JP4059384B2 - 自動車空調装置用熱交換器 - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、請求項１の前文に記載された自動車空調装置用の熱交換器と空調装置とに関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車製造業者の目標の１つは車両の燃料消費量を削減することである。１つの消費量削減措置は、一時停止時、例えば信号待ちでの停車時、エンジンをオフにすることであり、アイドルストップ運転とも称される。この措置は、例えばいわゆる３リッターカー等の今日の低燃費車両においてすでに利用されている。アイドルストップ運転モードを備えた車両では市内通行時に走行時間の約２５〜３０％でエンジンが切られる。
【０００３】
これが、このような車両が何故に空調装置を備えていないかの理由である。というのも、エンジン停止時には空調装置用に不可欠な圧縮機も駆動することができず、アイドルストップ運転のとき空調装置は所要の冷凍出力を提供できないからである。
【０００４】
この問題を解決するためにＥＰ０９９５６２１Ａ２では、湿潤空気の冷却時に生じる凝縮液によって空調装置の蒸発器を凍結させ、アイドルストップ運転時、エンジンがオフであると、その際に溶ける氷によって空気を冷却可能とすることが提案されている。しかしこの方法には幾つもの欠点がある。空気中に存在し蒸発器の凍結に不可欠な水量は気候上の周囲条件に左右される。空気中湿気が少ないと凍結用に十分な凝縮水を用意できないことが生じることがある。さらに、蒸発器を凍結させるには一般に比較的長い時間が不可欠であり、この公知空調装置は比較的長い走行時間後にはじめてアイドルストップ運転で作動することができる。他の問題として、一般に蒸発器は不規則に凍結し、凍結領域と未凍結領域とを有することになる。さらに、空気が蒸発器内を流れないかまたは高い圧力損失を伴ってのみ流れることができるほどに凍結が強くなることがある。いずれにしても氷層が空気側圧力損失を引き起こし、そのことで送風機出力が高まることになる。さらに欠点として、湿った表面に細菌が容易に付着して不快な臭いを引き起こす。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
この先行技術から出発して本発明の課題は、圧縮機オフのときにも冷凍出力を提供しかつ前記欠点を極力防止することのできる熱交換器を提供することであ る。他の課題は、この熱交換器を含み、アイドルストップ状況を含むあらゆる運転・周囲条件において車両の空気調和を保証する空調装置を提供することであ る。
【０００６】
この課題は、請求項１又は２の特徴を有する熱交換器と請求項１１の特徴を有する空調装置とによって解決される。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明による熱交換器は周知の如くに冷媒用管路手段、例えば偏平管を有し、それらの間を空気は冷媒との熱交換のために貫流することができ、蓄冷材を収容した蓄冷手段が管路手段に挿通されている。こうして得られた熱交換器は有利なことに空調装置圧縮機の作動時に空気の冷却を引き起こすことができ、同時に蓄冷材が冷やされ、圧縮機のスイッチオフ後も空気は引き続き冷やすことができ る。したがってこの熱交換器は蓄冷器と蒸発器との組合せ体を形成し、以下では蓄冷蒸発器とも呼ばれる。
【０００８】
実証済みの設計原理に依拠できるようにするために、管路手段は有利には偏平管としてまたは各１つのディスク対によって形成されている。
【０００９】
蓄冷手段が好ましくは管路手段を横切って延設される管として構成されて管路手段に差し込まれていることによって、偏平管もしくはディスクは蓄冷手段を容易に挿通させることもできる。
【００１０】
好ましくは蓄冷手段がすべての管路手段に挿通されており、管路手段内を流れる冷媒によって蓄冷材は最適に冷やすことができる。
【００１１】
良好な熱伝達が実現されているように、有利には管路手段と蓄冷手段が互いにろう接されている。
【００１２】
熱交換器を貫流する空気用の乱流発生器として蓄冷手段が構成されている場 合、管路手段の間に本来一般的な波形フィンは省くことができる。これにより組立が簡素となり、材料、部品および費用が節約される。
【００１３】
その際有利には蓄冷手段が相互に平行に延設してずらされ、好ましくは空隙を置いてずらして配置されており、極力すべての蓄冷材の周りを空気が流れる。
【００１４】
熱交換性能を高めるために、蓄冷手段が管路手段の間に十分なスペースを残している場合、付加的にフィンを設けておくことができる。
【００１５】
安価な実施形態において蓄冷材は実質的に水、好ましくは水・グリサンチン （登録商標）混合物を含む。
【００１６】
蓄冷材が約３〜７℃に相転移を有する場合、蒸発器の凍結を防止するために熱交換器が０℃よりも高い表面温度を有する空調装置通常運転時でも、蓄冷材は寒冷を「充填可能」である。その場合、エンジンが作動し、したがって圧縮機が作動中に通常の冷却運転も、蓄冷運転、つまりエンジン停止中の冷却運転も、単一の蒸発器で可能である。
【００１７】
【実施例】
以下、図面を参照して実施例に基づいて本発明を詳しく説明する。
【００１８】
本発明による熱交換器１００が冷媒用管路手段１０２を含み、管路手段は例えば偏平管として構成しまたは好ましくはディスク１０４によって構成しておくことができる。ディスク対１０６がそれぞれＵ形流路を形成し、そのなかで冷媒は矢印１０８に合わせてＵ形に案内される。ディスク対１０６が相互に結合されて流入・流出集合室１１０、１１２を形成しており、集合室は詳しくは図示しない好適な仕方で冷媒管路にやはり接続可能である。隣接する各ディスク対１０６の間を空気は熱交換のため貫流することができる。このようなディスク形熱交換器は例えばＤＥ１９５０９７８７Ａ１により公知である。
【００１９】
本発明によれば管路手段１０２、つまり図１〜図３に示す実施例においてディスク対１０６は、蓄冷手段１１４が挿通されている。蓄冷手段１１４は好ましくは管１１６として構成されてディスク対１０６に差し通されかつこれに密封ろう接されている。その際好ましくはすべての管路手段１０２に各管１１６が挿通されている。見易くするために図１〜図３には若干数の管１１６が示してあるだけである。管１１６の横断面は円形、角形、卵形またはその他の公知形状とすることができる。管１１６は、図１と図３に示すように好ましくは互いに平行に空隙を置いてずらして配置されている。本発明による熱交換器１００における管１１６の総数およびその横断面寸法は、最適化計算および／または実験を介して熱交換器１００のその都度の設定に適合させることができる。
【００２０】
蓄冷手段１１４は、好ましくは実質的に水である蓄冷材を収容する密閉容器を含んでいる。管路手段１０２の内部で管１１６の周りを流れる冷媒（図３）との熱交換によって蓄冷材は好ましくは凍結され、同時に、熱交換器１００を貫流する空気は管１１６のうち管路手段１０２の間に置かれた部分１１７の周りを流れることによって冷やすことができる。冷媒を送る圧縮機がもはや作動しないと き、本発明による熱交換器１００は、空気と蓄冷材との間の熱交換によって空気を引き続き冷やすことができる。
【００２１】
蓄冷手段１１４は、管路手段の間を貫流する空気が冷媒もしくは蓄冷材との熱交換向上のために渦化されるように構成および／または配置されている。付加的に本発明の１構成では、隣接するディスク対１０６の間にフィン、例えば波形フィンを設けておくことができ、そのことが図２に符号１１８で示唆されている。
【００２２】
図４は本発明による熱交換器１００を空調装置５４内に配置する１可能性を示す。本発明による熱交換器１００は蓄冷蒸発器３２として働く。蓄冷蒸発器３２の横に公知構造様式の他の「通常の」蒸発器２２がなお設けられている。両方の蒸発器２２、３２は空気を冷やすのに利用される。蒸発器２２、３２は空調装置５４の空気案内ハウジング５２内に周知の如くに配置されている。このような空調装置は一般に自動車のインストルメントパネル内にある。詳しくは図示しない送風機を介して空気は矢印５６方向で蒸発器２２、３２を通して送ることができる。空調装置５４のうち空気側で蒸発器の背後で続く部分に一般に加熱体とさまざまな空気ドア、そして個々の空気出口に至る空気通路が配置されているが、図２ではこの部分がそれ以上図示されていない。空気側で蒸発器２２、３２の前に空気流制御要素５８が配置されており、空気流制御要素５８が一方の端位置のとき空気は第１蒸発器２２に通され、他方の端位置（図２の破線）のとき空気は蓄冷蒸発器３２に通される。
【００２３】
空調装置５４に付属する冷凍サイクル１２は圧縮機１４と冷媒凝縮器１６と冷媒ヘッダ１８と膨張弁２０と蒸発器２２とを含み、これらが冷媒管路２４、２ ６、２８、３０を介して互いに結合されている。冷媒側で第１蒸発器２２と並列で蓄冷蒸発器３２が冷凍サイクル１２に介装されており、冷媒管路２６から分岐する冷媒管路３４が第１蒸発器２２の後段で冷媒管路３０に通じている。蓄冷蒸発器３２の前で膨張部材３６と遮断弁３８が冷媒管路３４中に配置されている。蓄冷蒸発器３２内の冷媒貫流は遮断弁３８を介して遮断することができる。同様に、第１蒸発器２２の後段に遮断弁４０が設けられており、第１蒸発器２２内の冷媒貫流も遮断可能である。蓄冷蒸発器３２による分離された冷媒案内によっ て、蓄冷蒸発器３２内の冷媒温度は通常の蒸発器２２内よりも低く調整しておくことができ、こうして蓄冷材は寒冷を最適に「充填」することができる。
【００２４】
第１蒸発器２２は詳しくは図示しない仕方で公知の如くに構成しておくことができる。それは例えば、冷媒側で並列に接続された偏平管が２つの集合管の間に延設され、熱を排出する波形フィンが偏平管の間に設けられた偏平管形蒸発器とすることができる。このような蒸発器は例えばＤＥ１９７２９４９７Ａ１により公知である。同様に、蒸発器２２はディスク形蒸発器として構成しておくこともできよう。
【００２５】
自動車のエンジンが作動し、したがって圧縮機１４が作動するとき、空気流制御要素５８はその第１端位置にあり、空気は通常の蒸発器運転において第１蒸発器２２によって冷やされる。圧縮機が停止すると空気流制御要素５８は第２端位置に動かすことができ、その場合空気は蓄冷蒸発器３２を介して冷やすことができる。
【００２６】
図示実施例において両方の蒸発器２２、３２は２つの個別蒸発器である。しかし、詳しくは図示しない他の実施形態において両方の蒸発器２２、３２は共通する構造ユニットを形成することもでき、その場合これは２つの部分領域を有する単一の蒸発器であり、第１部分領域は蒸発器２２に相当し、冷媒を蒸発させる性質を有するだけであり、第２部分領域は蓄冷蒸発器に相当し、蓄冷材を収容する蓄冷手段を付加的に有する。
【００２７】
図６に示す本発明の他の実施形態では、本発明により構成された冷却用熱交換器として１つの蒸発器３２’が設けられているだけである。この蒸発器３２’は通常の蒸発器運転も蓄冷器運転も可能とする。蓄冷器は通常の蒸発器運転のとき充填され、つまり蓄冷材が凍結され、通常の蒸発器運転は蒸発器の凍結を防止するために蒸発器表面温度Ｔ＞０℃において行われるので、好ましくは、約３〜７℃に相転移を有する蓄冷材が利用される。
【００２８】
付属する冷凍サイクルが図７に示してあり、図５に示すものと相違するのは別の蓄冷蒸発器を介した副分岐が含まれている点だけである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による熱交換器の略図である。
【図２】熱交換器を空気流れ方向に見た図である。
【図３】管路手段を示す。
【図４】蒸発器を有する空調装置の一部を示す。
【図５】本発明による空調装置の冷凍サイクルの略ブロック線図である。
【図６】蒸発器を有する空調装置の一部を示す。
【図７】本発明による空調装置の冷凍サイクルの略ブロック線図である。
【符号の説明】
１２ 冷凍サイクル
１４ 圧縮機
１６ 冷媒凝縮器
１８ 冷媒ヘッダ
２０ 膨脹弁
２２ 第１蒸発器
２４、２６、２８、３０、３４ 冷媒管路
３２ 畜冷蒸発器
３２’ 冷却用熱交換器（蒸発器）
３６ 膨脹部材
３８、４０ 遮断弁
５２ 空気案内ハウジング
５４ 空調装置
５６ 矢印
５８ 空気流制御要素
１００ 熱交換器
１０２ 冷媒用管路手段
１０４ ディスク
１０６ ディスク対
１０８ 矢印
１１０、１１２ 流入・流出集合室
１１４ 畜冷手段
１１６ 管
１１７ 置かれた部分
１１８ フィン

Claims (12)

  1. 複数の冷媒用管路手段（１０２）を有し、これらの管路手段（１０２）の間を空気が熱交換のために貫流可能である自動車空調装置（５４）用の熱交換器において、更に、これらの管路手段（１０２）に複数の蓄冷手段（１１４）が挿通されており、これらの蓄冷手段（１１４）内に蓄冷材が収容されており、しかも、蓄冷手段（１１４）が複数の閉じた管（１１６）として構成されていて、これらの管（１１６）が管路手段（１０２）に差し通されて管路手段（１０２）を横切って延設されており、管路手段（１０２）が偏平管として構成されていることを特徴とする熱交換器。
  2. 複数の冷媒用管路手段（１０２）を有し、これらの管路手段（１０２）の間を空気が熱交換のために貫流可能である自動車空調装置（５４）用の熱交換器において、更に、これらの管路手段（１０２）に複数の蓄冷手段（１１４）が挿通されており、これらの蓄冷手段（１１４）内に蓄冷材が収容されており、しかも、蓄冷手段（１１４）が複数の閉じた管（１１６）として構成されていて、これらの管（１１６）が管路手段（１０２）に差し通されて管路手段（１０２）を横切って延設されており、各管路手段（１０２）が１つのディスク対（１０６）によって形成されていることを特徴とする熱交換器。
  3. ディスク対（１０６）がそれぞれＵ形流路を形成していることを特徴とする、請求項２記載の熱交換器。
  4. 蓄冷手段（１１４）がすべての管路手段（１０２）に挿通されていることを特徴とする、請求項の１〜３いずれか１項記載の熱交換器。
  5. 蓄冷手段（１１４）が管路手段（１０２）にろう接されていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項記載の熱交換器。
  6. 蓄冷手段（１１４）が貫流空気用乱流発生器として構成されていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項記載の熱交換器。
  7. 複数の蓄冷手段（１１４）が相互に平行に延設されかつ相互にずらして配置されていることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項記載の熱交換器。
  8. 複数の管路手段（１０２）の間にフィン（１１８）が配置されていることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項記載の熱交換器。
  9. 蓄冷材が実質的に水を含むことを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１項記載の熱交換器。
  10. 蓄冷材が約３〜７℃の温度範囲において相転移することを特徴とする、請求項１〜９のいずれか１項記載の熱交換器。
  11. 請求項１〜１０のいずれか１項記載の熱交換器を備えた自動車用の空調装置。
  12. 熱交換器（１００）が空調装置（５４）の単一の冷却用熱交換器（３２’）を形成することを特徴とする、請求項１１記載の空調装置。
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