送風機としての電動ファン（６）を具備する車両用熱交換器の配置構造であって、
着霜時に室外熱交換器（３）に付着した霜を取り除くための除霜運転を行い、かつ、溶解した水分を吹き飛ばすために除霜運転後に前記電動ファン（６）を高速で複数回又は所定時間内ＯＮ／ＯＦＦ作動させたことを特徴とする請求項１又は２に記載の車両用熱交換器の配置構造。
【請求項４】
前記室外熱交換器（３）の設置面を水平方向に対して傾斜させて車両に搭載したことを特徴とする請求項３に記載の車両用熱交換器の配置構造。
【請求項５】
前記室外熱交換器（３）は、両側に設けられたタンクと、該タンク間に掛け渡された複数のチューブと、該チューブ間に設けられたフィンを具備し、前記タンクが水平方向であり、チューブが鉛直方向であることを特徴とする請求項３に記載の車両用熱交換器の配置構造。
【請求項６】
前記ヒートポンプシステムは、コンプレッサ（２１）、室内凝縮器（４）、絞り（２５）、前記室外熱交換器（３）、アキュムレータ（２４）、前記コンプレッサ（２１）の順に配置されて冷媒が循環する冷媒回路を少なくとも具備し、該冷媒回路には、前記室内凝縮器（４）と前記室外熱交換器（３）の間で、前記絞り（２５）をバイパスさせて電磁弁（２３）を設置し、
前記除霜運転において、前記室内凝縮器（４）に通風を停止して、さらに、前記冷媒回路において前記電磁弁（２３）を開にし、ホットガスにて前記室外熱交換器（３）に付着した霜を取り除いたことを特徴とする請求項３から５のいずれか１項に記載の車両用熱交換器の配置構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハイブリッド車両（ＨＥＶ）、電気自動車（ＥＶ）、プラグインハイブリッド車両（ＰＨＥＶ）等において、空調装置のヒートポンプシステムのコンデンサ（以下、室外熱交換器という）に対して、冷却用空気流れ方向の上流側にインバータ等の電子機器冷却用の低水温ラジエータを配置した車両用熱交換器の配置構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に見られるように、ハイブリッド車両（ＨＥＶ、ＰＨＥＶ）には、エンジンと走行用モータとの２つの駆動源が設けられ、また車載された２次電池の直流電流を交流に変換して走行用モータに供給するインバータが搭載されている。こうしたハイブリッド車両では、エンジンの冷却に加え、ハイブリッドシステムの走行用モータやインバータの冷却も必要となる。そのため、ハイブリッド車両には、エンジン冷却用の冷却回路（エンジン冷却回路）とハイブリッドシステム用の冷却回路（ハイブリッド冷却回路）との２つの冷却回路が設けられ、各冷却回路に冷却水を循環させることでエンジンやハイブリッドシステムの冷却を行うようにしている。
【０００３】
エンジン冷却回路とハイブリッド冷却回路とでは、冷却水の適温が異なっている。また許容可能な冷却水の最大温度も冷却回路間で異なっている。例えばエンジン冷却回路の冷却水（エンジン冷却水）は、エンジンの運転状況によっては１００℃を超えることがあるが、ハイブリッド冷却回路の冷却水（ハイブリッド冷却水）は、それよりも大幅に低い温度（例えば６５℃）以下に保つ必要がある。そのため、ハイブリッド車両では、エンジン冷却回路とハイブリッド冷却回路とを設けることが一般的となっている。
【０００４】
図１は、従来の一般的車両用熱交換器の配置構造を示す説明図である。ハイブリッド車両（ＨＥＶ、ＰＨＥＶ）等において、空調装置のヒートポンプシステムの室外熱交換器３に対して、インバータ等の電子機器の冷却用の低水温ラジエータ１２と、エンジン１を冷却する高水温ラジエータ２は、この順に冷却用空気流れの下流側に配置されている（なお、電気自動車（ＥＶ）の場合には、図１の想像線で描かれた高水温ラジエータ２が存在しない）。また、特許文献２においては、インバータ等の電子機器の冷却用の低水温ラジエータ１２は、高水温ラジエータ２と一体に設けられているものの、従来の車両用熱交換器の配置構造と同様に、低水温ラジエータ１２は、空調装置の室外熱交換器３に対して、冷却用空気流れの下流側に配置されている。
【０００５】
近年、ハイブリッド車両（ＨＥＶ）、プラグインハイブリッド車両（ＰＨＥＶ）、電気自動車（ＥＶ）等において、走行距離を少しでも延長したいという要請が高まっており、暖房時のＣＯＰ（成績係数）が優れるヒートポンプ方式の採用が今後増加することが予想される。上述のような車両用熱交換器の配置構造で、ヒートポンプ方式を採用すると、低外気温時の暖房能力が不足し、また、着霜時にも能力が低下するといった問題点が発生してしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１１−９８６２８号公報
【特許文献２】特開２００１−５９４２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記問題に鑑み、空調装置のヒートポンプシステムの室外熱交換器に対して、冷却用空気流れ方向の上流側にインバータ等の電子機器冷却用の低水温ラジエータを配置した車両用熱交換器の配置構造を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、請求項１の発明は、車両用空調装置のヒートポンプシステムの室外熱交換器（３）と、車両走行モータ用のインバータを含む低温発熱体（１１）を冷却する低水温ラジエータ（１２）と、を具備する車両用熱交換器の配置構造であって、前記室外熱交換器（３）に対して、冷却用空気流れ方向の上流側に前記低水温ラジエータ（１２）を配置した車両用熱交換器の配置構造である。
【０００９】
これにより、暖房時において、低水温ラジエータを流れる冷却水の温度により、外気温が上昇し、ヒートポンプシステムの室外熱交換器を通過する空気の温度上昇が得られ、ヒートポンプシステムの能力が向上するとともに、着霜を防止することができる。また、着霜したとしても室外熱交換器の上流側の低水温ラジエータに着霜させることで、内側の室外熱交換器を極力着霜から保護することができる。一方、冷房時においても上流側に低水温ラジエータを設置するレイアウトであれば、冷房性能への影響は最小限で抑えることができる。さらに、低水温ラジエータに流入する冷却用空気温度が、冷房運転時室外熱交換器３による冷却用通過空気温度の上昇を防止できるため、従来と比べて冷却能力が小さいものにすることができ、小型化が可能で省スペース上の効果も得られる。
【００１０】
なお、上記に付した符号は、後述する実施形態に記載の具体的実施態様との対応関係を示す一例である。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】従来の車両用熱交換器の配置構造を示す説明図である。
【図２】本発明の一実施形態の一例としての説明図である。
【図３】除霜時の水分吹き飛ばし機能を説明するフロー図である。
【図４】本発明の他の実施形態の室外熱交換器を傾斜させた場合の説明図である。
【図５】本発明の他の実施形態の水分が滴下しやすい室外熱交換器の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態を説明する。各実施態様について、同一構成の部分には、同一の符号を付してその説明を省略する。
【００１３】
図２は、本発明の一実施形態の一例としての説明図である。本実施形態は、ハイブリッド車両（ＨＥＶ、ＰＨＥＶ）に適用した場合の全体システムの一例である。電気自動車（ＥＶ）、燃料電池車などの場合には、図２の高水温ラジエータ２が存在しない。本発明の一実施形態は、必ずしも図２の場合に限定されるものではなく、その他のヒートポンプ方式の空調装置に適用しても良い。
【００１４】
２０は空調装置室内ユニット部（ＨＶＡＣ）で、その一端側に室内送風機が配置されている。この室内送風機は遠心式送風ファン８と、駆動用モータ８’とを有し、送風ファン８は、送風ファンの吸入口から空気を吸入して送風する。吸入口から吸入される空気は内外気切替ドアにより内気と外気に切り替え可能になっていてもよい。空調装置室内ユニット部２０には多くの変形例が存在し、本発明は必ずしも図２の実施形態に限定されるものではない。
【００１５】
５は送風ファン８の下流側に配置された室内蒸発器（エバポレータ）で、冷凍サイクルの低圧冷媒と送風空気との間で熱交換して送風空気を冷却する。４は空調装置室内ユニット部２０において室内蒸発器５の下流側に配置された室内熱交換器（凝縮器）で、冷凍サイクルの電動コンプレッサ２１から吐出される高圧冷媒と送風空気との間で熱交換して送風空気を加熱する。本実施形態のヒートポンプ方式の空調装置（ヒートポンプシステム）では、室内熱交換器として室内蒸発器５と室内熱交換器４とを用いている。
【００１６】
通路切替ドア９（エアミックスドア）は、図２の点線と実線間で、室内熱交換器４に流れる空気流れ量と、それをバイパスして送風空気が流れるバイパス通路４’の空気流れ量割合を、空調用制御装置からの指令により適宜切り替え制御する。これらの下流には、車室内への吹出口であり複数の吹出口（フェイス吹出口、フット吹出口およびデフロスタ吹出口）が設けられ、各吹出モードドアにより開閉される。
【００１７】
室外熱交換器３は冷媒と室外空気との間で熱交換を行う。エンジン冷却回路の冷却水（エンジン冷却水）は、高温側ラジエータ２で冷却され、室外熱交換器３に対して、冷却用空気流れ方向（車両走行風の流れ方向）に対して下流側に配置されている。また、インバータ等の電子機器冷却用の低水温ラジエータは、室外熱交換器３に対して、冷却用空気流れ方向（車両走行風の流れ方向）に対して上流側に配置されている。そして、高温側ラジエータ２の更に下流側に、吸い込み式の室外送風機６を配置し、この室外送風機６を駆動用モータにより回転駆動することにより、低温側ラジエータ１２、室外熱交換器３、高温側ラジエータ２に、車外空気が冷却用空気流れ方向に送風される。
【００１８】
エンジン等の高温発熱体１に対して、高温側ラジエータ２で冷却するエンジン等冷却用の冷却回路が形成されている。また、インバータ等低温発熱体１１に対して、低水温ラジエータ１２で冷却するハイブリッドシステム等のための冷却回路が独立に形成されている。これらの冷却回路には冷却水循環用ポンプＰが挿入されている。電気自動車（ＥＶ）、燃料電池車などの場合には、エンジン等冷却用の冷却回路（高水温ラジエータ２）が存在しない。本実施形態としては、高水温ラジエータ２が存在しない場合も、実施形態として含むものである。
【００１９】
室外熱交換器３の冷媒出口は３方弁２２で冷媒回路を切り替えられて、冷房の場合には、冷房用の膨張弁２６（冷房用絞り）を経て室内蒸発器５の冷媒入口に接続される。
暖房の場合には、アキュムレータ２４、電動コンプレッサ２１、室内熱交換器４、暖房用の膨張弁２５（暖房用絞り）を順に経て、室外熱交換器３の冷媒入口に戻る。室内熱交換器４の下流には、ＰＴＣヒータ７が設けられている。ＰＴＣヒータ７は、ＰＴＣ素子（正特性サーミスタ）を有し、この素子に電力が供給されることによって発熱し、室内熱交換器４通過後の空気を加熱する補助暖房用の電気ヒータである。
【００２０】
電磁弁２３については、暖房の場合には、電磁弁２３は閉となっており、冷房の場合には電磁弁２３は開となる。冷房の場合に電磁弁２３が開となれば、冷媒は、暖房用絞り２５があるので電磁弁２３のある側の流路を流れることになる。
２４は電動コンプレッサ２１の吸入側に配置されたアキュムレータで、サイクル内を循環する余剰冷媒を蓄えるとともに、内部に流入した冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離して気相冷媒を電動コンプレッサ２１に吸入させる。
【００２１】
本実施形態では、従来とは異なり、インバータ等の電子機器冷却用の低水温ラジエータ１２は、室外熱交換器３に対して、冷却用空気流れ方向（車両走行風の流れ方向）上流側に配置されている。低水温ラジエータ１２を流れた冷却水は、インバータ等の電子機器や走行用モータなどの低温発熱体１１を冷却する。
【００２２】
ヒートポンプシステムでは、暖房運転時において低外気温時の暖房能力が不足し、また、着霜時にも能力が低下するといった問題点が知られていた。これまでの技術常識によれば、ヒートポンプシステムにおいて、冷房時の冷房性能の悪化を恐れて、室外熱交換器３に対して、冷却用空気流れ方向の上流側に、ラジエータを配置することはあり得なかった。しかしながら、上流側に高温ラジエータ２を設置するレイアウトでは、なるほど冷房性能が大幅に悪化する悪影響があるものの、上流側に低水温ラジエータ１２を設置するレイアウトであれば、冷房性能への影響は最小限で抑えることができることに着眼した。そして、本実施形態では、室外熱交換器３に対して、冷却用空気流れ方向の上流側に、低水温ラジエータ１２をあえて配置したものである。
【００２３】
室外熱交換器３に対して、冷却用空気流れ方向の上流側に、低水温ラジエータ１２を配置すれば、低水温ラジエータ１２に流入する冷却用空気温度が、冷房運転時室外熱交換器３による冷却用通過空気温度の上昇を防止できるため、従来と比べて冷却能力が小さいものにすることができ、小型化が可能で省スペース上の効果も得られる。
【００２４】
このようにすれば、暖房運転時には、低水温ラジエータ１２を流れる冷却水の温度により、外気温が上昇し、ヒートポンプシステムの室外熱交換器３を通過する空気の温度上昇が得られ、ヒートポンプシステムの能力が向上する。
外気条件が高湿度の場合の暖房運転時に、ヒートポンプシステムの室外熱交換器３に着霜すると、外部からの熱を取り込めず暖房性能が低下する。しかしながら、本実施形態では、低水温ラジエータ１２を流れる冷却水の温度により、着霜を防止することができる。また、着霜したとしても室外熱交換器３の上流側の低水温ラジエータ１２に着霜させることで、内側の室外熱交換器３を極力着霜から保護することができる。
【００２５】
本発明の他の実施形態として、除霜時の水分吹き飛ばし機能を付加させても良い。
図３は、除霜時の水分吹き飛ばし機能を説明するフロー図である。
室外熱交換器３に付着した霜を取り除くために、除霜運転を行うようにする。除霜運転時には、空調装置室内ユニット部２０の通路切替ドア９で、室内熱交換器４に蓋をして通風を停止させる。この時、暖房用絞り２５をバイパスさせるように、電磁弁（開閉弁）２３を開にして室外熱交換器３にホットガスを通過させる。その他は、暖房時の回路構成と同じであり、室外熱交換器３を出た後、３方弁２２を経てアキュムレータ２４から電動コンプレッサ２１に帰還する。室外熱交換器３には、サーミスタのような温度センサである着霜センサが設置されており、着霜センサは所定温度（例えば−１°Ｃ）以下か否かを検知する。
【００２６】
図３を参照して、除霜時の水分吹き飛ばし機能を説明する。ステップ１で、着霜センサにより着霜判定する。この場合、所定温度以下か否かで判定するだけでなく、所定温度以下の継続時間を加味して判定しても良い。ステップ１の着霜判定で着霜していない（ＮＯ）と判定されれば、ステップ２に行き暖房運転となる。ＹＥＳであれば、ステップ３で所定時間除霜運転を開始する。ステップ４で、除霜運転を終了し、ステップ５で、水分吹き飛ばし動作を開始する。この水分吹き飛ばし動作とは、電動ファン６をＭａｘ電圧（Ｍａｘでなくても相当高い電圧でもよい）で、複数回（２、３回〜７、８回程度まで）又は所定時間内において、ＯＮ／ＯＦＦ作動（継続的な断続運転）させる。これにより、除霜運転で溶解した水を吹き飛ばすことができ、室外熱交換器３の付着水量を低減することができる。この場合、数回ＯＮ／ＯＦＦ作動を繰り返すことが重要である。
【００２７】
除霜時の水分吹き飛ばし機能は、除霜運転の効果を確実なものとし、その後の暖房性能の低下防止に有効である。また、室外熱交換器３の設置面（両側タンクによって形成される面）を、水平方向に対して傾斜させて搭載することでも同様な効果は得られる。すなわち、図４に示すように、室外熱交換器３の設置面を、水平方向に対してθ傾斜させて搭載する。室外熱交換器３の設置面が水平方向に対して傾斜して、除霜時の水分が滴下し易くなる。両側タンク間に本来水平方向に掛け渡されたチューブが、水平方向に対して傾斜するので、フィンを伝わって垂下した水滴がチューブを伝わって流れ出し易くなる。その他、図５に見られるように、通常とは異なり、室外熱交換器３のタンクの方向を水平にして、チューブを鉛直にすれば、フィンから流れてきた水滴が、チューブを伝わって鉛直に流れ落ち易くなる。
なお、除霜時の水分吹き飛ばし機能は、本発明のような低水温ラジエータが、室外熱交換器３に対して、冷却用空気流れ方向の上流側に配置されている場合に必ずしも限定されることはなく、一般的な除霜運転において実施しても有効である。
【００２８】
その他の実施形態として、図２の実施形態では、エンジン等の高温発熱体１を、高温側ラジエータ２で冷却するエンジン等冷却用の冷却回路と、インバータ等低温発熱体１１を、低水温ラジエータ１２で冷却するハイブリッドシステム用の冷却回路が、全く独立に形成されているが、必ずしも完全に独立して形成されている必要はなく、特許文献１、２のように、切替弁で一部回路を共有させても良い。
【符号の説明】
【００２９】
１    エンジン
２    高水温ラジエータ
３    室外熱交換器
６    電動ファン
１１    インバータ
１２    低水温ラジエータ
【図１】
2013126858.tif 000003
【図２】
2013126858.tif 000004
【図３】
2013126858.tif 000005
【図４】
2013126858.tif 000006
【図５】
2013126858.tif 000007