JP2007112271A - 蓄冷パック及び蓄冷式冷房ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】蓄冷式冷房ユニットに使用される蓄冷パックと空気との熱交換効率を向上させて空調能力を高めること。
【解決手段】カートリッジ３２内に密封した蓄冷材を冷凍サイクルに連結された蓄冷用冷却コイルにより冷却して冷熱を蓄熱する蓄冷パック３１において、カートリッジ３２の表面に多数の突起３３を形成した。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両用の蓄冷装置付き空気調和装置に適用される蓄冷パック及び蓄冷式冷房ユニットに関する。

従来より、たとえばトラックのキャビン用空調装置として、蓄冷装置付きの冷凍サイクル（冷媒回路）を備えた蓄冷装置付き空調装置が知られている。この空調装置では、たとえば運転手が仮眠する場合などエンジンを停止した状態でキャビン内の冷房が可能となるように、車両走行中に冷熱を蓄熱するための蓄冷用冷却コイルを備えている。
蓄冷用冷却コイルは、冷凍サイクル中において、エンジンが駆動される車両走行中等にキャビン内の空調に使用される空調用エバポレータと並列に設置され、エンジンで駆動されるコンプレッサから交互に冷媒の供給を受けて蓄冷材を冷却するものである。

上述した蓄冷用冷却コイルは、たとえばキャビン後方の窓枠に取り付けられた蓄冷式冷房ユニット内に設置される。蓄冷式冷房ユニットは、吸込口及び吹出口を設けたケーシング内に、冷凍サイクルに連結された蓄冷用冷却コイルと、この蓄冷用冷却コイルにより冷却されて凍結する水等の蓄冷材を密封した蓄冷パックと、キャビン内の空気をケーシング内に吸い込んで冷風を吹き出すためのファンとを具備して構成される。すなわち、蓄冷式冷房ユニットは、ファンの動作により吸込口からキャビン内の空気を吸い込み、この空気を蓄冷パックの冷熱により冷却した冷風として吹出口からキャビン内に吹き出し、エンジン停止状態でもキャビン内の冷房を可能にしたものである。

このような蓄冷式冷房ユニットにおいては、ユニット自体の大きさを抑制して冷房能力や冷房時間を確保するため、蓄冷パックに蓄熱した冷熱を効率よく有効に利用することが必要となる。
このため、ケース内に蓄冷用蒸発器を配設し、この蒸発器のチューブ面に蓄冷パックを密着配置した蓄冷式冷房装置においては、空気の案内用としてケースの内側に複数のリブ部材を設けることが提案されている。このリブ部材は、吸入口から流入して蓄冷パックに向かう空気流を均一に分散させるため千鳥状に配列してあるので、蓄冷パックの全領域で効率よく送風空気を冷却できるとされる。（たとえば、特許文献１参照）
特開平８−２１６６７０号公報（図３及び図４参照）

ところで、近年の環境問題対策として、駐車時のアイドリング運転が禁止される状況にある。このため、蓄冷式冷房ユニットによる冷房運転は、たとえば夜間や明け方等における２〜３時間程度の仮眠のように熱負荷の小さい時間帯の使用だけでなく、熱負荷が大きい昼間の休憩時等にも比較的短時間（３０分ないし１時間程度）使用したいという要求が高まっている。
しかし、上述した特許文献１に記載のリブ部材は、ケース内面に設置されているものであるから、空気流を案内する機能はあるものの、リブ部材自体の温度は蓄冷パックほど低くない。従って、リブ部材には蓄冷パックのような冷却機能がなく、蓄冷パックの大きさを変えなければ、熱負荷の大きい状況での熱交換効率を十分に確保できないという問題がある。

このような背景から、蓄冷パックの大きさを変えることなしに蓄冷パックと空気との熱交換効率を向上させ、熱負荷の高い使用状況でも快適な冷風を吹き出すことができるように、蓄冷式冷房ユニットの空調（冷房）能力を高めることが望まれる。
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、蓄冷パックと空気との熱交換効率を向上させて空調能力を高めることができる蓄冷パック及び蓄冷式冷房ユニットを提供することにある。

本発明は、上記の課題を解決するため、下記の手段を採用した。
本発明に係る蓄冷パックは、カートリッジ内に密封した蓄冷材を冷凍サイクルに連結された蓄冷用冷却コイルにより冷却して冷熱を蓄熱する蓄冷パックにおいて、前記カートリッジの表面に多数の突起を形成したことを特徴とするものである。

このような蓄冷パックによれば、カートリッジの表面に多数の突起を形成したので、蓄冷パックが空気と接触する表面積を増して熱交換効率を向上させることができる。

上述した蓄冷パックにおいて、前記突起の肉厚が前記カートリッジの壁面より薄く設定されていることが好ましく、これにより、突起部分における熱交換効率が向上するので、蓄冷パック全体の熱交換効率はより一層向上する。

本発明に係る蓄冷式冷房ユニットは、蓄冷装置付き空調装置の蓄冷式冷房ユニットであって、冷凍サイクル中に空調用エバポレータと並列に連結された蓄冷用冷却コイルを備え、空気の吸込口及び冷風の吹出口を備えたケーシング内に、前記蓄冷用冷却コイルと、請求項１または２に記載の蓄冷パックと、空気の吸入及び吹出を行うファンとを具備してなることを特徴とするものである。

このような蓄冷式冷房ユニットによれば、請求項１または２に記載の蓄冷パックを備えているので、多数の突起により蓄冷パックが空気と接触する表面積を増し、蓄冷パックの熱交換効率が向上したユニットとなる。また、肉厚の薄い突起とすれば、突起部分における熱交換効率が向上するので、蓄冷パック全体の熱交換効率がより一層向上したユニットとなる。

上述した本発明によれば、カートリッジの表面に多数の突起を形成して蓄冷パックが空気と接触する表面積を増したので、蓄冷パックの大きさを変えることなく熱交換効率を向上させることができる。従って、この蓄冷パックを採用した蓄冷式冷房ユニットは、熱負荷の高い使用状況でも快適な冷風を吹き出すことができるようになり、冷房能力が向上するという顕著な効果を得ることができる。

以下、本発明に係る蓄冷パック及び蓄冷式冷房ユニットの一実施形態を図面に基づいて説明する。
図８に示す冷媒回路図は、主として車両用空調装置に適用されるものであり、たとえばトラック等の車両に装備される蓄冷装置付き空調装置に採用されている。図８において、１はコンプレッサ、２はコンデンサ、３はレシーバ、４は空調用エバポレータ、５は感温筒６を備えた温度式の膨張弁（以下、「空調用膨張弁」ともいう）、７は空調電磁弁、８は蓄冷用冷却コイル、９は感温筒１０を備えた温度式の膨張弁（以下、「蓄冷用膨張弁」ともいう）、１１は蓄冷電磁弁、１２は逆止弁、１３は空調用エバポレータの温度を検知し作動するフロストサーモ、１４は装置全体の制御装置である。

上記の各要素から構成される蓄冷装置付き空調装置において、冷媒回路中に並列に配置された空調用エバポレータ４及び蓄冷用冷却コイル８には、各々の冷媒配管上流側に空調電磁弁７及び畜冷電磁弁１１が設けられている。制御装置１４は、空調電磁弁７または蓄冷電磁弁１１に対して交互に通電することで開閉制御し、空調用エバポレータ４と蓄冷用冷却コイル８とに冷媒を交互に流す。この場合、空調用エバポレータ４の運転時間及び蓄冷用冷却コイル８の運転時間は、たとえば所定の時間比となるように設定され、この時間比に基づいて制御装置１４が空調電磁弁７及び蓄冷電磁弁１１の開閉を制御する。
なお、上述した運転時間の一例をあげると、たとえば空調用エバポレータ４に冷媒を流す空調運転時間を４５秒とし、蓄冷用冷却コイル８に冷媒を流す蓄冷運転時間を２０秒とする。

図４及び図５に示すように、蓄冷用冷却コイル８を備えた蓄冷式冷房ユニット２０は、たとえばトラックのキャビン内に設置されて運転席後方に設けられている仮眠室の冷房に使用される。図示の例では、キャビン後方の壁面に設けられる窓ガラスに代えて、蓄冷式冷房ユニット２０が上下（縦）方向に立設して取り付けられている。
蓄冷式冷房ユニット２０は、空気の吸込口２１及び冷風の吹出口２２を設けたケーシング２３内に、蓄冷ユニット３０及びファン４０を内蔵している。蓄冷ユニット３０は、上述した車両空調用の冷凍サイクル（冷媒回路）に連結されている蓄冷用冷却コイル８と、該蓄冷用冷却コイル８により冷却する水等の蓄冷材をパックケース内に密封した蓄冷パック３１とを具備し、これら蓄冷用冷却コイル８及び蓄冷パック３１を収納する内部ケース５０を設けた構成とされる。この蓄冷ユニット３０は、蓄冷用冷却コイル８を構成する扁平押出チューブ８ａの両面を、蓄冷パック３１で両側から挟持した構成とされる。なお、蓄冷用冷却コイル８は、左右一対のヘッダー間を複数の扁平押出チューブ８ａにより連結した構成とされ、各扁平押出チューブ８ａには図示しない多数の冷媒流路が設けられている。

ファン４０は、キャビン内からケーシング２３内に冷却する空気を吸い込むとともに、ケーシング２３内を通過する際に蓄冷パック３１と熱交換して冷却された冷風をキャビン内に吹き出す機能を有している。
ケーシング２３は、キャビン内に前方を向いて露出するフロントパネル２３Ｆと、キャビン後部壁面を形成するパネル材１５の窓ガラス用開口部１６に取り付けられたリアパネル２３Ｒとに分割される。

リアパネル２３Ｒは、窓ガラスの代わりに周囲をウインドダム１７に挟持された状態でキャビン後部壁面に固定支持される。このリアパネル２３Ｒには、上述した蓄冷ユニット３０が固定支持され、さらに、蓄冷ユニット３０の前面を覆うようにしてフロントパネル２３Ｆが取り付けられる。フロントパネル２３Ｆは、蓄冷ユニット３０を貫通するボルト等を用いてリアパネル２３Ｒに対し着脱可能に固定され、この固定状態において、フロントパネル２３Ｆとリアパネル２３Ｒとの間には、前後方向の隙間２４がユニットの全周にわたって設けられている。
すなわち、蓄冷式冷房ユニット２０は、吸込口２１及び吹出口２２を設けたケーシング２３内に、冷媒回路から冷媒の供給を受ける蓄冷用冷却コイル８及び蓄冷用冷却コイル８に供給された冷媒が吸熱して冷却する蓄冷パック３１を内部ケース５０に収納してなる蓄冷ユニット３０と、空気の流れを形成するファン４０とを具備した構成とされる。

フロントパネル２３Ｆの前面には、樹脂等のパネル材を裏面まで貫通する吸込口２１を下部中央に配設するとともに、同様にパネル材を裏面まで貫通する左右一対の吹出口２２，２２を上部の左右両端近傍に配設してある。なお、左右一対の吹出口２２，２２は、下部中央の吸込口２１を基準にして左右対称の配置とされる。
また、吹出口２２，２２の上部には、それぞれにファン４０が設置されており、キャビン内の空気を吸込口２１から吸引し、後述する空気流路や溝部を通って冷却された冷風が吹出口２２，２２からキャビン内へ吹き出すようになっている。なお、ファン４０は、フロントパネル２３Ｆの裏面上部に固定されている。

内部ケース５０は樹脂等の成形部品であり、特に、断熱性能の高い素材を採用して断熱強化することが好ましい。
この内部ケース５０は、扁平押出チューブ８ａを挟持する蓄冷パック３１の前後両表面との間に空気流路６０を形成するとともに、吸入口２１に連通する吸込開口６１を下部に形成し、左右の吹出口２２にそれぞれ連通するように吹出開口（不図示）を上部に形成した構成とされる。この内部ケース５０は、内部に収納した蓄冷用冷却コイル８及び蓄冷パック３１とともに一体化した蓄冷ユニット３０として、リアパネル２３Ｒに対し図示省略のボルト等により固定支持される。
このような内部ケース５０を設けたことにより、蓄冷ユニット３０の断熱性能が増して侵入熱を防ぐため、蓄冷パック３１や蓄冷用冷却コイル８が外部からの侵入熱の影響を受けにくくなる。なお、図中の符号５１は、蓄冷用冷却コイル８及び蓄冷パック３１の下方に落下する結露水（ドレン水）を集めて排水するためのドレンパンである。

さて、上述した蓄冷式冷房ユニット２０で使用される蓄冷パック３１は、略中空板状とした樹脂成形品のカートリッジ３２内に蓄冷材を密封した構成とされる。この蓄冷パック３１には、図１及び図２に示すように、カートリッジ３２の表面３２ａに多数の突起３３が形成されている。この突起３２は、図３に示すように、カートリッジ３１の表面３２ａを形成する壁面より薄い肉厚に設定されていることが好ましい。
このように、蓄冷パック３１のカートリッジ３２に多数の突起３３を設けると、蓄冷パック３１に沿って流れる空気と接触する表面積が増加するので、蓄冷パック３１が空気に放冷して冷却する熱交換効率を向上させることができる。また、突起３３の肉厚を薄く設定することにより、突起部分の周囲を流れる空気に放冷して冷却する熱交換効率は、樹脂の肉厚が薄くなった分向上する。

上述した蓄冷パック３１は、たとえば図６に示すように、内部ケース５０の内面に突起３３の先端が当接する配置とされ、内部ケース３５と蓄冷パック３１との間に形成された空気流路６０には多数の突起３３が千鳥状に突出している。なお、図６（ａ）は、扁平押出チューブ８ａの両側を蓄冷パック３１で挟持して内部ケース５０に収納した構成例を示し、図６（ｂ）は、扁平押出チューブ８ａの両側を蓄冷パック３１で挟持したものを二組用意し、互いの突起３３を突き合わせて並べた状態にして内部ケース５０に収納した構成例を示している。

このため、空気流路６０を流れる空気は、蓄冷パック３１の表面３２ａだけでなく、多数の突起３３の表面３３ａとも接触して流れるので、両方の表面３１ａ，３３ａから冷却される。すなわち、空気と接触する表面積を増して空気を冷却する能力が増大するので、蓄冷パック３１を大型化しなくても昼間の駐車時など熱負荷の高い状況でも充分な冷却能力が得られ、蓄冷式冷房ユニット２０の冷房能力を増して快適な冷風を吹き出すことができる。
また、図７に示すように、扁平押出チューブ８ａと接触する蓄冷パック３１のに表面３３ｂにも突起３３を設けてもよく、このような構成にすれば空気との接触面積がさらに増加するので、蓄冷式冷房ユニット２０の冷房能力はより一層向上する。

上述したように、本発明によれば、カートリッジ３２の表面３２ａに多数の突起３３を形成して蓄冷パック３１が空気と接触する表面積を増したので、蓄冷パック３１の大きさを変えることなく熱交換効率を向上させることができる。従って、この蓄冷パック３１を採用した蓄冷式冷房ユニット２０は、熱負荷の高い使用状況でも快適な冷風を吹き出すことができるようになって冷房能力が向上する。
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更することができる。

本発明に係る蓄冷パックの一実施形態を示す正面図である。 図１に示した蓄冷パックの側面図である。 図１のＡ−Ａ断面図である。 本発明に係る蓄冷式冷房ユニットがキャビン内に設置された状態例を示す側面図である。 図４の正面図である。 蓄冷ユニットの構成例を示す断面図であり、（ａ）は扁平押出チューブを蓄冷パックで挟持して内側ケース内に収納した構成例、（ｂ）は（ａ）の扁平押出チューブ及び蓄冷パックを二組合わせて内側ケース内に収納した構成例である。 両側に突起を設けた蓄冷パックを用いた蓄冷ユニットの構成例を示す断面図であり、（ａ）は扁平押出チューブを蓄冷パックで挟持して内側ケース内に収納した構成例、（ｂ）は（ａ）の扁平押出チューブ及び蓄冷パックを二組合わせて内側ケース内に収納した構成例である。 車両用空調装置に適用される蓄冷装置付き空調装置の冷媒回路図である。

符号の説明

１ コンプレッサ
２ コンデンサ
４ 空調用エバポレータ
５，９ 膨張弁
７ 空調電磁弁
８ 蓄冷用冷却コイル
８ａ 扁平押出チューブ
１１ 蓄冷電磁弁
１４ 制御装置
２０ 蓄冷式冷房ユニット
２１ 吸込口
２２ 吹出口
２３ ケーシング
２３Ｆ フロントパネル
２３Ｒ リアパネル
３０ 蓄冷ユニット
３１ 蓄冷パック
３２ カートリッジ
３２ａ 表面
３３ 突起
３３ａ 表面
４０ ファン
５０ 内部ケース
６０ 空気流路

Claims (3)

1. カートリッジ内に密封した蓄冷材を冷凍サイクルに連結された蓄冷用冷却コイルにより冷却して冷熱を蓄熱する蓄冷パックにおいて、
   前記カートリッジの表面に多数の突起を形成したことを特徴とする蓄冷パック。
2. 前記突起の肉厚が前記カートリッジの壁面より薄く設定されていることを特徴とする請求項１に記載の蓄冷パック。
3. 蓄冷装置付き空調装置の蓄冷式冷房ユニットであって、
   冷凍サイクル中に空調用エバポレータと並列に連結された蓄冷用冷却コイルを備え、空気の吸込口及び冷風の吹出口を備えたケーシング内に、前記蓄冷用冷却コイルと、請求項１または２に記載の蓄冷パックと、空気の吸入及び吹出を行うファンとを具備してなることを特徴とする蓄冷式冷房ユニット。

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