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車両用空調装置 - トヨタ自動車株式会社
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発明の名称 車両用空調装置
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2006−7866(P2006−7866A)
公開日 平成18年1月12日(2006.1.12)
出願番号 特願2004−185063(P2004−185063)
出願日 平成16年6月23日(2004.6.23)
代理人 【識別番号】100079049
【弁理士】
【氏名又は名称】中島 淳
発明者 乾 究
要約 課題
多数の蓄冷剤を備えることなく簡単に構成でき、かつ冷熱を蓄えることができる。

解決手段
車両用空調装置10では、コンプレッサ12、コンデンサ14、膨張弁16、エバポレータ18を結ぶ第1ループ20を、コンプレッサ12の作動により冷媒が循環することで冷凍サイクルが行なわれる。このとき、第2ループ28では、ウォータポンプ30の作動により液冷媒が循環し、この液冷媒はエバポレータ18において第1ループ20の冷媒と熱交換を行ない、第1ループ20で冷凍サイクルをなさしめると共に自らは冷却されて冷熱を蓄える。この冷熱を、例えばエコラン時の冷房維持に利用する。
特許請求の範囲
【請求項1】
圧縮機、凝縮器、減圧手段、及び蒸発器に冷媒を循環させて冷凍サイクルを行なう車両用空調装置であって、
前記蒸発器において前記冷凍サイクル行なう冷媒と熱交換する液冷媒を循環させる循環路及び液送装置を備える車両用空調装置。
【請求項2】
前記循環路に、前記液冷媒と空調機吹出し空気との熱交換を行なう室内熱交換器を設けた、請求項1記載の車両用空調装置。
【請求項3】
前記液送装置は、前記圧縮機の停止状態で冷房要求がされているときに制御装置によって作動される電動ポンプである、請求項2記載の車両用空調装置。
発明の詳細な説明
【技術分野】
【0001】
本発明は、例えば自動車等の車両に適用される車両用空調装置に関する。
【背景技術】
【0002】
自動車等の車両用空調装置として、空調熱負荷を低減するために、冷凍サイクルとは独立した熱交換器を用いて蓄冷器に冷熱を蓄えるものが知られている(例えば、特許文献1、特許文献2参照)。特許文献1記載のものでは、エバポレータ下流の空調機吹出し空気を利用して蓄冷を行ない、特許文献2記載のものでは、室内の空調を完了した排出風を利用して蓄冷を行なうようになっている。
【0003】
このように、従来の車両用空調装置は、固相と液相との間で相変化することで冷熱を蓄えまたは冷熱を放出する、多数の蓄冷剤(容器)を必要とする。また、蓄冷器に蓄冷を行なうために、室内の冷却には使用されない熱交換器を設ける必要がある。特に、この熱交換器が空気を熱媒とするため、効率の向上が困難である。
【0004】
また、自動車等の車両としては、例えば信号待ちによる停車時に自動的にエンジンを停止させる機能を有し、燃費向上やを排出ガス量の低減を図る所謂エコラン車が実用化されている。このようなエコラン車の空調装置では、エンジンの停止中(エコラン期間中)に、エンジン駆動の圧縮機が停止してしまうため、冷房が維持されず車室内の快適性を維持することができなくなるという問題があった。そこで、エンジンすなわち圧縮機の停止中に、蓄冷器に蓄えた冷熱を用いて空調を維持する技術が考えられている。しかしながら、このような技術においても、上記の場合と同様に多数の蓄冷剤を必要とする。
【特許文献1】特開平6−156062号公報
【特許文献2】特開2000−62450号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明は、上記事実を考慮して、多数の蓄冷剤を備えることなく簡単に構成でき、かつ冷熱を蓄えることができる車両用空調装置を得ることが目的である。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記目的を達成するために請求項1記載の発明に係る車両用空調装置は、圧縮機、凝縮器、減圧手段、及び蒸発器に冷媒を循環させて冷凍サイクルを行なう車両用空調装置であって、前記蒸発器において前記冷凍サイクル行なう冷媒と熱交換する液冷媒を循環させる循環路及び液送装置を備えている。
【0007】
請求項1記載の車両用空調装置では、圧縮機が作動することで、冷媒が圧縮機、凝縮器、減圧手段、蒸発器、圧縮機の順に循環して冷凍サイクルを行なう。このとき、液送装置が作動して液冷媒が循環路を循環しており、蒸発器では、この液冷媒と冷凍サイクルを行なう冷媒の少なくとも一部とが熱交換を行なう。これにより、蒸発器では、冷凍サイクルを行なう冷媒が蒸発する(上記冷凍サイクルがなされる)と共に、循環路を循環する液冷媒が冷却される。すなわち、閉空間である循環路内の液冷媒に冷熱が蓄えられる。
【0008】
これにより、例えば、この冷熱(液冷媒)を圧縮機の停止時や冷房負荷が大きいときに循環させて吹出し空気の冷却に利用することができ、空調熱負荷を軽減することが可能となる。また、本車両用空調装置は、蒸発器を循環する液冷媒に冷熱を蓄えるため、従来の如く蓄冷剤を設けたり空気を介在させて冷熱を蓄えるための熱交換器を設ける必要がなく、構造が間単である。別の見方をすると、蒸発器と蓄冷器(循環液冷媒の蓄冷器)とを1つの熱交換器で実現している。
【0009】
このように、請求項1記載の車両用空調装置では、多数の蓄冷剤を備えることなく簡単に構成でき、かつ冷熱を蓄えることができる。
【0010】
請求項2記載の発明に係る車両用空調装置は、請求項1記載の車両用空調装置において、前記循環路に、前記液冷媒と空調機吹出し空気との熱交換を行なう室内熱交換器を設けた。
【0011】
請求項2記載の車両用空調装置では、液冷媒が循環する循環路に設けた室内熱交換器が、該液冷媒と車室内に吹き出される空調機吹出し空気との熱交換を行なうことで、吹出し空気が冷却される。これにより、例えば、車室内を蒸発器と室内熱交換器とで2箇所から冷却したり、蒸発器を液冷媒と冷凍サイクルを行なう冷媒との専用の(空調機吹出し空気の冷却を負担しない)熱交換器とし、該蒸発器(上記の通り蓄冷器でもある熱交換器)における熱交換効率を向上させたりすることが可能となる。
【0012】
請求項3記載の発明に係る車両用空調装置は、請求項2記載の車両用空調装置において、前記液送装置は、前記圧縮機の停止状態で冷房要求がされているときに制御装置によって作動される電動ポンプである。
【0013】
請求項3記載の車両用空調装置では、例えば信号待ち等の乗車期間中にエンジンを停止する所謂エコラン期間中には、制御装置が液送装置である電動ポンプを作動し、蒸発器と室内熱交換器との間で液冷媒を循環させる。これにより、例えば圧縮機がエンジンによって駆動される構成でありエンジン停止に伴い停止する場合であっても、液冷媒に蓄えられた冷熱によって冷房が(吹出し空気の冷却)一定時間維持される。したがって、快適性を犠牲にすることなく、エコラン運転を行ない燃費向上、排出ガス量低減を図ることが可能となる。
【発明の効果】
【0014】
以上説明したように本発明に係る車両用空調装置は、多数の蓄冷剤を備えることなく簡単に構成でき、かつ冷熱を蓄えることができるという優れた効果を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【0015】
本発明の実施の形態に係る車両用空調装置10について図1及び図2に基づいて説明する。図1には、自動車に適用された車両用空調装置10の概略全体構成がブロック図にて示されている。この図に示される如く、車両用空調装置10は、圧縮機としてのコンプレッサ12と、凝縮器としてのコンデンサ14と、減圧手段としての膨張弁16と、蒸発器としてのエバポレータ18とが冷媒循環路である第1ループ20にて連通しており、冷媒を循環させて冷凍サイクルを行なうようになっている。
【0016】
コンプレッサ12は、電磁クラッチ22、駆動ベルト24を介して自動車のエンジン26に連結されている。これにより、エンジン26の回転期間中でかつ電磁クラッチ22が結合状態のときに、コンプレッサ12が作動するようになっている。このコンプレッサ12は、低圧気相冷媒を圧縮して高温高圧の過熱気相冷媒にするようになっている。電磁クラッチ22は、後述するエアコンECU52に断続制御されることで、コンプレッサ12による冷媒循環量、すなわち冷却能力を調節するようになっている。電磁クラッチ22が断続制御されるコンプレッサ12に代えて、可変容量式のコンプレッサ12を採用しても良い。
【0017】
コンデンサ14は、コンプレッサ12の下流に配置された冷媒と外気との熱交換器であり、コンプレッサ12から吐出された過熱気相冷媒を冷却して凝縮させて液相冷媒にするようになっている。コンデンサ14から流出した液相冷媒は、膨張弁16にて減圧され、低圧液相とされるようになっている。
【0018】
エバポレータ18は、低圧液装冷媒を蒸発させて低圧気相冷媒にする熱交換器である。本実施の形態では、エバポレータ18は、上記冷凍サイクルを行なう冷媒と液冷媒との熱交換器とされており、その外郭が断熱構造とされている。液冷媒としては、例えば、通常エンジン冷却水として用いられるロングライフクーラント(LLC、不凍液)が用いられる。
【0019】
そして、車両用空調装置10は、エバポレータ18に液冷媒を循環する第2ループ28を備えている。第2ループ28は、第1ループ20とは独立した循環路であり、その経路上には液送装置としてのウォータポンプ30が配設されている。このウォータポンプ30の作動によって、液冷媒が第2ループ28を循環して第1ループ20の冷媒と熱交換を行ない、該冷媒を蒸発させて低圧気相冷媒にする構成である。一方、第2ループ28の液冷媒は、第1ループ20の冷媒の蒸発によって冷却され、閉空間である第2ループ28内に冷熱を蓄えるようになっている。
【0020】
さらに、車両用空調装置10は、第2ループ28上に配設された室内熱交換器32を備えている。室内熱交換器32は、第2ループ28を循環する液冷媒と空気との熱交換器であって、車室内外を連通する空調ケース(空調ダクト)34内に配置されて空調機吹出し空気を冷却するようになっている。また、エバポレータ18は、空調ケース34の外側に配置されている。
【0021】
図2に示される如く、空調ケース34は、両端が開口しており、一方の開口端には、切換ダンパ36によって切り替えられる外気取入口38、内気取入口40が形成されている。また空調ケース34の他方の開口端には、車室内へ向けて開口され、モード切替ダンパ42によって適宜開閉される複数の空気吹出し口44が形成されている。空気吹出し口44は、本実施形態では、デフロスタ吹出し口44A、サイド及びセンタレジスタ吹出し口44B、足下吹出し口44Cを有して構成されており、モード切替ダンパ42によって温調した空気を所望の位置から車室内へ吹き出すことができる構成である。
【0022】
また、空調ケース34内における室内熱交換器32と外気取入口38、内気取入口40との間には、空調用ブロア46が設けられている。空調用ブロア46は、作動することで外気取入口38または内気取入口40から空調ケース34内に空気を吸引し、さらにこの空気を室内熱交換器32へ向けて送出する構成である。空調ケース34内における室内熱交換器32の下流側には、エアミックスダンパ48及びヒータコア50が設けられている。室内熱交換器32後側の空気は、例えばエアミックスダンパ48の開度に応じてヒータコア50へ案内されて加熱され、さらに、ヒータコア50によって加熱されていない空気と混合された後、空気吹出し口44へ向けて送出されるようになっている。
【0023】
以上説明した第2ループ28は、室内熱交換器32を除く配管部分やウォータポンプ30が液冷媒の昇温を防止する断熱構造とされている。
【0024】
そして、車両用空調装置10は、本発明における制御装置としてのエアコンECU52を備えている。エアコンECU52は、空調用ブロア46、エアミックスダンパ48等の制御、電磁クラッチ22の断続(切り離し・結合)制御等の通常のエアコン制御を行なう構成とされる他、以下のように構成されている。エアコンECU52は、ウォータポンプ30と電気的に接続されており、ウォータポンプ30の作動・停止を制御する制御信号を出力するようになっている。
【0025】
また、エアコンECU52は、空調ケース34内における室内熱交換器32後方(車室側)の吹出し空気温(以下、吹出し気温という)Teに対応した信号を出力する温度センサ54と電気的に接続されている。さらに、本実施形態では、エアコンECU52は、エンジン26を制御するエンジンECU56と電気的に接続されている。エンジンECU56は、例えば信号待ちなどの車両停車時であって所定のエコラン条件が整ったときに、エンジン26の作動を停止してエコランを開始し、別途所定のエコラン終了条件が整ったときにエンジン26を再起動するようになっている。
【0026】
このエンジンECU56は、エアコンECU52に対し、エコラン開始時に車両情報としてエンジン停止信号を出力し、エコラン終了時に車両情報としてエンジン始動信号を出力する構成である。一方、エアコンECU52は、エコラン期間中に吹出し気温Teが所定の閾値を超えた場合には、エンジンECU56に対し、エンジン始動要求信号を出力するようになっている。そして、エアコンECU52は、運転中、エコラン中の何れの場合も、冷房要求があるときはウォータポンプ30を作動し、冷房要求(暖気との混合要求を含む)がなくなるとウォータポンプ30を停止する構成とされている。
【0027】
次に、本第1の実施形態の作用を説明する。
【0028】
上記構成の車両用空調装置10では、自動車の走行中にはエンジン26の動力によってコンプレッサ12が作動しており、冷媒がコンデンサ14、膨張弁16、エバポレータ18、コンプレッサ12の順に流れ、第1ループ20を循環する。これにより、冷凍サイクルが行なわれる。
【0029】
このとき、エアコンECU52は、ウォータポンプ30を作動しており、第2ループ28を液冷媒が循環している。この液冷媒は、エバポレータ18で第1ループ20の冷媒と熱交換し、該冷媒を蒸発させて上記冷凍サイクルをなさしめると共に自らは第1ループ20の冷媒によって冷却される(冷熱を蓄える)。そして、この液冷媒は、室内熱交換器32において、空調用ブロア46が送風する空調機吹出し空気を冷却する(閉空間である第2ループ28内に蓄えた冷熱を徐々に消費する)。これにより、車室内の冷房が行なわれる。
【0030】
そして、例えば信号待ちなどによって自動車が停止し、エンジンECU56が所定のエコラン条件が整ったと判断すると、このエンジンECU56は、エンジン26を停止すると共にエンジン停止信号をエアコンECU52に出力する。エアコンECU52は、コンプレッサ12(エンジン26)が停止してもウォータポンプ30の動作を維持する。このため、第2ループ28には冷熱が蓄えられている液冷媒が循環し、室内熱交換器32において液冷媒は上記冷熱を消費しながら空調機吹出し空気を冷却する。これにより、エンジン26すなわちコンプレッサ12停止後の一定時間、冷房が維持され車室内の快適性が保たれる。
【0031】
このエコラン期間中に、エアコンECU52は、温度センサ54から吹出し気温Teが所定の閾値を超えたことに対応する信号が入力された場合には、換言すれば、第2ループ28の液冷媒に蓄えた冷熱を消費して冷房維持ができなくなった場合には、エンジンECU56にエンジン始動要求信号を出力する。これにより、エンジン26、コンプレッサ12が作動し、上記冷凍サイクルによる冷房と、第2ループ28の冷媒への蓄冷が行なわれる(再開される)。
【0032】
ここで、車両用空調装置10では、エバポレータ18に第2ループ28の液冷媒を循環することで該液冷媒に冷熱を蓄えることができるため、従来の如く多数の蓄冷剤を設けたり車室内の冷却に用いない空気熱交換器を設けたりする必要がなく、構造が間単である。別の見方をすると、蒸発器と蓄冷器(循環液冷媒の蓄冷器)とを1つの熱交換器で実現している。
【0033】
このように、本実施形態に係る車両用空調装置10では、多数の蓄冷剤を備えることなく簡単に構成でき、かつ第2ループ28内に冷熱を蓄えることができる。
【0034】
また、第2ループ28に設けた室内熱交換器32が空調ケース34内に配置されて空調機吹出し空気の冷却を行なう構成であるため、エバポレータ18を第1ループ20の冷媒と第2ループ28の液冷媒との熱交換のみを行なう(エバポレータ18が空調機吹出し空気の冷却を負担しない)構成とすることができる。このため、エバポレータ18は、その外郭を断熱構造にして熱交換効率の向上が図られている。
【0035】
なお、上記実施の形態では、エコラン期間中、単にウォータポンプ30を作動し続ける制御方法を示したが、本発明はこれに限定されず、例えば、エアコンECU52等が推定した冷房負荷に応じて吹出し気温Teが所定の閾値を超えるまでウォータポンプ30を停止するとか、吹出し気温Teが目標範囲に収まるようにウォータポンプ30による液冷媒循環量を随時変化させる(例えば、断続的な作動でも、回転数制御でも良い)とか、各種制御方法を採ることができる。また、本発明は、第2ループ28に蓄えた冷熱をエコラン時の冷房維持に用いる構成に限定されることはなく、例えば、車両加速中に電磁クラッチ22を切断して動力性能を確保しつつ、ウォータポンプ30の作動により蓄冷した液冷媒を循環して冷房を維持するようにしても良い。
【0036】
また、上記実施の形態では、第2ループ28上に室内熱交換器32を設けた構成としたが、本発明はこれに限定されず、例えば、エバポレータ18を空調ケース34内に配置して空調機吹出し空気の冷却に用いると共に、第2ループ28(内の液冷媒)を断熱構造にして蓄冷にのみ用いるようにしても良い。さらに、第2ループ28に向けた室内熱交換器32とエバポレータ18とを、それぞれ車両内の異なる位置から車室を冷房する熱交換器として用いることも可能である。
【0037】
さらに、上記実施の形態では、エアコンECU52とエンジンECU56とが別の制御装置である例を示したが、本発明はこれに限定されず、例えば、エアコンECU52またはこれらの機能の一部をエンジンECU56と統合して構成しても良い。
【図面の簡単な説明】
【0038】
【図1】本発明の実施の形態に係る車両用空調装置の概略全体構成を示すブロック図である。
【図2】本発明の実施の形態に係る車両用空調装置を構成するエバポレータ、室内熱交換器の配置を示す概略の側断面図である。
【符号の説明】
【0039】
10 車両用空調装置
12 コンプレッサ(圧縮機)
14 コンデンサ(凝縮器)
16 膨張弁(減圧手段)
18 エバポレータ(蒸発器)
28 第2ループ(循環路)
30 ウォータポンプ(液送装置)
32 室内熱交換器
52 エアコンECU(制御装置)




 

 


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