JP4082191B2

JP4082191B2 - 空調装置

Info

Publication number: JP4082191B2
Application number: JP2002345338A
Authority: JP
Inventors: 浩司野々山; 伊藤　　功治; 進藤　　寛英
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2002-11-28
Filing date: 2002-11-28
Publication date: 2008-04-30
Anticipated expiration: 2022-11-28
Also published as: JP2004175265A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空調装置に関するもので、車両用空調装置に適用して有効である。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
通常、車両用空調装置は、室内に吹き出す空気を冷却する冷却専用の熱交換器、及び室内に吹き出す空気を加熱する加熱専用の熱交換器を有し、冷却専用熱交換器を加熱専用熱交換器より空気流れ上流側に配置して、冷却専用熱交換器を通過して加熱専用熱交換器を迂回して流れる冷風と冷却専用熱交換器及び加熱専用熱交換器を通過する温風との風量割合を調節することにより車室内に吹き出す空気の温度を制御するエアミックス方式が採用されている。
【０００３】
なお、他の方式としては、通過した空気の全量を加熱専用熱交換器を通過させるとともに、加熱専用熱交換器の加熱能力を調節することにより車室内に吹き出す空気の温度を制御するリヒート方式がある。
【０００４】
ところで、空調装置にて室内に吹き出す空気を除湿する場合には、通常、室内に吹き出す空気の温度を冷却用の熱交換器にて露点以下まで低下させて空気中の水分を凝縮させるが、例えば秋や冬等の外気温度が低いときに空気温度を露点以下まで低下させると、吹出空気温度が下がりすぎるため、露点以下まで低下した空気を加熱用の熱交換器にて加熱する必要がある。
【０００５】
しかし、空調装置を小型にすべく、冷却用の熱交換器と加熱用の熱交換器とを近接させると、冷却用の熱交換器で発生した凝縮水が、室内に吹き出す空気の流れによって吹き飛ばされて加熱用の熱交換器にかかってしまうおそれが高い。
【０００６】
そして、冷却用の熱交換器で発生した凝縮水が吹き飛ばされて加熱用の熱交換器にかかってしまうと、凝縮水が加熱用の熱交換器にて加熱されて蒸発し、その蒸発した水分が室内に吹き出す空気と共に室内に供給されてしまうので、実質的に室内を除湿することができなくなるおそれがある。
【０００７】
また、車両用空調装置においては、高い湿度を有する空気が車室内に供給されると、外気温度が低いときには窓ガラスが曇り、十分な視界を確保することができなくなるおそれがある。
【０００８】
本発明は、上記点に鑑み、第１には、従来と異なる新規な空調装置を提供し、第２には、冷却用の熱交換器で発生した凝縮水が加熱用の熱交換器にかかってしまうことを防止して冷却用の熱交換器と加熱用の熱交換器とを近接配置し、空調装置の小型化を図ることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明では、室内に吹き出す空気が流れる空調ケーシング（１）と、空調ケーシング（１）内に収納され、室内に吹き出す空気を冷却する第１熱交換器（３）と、空調ケーシング（１）内のうち第１熱交換器（３）より空気流れ下流側に収納され、室内に吹き出す空気を加熱することができる第２熱交換器（４）とを有し、第１熱交換器（３）は、空気流れに対して直列に配置された複数個の熱交換部（３ａ、３ｂ）を有して構成され、さらに、第１熱交換器（３）は、第１熱交換器（３）に供給される冷却用の媒体が、空気流れ上流側に配置された熱交換部（３ａ）から空気流れ下流側に配置された熱交換部（３ｂ）に向けて流れるように構成され、冷却用の媒体として、第１熱交換器（３）内で相変化することなく、吸熱量に略比例して温度上昇する媒体が採用されていることを特徴とする。
【００１０】
これにより、上流側の熱交換部（３ａ）の温度は、下流側の熱交換部（３ｂ）の温度より低くなる。このため、第１熱交換器（３）で発生する凝縮水の多くは、上流側の熱交換部（３ａ）で発生するため、室内に吹き出す空気の流れによって吹き飛ばされる凝縮水の多くは、上流側の熱交換部（３ａ）から飛散して下流側の熱交換部（３ｂ）にかかる。
【００１１】
したがって、第１熱交換器（３）で発生した凝縮水が第２熱交換器（４）にかかってしまうことを防止できるので、冷却用の熱交換器である第１熱交換器（３）と加熱用の熱交換器である第２熱交換器（４）とを近接配置することができ、空調装置の小型化を図ることができる。
【００１２】
さらに、冷却用の媒体として、第１熱交換器（３）内で相変化することなく、吸熱量に略比例して温度上昇する媒体を採用している。
【００１３】
これにより、上流側の熱交換部（３ａ）と下流側の熱交換部（３ｂ）との温度差を大きくすることができるので、より多くの凝縮水を上流側の熱交換部（３ａ）で発生させることができ、第１熱交換器（３）で発生した凝縮水が第２熱交換器（４）にかかってしまうことを確実に防止できる。
請求項２に記載の発明では、冷却用の媒体は、水であることを特徴とするものである。
【００１４】
請求項３に記載の発明では、冷却用の媒体は、吸着剤が気相冷媒を吸着する作用を利用して冷媒を蒸発させ、その蒸発潜熱により冷凍能力を発揮する吸着式冷凍機により生成されることを特徴とするものである。
【００１５】
請求項４に記載の発明では、請求項３に記載の空調装置にて構成された車両用空調装置であって、吸着式冷凍機は、車両で発生する廃熱により稼動することを特徴とするものである。
【００１６】
因みに、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。
【００１７】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
本実施形態は、本発明に係る空調装置をリヒート式の車両用空調装置に適用したものであって、図１、２は本実施形態に係る空調装置（空調ユニット）の模式図である。
【００１８】
図１中、空調ケーシング１は室内に吹き出される空気が流れるダクト手段であり、空気流れ最上流側には、室内又は室外から空気を吸引して室内に空気を送風する遠心式の送風機２が設けられている。
【００１９】
なお、本実施形態では、空調ケーシング１（空調ユニット）は、車両床下又はシート下に搭載されている。
【００２０】
また、空調ケーシング１の空気流れ最下流側は、乗員の上半身側に向けて空気を吹き出すフェイス吹出口、乗員の下半身側に向けて空気を吹き出すフット吹出口、及び窓ガラスに向けて空気を吹き出すデフロスタ吹出口等に連通しているとともに、吹出モード、つまり空気を吹き出させる吹出口を切り替える吹出モード切換装置が設けられている。
【００２１】
また、空調ケーシング１内のうち、送風機２より空気流れ下流側であって、吹出モード切換装置より上流側には、室内に吹き出す空気と熱媒体とを熱交換する第１、２熱交換器３、４が収納されており、空気流れ上流側に収納された第１熱交換器３は、主に室内に吹き出す空気を冷却する熱交換器であり、空気流れ下流側に収納された第２熱交換器４は、主に室内に吹き出す空気を加熱する熱交換器である。
【００２２】
そして、第１熱交換器３は、空気流れに対して直列に配置された複数個（本実施形態では、２個）の熱交換部３ａ、３ｂを有し、かつ、第１熱交換器３に供給される冷却用の媒体が、空気流れ上流側に配置された熱交換部３ａから空気流れ下流側に配置された熱交換部３ｂに向けて流れるように構成されている。
【００２３】
また、第１熱交換器３に供給される冷却用の熱媒体は、本実施形態では、吸着式冷凍機により生成（冷却）された流体で、第１熱交換器３に流入した熱媒体は、第１熱交換器３内で相変化することなく、室内吹き出す空気から吸熱しながら吸熱量に略比例して温度が上昇してそのエンタルピを上昇させる。
【００２４】
なお、吸着式冷凍機とは、吸着剤が気相冷媒を吸着する作用を利用して冷媒を蒸発させ、その蒸発潜熱により冷凍能力を発揮するもので、その詳細は後述する。
【００２５】
一方、第２熱交換器４に供給される加熱用の熱媒体は、エンジン冷却水、つまりエンジンにて過熱された熱媒体であり、本実施形態では、両熱交換器３、４に供給される熱媒体を同一のものとしている。
【００２６】
因みに、熱媒体は水（エチレングリコール等の不凍液が混合されたものも含む。）であり、走行用駆動源をなすエンジン（内燃機関）を冷却するエンジン冷却水と同じ流体である。
【００２７】
次に、吸着式冷凍機１０について図３を用いて述べる。
【００２８】
吸着剤は、吸着剤の関係湿度、つまり吸着剤表面の相対湿度に応じた量の冷媒（本実施形態では、水）を吸着するものである。このため、吸着剤を加熱すると関係湿度が低下するため吸着していた冷媒を脱離放出し、吸着剤を冷却すると関係湿度が上昇するため雰囲気中の冷媒を吸着する。
【００２９】
なお、吸着剤が冷媒（水蒸気）を吸着する際には、凝縮熱相当の吸着熱が発生するので、吸着剤の吸着能力を維持するには、吸着剤を冷却しながら冷媒を吸着させる必要がある。
【００３０】
因みに、本実施形態では、吸着剤としてシリカゲルを用いていたが、活性アルミナ、活性炭、ゼオライト、モレキュラーシービングカーボン等を用いてもよいことは言うまでもない。
【００３１】
室外熱交換器１１は吸着器１２内を循環した熱媒体と室外空気とを熱交換する熱交換器であり、吸着していた冷媒を脱離放出させる際には、エンジン等の車両で発生した熱（本実施形態では、エンジン冷却水）を吸着器１２内に循環させる。なお、切換弁Ｖ１〜Ｖ４は熱媒体の循環経路を切り換えるものである。
【００３２】
また、吸着器１２は、内部が略真空に保たれた状態で冷媒（本実施形態では、水）が封入されたステンレス（本実施形態では、ＳＵＳ３０４）製のケーシング１２ａ、熱媒体とケーシング１２ａ内の冷媒との間で熱交換を行う蒸発／凝縮コアをなす第１熱交換器１２ｂ、及び吸着剤を冷却又は加熱する吸着コアをなす第２熱交換器１２ｃから等から構成されている。
【００３３】
次に、吸着式冷凍機１０の概略作動を述べる。
【００３４】
先ず、切換弁Ｖ１〜Ｖ４を図３の実線に示すように作動させて、第１吸着器１２の第１熱交換器１２ｂと第１熱交換器３との間、第１吸着器１２の第２熱交換器１２ｃと室外熱交換器１１との間、並びに第２吸着器１２の第１熱交換器と室外熱交換器１１との間、第２吸着器１２の第２熱交換器１２ｃとエンジンとの間に熱媒体を循環させる。
【００３５】
これにより、第１吸着器１２が吸着工程となり、第２吸着器１２が脱離工程となるので、第１吸着器１２で発生した冷凍能力により室内に吹き出す空気が冷却され、第２吸着器１２にて吸着剤の再生が行われる。
【００３６】
つまり、この状態（以下、第１状態と呼ぶ。）では、第１吸着器１２の第１熱交換器１２ｂは液相冷媒を蒸発させて冷凍能力を発生させる蒸発器として機能し、第１吸着器１２の第２熱交換器１２ｃは吸着剤を冷却する冷却器として機能し、第２吸着器１２の第１熱交換器１２ｂは吸着剤から脱離した水蒸気を冷却する凝縮器として機能し、第２吸着器１２の第２熱交換器１２ｃは吸着剤を加熱する加熱器として機能する。
【００３７】
そして、第１状態で所定時間（本実施形態では、６０秒〜１００秒）が経過したときに、切換弁Ｖ１〜Ｖ４を図３の破線に示すように作動させて、第２吸着器１２の第１熱交換器１２ｂと第１熱交換器３との間、第２吸着器１２の第２熱交換器１２ｃと室外熱交換器１１との間、並びに第１吸着器１２の第１熱交換器と室外熱交換器１１との間、第１吸着器１２の第２熱交換器１２ｃとエンジンとの間に熱媒体を循環させる。
【００３８】
これにより、第２吸着器１２が吸着工程となり、第１吸着器１２が脱離工程となるので、第２吸着器１２で発生した冷凍能力により室内に吹き出す空気が冷却され、第１吸着器１２にて吸着剤の再生が行われる。
【００３９】
つまり、この状態（以下、第２状態と呼ぶ。）では、第２吸着器１２の第１熱交換器１２ｂは液相冷媒を蒸発させて冷凍能力を発生させる蒸発器として機能し、第２吸着器１２の第２熱交換器１２ｃは吸着剤を冷却する冷却器として機能し、第１吸着器１２の第１熱交換器１２ｂは吸着剤から脱離した水蒸気を冷却する凝縮器として機能し、第１吸着器１２の第２熱交換器１２ｃは吸着剤を加熱する加熱器として機能する。
【００４０】
そして、第２状態で所定時間が経過したとき、切換弁Ｖ１〜Ｖ４作動させて再び第１状態とする。このように、第１状態及び第２状態を所定時間毎に交互に繰り返して、空調装置を連続的に稼働させる。
【００４１】
なお、所定時間は、ケーシング１２ａ内に存在する液相冷媒の残量や吸着剤の吸着能力等に基づいて適宜選定されるものである。
【００４２】
次に、空調装置の作動について述べる。
【００４３】
１．最大冷房運転（クールダウン）
目標吹出温度ＴＡＯが第１所定値より小さくなったとき、又は乗員が手動操作にて最大冷房運転を選択したときには、図４（ａ）に示すように、図示しない温水バルブを閉じて第２熱交換器４への熱媒体（温水）供給を停止した状態で、第１熱交換器３に吸着式冷凍機で生成された温度の低い熱媒体を供給する。
【００４４】
因みに、目標吹出温度ＴＡＯとは、乗員が設定した希望室内温度や室内温度などに基づいて決定される制御パラメータを成すもので、目標吹出温度ＴＡＯが小さくなるほど大きな冷房能力が必要であるとみなされ、逆に目標吹出温度ＴＡＯが大きくなるほど大きな暖房能力が必要であるとみなされる。
【００４５】
そして、本実形態では、目標吹出温度ＴＡＯに基づいて最大冷房運転（クールダウン）や温度コントロール運転等の運転モード、エアミックスドア５の開度及び吹出モード等が自動制御される。
【００４６】
２．温度コントロールモード（除湿暖房運転）
目標吹出温度ＴＡＯが第１所定値より大きく、かつ、第１所定値より大きい第２所定値以下となったとき、又はデフロスタ吹出モード等の曇り除去運転が手動操作にて選択された場合等には、図４（ｂ）に示すように、温水バルブを開いて第２熱交換器４へ熱媒体（温水）を供給した状態で、第１熱交換器３に吸着式冷凍機で生成された温度の低い熱媒体を供給する。
【００４７】
これにより、第１熱交換器３にて除湿冷却された空気が第２熱交換器４にて所定温度まで加熱されて室内に吹き出される。なお、室内に吹き出す空気の温度は、温水バルブにて第２熱交換器４での加熱能力を調節することにより行う。
【００４８】
３．（除湿不要）暖房運転
目標吹出温度ＴＡＯが第２所定値より大きくなったとき、又はや最大暖房運転が手動操作にて選択された場合等には、図４（ｃ）に示すように、吸着式冷凍機１０を停止して第１熱交換器３への熱媒体の供給を停止した状態で、温水バルブを開いて第２熱交換器４へ熱媒体（温水）を供給する。
【００４９】
次に、本実施形態の作用効果を述べる。
【００５０】
第１熱交換器３に供給される冷却用の媒体は、空気流れ上流側に配置された熱交換部３ａから空気流れ下流側に配置された熱交換部３ｂに向けて流れるので、上流側の熱交換部３ａの温度（例えば、５℃）は、下流側の熱交換部３ｂの温度（例えば、８℃）より低くなる。
【００５１】
このため、第１熱交換器３で発生する凝縮水の多くは、上流側の熱交換部３ａで発生するため、室内に吹き出す空気の流れによって吹き飛ばされる凝縮水の多くは、上流側の熱交換部３ａから飛散して下流側の熱交換部３ｂにかかる。
【００５２】
したがって、第１熱交換器３で発生した凝縮水が第２熱交換器４にかかってしまうことを防止できるので、冷却用の熱交換器である第１熱交換器３と加熱用の熱交換器である第２熱交換器４とを近接配置することができ、空調装置の小型化を図ることができる。
【００５３】
（第２実施形態）
第１実施形態では、第２熱交換器４は加熱専用の熱交換器であったが、本実施形態は、図５に示すように、吸着式冷凍機で生成された温度の低い（例えば、約５℃）熱媒体を第２熱交換器４に供給する場合と、エンジンにて加熱された温度の高い（例えば、９０℃）熱媒体を第２熱交換器４に供給する場合とは切替弁Ｖ５を設けて、図６に示すように、最大冷房運転には、第２熱交換器４にも吸着式冷凍機で生成された温度の低い熱媒体を供給して冷房能力を強化したものである。
【００５４】
なお、図６では、吸着式冷凍機で生成された温度の低い熱媒体を第１熱交換器３と第２熱交換器４とに並列分配供給しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば第２熱交換器４を流出した熱媒体が第１熱交換器３に流れ込むように熱媒体が直列供給してもよい。
【００５５】
（第３実施形態）
上述の実施形態では、２つの熱交換部３ａ、３ｂを独立した熱交換器にて構成していたが、本実施形態は、図７に示すように、２つの熱交換部３ａ、３ｂを一体化して１つの熱交換器が複数個の熱交換部３ａ、３ｂ有すようにしたものである。
【００５６】
（その他の実施形態）
上述の実施形態では、冷却用の熱媒体を吸着式冷凍機により生成したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば蒸気圧縮式冷凍機にて生成してもよい。
【００５７】
また、蒸気圧縮式冷凍機にて冷房能力を生成する際には、第１熱交換器３及び第２熱交換器４に直接、フロン等の冷媒を循環させてもよい。なお、この場合、温度コントロールモード時においては、蒸気圧縮式冷凍機の高圧冷媒を第２熱交換器４に供給して空気を加熱することが望ましい。
【００５８】
さらに、蒸気圧縮式冷凍機にて冷房能力を生成する際には、第１熱交換器３内で熱媒体、つまり冷媒が相変化して下流側の熱交換部３ｂにて上述の実施形態より多量の凝縮水が発生するので、第１熱交換器３と第２熱交換器４との距離を上述の実施形態より大きくすることが望ましい。
【００５９】
また、上述の実施形態では、車両で発生する廃熱として、エンジン冷却水を用いたが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば燃料電池自動車等電気自動車では、燃料電池又は電動モータから発生する廃熱により室内に吹き出す空気を加熱する、又は吸着式冷凍機を稼動させる等してもよい。
【００６０】
また、上述の実施形態では、空調ケーシング１を床下等に搭載したが、本発明はこれに限定されるものではなく、トランクルームや計器盤下方側等に搭載してもよいことは言うまでもない。
【００６１】
また、上述の実施形態では、２つの熱交換部３ａ、３ｂを有しているので、第１熱交換器３にて熱媒体は巨視的に１度Ｕターンしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば第１熱交換器３を３以上の熱交換部にて構成して第１熱交換器３にて熱媒体を巨視的にＷターンさせてもよい。
【００６２】
また、上述の実施形態では、リヒート式の空調装置であったが、エアミックス式としてもよいことは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る空調装置（空調ユニット）の模式図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る空調装置（空調ユニット）の模式図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る吸着式冷凍機の模式図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係る空調装置の作動説明図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係る吸着式冷凍機の模式図である。
【図６】本発明の第２実施形態に係る空調装置の作動説明図である。
【図７】本発明の第３実施形態に係る空調装置の作動説明図である。
【符号の説明】
１…空調ケーシング、２…送風機、３…第１熱交換器、
３ａ、３ｂ…熱交換部、４…第２熱交換器

Claims

室内に吹き出す空気が流れる空調ケーシング（１）と、
前記空調ケーシング（１）内に収納され、室内に吹き出す空気を冷却する第１熱交換器（３）と、
前記空調ケーシング（１）内のうち前記第１熱交換器（３）より空気流れ下流側に収納され、室内に吹き出す空気を加熱することができる第２熱交換器（４）とを有し、
前記第１熱交換器（３）は、空気流れに対して直列に配置された複数個の熱交換部（３ａ、３ｂ）を有して構成され、
さらに、前記第１熱交換器（３）は、前記第１熱交換器（３）に供給される冷却用の媒体が、空気流れ上流側に配置された前記熱交換部（３ａ）から空気流れ下流側に配置された前記熱交換部（３ｂ）に向けて流れるように構成され、
前記冷却用の媒体として、前記第１熱交換器（３）内で相変化することなく、吸熱量に略比例して温度上昇する媒体が採用されていることを特徴とする空調装置。
前記冷却用の媒体は、水であることを特徴とする請求項１に記載の空調装置。
前記冷却用の媒体は、吸着剤が気相冷媒を吸着する作用を利用して冷媒を蒸発させ、その蒸発潜熱により冷凍能力を発揮する吸着式冷凍機により生成されることを特徴とする請求項１または２に記載の空調装置。
請求項３に記載の空調装置にて構成された車両用空調装置であって、
前記吸着式冷凍機は、車両で発生する廃熱により稼動することを特徴とする車両用空調装置。