JP2002362138A - 自動車空調装置用熱交換器 - Google Patents

自動車空調装置用熱交換器

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 圧縮機オフのときにも冷凍出力を発揮する熱
交換器を提供する。 【解決手段】 本発明による、自動車空調装置（５４）
用の熱交換器は、冷媒用管路手段（１０２）を有し、管
路手段の間を空気が熱交換のために貫流可能である。管
路手段（１０２）が蓄冷手段（１１４）を挿通させてお
り、これらの蓄冷手段内に蓄冷材が収容されている。管
路手段が偏平管として構成されている。管路手段（１０
２）が各１つのディスク対（１０６）によって形成され
ている。蓄冷手段（１１４）が、管路手段（１０２）を
横切って延設される管（１１６）として構成されてお
り、これらの管が管路手段（１０２）に差し通されてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、請求項１の前文に
記載された自動車空調装置用の熱交換器と空調装置とに
関する。
【０００２】
【従来の技術】自動車製造業者の目標の１つは車両の燃
料消費量を削減することである。１つの消費量削減措置
は、一時停止時、例えば信号待ちでの停車時、エンジン
をオフにすることであり、アイドルストップ運転とも称
される。この措置は、例えばいわゆる３リッターカー等
の今日の低燃費車両においてすでに利用されている。ア
イドルストップ運転モードを備えた車両では市内通行時
に走行時間の約２５〜３０％でエンジンが切られる。
【０００３】これが、このような車両が何故に空調装置
を備えていないかの理由である。というのも、エンジン
停止時には空調装置用に不可欠な圧縮機も駆動すること
ができず、アイドルストップ運転のとき空調装置は所要
の冷凍出力を提供できないからである。
【０００４】この問題を解決するためにＥＰ０９９５６
２１Ａ２では、湿潤空気の冷却時に生じる凝縮液によっ
て空調装置の蒸発器を凍結させ、アイドルストップ運転
時、エンジンがオフであると、その際に溶ける氷によっ
て空気を冷却可能とすることが提案されている。しかし
この方法には幾つもの欠点がある。空気中に存在し蒸発
器の凍結に不可欠な水量は気候上の周囲条件に左右され
る。空気中湿気が少ないと凍結用に十分な凝縮水を用意
できないことが生じることがある。さらに、蒸発器を凍
結させるには一般に比較的長い時間が不可欠であり、こ
の公知空調装置は比較的長い走行時間後にはじめてアイ
ドルストップ運転で作動することができる。他の問題と
して、一般に蒸発器は不規則に凍結し、凍結領域と未凍
結領域とを有することになる。さらに、空気が蒸発器内
を流れないかまたは高い圧力損失を伴ってのみ流れるこ
とができるほどに凍結が強くなることがある。いずれに
しても氷層が空気側圧力損失を引き起こし、そのことで
送風機出力が高まることになる。さらに欠点として、湿
った表面に細菌が容易に付着して不快な臭いを引き起こ
す。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】この先行技術から出発
して本発明の課題は、圧縮機オフのときにも冷凍出力を
提供しかつ前記欠点を極力防止することのできる熱交換
器を提供することである。他の課題は、この熱交換器を
含み、アイドルストップ状況を含むあらゆる運転・周囲
条件において車両の空気調和を保証する空調装置を提供
することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】この課題は、請求項１の
特徴を有する空調装置と請求項１２の特徴を有する空調
装置とによって解決される。
【０００７】
【発明の実施の形態】本発明による熱交換器は周知の如
くに冷媒用管路手段、例えば偏平管を有し、それらの間
を空気は冷媒との熱交換のために貫流することができ、
蓄冷材を収容した蓄冷手段が管路手段に挿通されてい
る。こうして得られた熱交換器は有利なことに空調装置
圧縮機の作動時に空気の冷却を引き起こすことができ、
同時に蓄冷材が冷やされ、圧縮機のスイッチオフ後も空
気は引き続き冷やすことができる。したがってこの熱交
換器は蓄冷器と蒸発器との組合せ体を形成し、以下では
蓄冷蒸発器とも呼ばれる。
【０００８】実証済みの設計原理に依拠できるようにす
るために、管路手段は有利には偏平管としてまたは各１
つのディスク対によって形成されている。
【０００９】蓄冷手段が好ましくは管路手段を横切って
延設される管として構成されて管路手段に差し込まれて
いることによって、偏平管もしくはディスクは蓄冷手段
を容易に挿通させることもできる。
【００１０】好ましくは蓄冷手段がすべての管路手段に
挿通されており、管路手段内を流れる冷媒によって蓄冷
材は最適に冷やすことができる。
【００１１】良好な熱伝達が実現されているように、有
利には管路手段と蓄冷手段が互いにろう接されている。
【００１２】熱交換器を貫流する空気用の乱流発生器と
して蓄冷手段が構成されている場合、管路手段の間に本
来一般的な波形フィンは省くことができる。これにより
組立が簡素となり、材料、部品および費用が節約され
る。
【００１３】その際有利には蓄冷手段が相互に平行に延
設してずらされ、好ましくは空隙を置いてずらして配置
されており、極力すべての蓄冷材の周りを空気が流れ
る。
【００１４】熱交換性能を高めるために、蓄冷手段が管
路手段の間に十分なスペースを残している場合、付加的
にフィンを設けておくことができる。
【００１５】安価な実施形態において蓄冷材は実質的に
水、好ましくは水・グリサンチン（登録商標）混合物を
含む。
【００１６】蓄冷材が約３〜７℃に相転移を有する場
合、蒸発器の凍結を防止するために熱交換器が０℃より
も高い表面温度を有する空調装置通常運転時でも、蓄冷
材は寒冷を「充填可能」である。その場合、エンジンが
作動し、したがって圧縮機が作動中に通常の冷却運転
も、蓄冷運転、つまりエンジン停止中の冷却運転も、単
一の蒸発器で可能である。
【００１７】
【実施例】以下、図面を参照して実施例に基づいて本発
明を詳しく説明する。
【００１８】本発明による熱交換器１００が冷媒用管路
手段１０２を含み、管路手段は例えば偏平管として構成
しまたは好ましくはディスク１０４によって構成してお
くことができる。ディスク対１０６がそれぞれＵ形流路
を形成し、そのなかで冷媒は矢印１０８に合わせてＵ形
に案内される。ディスク対１０６が相互に結合されて流
入・流出集合室１１０、１１２を形成しており、集合室
は詳しくは図示しない好適な仕方で冷媒管路にやはり接
続可能である。隣接する各ディスク対１０６の間を空気
は熱交換のため貫流することができる。このようなディ
スク形熱交換器は例えばＤＥ１９５０９７８７Ａ１によ
り公知である。
【００１９】本発明によれば管路手段１０２、つまり図
１〜図３に示す実施例においてディスク対１０６は、蓄
冷手段１１４が挿通されている。蓄冷手段１１４は好ま
しくは管１１６として構成されてディスク対１０６に差
し通されかつこれに密封ろう接されている。その際好ま
しくはすべての管路手段１０２に各管１１６が挿通され
ている。見易くするために図１〜図３には若干数の管１
１６が示してあるだけである。管１１６の横断面は円
形、角形、卵形またはその他の公知形状とすることがで
きる。管１１６は、図１と図３に示すように好ましくは
互いに平行に空隙を置いてずらして配置されている。本
発明による熱交換器１００における管１１６の総数およ
びその横断面寸法は、最適化計算および／または実験を
介して熱交換器１００のその都度の設定に適合させるこ
とができる。
【００２０】蓄冷手段１１４は、好ましくは実質的に水
である蓄冷材を収容する密閉容器を含んでいる。管路手
段１０２の内部で管１１６の周りを流れる冷媒（図３）
との熱交換によって蓄冷材は好ましくは凍結され、同時
に、熱交換器１００を貫流する空気は管１１６のうち管
路手段１０２の間に置かれた部分１１７の周りを流れる
ことによって冷やすことができる。冷媒を送る圧縮機が
もはや作動しないとき、本発明による熱交換器１００
は、空気と蓄冷材との間の熱交換によって空気を引き続
き冷やすことができる。
【００２１】蓄冷手段１１４は、管路手段の間を貫流す
る空気が冷媒もしくは蓄冷材との熱交換向上のために渦
化されるように構成および／または配置されている。付
加的に本発明の１構成では、隣接するディスク対１０６
の間にフィン、例えば波形フィンを設けておくことがで
き、そのことが図２に符号１１８で示唆されている。
【００２２】図４は本発明による熱交換器１００を空調
装置５４内に配置する１可能性を示す。本発明による熱
交換器１００は蓄冷蒸発器３２として働く。蓄冷蒸発器
３２の横に公知構造様式の他の「通常の」蒸発器２２が
なお設けられている。両方の蒸発器２２、３２は空気を
冷やすのに利用される。蒸発器２２、３２は空調装置５
４の空気案内ハウジング５２内に周知の如くに配置され
ている。このような空調装置は一般に自動車のインスト
ルメントパネル内にある。詳しくは図示しない送風機を
介して空気は矢印５６方向で蒸発器２２、３２を通して
送ることができる。空調装置５４のうち空気側で蒸発器
の背後で続く部分に一般に加熱体とさまざまな空気ド
ア、そして個々の空気出口に至る空気通路が配置されて
いるが、図２ではこの部分がそれ以上図示されていな
い。空気側で蒸発器２２、３２の前に空気流制御要素５
８が配置されており、空気流制御要素５８が一方の端位
置のとき空気は第１蒸発器２２に通され、他方の端位置
（図２の破線）のとき空気は蓄冷蒸発器３２に通され
る。
【００２３】空調装置５４に付属する冷凍サイクル１２
は圧縮機１４と冷媒凝縮器１６と冷媒ヘッダ１８と膨張
弁２０と蒸発器２２とを含み、これらが冷媒管路２４、
２６、２８、３０を介して互いに結合されている。冷媒
側で第１蒸発器２２と並列で蓄冷蒸発器３２が冷凍サイ
クル１２に介装されており、冷媒管路２６から分岐する
冷媒管路３４が第１蒸発器２２の後段で冷媒管路３０に
通じている。蓄冷蒸発器３２の前で膨張部材３６と遮断
弁３８が冷媒管路３４中に配置されている。蓄冷蒸発器
３２内の冷媒貫流は遮断弁３８を介して遮断することが
できる。同様に、第１蒸発器２２の後段に遮断弁４０が
設けられており、第１蒸発器２２内の冷媒貫流も遮断可
能である。蓄冷蒸発器３２による分離された冷媒案内に
よって、蓄冷蒸発器３２内の冷媒温度は通常の蒸発器２
２内よりも低く調整しておくことができ、こうして蓄冷
材は寒冷を最適に「充填」することができる。
【００２４】第１蒸発器２２は詳しくは図示しない仕方
で公知の如くに構成しておくことができる。それは例え
ば、冷媒側で並列に接続された偏平管が２つの集合管の
間に延設され、熱を排出する波形フィンが偏平管の間に
設けられた偏平管形蒸発器とすることができる。このよ
うな蒸発器は例えばＤＥ１９７２９４９７Ａ１により公
知である。同様に、蒸発器２２はディスク形蒸発器とし
て構成しておくこともできよう。
【００２５】自動車のエンジンが作動し、したがって圧
縮機１４が作動するとき、空気流制御要素５８はその第
１端位置にあり、空気は通常の蒸発器運転において第１
蒸発器２２によって冷やされる。圧縮機が停止すると空
気流制御要素５８は第２端位置に動かすことができ、そ
の場合空気は蓄冷蒸発器３２を介して冷やすことができ
る。
【００２６】図示実施例において両方の蒸発器２２、３
２は２つの個別蒸発器である。しかし、詳しくは図示し
ない他の実施形態において両方の蒸発器２２、３２は共
通する構造ユニットを形成することもでき、その場合こ
れは２つの部分領域を有する単一の蒸発器であり、第１
部分領域は蒸発器２２に相当し、冷媒を蒸発させる性質
を有するだけであり、第２部分領域は蓄冷蒸発器に相当
し、蓄冷材を収容する蓄冷手段を付加的に有する。
【００２７】図６に示す本発明の他の実施形態では、本
発明により構成された冷却用熱交換器として１つの蒸発
器３２’が設けられているだけである。この蒸発器３
２’は通常の蒸発器運転も蓄冷器運転も可能とする。蓄
冷器は通常の蒸発器運転のとき充填され、つまり蓄冷材
が凍結され、通常の蒸発器運転は蒸発器の凍結を防止す
るために蒸発器表面温度Ｔ＞０℃において行われるの
で、好ましくは、約３〜７℃に相転移を有する蓄冷材が
利用される。
【００２８】付属する冷凍サイクルが図７に示してあ
り、図５に示すものと相違するのは別の蓄冷蒸発器を介
した副分岐が含まれている点だけである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による熱交換器の略図である。
【図２】熱交換器を空気流れ方向に見た図である。
【図３】管路手段を示す。
【図４】蒸発器を有する空調装置の一部を示す。
【図５】本発明による空調装置の冷凍サイクルの略ブロ
ック線図である。
【図６】蒸発器を有する空調装置の一部を示す。
【図７】本発明による空調装置の冷凍サイクルの略ブロ
ック線図である。
【符号の説明】
１２ 冷凍サイクル １４ 圧縮機 １６ 冷媒凝縮器 １８ 冷媒ヘッダ ２０ 膨脹弁 ２２ 第１蒸発器 ２４、２６、２８、３０、３４ 冷媒管路 ３２ 畜冷蒸発器 ３２’ 冷却用熱交換器（蒸発器） ３６ 膨脹部材 ３８、４０ 遮断弁 ５２ 空気案内ハウジング ５４ 空調装置 ５６ 矢印 ５８ 空気流制御要素 １００ 熱交換器 １０２ 冷媒用管路手段 １０４ ディスク １０６ ディスク対 １０８ 矢印 １１０、１１２ 流入・流出集合室 １１４ 畜冷手段 １１６ 管 １１７ 置かれた部分 １１８ フィン
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ２８Ｄ 1/053 Ｆ２８Ｄ 1/053 Ａ 20/00 20/00 Ｄ

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 自動車空調装置（５４）用の熱交換器で
    あって、冷媒用管路手段（１０２）を有し、管路手段の
    間を空気が熱交換のために貫流可能であるものにおい
    て、管路手段（１０２）が蓄冷手段（１１４）を挿通さ
    せており、これらの蓄冷手段内に蓄冷材が収容されてい
    ることを特徴とする熱交換器。
  2. 【請求項２】 管路手段が偏平管として構成されている
    ことを特徴とする、請求項１記載の熱交換器。
  3. 【請求項３】 管路手段（１０２）が各１つのディスク
    対（１０６）によって形成されていることを特徴とす
    る、請求項１記載の熱交換器。
  4. 【請求項４】 蓄冷手段（１１４）が、管路手段（１０
    ２）を横切って延設される管（１１６）として構成され
    ており、これらの管が管路手段（１０２）に差し通され
    ていることを特徴とする、先行請求項のいずれか１項記
    載の熱交換器。
  5. 【請求項５】 蓄冷手段（１１４）がすべての管路手段
    （１０２）に挿通されていることを特徴とする、先行請
    求項のいずれか１項記載の熱交換器。
  6. 【請求項６】 蓄冷手段（１１４）が管路手段（１０
    ２）にろう接されていることを特徴とする、先行請求項
    のいずれか１項記載の熱交換器。
  7. 【請求項７】 蓄冷手段（１１４）が貫流空気用乱流発
    生器として構成されていることを特徴とする、先行請求
    項のいずれか１項記載の熱交換器。
  8. 【請求項８】 蓄冷手段（１１４）が相互に平行に延設
    されかつ相互にずらして配置されていることを特徴とす
    る、先行請求項のいずれか１項記載の熱交換器。
  9. 【請求項９】 管路手段（１０２）の間にフィン（１１
    ８）が配置されていることを特徴とする、先行請求項の
    いずれか１項記載の熱交換器。
  10. 【請求項１０】 蓄冷材が実質的に水を含むことを特徴
    とする、先行請求項のいずれか１項記載の熱交換器。
  11. 【請求項１１】 蓄冷材が約３〜７℃の温度範囲に相転
    移を有することを特徴とする、先行請求項のいずれか１
    項記載の熱交換器。
  12. 【請求項１２】 先行請求項のいずれか１項記載の熱交
    換器を備えた自動車用空調装置。
  13. 【請求項１３】 熱交換器（１００）が空調装置（５
    ４）の単一の冷却用熱交換器（３２’）を形成すること
    を特徴とする、請求項１３記載の空調装置。
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