JP3139338B2 - 車載用吸収式空気調和装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はアンモニア等の冷媒
を利用した車載用吸収式空気調和装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】吸収式空気調和装置は、アンモニア水溶
液が高温でアンモニアガスを放出し、又低温でアンモニ
アガスを吸収する点に着目して、該アンモニアの吸収／
サイクルで圧縮サイクルのコンプレッサと同等の作用を
させるもので、その概略作用を図４に基づいて説明する
に、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。

【０００３】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。

【０００４】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。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】したがってかかる装置
はフロンを用いず、低級の排熱を利用できる事から、従
来のフロンを用いた圧縮式空気調和装置における地球温
暖化現象やオゾン層破壊等の環境問題の顕在化により、
「脱フロン」、「脱炭酸ガス」に加えて無公害性、安全
性が高いことから廃熱回収空気調和システムとして注目
を浴びている。従ってかかる装置を車載用空気調和装置
として適用する試みがなされているが、次の様な問題が
ある。

【０００６】即ち、従来の住宅、工場その他の建築物の
冷房に使用される定置式吸収式空気調和装置にあって
は、都市ガス若しくは焼却炉の排熱等の入熱量がほぼ一
定な熱源を使用しているが、自動車等に搭載する場合
は、エンジンの運転状態によって入熱量が大きく異な
り、例えば排ガス熱を冷媒（アンモニア等）のガス化
（蒸気化）用熱量とする場合は、通常の走行中の中負荷
時を基準として排熱吸収量を設定すると、高負荷運転時
においては蒸気発生器１への入熱量が過大となり、膨張
弁６及び蒸発器５の蒸発機能の低下等の不具合が発生
し、エンジンの全運転域において、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】本発明の目的は、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
車載用吸収式空気調和装置を提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、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
発生させる蒸気発生器を備え、特に前記蒸気発生器内に
排ガスよりの吸熱量を制御する制御手段を設けた車載用
吸収式空気調和装置であって、 省スペース化を図る為
に、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むととも
に、多重管構造の外管内壁側に前記冷媒が流過する冷媒
通路を、又内管側に、排ガスが導入される排ガス導入部
を、更に前記内管と外管との間に中間管を配し、排ガス
が導入される排ガス導入部を、更に前記内管と外管との
間に中間管を配し、前記内管通過後の排ガス流が前記中
間管の内側と外側を順次通過しながら前記外管周壁側の
冷媒通路を加熱可能に構成するとともに、前記内管出口
端と対面する中間管出口端に開閉手段を設け、前記内管
通過後の排ガス流がバイパスされて直接外部に排出可能
に構成する。そしてこのような蒸気発生器は、前記冷媒
と排ガスとを熱交換して冷媒を加熱する伝熱通路と、前
記伝熱通路をバイパスして排ガス流を出口側に排出させ
るバイパス通路と、該バイパス通路を開閉する開閉手段
とにより構成される。

【０００９】

【００１０】これにより、蒸気発生器の長さを増大する
ことなくバイパス通路及びこれを開閉する開閉手段の設
置が可能となり、この面からも蒸気発生器の小型、コン
パクト化が実現できる。この場合前記内管内に排ガス流
の旋回流生成手段を配することにより熱交換効率が一層
高まる。又エンジンの運転状態の検出信号に基づいて前
記開閉手段の開閉制御可能に構成するのがよく、具体的
には前記開閉手段を駆動するアクチュエータと、エンジ
ンの運転状態の検出信号及び前記車載用吸収式空気調和
装置の設定信号を受けて該アクチュエータに前記開閉手
段の開閉制御信号を出力する制御装置とを附設するのが
よい。

【００１１】また、この場合において冷媒通路は、前記
伝熱通路の周壁に、排ガス出口側から入口側へわたって
巻回された冷媒管にて構成するのが好ましい。これによ
り、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。

【００１２】そして、かかる手段によればエンジンの高
負荷運転時等の排ガス量が多くかつ排ガス温度が高いと
き、つまり、排ガスの熱量が多いときは制御装置がこれ
を検知してアクチュエータを介して開閉弁を駆動しバイ
パス通路を開く。これによって、入口通路の排ガスの一
部はバイパス通路を通って排ガス出口へと流れ、冷媒と
熱交換を行う伝熱通路へと導かれる排ガス量は上記バイ
パスした量だけ減少し、伝熱通路を流過する排ガスの入
熱量の増大が抑制される。これにより高負荷運転時にお
いても冷媒と熱交換を行う伝熱通路へと導かれる排ガス
量を制御（減少）することが出来、これにより蒸発器５
側へ送られる冷媒量を容易に制御出来、エンジンの全運
転域において安定した空気調和機能を果すことが出来
る。

【００１３】

【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。

【００１４】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。

【００１５】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。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。

【００１６】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。

【００１７】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。

【００１８】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。

【００１９】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。
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。

【００２０】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。

【００２１】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。

【００２２】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。

【００２３】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。

【００２４】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３３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。

【００２５】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。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。

【００２６】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
れながらバイパス通路２３に入り、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。

【００２７】さらに排ガスは伝熱通路２４を流過しなが
ら外管２４０の冷媒管２５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。

【００２８】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。

【００２９】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。

【００３０】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内に
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。

【００３１】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。

【００３２】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２３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。

【００３３】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
ガスとの流量比率が調整される。

【００３４】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。

【００３５】

【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エンジンの排気ガスを効果的に
利用したために、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、エンジン側の排気熱量が増大し、空気調和装
置の正常な作動機能の範囲の熱負荷を超えるようになっ
た際には、制御装置により開閉手段が開放され、排ガス
の所定量がバイパス通路を経て排ガス出口へとバイパス
されるので、蒸気発生器の冷媒通路への入熱量が抑制さ
れ、空気調和装置は正常に作動せしめられる。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。

【００３６】また、前記開閉弁を回転軸とともに回動し
て前記バイパス路を開閉するバタフライ弁にて構成した
場合、小さな駆動力でバイパス通路の確実な開閉作動を
なすことができる。

【００３７】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。さらに、上記冷媒通路を前記伝熱
通路を構成する外管の内周側に、排ガス入口側から出口
側へわたって巻回された冷媒管にて構成したので、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 ２３ バイパス通路 ２４ 伝熱通路 ２５ 冷媒管 ２６ 中間通路 ２７ 開閉弁 ２７ａ 弁体 ２８ 回転軸 ３０ 本体 ３３ アクチュエータ ３４ 制御装置 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 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 (56)参考文献 特開 平７−71840（ＪＰ，Ａ) 実開 昭50−73142（ＪＰ，Ｕ) 特公 昭53−16167（ＪＰ，Ｂ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B60H 1/32 621 F25B 33/00

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 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蒸気発生器を備
   え、該蒸気発生器内に排ガスよりの吸熱量を制御する制
   御手段を設けた車載用吸収式空気調和装置であって、 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むとともに、 前記多重管構造の外管周壁側に前記冷媒が流過する冷媒
   通路を、又内管側に、排ガスが導入される排ガス導入部
   を、更に前記内管と外管との間に中間管を配し、前記内
   管通過後の排ガス流が前記中間管の内側と外側を順次通
   過しながら前記外管周壁側の冷媒通路を加熱可能に構成
   するとともに、前記内管出口端と対面する中間管出口端
   に開閉手段を設け、前記内管通過後の排ガス流が直接外
   部に排出可能に構成したことを特徴とする車載用吸収式
   空気調和装置。
2. 【請求項２】 前記蒸気発生器を、 前記冷媒と排ガスとを熱交換して冷媒を加熱する伝熱通
   路と、 前記伝熱通路をバイパスして排ガス流を出口側に排出さ
   せるバイパス通路と、該バイパス通路を開閉する開閉手
   段とにより構成するとともに、エンジンの運転状態の検
   出信号に基づいて前記開閉手段の開閉制御可能に構成し
   たことを特徴とする請求項１記載の車載用吸収式空気調
   和装置。
3. 【請求項３】 前記開閉手段を駆動するアクチュエータ
   と、エンジンの運転状態の検出信号及び前記車載用吸収
   式空気調和装置の設定信号を受けて該アクチュエータに
   前記開閉手段の開閉制御信号を出力する制御装置とを附
   設した請求項２記載の車載用吸収式空気調和装置。