JP2008520941A - 蓄冷装置 - Google Patents

Abstract

【課題】畜冷装置、とくに自動車空調装置用の畜冷装置を改良する。
【解決手段】蓄冷体（１０）を有する蓄冷装置、特に自動車空調装置（１）用の蓄冷装置において、冷媒回路（５）に利用可能であり、特に自動車室内の調節すべき空気を冷却することに用いられ、蓄冷体（１０）に蓄冷材（１１）が含まれている。蓄冷体（１０）の最小寸法部分（ｄ）が最大２．６ｍｍであり、該蓄冷体（１０）の、少なくとも最小寸法部分（ｄ）方向に互いに対向する両外面が、断続的に冷却する媒体および断続的に冷却されるべき媒体と接触している。
【選択図】図３

Description

本発明は、蓄冷体を有する蓄冷装置であって、冷媒回路に利用可能であり、特に自動車室内の調節すべき空気を冷却することに用いられ、蓄冷体に蓄冷材が含まれている、特に自動車空調装置用の蓄冷装置に関する。

車両の燃料消費量を低減することは自動車製造業者が目的とするところである。燃料消費を低減するための方策の１つは、一時停止の際、例えば信号待ちの際にエンジンを停止することである。このエンジンの一時停止は、アイドリングストップ運転とも呼ばれる。この方策は、今日の燃費効率の優れた車両、例えばいわゆる３リッターカーでは既に利用されている。アイドリングストップ運転モードを利用できる車両では、市中走行時、走行時間の約２５−３０％はエンジンが停止される。

これが、この種の車両に空調装置が設けられていない理由の１つである。というのも、エンジン停止時には、空調装置に必要な圧縮機を駆動することができず、アイドリングストップ運転の際、空調装置は必要な冷却能力を発揮することができないからである。

特許文献１から、車両室内の調節すべき空気を冷却するために冷媒回路に圧縮機および蒸発器が設けられた自動車用空調装置が知られている。この空調装置は空気を冷却するための第２の蒸発器を有し、さらにこの蒸発器は蓄冷材を含み、調節すべき空気を選択的に各蒸発器に個別に、あるいは両蒸発器に共通に通すことができる。もう１つの実施形態では、第２の蒸発器を用いる代わりに、蒸発器が、２つの部分領域を有し、その両部分領域の１つに蓄冷材が含まれるように構成されており、調節すべき空気を選択的に各蒸発器に個別に、あるいは両蒸発器に共通に通すことができる。しかし、この種の空調装置には、まだ望むべき点がある。
独国特許出願公開第１０１５６９４４号明細書

本発明の課題は、改良された蓄冷装置を提供することである。

この課題は、請求項１に記載の特徴を備えた蓄冷装置によって解決される。有利な構成は従属請求項に記載されている。

発明の実施の形態

本発明では、特に自動車空調装置用の蓄冷体を有し、冷媒回路内に設けられ、自動車室内の調節すべき空気を冷却する働きをする蓄冷装置が備えられている。蓄冷体には蓄冷材が含まれており、蓄冷体の最小寸法部分である厚さは最大２．６ｍｍであり、蓄冷体は、少なくとも最小寸法部分方向に互いに対向する両外面が、断続的に冷却する媒体および断続的に冷却されるべき媒体と接触している。最大２．６ｍｍという蓄冷体の厚さは、蓄冷体に含まれた蓄冷材の充填および取り出しを行う際に動力学上最適であり、短時間で充填することが可能である。従って、例えば市街地走行時において、各停止間の走行時間が短い場合にも十分な充填が可能であり、しかも十分な冷却能力を発揮でき、その能力を必要に応じて素早く引き出すことができる。これにより、ストップアンドゴー走行時にも非常に快適な空調が保証される。

本発明では、蓄冷装置は、冷媒回路の低圧側の冷媒回収装置内に設けられており、車両室内用の空気を冷却する蒸発器の後、およびエンジン動作時に冷媒を循環させる圧縮機の前に配置されている。従って、エンジン停止時には状況に応じて冷媒回路に冷媒が循環しないこともあるが、このようなエンジン停止時にも、蓄冷装置の働きによって、一定時間、媒体が蒸発器に供給され、蒸発器の中で、蒸発器を貫流する空気から熱を取り去ることができる。

蓄冷体の最小寸法部分は、最小０．４ｍｍであることが好ましく、これにより、十分な冷却時間が保証される。

ハウジング内での蓄冷体の配置は原則として任意であるが、蓄冷体の周囲を流れる媒体の流れが阻害されないように、あるいはあまり阻害されないように選定すべきである。複数の蓄冷体が備えられている場合、それらの蓄冷体は規則的にまたは不規則的に配置することができる。

蓄冷体の壁厚は最大０．４ｍｍであることが好ましく、これにより、蓄冷体の素早い充填および取り出しが可能となり、容器の動力学上の影響はほんのわずかとなる。安定性の理由から、壁厚は一般的に少なくとも０．１ｍｍであるべきである。

蓄冷体の最小寸法部分が含まれる平面において、蓄冷体の長手方向に対して垂直である断面の内周長の、その内周によって囲まれる蓄冷体の内面積に対する比が、１／ｍｍから１０／ｍｍであることが好ましい。

蓄冷体の壁部の熱伝導率は、１００から５００Ｗ／ｍＫ、特に２００から３００Ｗ／ｍＫであることが好ましい。従って、材料としてはアルミニウムおよび銅が好ましいが、黒鉛、鋼、銅−錫合金、プラスチックも検討対象となる。

蓄冷体の熱伝導率は、０．１から０．３Ｗ／ｍＫ、特に０．１６から０．２４Ｗ／ｍＫであることが好ましい。

蓄冷体は、多通路扁平管の少なくとも１つの通路、好ましくは全ての通路によって形成されていることが好適である。しかしまた、蓄冷体は、任意の他の形状を有することも可能である。例えば、ただ１つの通路を備えた渦巻形または螺旋形に曲折された扁平管や、球、カプセル、板などの形状であってもよい。しかし、１／ｍｍから１０／ｍｍという周長と内面積の上記比は保証されるべきである。

貯蔵媒体は、ＰＣＭ材料（相変換物質）であることが好ましく、一致溶融する媒体、特にデカノール、テトラデカン、ペンタデカン、ヘキサデカン、ＬｉＣｌＯ_３Ｈ_２Ｏ、塩水または有機水和物を含むか、それらで構成されていることが好ましい。貯蔵媒体には、結晶形成を促進する核剤を備えることもできる
蓄冷体の相変化温度は０℃から３０℃の範囲、特に２℃から１５℃の範囲にあることが好ましく、さらに４℃から１２℃であることが特に好ましい。これにより、熱交換器が凍結しないことが保証される。

蓄冷体の内部には、蓄冷材の他に、表面が高くなったインサート、例えば波形プレート、渦巻形インサート、メリヤス生地、フリース、発泡体などを設けることもでき、これによって、蓄冷材に流れが発生するのが防止されるか、あるいは完全に阻止される。

以下において、本発明について実施例を用いて図面を参照しながら詳細に説明する。

自動車用の空調装置１は蒸発器２を有し、該蒸発器の中で液体冷媒３ｆが気体の冷媒３ｇに気化される。これにより、蒸発器２を貫流する気流から熱が奪われ、その結果、車両室内を必要に応じて冷却することができる。

冷媒３、本例ではＲ１３４ａが、冷媒回路５において自動車のエンジンによって駆動される圧縮機４を通じて循環される。そこでは、冷媒は、圧縮機４から凝縮器６へ達し、そこで外気によって冷却される。さらにそれに続いて配置された冷媒回収装置７、膨張器８へ達し、膨張器によって冷媒３が減圧され、これにより冷却される。冷媒はさらに蓄冷装置９に達する。蓄冷装置の構造と機能については後に詳しく説明する。冷媒はその後蒸発器２に達し、そこで気化され、再び圧縮機４に達する。

膨張器８として、本例では温度自動膨張弁が用いられている。すなわち、開口部は、蒸発器の流出口の過熱に応じて制御される。しかしまた、適当な他のバルブやスロットル、例えば外部から制御される電子膨張弁、あるいは開口部が固定された固定絞りを用いることもできる。温度自動膨張弁を制御するために温度センサが備えられており、蒸発器２の出口側に設置されている。

蓄冷装置９は図１から図６に詳細に示されている。本例では、蓄例装置９は油戻り管を備えた冷媒回収装置であり、その室内に蓄冷体１０が設けられている。蓄冷体には蓄冷材１１が含まれている。この例では、蓄冷装置９に上部から気体の冷媒３ｇが供給され、蓄冷装置９の内部において、気体冷媒３ｇは蓄冷装置の壁面に凝縮し、液体冷媒３ｆとして下方へ流れ、油膜上に集まる。エンジン停止時間が短い場合にも、すなわちアイドリングストップ運転の場合にも蒸発器２の冷却機能を正常に維持するために、上記蓄冷体１０が蓄冷装置９の内部に備えられており、この蓄冷体が、通常運転時に、捕集された冷媒３によって自動的に冷却され、これにより適当な温度に調節される。蓄積された冷気は、アイドリングストップ運転時に放出でき、その結果、さらに蒸発器２から来る冷媒がとらえられ、蒸発器２を通る冷媒の流れを短時間維持できる。膨張弁８は、蒸発器の出口部分の温度が高いために開放されたままであり、従って、さらにその後も冷媒３は冷媒回収装置７から流れることができる。

アイドリングストップ運転時、液体冷媒３ｆとオイルは蓄冷装置９の下部に集まるけれども、圧縮機４を再始動した際、捕集された液体は吸い出されるので、問題は生じない。蓄冷装置９内にある管はＵ字管であるので（図３を参照）、気体の冷媒３ｇだけが圧縮機４に達することができる。オイルの戻りはＵ字管の下部にある穴１２によって保証されている。

以下で、蓄冷装置９の蓄冷体１０について詳細に説明する。この蓄冷体１０は、本例では直接蓄冷装置９に統合されており、上部と下部が閉じられた扁平管１３、本例では５つの別個の通路を備えた扁平管によって形成されている。通路は蓄冷材１１で満たされており、蓄冷材は蓄冷する働きをし、高い比熱または適切な温度範囲での相変化を特長とする。接触面積を大きくするために、および伝熱特性を改善するために、さらにフィンまたはその他の構造を付加してもよい。

扁平管１３は５つの通路を有し、これらの通路は蓄冷材１１で完全に満たされている。扁平管１３の厚さｄは、扁平管の最小寸法部分の値であり、この例では２．５ｍｍである。また壁厚あるいは縁幅ｓは０．３ｍｍであり、長さｌは壁厚あるいは縁幅を含めた通路幅であり、３．５ｍｍである。従って、扁平管１３の長手方向に対して垂直である断面に生じる内周は約１０ｍｍ、それに対応する内面積Ｆは約６ｍｍ^２となり、その結果、比Ｕ／Ｆは約１．７ｍｍとなる。

扁平管１３は、配置し、固定するために、プレート１５に適当に設けられた開口部１４に嵌め込まれ（図３を参照）、充填された後、両側が閉じられる。扁平管１３とプレート１５の組立品は、圧力容器を形成するハウジングに設置される。ハウジングは、中空円筒形の壁部と２つの蓋部からなり、蓋部の１つは上部に作り付けられており、その蓋部には冷媒の給排出用の接続部が設けられている。ハウジングの蓋部に平行に設けられた両プレート１５に扁平管１３を設置する都合上、および２つの蓋部の一方が上方に作り付けられている関係上、扁平管１３は、本実施例では自動車内に垂直に設置される。

本発明に係る蓄冷装置を示す。半径方向の外壁は描かれていない。 蓋部を除いた図１の蓄冷装置を示す。 蓋部と蓄冷体として機能する扁平管の一部分とを取り除いた図１の蓄冷装置を示す。 図１の蓄冷装置の縦断面図である。 図１の蓄冷装置の横断面図である。 図１の蓄冷装置の斜視図である。 図１の蓄冷装置で用いられる蓄冷体の横方向の断面を示す。 利用例における空調装置の冷媒回路の概略図である。

Claims (16)

1. 蓄冷体（１０）を有する蓄冷装置であって、冷媒回路（５）に利用可能であり、特に自動車室内の調節すべき空気を冷却することに用いられ、蓄冷体（１０）に蓄冷材（１１）が含まれている、特に自動車空調装置（１）用の蓄冷装置において、
   蓄冷体（１０）の最小寸法部分（ｄ）が最大２．６ｍｍであり、該蓄冷体（１０）の、少なくとも最小寸法部分（ｄ）方向に互いに対向する両外面が、断続的に冷却する媒体および断続的に冷却されるべき媒体と接触していることを特徴とする蓄冷装置。
2. 蓄冷体（１０）の最小寸法部分（ｄ）が最小０．４ｍｍであることを特徴とする、請求項１に記載の蓄冷装置。
3. 蓄冷体（１０）の壁厚（ｓ）が最大０．４ｍｍであることを特徴とする、請求項１または２に記載の蓄冷装置。
4. 蓄冷体（１０）の長手方向に対して垂直である断面における内周長（Ｕ）の、その内周によって囲まれる蓄冷体（１０）の内面積（Ｆ）に対する比が、１／ｍｍから１０／ｍｍであることを特徴とする、前記請求項のいずれか１つに記載の蓄冷装置。
5. 蓄冷体（１０）の壁部の熱伝導率が１００から５００Ｗ／ｍＫ、特に２００から３００Ｗ／ｍＫであることを特徴とする、前記請求項のいずれか１つに記載の蓄冷装置。
6. 蓄冷材（１１）の熱伝導率が０．１から０．３Ｗ／ｍＫ、特に０．１６から０．２４Ｗ／ｍＫであることを特徴とする、前記請求項のいずれか１つに記載の蓄冷装置。
7. 蓄冷体（１０）が多通路扁平管（１３）の少なくとも１つの通路によって形成されていることを特徴とする、前記請求項のいずれか１つに記載の蓄冷装置。
8. 蓄冷材（１１）がＰＣＭ材料によって形成されていることを特徴とする、前記請求項のいずれか１つに記載の蓄冷装置。
9. 蓄冷材（１６；２６）が有機水和物によって形成されていること、または蓄冷材（６）として特にＬｉＣｌＯ_３Ｈ_２Ｏを含む塩水が用いられることを特徴とする、前記請求項のいずれか１つに記載の蓄冷装置。
10. 蓄冷材（１６；２６）がデカノール、テトラデカン、ペンタデカンまたはヘキサデカンによって形成されていることを特徴とする、請求項９に記載の蓄冷装置。
11. 蓄冷材（６；１６；２６）の相変化温度が好ましくは０℃から３０℃の範囲、特に２℃から１５℃の範囲にあること、特に好ましくは４℃から１２℃であることを特徴とする、前記請求項のいずれか１つに記載の蓄冷装置。
12. 蓄冷体（５）の内部にインサートが設けられていることを特徴とする、前記請求項のいずれか１つに記載の蓄冷装置。
13. 前記インサートが波形プレート、渦巻形インサート、メリヤス生地、フリースまたは発泡体によって形成されていることを特徴とする、請求項１２に記載の蓄冷装置。
14. 前記インサートが金属、特にアルミニウム、またはプラスチックからなることを特徴とする、請求項１２または１３に記載の蓄冷装置。
15. 請求項１から１４のいずれか１つに記載の蓄冷装置（９）であることを特徴とする、冷媒（３）を循環させる圧縮機（４）と凝縮器（６）と膨張器（８）と蒸発器（２）とを具備する自動車空調装置（１）用冷媒回路。
16. 蓄冷装置（９）が冷媒（３）の通常の流れ方向において冷媒回路（５）の蒸発器（２）の後および圧縮機（４）の前に設けられていることを特徴とする、請求項１５に記載の冷媒回路。

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