JPH0894199A

JPH0894199A - 空調装置

Info

Publication number: JPH0894199A
Application number: JP23358894A
Authority: JP
Inventors: Takashi Ban; 孝志伴; Hidefumi Mori; 英文森
Original assignee: Toyoda Automatic Loom Works Ltd
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 1994-09-28
Filing date: 1994-09-28
Publication date: 1996-04-12

Abstract

(57)【要約】【目的】多気筒スターリング冷凍機を備えた空調装置に
おいて、冷房を効果的に行い得るようにするとともに、
駆動源の動力損失を生じにくくする。【構成・作用】各熱交換器２２は、車室内冷房用空気を
内部から外部へと経由すべく、相互に筒状に配列されて
いる。車室内冷房用空気は各熱交換器２２で各々略均等
の流量で経由される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は多気筒スターリング冷凍
機を備えた空調装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ＣＬＡＲＥＮＤＯＮＰＲＥＳＳ
・ＯＸＦＯＲＤ（１９７３）「Ｓｔｉｒｌｉｎｇ−ｃｙ
ｃｌｅｍａｃｈｉｎｅｓＰ．１０８〜１０９」、Ｐ
ＬＥＮＵＭＰＲＥＳＳ・ＮＥＷＹＯＲＫＡＮＤ
ＬＯＮＤＯＮ「ＣｒｙｏｃｏｏｌｅｒｓＰ．１１２〜
１１３」には、図７に示すように、複動４ピストン型
（ダブルアクチング型）の４気筒スターリング冷凍機を
備えた車両用空調装置が開示されている。

【０００３】このスターリング冷凍機では、図示しない
車両エンジンにより駆動軸９０が駆動され、駆動軸９０
の回転が斜板９１の揺動運動に変換される。斜板９１の
揺動運動はロッド９２を介して４つのボア９３内におけ
る各ピストン９４の往復動に変換される。各ボア９３は
各ピストン９４により先端側の吸熱室９３ａと後端側の
放熱室９３ｂとに区分され、各放熱室９３ｂは図示しな
い再生器を経由して９０度位相の進んだ、つまり隣合う
吸熱室９３ａに連通されている。

【０００４】そして、この車両用空調装置では、各吸熱
室９３ａは吸熱部としてのフィン９５により調節空気と
熱交換可能になされ、フィン９５が車両用エアコンの冷
却用空気通路９７内に設けられている。また、各放熱室
９３ｂは放熱部としてのウォータジャケット９６により
冷却水と熱交換可能になされている。各吸熱室９３ａ、
各放熱室９３ｂ及び各再生器内には作動ガスが充填され
ている。

【０００５】この車両用空調装置において、作動ガス
は、各ピストン９４により膨脹・圧縮が繰り返されると
ともに、各吸熱室９３ａ内、各放熱室９３ｂ内及び各再
生器内で熱交換が行われるため、等温圧縮、定積冷却、
等温膨脹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するため、フィン９
５は調節空気から作動ガスに熱を供給する。調節空気に
してみれば熱が奪われて冷却されることとなり、この車
両用空調装置ではフィン９５が車両用エアコンの冷却用
空気通路９７内に設けられているため、調節空気として
の車室内冷房用空気が冷却され、車室の冷房が行われ
る。なお、作動ガスは等温圧縮される際に加熱されるた
め、ウォータジャケット９６に作動ガスから熱を放出す
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記空調装置
では、冷却用空気通路９７内で各フィン９５がそれぞれ
平行に設けられているため、フィン９５に対して車室内
冷房用空気が一方向にしか流れず、各吸熱室９３ａで作
動ガスに熱を均等に供給することができない。このた
め、各吸熱室９３ａがそれぞれ等しい温度に低下しにく
いと考えられる。

【０００７】この場合、例えば風上と風下との各吸熱室
９３ａ同士でも熱交換が行われることとなるため、調節
空気を効果的に冷却しにくく、ひいては車室の冷房が効
果的に行われにくい。また、各吸熱室９３ａに温度差を
生じれば、気筒毎に行われる作動ガスの等温圧縮、定積
冷却、等温膨脹及び定積加熱がバランスを崩し、冷凍機
の機体にアンバランスな荷重が生じるため、車両エンジ
ン等の駆動源の動力損失をも生じてしまう。

【０００８】本発明は、上記従来の実情に鑑みてなされ
たものであって、多気筒スターリング冷凍機を備えた空
調装置において、冷房を効果的に行い得るようにすると
ともに、駆動源の動力損失を生じにくくすることを解決
すべき課題とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】

（１）請求項１の空調装置は、駆動源により作動され、
作動ガスの等温圧縮、定積冷却、等温膨脹及び定積加熱
を繰返し、複数の吸熱部により冷却すべき調節空気から
該作動ガスに熱を供給し、放熱部により該作動ガスから
熱を放出する多気筒スターリング冷凍機を備えた空調装
置において、前記各吸熱部は前記調節空気を各々略均等
の流量で経由させるべく構成されていることを特徴とす
る。

【００１０】（２）請求項２の空調装置は、請求項１記
載の空調装置において、各吸熱部は、調節空気を内部か
ら外部又は外部から内部へと経由すべく、相互に筒状に
配列されていることを特徴とする。（３）請求項３の空調装置は、請求項２記載の空調装置
において、各吸熱部間に送風機が設けられていることを
特徴とする。

【００１１】（４）請求項４の空調装置は、請求項１、
２又は３記載の空調装置において、駆動源は車両エンジ
ンであり、調節空気は車室内冷房用空気であり、放熱部
は該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。

【００１２】

【作用】

（１）請求項１の空調装置では、各吸熱部が調節空気を
各々略均等の流量で経由させる。このため、各吸熱部は
作動ガスに熱を略均等に供給し、各吸熱部がそれぞれ略
等しい温度に低下される。こうして、この空調装置で
は、各吸熱部同士が熱交換を行うことがほとんどなく、
調節空気を効果的に冷却する。

【００１３】また、各吸熱部に温度差を生じにくいこと
から、気筒毎に行われる作動ガスの等温圧縮、定積冷
却、等温膨脹及び定積加熱が良好なバランスを維持す
る。（２）請求項２の空調装置では、調節空気が相互に筒状
に配列された各吸熱部の内部から外部又は外部から内部
へと経由する。この場合、各吸熱部は簡易な構成によ
り、調節空気を各々略均等の流量で経由させる。

【００１４】（３）請求項２の空調装置では、調節空気
が各吸熱部を経由する際、流路内の動抵抗により、各吸
熱部を各々略均等の流量で経由しにくい場合がある。こ
の点、請求項３の空調装置では、各吸熱部間に送風機が
設けられているため、流路内の動抵抗にもかかわらず、
各吸熱部が調節空気を各々略均等の流量で経由させやす
い。

【００１５】（４）請求項４の空調装置では、調節空気
が車室内冷房用空気であるため、車室の冷房に供され
る。この場合、駆動源が車両エンジンであれば、独自の
駆動源を必要としない。また、放熱部が車両エンジンの
冷却回路に接続されておれば、放熱部に循環させる冷媒
に独自のラジエータを必要としない。このため、車両の
軽量化に寄与できる。

【００１６】また、請求項４の空調装置では、放熱部に
冷凍回路内の冷媒を循環させる配管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。

【００１７】

【実施例】以下、各請求項記載の発明を具体化した実施
例１、２を図面を参照しつつ説明する。（実施例１）この空調装置は、請求項１〜４を具体化し
た車両空調用のものであり、図１に示すように、複動４
ピストン型（ダブルアクチング型）のスターリング冷凍
機１を備えたものである。

【００１８】スターリング冷凍機１では、ケース１０の
一端側にクランク室１１が形成され、クランク室１１内
では継手１２により油圧モータ１３と接続された駆動軸
１４が回転可能に支承されている。油圧モータ１３は、
駆動源としての車両エンジン２により駆動される油圧ポ
ンプ３と接続されている。このため、この車両空調装置
では、スターリング冷凍機１を作動させる独自の駆動源
を必要としない。

【００１９】クランク室１１内の駆動軸１４には図示し
ない軸受を介して斜板１５が固定され、斜板１５にはそ
れぞれ一対のシュー１６を介して４本のロッド１７が係
留されている。ケース１０の他端側には駆動軸１４と同
軸に４つのボア１８が形成されており、各ボア１８内に
は各ロッド１７と結合されたピストン１９が往復動可能
に収納されている。各ピストン１９のスカート部にはピ
ストンリング１９ａが設けられている。

【００２０】各ボア１８は各ピストン１９により先端側
の吸熱室１８ａ及び後端側の放熱室１８ｂに区分され、
各放熱室１８ｂは通路２０により再生器２１に連通され
ている。各再生器２１は吸熱部としての各熱交換器２２
に接続され、各熱交換器２２は９０度位相の進んだ、つ
まり隣合う吸熱室１８ａに連通されている。各熱交換器
２２は、図２に示すように、各再生器２１と接続される
インレットパイプ２３と、このインレットパイプ２３と
接続されるコア２４と、吸熱室１８ａと接続されるアウ
トレットパイプ２５とからなる。コア２４は、図３に示
すように、内部に波形に屈曲されたルーバをもつ複数本
のウォータチューブ２４ａがインレットパイプ２３側か
らアウトレットパイプ２５側へと延在され、各ウォータ
チューブ２４ａ間には波形に屈曲されたコルゲートフィ
ン２４ｂが接合されている。４つの熱交換器２２は、図
５に示すように、相互に筒状に配列されている。図１に
示す各吸熱室１８ａ、各放熱室１８ｂ、各通路２０、各
再生器２１及び各熱交換器２２内には作動ガスが充填さ
れている。

【００２１】また、全吸熱室１８ａの側方には放熱部と
してのウォータジャケット４０が形成され、このウォー
タジャケット４０内には冷却水が充填されており、この
循環水は配管４１により車両エンジン２のウォータジャ
ケット（図示せず）、ウォータポンプ４、ラジエータ５
を経由して還流可能に接続されている。こうして、この
車両空調装置では、ウォータジャケット４０が車両エン
ジン２の冷却回路に接続されている。

【００２２】このスターリング冷凍機１は、各熱交換器
２２が車両用エアコンの冷却用空気通路２５内に設けら
れている。空気通路２５の上流側には、図４に示すよう
に、内気Ｒと外気Ｆとを切替ダンパ２６により切替可能
な吹入口２５ａが形成され、この吹入口２５ａから取り
入れられた内気Ｒ又は外気Ｆは９０度屈曲された後、各
熱交換器２２の内部から外部へと経由されている。各熱
交換器２２間には、図１及び図５に示すように、モータ
２７により回転されるブロワ２８が設けられている。ま
た、図４に示すように、各熱交換器２２の下流側にはヒ
ータコア２９が装備されており、各熱交換器２２を経由
した内気Ｒ又は外気Ｆはエアミックスダンパ３０により
ヒータコア２９を経由する空気と、ヒータコア２９を経
由しない空気とに切替可能になされている。エアミック
スダンパ３０の下流側には、それぞれ切替ダンパ３１、
３２により切替可能なデフロスタ吹出口２５ｂ、フロア
吹出口２５ｃ及びベント吹出口２５ｄが形成されてい
る。こうして、この車両空調装置では、調節空気として
内気Ｒ又は外気Ｆの車室内冷房用空気を用いている。

【００２３】上記のように構成された車両空調装置で
は、図１に示す車両エンジン２の駆動力が油圧ポンプ３
を介して油圧モータ１３に伝達され、油圧モータ１３に
より駆動軸１４が回転される。駆動軸１４の回転は斜板
１５の揺動運動に変換され、斜板１５の揺動運動はシュ
ー１６、ロッド１７を介して４つのボア１８内における
各ピストン１９の往復動に変換される。

【００２４】こうして、作動ガスは、各ピストン１９に
より膨脹・圧縮が繰り返されるとともに、各吸熱室１８
ａ内、各放熱室１８ｂ内、各再生器２１及び各熱交換器
２２内で熱交換が行われるため、等温圧縮、定積冷却、
等温膨脹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するため、各熱交換
器２２は吹入口２５ａより取り入れた内気Ｒ又は外気Ｆ
から作動ガスに熱を供給する。内気Ｒ又は外気Ｆにして
みれば熱が奪われて冷却されることとなるため、内気Ｒ
又は外気Ｆが冷却され、車室の冷房が行われる。

【００２５】この間、この車両空調装置では、図４及び
図５に示すように、内気Ｒ又は外気Ｆが相互に筒状に配
列された各熱交換器２２の内部から外部へと経由する。
この場合、各熱交換器２２は簡易な構成により、内気Ｒ
又は外気Ｆを各々略均等の流量で経由させる。特に、こ
の車両空調装置では、各熱交換器２２間にブロワ２８が
設けられているため、流路内の動抵抗にもかかわらず、
各熱交換器２２が内気Ｒ又は外気Ｆを各々略均等の流量
で経由させやすい。このため、各熱交換器２２は作動ガ
スに熱を略均等に供給し、各熱交換器２２がそれぞれ略
等しい温度に低下される。

【００２６】こうして、この車両空調装置では、各熱交
換器２２同士が熱交換を行うことがほとんどなく、内気
Ｒ又は外気Ｆを効果的に冷却する。また、各熱交換器２
２に温度差を生じにくいことから、気筒毎に行われる作
動ガスの等温圧縮、定積冷却、等温膨脹及び定積加熱が
良好なバランスを維持する。

【００２７】したがって、この多気筒スターリング冷凍
機１を備えた車両空調装置では、安価な製造コストの
下、車室の冷房を効果的に行うことができるとともに、
車両エンジン２の動力損失を生じにくい。また、作動ガ
スは等温圧縮される際に加熱されるため、ウォータジャ
ケット４０に作動ガスから熱を放出する。ここで、ウォ
ータジャケット４０は車両エンジン２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。

【００２８】したがって、この車両空調装置では、独自
の駆動源及び独自のラジエータを必要としないため、車
両の軽量化を実現することができる。また、この車両空
調装置では、ウォータジャケット４０に循環水を循環さ
せる配管４１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。（実施例２）この空調装置は、請求項１、２、４を具体
化した車両空調用のものである。この車両空調装置で
は、図６に示すように、実施例１と同様、相互に筒状に
配列された熱交換器２２をもつスターリング冷凍機１が
空気通路３３内に設けられている。

【００２９】空気通路３３の上流側には内気Ｒと外気Ｆ
とを切替ダンパ３４により切替可能な吹入口３３ａが形
成され、この吹入口３３ａより取り入れられた内気Ｒ又
は外気Ｆはモータ３５により回転されるブロワ３６を経
て、上記各熱交換器２２の内部から外部へと経由され
る。また、各熱交換器２２の下流側にはヒータコア３７
が装備されており、各熱交換器２２を経由した内気Ｒ又
は外気Ｆはエアミックスダンパ３８によりヒータコア３
７を経由する空気と、ヒータコア３７を経由しない空気
とに切替可能になされている。エアミックスダンパ３８
の下流側には、それぞれ切替ダンパ３９、４０により切
替可能なデフロスタ吹出口３３ｂ、フロア吹出口３３ｃ
及びベント吹出口３３ｄが形成されている。他の構成は
実施例１と同一である。

【００３０】この車両空調装置においても、各熱交換器
２２が内気Ｒ又は外気Ｆを各々略均等の流量で経由させ
る。このため、各熱交換器２２は作動ガスに熱を略均等
に供給し、各熱交換器２２がそれぞれ略等しい温度に低
下される。したがって、この車両空調装置においても実
施例１と同様の効果を奏することができる。

【００３１】なお、請求項１の空調装置では、調節空気
を各吸熱部毎に分流し、各吸熱部に分流された調節空気
を各々略均等の流量で経由させるべく、パイプを設ける
ことができる。

【００３２】

【発明の効果】以上詳述したように、請求項１記載の多
気筒スターリング冷凍機を備えた空調装置では、各吸熱
部が作動ガスに熱を略均等に供給して、作動ガスがそれ
ぞれ略等しい温度に低下されるため、冷房を効果的に行
い得るとともに、駆動源の動力損失を生じにくい。

【００３３】請求項２の空調装置では、簡易な構成によ
り調節空気を各々略均等の流量で経由させるため、安価
な製造コストの下で請求項１の効果を奏することができ
る。請求項３の空調装置では、流路内の動抵抗にもかか
わらず、各吸熱部が調節空気を各々略均等の流量で経由
させやすいため、請求項２の効果を確実に発揮すること
ができる。

【００３４】請求項４の空調装置では、独自の駆動源及
び独自のラジエータを必要としないため、車室の冷房と
ともに、車両の軽量化も図ることができる。また、この
空調装置では、機器を簡易に接続することが可能となる
ため、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の車両空調装置の一部模式断面図であ
る。

【図２】実施例１の車両空調装置に係り、一吸熱部とし
ての一熱交換器の斜視図である。

【図３】実施例１の車両空調装置に係り、一吸熱部とし
ての一熱交換器の一部拡大斜視図である。

【図４】実施例１の車両空調装置の模式全体構成図であ
る。

【図５】実施例１の車両空調装置の要部断面図である。

【図６】実施例２の車両空調装置の模式全体構成図であ
る。

【図７】従来の車両空調装置の一部断面斜視図である。

【符号の説明】

１…スターリング冷凍機２…車両エンジン
（駆動源）２２…熱交換器（吸熱部）４０…ウォータジャ
ケット（放熱部）Ｒ、Ｆ…調節空気、車室内冷房用空気（Ｒ…内気、Ｆ…
外気）２８、３６…ブロワ（送風機）４１…配管（車両エンジンの冷却回路）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】駆動源により作動され、作動ガスの等温圧
縮、定積冷却、等温膨脹及び定積加熱を繰返し、複数の
吸熱部により冷却すべき調節空気から該作動ガスに熱を
供給し、放熱部により該作動ガスから熱を放出する多気
筒スターリング冷凍機を備えた空調装置において、前記各吸熱部は前記調節空気を各々略均等の流量で経由
させるべく構成されていることを特徴とする空調装置。
【請求項２】各吸熱部は、調節空気を内部から外部又は
外部から内部へと経由すべく、相互に筒状に配列されて
いることを特徴とする請求項１記載の空調装置。
【請求項３】各吸熱部間には送風機が設けられているこ
とを特徴とする請求項２記載の空調装置。
【請求項４】駆動源は車両エンジンであり、調節空気は
車室内冷房用空気であり、放熱部は該車両エンジンの冷
却回路に接続されていることを特徴とする請求項１、２
又は３記載の空調装置。