JP6526643B2 - 自動車両の空気を冷却するための要素および空調装置 - Google Patents

Description

本発明は、自動車両内の空気を冷却するための要素に関し、特に、複合相変化材料を備える自動車両内の空調装置の領域内の要素に関する。

自動車両用の空調装置は一般に空調ループを備え、該空調ループ内で熱伝達流体が循環する。空調ループは、特に、圧縮機と、第１の熱交換器と、膨張弁と、車室からの空気の入口のためのダクト内に配置される第２の熱交換器とを備える。

空調モードにおいて、空調ループは、第１の熱交換器が凝縮器として作用するとともに第２の熱交換器が蒸発器として作用するときに車室用の空気を冷却できるようにする。この形態において、車室用の空気から第２の熱交換器によって除去される熱エネルギーは、第１の熱交換器の領域内で凝縮によって解放される。

可逆的空調装置として知られるものの場合、車室用の空気は、ヒートポンプモードの空調ループを通過することによって加熱され得る。このモードでは、第１及び第２の熱交換器の機能が逆にされる。したがって、第１の熱交換器は、蒸発器として作用して、外気から熱エネルギーを除去する。前記熱エネルギーは、その後、凝縮器として作用する第２の熱交換器の領域内で解放され、これにより、車室用の空気を加熱する。

それにもかかわらず、エンジンを自動的に停止させて再始動させるための装置を実現するためにオルタネータスターターを備える自動車両では、信号機で又は一時停止の道路標識で停止することにより、空調ループ内の圧縮機が動作を停止し、したがって、前記空調ループが動作を停止する。

空調モードにおいて車室用の空気の冷却を長引かせるために、複合相変化材料を備える要素を組み込むことが知られている。空調ループが動作状態にあるときに、複合相変化材料は、車室用の空気と同様に、固体状態へ移行しつつ熱エネルギーを熱伝達流体へ与える。空調ループが停止されると、相変化材料と接触して循環する車室用の空気は、液相へ移行しつつ空気から熱エネルギーを取得する前記相変化材料によって冷却される。

複合相変化材料は、相変化材料である少なくとも１つの第１の材料と、その構造が前記相変化材料のための支持マトリックスを形成する１つの第２の材料とを備える。複合相変化材料は、その複合構造に起因して相変化材料が固体状態であると或いは液体状態であろうとそれが硬質構造を維持するようになっている。

しかしながら、複合相変化材料の使用は、耐久性に関連する問題を引き起こす場合がある。実際に、使用を通じて、その支持マトリックス中に存在する相変化材料は、例えば蒸発によって或いは流れによって減少する場合がある。したがって、これは、経時的に、前記複合相変化材料の効率の低下をもたらす。

したがって、本発明の目的のうちの１つは、従来技術の欠点の少なくとも一部を克服する、経時的に耐久性がある複合相変化材料を備える空気を冷却するための要素と自動車両用の空調装置とを提案することである。

したがって、本発明は、相変化材料である少なくとも１つの第１の材料と、その構造が前記相変化材料のための支持マトリックスを形成する１つの第２の材料とから形成される複合相変化材料を備える、自動車両内の空気を冷却するための要素であって、前記複合相変化材料が熱伝導保護層で覆われる、要素に関する。

複合相変化材料が熱伝導保護層で覆われるという事実は、相変化材料が流れによって或いは蒸発によって逃げることを防止する。また、保護層が熱伝導しているという事実は、複合相変化材料に接触して通過する空気流と相変化材料との間で良好な熱交換を維持できるようにする。

本発明の１つの態様によれば、保護層が有機／無機ハイブリッドナノ粒子を有する疎油性及び疎水性の表面処理である。

本発明の他の態様によれば、保護層が高い熱伝導率を有する金属膜である。

本発明の他の態様によれば、保護層が熱伝導高分子の蒸発層である。

本発明の他の態様によれば、複合相変化材料が少なくとも１つの硬質構造補強体をその内部に備える。

本発明の他の態様によれば、硬質構造補強体が金属フレームワークである。

本発明の他の態様によれば、硬質構造補強体がプラスチックフレームワークである。

また、本発明は、外気と接触する第１の熱交換器と空調ハウジング内に配置される第２の熱交換器とを備える空調ループを備える自動車両用の空調装置であって、前述した空気を冷却するための少なくとも１つの要素を備え、前記要素が車室内の散気装置の領域に配置されることを特徴とする空調装置に関する。

本発明に係る空調装置の１つの態様によれば、空気を冷却するための少なくとも１つの要素は、車室内の散気装置の出口で拡散格子を形成する。

本発明に係る空調装置の他の態様によれば、空気を冷却するための少なくとも１つの要素は、車室に入る空気流を方向付ける及び／又は閉鎖するためのフラップを形成する。

本発明の他の特徴及び利点は、例示的で非限定的な例として与えられる以下の説明を読むと、及び、添付図面から、より明確に浮かび上がる。

第１の実施形態に係る自動車両用の空調装置の概略図である。 複合相変化材料の構造体の概略断面図である。 複合相変化材料の構造体の概略断面図である。 第２の実施形態に係る自動車両用の空調装置の概略図である。 第３の実施形態に係る自動車両用の空調装置の概略図である。 第４の実施形態に係る自動車両用の空調装置の概略図である。 第５の実施形態に係る自動車両用の空調装置の概略図である。 車室内の散気装置の分解斜視図である。

様々な図において、同一の要素は同じ参照数字を伴う。

図１は、空調装置１の概略図である。前記空調装置１は、熱伝達流体が循環する空調ループを備えるとともに、第１の熱交換器１２、膨張弁１４、第２の熱交換器１６、及び、圧縮機１０を備える。

第１の熱交換器１２は、例えば前面の領域で、車外の空気と接触する状態で配置されてもよい。前記第１の熱交換器１２は特にファン１８に結合されてもよく、このファン１８は、自動車両が低速で移動している或いは停止してしまっている場合に、外気が前記熱交換器を通過できるようにする。また、第２の熱交換器１６は空調ハウジング２内に配置される。圧縮機１０は第２の熱交換器１６の出口に配置され、また、膨張弁１４は前記熱交換器の入口に配置される。空調ループが空調モードにあって車室用の空気を冷却しているとき、第１の熱交換器１２は、熱伝達流体が気相から液相へ移行できるようにするべく熱エネルギーを空気に与える凝縮器であり、また、第２の熱交換器１６は、熱伝達媒体が液相から気相へ移行できるようにするべく車室用の空気の熱エネルギーを捕捉する蒸発器である。

また、空調ハウジング２は、混合チャンバ２６と、空気分配ダクト３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃとを備える。空調ハウジング２の上流側には、空気を前記空調ハウジング２を通じて推進させるためのファン２２が配置されてもよい。

車室用の空気は、ファン２２によって推進されて、第２の熱交換器１６を通り、混合チャンバ２６に入る。前記混合チャンバ２６内への空気の流入は、混合フラップ２４によって制御されて調整される。混合フラップ２４の方向は、車室用の空気を分配ダクトへ向けて直接に案内できるようにし、したがってこの場合には空気は冷えており、或いは、車室用の空気を実際にヒータ３２を通じて、例えば正の温度係数を有する付加的な電気加熱装置を通じて案内できるようにし、したがってこの場合には空気が加熱されている。また、中間位置もあり、この中間位置では、空気が混合フラップ２４の両側を通過し、これにより、冷気を混合チャンバ２６内で加熱空気と混合させることができる。混合チャンバから、車室用の空気は、閉鎖フラップ２８により空気分配ダクト３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃを介して車室の領域へと分配される。例えば、空気分配ダクト３０Ａは、ウインドスクリーンよりも下側の空気出口へ向けて空気を案内し、空気分配ダクト３０Ｂは、ダッシュボードにある出口へ向けて空気を案内し、また、空気分配ダクト３０Ｃは、フットウェル領域内にあるダッシュボードの下側の空気出口へ向けて空気を案内する。

空調ハウジング２は、車両内の空気を冷却するための少なくとも１つの要素を更に備える。この要素は複合相変化材料４０を備え、その構造が図２ａ及び図２ｂに示される。前記複合相変化材料４０は、相変化材料４２である少なくとも１つの第１の材料と、その構造が前記相変化材料のための支持マトリックスを形成する１つの第２の材料４４とから形成される。複合相変化材料４０は、その複合構造に起因して相変化材料４２が固体状態であると或いは液体状態であろうとそれが硬質構造を維持するようになっている。

複合相変化材料４０の使用により、第２の熱交換器１６に組み込まれる相変化材料と比べて高い熱伝導率を確保できるとともに、良好な機械的強度も確保できる。

複合相変化材料４０は、流れによって或いは蒸発によって相変化材料４２が逃げることを防止する熱伝導保護層４６で覆われる。保護層４６が熱伝導しているという事実により、複合相変化材料４０と接触して通過する空気流と相変化材料４２との間で良好な熱交換を維持できる。外部環境と複合相変化材料４０との間で良好な熱伝導を維持するために、保護層４６は０〜１００μｍの厚さを有する。

熱伝導保護層４６は、特に、
−炭素繊維層、
−有機／無機ハイブリッドナノ粒子を有する疎油性及び疎水性の表面処理、
−高い熱伝導率を有する金属膜、又は、
−熱伝導高分子の蒸発層、であってもよい。

炭素繊維層又は高い熱伝導率を有する金属膜の形態を成す保護層４６は、特に、２０μｍ以上の厚さを有し、一方、表面処理又は熱伝導高分子の蒸発層の形態を成す保護層４６は、２０μｍ未満の厚さを有する。

厚い保護層４６は、より低い熱伝導を有するが、より高い保護潜在能力を有し、また逆に、より薄い保護層は、より良好な熱伝導を有するが、低い保護潜在能力を有する。したがって、保護層４６のタイプの選択は、空調装置１内の複合相変化材料４０の配置に依存する。

複合相変化材料４０で使用される相変化材料４２は、特に、植物由来の或いは他の由来の有機又は無機の相変化材料であってもよい。相変化材料は９〜１３℃の融解温度を有することが好ましい。また、高いエネルギー蓄積能力を確保するため、したがって、車室用の空気から熱を除去するために、前記相変化材料は、好適には、１００〜３００ＫＪ／ｋｇの潜熱を有する。

複合相変化材料４０内の相変化材料４２のための支持マトリックスを形成する第２の材料４４は、炭素毛管繊維又は高分子毛管繊維のマトリックスであってもよい。

図２ｂに示されるように、複合相変化材料４０は、少なくとも１つの硬質構造補強体４８をその内部に備えてもよい。この硬質構造補強体４８は、より良好な機械的強度を複合相変化材料４０に与える。硬質構造補強体４８は、例えば、複合相変化材料４０によって取り囲まれる金属フレームワーク又はプラスチックフレームワークであってもよい。

図１に示される本発明の第１の実施形態によれば、車両内の空気を冷却するための複合相変化材料４０を備える要素は、第２の熱交換器１６を少なくとも部分的に取り囲む。したがって、空調ループが停止されると、熱交換器を通過している車室用の空気は、空気と第２の熱交換器１６との間の熱エネルギーの伝達に起因して冷却され続ける。この熱エネルギーは、熱伝達流体によって除去されるのではなく、複合相変化材料４０によって吸収され、この場合、複合相変化材料が固体状態から液体状態へ移行する。

この第１の実施形態の変形によれば、複合相変化材料４０は、第２の熱交換器１６のための支持をもたらす材料として使用される。第２の熱交換器１６の周囲のこの形態は、特に、複合相変化材料４０を空調ハウジング２に組み込むために必要とされる空間を制限できるようにする。

また、車両内の空気を冷却するための複合相変化材料４０を備える要素は、空気入口ダクト２内で第２の熱交換器１６の下流側に配置されてもよく、それにより、車室用の空気と直接に接触でき、そのため、空気と熱エネルギーを効率的に交換することができ、その結果、空調ループが停止される場合にユーザの快適さを向上させることができる。この目的のため、複合相変化材料４０は、好適には、第２の熱交換器１６の下流側に配置される。

図３に示される第２の実施形態によれば、複合相変化材料４０は、第２の熱交換器１６と混合・再分配チャンバ２６との間に配置される。

図４に示される第３の実施形態によれば、車両内の空気を冷却するための複合相変化材料４０を備える要素は、空気分配管路３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ内に配置される。これにより、空調ハウジング内で複合相変化材料４０のために必要とされる空間を制限できる。

図５に示される第４の実施形態によれば、車両内の空気を冷却するための複合相変化材料４０を備える要素は、閉鎖フラップ２８に組み込まれる。これは、空調ハウジング２内で複合相変化材料４０のために必要とされる空間を制限できるようにするとともに、空気流の乱れを制限する。

複合相変化材料４０は、好適には、製造を容易にするため及び節減の目的で、前記閉鎖フラップ２８を形成してもよい。

図６に示される第５の実施形態によれば、車両内の空気を冷却するための複合相変化材料４０を備える要素は、空調ハウジング２の同じ壁に組み込まれる。同様に、これは、空調ハウジング２内で複合相変化材料４０のために必要とされる空間を制限できるようにするとともに、空気流の乱れを制限する。

また、複合相変化材料４０は、この場合も先と同様に製造を容易にするため及び節減の目的で、空調ハウジング２の壁であってもよく、好適には、空調ハウジング２の壁を形成してもよい。

図７に示される第６の実施形態によれば、車両内の空気を冷却するための複合相変化材料４０を備える要素は、車室内の散気装置３２の領域に配置される。それにより、相変化材料４０は、車室内の散気装置３２の出口で拡散格子３４を形成してもよく、或いは、車室に入る空気流を方向付ける及び／又は閉鎖するためのフラップ３６を形成してもよい。

したがって、熱伝導保護層を適用することにより、熱伝導保護層が包含する相変化材料が熱伝導保護層内にとどまるため、複合相変化材料の耐久性が更に高くなることが分かる。

Claims (5)

1. 外気と接触する第１の熱交換器（１２）と空調ハウジング（２）内に配置される第２の熱交換器（１６）とを備える空調ループを備える自動車両用の空調装置（１）であって、
   空気を冷却するための少なくとも２つの要素を備え、前記要素がそれぞれ車室内の散気装置（３２）の領域に配置され、
   前記要素はそれぞれ、９〜１３℃の融解温度を有する相変化材料（４２）である少なくとも１つの第１の材料と、その構造が前記相変化材料（４２）のための支持マトリックスであって炭素毛管繊維又は高分子毛管繊維の支持マトリックスを形成する１つの第２の材料（４４）とから形成される複合相変化材料（４０）を備える、自動車両内の空気を冷却するための要素であって、前記複合相変化材料（４０）が熱伝導保護層（４６）で覆われ、
   空気を冷却するための少なくとも２つの前記要素のうちの一方は、前記車室内の散気装置（３２）の出口で拡散格子（３４）を形成し、少なくとも２つの前記要素のうちの他方は、前記車室に入る空気流を方向付ける及び／又は閉鎖するための、前記拡散格子（３４）と別部材であるフラップ（３６）を形成することを特徴とする空調装置（１）。
2. 前記保護層（４６）が炭素繊維層であることを特徴とする請求項１に記載の空調装置（１）。
3. 前記複合相変化材料（４０）が少なくとも１つの硬質構造補強体（４８）をその内部に備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の空調装置（１）。
4. 前記硬質構造補強体（４８）が金属フレームワークであることを特徴とする請求項３に記載の空調装置（１）。
5. 前記硬質構造補強体（４８）がプラスチックフレームワークであることを特徴とする請求項３に記載の空調装置（１）。

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