JP2023102971A - 空気調和装置 - Google Patents

Abstract

【課題】アイドリングの停止時に暖房を提供するときに消費電力を低減する。【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た冷房ユニット１０と、発熱体２２をマイカ板２３で支持して構成された面状ヒーター２１を含むヒーター２０と、膨張弁１４、蒸発器１５及びヒーター２０を格納し、空気調和する車内の空気をファンによって流して蒸発器１５によって冷却するか、又はヒーター２０によって加熱し、ヒーター２０はファンの下流にある室内機４６とを有している。【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、車内空調ができなくなり、車内の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空調を提供することができるように、車両に後付けする空気調和装置であって、アイドリングストップ時には車載のバッテリーから供給された電力でヒートポンプを駆動することによって冷房及び暖房を提供することができる空気調和装置の技術が開示されている（特許文献１、２を参照）。

特開２００９－１５４８５３号公報 特開２００７－５０７３９号公報

しかしながら、アイドリングストップ時に暖房を提供するときには、ヒートポンプを逆サイクルで運転する必要があるため、大きな消費電力が発生していた。

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車内空調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た冷房ユニットと、発熱体を耐熱絶縁板で支持して構成された面状ヒーターを含むヒーターと、膨張弁、蒸発器及びヒーターを格納し、空気調和する車内の空気をファンによって流して蒸発器によって冷却するか、又はヒーターによって加熱し、ヒーターはファンの下流にある室内機とを含んでいる。

ヒーターは、積層された複数の面状ヒーターを含み、積層される方向に隣接する面状ヒーターでは、面状ヒーターを含む平面内において発熱体の位置は互いにずれていてもよい。発熱体は、耐熱絶縁板の面に沿って蛇行するように形成されていてもよい。

発熱体は、耐熱絶縁板の一対に挟持されることにより支持されていてもよい。発熱体は正の温度係数を有する抵抗体であってもよい。面状ヒーターは、遠赤外線放射塗料によって塗布されていてもよい。ヒーターは、面状ヒーターに取り付けられた伝熱板をさらに含んでいてもよい。

室内機は、ヒーターに隣接して配置されたサーモスタット及び温度ヒューズの少なくとも一つを含んでいてもよい。ファンは、室内機の上部に格納されていてもよい。

蒸発器は、室内機において当該室内機で空気調和される空気が吸入される吸入口からファンに至る空気の流路に設置されていてもよい。蒸発器において、冷媒は当該蒸発器の高さ方向に、上部及び下部から供給されて中央から排出されてもよい。蒸発器において、冷媒を流す伝熱管は蒸発器の高さ方向又は奥行き方向の少なくとも一方向について不規則に配置されていてもよい。

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部材を示す斜視図である。 ヒーターの斜視図である。 面状ヒーターの構成を示す図である。 室内機の動作を説明するための断面図である。 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。 空気調和装置のコントローラーを示す正面図である。 空気調和装置の室外機を取り付けたトラックヘッドを示す斜視図である。

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、冷房ユニット１０及びヒーター２０を有している。冷房ユニット１０は、圧縮機１１、凝縮器１２、ドライヤー１３、膨張弁１４及び蒸発器１５を有し、これら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ヒートポンプを構成している。ヒートポンプの冷媒には、フロンなどが使用されている。圧縮機１１には、車載のバッテリーから電力が供給されている。

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においても同様である。

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。

ヒーター２０は、発熱体２２を耐熱絶縁板であるマイカ板２３によって支持した面状ヒーター２１によって構成されている。マイカ板２３に代わって、他の材料による耐熱絶縁板を使用してもよい。発熱体２２は、正の温度係数（positive temperature coefficient：ＰＴＣ）を有する抵抗体を想定しているが、ニクロム、カンタルの合金のような他の種類の抵抗体であってもよい。発熱体２２は、マイカ板２３の一組で発熱体２２の層を挟持することにより支持し、発熱体２２の層はマイカ板２３の面に沿って蛇行するように形成されている。発熱体２２はこのような構造に限らず、マイカ板２３に発熱体２２による線材を巻回することにより支持してもよい。なお、図１には、１枚の面状ヒーター２１が描かれているが、ヒーター２０は複数の面状ヒーター２１が積層されて構成されていてもよい。

ヒーター２０には、端子２９を通じてバッテリーから電力が供給されている。端子２９からヒーター２０に至る回路にはサーモスタット２７及びヒューズ２８が介在している。サーモスタット２７は、ヒーター２０の温度が所定温度を超えると回路を開き、所定温度よりも低下すると回路を閉じるように動作し、ヒーター２０の温度が一定範囲にあるように制御している。ヒューズ２８は、ヒーター２０の温度が所定範囲を超えると溶断してヒーター２０の過熱を防止する。

室内機４６は、冷房ユニット１０の膨張弁１４及び蒸発器１５、ヒーター２０、さらにサーモスタット２７及びヒューズ２８を有している。室内機４６には、図示しないファンが備えられ、車室内の空気を流して蒸発器１５で冷却し、又はヒーター２０により加熱することにより、冷房及び暖房の空気調和を提供することを可能にしている。サーモスタット２７及びヒューズ２８は、ヒーター２０に隣接するように配置されている。

図２は、室内機４６を示す斜視図である。図３は、室内機４６の破断斜視図である。図４は、室内機４６に格納された部材を示す斜視図である。室内機４６は、略直方体形状を有し、前面の大部分に格子状の吸い込み口４６ａが形成され、前面の上部には吹き出し口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、吸い込み口４６ａに対向し、吸い込み口４６ａのサイズに略対応するような幅及び高さを有し、これら幅及び高さより小さい奥行きを有する略直方体形状の蒸発器１５が設けられている。蒸発器１５は、高さ方向及び奥行き方向に延びる複数の伝熱フィン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て幅方向に延びる伝熱管１５ｂとから構成されている。伝熱管１５ｂは、高さ方向及び奥行き方向に不規則に配置され、蒸発器１５を伝熱フィン１５ａに沿って高さ方向及び奥行き方向に通過する空気が伝熱管１５ｂと接触して熱交換を促進するように図られている。また、伝熱管１５ｂは、冷媒が蒸発器１５の高さ方向に上部及び下部から供給されて中央から排出されるように配置され、蒸発器１５の高さ方向の温度の分布が均一になるように図られている。室内機４６において、蒸発器１５に接続する冷媒の流路の上流側には図示しない膨張弁が設けられている。また、吸い込み口４６ａと蒸発器１５との間には、塵埃などを除去する図示しないフィルタが設けられている。

略直方体形状の蒸発器１５の頂面に隣接し、蒸発器１５と同様の幅及び奥行きを有し、この奥行きと同様の高さを有する略直方体形状のファン５１が設けられている。ファン５１は、奥側の図示しないダクトから吸い込んだ空気を手前の吹き出し口４６ｂに向かって吹き出すような横断流送風機である。ファン５１と吹き出し口４６ｂとの間には、ファン５１に隣接して吹き出し口４６ｂに対向し、吹き出し口４６ｂのサイズに略対応するような幅及び高さを有する略直方体形状のヒーター２０が設けられている。ヒーター２０は、暖房に使用しないときには、ファン５１から吹き出し口４６ｂに向かう空気の流路から外れるように、上方又は下方にスライドすることができてもよい。ヒーター２０の頂面又は底面には、ヒーター２０に隣接するようにサーモスタット２７及びヒューズ２８が取り付けられている。

操作盤４６ｃは、空気調和装置の運転又は停止、冷房及び暖房の切り替え、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、操作盤４６ｃ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、ヒーター２０の斜視図である。ヒーター２０は、第１面状ヒーター２１_１から第５面状ヒーター２１_５までの５枚の面状ヒーター２１が、所定の間隔で積層されて構成されている。各面状ヒーター２１は、ヒーター２０の幅方向を長手方向とする所定厚さの略矩形板状を有し、フレーム２５によって両側の短辺を支持されている。フレーム２５は、耐熱性を有する無機材料、樹脂などから構成されてもよい。面状ヒーター２１の底面及び頂面には、昇温により遠赤外線を放射するように遠赤外線放射塗料が塗布されている。対向する面状ヒーター２１の間には、金属板を折り曲げて形成した伝熱板２４が配置され、積層された面状ヒーター２１の間を通り抜ける空気に伝熱板２４を介して面状ヒーター２１の熱を効率よく伝えるように図っている。伝熱板２４は、銅やアルミニウムのような熱伝導率の高い金属によって構成されている。

図６は、面状ヒーター２１の構成を示す図である。図６（ａ）及び図６（ｂ）は、それぞれ第１面状ヒーター２１_１の上面図及び断面図である。図６（ｂ）の断面図は、図６（ａ）の平面図における切断線ＢＢによる断面を示している。第１面状ヒーター２１_１は、ＰＴＣによる発熱体２２が略矩形板状の一対のマイカ板２３に挟持されることにより支持されている。発熱体２２は、所定の幅及び高さを有し、面状ヒーター２１の長手方向に向かって、対向する長辺の間で蛇行するように所定ピッチで折り返されて配置され、所定の抵抗値を有するように構成されている。一対のマイカ板２３の間において、発熱体２２が配置されていない部分は、適当な無機材料などで充填されていてもよい。なお、図６（ａ）及び図６（ｂ）に示した第１面状ヒーター２１_１の構成は、第３面状ヒーター２１_３及び第５面状ヒーター２１_５にも該当する。

図６（ｃ）及び図６（ｄ）は、それぞれ第２面状ヒーター２１_２の上面図及び断面図である。図６（ｄ）の断面図は、図６（ｃ）の平面図における切断線ＤＤによる断面を示している。第２面状ヒーター２１_２も、第１面状ヒーター２１_１と同様に、ＰＴＣによる発熱体２２が略矩形板状の一対のマイカ板２３に挟持され、発熱体２２が面状ヒーター２１の長手方向に向かって対向する長辺の間で蛇行するように、第１面状ヒーター２１_１の発熱体２２と同じ所定ピッチで折り返されて配置された構成を有している。ただし、第２面状ヒーター２１_２は、第２面状ヒーター２１_２を含む平面内において長手方向に半ピッチにわたって位置がずれるように配置されている。なお、図６（ｃ）及び図６（ｄ）に示した第２面状ヒーター２１_２の構成は、第４面状ヒーター２１_４にも該当する。

ヒーター２０は、図６（ａ）及び図６（ｂ）に示した第１面状ヒーター２１_１、第３面状ヒーター２１_３及び第５面状ヒーター２１_５、並びに第６（ｃ）及び図６（ｄ）に示した第２面状ヒーター２１_２及び第４面状ヒーター２１_４が第１面状ヒーター２１_１から第５面状ヒーター２１_５の順に積層して構成されている。このため、一つの面状ヒーター２１と対向する他の面状ヒーター２１とでは、面状ヒーター２１の長辺の間で蛇行する発熱体２２は、面状ヒーター２１を含む各平面内で面状ヒーター２１の長手方向に互いに半ピッチずれて配置されている。これによって、これらの対向する一組の面状ヒーター２１の間では、面状ヒーター２１の長手方向に温度が均一になることが図られている。したがって、面状ヒーター２１の長手方向、すなわちヒーター２０の幅方向に温度が均一になり、ヒーター２０を通り抜ける空気と効率よく熱交換をすることが図られている。

なお、図５及び図６に示したように、ヒーター２０は第１面状ヒーター２１_１から第５面状ヒーター２１_５の５枚の面状ヒーター２１で構成されるものとしたが、このような構成に限られない。ヒーター２０は、面状ヒーター２１から構成されるものであれば、１枚の面状ヒーター２１で構成されてもよいし、５枚以外の複数枚の面状ヒーター２１で構成されてもよい。また、ヒーター２０は、図５に示したような１台のヒーター２０から構成される構成に限らず、２台以上の複数のヒーターモジュールが組み合わされて構成されてもよい。この場合、各ヒーターモジュールは、面状ヒーター２１から構成されていればよい。

本実施の形態の空気調和装置において、ヒーター２０はマイカ板２３のような耐熱絶縁板で発熱体２２を支持した面状ヒーター２１によって構成されている。このため、ヒーター２０の熱容量は小さく、通電されると素早く昇温して暖房の動作を開始することができる。ヒーター２０は、ファン５１に隣接して室内機４６の吹き出し口４６ｂに対向するように配置されているため、暖房時にはヒーターの昇温により加熱された空気が直ちに吹き出し口４６ｂから吹き出される。また、発熱体２２を支持して面状ヒーター２１を構成するマイカ板２３は軽量で弾力を有しているため、外部からの衝撃に対して堅牢である。マイカ板２３などの耐熱絶縁板は比較的高温に耐えることできるため、面状ヒーター２１と空気との温度差を確保することにより、熱交換の効率を向上させることができる。

さらに、ヒーター２０を構成する面状ヒーター２１には遠赤外線放射塗料が塗布されているため、面状ヒーター２１が昇温すると遠赤外線によって効率よく熱を放射することができる。対向する面状ヒーター２１の間には伝熱板２４が配置されているため、対向する面状ヒーター２１の間を通り抜ける空気は、面状ヒーター２１だけではなく、伝熱板２４を介しても熱交換をすることができる。

図７は、室内機４６の動作を説明するための断面図である。室内機４６においては、吸い込み口４６ａから吸入した空気が吹き出し口４６ｂから放出されるようにファン５１によって送られている。詳しくは、室内機４６の前面に形成された格子状の吸い込み口４６ａから吸入された空気は、フィルタを通り抜けるときに、塵埃などが除去される。フィルタを通り抜けた空気は、蒸発器１５の前面側から伝熱フィン１５ａの間を通って蒸発器１５の背面側に抜けると、図示しないダクトに沿って上方に案内され、ファン５１の背面側に達する。ファン５１に達した空気は、ファン５１の奥側から吸い込まれ、ファン５１の前面から室内機４６の吹き出し口４６ｂに向けて放出される。ファン５１から放出された空気は、空気の流路においてファン５１の下流であって、ファン５１と吹き出し口４６ｂと間に配置されたヒーター２０を通って吹き出し口４６ｂから放出される。

室内機４６は、冷房の動作をするときには、冷房ユニット１０を運転して蒸発器１５を降温し、蒸発器１５を通り抜ける空気と熱交換させることにより空気を冷却する。このとき、冷房には不要であるヒーター２０の位置を例えば下方のヒーター２０´の位置までスライドさせることで、空気の流路からヒーター２０´が外れるようにしてもよい。空気の流路からヒーター２０´を移動させることにより、空気が滞りなく流れるようになり、冷却の効率が向上することが図られる。

室内機４６は、暖房の動作をするときには、ヒーター２０に通電して昇温し、ヒーター２０を通り抜ける空気と熱交換させることにより空気を加熱する。ヒーター２０が冷房のために下方のヒーター２０´の位置にスライドされているときには、暖房を開始するときに元のヒーター２０の位置にスライドしてヒーター２０が空気の流路内に戻るように移動する。ヒーター２０は、空気の流路においてファン５１に隣接してファンの直後にあり、ヒーター２０で加熱された空気は直ちに吹き出し口４６ｂを通って室内機４６から放出される。したがって、室内機４６から吹き出された空気からは、ヒーター２０の昇温による暖房の効果が直ちに表れる。

図８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。

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９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。

図１０は、空気調和装置の室外機３３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。室外機３３の底部には、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、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。

本実施の形態の空気調和装置は、室内機４６、室内機４６に付属するコントローラー４７及び室外機３３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、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、トラックヘッド３０のリア面３１に室外機３３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。

また、本実施の形態の空気調和装置において、冷房にはヒートポンプから構成された冷房ユニット１０を使用しているが、暖房にはヒーター２０を使用している。このため、空気調和装置を暖房に使用するときにも大きな消費電力を要することがない。したがって、アイドリングストップ時にも車載のバッテリーに大きな負担を与えることなく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。

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 ヒーター
２１ 面状ヒーター
２２ 発熱体
２３ マイカ板
２７ サーモスタット
２８ ヒューズ
４６ 室内機

Claims (12)

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た冷房ユニットと、
   発熱体を耐熱絶縁板で支持して構成された面状ヒーターを含むヒーターと、
   前記膨張弁、前記蒸発器及び前記ヒーターを格納し、空気調和する車内の空気をファンによって流して前記蒸発器によって冷却するか、又は前記ヒーターによって加熱し、前記ヒーターは前記ファンの下流にある室内機と
   を含む空気調和装置。
2. 前記ヒーターは、積層された複数の前記面状ヒーターを含み、前記積層される方向に隣接する面状ヒーターでは、前記面状ヒーターを含む平面内において発熱体の位置は互いにずれている請求項１に記載の空気調和装置。
3. 前記発熱体は、前記耐熱絶縁板の面に沿って蛇行するように形成された請求項１又は２に記載の空気調和装置。
4. 前記発熱体は、前記耐熱絶縁板の一対に挟持されることにより支持された請求項１から３のいずれか一項に記載の空気調和装置。
5. 前記発熱体は正の温度係数を有する抵抗体である１から４のいずれか一項に記載の空気調和装置。
6. 前記面状ヒーターは、遠赤外線放射塗料によって塗布された請求項１から５のいずれか一項に記載の空気調和装置。
7. 前記ヒーターは、前記面状ヒーターに取り付けられた伝熱板をさらに含む請求項１から６のいずれか一項に記載の空気調和装置。
8. 前記室内機は、前記ヒーターに隣接して配置されたサーモスタット及び温度ヒューズの少なくとも一つを含む請求項１から７のいずれか一項に記載の空気調和装置。
9. 前記ファンは、前記室内機の上部に格納された請求項１から８のいずれか一項に記載の空気調和装置。
10. 前記蒸発器は、前記室内機において当該室内機で空気調和される空気が吸入される吸入口から前記ファンに至る空気の流路に設置される請求項１から９のいずれか一項に記載の空気調和装置。
11. 前記蒸発器において、冷媒は当該蒸発器の高さ方向に、上部及び下部から供給されて中央から排出される請求項１から１０のいずれか一項に記載の空気調和装置。
12. 前記蒸発器において、冷媒を流す伝熱管は前記蒸発器の高さ方向又は奥行き方向の少なくとも一方向について不規則に配置された請求項１から１１のいずれか一項に記載の空気調和装置。

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