JPH0352363B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ この発明は、自動車内を冷房及び暖房する自動
車用の冷暖房装置に関する。

＜従来の技術＞ 自動車用の暖房装置として温水式のカーヒータ
があり、また、冷房装置としてカークーラがあ
る。上記温水式のカーヒータは、ヒータコアとし
ての熱交換器に、エンジンの冷却水の一部を循環
させてヒータコアに送風し、ヒータコアを通過す
る空気を冷却水の熱で暖めて車内の暖房を行うも
のである。ヒータコアの構造は、複数本のチユー
ブ間に複数のコルゲートフインを配置し、チユー
ブの両端にヘツダータンクを設け、これらをロウ
付けしたものである。また、カークーラは、冷媒
を圧縮器で圧縮して高温高圧の気体とし、この気
体を複数の流体通路を形成したアルミニウム製押
出しチユーブを蛇行状に成形し、平行するチユー
ブ間にフインを配置してロウ付けしたコンデンサ
（凝縮器）としての熱交換器で外気により冷却し
て液化させ、この液体となつた冷媒が車内に設け
たエバポレータ（蒸発器）で気体に戻るときの気
体熱により車内の熱を奪つて冷房している。エバ
ポレータも熱交換器で、上記コンデンサと同様
に、蛇行状のチユーブに多数のフインを設け、チ
ユーブ内に冷媒を通して、フインを介して冷媒と
空気との間で熱交換を行うものである。

＜発明が解決しようとする問題点＞ 従来は暖房装置と冷房装置とを夫々別々に設置
しているので、装置の費用がかさみ、夫々の熱交
換器が車内やエンジンルームのスペースをとつて
不経済である。

また、従来の温水式のカーヒータはエンジンの
冷却水の一部をヒータコアに循環させているの
で、冷却水が昇温していないエンジンの始動直後
から暫くの間は熱量不足となり暖房が効かず、冷
却水が昇温するまでの間は寒い。また、デイーゼ
ルエンジンの場合には暖気運転に更に時間を要
し、昇温に時間がかかつてやはり寒い。一方、寒
冷地では上記温水式のカーヒータのみでは熱量不
足のため、補助ヒータが必要になつている。

更に、従来のカークーラで冷媒の循環を逆転さ
せて、冷房装置におけるコンデンサを暖房装置の
エバポレータとして、また冷房装置におけるエバ
ポレータを暖房装置のコンデンサとして作用させ
ると、ヒートポンプ式の暖房装置とすることがで
きるが、従来の冷房装置におけるコンデンサを単
に暖房装置のエバポレータとして作用させたので
は充分な吸熱（冷媒の加熱）を行うことができ
ず、暖房装置として充分に機能しない。

＜問題点を解決するための手段＞ 本発明は、上記に鑑みなされたもので、自動車
の室内側にフインを有する第１熱交換器を室内空
気と熱交換可能に設置し、車体の外気と熱交換可
能な位置にフインを有する第２熱交換器を設置
し、上記第１熱交換器と第２熱交換器との間をパ
イプで連結すると共に冷媒を封入して冷媒の循環
路を形成し、この冷媒をパイプの途中に設けたコ
ンプレツサにより循環させるようにした自動車の
冷暖房装置において、上記第２熱交換器には２系
統の流体が通過可能なように２種類の通路を有す
る複合チユーブを設け、上記パイプの途中にはコ
ンプレツサによる冷媒の循環方向を逆転可能なバ
ルブを設置して、冷媒を上記第２熱交換器の一方
の通路に通すと共に、エンジンから延在する排気
管の外気にはヒートパイプの受熱部を形成し、該
ヒートパイプの放熱部を上記第２熱交換器の他の
通路に作動流体を通すことにより冷媒と熱交換可
能に形成し、上記ヒートパイプの途中には作動流
体の閉止弁を設けて、上記バルブ及び閉止弁の操
作により第２熱交換器において冷媒をエンジン排
熱により加熱可能としたものである。

＜作用＞ バルブを操作して、冷媒を第１熱交換器から第
２熱交換器、コンプレツサ、第１熱熱交換器へと
循環するようにすると、第１熱交換器は暖房装置
のコンデンサとして、第２熱交換器はエバポレー
タとして作用し、冷媒は、第２熱交換器において
ヒートパイプを介して供給されるエンジンの高温
排熱を複合チユーブの壁を通して吸熱気化し、コ
ンプレツサで加圧されて第１熱交換器に圧送さ
れ、第１熱交換器において放熱して車内の暖房を
行うと共に液化して第２熱交換器へと戻る。ま
た、バルブを操作して冷媒が上記とは逆に第１熱
交換器からコンプレツサ、第２熱交換器、第１熱
交換器へと循環するようにすれば、第１熱交換器
は冷房装置のエバポレータとして、第２熱交換器
はコンデンサとして夫々作用し、冷媒は、コンプ
レツサで圧縮液化し、第２熱交換器において外気
で冷却され、第１熱交換器において車内の暖かい
空気に触れて気化し、気化熱により車内の冷房を
行うと共にコンプレツサに戻る。

＜実施例＞ 本発明の冷暖房装置は、第１図に示すように二
つの循環路を有し、一つは第１熱交換器１、第２
熱交換器２及びコンプレツサ３を結んだ循環路Ａ
で、この循環路Ａには冷媒が循環する。他の一つ
はエンジン４から延在する排気管６の外周に巻成
した受熱部５と上記第２熱交換器２とを結んだ循
環路Ｂで、この循環路Ｂにはヒートパイプの作動
流体が循環する。これらの循環路Ａと循環路Ｂと
は、第２熱交換器２において熱交換可能に接触し
ている。

循環路Ａは、車内側の例えばダツシユボード下
部に室内空気と熱交換可能に設置した第１熱交換
器１の出口部１₀と、フロントグリル付近など空
気の流通のよい位置に外気と熱交換可能に設置し
た第２熱交換器２の入口部２_iとをパイプP₁で連
結し、第２熱交換器２の出口部２₀とコンプレツ
サ３の入口部３_iとをバルブV₁を介してパイプP₂
で連結し、コンプレツサ３の出口部３₀と第１熱
交換器の入口部１_iをバルブV₂を介してパイプP₃
で連結すると共に、パイプP₂の途中からパイプ
P₄を分岐し、パイプP₄の先端をバルブV₃を介し
てコンプレツサ３の出口部３₀とバルブV₂との間
に連結し、更にコンプレツサ３の入口部３_iとバ
ルブV₁との間からパイプP₅を分岐し、パイプP₅
の先端をバルブV₄を介してパイプP₃の途中に連
結して構成する。そして、上記バルブV₁とバル
ブV₂を共に開放し、バルブV₃とバルブV₄を共に
閉止すると、冷媒は、第１図中に〓印で示すよう
に、第１熱交換器１、第２熱交換器２、コンプレ
ツサ３、第１熱交換器１の順に循環する。一方、
前記バルブV₁とバルブV₂を共に閉止し、バルブ
V₃とバルブV₄を共に開放すると、コンプレツサ
３の定方向性にかかわらず、冷媒は、上記とは逆
に、第１図中に印で示すように、第１熱交換器
１、コンプレツサ３、第２熱交換器２、第１熱交
換器１の順に循環する。尚、上記実施例では、４
個のバルブとバイパス回路を設けているが、これ
に換えて４方弁を使用して配管を簡略化してもよ
い。

一方、循環路Ｂは、エンジン４の高温排熱を受
取る受熱部５と第２熱交換器２とをパイプで結ん
で真空引きを行いヒートパイプ構造としたもので
ある。受熱部５は排気管６の外面に管材７を巻き
付るなど適宜接触させて熱交換可能に形成する。
受熱部５の出口側５₀と第２熱交換器２の注入部
２′_iとをパイプP₆で連結し、第２熱交換器２の注
出部２′₀と受熱部５の入口側５_iとを閉止弁V₅を
介してパイプP₇で連結する。従つて、循環路Ｂ
では、閉止弁V₅を開放しておけば、ヒートパイ
プの作動流体は受熱部５でエンジン排熱により蒸
発してパイプP₆を通つて第２熱交換器２に入り、
該第２熱交換器２において冷媒と熱交換すること
により放熱液化してパイプP₇をから受熱部５に
戻る。

尚、ヒートパイプの作動原理は、金属製管材内
に毛細管作用をもつウイツク層を形成し、管内を
減圧密閉状態にして、ウイツク層を濡らす程度の
作動流体を封入したものである。このヒートパイ
プの一部を受熱部として加熱すると液状の作動流
体は壁面より熱を受けて蒸発し、他の低温部分即
ち放熱部に移動し、ここで冷たい壁面に接触して
放熱すると共に凝縮して液体に戻り、ウイツク層
の毛細管作用により受熱部に還流して熱の輸送を
行うものである。また、受熱部を放熱部よりも低
い位置に設定すれば、液化した作動流体は自然落
下するのでウイツク層を形成しなくても、作動流
体は受熱部に還流する。従つて、本発明装置にお
いても、循環路Ｂを形成する管材全体にウイツク
層を形成して、作動流体を還流するようにしても
よいし、受熱部５を第２熱交換器２よりも低い位
置に設置して、液化した作動流体が自然落下して
受熱部５に戻るようにしてもよい。

本発明に用いる第１熱交換器１は、第２図に示
すように、１本の連続した金属製のチユーブ８内
に複数の冷媒通路９を形成すると共に、該チユー
ブ８が蛇行状に屈曲する外壁の間に、空気が抜け
るように多数の金属製のフイン１０を設けたもの
である。冷媒通路９に設けた仕切１１は冷媒通路
９を複数に分割している。またこの仕切１１は十
字形に形成してあり、冷媒とチユーブ８との熱伝
達を良好にすると共にチユーブ８の耐圧を高めて
いる。また、第１熱交換器１の左右には保護板１
２が、上下にはコの字形の保護枠１３が設けてあ
り、夫々フイン１０の側部及びチユーブ８の屈曲
部を保護している。上記のようなチユーブ８はア
ルミ等の押出し成形で作ることができ、フイン１
０とチユーブ８とはロウ付けするのが好ましい。
このような第１熱交換器１は車内の例えばダツシ
ユボードの下部に設置する。

循環器Ａと循環器Ｂとが接触する第２熱交換器
２は、例えば第３図または第４図に示すように、
２系統の流体が通過可能なように２種類の通路を
有する複合チユーブを設けた構造にする。即ち、
第３図の場合は、第１の流体である冷媒が通過す
る冷媒通路１４と、第２の流体であるヒートパイ
プの作動流体が通過する流体通路１５とを偏平な
チユーブ１６内に横一体に形成したもので、冷媒
通路１４には仕切１７を、流体通路１５には仕切
１８を夫々設けて、各通路は複数に分割してあ
る。冷媒通路１４の仕切１７は十字形にしてあ
り、冷媒と流体通路１５の作動流体との熱の伝達
を良好にすると共にチユーブ１６の耐圧を高めて
いる。このようなチユーブ１６を蛇行状にして、
該チユーブ１６の間に空気が幅方向に抜けるよう
な多数の金属製のフイン１９を設けるが、フイン
１９は冷媒通路１４の部分にのみ設ける。また、
第２熱交換器２の上下端には保護板２０が、左右
端にはコの字形の保護枠２１が設けてあり、夫々
フイン１９の側部及びチユーブ１６の屈曲部を保
護している。尚、図示していないが、冷媒通路１
４の両端は第２熱交換器２の入口部２_i及び出口
部２₀となつており、また流体通路１５の両端は
第２熱交換器２の注入部２′_i及び注入部２′₀とな
つている。上記のような第２熱交換器２を外気と
熱交換可能なように車体の空気の流通のよい箇所
例えばエンジンルーム内のフロントグリル付近に
設置する。設置は冷媒通路１４側を前にして風が
冷媒通路１４側から流体通路１５側へ抜けるよう
にする。このように設置すれば、冷媒の外気によ
る冷却を妨げない。

第４図は複合チユーブを有する第２熱交換器の
他の構造を示し、冷媒通路２２とヒートパイプの
流体通路２３とを上下に重合したチユーブ２４を
用いて第２熱交換器２′を構成したものである。
図面に示すチユーブ２４には上段に複数に分割し
た冷媒通路２２を、下段に複数に分割したヒート
パイプの流体通路２３を夫々形成してあるが、上
段に流体通路を、下段に冷媒通路を形成してもよ
い。チユーブ２４の冷媒通路２２の仕切２５も十
字形に形成してあり、冷媒の熱の授受を良好にす
ると共にチユーブ２４の耐圧を高めている。この
ようなチユーブ２４を蛇行状にして、チユーブ２
４の間に空気が幅方向に抜けるような多数のフイ
ン２６を設ける。また、第２熱交換器２′の上下
には保護板２７を、左右にはコの字形の保護枠２
８を設けて、夫々フイン２６の側部及びチユーブ
２４の屈曲部を保護している。尚、図示していな
いが、冷媒通路２２の両端は第２熱交換器２の入
口部２_i及び出口部２₀となつており、また流体通
路２３の両端は第２熱交換器２の注入部２′_i及び
注出部２′₀となつている。上記のように冷媒通路
２２を上側に、ヒートパイプの流体通路２３を下
側にして構成すると、作動流体の熱が冷媒に伝わ
り易く、冷媒の熱交換効果が向上する。

上記のような本発明の冷暖房装置による暖房作
用を第１図により説明すると、循環路Ａ中のバル
ブV₁とバルブV₂を共に開放し、バルブV₃とバル
ブV₄を共に閉止し、また循環路Ｂ中の閉止弁V₅
を開放しておく。この状態でコンプレツサ３を作
動すると、冷媒は第１図中の循環路Ａを、第１熱
交換器１から第２熱交換器２へ、第２熱交換器２
からコンプレツサ３を介して第１熱交換器１へと
循環し、第１熱交換器１はヒートポンプ式暖房装
置のコンデンサとして、第２熱交換器２はエバポ
レータとして夫々作用する。エンジン４を始動す
ると直ちに排気熱が発生し、従つて、この排気熱
により循環路Ｂのヒートパイプ内の作動流体が受
熱部５で蒸発して、低温側の第２熱交換器２に流
れる。この第２熱交換器２はヒートポンプ式暖房
装置のエバポレータとして作用しており冷媒が循
環しているので、作動流体と冷媒との間で複合チ
ユーブの壁を介して熱交換が行われ、作動流体は
放熱し、冷媒は吸熱する。放熱した作動流体は液
化してウイツクを介して或は自然落下して受熱部
５に戻り、再びエンジンの排熱により気化して循
環を繰り返す。一方第２熱交換器２で吸熱して気
化した冷媒はコンプレツサ３により圧縮されて更
に高温高圧の気体となつて第１熱交換器１に送ら
れる。この第１熱交換器１はコンデンサとして作
用し、冷媒は冷媒通路９を通過しながらチユーブ
８及びフイン１０を介して周囲の空気に放熱して
車内の暖房を行うと共に液化する。液化した冷媒
は第２熱交換器２に戻り、循環路Ｂで伝達されて
きたエンジンの排熱により再び加熱されて気化
し、この循環を繰り返しながら車内の暖房を行
う。

一方、本発明による冷暖房装置を用いて車内の
の冷房を行うには、循環路Ａ中のバルブV₁とバ
ルブV₂を閉止し、バルブV₃とバルブV₄を開放し
て、室内側の第１熱交換器１を冷房装置のエバポ
レータとして、またフロント側の第２熱交換器２
をコンデンサとして夫々作用させ、且つ循環路Ｂ
中の閉止弁V₅を閉止して作動流体の循環を停止
する。この状態でコンプレツサ３を作動すると、
冷媒は上記暖房時とは逆に、第１図中の循環路Ａ
を、第１熱交換器１からパイプP₃を通り、バル
ブV₄、パイプP₅、コンプレツサ３、バルブV₃、
パイプP₄、パイプP₂を通つて第２熱交換器２へ
入り、パイプP₁を通つて第１熱交換器１に戻る。
冷媒は、コンプレツサ３により圧縮され液化し、
コンデンサ即ちフロント側の第２熱交換器２で外
気により冷却されて室内側のエバポレータ即ち第
１熱交換器１に送られる。この第１熱交換器１で
車内の暖かい空気と接触して、冷媒が気化すると
きに車内の空気の熱を奪つて車内の冷房を行う。
気化した冷媒はコンプレツサ３で圧縮液化されて
第２熱交換器２に送られ、外気により冷却されて
循環を繰り返す。尚、このとき、閉止弁V₅は閉
止してあるので、エンジン４の排熱が第２熱交換
器２に伝わつて、第２熱交換器２即ちコンデンサ
における冷却効果が損なわれることがない。

尚、本発明に用いる第２熱交換器の複合チユー
ブにおける冷媒通路と作動流体の通路とを横一体
とするか、上下に重合するか、或は流体通路を上
にするか下にするかの選択は、エンジンルームの
スペースなどを考慮して適宜選択決定すればよい
が、暖房性能をよくするには、上に冷媒通路を、
下にヒートパイプの流体通路を設定するのがよ
く、冷房性能をよくするには横一体型として車の
進行方向前方に冷媒通路を設定するのがよい。ま
た上記した各バルブは電磁バルブで、コンプレツ
サと共に運転席から自由に制御操作することがで
きる。

＜発明の効果＞ 本発明の冷暖房装置は、バルブの開閉操作のみ
で、暖房と冷房とを切り替えることができ、暖房
時は、室内側に設置した第１熱交換器をコンデン
サとして、複合チユーブを有する第２熱交換器を
エバポレータとして夫々作用させることができ、
冷房時には、第１熱交換器をエバポレータとし
て、第２熱交換器をコンデンサとして夫々作用さ
せることができる。従つて、本発明の冷暖房装置
は夏期は冷房装置として、冬期は暖房装置として
使用することができ、冷房装置と暖房装置を別個
に設置する必要がなく、経済的となり、また、車
内或はエンジンルームを広く有効に利用できる。

また、本発明の冷暖房装置をヒートポンプ式暖
房装置として使用する場合、エンジンを始動すれ
ば直ちに高温となる排気ガスの排熱を、ヒートポ
ンプ式暖房装置のエバポレータ部分を構成する第
２熱交換器にヒートパイプを介して伝達し、しか
も、複合チユーブを通して冷媒と熱交換するの
で、効率よく冷媒を加熱することができ、ヒート
ポンプ式の暖房装置のエバポレータ部分における
吸熱が不充分となることがなく、暖房装置が有効
に作用して、エンジン始動直後から暖房がきき、
車内がすぐに暖まり、エンジン始動直後から快適
な運転を行うことができる。

更に、本発明による冷暖房装置は、従来の温水
式の暖房装置と併用することもできる。この場合
にはエンジン始動直後から冷却水が充分に昇温す
るまでの間を本発明装置で補うことができ、或は
また寒冷地において、従来の温水式の暖房装置の
みでは暖房装置の熱量が不足するような場合に、
充分な熱量を供給して、車内を暖かくすることが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による冷暖房装置の説明図、第
２図は同装置に用いる第１熱交換器の欠截斜視
図、第３図は同じく第２熱交換器の欠截斜視図、
第４図は第２熱交換器の他の実施例の欠截斜視図
を示す。 １……第１熱交換器、２……第２熱交換器、３
……コンプレツサ、４……エンジン、６……排気
管、７……管材、P₄，P₅，P₆，P₇……パイプ、
V₁，V₂，V_3，V₄，……バルブ、V₅……閉止弁。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 自動車の室内側にフインを有する第１熱交換
   器を室内空気と熱交換可能に設置し、車体の外気
   と熱交換可能な位置にフインを有する第２熱交換
   器を設置し、上記第１熱交換器と第２熱交換器と
   の間をパイプで連結すると共に冷媒を封入して冷
   媒の循環路を形成し、この冷媒をパイプの途中に
   設けたコンプレツサにより循環させるようにした
   自動車の冷暖房装置において、 上記第２熱交換器には２系統の流体が通過可能
   なように２種類の通路を有する複合チユーブを設
   け、上記パイプの途中にはコンプレツサによる冷
   媒の循環方向を逆転可能なバルブを設置して、冷
   媒を上記第２熱交換器の一方の通路に通すと共
   に、エンジンから延在する排気管の外面にはヒー
   トパイプの受熱部を形成し、該ヒートパイプの放
   熱部を上記第２熱交換器の他の通路に作動流体を
   通すことにより冷媒と熱交換可能に形成し、上記
   ヒートパイプの途中には作動流体の閉止弁を設け
   て、上記バルブ及び閉止弁の操作により第２熱交
   換器において冷媒をエンジン排熱により加熱可能
   としたことを特徴とする自動車の冷暖房装置。