JP2008296878A - 空調装置 - Google Patents

Abstract

【課題】効率的な暖房運転を行い得る空調装置を提供すること。
【解決手段】この空調装置１は、媒体の吸着により発熱すると共に媒体の脱離により再生する吸着発熱部５１を備え、この吸着発熱部５１の発熱作用により熱エネルギーを取得して空調空気を加熱する。また、空調装置１は、吸着発熱部５１に向けて媒体を噴射する媒体噴射手段４を備える。そして、空調空気の加熱時にて、媒体噴射手段４が媒体を噴射することにより媒体を微粒化させて吸着発熱部５１に吸着させる。
【選択図】 図１

Description

この発明は、空調装置に関し、さらに詳しくは、効率的な暖房運転を行い得る空調装置に関する。

近年の空調装置では、吸着発熱剤に媒体（水）を吸着させて発熱させると共に、この熱エネルギーを用いて車室内の暖房運転を行う構成が採用されている。このような空調装置では、媒体の吸着熱を増加させることにより、効率的な暖房運転を行うことが求められている。

上記のような構成を採用する従来の空調装置として、特許文献１に記載される技術が知られている。従来の空調装置は、走行用の駆動力を発生する水冷式の内燃機関から動力を得て稼動し、車室内に吹き出す空調空気を冷却する第１冷凍機を備える空調装置において、媒体を吸着する際に発熱するとともに、前記内燃機関を冷却する冷却水にて加熱されることにより吸着していた媒体を脱離する吸着剤を有し、前記吸着剤が発生する吸着熱を利用して空調空気を加熱するとともに、媒体の蒸発潜熱を利用して空調空気を冷却する吸着式冷凍機を備えることを特徴とする。

特開２００５−２１２７３５号公報

この発明は、効率的な暖房運転を行い得る空調装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、この発明にかかる空調装置は、媒体の吸着により発熱すると共に媒体の脱離により再生する吸着発熱部を備え、前記吸着発熱部の発熱作用により熱エネルギーを取得して空調空気を加熱する空調装置であって、前記吸着発熱部に向けて媒体を噴射する媒体噴射手段を備え、且つ、空調空気の加熱時にて、前記媒体噴射手段が媒体を噴射することにより媒体を微粒化させて前記吸着発熱部に吸着させることを特徴とする。

この空調装置では、空調空気の加熱時（暖房運転時）にて、媒体噴射手段が媒体を微粒化させて吸着発熱部に吸着させるので、液体である媒体を吸着発熱部に単に流し込む構成と比較して、媒体が吸着発熱部の孔に容易に入り込んで安定する。すると、媒体の吸着熱が増大して、より大きな熱エネルギーが取得される。これにより、効率的な暖房運転が可能となる利点がある。

また、この発明にかかる空調装置は、媒体を加熱する加熱手段を備え、且つ、前記加熱手段が前記媒体噴射手段から噴射された媒体を加熱することにより媒体を蒸気化させて前記吸着発熱部に吸着させる。

この空調装置では、媒体が蒸気化されて吸着発熱部に吸着されるので、媒体が液体のまま吸着発熱部に吸着される構成と比較して、媒体が吸着発熱部の孔に容易に入り込んで吸着される。また、媒体が噴射により微粒化されてから加熱されるので、媒体が液体から加熱される構成と比較して、媒体が容易に蒸気化される。したがって、媒体が吸着発熱部に吸着されたときに、より大きな熱エネルギーが取得される。これにより、さらに効率的な暖房運転が可能となる利点がある。

また、この発明にかかる空調装置は、前記加熱手段がエンジンの排気熱を用いて媒体を加熱する。

この空調装置では、エンジンの排気熱が有効利用されるので、新たに加熱手段が設置される構成と比較して、エンジンの燃費に与える影響が少ないという利点がある。

また、この発明にかかる空調装置は、前記媒体噴射手段が媒体の噴射を停止しているときに、前記加熱手段が前記吸着発熱部を加熱して前記吸着発熱部に吸着された媒体を脱離させる。

この空調装置では、加熱手段がエンジンの排気熱を用いて吸着発熱部を加熱することにより、吸着発熱部が媒体を吸着できる状態に再生される。これにより、エンジンの排気熱が有効利用される利点がある。

また、この発明にかかる空調装置は、媒体の温度が媒体の信頼性を確保するための所定温度Ｔ２以上となったときに、前記媒体噴射手段が媒体の噴射を停止する。

この空調装置では、媒体の上限温度Ｔ２が設定されるので、媒体の劣化などが抑制される。これにより、媒体の信頼性が適正に確保される利点がある。

また、この発明にかかる空調装置は、媒体を貯留する媒体貯留手段を備え、且つ、少なくともエンジンの暖機運転時にて、前記媒体貯留手段と前記媒体噴射手段と前記吸着発熱部との間で媒体を循環させて用いる。

この空調装置は、エンジンの暖機運転時にてエンジンの冷却水が媒体として用いられる構成と比較して、エンジンの冷却水がヒータコアでの熱交換により冷却されることがない。したがって、空調装置の稼働によって、エンジンの暖機運転が阻害されることがない。これにより、エンジンの暖機が促進される利点がある。

また、この発明にかかる空調装置は、前記媒体貯留手段が蓄熱容器により構成される。

この空調装置では、暖房運転に用いられた高温の媒体が蓄熱容器（媒体貯留手段）に貯留されて保温される。そして、次回の暖房運転にて、この保温された媒体が用いられる。これにより、次回の暖房運転が効率的に行われる利点がある。

この発明にかかる空調装置では、空調空気の加熱時（暖房運転時）にて、媒体噴射手段が媒体を微粒化させて吸着発熱部に吸着させるので、液体である媒体を吸着発熱部に単に流し込む構成と比較して、媒体が吸着発熱部の孔に容易に入り込んで安定する。すると、媒体の吸着熱が増大して、より大きな熱エネルギーが取得される。これにより、効率的な暖房運転が可能となる利点がある。

以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、この実施例の構成要素には、発明の同一性を維持しつつ置換可能かつ置換自明なものが含まれる。また、この実施例に記載された複数の変形例は、当業者自明の範囲内にて任意に組み合わせが可能である。

図１は、この発明の実施例にかかる空調装置を示す構成図である。図２〜図５は、図１に記載した空調装置の作用を示すフローチャート（図２）および説明図（図３〜図５）である。

［空調装置］
この空調装置１は、車両に設置されて車室内の空気を調和する装置であり、例えば、車室内の暖房運転を行い得る（図１参照）。この空調装置１は、媒体貯留手段２と、ポンプ３と、媒体噴射手段４と、ヒータコア５とを有し、これらが媒体用配管６を介して接続されて構成される。また、空調装置１は、加熱手段８と、複数の温度センサ９１、９２とを有する。

媒体貯留手段２は、媒体を貯留するタンクである。この媒体貯留手段２は、例えば、蓄熱容器により構成される。また、媒体には、例えば、水、不凍液などが採用される。ポンプ３は、媒体貯留手段２内の媒体を汲み上げて媒体噴射手段４に供給する。このポンプ３は、例えば、電動式のウォーターポンプにより構成される。媒体噴射手段４は、供給側の媒体用配管６に接続されるデリバリパイプ４１と、このデリバリパイプ４１に設けられた複数の噴射ノズル４２とを有する。この媒体噴射手段４では、媒体が媒体用配管６からデリバリパイプ４１に供給され、このデリバリパイプ４１から各噴射ノズル４２に分配されて、各噴射ノズル４２から噴射される。

ヒータコア５は、吸着発熱部５１と、熱交換部５２とを有する（図１参照）。吸着発熱部５１は、媒体の吸着により発熱し、また、媒体の脱離により再生する特性を有する。この吸着発熱部５１は、例えば、活性炭、シリカ、アルミナ、ゼオライトなどにより構成される。熱交換部５２は、空調空気の通路（以下、空気通路という。）Ｒ上に配置されて、空調空気と熱交換を行う。また、熱交換部５２は、吸着発熱部５１に隣接して配置される。この熱交換部５２には、吸着発熱部５１を通過した媒体が流入する。また、熱交換部５２が回収側の媒体用配管６を介して媒体貯留手段２に接続される。熱交換部５２の媒体は、この回収側の媒体用配管６を介して媒体貯留手段２に回収される。なお、空気通路Ｒには、熱交換部５２の上流側にブロアファン７が配置される。このブロアファン７により空気通路Ｒ内の空調空気が送られて、車室内に吹き出される。

加熱手段８は、媒体噴射手段４から噴射された媒体を加熱して蒸気化させる機能と、吸着発熱部５１を加熱して吸着発熱部５１に吸着された媒体を蒸発させる機能とを有する（図１参照）。この加熱手段８は、例えば、エンジン１０の排気熱を用いて発熱する。具体的には、加熱手段８が放熱部８１を有し、この放熱部８１が排気用配管（排気バイパス管）８２を介してエンジン１０の排気通路１１に接続される。また、排気用配管８２に排気ＯＮ−ＯＦＦ弁８３が設けられ、また、エンジン１０の排気通路１１に排気切換バルブ１２が設けられる。これらの排気ＯＮ−ＯＦＦ弁８３および排気切換バルブ１２は、排気通路１１から排気用配管８２への排気の流入のＯＮ−ＯＦＦを切り替える。この加熱手段８では、排気ＯＮ−ＯＦＦ弁８３および排気切換バルブ１２の開閉操作により、排気通路１１の排気が排気用配管８２を介して排気通路１１に供給され、この排気熱により放熱部８１が発熱する。

温度センサ９１、９２には、供給側の媒体用配管６に配置されて媒体の温度を検出する温度センサ９１と、供給側の排気用配管８２に配置されて排気の温度を検出する温度センサ９２とがある（図１参照）。そして、これらの温度センサ９１、９２の出力信号に基づいて、後述するポンプ３の駆動制御や、排気切換バルブ１２および排気ＯＮ−ＯＦＦ弁８３の開閉制御などが行われる。なお、これらの制御は、例えば、エンジン１０のＥＣＵ（Engine Control Unit）により行われる。

［暖房運転モード］
この空調装置１では、以下のように、車室内の暖房運転が行われる（図１〜図５参照）。まず、加熱手段８の放熱部８１に排気が供給されて、放熱部８１が発熱する（ＳＴ１）。次に、ポンプ３が駆動されて（ＳＴ２）、媒体貯留手段２内の媒体が汲み上げられる。そして、この媒体が供給側の媒体用配管６を介して媒体噴射手段４のデリバリパイプ４１に供給される。次に、この媒体がデリバリパイプ４１から各噴射ノズル４２に分配され、各噴射ノズル４２からヒータコア５の吸着発熱部５１に向けて噴射される（図３参照）。この噴射により、媒体が微粒化される。さらに、微粒化された媒体が加熱手段８により加熱されて蒸発し（気体となり）、この蒸気化（気体分子化）された媒体がヒータコア５の吸着発熱部５１に吸着される。すると、吸着された媒体が熱エネルギーを放出して、吸着発熱部５１の周囲にある媒体が加熱されて高温となる。次に、この高温の媒体が吸着発熱部５１から熱交換部５２に流入して、空気通路Ｒ内の空調空気と熱交換する。これにより、空調空気が加温されて温風となり、この温風が車室内に供給されることにより車室内の暖房が行われる。また、熱交換により冷却された媒体が液体となって熱交換部５２から排出され、回収側の媒体用配管６を介して媒体貯留手段２に回収される。

次に、ポンプ３の駆動停止条件の判定が行われる（ＳＴ３）。そして、所定の条件が満たされる場合には、ポンプ３の駆動が停止される（ＳＴ４）。例えば、（１）ポンプ３の駆動開始時から所定時間ｔ１が経過した場合に、ポンプ３の駆動が停止される。ポンプ３の駆動開始時から十分な時間ｔ１が経過すると、吸着発熱部５１に吸着された媒体が飽和状態となる。したがって、所定時間ｔ１の経過により、吸着発熱部５１から十分な熱エネルギーが放出されたと判断されて、吸着発熱部５１への媒体の供給が停止される。また、（２）供給側の媒体用配管６に配置された温度センサ９１の出力信号が所定温度範囲Ｔ１±α内にて所定時間ｔ２以上経過した場合にも、ポンプ３の駆動が停止される。媒体の温度が所定時間ｔ２のあいだ継続して上昇していないので、吸着発熱部５１から十分な熱エネルギーが放出されたと判断できるためである。また、（３）供給側の媒体用配管６に配置された温度センサ９１の出力信号が所定温度Ｔ２（媒体の信頼性を確保できる温度）以上にある場合に、ポンプ３の駆動が停止される。媒体の温度が所定温度Ｔ２以上となると、媒体が劣化して媒体の信頼性が低下するおそれがあるためである。

ポンプ３の駆動が停止されると、吸着発熱部５１に媒体が供給されなくなる。一方、加熱手段８では、排気が放熱部８１に継続的に供給されて、放熱部８１が発熱し続ける。すると、この発熱により吸着発熱部５１が加熱されて、吸着発熱部５１に吸着している媒体が蒸発（気化）する。すなわち、吸着発熱部５１が加熱されると、吸着発熱部５１の孔に入り込んでいる媒体が蒸発して吸着発熱部５１か脱離する。これにより、吸着発熱部５１が媒体を吸着できる状態に再生される。

次に、ポンプ３の駆動が停止されると、ポンプ３の駆動再開条件の判定が行われる（ＳＴ５）。そして、所定の条件が満たされる場合には、ポンプ３の駆動が再開される（ＳＴ２）。例えば、（１）ポンプ３の駆動停止時から所定時間ｔ３が経過した場合に、ポンプ３の駆動が再開される。ポンプ３の駆動停止時から十分な時間ｔ３が経過すると、吸着された媒体が吸着発熱部５１から脱離して、吸着発熱部５１が媒体を吸着できる状態に再生されるためである。また、（２）加熱手段８の排気用配管８２に配置された温度センサ９２の出力信号が所定温度Ｔ３（吸着発熱部５１や媒体貯留手段２などの信頼性を確保できる温度）以上にある場合に、ポンプ３の駆動が再開される。排気の温度が所定温度Ｔ３以上となると、放熱部８１が高温となり、吸着発熱部５１の劣化や媒体貯留手段２の破損などが生じるおそれがあるからである。なお、上記の（２）のケースは、エンジン１０の回転数や負荷が過大となったときに発生し易い。

そして、ポンプ３の駆動開始（ＳＴ２）および駆動停止（ＳＴ４）が交互に行われることにより、吸着発熱部５１の発熱および再生が繰り返されて、車室内の暖房運転が行われる。一方、ポンプ３の駆動再開条件が満たされない場合には、暖房運転の運転終了条件が判定される（ＳＴ６）。そして、所定の条件が満たされる場合には、吸着発熱部５１への排気の導入が停止されて（ＳＴ７）、暖房運転が終了される。例えば、車室内の設定温度が所定の温度になった場合に、暖房運転が終了される。

なお、暖房運転の終了後は、高温となった媒体が蓄熱容器である媒体貯留手段２に貯留される。すると、媒体が保温されて、媒体の熱エネルギーの損失が低減される。ここで、媒体は、その温度が高いほど吸着発熱部５１に吸着したときに大きな熱エネルギーを放出する。したがって、高温の媒体を蓄熱容器（媒体貯留手段２）にて保温することにより、次回の暖房運転が効率的に行われる。

［効果］
この空調装置１では、空調空気の加熱時（暖房運転時）にて、媒体噴射手段４が媒体を微粒化させて吸着発熱部５１に吸着させるので、液体である媒体を吸着発熱部に単に流し込む構成（図５参照）と比較して、媒体が吸着発熱部５１の孔５１１に容易に入り込んで安定する（図４参照）。すると、媒体の吸着熱が増大して、より大きな熱エネルギーが取得される。これにより、効率的な暖房運転が可能となる利点がある。

また、この空調装置１では、媒体が蒸気化されて吸着発熱部５１に吸着されるので、媒体が液体のまま吸着発熱部に吸着される構成（図５参照）と比較して、媒体が吸着発熱部５１の孔５１１に容易に入り込んで吸着される（図４参照）。また、媒体が噴射により微粒化されてから加熱されるので、媒体が液体から加熱される構成と比較して、媒体が容易に蒸気化される。したがって、媒体が吸着発熱部５１に吸着されたときに、より大きな熱エネルギーが取得される。これにより、さらに効率的な暖房運転が可能となる利点がある。

例えば、媒体が液体のまま吸着発熱部に吸着される構成（図５参照）では、主として媒体の顕熱により熱エネルギーが取得される。しかしながら、顕熱の熱エネルギー（３．８［ｋＪ／Ｌ／ｋ］）は、気化熱の熱エネルギー（５００［ｋＪ／Ｌ／ｋ］）と比較して非常に小さい。したがって、媒体を蒸気化させて吸着発熱部５１に吸着させる構成（図４参照）により、非常に大きな熱エネルギーが取得される。

また、この空調装置１では、加熱手段８がエンジンの排気熱を用いて媒体を加熱する（図１および図３参照）。かかる構成では、エンジンの排気熱が有効利用されるので、新たに加熱手段が設置される構成と比較して、エンジンの燃費に与える影響が少ないという利点がある。しかし、これに限らず、加熱手段８が、例えば、電気ヒータなどにより構成されても良い。

また、この空調装置１では、媒体噴射手段４が媒体の噴射を停止しているとき（ポンプ３の駆動停止時）に、加熱手段８が吸着発熱部５１を加熱して吸着発熱部５１に吸着された媒体を脱離させる（図１参照）。すなわち、加熱手段８がエンジン１０の排気熱を用いて吸着発熱部５１を加熱することにより、吸着発熱部５１が媒体を吸着できる状態に再生される。これにより、エンジンの排気熱が有効利用される利点がある。

また、この空調装置１では、媒体の温度が媒体の信頼性を確保するための所定温度Ｔ２以上となったときに、媒体噴射手段４が媒体の噴射を停止する（図２参照）。かかる構成では、媒体の上限温度が設定されるので、媒体の劣化などが抑制される。これにより、媒体の信頼性が適正に確保される利点がある。

また、この空調装置１は、媒体を貯留する媒体貯留手段２を備え、少なくともエンジン１０の暖機運転時にて、媒体貯留手段２と媒体噴射手段４とヒータコア５との間で媒体を循環させて用いる（図１参照）。すなわち、媒体貯留手段２の媒体が用いられて暖房運転が行われる。かかる構成では、エンジンの暖機運転時にてエンジンの冷却水が媒体として用いられる構成と比較して、エンジンの冷却水がヒータコアでの熱交換により冷却されることがない。したがって、空調装置１の稼働によって、エンジン１０の暖機運転が阻害されることがない。これにより、エンジン１０の暖機が促進される利点がある。

また、上記の構成では、媒体貯留手段２が蓄熱容器により構成されることが好ましい（図１参照）。かかる構成では、暖房運転に用いられた高温の媒体が蓄熱容器（媒体貯留手段２）に貯留されて保温される。そして、次回の暖房運転にて、この保温された媒体が用いられる。これにより、次回の暖房運転が効率的に行われる利点がある。

以上のように、この発明にかかる空調装置は、効率的な暖房運転を行い得る点で有用である。

この発明の実施例にかかる空調装置を示す構成図である。 図１に記載した空調装置の作用を示すフローチャートである。 図１に記載した空調装置の作用を示す説明図である。 図１に記載した空調装置の作用を示す説明図である。 図１に記載した空調装置の作用を示す説明図である。

符号の説明

１ 空調装置
２ 媒体貯留手段
３ ポンプ
４ 媒体噴射手段
４１ デリバリパイプ
４２ 噴射ノズル
５ ヒータコア
６ 媒体用配管
７ ブロアファン
８ 加熱手段
１０ エンジン
１１ 排気通路
１２ 排気切換バルブ
５１ 吸着発熱部
５１１ 孔
５２ 熱交換部
８１ 放熱部
８２ 排気用配管
８３ 排気ＯＮ−ＯＦＦ弁
９１ 温度センサ
９２ 温度センサ

Claims (7)

1. 媒体の吸着により発熱すると共に媒体の脱離により再生する吸着発熱部を備え、前記吸着発熱部の発熱作用により熱エネルギーを取得して空調空気を加熱する空調装置であって、
   前記吸着発熱部に向けて媒体を噴射する媒体噴射手段を備え、且つ、空調空気の加熱時にて、前記媒体噴射手段が媒体を噴射することにより媒体を微粒化させて前記吸着発熱部に吸着させることを特徴とする空調装置。
2. 媒体を加熱する加熱手段を備え、且つ、前記加熱手段が前記媒体噴射手段から噴射された媒体を加熱することにより媒体を蒸気化させて前記吸着発熱部に吸着させる請求項１に記載の空調装置。
3. 前記加熱手段がエンジンの排気熱を用いて媒体を加熱する請求項２に記載の空調装置。
4. 前記媒体噴射手段が媒体の噴射を停止しているときに、前記加熱手段が前記吸着発熱部を加熱して前記吸着発熱部に吸着された媒体を脱離させる請求項２または３に記載の空調装置。
5. 媒体の温度が媒体の信頼性を確保するための所定温度Ｔ２以上となったときに、前記媒体噴射手段が媒体の噴射を停止する請求項１〜４のいずれか一つに記載の空調装置。
6. 媒体を貯留する媒体貯留手段を備え、且つ、少なくともエンジンの暖機運転時にて、前記媒体貯留手段と前記媒体噴射手段と前記吸着発熱部との間で媒体を循環させて用いる請求項１〜５のいずれか一つに記載の空調装置。
7. 前記媒体貯留手段が蓄熱容器により構成される請求項６に記載の空調装置。

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