JP2017074833A - 車両用空調装置 - Google Patents

Abstract

【課題】構造を簡素化して製品コストの低減を図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１は、コンデンサ１２とエバポレータ１３が一体ブロック化された熱交換ブロック５を備えている。熱交換ブロック５は、エバポレータ１３を内気通路２に臨ませ、かつコンデンサ１２を外気通路３に臨ませる第１の位置と、エバポレータ１３を外気通路３に臨ませ、かつコンデンサ１２を内気通路２に臨ませる第２の位置との間で、変位可能に配置されている。
【選択図】図１

Description

この発明は、ヒートポンプサイクルを利用した車両用空調装置に関するものである。

電気自動車や燃料電池車両等のエンジンを搭載しない車両においては、暖房運転時の熱源としてエンジンの熱を利用することができない。このため、この種の車両においては、ヒートポンプサイクルを利用して暖房運転を行う空調装置が用いられている。ヒートポンプサイクルを利用した多くの車両用空調装置においては、冷房運転時と暖房運転時とで冷媒流路を切り替えている。

しかし、冷房運転時と暖房運転時で冷媒流路を切り換える車両用空調装置においては、各種の配管や弁、継手等の付帯部品が増加するため、製品コストの高騰や重量増加の原因となり易いうえ、冷媒の流通抵抗の増大等によって空調性能が悪化することが懸念される。

このため、これに対処し得る車両用空調装置として、コンデンサとエバポレータの間を冷媒が循環する熱交換ユニットをケーシング内に配置し、ケーシング内を通って室内に供給される空気を、運転モードに応じて、コンデンサとエバポレータのいずれかと選択的に熱交換するようにしたものが案出されている（例えば、特許文献１参照）。
なお、この空気調和装置の熱交換ユニットでは、コンプレッサの吐出部がコンデンサの冷媒流入部に接続され、コンデンサの冷媒流出部が膨張弁を介してエバポレータの冷媒流入部に接続されるとともに、エバポレータの冷媒流出部がコンプレッサの吸入部に接続されている。

国際公開第２０１４／１５６５８５号

しかしながら、特許文献１に記載の車両用空調装置では、ケーシング内の空気の流れを切り換えるための切り換えドアが複数設けられ、冷房運転時と暖房運転時に複数の切り換えドアによってケーシング内の流路が切り換えられていた。このため、特許文献１に記載の車両用空調装置においては、流路切り換えのための構造が複雑になり、製品コストの高騰を招く要因となっていた。

そこでこの発明は、構造を簡素化して製品コストの低減を図ることができる車両用空調装置を提供しようとするものである。

この発明に係る車両用空調装置は、上記課題を解決するために、内部を流通する冷媒の熱を周囲に放熱するコンデンサ（例えば、実施形態のコンデンサ１２）と、内部を流通する冷媒によって周囲の熱を吸熱するエバポレータ（例えば、実施形態のエバポレータ１３）と、吐出部が前記コンデンサの冷媒流入部に接続され、吸入部が前記エバポレータの冷媒流出部に接続されたコンプレッサ（例えば、実施形態のコンプレッサ４）と、前記コンデンサの冷媒流出部と前記エバポレータの冷媒流入部の間に介装された膨張弁（例えば、実施形態の膨張弁１５）と、前記コンデンサと前記エバポレータのいずれか一方と車室内の空気を熱交換する内気通路（例えば、実施形態の内気通路２）と、前記コンデンサと前記エバポレータのいずれか他方と車室外の空気を熱交換する外気通路（例えば、実施形態の外気通路３）と、を備えた車両用空調装置において、前記コンデンサと前記エバポレータが一体ブロック化された熱交換ブロック（例えば、実施形態の熱交換ブロック５）を備え、前記熱交換ブロックが、前記エバポレータを前記内気通路に臨ませ、かつ前記コンデンサを前記外気通路に臨ませる第１の位置と、前記エバポレータを前記外気通路に臨ませ、かつ前記コンデンサを前記内気通路に臨ませる第２の位置との間で、変位可能に配置されるようにした。

上記の構成により、冷房運転時には、熱交換ブロックを第１の位置に変位させ、その状態においてコンプレッサを作動させる。これにより、冷媒は、コンデンサを流通する際に外気通路に放熱し、その後、膨張弁を通過してエバポレータを流通する際に内気通路を流れる空気を冷却する。また、暖房運転時には、熱交換ブロックを第２の位置に変位させ、その状態においてコンプレッサを作動させる。これにより、冷媒は、コンデンサを流通する際に内気通路に放熱して、内気通路を通過する空気を昇温させ、膨張弁を通過してエバポレータを流通する際に外気通路から吸熱する。

前記熱交換ブロックは、前記内気通路と前記外気通路の境界部の近傍に回動可能に支持されるようにしても良い。
この場合、熱交換ブロックを回動させることにより、熱交換ブロックを第１の位置と第２の位置の間で容易に変位させることが可能になる。

前記熱交換ブロックの前記エバポレータと前記コンデンサの境界部には、前記内気通路と前記外気通路の境界壁（例えば、実施形態の境界壁１６）の一部が一体に設けられるようにしても良い。
この場合、熱交換ブロックを第１の位置と第２の位置の間で回動変位させたときに、境界壁の一部も熱交換ブロックと一体に回動変位する。このため、この構造を採用することにより、熱交換ブロックを内気通路や外気通路と干渉することなく、回動変位させ易くなる。

前記熱交換ブロックには、前記内気通路と前記外気通路の各一部を構成する通路ブロック（例えば、実施形態の通路ブロックＢ１）が一体に設けられており、前記熱交換ブロックは、前記通路ブロックとともに、前記第１の位置と前記第２の位置との間で、変位可能に配置されるようにしても良い。
この場合、熱交換ブロックを第１の位置と第２の位置の間で回動変位させたときに、通路ブロックも熱交換ブロックと一体に回動変位する。このため、この構造を採用することにより、熱交換ブロックが内気通路や外気通路と干渉するのを容易に回避することができ、設計が容易になる。

前記コンプレッサは、車体側に変位不能に設置され、前記熱交換ブロックの前記エバポレータの冷媒流出部と前記コンデンサの冷媒流入部とは、前記熱交換ブロックの前記変位を許容する撓み変形可能な配管（例えば、実施形態の配管１４ａ，１４ｂ）を介して前記コンプレッサに接続されるようにしても良い。
この場合、熱交換ブロックを第１の位置と第２の位置の間で変位させると、車体側に設置されたコンプレッサの配管が撓み変形することによってエバポレータとコンデンサに対する接続状態を維持する。このため、この構造を採用することにより、コンプレッサを熱交換ブロックと一体に回動させる必要がなくなるため、構造の簡素化と装置の小型化を図ることができる。

この発明によれば、熱交換ブロックを第１の位置と第２の位置の間で変位させることにより、運転状態を切り換えることができるため、流路切り換えのための構造を簡素化することができる。したがって、この発明によれば、構造を簡素化して製品コストの低減を図ることができる。

この発明の一実施形態に係る車両用空調装置の冷房運転時の状態を示す断面図である。 この発明の一実施形態に係る車両用空調装置の概略構成を示す断面図である。 この発明の一実施形態に係る車両用空調装置の暖房運転時の状態を示す断面図である。 この発明の一実施形態に係る車両用空調装置の除湿暖房運転時の状態を示す断面図である。

以下、この発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１，図３，図４は、この実施形態に係る車両用空調装置１の模式的な断面を示す図であり、図２は、車両用空調装置１の別の断面を示す図である。
車両用空調装置１は、車室内の空気を吸い込んで熱交換を行った後に、その空気を再度車室内に流出させる内気通路２と、車室外の空気を吸い込んで熱交換を行った後に、その空気を車室外に排出する外気通路３と、図２に示すコンプレッサ４とともにヒートポンプサイクルを構成する熱交換ブロック５と、を備えている。

内気通路２と外気通路３の一部は隣接して略平行に配置されており、熱交換ブロック５は、内気通路２と外気通路３の略平行に配置された部分に両通路に跨るように配置されている。内気通路２の上流部には、車室内の空気を送給するブロア６が配置され、内気通路２の下流部には、車室内に導通する複数の吹き出し口７Ａ，７Ｂ，７Ｃが接続されている。これらの吹き出し口７Ａ，７Ｂ，７Ｃは、例えば、車室内の前席の前方に空気を吹き出すＶＥＮＴ用の吹き出し口や、車室内の前席の足元に空気を吹き出すＦＯＯＴ用の吹き出し口や、ウィンドシールドガラスに除湿空気を吹き付けるＤＥＦ用の吹き出し口である。各吹き出し口７Ａ，７Ｂ，７Ｃは、それぞれ開閉ドア８Ａ，８Ｂ，８Ｃによって適宜開閉されるようになっている。

外気通路３の上流部には、車室外の空気を送給するブロア９が配置されている。なお、この実施形態の場合、内気通路２内を通過する空気の流れと外気通路３内を通過する空気の流れは相反する向きに設定されている。
また、外気通路３の下流部と、内気通路２のブロア９よりも上流側領域の間には、連通口１０が設けられており、その連通口１０が開閉ドア１１によって適宜開閉されるようになっている。

熱交換ブロック５は、内部を流通する冷媒の熱を周囲に放熱するコンデンサ１２と、内部を流通する冷媒によって周囲の熱を吸熱するエバポレータ１３とが相互に連結されて、全体が略直方体状のブロックとされている。図２に示すように、コンデンサ１２の冷媒流入部１２ｉは、配管１４ａを介してコンプレッサ４の吐出部４ｏに接続され、エバポレータ１３の冷媒流出部１３ｏは、配管１４ｂを介してコンプレッサ４の吸入部４ｉに接続されている。また、コンデンサ１２の冷媒流出部１２ｏとエバポレータ１３の冷媒流入部１３ｉは膨張弁１５を介して相互に接続されている。膨張弁１５は、コンデンサ１２からエバポレータ１３に流入する冷媒を急激に膨張させることによって冷媒温度を低下させる。熱交換ブロック５においては、コンプレッサ４が作動することによって冷媒が内部を循環する。

熱交換ブロック５は、内気通路２と外気通路３の境界部付近を中心として、両通路に跨る領域において回動変位可能に配置されている。具体的には、熱交換ブロック５は、内気通路２と外気通路３の間に設けられた回動軸１８を中心として１８０°回動可能とされている。熱交換ブロック５の回動は図示しないモータ等の駆動手段によって行われる。

熱交換ブロック５は、エバポレータ１３が内気通路２に臨み、かつコンデンサ１２が外気通路３に臨む第１の位置と、エバポレータ１３が外気通路３に臨み、かつコンデンサ１２が内気通路２に臨む第２の位置の間で回動変位可能されている。熱交換ブロック５は、冷房運転時には、図１に示すように第１の位置に切り換えられ、暖房運転時や除湿暖房運転時には、図３，図４に示すように第２の位置に切り換えられる。

また、この実施形態の場合、熱交換ブロック５の配置される領域の近傍の内気通路２と外気通路３の間の境界壁１６は、熱交換ブロック５上のエバポレータ１３とコンデンサ１２の境界部に一体に結合され、熱交換ブロック５とともに回動可能とされている。
ただし、熱交換ブロック５は、内気通路２と外気通路３の各一部を構成する通路ブロックＢ１とともに、第１の位置と第２の位置の間で回動変位できるようにしても良い。

また、この実施形態では、コンプレッサ４は、図２に示すように車体側に変位不能に固定設置され、撓み変形可能な配管１４ａ，１４ｂを介して熱交換ブロック５のコンデンサ１２とエバポレータ１３に接続されている。各配管１４ａ，１４ｂは、余長部を有し、熱交換ブロック５が第１の位置と第２の位置の間で回動変位したときに不要な応力が生じにくくなっている。

つづいて、この実施形態に係る車両用空調装置１の動作について説明する。
冷房運転時には、図１に示すように、熱交換ブロック５を第１の移動位置に回動させ、車室内のＶＥＮＴ用の吹き出し口７Ａを開口する。この状態において、内気通路２と外気通路３の各ブロア６，９を作動させるとともに、コンプレッサ４を作動させる。なお、外気通路３の下流側と内気通路２の上流側を連通する連通口１０は、このとき開閉ドア１１によって閉じられている。
これにより、熱交換ブロック５上のコンデンサ１２では、冷媒の熱が外気通路３内において放熱され、エバポレータ１３では、冷却された冷媒が内気通路２を流れる空気を冷却する。この結果、車室内のＶＥＮＴ用の吹き出し口７Ａからは冷房風が吹き出される。

また、暖房運転時には、図３に示すように、熱交換ブロック５を第２の移動位置に回動させ、車室内のＦＯＯＴ用の吹き出し口７Ｂを開口する。この状態において、内気通路２と外気通路３の各ブロア６，９を作動させるとともに、コンプレッサ４を作動させる。このとき、外気通路３の下流側と内気通路２の上流側を連通する連通口１０は開閉ドア１１によって閉じられている。
これにより、熱交換ブロック５上のエバポレータ１３では、内部の冷媒が外気通路３内の空気から熱を取り込み、コンデンサ１２では、内部を通過する冷媒の熱を内気通路２内で放熱する。この結果、車室内のＦＯＯＴ用の吹き出し口７Ｂからは暖房風が吹き出される。

また、除湿暖房時には、図４に示すように、熱交換ブロック５を第２の移動位置に回動させ、車室内のＦＯＯＴ用の吹き出し口７ＢとＤＥＦ用の吹き出し口７Ｃを開口し、さらに外気通路３の下流側と内気通路２の上流側を連通する連通口１０を開口する。この状態において、内気通路２と外気通路３の各ブロア６，９を作動させるとともに、コンプレッサ４を作動させる。
これにより、熱交換ブロック５上のエバポレータ１３では、内部の冷媒が外気通路３内の空気から熱を取り込み、コンデンサ１２では、内部を通過する冷媒の熱を内気通路２内で放熱する。また、外気通路３において、エバポレータ１３を通過した空気はエバポレータによって水分を除去されて乾燥空気となるが、その乾燥空気は連通口１０を通って内気通路２のブロア６に吸い込まれる。この結果、車室内のＦＯＯＴ用の吹き出し口７ＢとＤＥＦ用の吹き出し口７Ｃからは乾燥した暖房風が吹き出される。

以上のように、この実施形態に係る車両用空調装置１においては、コンデンサ１２とエバポレータ１３が一体ブロック化された熱交換ブロック５を第１の位置と第２の位置の間で適宜変位させることにより、冷房運転と暖房運転（除湿暖房運転を含む。）を切り換えることができる。したがって、この実施形態に係る車両用空調装置１を採用した場合には、複雑な通路切り換え部が不要になり、製品コストの低減を図ることが可能になる。

なお、この実施形態に係る車両用空調装置１では、熱交換ブロック５が、回動軸１８回りに回動して第１の移動位置と第２の移動位置の間を変位する構造とされているが、第１の移動位置と第２の移動位置の間で変位できれば、回動以外の動作が組み合わされた動作をする機構を用いることも可能である。ただし、この実施形態に係る車両用空調装置１のように、熱交換ブロック５が、内気通路２と外気通路３の境界部の近傍に回動可能に支持されるようにした場合には、簡単な構造により、熱交換ブロック５を第１の位置と第２の位置の間で容易に変位させることができる。

また、この実施形態に係る車両用空調装置１においては、熱交換ブロック５上のエバポレータ１３とコンデンサ１２の境界部に、内気通路２と外気通路３の境界壁１６の一部が一体に設けられ、その境界壁１６が熱交換ブロック５と一体に回動する構成とされている。このため、長尺な熱交換ブロック５を内気通路２や外気通路３と干渉することなく、容易に回動変位させることができる。

また、上述した変形例のように、内気通路２と外気通路３の各一部を構成する通路ブロックＢ１が熱交換ブロック５に一体に結合され、熱交換ブロック５と通路ブロックＢ１が一体に回動する構成とした場合には、熱交換ブロック５が内気通路２や外気通路３と干渉するのをより容易に回避することができる。

さらに、この実施形態に係る車両用空調装置１においては、コンプレッサ４が車体側に固定設置され、熱交換ブロック５上のエバポレータ１３の冷媒流出部１３ｏとコンデンサ１２の冷媒流入部１２ｉが、熱交換ブロック５の回動変位を許容するように、撓み変形が可能な配管１４ａ，１４ｂによってコンプレッサ４に接続されている。このため、コンプレッサ４を熱交換ブロック５と一体に回動させることなく、熱交換ブロック５のみを回動変位させることが可能になる。したがって、この構造を採用することにより、構造の簡素化と装置の小型化を図ることができる。

なお、この発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更が可能である。

１…車両用空調装置
２…内気通路
３…外気通路
４…コンプレッサ
５…熱交換ブロック
１２…コンデンサ
１３…エバポレータ
１４ａ，１４ｂ…配管
１５…膨張弁
１６…境界壁
Ｂ１…通路ブロック

Claims (5)

1. 内部を流通する冷媒の熱を周囲に放熱するコンデンサと、
   内部を流通する冷媒によって周囲の熱を吸熱するエバポレータと、
   吐出部が前記コンデンサの冷媒流入部に接続され、吸入部が前記エバポレータの冷媒流出部に接続されたコンプレッサと、
   前記コンデンサの冷媒流出部と前記エバポレータの冷媒流入部の間に介装された膨張弁と、
   前記コンデンサと前記エバポレータのいずれか一方と車室内の空気を熱交換する内気通路と、
   前記コンデンサと前記エバポレータのいずれか他方と車室外の空気を熱交換する外気通路と、を備えた車両用空調装置において、
   前記コンデンサと前記エバポレータが一体ブロック化された熱交換ブロックを備え、
   前記熱交換ブロックが、前記エバポレータを前記内気通路に臨ませ、かつ前記コンデンサを前記外気通路に臨ませる第１の位置と、前記エバポレータを前記外気通路に臨ませ、かつ前記コンデンサを前記内気通路に臨ませる第２の位置との間で、変位可能に配置されていることを特徴とする車両用空調装置。
2. 前記熱交換ブロックは、前記内気通路と前記外気通路の境界部の近傍に回動可能に支持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。
3. 前記熱交換ブロックの前記エバポレータと前記コンデンサの境界部には、前記内気通路と前記外気通路の境界壁の一部が一体に設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の車両用空調装置。
4. 前記熱交換ブロックには、前記内気通路と前記外気通路の各一部を構成する通路ブロックが一体に設けられており、
   前記熱交換ブロックは、前記通路ブロックとともに、前記第１の位置と前記第２の位置との間で、変位可能に配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の車両用空調装置。
5. 前記コンプレッサは、車体側に変位不能に設置され、
   前記熱交換ブロックの前記エバポレータの冷媒流出部と前記コンデンサの冷媒流入部とは、前記熱交換ブロックの前記変位を許容する撓み変形可能な配管を介して前記コンプレッサに接続されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の車両用空調装置。

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