JP2004284432A - 車両用吸着式空調装置 - Google Patents

Abstract

【課題】室外器１２０での放熱性能を向上させて、冷房能力（吸着性能）を向上させた車両用吸着式空調装置を提供する。
【解決手段】室外器１２０を車両の屋根上に配置した。
これにより、エンジン排熱や地熱の影響を受けないフレッシュエアを、より多量に室外器１２０へ流入させることができ、室外器１２０を経由した液冷媒を低温化することができる。また、屋根上は通風の妨げとなる障害物がないことから室外器１２０への風量確保が容易となり、より大きな放熱が可能となる。これらから、車両用吸着式空調装置の冷房能力（吸着性能）を向上させることができる。また、室外器１２０が無くなる分だけエンジンルーム内のスペースに余裕ができるうえ、屋根上では室外器１２０の設置スペースや外寸の自由度を向上させることができる。
【選択図】 図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液冷式内燃機関（水冷エンジン）を有する車両に適用される吸着式空調装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来技術として、本出願人が先に出願した特許文献１に示す車両用吸着式空調装置がある。これは吸着剤の吸着工程と脱離工程とを交互に運転し、吸着時の蒸発熱を利用して冷却液を冷却する車両用空調装置である。車室外熱交換器で放熱された冷却液を、ポンプを用いて吸着器に流入させる吸着工程と、エンジンで暖められた冷却水を、ポンプを用いて吸着器に流入させる脱離工程とを、切換弁を切り換えて流路を変更し、交互に吸着・脱離作用を起こさせるものである。吸着作用時に蒸発熱で冷却された冷却液は、車室内熱交換器を介して車室内を空調する。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−１８５５４８号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
図６は、従来の問題点を説明する模式図である。吸着性能は、吸着剤の湿度環境により左右されるため、車両外への放熱量を向上させて吸着工程へ流入させる冷却液を低温にすることが吸着性能の向上に繋がる。しかしながら図６に示すように、従来、車両での車室外熱交換器はラジエータ近傍のエンジンルーム内前方に配置されているため、エンジンの排熱や地熱の影響を受けて車室外熱交換器で十分な放熱性能が得られないことによって吸着性能が上がらないという問題がある。これは図６に示す乗用車のみならず、トラック等の車両においても同様である。
【０００５】
本発明は、上記従来の問題に鑑みて成されたものであり、その目的は、車室外熱交換器での放熱性能を向上させて、冷房能力（吸着性能）を向上させた車両用吸着式空調装置を提供することにある。
【０００６】
【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ないし請求項に記載の技術的手段を採用する。すなわち、請求項１に記載の発明では、車室外熱交換器（１２０）を車両の屋根上に配置したことを特徴とする。
【０００７】
吸着式空調装置は、吸着剤（Ｓｉ）の吸着特性が冷房能力を大きく左右し、吸着特性は吸着剤（Ｓｉ）の置かれた雰囲気下の相対湿度に依存する。図４は吸着特性を説明するグラフであり、図５は本発明による吸着特性での変化を説明するグラフである。
【０００８】
図４において、吸着時と脱離時の各相対湿度における水分吸着率の差ΔＣが吸着量として計算される。この際、吸着側（図５（ａ））においては、吸着剤（Ｓｉ）の温度（Ｔ１）を低くすればグラフにおける相対湿度は矢印Ａに移動する。一方、脱離側（図５（ｂ））においては、冷媒温度（Ｔ２）を低くすればグラフにおける相対湿度は矢印Ｂ方向に移動する。
【０００９】
本装置において、車室外熱交換器（１２０）を介した冷却液は、吸着剤（Ｓｉ）を冷却する為に吸着側の吸着コア（１１１ａ・１１２ａ）、および脱離を促進させるために脱離側の凝縮コア（１１１ｂ・１１２ｂ）に流入する。つまり、車室外熱交換器（１２０）を介した液冷媒の温度は、吸着剤（Ｓｉ）の吸着特性を決定する重要なパラメータであり、この冷却液をいかに低温にするかが吸着式空調装置の性能向上の鍵となる。
【００１０】
従来の車両用吸着式空調装置では、図６で示したように車室外熱交換器（１２０）はエンジンルーム内に設置されているため、エンジンからの排熱や地熱の廻り込みの影響に加え、スペースな問題により車室外熱交換器（１２０）へ低温且つ十分な風量を得ることが困難であったのに対し、本発明では図３に示すように、例えばトラックのキャビンの上等、車両の屋根上に車室外熱交換器（１２０）を設置している。
【００１１】
これにより、エンジン排熱や地熱の影響を受けないフレッシュエアを、より多量に車室外熱交換器（１２０）へ流入させることができ、車室外熱交換器（１２０）を経由した冷却液を低温化することができる。また、屋根上は通風の妨げとなる障害物がないことから車室外熱交換器（１２０）への風量確保が容易となり、より大きな放熱が可能となる。これらから、車両用吸着式空調装置の冷房能力（吸着性能）を向上させることができる。また、車室外熱交換器（１２０）が無くなる分だけエンジンルーム内のスペースに余裕ができるうえ、屋根上では車室外熱交換器（１２０）の設置スペースや外寸の自由度を向上させることができる。
【００１２】
請求項２に記載の発明では、少なくとも吸着器（１１１・１１２）で構成する冷凍機本体（１１０）を車両の屋根上に配置したことを特徴とする。これは、車室外熱交換器（１２０）のみならず、冷凍機本体（１１０）を車両の屋根上に配置したことにより、冷凍機本体（１１０）も無くなる分だけエンジンルーム内のスペースに余裕ができるうえ、屋根上では冷凍機本体（１１０）の設置スペースや外寸の自由度を向上させることができる。
【００１３】
請求項３に記載の発明では、少なくとも空調ケーシング（４１０）と車室内熱交換器（４４０）とヒータコア（４５０）とで構成する空調ユニット（４００）を車両の屋根上に配置したことを特徴とする。これは、車室外熱交換器（１２０）のみならず、空調ユニット（４００）を車両の屋根上に配置したことにより、空調ユニット（４００）が無くなる分だけ車室内のスペースに余裕ができるうえ、屋根上では空調ユニット（４００）の設置スペースや外寸の自由度を向上させることができる。
【００１４】
また、車室上側から冷房を行なうことは、冷気が下降するため、従来の前面吹き出しに比べて快適性が向上し、また快適感を得るまでの時間が短縮される。また、このように効率良く冷房を行なうことは、空調装置の省エネルギー・省動力となる。ちなみに、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を、図面に基づき説明する。図１は本発明の一実施形態における車両用吸着式空調装置のシステム構成を示す模式図であり、図２は図１の車両用吸着式空調装置における吸着式冷凍サイクルのシステム構成を示す模式図である。本実施形態は、液化プロパンガス（ＬＰＧ）や液化天然ガス（ＬＮＧ）を燃料とする水冷式エンジン（液冷式内燃機関）を有する車両に、本発明に係る車両用吸着式冷凍装置を適用したものである。
【００１６】
図１中、２００は走行用の水冷式エンジン（以下、エンジンと略す。）であり、２１０はエンジン２００内を循環するエンジン冷却水と大気（車室外空気）との間で熱交換を行い、エンジン冷却水を冷却するラジエータである。尚、本実施形態では、水にエチレングリコールを添加したものをエンジン冷却水として利用している。
【００１７】
２２０はラジエータ２１０を流通させるエンジン冷却水の水量を調節することにより、エンジン２００を適温（９０℃〜１００℃）に維持するサーモスタットであり、２３０はエンジン２００から駆動力を得てエンジン冷却水を循環させる機械式のウォータポンプである。２４０はラジータ２１０に空気を送風するラジエータファンであり、このラジエータファン２４０は、電子制御装置（ＥＣＵ）３００により制御されている。
【００１８】
また、１００（一点鎖線で囲まれたもの）は吸着式冷凍装置であり、この吸着式冷凍装置１００は、冷凍能力を発揮する冷凍機本体１１０、後述する第１・２吸着器１１１・１１２内を循環する冷凍機用の冷却液（本実施形態では、エンジン冷却水と同じもの）を大気との間で熱交換して冷却液を冷却する車室外熱交換器（以下、室外器と略す。）１２０、冷却液を循環させる電動式の第１・２ポンプ１３１・１３２、および室外器１２０に空気を送風する室外器ファン１４０を有して構成されている。
【００１９】
図２に示すように、冷凍機本体１１０は、蒸気冷媒（水蒸気）を吸着すると共に、加熱されることにより吸着した蒸気冷媒を脱離する吸着剤（本実施形態では、シリカゲル）Ｓｉ、および略真空状態で液相冷媒（水）が封入された第１・２吸着器１１１・１１２と、各吸着器１１１・１１２にて冷却された熱交換媒体（本実施形態では、エンジン冷却水と同じもの）、または加熱されたエンジン冷却水の通路を切り換える第１〜４切換弁１１３〜１１６等から構成されている。
【００２０】
ところで、本実施形態では、冷却液と熱交換媒体とは同一のものであり、かつ、後述するように、吸着式冷凍装置１００の稼働時においては、冷却液と熱交換媒体とは混合するので、以下、両者を総称して冷却液と呼ぶ。また、第１・２吸着器１１１・１１２は、吸着剤Ｓｉが表面に接着された熱交換器（以下、これら熱交換器を第１・２吸着コア１１１ａ・１１２ａと呼ぶ。）と、吸着剤Ｓｉが接着されていない熱交換器（以下、これら熱交換器を第１・２凝縮コア１１１ｂ・１１２ｂと呼ぶ。）と、これらコア１１１ａ・１１２ａ・１１１ｂ・１１２ｂ及び冷媒を収納するケーシング１１１ｃ・１１２ｃとから構成されている。
【００２１】
そして、これらコア１１１ａ・１１２ａ・１１１ｂ・１１２ｂ内には、第１・２吸着コア１１１・１１２内の雰囲気と熱交換をする冷却液が流通しており、この冷却液は、第１・２電動ポンプ１３１・１３２により循環させられている。ところで、図１中、４００は車両空調装置の空調ユニットであり、４１０は車室内に吹き出す吹出空気（空調空気）の通路を構成する空調ケーシングである。
【００２２】
そして、この空調ケーシング４１０の最上流側には、車室内の空気を吸入する内気吸入口４１１および車室外空気を吸入する外気吸入口４１２が形成されていると共に、両吸入口４１１・４１２を切換開閉する内外気切換ドア４２０が設けられている。
【００２３】
４３０は両吸入口４１１・４１２から吸入した空気を車室内に向けて送風する送風機であり、この送風機４３０の空気流れ下流には、吸着式冷凍装置１００（第１・２凝縮コア１１１ｂ・１１２ｂ）にて冷却された冷却液と吹出空気（被冷却体）とを熱交換し、吹出空気を冷却する車室内熱交換器（以下、室内器と略す。）４４０が配設されている。
【００２４】
そして、室内器４４０の吹出空気流れ下流側には、エンジン冷却水を熱源として吹出空気を加熱するヒータコア（加熱手段）４５０が配設されており、このヒータコア４５０の近傍には、室内器４４０を通過した吹出空気のうち、ヒータコア４５０を通過する温風量に対してヒータコア４５０を迂回する冷風量の風量割合を調節することにより、吹出空気の温度を調節するエアミックスドア（温度調節手段）４６０が設けられている。
【００２５】
このように温度調節された吹出空気は、フロントガラス（図示せず）に向けて開口するデフロスタ吹出口（図示せず）に連通するデフ開口部（図示せず）、乗員の上半身に向けて開口するフェイス吹出口（図示せず）に連通するフェイス開口部（図示せず）、乗員の足下に向けて開口するフット吹出口（図示せず）に連通するフット開口部（図示せず）に吹き出される。
【００２６】
そして、これらの吹出空気は、各開口部を開閉する吹出モード切換ドア（図示せず）で切り換えられ、これら吹出モード切換ドア・エアミックスドア４６０・内外気切換ドア４２０及び送風機４３０の作動は、ＥＣＵ３００により制御されている。
【００２７】
尚、ＥＣＵ３００には、車室内温度を検出する内気温度センサ３１０、外気温度を検出する外気温度センサ３２０、日射量を検出する日射センサ３３０、エンジン冷却水の温度を検出するエンジン水温センサ（図示せず）等の空調センサからの信号、室内器４４０を通過した直後の吹出空気の温度を検出する第１吹出空気温度センサ３５０およびエアミックスドア４６０にて温度調節された後の吹出空気の温度を検出する第２吹出空気温度センサ３６０からの信号、並びに空調コントロールパネル３７０からの信号が入力されている。
【００２８】
また、空調コントロールパネル３７０は、乗員により手動操作されるもので、吹出モードを切り換える吹出モード切換レバー、内気吸入状態と外気吸入状態とを切り換える内外気切換レバー、乗員が希望する車室内温度を設定する温度コントロールレバー、吹出空気量を切り換える風量切換レバー、および空調装置の始動・停止を行なうエアコンＳ／Ｗ等より構成されている。
【００２９】
次に、吸着式冷凍装置１００の作動について説明する。吸着式冷凍装置１００は、第１吸着コア１１１ａで冷媒を吸着させる吸着工程と第２吸着コア１１２ａで冷媒の脱離を行なう脱離工程とからなる第１工程と、第１吸着コア１１１ａで冷媒を脱離させる脱離工程と第２吸着コア１１２ａで冷媒を吸着させる吸着工程とからなる第２工程とを、所定時間ｔ１（本実施形態では、６０秒）毎に交互に行なっている。
【００３０】
具体的に第１工程では、第１〜４切換弁１１３〜１１６を図２の実線で示すように作動させる。これにより、エンジン２００で加熱されたエンジン冷却水が、第２吸着コア１１２ａに流入し、第２吸着コア１１２ａの吸着剤Ｓｉを加熱して第２吸着コア１１２ａの吸着剤Ｓｉに吸着された蒸気冷媒を脱離する。一方、第１吸着器１１１内の液冷媒の蒸発が進行するため、第１凝縮コア１１１ｂ内の冷却液が冷却されると共に、その蒸発した蒸気冷媒が、第１吸着コア１１１ａの吸着剤Ｓｉに吸着される。
【００３１】
この時、第１ポンプ１３１により第１凝縮コア１１１ｂと室内器４４０との間を冷却液が循環するので、吹出空気（被冷却体）が冷却される。一方、第２ポンプ１３２により第２凝縮コア１１２ｂおよび第１吸着コア１１１ａと車室外熱交換器１２０との間を冷却液が循環するので、第２吸着器１１２内で脱離した蒸気冷媒が凝縮すると共に、第１吸着コア１１１ａの吸着剤Ｓｉで発生する吸着熱を吸熱され、吸着能力が低下することが防止される。
【００３２】
尚、第２工程では、第１〜４切換弁１１３〜１１６を図２の破線に示すように作動させることにより、上記した第１工程における第１吸着器１１１の作動が第２吸着器１１２の作動となり、第２吸着器１１２の作動が第１吸着器１１１の作動となる。以上のようにして、吸着冷凍機１００は、第１工程と第２工程とを所定時間ｔ１毎に交互に行なうことにより、連続的に冷房能力（冷却能力）を発揮する。
【００３３】
次に、本実施形態に係る車両用吸着式空調装置の特徴的構成と、それによる効果を説明する。図３は、図１の車両用吸着式空調装置の車両への搭載状態を示す模式図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。まず、室外器１２０を車両の屋根上に配置している。
【００３４】
従来の車両用吸着式空調装置では、図６で示したように室外器１２０はエンジンルーム内に設置されているため、エンジンからの排熱や地熱の廻り込みの影響に加え、スペースな問題により室外器１２０へ低温且つ十分な風量を得ることが困難であったのに対し、本実施形態では図３に示すように、トラックのキャビンの屋根上に室外器１２０を設置している。
【００３５】
これにより、エンジン排熱や地熱の影響を受けないフレッシュエアを、より多量に室外器１２０へ流入させることができ、室外器１２０を経由した冷却液を低温化することができる。また、屋根上は通風の妨げとなる障害物がないことから室外器１２０への風量確保が容易となり、より大きな放熱が可能となる。これらから、車両用吸着式空調装置の冷房能力（吸着性能）を向上させることができる。また、室外器１２０が無くなる分だけエンジンルーム内のスペースに余裕ができるうえ、屋根上では室外器１２０の設置スペースや外寸の自由度を向上させることができる。
【００３６】
また、少なくとも両吸着器１１１・１１２で構成する冷凍機本体１１０を車両の屋根上に配置している。これは、室外器１２０のみならず、冷凍機本体１１０を車両の屋根上に配置したことにより、冷凍機本体１１０も無くなる分だけエンジンルーム内のスペースに余裕ができるうえ、屋根上では冷凍機本体１１０の設置スペースや外寸の自由度を向上させることができる。
【００３７】
また、少なくとも空調ケーシング４１０と車室内熱交換器４４０とヒータコア４５０とで構成する空調ユニット４００を車両の屋根上に配置している。これは、室外器１２０のみならず、空調ユニット４００を車両の屋根上に配置したことにより、空調ユニット４００が無くなる分だけ車室内のスペースに余裕ができるうえ、屋根上では空調ユニット４００の設置スペースや外寸の自由度を向上させることができる。
【００３８】
また、車室上側から冷房を行なうことは、冷気が下降するため、従来の前面吹き出しに比べて快適性が向上し、また快適感を得るまでの時間が短縮される。また、このように効率良く冷房を行なうことは、空調装置の省エネルギー・省動力となる。
【００３９】
（その他の実施形態）
上述の実施形態では、冷風と温風との風量割合を調節することにより、吹出空気の温度を調節するエアミックス式の空調装置であったが、ヒータコア４５０に流通させる温水流量を調節することにより、吹出空気の温度を調節するリヒート式の空調装置であっても良い。
【００４０】
また、上述の実施形態では、吸着剤Ｓｉとしてシリカゲルを用いたが、本発明はこれに限定されるものではなく、吸着剤Ｓｉとして活性炭・ゼオライト・活性アルミナなどを用いても良い。また、上述の実施形態では、液冷媒として水を用いたが、本発明はこれに限定されるものではなく、アルコール・フロンなど吸着剤Ｓｉに吸着されるものであれば、その他の物であっても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態における車両用吸着式空調装置のシステム構成を示す模式図である。
【図２】図１の車両用吸着式空調装置における吸着式冷凍サイクルのシステム構成を示す模式図である。
【図３】図１の車両用吸着式空調装置の車両への搭載状態を示す模式図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。
【図４】吸着特性を説明するグラフである。
【図５】本発明による吸着特性での変化を説明するグラフであり、（ａ）は吸着側、（ｂ）は脱離側を示す。
【図６】従来の問題点を説明する模式図である。
【符号の説明】
１１０ 冷凍機本体
１１１・１１２ 吸着器
１２０ 車室外熱交換器
２００ 水冷式エンジン（液冷式内燃機関）
４００ 空調ユニット
４１０ 空調ケーシング
４４０ 車室内熱交換器
４５０ ヒータコア
Ｓｉ 吸着剤

Claims (3)

1. 液冷式内燃機関（２００）を有する車両に適用される車両用吸着式空調装置であって、
   蒸気冷媒を吸着すると共に、加熱されることにより吸着した前記蒸気冷媒を脱離する吸着剤（Ｓｉ）及び液冷媒が封入され、冷凍能力を発揮する吸着器（１１１・１１２）と、
   前記吸着器（１１１・１１２）内を循環する前記液冷媒を大気との間で熱交換を行なって冷却する車室外熱交換器（１２０）と、
   車室内に吹き出す吹出空気の通路を構成する空調ケーシング（４１０）と、
   前記空調ケーシング（４１０）内に配設され、前記吸着器（１１１・１１２）にて冷却された前記液冷媒が循環する車室内熱交換器（４４０）と、
   前記空調ケーシング（４１０）内のうち前記車室内熱交換器（４４０）より吹出空気流れ下流側に配設され、前記水冷式内燃機関（２００）内を循環する冷却液を熱源として、吹出空気を加熱するヒータコア（４５０）とを備え、
   蒸気冷媒を吸着させて前記吸着器（１１１・１１２）にて冷凍能力を発揮させる吸着工程と、前記冷却液にて前記吸着剤（Ｓｉ）を加熱して前記蒸気冷媒を脱離させる脱離工程とを切り替え運転するものにおいて、
   前記車室外熱交換器（１２０）を前記車両の屋根上に配置したことを特徴とする車両用吸着式空調装置。
2. 少なくとも前記吸着器（１１１・１１２）で構成する冷凍機本体（１１０）を前記車両の屋根上に配置したことを特徴とする請求項１に記載の車両用吸着式空調装置。
3. 少なくとも前記空調ケーシング（４１０）と前記車室内熱交換器（４４０）と前記ヒータコア（４５０）とで構成する空調ユニット（４００）を前記車両の屋根上に配置したことを特徴とする請求項１に記載の車両用吸着式空調装置。

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