JPS58110320A - 車両改空気調和装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、圧縮式冷凍サイクルと吸収式冷凍サイクル
とを併用した車両用空気調和装置に関する。

従来の車両用空気調和装で−は、エンジンの動力によっ
て回転されるコンプレッサによって冷媒を圧動し、膨張
弁で膨張させるようにした圧縮式冷凍サイクルを用いた
ものが一般的でめった。ところが、この方式はエンジン
の動力の一部でコンプレッサを回転させるため、粗費動
力が犬きくなシ、力 車両駆動か減少するという問題点がめった。

そこで、車両用エンジンにおいては発生した熱量の大部
分がむだに大気中に放出されていることに着目して、こ
の廃熱を利用してこれを吸収式冷凍サイクルの熱源とす
る車両用冷房装置を構成し、車室内の冷房に供するよう
にしたものも一部には提案されている。

しかしながら、上記のような吸収式冷凍サイクルを適用
した車両用冷房装置にあっては、エンジンの発熱を利用
しているため、車両の運転状況によって発生熱の温度条
件が大きく変動してしまい、制＠１がやりに＜＜、かつ
充分々冷房効果か得られないこともある。また、冷房装
置は気温の尚いときにしか使用されないため、冷房の不
用な冬期等にはエンジンの廃熱を充分に活用することか
できなかった。

この発明は、圧動式冷ｔｙＪ　”）イクル′（ｉｌ−構
成する圧動器、膨張弁等の部品の他に、吸収式冷凍サイ
クル全構成する吸収器、凝縮器等の部品を設け、さらに
、冷媒の膨張によって回転される膨張機（タービン等）
を設け、車両の運転状況、環境等に応じて適切な空気調
和を行なうことができ、しかも、エンジンの廃熱を回収
して車両駆動用の動力等として再生し、エンジンの廃熱
を充分に利用できるようにすることを目的とする。

さらに、本発明は、凝縮器で凝縮された冷媒の一部を膨
張弁を介して吸収器内に導入、膨張させることにより、
吸収器における高温化を防止してサイクル全体の効率を
高めることも目的とする。

以下この発明を図面に基づいて説明する。

第１図は本発明の一実施例を示すもので、１（ｄ自動車
等のエンジン、２はエンジン冷却用ファン、　　□３は
圧縮式冷凍サイクルを構成する圧縮器で、この圧縮器３
はエンジン１との間に捲回されたベルト４によって電磁
クラッチ１４ヲ介して回転駆動される。また、上ｊ己エ
ンジン１のシリンダフ゛ロックおよびシリンダヘッドに
設けられた冷却用ジャケット内には、吸収式冷凍サイク
ルの冷媒と溶媒とが導入され、エンジン本体が発生器と
されており、エンジンジャケット内で冷媒と溶媒とから
なる俗液が加熱され、高温高圧の冷媒蒸気が発生する。

発生した冷媒蒸気は凝に益５へ導かれて凝縮される。な
お、この凝縮器５には上記圧縮器３からの冷媒も導入さ
れるようになっている。すなわち、圧縮式冷凍サイクル
も吸収式冷凍サイクルも共にｆＬｔハモノクルムジフロ
オールメタン（フロンＲ２２）等１町−の冷媒が使用さ
れている。

上配襞縮器５で凝縮された冷媒は膨張弁６で減圧されて
、蒸発器７で蒸発して冷凍効果をあげ、ファン８によっ
て送風された空気を冷却して車室内の冷房に供する。９
は吸収弐耐凍サイクルを栴戟する吸収器で、上記蒸発器
７を経て低圧ガスと々つた冷媒は、この吸収器９で溶媒
に吸収されて、ポンプ１０によシ熱交換器１１ヲ経て発
生器たるエンジン１のジャケット内に帰還される。

−力、エンジンジャケット内で冷媒が蒸発して、濃度の
博くなった溶液は管路１２より上記熱交換器１１および
流量制御弁１３全経て、上記吸収器９に送られ、蒸発器
８よシ送られてきた冷媒全吸収する。

なお、冷媒を吸収する溶媒としてはデメチルフォルムア
ミド等が用いられる。

上記圧動器３から凝縮器５へ冷媒を送るための管路２１
およびエンジンジャケット内から倹縮器５へ冷媒を送る
ための管ＦｌｉＩ′＋２２、さらに、上記蒸発器７から
吸収器９へ部課を送る管路乙の途中にはそれぞれワンウ
ェイバルブ３１　、３２　、３３が収りられでいる。ま
た、上記管路２１の途中および管路るの途中には三方弁
等の切換弁３４．アが設けられている。

この切換弁讃および３５は高温高圧の冷媒蒸気を膨張機
１５へ供給して膨張機１５を回転させて、％磁りラッチ
１６およびベルト１７ヲ介してエンジン１の回転をアシ
ストさせることができる。膨張機１５内で膨張した冷媒
は切換弁３５を通って吸収器９へ送られ溶液に吸収され
る。

このように上記装置では、圧縮式冷凍サイクルと吸収式
冷凍サイクルが９ｆ川されて冷房を行ない、かつエンジ
ン１の廃熱を回収して動力とし１拘生できるように構成
されている。

次に上記装置の基本的なモードを第２図〜第５図を用い
て説明する。

第１のモードは冷Ｊｊｊ’ｒ行なわないで動力再生のか
を行なう。この場合の冷媒の流れは第２図に示すととく
でるる。エンジンジャケット内で発生した高温室圧（８
０−９０℃、１５．６　Ｖ４／　ｃｒｊ　）の冷媒蒸気
は切換弁あによって膨張機Ｉ５に導入され、膨張仕事を
して低温低圧（４５〜５５℃、６．９ＫＩＩ／ｃｒＩｌ
）になってから切換弁３５を経て吸収器９に送られる。

吸収器９で冷媒を吸収して濃度の濃くなった浴液は再び
エンジン１へ送られて加熱され、冷媒が蒸発する。

この場合の冷媒と溶媒とからなる溶液の特性は第６図に
示すように、温度、圧力および濃度によって示される。

この溶液の平均濃度ヲ６８％とすると、溶液は濃度７０
％の状態でポンプ１０により１５．６Ｋｆ／！の圧力ま
で高められ、熱交換器１１を通ってエンジン１へ送られ
る。エンジン１では溶液は８０〜（イ）℃の温服で？’
；ｔｉ（フロンＲ２２）が蒸発し、その濃度が６０係ま
で下がる。祷敵の薄くなった浴液は管路１２を通って熱
交換器１１に入り、ポンプ１０により送られてくる４５
〜５５℃の浴液と熱父侠し′を酎やされ、流量制御弁１
３を通って吸収器９に戻る。

吸収器９に戻った農産の博い溶液は、膨張機１５で減圧
されて出て米る冷媒と発熱反応を起して約７０％の濃度
の商い浴液となる。なお、吸収器９は、上部に気液の混
合室を有し、下部に液呈全治づる多くのバイブをつない
で摘取されておシ、各パイプ間には空気によって冷却さ
れるようにするためのフィンか設けられ、放熱が効率よ
くなされるようになっている。吸収器９内の溶液はここ
で４５〜５５℃に酊却され、ポンプ１０により再ひエン
ジン１へ循環される。

このモードでは、膨張機１５に設けられた電磁クラッチ
１６は＆紛されているが、圧縮器３に設けられた電磁ク
ラッチ１４は遮断されている。

第２のモードは動力再生を行なわないで、吸収式冷凍サ
イクルと圧動式冷凍サイクルを同時に作動烙セる。この
場合の冷媒の流れを第３図に示す。

エンジンジャケット内で発生した高温高圧の冷靜蒸気と
、圧縮器３で圧縮さ７′１．た高温高圧の冷媒は管路２
１内で合流して凝＃器５へ送られて冷却液化でれ、膨張
弁６および蒸発器７を経て冷凍効果をろりてから、管路
おで分流して、一部は吸収器９を紅でエンジンジャケッ
ト内に帰還され、残シは圧縮器３へ帰還される。

第３のモードは吸収式冷凍サイクルを作動させ、かつ冷
媒蒸気の一部により動力再生を行なう。第４図はこの場
合の冷媒の流れを示１゜エンジンジャケット内で発生し
た冷媒蒸気は切換弁３４で分流され、一部かに張機１５
に供給されて動力として再生され、残りの冷媒は凝縮器
５→膨張升６→蒸発器７→吸収器９→エンジンジャケッ
トの順に循環されて冷房効果をあける。

第４のモードは吸収式冷凍サイクルと圧動式冷凍ザイク
ルによる冷房運転および動力再生全行なうもので、吸収
式冷凍サイクルのみでは冷房能力が不足する場合に実行
される。この場合の冷媒の流れは第２図及び第３図に示
した？Ｖ媒の流れを組み合わせたもので、第５図に示す
ようになる。

次に、第７図は車両の走行速度とエンジンか冷却水へ排
出する熱量および吸収式冷凍サイクルが必要とする熱量
との関係を示す。このグラフからも分かるように、車両
走行中にエンジンが冷却水に排出する熱量は車速の上昇
とともに垢・太するが、吸収式冷顔サイクルが必要と甘
る熱量は一定である。この値は車両の受けている熱負荷
や酊池ザイクルヲ構成するシステムの効率によって変わ
るか、エンジンのアイビリン時等には吸収式冷凍サイク
ルで充分な冷房を・行なえるほどの廃熱はない（グラフ
のＡ領域）。しかし、車速か中速以上になると充分な熱
量が排出されるので吸収式冷凍サイクルをフルＡ転ＣＢ
領域）させても余裕が生ずる（０％域）。上記Ａ領域で
は吸収式冷僚サイクルの冷房能力が不足するので、圧縮
式冷凍サイクルによって袖ってやる必要がある。

これを先に説明した各モードとの関係で説明する。

先ず、第１のモードは冷房をしない動力再生のみを行な
うモードであり、上記グラフのＡ領域およびＢ−１−０
の領域で実行可能である。このモードは冷房不用な状況
において実行され、全走行域にわたって、エンジン廃熱
か回収され動力として再生される。

次に前記第２のモードは２つの冷凍サイクルが同時に作
動されるモードであシ、上記グラフのＡ領域において実
行これる。すなわち、エンジン回転数が低かったり、車
両走行速度が低い時は吸収式冷凍サイクルに必要な熱量
か不足するので、圧縮式冷凍サイクルも作動させて冷房
不足を袖うのでめる１、 前記第３のモードは吸収式冷神サイクルを作動させ、か
つ動力の再生も行なうモードであシ、上記グラフのＢ十
〇の領域において実行される。すなわち、エンジン廃熱
より回収された熱量によって、車室内の冷房を行ない、
かつ余った熱ｔを動力として再生することができる。

前記第４のモードは２つの冷凍サイクルを同時に作動さ
せ、かつ動力のし」収を行なうモードであシ、土泥グラ
フのＢ−１−０の頚城において実行される。このモード
か実行される状況は、例えは、走行速度が高くエンジン
内で発生する冷媒蒸気は充分でりるか、外気温度が高く
て吸収器９内で充分に冷媒を吸収できず蒸発器７での蒸
発作用が少なくなって吸収式冷凍サイクルのみでは充分
な冷房効果が得られない場合である。第４のモードは、
このような場合に、圧縮器３を作動させて、冷房効果全
充分に確保しようとするものである。

この除、膨張器１５の出口側および吸収器９の入口側の
冷媒圧力、温度とも若干上昇するか、冷媒温度が上昇す
るとその分吸収器９としては性能が向上するため、ある
ところでバランスすることになる。

なお、上記各モードの制御は、図示しない外気温センサ
、車室内温度設定器、風量設定器、車室内温度センサ、
日射量センサ、車速センサ、エンジン回転数検出器等か
らの信号に基づいて、車載のマイクロコンピュータによ
り、予め組み込まｎたプロクラムに従って、膨張弁６の
開度、ポンプ１０の回転数、流童匍制御弁１３の開度、
切換弁３４　、３５の切換え、電磁クラッチ１４　、１
６のオン、オフ等全制御することによシ実行することが
できる。

次に、第８図は本発明の他の実施例を示すもので、この
実施例では、管路２１から分岐されたバイパス管２４ヲ
設け、かつこのバイパス管列の途中には＃ｔ、量制量制
御弁上６交換器３７ヲ設けてあり、これによつ動力回収
と暖房を行なうことができるようにされている。すなわ
ち、冬期等の暖房必要時に、切換弁３４および３５を同
図に示すような状態に切シ換えることによって、エンジ
ン１で発生した高温高圧の冷媒全膨張機１５に供給して
動力の回収を行なうとともに、高温の冷媒をバイパス管
冴に通して、烈父換器３７においてファン８により迭ら
れて米た空気を暖めて車室内に供給し、暖房を行なうこ
とができる。。

なお、この実施例では、冷房時にはｖｒＣ，童制御弁３
６ヲ完全に閉じることによって熱交換器３７への冷媒の
流れを遮断することができる。

次に、前記吸収器９に、菌絶器５からの尚圧甲温の冷媒
全面接膨張させるように徊瓜することによって、吸収器
９の温度金工けて低圧全確保し、吸収器９を小型化でき
るようにした本発明の他の実施例全第９図〜第１２図を
用いて説明する。

この実施例では、凝縮器５の出口側に接続された蒸発器
７へ通ずる管路５の途中に切換弁３８が設けられ、この
切換弁あから分岐されて膨張弁３９を介して吸収器９の
入口側に通ずる管路２６が設けられている。

次に、この実施セ（（に示された空気調和装置の作用を
各モード別に説明する。

第９図の状態は、冷凍サイクル１１転させずに、動力の
回収のみを行なうモードを示す。この場合には、切換弁
３４によって冷媒が凝縮器５へ流れ々いように芒れてい
る。

第１０図は、同じく動力回収のみを行なうモードを示す
が、このモードではエンジン１で発生した尚温尚圧の冷
媒の一部が凝縮器５に導入てれ、凝縮した冷媒は切換弁
３８によって、管路２６ヲ通って膨張弁３９に送られる
。膨張弁３９で減圧された冷媒は、低温低圧のガスとな
って吸収器９に入シ、吸収器９を内部から冷却する。

第１１図は、吸収式冷凍サイクルと圧縮式冷凍サイクル
は運転させるが、動力の回収を行なわないモードを示す
。このモードでは、切換弁あが切り換えられて、凝縮器
５を出た冷媒が管路２６を辿つて吸収器９に供給されな
いようにされ、酊１ｓは全て蒸発器７へ導入されている
。

また、第１２図は吸収式冷凍サイクルの運転と動力の回
収を行なうモードを示す。このモードにおいては、切換
弁：３８によってｉｋ縮容器５全川尚圧中温の冷媒の一
部が管路届を介して膨張弁３９に供給され、減圧されて
吸収ｇ９内に入るようにされている。

ここで、上記第１０図および第１２図のモードにおける
動力回収量りを概舞してみると、乍却水たる冷媒への排
熱量をＱ１膨張ｅＡ１５に入る前の冷媒温度をＴ１１膨
％−後の温度をＴ２、熱の仁挙当童をＡとし、理想機関
の関係式に当てはめると、Ｌ　＝　Ｑ　（ＴＩ−Ｔ２）
／Ａ　Ｔ１　　となる。

この式より動力回収率を向上させるには、Ｔ１を太きく
　Ｌ、Ｔ２　ｋ小さくすれば良いことがわかる。しかし
ながらフロンＲ２２ｆ：冷媒として使用する場合には、
Ｔ】＝１２０°＋２７３°が限度である。

一方、Ｔ２は吸収器９の性能によって決まってくる。側
ノち、吸収器９の効率がｎ猟に良いが、大型であれは、
大気温との差が小さく彦って商い効率が得られる。とこ
ろが、自動車のようにｌ量が車両の総合的な性能に大き
く影響する場合には、吸収器９のサイズにも限界が生じ
る、また、効率もめる佃以上に島めることは難しくなる
。

そこで不実施例では、高圧高温の冷媒の一部を＆容器５
で凝縮させてから膨張弁３９ヲ通して膨張させて、吸収
器９を冷却」することにょシ、Ｔ２を低下させて全体と
しての効率全向上させているのである。つまシ、高圧高
温の冷媒の一部を分岐して吸収器９を冷却するのに使Ｆ
＋Ｊすると、膨張後１５に供給される熱量Ｑは減少する
が、Ｔ２が低下することによシ、全体としての動力回収
率は向上するのである１、 試みに、Ｔ、＝ｇ□℃として、Ｔ２の低下および熱量Ｑ
の分岐率に対する全体の回収効率を求めると、次表のよ
うになる。

衣 上記表からも分かるように１例えばある車速釦゛おける
条件がＴ１＝頒℃、Ｔ２　＝５０　’Ｃでめったとする
と、この場合冷媒の分岐量が０であれは動力回収率は１
１％となる。これに対し、冷媒循ｊＪｌの１０％を吸収
器９の冷却に回し、Ｔ２−’４０℃とすることができれ
は回収率は１２．４％となシ、全体として回収率は１．
４％向上されることになる。また、排熱ｍが多くなり、
Ｔｘ＝９０ｔ：：、Ｔｚ＝７０’Ｃで。

の分岐率かＯの場合には、回収率が５．５％にすぎない
か、冷媒循環量の２０％全吸収器９に回して、Ｔｚ＝５
０℃とすることかできれは動力回収率は８．８％となシ
、全体として３．３％向上させることかでさる。

このように、本実施例においては、襞組器５を効率よく
使うことにより、吸収器９をそれほど犬型化しなくても
、吸収器内での発熱反応による尚温化全抽」え、動力回
収卒を同上さ−ヒることかできる１゜ なお・、前１己実施例では、いずれも圧縮器３と膨張汝
１５が別々に構成もれているが、例えば圧動器３とｗ嫌
４ｋ　１５の回転＝’ｉ同軸にすることによって一体化
させ、装ｆｊＥ’によりコンパクトに構成することも可
能である。

以上−発明したごとくこの発明は、車両の運転状況、環
境等に応して適切な窒気詭和？行なうことがでさるとと
もに、エンジンの廃熱ケ回収して車両駆動用の動力等と
して再生し、エンジンの廃熱を充分に第１」用すること
か可能となる。さらに、縦靴器で縦紬された冷媒の一部
を′膨張弁を介して吸収器内に導入、膨張さゼるように
構成することによって、吸収器における高温化を防止し
てサイクル全体の効率を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る車両用空気調和装置の−実施鉋Ｊ
を示すｖＬ罷榴成図、第２図、第３図、第４図および第
５図はこの装撫における各釉如ｊ作モードでのＮｌｋの
流れの状態を示すｔ＋ｈ、切回、第６図はサイクルを流
れる冷媒溶液の温度と１ｊｋ度および圧力との関係をボ
すグラフ、第７図は車速とエンジンリド出熱量の関係を
示すグラフ、第８図は本発明の第二の実施例を示す概略
輛戟図、第９図は第三の災施世、ｉを示す概略構成図、
第１０図、第、１１図および第１２図はこの実施例にお
けるｆ２２部作モードでの冷媒の光れの状態を示す祝切
回である。 １・・・エンジン（発生器）、３・・・圧縮器、５・・
・凝縮器、６・・・膨張弁、７・・・蒸発器、９・・・
吸収器、１５・・・膨Ｉ＆機、３４．３５・・・切換弁
。 第３図 第２図 第４図 第５図 第６図 第７図 第Ｓ図 １３３− 第９図 第１１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　エンジンの動力によって駆動される圧縮器と
   、この圧縮器によって圧縮された冷媒′ｆｃ凝縮させる
   凝縮器を備え、圧縮式冷凍サイクルを構成する装置と、
   エンジンの廃熱を発生器の熱源とする吸収式冷凍サイク
   ルを構成する装置と、上記発生器よシ発生した冷媒蒸気
   の膨張によって動力を発生する膨張機と、上配冷Ｉｓ蒸
   気全上記膨張機に導入するための切換弁とを有し、車両
   の運転状況、８曲環境等に応じて上記２つの冷凍ヤイク
   ルおよび膨張機を適π作如・させて、所望の空気調和勿
   行なうとともに、余った回収熱量全動力として何生でき
   るように構成されたことを特徴とする車両用空気調和装
   置。