JP2010197021A - 温度調節装置 - Google Patents

Abstract

【課題】蒸発器に温度センサーを設置することなく確実に着霜時の除霜をおこなって良好な冷却運転をおこなうことができ、また寝袋使用時においても使用者の冷え過ぎを防いで快適な冷却空間を形成することができる温度制御装置を提供する。
【解決手段】冷凍サイクル中の蒸発器を循環ファンおよび吹き出し風路と戻り風路とを有する断熱壁体で形成された冷却室内に収納するとともに、圧縮機と凝縮器とこれらを冷却する放熱ファンとを機械室内に配設した冷却ユニットにより生成された冷気を、循環ファンおよび吹き出し風路によって冷却対象物に吹き出し、戻り風路に戻すように循環させる温度調節装置において、戻り風路に設けた空気温センサーにより帰還冷気の温度を検出するとともに室温センサーを設け、室温センサーの検出温度とこの室温センサーと空気温センサーとの温度差とによって冷凍サイクルの除霜運転を制御することを特徴とする。
【選択図】 図９

Description

本発明は、トラックの運転台における仮眠用キャビンなどに設置して冷却された空気を吹き出す温度調節装置の構成に関する。

従来、トラックなどの自動車の運転台においては、キャビン内に睡眠をとるためのベッドルームが設けられ、随時横になって休息や睡眠ができるように構成されている。そして、夏場などにおいて睡眠をとる場合は、カーエアコンを運転して室内を空調することで快眠を確保してきたが、エアコンの運転による部屋全体の空調では、大きな電力消費量となり、さらに、アイドリング運転が必要となって、電力消費のみでなく、膨大な炭酸ガスの排出にともなう地球温暖化への影響が大きいものであった。

一方、図１０に示すように、内部に人間（Ａ）が横たわる空間（78）を形成した寝袋（56）内に、熱交換器（66）と送風装置（68）とを有する空気調和装置（52）からの空気を循環させることで前記空間内を冷房するようにし、これにより、冷凍機自体を小電力で作動させることで、エネルギー資源の浪費や環境汚染を抑えるようにした構成が特許文献１に示されている。

また、図１１に示す特許文献２には、自動車の運転台の後壁と運転席との間のフロア上に設けた水平で平坦に延びるマット（86）の長手方向の一端部に、熱交換器を備えて熱交換空気を供給し、供給された空気が通気性マット内（87）を流動して人間（Ａ）に対して快適な感覚が得られるようにした空気循環式マット（81）の構造が記載されているが、これらの寝袋やマット装置をトラックなどの車体に設置するに際しては、狭いキャビン空間に寝袋やマットとともに空調装置を据え付けねばならず、設置構成および据え付け作業がきわめて困難となり、排気や結露水の処理、外部からの騒音や熱の侵入を防ぐ構成が必要となるなど多くの解決すべき問題点を有していた。

前記特許文献１に記載の寝袋や特許文献２に記載のマット装置に対して、本特許出願人らは、蓄電池により駆動される冷却ユニットを運転席後部の仮眠用キャビン内に取り付け、蒸発器により生成された冷気あるいは暖気を運転席または仮眠用キャビン内、あるいはその双方に吹き出して温度調節するように構成した車載用温度調節装置を発明し、特願２００８−２２９３９４号として出願している。

特開２００７−０９８０４４号公報 特開２００７−１０５０８４号公報

前記特許出願に記載の温度調節装置は、アイドリングストップにより資源浪費や環境汚染を抑制するとともに、冷却あるいは加温された空気を吹き出す冷却ユニットの車内への取り付けを容易におこない、運転席後部の仮眠用キャビンだけでなく、運転席をも選択的に冷却あるいは加温することができるものであるが、夏期における熱帯夜などで仮眠用キャビン内や運転席に冷風を供給するような場合は、冷却ユニット内に室内循環冷気とともに高温多湿の外気が侵入するため、蒸発器が着霜してしまい目詰まり状態となって、冷却性能が著しく劣化することになる。

前記蒸発器への着霜については、蒸発器の冷媒パイプ部分に温度センサーを取り付け、蒸発器温度が氷点下であることを検出することで冷却ユニットの運転を停止して蒸発器の温度を上昇させ、除霜するようにしていたが、前述のとおり、狭いキャビン内に冷却ユニットを設置する必要から自ずと蒸発器の設置スペースも狭くなって、蒸発器の構造上前記温度センサーの設置スペースの確保が困難な状態にあり、また、温度センサーを設置した場合にはその分コスト高になる不具合があった。

そしてまた、蒸発器温度の検出によって冷却ユニットの運転を制御した場合、特に、冷却方式を前記寝袋内部に冷気を循環させて冷却する方式にして連続運転に設定してしまった場合は、熱漏洩量が少ないために寝袋内温度が極端に低くなってしまい、冷え過ぎにより使用者に悪影響を及ぼす可能性があった。

本発明は上記の事情を考慮してなされたものであり、蒸発器に温度センサーを設置することなく確実に着霜時の除霜をおこなって良好な冷却運転をおこなうことができ、また寝袋使用時においても使用者の冷え過ぎを防いで快適な冷却空間を形成することができる温度制御装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明の温度調節装置は、圧縮機と凝縮器と蒸発器とを環状に連結して冷凍サイクルを形成し、この冷凍サイクル中の前記蒸発器を循環ファンおよび吹き出し風路と戻り風路とを有する断熱壁体で形成された冷却室内に収納するとともに前記圧縮機と凝縮器とこれらを冷却する放熱ファンとを機械室内に配設した冷却ユニットにより生成された冷気を、前記循環ファンおよび吹き出し風路によって冷却対象物に吹き出し、戻り風路に戻すように循環させる温度調節装置において、前記戻り風路に設けた空気温センサーにより帰還冷気の温度を検出するとともに前記冷却ユニットを設置した室温を検出する室温センサーを設け、前記室温センサーの検出温度とこの室温センサーと前記空気温センサーとの温度差とによって前記冷凍サイクルの除霜運転を制御することを特徴とするものである。

本発明によれば、着霜検出温度センサーを蒸発器に設置することなく着霜した場合には確実に除霜することができ、さらに、冷気を寝袋内に循環させて冷却する場合においても使用者の冷え過ぎを防ぐことができる。

本発明の１実施形態の温度調節装置を設けたトラックの側面図である。 図１の温度調節装置設置部の平面図である。 図２における冷却ユニットの斜視図である。 図３の冷却ユニットの前面を破断した正面図である。 図４の機械室部の平面図である。 図３に配設した冷凍サイクルの概略構成図である。 図３における冷却室の横断面図である。 図２における冷却マットの概略図である。 図３の冷却ユニットの制御フローチャートである。 本発明の従来例の寝袋を示す断面図である。 本発明のさらに他の従来例を示す空気循環式マットの断面図である。

以下、図面に基づき本発明の１実施形態について説明する。図１は、本発明の温度調節装置（１）を搭載したトラック前部の側面図、図２はその平面図であって、前記温度調節装置（１）は、仮眠室として使用される運転席（３）の後部キャビン（４）に設置された冷却ユニット（２）と、この冷却ユニット（２）を駆動する蓄電池（５）から形成されている。

後部キャビン（４）には、助手席側の後部位置の外壁に沿って前記冷却ユニット（２）を配設し、この冷却ユニット（２）に対して車体の幅方向が長手方向となるように、使用者（Ａ）が横臥するための冷却マット（６）を設置している。

また、前記蓄電池（５）は、トラック用の蓄電池とは別に冷却ユニット（２）の駆動電源用として専用に設けられており、自動車エンジンの駆動時に充電されるものであって、後部キャビン（４）外の車体下部に配設している。

前記冷却ユニット（２）は、斜視図を図３、正面から前面を破断して示す図４に示すように、薄鋼板製の外板（７）で箱体状の外郭を形成し、高さ方向のほぼ中央部を断熱仕切壁（８）で上下の空間に区分されているとともに、前記後部キャビン（４）の床面である車体底板（４ａ）上に架台を介してボルト固定されている。

前記断熱仕切壁（８）の上方の空間は機械室（９）としており、前記図４および平面図である図５に示すように、冷凍サイクル（10）の一環をなす冷媒を圧縮して吐出する圧縮機（11）と、吐出された高温高圧の冷媒を受けて放熱し凝縮する凝縮器（12）およびこれら凝縮器（12）などの高温部品を冷却する放熱ファン（13）などを剛性のある鋼板などで形成した仕切板（14）上に設置している。

前記冷凍サイクル（10）は、図６に示すように、前記圧縮機（11）、凝縮器（12）、減圧器である毛細管（15）および蒸発器（16）を環状に連結し、前記蓄電池（５）による駆動で圧縮機（11）からの冷媒を循環し、蒸発器（16）で蒸発させることによって冷気を生成するものであり、前記圧縮機（11）は、前記仕切板（14）上の幅方向の一側に片寄らせて配置し、振動吸収用のクッション体を介して固着されている。

前記凝縮器（12）は、蛇行曲げした冷媒管を多数のフィンに嵌入させて奥行き寸法を薄くした直方体状をなし、面積の大きなその前面を外板（７）の前面に形成した吸込み開口（17）に沿わせて立設させ、この吸込み開口（17）と凝縮器（12）との間には埃などを遮蔽するためにフィルター（18）を設けている。

凝縮器（12）の背面には、前記圧縮機（11）の運転に同期して駆動する放熱ファン（13）を前記圧縮機（11）に対向する平面における１コーナーの底部に開口した排気口（19）の端縁に面して立設させており、駆動時には、外気を前面の開口（17）から内部に吸引して凝縮器（12）を冷却し、熱交換した空気を外板（７）の前記排気口（19）から下方の排気ダクト（20）に向けて放出するようにしている。

このとき、前述したように、圧縮機（11）は機械室（９）内の側部に位置しており、放熱ファン（13）による冷却作用を直接受けにくいことから過冷却による蒸発温度を低下を防ぐとともに、片寄らせた分を奥行き方向で放熱ファン（13）と圧縮機（11）が重ならないように配置することで、機械室（９）の奥行き寸法の短縮化をはかっており、前記機械室（９）の上部は基板などの電気部品収納部（21）とし、本体外には、冷却ユニット（２）の制御仕様を設定し運転を開始するコントローラ（22）を設けている。

前記断熱仕切壁（８）の下方空間には、前記断熱仕切壁（８）に連なるように同様の断熱材で形成された断熱側壁（23）を外板（７）の内面側に配設し、底部には剛性のある断熱壁（24）を設けることで内部を断熱空間とした冷却室（25）としており、図７の横断面図で示すように、そのほぼ中央部には、前記凝縮器（12）からの冷媒を受けてこれを蒸発させることで低温化した冷気を生成する蒸発器（16）を幅方向に亙って立設状態で配置している。

この蒸発器（16）も前記凝縮器（12）と同様に、蛇行曲げした冷媒管と冷媒管に嵌着した多数のフィンとから所定の幅と高さ寸法を有して奥行き寸法を薄くした横長の直方体をなしており、前記蒸発器（16）の一端側の冷却室（25）の側部、すなわち、図７中の左側には、シロッコファンからなる循環ファン（26）を蒸発器（16）の長手方向に直交するように、冷却室（25）の奥行き方向に亙って並置させている。

前記蒸発器（16）の下面に対応する冷却室（25）の底面には、一側に向かって下方傾斜させた露受け樋（27）を形成しており、この露受け樋（27）によって、冷却運転時に蒸発器（16）に付着する霜の除霜後の融解水を集めるようにしている。集められた除霜水は、露受け樋（27）の傾斜下端部から連通している前記排気ダクト（20）を流入し外部に流出する。

冷却室（25）における前記循環ファン（26）の設置部の前方には、ファンケーシングによって連結され、冷却ユニット（２）の前面側スペースにおける車体底板（４ａ）上に配置した概略構造を図８に示す空気循環式の冷却マット（６）に冷気を導入するように、その冷気取り入れ口（６ａ）に連結した円筒状の吹き出し風路（28）を外方に突出させている。

前記吹き出し風路（28）の幅方向の反対側に位置する前記蒸発器（16）の前面には、戻り風路（29）を前記吹き出し風路（28）と同様に突出させて設けており、前記冷却マット（６）内を循環冷却した冷気を戻り口（６ｂ）から前記戻り風路（29）を介して冷却室（25）内の前記蒸発器（16）の一端側に流入させるようにしている。

そして、前記吹き出し風路（28）の一部からは、図１に２点鎖線で示すように、冷気流路を分岐して冷風を送気する延長ダクト（30）を接続し、その端部を、後部キャビン（４）の天井部空間、あるいはこれをを経て運転席（３）の上部まで延設させ、さらに、風向きを調整するルーバーなどで吹き出し方向を変更することで、蒸発器（15）で熱交換された冷風を運転席（３）の空間まで供給できるようにしている。

このとき、前記延長ダクト（30）は柔軟に屈曲できる形状、例えば、軟質樹脂材で形成したチューブにスパイラル状の芯材を設けたものや蛇腹状の筒体など可撓性とともに断熱性を備えた材料でその長さ寸法を調整できるように形成し、キャビン内に引き出してスポット的に冷風を吹き出すようにする。

前記戻り風路（29）の一部には、空気温センサー（31）を配設している。この空気温センサー（31）は、冷却マット（６）の循環風路（６ｃ）内を流れて戻り口（６ｂ）から戻り風路（29）に至った空気の温度を検知するものであり、この検知温度によって冷却ユニット（２）における圧縮機（11）の運転を制御し、冷却された空気を循環風路（６ｃ）内に供給して、冷却マット（６）内を使用者（Ａ）の希望する温度に冷却させるものである。

よって、外気による冷却マット（６）の外面からの熱漏洩や使用者（Ａ）の体温による発熱負荷など様々な負荷変動があっても循環風路（６ｃ）内を流れて蒸発器（16）に至る冷気の温度を的確に検出して就寝空間内を常に快適な設定温度状態にコントロールする。また、前記冷却ユニット（２）の電装室（21）の外表面には室温を検出する室温センサー（32）を取り付けるようにしている。

冷却ユニット（２）は、上記のように、冷却室（25）を機械室（９）の下方に配設したので、冷却室（25）からの冷気の吹き出し風路（28）や戻り風路（29）の位置が冷却ユニット（２）の下方部となり、特に、冷却対象物が前記空気循環式の冷却マット（６）などのように床面近傍に配置するものの場合は、その接続構成がきわめて容易となり、熱損失が少ないので冷気の伝達効率を向上させることができる。また、床面近傍に設置した冷却マット（６）の冷気取り入れ口（６ａ）や戻り口（６ｂ）と前記冷気の吹き出し風路（28）や戻り風路（29）とを直接連結することができるので、長尺のダクト部材が不必要になり、ダクトスペースを削減できるばかりか、部品数やコストアップを抑制でき、ダクト部材が突出しないので外観を良好に保つことができる。

以上の構成により、使用者（Ａ）が後部キャビン（４）で仮眠する際に、冷却温度や運転時間の設定により冷却ユニット（２）における圧縮機（11）を運転した場合には、凝縮器（12）からの冷媒を蒸発させることで蒸発器（16）を低温化して冷却室（25）内の空気を冷却し、生成された冷気を循環ファン（26）によって吹き出し風路（28）から冷却対象物である冷却マット（６）側の冷気取り入れ口（６ａ）から循環風路（６ｃ）に吹き出して冷却マット（６）内を冷却するものであり、循環風路（６ｃ）の循環後は、戻り口（６ｂ）を介して戻り風路（29）から冷却室（25）内の蒸発器（16）に流入させ、再び冷却して吹き出す冷気循環を繰り返す。

このときの冷却温度は、前記戻り風路（29）における空気温センサー（31）により圧縮機（11）の駆動を制御しておこなうものであり、例えば、空気温センサー（31）で検知する冷気温度は、２１〜２３℃を「強」、２４〜２６℃を「適」、２７〜２９℃を「弱」などとして３段階に分けられており、コントローラ（22）の押釦で選択して設定し、上下の設定温度で圧縮機（11）をオンオフすることで所定温度に冷却する。

しかして、夏季などで、前記温度調節装置（１）を搭載したトラックで長距離輸送をおこなう場合などにおける仮眠の際には、コントローラ（22）による冷却ユニット（２）の冷却温度と運転時間の設定により圧縮機（11）を起動させ、生成された冷気を循環ファン（28）より吹き出して冷却マット（６）に供給し、冷却して寝具として使用するものであるが、このとき、冷気を冷却マット（６）に吹き出して循環風路（６ｃ）内を循環させ冷却する場合は、冷気が冷却室（25）から循環風路（６ｃ）へ循環して外への熱漏洩が比較的少ないことから温度上昇が抑制され戻り風路（29）への帰還冷気の温度は低くなる。

特に、コントローラ（22）への誤操作などで圧縮機（11）が連続運転状態である場合には、時間経過とともに冷気温度がさらに低くなって過冷却となり、蒸発器（16）への着霜量が多くなり冷却力が低下するため、蒸発器（16）の除霜をおこなう必要がある反面、仮眠している人体は冷え過ぎによる悪影響を受ける不具合がある。

この場合の除霜運転は、図９に示すフローチャートのように制御される。コントローラ（22）の操作により冷却温度と運転時間を設定して冷却ユニット（２）を駆動し（ステップ１）、圧縮機（11）の運転により蒸発器（16）が低温化し、循環ファン（26）の駆動によって生成された冷気が吹き出し風路（28）から吹き出され、冷却マット（６）の循環風路（６ｃ）内を循環して戻り風路（29）に流入したとき、この帰還冷気の温度を前記空気温センサー（31）が検出するとともに、後部キャビン（４）内の室温（Ｔｒ）を室温センサー（32）で検出する（ステップ２）。次いで、この検出温度（Ｔｒ）と前記空気温センサー（31）の検出温度（Ｔｓ）との温度差を検出する（ステップ３）。

そして、前記ステップ２により室温センサー（32）の温度（Ｔｒ）が所定温度以下、例えば、２８℃以下で、さらに、ステップ３で前記温度差が所定値、例えば、３ｄｅｇ以上の場合には、除霜タイミングであると見做し、圧縮機（11）の駆動を所定時間、例えば、５分間停止するとともにその後３０分間運転するようにした間欠運転を繰り返すことで、自然の温度上昇により蒸発器（16）に付着した霜を融解させ除去するものであり、前記室温と温度差の条件が成立している間は、上記制御を設定運転時間中に亙って繰り返し（ステップ４）、設定した運転時間に達したか否かを検出して（ステップ５）、設定運転時間に達した場合には除霜運転を終了するものである。

なお、除霜方法については、前記方法に限らず、ヒーター加熱によってすみやかに霜を除去するようにしてもよく、また、前記圧縮機（11）を停止するとともに、循環ファン（26）のみを駆動させ、冷却マット（６）の循環風路（６ｃ）や後部キャビン（４）内の空気を冷却室（25）の蒸発器（16）部に導入することで、プラス温度の空気との熱交換により霜を融解するようにしてもよい。 これにより、蒸発器（16）の霜は早期に除去できるとともに、除霜による霜との熱交換で低温化した空気が循環風路（６ｃ）内などを循環するので、除霜の影響も少なくすることができ、使用者に違和感を与えることなくすみやかに定常の冷却運転に復帰させることができる効果がある。

上記により、使用者が希望する場合に冷却ユニット（２）を駆動することで、冷却室（25）で生成された冷気を吹き出すことにより冷却マット（６）あるいは後部キャビン（４）などの仮眠空間は冷却されることになり、トラックや乗用車などの自動車の車内で仮眠する場合に、使用者は速やかに冷風による涼しい雰囲気が得られ、快適に仮眠をとることができるものである。同時に、連続運転仕様などで蒸発器（16）の着霜量が多くなり除霜が必要となった場合には、適当なタイミングで自動的に、且つ、すみやかに除霜をおこなうことができる。

なお、上記各構成における冷却対象物としての前記冷却マット（６）は、内部の空洞内に冷気を導入することにより、その上部や内部に入る人体を冷却するものであるが、冷却対象物はこれに限るものではなく、その形態や設置スペースから、冷却ユニット（２）と冷却対象物とが一体化できない構成のものであればよい。

また、上記各実施例においては、トラックなどの車内で使用する温度調節装置（１）について説明したが、本発明は、前記車載用に限らず、家庭における個人用や病院用としても活用できるものであり、屋外用としても広く展開して使用できるものである。そして、これらの対象物から電源は電池に限らず交流電源を使用するものでもよい。

１ 温度調節装置 ２ 冷却ユニット ３ 運転席
４ 後部キャビン ５ 蓄電池 ６ 冷却マット
６ａ 冷気取り入れ口 ６ｂ 戻り口 ６ｃ 循環風路
９ 機械室 10 冷凍サイクル 11 圧縮機
12 凝縮器 13 放熱ファン 16 蒸発器
19 排気口 22 コントローラ 25 冷却室
26 循環ファン 27 露受け樋 28 吹き出し風路
29 戻り風路 30 延長ダクト 31 空気温センサー
32 室温センサー Ａ 使用者

Claims (3)

1. 圧縮機と凝縮器と蒸発器とを環状に連結して冷凍サイクルを形成し、この冷凍サイクル中の前記蒸発器を循環ファンおよび吹き出し風路と戻り風路とを有する断熱壁体で形成された冷却室内に収納するとともに前記圧縮機と凝縮器とこれらを冷却する放熱ファンとを機械室内に配設した冷却ユニットにより生成された冷気を、前記循環ファンおよび吹き出し風路によって冷却対象物に吹き出し、戻り風路に戻すように循環させる温度調節装置において、
   前記戻り風路に設けた空気温センサーにより帰還冷気の温度を検出するとともに前記冷却ユニットを設置した室温を検出する室温センサーを設け、前記室温センサーの検出温度とこの室温センサーと前記空気温センサーとの温度差とによって前記冷凍サイクルの除霜運転を制御することを特徴とする温度調節装置。
2. 室温センサーが所定値より低い温度を検知し、空気温センサーと室温センサーとの温度差が所定値より大きかった場合には、冷凍サイクルにおける圧縮機の運転を所定時間停止するようにしたことを特徴とする請求項１記載の温度調節装置。
3. 冷却ユニットの冷却対象物を、内部の空洞内に冷気を導入して冷却する冷却マットと、吹き出し風路に取り付けた延長ダクトにより冷却する任意の空間との少なくともいずれか一方を選択できるようにしたことを特徴とする請求項１記載の温度調節装置。

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