JP6699507B2 - 空調装置 - Google Patents

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Description

本開示は空調装置に関する。
空調装置には、冷凍サイクルの一部として蒸発器が備えられている。蒸発器は、液相の冷媒を内部で蒸発させてその温度を低下させ、当該冷媒との熱交換によって空気を冷却するものである。
車両用の空調装置においては、内燃機関の駆動力によってコンプレッサを動作させ、これにより冷凍サイクルにおいて冷媒を循環させている。このため、内燃機関が停止している状態においては冷媒の循環が停止した状態となるので、蒸発器を通過する空気の冷却を行うことができなくなる。
近年、一時停止の際などにおいて自動的に内燃機関を停止させる、所謂アイドルストップを行う車両が普及している。このような車両では、運転中において比較的頻繁に内燃機関が停止し、その度にコンプレッサが停止した状態となる。その際、上記のように空気の冷却が行われなくなってしまうと、車室内の温度が上昇し乗員に不快感を与えてしまうこととなる。
そこで、パラフィン等の蓄冷材を備えた構成の蒸発器が提案されており、既に実用化されている(例えば、下記特許文献1を参照)。蓄冷材は容器の内部に収容されており、当該容器が、蒸発器のうち冷媒が通るチューブ等に隣接した状態で配置されている。このような構成の蒸発器を備えた空調装置によれば、内燃機関が停止している期間においても、蒸発器を通過する空気の冷却を行うことができる。
特許第5582080号公報
例えば、宅配車両の荷卸しが行われる期間(約3分)は、自動的なアイドルストップが行われる信号待ちの期間(約1分)よりも長い。無駄な燃料消費を抑制するためには、このような長い期間においても、内燃機関を停止させた状態で蒸発器における空気の冷却を行い得る構成とした方が好ましい。蒸発器における空気の冷却を長時間に亘って行うためには、例えば蓄冷材の容器の数を増加させ、より多くの蓄冷材が収容されている構成とする必要がある。
しかしながら、蓄冷材を増加させ過ぎると、蒸発器における空気の流れが蓄冷材の容器によって妨げられることとなり、蒸発器を通過する空気の流量が低下してしまう。その結果、空調装置の冷房性能が低下してしまう。多くの蓄冷材を用いながらも冷房性能を確保するには、蒸発器を大型化すればよいのであるが、車両への搭載性に鑑みればそのような構成は好ましくない。
本開示は、冷媒の循環が停止した後において、蒸発器における空気の冷却を蓄冷材によって長時間継続し得る構成としながらも、蒸発器の大型化を抑制することのできる空調装置を提供することを目的とする。
本開示に係る空調装置(10)は、冷媒が循環する循環流路(20)と、循環流路の途中に設けられており、循環流路を通る冷媒との熱交換により空気を冷却する蒸発器(100)と、蒸発器のうち冷媒が通るチューブ(130)に隣接する位置に設けられており、チューブを通る冷媒との熱交換によって相変化する第1蓄冷材(PF1)、を内部に貯えている第1蓄冷部と、循環流路のうち蒸発器とは異なる位置に設けられており、循環流路を通る冷媒との熱交換によって相変化する第2蓄冷材(PF2)、を内部に貯えている第2蓄冷部(250)と、を備えている。第2蓄冷部は、循環流路において蒸発器よりも下流側となる位置に設けられている。循環流路において蒸発器よりも上流側となる位置には、冷媒の圧力を低下させる膨張弁(50)が設けられている。循環流路のうち第2蓄冷部よりも下流側となる位置の冷媒の温度に応じて、膨張弁の開度が変化するように構成されている。
このような構成の空調装置では、循環流路を冷媒が循環しているときには、第1蓄冷材及び第2蓄冷材の両方が冷媒によって冷却され凝固した状態となる。その後、循環流路における冷媒の循環が停止すると、蒸発器を通過する空気は第1蓄冷部の第1蓄冷材によって冷却される。第1蓄冷材は空気によって加熱されて溶解し、その温度は次第に上昇して行く。
第2蓄冷部は、空気が通過する蒸発器とは異なる位置に配置されている。このため、第1蓄冷材の温度が上昇した後においても、第2蓄冷部の第2蓄冷材はしばらくの間は凝固したままの状態となっている。その間に第2蓄冷部では、第2蓄冷材によって冷媒が冷却される。低温となった当該冷媒は、循環流路を通って蒸発器に供給され、蒸発器を通過する空気を冷却する。つまり、蒸発器を通過する空気は、第1蓄冷部の第1蓄冷材によって冷却されるだけでなく、第2蓄冷部の第2蓄冷材によっても冷却される。このため、本開示に係る空調装置によれば、冷媒の循環が停止した後においても長時間に亘って空気の冷却を行うことができる。
上記のように、第2蓄冷部は蒸発器とは異なる位置に配置されている。このため、第2蓄冷部を設けてより多くの蓄冷材を利用する構成としながらも、これによって蒸発器が大型化してしまうことは無い。
本開示によれば、冷媒の循環が停止した状態において、蒸発器における空気の冷却を蓄冷材によって長時間継続し得る構成としながらも、蒸発器の大型化を抑制することのできる空調装置が提供される。
図1は、第1実施形態に係る空調装置の全体構成を模式的に示す図である。 図2は、空調機構部の具体的な構成を示す図である。 図3は、蒸発器、蓄冷ユニット、及び膨張弁の構成を示す斜視図である。 図4は、蒸発器の具体的な構成を示す図である。 図5は、蓄冷ユニットの具体的な構成を示す図である。 図6は、蓄冷容器の内部構成を示す断面図である。 図7は、蒸発器において冷媒が流れる経路を説明するための図である。 図8は、循環流路を循環する冷媒の温度変化を示すグラフである。 図9は、蓄冷材の封入量と、蒸発器における放冷時間との関係を示すグラフである。 図10は、第1実施形態の変形例における蒸発器の構成を示す図である。 図11は、第2実施形態に係る空調装置が備える空調機構部の具体的な構成を示す図である。
以下、添付図面を参照しながら本実施形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。
第1実施形態に係る空調装置10の構成について説明する。空調装置10は、車両(全体は不図示)において車室内の空調を行うための装置として構成されている。図1に示されるように、空調装置10は、循環流路20と、コンプレッサ30と、凝縮器40と、膨張弁50と、蒸発器100と、蓄冷ユニット200と、制御部70と、を備えている。
循環流路20は冷媒が循環する流路であって、環状に配置された配管によって構成されている。後述のコンプレッサ30、凝縮器40、膨張弁50、及び蒸発器100は、いずれも循環流路20に沿って配置されており、これらが全体で冷凍サイクルを構成している。
循環流路20は、配管21、配管22、配管23、配管24、及び配管25によって構成されている。配管21は、循環流路20のうち蒸発器100と蓄冷ユニット200とを繋いでいる部分である。配管22は、循環流路20のうち蓄冷ユニット200とコンプレッサ30とを繋いでいる部分である。配管23は、循環流路20のうちコンプレッサ30と凝縮器40とを繋いでいる部分である。配管24は、循環流路20のうち凝縮器40と膨張弁50とを繋いでいる部分である。配管25は、循環流路20のうち膨張弁50と蒸発器100とを繋いでいる部分である。図1においては、循環流路20において冷媒が循環する方向が複数の矢印を用いて示されている。
コンプレッサ30は、冷媒を圧送して循環流路20で循環させるための装置である。コンプレッサ30が駆動されているときには、配管22からコンプレッサ30へと冷媒が引き込まれ、当該冷媒がコンプレッサ30の内部で圧縮される。コンプレッサ30によって圧縮され高温高圧となった冷媒は、配管23を通って凝縮器40へと送り出される。
本実施形態では、車両に設けられた内燃機関60の駆動力がプーリーベルト61によってコンプレッサ30に伝達され、これによりコンプレッサ30が駆動される。このため、自動的なアイドルストップ等により内燃機関60が停止しているときには、コンプレッサ30の動作が停止した状態となり、循環流路20における冷媒の循環も停止する。
尚、コンプレッサ30には不図示の電磁クラッチが設けられている。このため、内燃機関60が動作しているときであっても、電磁クラッチをオフとすることにより、コンプレッサ30の動作を停止させることができる。電磁クラッチの動作は、後述の制御部70によって制御される。
凝縮器40は、循環流路20を循環する冷媒を空気と熱交換させることにより、冷媒を気相から液相へと変化させるための熱交換器である。配管23から凝縮器40へと供給された気相冷媒は、凝縮器40を通過する空気により熱を奪われて凝縮し、液相冷媒となる。当該液相冷媒は、配管24を通って膨張弁50へと向かう。
膨張弁50は、蒸発器100よりも上流側となる位置において循環流路20の流路断面積を絞ることにより、通過する冷媒の圧力を低下させるものである。膨張弁50は不図示のダイアフラムを有しており、当該ダイアフラムに触れる冷媒の温度に基づいて、その開度が自動的に変化するように構成されている。
尚、図1においては、膨張弁50と配管22とが互いに離れた位置にあるように示されているのであるが、実際には、配管22を流れる冷媒が膨張弁50を通過するように構成されている(図3を参照)。図1では、配管22のうち膨張弁50を通過する部分が点P1として示されている。配管22を流れる冷媒は、膨張弁50を通過する際において上記ダイアフラムに触れる。
つまり、膨張弁50は、循環流路20のうち蓄冷ユニット200よりも下流側となる位置(点P1)の冷媒の温度に応じて、その開度が自動的に変化するように構成されている。具体的には、点P1における冷媒の温度が高くなるほど、膨張弁50の開度が大きくなるように構成されている。点P1で示される部分は、膨張弁50の所謂「感温部」に該当する。このような構成においては、例えば配管21を通る冷媒の温度に応じて膨張弁50の開度が調整されるような態様に比べて、より低温の冷媒を蓄冷ユニット200に供給することができる。
尚、ダイアフラムを有する膨張弁50の具体的な構成としては公知のものを採用し得るので、その詳細な図示や説明については省略する。
蒸発器100は、循環流路20を循環する冷媒を空気と熱交換させることにより、冷媒を液相から気相へと変化させるための熱交換器である。配管25から蒸発器100へと供給された液相冷媒は、蒸発器100を通過する空気から熱を奪って蒸発し、気相冷媒となる。当該気相冷媒は、配管21を通って蓄冷ユニット200へと向かう。
蒸発器100を通過する空気は、冷媒から熱を奪われることによって冷却され、その温度を低下させる。低温となった空気は、空調風として車両の車室内に吹き出される。これにより、車室内の冷房が行われる。蒸発器100には、その表面温度(具体的には、後述のフィン140の温度)を測定するための温度センサ80が設けられている。蒸発器100の更に具体的な構成については後に説明する。
蓄冷ユニット200は、内部に第2蓄冷材PF2(図6を参照)を収容したユニットである。本実施形態では、第2蓄冷材PF2としてパラフィンが用いられている。循環流路20を冷媒が循環しているとおきには、第2蓄冷材PF2は(低温の)冷媒によって冷却され、凝固した状態となる。蓄冷ユニット200の具体的な構成や機能については後に説明する。
制御部70は、空調装置10の全体の動作を制御するためのコンピュータシステムである。制御部70には、温度センサ80で測定された蒸発器100の表面温度等、各種の情報が入力される。既に述べたように、制御部70は、コンプレッサ30に設けられた電磁クラッチの動作を制御する。
制御部70が行う各種の制御には、所謂「フロスト制御」が含まれる。フロスト制御とは、蒸発器100の表面において結露水の凍結が生じないように、コンプレッサ30(具体的には電磁クラッチ)の動作を調整する制御である。フロスト制御では、温度センサ80で測定された蒸発器100の表面温度が所定の下限温度を下回ると、電磁クラッチがオフとされる。これにより、循環流路20における冷媒の循環が停止した状態となり、蒸発器100の表面温度が上昇する。このようなフロスト制御により、蒸発器100の表面温度が0℃以下になってしまうことが防止され、蒸発器100における結露水の凍結が防止される。
図1において点線で示されているのは空調機構部300である。空調機構部300は、空調風を生成して車室内に供給するための機構であって、その内部に蒸発器100を収容している。図2を参照しながら、空調機構部300の構成について説明する。
空調機構部300は、ケース310と、ブロア301と、ヒータコア320と、エアミックスドア331、332とを有している。
ケース310は、空気の流れる流路が内部に形成された筒状の部材である。ケース310の内部には、既に説明した蒸発器100が収容されている。図2においては、ケース310の内部に形成された流路のうち蒸発器100よりも上流側(図2では左側)の部分が、流路FP0として示されている。本実施形態では、ケース310の内部を通る空気の全てが蒸発器100を通過するように構成されている。
ケース310の内部に形成された流路のうち蒸発器100よりも下流側(図2では右側)の部分は、仕切り壁311によって2つの流路(FP1、FP2)に分けられている。蒸発器100を通過した空気は、その一部が流路FP1に流入し、その残部が流路FP2に流入する。流路FP1からの空調風と、流路FP2からの空調風とは、車室内において互いに異なる位置に向けて吹き出される。例えば、流路FP1からの空調風は乗員の顔に向けて吹き出され、流路FP2からの空調風は乗員の足元に向けて吹き出される。
ブロア301は、ケース310の内部に空気を送り込むための送風機であって、ケース310のうち上流側部分に配置されている。ブロア301が動作しているときには、外気もしくは車室内の空気がケース310の内部に送り込まれて、当該空気が蒸発器100や後述のヒータコア320を通過する。ブロア301の動作は制御部70によって制御される。
ヒータコア320は空気を加熱するための熱交換器であって、蒸発器100よりも下流側となる位置に配置されている。ヒータコア320は仕切り壁311を跨ぐように配置されている。このため、ヒータコア320では、流路FP1を流れる空気、及び流路FP2を流れる空気の両方が通過する。ヒータコア320には、エンジンを通過して高温となった冷却水が供給されている。ヒータコア320では、当該冷却水と空気との熱交換が行われ、これにより空気の加熱が行われる。
エアミックスドア331は、流路FP1において、ヒータコア320に流入する空気の量を調整するために設けられたシャッターである。図2に示されるように、ヒータコア320の上部とケース310の内周面との間には隙間が形成されている。エアミックスドア331が最も仕切り壁311寄りとなる位置にあるとき(図2では下方側にあるとき)には、流路FP1を流れる空気は、その全てがヒータコア320を通過することなく、上記隙間を通って車室内に供給される。このとき、このときの空調風の温度は最も低くなり、所謂「MAXクール」の状態となる。
一方、エアミックスドア331が仕切り壁311から最も遠い位置にあるとき(図2では上方側にあるとき)には、流路FP1を流れる空気は、その全てがヒータコア320を通過した後に車室内に供給される。このとき、このときの空調風の温度は最も高くなり、所謂「MAXホット」の状態となる。以上のようなエアミックスドア331の動作は、制御部70によって制御される。
エアミックスドア332は、流路FP2において、ヒータコア320に流入する空気の量を調整するために設けられたシャッターである。図2に示されるように、ヒータコア320の下部とケース310の内周面との間には隙間が形成されている。エアミックスドア332が最も仕切り壁311寄りとなる位置にあるとき(図2では上方側にあるとき)には、流路FP2を流れる空気は、その全てがヒータコア320を通過することなく、上記隙間を通って車室内に供給される。このとき、このときの空調風の温度は最も低くなり、所謂「MAXクール」の状態となる。
一方、エアミックスドア332が仕切り壁311から最も遠い位置にあるとき(図2では下方側にあるとき)には、流路FP2を流れる空気は、その全てがヒータコア320を通過した後に車室内に供給される。このとき、このときの空調風の温度は最も高くなり、所謂「MAXホット」の状態となる。以上のようなエアミックスドア332の動作は、制御部70によって制御される。
このように、本実施形態では、流路FP1からの空調風の温度と、流路FP2からの空調風の温度とを、それぞれ個別に調整することが可能となっている。
蒸発器100及び蓄冷ユニット200の構成について説明する。図3には、蒸発器100、蓄冷ユニット200、膨張弁50、及びこれらを繋ぐ循環流路20が、斜視図として示されている。同図においては、空調機構部300を構成するケース310等の図示が省略されている。
蓄冷ユニット200は、蒸発器100を通過する空気が当たらないような位置、具体的にはケース310の外側となる位置に配置されている。このため、配管21や配管22は、図3に示されるように屈曲した状態で設けられている。
蒸発器100は、第1熱交換部101と第2熱交換部102とを有しており、空気の流れる方向に沿ってこれらが互いに重ね合わせられた構成となっている。第1熱交換部101の構成と第2熱交換部102の構成とは、互いに概ね同一である。そこで、以下では第1熱交換部101の構成のみについて説明し、第2熱交換部102の構成については具体的な説明を省略する。
図4に示されるように、第1熱交換部101は、上部タンク110と、下部タンク120と、チューブ130と、フィン140と、蓄冷容器150と、を有している。
上部タンク110は、循環流路20を循環する冷媒を一時的に貯留し、当該冷媒をチューブ130に供給するための容器である。上部タンク110は、細長い棒状の容器として形成されている。上部タンク110は、その長手方向を水平方向に沿わせた状態で、第1熱交換部101のうち上方側部分に配置されている。
下部タンク120は、上部タンク110と略同一形状の容器である。下部タンク120は、上部タンク110からチューブ130を通って来た冷媒を受け入れるものである。下部タンク120は、上部タンク110と同様にその長手方向を水平方向に沿わせた状態で、第1熱交換部101のうち下方側部分に配置されている。
チューブ130は、扁平形状の断面を有する細長い配管であって、第1熱交換部101に複数備えられている。チューブ130の内部には、その長手方向に沿った流路が形成されている。それぞれのチューブ130は、その長手方向が上部タンク110の長手方向に対して垂直となっており、互いの主面を対向させた状態で積層配置されている。積層された複数のチューブ130が並ぶ方向は、上部タンク110の長手方向と同じである。
それぞれのチューブ130は、その一端が上部タンク110に接続されており、その他端が下部タンク120に接続されている。このような構成により、上部タンク110の内部空間と、下部タンク120の内部空間とは、それぞれのチューブ130内の流路によって連通されている。
冷媒は、チューブ130の内部を通って上部タンク110から下部タンク120へ、もしくは下部タンク120から上部タンク110へと移動する(詳細は後述する)。その際、当該冷媒と、蒸発器100を通過する空気との間で熱交換が行われる。
フィン140は、金属板を波状に折り曲げることにより形成されたものであって、それぞれのチューブ130の間に配置されている。波状であるフィン140のそれぞれの頂部は、チューブ130の外表面に対して当接しており、且つろう接されている。このため、蒸発器100を通過する空気の熱は、チューブ130を介して冷媒に伝達されるだけでなく、フィン140及びチューブ130を介しても冷媒に伝達される。つまり、フィン140によって空気との接触面積が大きくなっており、冷媒と空気との熱交換が効率よく行われる。
フィン140は、互いに隣り合う2本のチューブ130の間に形成された空間(後述の蓄冷容器150が配置されている部分を除く)の全体、すなわち、上部タンク110から下部タンク120に至るまでの全範囲に亘って配置されている。ただし、図4においてはその一部のみが図示されており、他の部分については図示が省略されている。
蓄冷容器150は、冷媒が循環しているときに蓄冷を行い、冷媒の循環が停止した後においてもチューブ130等を低温に保つためのものである。蓄冷容器150は、細長い板状の容器として形成されており、その内部には第1蓄冷材PF1(図6を参照)が貯えられている。本実施形態では、第1蓄冷材PF1としてパラフィンが用いられている。蓄冷容器150は、互いに隣り合う2本のチューブ130の間となる位置に配置され、それぞれのチューブ130によって保持されている。つまり、蓄冷容器150は、蒸発器100のうち冷媒が通るチューブ130に隣接する位置に設けられている。蓄冷容器150の内部に貯えられている第1蓄冷材PF1は、チューブ130を通る冷媒との熱交換によって、固相と液相との間で相変化する。このような蓄冷容器150は、本実施形態における「第1蓄冷部」に該当する。
図4に示されるように、チューブ130とチューブ130との間に形成された複数の空間には、その一部にフィン140が配置されており、他の一部に蓄冷容器150が配置されている。本実施形態では、左側からフィン140、フィン140、蓄冷容器150、の順となるよう、これらが規則的に配置されている。しかしながら、フィン140と蓄冷容器150との相対的な位置関係や、これらの配置における規則性の有無は特に限定されない。
図4のように空気の流れ方向に沿って見た場合において、チューブ130とチューブ130との間に形成された複数の空間の断面積に対する、蓄冷容器150の断面積が占める割合のことを、以下では「蓄冷材占拠率」と定義する。仮に蓄冷容器150が配置されておらず、チューブ130とチューブ130との間に形成された空間の全てにフィン140が配置されている場合には、蓄冷材占拠率は0%である。これに対し、仮にフィン140が配置されておらず、チューブ130とチューブ130との間に形成された空間の全てに蓄冷容器150が配置されている場合には、蓄冷材占拠率は100%である。
蒸発器100を通過する空気の流れを確保し、空調装置10の冷房性能を適切に維持するためには、蒸発器100の蓄冷材占拠率は10%から50%の範囲内であることが好ましい。
蓄冷ユニット200は、第1熱交換部201と第2熱交換部202とを有しており、蒸発器100の場合と同様にこれらが互いに重ね合わせられた構成となっている。第1熱交換部201の構成と第2熱交換部202の構成とは、互いに概ね同一である。そこで、以下では第1熱交換部201の構成のみについて説明し、第2熱交換部202の構成については具体的な説明を省略する。
図5に示されるように、第1熱交換部201は、上部タンク210と、下部タンク220と、チューブ230と、蓄冷容器250と、を有している。
上部タンク210は、循環流路20を循環する冷媒を一時的に貯留し、当該冷媒をチューブ230に供給するための容器である。上部タンク210は、細長い棒状の容器として形成されている。上部タンク210は、その長手方向を水平方向に沿わせた状態で、第1熱交換部201のうち上方側部分に配置されている。
下部タンク220は、上部タンク210と略同一形状の容器である。下部タンク220は、上部タンク210からチューブ230を通って来た冷媒を受け入れるものである。下部タンク220は、上部タンク210と同様にその長手方向を水平方向に沿わせた状態で、第1熱交換部201のうち下方側部分に配置されている。
チューブ230は、扁平形状の断面を有する細長い配管であって、第1熱交換部201に複数備えられている。チューブ230の内部には、その長手方向に沿った流路が形成されている。それぞれのチューブ230は、その長手方向が上部タンク210の長手方向に対して垂直となっており、互いの主面を対向させた状態で積層配置されている。積層された複数のチューブ230が並ぶ方向は、上部タンク210の長手方向と同じである。
それぞれのチューブ230は、その一端が上部タンク210に接続されており、その他端が下部タンク220に接続されている。このような構成により、上部タンク210の内部空間と、下部タンク220の内部空間とは、それぞれのチューブ230内の流路によって連通されている。
蓄冷容器250は細長い板状の容器であって、その内部には、既に述べた第2蓄冷材PF2が貯えられている。蓄冷容器250は、互いに隣り合う2本のチューブ230の間となる位置に配置され、それぞれのチューブ230によって保持されている。つまり、蓄冷容器250は、蓄冷ユニット200のうち冷媒が通るチューブ230に隣接する位置に設けられている。蓄冷容器250の内部に貯えられている第2蓄冷材PF2は、チューブ230を通る冷媒との熱交換によって、固相と液相との間で相変化する。このような蓄冷容器250は、本実施形態における「第2蓄冷部」に該当する。
蒸発器100の第1熱交換部101と異なり、蓄冷ユニット200の第1熱交換部201にはフィン140が設けられていない。第1熱交換部201では、隣り合うチューブ230とチューブ230との間に形成された複数の空間の全てに、蓄冷容器250が配置されている。このため、蓄冷ユニット200における蓄冷材占拠率は100%となっている。その結果、全ての蓄冷容器250に貯えられている第2蓄冷材PF2の量は、全ての蓄冷容器150に貯えられている第1蓄冷材PF1の量よりも多くなっている。
このように、蓄冷ユニット200の第1熱交換部201は、第1熱交換部101の蓄冷材占拠率を100%としたものと概ね同様の構成となっている。ただし、第1熱交換部201の高さ方向における寸法(上部タンク210から下部タンク220までの距離)は、第1熱交換部101の高さ方向における寸法よりも小さくなっている。
図6(A)には、蓄冷容器150、及びその内部に貯えられている第1蓄冷材PF1の断面が示されている。尚、蓄冷容器250、及びその内部に貯えられている第2蓄冷材PF2の断面も、図6(A)に示されるものと同じである。このため、図6(A)では、これらを示す符号が括弧内に示されている。次に述べる図6(B)においても同様である。
図6(B)に示される変形例のように、蓄冷容器150の内部には、第1蓄冷材PF1への伝熱を促進するためのインナーフィン151が収容されていてもよい。同様に、蓄冷容器250の内部には、第2蓄冷材PF2への伝熱を促進するためのインナーフィン251が収容されていてもよい。
第1熱交換部101と第2熱交換部102とからなる蒸発器100の内部を、冷媒が通る経路について、図7を参照しながら説明する。
配管25を通って蒸発器100に供給された冷媒は、先ず第1熱交換部101の上部タンク110に流入する(矢印AR01)。その後、冷媒は上部タンク110の内部を長手方向に沿って流れながら(矢印AR02)、第1熱交換部101が有する複数のチューブ130に流入する。
第1熱交換部101の上部タンク110の内部空間は、セパレータSPによって2つの空間に分けられている。このため、配管25を通って蒸発器100に供給された冷媒は、上部タンク110のうちセパレータSPよりも手前側(図7では左側)の部分にのみ流入し、セパレータSPよりも奥側(図7では右側)の部分には流入しない。
冷媒は、セパレータSPよりも手前側に配置されたそれぞれのチューブ130の内部を、第1熱交換部101の下部タンク120に向かって流れる(矢印AR03)。下部タンク120に流入した冷媒は、下部タンク120の内部を長手方向に沿って流れながら(矢印AR04)、セパレータSPよりも奥側に配置されたチューブ130に流入する。その後、冷媒はチューブ130を通って、第1熱交換部101の上部タンク110のうちセパレータSPよりも奥側の部分に流入する(矢印AR05)。
第1熱交換部101の上部タンク110と、第2熱交換部102の上部タンク110との間には、不図示の連通路が形成されている。当該連通路によって、両タンクの内部空間は互いに連通されている。第1熱交換部101の上部タンク110に流入した冷媒は、当該連通路を通って、第2熱交換部102の上部タンク110に流入する(矢印AR06)。その後、冷媒は、第2熱交換部102が有する複数のチューブ130に流入する。
第2熱交換部102の上部タンク110の内部空間は、第1熱交換部101の場合と同様に、セパレータSPによって2つの空間に分けられている。このため、矢印AR06に沿って第2熱交換部102に流入した冷媒は、第2熱交換部102の上部タンク110のうちセパレータSPよりも奥側(図7では右側)の部分にのみ流入し、セパレータSPよりも手前側(図7では左側)の部分には流入しない。
当該冷媒は、セパレータSPよりも奥側に配置されたそれぞれのチューブ130の内部を、第2熱交換部102の下部タンク120に向かって流れる(矢印AR07)。下部タンク120に流入した冷媒は、下部タンク120の内部を長手方向に沿って流れながら(矢印AR08)、セパレータSPよりも手前側に配置されたチューブ130に流入する。その後、冷媒はチューブ130を通って、第2熱交換部102の上部タンク110のうちセパレータSPよりも手前側の部分に流入する(矢印AR09)。
第2熱交換部102の上部タンク110に流入した冷媒は、上部タンク110の内部を配管21側に向かって流れて(矢印AR10)、最終的には配管21へと排出される(矢印AR11)。このように、蒸発器100では、第1熱交換部101及び第2熱交換部102のそれぞれの内部を、冷媒が折り返しながら流れる。蒸発器100において冷媒が流れる経路は、以上のような経路とは異なる経路であってもよい。
蓄冷ユニット200の内部でも、上記と同様の経路で冷媒が流れる。配管21から蓄冷ユニット200に供給された冷媒は、第1熱交換部201の上部タンク210に先ず流入した後、第1熱交換部201及び第2熱交換部202の内部を折り返して流れて、最終的には第2熱交換部202の上部タンク210から配管22へと排出される。
蓄冷容器150及び蓄冷容器250の機能について説明する。コンプレッサ30が動作しており、循環流路20を冷媒が循環しているときには、蓄冷容器150及び蓄冷容器250はいずれも冷媒によって冷却される。本実施形態では、第1蓄冷材PF1の融点、及び第2蓄冷材PF2の融点が、いずれも循環時における冷媒の温度よりも高くなっている。第1蓄冷材PF1及び第2蓄冷材PF2は、それぞれの融点よりも低温の冷媒によって冷却されることとなるので、最終的にはいずれも凝固した状態となる。
尚、第1蓄冷材PF1等の凝固が短時間で行われるように、膨張弁50による開度の調整は、蓄冷ユニット200から排出される冷媒の過熱度が低めとなるように調整されることが好ましい。
図8の線L1は、コンプレッサ30の動作が開始された以降における、蒸発器100を通る冷媒の温度の時間変化を示すグラフである。また、図8の線L2は、コンプレッサ30の動作が開始された以降における、蓄冷ユニット200を通る冷媒の温度の時間変化を示すグラフである。線L1及び線L2によって示されるように、蓄冷ユニット200を通る冷媒の温度は、蒸発器100を通る冷媒の温度よりも低くなっている。これは、蓄冷ユニット200の方が、冷媒の流れにおける下流側となる位置に配置されており、圧力損失によって冷媒の圧力が低下していることに起因している。
図8に示されている「TH1」は、第1蓄冷材PF1の融点である。以下では、当該融点のことを「融点TH1」とも表記する。また、図8に示されている「TH2」は、第2蓄冷材PF2の融点である。以下では、当該融点のことを「融点TH2」とも表記する。本実施形態では、第2蓄冷材PF2の融点TH2が、第1蓄冷材PF1の融点TH1よりも低くなっている。
また、第1蓄冷材PF1の融点TH1は、コンプレッサ30が動作し定常状態となったときにおいて蒸発器100を通る冷媒の温度(線L1)よりも高くなっている。同様に、第2蓄冷材PF2の融点TH2は、コンプレッサ30が動作し定常状態となったときにおいて蓄冷ユニット200を通る冷媒の温度(線L2)よりも高くなっている。また、融点TH2は、コンプレッサ30が動作し定常状態となったときにおいて蒸発器100を通る冷媒の温度(線L1)よりも低くなっている。
第1蓄冷材PF1及び第2蓄冷材PF2のいずれもが凝固した後、例えば車両のアイドルストップが行われる等により冷媒の循環が停止しても、ブロア301による蒸発器100への空気の送り込みは継続して行われる。第1蓄冷材PF1が凝固しており、蓄冷容器150は低温となっているので、これに隣接するチューブ130やフィン140も低温となっている。このため、蒸発器100を通過する際において空気は冷却され、その温度を低下させた後に空調風として車室内に吹き出される。つまり、コンプレッサ30の動作が停止した後においても、車室内の冷房が継続的に行われる。
このとき、第1蓄冷材PF1には空気からの熱が加えられる。ただし、その熱は第1蓄冷材PF1を溶解させるために用いられるので、第1蓄冷材PF1の温度は直ちには上昇せず、しばらくの間は低温の状態に保たれる。その後、第1蓄冷材PF1は溶解し、その温度が次第に上昇して行く。
一方、第2蓄冷材PF2を貯える蓄冷容器250は、ケース310の外に配置されているので、空気から加えられる熱が比較的小さい。このため、第1蓄冷材PF1が溶解した後でも、第2蓄冷材PF2はしばらくの間は凝固したままの状態となっている。
当該状態においては、蓄冷容器250によって冷却された冷媒が、蓄冷ユニット200から配管21を通って蒸発器100に向かって移動する。蓄冷ユニット200から蒸発器100に供給された低温の冷媒は、蒸発器100のチューブ130に流入し、チューブ130やフィン140を冷却する。このため、第1蓄冷材PF1が溶解した後においても、蒸発器100のチューブ130やフィン140の温度は直ちには上昇せず、しばらくの間は低温の状態に保たれる。その結果、車室内の冷房が更に長時間に亘り行われることとなる。
図9は、蒸発器100の蓄冷容器150に貯えられている第1蓄冷材PF1の量(封入量)と、蒸発器100が空気の冷却を行い得る時間(放冷時間)との関係を示すグラフである。
図9の点P11に示されるのは、蓄冷ユニット200が設けられておらず、且つ蒸発器100の蓄冷材占拠率が10%である場合の、封入量及び放冷時間である。また、図9の点P12に示されるのは、蓄冷ユニット200が設けられておらず、且つ蒸発器100の蓄冷材占拠率が50%である場合の、封入量及び放冷時間である。
点P11における放冷時間は90秒程度であり、点P12における放冷時間は120秒程度である。尚、蓄冷材占拠率を50%よりも更に高くすれば、放冷時間をさらに伸ばすことは可能である。しかしながら、その場合には蓄冷容器150によって空気の流れが妨げられてしまうことにより、蒸発器100の冷却性能が著しく低下してしまう。このため、蓄冷材占拠率を50%よりも高くすることは現実的ではない。また、蓄冷材占拠率を50%よりも高くした上で、蒸発器100を大型化すれば、蒸発器100の冷却性能を確保することができる。しかしながら、空調機構部300に対する蒸発器100の搭載性に鑑みれば、そのような構成はやはり現実的ではない。
図9の点P21に示されるのは、本実施形態のように蓄冷ユニット200が設けられており、且つ蒸発器100の蓄冷材占拠率が10%である場合の放冷時間である。また、図9の点P22に示されるのは、本実施形態のように蓄冷ユニット200が設けられており、且つ蒸発器100の蓄冷材占拠率が50%である場合の放冷時間である。
点P21における放冷時間は約250秒であり、点P22における放冷時間は280秒程度である。このように、本実施形態によれば、蒸発器100を大型化することなく、且つその蓄冷材占拠率を50%以下に抑えながらも、3分間を超える長い放冷時間を実現することができる。このため、例えば宅配車両の荷卸しが行われる期間(約3分間)の全体において、内燃機関60を停止させた状態のまま、蒸発器100における空気の冷却を行うことが可能となる。
尚、蓄冷ユニット200は、蒸発器100よりも高い位置に配置されていてもよい。つまり、第2蓄冷部である蓄冷容器250が、第1蓄冷部である蓄冷容器150よりも上方側となる位置に配置されていてもよい。このような構成においては、コンプレッサ30が停止した後に、蓄冷ユニット200から蒸発器100に向かう低温の冷媒の流れが更に促進され、蒸発器100における空気の冷却がより効率的に行われることとなる。
図8を参照しながら説明したように、本実施形態では、第2蓄冷材PF2の融点TH2が、第1蓄冷材PF1の融点TH1よりも低くなっている。このため、コンプレッサ30が停止した後においては、融点TH2に近い温度である低温の冷媒が蓄冷ユニット200から蒸発器100に供給されることとなり、車室内にはより低温の空調風が吹き出される。これにより、車室内をより快適に保つことができる。また、第2蓄冷材PF2の融点TH2が低い場合には、第2蓄冷材PF2の溶け残りが生じにくくなるという利点もある。
尚、上記とは逆に、第2蓄冷材PF2の融点TH2を、第1蓄冷材PF1の融点TH1よりも高くしてもよい。このような構成においては、コンプレッサ30が動作しているときにおいて、第2蓄冷材PF2をより迅速に凝固させることができる。また、外気温が高い場合でも確実に第2蓄冷材PF2を凝固させることができる。
本実施形態では、蒸発器100に追加して蓄冷ユニット200が設けられている。このため、蓄冷ユニット200が設けられていない従来に比べると、蒸発器100と蓄冷ユニット200との両方が占める空間の容積は、概ね1.6倍に増加している。
しかしながら、仮に蓄冷ユニット200を設けることなく、蒸発器100の蓄冷材占拠率を高くすることによって本実施形態と同様の冷房性能を得ようとした場合には、蒸発器100が占める空間の容積を従来の約4倍に増加させなければならないことが本発明者らによって確認されている。つまり、本実施形態では、蓄冷ユニット200を追加で設けることにより、これによる体積の増加を最低限に抑えながらも高い冷房性能を実現している。
本実施形態では、第2蓄冷部である蓄冷容器250は、循環流路20のうち蒸発器100とは異なる位置、具体的には、循環流路20において蒸発器100よりも下流側となる位置に設けられている。このような態様に替えて、蓄冷容器250が蒸発器100よりも上流側となる位置に設けられているような態様としてもよい。つまり、図1における蒸発器100と蓄冷ユニット200との位置を、互いに入れ替えたような構成としてもよい。このような態様であっても、本実施形態と同様の効果を奏する。
また、本実施形態における蓄冷ユニット200の蓄冷材占拠率は100%なのであるが、蓄冷ユニット200の蓄冷材占拠率が100%よりも小さくなるような態様であってもよい。例えば、蒸発器100と同様の構成(フィン140を有する構成)の熱交換器を、蓄冷ユニット200として利用するような態様であってもよい。この場合、蓄冷ユニット200の蓄冷材占拠率は50%以上とすることが好ましい。
蓄冷ユニット200においては結露水の凍結が比較的生じにくいので、既に説明したようなフロスト制御を行う必要が無い。従って、蓄冷ユニット200には、0℃よりも低い温度の冷媒を供給することができる。これにより、第2蓄冷材PF2を短時間のうちに凝固させること(つまり、蓄冷を完了させること)ができる。本実施形態では、全ての蓄冷容器250に貯えられている第2蓄冷材PF2の量が、全ての蓄冷容器150に貯えられている第1蓄冷材PF1の量よりも多くなっているのであるが、上記理由により、第2蓄冷材PF2の凝固が律速となってしまうことは無い。
第1実施形態の変形例について、図10を参照しながら説明する。この変形例では、蓄冷容器150の形状においてのみ第1実施形態と異なっており、その他の点においては第1実施形態と同じである。以下では、第1実施形態と異なる点についてのみ説明し、第1実施形態と共通する点については適宜説明を省略する。
図10に示されるように、この変形例では、蓄冷容器150のうち下方側の部分、すなわち下部タンク120の近傍の部分が、凍結対策部152となっている。凍結対策部152では、凍結対策部152における蓄冷容器150の幅(図10では左右方向における寸法)が、他の部分における幅よりも狭くなっている。また、第1蓄冷材PF1は凍結対策部152よりも上方側の部分にのみ貯えられており、凍結対策部152の内部には貯えられていない。凍結対策部152においては、蓄冷容器150とチューブ130とは互いに当接しておらず、両者の間には隙間GPが形成されている。
蒸発器100の表面、特にチューブ130や蓄冷容器150の下方側部分では、湿気を含んだ空気が急激に冷却されることによる結露水の凍結が生じやすい。チューブ130と蓄冷容器150との間において結露水の凍結が生じると、凍結時の体積膨張に起因して、チューブ130の変形や破損が生じる可能性がある。
そこで、この変形例では、蓄冷容器150のうち凍結が生じやすい部分に凍結対策部152が設けられている。凍結対策部152では隙間GPが形成されているので、結露水の凍結が生じても、チューブ130と蓄冷容器150との間が氷によって押し広げられてしまうことが無い。このため、凍結に起因したチューブ130等の破損が防止されている。
一方、蓄冷ユニット200においては、湿度を含む空気との熱交換が行われないので、チューブ130等の表面における凍結が比較的生じにくくなっている。従って、このような凍結対策部を設ける必要はない。蓄冷容器250では、その長手方向の全体において第2蓄冷材PF2を貯えることができるので、限られたスペースを有効に利用して蓄冷を行うことができる。
第2実施形態について図11を参照しながら説明する。以下では、第2実施形態のうち第1実施形態と異なる点についてのみ説明し、第1実施形態と共通する点については適宜説明を省略する。
本実施形態では、蒸発器100の高さ方向における寸法が、第1実施形態の場合に比べて小さくなっている。また、蓄冷ユニット200は、ケース310の外側ではなく内側に配置されており、具体的には蒸発器100の直下となる位置に配置されている。
ケース310には、防風壁312、313が設けられている。防風壁312は、空気の流れ方向に沿って蓄冷ユニット200よりも上流側となる位置に形成された壁である。空気の流れ方向に沿って上流側から見た場合には、蓄冷ユニット200の全体が防風壁312によって覆われている。このため、流路FP0を流れる空気はその全てが蒸発器100に流入し、蓄冷ユニット200が配置されている位置には空気が流入しない。
防風壁313は、空気の流れ方向に沿って蓄冷ユニット200よりも下流側となる位置に形成された壁である。空気の流れ方向に沿って下流側から見た場合には、蓄冷ユニット200の全体が防風壁313によって覆われている。このため、蒸発器100を通過した空気が、流路FP2において蓄冷ユニット200に到達してしまうことはない。
更に本実施形態では、蓄冷ユニット200の周囲全体が、防湿材260によって覆われた状態となっている。本実施形態ではこのような構成により、湿気を含む空気が蓄冷ユニット200に到達することが更に防止されており、蓄冷ユニット200の表面で結露水の凍結が生じることが防止されている。防湿材260としては、例えばビニールのような樹脂を用いることができる。
尚、防湿材260に替えて、蓄冷ユニット200の周囲が断熱材によって覆われていてもよい。これにより、蓄冷ユニット200の蓄冷性能を更に高めて、内燃機関60が停止した後における冷房を更に長時間に亘って行うことができる。断熱材としては、例えば発泡性の樹脂からなるシート等を用いることができる。
また、防湿材260に替えて、蓄冷ユニット200の周囲が防振材によって覆われていてもよい。これにより蓄冷ユニット200の振動が抑制されるので、振動に伴う蓄冷ユニット200の破損等を防止することができる。防振材としては、例えばゴム製のパッキンを用いることができる。
更に、蓄冷ユニット200の周囲が、断熱材、防湿材、及び防振材のうち複数の部材によって覆われていてもよい。尚、以上のような構成は、第1実施形態のように、ケース310の外側に蓄冷ユニット200が配置されている場合においても採用することができる。
本実施形態では、蒸発器100のサイズが第1実施形態の場合に比べて小さくなっているので、蓄冷容器150の蓄冷性能も低くなっている。しかしながら、蓄冷ユニット200が設けられていることの効果により、従来の構成に比べれば、内燃機関60が停止した後における放冷時間を長時間確保することが可能となっている。尚、放冷時間が従来と同等で良いのであれば、蓄冷容器150の数を更に減らしたり、蓄冷ユニット200を更に小型化したりすることにより、空調装置10を更に小型化することも可能である。
また、本実施形態のように、蒸発器100に近接して蓄冷ユニット200を配置した構成においては、両者を繋ぐ配管21をより短くし、全体のレイアウトを簡素化し得るという利点もある。
以上、具体例を参照しつつ本実施形態について説明した。しかし、本開示はこれらの具体例に限定されるものではない。これら具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本開示の特徴を備えている限り、本開示の範囲に包含される。前述した各具体例が備える各要素およびその配置、条件、形状などは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。前述した各具体例が備える各要素は、技術的な矛盾が生じない限り、適宜組み合わせを変えることができる。
10:空調装置
20:循環流路
50:膨張弁
100:蒸発器
130:チューブ
150:蓄冷容器
250:蓄冷容器
PF1:第1蓄冷材
PF2:第2蓄冷材

Claims (5)

  1. 冷媒が循環する循環流路(20)と、
    前記循環流路の途中に設けられており、前記循環流路を通る冷媒との熱交換により空気を冷却する蒸発器(100)と、
    前記蒸発器のうち冷媒が通るチューブ(130)に隣接する位置に設けられており、前記チューブを通る冷媒との熱交換によって相変化する第1蓄冷材(PF1)、を内部に貯えている第1蓄冷部(150)と、
    前記循環流路のうち前記蒸発器とは異なる位置に設けられており、前記循環流路を通る冷媒との熱交換によって相変化する第2蓄冷材(PF2)、を内部に貯えている第2蓄冷部(250)と、を備え、
    前記第2蓄冷部は、前記循環流路において前記蒸発器よりも下流側となる位置に設けられており、
    前記循環流路において前記蒸発器よりも上流側となる位置には、冷媒の圧力を低下させる膨張弁(50)が設けられており、
    前記循環流路のうち前記第2蓄冷部よりも下流側となる位置の冷媒の温度に応じて、前記膨張弁の開度が変化するように構成されている空調装置。
  2. 冷媒が循環する循環流路(20)と、
    前記循環流路の途中に設けられており、前記循環流路を通る冷媒との熱交換により空気を冷却する蒸発器(100)と、
    前記蒸発器のうち冷媒が通るチューブ(130)に隣接する位置に設けられており、前記チューブを通る冷媒との熱交換によって相変化する第1蓄冷材(PF1)、を内部に貯えている第1蓄冷部(150)と、
    前記循環流路のうち前記蒸発器とは異なる位置に設けられており、前記循環流路を通る冷媒との熱交換によって相変化する第2蓄冷材(PF2)、を内部に貯えている第2蓄冷部(250)と、を備え、
    前記第2蓄冷部に貯えられている前記第2蓄冷材の量が、前記第1蓄冷部に貯えられている前記第1蓄冷材の量よりも多い空調装置。
  3. 冷媒が循環する循環流路(20)と、
    前記循環流路の途中に設けられており、前記循環流路を通る冷媒との熱交換により空気を冷却する蒸発器(100)と、
    前記蒸発器のうち冷媒が通るチューブ(130)に隣接する位置に設けられており、前記チューブを通る冷媒との熱交換によって相変化する第1蓄冷材(PF1)、を内部に貯えている第1蓄冷部(150)と、
    前記循環流路のうち前記蒸発器とは異なる位置に設けられており、前記循環流路を通る冷媒との熱交換によって相変化する第2蓄冷材(PF2)、を内部に貯えている第2蓄冷部(250)と、を備え、
    前記第2蓄冷材の融点が前記第1蓄冷材の融点よりも低い空調装置。
  4. 冷媒が循環する循環流路(20)と、
    前記循環流路の途中に設けられており、前記循環流路を通る冷媒との熱交換により空気を冷却する蒸発器(100)と、
    前記蒸発器のうち冷媒が通るチューブ(130)に隣接する位置に設けられており、前記チューブを通る冷媒との熱交換によって相変化する第1蓄冷材(PF1)、を内部に貯えている第1蓄冷部(150)と、
    前記循環流路のうち前記蒸発器とは異なる位置に設けられており、前記循環流路を通る冷媒との熱交換によって相変化する第2蓄冷材(PF2)、を内部に貯えている第2蓄冷部(250)と、を備え、
    前記第2蓄冷部が、前記第1蓄冷部よりも上方側となる位置に配置されている空調装置。
  5. 前記第2蓄冷部の周囲が、防湿材、断熱材、及び防振材のうちの少なくとも1つによって覆われている、請求項1乃至4のいずれか1項に記載の空調装置。
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