JP2015038390A - 車載用空気調和装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車載用空気調和装置のケーシング内に漏出した二酸化炭素等の冷媒を迅速に車外に排出すること。【解決手段】車両の車室外に搭載され冷媒を用いて車室内の空気調和を行う空気調和装置であって、空気調和装置本体１０Ａがケーシング１０Ｂ内に収納され、ケーシング１０Ｂの車両下面（底面）側位置には、排気装置として機能する排気弁２０が設けられている。ケーシング１０Ｂ内で漏出した冷媒は、排気弁２０から車両の外に排出される。【選択図】図１

Description

本発明は、車載用空気調和装置に係り、特に冷媒を用いた車載用空気調和装置に関する。

従来、空気調和装置の冷媒としては、取り扱いの容易さ及び効率の高さからフロンガスが一般的に用いられており、車載用空気調和装置においても同様であった。

しかしながら、近年では、オゾン層への影響等、自然環境への負荷の低減の観点から、自然環境への負荷が小さい自然冷媒（Natural Working Fluid）への移行が進められている。自然冷媒としては、二酸化炭素、アンモニア、プロパン、イソブタン，水、空気等が挙げられる。

また、車載用空気調和装置においては、冷媒が漏れた場合に車室内へ冷媒が流れ込まないようにするための技術が提案されている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。

特開２０１０−０３０４０７号公報 特開平９−１０４２２１号公報

車載用空気調和装置の場合、冷媒としては暖房時の効率の向上、および、寒冷地での使用に対応するために、二酸化炭素が用いることが有利となる。

しかし、二酸化炭素冷媒は高圧であるため、空調運転時に二酸化炭素冷媒が配管から漏れた場合、漏れ出た冷媒は空調用のダクトを介して車室内に流れ込むおそれがある。そのため、二酸化炭素冷媒が漏出した場合、迅速に車外に排出することが望ましい。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、漏れ出した冷媒を迅速に車外に排出可能な車載用空気調和装置を提供することを目的とする。

本発明の車載用空気調和装置は、車両の車室外に搭載され冷媒を用いて車室内の空気調和を行う車載用空気調和装置であって、前記車載用空気調和装置本体がケーシング内に収納され、前記ケーシングに前記ケーシング内で漏出した冷媒を前記車両の外に排出する排気装置が設けられている、構成を採る。

本発明によれば、漏れ出した冷媒を迅速に車外に排出することができる。

本発明の実施の形態１の車載用空気調和装置の概要構成を示す斜視図 実施の形態１の車載用空気調和装置の平面図 通常時の排気弁周辺の概要構成断面図 排気時の排気弁周辺の概要構成断面図 実施の形態２の車載用空気調和装置の概要構成説明図 実施の形態２の排気弁開放機構の概要構成説明図 ＡＣ−ＥＣＵの動作処理フローチャート 実施の形態３の説明図 実施の形態４の説明図

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。

（実施の形態１）
図１は、実施の形態１の車載用空気調和装置の概要構成を示す斜視図である。図２は、実施の形態１の車載用空気調和装置の平面図である。

車載用空気調和装置１０は、車両のファイアウォールＦＷに隣接した車両前方の車室外に設けられている。ここで「車室外」とは、乗員が搭乗する車室の外部を意味する。例えば「車室外」には、エンジンが搭載されるエンジンルーム、車室の床下、車両後部のトランクルーム等が含まれる。

車載用空気調和装置１０は車室内とエアダクトでのみで連通される。すなわち、冷媒サイクルは車室内には存在せず、冷媒サイクルは乗員から離れた車室外にある車載用空気調和装置１０にて行われる。

車載用空気調和装置１０は、大別すると、空気調和装置本体１０Ａと、この空気調和装置本体１０Ａを収納するケーシング１０Ｂと、を備えている。

空気調和装置本体１０Ａは、二酸化炭素冷媒（以下、単に冷媒という。）を二段圧縮するためのコンプレッサ１１と、コンプレッサ１１により高温、高圧状態に圧縮された冷媒を搬送するための高圧側冷媒配管１２と、高圧側冷媒配管１２により搬送された冷媒が導入され放熱のための熱交換を行うコンデンサ（凝縮器）１３と、図示しない膨張弁を介してコンデンサ１３を通過後の冷媒が導入されるエバポレータ（蒸発器）１４と、エバポレータ１４を通過後の冷媒の気液分離を行い気体状の冷媒をコンプレッサ１１に供給するアキュムレータ１５と、車室内から空気を取り込んでエバポレータ１４に送り熱交換を行わせるブロワファン１６と、低圧となった冷媒をコンプレッサ１１に戻す低圧側冷媒配管１７と、を備えている。

上記構成において、冷媒は、コンプレッサ１１により圧縮された後、高圧側冷媒配管１２を介してコンデンサ１３に供給され、コンデンサ１３で排熱のための熱交換が行われエバポレータ１４に供給される。

冷媒は、エバポレータ１４において図示しない膨張弁により圧力調整がなされ、断熱膨張し、車室内の空気と熱交換を行って車室内の冷房を行う。

車室内を冷した冷媒は、アキュムレータ１５に導入されて気液分離される。低圧ガス冷媒は、低圧側冷媒配管１７を介してコンプレッサ１１に戻されて、再び圧縮される。

ケーシング１０Ｂの車両下面（底面）側位置には、排気装置として機能する排気弁２０が設けられている。

図３は、通常時の排気弁周辺の概要構成断面図である。図４は、排気時の排気弁周辺の概要構成断面図である。

排気弁２０は、弁体２１と、通常時に弁体２１を閉鎖位置に保持する付勢力を与える弾性部材（バネ部材）２２と、弁体２１が図４に示すように完全弁開放位置に至った場合に回動して弁体２１を当該位置に保持する開放状態保持部材２３と、を備えている。

次に、実施の形態１の動作を説明する。

通常動作時において、ケーシング１０Ｂ内は大気圧状態である。弁体２１は、弾性部材２２の付勢力により、図３に示すように、閉鎖位置に保持される。その結果、空気調和装置本体１０Ａは、ケーシング１０Ｂ内で通常動作を継続する。

これに対し、冷媒である二酸化炭素がケーシング１０Ｂ内に漏れ出した場合には、高圧で圧縮されていたため急激に膨張し、ケーシング１０Ｂ内の圧力が急激に上昇する。そのため、弁体２１は、弾性部材２２の付勢力に抗して開状態となる。圧力が所定値以上となると、開放状態保持部材２３が重力により回動する。

この場合において、冷媒の漏れ量が少ない場合には、弁体２１が開状態となることにより、ケーシング１０Ｂ内の圧力は再び低下する。そのため、弁体２１は弾性部材２２の付勢力に抗しきれなくなり、閉状態に戻る。このとき、回動しかけた開放状態保持部材２３も再び元の位置に戻る。

これに対し、冷媒の漏れ量が多い場合には、圧力の増加は急激なものとなる。その結果、弁体２１は、一気に開状態となり、図４に示すように完全弁開放位置に至る。そして、開放状態保持部材２３は完全に回動して元の位置へ戻ることはなくなり、弁体２１を当該位置に保持し、漏れ出した冷媒を完全に車外に排出することができる。

以上の説明のように、実施の形態１によれば、漏れ出した冷媒の圧力により弁体２１を開状態として、ケーシング１０Ｂ内の冷媒を車外に迅速に排出して、車室内に冷媒が流れ込むのを防止することができる。また、車載用空気調和装置を車室外に設けることで、漏れた冷媒を車室内の乗員から遠ざけることができる。

（実施の形態２）
以上の実施の形態１は、ケーシング１０Ｂ内に漏れた冷媒圧力により、排気弁２０を開放状態にするものであったが、この実施の形態２はケーシング１０Ｂ内に所定濃度以上の冷媒が漏れたことを検出し、電気的に排気弁を開くようにした例である。

図５に、実施の形態２の車載用空気調和装置の概要構成を示す。

車載用空気調和装置１０において、ケーシング１０Ｂ内のブロワファン１６（図２参照）の空気取り入れ口近傍には、冷媒である二酸化炭素濃度を検出する二酸化炭素（ＣＯ２）センサ３１が配置されている。

図６に、実施の形態２の排気弁開放機構の概要構成説明を示す。

二酸化炭素センサ３１の出力は、車載用空気調和装置１０全体を制御する空気調和装置用ＥＣＵ（以下、ＡＣ−ＥＣＵという）３２に入力される。

ＡＣ−ＥＣＵ３２は、二酸化炭素センサ３１により所定濃度以上に二酸化炭素が検出された場合には冷媒が漏れ出ていると判断し、モータ３３を駆動し、可動係合部材３４を跳ね上げさせ、可動係合部材３４の弁体側係合部材３５に対する係合を解除し、弁体３６を下方に回動させ、排気口３７を開放状態とする。

なお、通常状態においては、ケーシング１０Ｂと弁体３６との隙間は、シーリング材３８によりシーリングされている。

ここで、ＡＣ−ＥＣＵ３２の制御動作について説明する。図７は、ＡＣ−ＥＣＵの動作処理フローチャートである。

まず、ＡＣ−ＥＣＵ３２は、車載用空気調和装置１０の運転に先立ち、二酸化炭素センサ３１の出力に基づいて初期二酸化炭素濃度を測定する（ステップＳ１１）。

続いて、ＡＣ−ＥＣＵ３２は、測定した初期二酸化炭素濃度について運転開始が許される既定値以下であるか否かを判別する（ステップＳ１２）。

ステップＳ１２の判別において、測定した初期二酸化炭素濃度について運転開始が許される既定値以下である場合には（ステップＳ１２；Ｙｅｓ）、車載用空気調和装置１０の運転を開始するとともに、運転と並行して所定のタイミングで二酸化炭素濃度を測定する（ステップＳ１３）。

続いて、ＡＣ−ＥＣＵ３２は、測定した二酸化炭素濃度が運転の継続が許される既定値以下であるか否かを判別する（ステップＳ１４）。

ステップＳ１４の判別において、測定した二酸化炭素濃度が運転の継続が許される既定値以下である場合には（ステップＳ１４；Ｙｅｓ）、再び処理をステップＳ１３に移行し、以下、同様の処理を繰り返すこととなる。

ステップＳ１２の判別において測定した初期二酸化炭素濃度が既定値を超えている場合（ステップＳ１２；Ｎｏ）、あるいは、ステップＳ１４の判別において測定した二酸化炭素濃度が既定値を超えている場合には（ステップＳ１４；Ｎｏ）、コンプレッサ１１を停止し（ステップＳ１５）、モータ３３に排気信号を送信する（ステップＳ１６）。

この結果、モータ３３は可動係合部材３４を跳ね上げ、可動係合部材３４の弁体側係合部材３５に対する係合を解除し、弁体３６を下方に回動させる。その結果、排気口３７が開放され、漏れ出た冷媒が迅速に車外に排出される。

以上の説明のように、本実施の形態２によれば、排気弁を構成する弁体３６は、モータ３３により開放状態とされる構成を採っているため、より冷媒の漏れ量が少ない時点で排気弁を開放することができ、迅速に冷媒を車外に排出することができる。

（実施の形態３）
以上の各実施形態は、排気弁を構成する弁体をケーシング１０Ｂに設けるものであったが、この実施の形態３はエバポレータ１４の排気ダクトを介して冷媒を車外に排気するようにした構成例を開示する。

図８は、実施の形態３の説明図である。図８に示すように、車室外から導入される外気をコンデンサ１３により加熱して車室内に導入するとともに、車室内から導入される内気をエバポレータ１４により冷却し熱を回収した後、車室外へ排出口を有するものがある。実施の形態３は、この排出口と共用して漏れた冷媒を車外に排出するものである。すなわち、エバポレータ１４よりも下流側にある排出口に設けられ開放弁４３を備えるものである。

車載用空気調和装置１０は、ＡＣ−ＥＣＵ３２により駆動されるモータ１６Ａにより回転されるブロワファン１６が配置され、エバポレータ１４の排気ダクト４０には、排気ダクト４０を閉じるための閉鎖弁４１を有している。

ＡＣ−ＥＣＵ３２は、二酸化炭素センサ３１により冷媒が漏れたことを検出した場合、車室内への空気の流れを閉鎖弁４１により遮断するとともに、開放弁４３を開状態とする。

この結果、漏れた冷媒はブロワファン１６により集められ、エバポレータ１４を通過して閉鎖弁４１に沿って流れ、開放弁４３を介して車外に放出される。

以上の説明のように、本実施の形態３によれば、漏れた冷媒をエバポレータの排気ダクトを介して強制的に車外に排出できるので、迅速に冷媒を車外に排出できる。

（実施の形態４）
上記実施の形態３は、エバポレータ１４の排気ダクト４０から直接開放弁４３を介してケーシング外へ冷媒を放出する例であるが、この実施の形態４はケーシングから車両の床板に向けて排気ダクトを介して車外に排出するようにした構成例を開示する。

図９は、実施の形態４の説明図である。図９（ａ）は全体図であり、図９（ｂ）は、図９（ａ）のＡＲ部拡大図である。なお、図９において、図８の実施の形態３と同様の部分には同一の符号を付す。

図示するように、車両５５のボンネット内に空調装置１０が搭載されている。ケーシング１０Ｂ内には二酸化炭素センサ３１が設けられており、ケーシング１０Ｂ内の二酸化炭素濃度が所定値以上となると、冷媒が漏れていると判断してＡＣ−ＥＣＵ３２は、モータ５１を駆動する。

これによりモータ５１は、リンク機構５２を駆動し、図９（ｂ）中、破線で示すように、排気ダクト５３内に設けられている開放弁５４を開状態として、ケーシング内の二酸化炭素を車外に排出する。開放弁５４は、車両１０の底面側に開閉し、冷媒を車両１０の底面側に排出する。

以上の説明では、 開放弁の駆動を、モータを駆動源とするリンク機構により行っていたが、実施の形態１と同様の開放弁を用いる構成を採ることも可能である。

（実施の形態の効果）
以上の説明のように、上記各実施形態によれば、冷媒が漏れた場合でも、車室内に排出される冷媒量を低減して、漏れ出した冷媒を迅速に車外に排出することができる。さらに、上記各実施形態によれば、漏れ出した冷媒の排出を、車室内から導入される内気をエバポレータにより冷却し熱を回収した後、車室外へ排出する排出口と共用することができる。

（実施の形態の変形例）
以上の説明においては、冷媒が漏れ出したことを検出するセンサとして、二酸化炭素の濃度を検出する二酸化炭素センサ３１を用いていたが、本発明はこれに限られず、二酸化炭素センサ３１に代えて圧力センサを設け、媒体が漏れていると考えられる所定圧力以上となった場合に開放弁を開状態とするように構成するようにしても良い。

また、以上の説明においては、空気よりも比重が重い二酸化炭素を冷媒として用いていたため、排気口をケーシング１０Ｂの下面に設けていたが、使用する冷媒の種類に応じてより排気しやすい位置に排気口を設けるようにすればよい。

また、本実施の形態では、車載用空気調和装置１０は、車両のファイアウォールＦＷに隣接した車両前方の車室外に設けられていると記載したが、車載用空気調和装置１０は、車室外に設けられるのであれば車両前方でなくてもよい。例えば、車載用空気調和装置１０を、車両後方の車室外に設けることも可能である。車載用空気調和装置１０を車室外に設けることで、漏れた冷媒を車室内の乗員から遠ざけることができる。

本発明は、電気自動車に搭載されるエアコンディショナに利用可能である。

１０ 車載用空気調和装置
１０Ａ 空気調和装置本体
１０Ｂ ケーシング
１１ コンプレッサ
１２ 高圧側冷媒配管
１３ コンデンサ
１４ エバポレータ
１５ アキュムレータ
１６ ブロワファン
１６Ａ モータ
１７ 低圧側冷媒配管
２０ 排気弁
２１ 弁体
２２ 弾性部材
２３ 開放状態保持部材
３１ 二酸化炭素センサ
３２ ＡＣ−ＥＣＵ
３３ モータ
３４ 可動係合部材
３５ 弁体側係合部材
３６ 弁体
３７ 排気口
４０ 排気ダクト
４１ 閉鎖弁
４３ 開放弁
５１ モータ
５２ リンク機構
５３ 排気ダクト
５４ 開放弁
５５ 車両

本発明の車載用空気調和装置は、車両の車室外に搭載され、冷媒を用いて前記車両の車室内の空気調和を行う車載用空気調和装置本体と、前記車両の車室外に搭載され、前記車載用空気調和装置本体を内部に収納するケーシングと、を具備し、前記車載用空気調和装置本体から前記ケーシング内に漏出した冷媒を前記車両の外に排出する弁体が前記ケーシングに設けられている、構成を採る。

本発明の車載用空気調和装置は、車両の車室外に搭載され、冷媒を用いて前記車両の車室内の空気調和を行う車載用空気調和装置本体と、前記車両のファイアウォールに隣接した前記車両の車室外に搭載され、前記車載用空気調和装置本体を内部に収納するケーシングと、を具備し、前記車載用空気調和装置本体から前記ケーシング内に漏出した冷媒を前記車両の外に排出する弁体が前記ケーシングに設けられている、構成を採る。

Claims (8)

1. 車両の車室外に搭載され冷媒を用いて車室内の空気調和を行う車載用空気調和装置であって、
   前記車載用空気調和装置本体がケーシング内に収納され、
   前記ケーシングに前記ケーシング内で漏出した冷媒を前記車両の外に排出する排気装置が設けられている、
   車載用空気調和装置。
2. 前記排気装置は、漏出した前記冷媒の圧力により開状態となる弁体を備えた請求項１記載の車載用空気調和装置。
3. 前記弁体の開度が所定開度以上となった場合に、当該弁体の開度を所定開度に保持する保持部材を備えた請求項２記載の車載用空気調和装置。
4. 前記排気装置を構成する弁体と、
   前記ケーシング内の冷媒の圧力又は濃度を検出するセンサと、
   前記センサにより所定濃度以上の冷媒の漏出が検出された場合に、前記弁体を強制的に開状態とする弁駆動手段と、
   を備えた請求項１記載の車載用空気調和装置。
5. 前記冷媒は二酸化炭素であり、
   前記排気装置は、前記ケーシングにおける前記車両の底面側に外気に連通して設けられている請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の車載用空気調和装置。
6. 前記排気装置は、被調和空気の流路の一部を経由して前記排気装置に導かれる請求項１に記載の車載用空気調和装置。
7. 前記冷媒の排出時に、被調和室内に連通する前記被調和空気の流路を遮断する遮断部材を備えた請求項６記載の車載用空気調和装置。
8. 冷媒を圧縮するコンプレッサと、圧縮された前記冷媒の温熱を放熱させるコンデンサと、放熱された前記冷媒を膨張させることにより前記冷媒を減圧する膨張部と、減圧された前記冷媒に熱を吸熱させるエバポレータと、をさらに備え、
   前記排気装置は、前記エバポレータよりも下流側に設けられた、
   請求項１記載の車載用空気調和装置。
   

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