JPH10197083A - 自動車用気体圧縮式冷房装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 地球環境を保護しランニングコストが安いと
いう空気冷凍サイクルの利点を生かしつつ、吹出し空気
の温度を０℃以下にすることができる、実用的でコンパ
クトな「自動車用気体圧縮式冷房装置」を提供する。 【解決手段】 冷却用のガス媒体を吸引して圧縮し高温
高圧にする圧縮タービン２と、当該圧縮タービン２によ
り圧縮され高温高圧となったガス媒体をファン４により
送風される冷却空気で冷却する放熱器３と、当該放熱器
３により冷却されたガス媒体を吸引して断熱膨張し低温
低圧のガス媒体とする膨張タービン５と、当該膨張ター
ビン５から吐出された低温低圧のガス媒体が導入される
室内熱交換器１１とを、ダクトＤにより連通し、該室内
熱交換器１１のファン１２を回転させることにより車室
内１の空気と熱交換し、車室内１を冷房するようにした
ことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自動車の車室内を
ガス媒体の冷凍サイクルを利用して冷房する気体圧縮式
冷房装置の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、空気やヘリウムガス等をガス媒
体とする冷凍サイクルは、フロン冷媒等を使用すること
なく室内の空気を冷却することができるため、ランニン
グコストが安く、地球環境保護の観点から近年注目され
ている。

【０００３】一般的な空気冷凍サイクルの回路は、例え
ば図９に示すように、室内１と圧縮タービン２の入口側
をダクトＤ1 により連通し、この圧縮タービン２により
室内１の空気を原料空気として吸い込んで昇圧し、高温
高圧にした後に、放熱器３に導入し、ここでファン４か
ら送風される冷却空気により冷却し、中温高圧の空気と
する。そして、この中温高圧の空気を膨張タービン５に
より断熱膨張し、低温低圧の空気とした後に、ダクトＤ
2 により室内１に直接吐出し、室内１を冷房するように
している。

【０００４】この空気冷凍サイクルを運転し室内１を冷
房したときには、例えば、２５℃の原料空気を圧縮ター
ビン２に導入し、３５℃の冷却空気を用いて放熱器３に
より冷却したときには、室内吹出し空気は、３℃程度の
温度のものが得られることが判明している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
空気冷凍サイクルを自動車用冷房装置として使用した場
合には、種々の問題がある。例えば、この空気冷凍サイ
クルでは、膨張タービン５により断熱膨張した低温低圧
の空気をダクトＤ2 により直接室内１に吐出する方式で
あるため、膨張タービン５等の潤滑油が混入した空気を
室内に直接噴射することになる。このため、当該空気が
乗員に当たると衣服を汚す虞れがある。

【０００６】このような潤滑油の飛散を防止するには、
シール部分のシール性を強化すると、ある程度解消でき
るが、特に、問題となるのは、車室内の静粛性の問題で
ある。乗用車等の車室内は、高い静粛性が要求される
が、前記空気冷凍サイクルでは、膨張タービン５におい
て作られた低温低圧の空気を直接車室内に吐出するの
で、膨張タービン５自体の回転騒音が伝播し、しかも膨
張タービン５から噴射される空気流の流れ騒音も直接車
室内に伝達される。このような圧縮あるいは膨張タービ
ン２，５自体の騒音あるいは噴流騒音が車室内に伝播
し、車室内の静粛性を阻害する空気冷凍サイクルを、自
動車用冷房装置に応用することは、実用性に欠け、実際
的でないともいわれている。

【０００７】また、自動車用の冷房装置は、夏期と冬
期、高温地方と低温地方等のように外的条件が大幅に異
なる下で使用しなければならないが、これら種々の条件
全てを充足するには、室内吹出し空気の温度は、０℃以
下であることが好ましいといわれている。

【０００８】しかし、前記空気冷凍サイクルでは、０℃
以下の室内吹出し空気温度が得らず、この点からして
も、単純に自動車用の冷房装置に使用することもできな
い。前記空気冷凍サイクルを用いて室内吹出し空気の温
度を０℃以下にしようとすれば、放熱器等の装置を大型
化することも考えられるが、自動車のエンジンルーム
は、周知のように多数の部品がギッシリと詰納されてお
り、余剰スペースは極めて少なく、装置を大型化するこ
とは好ましくない。

【０００９】さらに、自動車の車室内は、外気あるいは
太陽光線等により加熱されるので、室内空気は比較的短
時間の内に高温になるが、前記空気冷凍サイクルでは、
この車室内空気が直接圧縮タービン２に戻され、これを
圧縮することになるので、熱効率が悪く、この点からも
室内吹出し空気の温度は、３℃以下には下がらず、十分
な冷房能力が得られないという不具合がある。

【００１０】なお、空気冷凍サイクルの熱効率を高める
手段として、特開平６−２０１２０６号公報には、圧縮
タービン２に導入する空気と、圧縮タービン２から吐出
された空気とを熱交換器において熱交換し、熱効率の向
上を図るようにしたものが開示されている。このように
すれば、確かに熱効率の向上を図ることはできる。しか
し、このように構成しても、前述した騒音や潤滑油の飛
散等は解消されず、以前として実用的な自動車用冷房装
置を得ることはできない。

【００１１】本発明は、このような従来技術の課題を解
決するためになされたものであり、地球環境を保護しラ
ンニングコストが安いという空気冷凍サイクルの利点を
生かしつつ、吹出し空気の温度を０℃以下にすることが
でき、コンパクトで実用的な自動車用気体圧縮式冷房装
置を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に記載の発明は、冷却用のガス媒体を吸引
して圧縮し高温高圧にする圧縮タービンと、当該高温高
圧のガス媒体をファンにより送風される冷却空気で冷却
し中温高圧のガス媒体とする放熱器と、当該放熱器によ
り冷却されたガス媒体を吸引して断熱膨張し低温低圧の
ガス媒体とする膨張タービンとを有する自動車用気体圧
縮式冷房装置において、前記膨張タービンから吐出され
たガス媒体を車室内に設けられた室内熱交換器に導入
し、当該室内熱交換器と前記車室内の空気とを熱交換す
るようにしたことを特徴とする。このようにすれば、車
室内には膨張タービンで作られた低温低圧の空気が直接
車室内に吐出されることはなく、室内熱交換器において
車室内の空気と熱交換され、車室内を冷房することにな
るので、室内熱交換器が一種の遮音材となり、膨張ター
ビンから吐出されるガス媒体の流れ騒音が直接車室内に
伝達されることはなく、車室内の静粛性が確保され、ま
た膨張タービンにおいてガス媒体中に混入した潤滑油が
室内に飛散する虞れもなく、乗員の衣服も汚される虞れ
もない。

【００１３】加えて、この自動車用の冷房装置では、車
室内の水分を除去することもできるので、フロントガラ
ス等の曇りも除去でき、安全運転に対しても問題はな
い。

【００１４】この結果、騒音がなく静粛な、油の飛散も
ない、実用的な自動車用冷房装置となる。

【００１５】請求項２に記載の発明では、室内熱交換器
は、回転数が調節自在とされたファンを有することを特
徴とする。このようにすれば、圧縮タービンや膨張ター
ビン等を定常運転していても、室内熱交換器に設けられ
たファンの回転数を調節することにより車室内の冷房状
態を自由に調節することができる。

【００１６】請求項３に記載の発明は、前記圧縮タービ
ン、放熱器、膨張タービン及び室内熱交換器をダクトを
介して連通する回路を、クローズドサイクルとしたこと
を特徴とする。このようにすれば、ガス媒体として、例
えばヘリウムガスを使用でき、空気をガス媒体とするも
のに比し熱効率がよく冷房することができ、前述した０
℃以下の吹出し空気が得やすいものとなる。

【００１７】請求項４に記載の発明では、前記圧縮ター
ビン、放熱器、膨張タービン及び室内熱交換器をダクト
を介して連通する回路を、室内熱交換器から吐出され圧
縮タービンに戻されるガス媒体が流通するダクトの所定
位置で大気と連通したオープンサイクルとしたことを特
徴とする。このようにオープンサイクルの回路にすれ
ば、空気をガス媒体としたクローズドサイクルの場合に
比し、室内熱交換器の通路抵抗の影響が小さく、圧縮タ
ービンの圧縮比を大きくすることができるので、吹きだ
し空気の温度をさらに低下でき、より冷房性能の高いも
のとすることができる。しかも、ガス媒体として空気を
使用することができるので、ランニングコストも低減
し、極めて実用的なものが得られる。

【００１８】請求項５に記載の発明は、前記放熱器と前
記膨張タービンとの間には、圧縮タービンに流入する空
気と、放熱器からの中温高圧の空気とを熱交換させる中
間熱交換器を設けたことを特徴とする。このようにすれ
ば、圧縮タービンでは、冷たい使用済みのガス媒体を圧
縮することになり、当該圧縮タービンから吐出されるガ
ス媒体は、不必要に高温とならず、また中間熱交換器で
は、放熱器からの中温高圧のガス媒体を冷たい使用済み
の車室内空気を利用して冷却するので、膨張タービンが
効率良く空気を断熱膨張でき、これにより十分な冷房能
力が得られ、室内吹出し空気の温度も０℃以下に十分下
げることができ、より実用的な自動車用気体圧縮式冷房
装置となる。

【００１９】しかも中間熱交換器が効率良くガス媒体を
冷却するので、不必要に放熱器等を大きくすることもな
く、小形化が図れることから、コンパクトでエンジンル
ーム内にも十分収容可能となる。

【００２０】請求項６に記載の発明は、オープンサイク
ルの回路中に水分を除去する水分離器を設けたことを特
徴とする。このようにすれば、湿気のない乾燥したガス
媒体として使用できるので、放熱器等のような熱交換す
る部分での熱交換効率が向上する。特に、クローズドサ
イクルのように常に同じガス媒体が循環するものでは、
湿気のない乾燥したガス媒体を循環させることができ、
熱交換効率の向上は顕著なものとなる。

【００２１】請求項７に記載の発明は、オープンサイク
ルの回路中に導入空気を浄化するフィルタ手段を設けた
ことを特徴とする。このようにすれば、フィルタ手段に
より浄化されたガス媒体を使用できるので、回路内に異
物が溜まらず、安定した運転を継続的に行なうことがで
きる。

【００２２】請求項８に記載の発明では、ガス媒体は、
ヘリウムガスであることを特徴とする。このようにすれ
ば、特にクローズドサイクルで冷房するとき、吹出し空
気の温度を実用域まで低下でき、より冷房性能の高い実
用的なものにできる。

【００２３】請求項９に記載の発明では、ガス媒体は、
空気であることを特徴とする。このようにすれば、特に
オープンサイクルで冷房するとき、ガス媒体としての原
料費用はほとんど掛からず、コスト的に極めて有利とな
り、地球環境を保護しランニングコストが安いという空
気冷凍サイクルの利点を生かしたものが得られる。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を用いて説明する。 《実施の形態１》図１は本発明の実施の形態１に係る概
略説明図、図２は圧縮タービンと膨張タービン部分の概
略断面図であり、図９に示す部材と共通する部材には同
一符号を付している。

【００２５】本実施の形態１に係る気体圧縮式冷房装置
１０Ａは、冷却用のガス媒体を吸引して圧縮し高温高圧
にする圧縮タービン２と、当該圧縮タービン２により圧
縮され高温高圧となったガス媒体をファン４により送風
される冷却空気で冷却する放熱器３と、当該放熱器３に
より冷却されたガス媒体を吸引して断熱膨張し低温低圧
のガス媒体とする膨張タービン５と、当該膨張タービン
５から吐出された低温低圧のガス媒体が導入される室内
熱交換器１１とを、ダクトＤにより連通しクローズドサ
イクルを形成したもので、該室内熱交換器１１のファン
１２を回転させることにより車室内１の空気と熱交換
し、車室内１を冷房するようになっている。

【００２６】そして、車室内１に設けられる室内熱交換
器１１と、エンジンルームＥＲに設けられる圧縮タービ
ン２、放熱器３、膨張タービン５等の各構成要素とは、
ダッシュパネル１３により仕切られ、圧縮タービン２と
室内熱交換器１１とを連通するダクトＤ1 と、膨張ター
ビン５と室内熱交換器１１とを連通するダクトＤ2 と
は、前記ダッシュパネル１３を貫通して設けられてい
る。

【００２７】なお、これらダクトＤ1 ，Ｄ2 とダッシュ
パネル１３との間には、空気もれを防止するために、シ
ール部材（図示せず）を設けることが好ましい。

【００２８】前記圧縮タービン２と膨張タービン５と
は、例えば図２に示すように、シャフト１４により同軸
的に連結されているが、当該シャフト１４は、１０万ｒ
ｐｍという高速で回転されることもあるので、駆動源１
５であるモータＭとは、通常増速機１６を介して連結さ
れている。この増速機１６は、駆動源１５により駆動さ
れる大歯車１６ａに複数の小歯車１６ｂが噛合した機構
である。

【００２９】ただし、駆動源１５は、モータＭのみに限
定されるものではなく、通常のエンジンであっても良
い。この場合は、エンジンのクランクシャフトに増速機
１６を介して連結されることになる。電気自動車の場合
には走行駆動源のモータを駆動源として使用すれば良
い。

【００３０】ここに、図中符号「１７」は、前記ファン
４や１２を駆動するファンベルトであり、駆動源１５の
動力により回転されるようになっているが、これらファ
ン４，１２は、必ずしもファンベルト１７により駆動す
る必要はなく、それぞれが独立の駆動源であるファンモ
ータにより駆動されるようにしても良い。

【００３１】いずれの駆動による場合であっても、少な
くともファン１２は、回転数が任意に制御できるように
することが好ましい。このようにすれば、圧縮タービン
２や膨張タービン５等を定常運転していても、乗員の好
みによりファン１２の回転数を調節し、車室内の冷房状
態を自由に調節することができる。

【００３２】前記室内熱交換器１１は、内部に形成され
たガス媒体が流通する通路の相互間を車室内空気が流通
するように構成したものであってもよいが、ガスとガス
の熱交換を行なう部分であるため、好ましくは、いわゆ
るインタークーラのようにケース内にガス媒体が流通す
る通路を設け、この通路間を車室内空気が流通するよう
に構成することが好ましい。なお、この構造は、周知に
属するので詳述は避ける。

【００３３】本実施の形態１は、圧縮タービン２、放熱
器３、膨張タービン５及び室内熱交換器１１をダクトＤ
を介して連通する回路がクローズドサイクルであるの
で、ガス媒体として、例えばヘリウムガスを使用でき
る。

【００３４】ガス媒体として空気を使用した場合には、
原料費用はほとんど掛からずコスト的に極めて有利とな
るので、コスト面からすれば、空気を使用することが好
ましいが、ガス媒体としてヘリウムガスを使用すれば、
吹出し空気の温度は空気の場合よりも良好な結果が得ら
れ、０℃以下の吹出し空気の温度が得やすいものとなる
ことが判明している。

【００３５】次に、前記実施の形態１の作用を説明す
る。エアコンスイッチをオンすると、駆動源１５が作動
し、圧縮タービン２と膨張タービン５が増速機１６を介
して回転され、圧縮タービン２は、ガス媒体をダクトＤ
1 より吸い込み、これを昇圧する。

【００３６】この昇圧により高温高圧にされたガス媒体
は、放熱器３においてファン４から送風される冷却空気
により冷却され、中温高圧となる。この中温高圧のガス
媒体は、膨張タービン５において断熱膨張され、低温低
圧なガス媒体となってダクトＤ2 より室内熱交換器１１
内に入る。

【００３７】この室内熱交換器１１において、ファン１
２が回転されると、車室内空気と室内熱交換器１１内の
低温低圧なガス媒体とが熱交換され、車室内空気は低温
な空気となって車室内に戻され、車室内１を冷房する。

【００３８】この冷房時に、冷房温度を調節する場合に
は、コントローラ（図示せず）により室内熱交換器１１
の近傍に設けられたファン１２の回転数を調節すれば、
冷風量の調節により車室内の冷房状態を調節できる。こ
の場合、圧縮タービン２や膨張タービン５等を定常運転
していても、車室内１の冷房状態は、乗員の好みに応じ
て自由に調節することができる。

【００３９】このように本実施の形態１では、膨張ター
ビン５で作られた低温低圧のガス媒体が室内熱交換器１
１に導入され、ここで車室内空気と熱交換し、車室内１
を冷房することになるので、膨張タービン２から吐出さ
れるガス媒体の流れ騒音が直接車室内１に伝達されず、
室内熱交換器１１が一種の遮音材となり、ここで吸収さ
れるかあるいはそのまま通過しエンジンルームＥＲに導
かれるので、車室内１の静粛性は確保される。

【００４０】また、膨張タービン５においてガス媒体中
に混入した潤滑油が車室内１に飛散することもなく、乗
員の衣服が汚される虞れもない。加えて、この自動車用
の冷房装置では、車室内１の水分を除去することもでき
るので、フロントガラス等の曇りも除去でき、安全運転
に対しても問題はない。

【００４１】この結果、騒音がなく静粛な、油の飛散も
ない、実用的な自動車用冷房装置となる。

【００４２】《実施の形態２》図３は前述した実施の形
態１のものをオープンサイクルとした概略説明図であ
り、図１，２に示す部材と共通する部材には同一符号を
付し、その説明は省略する。本実施の形態２に係る気体
圧縮式冷房装置１０Ｂは、圧縮タービン２と室内熱交換
器１１とを連通するダクトＤ1 を、図３に示すように、
大気と連通し、オープンサイクルとしている。このオー
プンサイクルの場合は、ガス媒体は、空気であることが
好ましい。

【００４３】この気体圧縮式冷房装置１０Ｂでは、室内
熱交換器１１で車室内１の空気と熱交換した後のガス媒
体である空気は、外部に放出され、前記圧縮タービン２
が圧縮する空気は、外部から取り入れるようにしてい
る。

【００４４】このように回路をオープンサイクルにすれ
ば、空気をガス媒体としたクローズドサイクルの場合に
比し、システムの通路抵抗が小さくなり、吹出し空気の
温度をさらに低下でき、より冷房性能の高いものとする
ことができる。

【００４５】《実施の形態３》図４は本発明の実施の形
態３に係る概略説明図であり、図１〜３に示す部材と共
通する部材には同一符号を付し、その説明は省略する。

【００４６】本実施の形態３に係る気体圧縮式冷房装置
１０Ｃは、前記実施の形態１と同様に、圧縮タービン
２、放熱器３、膨張タービン５、室内熱交換器１１を、
クローズドサイクルを形成するようにダクトＤにより連
通したものであるが、前記放熱器３と膨張タービン５と
の間及び室内熱交換器１１と圧縮タービン２との間に、
圧縮タービン２に流入するガス媒体と当該放熱器３から
の中温高圧のガス媒体とを熱交換させる中間熱交換器２
０を設けている。

【００４７】この中間熱交換器２０は、ガスとガスの熱
交換を行なう部分であるため、前記室内熱交換器１１と
同様に、いわゆるインタークーラのようにケース内に、
例えば、室内熱交換器１１から流出したガス媒体が流通
する通路を設け、この通路間を放熱器３から流出したガ
ス媒体が流通するように構成することが好ましい。

【００４８】次に、実施の形態３の作用を説明する。エ
アコンスイッチをオンすると、圧縮タービン２と膨張タ
ービン５が回転され、圧縮タービン２は、ガス媒体をダ
クトＤ1 より吸い込み、これを昇圧する。

【００４９】この昇圧により高温高圧にされたガス媒体
は、放熱器３においてファン４から送風される冷却空気
により冷却され、中温高圧となり、中間熱交換器２０に
導かれる。

【００５０】この中間熱交換器２０においては、運転開
始当初は、冷房に十分な冷たいガス媒体が導入されては
いないが、運転開始後暫くたつと膨張タービン５により
断熱膨張された多量の冷却されたガス媒体が導入される
ことになるので、これと前記中温高圧のガス媒体が熱交
換され、当該中温高圧のガス媒体は、より低い温度の中
温高圧なガス媒体となる。なお、この中温高圧のガス媒
体を冷却する膨張タービン５からの冷たいガス媒体は、
室内熱交換器１１において使用済みではあるが、前記中
温高圧のガス媒体よりはるかに低温であるため、中温高
圧のガス媒体を冷却するには十分である。

【００５１】膨張タービン５は、この中間熱交換器２０
において冷却されたより低温な高圧ガス媒体を断熱膨張
するので、熱効率良く冷却でき、この結果、十分な冷房
能力が得られ、室内吹出し空気の温度も０℃以下に下げ
ることができる。

【００５２】《実施の形態４》図５は前述した実施の形
態３のものをオープンサイクルとした実施の形態４の概
略説明図であり、図１〜４に示す部材と共通する部材に
は同一符号を付し、その説明は省略する。

【００５３】前記実施の形態３では、圧縮タービン２、
放熱器３、膨張タービン５、室内熱交換器１１等の各構
成要素をダクトＤにより連通しクローズドサイクルを形
成しているが、本実施の形態４に係る気体圧縮式冷房装
置１０Ｄでは、前記中間熱交換器２０と室内熱交換器１
１とを連通するダクトＤ1 を、図５に示すように、大気
と連通し、オープンサイクルとしている。このオープン
サイクルの場合も、回路内を循環するガス媒体は、空気
であることが好ましいが、この装置では、外気を直接循
環空気として取り込むので、好ましくは、外気取入口の
部分にフィルタ２１を設けると共に、中間熱交換器２０
の出口若しくは膨張タービン５の入口部分に水分離器２
２を設けることが好ましい。

【００５４】この気体圧縮式冷房装置１０Ｄでは、前記
室内熱交換器１１で車室内１の空気と熱交換した後の回
路内を循環する空気（以下、簡単のため循環空気と称
す）は、外部に放出され、前記圧縮タービン２が圧縮す
る空気は、フィルタ２１を介して外部から取り入れられ
る。

【００５５】この外部から導入された循環空気は、中間
熱交換器２０を経て圧縮タービン２に導かれ、ここで圧
縮され、高温高圧となり、放熱器３においてファン４か
ら送風される冷却空気により冷却され、中温高圧となっ
て中間熱交換器２０に導かれる。

【００５６】この中温高圧の循環空気は、中間熱交換器
２０において外部から導入され、当該中温高圧の循環空
気よりもはるかに低温の空気と熱交換されて冷却された
後に、水分離器２２により水分が除去され、乾燥空気と
なって膨張タービン５に導入される。湿気のない乾燥し
たガス媒体として使用すれば、水分等に余計な熱を奪わ
れず、放熱器３等のような熱交換する部分での熱交換効
率が向上する。

【００５７】そして、前記膨張タービン５においては、
当該循環空気が断熱膨張され、冷たい循環空気となり、
ダクトＤ2 を通って室内熱交換器１１に導入され、ここ
で車室内空気と熱交換され、車室内１を冷房する。

【００５８】このように本実施の形態４では、圧縮ター
ビン２に導入される循環空気が、比較的冷たい外気であ
り、また中間熱交換器２０において冷たい循環空気が膨
張タービン５に導入される循環空気を冷却するので、膨
張タービン５は熱効率良く循環空気を冷却することがで
きる。この結果、循環空気を熱効率良く冷却でき、十分
な冷房能力が得られ、室内吹出し空気の温度も０℃以下
に下げることができる。しかも、この回路は、オープン
サイクルであるため、システムの通路抵抗が小さくでき
るので、より冷房性能の高いものとすることができ、こ
れによっても吹出し空気の温度をさらに低下できる。

【００５９】この場合も、前記実施の形態１〜３と同様
に、膨張タービン５からの冷たい循環空気は、直接車室
内に吐出されることはないので、循環空気の流れ騒音が
直接車室内に伝達されることはなく、車室内の静粛性が
確保され、潤滑油が室内に飛散し乗員の衣服も汚す虞れ
もない、冷房温度を自由に調節できる実用的な自動車用
冷房装置となる。

【００６０】《実施の形態５》図６は前述した実施の形
態４の他のオープンサイクルである実施の形態５の概略
説明図であり、図１〜５に示す部材と共通する部材には
同一符号を付し、その説明は省略する。

【００６１】前記実施の形態４では、中間熱交換器２０
と室内熱交換器１１とを連通するダクトＤ1 を大気と連
通してオープンサイクルとしているが、本実施の形態５
では、前記中間熱交換器２０と圧縮タービン２とを連通
するダクトＤを大気と連通してオープンサイクルとして
いる。このオープンサイクルの場合も、前記実施の形態
と同様、ガス媒体を空気とし、外気を直接循環空気とし
て取り込む外気取入口部分にフィルタ２１を設け、回路
中に水分離器２２を設けることが好ましい。

【００６２】この気体圧縮式冷房装置１０Ｅの中間熱交
換器２０には、前記室内熱交換器１１で車室内１の空気
と熱交換し、ダクトＤ1 を通って導入される比較的冷た
い循環空気と、前記圧縮タービン２により圧縮され、放
熱器３において冷却され、中温高圧となった循環空気が
導入されて熱交換するようになっている。

【００６３】この結果、中間熱交換器２０において、車
室内１の空気と熱交換した後の循環空気ではあるが、放
熱器３において冷却された中温高圧の循環空気よりはる
かに低温の循環空気を用いて、当該中温高圧の循環空気
を冷却し、これを膨張タービン５に導入して断熱膨張す
るので、当該断熱膨張は、熱効率良く行なわれ、より冷
たい循環空気が得られ、室内吹出し空気の温度も０℃以
下に下げることができる。

【００６４】なお、この回路も、オープンサイクルであ
るため、システムの通路抵抗が小さくできるので、より
冷房性能の高いものとすることができ、これによっても
吹出し空気の温度をさらに低下でき、また、膨張タービ
ン５から吐出される循環空気の流れ騒音が直接車室内に
伝達されることもなく、車室内の静粛性の確保、油の飛
散防止が図られ、温度調節自在な、より実用的な自動車
用冷房装置となる。

【００６５】《実施の形態６》図７は前述した実施の形
態４のさらに他のオープンサイクル例を示す実施の形態
６の概略説明図であり、本実施の形態６においても、図
１〜５に示す部材と共通する部材には同一符号を付し、
その説明は省略する。

【００６６】本実施の形態６のオープンサイクルでは、
室内熱交換器１１から中間熱交換器２０を通った循環空
気を、さらに放熱器３にも循環させた後に、これを大気
中に放出している。このオープンサイクルの場合も、前
記実施の形態と同様、ガス媒体を空気とし、外気を直接
循環空気として取り込む外気取入口部分にフィルタ２１
を設け、回路中に水分離器２２を設けることが好まし
い。

【００６７】この気体圧縮式冷房装置１０Ｆでは、中間
熱交換器２０と放熱器３の両者で、使用済みの比較的冷
たい循環空気と、前記圧縮タービン２により圧縮された
循環空気とを熱交換しているので、圧縮された循環空気
をより効率良く冷却でき、膨張タービン５の断熱膨張に
より得られる空気はより冷たいものが得られ、室内吹出
し空気の温度も０℃以下に下げることができる。

【００６８】この場合も、オープンサイクルであるた
め、通路抵抗の影響が小さくできるので、より冷房性能
の高いものとすることができ、これによっても吹出し空
気の温度をさらに低下でき、また、膨張タービン５から
吐出される循環空気の流れ騒音が直接車室内に伝達され
ることもなく、車室内の静粛性が確保され、潤滑油が室
内に飛散する虞れもなく、温度調節自在な、実用的な自
動車用冷房装置となる。

【００６９】《実施の形態７》図８は本発明の実施の形
態７に係る自動車用気体圧縮式冷房装置の概略説明図で
あり、図１〜７に示す部材と共通する部材には同一符号
を付し、その説明は省略する。

【００７０】上記実施の形態では、圧縮タービン２と膨
張タービン５が増速機２５を介して同軸的に回転される
ようにしたものであるが、本実施の形態７に係る自動車
用気体圧縮式冷房装置１０Ｇのクローズドサイクルで
は、圧縮タービン２と膨張タービン５をそれぞれ独立し
て作動させるようにしたものである。このようにすれ
ば、前記実施の形態１〜６に比し多少駆動系が複雑とな
るが、冷房性能としては何等変わりはなく、同効であ
る。

【００７１】本発明は、上記実施の形態に限定されるも
のではなく、特許請求の範囲内において種々改変するこ
とができる。例えば、上記実施の形態では、オープンサ
イクルのものに対して水分離器やフィルタ手段を設けた
ものであるが、本発明は、必ずしもこれのみに限定され
るものではなく、場合によってはこれら水分離器やフィ
ルタ手段はなくても良く、また使用するガス媒体は、前
述した空気やヘリウムガスのみでなく、種々の気体を使
用することができることはいうまでもない。

【００７２】また、前記実施の形態８に係る自動車用気
体圧縮式冷房装置のように、圧縮タービン２と膨張ター
ビン５をそれぞれ独立して作動させるようにしたもの
を、前記実施の形態１〜７に適用することができること
はいうまでもない。

【００７３】

【実施例】自動車用気体圧縮式冷房装置の実施例を挙げ
ると、下記の表のようになる。ここに示す実施例の回路
形態としては、実施例１は、図４に示すクローズドサイ
クルのものであり、実施例２は、図６に示すオープンド
サイクルのものであり、実施例３は、図４に示すクロー
ズドサイクルのものである。実施例１と実施例３の相違
は使用するガス媒体がヘリウムガスと空気との相違であ
る。

【００７４】

【表１】

【００７５】このように、オープンサイクルのものは、
クローズドサイクルに比し、室内吹出し温度が低く、良
好な結果が得られており、また、ガス媒体としてヘリウ
ムガスを使用すれば、空気を使用したものよりも室内吹
出し温度が低いものが得られ、より実用的なものとなっ
ていることが分かる。ただ、実施例２と実施例３は、実
験値では室内吹出し温度が０℃以下となっていないが、
熱交換器等のチューニングを行なうことにより０℃以下
とすることは十分可能である。

【００７６】

【発明の効果】以上のように、請求項１に記載の発明
は、室内熱交換器で膨張タービンからの低温低圧の空気
と車室内空気を熱交換するので、ガス媒体流の流れ騒音
が直接車室内に伝達されることはなく、車室内の静粛性
が確保され、また潤滑油が室内に飛散する虞れもなく、
車室内の冷房状態を自由に調節でき、実用的な自動車用
冷房装置となる。しかも中間熱交換器が効率良く空気を
冷却するので、不必要に放熱器等を大きくすることもな
く、小形化が図れる。

【００７７】請求項２に記載の発明は、室内熱交換器に
回転数調節自在なファンを設けたので、当該ファンの回
転数を調節することにより車室内の冷房状態を自由に調
節することができる。

【００７８】請求項３に記載の発明は、回路をクローズ
ドサイクルとしたので、ガス媒体として、例えばヘリウ
ムガスを使用でき、熱効率がよく冷房することができ、
０℃以下の吹出し空気が得やすいものとなる。

【００７９】請求項４に記載の発明は、回路をオープン
サイクルとしたので、クローズドサイクルの場合に比
し、吹きだし空気の温度をさらに低下でき、より冷房性
能の高いものとすることができる。しかも、ガス媒体と
して空気を使用することができるので、ランニングコス
トも低減し、極めて実用的なものが得られる。

【００８０】請求項５に記載の発明は、放熱器と膨張タ
ービンとの間に中間熱交換器を設けたので、圧縮タービ
ンから吐出されるガス媒体は不必要に高温とならず、ま
た膨張タービンが効率良く空気を断熱膨張でき、室内吹
出し空気の温度も０℃以下に十分下げることができ、よ
り実用的な自動車用気体圧縮式冷房装置となる。

【００８１】しかも中間熱交換器が効率良くガス媒体を
冷却するので、不必要に放熱器等を大きくすることもな
く、小形化が図れることから、コンパクトでエンジンル
ーム内にも十分収容可能となる。

【００８２】請求項６に記載の発明は、オープンサイク
ルの回路中に水分を除去する水分離器を設けたので、放
熱器等のような熱交換する部分での熱交換効率が向上
し、クローズドサイクルのように常に同じガス媒体が循
環するものでは、熱交換効率の向上は顕著なものとな
る。

【００８３】請求項７に記載の発明は、オープンサイク
ルの回路中にフィルタ手段を設けたので、浄化されたガ
ス媒体を使用でき、回路内に異物が溜まらず、安定した
運転を継続的に行なうことができる。

【００８４】請求項８に記載の発明では、ガス媒体をヘ
リウムガスとしたので、クローズドサイクルで冷房する
とき、吹きだし空気の温度を実用域まで低下でき、より
冷房性能の高い実用的なものとすることができる。

【００８５】請求項９に記載の発明では、ガス媒体を空
気としたので、オープンサイクルで冷房するとき、ガス
媒体としての原料費用はほとんど掛からず、コスト的に
極めて有利となり、地球環境を保護しランニングコスト
が安いという空気冷凍サイクルの利点を生かしたものが
得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施の形態１に係る概略説明図であ
る。

【図２】 圧縮タービンと膨張タービンの部分を示す断
面図である。

【図３】 本発明の実施の形態２に係る概略説明図であ
る。

【図４】 本発明の実施の形態３に係る概略説明図であ
る。

【図５】 本発明の実施の形態４に係る概略説明図であ
る。

【図６】 本発明の実施の形態５に係る概略説明図であ
る。

【図７】 本発明の実施の形態６に係る概略説明図であ
る。

【図８】 本発明の実施の形態７に係る概略説明図であ
る。

【図９】 一般的な空気冷凍サイクルを示す概略説明図
である。

【符号の説明】

１…車室内、 ２…圧縮タービン、 ３…放熱器、 ４…ファン、 ５…膨張タービン、 １１…室内熱交換器、 ２０…中間熱交換器、 ２１…フィルタ手段、 ２２…水分離器、 Ｄ…ダクト。

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 冷却用のガス媒体を吸引して圧縮し高温
   高圧にする圧縮タービン(2）と、当該高温高圧のガス媒
   体をファン(4）により送風される冷却空気で冷却し中温
   高圧のガス媒体とする放熱器(3）と、当該放熱器(3）に
   より冷却されたガス媒体を吸引して断熱膨張し低温低圧
   のガス媒体とする膨張タービン(5）とを有する自動車用
   気体圧縮式冷房装置において、 前記膨張タービン(5）から吐出されたガス媒体を車室内
   (1）に設けられた室内熱交換器(11)に導入し、当該室内
   熱交換器(11)と前記車室内(1）の空気とを熱交換するよ
   うにしたことを特徴とする自動車用気体圧縮式冷房装
   置。
2. 【請求項２】 前記室内熱交換器(11)は、回転数が調節
   自在とされたファン(12)を有することを特徴とする請求
   項１に記載の自動車用気体圧縮式冷房装置。
3. 【請求項３】 前記圧縮タービン(2）、放熱器(3）、膨
   張タービン(5）及び室内熱交換器(11)をダクト(D) を介
   して連通する回路は、クローズドサイクルとしたことを
   特徴とする請求項１又は２に記載の自動車用気体圧縮式
   冷房装置。
4. 【請求項４】 前記圧縮タービン(2）、放熱器(3）、膨
   張タービン(5）及び室内熱交換器(11)をダクト(D) を介
   して連通する回路は、室内熱交換器(11)から吐出され圧
   縮タービン(2）に戻されるガス媒体が流通するダクト
   (D) の所定位置で大気と連通したオープンサイクルとし
   たことを特徴とする請求項１又は２に記載の自動車用気
   体圧縮式冷房装置。
5. 【請求項５】 前記放熱器(3）と前記膨張タービン(5）
   との間には、前記圧縮タービン(2）に流入する空気と、
   前記放熱器(3）からの中温高圧のガス媒体とを熱交換さ
   せる中間熱交換器(20)を設けたことを特徴とする請求項
   １〜４のいずれかに記載の自動車用気体圧縮式冷房装
   置。
6. 【請求項６】 前記オープンサイクルは、回路中に水分
   を除去する水分離器(22)を有することを特徴とする請求
   項４又は５に記載の自動車用気体圧縮式冷房装置。
7. 【請求項７】 前記オープンサイクルは、回路中に導入
   空気を浄化するフィルタ手段(21)を有することを特徴と
   する請求項４〜６のいずれかに記載の自動車用気体圧縮
   式冷房装置。
8. 【請求項８】 前記ガス媒体は、ヘリウムガスであるこ
   とを特徴とする請求項１〜３，５のいずれかに記載の自
   動車用気体圧縮式冷房装置。
9. 【請求項９】 前記ガス媒体は、空気であることを特徴
   とする請求項１〜７のいずれかに記載の自動車用気体圧
   縮式冷房装置。