JP5081521B2 - 車両用空調装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両用空調装置に関し、詳細には、デュアルエアコン方式の車両用空調装置に関する。

特許文献１には、前席側の空調を行う前席用空調ユニットと後席側の空調を行う後席用空調ユニットを備えるデュアルエアコン方式の車両用空調装置が開示されている。

この車両用空調装置においては、前席用空調ユニットと後席用空調ユニットにそれぞれ蒸発器（エバポレーター）を設け、一つの内部熱交換器を共通の熱交換器として使用する構成とされている。
特開２００４−１０６７９９号公報

２つの蒸発器を備えたデュアルエアコン方式の車両用空調装置で一つの内部熱交換器を共用しようとした場合、内部熱交換器のサイズは、２つの蒸発器を同時使用する際に必要な熱交換性能を持たせる必要がある。

このため、例えば前席用空調ユニットのみを動作させるといった場合、前席側の蒸発器のみを使用するとスーパーヒートが取れすぎてしまい、圧縮機（コンプレッサー）の吐出温度を上昇させることになり、サイクルの信頼性を損なってしまう、もしくは、運転範囲を狭める結果となる。

そこで、本発明は、上記した課題を解決するためになされたものであり、蒸発器の数に限らず最適なシステムとすることができると共にシステム運転条件を狭めることなくサイクル信頼性を大幅に高め、また、配管構造を簡略化し組付工数を低減できる車両用空調装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、圧縮機と、該圧縮機から吐出された冷媒を外気と熱交換する外部熱交換器と、外部熱交換器で熱交換された冷媒が並列の第１又は第２の分岐路に分岐され、各分岐路に少なくとも一つの蒸発器が接続され、各蒸発器で蒸発された冷媒を合流部で合流させ、その合流させた冷媒を圧縮機に供給する車両用空調装置であって、第１の分岐路が乗員室前方部に配置された蒸発器に接続され、第２の分岐路が車両後方に延在し、乗員室後方部に配置された蒸発器に接続されており、夫々の分岐路に接続される蒸発器の入口側に減圧装置が設けられ、減圧装置の入口側冷媒と、蒸発器の出口側冷媒とが熱交換可能とされており、また、第１、第２の分岐路に接続される減圧装置の入口側冷媒と、蒸発器の出口側冷媒とを熱交換させる部位は管状の熱交換器で形成されており、前記管状の熱交換器のうち、第２の分岐路の管状の熱交換器は第１の分岐路の管状の熱交換器よりも長さあたりの熱交換を少なくしていることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の車両用空調装置であって、分岐路の数と蒸発器の数が同数であることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の車両用空調装置であって、減圧装置の入口側冷媒と蒸発器の出口側冷媒とを熱交換させる部位に断熱部を設けたことを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１から請求項３の何れかに記載の車両用空調装置であって、冷媒を二酸化炭素ガスとし、外部熱交換器内の冷媒が冷媒の臨界圧力以上で運転されることを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の車両用空調装置であって、圧縮機の作動時に常時流通する一つの分岐路を有し、前記分岐路に接続される蒸発器の出口側と前記管状の熱交換器の入口の間にアキュムレータを配置したことを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、各分岐路に接続される減圧装置の入口側冷媒と蒸発器の出口側冷媒ととが熱交換可能とされているので、各蒸発器に対して専用の熱交換可能とされる部位を備えることから、スーパーヒートの取れすぎが無くなると共に圧縮機吐出温度上昇も無くなることから、サイクル信頼性を高めることができる。
また、本発明によれば、第１の分岐路が乗員室前方部に配置された蒸発器に接続され、第２の分岐路が車両後方に延在し、乗員室後方部に配置された蒸発器に接続されているので、熱交換可能とされる第２の分岐路が配管として機能し、エンジンルームから乗員室まで一本の配管（内部熱交換器）で組み付けができるようになる。したがって、本発明によれば、配管構造を簡略化することができ、また、組付工数を大幅に低減することができる。
また、本発明によれば、第２の分岐路の管状の熱交換器は第１の分岐路の管状の熱交換器よりも長さあたりの熱交換を少なくしているので、エンジンルームから乗員室までと長くても第１の蒸発器と同程度の熱交換量とすることができる。

請求項２に記載の発明によれば、熱交換可能とされる分岐路の数と蒸発器の数が同数であるので、複数個の蒸発器に対して一つの内部熱交換器を共用した場合に複数個の蒸発器を使用する際に必要な熱交換性能をその一つの内部熱交換器に持たせる必要が無くなり、それによりスーパーヒートの取れすぎが無くなると共に圧縮機吐出温度上昇も無くなることから、サイクル信頼性を高めることができる。

請求項３に記載の発明によれば、減圧装置の入口側冷媒と蒸発器の出口側冷媒とを熱交換させる部位に断熱部を設けたので、エンジンルームから乗員室までの長さを有する第２の蒸発器に接続される内部熱交換器が熱交換し過ぎないように断熱部で抑制することができる。

請求項４に記載の発明によれば、冷媒を二酸化炭素ガスとしたので、HFC134aエアコンシステムよりも、圧縮機出口の冷媒温度が高くなる二酸化炭素エアコンシステムでは本案はより有効となる。

請求項５に記載の発明によれば、分岐路に接続される蒸発器の出口側と管状の熱交換器の入口の間にアキュムレータを配置したので、入口側及び出口側のスーパーヒートが安定し、冷凍性能が向上する。

以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本実施の形態の車両用空調装置の系統図、図２は本実施の形態の車両用空調装置における第２の蒸発器と接続される内部熱交換器の断面図、図３は本実施の形態の車両用空調装置における第２の蒸発器と接続される内部熱交換器の他の例を示す断面図である。

本実施の形態の車両用空調装置は、冷媒として二酸化炭酸ガスを用いており、冷媒を圧縮する圧縮機１と、この圧縮機１で圧縮、昇温された冷媒と外気との間で熱交換させる外部熱交換器２と、熱交換後、分岐部１７で２つの分岐路（第１の分岐路１８と第２の分岐路１９）に並列として分岐され、第１の分岐路１８には乗員室前方部８Ａの車両前席側に配置される第１の蒸発器（エバポレーター）３と、第１の蒸発器３に対応して設けられたこの第１の蒸発器専用の第１の内部熱交換器５と、第２の分岐路１９には乗員室後方部８Ｂの車両後席側に配置される第２の蒸発器４と、第２の蒸発器４に対応して設けられたこの第２の蒸発器専用の第２の内部熱交換器６と、を備えている。

なお、本実施の形態の車両用空調装置では、外部熱交換器２内の冷媒が冷媒の臨界圧力以上で運転されるものとする。

エンジンルーム７内には、圧縮機１と、外部熱交換器２が設けられている。車両のエンジンルーム７よりリア側の乗員室８には、第１の蒸発器３と、第２の蒸発器４とが設けられている。第２の内部熱交換器６は、エンジンルーム７から乗員室８に渡って設けられている。

第１の蒸発器３と第１の内部熱交換器５との間には、減圧装置としての第１の膨張弁９が設けられている。また、第２の蒸発器４と第２の内部熱交換器６との間には、減圧装置としての第２の膨張弁１０が設けられている。なお、外部熱交換器２の出口には、この外部熱交換器２で冷却した冷媒を第１の内部熱交換器５または第２の内部熱交換器６へ供給する電磁弁１１が設けられている。それぞれの第１及び第２の分岐路１８、１９は、合流部２０で合流し、その合流した冷媒が圧縮機１に供給される。

圧縮機１は、図示しないモータ又は車両駆動装置からの駆動力を得て気相状態の二酸化炭酸ガスを圧縮し、高温高圧の冷媒として吐出する。

外部熱交換器２は、圧縮機１で圧縮、昇温された冷媒を外気と熱交換させて吸熱し冷媒を冷却する。

第１の蒸発器３は、前席側に設けられた空調ダクト内に配置され、第１の膨張弁９で減圧（膨張）された低温低圧の冷媒を蒸発させる。

第１の膨張弁９は、第１の内部熱交換器５から出力された高圧の冷媒を減圧（膨張）させて霧状とし、その霧状とした冷媒を第１の蒸発器３へと出力する。

第２の蒸発器４は、後席側に設けられた空調ダクト内に配置され、第２の膨張弁１０で減圧された低温低圧の冷媒を蒸発させる。

第２の膨張弁１０は、第２の内部熱交換器６から出力された高圧の冷媒を減圧させて霧状とし、その霧状とした冷媒を第２の蒸発器４へと出力する。

電磁弁１１は、外部熱交換器２で冷却された冷媒を第１の蒸発器３と第２の蒸発器４へと供給する冷媒の流路を切り換える機能をする。前席側のみ運転する場合は、電磁弁１１を閉めて冷媒が第１の蒸発器３へと流れるようにする。この電磁弁１１は、第１の蒸発器３のみに冷媒を流すだけでなく、第１の蒸発器３と第２の蒸発器４の両方に冷媒を流すこともできるという意味での切り換え動作をする。

本実施の形態の車両用空調装置では、第１の蒸発器３に対しては、この蒸発器のための専用の第１の内部熱交換器５を設け、第２の蒸発器４に対しては、この蒸発器のための専用の第２の内部熱交換器６を設けている。

第１の内部熱交換器５は、外部熱交換器２で熱交換された後、分岐部１７で第１の分岐路１８に流入した第１の減圧装置９の入口側冷媒と、第１の蒸発器３で蒸発した出口側冷媒とを熱交換する。第２の内部熱交換器６は、外部熱交換器２で熱交換された後、分岐部１７に流入した第２の減圧装置１０の入口側冷媒と、第３の蒸発器４で蒸発した出口側冷媒とを熱交換する。つまり、第１の内部熱交換器５は、第１の蒸発器３で使用される際に必要な熱交換性能を持つように設計されており、第２の内部熱交換器６も第２の蒸発器４で使用される際に必要な熱交換性能を持つように設計されている。

また、第１の蒸発器３の後流に出口側冷媒の気液を分離し気体冷媒を主に後流へ流すアキュームレーター２１が接続され、第１の内部熱交換器５の入口へと流れるようにしている。これにより、アキュームレーター２１の出口では、冷媒のスーパーヒートが略一定になる。

そのため、１つの内部熱交換器を２つの蒸発器で使用した場合には、１つの蒸発器を使用したときにスーパーヒートが取れすぎてしまい圧縮機の吐出温度が上昇してサイクルの信頼性が損なわれるが、本実施の形態では、各蒸発器３、４に対して専用の内部熱交換器５、６を使用しているので、これらの問題を解決することができる。これにより、本実施の形態によれば、２つの蒸発器を使用した場合でも最適なシステムとすることができ、前席側のみ冷暖房運転しても後席側のみ冷暖房運転してもいずれの場合も快適な環境が得られる。

第２の内部熱交換器６は、エンジンルーム７内に配置される第１の内部熱交換器５とは異なり、エンジンルーム７から車両後方へと配索されており、車両用空調装置の配管の一部とされている。かかる第２の内部熱交換器６は、第１の内部熱交換器５と同一の構成とした場合、その長さが第１の内部熱交換器５よりも長くなるため熱交換し過ぎてしまう。そのため、第１の内部熱交換器５と同等の性能をこの第２の内部熱交換器６に持たせるためには、第２の内部熱交換器６は、第１の内部熱交換器５よりも高圧冷媒と低圧冷媒の長さ当たりの熱交換を少なくする。

これを実現する一手段として、図２に示すように、第２の内部熱交換器６の中心部を高圧媒体（入口側冷媒）が流れる高圧媒体流路１３と、その高圧媒体流路１３を中心としてその周りを低圧媒体（出口側冷媒）が流れる複数の低圧媒体流路１４と、これら高圧媒体流路１３と低圧媒体流路１４の間（熱交換される部位）に設けた断熱部１５と、により第２の内部熱交換器６を構成する。

断熱部１５は、空気を内部に流通させる中空孔として形成され、前記高圧媒体流路１３と低圧媒体流路１４間に空気層（断熱層）として複数設けられている。この断熱部１５を高圧媒体流路１３と低圧媒体流路１４の間に設けることで、高圧媒体と低圧媒体間の熱交換が抑制されることになり、第２の内部熱交換器６の長さが長くても熱交換し過ぎることを防止できる。

このように、本実施の形態によれば、高圧媒体流路１３と低圧媒体流路１４と断熱部１５とからなる３重管構造とした第２の内部熱交換器６を配管の一部として使用し、エンジンルーム７から乗員室８まで一本の配管（第２の内部熱交換器）で組み立てることが可能となる。そのため、本実施の形態の車両用空調装置によれば、配管構造を簡略化することができ、組付工数を大幅に低減することができる。

以上、本発明を適用した具体的な実施の形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各種変更が可能である。

例えば、上述した実施の形態では、第２の内部熱交換器６の構造を断熱部１５を設けた３重管構造としたが、図３に示すように、断面形状をひょうたん形状とし、一方の流路を高圧媒体が流れる高圧媒体流路１３とし、他方の流路を低圧媒体が流れる低圧媒体流路１４とした、いわゆるペアチューブ型の第２の内部熱交換器６としてもよい。

このペアチューブ型の第２の内部熱交換器６では、高圧媒体流路１３と低圧媒体流路１４との間の部位１６は、断面積が急激に減少されており、熱交換がし難い部位となっている。かかるペアチューブ型の第２の内部熱交換器６を、３重管構造の内部熱交換器に代えて使用しても同様の作用効果が得られる。

また、第２の内部熱交換器６までの冷媒回路が長く、更に熱交換量を削減するには、内部熱交換量に必要な長さを除いて前記部位１６に切り欠き部を設けることで両冷媒流路を一体構造とできるので、取り付けの作業性を良好にした状態で熱交換量を調整することも可能である。

本実施の形態では、第１の蒸発器３のみに冷媒を流す場合と、第１及び第２の蒸発器３、４の両方に冷媒を流す場合があるため、アキュームレーター２１を第１の蒸発器３の出口側と第１の内部熱交換器５の入口間のみに設置しているが、第２の蒸発器４の出口側と第２の内部熱交換器６の入口間にも設置（全ての分岐路１８、１９に接続される蒸発器３、４と内部熱交換器５、６の間に設置）してもよい。１つの分岐路にのみアキュームレーター２１を設定する場合は、常時流通する分岐路中に設けるか、より熱交換量の多い分岐路に設けることが好ましい。

本実施の形態の車両用空調装置の系統図である。 本実施の形態の車両用空調装置における第２の蒸発器と接続される内部熱交換器の断面図である。 本実施の形態の車両用空調装置における第２の蒸発器と接続される内部熱交換器の他の例を示す断面図である。

符号の説明

１…圧縮機
２…外部熱交換器
３…第１の蒸発器
４…第２の蒸発器
５…第１の内部熱交換器
６…第２の内部熱交換器
７…エンジンルーム
８…乗員室
８Ａ…乗員室前方部
８Ｂ…乗員室後方部
９…第１の膨張弁
１０…第２の膨張弁
１１…電磁弁
１３…高圧媒体流路
１４…低圧媒体流路
１５…断熱部
１７…合流部
１８…第１の分岐路
１９…第２の分岐路
２０…合流部
２１…アキュームレーター

Claims (5)

1. 圧縮機（１）と、該圧縮機（１）から吐出された冷媒を外気と熱交換する外部熱交換器（２）と、
   外部熱交換器（２）で熱交換された冷媒が並列の第１又は第２の分岐路（１８，１９）に分岐され、
   各分岐路（１８，１９）に少なくとも一つの蒸発器（３，４）が接続され、
   各蒸発器（３，４）で蒸発された冷媒を合流部（２０）で合流させ、その合流させた冷媒を圧縮機（１）に供給する車両用空調装置であって、
   第１の分岐路（１８）が乗員室前方部（８Ａ）に配置された蒸発器（３）に接続され、
   第２の分岐路（１９）が車両後方に延在し、乗員室後方部（８Ｂ）に配置された蒸発器（４）に接続されており、
   夫々の分岐路（１８，１９）に接続される蒸発器（３，４）の入口側に減圧装置（９，１０）が設けられ、
   減圧装置（９，１０）の入口側冷媒と、蒸発器（３，４）の出口側冷媒とが熱交換可能とされており、
   また、第１、第２の分岐路（１８，１９）に接続される減圧装置（９，１０）の入口側冷媒と、蒸発器（３，４）の出口側冷媒とを熱交換させる部位は管状の熱交換器で形成されており、
   前記管状の熱交換器のうち、第２の分岐路（１９）の管状の熱交換器は第１の分岐路（１８）の管状の熱交換器よりも長さあたりの熱交換を少なくしている
   ことを特徴とする車両用空調装置。
2. 請求項１に記載の車両用空調装置であって、
   分岐路（１８，１９）の数と蒸発器（３，４）の数が同数である
   ことを特徴とする車両用空調装置。
3. 請求項１に記載の車両用空調装置であって、
   減圧装置（９，１０）の入口側冷媒と蒸発器（３，４）の出口側冷媒とを熱交換させる部位に断熱部（１５）を設けた
   ことを特徴とする車両用空調装置。
4. 請求項１から請求項３の何れかに記載の車両用空調装置であって、
   冷媒を二酸化炭素ガスとし、外部熱交換器（２）内の冷媒が冷媒の臨界圧力以上で運転される
   ことを特徴とする車両用空調装置。
5. 請求項４に記載の車両用空調装置であって、
   圧縮機（１）の作動時に常時流通する一つの分岐路（１８，１９）を有し、
   前記分岐路（１８，１９）に接続される蒸発器（３，４）の出口側と前記管状の熱交換器の入口の間にアキュムレータ（２１，２２）を配置した
   ことを特徴とする車両用空調装置。

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