JPH02220920A - 車両用蓄熱空調装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、蓄熱を利用して車両内の空調を簡便に行うた
めの車両用蓄熱空調装置に関する。

（従来の技術） 第４図は、ヒートポンプ式エアコンでの使用を目的とし
た蓄熱機能を有する可逆冷凍サイクルの構成図である。

コンプレッサ１０の吐出口は吐出マフラ１２を介して四
方弁１４の１つの流出入口１４ａに接続される。

この四方弁１４は他に３つの流出入口１４ｂ、１４ｅ、
１４ｄを有し、オフ状態で流出入口１４ａと１４ｂ及び
流出入口１４ｃと１４ｄが連通する一方、オン状態で流
出入口１４ａと１４ｃ及び流出入口１４ｂと１４ｄが連
通する。四方弁１４の流出入口１４ｂは、室外熱交換器
１Ｂの一端に接続される。この室外熱交換器１Ｂの近傍
には室外ファン１８が設けられる。室外熱交換器１６の
他端は可逆膨張弁２２の一端２２ａに接続される。

可逆膨張弁２２の他端２２ｂは、直動二方弁２４を介し
て室内熱交換器２Ｂの一端に接続される。この室内熱交
換器２６の近傍には室内ファン２８が設けられる。

室内熱交換器２６の他端は、可逆二方弁３０、四方弁１
４の流出入口１４ｃ、１４ｄ　、アキュムレータ３２及
び気液分離タンク３４を順次介してコンプレッサｌＯの
吸入口に至る。可逆二方弁３０は、オフ状態で室内熱交
換器２Ｂから四方弁１４の流出入口１４ｃへの方向にの
み冷媒を通過させることができる一方、オン状態では逆
方向にのみ冷媒を通過させることができる弁である。

可逆膨張弁２２の均圧管３６ａ、３８ｂ、３８ｃはコン
プレッサ１０の吸入口に接続され、感熱筒３８ａ、　３
８ｂは四方弁１４の流出入口１４ｄ近傍の温度を感知す
る。

この可逆膨張弁２２の両端２２ａ、　２２ｂ間にはキャ
ピラリ４０が接続される。直動二方弁４２と他のキャピ
ラリ４４とを直列接続したものが可逆膨張弁２２と直動
二方弁２４との中間点と、四方弁１４の流出入口１４ｄ
とアキュムレータ３２との中間点との間を連絡する。

暖房液バイパス４８の一端はストレーナ４Ｂを介して可
逆膨張弁２２と直動二方弁２４との間に接続される一方
、このバイパスの他端は直動二方弁４２とキャピラリ４
４との間に接続される。冷房液バイパス５２の一端はド
ライヤ５０を介して室外熱交換器１６と可逆膨張弁２２
との間に接続される一方、このバイパスの他端は均圧管
３８ｂ、　３８ｃの途中に接続される。

蓄熱槽ＢＯは、断熱体容器６２の中に蓄熱剤６４を充填
したものである。この例では、低温蓄熱のための蓄熱剤
８４として水を使用しており、蓄熱温度が０℃である。

蓄熱剤６４中には蓄熱熱交換器６Ｂと吸熱熱交換器６８
とが浸漬されている。蓄熱熱交換器６６は室内熱交換器
２６に対して並列接続される。

すなわち、直動二方弁７０の一端が可逆膨張弁２２と直
動二方弁２４との間に接続され、直動二方弁７０の他端
がニードル弁７２を介して蓄熱熱交換器６６の一端に接
続される。この蓄熱熱交換器６６の他端は、可逆二方弁
７４を介して前記可逆二方弁３０と四方弁１４の流出入
口１４ｃとの間に接続される。可逆二方弁７４は、オフ
状態で蓄熱熱交換器６６から四方弁１４の流出入口１４
ｃへの方向にのみ冷媒を通過させることができる一方、
オン状態では逆方向にのみ冷媒を通過させることができ
る弁である。

吸熱熱交換器６８は、蓄熱槽６０を通る閉ループ形サー
モサイホン７５の一部を構成する。このサーモサイホン
７５は、以上に説明したコンプレッサｌＯに繋がる冷媒
流路から独立した伝熱経路であって、上記のように蓄熱
温度が０℃である場合には、Ｒ−１２、Ｒ−２２等のフ
ロン系の冷媒がサーモサイホン７５中に封入されている
。サーモサイホン７５の途中にはこのサイホン中の冷媒
を循環させるポンプ７Ｂが設けられ、ポンプ７Ｂの一端
が吸熱熱交換器６８の一端に接続される。吸熱熱交換器
Ｂ８の他端は、前記室内熱交換器２Ｂとは別体の室内ル
ープ熱交換器８２の一端に接続される。この室内ループ
熱交換器８２の近傍には室内ファン８４が設けられる。

室内ループ熱交換器８２の他端はポンプ７６の他端に接
続される。

以上に説明した可逆冷凍サイクルを備えたエアコンでは
、四方弁１４を切替えて冷房も暖房もできるだけでなく
、冷房については、■蓄熱エネルギを利用せずにコンプ
レッサを運転するコンブ専用運転、■コンプレッサを停
止して蓄熱エネルギだけを利用する蓄熱専用運転、■コ
ンブ専用運転と蓄熱専用運転との併用運転である蓄熱コ
ンブ併用運転の３つのパターンでの運転が可能である。

例えば深夜電力を利用して蓄熱槽６０に低温蓄熱を行う
場合には、コンプレッサ１０を駆動し、四方弁１４をオ
フ状態にし、直動二方弁７０オン、直動二方弁２４．４
２及び可逆二方弁３０．７４オフの状態で、室外ファン
１８をオンさせる。ポンプ７Ｂと室内ファン２８　、８
４とはともにオフさせておく。この場合は、直動二方弁
２４が閉じている一方、直動二方弁７０が開いているか
ら、低温低圧の液冷媒が蓄熱熱交換器８Ｂに供給される
。この液冷媒が蓄熱熱交換器６６で気化する際に蓄熱剤
６４から熱を奪う。これにより、蓄熱剤Ｂ４が凝固して
潜熱蓄熱がなされる。蓄熱剤６４をパラフィン等の高温
用のものに入替え、低温蓄熱とは逆方向に冷媒を循環さ
せれば、蓄熱槽ＢＯに高温蓄熱を行うことができる。蓄
熱剤６４に蓄積された熱を利用する場合は、サーモサイ
ホン７５内の冷媒をポンプ７Ｇで循環させて蓄熱１’？
！Ｇｏの熱を室内ループ熱交換器８２へ輸送し、室内フ
ァン８４をオンさせる。

（発明が解決しようとする課題） 以上に説明した可逆冷凍サイクルは、構成部品全部を普
通乗用自動車等に搭載するには大きなスペースを取り過
ぎる。また、部品点数が多いから、高信頼性を実現する
ためにはサイクル全体がコスト高にならざるを得ない。

また、コンプレッサを含むので、特に電気自動車に搭載
する場合に消費電力が大であることが問題となる。

本発明は、以上の事情を考慮してなされたものであって
、省スペース、低コスト及び低消費電力を実現した車両
用空調装置を提供することを目的とする。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明に係る車両用蓄熱空調装置は、前記の目的を達成
するために、低温用又は高温用の蓄熱剤が充填された槽
内にこの蓄熱剤と熱交換可能に蓄熱熱交換器と吸熱熱交
換器とを配して蓄熱槽を構成し、この蓄熱槽外から蓄熱
熱交換器に液冷媒又はガス冷媒を供給するための接続配
管を設けるとともに、吸熱熱交換器を通るループ状配管
を設け、このループ状配管の途中にこの配管中の冷媒の
循環を制御する弁と室内熱交換器とを設けて蓄熱回収用
の閉ループ形サーモサイホンを構成し、車内の空気を循
環させてこの空気を主熱交換器と熱交換させるファンを
設けたものである。

（作　用） 低温用蓄熱剤が充填された蓄熱槽の場合には、接続配管
を通して蓄熱熱交換器に液冷媒を供給する。高温用蓄熱
剤の場合には蓄熱熱交換器にガス冷媒を供給する。液冷
媒又はガス冷媒は蓄熱熱交換器で蓄熱剤と熱交換し、蓄
熱剤に低温蓄熱又は高温蓄熱がなされる。本発明に係る
車両用蓄熱空調装置は、以上のようにして低温蓄熱又は
高温蓄熱を行った状態で使用される。

閉ループ形サーモサイホンの途中に設けられた弁を閉じ
ておけばサイホン内での熱輸送が禁止されるが、この弁
を開けばこのサーモサイホン内の冷媒の循環が可能にな
るので、吸熱熱交換器及び主熱交換器の各位置での熱交
換が生じ、ファンの運転によって車内に冷風又は温風が
供給される。

つまり、本発明に係る車両用蓄熱空調装置は、コンプレ
ッサを備えないけれども、蓄熱槽の蓄熱エネルギだけを
利用して冷暖房を実行することができる。

（実施例） 第１図は、本発明の実施例に係る車両用蓄熱空調装置２
の構成図である。

蓄熱槽６０は、断熱体容器６２の中に低温蓄熱のための
蓄熱剤６４として水を充填したものである。

蓄熱剤６４中には蓄熱熱交換器８Ｂと吸熱熱交換器Ｂ８
とが浸漬されている。蓄熱熱交換器６６の両端は接続配
管として蓄熱槽６０外に突出し、この配管端部開口が開
放しており、これら配管の終端にフレヤナット　８８．
８８がそれぞれ取付けられている。吸熱熱交換器６８は
、蓄熱槽６０を通る閉ループ形サーモサイホン７５の一
部を構成する。このサーモサイホン７５内には、真空引
きの後、使用温度条件で相変化を起こす適当な冷媒が封
入される。蓄熱温度が０℃である場合には、Ｒ−１２、
Ｒ−２２等のフロン系の冷媒が適当である。サーモサイ
ホン７５の途中にはこのサイホン中の冷媒を循環させる
ポンプ７６が設けられ、ポンプ７６の一端が直動二方弁
７８を介して吸熱熱交換器６８の一端に接続される。吸
熱熱交換器８８の他端は、主熱交換器８３の一端に接続
される。この主熱交換器８３の近傍には主ファン８５が
設けられる。主熱交換器８３の他端はポンプ７６の他端
に接、続される。

第２図は、蓄熱槽６０に蓄熱を行うた。めの車両に搭載
されないチャージユニット　４の構成図である。

コンプレッサ１０の吐出口は四方弁１４の１つの流出入
口１４ａに接続される。この四方弁１４は、他に３つの
流出入口１４ｂ、１４ｃ、１４ｄを有し、前記と同様に
オフ状態で流出入口１４ａと１４ｂ及び流出入口１４ｃ
と１４ｄが連通ずる一方、オン状態で流出入口Ｌ４ａと
１４ｃ及び流出入口１４ｂと１４ｄが連通する。

四方弁１４の流出入口１４ｂは、可逆膨張弁２２を介し
て補助熱交換器１７の一端に接続される。この補助熱交
換器１７の近傍には補助ファン１９が設けられる。

補助熱交換器１７の他端に接続される配管は、ドライヤ
５０を介してパックドバルブ９０で終端する。終端に他
のパックドバルブ９２が取付けられた配管は、四方弁１
４の流出入口１４ｃ、１４ｄ及びアキュムレータ３２を
順次介してコンプレッサｌＯの吸入口に至る。

車両用蓄熱空調装置２の蓄熱槽Ｂｏ内の蓄熱剤６４に蓄
熱を行う場合には、フレヤナット　８８．８８をチャー
ジユニット　４のパックドバルブ９０．９２に接続して
冷凍サイクルを構成する。この状態でコンプレッサ１０
を駆動し、四方弁１４をオフ状態にしてコンプレッサ１
０から吐出される高温高圧のガス冷媒を可逆膨張弁２２
に導くとともに、補助ファン１９をオンさせる。ポンプ
７Ｇと主ファン８５とは、ともにオフさせておく。可逆
膨張弁２２で圧力が下げられたガス冷媒は、補助熱交換
器１７に供給されて凝縮する。この際、補助ファン１９
をオンさせているので放熱が促進される。できた液冷媒
は、ドライヤ５０を通して蓄熱槽６０内の蓄熱熱交換器
６６に供給される。蓄熱熱交換器６Ｇに供給された低温
低圧の液冷媒が気化する際に蓄熱剤６４から熱を奪う。

これにより、蓄熱剤６４が凝固して潜熱蓄熱がなされる
。そして、アキュムレータ３２の作用によってガス冷媒
だけがコンプレッサ１０に戻される。低温蓄熱用の蓄熱
剤６４としては、塩類水溶液等を使用することもできる
。

高温蓄熱を行うためには、蓄熱剤６４としてパラフィン
１１５等のパラフィン系や水和塩等を使用する。そして
、この場合には、四方弁１４をオン状態にしてコンプレ
ッサｌＯから吐出される高温高圧のガス冷媒を蓄熱槽６
０内の蓄熱熱交換器６Ｂに導く。蓄熱熱交換器６６に導
かれたガス冷媒は蓄熱剤６４と熱交換し、蓄熱槽６０へ
の高温蓄熱がなされる。

以上の低温又は高温の蓄熱運転は深夜電力を利用すると
蓄熱コストが安くなり、電力負荷平準化にも寄与できる
。蓄熱剤６４への蓄熱が完了したことを蓄熱剤温度等に
より確認したら、車両用蓄熱空調装置２をフレヤナット
　８８．８８の部分でチャージユニット　４から切離す
。

第３図は、車両用蓄熱空調装置２のワンボックスカーへ
の搭載例を示す側面図である。

後部座席の後方にコの字形のダクト９４が設けられ、主
熱交換器８３と主ファン８５とがこのダクト９４内に収
納される。ダクト９４の前方に向かって折曲した上下両
端開口には、それぞれルーパー９６゜９８が設けられる
。

この車両用蓄熱空調装置２では、サーモサイホン７５の
途中に設けられた直動二方弁７６を閉じておけば、サイ
ホン７５内での熱輸送が禁止され、冷暖房が停止する。

この弁７６を開き、ポンプ７６と主ファン８５とをオン
させると、サーモサイホン７５内の冷媒が一方向に循環
し、蓄熱槽６０からダクト９４内の主熱交換器８３への
熱輸送が生じる。つまり、蓄熱槽６０に低温蓄熱を行っ
ている場合には主熱交換器８３が冷却部としてはたらき
、高温蓄熱を行っている場合には主熱交換器８３が加熱
部としてはたらく。したがって、主ファン８５の運転に
よって車内に冷風又は温風が供給される。

なお、液冷媒が溜るサーモサイホン７５の最も低い位置
にポンプ７６を設ければ、ガスのかみこみによるポンプ
の作動不良を避けることができる。

ただし、１０００ｋｃａｌ／ｈ以上の冷暖房能力を要す
る場合には以上に説明したようにサーモサイホン７５の
途中にポンプ７６を設けて熱輸送量の向上をはかる必要
があるが、小さい冷暖房能力しか要しない場合にはポン
プ７６の配役を省略しても、重力の作用によって冷媒が
一方向に循環する。

以上に説明したように、本発明の実施例に係る車両用蓄
熱空調装置２は、複雑な冷凍サイクル配管がないため、
車両内の空調が必要でない場合は空調装置全体を容易に
取外すことができる。

例えば冷凍車の場合には、車両に搭載されている従来の
冷凍サイクルに車両用蓄熱空調装置２への冷媒流路切換
手段を付加しておき、専用のチャージユニット　４に代
えてこれで車両用蓄熱空調装置２に蓄熱を行っても良い
。この場合には、運転室だけでなく空調装置２で冷凍室
内を空調することもできる。

［発明の効果］ 以上に説明したように、本発明に係る車両用蓄熱空調装
置は、低温用又は高温用の蓄熱剤が充填された槽内にこ
の蓄熱剤と熱交換可能に蓄熱熱交換器と吸熱熱交換器と
を配して蓄熱槽を構成し、この蓄熱槽外から蓄熱熱交換
器に液冷媒又はガス冷媒を供給するための接続配管を設
けるとともに、吸熱熱交換器を通るループ状配管を設け
、このループ状配管の途中にこの配管中の冷媒の循環を
制御する弁と室内熱交換器とを設けて蓄熱回収用の閉ル
ープ形サーモサイホンを構成し、車内の空気を循環させ
てこの空気を主熱交換器と熱交換させるファンを設けた
ものであって、コンプレッサを含む冷凍サイクルがない
から、本発明によれば、少ない部品点数で車両用空調装
置を構成することができ、省スペース及び低コストを実
現することができる。また、コンプレッサを備えないけ
れども蓄熱エネルギを利用して冷暖房を実行することが
でき、消費電力の小さい車両用空調装置を実現すること
ができる。したがって、本発明に係る車両用蓄熱空調装
置は電気自動車に好適であって、走行性能すなわち一充
電走行距離や動力性能に対する影響が極めて少ない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係る車両用蓄熱空調装置の構
成図、第２図は前図中の蓄熱槽に蓄熱を行うためのチャ
ージユニットの構成図、第３図は第１図の車両用蓄熱空
調装置のワンボックスカーへの搭載例を示す側面図、第
４図は比較例としての蓄熱機能を有する可逆冷凍サイク
ルの構成図である。 符号の説明 ２・・・車両用蓄熱空調装置、４・・・チャージユニッ
ト、１０・・・コンプレッサ、１４・・・四方弁、１７
・・・補助熱交換器、１９・・・補助ファン、２２・・
・可逆膨張弁、３２・・・アキュムレータ、５０・・・
ドライヤ、６０・・・蓄熱槽、６４・・・蓄熱剤、６６
・・・蓄熱熱交換器、６８・・・吸熱熱交換器、７５・
・・閉ループ形サーモサイホン、７６・・・ポンプ、７
８・・・直動二方弁、８３・・・主熱交換器、８５・・
・主ファン、８６．８８・・・フレヤナット、’１０．
９２・・・パックドバルブ、９４・・・ダクト。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １．　低温用又は高温用の蓄熱剤が充填された槽内にこ
   の蓄熱剤と熱交換可能に蓄熱熱交換器と吸熱熱交換器と
   を配して蓄熱槽を構成し、この蓄熱槽外から前記蓄熱熱
   交換器に液冷媒又はガス冷媒を供給するための接続配管
   を設けるとともに、前記吸熱熱交換器を通るループ状配
   管を設け、このループ状配管の途中にこの配管中の冷媒
   の循環を制御する弁と主熱交換器とを設けて蓄熱回収用
   の閉ループ形サーモサイホンを構成し、車内の空気を循
   環させてこの空気を主熱交換器と熱交換させるファンを
   設けたことを特徴とする車両用蓄熱空調装置。