JP2022043497A - 空気調和装置 - Google Patents

Abstract

【課題】アイドリングの停止時でも動作できるような空気調和装置を提供する。【解決手段】空気調和装置は、圧縮機１１、凝縮器１２、膨張弁１４及び蒸発器１５を含むヒートポンプによって構成され、蒸発器１５との熱交換によって車内の空気を冷やす冷房ユニット１０と、ヒーター２２及び放熱器２１を含み、ヒーター２２で加熱された放熱器２１との熱交換によって車内の空気を温める暖房ユニット２０と、冷房ユニット１０及び暖房ユニット２０に電力を供給する充電池とを含み、車両のアイドリングの停止時に、冷房ユニット１０及び暖房ユニット２０を動作させることができ、ヒーター２２は棒状の形状を有し、放熱器２１は複数の伝熱フィン２１ａ及び伝熱フィン２１ａを貫通する複数の伝熱管２１ｂで構成され、ヒーター２２は前記伝熱管２１ｂに挿入されている。【選択図】図１

Description

この発明は、大型トラックなどの車両に後付けで取り付け、アイドリングの停止時に空調を提供することができるような空気調和装置に関する。

従来、大型トラックなどの車両において、休憩や荷待ち時にアイドリングを停止するアイドリングストップが行われている。アイドリングストップ時には、車載の空気調和装置も停止するため、車内の空気の温度などが調整できなくなり、車両にいる乗員の快適さが損なわれることがあった。

アイドリングストップ時にも車内の空気を冷やすことができるように車両に後付けする冷房装置が市販されている。このような冷房装置は、車載のバッテリーから供給された電力を使用してヒートポンプを駆動している。アイドリングストップ時に、充電池から供給された電力によって温めることができるマットも市販されている。

一方、空気調和装置の室内機において、冷房時に蒸発器、暖房時に凝縮器として使用する熱交換器のフィンに設けた伝熱管にヒーターを通し、暖房時に補助として使用する技術が提供されている（特許文献１を参照）。

実開昭６３－５４２９２号公報

アイドリングストップ時に動作する従来の空気調和装置は、ヒートポンプを使用して冷房を提供するものであった。このような空気調和装置は、原理的にはヒートポンプを逆サイクルで運転することによって暖房にも使用することができるが、その場合には大きな消費電力を要していた。

この発明は、上述の実情に鑑みて提供されるものであって、トラックなどの車両のアイドリングストップ時に冷房及び暖房を提供することができ、暖房時の消費電力を低減するような空気調和装置を提供することを目的とする。

上述の課題を解決するために、この発明に係る空気調和装置は、圧縮機、凝縮器、膨張弁及び蒸発器を含むヒートポンプによって構成され、蒸発器との熱交換によって車内の空気を冷やす冷房ユニットと、ヒーター及び放熱器を含み、ヒーターで加熱された放熱器との熱交換によって車内の空気を温める暖房ユニットと、冷房ユニット及び暖房ユニットに電力を供給する充電池とを含み、車両のアイドリングの停止時に、冷房ユニット及び暖房ユニットを動作させることができる。

膨張弁、蒸発器及び放熱器を格納し、空気調和する空気が蒸発器及び放熱器と熱交換するように流す室内機をさらに含んでもよい。

蒸発器及び放熱器は、空気の流路において隣接して設置されてもよい。蒸発器は、複数の伝熱フィンと、伝熱フィンを貫通して冷媒を流す伝熱管とを含んでもよい。放熱器は、複数の伝熱フィンと、伝熱フィンを貫通する複数の伝熱管とを含んでもよい。

蒸発器は、複数の伝熱フィンと、伝熱フィンを貫通して冷媒を流す伝熱管とを含み、放熱器は、複数の伝熱フィンと、伝熱フィンを貫通する複数の伝熱管とを含み、蒸発器及び放熱器は一体として構成されてもよい。

ヒーターは棒状の形状を有し、ヒーターは伝熱管に挿入されてもよい。暖房ユニットは、ヒーターと直列に接続されたサーモスタットをさらに含み、サーモスタットは伝熱管に挿入されてもよい。暖房ユニットは、ヒーターと直列に接続された温度ヒューズをさらに含み、温度ヒューズは伝熱管に挿入されてもよい。

室内機は、空気調和する空気を蒸発器及び放熱器と熱交換するように室内機の内部の流路に沿って流すファンをさらに含んでもよい。

圧縮機及び凝縮器を格納する室外機をさらに含んでもよい。凝縮器は、複数の伝熱フィンと、伝熱フィンを貫通して冷媒を流す伝熱管とを含んでもよい。室外機は、空気を凝縮器と熱交換するように室外機の内部の流路に沿って流すファンをさらに含んでもよい。

充電池は、リチウムイオン充電池であってもよい。車両に後付けで取り付けることができてもよい。車両は、トラックであってもよい。

この発明によると、トラックなどの車両のアイドリングストップ時にも暖房及び冷房を提供することができ、暖房時の消費電力を低減することができる。

空気調和装置の概略的な構成を説明する図である。 空気調和装置の室外機及び充電池を取り付けたトラックヘッドを示す斜視図である。 空気調和装置の室内機を取り付けたキャビンを示す斜視図である。 空気調和装置の室内機を示す斜視図である。 空気調和装置の室内機の破断斜視図である。 空気調和装置の室内機に格納された蒸発器及び放熱器の斜視図である。 空気調和装置のコントローラーを示す正面図である。

以下、空気調和装置の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。本実施の形態の空気調和装置は、大型トラックなどのトラックヘッドのキャビンに後付けで取り付けることを想定している。しかしながら、本実施の形態の空気調和装置は、大型トラックに限らず、一般のトラックやバンなどの他の種類の車両、建設機械やユニットハウスのような建物などにも同様に適用することができる。

図１は、本実施の形態の空気調和装置の概略的な構成を示す図である。本実施の形態の空気調和装置は、ヒートポンプによって構成された冷房ユニット１０、ヒーター２２を熱源とする暖房ユニット２０と、冷房ユニット１０及び暖房ユニット２０に電力を供給する図示しない充電池から構成されている。

冷房ユニット１０において、圧縮機１１、凝縮器１２、ドライヤー１３、膨張弁１４及び蒸発器１５は、閉じた流路を形成して冷媒を流すように配管１８によって接続されている。冷媒には、フロンなどが使用されている。

凝縮器１２は、冷媒が空気と熱交換するように、複数枚の伝熱フィン１２ａと、伝熱フィン１２ａを複数回にわたり貫通するように折り返されて冷媒を流す伝熱管１２ｂとから構成されている。伝熱管１２ｂには、配管１８を通じて供給された冷媒が流される。伝熱フィン１２ａ及び伝熱管１２ｂは、熱伝導率の高い銅やアルミニウムなどの金属で構成されている。

蒸発器１５は、凝縮器１２と同様に、冷媒が空気と熱交換するように、複数枚の伝熱フィン１５ａと、伝熱フィン１５ａを複数回にわたり貫通するように折り返された伝熱管１５ｂとから構成されている。伝熱管１５ｂには、配管１８を通じて供給された冷媒が流される。

配管１８を矢印で示した向きに流れる冷媒は、圧縮機１１によって圧縮され、凝縮器１２で放熱して凝縮し、ドライヤー１３で水分を除去され、膨張弁１４によって減圧され、蒸発器１５で吸熱して蒸発し、さらに圧縮機１１に送られる。このようなサイクルによってヒートポンプが構成され、車内に設置された蒸発器１５から吸収した熱を車外に設置された凝縮器１２から排出することを可能にしている。

暖房ユニット２０は、複数枚の伝熱フィン２１ａ及び伝熱フィン２１ａを貫通する複数本の伝熱管２２ｂから構成された放熱器２１と、伝熱管２２ｂに挿入されて放熱器２１を加熱するヒーター２２とを有している。ヒーター２２は、金属製の鞘で覆われたシーズヒーターなどの棒状の電気ヒーターである。ヒーター２２は伝熱管２２ｂに嵌るような径を有しているが、熱伝導を容易にするため、ヒーター２２と伝熱管２２ｂとの間に熱伝導率の高い接着剤などが充填されてもよい。

暖房ユニット２０においては、図示しない充電池から端子２７を介してヒーター２２に電力が供給される。端子２７とヒーター２２との間には、サーモスタット２３及び温度ヒューズとが直列に接続されている。このようにヒーター２２、サーモスタット２３及び温度ヒューズ２４を直列に接続した回路は、２個のヒーター２２について端子２７に並列に接続されている。なお、ヒーター２２に電力を供給する回路は、各ヒーター２２について端子２７に並列に接続されればよく、２個のヒーター２２に限らない。また、サーモスタット２３及び温度ヒューズ２４の少なくとも一方が省略されてもよい。

サーモスタット２３及び温度ヒューズは、それぞれ棒状の形状に構成される。または、金属製のシースで覆うことにより棒状に形成されてもよい。このようなサーモスタット２３及び温度ヒューズ２４は、それぞれ伝熱管２２ｂに挿入される。サーモスタット２３及び温度ヒューズ２４は伝熱管２２ｂに嵌るような径を有しているが、熱伝導を容易にするため、ヒーター２２とサーモスタット２３及び温度ヒューズ２４の間に熱伝導率の高い接着剤などが充填されてもよい。放熱器２１には、ヒーター２２、サーモスタット２３及び温度ヒューズ２４を挿入できるような所定の本数の伝熱管２１ｂが形成されている。

暖房ユニット２０において、ヒーター２２は充電池から供給された電力によって発熱し、この熱は放熱器２１の伝熱管２１ｂから伝熱フィン２２ａに伝えられ、放熱器２１が空気と熱交換することにより空気を温める。サーモスタット２３は、放熱器２１が所定の温度範囲にあるように、ヒーター２２への電気の供給を断続する。温度ヒューズ２４は、放熱器２１の温度が所定値を超えると、安全のためにヒーター２２に接続する回路を遮断する。

図示しない充電池は、冷房ユニット１０及び暖房ユニット２０に電力を供給している。暖房ユニット２０には、端子２７を介して電力を供給している。充電池は、リチウムイオン充電池で構成され、１２Ｖの電圧を有している。充電池にはエンジンの駆動中にはオルタネーターで発電された電気が供給され、充電池に次第に充電される。なお、リチウムイオン充電池の電圧は１２Ｖに限らず、２４Ｖなど他の電圧であってもよい。

本実施の形態の空気調和装置において、冷房ユニット１０及び暖房ユニット２０は、この空気調和装置に備えられた充電池から供給された電力によって駆動される。したがって、アイドリングストップ時にエンジンが停止しても、車載バッテリーに負担をかけることがなく空気調和装置を動作させることができる。また、アイドリングストップ時にも車内の冷房及び暖房の空気調和を継続することができ、乗員に与える快適さを保つことができる。

本実施の形態の空気調和装置は、冷房ユニット１０にはヒートポンプを使用しているが、暖房ユニット２０にはヒーター２２により加熱された放熱器２１を使用している。したがって、ヒートポンプを暖房に使用する際に圧縮機を駆動するために大きな消費電力を要することがない。

図２は、空気調和装置の室外機３３及び充電池３５を取り付けたトラックヘッド３０を示す斜視図である。トラックヘッド３０のリア面３１には、リアウィンドウ３２の横に隣接するように空気調和装置の室外機３３が取り付けられている。室外機３３の略中央には、室外機３３から空気を排出するための排出口３３ａが形成されている。また、室外機３３の下部が窪んで棚３３ｂが形成され、この棚３３ｂには充電池３５が格納されている。棚３３ｂの上部には室外機３３に空気を吸入するための図示しない吸入口が形成されていてもよい。

室外機３３には、暖房ユニット２０の圧縮機１１、凝縮器１２及びドライヤー１３などが格納されている。室外機３３には、車外の空気との熱交換によって凝縮器１２から冷媒の凝縮熱を放出するように、室外機３３の内部の流路に沿って凝縮器１２を通して空気を流すための図示しないファンが備えられている。このファンは、排出口３３ａの内側に配置されてもよい。室外機３３において、圧縮機１１およびファンは、充電池３５から供給された電力によって駆動される。

図３は、空気調和装置の室内機４６を取り付けたトラックヘッドのキャビン４０を示す斜視図である。この斜視図は、キャビン４０の運転席４１の前方からリアウィンドウ４３に向かう視点によるものである。室内機４６は、キャビン４０の後方の壁４２において、天井に近く、リアウィンドウ４３の横に隣接するような位置に取り付けられている。室内機４６は、車外にある室外機３３に冷媒を流す配管１８によって接続されている。また、室内機４６には、室外機３３とともに車外に設置された充電池から電力が供給されている。

室内機４６の下側の壁４２には、室内機４６のコントローラー４７が取り付けられている。壁４２に沿ってリアウィンドウの下側に簡易ベッド４８が設置されている。コントローラー４７は、簡易ベッド４８に横たわった乗員の手が届くような範囲に取り付けられてもよい。

図４は、空気調和装置の室内機４６を示す斜視図である。室内機４６は、箱形の形状を有し、前面の大部分に格子状の吸い込み口４６ａが形成され、前面の下部には吹き出し口４６ｂが形成されている。向かって右側面に隣接した前面の一部には、空気調和装置を操作するための操作盤４６ｃが形成されている。室内機４６で空気調和される空気は、吸い込み口４６ａから吸入され、空気調和された空気は吹き出し口４６ｂから放出される。

室内機４６には、膨張弁１４、蒸発器１５及び放熱器２１などが格納されている。室内機４６には、空気と蒸発器１５及び放熱器２１が熱交換するように、室内機４６の内部の流路に沿って蒸発器１５及び放熱器２１を通して空気を流す図示しないファンが備えられている。空気調和装置の冷房ユニット１０が動作するときには蒸発器１５によって空気が冷やされ、暖房ユニット２０が動作するときには放熱器２１によって空気が温められる。

制御盤４２ｃは、空気調和装置の運転又は停止、冷房ユニット１０及び暖房ユニット２０の切り替え、温度の設定などを制御するために、ダイヤル、スイッチ、ＬＣＤによる表示板などを備えている。空気調和装置の動作は、制御盤４２ｃによる設定に従い、室内機４６又は室外機３３に備えられた図示しない制御装置によって所定の手順で実施されるように制御されてもよい。

図５は、空気調和装置の室内機４６の破断斜視図である。図６は、室内機４６に格納された蒸発器１５及び放熱器２１を示す斜視図である。室内機４６には、図の手前側から奥側に向かって順に蒸発器１５及び放熱器２１が順に配置されている。吸い込み口４６ａから吸入された空気は、図の手前側から順に蒸発器１５及び放熱器２１を通る空気の流路に沿って熱交換し、空気調和した空気は蒸発器１５及び放熱器２１の裏側から下部に向かう図示しないダクトを通って吹き出し口４６ｂから放出される。空気を流路に沿って流すファンは、ダクトと吹き出し口４６ｂの間に設けられてもよい。

蒸発器１５及び放熱器２１は、室内機４６の内部の空気の流路において、蒸発器１５が上流側に、放熱器２１が下流側に位置するように、蒸発器１５及び放熱器２１を一体として構成されている。蒸発器１５及び放熱器２１は、それぞれの伝熱フィン１５ａ、２１ａを共通に構成し、蒸発器１５を構成する冷媒を流す伝熱管１５ｂと、放熱器２１を構成する複数の伝熱管２１ｂとの両方は、共通の伝熱フィン１５ａ、２１ａを貫通している。蒸発器１５と放熱器２１との共通の伝熱フィン１５ａ、２１ａは、蒸発器１５と放熱器２１との間の熱伝達を最小限に低減するような形状に形成されている。このように蒸発器１５及び放熱器２１を一体として構成することにより、室内機４６の小型化を図ることができる。

なお、蒸発器１５及び放熱器２１は、一体の構造に限らず、別々に設けてもよい。この場合には、室内機４６の内部の空気の流路において、蒸発器１５が上流側に、放熱器２１が下流側に位置するように、蒸発器１５及び放熱器２１が隣接するように配置してもよい。隣接する蒸発器１５と放熱器２１との間には、これらの間の熱伝達を遮断するように断熱板を挟んでもよい。

図７は、空気調和装置のコントローラー４７を示す正面図である。コントローラー４７の前面には、ＬＣＤなどによる表示部４７ａ、電源スイッチ４７ｂ、冷房・暖房の運転切替スイッチ４７ｃ及び選択ボタン４７ｄが設けられている。表示部４７ａには空気調和装置の冷房・暖房の運転モード、設定温度などが表示される。表示部４７ａの表示に従って選択ボタン４７ｄを操作することで、温度などを設定することができる。コントローラー４７は、簡易ベッド４８の直上の壁に取り付けられ、簡易ベッド４８に横になった乗員が容易に操作することができるものであってもよい。

上述したように、本実施の形態の空気調和装置は、室外機３３、室外機３３に格納された充電池３５、室内機４６及び室内機４６に付属するコントローラー４７から構成されている。したがって、大型トラックなどの車両に後付けで容易に取り付けることができる。取り付けは、トラックヘッド３０のリア面３１に充電池３５を備えた室外機３３を取り付け、キャビン４０の壁４２に室内機４６及び付属のコントローラー４７を取り付け、室外機３３及び室内機４６を冷媒の配管１８、室内機に電力を供給する電線などで接続すれば足りる。

この発明は、大型トラックなどの車両、建設機械やユニットハウスのような建物などに後付けで取り付ける空気調和装置に利用することができる。

１０ 冷房ユニット
１１ 圧縮機
１２ 凝縮器
１４ 膨張弁
１５ 蒸発器
２０ 暖房ユニット
２１ 放熱器
２２ ヒーター
２３ サーモスタット
２４ 温度ヒューズ

Claims (16)

1. 空気調和装置であって、
   圧縮機、凝縮器、膨張弁及び蒸発器を含むヒートポンプによって構成され、前記蒸発器との熱交換によって車内の空気を冷やす冷房ユニットと、
   ヒーター及び放熱器を含み、前記ヒーターで加熱された前記放熱器との熱交換によって車内の空気を温める暖房ユニットと、
   前記冷房ユニット及び前記暖房ユニットに電力を供給する充電池と
   を含み、車両のアイドリングの停止時に、前記冷房ユニット及び前記暖房ユニットを動作させることができる空気調和装置。
2. 前記膨張弁、前記蒸発器及び前記放熱器を格納し、空気調和する空気が前記蒸発器及び前記放熱器と熱交換するように流す室内機をさらに含む請求項１に記載の空気調和装置。
3. 前記蒸発器及び前記放熱器は、前記空気の流路において隣接して設置された請求項２に記載の空気調和装置。
4. 前記蒸発器は、複数の伝熱フィンと、前記伝熱フィンを貫通して冷媒を流す伝熱管とを含む請求項３に記載の空気調和装置。
5. 前記放熱器は、複数の伝熱フィンと、前記伝熱フィンを貫通する複数の伝熱管とを含む請求項３又は４のいずれか一項に記載の空気調和装置。
6. 前記蒸発器は、複数の伝熱フィンと、前記伝熱フィンを貫通して冷媒を流す伝熱管とを含み、前記放熱器は、前記複数の伝熱フィンと、前記伝熱フィンを貫通する複数の伝熱管とを含み、前記蒸発器及び放熱器は一体として構成された請求項２に記載の空気調和装置。
7. 前記ヒーターは棒状の形状を有し、前記ヒーターは前記伝熱管に挿入された請求項５又は６に記載の空気調和装置。
8. 前記暖房ユニットは、前記ヒーターと直列に接続されたサーモスタットをさらに含み、前記サーモスタットは前記伝熱管に挿入された請求項７に記載の空気調和装置。
9. 前記暖房ユニットは、前記ヒーターと直列に接続された温度ヒューズをさらに含み、前記温度ヒューズは前記伝熱管に挿入された請求項７又は８に記載の空気調和装置。
10. 前記室内機は、空気調和する空気を前記蒸発器及び前記放熱器と熱交換するように室内機の内部の流路に沿って流すファンをさらに含む請求項３から９のいずれか一項に記載の空気調和装置。
11. 前記圧縮機及び前記凝縮器を格納する室外機をさらに含む請求項１から１０のいずれか一項に記載の空気調和装置。
12. 前記凝縮器は、複数の伝熱フィンと、前記伝熱フィンを貫通して冷媒を流す伝熱管とを含む請求項１１に記載の空気調和装置。
13. 前記室外機は、空気を前記凝縮器と熱交換するように室外機の内部の流路に沿って流すファンをさらに含む請求項１１又は１２に記載の空気調和装置。
14. 前記充電池は、リチウムイオン充電池である請求項１から１３のいずれか一項に記載の空気調和装置。
15. 車両に後付けで取り付けることができる請求項１から１４のいずれか一項に記載の空気調和装置。
16. 前記車両は、トラックである請求項１５に記載の空気調和装置。

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