JP2005525496A - 自動車の冷却及び汚染除去用装置 - Google Patents

Abstract

車両の車室の空調ならびにそのエンジンブロック（２２）の冷却を目的とする自動車の冷却及び汚染除去用装置。装置の要素は、不凍液を含む主管（２５）によって連結されている。該装置は同様に、エンジンブロック（２２）の下流側に配置されエンジンブロック（２２）内に一定の圧力を維持するための温度−圧力調節弁（１７）、自動車の車室の冷房を可能にする換気式水−空気交換器（６）、自動車のエンジンブロックの冷却を可能にする換気式水−空気交換器（１）、換気式水−空気交換器（６）と蒸発器（２４）の間に配置され自動車の始動時点で直ちに冷却できるようにする少なくとも１つの冷水備蓄（３）及び換気式水−空気交換器（６）の下流側に配置され自動車の車室の内部の温度を調節するための電磁弁（９）を含んで成る。水−排煙交換器（２０）の下流側に配置された水−排煙交換器（２１）は、エンジン（１８）の排気ガスを冷却し、その炭化水素残留物を凝固しかつこの排気ガスの粒子を捕捉することによって該排気ガスの汚染を除去することに役立つ。

Description

本発明は、自動車の分野、特に自動車の内部において冷却、冷房及び汚染除去を可能にする装置に関する。

冷却システムは冷気を生成するのではなく、熱を奪い取る。概略的に言うと、このシステムは一般に以下の要領で機能する。すなわち、閉回路内では、冷却用流体（液体／気体）が、４つの機構すなわちコンプレッサ、凝縮器、膨張用弁（又は絞り弁）及び蒸発器の中を通過する。コンプレッサは、霧化した気体を吸込みこれを圧縮してその圧力を増大させ、ひいてはその温度を上昇させる。高温高圧の蒸気は（実際には交換器である）凝縮器に向かい、この凝縮器の中で、気体／空気又は気体／水又は気体／油の交換によってその熱を消失させ、温度は下がったものの圧力は保持されている液体となる。

流体は、膨張用弁（又は絞り弁）に向かう途をひき続きたどり、この弁を通して霧化し減圧する。かくして流体はその圧力を失ないその温度を著しく下げる。霧化した液体はこのとき（それ自体も交換器である）蒸発器へと向かい、この中で、「冷却」対象の要素から熱を奪い取る。自ら奪い取った熱を帯びた霧化した液体は、コンプレッサの方に向かい、サーモスタットがコンプレッサの停止を見極めるまでサイクルは再開する。ここで最もよく使用される冷却用流体が、Ｒ２２といったＣＦＣタイプかＲ１３４ＡといったＨＦＣタイプのものであるという点を指摘しておく。

１台の車両において、上述のシステムは、以下の要領で設置される。すなわち、コンプレッサは、エンジンのクランク軸の軸上にクラッチシステムと共に設置される。クラッチは、冷房の必要性に従ってサーモスタットにより起動させられる。凝縮器は、車両前部のエンジンブロック内で、車のラジエータの前に設置され、ラジエータのファンによって冷却される。蒸発器は、車室内の運転者と前席同乗者の間に設置される。換気システムは空気を蒸発器上で循環させ、かくして再循環されて熱、臭気及び湿気を廃棄する。

上述のシステムは、カルノーサイクルを再度とり上げ改良して派生させたものであり、その作動に際し、最高１７％の燃料の追加消費を誘発する。

上述の原理は、クーラーの場合にも同様に応用される冷却の原理である。

今日では、大部分の自動車にクーラーが装備されている。これは、快適さと安全性の器具であり、車室を冷却するため手動式又は自動式に制御されている。

冷却することだけがクーラーの機能ではない。これは同様に、湿度を下げ、排煙を除去し、ひいては塵埃及び臭気を除去するのにも役立つ。これは、ガラス上の水蒸気を急速に除去してより優れた可視性を保証し、運転中のストレスを制限する恒常で心地よい雰囲気の中に運転者を維持する。従って、これは、その作動原理が、上述した通り、圧縮−膨張サイクルに付された冷却用流体の循環に基づいている、真の交通安全手段なのである。

同じような、ただし吸収式である装置が、当該技術分野で、特に米国特許第５，３８３，３４１号の中で記述されている。この文書は、排気ガスをエネルギー源とする冷却システムについて記述している。このシステムは、それ自体車室の冷房に利用される冷気の生成のために利用される熱エネルギーである排気ガスによって生成されたエネルギーの利用にのみ関係する。又国際公開第０１／１８３６６号パンフレットが有利にも、燃焼ガスの汚染除去及びこのガスの熱エネルギーの回収による冷凍エネルギーの生成用の装置を紹介しているのに対して、国際公開第０１／１８４６３号パンフレットは有利にも、冷却システムの運転開始と同時に冷気を生成できるようにする吸収による冷却用の装置を紹介している、という点を指摘しておきたい。

従来の装置は、上述のようなラジエータ上の換気扇を用いてエンジンを冷却する。これらの装置は、車両の燃料消費を増大させエンジンを高く不安定な温度で働かせ、厳しい規格を満たすことから高価である電子部品を自動車メーカーがエンジンブロック内に利用せざるを得ない、という欠点を提供している。

本発明の目的は、自動車のエンジンブロックを冷却し温度を安定させ、車室を冷房し、効率良く排気ガスの汚染を除去することを可能にするための単純でかつ経済的なシステムを提供することにある。

この目的は、車両の車室の空調ならびにそのエンジンブロックの冷却を目的とし、例えば水−グリコールといった不凍液を含む主管によって連結された要素をもつ自動車の冷却及び汚染除去用装置において、ポンプ、吸熱器、高圧発生装置、低圧発生装置、凝縮器、蒸発器を含んで成る装置であって、前記エンジンブロックの内部でエンジンをとり囲む冷却回路の一部分の中の圧力／温度を一定に維持できるようにし、かくして前記エンジンの内部での水の蒸発を回避し前記エンジンブロックならびに自動車のエンジンブロックの恒常な冷却を維持できるようにする、エンジンブロックの下流側に配置された温度−圧力調節弁を含んで成ることを特徴とする装置により達成される。

本発明に従うと、装置は、追加の燃料消費なく、エンジンブロックの熱量供給により排気ガスの汚染を除去し有利にはエンジンの排気煙の汚染をも除去しながら、エンジンブロックを冷却し車室を冷房する。

自動車の車室の冷房がもつ利点については、上述している。エンジンブロックの冷却は同様に、その区画内にある機械的及び電子部品全体の寿命の延長という利点を含め、多くの利点を提供する。

しかしながら、本発明の主要な利点は、エンジンブロック内に設置される電子部品の増加を考えて、規格が比較的厳しくない電子部品を利用でき、これによりコスト削減がもたらされるということにある。

実際、エンジンブロック内の温度は、エンジン自体のエネルギー供給を利用する冷却装置により安定化され、ひいては車両のボンネット下で散逸する熱は比較的少なくなることから、電子部品はもはや高温での応力を受けない。ここで、すでに言及したようにこのシステムが有利にも冷却用流体を加熱するために排気ガスを利用するという点を指摘しておくべきであろう。

温度−圧力制御用弁により、エンジンブロックの内部に約１．５バールの圧力を維持することができ、かくしてエンジン内部での水の蒸発が回避される。このシステムでは、エンジンの冷却は、従来のラジエーターファンよりもさらに精確で安定する。ここで、システムの残りの部分における圧力が標準的に蒸発器の中の約８ｍｂａｒから高圧発生装置内の約１７５ｍｂａｒまで変動し、温度の方は、蒸発器内の約５／７℃から高圧発生装置内の約１３０／１３５℃まで変動するということを指摘しておきたい。

冷却用流体（この場合有利には、水が吸熱剤ではなくエンジンブロックを冷却し車室を冷房できる寒剤であり、臭化リチウムがその取扱い時に全く危険性がなくこの点でアンモニアとは異なっている塩である、臭化リチウム−水）は、特に大気圧より低い圧力で作用し、このため、この場合むしろ浸出と呼ばれる漏れの問題は制限されることになる。

本発明は、添付図面を参考にして以下に記す詳細な説明により、さらによく理解できることだろう。

本発明に基づき図１に従って、車室の冷却／冷房回路及び自動車のエンジンブロックの要素を、冷気の分配のため、不凍液の入った主管（２５）によって連結する。ここで、冷気の生成のためには、例えば臭化リチウム−水といったような溶液を利用するということを指摘しておくべきである。前記回路上では、ポンプ（１３）が吸熱器（２３）からこの溶液を受けとり、その一部を水−水交換器（１４）を通してエンジン（１８）へ、又もう一部を水−排煙交換器（２０）へと送る。水−水交換器（１４）を通りそこで約４０℃から約８５℃まで再加熱され始める豊溶液の一部分は、その後車両エンジン（１８）を通り、そこで再加熱され続け、約８５℃から約１００℃まで移行する。流体は、温度と圧力を調節するのに役立つだけでなく、膨張用弁の役目も果たし高圧発生装置（１９）（約０．９８バールから約１７５ｍｂａｒの圧力まで移行する）内に溶液を噴霧する温度−圧力調節弁（１７）（これは約８０℃と約１０５℃の間の流体温度及び０．９８バールと１．５バールの間の圧力を維持しなければならず、かくしてエンジン内部での沸とうが回避される）に到着する。

この高圧発生装置は、従って噴霧された溶液を受けとり、エンジン（１８）の排気煙の熱（最高約４００℃）によりそれを過熱し、溶液を約１３０℃まで上昇させ、溶液の水の一部を蒸発させ、約１３０℃の蒸気を送って低圧発生装置（４）を加熱し、液体状態に残った部分（貧流体）は、低圧発生装置（４）から来る貧流体に混合された後、水−水交換器（１４）を通って吸熱器（２３）へと戻る。

ポンプ（１３）から出た富流体は、水−排煙交換器（２０）の方に向かう。この富流体は前記水−排煙交換器（２０）内で再加熱され、約４０℃から約６０℃まで移行し、その後水−水交換器（７）に向かい、そこで、ひきつづき再加熱されて約６０℃から約８５℃まで移行して、最後に低圧発生装置（４）の中で約９５℃までひき続き再加熱されて、一部蒸発する。

このとき、蒸気は凝縮器（５）に向かい、そこで凝縮される。液体状態にとどまった部分（貧溶液）は、水−水交換器（７）を通りここでその冷却を開始し（約９５℃から約７０℃まで）、高圧発生装置（１９）から来た貧溶液に混合された後、水−水交換器（１４）を通り、そこでさらに冷却されて（約７０℃から５０℃まで）吸熱器（２３）まで戻る。

凝縮器（５）は、低圧発生装置（４）からの蒸気と高圧発生装置（１９）からの蒸気を受けとる。凝縮器（５）に到着する前に、高圧発生装置（１９）から来た蒸気は予め低圧発生装置（４）を加熱していることになる。凝縮器（５）は２つの蒸気源を液体（純水）に変換させる。約８０ｍｂａｒの圧力が支配する凝縮器（５）から、純水は、層状化（又は膨張用）弁へと向かい、この弁はこの純水を蒸発器（２４）内で霧化させ、ここで、この蒸発器内での圧力は約８ｍｂａｒ、温度は約６℃である。

蒸発器（２４）は、実際には、水循環器（２）によって動かされることになる液体を有する車両の車室内に配置された空気−水交換器（６）に由来する液体を冷却することを役目としている水循環器（１２）を備えた霧化水−水交換器である。

吸熱器（２３）は、蒸発器（２４）に由来する霧化純水ならびに高圧発生装置（１９）及び低圧発生装置（４）に由来する水の少ない溶液を受け取る。貧溶液の臭化リチウムは、霧化純水を吸収し、サイクルは再開する。

吸熱器（２３）及び凝縮器（５）は、水循環器（１１）により循環する液体を有する空気−水交換器（１）に由来する液体によって冷却される。

同様に、該システムには、車両の始動時点で直ちに冷却できるようにする蒸発器（２４）と換気式水−空気交換器（６）の間にある冷水備蓄（３）が備わっているという点にも留意されたい。

換気式水−空気交換器（６）は、従来の方法で車室を冷房し、一方、本発明に従うと、換気式水−空気交換器（１）は車両のエンジンブロックを約５０℃〜６０℃まで冷却し、ラジエータ及びエンジンの過度に低温の空気（エンジンにとって非効率的）又は過度に高温の空気（特に電子機器によって非効率的）を回避する。

電磁弁（９）が、車室内部の温度を調節する。

水−排煙交換器（２０）の下流側に配置された水−排煙交換器（２１）は、エンジン（１８）の排気ガスを冷却しその炭化水素残留物を凝縮しかつ排気ガスの粒子を捕捉することによって、排気ガスの汚染を除去するのに役立つ。

弁（１７）（図２及び図３）は、主管に連結された管（３２）を通して圧力を測定する弁本体（３０）と、球（３３）のおかげで温度変動に反応するサーモスタット弁本体（３１）で構成されている。

１ａｔｍで圧力弁本体（３０）は完全に閉鎖されて圧力が増大できるようにする。これは、圧力が約１．１ａｔｍである場合に開き始め（図３参照）、圧力が約１．５ａｔｍの最大圧力に達した時点で圧力弁本体（３０）は完全に開放している。
サーモスタット弁本体（３１）は、約９５℃で開き始め（図３）、約１０５℃で完全に開放状態となる。弁（３１）のこの２重開放により、エンジンブロック（２２）の内部で完全に圧力及び温度（約１ａｔｍ、約９５℃）が制御される。

８０ｍｂａｒの圧力では水は約４０℃で沸とうするという点に留意されたい。従って温度−圧力調節弁（１７）は、エンジンブロック（２２）とエンジン（１８）の間に含まれる冷却回路の部分において圧力／温度を一定に維持し、かくして冷却回路のこの部分の内部での水の蒸発を回避して自動車のエンジンブロックの冷却を維持できるようにすることを可能にしている。

一例として、冷却用流体を再加熱するために排気ガス及びエンジンの熱を利用する、自動車のエンジンブロックと車室の汚染除去及び冷房のための装置を表わす。 一例として、図１の装置の圧力−温度制御用弁をその完全に閉じた位置で表わす。 この圧力−温度制御用弁を、開き始めた状態で表わす。

Claims (11)

1. 自動車の車室の空調ならびにそのエンジンブロック（２２）の冷却を目的とし不凍液を含む主管（２５）によって連結された要素をもつ自動車の冷却及び汚染除去用装置において、ポンプ（１３）、吸熱器（２３）、高圧発生装置（１９）、低圧発生装置（４）、凝縮器（５）、蒸発器（２４）を含んで成る装置であって、前記エンジンブロック（２２）の内部でエンジン（１８）をとり囲む冷却回路の一部分の中の圧力／温度を一定に維持できるようにし、かくして冷却回路の前記部分の内部における水の蒸発を回避し前記エンジンブロック（２２）の冷却を維持できるようにする、エンジンブロック（２２）の下流側に配置された温度−圧力調節弁（１７）を含んで成ることを特徴とする装置。
2. 温度−圧力調節弁（１７）には、下流側圧力が増大した時点で直ちに開放する圧力弁本体（３０）を有していることを特徴とする請求項１に記載の自動車の冷却及び汚染除去用装置。
3. 温度−圧力調節弁（１７）の圧力弁本体（３０）は、下流側の圧力が減少すると直ちに閉鎖することを特徴とする請求項２に記載の自動車の冷却及び汚染除去用装置。
4. 温度−圧力調節弁（１７）には、下流側温度が上昇すると直ちに開放するサーモスタット弁本体（３１）が備わっていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の自動車の冷却及び汚染除去用装置。
5. 温度−圧力調節弁（１７）のサーモスタット弁本体（３１）は、上流側温度が低下すると直ちに閉鎖することを特徴とする請求項４に記載の自動車の冷却及び汚染除去用装置。
6. 自動車の車室の冷房を目的とし、この車室の内部に配置された換気式水−空気交換器（６）を含むことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の自動車の冷却及び汚染除去用装置。
7. 自動車のエンジンブロック内に配置されて、該自動車のエンジンブロックの冷却を可能にする換気式水−空気交換器（１）を含んで成ることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の自動車の冷却及び汚染除去用装置。
8. 換気式水−空気交換器（６）と蒸発器（２４）の間に配置され自動車の始動時点で直ちに冷却できるようにする冷水備蓄（３）を少なくとも１つ含んで成ることを特徴とする請求項６〜７のいずれか１項に記載の自動車の冷却及び汚染除去用装置。
9. 換気式水−空気交換器（６）の下流側に配置され、自動車の車室の内部の温度を調節するための電磁弁（９）を含んで成ることを特徴とする請求項６に記載の自動車の冷却及び汚染除去用装置。
10. 水−排煙交換器（２０）の下流側に配置され、エンジン（１８）の排気ガスを冷却し、その炭化水素残留物を凝縮しかつこの排気ガスの粒子を捕捉することによって該排気ガスの汚染を除去することに役立つ水−排煙交換器（２１）を含んで成ることを特徴とする請求項１に記載の自動車の冷却及び汚染除去用装置。
11. 冷却用流体が臭化リチウム−水の溶液であることを特徴とする請求項１に記載の自動車の冷却及び汚染除去用装置。
    

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