JP4082192B2 - 空調装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空調装置に関するもので、車両用空調装置に適用して有効である。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
通常、車両用空調装置は、室内に吹き出す空気を冷却する冷却専用の熱交換器、及び室内に吹き出す空気を加熱する加熱専用の熱交換器を有し、冷却専用熱交換器を加熱専用熱交換器より空気流れ上流側に配置して、冷却専用熱交換器を通過して加熱専用熱交換器を迂回して流れる冷風と冷却専用熱交換器及び加熱専用熱交換器を通過する温風との風量割合を調節することにより車室内に吹き出す空気の温度を制御するエアミックス方式が採用されている。
【０００３】
なお、他の温度制御方式としては、冷却専用熱交換器を通過した空気の全量を加熱専用熱交換器を通過させるとともに、加熱専用熱交換器の加熱能力を調節することにより車室内に吹き出す空気の温度を制御するリヒート方式がある。
【０００４】
ところで、冷却専用熱交換器の能力は、急速冷房運転（クールダウン運転）時において必要とされる冷房能力によって決定される。ここで、急速冷房運転とは、夏の炎天下に長時間放置されて４０℃〜５０℃以上となった車室内空気を約２５℃程度まで短時間に低下させる運転であるので、冷却専用熱交換器は、非常に大きな能力を必要とする。
【０００５】
このため、冷却専用熱交換器が大型になってしまい、車両用空調装置の小型化を図る上で大きな障害となっていた。
【０００６】
本発明は、上記点に鑑み、第１には、従来と異なる新規な空調装置を提供し、第２には、空調装置の小型化を図ることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明では、室内に吹き出す空気が流れる空調ケーシング（１）と、空調ケーシング（１）内に収納され、室内に吹き出す空気と熱媒体とを熱交換する、少なくとも２台の熱交換器（３、４）と、空調ケーシング（１）内に形成されて、２台の熱交換器（３、４）のうち、一方の熱交換器（３）を迂回させて空調ケーシング（１）内に導入された導入空気を他方の熱交換器（４）側へ流すバイパス通路（６ａ）と、バイパス通路（６ａ）を開閉するドア手段（６）と、２台の熱交換器（３、４）の双方に導入空気の温度より低い温度の熱媒体又は導入空気より高い温度の熱媒体を供給するフルモードにおける熱媒体の流路、および、一方の熱交換器（３）に導入空気より低い温度の熱媒体を供給し、他方の熱交換器（４）に導入空気より高い温度の熱媒体を供給する温度コントロールモードにおける熱媒体の流路を切り替える切り替え手段（Ｖ５）とを備え、フルモードでは、ドア手段（６）を開くことによって、他方の熱交換器（４）にバイパス通路（６ａ）を通過した空気を流し、温度コントロールモードでは、ドア手段（６）を閉じることによって、他方の熱交換器（４）に一方の熱交換器（３）を通過した空気を流すことを特徴とする。
【０００８】
これにより、例えば最大冷房運転時には、２つの熱交換器（３、４）を共に空気冷却する冷却用熱交換器として機能させ、温度コントロールモード時には例えば第１熱交換器（３）のみを冷却用熱交換器として機能させることが可能となる。
【０００９】
したがって、例えば最大冷房能力を２つの熱交換器で発揮することとなるので、１つの熱交換器にて最大冷房能力を発揮させる場合に比べて熱交換器を小型にすることができ、空調装置の小型化を図ることができる。
【００１０】
請求項２に記載の発明では、２台の熱交換器（３、４）に供給される熱媒体は、同一種類の流体であることを特徴とするものである。
【００１１】
請求項３に記載の発明では、２台の熱交換器（３、４）に供給される熱媒体は、水であることを特徴とするものである。
【００１２】
請求項４に記載の発明では、導入空気より低い温度の熱媒体は、吸着剤が気相冷媒を吸着する作用を利用して冷媒を蒸発させ、その蒸発潜熱により冷凍能力を発揮する吸着式冷凍機により生成されることを特徴とするものである。
【００１３】
請求項５に記載の発明では、請求項１ないし３のいずれか１つに記載の空調装置にて構成された車両用空調装置であって、導入空気より高い温度の熱媒体は、車両で発生する廃熱により生成されることを特徴とする。
【００１４】
これにより、請求項１に述べたように、空調装置の小型化を図ることができる。
【００１５】
因みに、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【００１６】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
本実施形態は、本発明に係る空調装置を車両用空調装置に適用したものであって、図１、２は本実施形態に係る空調装置（空調ユニット）の模式図である。
【００１７】
図１中、空調ケーシング１は室内に吹き出される空気が流れるダクト手段であり、空気流れ最上流側には、室内又は室外から空気を吸引して室内に空気を送風する遠心式の送風機２が設けられている。
【００１８】
なお、本実施形態では、空調ケーシング１（空調ユニット）は、車両床下又はシート下に搭載されている。
【００１９】
また、空調ケーシング１の空気流れ最下流側は、乗員の上半身側に向けて空気を吹き出すフェイス吹出口、乗員の下半身側に向けて空気を吹き出すフット吹出口、及び窓ガラスに向けて空気を吹き出すデフロスタ吹出口等に連通しているとともに、吹出モード、つまり空気を吹き出させる吹出口を切り替える吹出モード切換装置が設けられている。
【００２０】
また、空調ケーシング１内のうち、送風機２より空気流れ下流側であって、吹出モード切換装置より上流側には、室内に吹き出す空気と熱媒体とを熱交換する第１、２熱交換器３、４が収納されており、空気流れ上流側に収納された第１熱交換器３は、室内に吹き出す空気を冷却する冷却専用の熱交換器であり、空気流れ下流側に収納された第２熱交換器４は、室内に吹き出す空気を冷却又は加熱する熱交換器である。
【００２１】
そして、室内に吹き出す空気を冷却するときには、吸着式冷凍機により生成（冷却）された熱媒体を第２熱交換器４及び第１熱交換器３に供給する。なお、吸着式冷凍機とは、吸着剤が気相冷媒を吸着する作用を利用して冷媒を蒸発させ、その蒸発潜熱により冷凍能力を発揮するもので、詳細は後述する。
【００２２】
ここで、熱媒体は水（エチレングリコール等の不凍液が混合されたものも含む。）であり、走行用駆動源をなすエンジン（内燃機関）を冷却するエンジン冷却水と同じ流体である。そして、第２熱交換器４にて室内に吹き出す空気を加熱する場合には、エンジン冷却水、つまりエンジンにて過熱された熱媒体を第２熱交換器４に供給する。
【００２３】
エアミックスドア５は、第１熱交換器３を通過した空気のうち第２熱交換器４を通過する空気量を調節する風量割合調節手段であり、冷風バイパスドア６は、第１熱交換器３を迂回させて第２熱交換器４側に空気を流す冷風バイパス通路６ａを開閉するドア手段である。
【００２４】
次に、吸着式冷凍機１０について図３を用いて述べる。
【００２５】
吸着剤は、吸着剤の関係湿度、つまり吸着剤表面の相対湿度に応じた量の冷媒（本実施形態では、水）を吸着するものである。このため、吸着剤を加熱すると関係湿度が低下するため吸着していた冷媒を脱離放出し、吸着剤を冷却すると関係湿度が上昇するため雰囲気中の冷媒を吸着する。
【００２６】
なお、吸着剤が冷媒（水蒸気）を吸着する際には、凝縮熱相当の吸着熱が発生するので、吸着剤の吸着能力を維持するには、吸着剤を冷却しながら冷媒を吸着させる必要がある。
【００２７】
因みに、本実施形態では、吸着剤としてシリカゲルを用いていたが、活性アルミナ、活性炭、ゼオライト、モレキュラーシービングカーボン等を用いてもよいことは言うまでもない。
【００２８】
室外熱交換器１１は吸着器１２内を循環した熱媒体と室外空気とを熱交換する熱交換器であり、吸着していた冷媒を脱離放出させる際には、エンジン等の車両で発生した熱（本実施形態では、エンジン冷却水）を吸着器１２内に循環させる。なお、切換弁Ｖ１〜Ｖ４は熱媒体の循環経路を切り換えるものである。
【００２９】
また、吸着器１２は、内部が略真空に保たれた状態で冷媒（本実施形態では、水）が封入されたステンレス（本実施形態では、ＳＵＳ３０４）製のケーシング１２ａ、熱媒体とケーシング１２ａ内の冷媒との間で熱交換を行う蒸発／凝縮コアをなす第１熱交換器１２ｂ、及び吸着剤を冷却又は加熱する吸着コアをなす第２熱交換器１２ｃから等から構成されている。
【００３０】
なお、吸着式冷凍機で生成された温度の低い（例えば、約５℃）熱媒体を第２熱交換器４に供給する場合と、エンジンにて加熱された温度の高い（例えば、９０℃）熱媒体を第２熱交換器４に供給する場合とは切替弁Ｖ５にて切り替える。
【００３１】
次に、吸着式冷凍機１０の概略作動を述べる。なお、以下の説明を容易にするため、第１熱交換器３と第２熱交換器４とを合わせて室内熱交換器３、４と表記する。
【００３２】
先ず、切換弁Ｖ１〜Ｖ４を図３の実線に示すように作動させて、第１吸着器１２の第１熱交換器１２ｂと室内熱交換器３、４との間、第１吸着器１２の第２熱交換器１２ｃと室外熱交換器１１との間、並びに第２吸着器１２の第１熱交換器と室外熱交換器１１との間、第２吸着器１２の第２熱交換器１２ｃとエンジンとの間に熱媒体を循環させる。
【００３３】
これにより、第１吸着器１２が吸着工程となり、第２吸着器１２が脱離工程となるので、第１吸着器１２で発生した冷凍能力により室内に吹き出す空気が冷却され、第２吸着器１２にて吸着剤の再生が行われる。
【００３４】
つまり、この状態（以下、第１状態と呼ぶ。）では、第１吸着器１２の第１熱交換器１２ｂは液相冷媒を蒸発させて冷凍能力を発生させる蒸発器として機能し、第１吸着器１２の第２熱交換器１２ｃは吸着剤を冷却する冷却器として機能し、第２吸着器１２の第１熱交換器１２ｂは吸着剤から脱離した水蒸気を冷却する凝縮器として機能し、第２吸着器１２の第２熱交換器１２ｃは吸着剤を加熱する加熱器として機能する。
【００３５】
そして、第１状態で所定時間（本実施形態では、６０秒〜１００秒）が経過したときに、切換弁Ｖ１〜Ｖ４を図３の破線に示すように作動させて、第２吸着器１２の第１熱交換器１２ｂと室内熱交換器３、４との間、第２吸着器１２の第２熱交換器１２ｃと室外熱交換器１１との間、並びに第１吸着器１２の第１熱交換器と室外熱交換器１１との間、第１吸着器１２の第２熱交換器１２ｃとエンジンとの間に熱媒体を循環させる。
【００３６】
これにより、第２吸着器１２が吸着工程となり、第１吸着器１２が脱離工程となるので、第２吸着器１２で発生した冷凍能力により室内に吹き出す空気が冷却され、第１吸着器１２にて吸着剤の再生が行われる。
【００３７】
つまり、この状態（以下、第２状態と呼ぶ。）では、第２吸着器１２の第１熱交換器１２ｂは液相冷媒を蒸発させて冷凍能力を発生させる蒸発器として機能し、第２吸着器１２の第２熱交換器１２ｃは吸着剤を冷却する冷却器として機能し、第１吸着器１２の第１熱交換器１２ｂは吸着剤から脱離した水蒸気を冷却する凝縮器として機能し、第１吸着器１２の第２熱交換器１２ｃは吸着剤を加熱する加熱器として機能する。
【００３８】
そして、第２状態で所定時間が経過したとき、切換弁Ｖ１〜Ｖ４作動させて再び第１状態とする。このように、第１状態及び第２状態を所定時間毎に交互に繰り返して、空調装置を連続的に稼働させる。
【００３９】
なお、所定時間は、ケーシング１２ａ内に存在する液相冷媒の残量や吸着剤の吸着能力等に基づいて適宜選定されるものである。
【００４０】
次に、本実施形態に係る空調装置の特徴的作動を述べる。
【００４１】
１．最大冷房運転（フルモード）
目標吹出温度ＴＡＯが所定値より小さくなったとき、又は乗員が手動操作にて最大冷房運転を選択したときには、第１、２熱交換器３、４に吸着式冷凍機で生成された温度の低い熱媒体を供給するとともに、図４に示すように、冷風バイパスドア６を開いて第２熱交換器４に第１熱交換器３を通過していない空気を供給し、第１、２熱交換器３、４の両者で室内に吹き出す空気を冷却する。
【００４２】
なお、本実施形態では、エアミックスドア５は、第１熱交換器３を通過した空気が第２熱交換器４を通過しないような開度位置となっているが、本実施形態では、第１、２熱交換器３、４に供給される熱媒体の温度は略同一であるので、第１熱交換器３を通過した空気が第２熱交換器４を通過するような開度位置としてもよい。
【００４３】
因みに、目標吹出温度ＴＡＯとは、乗員が設定した希望室内温度や室内温度などに基づいて決定される制御パラメータを成すもので、目標吹出温度ＴＡＯが小さくなるほど大きな冷房能力が必要であるとみなされ、逆に目標吹出温度ＴＡＯが大きくなるほど大きな暖房能力が必要であるとみなされる。
【００４４】
そして、本実施形態では、目標吹出温度ＴＡＯに基づいて最大冷房運転（クールダウン）や温度コントロール運転等の運転モード、エアミックスドア５の開度及び吹出モード等が自動制御される。
【００４５】
２．温度コントロールモード
目標吹出温度ＴＡＯが所定値より大きくなったとき、又は乗員が手動操作にて希望する室内温度を上昇させたときには、図５に示すように、第１熱交換器３に吸着式冷凍機で生成された温度の低い熱媒体を供給し、第２熱交換器４にはエンジンにて昇温された熱媒体を供給するとともに、冷風バイパスドア６を閉じた状態でエアミックスドア５開度、つまり第１熱交換器３を通過して第２熱交換器４を流れる風量を調節して、実際に車室内吹き出す空気の温度が目標吹出温度ＴＡＯに近づくようにする。
【００４６】
次に、本実施形態の作用効果を述べる。
【００４７】
前述のごとく、本実施形態では、最大冷房運転時には、２つの熱交換器３、４が共に空気冷却する冷却用熱交換器として機能し、温度コントロールモード時には第１熱交換器３のみが冷却用熱交換器として機能する。
【００４８】
したがって、最大冷房能力を２つの熱交換器で発揮することとなるので、１つの熱交換器にて最大冷房能力を発揮させる場合に比べて熱交換器を小型にすることができ、空調装置の小型化を図ることができる。
【００４９】
なお、温度コントロールモード時においては、除湿できる程度の冷却能力があればよいので、温度コントロールモード時において冷房能力が不足することは殆ど発生しない。
【００５０】
また、第２熱交換器４に供給される熱媒体は、冷却時及び加熱時を問わず、同一の熱媒体が供給されるので、吸着式冷凍機で生成された温度の低い（例えば、約５℃）熱媒体を第２熱交換器４に供給する場合と、エンジンにて加熱された温度の高い（例えば、９０℃）熱媒体を第２熱交換器４に供給する場合とを容易に切り替えることができ、空調装置構造の簡素化及び製造原価低減を図ることができる。
【００５１】
（第２実施形態）
第１実施形態は、本発明をエアミックス方式に適用したものであったが、本実施形態は、図６に示すように、リヒート方式に本発明を適用したものであある。
【００５２】
なお、本実施形態では、温度コントロールモード時においては、流量調整弁にて第２熱交換器４に供給する温水量を調節している。また、両熱交換器３、４の外形寸法のうち空気の流通方向における寸法を第１実施形態より小さくして超薄型とすることにより空調装置の小型化を更に進めている。
【００５３】
（その他の実施形態）
上述の実施形態では、冷房用の冷水を吸着式冷凍機により生成したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば蒸気圧縮式冷凍機にて生成してもよい。
【００５４】
また、蒸気圧縮式冷凍機にて冷房能力を生成する際には、第１、２熱交換器３、４に直接、フロン等の冷媒を循環させてもよい。なお、この場合、温度コントロールモード時においては、蒸気圧縮式冷凍機の高圧冷媒を第２熱交換器４に供給して空気を加熱することが望ましい。
【００５５】
また、上述の実施形態では、車両で発生する廃熱として、エンジン冷却水を用いたが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば燃料電池自動車等電気自動車では、燃料電池又は電動モータから発生する廃熱により室内に吹き出す空気を加熱する、又は吸着式冷凍機を稼動させる等してもよい。
【００５６】
また、最大暖房運転（フルモード）時には、両熱交換器３、４に温水を供給してもよい。
【００５７】
また、上述の実施形態では、空調ケーシング１を床下等に搭載したが、本発明はこれに限定されるものではなく、トランクルームや計器盤下方側等に搭載してもよいことは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る空調装置（空調ユニット）の模式図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る空調装置（空調ユニット）の模式図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る吸着式冷凍機の模式図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係る空調装置の作動説明図である。
【図５】本発明の第１実施形態に係る空調装置の作動説明図である。
【図６】本発明の第２実施形態に係る空調装置（空調ユニット）の模式図である。
【符号の説明】
１…空調ケーシング、２…送風機、３…第１熱交換器、４…第２熱交換器、
５…エアミックスドア、６…冷風バイパスドア。

Claims (5)

1. 室内に吹き出す空気が流れる空調ケーシング（１）と、
   前記空調ケーシング（１）内に収納され、室内に吹き出す空気と熱媒体とを熱交換する、少なくとも２台の熱交換器（３、４）と、
   前記空調ケーシング（１）内に形成されて、前記２台の熱交換器（３、４）のうち、一方の熱交換器（３）を迂回させて前記空調ケーシング（１）内に導入された導入空気を他方の熱交換器（４）側へ流すバイパス通路（６ａ）と、
   前記バイパス通路（６ａ）を開閉するドア手段（６）と、
   前記２台の熱交換器（３、４）の双方に前記導入空気の温度より低い温度の熱媒体又は前記導入空気より高い温度の熱媒体を供給するフルモードにおける熱媒体の流路、および、前記一方の熱交換器（３）に前記導入空気より低い温度の熱媒体を供給し、前記他方の熱交換器（４）に前記導入空気より高い温度の熱媒体を供給する温度コントロールモードにおける熱媒体の流路を切り替える切り替え手段（Ｖ５）とを備え、
   前記フルモードでは、前記ドア手段（６）を開くことによって、前記他方の熱交換器（４）に前記バイパス通路（６ａ）を通過した空気を流し、前記温度コントロールモードでは、前記ドア手段（６）を閉じることによって、前記他方の熱交換器（４）に前記一方の熱交換器（３）を通過した空気を流すことを特徴とする空調装置。
2. 前記２台の熱交換器（３、４）に供給される熱媒体は、同一種類の流体であることを特徴とする請求項１に記載の空調装置。
3. 前記２台の熱交換器（３、４）に供給される熱媒体は、水であることを特徴とする請求項１に記載の空調装置。
4. 前記導入空気より低い温度の熱媒体は、吸着剤が気相冷媒を吸着する作用を利用して冷媒を蒸発させ、その蒸発潜熱により冷凍能力を発揮する吸着式冷凍機により生成されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の空調装置。
5. 請求項１ないし３のいずれか１つに記載の空調装置にて構成された車両用空調装置であって、
   前記導入空気より高い温度の熱媒体は、車両で発生する廃熱により生成されることを特徴とする車両用空調装置。

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