JP4875339B2 - 蓄冷式冷房ユニット - Google Patents

Description

本発明は、車両用の蓄冷装置付き空気調和装置に適用される蓄冷式冷房ユニットに関する。

従来より、たとえばトラックのキャビン用空調装置として、蓄冷装置付きの冷凍サイクル（冷媒回路）を備えた蓄冷装置付き空調装置が知られている。この空調装置では、たとえば運転手が仮眠する場合などエンジンを停止した状態でキャビン内の冷房が可能となるように、車両走行中に冷熱を蓄熱するための蓄冷用冷却コイルを備えている。
蓄冷用冷却コイルは、冷凍サイクル中において、エンジンが駆動される車両走行中等にキャビン内の空調に使用される空調用エバポレータと並列に設置され、エンジンで駆動されるコンプレッサから交互に冷媒の供給を受けて蓄冷材に蓄冷するものである。

上述した蓄冷用冷却コイルは、たとえばキャビン後方の窓枠に取り付けられた蓄冷式冷房ユニット内に設置される。蓄冷式冷房ユニットは、吸込口及び吹出口を設けたケーシング内に、冷凍サイクルに連結された蓄冷用冷却コイルと、この蓄冷用冷却コイルにより冷却されて凍結する水等の蓄冷材を密封した蓄冷パックと、キャビン内の空気をケーシング内に吸い込んで冷風を吹き出すためのファンとを具備して構成される。すなわち、蓄冷式冷房ユニットは、ファンの動作により吸込口からキャビン内の空気を吸い込み、この空気を蓄冷パックの冷熱により冷却した冷風として吹出口からキャビン内に吹き出し、エンジン停止状態でもキャビン内の冷房を可能にしたものである。

このような蓄冷式冷房ユニットにおいては、ユニット自体の大きさを抑制して冷房能力や冷房時間を確保するため、蓄冷パックに蓄熱した冷熱を効率よく有効に利用することが必要となる。このため、水平方向（前後方向）の一方から吸い込んだ空気を冷却して他方から吹き出すケース内の空気流路を、蒸発器と蓄冷パックを収納しているケースとの間に仕切部材を設けることにより上下方向に蛇行して流れるように形成し、空気と蓄冷パックとの接触面積を増すことが提案されている。（たとえば、特許文献１参照）
特開２００２−３３７５４１号公報（図３参照）

ところで、上述した蓄冷式冷房ユニットにおいて、ケーシングの下部中央に吸込口を設けて上部の左右両端部付近に設けた吹出口から冷風を吹き出す構成の場合、蓄冷パック全体と略均等に熱交換させて左右の吹出口から冷風を吹き出すことは困難である。具体的に説明すると、ケーシングの下部中央から吸入された空気の主流は、上部の左右両端にある吹出口へ向けて斜めに略直線的な最短距離の流れを形成する。従って、たとえば蓄冷パックの下部両端付近や上部中央付近は熱交換する空気の流れが少なくなり、同部分の蓄冷材が保有する冷熱を充分に利用した蓄熱冷房運転を実施できないため、蓄冷パック全体の冷熱利用状況はアンバランスになるという問題が生じてくる。
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ケーシングの下部中央に吸込口を設けて上部の左右両端部付近に設けた吹出口から冷風を吹き出すように構成された蓄冷式冷房ユニットにおいて、蓄冷パック全体の冷熱を略均等に有効利用した蓄熱冷房運転の実施を可能にすることにある。

本発明は、上記の課題を解決するため、下記の手段を採用した。
本発明に係る蓄冷式冷房ユニットは、空気の吸込口及び冷風の吹出口を設けたケーシング内に、車両空調用の冷凍サイクルに連結された蓄冷用冷却コイルと、該蓄冷用冷却コイルにより冷却する蓄冷材を密封した蓄冷パックと、空気の吸い込み及び吹き出しを行うファンとを具備し、前記吸込口を下部中央に配置するとともに前記吹出口を上部の左右両端近傍に配置した蓄冷式冷房ユニットにおいて、前記ケーシングは、横長長方形状とされ、その下部中央部に水平方向に沿って前記吸込口が設けられるとともに、上部の左右両端近傍にそれぞれ水平方向に沿って前記吹出口が設けられ、前記蓄冷パックの表面に沿って前記吸込口から前記吹出口に至る空気流路が、中央部を左右に分割して上下方向に設けられた左右仕切部材と、前記吸込口から前記吹出口まで流れ方向を交互に逆転させてジグザグ形状とする流路仕切部材とにより形成されることを特徴とするものである。

このような蓄冷式冷房ユニットによれば、蓄冷パックの表面に沿って吸込口から吹出口に至る空気流路が、中央部を左右に分割して上下方向に設けられた左右仕切部材と、吸込口から吹出口まで流れ方向を交互に逆転させてジグザグ形状とする流路仕切部材とにより形成されるので、左右仕切部材により中央部で左右に二分割され、かつ、流路仕切部材によりジグザグ形状となる二つの空気流路が形成される。すなわち、下部中央の吸入口から右上の吹出口に至るジグザグ形状の空気流路と、下部中央の吸入口から左上の吹出口に至るジグザグ形状の空気流路とが別々に形成されるので、吸入口から吸い込まれた空気は蓄冷パックの表面全体を略均一に通過して吹出口から吹き出される。なお、この場合のジグザグ形状は、上下方向または左右方向のいずれでもよい。

上記の蓄冷式冷房ユニットにおいて、前記左右仕切部材及び前記流路仕切部材が断熱材であることが好ましく、これにより、断熱材が空気流路への侵入熱を防止して熱効率を向上させることができる。

上記の蓄冷式冷房ユニットにおいて、前記左右仕切部材及び前記流路仕切部材がケーシング内面に設けた凸部であることが好ましく、これにより、蓄冷パックを取り付けるだけでジグザグ形状となる二つの空気流路を容易に形成することができる。

上記の蓄冷式冷房ユニットにおいて、前記ジグザグ形状とされた前記空気流路のターン部並びに前記吸込口及び前記吹出口への連通部に、それぞれ導風板を設けることが好ましく、これにより、空気の流れ方向をスムーズに切り換えて空気流路の流れをスムーズかすることができる。

上述した本発明の蓄冷式冷房ユニットによれば、下部中央の吸入口から右上の吹出口に至るジグザグ形状の空気流路と、下部中央の吸入口から左上の吹出口に至るジグザグ形状の空気流路とが別々に形成されるので、吸入口から吸い込まれた空気は蓄冷パックの表面全体を略均一に通過して左右の吹出口から吹き出される。このため、蓄冷パック全体から略均等に放冷させることができ、蓄冷パック全体の冷熱を略均等に有効利用することで冷却能力が高くなり、さらに、冷却時間も長い蓄熱冷房運転の実施が可能となる。

以下、本発明に係る蓄冷式冷房ユニットの一実施形態を図面に基づいて説明する。
図７に示す冷媒回路図は、主として車両用空調装置に適用されるものであり、たとえばトラック等の車両に装備される蓄冷装置付き空調装置に採用されている。図７において、１はコンプレッサ、２はコンデンサ、３はレシーバ、４は空調用エバポレータ、５は感温筒６を備えた温度式の膨張弁（以下、「空調用膨張弁」ともいう）、７は空調電磁弁、８は蓄冷用冷却コイル、９は感温筒１０を備えた温度式の膨張弁（以下、「蓄冷用膨張弁」ともいう）、１１は蓄冷電磁弁、１２は逆止弁、１３は空調用エバポレータの温度を検知し作動するフロストサーモ、１４は装置全体の制御装置である。

上記の各要素から構成される蓄冷装置付き空調装置において、冷媒回路中に並列に配置された空調用エバポレータ４及び蓄冷用冷却コイル８には、各々の冷媒配管上流側に空調電磁弁７及び畜冷電磁弁１１が設けられている。制御装置１４は、空調電磁弁７または蓄冷電磁弁１１に対して交互に通電することで開閉制御し、空調用エバポレータ４と蓄冷用冷却コイル８とに冷媒を交互に流す。この場合、空調用エバポレータ４の運転時間及び蓄冷用冷却コイル８の運転時間は、たとえば所定の時間比となるように設定され、この時間比に基づいて制御装置１４が空調電磁弁７及び蓄冷電磁弁１１の開閉を制御する。
なお、上述した運転時間の一例をあげると、たとえば空調用エバポレータ４に冷媒を流す空調運転時間を４５秒とし、蓄冷用冷却コイル８に冷媒を流す蓄冷運転時間を２０秒とする。

図２及び図３に示すように、蓄冷用冷却コイル８を備えた蓄冷式冷房ユニット２０は、たとえばトラックのキャビン内に設置されて運転席後方に設けられている仮眠室の冷房に使用される。図示の例では、キャビン後方の壁面に設けられる窓ガラスに代えて、蓄冷式冷房ユニット２０が上下（縦）方向に立設して取り付けられている。
蓄冷式冷房ユニット２０は、空気の吸込口２１及び冷風の吹出口２２を設けたケーシング２３内に、蓄冷ユニット３０及びファン４０を内蔵している。蓄冷ユニット３０は、上述した車両空調用の冷凍サイクル（冷媒回路）に連結されている蓄冷用冷却コイル８と、該蓄冷用冷却コイル８により冷却する水等の蓄冷材をパックケース内に密封した蓄冷パック３１とを具備して構成される。この蓄冷ユニット３０は、蓄冷用冷却コイル８を構成する扁平押出チューブ（不図示）の両面を、蓄冷パック３１で両側から挟持した構成とされる。なお、蓄冷用冷却コイル８は、左右一対のヘッダー間を複数の扁平押出チューブにより連結した構成とされ、各扁平押出チューブには多数の冷媒流路が設けられている。

ファン４０は、キャビン内からケーシング２３内に冷却する空気を吸い込むとともに、ケーシング２３内を通過する際に蓄冷パック３１と熱交換して冷却された冷風をキャビン内に吹き出す機能を有している。
ケーシング２３は、キャビン内に前方を向いて露出するフロントパネル２３Ｆと、キャビン後部壁面を形成するパネル材１５の窓ガラス用開口部１６に取り付けられたリアパネル２３Ｒとに分割される。

リアパネル２３Ｒは、窓ガラスの代わりに周囲をウインドダム１７に挟持された状態でキャビン後部壁面に固定支持される。このリアパネル２３Ｒには、上述した蓄冷ユニット３０が固定支持され、さらに、蓄冷ユニット３０の前面を覆うようにしてフロントパネル２３Ｆが取り付けられる。フロントパネル２３Ｆは、蓄冷ユニット３０を貫通するボルト等を用いてリアパネル２３Ｒに対し着脱可能に固定され、この固定状態において、フロントパネル２３Ｆとリアパネル２３Ｒとの間には、前後方向の隙間２４がユニットの全周にわたって設けられている。
すなわち、蓄冷式冷房ユニット２０は、吸込口２１及び吹出口２２を設けたケーシング２３内に、冷媒回路から冷媒の供給を受ける蓄冷用冷却コイル８と、該蓄冷用冷却コイル８に供給された冷媒が吸熱して冷却する蓄冷パック３１と、空気の流れを形成するファン４０とを具備した構成とされる。

フロントパネル２３Ｆの前面には、樹脂等のパネル材を裏面まで貫通する吸込口２１を下部中央に配設するとともに、同様にパネル材を裏面まで貫通する左右一対の吹出口２２，２２を上部の左右両端近傍に配設してある。なお、左右一対の吹出口２２，２２は、下部中央の吸込口２１を基準にして左右対称の配置とされる。
また、吹出口２２，２２の内側（フロントパネル２３Ｆの裏面）には、それぞれにファン４０が設置されており、キャビン内の空気を吸込口２１から吸引し、後述する空気流路や溝部を通って冷却された冷風が吹出口２２，２２からキャビン内へ吹き出すようになっている。なお、ファン４０は、フロントパネル２３Ｆの裏面上部に固定されている。

上述した蓄冷式冷房ユニット２０は、フロントパネル２３Ｆの裏面と蓄冷ユニット３０との間、そして、リアパネル２３Ｒの前面と蓄冷ユニット３０との間に各々形成され、ファン４０の作動により吸込口２１から吹出口２２に空気を導くための空気流路５０を備えている。
図１は、フロントパネル２３Ｆの裏面と蓄冷ユニット３０との間に、すなわち、フロントパネル２３Ｆの裏面と蓄冷用冷却コイル８の扁平チューブを挟持する蓄冷パック３１の表面との間に形成された空気流路５０を模式的に示した正面図であり、蓄冷パック３１の表面に沿って吸込口２１から吹出口２２に至るジグザグ形状の流路とされる。

この空気流路５０は、蓄冷ユニット３０の中央部を左右に分割して上下方向に設けられた左右仕切部材５１と、吸込口２１から吹出口２２まで流れ方向を交互に逆転させてジグザグ形状とする流路仕切部材５２とにより形成される。
図示の例では、蓄冷ユニット３０の左右及び上下の両端部を囲むようにして、吸込口２１及び吹出口２２に連通する仕切壁除去部分５４ａ，５４ｂを除いて、断熱材よりなる仕切壁５３，５４が設けられている。これらの仕切壁５３，５４で区画された矩形状の領域は、フロントパネル２３Ｆと蓄冷パック３１との間に空気流路５０となる隙間を有しているので、この領域を左右仕切部材５１で二分割するとともに、流路となる上下方向の連通部分５０ａ，５０ｂを残して水平方向に設けた流路仕切部材５２により上下方向を三分割することにより、左右２系統の空気流路５０がジグザグ形状に形成されている。

この結果、フロントパネル２３Ｆの下部中央に設けられている１つの吸入口２１から吸入したキャビン内の空気は、図中に白抜矢印で示すように、仕切壁除去部分５４ａを通って流路５０に導入され、左右仕切部材５１により略均等に分流されて左右に分かれる。この後、左右に分流した空気流は、いずれも水平方向の流路仕切部材５２により左右端部側へ向けた流れを仕切壁５３に阻まれ、端部付近に設けられた最初の連通部分５０ａを通ってＵターンするので、中心部側の左右仕切部材５１に向けた流れとなる。この空気流は、次に左右仕切部材５１に流れを阻まれるため第２の連通部分５０ｂでＵターンし、仕切壁除去部分５４ｂを通ってファン４０が吸引する吹出口２２からキャビン側へ流出する。
このように、左右２系統の空気流路５０は、蓄冷パック３１の表面に沿って、全面にわたって略均等に流れる左右対称のジグザグ形状となる。

すなわち、下部中央の吸入口２１から右上の吹出口２２に至るジグザグ形状の空気流路５０と、下部中央の吸入口２１から左上の吹出口２２に至るジグザグ形状の空気流路５０とが別々に形成され、吸入口２１から吸い込まれた空気は蓄冷パック３１の表面全体を略均一に通過して左右の吹出口２２から吹き出されるため、蓄冷パック３１の全体と略均等に熱交換して冷却される。このように、蓄冷パック３１の全体から略均等に放冷させることにより、蓄冷パック３１が保有する冷熱を略均等に有効利用することで冷却能力が向上する。
なお、図示は省略したが、蓄冷パック３１とリアパネル２３Ｒとの間についても、上述したものと同様の空気流路５０が形成されて空気に放冷されている。

ところで、上述した実施形態の説明では、左右２系統の空気流路５０を上下方向に三分割したジグザグ形状としたが、蓄冷ユニット３０及び蓄冷パック３１の形状等に応じて、左右の系統数及び上下の分割数を適宜変更可能である。
また、上述した実施形態では、水平方向に設けた流路仕切部材５２により空気流路５０のジグザグ形状を形成したが、上下方向に設けた流路仕切部材により空気流路５０のジグザグ形状を形成してもよい。

以下では、上述した空気流路５０を形成する左右仕切部材５１及び流路仕切部材５２の具体的構成例を図４及び図５に基づいて説明する。なお、図４はフロントパネル２３Ｆを取り外して蓄冷ユニット３０を露出させた状態の正面図、図５はフロントパネル２３Ｆの裏面を示す図である。
ここで使用する左右仕切部材５１及び流路仕切部材５２は、ウレタンやスポンジ等の断熱材であり、断熱材の断熱効果により、空気流路５０への熱侵入を防止して熱効率を向上させることができる。
また、図４に示す構成例では、左右に２分割された二つの蓄冷ユニット３０Ｌ，３０Ｒが設置されている。

図４及び図５に示す例では、仕切壁除去部分５４ａ，５４ｂを残して蓄冷ユニット３０の上下を囲む仕切部材５４がリアケース２３Ｒ側に取り付けられ、これ以外の左右仕切部材５１、流路仕切部材５２及び蓄冷ユニット３０の左右を囲む仕切部材５３がフロントパネル２３Ｆの裏面に取り付けられている。なお、流路仕切り部材５２は、リアパネル２３Ｒにも取り付けられている。
また、空気流路５０のＵターン部となる連通部分５０ａ，５０ｂには、流れ方向をスムーズに切り換えるための導風板５５が設けられている。各導風板５５は、半リング形状にしてフロントパネル２３Ｆの裏面に設けられている。さらに、ロントパネル２３Ｆの裏面には、吸込口２１に連通する仕切壁除去部分５４ａ及び吹出口２２に連通する仕切壁除去部分５４ｂにおける空気流路５０の流れをスムーズにするため、導風板５６が流線方向に設けられている。
なお、図５の符号５７は、吹出口２２の中央部側となる側面を密閉するためのシール部材であり、ロントパネル２３Ｆの裏面に設けられている。

このような構成とすれば、蓄冷ユニット３０を覆うようにしてフロントパネル２３Ｆを取り付けると、リアケース２３Ｒ側に取り付けられた仕切部材５４と、フロントパネル２３Ｆ側に取り付けられた左右仕切部材５１、流路仕切部材５２及び蓄冷ユニット３０の左右を囲む仕切部材５３との組み合わせにより、図１に示したような左右２系統に分割されたジグザグ形状の空気流路５０が形成される。
なお、上述した左右仕切部材５１、流路仕切部材５２及び蓄冷ユニット３０の上下左右を囲む仕切部材５３，５４の設置場所については、上述した図４及び図５の実施形態に限定されることはなく、適宜変更することが可能である。

続いて、空気流路５０を形成する変形例を図６に示して説明する。
この変形例では、空気流路５０を形成するため、たとえば樹脂製としたケーシング２３の内面に線状の凸部５８を一体成形して設けることで、この凸部５８が左右仕切部材５１Ａ及び流路仕切部材５２Ａとして機能する。すなわち、フロントパネル２３Ｆ及びリアパネル２３Ｒの内面に、それぞれ左右仕切部材５１Ａ及び流路仕切部材５２Ａとなる線状の凸部５８を一体成形して設け、組立状態において凸部５８の先端が蓄冷ユニット３０の表面に当接するように構成すれば、上述したジグザグ形状の空気流路５０を容易に形成することができる。

上述したように、本発明の蓄冷式冷房ユニットは、下部中央の吸入口２１から右上の吹出口２２に至るジグザグ形状の空気流路５０と、下部中央の吸入口２１から左上の吹出口２２に至るジグザグ形状の空気流路５０とが別々に形成されるので、吸入口２１から吸い込まれた空気は蓄冷パック３１の表面全体と接触するように略均一に通過して左右の吹出口２２から吹き出される。このため、蓄冷パック３１の全体から略均等に放冷させることが可能になり、蓄冷パック３１が保有する冷熱の全体を略均等に有効利用することで高い冷却能力が得られる。
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更することができる。

本発明に係る蓄冷式冷房ユニットの一実施形態を示す図で、フロントパネルの裏面と蓄冷ユニットとの間に形成された空気流路を示す模式図である。 本発明に係る蓄冷式冷房ユニットがキャビン内に設置された状態例を示す側面図である。 図２の正面図である。 図２の蓄冷式冷房ユニットからフロントパネルを取り外した状態を示す正面図である。 フロントパネルの裏面を示す図である。 ケーシングの内面に設けた突部を利用して空気流路を形成する変形例を示す図である。 車両用空調装置に適用される蓄冷装置付き空調装置の冷媒回路図である。

１ コンプレッサ
２ コンデンサ
４ 空調用エバポレータ
５，９ 膨張弁
７ 空調電磁弁
８ 蓄冷用冷却コイル
１１ 蓄冷電磁弁
１４ 制御装置
２０ 蓄冷式冷房ユニット
２１ 吸込口
２２ 吹出口
２３ ケーシング
２３Ｆ フロントパネル
２３Ｒ リアパネル
３０，３０Ｌ，３０Ｒ 蓄冷ユニット
３１ 蓄冷パック
４０ ファン
５０ 空気流路
５１ 左右仕切部材
５２ 流路仕切部材
５３，５４ 仕切壁

Claims (4)

1. 空気の吸込口及び冷風の吹出口を設けたケーシング内に、車両空調用の冷凍サイクルに連結された蓄冷用冷却コイルと、該蓄冷用冷却コイルにより冷却する蓄冷材を密封した蓄冷パックと、空気の吸い込み及び吹き出しを行うファンとを具備し、前記吸込口を下部中央に配置するとともに前記吹出口を上部の左右両端近傍に配置した蓄冷式冷房ユニットにおいて、
   前記ケーシングは、横長長方形状とされ、その下部中央部に水平方向に沿って前記吸込口が設けられるとともに、上部の左右両端近傍にそれぞれ水平方向に沿って前記吹出口が設けられ、
   前記蓄冷パックの表面に沿って前記吸込口から前記吹出口に至る空気流路が、中央部を左右に分割して上下方向に設けられた左右仕切部材と、前記吸込口から前記吹出口まで流れ方向を交互に逆転させてジグザグ形状とする流路仕切部材とにより形成されることを特徴とする蓄冷式冷房ユニット。
2. 前記左右仕切部材及び前記流路仕切部材が断熱材であることを特徴とする請求項１に記載の蓄冷式冷房ユニット。
3. 前記左右仕切部材及び前記流路仕切部材がケーシング内面に設けた凸部であることを特徴とする請求項１に記載の蓄冷式冷房ユニット。
4. 前記ジグザグ形状とされた前記空気流路のターン部並びに前記吸込口及び前記吹出口への連通部に、それぞれ導風板が設けられている特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の蓄冷式冷房ユニット。

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