JP5570750B2 - 自動車用空調システム - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の前提部に示された種類の自動車用空調システムに関する。

添付図面の図１は、従来の自動車用空調システムの概略平面図である。同図において１で全体が指示されているものは、防火壁であり、乗員室２と内燃機関４を収容する自動車用機関室３とを分離している。図１に示された従来技術では、車両は、乗員室２に流入する空気の冷却回路を冷媒（例えば弗素化されているＨＦＣ）で動作する蒸気圧縮回路の形式で備える。回路は、４個の主要部品、すなわち圧縮機５、凝縮器６、膨張機器７及び蒸発器８を含む。前記伝統的解決法では、冷却回路の部品は、蒸発器８を除いて全てが機関室３内に位置し、蒸発器８は、逆に乗員室２内に位置し、通常はダッシュボード内であり、乗員室内の調整空気流通用にダッシュボード上に設けられた出口へ蒸発器８を介して空気流を導くためのプラスチック材料製格納構造内にある。膨張機器７は、通常、乗員室２と機関室３との境界を成す防火壁１に該当する領域に設置される。作動流体は、高温高圧液体状態で機関室から蒸発器８へ向かう。前記流体は、膨張機器７を通るとき、圧力が下がり、冷やされる。蒸発器８を通るとき、吸収により、潜熱の形で大気から熱を奪い、冷却し、除湿し、飽和蒸気又は過熱蒸気の状態になる。このように、熱が乗員室から奪われ、２段階で再び外部環境へ伝えられる。すなわち、最初、乗員室の空気から低圧熱交換器（つまり蒸発器８）の気体圧縮回路作動流体へ通り、次に、圧縮機の高圧力レベルに晒され、車両前部に装着された熱交換器（凝縮器６）を通じて外部環境へ伝えられる。

もう一度図１を参照すると、替わりに乗員室の加熱に使用されるシステム部分が機関４を冷却するシステムの分岐９によって得られており、水とエチレングリコールの液体状態混合物で動作している。この高温混合物は、乗員室内にある自動車ダッシュボードの空調モジュール内で、乗員室に流れる気流に関して蒸発器８の下流に設置された熱交換器１０又は放射物体（radiant mass）を通る。乗員室の外部から導入された新鮮な空気は、先ず蒸発器８により冷却・除湿され、その後必要に応じて両システムが動作している場合には、放射物体１により加熱される。空気加熱回路が動作していないときには、高温液体の加熱器１０への流通は弁（不図示）によって阻止され、前記高温液体は、バイパス管（不図示）を流れる。或るシステムでは、気流に作用するハッチが同じ機能を有し、放射物体を遮断するか、気流の全て又は一部の通過を行う。

添付図面の図２は、第２の種類の空調システム（それ自体は、やはり公知である。）を示しており、本発明に関連して特にこれを参照する。図２のシステムでは、熱は、乗員室の空気から空気冷却２次回路により取り去られる。図２では、図１の部品と共通のものは、同一の参照番号を付している。図から理解できるように、図２の事例でも、凝縮器６、蒸発器１１（「冷却器」ともいう。）、圧縮機５及び膨張機器７を含む１次冷却回路が設けられているが、この事例では、前記１次冷却回路の全部品は、冷却器１１を含め、機関室内に収容されている。上記２次冷却回路は、乗員室の空気から熱を奪うが、乗員室加熱回路で使用するものと同種の水とエチレングリコールの混合物で動作し、乗員室と１次回路の間に設置されている。２次回路は、基本的に２つの熱交換器から成っており、第１の熱交換器は、上述したものと同じ冷却器１１から成り、機関室内に置かれ、２次回路の流体から熱を奪う中間熱交換器として機能し、第２の熱交換器１２（「空気冷却器」ともいう。）は、蒸発器８の替わりにダッシュボード内で乗員室に向かう気流に関して加熱器１０の上流に設置され、熱交換器１１から来る冷却流体を受けてこれを通る空気から熱を奪う。以上のように、図２に示された公知の解決法は、図１のものと次の２つの主要な点で異なっている。
１）気体圧縮回路が完全に機関室内に収容されている点、及び
２）熱が、直接でなく、水とエチレングリコールの混合物で動作する２次回路の介在によって乗員室の空気から奪われる点。
２次回路において熱の媒介物として機能する混合物は、通常機関軸からのベルト伝動で駆動される機関冷却システムのポンプとは独立して電気的に動作されるポンプ１３によって２次回路内で推し進められる。

上述した公知の解決法は、共に欠点を持っている。乗員室を強く熱するような気象条件下で自動車が長時間静止しているとき（例えば、未だ日が高いときに夏の日差しの中で長時間静止していた自動車の中に入ろうとするとき）、空調システムは、最大出力に設定され、快適な環境状態を生じるよう乗員室の空気を急速に変化させねばならない。空気が他の新鮮な空気に完全に替えられたとき、空調システムの動作点は、最大出力状態から、１次流体が作用する回路特に蒸発器を通る冷却気体と空気の流量低下を特徴とする快適状況維持状態へ変更される。「直接蒸発」（図１）とも言われる伝統的なシステムは、約１０分という時間内での快適状態達成を保証できるような大きさである。したがって、頻繁に長時間旅行に用いられる車両では、システムが十分活用されていないことが通常であり、これは、部品の大きさが、この場合、最初の数分間の動作でのみ実行される最大出力要件に従っているからである。これを逆の視点から見ると、長距離旅行用に設計されたこの種の車両における空調システムは、殆どの運転時間で必要とする出力に対して過大であるということができる。

２次回路システムは、更に障害を持っており、これは、中間熱交換器（冷却器）と２次回路を満たしている水・グリコール混合充填物とによる熱慣性のため快適状態到達に要する時間がかなり長いことである。この２次回路システムの障害を克服するのに有効であると分かっていた解決法は、容積の大きい圧縮機の採用である。

本発明の目的は、公知の解決法の欠点を克服することであり、特に任意の動作条件において冷却要求を効果的に満足することができ、一般的な使用条件に関して大きさが過大とならない空調システムを提供することである。

更なる目的は、これまでに製造された同種のシステムに比して複雑さを増すことなく、任意の使用条件での高性能要求に効果的に応えられる自動車用空調システムを提供することである。

前記目的の達成を視野に入れると、本発明の主題は、請求項１で特定された特徴を持つシステムである。

本発明の根底にある基本的な発想は、加熱システムの一部を形成する熱交換器を空調システムが最大出力を要求された動作状態で追加冷却手段として使用することである。この結果、最大冷却出力が求められた状況への効果的対応が可能となり、一般的動作条件用のシステムを大きなものにする必要がない。

乗員室冷却の過渡時に「熱い」放射物体に冷たい混合物を供給することにより、冷却回路で利用される基本的出力を補完する追加冷却出力を利用することが可能となる。前記追加出力は、過渡期の最初の段階でのピーク需要対応を可能とすることにより、２次回路の熱慣性の克服を可能とし、この結果、必要な時間内での、また伝統的な直接蒸発システムで既に保証されていた快適性の保証が可能となる。

ここで、添付図面を参照して本発明を説明するが、図面は、単なる例示として示されている。
既述の公知技術によるシステムの概略図である。 既述の公知技術によるシステムの概略図である。 本発明によるシステムの好適な実施形態の概略図である。

公知の解決法に関する図１及び図２の概略図については、既に上述した。

図３は、本発明によるシステムの実施例を示しており、図２で既に示した２次回路の型式である。図３では、図２と共通する部品には同一参照番号を付与している。図３から明らかなように、図２との主たる相違は、この場合、２次回路と加熱回路が図３の１４、１５で示される節点で相互に通じているという事実にある。図３に示されているように、前記節点１４、１５の一方又は双方に任意の公知手段を用いて制御できる四方弁が設けられている。弁１６、１７は、任意の公知構造であり、乗員室加熱動作状態に対応する第１動作状態では、機関から来る加熱流体は放射物体１０を通じて導かれ、その後機関に戻るが、熱交換器１１（冷却器）から来て２次回路を通る流体は熱交換器１０を通じてのみ流れることができる。その替わりに、乗員室の加熱がされない場合、弁１６と１７は、自動的に（例えば、弁１６と１７が電磁弁である場合、電子制御ユニットによって）、熱交換器１１（冷却器）から来て２次回路を通る流体が熱交換器１０と熱交換器１２の双方を通って流れる動作状態にされる。そして、熱交換器１０、１２の出力の流れは、単一の導管へ運ばれ、再び２次回路、ポンプ１３に戻される。前記状態では、熱交換器１０を通る導管と機関冷却回路との連絡は遮断される（添付図面は、このそれ自体公知の手段を表現していないが、加熱システムが動作されていないときには、これによって機関から来て熱交換器１０を通る冷却剤の流通がとにかく避けられる。）

本発明の場合、２次回路を１つ又は２つの四方弁１６、１７で乗員室加熱回路と結合することにより、一時的な特別出力要求に対して、冷却物体（cold mass）１２の下流空気流路に沿って設置され通常は車両の熱機関冷却回路から加熱混合物が供給される放射物体１０にも冷却混合物を供給することが可能となる。

以上のように、伝統的なシステムに幾つかの簡単な改良を施すことにより所期の結果が得られるが、これは、１つ又は２つの四方弁１６、１７を導入することと、伝統的型式の放射物体１０を通常熱交換器−蒸発器８に備えられる装置を含む熱交換器で置き換え、熱交換器を通る湿った空気から取られて熱交換器筒のフィンに堆積する凝縮水を適当に排出することにある。更に、同じ理由で、通常蒸発器８がある領域に存在する凝縮液放出装置に類似したものを採用しなければならない。加えて、必要なことは、熱交換器１２と１０をそれぞれ通る２つの分岐における水／グリコール混合物の流れに対する反対圧力が確実に等しいようにすることである。最後に、前回旅行の間に湿潤空気から取り出した凝縮液で湿ったままである熱交換器冷却物体による、所謂「瞬間的雲霧」現象を克服するため、ある点ではそれ自体公知であるが、システム動作の最初の数分間、運転者の足に空気流を向け、物体を乾燥させることも考えられる。

以上のように、上記改良が簡単なため、本発明では、乗員室の空気加熱用にどんな場合にも設けられている熱交換器を乗員室の空気冷却用にシステムの出力ピークが要求されるという利用条件下で更に冷却源として利用することが可能となる。

当然のことながら、本発明の原理を損なうことなく、構造や実施形態の細部について単なる例として説明し図示したものを本発明の範囲から逸脱せずに幅広く変えることが可能である。

１ 防火壁
２ 乗員室
３ 機関室
４ 内燃機関
５ 圧縮機
６ 凝縮器
７ 膨張機器
８ 蒸発器
９ 分岐
１０ 熱交換器
１１ 蒸発器
１２ 熱交換器
１３ ポンプ
１４ 節点
１５ 節点
１６ 弁
１７ 弁

Claims (4)

1. 圧縮機（５）、凝縮器（６）、膨張機器（７）、及び蒸発器（１１）を順番に接続する第１の循環流路を備え、熱を伝える第１の流体を前記第１の循環流路に沿って前記圧縮機（５）、前記凝縮器（６）、前記膨張機器（７）、及び前記蒸発器（１１）を介して循環する第１の冷却回路と、
   前記蒸発器（１１）、冷却用熱交換器（１２）、及びポンプ（１３）を順番に接続する第２の循環流路を備え、熱を伝える第２の流体を前記第２の循環流路に沿って前記蒸発器（１１）、前記冷却用熱交換器（１２）、及び前記ポンプ（１３）を介して循環する第２の冷却回路と、
   内燃機関（４）及び加熱用熱交換器（１０）を接続する第３の循環経路を備え、熱を伝える第３の流体を前記第３の循環経路に沿って前記内燃機関（４）及び前記加熱用熱交換器（１０）を介して循環する加熱回路と、
   前記第２の流体が前記蒸発器（１１）から前記冷却用熱交換器（１２）に送られる前記第２の循環経路の一部と、前記第３の流体が前記内燃機関（４）から前記加熱用熱交換器（１０）に送られる前記第３の循環経路の一部との間をつなぐ第１の弁（１４）と、
   前記第２の流体が前記冷却用熱交換器（１２）から前記蒸発器（１１）に送られる前記第２の循環経路の一部と、前記第３の流体が前記加熱用熱交換器（１０）から前記内燃機関（４）に送られる前記第３の循環経路の一部との間をつなぐ第２の弁（１５）と、
   暖房時、前記蒸発器（１１）からの前記第２の流体が、前記冷却用熱交換器（１２）を通過することなく、前記第１の弁（１４）、前記加熱用熱交換器（１０）、及び第２の弁（１５）を介して前記蒸発器（１１）に送り戻されるとともに、前記第３の流体が前記内燃機関（４）から前記加熱用熱交換器（１０）に送られるように、前記第１の弁（１４）と前記第２の弁（１５）を制御する制御部を有する、自動車用空調システム。
2. 前記制御部は、非暖房時、前記蒸発器（１１）からの前記第２の流体が、前記第１の弁（１４）を介して前記加熱用と冷却用の熱交換器（１０，１２）に運ばれた後、前記第２の弁（１５）で集められて、前記蒸発器（１１）に戻されるように、前記第１の弁（１４）と前記第２の弁（１５）を制御する、請求項１の自動車用空調システム。
3. 前記加熱用と冷却用の熱交換器（１０，１２）は乗員室（２）に配置され、前記圧縮機（５）、前記凝縮器（６）、前記膨張機器（７）は機関室（３）に配置されている、請求項１又は２の自動車用空調システム。
4. 前記第１の弁（１４）と前記第２の弁（１５）はそれぞれ四方弁である、請求項１から３のいずれかの自動車用空調システム。

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