JP4773809B2 - 車両用空気調和機 - Google Patents
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Description
しかしながら、空気調和機を車両に搭載する場合には、車両における空気調和機の設置空間が厳しく制限されていた。そのため、内部熱交換器を備えた空気調和機を車両に搭載することが困難であった。
そこで、内部熱交換器を備えた空気調和機において、車両への搭載を容易にするさまざまな技術が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。
内部熱交換器とコンデンサとを組み合わせることで、内部熱交換器を車両のエンジンルームの配置することができるため、大きな問題を起こすことなく内部熱交換器の設置空間を確保できると記載されている。
また、上述の特許文献1には、内部熱交換器を、コンデンサと組み合わされた液溜めと一体化した構成も開示されている。しかしながら、液溜めに上記空気が当たると、液溜め内の低温低圧冷媒が加熱され、エアコンディショナの冷房能力が低下するという問題があった。
本発明の車両用空気調和機は、冷媒を圧縮する圧縮機と、圧縮された冷媒の熱を放熱する放熱器と、放熱された冷媒の圧力を減圧させる減圧器と、減圧された冷媒を蒸発させる蒸発器と、前記蒸発器から流出された低圧冷媒が一時的に貯留されるアキュムレータと、前記放熱器から流出された高圧冷媒と前記蒸発器から前記アキュムレータを経て流出された低圧冷媒との間で熱交換を行う内部熱交換器と、を備え、前記放熱器には、車両に設けられた開口部から流入する空気が送風され、前記放熱器の周囲に、前記アキュムレータおよび前記内部熱交換器が配置された超臨界サイクルにより運転される車両用空気調和機であって、前記放熱器には、その一側に冷却された冷媒が前記放熱器から流出する出口ヘッダタンクが設けられ、前記アキュムレータおよび前記内部熱交換器は、前記放熱器の側方において前記出口ヘッダタンクにそれぞれ断熱部材を間に挟んで固定配置され、前記アキュムレータおよび前記内部熱交換器の周囲には、前記出口ヘッダタンクから車両の前方に延び、前記開口部から流入して前記アキュムレータおよび前記内部熱交換器に向かって流れる前記空気を遮断し、前記放熱器側へと流す第1遮風部材と、前記出口ヘッダタンクから車両の側方に延び、前記放熱器を通過した後、車両の前方に回り込み前記アキュムレータおよび前記内部熱交換器に向かって流れる前記空気を遮断する第2遮風部材がそれぞれ前記出口ヘッダタンクと一体に設けられていることを特徴とする。
アキュムレータには蒸発器から流出された低温低圧冷媒が一時的に貯留されている。一方、開口部から流入する空気および放熱器において冷媒の熱を吸収した空気は、アキュムレータ内の低温低圧冷媒の温度よりも高い。そのため、第1および第2遮風部材でアキュムレータに向かって流れる空気の流れを遮ることにより、上記空気によりアキュムレータ内の冷媒が加熱されることを防止できる。アキュムレータ内の冷媒の加熱を防止することにより、圧縮機に吸入される冷媒の密度低下を防止できる。そのため、車両用空気調和機における冷媒の質量循環流量の低下を防止し、車両用空気調和機の冷房能力低下を防止できる。
アキュムレータおよび内部熱交換器を、放熱器において最も温度が低い出口ヘッダタンクに対して、間に断熱部材を挟んで固定配置することにより、放熱器からアキュムレータおよび内部熱交換器への熱の伝達、侵入を最も少なくでき、アキュムレータおよび内部熱交換器内の冷媒の加熱を防止し、車両用空気調和機の冷房能力低下を防止できる。
第1遮風部材および第2遮風部材を放熱器の出口ヘッダタンクに固定して一体化することにより、車両用空気調和機の組み付け性を向上させ、その製造を容易にすることができる。たとえば、第1遮風部材および第2遮風部材の固定をロウ付けにより行うことで、放熱器の出口ヘッダタンクへの第1遮風部材および第2遮風部材の組み付け性を向上させることができる。
放熱器は開口部の正面に配置されているため、開口部から流入した空気が放熱器に直接当たる。そのため、放熱器において、高圧冷媒と上記空気との間で熱交換を行うことができる。一方、アキュムレータおよび内部熱交換器は開口部の正面から外れた位置に配置されているため、開口部から流入した空気が直接当たらない。そのため、アキュムレータおよび内部熱交換器内の低圧冷媒と上記空気との間での熱交換を抑制することができる。これらの結果、車両用空気調和機の冷房能力低下を防止することができる。
アキュムレータおよび内部熱交換器を車両の中心軸線に対して放熱器よりも外側に配置することにより、放熱器に向けて流入する空気がアキュムレータおよび内部熱交換器に当たりにくくなる。一般に、放熱器に向けて空気を流入させる開口部は、車両の中心軸線上に配置されているため、放熱器に向けて流入する空気は車両の中心軸線に沿って流入する。そこで、アキュムレータおよび内部熱交換器を車両の中心軸線よりも外側に配置することにより、上記空気の流れが直接アキュムレータに当たることを防止することができる。
図1は、本実施形態に係る車両用空気調和機の全体構成を説明する模式図である。
本実施形態における車両用空気調和機(空気調和機)1は、超臨界サイクルにより運転されるものであり、冷媒としては、例えば自然冷媒である二酸化炭素(以下、CO2と表記する。)を用いるものである。
車両用空気調和機1は車両Cに搭載され、エバポレータ11以外の構成要素はエンジンルーム13内に搭載されている。エバポレータ11は、車室15内に搭載されている。
ガスクーラ5は、超臨界状態の冷媒の熱を外気に放熱させることで、冷媒を冷却するものである。ガスクーラ5は、ラジエータ25に対して車両Cの前方側(図1の左方向側)に配置されている。なお、ラジエータ25は、エンジン17の冷却水の熱を外気に放熱するものである。ラジエータ25の後方(図1の右方向)には、熱交換部に外気を前方から後方に向けて通風させるファン27が配置されている。
圧力制御弁9は、内部熱交換器7において冷却された冷媒の圧力を減圧するものである。
エバポレータ11と内部熱交換器7との間には、アキュムレータ29が配置されている。アキュムレータ29は、エバポレータ11から流出したガス冷媒および液冷媒のうち、ガス冷媒のみが通過され、液冷媒が貯留されるものである。
ガスクーラ5は、車両Cの前方に設けられた開口部31とラジエータ25との間に配置されている。開口部31は略車両Cの中心軸線L上に配置され、ガスクーラ5も略車両Cの中心軸線上Lに配置されている。つまり、ガスクーラ5は、開口部31の正面に配置されている。
ガスクーラ5は、圧縮機3から冷媒が流入する入口ヘッダタンク33と、冷媒がガスクーラ5から流出する出口ヘッダタンク35と、高圧冷媒が流れその熱を放熱させるチューブなどからなる放熱部37と、空気の流れを遮る風向調整部材39を備えている。
内部熱交換器7は、取り付けブラケット(図示せず)により出口ヘッダタンク35に固定され一体化されている。また、内部熱交換器7とガスクーラ5との間には断熱部材(図示せず)が配置されている。
アキュムレータ29は、取り付けブラケット(図示せず)により出口ヘッダタンク35に固定され一体化されている。また、アキュムレータ29とガスクーラ5との間には断熱部材(図示せず)が配置されている。
なお、上述のように、内部熱交換器7とアキュムレータ29とを出口ヘッダタンクに固定してもよいし、内部熱交換器7とアキュムレータ29とをガスクーラ5のその他の部分に固定してもよく、特に限定するものではない。
圧縮機3は、図1に示すように、エンジン17により回転駆動される。回転駆動された圧縮機3は内部熱交換器7から流出した低温低圧冷媒を吸入し、超臨界状態にまで圧縮してガスクーラ5に向けて吐出する。
吐出された高温高圧冷媒は、ガスクーラ5に流入し、車室15外の空気にその熱の一部を放熱する。放熱して冷却された高温高圧冷媒は内部熱交換器7に向けて流出する。
内部熱交換器7に流入した高温高圧冷媒は、エバポレータ11から流出した低温低圧冷媒と熱交換して、さらに冷却される。冷却された高温高圧冷媒は、内部熱交換器7から圧力制御弁9に向けて流出する。
圧力制御弁9に流入した高温高圧冷媒は、減圧され低温低圧の冷媒となる。低温低圧冷媒は圧力制御弁9からエバポレータ11に向けて流出する。なお、圧力制御弁9は、ガスクーラ5から流出して内部熱交換器7に流入する高温高圧冷媒の温度に基づいて、内部熱交換器7から流出して圧力制御弁9に流入する高温高圧冷媒の圧力を制御している。
アキュムレータ29に流入したガス冷媒および液冷媒のうち、ガス冷媒(低温低圧冷媒)はアキュムレータ29から内部熱交換器7に向けて流出する。液冷媒はアキュムレータ29に貯留される。
内部熱交換器7に流入した低温低圧冷媒は、ガスクーラ5から流出した高温高圧冷媒から熱を奪い、内部熱交換器7から圧縮機3に向けて流出する。
圧縮機3に吸入された低温低圧冷媒は、再び超臨界状態に圧縮されガスクーラ5に向けて吐出される。以後、冷媒は上述のサイクルを繰り返し循環する。
車両Cの走行により、あるいは、ファン27により車両Cの前面に形成された開口部31から空気が流入する。流入した空気は第1風向調整部材39Aに沿って流れ、内部熱交換器7およびアキュムレータ29に向かって流れることなくガスクーラ5に流入する。流入した空気はガスクーラ5を通過する際に、圧縮された冷媒の熱を奪い温度が上昇する。ガスクーラ5を通過した空気は、次にラジエータ25を通過する際に、エンジン17の冷却水の熱を奪いさらに温度が上昇する。ラジエータ25を通過した空気はファン27により後方へ送り出される。
ファン27に送り出された空気の一部は、圧縮機3やエンジン17に流れを遮られ、車両Cの前方に向かって流れる。前方に向かった空気流れは、第2風向調整部材39Bに遮られ、内部熱交換器7およびアキュムレータ29に上記空気流れは当たらない。
第1および第2風向調整部材39A,39Bは内部熱交換器7に向かって流れる空気の流れを遮ることにより、上記空気により内部熱交換器7に導かれた低温低圧冷媒が加熱されることを防止できる。内部熱交換器7に導かれた低温低圧冷媒の加熱を防止することにより、圧縮機3に吸入される冷媒の密度低下を防止できる。
第1および第2風向調整部材39A,39Bはアキュムレータ29に向かって流れる空気の流れを遮ることにより、上記空気によりアキュムレータ29内の低温低圧冷媒が加熱されることを防止できる。アキュムレータ29内の低温低圧冷媒の加熱を防止することにより、圧縮機3に吸入される冷媒の密度低下を防止できる。
そのため、車両用空気調和機1における冷媒の質量循環流量の低下を防止し、車両用空気調和機1の冷房能力低下を防止できる。
出口ヘッダタンク35には、ガスクーラ5の放熱部37において熱を放出した後の冷媒が流入しているため、出口ヘッダタンク35はガスクーラ5においては最も温度が低い部分となっている。そのため、ガスクーラ5の他の部分と固定されている場合と比較して、ガスクーラ5からアキュムレータ29への熱の侵入、および、ガスクーラ5から内部熱交換器7への熱の侵入が最も少なく、車両用空気調和機1の冷房能力低下を防止できる。
たとえば、第1および第2風向調整部材39A,39Bの固定をロウ付けにより行うことで、ガスクーラ5への第1および第2風向調整部材39A,39Bの組み付け性を向上させることができる。
ガスクーラ5は開口部31の正面に配置されているため、開口部31から流入した空気がガスクーラ5に直接当たる。そのため、ガスクーラ5において、高温高圧冷媒と上記空気との間で熱交換を行うことができる。一方、アキュムレータ29は開口部31の正面から外れた位置に配置されているため、開口部31から流入した空気が直接当たらない。そのため、アキュムレータ29内の低温低圧冷媒と上記空気との間での熱交換を抑制することができる。これらの結果、車両用空気調和機1の冷房能力低下を防止することができる。
内部熱交換器7およびアキュムレータ29を車両Cの中心軸線Lに対してガスクーラ5よりも外側に配置することにより、ガスクーラ5に向けて流入する空気が内部熱交換器7およびアキュムレータ29に当たりにくくなる。一般に、ガスクーラ5に向けて空気を流入させる開口部31は、車両Cの中心軸線L上に配置されているため、ガスクーラ5に向けて流入する空気は車両Cの中心軸線Lに沿って流入する。そこで、内部熱交換器7およびアキュムレータ29を車両の中心軸線Lよりも外側に配置することにより、上記空気の流れが直接内部熱交換器7およびアキュムレータ29に当たることを防止することができる。
なお、上述のように、第1および第2風向調整部材39A,39Bを用いてもよいし、図2に示すように、第1風向調整部材39Aのみを用いてもよく、特に限定するものではない。
例えば、上記の実施の形態においては、冷媒としてCO2ガスを用いた構成に適用して説明したが、このCO2ガスを用いる構成に限られることなく、その他の超臨界サイクルで運転される冷媒を用いた構成に適用することができるものである。
また、上記の実施の形態においては、この発明を車両用空気調和機に適用して説明したが、この発明は車両用空気調和機に限られることなく、その他各種の空気調和機などに適用できるものである。
3 圧縮機
5 ガスクーラ(放熱器)
7 内部熱交換器(熱交換器)
9 圧力制御弁(減圧器)
11 エバポレータ(蒸発器)
29 アキュムレータ
39A 第1風向調整部材(遮風部材)
39B 第2風向調整部材(遮風部材)
C 車両
L 中心軸線
Claims (3)
- 冷媒を圧縮する圧縮機と、
圧縮された冷媒の熱を放熱する放熱器と、
放熱された冷媒の圧力を減圧させる減圧器と、
減圧された冷媒を蒸発させる蒸発器と、
前記蒸発器から流出された低圧冷媒が一時的に貯留されるアキュムレータと、
前記放熱器から流出された高圧冷媒と前記蒸発器から前記アキュムレータを経て流出された低圧冷媒との間で熱交換を行う内部熱交換器と、を備え、
前記放熱器には、車両に設けられた開口部から流入する空気が送風され、
前記放熱器の周囲に、前記アキュムレータおよび前記内部熱交換器が配置された超臨界サイクルにより運転される車両用空気調和機であって、
前記放熱器には、その一側に冷却された冷媒が前記放熱器から流出する出口ヘッダタンクが設けられ、
前記アキュムレータおよび前記内部熱交換器は、前記放熱器の側方において前記出口ヘッダタンクにそれぞれ断熱部材を間に挟んで固定配置され、
前記アキュムレータおよび前記内部熱交換器の周囲には、前記出口ヘッダタンクから車両の前方に延び、前記開口部から流入して前記アキュムレータおよび前記内部熱交換器に向かって流れる前記空気を遮断し、前記放熱器側へと流す第1遮風部材と、前記出口ヘッダタンクから車両の側方に延び、前記放熱器を通過した後、車両の前方に回り込み前記アキュムレータおよび前記内部熱交換器に向かって流れる前記空気を遮断する第2遮風部材がそれぞれ前記出口ヘッダタンクと一体に設けられていることを特徴とする車両用空気調和機。 - 前記放熱器が、前記車両に設けられた開口部の正面に配置され、
前記アキュムレータおよび前記内部熱交換器が、前記車両に設けられた開口部の正面から外れた位置に配置されていることを特徴とする請求項1記載の車両用空気調和機。 - 前記アキュムレータおよび前記内部熱交換器が、前記車両の中心軸線に対して前記放熱器よりも外側に配置されていることを特徴とする請求項2記載の車両用空気調和機。
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