(57)【要約】      （修正有）【課題】軽量で電力消費を抑えることができる車両用空調装置を提供する。【解決手段】車両用空調装置は、分岐型ヒートパイプ２０を備え、分岐型ヒートパイプ２０は外部から受熱して作動流体を液相から気相に蒸発させる蒸発部２１と、外部に放熱して前記作動流体を気相から液相に凝縮させる凝縮部２３と、蒸発部２１と凝縮部２３を連通する断熱部２２と、作動流体の移動方向を制御する制御バルブ２４とを有し、凝縮部２３は少なくとも第一凝縮部及２３ａび第二凝縮部２３ｂを有し、第一凝縮部２３ａ及び第二凝縮部２３ｂは断熱部２２と制御バルブ２４により接続され、蒸発部２１は発熱源８に接し、第一凝縮部２３ａは車室５１内に放熱するように配置され、第二凝縮部２３ｂは車室５１外に放熱するように配置される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
分岐型ヒートパイプを備え、前記分岐型ヒートパイプは外部から受熱して作動流体を液相から気相に蒸発させる蒸発部と、外部に放熱して前記作動流体を気相から液相に凝縮させる凝縮部と、前記蒸発部と前記凝縮部を連通する断熱部と、前記作動流体の移動方向を制御する制御バルブとを有し、前記凝縮部は少なくとも第一凝縮部及び第二凝縮部を有し、前記第一凝縮部及び前記第二凝縮部は前記断熱部と制御バルブにより接続され、前記第一凝縮部及び前記第二凝縮部は前記制御バルブを介して分岐しており、前記蒸発部は発熱源に接し、前記第一凝縮部は車室内に放熱するように配置され、前記第二凝縮部は車室外に放熱するように配置されることを特徴とする車両用空調装置。
【請求項２】
前記分岐型ヒートパイプの前記蒸発部、前記凝縮部及び前記断熱部は、液相の前記作動流体を流動させるウイックを有し、前記制御バルブの内壁は親水処理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装置。
【請求項３】
前記分岐型ヒートパイプの前記蒸発部は少なくとも第一蒸発部及び第二蒸発部を有し、前記第一蒸発部及び前記第二蒸発部は前記断熱部と分岐するように接続され、前記第一蒸発部は前記発熱源に接し、前記第二蒸発部は他の発熱源に接していることを特徴とする請求項１又は請求項２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、特に自動車等の車室内の空調技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車には車室内の温度を調整する車載空調装置が一般的に設けられている。特許文献１において、少なくとも中赤外線域の波長の光を放射するように構成された光源（赤外線発生器）と、前記車両のエンジンを熱源とした車載暖房装置により車室内が暖められるまでの間の補助熱源として前記光源を点灯させる点灯制御手段とを具備する車室内暖房装置が開示されている。  
【０００３】
特許文献１に記載の車室内暖房装置は、燃料エンジンの始動時から車室内が暖められるまでの間の補助熱源として赤外線発生器を点灯して搭乗者の体を加温する。また、赤外線発生器の周囲の温度が所定温度をこえている場合には、車室内暖房装置の加温対象の周囲が十分に温められていることを示すため、赤外線発生器への点灯電力供給を停止して消灯させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２３０２５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載の車室内暖房装置は、補助熱源として少なくとも中赤外線域の波長の光を放射するように構成された光源（赤外線発生器）が設置されている。そのため、車両重量が増加してしまい望ましくなかった。また、光源を点灯させるためにバッテリの電源を利用しなければならず、電力消費を伴うという問題があった。
【０００６】
本発明は、軽量で電力消費を抑えることができる車両用空調装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、上記課題を解決するため鋭意研究を重ねた結果、以下の発明により、上記課題を解決し得ることを見出した。
【０００８】
本発明の車両用空調装置は、分岐型ヒートパイプを備え、前記分岐型ヒートパイプは外部から受熱して作動流体を液相から気相に蒸発させる蒸発部と、外部に放熱して前記作動流体を気相から液相に凝縮させる凝縮部と、前記蒸発部と前記凝縮部を連通する断熱部と、前記作動流体の移動方向を制御する制御バルブとを有し、前記凝縮部は少なくとも第一凝縮部及び第二凝縮部を有し、前記第一凝縮部及び前記第二凝縮部は前記断熱部と制御バルブにより接続され、前記第一凝縮部及び前記第二凝縮部は前記制御バルブを介して分岐しており、前記蒸発部は発熱源に接し、前記第一凝縮部は車室内に放熱するように配置され、前記第二凝縮部は車室外に放熱するように配置されることを特徴とする。
【０００９】
本発明に係る車両用空調装置によれば、エンジン等の発熱源から発生した熱を軽量な分岐型ヒートパイプの第一凝縮部で車室内に放熱することにより、補助装置を設置することなく車室内を暖めることが可能である。また、車室内を暖める必要ない場合、エンジン等の発熱源から発生した熱は、ヒートパイプの制御バルブを用いて作動流体の移動方向を第一凝縮部から第二凝縮部に切り替えることにより、第一凝縮部では車室内に放熱せず、車室外に放熱するように設置された第二凝縮部で放熱する。したがって、軽量な分岐型ヒートパイプを用いることにより車両用空調装置が軽量となる。また、エンジン等の発熱源の熱を暖房として再利用すると共に、送液ポンプ等を使用せずに熱輸送することができるため電力消費を抑えることができる。その結果、軽量で電力消費を抑えることができる車両用空調装置を提供することができる。
【００１０】
また、前記分岐型ヒートパイプの前記蒸発部、前記凝縮部及び前記断熱部は、液相の前記作動流体を流動させるウイックを有し、前記制御バルブの内壁は親水処理されていることが好ましい。これにより、ウイックが存在しない制御バルブにおいても液相の作動流体が容易に流動することができる。
【００１１】
また、前記分岐型ヒートパイプの前記蒸発部は少なくとも第一蒸発部及び第二蒸発部を有し、前記第一蒸発部及び前記第二蒸発部は前記断熱部と分岐するように接続され、前記第一蒸発部は前記発熱源に接し、前記第二蒸発部は他の発熱源に接していることが好ましい。これにより、複数の発熱源から熱を受熱し集約できるので、熱輸送のロスが少なく、効率よく凝縮部へ熱輸送することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、軽量で電力消費を抑えることができる車両用空調装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態に係る車両用空調装置を備えた自動車を示す概略図である。
【図２】本発明の車両用空調装置を示す概略図である。
【図３】本発明の他の実施形態に係る車両用空調装置の分岐型ヒートパイプの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態に係る車両用空調装置１０を、図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施形態に係る車両用空調装置１０を備えた自動車５０を示す概略図である。図２は、空調本体１及び補助暖房装置２を備えた車両用空調装置１０を示す概略図である。なお、図１及び図２では、左方が前方であり、右方が後方である。
【００１５】
図１及び図２に示すように、車両用空調装置１０は、自動車５０の車室５１内の空調を行う空調装置であって、空調本体１と補助暖房装置２とを備えている。
【００１６】
空調本体１は、第一熱媒体を圧縮する圧縮機３と、室外側熱交換器４と、第一熱媒体を減圧し膨張させる膨張弁５と、室内側熱交換器６と、これらを順次接続する環状の熱媒体配管７とを有する。圧縮機３は、自動車５０の駆動源であるエンジン８によって、第一熱媒体を吸入し圧縮して吐出することができる。なお、圧縮機３の駆動源はエンジン８に限らず、モータ等であってもよい。膨張弁５は、弁開度の調整により第一熱媒体を減圧し膨張させることができる減圧手段（圧力調整手段）である。
【００１７】
室外側熱交換器４は、第二熱媒体が流通する循環経路４１を介してラジエータ４２と接続されている。室外側熱交換器４では、ラジエータ４２で冷却または加熱された第二熱媒体との熱交換により、第一熱媒体を冷却または加熱することができる。
【００１８】
室内側熱交換器６には、空調用空気を室内側熱交換器６で第一熱媒体と熱交換させて車室５１内に送るファン６ａが設置されている。室内側熱交換器６は、熱媒体配管７の一部の外周面に、放熱または吸熱のための複数の薄板状のフィン６ｂが設けられた構造とすることができる。フィン６ｂは、アルミニウム、ステンレス鋼、銅等の金属で構成することができる。なお、室内側熱交換器６の放熱構造（または吸熱構造）は薄板状のフィンに限らない。第一熱媒体と空調用空気との熱交換が可能であれば、その他の構造（棒状の放熱体を有する構造等）を採用してもよい。
【００１９】
室内側熱交換器６内の熱媒体配管７は、直線部と折返し部とを有する蛇行構造とすることができる。詳しくは、熱媒体配管７は、第一直線部と第二直線部の一方側の端部同士が第一折返し部で互いに連結され、第二直線部と第三直線部の他方側の端部同士が第二折返し部で互いに連結された構造を有する。第一直線部、第二直線部及び第三直線部は互いに並列して配置されている。各フィン６ｂは、第一直線部、第二直線部及び第三直線部に接して形成されている。室内側熱交換器６では、熱媒体配管７が蛇行構造とされているため、フィン６ｂとの間の熱移動の効率を高めることができる。なお、室内側熱交換器６の熱媒体配管７は蛇行構造に限らず、直線的な構造としてもよい。
【００２０】
室内側熱交換器６は、車室５１の前部、例えばダッシュボードの内側に設けることができる。これにより、車室５１の前方に設けられた吹出口から車室５１内に空調用空気を供給できる。
【００２１】
第一熱媒体の経路は、圧縮機３、室外側熱交換器４、膨張弁５、室内側熱交換器６が環状の熱媒体配管７を介して接続されることにより、全体として環状に構成されている。熱媒体配管７は、圧縮機３と室外側熱交換器４、室外側熱交換器４と膨張弁５、膨張弁５と室内側熱交換器６、室内側熱交換器６と圧縮機３、をそれぞれ互いに接続している。
【００２２】
補助暖房装置２は、蒸発部２１、断熱部２２、第一凝縮部２３ａ及び第二凝縮部２３ｂを有する分岐型ヒートパイプ２０を有する。分岐型ヒートパイプ２０は管状部材であり、内部に含まれる空気等の非凝縮性ガスを脱気して、水、もしくは使用可能な最低温度で凍結しない凝固点を有する材料としてメタノール、エタノール、代替フロン、あるいはアンモニア等の作動流体が注入されている。分岐型ヒートパイプ２０は、内面に、相分離及び相拡散のために毛細管構造を有する溝(図示略)が形成されていてもよいし、後述するウィックが形成されていてもよい。蒸発部２１は発熱源となるエンジン８と熱的に接触している。蒸発部２１と接続される断熱部２２は制御バルブ２４を介して第一凝縮部２３ａ及び第二凝縮部２３ｂと連通されている。第一凝縮部２３ａには放熱のための複数の薄板状のフィン２５ａが設けられ、第一凝縮部２３ａで熱交換させた空調用空気を車室５１内に送るファン２６が更に設けられている。また、第二凝縮部２３ｂには放熱のための複数の薄板状のフィン２５ｂが設けられ、車室５１外に設置されている。図２に記載の破線から上側は車室５１内、破線から上側は車室５１外を示している。制御バルブ２４は例えば電磁弁等であり、作動流体の移動を制御することができる。制御バルブ２４を動作させることにより、断熱部２２、第一凝縮部２３ａ間を作動流体が移動する場合と、断熱部２２、第二凝縮部２３ｂ間を作動流体が移動する場合に切り替えることができる。
【００２３】
分岐型ヒートパイプ２０は筒状をなしその内面上には、ウイック（図示しない）を長手方向に沿って層状に形成することができる。ウイックが分岐型ヒートパイプ２０の内面の全周にわたって一定厚さの層状即ち筒状に形成されることで、その内側には、分岐型ヒートパイプ２０の長手方向に連続する空間が確保されている。ウィックには、毛細管現象により液相の作動流体（作動液という）を保持できる材料が用いられる。ウィックの材料の例としては、金属極細線ファイバー、金属メッシュ、金属粉末の焼結体等が挙げられる。作動液は毛細管現象によりウィックに浸透し、ウィックを伝わって分岐型ヒートパイプ２０の長手方向に移動することができる。気相の作動流体（蒸気という）は、分岐型ヒートパイプ２０の長手方向に連続する空間を通って分岐型ヒートパイプ２０の長手方向に移動することができる。このウィックによれば、重力に頼らず毛細管力で作動液を被冷却部に輸送できるため，ヒートパイプの姿勢によらず熱を輸送できる。
【００２４】
次に、暖房運転時の空調本体１の動作について説明する。暖房運転時には、第一熱媒体は、図２に示す矢印の方向に流れる。圧縮機３により圧縮され加熱された第一熱媒体は、熱媒体配管７を通って室内側熱交換器６に導入され、空調用空気との熱交換により冷却され、凝縮する。次いで、第一熱媒体は、熱媒体配管７を通して膨張弁５に導入され、減圧される。第一熱媒体は、熱媒体配管７を通して室外側熱交換器４に導入され、第二熱媒体との熱交換により加熱され、気化する。第一熱媒体は、熱媒体配管７を通って圧縮機３に戻る。第一熱媒体は、この過程を繰り返しつつ循環する。
【００２５】
室外側熱交換器４で第一熱媒体との熱交換により冷却された第二熱媒体は、循環経路４１を通してラジエータ４２に導入され、外気等と熱交換することにより加熱される。このように、暖房運転時には、室外側熱交換器４は蒸発器として機能し、室内側熱交換器６は凝縮器として機能する。
【００２６】
室内側熱交換器６では、ファン６ａを稼働させ、空調用空気を室内側熱交換器６に送ることにより、室内側熱交換器６では、第一熱媒体との熱交換により空調用空気が加熱され、車室５１の前部の吹出口から温風として車室５１内に供給される。
【００２７】
次いで、補助暖房装置２の動作について説明する。エンジン８と熱的に接続された分岐型ヒートパイプ２０の蒸発部２１において外部との熱交換により作動液が加熱され蒸発し、蒸気となる。制御バルブ２４を動作させ、作動流体が断熱部２２と第一凝縮部２３ａとを移動するように切り替えることにより、蒸気は分岐型ヒートパイプ２０の長手方向に連続する空間を通って断熱部２２を通り、制御バルブ２４を介して第一凝縮部２３ａに移動する。ファン２６を稼働させ、空調用空気を第一凝縮部２３ａに送る。第一凝縮部２３ａでは、蒸気との熱交換により空調用空気が加熱され、車室５１の前部の吹出口から温風として車室５１内に供給される。熱交換により冷却された蒸気は作動液となりウイックの毛細管力により第一凝縮部２３ａから制御バルブ２４を介して断熱部２２を通って蒸発部２１に還流する。
【００２８】
補助暖房装置２により車室５１を暖める必要がない場合、制御バルブ２４を動作させ、作動流体が断熱部２２と第二凝縮部２３ｂとを移動するように切り替える。これにより、蒸発部２１において熱交換により作動液が加熱され蒸発した蒸気は断熱部２２から制御バルブ２４を介して第二凝縮部２３ｂに移動する。第二凝縮部２３ｂでは、蒸気との熱交換により車室５１外の空気が加熱され、温風として車室５１外に放出される。熱交換により冷却された蒸気は作動液となりウイックの毛細管力により第二凝縮部２３ｂから制御バルブ２４を介して断熱部２２を通って蒸発部２１に還流する。
【００２９】
本実施形態に係る車両用空調装置１０によれば、エンジン８から発生した熱を軽量な分岐型ヒートパイプ２０の第一凝縮部２３ａで車室５１内に放熱することにより、補助装置を設置することなく車室５１内を暖めることが可能である。また、車室５１内を暖める必要ない場合、エンジン８から発生した熱は、分岐型ヒートパイプ２０の制御バルブ２４を用いて作動流体の移動方向を第一凝縮部２３ａから第二凝縮部２３ｂに切り替えることにより、第一凝縮部２３ａでは車室５１内に放熱せず、車室５１外に放熱するように設置された第二凝縮部２３ｂで放熱する。したがって、軽量な分岐型ヒートパイプ２０を用いることにより空調装置が軽量となる。また、エンジン８の熱を暖房として再利用すると共に、送液ポンプ等を使用せずに熱輸送するできるため電力消費を抑えることがでる。その結果、軽量で電力消費を抑えることができる車両用空調装置１０を提供することができる。
【００３０】
また、制御バルブ２４の内壁は親水処理されていることが好ましい。制御バルブ２４の内壁が親水処理されることにより、制御バルブ２４の内壁のぬれ性がよくなる。その結果、本発明に係る分岐型ヒートパイプ２０はウイックが存在しない制御バルブ２４においても液相の作動流体が容易に流動することができる。
【００３１】
また分岐型ヒートパイプ２０の外形は扁平でもよい。分岐型ヒートパイプ２０の外形が扁平の場合、一方の平坦面のみにウイックが形成されていてもよい。一方の平坦面のみにウイックが形成されていている場合、蒸発部２１において、ウイックが形成された一方の平坦面が発熱源となるエンジン８と熱的に接触していることが好ましい。これにより、凝縮部２３（２３ａ、２３ｂ）から還流した作動液が蒸発部２１で容易に熱交換されるため、熱抵抗を低減できる。
【００３２】
他の実施形態に係る車両用空調装置の分岐型ヒートパイプについて、図３に示す概略図を用いて説明する。他の実施形態に係る車両用空調装置の分岐型ヒートパイプ２００は第一蒸発部２１０ａ及び第二蒸発部２１０ｂを有する。第一蒸発部２１０ａ及び第二蒸発部２１０ｂは断熱部２２から分岐するように接続されている。第一蒸発部２１０ａは発熱源８ａとなるエンジン８と熱的に接触している。第二蒸発部２１０ｂはラジエータ４２又は排気管（図示しない）などエンジン８とは異なる他の発熱源８ｂと熱的に接触している。
【００３３】
第一蒸発部２１０ａは発熱源８ａに接し、第二蒸発部２１０ｂは他の発熱源８ｂに接しているため、本発明に係る分岐型ヒートパイプ２００は複数の発熱源８ａ、８ｂから熱を受熱し集約できるので、熱輸送のロスが少なく、効率よく凝縮部２３へ熱輸送することができる。
【００３４】
以上、本発明の好ましい実施形態を説明したが、これらは本発明の例示であり、追加、
省略、置換、及びその他の変更は、本発明の範囲から逸脱することなく行うことができる
。例えば、補助暖房装置２の第二凝縮部２３ｂは車室外に設置されていればよく、車体の底など任意の箇所に設置されていればよい。また、補助暖房装置２が複数設置されていてもよい。また、他の実施形態に係る蒸発部２１０は３以上の複数の蒸発部から形成されていてもよい。
【符号の説明】
【００３５】
１…空調本体、２…補助暖房装置、８…エンジン（発熱源）、１０…車両用空調装置、２０…分岐型ヒートパイプ、２１…蒸発部、２２…断熱部、２３…凝縮部（２３ａ…第一凝縮部、２３ｂ…第二凝縮部）、２４…制御バルブ、５０…自動車、５１…車室
【図１】
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【図２】
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【図３】
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