熱交換装置及び車両用空調装置
【課題】熱交換器の短軸長さを抑制しつつ圧損を低減することのできる熱交換装置及び車両用空調装置を提供する。
【解決手段】熱交換装置２４は、通気方向に対応する通路断面が長軸と短軸を有する扁平状の通気路３４を有するダクト２０と、ダクト２０の通気路３４に配置されるフィン型の熱交換器４１と、熱交換器４１に熱的に連結して配置されるペルチェ素子４２とを備える。熱交換器４１が配置された領域における通路断面の最大長軸長さよりも熱交換器の上流側端長さが長くなるように、ダクト２０の通気路３４に熱交換器４１を配置する。
【解決手段】熱交換装置２４は、通気方向に対応する通路断面が長軸と短軸を有する扁平状の通気路３４を有するダクト２０と、ダクト２０の通気路３４に配置されるフィン型の熱交換器４１と、熱交換器４１に熱的に連結して配置されるペルチェ素子４２とを備える。熱交換器４１が配置された領域における通路断面の最大長軸長さよりも熱交換器の上流側端長さが長くなるように、ダクト２０の通気路３４に熱交換器４１を配置する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱交換装置及び車両用空調装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、車両の天井部に熱交換装置を備えた車両用空調装置がある（例えば、特許文献１，２参照）。このような車両用空調装置の熱交換装置は、通気方向に対応する通路断面が長軸と短軸を有する扁平状の通気路を有するダクトと、そのダクトの通気路に配置されるフィン型の熱交換器と、その熱交換器に熱的に連結して配置される熱供給体（特許文献１でペルチェ素子、特許文献２で熱電素子が相当する）とを備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２６２５８０号公報
【特許文献２】特開平２−２８６５９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前記車両用空調装置の熱交換装置における熱供給体のＣＯＰ（成績係数）を向上するためには、熱供給体で発生した熱（冷熱・排熱）を熱媒体である空気に効率良く伝える必要がある。熱媒体が空気である場合は、熱交換器に大きな伝熱面積が必要になる。しかし、車両の天井部に備える熱交換装置では、設置スペース上の制約から熱交換器の体格（高さ、間口、通気方向の長さ）は限られる。また、冷却側の熱交換器と放熱側の熱交換器との相互間にペルチェ素子を配置してなるペルチェモジュール（特許文献１で吸着材モジュールが相当する）では、熱交換器の体格のうち、特に高さ方向に係る設置スペースの制約が厳しい。このような理由から、熱交換器の高さを抑制することが望まれる。一方、熱交換器の通気方向の長さを長くすることによって伝熱面積を増加することが可能である。しかし、これでは熱交換器の圧損（通風抵抗）の増大を招くことになるため好ましくない。
本発明が解決しようとする課題は、熱交換器の短軸長さを抑制しつつ圧損を低減することのできる熱交換装置及び車両用空調装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記課題は、特許請求の範囲に記載された構成を要旨とする熱交換装置及び車両用空調装置により解決することができる。
すなわち、請求項１に記載された熱交換装置によると、熱交換器が配置された領域における通路断面の最大長軸長さよりも熱交換器の上流側端長さが長くなるように、ダクトの通気路に熱交換器を配置したものである。したがって、ダクトの通気路に対する配置を工夫することにより、熱交換器の通気方向の長さを短くすることができる。これによって、熱交換器の短軸長さを抑制しつつ圧損を低減することができる。なお、本明細書でいう「通気方向に対応する通路断面」とは、通気方向に対応する通路の延びる方向に直角に交わる断面で切断した場合の通路断面という意味であり、通路の延びる方向に対して通気方向が傾斜している場合には、通気方向に直角に交わる断面で切断した場合の通路断面ではなく、通気方向に対応した通路の延びる方向に直角に交わる断面で切断した場合の通路断面となる。
【０００６】
また、請求項２に記載された熱交換装置によると、熱交換器をダクトの通気路の通気方向に対応する通路断面における長軸方向に対して傾斜する傾斜部を有するように配置したことによって、熱交換器の通気方向の長さを短くすることができる。
【０００７】
また、請求項３に記載された熱交換装置によると、熱交換器がＶ字状に形成されている。これにより、熱交換器をＩ字状に形成した場合と比べて、ダクトの通気路の通気方向に関する熱交換器の長さを短くすることができる。
【０００８】
また、請求項４に記載された熱交換装置によると、ダクトに異なる通気方向の複数の分岐路を形成し、複数の分岐路に前記熱交換器をそれぞれ配置したことによって、各熱交換器の通気方向の長さを短くすることができる。
【０００９】
また、請求項５に記載された熱交換装置によると、複数の分岐路がダクトの通気路の下流側で合流されている。したがって、複数の分岐路を流れた空気を、ダクトの通気路の下流側で合流させることができる。
【００１０】
また、請求項６に記載された車両用空調装置によると、請求項１〜５のいずれか１つに記載の熱交換装置を車両の天井部に備えたものである。したがって、熱交換器の短軸長さを抑制しつつ圧損を低減することのできる熱交換装置を備えた車両用空調装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施の形態１にかかる車両用空調装置を示す側断面図である。
【図２】熱交換装置を示す側断面図である。
【図３】熱交換装置を示す平断面図である。
【図４】プレートフィン型の熱交換器を一部破断して示す斜視図である。
【図５】ピンフィン型の熱交換器を一部破断して示す斜視図である。
【図６】ルーバーフィン型の熱交換器を一部破断して示す斜視図である。
【図７】基準形状の熱交換器を備えた熱交換装置を示す側断面図である。
【図８】基準形状の熱交換器を備えた熱交換装置を示す平断面図である。
【図９】実施の形態１の変更例１にかかる熱交換装置を示す平断面図である。
【図１０】実施の形態１の変更例２にかかる熱交換装置を示す平断面図である。
【図１１】実施の形態１の変更例３にかかる熱交換装置を示す平断面図である。
【図１２】実施の形態１の変更例４にかかる熱交換装置を示す平断面図である。
【図１３】実施の形態２にかかる熱交換装置を示す側断面図である。
【図１４】熱交換装置を示す平断面図である。
【図１５】実施の形態３にかかる熱交換装置を示す平断面図である。
【図１６】実施の形態４にかかる熱交換装置を示す側断面図である。
【図１７】熱交換装置を示す平断面図である。
【図１８】実施の形態４の変更例１にかかる熱交換装置を示す平断面図である。
【図１９】実施の形態４の変更例２にかかる熱交換装置を示す平断面図である。
【図２０】実施の形態４の変更例３にかかる熱交換装置を示す平断面図である。
【図２１】実施の形態４の変更例４にかかる熱交換装置を示す平断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明を実施するための形態について図面を用いて説明する。
【００１３】
［実施の形態１］
本発明の実施の形態１を説明する。説明の都合上、熱交換装置を備えた車両用空調装置から説明する。図１は車両用空調装置を示す側断面図である。なお、図中、矢印ＦＲは車両前方向を示し、矢印ＵＰは車両上方向を示している。
図１に示すように、車両（本実施の形態では乗用車）１０の天井部１２に空調装置１４が搭載されている。空調装置１４は、外気用ダクト１６と外気用ファン１８と内気用ダクト２０と内気用ファン２２と熱交換装置２４とを備えている。
【００１４】
前記外気用ダクト１６内には、前記車両１０のルーフ２６の下面側に形成されている。外気用ダクト１６には、車両前後方向（図１において左右方向）を通気方向とする外気用通気路２８が形成されている。外気用通気路２８は、高さが低く間口（車両左右方向（図１において紙面表裏方向）の幅が相当する）の広い扁平状の通路断面を有している。なお、通路断面の高さは本明細書でいう「長軸」に相当する。また、通路断面の間口は本明細書でいう「短軸」に相当する。
【００１５】
また、外気用通気路２８の前端開口部（図１において左端開口部）には、ルーフ２６の前側部を貫通して車両前方に開口する外気導入口３０が形成されている。また、外気用通気路２８の後端開口部（図１において右端開口部）には、ルーフ２６の後側部を貫通して車両後方に開口する外気排出口３２が設けられている。したがって、車両１０が走行することにより、外気（空気）が外気導入口３０から外気用通気路２８に導入され、外気用通気路２８を通って外気排出口３２から排出される。
【００１６】
前記外気用ファン１８は、前記外気用通気路２８における上流部（図１において左端部）に配置されている。外気用ファン１８は、例えば貫流式ファンであって、制御装置（図示省略）によって制御される電動モータによって作動される。車両１０の運転中における信号待ち、渋滞中等において、外気用通気路２８を流れる外気が不足するときは、外気用ファン１８の作動によって外気（空気）を外気導入口３０から外気用通気路２８に強制的に導入し、外気排出口３２から排出することができる。なお、外気用ファン１８は、外気用通気路２８における上流部に限らず、下流部に配置してもよい。
【００１７】
前記内気用ダクト２０は、前記外気用ダクト１６の下面側に積層状に形成されている。内気用ダクト２０内には、車両前後方向（図１において左右方向）を通気方向とする内気用通気路３４が形成されている。内気用通気路３４は、前記外気用通気路２８と同様、通気方向に対応する通路断面が長軸と短軸を有する扁平状を有している。また、内気用通気路３４の前端部（図１において左端部）には、下方に向けて開口する内気導入口３６が形成されている。また、内気用通気路３４の後端部（図１において右端部）には、下方に向けて開口する内気吹出口３８が設けられている。なお、内気導入口３６は後下方（前席１０１に着座する乗員の頭部の周辺部）に向けて傾斜されているとともに内気吹出口３８は前下方（後席１０２に着座する乗員の頭部の周辺部）に向けて傾斜されており、内気吹出口３８から吹出された内気（空気）が再び内気導入口３６に導入されやすくなっている。
【００１８】
前記内気用ファン２２は、前記内気用通気路３４における上流部（図１において左端部）に配置されている。内気用ファン２２は、例えば貫流式ファンであって、図示しない制御装置によって制御される電動モータによって作動される。これにより、内気（車室１０ａ内の空気）を内気導入口３６から内気用通気路３４に導入し、内気吹出口３８から車室１０ａ内へ吹出すことができる。なお、本実施の形態では、内気が内気用通気路３４を前端側から後端側へ流れるが、内気用ファン２２を逆転させることによって、内気を逆流させることもできる。この場合、前記内気吹出口３８が内気導入口となり、前記内気導入口３６が内気吹出口となる。また、内気用ファンは、内気用通気路３４における上流部に限らず、下流部に配置してもよい。
【００１９】
前記熱交換装置２４は、前記外気用ダクト１６と前記内気用ダクト２０との重複部分に配置されている。熱交換装置２４は、フィン型の上下の熱交換器４１と、両熱交換器４１の相互間に介装されることにより両熱交換器４１に熱的に連結されたペルチェ素子４２とを備えている。上側の熱交換器４１は、前記外気用通気路２８の前後方向の中央部にほぼ密嵌状に配置されている。また、下側の熱交換器４１は、前記内気用通気路３４の前後方向の中央部にほぼ密嵌状に配置されている。また、熱交換器４１は、例えば、アルミニウム、銅等の熱伝導性の良い金属材料により形成されている。なお、上下の熱交換器４１には、本実施の形態では同一構成のものが採用されている。また、上下の熱交換器４１とペルチェ素子４２とにより、「ペルチェモジュール」が構成されている。
【００２０】
前記熱交換器４１には、本実施の形態では、プレートフィン型の熱交換器４１が採用されている。図４はプレートフィン型の熱交換器を一部破断して示す斜視図である。
図４に示すように、プレートフィン型の熱交換器４１は、上下の基板部４４の相互間に多数枚のプレートフィン４５を幅方向に平行状に配列したものである。両基板部４４間における隣り合うプレートフィン４５の間が通気路となっている。
【００２１】
なお、プレートフィン型の熱交換器４１に代えて、ピンフィン型の熱交換器、ルーバーフィン型の熱交換器を採用することもできる。図５はピンフィン型の熱交換器を一部破断して示す斜視図、図６はルーバーフィン型の熱交換器を一部破断して示す斜視図である。
図５に示すように、ピンフィン型の熱交換器４１Ａは、上下の基板部４４Ａの相互間に多数本のピンフィン４５Ａを縦横に所定の間隔で配列したものである。両基板部４４Ａ間における隣り合うピンフィン４５Ａの間が通気路となっている。
また、図６に示すように、ルーバーフィン型の熱交換器４１Ｂは、前記プレートフィン型の熱交換器４１（図４参照）におけるプレートフィン４５に切り起こし状のルーバー４５ａを形成したものである。プレートフィン４５のルーバー４５ａが、そのルーバー４５ａの切り起こしによる孔４５ｂに空気を通すように案内する。
【００２２】
前記ペルチェ素子４２（図１参照）は、四角形板状に形成されており、その板厚方向の板面（上面及び下面）が吸熱面及び放熱面としてそれぞれ機能する。ペルチェ素子４２は、ペルチェ効果を利用した熱電素子である。すなわち、ペルチェ素子４２は、２種の金属板の相互間にＰ型半導体とＮ型半導体とを多数配置するとともに、一方の金属板によってＮ−Ｐ接合を構成し、かつ他方の金属板によってＰ−Ｎ接合を構成した素子であって、ＰＮ接合部分に電流を流すことにより熱移動が起こり、一方の金属板で吸熱現象が生じ、他方の金属板で放熱現象（発熱現象）が生じるものである。また、ペルチェ素子４２に対する電流は、前記制御装置によって制御される。なお、ペルチェ素子４２は、本明細書でいう「熱供給体」に相当する。また、ペルチェ素子４２は、両熱交換器４１の対向する基板部４４（図４参照）の相互間に積層状にかつ密着状に配置されている。このため、両熱交換器４１の相反する側に位置する基板部４４（下側の熱交換器４１の下側の基板部４４、及び／又は、上側の熱交換器４１の上側の基板部４４）は省略してもよい。
【００２３】
図１に示すように、前記外気用ダクト１６と前記内気用ダクト２０との間、及び、外気用ダクト１６と前記ルーフ２６との間、内気用ダクト２０の下面には、断熱性を有する断熱材４７が設けられている。
【００２４】
前記空調装置１４（図１参照）において、車両１０の車室１０ａ内を冷房する場合には、ペルチェ素子４２の下面を吸熱面とし、その上面を放熱面とするように、制御装置によってペルチェ素子４２に電流が流される。これにより、下側の熱交換器４１の熱が上側の熱交換器４１に移動される結果、下側の熱交換器４１が冷却される。これとともに、外気用ファン１８の作動、及び／又は、車両１０の走行により、外気が外気用ダクト１６の外気用通気路２８を通る。また、内気用ファン２２の作動により、内気が内気用ダクト２０の内気用通気路３４を通る。したがって、内気導入口３６から内気用通気路３４に導入された内気が下側の熱交換器４１を通ることにより冷却された後、内気吹出口３８から車室１０ａ内へ吹出される。また、外気導入口３０から外気用通気路２８に導入された外気が上側の熱交換器４１の通ることにより、上側の熱交換器４１の熱が外気と共に外気排出口３２から排出される。なお、車室１０ａ内を暖房する場合には、前記制御装置によって、ペルチェ素子４２に対する電流の方向を逆転し、ペルチェ素子４２の上下面における吸熱面と放熱面とを逆転させればよい。
【００２５】
次に、前記熱交換器４１の基準形状について説明する。図７は基準形状の熱交換器を備えた熱交換装置を示す側断面図、図８は同じく平断面図である。
図７及び図８に示すように、基準形状の熱交換器（符号、４０を付す）は扁平状をなす横長四角状に形成されている。熱交換器４０は、熱交換器４０に要求される性能に応じた基準高さ４０Ｈ（図７参照）、基準間口４０Ｗ及び通気方向の基準長さ４０Ｌ（図８参照）を有している。また、本実施の形態では、前記ペルチェモジュールに８個のペルチェ素子４２が用いられており、熱交換器４０の上面に対して、間口方向（図８において上下方向）に等間隔でかつ交互に前後に振り分けた状態で配置されている。
【００２６】
次に、本実施の形態にかかる熱交換装置２４について説明する。図２は熱交換装置を示す側断面図、図３は同じく平断面図である。なお、前記ペルチェモジュールの上下の熱交換器４１は実質的に同一形状をなしているため、下側の熱交換器４１について説明し、上側の熱交換器４１についての説明は省略する。
図３に示すように、本実施の形態にかかる熱交換装置２４は、熱交換器４１が平面視でＶ字状に形成されている。詳しくは、熱交換器４１を左右二つの分割体５０で構成し、両分割体５０を内気用ダクト２０の通気方向（前後方向）に対して、所定の傾斜角θ１をもって斜めにかつ左右対称状に配置したものである。傾斜角θ１は、例えば４５°である。
【００２７】
したがって、直角二等辺三角形における直角をなす２辺を「１」とした場合、斜辺の長さが「√２」であることから分かるように、間口方向の寸法Ｓ１及び通気方向の寸法Ｓ２に対して分割体５０の間口Ｗを基準間口４０Ｗ（図８参照）の１／２よりも広げることができる。このため、フィンの面積を基準形状と同じとした場合、その分割体５０の間口Ｗの広がった分に応じて、分割体５０の通気方向の長さＬを前記基準長さ４０Ｌ（図８参照）よりも短くすることができる。すなわち、分割体５０の通気方向の長さＬを前記基準長さ４０Ｌ（図８参照）の１／√２（＝０．８７）程度に短くすることができる。また、熱交換器４１の高さＨ（図２参照）は、前記基準高さ４０Ｈ（図７参照）と同じである。また、本実施の形態の場合、前記ペルチェ素子４２は、熱交換器４１の分割体５０に対して各４個ずつ等間隔で配置されている（図３参照）。
【００２８】
前記した熱交換装置２４によると、熱交換器４１が配置された領域における通路断面の最大長軸長さよりも熱交換器４１の上流側端長さの合計が長くなるように、内気用ダクト２０の内気用通気路３４に熱交換器４１の両分割体５０を配置したものである。なお、熱交換器４１が配置された領域とは、内気用ダクト２０内で熱交換器４１（両分割体５０）が配置された領域が相当する。また、通路断面の最大長軸長さとは、内気用ダクト２０の間口方向の長さ（通気方向に間口が変化する場合では前記領域における最大長さ）が相当する。また、熱交換器４１の上流側端長さとは、両分割体５０において上流側に位置する面における長軸方向の長さの合計が相当する。
【００２９】
したがって、内気用ダクト２０の内気用通気路３４に対する配置を工夫することにより、熱交換器４１の両分割体５０の通気方向の長さＬ（図３参照）を前記基準長さ４０Ｌよりも短くすることができる。これによって、熱交換器４１の両分割体５０の短軸長さとしての高さＨ（本実施の形態では前記基準高さ４０Ｈと同じ）を抑制しつつ圧損を低減することができる。
【００３０】
また、熱交換器４１の両分割体５０を内気用ダクト２０の内気用通気路３４の通気方向に対応する通路断面における長軸方向としての間口に対して傾斜する傾斜部を有するように配置したことによって、熱交換器４１の両分割体５０の通気方向の長さＬ（図３参照）を前記基準長さ４０Ｌ（図８参照）よりも短くすることができる。
【００３１】
また、熱交換器４１がＶ字状に形成されている（図３参照）。これにより、熱交換器４１をＩ字状に形成した場合（図１２参照）と比べて、内気用ダクト２０の内気用通気路３４の通気方向に関する熱交換器４１の長さ（前後方向（図２及び図３において左右方向）の長さ）を短くすることができる。
【００３２】
また、前記した車両用空調装置１４（図１参照）によると、熱交換器４１の短軸長さとしての高さＨを抑制しつつ圧損を低減することのできる熱交換装置２４を備えた車両用空調装置１４を提供することができる。
【００３３】
［実施の形態１の変更例１］
図９は熱交換装置を示す平断面図である。本変更例は、図９に示すように、前記実施の形態１（図３参照）における熱交換器４１の両分割体５０の隣り合うプレートフィン４５の相互間の間隔Ｋを、前側（図９において左側）から後側（図９において右側）に向かって次第に狭くしたものである。このような構造にすることにより、プレートフィン４５の相互間に流れる空気の量を均一化することができる。
【００３４】
［実施の形態１の変更例２］
図１０は熱交換装置を示す平断面図である。本変更例は、図１０に示すように、前記実施の形態１（図３参照）における熱交換器４１の両分割体５０のプレートフィン４５の傾斜角θ２を前側から後側に向かって次第に小さくしたものである。なお、傾斜角θ２は、前後方向に延びる直線５２に対するプレートフィン４５のなす角度である。
このような構造にすることにより、プレートフィン４５の面積が増えるため、さらに熱交換器４１の両分割体５０の通気方向の長さを短くすることができる。
【００３５】
［実施の形態１の変更例３］
図１１は熱交換装置を示す平断面図である。本変更例は、図１１に示すように、前記実施の形態１（図３参照）における熱交換器４１の両分割体５０をその傾斜方向を同一方向に向けて並行状に配置したものである。
【００３６】
［実施の形態１の変更例４］
図１２は熱交換装置を示す平断面図である。本変更例は、図１２に示すように、前記実施の形態１（図３参照）における熱交換器４１を分割せずに平面視でＩ字状に形成した熱交換器（符号、５３を付す）であり、熱交換器５３を内気用ダクト２０の通気方向（前後方向）に対して所定の傾斜角θ３をもって斜めに配置したものである。傾斜角θ３は、例えば４５°である。
【００３７】
［実施の形態２］
本発明の実施の形態２を説明する。本実施の形態は、前記実施の形態１に変更を加えたものであるから、その変更部分について説明し、重複する説明は省略する。図１３は熱交換装置を示す側断面図、図１４は同じく平断面図である。
本実施の形態は、図１３及び図１４に示すように、前記内気用ダクト２０の下面中央部に、下方に向けて開口する方形状の内気導入口５４が設けられている。また、内気用ダクト２０の前端部に、下方に向けて開口する前側の内気吹出口５６が設けられている。また、内気用ダクト２０の後端部に、下方に向けて開口する後側の内気吹出口５７が設けられている。なお、図１３に示すように、内気導入口５４の前半部は前下方に向けて傾斜されているとともに前側の内気吹出口５６は後下方に向けて傾斜されており、前側の内気吹出口５６から吹出された内気が再び内気導入口５４に導入されやすくなっている。また、内気導入口５４の後半部は後下方に向けて傾斜されているとともに後側の内気吹出口５７は前下方に向けて傾斜されており、後側の内気吹出口５７から吹出された内気が再び内気導入口５４に導入されやすくなっている。
【００３８】
本実施の形態では、前記内気用ダクト２０の内気用通気路３４における内気導入口５４上に内気用ファン６０が配置されている。内気用ファン６０は、例えばシロッコファンであって、図示しない制御装置によって制御される電動モータによって作動される。このため、内気用ファン６０の作動により内気導入口５４から導入された内気は、内気用通気路３４の前半の分岐路５８及び後半の分岐路５９の二方向に分岐して流れる。なお、分岐路５８，５８は、本明細書でいう「異なる通気方向の複数の分岐路」に相当する。また、内気用ダクト２０において、内気が前方へ流れる前半の分岐路５８を形成する部分を前側の分岐路形成部６２といい、内気が後方へ流れる後半の分岐路５９を形成する部分を後側の分岐路形成部６３という。また、本実施の形態においては、前記実施の形態１（図２及び図３参照）における内気用ファン２２は省略されている。なお、本実施の形態においても、内気用ファン６０を逆転させることによって、内気を逆流させることもできる。
【００３９】
図１４に示すように、前記熱交換装置２４の熱交換器（符号、６５を付す）は、前記両分岐路形成部６２，６３の分岐路５８，５９に対してそれぞれ配置されている。したがって、前後二つの熱交換器６５の間口Ｗの合計を前記基準間口４０Ｗ（図８参照）の２倍に広げることができる。このため、両熱交換器６５の間口Ｗの広がった分に応じて、両熱交換器６５の通気方向の長さＬ１を前記前記基準長さ４０Ｌ（図８参照）の１／２に短くすることができる。また、熱交換器６５の高さＨ（図１３参照）は、前記実施の形態１における熱交換器４１の両分割体５０の高さＨ（図２参照）と同じである。また、前記ペルチェ素子４２は、両熱交換器６５に対して各４個ずつ等間隔で配置されている。
【００４０】
本実施の形態の熱交換装置２４によると、内気用ダクト２０に異なる通気方向の２つの分岐路５８，５９を形成し、２つの分岐路５８，５９に熱交換器６５をそれぞれ配置したことによって、各熱交換器６５の通気方向の長さを短くすることができる。
【００４１】
［実施の形態３］
本発明の実施の形態３を説明する。本実施の形態は、前記実施の形態２に変更を加えたものであるから、その変更部分について説明し、重複する説明は省略する。図１５は熱交換装置を示す平断面図である。
本実施の形態は、図１５に示すように、前記内気用ダクト２０の左右両側部に前記前後の分岐路形成部６２，６３と同様、内気吹出口７２及び分岐路７４を有する左右の両分岐路形成部７０を左右対称状に連通したものである。このため、内気用ファン６０の作動により内気導入口５４から導入された内気は、前側の分岐路５８、後側の分岐路５９及び左右の両分岐路７４の四方向に分岐して流れる。なお、分岐路５８，５８，７４は、本明細書でいう「異なる通気方向の複数の分岐路」に相当する。
【００４２】
前記熱交換器（符号、６７を付す）は、前記前後左右の計四つの分岐路５８，５９，７４に対してそれぞれ配置されている。したがって、四つの熱交換器６７の間口Ｗの合計を前記基準間口４０Ｗ（図８参照）の４倍に広げることができる。このため、四つの熱交換器６７の間口Ｗの広がった分に応じて、四つの熱交換器６７の通気方向の長さＬ２を前記前記基準長さ４０Ｌ（図８参照）の１／４に短くすることができる。また、熱交換器６７の高さは、前記実施の形態１における熱交換器４１の高さＨ（図２参照）と同じである。また、前記ペルチェ素子４２は、四つの熱交換器６７に対して各２個ずつ等間隔で配置されている。
【００４３】
［実施の形態４］
本発明の実施の形態４を説明する。本実施の形態は、前記実施の形態１に変更を加えたものであるから、その変更部分について説明し、重複する説明は省略する。図１６は熱交換装置を示す側断面図、図１７は同じく平断面図である。
本実施の形態は、図１７に示すように、前記実施の形態１における内気用ダクト２０（図２参照）の内気用通気路３４に、前記実施の形態２における前後二つの熱交換器６５（図１４参照）をその間口を左右方向（図１７において左右方向）に向けた状態で左右（図１７において上下）に所定の間隔を隔てて並行状に配置したものである。内気用ダクト２０の前壁７６には、両熱交換器６５の前端面が当接されている。両熱交換器６５の相互間の上流側の通気路（符号、７７を付す）に連通するように内気導入口（符号、７８を付す）が形成されている。それにともない、内気用ファン２２の横幅（図１７において縦幅）が短縮されている。
【００４４】
前記両熱交換器６５の相互間の後方開端面は、閉鎖壁８０によって閉鎖されている。また、内気用ダクト２０の右側壁８２と右側（図１７において上側）に配置された熱交換器６５との間、及び、内気用ダクト２０の左側壁８４と左側（図１７において下側）に配置された熱交換器６５との相互間には、左右の分岐路８６が形成されている。なお、各分岐路８６を形成するダクト部分を分岐路形成部８７という。また、閉鎖壁８０（両熱交換器６５を含む）と内気用ダクト２０の後壁８８との相互間には、両分岐路８６と内気吹出口３８とを連通する下流側の通気路９０が形成されている。なお、上流側の通気路７７、両分岐路８６、及び、下流側の通気路９０により、内気用通気路３４が構成されている。また、前記ペルチェ素子４２は、前記実施の形態２と同様、両熱交換器６５に対して各４個ずつ等間隔で配置されている。
【００４５】
本実施の形態によると、内気用ファン６０の作動により内気導入口５４から内気用通気路３４の上流側の通気路７７に導入された内気を、左右の分岐路８６に分岐させることで各熱交換器６５に流した後、左右の分岐路８６を流れた空気を、内気用ダクト２０の内気用通気路３４の下流側の通気路９０で合流させることができる。したがって、両熱交換器６５の通気方向の長さを短くすることができる。
【００４６】
［実施の形態４の変更例１］
図１８は熱交換装置を示す平断面図である。本変更例は、図１８に示すように、前記実施の形態４（図１７参照）における両熱交換器６５の隣り合うプレートフィン４５の相互間の間隔Ｋを、前側（図１８において左側）から後側（図１８において右側）に向かって次第に狭くしたものである。このような構造にすることにより、プレートフィン４５の相互間に流れる空気の量を均一化することができる。
【００４７】
［実施の形態４の変更例２］
図１９は熱交換装置を示す平断面図である。本変更例は、図１９に示すように、前記実施の形態４（図１７参照）における両熱交換器６５のプレートフィン４５の傾斜角θ４を前側から後側に向かって次第に大きくしたものである。なお、傾斜角θ４は、左右方向に延びる直線９２に対するプレートフィン４５のなす角度である。
【００４８】
［実施の形態４の変更例３］
図２０は熱交換装置を示す平断面図である。本変更例は、図２０に示すように、前記実施の形態４（図１７参照）における両熱交換器６５の間の上流側の通気路７７に平板状の案内板９４を配置したものである。案内板９４により、内気導入口７８から導入された内気を左右の各熱交換器６５へ誘導することができる。このような構造にすることにより、空気が前方のプレートフィン４５にも供給され、プレートフィン４５全体への空気の流れが平均化される。
【００４９】
［実施の形態４の変更例４］
図２１は熱交換装置を示す平断面図である。本変更例は、図２１に示すように、前記実施の形態４（図１７参照）における両熱交換器６５の間の上流側の通気路７７に、前から後側（図２１において左から右側）に向かってテーパ状に広がる二等辺三角形状の案内部材９６を配置したものである。案内部材９６により、内気導入口７８から導入された内気を左右の各熱交換器６５へ誘導することができる。このような構造にすることにより、空気が前方のプレートフィン４５にも供給され、プレートフィン４５全体への空気の流れが平均化される。
【００５０】
本発明は上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更が可能である。例えば、本発明の熱交換装置２４は、車両用空調装置１４に限らず、種々の用途に適用することができる。また、熱交換装置２４は、前記実施の形態では、短軸方向を高さ方向としたが、長軸方向を高さ方向としたり、傾斜状に配置したりしてもよく、その配置の向きは限定されない。また、熱供給体は、熱交換器の短軸方向の端面（上面及び／又は下面）に限らず、長軸方向の端面に配置することもできる。また、熱供給体は、熱交換器に対して直接的に連結して配置する他、他部材を介して連結して配置することもできる。また、前記実施の形態では、ダクト内の通気路の短軸及び長軸に直交する方向を通気方向としたが、通気路に対する空気の導入口及び吹出口の設定によっては、通気路の短軸及び長軸に直交する方向に対して斜め方向が通気路の通気方向になる場合も考えられる。また、前記実施の形態におけるペルチェ素子４２に流す電流の方向を一方向に特定して、クーラ専用又はヒータ専用とすることもできる。また、熱供給体としては、ペルチェ素子４２に限らず、電熱ヒータ、蓄熱材、蓄冷材を用いることができる。また、蓄熱材、蓄冷材は、１枚あるいは複数枚を熱交換器の上面又は下面に対して全面的に接触させるとよい。また、熱供給体は、熱交換器の上下両面に配置することもできる。
【符号の説明】
【００５１】
１０…車両
１２…天井部
１４…車両用空調装置
１６…外気用ダクト
２０…内気用ダクト
２４…熱交換装置
２８…外気用通気路
３４…内気用通気路
４０…基準形状の熱交換器
４１，４１Ａ，４１Ｂ，５３，６５，６７…熱交換器
４２…ペルチェ素子（熱供給体）
５８，５９，７４，８６…分岐路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱交換装置及び車両用空調装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、車両の天井部に熱交換装置を備えた車両用空調装置がある（例えば、特許文献１，２参照）。このような車両用空調装置の熱交換装置は、通気方向に対応する通路断面が長軸と短軸を有する扁平状の通気路を有するダクトと、そのダクトの通気路に配置されるフィン型の熱交換器と、その熱交換器に熱的に連結して配置される熱供給体（特許文献１でペルチェ素子、特許文献２で熱電素子が相当する）とを備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２６２５８０号公報
【特許文献２】特開平２−２８６５９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前記車両用空調装置の熱交換装置における熱供給体のＣＯＰ（成績係数）を向上するためには、熱供給体で発生した熱（冷熱・排熱）を熱媒体である空気に効率良く伝える必要がある。熱媒体が空気である場合は、熱交換器に大きな伝熱面積が必要になる。しかし、車両の天井部に備える熱交換装置では、設置スペース上の制約から熱交換器の体格（高さ、間口、通気方向の長さ）は限られる。また、冷却側の熱交換器と放熱側の熱交換器との相互間にペルチェ素子を配置してなるペルチェモジュール（特許文献１で吸着材モジュールが相当する）では、熱交換器の体格のうち、特に高さ方向に係る設置スペースの制約が厳しい。このような理由から、熱交換器の高さを抑制することが望まれる。一方、熱交換器の通気方向の長さを長くすることによって伝熱面積を増加することが可能である。しかし、これでは熱交換器の圧損（通風抵抗）の増大を招くことになるため好ましくない。
本発明が解決しようとする課題は、熱交換器の短軸長さを抑制しつつ圧損を低減することのできる熱交換装置及び車両用空調装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記課題は、特許請求の範囲に記載された構成を要旨とする熱交換装置及び車両用空調装置により解決することができる。
すなわち、請求項１に記載された熱交換装置によると、熱交換器が配置された領域における通路断面の最大長軸長さよりも熱交換器の上流側端長さが長くなるように、ダクトの通気路に熱交換器を配置したものである。したがって、ダクトの通気路に対する配置を工夫することにより、熱交換器の通気方向の長さを短くすることができる。これによって、熱交換器の短軸長さを抑制しつつ圧損を低減することができる。なお、本明細書でいう「通気方向に対応する通路断面」とは、通気方向に対応する通路の延びる方向に直角に交わる断面で切断した場合の通路断面という意味であり、通路の延びる方向に対して通気方向が傾斜している場合には、通気方向に直角に交わる断面で切断した場合の通路断面ではなく、通気方向に対応した通路の延びる方向に直角に交わる断面で切断した場合の通路断面となる。
【０００６】
また、請求項２に記載された熱交換装置によると、熱交換器をダクトの通気路の通気方向に対応する通路断面における長軸方向に対して傾斜する傾斜部を有するように配置したことによって、熱交換器の通気方向の長さを短くすることができる。
【０００７】
また、請求項３に記載された熱交換装置によると、熱交換器がＶ字状に形成されている。これにより、熱交換器をＩ字状に形成した場合と比べて、ダクトの通気路の通気方向に関する熱交換器の長さを短くすることができる。
【０００８】
また、請求項４に記載された熱交換装置によると、ダクトに異なる通気方向の複数の分岐路を形成し、複数の分岐路に前記熱交換器をそれぞれ配置したことによって、各熱交換器の通気方向の長さを短くすることができる。
【０００９】
また、請求項５に記載された熱交換装置によると、複数の分岐路がダクトの通気路の下流側で合流されている。したがって、複数の分岐路を流れた空気を、ダクトの通気路の下流側で合流させることができる。
【００１０】
また、請求項６に記載された車両用空調装置によると、請求項１〜５のいずれか１つに記載の熱交換装置を車両の天井部に備えたものである。したがって、熱交換器の短軸長さを抑制しつつ圧損を低減することのできる熱交換装置を備えた車両用空調装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施の形態１にかかる車両用空調装置を示す側断面図である。
【図２】熱交換装置を示す側断面図である。
【図３】熱交換装置を示す平断面図である。
【図４】プレートフィン型の熱交換器を一部破断して示す斜視図である。
【図５】ピンフィン型の熱交換器を一部破断して示す斜視図である。
【図６】ルーバーフィン型の熱交換器を一部破断して示す斜視図である。
【図７】基準形状の熱交換器を備えた熱交換装置を示す側断面図である。
【図８】基準形状の熱交換器を備えた熱交換装置を示す平断面図である。
【図９】実施の形態１の変更例１にかかる熱交換装置を示す平断面図である。
【図１０】実施の形態１の変更例２にかかる熱交換装置を示す平断面図である。
【図１１】実施の形態１の変更例３にかかる熱交換装置を示す平断面図である。
【図１２】実施の形態１の変更例４にかかる熱交換装置を示す平断面図である。
【図１３】実施の形態２にかかる熱交換装置を示す側断面図である。
【図１４】熱交換装置を示す平断面図である。
【図１５】実施の形態３にかかる熱交換装置を示す平断面図である。
【図１６】実施の形態４にかかる熱交換装置を示す側断面図である。
【図１７】熱交換装置を示す平断面図である。
【図１８】実施の形態４の変更例１にかかる熱交換装置を示す平断面図である。
【図１９】実施の形態４の変更例２にかかる熱交換装置を示す平断面図である。
【図２０】実施の形態４の変更例３にかかる熱交換装置を示す平断面図である。
【図２１】実施の形態４の変更例４にかかる熱交換装置を示す平断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明を実施するための形態について図面を用いて説明する。
【００１３】
［実施の形態１］
本発明の実施の形態１を説明する。説明の都合上、熱交換装置を備えた車両用空調装置から説明する。図１は車両用空調装置を示す側断面図である。なお、図中、矢印ＦＲは車両前方向を示し、矢印ＵＰは車両上方向を示している。
図１に示すように、車両（本実施の形態では乗用車）１０の天井部１２に空調装置１４が搭載されている。空調装置１４は、外気用ダクト１６と外気用ファン１８と内気用ダクト２０と内気用ファン２２と熱交換装置２４とを備えている。
【００１４】
前記外気用ダクト１６内には、前記車両１０のルーフ２６の下面側に形成されている。外気用ダクト１６には、車両前後方向（図１において左右方向）を通気方向とする外気用通気路２８が形成されている。外気用通気路２８は、高さが低く間口（車両左右方向（図１において紙面表裏方向）の幅が相当する）の広い扁平状の通路断面を有している。なお、通路断面の高さは本明細書でいう「長軸」に相当する。また、通路断面の間口は本明細書でいう「短軸」に相当する。
【００１５】
また、外気用通気路２８の前端開口部（図１において左端開口部）には、ルーフ２６の前側部を貫通して車両前方に開口する外気導入口３０が形成されている。また、外気用通気路２８の後端開口部（図１において右端開口部）には、ルーフ２６の後側部を貫通して車両後方に開口する外気排出口３２が設けられている。したがって、車両１０が走行することにより、外気（空気）が外気導入口３０から外気用通気路２８に導入され、外気用通気路２８を通って外気排出口３２から排出される。
【００１６】
前記外気用ファン１８は、前記外気用通気路２８における上流部（図１において左端部）に配置されている。外気用ファン１８は、例えば貫流式ファンであって、制御装置（図示省略）によって制御される電動モータによって作動される。車両１０の運転中における信号待ち、渋滞中等において、外気用通気路２８を流れる外気が不足するときは、外気用ファン１８の作動によって外気（空気）を外気導入口３０から外気用通気路２８に強制的に導入し、外気排出口３２から排出することができる。なお、外気用ファン１８は、外気用通気路２８における上流部に限らず、下流部に配置してもよい。
【００１７】
前記内気用ダクト２０は、前記外気用ダクト１６の下面側に積層状に形成されている。内気用ダクト２０内には、車両前後方向（図１において左右方向）を通気方向とする内気用通気路３４が形成されている。内気用通気路３４は、前記外気用通気路２８と同様、通気方向に対応する通路断面が長軸と短軸を有する扁平状を有している。また、内気用通気路３４の前端部（図１において左端部）には、下方に向けて開口する内気導入口３６が形成されている。また、内気用通気路３４の後端部（図１において右端部）には、下方に向けて開口する内気吹出口３８が設けられている。なお、内気導入口３６は後下方（前席１０１に着座する乗員の頭部の周辺部）に向けて傾斜されているとともに内気吹出口３８は前下方（後席１０２に着座する乗員の頭部の周辺部）に向けて傾斜されており、内気吹出口３８から吹出された内気（空気）が再び内気導入口３６に導入されやすくなっている。
【００１８】
前記内気用ファン２２は、前記内気用通気路３４における上流部（図１において左端部）に配置されている。内気用ファン２２は、例えば貫流式ファンであって、図示しない制御装置によって制御される電動モータによって作動される。これにより、内気（車室１０ａ内の空気）を内気導入口３６から内気用通気路３４に導入し、内気吹出口３８から車室１０ａ内へ吹出すことができる。なお、本実施の形態では、内気が内気用通気路３４を前端側から後端側へ流れるが、内気用ファン２２を逆転させることによって、内気を逆流させることもできる。この場合、前記内気吹出口３８が内気導入口となり、前記内気導入口３６が内気吹出口となる。また、内気用ファンは、内気用通気路３４における上流部に限らず、下流部に配置してもよい。
【００１９】
前記熱交換装置２４は、前記外気用ダクト１６と前記内気用ダクト２０との重複部分に配置されている。熱交換装置２４は、フィン型の上下の熱交換器４１と、両熱交換器４１の相互間に介装されることにより両熱交換器４１に熱的に連結されたペルチェ素子４２とを備えている。上側の熱交換器４１は、前記外気用通気路２８の前後方向の中央部にほぼ密嵌状に配置されている。また、下側の熱交換器４１は、前記内気用通気路３４の前後方向の中央部にほぼ密嵌状に配置されている。また、熱交換器４１は、例えば、アルミニウム、銅等の熱伝導性の良い金属材料により形成されている。なお、上下の熱交換器４１には、本実施の形態では同一構成のものが採用されている。また、上下の熱交換器４１とペルチェ素子４２とにより、「ペルチェモジュール」が構成されている。
【００２０】
前記熱交換器４１には、本実施の形態では、プレートフィン型の熱交換器４１が採用されている。図４はプレートフィン型の熱交換器を一部破断して示す斜視図である。
図４に示すように、プレートフィン型の熱交換器４１は、上下の基板部４４の相互間に多数枚のプレートフィン４５を幅方向に平行状に配列したものである。両基板部４４間における隣り合うプレートフィン４５の間が通気路となっている。
【００２１】
なお、プレートフィン型の熱交換器４１に代えて、ピンフィン型の熱交換器、ルーバーフィン型の熱交換器を採用することもできる。図５はピンフィン型の熱交換器を一部破断して示す斜視図、図６はルーバーフィン型の熱交換器を一部破断して示す斜視図である。
図５に示すように、ピンフィン型の熱交換器４１Ａは、上下の基板部４４Ａの相互間に多数本のピンフィン４５Ａを縦横に所定の間隔で配列したものである。両基板部４４Ａ間における隣り合うピンフィン４５Ａの間が通気路となっている。
また、図６に示すように、ルーバーフィン型の熱交換器４１Ｂは、前記プレートフィン型の熱交換器４１（図４参照）におけるプレートフィン４５に切り起こし状のルーバー４５ａを形成したものである。プレートフィン４５のルーバー４５ａが、そのルーバー４５ａの切り起こしによる孔４５ｂに空気を通すように案内する。
【００２２】
前記ペルチェ素子４２（図１参照）は、四角形板状に形成されており、その板厚方向の板面（上面及び下面）が吸熱面及び放熱面としてそれぞれ機能する。ペルチェ素子４２は、ペルチェ効果を利用した熱電素子である。すなわち、ペルチェ素子４２は、２種の金属板の相互間にＰ型半導体とＮ型半導体とを多数配置するとともに、一方の金属板によってＮ−Ｐ接合を構成し、かつ他方の金属板によってＰ−Ｎ接合を構成した素子であって、ＰＮ接合部分に電流を流すことにより熱移動が起こり、一方の金属板で吸熱現象が生じ、他方の金属板で放熱現象（発熱現象）が生じるものである。また、ペルチェ素子４２に対する電流は、前記制御装置によって制御される。なお、ペルチェ素子４２は、本明細書でいう「熱供給体」に相当する。また、ペルチェ素子４２は、両熱交換器４１の対向する基板部４４（図４参照）の相互間に積層状にかつ密着状に配置されている。このため、両熱交換器４１の相反する側に位置する基板部４４（下側の熱交換器４１の下側の基板部４４、及び／又は、上側の熱交換器４１の上側の基板部４４）は省略してもよい。
【００２３】
図１に示すように、前記外気用ダクト１６と前記内気用ダクト２０との間、及び、外気用ダクト１６と前記ルーフ２６との間、内気用ダクト２０の下面には、断熱性を有する断熱材４７が設けられている。
【００２４】
前記空調装置１４（図１参照）において、車両１０の車室１０ａ内を冷房する場合には、ペルチェ素子４２の下面を吸熱面とし、その上面を放熱面とするように、制御装置によってペルチェ素子４２に電流が流される。これにより、下側の熱交換器４１の熱が上側の熱交換器４１に移動される結果、下側の熱交換器４１が冷却される。これとともに、外気用ファン１８の作動、及び／又は、車両１０の走行により、外気が外気用ダクト１６の外気用通気路２８を通る。また、内気用ファン２２の作動により、内気が内気用ダクト２０の内気用通気路３４を通る。したがって、内気導入口３６から内気用通気路３４に導入された内気が下側の熱交換器４１を通ることにより冷却された後、内気吹出口３８から車室１０ａ内へ吹出される。また、外気導入口３０から外気用通気路２８に導入された外気が上側の熱交換器４１の通ることにより、上側の熱交換器４１の熱が外気と共に外気排出口３２から排出される。なお、車室１０ａ内を暖房する場合には、前記制御装置によって、ペルチェ素子４２に対する電流の方向を逆転し、ペルチェ素子４２の上下面における吸熱面と放熱面とを逆転させればよい。
【００２５】
次に、前記熱交換器４１の基準形状について説明する。図７は基準形状の熱交換器を備えた熱交換装置を示す側断面図、図８は同じく平断面図である。
図７及び図８に示すように、基準形状の熱交換器（符号、４０を付す）は扁平状をなす横長四角状に形成されている。熱交換器４０は、熱交換器４０に要求される性能に応じた基準高さ４０Ｈ（図７参照）、基準間口４０Ｗ及び通気方向の基準長さ４０Ｌ（図８参照）を有している。また、本実施の形態では、前記ペルチェモジュールに８個のペルチェ素子４２が用いられており、熱交換器４０の上面に対して、間口方向（図８において上下方向）に等間隔でかつ交互に前後に振り分けた状態で配置されている。
【００２６】
次に、本実施の形態にかかる熱交換装置２４について説明する。図２は熱交換装置を示す側断面図、図３は同じく平断面図である。なお、前記ペルチェモジュールの上下の熱交換器４１は実質的に同一形状をなしているため、下側の熱交換器４１について説明し、上側の熱交換器４１についての説明は省略する。
図３に示すように、本実施の形態にかかる熱交換装置２４は、熱交換器４１が平面視でＶ字状に形成されている。詳しくは、熱交換器４１を左右二つの分割体５０で構成し、両分割体５０を内気用ダクト２０の通気方向（前後方向）に対して、所定の傾斜角θ１をもって斜めにかつ左右対称状に配置したものである。傾斜角θ１は、例えば４５°である。
【００２７】
したがって、直角二等辺三角形における直角をなす２辺を「１」とした場合、斜辺の長さが「√２」であることから分かるように、間口方向の寸法Ｓ１及び通気方向の寸法Ｓ２に対して分割体５０の間口Ｗを基準間口４０Ｗ（図８参照）の１／２よりも広げることができる。このため、フィンの面積を基準形状と同じとした場合、その分割体５０の間口Ｗの広がった分に応じて、分割体５０の通気方向の長さＬを前記基準長さ４０Ｌ（図８参照）よりも短くすることができる。すなわち、分割体５０の通気方向の長さＬを前記基準長さ４０Ｌ（図８参照）の１／√２（＝０．８７）程度に短くすることができる。また、熱交換器４１の高さＨ（図２参照）は、前記基準高さ４０Ｈ（図７参照）と同じである。また、本実施の形態の場合、前記ペルチェ素子４２は、熱交換器４１の分割体５０に対して各４個ずつ等間隔で配置されている（図３参照）。
【００２８】
前記した熱交換装置２４によると、熱交換器４１が配置された領域における通路断面の最大長軸長さよりも熱交換器４１の上流側端長さの合計が長くなるように、内気用ダクト２０の内気用通気路３４に熱交換器４１の両分割体５０を配置したものである。なお、熱交換器４１が配置された領域とは、内気用ダクト２０内で熱交換器４１（両分割体５０）が配置された領域が相当する。また、通路断面の最大長軸長さとは、内気用ダクト２０の間口方向の長さ（通気方向に間口が変化する場合では前記領域における最大長さ）が相当する。また、熱交換器４１の上流側端長さとは、両分割体５０において上流側に位置する面における長軸方向の長さの合計が相当する。
【００２９】
したがって、内気用ダクト２０の内気用通気路３４に対する配置を工夫することにより、熱交換器４１の両分割体５０の通気方向の長さＬ（図３参照）を前記基準長さ４０Ｌよりも短くすることができる。これによって、熱交換器４１の両分割体５０の短軸長さとしての高さＨ（本実施の形態では前記基準高さ４０Ｈと同じ）を抑制しつつ圧損を低減することができる。
【００３０】
また、熱交換器４１の両分割体５０を内気用ダクト２０の内気用通気路３４の通気方向に対応する通路断面における長軸方向としての間口に対して傾斜する傾斜部を有するように配置したことによって、熱交換器４１の両分割体５０の通気方向の長さＬ（図３参照）を前記基準長さ４０Ｌ（図８参照）よりも短くすることができる。
【００３１】
また、熱交換器４１がＶ字状に形成されている（図３参照）。これにより、熱交換器４１をＩ字状に形成した場合（図１２参照）と比べて、内気用ダクト２０の内気用通気路３４の通気方向に関する熱交換器４１の長さ（前後方向（図２及び図３において左右方向）の長さ）を短くすることができる。
【００３２】
また、前記した車両用空調装置１４（図１参照）によると、熱交換器４１の短軸長さとしての高さＨを抑制しつつ圧損を低減することのできる熱交換装置２４を備えた車両用空調装置１４を提供することができる。
【００３３】
［実施の形態１の変更例１］
図９は熱交換装置を示す平断面図である。本変更例は、図９に示すように、前記実施の形態１（図３参照）における熱交換器４１の両分割体５０の隣り合うプレートフィン４５の相互間の間隔Ｋを、前側（図９において左側）から後側（図９において右側）に向かって次第に狭くしたものである。このような構造にすることにより、プレートフィン４５の相互間に流れる空気の量を均一化することができる。
【００３４】
［実施の形態１の変更例２］
図１０は熱交換装置を示す平断面図である。本変更例は、図１０に示すように、前記実施の形態１（図３参照）における熱交換器４１の両分割体５０のプレートフィン４５の傾斜角θ２を前側から後側に向かって次第に小さくしたものである。なお、傾斜角θ２は、前後方向に延びる直線５２に対するプレートフィン４５のなす角度である。
このような構造にすることにより、プレートフィン４５の面積が増えるため、さらに熱交換器４１の両分割体５０の通気方向の長さを短くすることができる。
【００３５】
［実施の形態１の変更例３］
図１１は熱交換装置を示す平断面図である。本変更例は、図１１に示すように、前記実施の形態１（図３参照）における熱交換器４１の両分割体５０をその傾斜方向を同一方向に向けて並行状に配置したものである。
【００３６】
［実施の形態１の変更例４］
図１２は熱交換装置を示す平断面図である。本変更例は、図１２に示すように、前記実施の形態１（図３参照）における熱交換器４１を分割せずに平面視でＩ字状に形成した熱交換器（符号、５３を付す）であり、熱交換器５３を内気用ダクト２０の通気方向（前後方向）に対して所定の傾斜角θ３をもって斜めに配置したものである。傾斜角θ３は、例えば４５°である。
【００３７】
［実施の形態２］
本発明の実施の形態２を説明する。本実施の形態は、前記実施の形態１に変更を加えたものであるから、その変更部分について説明し、重複する説明は省略する。図１３は熱交換装置を示す側断面図、図１４は同じく平断面図である。
本実施の形態は、図１３及び図１４に示すように、前記内気用ダクト２０の下面中央部に、下方に向けて開口する方形状の内気導入口５４が設けられている。また、内気用ダクト２０の前端部に、下方に向けて開口する前側の内気吹出口５６が設けられている。また、内気用ダクト２０の後端部に、下方に向けて開口する後側の内気吹出口５７が設けられている。なお、図１３に示すように、内気導入口５４の前半部は前下方に向けて傾斜されているとともに前側の内気吹出口５６は後下方に向けて傾斜されており、前側の内気吹出口５６から吹出された内気が再び内気導入口５４に導入されやすくなっている。また、内気導入口５４の後半部は後下方に向けて傾斜されているとともに後側の内気吹出口５７は前下方に向けて傾斜されており、後側の内気吹出口５７から吹出された内気が再び内気導入口５４に導入されやすくなっている。
【００３８】
本実施の形態では、前記内気用ダクト２０の内気用通気路３４における内気導入口５４上に内気用ファン６０が配置されている。内気用ファン６０は、例えばシロッコファンであって、図示しない制御装置によって制御される電動モータによって作動される。このため、内気用ファン６０の作動により内気導入口５４から導入された内気は、内気用通気路３４の前半の分岐路５８及び後半の分岐路５９の二方向に分岐して流れる。なお、分岐路５８，５８は、本明細書でいう「異なる通気方向の複数の分岐路」に相当する。また、内気用ダクト２０において、内気が前方へ流れる前半の分岐路５８を形成する部分を前側の分岐路形成部６２といい、内気が後方へ流れる後半の分岐路５９を形成する部分を後側の分岐路形成部６３という。また、本実施の形態においては、前記実施の形態１（図２及び図３参照）における内気用ファン２２は省略されている。なお、本実施の形態においても、内気用ファン６０を逆転させることによって、内気を逆流させることもできる。
【００３９】
図１４に示すように、前記熱交換装置２４の熱交換器（符号、６５を付す）は、前記両分岐路形成部６２，６３の分岐路５８，５９に対してそれぞれ配置されている。したがって、前後二つの熱交換器６５の間口Ｗの合計を前記基準間口４０Ｗ（図８参照）の２倍に広げることができる。このため、両熱交換器６５の間口Ｗの広がった分に応じて、両熱交換器６５の通気方向の長さＬ１を前記前記基準長さ４０Ｌ（図８参照）の１／２に短くすることができる。また、熱交換器６５の高さＨ（図１３参照）は、前記実施の形態１における熱交換器４１の両分割体５０の高さＨ（図２参照）と同じである。また、前記ペルチェ素子４２は、両熱交換器６５に対して各４個ずつ等間隔で配置されている。
【００４０】
本実施の形態の熱交換装置２４によると、内気用ダクト２０に異なる通気方向の２つの分岐路５８，５９を形成し、２つの分岐路５８，５９に熱交換器６５をそれぞれ配置したことによって、各熱交換器６５の通気方向の長さを短くすることができる。
【００４１】
［実施の形態３］
本発明の実施の形態３を説明する。本実施の形態は、前記実施の形態２に変更を加えたものであるから、その変更部分について説明し、重複する説明は省略する。図１５は熱交換装置を示す平断面図である。
本実施の形態は、図１５に示すように、前記内気用ダクト２０の左右両側部に前記前後の分岐路形成部６２，６３と同様、内気吹出口７２及び分岐路７４を有する左右の両分岐路形成部７０を左右対称状に連通したものである。このため、内気用ファン６０の作動により内気導入口５４から導入された内気は、前側の分岐路５８、後側の分岐路５９及び左右の両分岐路７４の四方向に分岐して流れる。なお、分岐路５８，５８，７４は、本明細書でいう「異なる通気方向の複数の分岐路」に相当する。
【００４２】
前記熱交換器（符号、６７を付す）は、前記前後左右の計四つの分岐路５８，５９，７４に対してそれぞれ配置されている。したがって、四つの熱交換器６７の間口Ｗの合計を前記基準間口４０Ｗ（図８参照）の４倍に広げることができる。このため、四つの熱交換器６７の間口Ｗの広がった分に応じて、四つの熱交換器６７の通気方向の長さＬ２を前記前記基準長さ４０Ｌ（図８参照）の１／４に短くすることができる。また、熱交換器６７の高さは、前記実施の形態１における熱交換器４１の高さＨ（図２参照）と同じである。また、前記ペルチェ素子４２は、四つの熱交換器６７に対して各２個ずつ等間隔で配置されている。
【００４３】
［実施の形態４］
本発明の実施の形態４を説明する。本実施の形態は、前記実施の形態１に変更を加えたものであるから、その変更部分について説明し、重複する説明は省略する。図１６は熱交換装置を示す側断面図、図１７は同じく平断面図である。
本実施の形態は、図１７に示すように、前記実施の形態１における内気用ダクト２０（図２参照）の内気用通気路３４に、前記実施の形態２における前後二つの熱交換器６５（図１４参照）をその間口を左右方向（図１７において左右方向）に向けた状態で左右（図１７において上下）に所定の間隔を隔てて並行状に配置したものである。内気用ダクト２０の前壁７６には、両熱交換器６５の前端面が当接されている。両熱交換器６５の相互間の上流側の通気路（符号、７７を付す）に連通するように内気導入口（符号、７８を付す）が形成されている。それにともない、内気用ファン２２の横幅（図１７において縦幅）が短縮されている。
【００４４】
前記両熱交換器６５の相互間の後方開端面は、閉鎖壁８０によって閉鎖されている。また、内気用ダクト２０の右側壁８２と右側（図１７において上側）に配置された熱交換器６５との間、及び、内気用ダクト２０の左側壁８４と左側（図１７において下側）に配置された熱交換器６５との相互間には、左右の分岐路８６が形成されている。なお、各分岐路８６を形成するダクト部分を分岐路形成部８７という。また、閉鎖壁８０（両熱交換器６５を含む）と内気用ダクト２０の後壁８８との相互間には、両分岐路８６と内気吹出口３８とを連通する下流側の通気路９０が形成されている。なお、上流側の通気路７７、両分岐路８６、及び、下流側の通気路９０により、内気用通気路３４が構成されている。また、前記ペルチェ素子４２は、前記実施の形態２と同様、両熱交換器６５に対して各４個ずつ等間隔で配置されている。
【００４５】
本実施の形態によると、内気用ファン６０の作動により内気導入口５４から内気用通気路３４の上流側の通気路７７に導入された内気を、左右の分岐路８６に分岐させることで各熱交換器６５に流した後、左右の分岐路８６を流れた空気を、内気用ダクト２０の内気用通気路３４の下流側の通気路９０で合流させることができる。したがって、両熱交換器６５の通気方向の長さを短くすることができる。
【００４６】
［実施の形態４の変更例１］
図１８は熱交換装置を示す平断面図である。本変更例は、図１８に示すように、前記実施の形態４（図１７参照）における両熱交換器６５の隣り合うプレートフィン４５の相互間の間隔Ｋを、前側（図１８において左側）から後側（図１８において右側）に向かって次第に狭くしたものである。このような構造にすることにより、プレートフィン４５の相互間に流れる空気の量を均一化することができる。
【００４７】
［実施の形態４の変更例２］
図１９は熱交換装置を示す平断面図である。本変更例は、図１９に示すように、前記実施の形態４（図１７参照）における両熱交換器６５のプレートフィン４５の傾斜角θ４を前側から後側に向かって次第に大きくしたものである。なお、傾斜角θ４は、左右方向に延びる直線９２に対するプレートフィン４５のなす角度である。
【００４８】
［実施の形態４の変更例３］
図２０は熱交換装置を示す平断面図である。本変更例は、図２０に示すように、前記実施の形態４（図１７参照）における両熱交換器６５の間の上流側の通気路７７に平板状の案内板９４を配置したものである。案内板９４により、内気導入口７８から導入された内気を左右の各熱交換器６５へ誘導することができる。このような構造にすることにより、空気が前方のプレートフィン４５にも供給され、プレートフィン４５全体への空気の流れが平均化される。
【００４９】
［実施の形態４の変更例４］
図２１は熱交換装置を示す平断面図である。本変更例は、図２１に示すように、前記実施の形態４（図１７参照）における両熱交換器６５の間の上流側の通気路７７に、前から後側（図２１において左から右側）に向かってテーパ状に広がる二等辺三角形状の案内部材９６を配置したものである。案内部材９６により、内気導入口７８から導入された内気を左右の各熱交換器６５へ誘導することができる。このような構造にすることにより、空気が前方のプレートフィン４５にも供給され、プレートフィン４５全体への空気の流れが平均化される。
【００５０】
本発明は上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更が可能である。例えば、本発明の熱交換装置２４は、車両用空調装置１４に限らず、種々の用途に適用することができる。また、熱交換装置２４は、前記実施の形態では、短軸方向を高さ方向としたが、長軸方向を高さ方向としたり、傾斜状に配置したりしてもよく、その配置の向きは限定されない。また、熱供給体は、熱交換器の短軸方向の端面（上面及び／又は下面）に限らず、長軸方向の端面に配置することもできる。また、熱供給体は、熱交換器に対して直接的に連結して配置する他、他部材を介して連結して配置することもできる。また、前記実施の形態では、ダクト内の通気路の短軸及び長軸に直交する方向を通気方向としたが、通気路に対する空気の導入口及び吹出口の設定によっては、通気路の短軸及び長軸に直交する方向に対して斜め方向が通気路の通気方向になる場合も考えられる。また、前記実施の形態におけるペルチェ素子４２に流す電流の方向を一方向に特定して、クーラ専用又はヒータ専用とすることもできる。また、熱供給体としては、ペルチェ素子４２に限らず、電熱ヒータ、蓄熱材、蓄冷材を用いることができる。また、蓄熱材、蓄冷材は、１枚あるいは複数枚を熱交換器の上面又は下面に対して全面的に接触させるとよい。また、熱供給体は、熱交換器の上下両面に配置することもできる。
【符号の説明】
【００５１】
１０…車両
１２…天井部
１４…車両用空調装置
１６…外気用ダクト
２０…内気用ダクト
２４…熱交換装置
２８…外気用通気路
３４…内気用通気路
４０…基準形状の熱交換器
４１，４１Ａ，４１Ｂ，５３，６５，６７…熱交換器
４２…ペルチェ素子（熱供給体）
５８，５９，７４，８６…分岐路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
通気方向に対応する通路断面が長軸と短軸を有する扁平状の通気路を有するダクトと、
前記ダクトの通気路に配置されるフィン型の熱交換器と、
前記熱交換器に熱的に連結して配置される熱供給体と
を備える熱交換装置であって、
前記熱交換器が配置された領域における前記通路断面の最大長軸長さよりも前記熱交換器の上流側端長さが長くなるように、前記ダクトの通気路に前記熱交換器を配置したことを特徴とする熱交換装置。
【請求項２】
請求項１に記載の熱交換装置であって、
前記熱交換器を前記ダクトの通気路の通気方向に対応する通路断面における長軸方向に対して傾斜する傾斜部を有するように配置したことを特徴とする熱交換装置。
【請求項３】
請求項２に記載の熱交換装置であって、
前記熱交換器がＶ字状に形成されていることを特徴とする熱交換装置。
【請求項４】
請求項１に記載の熱交換装置であって、
前記ダクトに異なる通気方向の複数の分岐路を形成し、前記複数の分岐路に前記熱交換器をそれぞれ配置したことを特徴とする熱交換装置。
【請求項５】
請求項４に記載の熱交換装置であって、
前記複数の分岐路が前記ダクトの通気路の下流側で合流されていることを特徴とする熱交換装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１つに記載の熱交換装置を車両の天井部に備えたことを特徴とする車両用空調装置。
【請求項１】
通気方向に対応する通路断面が長軸と短軸を有する扁平状の通気路を有するダクトと、
前記ダクトの通気路に配置されるフィン型の熱交換器と、
前記熱交換器に熱的に連結して配置される熱供給体と
を備える熱交換装置であって、
前記熱交換器が配置された領域における前記通路断面の最大長軸長さよりも前記熱交換器の上流側端長さが長くなるように、前記ダクトの通気路に前記熱交換器を配置したことを特徴とする熱交換装置。
【請求項２】
請求項１に記載の熱交換装置であって、
前記熱交換器を前記ダクトの通気路の通気方向に対応する通路断面における長軸方向に対して傾斜する傾斜部を有するように配置したことを特徴とする熱交換装置。
【請求項３】
請求項２に記載の熱交換装置であって、
前記熱交換器がＶ字状に形成されていることを特徴とする熱交換装置。
【請求項４】
請求項１に記載の熱交換装置であって、
前記ダクトに異なる通気方向の複数の分岐路を形成し、前記複数の分岐路に前記熱交換器をそれぞれ配置したことを特徴とする熱交換装置。
【請求項５】
請求項４に記載の熱交換装置であって、
前記複数の分岐路が前記ダクトの通気路の下流側で合流されていることを特徴とする熱交換装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１つに記載の熱交換装置を車両の天井部に備えたことを特徴とする車両用空調装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【公開番号】特開２０１１−１９５０６６（Ｐ２０１１−１９５０６６Ａ）
【公開日】平成２３年１０月６日（２０１１．１０．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−６５３７４（Ｐ２０１０−６５３７４）
【出願日】平成２２年３月２３日（２０１０．３．２３）
【出願人】（０００００３２１８）株式会社豊田自動織機 (4,162)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月６日（２０１１．１０．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月２３日（２０１０．３．２３）
【出願人】（０００００３２１８）株式会社豊田自動織機 (4,162)
【Ｆターム（参考）】
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