JP6683102B2 - 吸着式ヒートポンプを備えた車両用エアコン装置 - Google Patents
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以下、図1〜図3を用いて第1の実施の形態に係る吸着式ヒートポンプを備えた車両用エアコン装置10(以下、車両用エアコン装置10という)について説明する。図1及び図2に示されるように、車両用エアコン装置10は、吸着式ヒートポンプ20を備えたエアコン装置として構成されている。また、車両用エアコン装置10は、「内燃機関」としてのエンジン80と吸着式ヒートポンプ20との間において冷却液を循環させるための「循環路」としての第1循環回路40と、吸着式ヒートポンプ20と室内熱交換器52との間において冷却液を循環させるための第2循環回路50と、吸着式ヒートポンプ20と室外熱交換器62との間において冷却液を循環させるための第3循環回路60と、を含んで構成されている。第1循環回路40では「高温」の冷却液が循環し、第2循環回路50では冷房時には「冷温」の冷却液が循環し、暖房時には「低温」の冷却液が循環する。さらに、第3循環回路60では、冷房時は「低温」の冷却液が循環し、暖房時には「冷温」の冷却液が循環する。
以下、車両用エアコン装置10の構成について説明する。
本実施の形態の車両用エアコン装置10は、吸着式ヒートポンプ20を含んで構成されている。吸着式ヒートポンプ20は、複数(本実施の形態では2つ)の容器を備えており、一方の容器において吸着工程が行われ、他方の容器において脱離工程が行われるようになっている。すなわち、一方の容器において、吸着剤32によって冷媒(水)を吸着し、吸着剤32による冷媒の吸着に伴って冷媒が蒸発することで生じる蒸発潜熱を利用して、「冷温」に冷却された冷却液を得るようになっている。また、他方の容器において、冷媒(水)を吸着した吸着剤32を加熱することで、吸着剤32から冷媒(水)を脱離するようになっている。そして、吸着式ヒートポンプ20では、各容器内において吸着工程及び脱離工程が繰り返し行われる。
以下、具体的に説明する。
第1循環回路40は、エンジン80と吸着式ヒートポンプ20とを接続し、詳しくは、第1循環回路40は、エンジン80と脱離工程側の吸着脱離部(第1吸着脱離部22A、第2吸着脱離部24A)とを接続し、両者間において冷却液を循環させるための回路として構成されている。第1循環回路40は、第1循環回路40の上流側の部分を構成する上流側配管40Aと、第1循環回路40の下流側の部分を構成する下流側配管40Bと、を有している。そして、上流側配管40Aが4方弁26Bに接続されており、下流側配管40Bが4方弁26Aに接続されている。
第2循環回路50は、吸着式ヒートポンプ20と、熱交換器である室内熱交換器52と、を接続し、両者間において冷却液を循環させるための回路として構成されている。ここで、室内熱交換器52としては、例えばクーラコアが用いられる。なお、室内熱交換器52は、室内空調ユニット70の一部を構成しており、室内空調ユニット70については後述する。第2循環回路50は、第2循環回路50の上流側の部分を構成する上流側配管50Aと、第2循環回路50の下流側の部分を構成する下流側配管50Bと、を有している。そして、吸着式ヒートポンプ20及び室内熱交換器52が、上流側配管50A及び下流側配管50Bによって接続されている。具体的には、上流側配管50Aが4方弁28Bに接続されており、下流側配管50Bが4方弁28Aに接続されている。さらに、下流側配管50Bには、冷却液を循環させるための第2ポンプ54が設けられている。この第2ポンプ54には、電気的に動作する電動ウォータポンプが採用されている。すなわち、エンジン80が停止した場合でも第2循環回路50において冷却液を循環させることができる。
第3循環回路60は、吸着式ヒートポンプ20と、熱交換器である室外熱交換器62と、の間を接続し、両者間において冷却液を循環させるための回路として構成されている。なお、室外熱交換器62は、車両のエンジンルームの前端部に配置されており、エンジン冷却用のラジエータ42とは別の熱交換器として構成されている。第3循環回路60は、第1側配管60Aと、第2側配管60Bと、を有している。そして、第1側配管60Aが、前述した4方弁26Aと4方弁28Aとの間を連結しており、第2側配管60Bが、前述した4方弁28Bと4方弁26Bとの間を連結している。また、第1側配管60A及び第2側配管60Bの中間部には、室外熱交換器62が設けられており、第1側配管60A及び第2側配管60Bを循環する冷却液が室外熱交換器62によって冷却される構成となっている。さらに、4方弁28Aと室外熱交換器62との間には、冷却液を循環させるための第3ポンプ64Aが設けられ、室外熱交換器62と4方弁26Bとの間には、冷却液を循環させるための第4ポンプ64Bが設けられている。第3ポンプ64A及び第4ポンプ64Bには、電気的に動作する電動ウォータポンプが採用されている。すなわち、エンジン80が停止した場合でも第3循環回路60において冷却液を循環させることができる。
図3に示されるように、室内空調ユニット70は、通風ダクト72を有している。通風ダクト72の上流側には、図示しない外気導入用の空気取入口、内気導入用の空気取入口、が設けられている。また、通風ダクト72内には、その上流側において、ブロワファンを備えたブロワ74が設けられており、空気取入口又は空気取入口から通風ダクト72内に導入された空気をブロワ74によって通風ダクト72の下流側へ送風するように構成されている。
冷房要求時には、制御部30が4方弁26A,26B及び4方弁28A,28Bの切替を制御することで、吸着工程側の吸着脱離部を4方弁26A,26Bによって第3循環回路60に接続させ、吸着工程側の蒸発凝縮部を4方弁28A,28Bによって第2循環回路50に接続させる。一方、脱離工程側の吸着脱離部を4方弁26A,26Bによって第1循環回路40に接続させ、脱離工程側の蒸発凝縮部を4方弁28A,28Bによって第3循環回路60に接続させる。
暖房要求時には、制御部30が4方弁26A,26B及び4方弁28A,28Bの切替を制御することで、吸着工程側の吸着脱離部を4方弁26A,26Bによって第3循環回路60に接続させ、吸着工程側の蒸発凝縮部を4方弁28A,28Bによって第3循環回路60に接続させる。一方、脱離工程側の吸着脱離部を4方弁26A,26Bによって第1循環回路40に接続させ、脱離工程側の蒸発凝縮部を4方弁28A,28Bによって第2循環回路50に接続させる。
上述のとおり、第1循環回路40では、冷房要求時及び暖房要求時ともにエンジン80と吸着式ヒートポンプ20との間で冷却液が循環している。まず、エンジン80内で受熱されて「高温」となった冷却液がエンジン80から排出されると、ヒータコア44に流れる。ヒータコア44では、冷却液から熱が放出されることで冷却液の温度が低下する。続いて、冷却液がヒータコア44から排熱回収器82に流れる。排熱回収器82ではエンジン80より排出される排気ガスにより、冷却液は再び受熱し、「高温」となる。以上、第1循環回路40を循環する冷却液は、ヒータコア44において熱を放熱しても、吸着脱離部における脱離工程を促すのに十分な駆動エネルギ(熱エネルギ)を得ることができる。
このように、第1の実施の形態の車両用エアコン装置10によれば、4方弁26A,26B又は4方弁28A,28Bを切り替えることで、冷房運転と暖房運転とを切り替えることができる。そして、第1の実施の形態の車両用エアコン装置10は、4方弁26A,26B及び4方弁28A,28Bを同時に切り替えて、第1容器22及び第2容器24のいずれか一方の吸着工程と、いずれか他方の脱離工程とを連続的に入れ替えることにより冷房運転又は暖房運転を連続的に行うことができる。
従来のように、エンジンの稼働によって動作する機械式のウォータポンプの場合は、アイドリングストップ等のエンジン80の停止に伴い、吸着式ヒートポンプへの駆動エネルギ(熱エネルギ)の供給が停止される。すなわち、エンジン80の停止中は「高温」の冷却液の温度が低下するため、駆動エネルギ(熱エネルギ)を確保することができず、冷房性能が低下する。これに対し、本実施の形態では、第1ポンプ46を電動ウォータポンプとすることにより、アイドリングストップ時などのエンジン80の停止時においても、吸着脱離部における脱離工程を促すのに十分な駆動エネルギ(熱エネルギ)を供給することが可能となる。すなわち、エンジン80の稼働時と変わらずに車両用エアコン装置10を駆動させることができる。これにより、アイドリングストップ時などのエンジン80の停止時においても冷房の性能を維持することができる。
以下、図4及び図5を用いて第2の実施の形態に係る吸着式ヒートポンプを備えた車両用エアコン装置100(以下、車両用エアコン装置100という)について説明する。第2の実施の形態では、以下に示す点を除いて第1の実施の形態と同様に構成されている。なお、以下の説明では、第1の実施の形態と同様に構成されている部材には、同一の符号を付し、主として第1の実施の形態との相違点を中心に説明する。
冷房要求時には、制御部30が4方弁26A,26B、4方弁28A,28B、及び4方弁104A,104Bを制御することで、吸着工程側の吸着脱離部を第3循環回路60に接続させ、吸着工程側の蒸発凝縮部を第2循環回路50に接続させる。一方、脱離工程側の吸着脱離部を第1循環回路40に接続させ、脱離工程側の蒸発凝縮部を第3循環回路60に接続させる。
暖房要求時には、制御部30が4方弁26A,26B、4方弁28A,28B、及び4方弁104A,104Bを制御することで、吸着工程側の吸着脱離部を第2循環回路50に接続させ、吸着工程側の蒸発凝縮部を第3循環回路60に接続させる。一方、脱離工程側の吸着脱離部を第1循環回路40に接続させ、脱離工程側の蒸発凝縮部を第3循環回路60に接続させる。
上記第2の実施の形態では、暖房要求時において、吸着熱を補助熱源として活用しているが、変形例では、制御部30によって4方弁28A,28B、及び4方弁104A,104Bを切替制御することで、第1の実施の形態と同様に、凝縮熱を補助熱源として活用するように構成している。この場合、吸着工程側の吸着脱離部を第3循環回路60に接続させ、吸着工程側の蒸発凝縮部を第3循環回路60に接続させる。一方、脱離工程側の吸着脱離部を第1循環回路40に接続させ、脱離工程側の蒸発凝縮部を第2循環回路50に接続させる。
以上、第2の実施の形態及びその変形例の車両用エアコン装置100によれば、第1の実施の形態と同様に4方弁26A,26B又は4方弁28A,28Bを切り替えることで、冷房運転と暖房運転とを切り替えることができる。そして、第2の実施の形態及びその変形例の車両用エアコン装置100は、4方弁26A,26B及び4方弁28A,28Bを同時に切り替えて、第1容器22及び第2容器24のいずれか一方の吸着工程と、いずれか他方の脱離工程とを連続的に入れ替えることにより冷房運転又は暖房運転を連続的に行うことができる。
20 吸着式ヒートポンプ
22 第1容器(容器)
22A 第1吸着脱離部(吸着脱離部)
22B 第1蒸発凝縮部(蒸発凝縮部)
24 第2容器(容器)
24A 第2吸着脱離部(吸着脱離部)
24B 第2蒸発凝縮部(蒸発凝縮部)
40 第1循環回路(循環路)
80 エンジン(内燃機関)
82 排熱回収器
84 蓄熱材
86 蓄熱器
44 ヒータコア
46 第1ポンプ(循環ポンプ)
100 吸着式ヒートポンプを備えた車両用エアコン装置
Claims (2)
- 冷媒の吸着及び脱離を行う吸着脱離部と、冷媒の蒸発及び凝縮を行う蒸発凝縮部と、を有する複数の容器を含んで構成され、前記容器内において吸着工程及び脱離工程が繰り返し行われる吸着式ヒートポンプと、
内燃機関と脱離工程側の前記吸着脱離部との間で冷却液を循環させるための循環路と、
前記内燃機関から脱離工程側の前記吸着脱離部に至るまでの前記循環路において、上流側から順に配置された、ヒータコアと、前記内燃機関より排出される排気ガスから熱を回収する排熱回収器と、蓄熱材を備えた蓄熱器と、
前記ヒータコアが配置されたダクト内部に設けられた熱交換器と、
冷房要求時は吸着工程側の前記蒸発凝縮部と前記熱交換器との間を冷却液が循環し、暖房要求時は吸着工程側の前記吸着脱離部又は脱離工程側の前記蒸発凝縮部と前記熱交換器との間を冷却液が循環するように切り替えを行う複数のバルブと、
を有する吸着式ヒートポンプを備えた車両用エアコン装置。 - 前記内燃機関が停止している場合に前記循環路において前記冷却液を循環可能な循環ポンプを有する請求項1に記載の吸着式ヒートポンプを備えた車両用エアコン装置。
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