(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱媒体を圧縮して送り出すコンプレッサと、
冷房運転時に、前記コンプレッサから吐出された前記熱媒体を凝縮させることにより放熱を行う一方、暖房運転時に、前記熱媒体を蒸発させることにより吸熱を行う熱交換器と、
を備え、
前記熱交換器は、前記熱媒体を流すための第１通路と、暖房運転時に発熱源を冷却した冷却水を流すための第２通路とが、互いに近接して直接設けられた配管部材と、
前記配管部材の外部に設けられる複数のフィンと、
を有し、
前記第１通路と前記第２通路とは、前記第２通路を中心にして前記第１通路を前記第２通路の周囲に配置した二重の中空構造に設定されることを特徴とする車両用空調装置。
【請求項２】
請求項１記載の空調装置において、前記発熱源は、走行用モータを有することを特徴とする車両用空調装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱媒体を圧縮して送り出すコンプレッサを備えた車両用空調装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
通常、車室内のエアコンディショニングを行うために、セミオート・エアコン方式、フルオート・エアコン方式およびリヒート方式等の種々の空調装置が採用されている。
【０００３】
この種の空調装置における冷凍サイクルでは、一般的に冷却媒体をコンプレッサで圧縮することにより高温・高圧状態のガス冷媒として吐出し、この高温・高圧のガス冷媒を室外熱交換器に送り込んで凝縮させた後、膨張手段であるエキスパンションバルブ（または、キャピラリチューブ）を通って低温・低圧の霧状となった冷却媒体をエバポレータ（室内熱交換器）に供給する。このため、冷却媒体は、エバポレータ周囲の空気から熱を吸収して蒸発し、気体状の冷媒となって再びコンプレッサに吸入される。
【０００４】
ところで、上記の空調装置を暖房モードで使用する場合、室外熱交換器で冷却媒体を外気と熱交換させて吸熱を行うため、外気温度が低下してこの室外熱交換器に着霜が惹起され易い。これにより、室外熱交換器の吸熱量が落ちてしまい、暖房能力が低下するおそれがあるため、通常、除霜運転が行われている。ところが、除霜運転中には、暖房運転が停止されており、この除霜運転が終了してから安定した暖房運転に至るまでに相当な時間がかかってしまうという不具合がある。
【０００５】
そこで、例えば、特開平８−２５８５４８号公報に開示されているように、室外熱交換器の内部に、第１の流体を流す第１の通路と第２の流体を流す第２の通路とを設ける技術が知られている。従って、例えば、低温低圧の冷媒と駆動モータ等の発熱部品の冷却液とを第１および第２の通路に流すと、これらの間での熱交換を、熱伝導率の高い金属を媒体として行うことができ、着霜の防止が図られるとしている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の従来技術では、二種類の流体間での熱交換が、金属を媒体として間接的に行われるため、この金属が熱伝導率の高い材質であっても、着霜部分を迅速に加熱することが困難となってしまう。これにより、除霜作業が効率的に遂行されず、除霜運転から所望の暖房運転に即座に移行することができないという問題が指摘されている。
【０００７】
本発明は、この種の問題を解決するものであり、着霜を可及的に阻止することができ、暖房性能を有効に向上させることが可能な車両用空調装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記の課題を解決するために、本発明に係る車両用空調装置では、暖房運転時に熱媒体を蒸発させて吸熱を行う熱交換器が、前記熱媒体を流すための第１通路と、暖房運転時に発熱源を冷却した冷却水を流すための第２通路とを、互いに近接して直接設けた配管部材を有している。このため、発熱源からの排熱を介して第１通路の周囲温度が迅速かつ確実に上昇し、熱交換器が着霜することを有効に回避することができる。しかも、熱媒体は、第１通路の周囲に発生した排熱を蒸発熱として吸熱するため、暖房効率が大幅に向上する。
【０００９】
さらに、第１通路と第２通路とは、二重の中空構造に設定されるため、熱媒体は、発熱源からの排熱を蒸発熱として確実かつ効率的に吸熱することが可能になる。なお、発熱源は、走行用モータを有しており、電気自動車用空調装置にも、効果的に適用可能となる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る車両用オートエアコン（空調装置）１０の概略構成説明図である。
【００１１】
オートエアコン１０は、車室内に温調および湿調された空気を吹き出すダクト本体１４と、このダクト本体１４内を流れる空気と冷却媒体（熱媒体）との間で熱交換させることにより前記空気を冷却する冷却媒体回路１６と、前記ダクト本体１４内を流れる空気と温水との間で熱交換させることにより前記空気を加熱する加熱媒体回路１８と、前記ダクト本体１４内に配設されて冷風と温風とのエアミックス制御を行うエアミックス手段２０とを備える。
【００１２】
ダクト本体１４は、車室内の前方側にインストルメントパネル（図示せず）を介して配設されており、このダクト本体１４の上流側には、車室内の空気を導入する内気導入口２４と車室外の空気を導入する外気導入口２６とが、切り換えダンパ２８を介して開閉自在に設けられる。
【００１３】
ダクト本体１４内には、切り換えダンパ２８側に近接してブロア３０が配設され、このブロア３０の下流側に冷却媒体回路１６を構成するエバポレータ（室内熱交換器）３２が配設される。エバポレータ３２の下流側には、加熱媒体回路１８を構成するヒータコア３４が配設されるとともに、このヒータコア３４の入口側にエアミックス手段２０が装着される。エアミックス手段２０は、エアミックスダンパ３６を備え、このエアミックスダンパ３６がエアミックスモータ３８を介して開度０％の位置から開度１００％の位置の範囲内で任意の角度に回動自在である。
【００１４】
ダクト本体１４の下流側には、電気自動車のフロントウインドシールドの内面に向かって空気を吹き出すデフ吹き出し口４０と、乗員の頭部側に向かって空気を吹き出すフェイス吹き出し口４２と、乗員の足元側に向かって空気を吹き出すフット吹き出し口４４とが設けられる。デフ吹き出し口４０、フェイス吹き出し口４２およびフット吹き出し口４４には、それぞれデフダンパ４６、フェイスダンパ４８およびフットダンパ５０が回動自在に取り付けられている。
【００１５】
エバポレータ３２は、内部に流入した冷却媒体とダクト本体１４内にブロア３０により送られてくる空気との間で熱交換させることにより、この冷却媒体を蒸発気化させるとともに、前記空気を冷却する機能を有する。このエバポレータ３２を含む冷却媒体回路１６は、電動コンプレッサ５２を備え、この電動コンプレッサ５２の吸入口側と前記エバポレータ３２の導出口側とを繋ぐ低圧側の冷媒管路５４ａには、アキュムレータ５６が介装される。
【００１６】
電動コンプレッサ５２は、吸入口より内部に吸入された冷却媒体（ガス冷媒）を圧縮して高温、高圧の冷却媒体として吐出口側から冷媒管路５４ｂ側に吐出する。アキュムレータ５６は、冷却媒体を液冷媒とガス冷媒とに分離してガス冷媒のみを電動コンプレッサ５２に供給する機能を有する。
【００１７】
冷媒管路５４ｂは、その先端側で冷媒管路５４ｃ、５４ｄに分岐するとともに、この冷媒管路５４ｃが冷媒管路５４ｅ、５４ｆに分岐する。冷媒管路５４ｃには、第１電磁弁６０が設けられ、冷媒管路５４ｆには、第２電磁弁６２が設けられるとともに、この冷媒管路５４ｆが冷媒管路５４ａに連結される。冷媒管路５４ｅには、室外熱交換器６４が配設され、この室外熱交換器６４は、暖房運転時に低温、低圧の気液二相状態の冷却媒体と室外ファン６６により吹き付けられる外気とを熱交換させて冷却媒体を蒸発気化させる一方、冷房運転時に高温、高圧のガス冷媒と室外ファン６６により吹き付けられる外気とを熱交換させてガス冷媒を凝縮液化させる機能を有する。
【００１８】
冷媒管路５４ｄには、暖房用の第１キャピラリチューブ７０が設けられており、この冷媒管路５４ｄと冷媒管路５４ｅとは、冷媒管路５４ｇとして一体化されてエバポレータ３２の導入側に連結される。この冷媒管路５４ｇには、第３電磁弁６８と冷房用の第２キャピラリチューブ７２とが並列されている。
【００１９】
加熱媒体回路１８は、ヒータコア３４に温水を循環供給するための温水循環路７４を備え、この温水循環路７４にウォータポンプ７６および燃焼ヒータ７８が配設される。温水循環路７４の一部には、所定の長さにわたって冷却媒体回路１６の冷媒管路５４ｂを囲繞して二重管構造を有する外管部８０が設けられ、前記冷媒管路５４ｂおよび前記外管部８０により媒体熱交換器８２が構成される。この媒体熱交換器８２は、電動コンプレッサ５２から吐出されて高温、高圧となった冷却媒体が冷媒管路５４ｂを流れる際、温水循環路７４の外管部８０を通る加熱媒体としての温水と前記冷却媒体との間で熱交換させることにより前記温水を加熱する機能を有する。
【００２０】
図２に示すように、室外熱交換器６４は、冷却媒体を流すための第１通路８４と、暖房運転時に駆動系（発熱源）８６を冷却して高温になった冷却水を流すための第２通路８８とが、互いに近接して直接設けられた一対のヘッダー部（配管部材）９０を有する。図３に示すように、ヘッダー部９０の中央部分には、冷却媒体用の第１通路８４が断面円形状を有して設けられるとともに、複数の断面略長円状の冷却水用の第２通路８８が、この第１通路８４を中心に周回して設けられ、これにより、前記ヘッダー部９０は、二重の中空構造に設定される。
【００２１】
各ヘッダー部９０には、複数本の扁平状チューブ９２が互いに平行に配列されてそれぞれの両端部が連結される一方、前記ヘッダー部９０の下端側に水管路９４の両端部が固定される。チューブ９２には、多数のフィン９６が設けられており、このチューブ９２内には、冷却媒体を流すための冷媒通路９８が形成され、この冷媒通路９８が各ヘッダー部９０の第１通路８４に連通する。各ヘッダー部９０の第２通路８８は、水管路９４を介して連通している。
【００２２】
各ヘッダー部９０の第１通路８４は、冷媒管路５４ｅに連通しており、各ヘッダー部９０の第２通路８８は、タンク部９９を介して駆動系８６を構成する冷却回路１００に連通する。図４に示すように、駆動系８６は、走行用モータ１０２と、このモータ１０２に電気エネルギを供給するバッテリ１０４とを備え、前記モータ１０２および前記バッテリ１０４に冷却水を循環供給するための冷却回路１００が設けられる。
【００２３】
冷却回路１００は、冷却水循環路１０６と、この冷却水循環路１０６に沿って冷却水を循環させ、ラジエータ１０８、モータ１０２およびバッテリ１０４を収容するバッテリ収納ボックス１１０内に前記冷却水を供給するためのポンプ１１２とを備える。冷却水循環路１０６は、三方弁１１４を介して分岐する水路１１６を有しており、この水路１１６は、各ヘッダー部９０の第２通路８８に連通している。
【００２４】
このように構成されるオートエアコン１０の動作について、以下に説明する。
【００２５】
先ず、運転モードが冷房運転、暖房運転、除湿運転および送風運転の場合におけるそれぞれの冷却媒体回路１６の経路が、表１に示されている。
【００２６】
【表１】
0003811254.tif 000002
【００２７】
そこで、運転モードが暖房運転では、表１および図１に示すように、第１および第３電磁弁６０、６８が閉塞されるとともに、第２電磁弁６２が開放される。このため、電動コンプレッサ５２から吐出される冷却媒体は、冷媒管路５４ｂ、５４ｄから第１キャピラリチューブ７０を通って減圧され、気液二相状態で室外熱交換器６４を通って気化した後、第２電磁弁６２、冷媒管路５４ｆ、５４ａを通ってアキュムレータ５６から前記電動コンプレッサ５２に循環される。
【００２８】
その際、加熱媒体回路１８では、ウォータポンプ７６の駆動作用下に温水循環路７４に沿って温水が循環されており、媒体熱交換器８２を構成する外管部８０に前記温水が供給されている。従って、外管部８０の内方に冷媒管路５４ｂを介して高温、高圧の冷却媒体が流れることにより、この外管部８０内の温水が加熱される。この温水は、ヒータコア３４の内部に導入され、このヒータコア３４を通過する空気を所定の温度に加熱する。
【００２９】
一方、走行中では、図４に示すように、バッテリ１０４から供給される電気エネルギを介してモータ１０２が駆動されており、このバッテリ１０４および前記モータ１０２を冷却するために冷却回路１００が駆動される。すなわち、ポンプ１１２の駆動作用下に、冷却水循環路１０６に沿って冷却水が循環されている（図４中、二点鎖線矢印参照）。これにより、モータ１０２およびバッテリ１０４等を冷却して高温となった冷却水が、ラジエータ１０８を通ることによって外部の空気と熱交換されて低温となるために、前記モータ１０２およびバッテリ１０４等の冷却を連続して行うことができる。
【００３０】
ところで、オートエアコン１０により暖房運転が行われる際、気液二相状態の冷却媒体が、室外熱交換器６４を構成するチューブ９２の冷媒通路９８を通る際に外気と熱交換することにより、吸熱を行って気化する。このため、外気温度が低下してチューブ９２の周囲やフィン９６等に着霜が惹起され易い。
【００３１】
しかしながら、第１の実施形態では、室外熱交換器６４を構成するヘッダー部９０が、冷却媒体を流すための第１通路８４と、暖房運転時に駆動系８６を冷却して高温になった冷却水を流すための第２通路８８とを、互いに近接して直接設けている。そこで、暖房運転時には、図４に示すように、三方弁１１４を介して水路１１６がポンプ１１２を含む駆動系８６の冷却水循環路を形成しており、モータ１０２およびバッテリ１０４等を冷却して高温となった冷却水が室外熱交換器６４に供給される（図４中、二点実線矢印参照）。
【００３２】
これにより、図２および図３に示すように、冷却媒体がヘッダー部９０の中央部分に設けられた第１通路８４に導入される一方、高温の冷却水がこの第１通路８４を周回して設けられた複数の第２通路８８に導入される。従って、駆動系８６からの排熱を介してヘッダー部９０自体を直接加熱することができ、第１通路８４の周囲温度が迅速かつ確実に上昇される。このため、第１通路８４に導入された冷却媒体は、該第１通路８４の周囲に発生した排熱を蒸発熱として吸熱することが可能になり、暖房効率が大幅に向上するとともに、室外熱交換器６４が着霜することを確実に阻止することができるという効果が得られる。
【００３３】
図５は、本発明の第２の実施形態に係るオートエアコンを構成する室外熱交換器１２０の概略構成説明図であり、図６は、図５中、ＶＩ−ＶＩ線断面図である。
【００３４】
室外熱交換器１２０は、鉛直方向に蛇行する扁平状チューブ１２２を備え、このチューブ１２２には、多数のフィン１２３が設けられている。チューブ１２２内には、暖房運転時に図示しない駆動系を冷却して高温になった冷却水を流す水通路１２４と、この水通路１２４を中心に周回する複数の冷媒通路１２６とが設けられ、これにより、前記チューブ１２２は、二重の中空構造に設定される。
【００３５】
図５および図７に示すように、チューブ１２２の両端部は、水通路１２４が所定の長さだけ外方に突出しており、この突出する水通路１２４に水路１１６が連結されている。冷媒通路１２６は、チューブ１２２の両端縁部でタンク１３０に連通しており、このタンク１３０に冷媒管路５４ｅが連結されている。
【００３６】
このように構成される第２の実施形態では、室外熱交換器１２０を構成するチューブ１２２が、中央部分に水通路１２４を有し、この水通路１２４の周囲に複数の冷媒通路１２６を設けた二重の中空構造に設定されている。このため、暖房運転時に、高温の冷却水が水通路１２４に導入される一方、冷却媒体がこの水通路１２４を周回して設けられた複数の冷媒通路１２６に導入される。
【００３７】
これにより、駆動系からの排熱を介してチューブ１２２自体が直接加熱され、冷媒通路１２６の周囲温度が迅速に上昇されて、前記冷媒通路１２６に導入された冷却媒体は、該冷媒通路１２６の周囲に発生した排熱を蒸発熱として吸熱することが可能になる。従って、暖房効率が大幅に向上するとともに、着霜を確実に阻止することができる等、第１の実施形態と同様の効果が得られる。
【００３８】
なお、第１の実施形態では、室外熱交換器６４を構成するヘッダー部９０のみを二重の中空構造に設定しているが、この室外熱交換器６４を構成するチューブ９２を、第２の実施形態に係るチューブ１２２と同様に、二重の中空構造に設定してもよい。
【００３９】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係る車両用空調装置では、暖房運転時に、配管部材の第１通路に熱媒体を流す一方、この配管部材の第２通路に発熱源を冷却した冷却水を流すことにより、前記発熱源からの排熱を介して前記第１通路の周囲温度が迅速かつ確実に上昇し、熱交換器が着霜することを有効に回避することができる。しかも、熱媒体は、第１通路の周囲に発生した排熱を蒸発熱として吸熱するため、暖房効率が大幅に向上することになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る車両用オートエアコンの概略構成説明図である。
【図２】前記オートエアコンを構成する室外熱交換器の概略構成説明図である。
【図３】図２中、ＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。
【図４】駆動系の冷却回路説明図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る車両用オートエアコンを構成する室外熱交換器の概略構成説明図である。
【図６】図５中、ＶＩ−ＶＩ線断面図である。
【図７】図５に示す室外熱交換器を構成するチューブの端部拡大断面図である。
【符号の説明】
１０…オートエアコン                  １６…冷却媒体回路
１８…加熱媒体回路                    ５２…電動コンプレッサ
６４…室外熱交換器                    ８４…第１通路
８６…駆動系                          ８８…第２通路
９０…ヘッダー部                      ９２…チューブ
９４…水管路                          ９８…冷媒通路
１００…冷却回路                      １０２…モータ
１０４…バッテリ                      １０６…冷却水循環路
１０８…ラジエータ                    １１２…ポンプ
１１４…三方弁                        １１６…水路
１２０…室外熱交換器                  １２２…チューブ
１２４…水通路                        １２６…冷媒通路
【図１】
0003811254.tif 000003
【図２】
0003811254.tif 000004
【図３】
0003811254.tif 000005
【図４】
0003811254.tif 000006
【図５】
0003811254.tif 000007
【図６】
0003811254.tif 000008
【図７】
0003811254.tif 000009