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発明の名称 車両用オートエアコン装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2001−206039(P2001−206039A)
公開日 平成13年7月31日(2001.7.31)
出願番号 特願2000−20624(P2000−20624)
出願日 平成12年1月28日(2000.1.28)
代理人 【識別番号】100112737
【弁理士】
【氏名又は名称】藤田 考晴 (外3名)
発明者 三井 正俊 / 三宮 宏之
要約 目的


構成
特許請求の範囲
【請求項1】 車室内に空調処理されたエアーを送るエアコンユニットの空気処理通路に複数の熱交換器が配置され、それら複数の熱交換器の一側に、冷凍ユニットで冷却された熱媒体が第1の熱媒体供給管を通して供給されるとともに、複数の熱交換器の他側に、加熱源で加熱された熱媒体が第2の熱媒体供給管を通して供給され、前記第1の熱媒体供給管と前記第2の熱媒体供給管が連通管を介して互いに連通され、前記複数の熱交換器に、前記冷却された熱媒体と前記加熱された熱媒体とが、それぞれ任意の混合比で供給されることを特徴とする車両用オートエアコン装置。
【請求項2】 前記連通管と前記第2の熱媒体供給管に、それぞれ流量調整弁が介装されていることを特徴とする請求項1記載の車両用オートエアコン装置。
【請求項3】 前記冷凍ユニットは、コンプレッサ、コンデンサ、膨張弁及びエバポレータが冷媒循環路を形成するように接続され、前記エバポレータが前記熱媒体を貯留する熱媒体タンク内に組み込まれて構成されていることを特徴とする請求項1または2記載の車両用オートエアコン装置。
【請求項4】 前記加熱源は、エンジンを冷却するエンジン冷却ユニットであることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の車両用オートエアコン装置。
【請求項5】 前記コンプレッサは、回転数制御が可能な電動モータによって駆動されることを特徴とする請求項3または4記載の車両用オートエアコン装置。
【請求項6】 前記エアコンユニットは車両の前部に、冷凍ユニットは車両の後部にそれぞれ配置されていることを特徴とする請求項3〜5のいずれかに記載の車両用オートエアコン装置。
発明の詳細な説明
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、自動車等の車両に装備される車両用オートエアコン装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、車室内の冷暖房及び除湿を行う車両用空調装置として、乗員が望む車室内温度を設定すると、吹出モード、吹出温度及び吹出風量等を自動調整することにより車室内温度を一定に保つよう制御する車両用オートエアコン装置が開発されている。車両用オートエアコン装置は、一般的に、車室内に搭載されるエアコンユニットと、エンジンルーム内に配置されてエアコンユニットのエバポレータに低温の冷媒を供給する冷凍ユニットとから構成されている。
【0003】図2にエアコンユニットの一例を示す。このエアコンユニット1は、一般的な乗用車に設置されるものの例であり、内外気箱10、ブロアユニット20、クーラユニット30及びヒータユニット40により構成されている。以下、このエアコンユニット1を空気の流れの順に簡単に説明する。
【0004】エアコンユニット1に導入する空気は、内外気箱10において内外気切換ダンパの開閉を切り換え操作することにより、外気(車室外の空気)aまたは内気(車室内の空気)bのいずれか一方が選択される。導入される外気aまたは内気bは、ブロアユニット20に設けられたブロアファン21に吸引されて、あるいは車両の走行風として、空調ダクト25内を通りブロアファン21の下流側に設置されたクーラユニット30内のエバポレータ31に送られる。このエバポレータ31には、冷房運転時に冷媒系から低温低圧の液冷媒が供給されており、エバポレータ31を通過する導入空気と熱交換して冷房及び除湿を行うことできる。
【0005】そして、エバポレータ31の下流側にはヒータユニット40が配設され、その内部にはヒータコア42が設置されている。このヒータコア42には、暖房運転時に高温のエンジン冷却水が導入され、ヒータコア42を通過する導入空気と熱交換して暖房を行うことができる。またヒータコア42を通過する導入空気の流量は、エアミックスダンパ43の開度により調整可能である。この結果、ヒータユニット40内で導入空気を所望の温度に調整したり、あるいは、ヒータユニット40に設けられた各吹出口44,45,46のダンパ44a,45a,46aの開閉操作との連動により、乗員の頭部にヒータコア42を通過しない冷風を吹き出すのと同時に足元に温風を吹き出すという、いわゆる頭寒足熱も可能になる。なお、符号44はデフロスタ吹出口、45はフェイス吹出口、46はフット吹出口と呼ばれている。
【0006】上述したデフロスタ吹出口44は、冬季走行前のフロントガラスの霜取り及び雨天走行中のフロントガラスの曇りを除去するために、フロントガラスなどの内面に直接当たるよう温風及び除湿した風を吹き出すものであり、このような空調運転モードは「デフロスタ吹出モード」と呼ばれている。また、フェイス吹出口45は、主として夏季の冷房運転時に乗員の上半身へ向けて冷風を吹き出すものであり、このような空調運転モードは「フェイス吹出モード」または「ベント吹出モード」と呼ばれている。そして、フット吹出口46は、主として冬季の冷房運転時に乗員の足元へ温風を吹き出すものであり、このような運転モードは、「フット吹出モード」と呼ばれている。さらに、主として春や秋の中間期に用いられ、フェイス吹出口45及びフット吹出口46の両方から空調された空気を吹き出す「バイレベル吹出モード」と呼ばれる空調運転モードもあり、この場合には、フェイス吹出口45からの吹出風をフット吹出口46より低温とする頭寒足熱とするのが一般的である。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】従来の車両用オートエアコン装置には、次のような課題があった。
■ エバポレータ31には、冷凍ユニットから低温低圧の液冷媒のみが供給され、また、ヒータコア42には高温のエンジン冷却水のみが供給される構造になっている。つまり、2つの熱交換器31、42は、それぞれ冷却用と加熱用にはっきり区分けされており、最大冷房能力はエバポレータ31の面積や熱交換率等によって、また、最大暖房能力はヒータコア42の面積や熱交換率等によってほぼ決定される。エバポレータ31やヒータコア42は、ある限られた配置スペース内に組み込まれるものであることから、あまり大容量のものを配置することができず、これが冷房能力や暖房能力を向上させるのに大きな障害になっていた。
【0008】■ エアコンユニット1は、エバポレータ31やヒータコア42の他に、ヒータコア42を通過する導入空気の流量を調整するため、エアミッスクダンパ43、並びに該エアミッスクダンパ43を開閉操作するための駆動系が必ず必要となり、このように多種の部材が配置されることから、装置のコンパクト化の要望があってもそれに応えることが困難であった。
【0009】■ 冷凍ユニットはエンジンルームに、また、クーラユニット30は車室内にそれぞれ配置されており、それら冷凍ユニットとクーラユニットとは冷媒配管で接続しなければならず、冷媒配管が長くなるのは避けられない。冷媒配管が長くなると、内部に封入される冷媒のチャージ量も必然的に多くなっており、この冷媒チャージ量を何らかの方法で減少することが望まれていた。
【0010】■ 冷凍ユニットの一構成部品であるコンプレッサは、エンジンよりベルト及びクラッチを介して駆動力を受けて回転されるようになっており、したがって、コンプレッサの回転数はエンジン回転数に左右される。このことは、エンジン回転数によって冷房能力が左右されることを意味し、例えばアイドリング時には、冷房能力が低下するのを避けられなかった。
【0011】■ フロン冷媒の膨張に伴う流動音が発生するエバポレータが車室内に配置されているため、これが車室内の騒音源となっており、車室内の騒音レベルを下げる上で大きな障害になっていた。
【0012】本発明は、前記事情に鑑みて成されたものであって、その目的とするところは、冷・暖房能力の向上を図ることができる車両用オートエアコン装置を提供することにある。また、装置全体のコンパクト化を図ることができ、冷媒のチャージ量を少なくできる車両オートエアコン装置を提供することも目的とする。さらに、エンジン回転数に関係なく冷房能力を発揮することができ、また、車室内の騒音レベルを無理なく低減することができる車両オートエアコン装置を提供することも目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するための手段として、次のような構成を有する車両オートエアコン装置を採用する。
【0014】請求項1に係る車両用オートエアコン装置は、車室内に空調処理されたエアーを送るエアコンユニットの空気処理通路に複数の熱交換器が配置され、それら複数の熱交換器の一側に、冷凍ユニットで冷却された熱媒体が第1の熱媒体供給管を通して供給されるとともに、複数の熱交換器の他側に、加熱源で加熱された熱媒体が第2の熱媒体供給管を通して供給され、前記第1の熱媒体供給管と前記第2の熱媒体供給管が連通管を介して互いに連通され、前記複数の熱交換器に、前記冷却された熱媒体と前記加熱された熱媒体とが、それぞれ任意の混合比で供給されることを特徴とする。上記車両用オートエアコン装置においては、空気処理通路に配置した複数の熱交換器全てを、冷房用としてまた暖房用としてそれぞれ用いることができる。また、複数の熱交換器の内いくつかを冷房用として、また他の熱交換器を暖房用として用いることもでき、勿論、中間期のバイレベル吹出モードにも対応可能である。
【0015】請求項2に係る車両用オートエアコン装置は、前記連通管と前記第2の熱媒体供給管に、それぞれ流量調整弁が介装されていることを特徴とする。上記車両用オートエアコン装置においては、連通管と第2の熱媒体供給管に、それぞれ介装した流量調整弁を適宜開度調整することにより、複数配置した熱交換器の内いくつかを、冷凍ユニットで冷却された熱媒体のみ供給して冷房用あるいは除湿用として用い、残る他の熱交換器を、冷却した熱媒体と加熱した熱媒体とを任意に混合比で供給し、吹出空気の温度調整用として用いることができる。
【0016】請求項3に係る車両用オートエアコン装置は、前記冷凍ユニットが、コンプレッサ、コンデンサ、膨張弁及びエバポレータを、冷媒循環路を形成するように互いに接続され、前記エバポレータを前記熱媒体を貯留する熱媒体タンク内に組み込まれて構成されていることを特徴とする。上記車両用オートエアコン装置においては、エアコンユニットの作動に関係なく、冷凍ユニットを独立的に作動させることによって、熱媒体タンクに貯えられている熱媒体の温度を下げることができる。
【0017】請求項4に係る車両用オートエアコン装置は、前記加熱源が、エンジンを冷却するエンジン冷却ユニットであることを特徴とする。上記車両用オートエアコン装置においては、もともと廃棄しているエンジン排熱を空調のための加熱用として有効利用することができ、エネルギーの省力化に寄与できる。
【0018】請求項5に係る車両用オートエアコン装置は、前記コンプレッサが、回転数制御が可能な電動モータによって駆動されることを特徴とする。上記車両用オートエアコン装置においては、コンプレッサの電源を、エンジンに付随する発電機あるいはバッテリから採ることによって、エンジンとは別個独立にコンプレッサを駆動することができる。
【0019】請求項6に係る車両用オートエアコン装置は、前記エアコンユニットが車両の前部に、冷凍ユニットが車両の後部にそれぞれ配置されていることを特徴とする。上記車両用オートエアコン装置によれば、車両の後部に配置した冷凍ユニットにより冷却された熱媒体を、第1の熱媒体供給管を介してエアコンユニットの熱交換器に導くことにより、エアコンユニットを介して所望の冷暖房が行える。
【0020】
【発明の実施の形態】以下、本発明による車両用オートエアコン装置の実施形態について、図1を参照して説明する。図1は車両用オートエアコン装置の全体構成を示す説明図である。車両用オートエアコン装置50は、車室内に空調処理されたエアーを送るエアコンユニット60と、エアコンユニット60の熱交換器に冷却された熱媒体を供給する冷凍ユニット70と、エアコンユニット60の熱交換器に加熱された熱媒体を供給する加熱源80とを備える。
【0021】エアコンユニット60は、前記従来の技術で説明した、車室内に空調処理されたエアーを送るための空調ダクト61となる箇所に、上流側から順に、ブロアファン62、第1の熱交換器63、第2の熱交換器64がそれぞれ直列に配置されている。そして、内外気箱(ここでは図示略)において外気または内気のいずれが導入され、この導入されたエアはブロアファン62に吸引された後、空調ダクト61内を下流側へ流れるよう圧送される。圧送されたエアは、前記第1、第2の熱交換器63、64を通過するときに、これら熱交換器63、64内を流れる、冷却された熱媒体(例えば、グリコールブライン等のブラインが使用される)あるいは加熱された熱媒体(前記と同種のブラインが使用される)と熱交換されて、冷暖房あるいは除湿処理されて車室内に供給されるようになっている。
【0022】それら第1,第2の熱交換器63,64の内の一側、この実施の形態では上流側に配置された第1の熱交換器63には、冷凍ユニット70で冷却された熱媒体が第1の熱媒体供給管65を通して供給され、また、他側の熱交換器、この実施の形態では下流側に配置された第2の熱交換器64には、加熱源80で加熱された熱媒体が第2の熱媒体供給管66を通して供給されるようになっている。第1の熱媒体供給管65と第2の熱媒体供給管66とは連通管67を介して互いに連通されていて、連通管67には流量調整弁68が介装されている。また、前記第2の熱媒体供給管66にも流量調整弁69が介装されている。これら流量調整弁68,69の弁開度は、図示せぬコントローラによって、第1の熱交換器63、あるいは第2の熱交換器64に流入する熱媒体の温度、及び、これら熱交換器63,64を通過した後のエアーの吹出温度によって調整される。
【0023】前記冷凍ユニット70は、コンプレッサ71、コンデンサ72、膨張弁73及びエバポレータ74が冷媒循環路75を形成するように互いに接続されるとともに、エバポレータ74が熱媒体を貯留する熱媒体タンク76内に組み込まれて概略構成されている。冷凍ユニット70では、冷媒として例えばR134a等が使用され、この冷媒を介して周知の逆カルノーサイクルで、熱媒体タンク76に貯留された前記ブライン等の熱媒体を適宜温度まで冷却する。そして、適宜温度まで冷却された熱媒体タンク76内の熱媒体は、出力が調整可能なポンプ77によって前記第1の熱媒体供給管65に送られるようになっている。なお、ポンプ77の吐出側には逆止弁78が介装されており、第1,第2の熱交換器63、64側から熱媒体がポンプ77、熱媒体タンク76へ逆流しないようになっている。
【0024】前記コンプレッサ71は、エンジンの駆動系に直接接続されて駆動されるのではなく、回転数制御が可能な電動モータによって駆動される。そして、このコンプレッサ71の回転数は、図示せぬコントローラにより、熱媒体タンク76内に貯留されている熱媒体の温度をフィードバックして制御されるようになっている。
【0025】前記加熱源80は、この実施の形態では、エンジンを冷却するエンジン冷却ユニットが用いられている。すなわち、加熱源80は、エアコンユニット60から戻される熱媒体を圧送する熱媒体ポンプ(例えば、冷却水ポンプ)82と、該熱媒体ポンプ82の吐出側に接続されるシリンダジャッケット81と、シリンダジャケット81を通過した後の熱媒体とラジエータ84を通過した後の熱媒体の混合比を決定する流量調整弁83から構成される。そして、この加熱源80では、ラジエータ84やシリンダジャケット81等を通過した、加熱されたエンジン冷却水等を加熱熱媒体として利用し、前記第2の熱媒体供給管66に供給する。そして、エアコンユニット60は車両の前部、具体的には車室内の前側下部に配置され、また、冷凍ユニットは車両の後部に、具体的には、例えば後部座席の下方に配置されている。
【0026】ここで、前記加熱源80からエアコンユニット60につながる熱媒体(エンジン冷却水)の通路、並びにこの通路につながる前記連通管67、第1の熱媒体供給管65、第1の熱交換器63等の内部には、エンジン冷却水等の熱媒体が空気溜まりが生じないよう容積一杯に充填されている。このように、熱媒体が空気溜まりが生じなくなるまで充填するのは、ヒータ負荷が変わって例えば第2の熱交換器64に流れる熱媒体の流量が変化しても、また、エンジン温度が変化してラジエータ84へ分流する量が変化しても、熱媒体を収納する系の過不足を生じさせないためである。仮に、熱媒体の充填量が少ない場合であると、気泡が混入し、熱媒体が流れなくなるおそれがでてくる。
【0027】次に、上記構成の車両用オートエアコン装置の作用について説明する。夏季等で最大冷房性能が要求されるときには、第2の熱媒体供給管66に介装した流量調整弁69を全閉とし、連通管67に介装した流量調整弁68を全開とする。これにより、熱媒体タンク76内に貯留されている、前記冷凍ユニットによって冷却された熱媒体がポンプ77によって第1の熱媒体供給管65に圧送されるとき、冷却された熱媒体は、第1の熱交換器63と第2の熱交換器64双方に供給される。つまり、直列に配置された第1,第2の熱交換器63、64には、冷却された熱媒体のみが供給されることとなり、それら熱交換器63、64はともに空気冷却用として使用される。このため、最大冷房能力は飛躍的に向上する。
【0028】一方、冬季等で最大暖房性能が要求されるときには、第2の熱媒体供給管66に介装した流量調整弁69及び連通管67に介装した流量調整弁68をともに全開とし、ポンプ77を停止する。これにより、熱媒体タンク76内に貯留されている冷却された熱媒体の供給は断たれ、加熱源80によって加熱された熱媒体のみが第2の熱媒体供給管66を介して第1,第2双方の熱交換器63,64に供給される。つまり、直列に配置された第1,第2の熱交換器63、64には、加熱された熱媒体のみが供給されることとなり、それら熱交換器63、64はともに空気加熱用として使用される。このため、最大暖房能力は飛躍的に向上する。
【0029】また、中間期等においては、流量調整弁68,69の弁開度を、図示せぬコントローラによって適宜調整し、エアコンユニット60から吹き出される吹出空気が設定された温度範囲内になるように制御される。このとき、冷却された熱媒体は駆動中のポンプ77によって第1の熱媒体供給管65に供給され、加熱源80からは加熱された熱媒体が第2の熱媒体供給管66に供給される。そして、第1の熱交換器63には冷却した熱媒体が供給され、第2の熱交換器64には冷却された熱媒体と加熱された熱媒体とが適宜比率で混合されて供給される。
【0030】具体的には、第1の熱交換器63には冷却された熱媒体のみが供給され、該第1の熱交換器63の表面温度は約0℃に保たれる。なお、省動力運転時には、第1の熱交換器63の表面温度は該第1の熱交換器63に流入する入り口空気温度の露点温度より所定温度αだけ低い温度となるように制御される。つまり、除湿可能な温度まで下げられる。第1の熱交換器63の温度コントロールは、ポンプ77の出力調整により行なわれる。また、第2の熱交換器64の表面温度は流量調整弁68,69の弁開度が調整されることにより、該第2の熱交換器を通過した後の吹出空気の温度が予め設定された温度範囲内になるように、冷却された熱媒体と加熱された熱媒体とを適宜比率で混合されて供給されることにより決定される。
【0031】このように、第1、第2の熱交換器63,64は、ともに冷房用としてまた暖房用として用いることができ、また、他の使用態様としては第1の熱交換器63を冷房用及び除湿用とし、第2の熱交換器を吹出空気温度調整のための加熱用として用いることができる。
【0032】なお、上記説明した実施の形態はあくまで本発明の例示であり、必要に応じ、発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、前記実施の形態では、熱交換器を2個直列に並べているが、これに限られることなく、それら熱交換器を並列に設けても良く、また3個以上の熱交換器を任意の形態で設けてもよい。
【0033】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば以下の優れた効果を奏する。請求項1に係る車両用オートエアコン装置によれば、空気処理通路に配置した複数の熱交換器全てを、冷房用としてまた暖房用として用いることができ、このため、夏季の冷房能力並びに冬季の暖房能力をそれぞれ飛躍的に向上させることができる。また、複数の熱交換器の内いくつかを冷房用として、また他の熱交換器を暖房用として用いることもでき、中間期のバイレベル吹出モードにも対応可能である。
【0034】請求項2に係る車両用オートエアコン装置によれば、連通管と第2の熱媒体供給管に、介装した流量調整弁をそれぞれ適宜開度調整することにより、複数配置した熱交換器の内いくつかを、冷凍ユニットで冷却された熱媒体のみ供給して冷房あるいは除湿用として用い、残る他の熱交換器を冷却した熱媒体と加熱した熱媒体とを任意に混合比で供給し、吹出空気の温度調整用として用いることができる。また、このように冷却した熱媒体と加熱した熱媒体との混合比を変えることで吹出空気の温度調整が行えることから、空気処理通路に従来例で説明したような、エアミッスクダンパ並びに該エアミッスクダンパを開閉操作する駆動系を設ける必要がなくなり、無理なく装置全体のコンパクト化が図れる。
【0035】請求項3に係る車両用オートエアコン装置によれば、エアコンユニットの作動に関係なく、冷凍ユニットを独立的に作動させることによって、熱媒体タンクに貯えられている熱媒体の温度を下げることができる。この場合、熱媒体を凍結前温度まで冷やし込むことにより蓄冷が可能である。また、冷凍ユニットを一体化して配置することができ、これにより、冷媒配管を短くでき、もって冷媒チャージ量を少なくすることもできる。
【0036】請求項4に係る車両用オートエアコン装置によれば、もともと廃棄しているエンジン排熱を空調のための加熱用として有効利用することができ、エネルギーの省力化に寄与できる。
【0037】請求項5に係る車両用オートエアコン装置によれば、コンプレッサの電源を、エンジンに付随する発電機あるいはバッテリから採ることによって、エンジンとは別個独立にコンプレッサを駆動することができる。このため、エンジン回転数に係わりなく、冷房能力を発揮することができ、例えば、アイドリング時にも十分に冷房能力を発揮することができる。
【0038】請求項6に係る車両用オートエアコン装置によれば、フロン冷媒の膨張に伴う流動音を発生する、騒音源となるエバポレータを車室外に配置することから、車室内の騒音レベルを低下することができる。




 

 


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