JP3138413B2 - 吸収式空気調和装置の蒸気発生器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は自動車に搭載される
吸収式空気調和装置における蒸気発生器に係り、特にエ
ンジンの排ガス熱によりアンモニア等の冷媒を加熱して
冷媒蒸気を発生させる吸収式空気調和装置における蒸気
発生器に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車においては、排ガス熱の有効利用
を図るための１つの手段とし、排ガス熱でアンモニア等
の冷媒を加熱してガス化（蒸気化）する方式を採り入れ
た吸収式空気調和装置が検討されている。

【０００３】図４には、かかる吸収式空気調和装置の系
統図が示されている。図４において、溶液ポンプ２より
再生器９を介して蒸気発生器１に供給されたアンモニア
水溶液は蒸気発生器１にて排熱により加熱され、ガス化
（蒸気化）されたアンモニア冷媒ガスは残存するアンモ
ニア水溶液とともに気液分離器８に送られ、ここでアン
モニアガス冷媒が分離され、アンモニアガス冷媒のみが
凝縮器７に入り、ここで冷却され液化される。

【０００４】このアンモニア液体冷媒は膨張弁６で膨張
させて蒸発器５にて気化してその気化熱を利用して冷房
用空気等から奪熱しこれを冷却した後気液混合器４に入
る。該気液混合器４には、前記気液分離器８にて分離さ
れた希薄アンモニア水溶液が再生器９にて冷却された後
調圧弁１０を経て導入されており、ここで蒸発器５から
のアンモニアガス冷媒と気液混合された後、吸収器３に
て前記アンモニアガス冷媒が希薄アンモニア水溶液に吸
収されて高濃度のアンモニア水溶液（液冷媒）が生成さ
れる。

【０００５】この液冷媒は溶液ポンプ２により再生器９
にて前記気液分離器８からの希薄アンモニア水溶液と熱
交換してこれを降温せしめたのち、蒸気発生器１に送ら
れ、上記サイクルを繰り返す。

【０００６】このようなエンジン排ガス熱を熱源とする
吸収式空気調和装置にあっては、都市ガス等の入熱量が
ほぼ一定な熱源を使用している定置型の吸収式空気調和
装置と異なり、エンジンの運転状態によって入熱量が大
きく異なる排ガス熱を冷媒（アンモニア等）のガス化
（蒸気化）用熱量としているため、特にエンジン運転初
期及び低負荷時においては、蒸気発生器への入熱量が過
小となり、この結果アンモニアの水離脱性が低下し気液
分離器８及び凝縮器７の凝縮機能の低下等の不具合が発
生し、エンジンの特に初期運転域において、所要の空気
調和機能を果たさなくなるという問題点が内包されてい
る。

【０００７】この為前記蒸気発生装置においては、一般
にフィンタイプの熱交換パイプを用い、前記フィン間隔
を小にする事により熱交換性能を高めようとしている
が、排気ガスが通過する排気管という極めて限定された
レイアウト空間の中に、十分なる熱交換長さを有するフ
ィンタイプの熱交換パイプを配する事は中々困難であ
る．

【０００８】本発明の目的は、エンジンの排ガスからの
入熱量に適応した熱交換機能を備えた蒸気発生器を得る
ことにより、特にエンジンの始動初期において更には高
負荷時においても全運転域において所要の空気調和作用
がなされ得る吸収式空気調和装置における蒸気発生器を
提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、エンジンの排
気管の所定区域を構成する吸収式空気調和装置における
空気発生器であって、 内側から内管、中間管、外管の３
重構造を成し、 前記内管は排気ガスが導入される入り口
通路を前記外管は排気ガスを前記排気管下流側に排出す
る出口通路を形成し、前記内管の外周と前記中間管の内
周との間に管状の中間通路が形成され同中間通路を前記
出口通路に開閉連通する開閉弁とを有し、 前記内管通過
後の排気ガス流が前記中間管の内側と外側を順次通過し
ながら前記中間管を加熱し、該中間管を前記外管周壁側
に配設される冷媒通路の加熱を行なう輻射熱発生手段と
して機能させ、一方、前記開閉弁が開弁時には、前記内
管通過後の排気ガスが前記開閉弁を介して前記出口通路
を通過可能に構成したことを特徴とする吸収式空気調和
装置の蒸気発生器を提案する。この場合前記内管内に排
ガス流のスパイラル状の旋回流生成手段を配するのが良
い。又請求項２記載の発明は前記開閉弁を回動するアク
チュエータをさらに備え、 同アクチュエータは車両の運
転状態により前記開閉弁を回動することを特徴とする。

【００１０】

【００１１】

【００１２】かかる発明によれば、排ガスとの熱接触に
より単に冷媒が流過する冷媒通路を加熱するのではな
く、冷媒通路と対面する内側管路を排ガスにより加熱
し、該内側管路よりに輻射熱を利用して２つの伝熱作用
を利用して加熱させることが出来るために、エンジンの
始動初期のように排ガスの熱量が充分でない場合でのそ
の熱量を二重、三重に利用する事が出来、充分なる熱源
を確保できる。特に本実施例の場合は排ガス流が前記中
間管の内側と外側を順次通過しながら前記中間管を加熱
するために中間管の距離が短くても充分なる輻射熱を得
る事が出来る。

【００１３】又内管も排ガス流のスパイラル状の旋回流
生成手段が配設されている為に、内管の距離が短くても
実質的な排ガス熱との接触時間が長くなり、充分に内管
を加熱し、該加熱した内管を利用してその輻射熱を中間
管に附与し中間管の加熱を行なえるとともに、結果とし
て冷媒管の加熱を内管の輻射熱を利用する事が出来る。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下図面を参照して本発明の１実
施形態を説明する。但し、この実施形態に記載されてい
る構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特
に特定的な記載がないかぎりは、この発明の範囲をそれ
に限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。

【００１５】図１には本発明の実施形態に係る蒸気発生
器の構造図が、図２には自動車用車載用吸収式空気調和
装置のレイアウト図が、図３には開閉弁の開閉制御フロ
ーチャートが夫々示されている。この実施形態における
車載用吸収式空気調和装置の全体システムの構成につい
ては図２に基づいて説明する。図２は空気調和装置の各
ユニットを配置した車床下構造を示し、前輪１１中央部
に配したエンジン１２よりの出力はトランスミッション
１３、プロペラシャフト１４、及びデフ１５を介して後
輪１６側に、又差動装置１７を介して前輪１１側に夫々
伝達可能に構成するとともに、エンジン１２よりの排気
ガスは排気管１８及びマフラ１９（消音器）を介して車
外に排出される。そして前記空気調和装置の各ユニット
は、プロペラシャフト１４を挟んで左右に振分けて配置
されている。

【００１６】即ち車両前方に向けて図上右側には、前記
マフラ１９上流側の排気管１８の途中に介装された蒸気
発生器１、その外側に不図示の室内ファンと熱交換パイ
プ（不図示）を介して熱交換可能に接続された蒸発器５
と混合器４が夫々配設される。又再生器９、気液分離器
８、溶液ポンプ２は、プロペラシャフト１４を挟んで蒸
気発生器１取り付け位置の反対側に配設されている。

【００１７】又吸収器３及び凝縮器７はレイアウトの制
約上複数個（吸収器は３つ、凝縮器７は２つ）設けら
れ、夫々プロペラシャフト１４を挟んでその両側に分割
配置されている。そしてこれらの吸収器３及び凝縮器７
は冷媒負荷量に応じて一又は複数が使用されるように構
成する。

【００１８】そして前記各ユニットは、前記した図４に
示すように配管され、前記したように蒸気発生器１内に
エンジン１２の排ガスが排気管１８より導入されて加熱
され、ガス化（蒸気化）されたアンモニア等の冷媒は残
存するアンモニア水溶液とともに気液分離器８に送ら
れ、ここで液分離され、アンモニアガスのみが凝縮器７
に入り、ここで冷却され液化される。

【００１９】この液体アンモニアは膨張弁６で膨張し蒸
発器５にて気化して室内ファンと熱交換パイプを介して
車内の冷房用空気から奪熱しこれを冷却した後混合器４
に入る。該混合器４には、前記気液分離器８にて分離さ
れた希アンモニア水溶液が再生器９により降温された
後、調圧弁１０を所定圧に昇圧して導入されており、こ
こで蒸発器５からのアンモニアガスと気液混合された
後、吸収器３にてアンモニアガスがアンモニア水溶液に
吸収される。

【００２０】この高濃度のアンモニア水溶液は溶液ポン
プ２により再生器９にて前記気液分離器８からの希アン
モニア水溶液と熱交換してこれを降温せしめたのち、蒸
気発生器１に送られ、上記サイクルを繰り返す。

【００２１】さて、図１には図２における蒸気発生器１
の詳細構造が示されており、同図において、３０は蒸気
発生器１の本体で、入口通路２１を形成する内管２１
０、バイパス通路２３を形成する中間管２３０、伝熱通
路２４を形成する外管２４０からなる多重管構造をなす
とともに、外管２４０内壁側に前記アンモニア液冷媒が
流過する冷媒管２５（冷媒通路２５）を、又内管２１側
に、排ガスが導入される排ガス導入部２１ａを設ける。

【００２２】又内管２１０内には排ガスに旋回力を附与
するためのスパイラル状の旋回板２２が挿設されてい
る。従って、前記蒸気発生器１の内部は、内側から内管
２１０、中間管２３０、外管２４０の３重管路に構成さ
れ、排ガスがこれら各管路を折り返して貫流するように
なっており、コンパクトな構造となっている。

【００２３】又前記外管２４０内の内壁に巻回された冷
媒管２５には吸収器３より再生器９を介して冷媒入口３
６を経てアンモニア液冷媒が導入される。又該冷媒管２
５の終端は排ガス入口側に設けた冷媒出口３７に接続さ
れ、冷媒管２５内で排ガスと熱交換してガス化されたガ
ス冷媒と液冷媒との混合体が該冷媒出口３７を経て気液
分離器８（図４参照）に導かれる。

【００２４】２４は前記冷媒管２５の内周に形成された
環状の伝熱通路、２６は前記内管２１０の外周と中間管
２３０の内周との間に形成された環状の中間通路、３５
は排ガスの出口通路、２３は内管２１出口開口及び中間
通路２６の入口部を前記排ガスの出口通路３５側に連通
するバイパス通路である。

【００２５】２７は前記バイパス通路２３に設けられた
開閉弁であり、この実施形態では、回転軸２８に固定さ
れた円板状の弁体２７ａが該回転軸２８の廻りに回転せ
しめられてバイパス通路２３を開閉するバタフライ弁に
て構成されている。このバタフライ弁の採用により、小
さな駆動力でバイパス通路２３の確実な開閉動作がなさ
れる。尚、前記バタフライ弁以外の、例えば弁体がスラ
イドせしめられる型式のスライド弁等、他の型式の開閉
弁でもよい。

【００２６】前記開閉弁２７は、制御装置３４からの制
御信号を受けて作動するアクチュエータ３３により、ケ
ーブル３２及びリンク３１を介して回動せしめられるよ
うに構成されている。前記制御装置３４には、エンジン
回転数あるいは車速、エンジン負荷、排気温度、スロッ
トル開度等のエンジン運転状態及び大気温度等の検出信
号、並びに開閉弁開度の設定排気温度等の設定信号が入
力され、これらの検出信号及び設定信号により、後述す
る手順で開閉弁２７の開度を演算し、アクチュエータ３
３に開閉弁開度の操作信号を出力するものでアクチュエ
ータ３３に連結される電磁弁を備えている。

【００２７】２９は回転弁２７の戻しばねであり、アク
チュエータ３３の故障等により開閉弁２７の操作が不能
になった場合においては、開閉弁２７が開となるよう
に、常時開閉弁２７を開方向に附勢する。

【００２８】前記のように構成された車載用吸収式空気
調和装置を備えた自動車の走行運転時において、溶液ポ
ンプ２により吸収器３から再生器９を経て蒸気発生器１
に送られたアンモニア液冷媒は、該蒸気発生器１の冷媒
入口３６から冷媒管２５内に流入する。一方、エンジン
（図示せず）からの排ガスは内部通路２１に入り、旋回
板２２により旋回せしめられながら内管２１０を充分加
熱してバイパス通路２３に入り、運転初期の様に開閉弁
２７が後述の動作により閉となっている際には、該バイ
パス通路２３で折り返して中間通路２６に入ってここを
流れながら中間管２３０を加熱し、さらに蒸気発生器１
の入口側で折り返し、伝熱通路２４に入る。この際、内
管２１０は最初の排ガスの最も高い温度部分で加熱され
ているために、中間管より温度が高くその輻射熱を利用
して中間管２３０を加熱する事が出来る。

【００２９】さらに排ガスは伝熱通路２４を流過しなが
ら中間管２３０の加熱とともに、外管２４０の冷媒管２
５内を流れるアンモニア液冷媒と対流による熱交換を行
ない、これを加熱した後、排ガス出口通路３５から外部
に排出される。中間管２３０は加熱されており、而も冷
媒管２５と直接対面している為に、その輻射熱によって
も冷媒管２５が加熱される。この結果前記複数の伝熱作
用により、冷媒管２５内のアンモニア液冷媒は、螺旋状
に巻回された冷媒管２５内を流れながら伝熱通路２４を
流れる排ガスにより加熱されて徐々にガス化され、ガス
化された冷媒と、未蒸発の希アンモニア水溶液との混合
体となって冷媒出口３７から気液分離器８へと送られ
る。

【００３０】この実施形態では冷媒管２５が本体の外周
部に螺旋状に巻回されているので、小さなスペースで伝
熱面積が大きく採れ、小型、コンパクトな構造で高い伝
熱効率を得ることができる。

【００３１】次に、前記開閉弁２７の動作を図３に示さ
れる作動フローチャートを併用して説明する。エンジン
が運転され図２に示される空気調和装置（以下エアコン
と略称する）が始動されると、制御装置３４にはエンジ
ン回転数、車速、負荷又はスロットル開度、排気温度等
のエンジン運転状態の検出信号、大気温度、エアコンの
各種設定要目等が入力される。

【００３２】上記制御装置３４においては、上記のエン
ジン側のエンジン運転状態の検出信号から排気熱量Ｑｅ
を算出し、さらにエアコンの各種設定要目、大気温度等
からエアコンの熱負荷Ｌａを算出する。そして前記制御
装置３４は、上記Ｌａ＞Ｑｅとなったとき、即ちエンジ
ンの運転初期の様に排ガスのエネルギ状態が小さい場合
にあるときにはこれに内装した電磁弁を介してアクチュ
エータ３３に開閉弁２７の閉塞信号を出力し、アクチュ
エータ３３はケーブル３２及びリンク３１を介して開閉
弁２７の回転軸２８及びこれに固定された弁体２７ａを
回動せしめてバイパス通路２３の出口を閉塞せしめる。

【００３３】これにより、バイパス通路２３は閉とな
り、排ガスは前記のように中間通路２６及び伝熱通路２
４を経て冷媒管２５内を流れる冷媒と熱交換して排ガス
出口通路３５へと導かれる。又中間管２３０及び内管２
１０もその輻射熱を利用して冷媒管２５を加熱する事が
出来る。

【００３４】又前記制御装置３４は、前記演算によりＬ
ａ≦Ｑｅとなった際、即ちエンジンを高負荷運転の場合
の様に、排ガスのエネルギ状態がエアコンの正常な作動
機能の範囲を超えて排ガス熱量が過大となった際には、
開閉弁２７を開放せしめる。これによりバイパス通路２
３内の排ガスは開閉弁２７を経て排ガスの出口通路３６
へと導かれる。この場合は排ガスは冷媒管２５内を流れ
る冷媒と熱交換量が減少するとともに、中間管２３０に
おいても、主として内管２１０よりの輻射熱による加熱
であるために、その昇温比率が小さくなり、結果として
冷媒管２５に附与されるエネルギー量が抑制される。

【００３５】この場合、前記制御装置３４によって、前
記のようなエアコン熱負荷Ｌａと排気熱量Ｑｅとの関係
により開閉弁２７の開度即ちバイパス通路２３の通路面
積が調整され、冷媒管２５をバイパスしてバイパス通路
２３から排ガス出口通路３５へ流れる排ガスと、伝熱通
路２４を流れて冷媒管２５内を流れる冷媒を加熱する排
ガスとの流量比率の緻密な調整が可能となる。

【００３６】従って、排ガスエネルギが急増しても、こ
れに応じて開閉弁２７の開度が増大されることにより、
排ガスの一定量がバイパス通路２３から排ガス出口通路
３５へと流れるので、冷媒管２５への排ガスの過大な入
熱量が抑制され、エアコンは常時正常に作動せしめられ
る。

【００３７】

【発明の効果】以上記載のごとく本発明によれば、蒸気
発生器の吸熱手段として負荷変動の大きいエンジンの排
気ガスを利用した場合においても、言換えれば前記エン
ジンの運転状態によって入熱量が大きく異なる場合にあ
っても、エンジンの全運転域において所要の空気調和作
用がなされ得る。特に本発明によれば、エンジンの運転
初期の様に排気熱量が小さい場合でも、空気調和装置の
正常な作動機能の範囲の熱負荷を得る事が出来る。これ
により、エンジンの全運転域において高効率で以て空気
調和作用がなされる空気調和装置を得ることができる。

【００３８】又本発明は前記エンジンの排気管の所定区
域を多重管構造とし、該多重管構造内に前記蒸気発生器
を組込んだ為に、小さいスペースで冷媒の伝熱面積が大
きく採れ、小型、コンパクトな装置で以て高い伝熱効率
を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係る自動車用空気調和装置
の蒸気発生器の構成図（排ガス管路に沿う断面図）。

【図２】自動車に車載された空気調和装置のレイアウト
図。

【図３】上記実施形態における開閉弁の作動フローチャ
ート。

【図４】空気調和装置の基本構成図。

【符号の説明】 １ 蒸気発生器 ２１ 入口通路 ２１０ 内管 ２３ バイパス通路 ２３０ 中間管 ２４ 伝熱通路 ２４０ 外管 ２５ 冷媒管 ３５ 出口通路 ３６ 冷媒入口 ３７ 冷媒出口

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 二之湯 正俊 東京都港区芝五丁目33番８号 三菱自動 車工業株式会社内 (72)発明者 阿部 裕毅 東京都港区芝五丁目33番８号 三菱自動 車工業株式会社内 (72)発明者 今堀 利彦 東京都港区芝五丁目33番８号 三菱自動 車工業株式会社内 (72)発明者 湯浅 寛夫 東京都港区芝五丁目33番８号 三菱自動 車工業株式会社内 (72)発明者 五味渕 政智 東京都港区新橋５丁目11番３号 住友軽 金属工業株式会社内 (56)参考文献 特開 平７−71840（ＪＰ，Ａ) 実開 昭50−73142（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭57−172250（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭62−88174（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B60H 1/32 621 F25B 33/00

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 エンジンの排気管の所定区域を構成する
   吸収式空気調和装置における空気発生器であって、 内側から内管、中間管、外管の３重構造を成し、 前記内管は排気ガスが導入される入り口通路を前記外管
   は排気ガスを前記排気管下流側に排出する出口通路を形
   成し、前記内管の外周と前記中間管の内周との間に管状
   の中間通路が形成され同中間通路を前記出口通路に開閉
   連通する開閉弁とを有し、 前記内管通過後の排気ガス流が前記中間管の内側と外側
   を順次通過しながら前記中間管を加熱し、該中間管を前
   記外管周壁側に配設される冷媒通路の加熱を行なう輻射
   熱発生手段として機能させ、 一方、前記開閉弁が開弁時には、前記内管通過後の排気
   ガスが前記開閉弁を介して前記出口通路を通過可能に構
   成したことを特徴とする吸収式空気調和装置の蒸気発生
   器。
2. 【請求項２】 前記開閉弁を回動するアクチュエータを
   さらに備え、 同アクチュエータは車両の運転状態により前記開閉弁を
   回動することを特徴とする吸収式空気調和装置の蒸気発
   生器。