JP2009154805A - 車両用空調装置 - Google Patents

Abstract

【課題】空調ケースの大型化を招くことなく、エンジン自動停止中の空調維持機能を高めることができる車両用空調装置を提供する。
【解決手段】コントロールユニットは、車室内の温度が安定している場合には（ステップＳ１でＹＥＳ）、ポンプを駆動して蓄冷用媒体の蓄冷処理を行う（ステップＳ２）。具体的には、蓄冷用媒体がエバポレータとタンクとの間で循環することにより、蓄冷用媒体をエバポレータに流れている冷媒を利用して蓄冷する。そして、コントロールユニットは、エンジンが自動停止している場合には（ステップＳ５でＹＥＳ）、ポンプを駆動して蓄冷用媒体の放冷処理を行う（ステップＳ６）。具体的には、蓄冷済みの蓄冷用媒体をエバポレータとタンクとの間で循環させることにより空調用空気を冷却する。
【選択図】図４

Description

本件発明は、エンジン停止中であっても空調用空気を冷却する機能を備えた車両用空調装置に関する。

近年、二酸化炭素の排出量削減のために、信号待ち等でエンジンを自動的に停止する機能を備えた車両が普及してきている。このような車両に設置される車両用空調装置としては、例えば特許文献１に記載された車両用空調装置が提案されている。

この車両用空調装置は、エンジン４の駆動中は、エバポレータ（冷房用熱交換器）９の内部を流れる冷媒を利用して蓄冷用媒体９３に蓄冷する。そして、エンジン４の停止に連動してコンプレッサー１が停止すると、蓄冷用媒体９３の放冷を利用して空調用空気を冷却するように構成されている。これによって、従来の車両用空調装置は、コンプレッサー１が停止しても、空調機能を一定時間維持することが可能になっている。
特許３９７２５０１号公報

しかしながら、従来の車両用空調装置では、エバポレータ９の内部に蓄冷用媒体９３が収容されている。そこで、エンジン自動停止後の空調維持機能を高めるには、蓄冷用媒体９３の量を増やすことが必要になる。すると、エバポレータ９が大型になるため、エバポレータ９を収容する空調ケース１０も大型化してしまう問題があった。

本件発明は、かかる従来の課題に鑑みてなされたものであり、空調ケースの大型化を招くことなく、エンジン自動停止中の空調維持機能を高めることができる車両用空調装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために本件発明の請求項１に記載の車両用空調装置は、エンジンの駆動中に、冷媒を用いて空調用空気を冷却して、使用済みの前記冷媒を前記エンジンと連動して駆動しているコンプレッサーに送るように構成されたエバポレータを空調ケース内に備えている車両用空調装置において、前記エバポレータに、蓄冷用媒体用の流路を設け、前記空調ケースの外側で、前記流路に、当該蓄冷用媒体を貯留するタンクを接続するとともに、このタンクと前記流路とにポンプを接続し、このポンプを駆動することにより、前記エンジンの駆動中は、前記蓄冷用媒体を前記タンクと前記エバポレータとの間で循環させながら前記冷媒を利用して蓄冷し、前記コンプレッサーの停止中は、蓄冷済みの前記蓄冷用媒体を前記タンクと前記エバポレータとの間で循環させることにより前記空調用空気を冷却することを特徴としている。

かかる構成において、請求項１に記載の車両用空調装置は、蓄冷用媒体の量を増やすにはタンクを大型にすれば良いので、エバポレータを大型にしなくても良い。

また、本件発明の請求項２に記載の車両用空調装置は、請求項１に記載の車両用空調装置において、車室内の温度が安定したと判断した場合に、前記ポンプを駆動して前記蓄冷用媒体の蓄冷処理を開始するポンプ駆動手段を備えたことを特徴としている。

かかる構成において、請求項２に記載の車両用空調装置は、車室内の温度が安定するまでは冷媒を空調用空気の冷却処理に集中させるため、車室内の温度を速く安定させることが可能になる。

また、本件発明の請求項３に記載の車両用空調装置は、請求項１または請求項２に記載の車両用空調装置において、前記タンクにおいて前記蓄冷用媒体を貯留する内部空間を取り囲む部分に断熱構造を施し、前記蓄冷用媒体の蓄冷処理中にその温度が所定温度以下になったと判断した場合に、前記ポンプの駆動を停止して前記蓄冷用媒体の蓄冷処理を終了するポンプ駆動停止手段を備えたことを特徴としている。

かかる構成において、請求項３に記載の車両用空調装置は、蓄冷用媒体の蓄冷処理にかかる時間が短縮されるため、冷媒を空調用空気の冷却処理に集中させる時間を長くすることが可能になる。

本件発明の請求項１に記載の車両用空調装置では、空調ケースの外側で、エバポレータにタンクとポンプを接続して、ポンプを駆動することにより、エバポレータとタンクとの間で蓄冷用媒体を循環させて、エンジン自動停止中における空調空気を冷却するようにした。したがって、蓄冷用媒体の量を増やすには、タンクを大型にすれば良いので、エバポレータを大型にしなくても良い。よって、請求項１に記載の車両用空調装置は、空調ケースの大型化を招くことなく、エンジン自動停止中の空調維持機能を高めることができる。

また、本件発明の請求項２に記載の車両用空調装置では、車室内の温度が安定したと判断した場合に蓄冷用媒体の蓄冷処理を開始するようにした。これにより、請求項２に記載の車両用空調装置は、車室内の温度が安定するまで、冷媒を空調用空気の冷却処理に集中させるため、車室内の温度を速く安定させることが可能になる。よって、請求項２に記載の車両用空調装置は、エンジン駆動中の空調効率を高めることができる。

また、本件発明の請求項３に記載の車両用空調装置では、タンクに断熱構造を施し、蓄冷処理中に蓄冷用媒体の温度が所定温度以下になったと判断した場合に蓄冷処理を終了するようにした。これにより、蓄冷用媒体の蓄冷処理にかかる時間が短縮されるため、冷媒を空調用空気の冷却処理に集中させる時間が長くなる。よって、請求項３に記載の車両用空調装置は、エンジン駆動中の空調効率を高めることができる。

以下、本件発明の実施の形態を図にしたがって説明する。

図１は、本件発明の一実施の形態を示す車両用空調装置１のブロック図である。この車両用空調装置１は、空調装置本体２と、冷却サイクル３と、蓄冷用媒体循環手段４と、コントロールユニット５とを中心にして構成されている。

空調装置本体２は、空調ケース２１を備えている。空調ケース２１の上流端には、複数の導入口２１１が設けられている。この導入口２１１は、内気（車室内の空気）の導入口と、外気（車外の空気）の導入口とから構成されている。また、空調ケース２１内には、導入口２１１の近傍にインテークドア（図示せず）が設けられている。このインテークドアは、双方の導入口を切り替えて開閉するものである。

空調ケース２１の下流端には、複数の吹出口２１２が前席や足元等に向けて設けられている。また、空調ケース２１内には、複数の吹出口用ドア（図示せず）が設けられている。各吹出口用ドアは、各吹出口２１２を開閉するものである。

さらに、空調ケース２１内には、ファン２２と、エバポレータ（冷房用熱交換器）２３と、ヒータコア（暖房用熱交換器）２４と、エアミックスドア２５とが設けられている。

ファン２２は、導入口２１１から内気や外気を取り込んで、これらを空調用空気として下流側に送るものである。

エバポレータ２３は、ファン２２よりも下流側に設けられている。このエバポレータ２３は、ファン２２から送られてくる空調用空気を冷却するものである。

ヒータコア２４は、エバポレータ２３よりも下流側に設けられている。このヒータコア２４は、エンジン冷却水（温水）を内部に通すことにより、ファン２２から送られてくる空調用空気を暖めるものである。

エアミックスドア２５は、エバポレータ２３とヒータコア２４との間に設けられている。このエアミックスドア２５は、エバポレータ２３側またはヒータコア２４側に駆動して、ヒータコア２４に送られてくる空調用空気の量を調整するものである。

さらに、空調ケース２１内には、ＥＶＡＰ吹出温度センサ２６と、ＨＶＡＣ吹出温度センサ２７とが設けられている。

ＥＶＡＰ吹出温度センサ２６は、エバポレータ２３によって冷却された空調用空気の温度を検出するものである。ＨＶＡＣ吹出温度センサ２７は、吹出口２１２から車室内に吹き出される空調風の温度を検出するものである。

一方、冷却サイクル３は、コンプレッサー３１と、コンデンサ３２と、リキッドタンク３３と、膨張弁３４と、エバポレータ２３とが連結されて形成されている。

コンプレッサー３１はエンジン６の駆動に連動して駆動される。このコンプレッサー３１は、エバポレータ２３から冷媒配管（図示せず）を通して低圧低温の気体として送られてくる冷媒を高圧高温の気体にしてコンデンサ３２に送るものである。

コンデンサ３２は、後方に設けられた冷却ファン（図示せず）からの送風や車の走行風によってコンプレッサー３１からの高圧高温の気体を凝縮点まで冷却し高圧中温の液体にしてリキッドタンク３３へ送るものである。

リキッドタンク３３は、コンデンサ３２からの高圧中温の液体に含まれる水分やゴミを取り除き、冷媒を円滑に供給できるように溜めつつ、膨張弁３４へ送るものである。

膨張弁３４は、リキッドタンク３３から送られてくる高圧中温の液体を急激に膨張させて低圧低温の液体（冷媒）にし、冷媒配管を通してエバポレータ２３に送るものである。

ここで、エバポレータ２３の構造について説明する。図２は、エバポレータ２３の模式断面図である。エバポレータ２３は、エバポレータ本体２３１と、フィン２３２とを備えている。

エバポレータ本体２３１は、複数のチューブ２３３から構成されている。各チューブ２３３は断面Ｉ字状に形成されている。各チューブ２３３の上下部は横に結合されている。これにより、チューブ２３３、２３３間には、空調用空気用の流路２３４が形成されている。この流路２３４に前記フィン２３２が設けられている。

さらに、各チューブ２３３は二重構造を有している。さらに、各チューブ２３３の上下部は、隣接するチューブ２３３との隣接部分が開口している。これにより、エバポレータ本体２３１全体が二重構造を有している。具体的には、エバポレータ本体２３１の外側部分には蓄冷用媒体Ａ用の流路２３５が形成されている。また、エバポレータ本体２３１の内側部分には冷媒Ｂ用の流路２３６が形成されている。

蓄冷用媒体Ａ用の流路２３５の入口側と出口側とには、接続管２３５ａ、２３５ｂが形成されている。冷媒Ｂ用の流路２３６の入口側と出口側とには、接続管２３６ａ、２３６ｂが形成されている。入口側の接続管２３６ａは冷媒配管を介して膨張弁３４（図１参照）に接続している。出口側の接続管２３６ｂは冷媒配管を介してコンプレッサー３１（図１参照）に接続している。

一方、図１に示すように、蓄冷用媒体循環手段４は、タンク４１と、ポンプ４２とを備えている。図３は、タンク４１の模式断面図である。このタンク４１の内部空間４１ａには蓄冷用媒体Ａが貯留される。さらに、タンク４１において外壁４１ｂ（内部空間４１ａを取り囲む部分）には、真空断熱構造等の断熱構造が施されている。

また、タンク４１には、流入口と流出口が設けられている。流入口には流入管４１１が接続されている。この流入管４１１は、エバポレータ２３の蓄冷用媒体Ａ用の流路２３５の出口側の接続管２３５ｂに接続している。また、流出口には流出管４１２が接続されている。この流出管４１２は、ポンプ４２に接続している。

また、図１に示すように、タンク４１の内部には、蓄冷用媒体温度センサ４３が設けられている。この蓄冷用媒体温度センサ４３は、タンク４１内の蓄冷用媒体の温度を検出するものである。

また、図１に示すように、ポンプ４２は、タンク４１とエバポレータ２３とをつなぐように配置されている。これを具体的に説明すると、ポンプ４２の吸込側がタンク４１の流出管４１２に接続している。そして、ポンプ４２の吐出側が、エバポレータ２３の蓄冷用媒体Ａ用の流路２３５の入口側の接続管２３５ａに接続している。

一方、コントロールユニット５は、ファン２２およびポンプ４２の動作を制御するものである。このコントロールユニット５は、ＣＰＵ、処理手順や各種データ等が記憶されたＲＯＭ、処理中のデータ等を記憶するＲＡＭ等を備えている。なお、本件発明にかかる制御手段等は、このコントロールユニット５に備えられている。

コントロールユニット５の入力側には、外気センサ５１と、内気センサ５２と、日射センサ５３と、ＥＶＡＰ吹出温度センサ２６と、ＨＶＡＣ吹出温度センサ２７と、蓄冷用媒体温度センサ４３とが接続している。外気センサ５１は、車外温度を検出するものである。内気センサ５２は、車室内温度を検出するものである。日射センサ５３は、日射量を検出するものである。

さらに、コントロールユニット５の入力側には、車両停止判断ブロック５６の出力側が接続している。車両停止判断ブロック５６の入力側は、エンジン６に接続している。この車両停止判断ブロック５６は、エンジン６が停止しているか否かを判断して、その判断信号をコントロールユニット５に出力するものである。

さらに、コントロールユニット５の入力側には、操作部（図示せず）が接続されている。この操作部は、インストルメントパネルに設けられている。操作部には、各種のスイッチが設けられている。各種のスイッチは、空調装置１の開始スイッチ、空調モードの選択スイッチ等である。

また、コントロールユニット５の出力側には、ファン制御装置５４の入力側と、ポンプ制御装置５５の入力側とが接続している。ファン制御装置５４の出力側にはファン２２が接続している。ポンプ制御装置５５の入力側にはポンプ４２が接続している。

以上のように構成されている車両用空調装置１において、本件発明にかかる制御処理を図４に示すフローチャートを用いて説明する。この制御処理は、乗員がエンジン６を始動して、空調装置１の開始スイッチをＯＮにして、冷房モードを選択すると開始される。

まず、通常の空調制御処理が行われる。これを簡単に説明すると、ファン２２によって導入口２１１から外気や内気が吸い込まれて、これらが空調用空気としてエバポレータ２３の空調用空気用の流路２３４に送られる。この流路２３４に送られた空調用空気は、エバポレータ２３の冷媒Ｂ用の流路２３６を流れる冷媒Ｂによって冷却されて、空調風として吹出口２１２から車室内に吹き出される。

このような空調制御処理を継続した状態で、次に、コントロールユニット５は、内気センサ５２から車室内の温度が安定しているか否かを判断する（ステップＳ１）。

コントロールユニット５は、車室内の温度が安定していると判断した場合には（ステップＳ１でＹＥＳ）、ポンプ４２を駆動して蓄冷用媒体Ａの蓄冷処理を行う（ステップＳ２）。この蓄冷処理は、タンク４１内の蓄冷用媒体Ａがエバポレータ２３の蓄冷用媒体Ａ用の流路２３５に送り込まれる。これにより、蓄冷用媒体Ａは、エバポレータ２３とタンク４１との間で循環する。このときに、エバポレータ２３内の冷媒Ｂ用の流路２３６には冷媒Ｂが流れている。したがって、蓄冷用媒体Ａは、この冷媒Ｂを利用して蓄冷される。

次に、コントロールユニット５は、蓄冷用媒体温度センサ４３から、タンク４１内の蓄冷用媒体Ａの温度が所定温度以下であるか否かを判断する（ステップＳ３）。ここで、所定温度とは、空調用空気の冷却に最低限必要な温度であり、任意に設定することが可能である。

コントロールユニット５は、蓄冷用媒体温度センサ４３から、タンク４１内の蓄冷用媒体Ａの温度が所定温度以下である場合には（ステップＳ３でＹＥＳ）、ポンプ４２の駆動を停止する（ステップＳ４）。これによって、蓄冷用媒体Ａの蓄冷処理が終了する。

次に、コントロールユニット５は、車両停止判断ブロック５６から、信号待ち等でエンジン６が自動的に停止（アイドリングストップ）しているか否かを判断する（ステップＳ５）。

コントロールユニット５は、エンジン６が停止していると判断した場合には（ステップＳ５でＹＥＳ）、ポンプ４２を駆動して蓄冷用媒体Ａの放冷処理を行う（ステップＳ６）。この放冷処理は、タンク４１内の蓄冷済みの蓄冷用媒体Ａがエバポレータ２３の蓄冷用媒体Ａ用の流路２３５に送り込まれる。これにより、蓄冷済みの蓄冷用媒体Ａは、エバポレータ２３とタンク４１との間で循環する。このとき、ファン２２によって空調用空気がエバポレータ２３の空調用空気用の流路２３４を通って吹出口２１２へ送られている。このため、空調用空気は、循環している蓄冷用媒体Ａの放冷によって冷却されて吹出口２１２から冷房風として吹き出される。

次に、コントロールユニット５は、ＨＶＡＣ吹出温度センサ２７から、吹出口２１２の冷房風の温度が所定温度以上であるか否かを判断する（ステップＳ７）。この所定温度は、自由に設定することが可能である（例えば１２℃）。

コントロールユニット５は、吹出口２１２の冷房風の温度が所定温度以上であると判断した場合には（ステップＳ７でＹＥＳ）、エンジン６を始動させる（ステップＳ８）。

次に、コントロールユニット５は、ポンプ４２の駆動を停止して（ステップＳ９）、ステップＳ１の処理に戻る。以上説明した制御処理（ステップＳ１〜ステップＳ９）は、車両用空調装置がＯＮになっている間は繰り返して行われる。なお、ステップＳ８の処理とステップＳ９の処理の順序は逆でも良い。

以上説明したように、本実施の形態の車両用空調装置１では、空調ケース２１の外側で、エバポレータ２３にタンク４１とポンプ４２を接続して、ポンプ４２を駆動することにより、エバポレータ２３とタンク４１との間で蓄冷用媒体Ａを循環させて、エンジン自動停止中における空調空気を冷却するようにした。これにより、蓄冷用媒体Ａの量を増やすには、タンク４１を大型にすれば良いので、エバポレータ２３を大型にしなくても良い。よって、本実施の形態の車両用空調装置１は、空調ケース２１の大型化を招くことなく、エンジン自動停止中の空調維持機能を高めることができる。

また、本実施の形態の車両用空調装置１では、車室内の温度が安定したと判断した場合に蓄冷用媒体Ａの蓄冷処理を開始するようにした。これにより、この車両用空調装置１は、車室内の温度が安定するまで、冷媒Ｂを空調用空気の冷却処理に集中させるため、車室内の温度を速く安定させることが可能になる。よって、本実施の形態の車両用空調装置１は、エンジン駆動中の空調効率を高めることができる。

また、本実施の形態の車両用空調装置１では、タンク４１に断熱構造を施し、蓄冷処理中に蓄冷用媒体Ａの温度が所定温度以下になったと判断した場合に蓄冷処理を終了するようにした。これにより、蓄冷用媒体Ａの蓄冷処理にかかる時間が短縮されるため、冷媒Ｂを空調用空気の冷却処理に集中させる時間が長くなる。よって、本実施の形態の車両用空調装置１は、エンジン駆動中の空調効率をさらに高めることができる。

以上、本件発明にかかる実施の形態を例示したが、この実施の形態は本件発明の内容を限定するものではない。また、本件発明の請求項の範囲を逸脱しない範囲であれば、各種の変更等は可能である。

以上説明したように本件発明の車両用空調装置は、空調ケースの大型化を招くことなく、エンジン自動停止中の空調維持機能を高めることができる。したがって、本件発明の車両用空調装置は、エンジン自動停止中に空調用空気を冷却する車両用空調装置の技術分野で十分に利用することができる。

本件発明の一実施の形態を示す車両用空調装置のブロック図である。 同実施の形態を示すエバポレータの模式縦断面図である。 同実施の形態を示すタンクの模式縦断面図である。 同実施の形態の制御処理を示すフローチャートである。

符号の説明

１ 車両用空調装置
６ エンジン
２１ 空調ケース
２３ エバポレータ
３１ コンプレッサー
４１ タンク
４１ａ 内部空間
４１ｂ 外壁
４２ ポンプ
２３５ 蓄冷用媒体用の流路
Ａ 蓄冷用媒体
Ｂ 冷媒

Claims (3)

1. エンジンの駆動中に、冷媒を用いて空調用空気を冷却して、使用済みの前記冷媒を前記エンジンと連動して駆動しているコンプレッサーに送るように構成されたエバポレータを空調ケース内に備えている車両用空調装置において、
   前記エバポレータに、蓄冷用媒体用の流路を設け、前記空調ケースの外側で、前記流路に、当該蓄冷用媒体を貯留するタンクを接続するとともに、このタンクと前記流路とにポンプを接続し、
   このポンプを駆動することにより、前記エンジンの駆動中は、前記蓄冷用媒体を前記タンクと前記エバポレータとの間で循環させながら前記冷媒を利用して蓄冷し、前記コンプレッサーの停止中は、蓄冷済みの前記蓄冷用媒体を前記タンクと前記エバポレータとの間で循環させることにより前記空調用空気を冷却することを特徴とする車両用空調装置。
2. 車室内の温度が安定したと判断した場合に、前記ポンプを駆動して前記蓄冷用媒体の蓄冷処理を開始するポンプ駆動手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の車両用空調装置。
3. 前記タンクにおいて前記蓄冷用媒体を貯留する内部空間を取り囲む部分に断熱構造を施し、前記蓄冷用媒体の蓄冷処理中にその温度が所定温度以下になったと判断した場合に、前記ポンプの駆動を停止して前記蓄冷用媒体の蓄冷処理を終了するポンプ駆動停止手段を備えたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の車両用空調装置。

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