JPH06137699A - 車両用空調装置 - Google Patents

車両用空調装置

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JPH06137699A
JPH06137699A JP4288875A JP28887592A JPH06137699A JP H06137699 A JPH06137699 A JP H06137699A JP 4288875 A JP4288875 A JP 4288875A JP 28887592 A JP28887592 A JP 28887592A JP H06137699 A JPH06137699 A JP H06137699A
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JP
Japan
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vehicle
heat
cooling
air conditioner
working gas
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JP4288875A
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Inventor
Takashi Ban
孝志 伴
Kunifumi Gotou
邦文 後藤
Hidefumi Mori
英文 森
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Toyota Industries Corp
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Toyoda Automatic Loom Works Ltd
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B9/00Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point
    • F25B9/14Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the cycle used, e.g. Stirling cycle
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60HARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/32Cooling devices
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02GHOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02G2243/00Stirling type engines having closed regenerative thermodynamic cycles with flow controlled by volume changes
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02GHOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02G2243/00Stirling type engines having closed regenerative thermodynamic cycles with flow controlled by volume changes
    • F02G2243/02Stirling type engines having closed regenerative thermodynamic cycles with flow controlled by volume changes having pistons and displacers in the same cylinder
    • F02G2243/04Crank-connecting-rod drives

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Abstract

(57)【要約】 【目的】所望の冷房を得る場合に、好適な環境を維持し
つつ、車両の軽量化を十分に満足させる。 【構成・作用】車両エンジン3により作動されるスター
リング冷凍機1を採用し、フィン24により車室内空気
から熱を吸収し、配管23によりウォータジャケット2
2を車両エンジン3の冷却回路に接続する。作動ガスは
等温膨張される際に熱を吸収するため、フィン24によ
りフロンを使用しないで車室内が冷房され、車両にコン
デンサが不要となる。また、作動ガスは等温圧縮される
際に加熱されるが、ウォータジャケット22が車両エン
ジン3の冷却回路を循環する循環水に熱を放出するた
め、独自のラジエータを必要としない。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、車両用空調装置に関
し、詳しくはスターリング冷凍機により車室内の冷房を
行なう車両用空調装置に関する。
【0002】
【従来の技術】スターリング冷凍機は、作動されること
により、空気、ヘリウムガス等の作動ガスの等温圧縮、
定積冷却、等温膨張及び定積加熱を繰り返す。このと
き、作動ガスは、等温膨張される際に吸熱し、等温圧縮
される際に加熱される(冷凍−第63巻第733号)。
【0003】従来、このスターリング冷凍機を家庭用冷
房装置に組み込むことは知られていた(特開平2−20
8459号公報)。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、スターリング
冷凍機を車室内の冷房用に採用せんとしても、放熱部に
循環させる冷媒が独自のラジエータを必要とするもので
は、車両エンジンの冷却に供されるラジエータとは別に
他のラジエータをも必要とすることとなり、車両の軽量
化を十分に満足させることができない。
【0005】本発明は、所望の冷房を得る場合に、好適
な環境を維持しつつ、車両の軽量化を十分に満足させる
ことを解決すべき課題とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明の車両用空調装置
は、上記課題を解決するため、車両エンジンにより作動
され、作動ガスの等温圧縮、定積冷却、等温膨張及び定
積加熱を繰り返し、吸熱部により該作動ガスに熱を供給
し、放熱部により該作動ガスから熱を放出するスターリ
ング冷凍機を備え、前記吸熱部は車室内空気から熱を吸
収すべく構成され、前記放熱部は前記車両エンジンの冷
却回路に接続されているという新規な手段を採用してい
る。
【0007】本発明の車両用空調装置では、吸熱部は車
室内冷却用空気通路内に直接配設されていることが好ま
しい。
【0008】
【作用】本発明の車両用空調装置において、スターリン
グ冷凍機が車両エンジンにより作動されれば、作動ガス
の等温圧縮、定積冷却、等温膨張及び定積加熱が繰り返
される。このとき、作動ガスは等温膨張される際に熱を
吸収し、作動ガスに熱を供給する吸熱部は車室内空気か
ら熱を吸収する。こうして、従来のようなフロンを使用
しないで車室内が冷房される。また、これにより、車両
にフロンを凝縮する従来のようなコンデンサが不要とな
る。
【0009】また、作動ガスは等温圧縮される際に加熱
されるため、放熱部により作動ガスの熱を放出する。こ
こで、放熱部は車両エンジンの冷却回路に接続され、そ
の冷却回路を循環する循環水に熱を放出するため、放熱
部に独自のラジエータを必要とせず、車両のさらなる軽
量化に寄与する。本発明の車両用空調装置において、吸
熱部を車室内冷却用空気通路内に直接配設した場合に
は、吸熱部が車室内空気から直接熱を吸収する。このた
め、車室内に従来のようなクーラユニットを配設する必
要がなく、また、クーラユニット及び吸熱部に循環させ
る他の冷媒を必要としない。
【0010】
【実施例】以下、本発明を具体化した実施例を図面を参
照しつつ説明する。 (実施例1)この空調装置は、図1に示すように、一シ
リンダ形のスターリング冷凍機1を備えたものである。
このスターリング冷凍機1では、クランクケース10内
に入力軸11が軸受10a、10bにより軸支され、入
力軸11の軸受10a側一端は、軸封装置10cを介し
てクランクケース10外に延出され、継手12により油
圧モータ13と接続されている。この油圧モータ13
は、車両エンジン3(図2参照)により駆動される図示
しない油圧ポンプと接続されている。
【0011】クランクケース10内において、入力軸1
1には、カム14a、14cと、これらカム14a、1
4cと所定の位相差を有するカム14bとが固定され、
各カム14a〜14cにはロッド15a〜15cが回動
可能に接続されている。また、クランクケース10には
単一のシリンダボア16aをもつシリンダブロック16
が連結され、シリンダボア16a内にはパワーピストン
17とディスプレーサ18とが摺動可能に2段に装備さ
れている。パワーピストン17はロッド15a、15c
と揺動可能に連結されており、ディスプレーサ18はパ
ワーピストン17内を摺動可能なロッド15bと揺動可
能に連結されている。こうしてシリンダボア16a内
は、パワーピストン17とディスプレーサ18との間が
圧縮室20とされ、ディスプレーサ18とボアヘッドと
の間が膨張室21とされている。
【0012】シリンダブロック16には、圧縮室20周
りに放熱部としてのウォータジャケット22が形成さ
れ、このウォータジャケット22は、図2に示すよう
に、車両エンジン3のウォータジャケットと配管23に
より接続されている。配管23の他方はラジエータ5、
ポンプ6を介して車両エンジン3のウォータジャケット
に再び接続され、またこのウォータジャケットはヒータ
31に接続され、弁32を介して還流されるようになさ
れている。
【0013】また、図1に示すように、シリンダブロッ
ク16の膨張室21側には吸熱部として多数のフィン2
4が突設され、このフィン24全体は車室内冷却用空気
通路4内に直接配設されている。さらに、シリンダブロ
ック16には圧縮室20及び膨張室21と連通する再生
器25が内蔵されており、圧縮室20、膨張室21、再
生器25及びこれらの連通路には作動ガスとしての空気
が密閉されている。
【0014】上記のように構成された空調装置では、車
両エンジン3の駆動力が油圧ポンプを介して油圧モータ
13に伝達され、油圧モータ13により入力軸11が作
動されれば、カム14a〜14cによりパワーピストン
17及びディスプレーサ18が駆動される。これによ
り、ディスプレーサ18が上死点近傍にあり、パワーピ
ストン17が下死点から上死点に移動すれば、圧縮室2
0内の空気は、等温圧縮され、放熱によりウォータジャ
ケット22を加熱する。ここで、ウォータジャケット2
2は車両エンジン3の冷却回路に接続され、ラジエータ
5を含むその冷却回路を循環する循環水に熱を放出する
ため、独自のラジエータを必要としない。したがって、
この空調装置では、車両の軽量化を実現することができ
る。また、ウォータジャケット22に循環水を循環させ
る配管23のみが熱交換のために必要となるだけであ
り、機器を簡易に接続することが可能となり、エンジン
ルーム内の自由度が向上する。
【0015】次いで、ディスプレーサ18が上死点から
下死点に移動し、パワーピストン17が上死点近傍にあ
れば、圧縮室20内の空気は再生器25に送られ、再生
器25に熱を捨てながら定積冷却され、膨張室21に移
送される。そして、ディスプレーサ18が下死点近傍に
あり、パワーピストン17が上死点から下死点に移動す
れば、膨張室21内の空気は、等温膨張され、吸熱によ
りフィン24を冷却する。このとき、乗員が冷房を所望
しておれば、弁32が閉じられ、ヒータ31には車両エ
ンジン3からの高温循環水は循環されない。そして、フ
ィン24は車室内冷却用空気通路4内に直接配設されて
いるため、図示しないブロアにより、車室内空気から直
接熱を吸収する。したがって、この空調装置では、従来
のようにフロンを使用しないで車室内が冷房され、環境
を好適に維持することができる。また、これにより、車
両にフロンを凝縮する従来のコンデンサが不要となり、
かつ車室内に従来のクーラユニットを配設する必要がな
いため、車両の軽量化をさらに実現することができる。
さらに、クーラユニット及びフィン24に循環させる他
の冷媒を必要としないため、熱損失が少なく、車室冷房
能力が向上する。
【0016】この後、ディスプレーサ18が下死点から
上死点に移動し、パワーピストン17が下死点近傍にあ
れば、膨張室21内の空気は再生器25に送られ、再生
器25から熱を奪いながら定積加熱され、圧縮室20に
移送される。こうして空気の等温圧縮、定積冷却、等温
膨張及び定積加熱が繰り返される。なお、乗員が冷房で
はなく、暖房を所望する場合には、油圧モータ13が停
止されるとともに、弁32が開けられる。これにより、
ヒータ31に車両エンジン3からの高温循環水が循環さ
れ、図示しないブロアにより、車室内空気を加熱する。 (実施例2)この空調装置は、図3に模式的に示すよう
に、吸熱部として実施例1のウォータジャケット22と
同様のジャケットをもつスターリング冷凍機を採用した
ものである。このジャケットは、配管7によりポンプ8
を介して車室内に配設されたクーラユニット9と接続さ
れ、独自の冷媒が循環されている。他の構成は実施例1
のものと同一であるため、同一符号を付して詳説は省略
する。
【0017】この空調装置では、クーラユニット9を要
し、かつジャケットを循環する独自の冷媒も要するが、
所望の冷房を実現しつつ、フロンを使用しないことから
環境を好適に維持することができる。また、コンデンサ
が不要である分の車両の軽量化を実現することはでき
る。なお、上記実施例1、2では選択的な冷房・暖房が
可能な構成であるが、油圧モータ13の運転と弁32の
開弁とを同時に行えば、車室内の除湿等の空調を行い得
る。
【0018】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明の車両用空
調装置では、特許請求の範囲記載の構成を採用している
ため、所望の冷房を実現しつつ、フロンを使用しないこ
とから環境を好適に維持することができる。また、コン
デンサが不要になることから、車両の軽量化を実現する
ことができる。
【0019】本発明の車両用空調装置において、吸熱部
を車室内冷却用空気通路内に直接配設した場合には、ク
ーラユニットが不要になることから、車両の軽量化をさ
らに実現することができる。また、独自の冷媒が不要と
なることから、熱損失が少なく、車室冷房能力が向上す
る。さらに、放熱部に循環させる車両エンジンの冷却水
の配管のみが熱交換のために必要となり、機器を簡易に
接続することが可能となり、エンジンルーム内の自由度
が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例1の車両用空調装置の一部断面模式構成
図である。
【図2】実施例1の車両用空調装置の模式全体構成図で
ある。
【図3】実施例2の車両用空調装置の模式全体構成図で
ある。
【符号の説明】
3…車両エンジン 1…スターリング
冷凍機 24…フィン(吸熱部) 22…ウォータジ
ャケット(放熱部) 23…配管(車両エンジンの冷却回路) 4…車室内冷
却用空気通路

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】車両エンジンにより作動され、作動ガスの
    等温圧縮、定積冷却、等温膨張及び定積加熱を繰り返
    し、吸熱部により該作動ガスに熱を供給し、放熱部によ
    り該作動ガスから熱を放出するスターリング冷凍機を備
    え、 前記吸熱部は車室内空気から熱を吸収すべく構成され、
    前記放熱部は前記車両エンジンの冷却回路に接続されて
    いることを特徴とする車両用空調装置。
  2. 【請求項2】吸熱部は車室内冷却用空気通路内に直接配
    設されていることを特徴とする請求項1記載の車両用空
    調装置。
JP4288875A 1992-10-27 1992-10-27 車両用空調装置 Pending JPH06137699A (ja)

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