JP4821034B2 - 車両用エアコンディショニングユニット - Google Patents

Description

本発明は、車両のコンディショニングを行うエアコンディショニングユニットに関する。このようなエアコンディショニングユニットは、客室内のエアコンディショニングを行い、乗客に快適雰囲気を提供すると同時に、閉鎖された場所でのエアコンディショニングを通して、窓ガラスが曇ることを防止し、必要な場合には、窓ガラスの氷結を効率的に除去することを可能にする。氷結除去はまた、悪い天候条件での車両の乗客の安全性を高める補助をする。

一般に、現代の車両には非常に多くの技術的コンポーネンツが使用されていることから、車両に適当なコンポーネンツを設けることにより所望の機能的多様性を実現できるようにするため、車両には、個々のコンポーネンツのスペース条件に関して最適化を行なう要望が存在する。従って、固定エアコンディショニングユニットから知られているようなミキシングチャンバ、流れガイド装置および渦流装置等のエアコンディショニング用大形コンポーネンツは、スペース条件から使用できない。

数ある中で、車両用エアコンディショニングユニットのもう１つの重要な要望は、エアコンディショニングユニットの異なる空気出口には、それぞれの出口の位置および機能に基いて異なる調節がなされた空気を供給すべきであるということである。ダンパードアおよび種々の制御機構により個々の温度が或る限度内に制御されることに疑問はないが、一般に、それぞれの出口に、それぞれの所要プロファイルに従ってプリセットされた温度の空気流を供給することが要望されている。空気流を層状化することにより、スペース条件を低減し、かつ節約された空間を車両の他のコンポーネンツに利用することができる。

空気流の層状化を確立するための、従来技術による種々のアプローチが知られている。
既知の１つの基本原理は、熱交換器の上方のゾーン内に熱風を取出し、この熱風を熱風チャネルを通してデフロスタの空気出口（この空気出口はエアコンディショニング装置の上方部分に位置している）に導くことである。一般に、熱風チャネルの入口は、客室の足元空間内への１つの空気出口の下にある。従って、足元空間内に通じるそれぞれの出口の温度は低下するのに対し、熱風チャネルの端部の下のデフロスタ空気出口の温度は上昇する。この形式の熱風チャネルを設けることにより、足元空間とデフロスタの空気出口との間の温度層状化が改善される。熱風チャネル内の熱風の流れは、チャネル外の冷たい空気により影響を受けないので、熱風チャネルは、温度層状化を改善する効率的な方法である。熱風チャネルに充分な形状が付与されるとすれば、エアコンディショニング装置の圧力損失およびノイズレベルの上昇は極く僅かであるか、減少することもある。

しかしながら、自動車製造業者が、エアコンディショニング装置のミキシングドアの全制御領域に亘って温度層状化しないことを望む場合には、熱風チャネルが足元空間の空気出口の下に熱風を送出すという満足できる結果は得られず、熱風をデフロスタチャネルに向けて送出すに過ぎなくなる。デフロスタの空気出口に到達する熱風の量だけでなく、熱風チャネルを出た後に空気が分散される方向も制御できなくなる。この形式の熱風チャネルを用いて、ダッシュボードおよび運転者用出口および乗客用出口に向かう空気流の温度を制御することはできない。

特に、ダッシュボードおよび足元空間に向かう空気流の温度を制御するには、エアバッフルを挿入して温度層状化を更に高めることがしばしば必要とされている。前記バッフルの寸法および配置によっては、エアコンディショニング装置の圧力損失およびノイズレベルは無視できないほど高くなり、これに加えて、装置のスペース条件も増大する。

下記特許文献１には、小さい圧力損失で車両内の暖房および／またはエアコンディショニングを行う装置が開示されている。冷風チャンバと熱風チャンバとを、付属の空気出口に供給する２つの付加ミキシングチャンバにより連結することが提案されている。付加ミキシングチャンバを設けることにより、それぞれの空気出口において一定範囲の均一な温度を確保するという所望結果が得られるが、この解決法は、必然的に大きい設置スペースまたは付加インサートを必要とし、作動時には大きいノイズを発生する。

下記特許文献２には、エアコンディショニング装置、特に車両用の暖房システムまたはエアコンディショニングシステムが開示されている。このエアコンディショニングシステムはケーシングを有し、該ケーシングには、熱交換器と、空気流を、熱交換器内で加熱される２つの熱風部分流と、熱交換器をバイパスする２つの冷風部分流とに分割する手段とが設けられている。これを達成するため、２つのエアミキシングチャンバが設けられ、各チャンバ内で熱風部分流と冷風部分流とが混合される。エアミキシングチャンバには、部分空気流のための空気入口と、混合空気を座席領域に供給するための空気出口とが設けられている。身体の中央部の空気温度および頭部の空気温度とは独立して、客室の足元空間内の空気温度を制御できるようにするため、２つのエアミキシングチャンバの出口を通って別々に出る混合空気流は、一方のエアミキシングチャンバから出る空気流が座席領域の底領域に流入し、かつ他方のエアミキシングチャンバから出る空気流が座席領域の頂部領域に流入するようにして、座席領域に供給される。

この提案された解決法は、室を分割して別々に冷風流を導く必要があり、このため、付加チャネル、従って付加設置スペースが必要になるという特別な欠点を有している。
更に下記特許文献３には、ヒータの下流側に上方ミキシングチャンバおよび下方ミキシングチャンバが設けられ、各ミキシングチャンバが、上方冷風チャネルおよび下方冷風チャネルを通して供給でき、前記チャネルがそれぞれヒータの上方または下方に配置されている構成の車両用暖房システムまたはエアコンディショニングシステムが開示されている。空気は、下方のミキシングチャンバから、ヒータの側部に配置されたフローチャンバを通って、客室の足元空間および頂部に配置されたデフロスタノズルの連結部の両方に導かれる。従って、この暖房システムまたはエアコンディショニングシステムは、８つまでの環境ゾーン（climate zones）の非常に敏感な制御が可能である。しかしながら、この解決法は、この方法でも、部分空気流が最初に分離されかつそれぞれのチャネルを通って対応エアチャンバに導かれ、次に、所望温度での制御された量の空気を出口で使用できるように再混合される。

一般に、既知の解決法は、次のような欠点を有している。
チャネルまたはガイディングバッフルにより層状化を達成すべくエアコンディショニングシステムに挿入するように提案された付加コンポーネンツにより、多くの音響上の問題が生じる。
また、多くの場合に、これらの解決法はシステム部品および要素の形態をなす付加コンポーネンツを設けるということに特徴を有し、このため、本来的に、付加コストおよび取付け費が嵩み、従ってこの上にメインテナンスコストも付加される。
また、流体工学の観点から、システムへの付加インサートは大きい圧力降下をもたらし、このため、大きい出力が要求され、最終的には大きいエネルギ消費をもたらし、従って自動車全体としての効率を低下させる。

欧州特許第ＥＰ １ ４０５ ７４３ Ｂ１号明細書 ドイツ国特許第ＤＥ １０ ３３７ １９６ Ａ１号明細書 ドイツ国特許第ＤＥ １０ １６１ ７５３ Ａ１号明細書

従って本発明の目的は、要求および機能に関連する付加インサートを殆ど使用せず、個々の空気出口で所望の温度をもつ空気流を提供すると同時に、エアコンディショニングユニットのスペース条件を非常に低く維持できるエアコンディショニングユニットを提供することにある。

上記問題は、少なくとも３つの空気出口を備えたケーシングを有しかつ空気冷却手段および空気加熱手段が設けられた本発明による車両用エアコンディショニングユニットにより解決され、本発明の車両用エアコンディショニングユニットには、空気加熱手段として少なくとも１つの加熱熱交換器が設けられ、該加熱熱交換器は、その垂直延長部に少なくとも１つの冷風通路を有し、１つの冷風通路が２つの加熱経路の間に配置されている。また、空気冷却手段として蒸発器が設けられ、空気流の方向で見て蒸発器の下流側には加熱熱交換器が配置され、これにより、加熱熱交換器の後には温度層状化された空気流が形成され、層状化された空気流の層は、全体としてまたは部分的に出口に直接割当てられる。

本発明の概念は、空気の温度を制御するコンポーネンツすなわち熱交換器および蒸発器を配置しかつ確立することにより、付加ミキシングゾーンおよび付加チャネルを必要とすることなく、空気出口の所要プロファイルによる自然層状化が設計により与えられるようにエアコンディショニングユニットを確立することにある。

空気出口の所要プロファイルは、デフロスタ出口への熱い空気流、それぞれ乗客用出口および運転者用出口へのより低温の空気流、および足元空間用出口へのより暖かい空気流の順序で空気流の温度を定める。要するに、本発明による解決法は、各空気出口が専用の熱交換器を有するという原理を実現し、これは、蒸発器での空気入口から加熱熱交換器の後の空気出口までの一定方向でのコンポーネンツの配置および強制通路により有効であるが、個々の熱交換器領域は機能により互いに結合されており、従ってコンポーネンツが効率的に節約される。

本発明の概念は、冷風通路が設けられた加熱熱交換器を用いることにより実現される。これにより、冷風は、従来技術の解決法のように熱交換器に通されるのではなく、熱交換器に導かれる。従って、熱交換器は、本発明に従って分離されて幾つか（少なくとも２つ）の加熱ゾーンを形成しており、これらの加熱ゾーンの間に冷風通路が形成されている。

加熱熱交換器は、冷風通路が、加熱熱交換器の熱交換領域を１／３から２／３の比率で分割するように設計されている。或いは、冷風通路は加熱熱交換器の中央に配置することもでき、これにより、熱交換器のキャパシティが２つの部分に分割される。空気層に割当てられる空気出口の所要プロファイルに基いて、対応する所要プロファイルに適合する冷風流（単一または複数）による熱交換領域の分割比も可能である。

通常、エアコンディショニング装置は３つの出口平面、１つは足元領域（好ましくは、エアコンディショニング装置の下方領域に配置される）用の出口平面、１つはエアコンディショニング装置の上方領域内のデフロスタ領域用の出口平面、他の１つはダッシュボード領域を通る乗客のベンチレーション用の出口平面（側面図で見てほぼ中央に配置されている）を有している。加熱熱交換器の熱交換領域の分割は、両熱風領域（デフロスタ領域および足元領域）の各々が熱交換器の加熱ゾーンに割当てられ、これにより、熱風流用の２つの加熱経路が形成されるように選択される。２つの熱風流は、これらの熱風流間の中央領域内に配置される冷風層から分離される。

このため、エアコンディショニング装置には、出口の層に対応する層状化が確立される。加熱熱交換器の上流側には、通常の態様で熱交換器の両要素および冷風通路を通る空気マスフローを制御する温度制御ドアシステムが設けられている。温度制御システムの配置は、できる限り損失およびノイズが小さい冷風通路および熱風経路内への流入が達成されるように選択される。温度制御は、温度制御ドアおよび／または温度制御スライドにより有利に実現される。特に好ましいと考えられるのは、温度制御ドアと温度制御スライドとを組合せることである。好ましい実施形態では、温度制御スライドを「フル・ホット位置（full-hot position）」に収容する温度制御スライド収容チャンバが設けられる。

他の実施形態は、加熱熱交換器に幾つかの冷風通路を設けることである。加熱熱交換器内の冷風通路は、加熱熱交換器を通る冷風流への熱伝達をできる限り低く維持するか、熱伝達を完全に防止すべく、フレーム等を用いて加熱熱交換器から断熱するのが好ましい。

空気分散ドアを通常の態様で直接空気出口に付加することにより、空気出口での空気流を制御できる。

通常行われているように、加熱熱交換器自体は、フラットパイプを介して連結されたサイドタンクで構成されている。フラットパイプの間には、熱交換表面を拡大するフィンが設けられる。空気流は、加熱熱交換器から熱をピックアップするフィン構造を通る。冷風通路の領域内にはフラットパイプが全く存在せず、このため、このような熱交換器のコスト有効性に優れた実施形態は、特に、熱交換器の中央領域にフラットパイプまたはフィンのいずれも設けられていない。

原則として、空気流を加熱する加熱経路は、互いに連結された別々の加熱熱交換器を用いて形成することもできる。この実施形態は、概念が特定された本発明に包含されるが、完全性を高めるため、より複雑で、従ってよりコストが嵩む解決法を考えることができる。

本発明の他の有利な実施形態では、加熱熱交換器に付加ヒータが設けられている。本発明の一実施形態によれば、付加ヒータとしてＰＴＣ加熱熱交換器が使用されるか、ＰＴＣ加熱熱交換器として加熱熱交換器自体が確立される。本発明の有利な実施形態によれば、底部出口に対応する加熱経路には、加熱熱交換器に加えて、付加ヒータが設けられる。車両の乗客は、しばしば、足元ゾーン内に僅かに高い温度が実現されることを歓迎する。
本発明の他の有利な実施形態では、冷風が冷風通路から出ることを可能にする冷風チャネル入口が、冷風通路の一部に配置される。この冷風チャネルは、エアコンディショニング装置の出口に直接配置することができ、これにより、１つ以上の出口に、所定のより低い温度の空気流を供給することが可能になる。

本発明による解決法は、種々の長所を有している。
エアコンディショニングシステムのインサートを省略できるため、流路をより効率的に設計でき、このためシステムの圧力損失を最小にでき、かつ小さいエネルギ消費で済む。 加熱熱交換器を通る冷風通路が設けられているため、空気が小さい損失およびノイズで通ることができ、従って従来技術の解決法に比べて改善された冷風流が得られる。
付加インサートを省略することは、コンポーネンツを減らすことをも意味し、従って、材料および製造コストを低減でき、かつメインテナンスおよび補修のための出費も低減される。

決定的な長所は、他の解決法に比べて、エアコンディショニング装置の全体的サイズを小さくでき、このことは、車両の製造分野にいて特に重要である。
また、個々の空気流が自然に層状化されるため、プリセットされた層状化によってもより大きい問題を引起こすことなく、特に有利な態様で自動制御の条件を満たすことが確保される。

本発明の更なる詳細、特徴および長所は、添付図面に関連して述べる以下の説明から明らかになるであろう。

図１には、エアコンディショニング装置が中央断面図で示されている。本発明の概念によれば、加熱経路および冷風通路の両方が、層状化の条件を満たしかつ出口位置に一致するように首尾良く配置されている。温度制御システムの構成は、冷風経路内への流入が、できる限り小さい損失およびノイズとなるように選択される。本発明の好ましい実施形態では、トータルフローの３つの空気層を別々に制御する３つの単一ドアが使用される。図１に示す別の態様では、温度制御ドア１５と組合される温度制御スライド５が、互いに運動学的機構を介して連結される温度制御要素として使用される。

エアコンディショニング装置は、本質的に蒸発器１および加熱熱交換器２を有しており、これらは両方ともケーシング４内に配置されている。ケーシング４には、３つの空気出口７、８、９が設けられている。空気流の方向は、参照番号３で示す矢印により示されている。加熱熱交換器２の上流側での空気流３の方向には温度制御スライド５が設けられ、下方部分には温度制御ドア１５が設けられている。加熱熱交換器２の中央領域には、冷風通路１２が設けられている。加熱熱交換器２が冷風通路１２により分割されているため、加熱熱交換器２の上方ゾーンには加熱経路１０が形成され、かつ加熱熱交換器２の下方ゾーンには加熱経路１１が形成されている。両加熱経路１０、１１は、熱交換器のそれぞれのゾーンを通る空気を加熱する。冷風通路１２は、蒸発器１上を通ってエアコンディショニング装置に流入した冷風が通ることを可能にする。冷風は、多量の熱をピックアップすることなく、冷風通路１２を介して加熱熱交換器２を通って流れる。出口には分散ドア６が設けられている。本発明の概念によれば、加熱熱交換器２のセグメント化により、層状化された流れが生じる。ここで有利な効果は、空気層の温度が、割当てられた空気出口７、８、９の所要プロファイルを満たすことである。

空気出口７はデフロスタ出口であり、この出口は、窓ガラスの氷結を防止して窓ガラスを透明に維持するため、熱風を排出するのが好ましい。この熱風は、蒸発器１上を通ってエアコンディショニング装置に流入した空気の部分空気流から生じ、空気は最初に冷却され、次に、部分空気流が加熱熱交換器２の加熱経路１０を通って加熱される間に乾燥される。従って、この部分空気流は、熱くかつ乾燥した空気流である。

空気出口８、すなわち乗客用出口または運転者用出口では、排出される空気は熱過ぎてはならない。なぜならば、人の胸部および顔面領域に熱過ぎる空気に当ると、人はしばしば不快に感じるからである。従って、空気出口８から出る空気層は、デフロスタ出口７から出る空気と同程度には加熱されないことが望まれる。この目的のため、加熱熱交換器２に冷風通路１２が設けられている。蒸発器１内で冷却された空気は、顕著に加熱されることなく、最初に加熱熱交換器２を通って流れ、次に、より暖かい隣接する２つの空気流と極く僅かに混合される。この空気流の加熱は、所要プロファイルに基いて、温度制御要素５、１５の対応位置を変えることにより変えられることはもちろんである。

最後に、空気出口９、すなわち車両の足元ゾーン用の底部出口では、ここでもより暖かい空気が望まれる。なぜならば、一般に、乗客はより暖かい空気を歓迎するからである。この空気出口に必要とされる熱風は、蒸発器１を通ってエアコンディショニング装置に流入した空気が加熱経路１１を通って加熱された後に利用される。空気流の最低層が最終的に底部出口９に流入するときに加熱通路１１内で加熱された空気は、エアコンディショニング装置から出る。この実施形態では、底部出口９から出る足元ゾーン用の空気を更に加熱するための付加ヒータ１９が設置されている。

この実施形態では、冷風通路１２は、加熱熱交換器を、加熱経路１０用の熱交換領域と、加熱経路１１用の熱交換領域とにセグメント化する。熱交換表面は、加熱熱交換器２のキャパシティの約１／３が加熱経路１０用であり、加熱熱交換器２のキャパシティの約２／３が加熱経路１１用である。温度制御スライド５および温度制御ドア１５は、温度を１つのアクチュエータにより設定できるように連結される。或いは、或る層状化を確立するため、個々のドアは、必要に応じて同期的に作動される別々の作動モータを用いて駆動することができる。冷風通路１２は、空気流の層状化が達成され、かつ必要に応じて、冷風の流れが殆ど影響を受けることなく空気出口８に到達できるように加熱熱交換器２内に配置される。

冷風通路１２は、フレーム（図示せず）により加熱熱交換器２から分離され、フレームは、冷風を加熱熱交換器２の熱い内壁から遮断しかつ温度制御ドア１５または温度制御スライド５のストップとしても機能する。

図２には、セグメント化された加熱熱交換器２が示されている。加熱熱交換器２は本質的に２つのサイドタンク１８を有し、これらのサイドタンク１８は、フラットパイプ２０により互いに連結されている。個々のフラットパイプ２０の間にはフィン（図示せず）が配置されており、これらのフィンは、フラットパイプを通って流れる加熱媒体からの熱を空気に伝達する熱交換表面を拡大する。図示の形態の加熱熱交換器２には、加熱経路１０と、加熱経路１１と、これらの加熱経路１０、１１の間の冷風通路１２とを有している。冷風通路１２は、この領域にフラットパイプ２０を設けないでおくことにより確保される。

図３には、エアコンディショニングユニットが中央断面図で示されている。このエアコンディショニングユニットは、前述の実施形態と比較して、幾分高価であるが、空気層のより正確な温度制御が可能である。この実施形態では、既に図１に示しかつ説明した要素とは別に、２つの冷風通路１２、１３を備えた加熱熱交換器２が配置されている。従って、この加熱熱交換器２では、３つの加熱経路１０、１１、１４および２つの冷風通路１２、１３が形成される。加熱熱交換器２の上流側には、温度制御要素として、冷風通路１２、１３に対応するカットアウトが設けられた温度制御スライド５が配置されている。温度制御スライド５を収容するため、加熱熱交換器２の上方のケーシング４の領域内には温度制御スライド収容チャンバ１７が設けられている。

温度制御スライド５は、加熱経路１０、１１、１４を完全に閉じ、同時に、冷風通路１２、１３を開くことができる。一方、空気を最大加熱する場合には、温度制御スライド５の全部がケーシング４の温度制御スライド収容チャンバ１７内に移動され、これにより、加熱経路１０、１１、１４が完全に開かれるのに対し、冷風通路１２、１３は閉じられる。

図４にはＰＴＣ加熱熱交換器２が示されている。このＰＴＣ加熱熱交換器２は、液体ベース加熱熱交換器と同様に、冷風通路１２、１３並びに加熱経路１０、１１、１４について、幾何学的に同じ形状の開口が設けられている。ＰＴＣ加熱要素は、空気流３の方向で加熱熱交換器２の下流側に配置される加熱熱交換器２と幾何学的に一致する付加ヒータとして設けることもできる。ＰＴＣ加熱要素は本質的に２つのヘッダ１６を有し、両ヘッダ１６の間に熱交換要素が配置されている。

冷風通路を備えた加熱熱交換器を有するエアコンディショニング装置の中央断面図である。 冷風通路を備えた加熱熱交換器を示す図面である。 ２つの冷風通路を備えた加熱熱交換器を有するエアコンディショニング装置の中央断面図である。 ２つの冷風通路を備えたＰＴＣ熱交換器を示す図面である。

符号の説明

１ 蒸発器
２ 加熱熱交換器
３ 空気流の方向
４ ケーシング
５ 温度制御スライド
６ 空気分散ドア
７ 空気出口（デフロスタ出口）
８ 空気出口（乗客用出口、運転者用出口）
９ 空気出口（底部出口）
１０ 加熱経路
１１ 加熱経路
１２ 冷風通路
１３ 冷風通路
１４ 加熱経路
１５ 温度制御ドア
１６ ヘッダ
１７ 温度制御スライド収容チャンバ（ポケット）
１８ サイドタンク
１９ 付加ヒータ
２０ フラットパイプ

Claims (7)

1. 少なくとも３つの空気出口（７、８、９）を備えたケーシング（４）を有しかつ空気冷却手段（１）および空気加熱手段（２）が設けられた車両用エアコンディショニングユニットにおいて、空気加熱手段として少なくとも１つの加熱熱交換器（２）が設けられ、該加熱熱交換器（２）は、その垂直延長部に少なくとも１つの冷風通路（１２、１３）を有し、１つの冷風通路（１２、１３）が２つの加熱経路（１０、１１）の間に配置され、空気冷却手段として蒸発器（１）が設けられ、空気流（３）の方向で見て蒸発器（１）の下流側には加熱熱交換器（２）が配置され、これにより、加熱熱交換器（２）の後には温度層状化された空気流が形成され、層状化された空気流の層は、全体としてまたは部分的に出口（７、８、９）に直接割当てられ、空気分散ドア（６）が更に設けられ、温度制御ドア（１５）および／または温度制御スライド（５）が更に設けられ、前記冷風通路（１２、１３）は、加熱熱交換器（２）の中央に配置され且つ断熱的に確立された２つの冷風通路（１２、１３）であり、加熱熱交換器（２）の上方のケーシング（４）の領域内には、前記温度制御スライド（５）をケーシング（４）内に収容するための温度制御スライド収容チャンバ（１７）が設けられていることを特徴とする車両用エアコンディショニングユニット。
2. 前記加熱熱交換器（２）は、フラットパイプ（２０）により連結されたサイドタンク（１８）と、フラットパイプ（２０）の間に配置されたフィンとにより構成されていることを特徴とする請求項１記載の車両用エアコンディショニングユニット。
3. 前記冷風通路（１２、１３）の領域内では、加熱熱交換器（２）にはサイドタンク（１８）の間にフラットパイプ（２０）が設けられていないことを特徴とする請求項２記載の車両用エアコンディショニングユニット。
4. 前記加熱通路（１０、１１、１４）は、別々の加熱熱交換器（２）を用いて形成されていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の車両用エアコンディショニングユニット。
5. 前記加熱熱交換器（２）は付加ヒータ（１０）を有していることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の車両用エアコンディショニングユニット。
6. 前記加熱熱交換器（２）または付加ヒータ（１９）は、ＰＴＣ加熱熱交換器として形成されていることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の車両用エアコンディショニングユニット。
7. 底部出口（９）に対応する加熱経路（１１、１４）は付加ヒータ（１９）を有していることを特徴とする請求項５記載の車両用エアコンディショニングユニット。

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