(57)【要約】【課題】エンジンの効率を高くすることができるとともに、空調の効率を高くすることができるようにする。【解決手段】圧縮機１２、凝縮器１３及び蒸発器１５を備えた冷凍システム１１と、冷凍システム１１を運転することによって発生させられた冷熱を、相変化する蓄熱媒体によって蓄積し、空気循環系２０を循環させられる空気に伝達する冷却ユニット４０と、冷凍システム１１を間欠的に運転し、冷凍システム１１を運転している間に冷熱蓄積量を多くし、冷凍システム１１を停止させている間に冷熱蓄積量を少なくする間欠運転処理手段とを有する。冷凍システム１１が間欠的に運転されるので、エンジンの効率を高くすることができるとともに、空調の効率を高くすることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機、凝縮器及び蒸発器を備えた冷凍システムと、該冷凍システムを運転することによって発生させられた冷熱を、相変化する蓄熱媒体によって蓄積し、空気循環系を循環させられる空気に伝達する冷却ユニットと、前記冷凍システムを間欠的に運転し、冷凍システムを運転している間に冷熱蓄積量を多くし、冷凍システムを停止させている間に冷熱蓄積量を少なくする間欠運転処理手段とを有することを特徴とする車載空調システム。
【請求項２】
エンジンからの回転を受けて駆動され、電力を発生させる発電装置を有するとともに、前記圧縮機は発電装置によって発生させられた電力が供給されて駆動される請求項１に記載の車載空調システム。
【請求項３】
前記間欠運転処理手段は、前記冷凍システムを運転している間のエンジン回転速度を高くする請求項１に記載の車載空調システム。
【請求項４】
前記冷却ユニットは、前記蒸発器、空気循環系に配設された熱交換器、及び前記蒸発器と熱交換器とによって挟まれた蓄冷部を備え、該蓄冷部は、前記蒸発器と熱交換器との間を連結する伝熱部材、及び該伝熱部材の周囲に収容された蓄熱媒体を備える請求項１に記載の車載空調システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車載空調システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、車両にはエアコンが搭載され、例えば、外気温が高い場合に、エンジンのトルク、すなわち、エンジントルクを圧縮機に伝達し、前記エアコンを作動させ、車室内を空調し、所定の温度に維持するようにしている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開平６−２７０６４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、前記従来の車両においては、通勤、通学等の場合、一般的に、車両を走行させる距離は、片道５〜１５〔ｋｍ〕程度であり、車両を走行させる時間は、片道２０〜３０〔分〕であって短く、これを月曜日から金曜日まで繰り返すことになる。また、通勤時間帯、通学時間帯等においては、交通渋滞が発生する可能性が高く、交通渋滞下においてエンジンをアイドル回転速度の近傍の回転速度で回転させながら車両を走行させると、空調に必要なエンジン回転速度が得られるようにアイドリング回転速度を高くする制御が行われる機会が多くなる。したがって、エンジンに加わる負荷が大きくなるだけでなく、エンジン回転速度が低くなり、エンジンの効率が著しく低くなる。その結果、空調の効率も極めて低くなってしまう。
【０００４】
本発明は、前記従来の車両の問題点を解決して、エンジンの効率を高くすることができるとともに、空調の効率を高くすることができる車載空調システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
そのために、本発明の車載空調システムにおいては、圧縮機、凝縮器及び蒸発器を備えた冷凍システムと、該冷凍システムを運転することによって発生させられた冷熱を、相変化する蓄熱媒体によって蓄積し、空気循環系を循環させられる空気に伝達する冷却ユニットと、前記冷凍システムを間欠的に運転し、冷凍システムを運転している間に冷熱蓄積量を多くし、冷凍システムを停止させている間に冷熱蓄積量を少なくする間欠運転処理手段とを有する。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、車載空調システムにおいては、圧縮機、凝縮器及び蒸発器を備えた冷凍システムと、該冷凍システムを運転することによって発生させられた冷熱を、相変化する蓄熱媒体によって蓄積し、空気循環系を循環させられる空気に伝達する冷却ユニットと、前記冷凍システムを間欠的に運転し、冷凍システムを運転している間に冷熱蓄積量を多くし、冷凍システムを停止させている間に冷熱蓄積量を少なくする間欠運転処理手段とを有する。
【０００７】
この場合、前記冷凍システムが間欠的に運転され、冷凍システムが運転されている間に冷熱蓄積量が多くされ、冷凍システムが停止させられている間に冷熱蓄積量が少なくされるので、空調によってエンジンに加わる負荷を小さくし、エンジンの効率を高くすることができるとともに、空調の効率を高くすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。この場合、車室内を空調するための車載空調システムについて説明する。
【０００９】
図１は本発明の実施の形態における車載空調システムの概念図、図２は本発明の実施の形態における冷却ユニットの概念図、図３は本発明の実施の形態における冷却ユニットの拡大図である。
【００１０】
図において、１０は車両に搭載された空調装置であり、該空調装置１０は、圧縮式の冷凍システム１１、及び車室内の空気を取り込み、前記冷凍システム１１を利用して冷却し、その後、車室内に排出する空気循環系２０を有する。
【００１１】
前記冷凍システム１１は、冷媒を圧縮する圧縮機１２、熱伝導性材料によって形成され、圧縮された冷媒を冷却して凝縮させる凝縮器１３、冷媒を絞るための絞り１４、及び熱伝導性材料によって形成され、絞り１４を通過した冷媒を膨張させて蒸発させる蒸発器１５を有する。前記凝縮器１３に隣接させて第１のファンとしての凝縮器用ファンｆ１が配設され、該凝縮器用ファンｆ１を作動させることによって、凝縮器１３より前方（図において左方）の空気を吸引し、凝縮器１３に送り、該凝縮器１３を冷却することができる。なお、前記凝縮器１３及び蒸発器１５を形成する熱伝導性材料としては、ステンレス鋼、アルミニウム、銅等が使用される。
【００１２】
また、前記空気循環系２０は、車室内の空気を取り込むための第１のダクトとしての空気導入ダクト３７、該空気導入ダクト３７と接続され、取り込まれた空気を前記冷凍システム１１によって冷却するための冷却室３８、及び該冷却室３８と接続され、冷却された空気を車室内に排出する第２のダクトとしての空気排出ダクト３９を備え、前記冷却室３８内に冷却ユニット４０が配設される。
【００１３】
前記空気導入ダクト３７内に、断熱材によって形成された開閉弁４７が、前記空気排出ダクト３９内に、断熱材によって形成された開閉弁４８が、該開閉弁４８より車室側に、第２のファンとしての空調用ファン４９が配設される。該空調用ファン４９を作動させることによって、空気排出ダクト３９内の空気が吸引され、車室内に送られる。
【００１４】
なお、前記空気排出ダクト３９には、図示されないヒータが配設され、該ヒータに、エンジン１６を冷却するのに伴って加熱された冷却水を送ることによって、空気を加熱することができる。したがって、冷凍システム１１を停止させた状態でヒータによって空気を加熱し、車室内を暖房することができる。また、前記圧縮機１２として可逆式の圧縮機を使用し、冷凍システム１１をヒートポンプ式の冷凍システムとして機能させることによって空気を加熱し、車室内を暖房することができる。
【００１５】
前記冷却ユニット４０は、蒸発器１５、熱交換器４１及び蓄冷部４３を備え、該蓄冷部４３は、蒸発器１５と熱交換器４１とによって挟まれ、かつ、蒸発器１５及び熱交換器４１と接触させて配設され、冷凍システム１１によって発生させられた冷熱を蓄積し、熱交換器４１に伝達し、空気循環系２０を循環させられる空気に伝達する。
【００１６】
前記蒸発器１５は、蛇（だ）行させて形成された冷媒管２６、該冷媒管２６を包囲して、かつ、冷媒管２６及び蓄冷部４３の第１の面ｓ１と接触させて配設され、伝熱部材としての伝熱カプラ２７、並びに冷媒管２６及び伝熱カプラ２７を包囲する筐体２８を備える。前記伝熱カプラ２７は、「Ｃ」字状の形状を有し、冷媒管２６を包囲する包囲部２７ａ、及び該包囲部２７ａの中央部分に突出させて形成され、前記蓄冷部４３と接触する平坦面を備え、包囲部２７ａを支持する支持部２７ｂを備える。前記冷媒管２６、伝熱カプラ２７及び筐体２８は、いずれも前記熱伝導性材料から成る。
【００１７】
また、前記熱交換器４１は、前記熱伝導性材料から成るマトリックス状のフィン構造体４１ａによって形成され、蓄冷部４３の第２の面ｓ２に取り付けられる。車室内から空気導入ダクト３７を介して冷却室３８に供給された空気は、前記フィン構造体４１ａ内及び筐体２８外を通過し、その間に熱交換器４１及び蒸発器１５によって冷却され、空気排出ダクト３９を介して車室内に排出される。なお、前記熱交換器４１の下端に、熱交換器４１で空気が冷却される際に凝縮した水、すなわち、凝縮水を排出するためのドレンバルブ５０が配設される。
【００１８】
ところで、前記蓄冷部４３においては、箱形の形状を有する筐体４４内の空間２９に、液相と固相との間で相変化をする蓄熱媒体としての水が収容されるとともに、第１の面ｓ１側の側壁４４ａと、第２の面ｓ２側の側壁４４ｂとの間（約２〜３〔ｍｍ〕）に、伝熱部材としての複数の連結体４６が配設され、蒸発器１５と熱交換器４１との間を熱的に連結する。前記各連結体４６は、前記空間２９内の任意の箇所に配設することができるが、本実施の形態においては、伝熱カプラ２７が配設された部分に対応させて、側壁４４ａにおける支持部２７ｂが取り付けられる部分の裏面に配設される。前記各連結体４６は、断面が円形の柱状体によって形成され、連結体４６における側壁４４ａと当接する側の端部には、径が大きくされたフランジ部４６ａが形成される。したがって、連結体４６と側壁４４ａとが接触する面積を大きくすることができるので、連結体４６に伝達される冷熱の量を大きくすることができる。
【００１９】
前記連結体４６は、蒸発器１５から伝達された冷熱を、熱交換器４１に直接伝達するとともに、空間２９内の水に伝達して、氷ｉ１を形成することによって蓄冷を行う。また、前記冷媒管２６は、空間２９内の氷ｉ１が有する潜熱を冷熱として熱交換器４１に伝達する。
【００２０】
そして、前記空間２９内には、熱伝導性材料、例えば、カーボン繊維網によって形成される網目状のマトリックス３１が、連結体４６と接触させて配設される。本実施の形態において、マトリックス３１は連結体４６と接触させられるが、側壁４４ａ、４４ｂとも接触させることができる。また、水とマトリックス３１、連結体４６等との間の熱伝達を良好にするために、熱伝導性材料、例えば、カーボン等によって形成された図示されない微粒子が水内に、顕濁微粒子として浮遊させられる。微粒子は沈殿せず、浮遊状態を維持するので、熱伝達性を良好にすることができる。また、マトリックス３１は、水が氷ｉ１になり、体積が膨張したときに、筐体４４に応力が加わるのを防止する。
【００２１】
前記水は、蒸発器１５からの冷熱を受けて冷却されて氷ｉ１になり、氷ｉ１は、熱交換器４１を流れる空気からの熱を受けて加熱されて水になる。その間、水は、温度が低下したり、上昇したりすることがなく、一定の温度に保たれる。したがって、十分な量の冷熱を蓄えることができる。
【００２２】
なお、水が氷ｉ１になると体積が膨張するので、水の状態で、空間２９内に水の容積に対して１５〔％〕程度の容積の隙（すき）間が形成される。また、空間２９内の圧力を調整するために、前記隙間に臨ませてリリーフ弁５１が配設され、該リリーフ弁５１は、空間２９内の圧力が閾（しきい）値を超えると、空間２９内の圧力を逃がす。
【００２３】
また、連結体４６における側壁４４ｂ側の端部には、断熱材料によって形成された筒状の断熱部材６８が、連結体４６を包囲して取り付けられる。前記断熱部材６８は、前記連結体４６の端部を包囲し、所定の長さにわたって形成された筒状部６８ａ、及び該筒状部６８ａにおける側壁４４ｂと当接する側の端部に、径方向外方に向けて形成されたフランジ部６８ｂを備える。
【００２４】
前記断熱部材６８は、連結体４６における側壁４４ｂ側の端部で、空間２９内と連結体４６との間の熱の移動を遮断する。その結果、連結体４６における側壁４４ｂ側の端部での氷ｉ１の成長が阻止されるので、氷ｉ１の体積が過剰に膨張することがなくなる。
【００２５】
なお、本実施の形態においては、連結体４６は、断面が円形の柱状体によって形成されるようになっているが、他の任意の形状、例えば、冷媒管２６に沿って延在させた板状体によって形成することができる。その場合、連結体４６における側壁４４ａと当接する側の端部には、連結体４６と側壁４４ａとの接触する面積を大きくするために拡幅部が形成される。また、断熱部材６８の側壁４４ｂと当接する側の端部にも拡幅部が形成される。
【００２６】
また、５４は、車載空調システムの全体の制御を行う制御部であり、該制御部５４は、演算装置としての図示されないＣＰＵ、記憶装置としてのメモリ等を備え、ＣＰＵは、所定のプログラム、データ等に基づいて各種の演算を行い、コンピュータとして機能する。
【００２７】
そして、前記制御部５４の図示されないエンジン駆動処理手段が、エンジン駆動処理を行い、エンジン１６を駆動すると、エンジン１６で回転が発生させられ、該回転が変速装置６２に伝達される。また、前記制御部５４の図示されない変速処理手段は、変速処理を行い、変速装置６２に変速信号を送り、エンジン１６から伝達された回転の変速を行う。続いて、変速が行われた後の回転は駆動輪６３に伝達される。
【００２８】
一方、エンジン１６で発生させられた回転は、発電装置としてのオルタネータ（発電機）６４に伝達され、該オルタネータ６４において発生させられた電力は、切換えスイッチＳＷを介してバッテリ５８又は冷凍システム１１に選択的に供給される。
【００２９】
そのために、前記制御部５４の図示されない発電処理手段は、発電処理を行い、インバータ５６を駆動する。該インバータ５６は、複数の、例えば、６個のスイッチング素子としての図示されないトランジスタを備え、該各トランジスタは、一対ずつユニット化されて各相のトランジスタモジュール（ＩＧＢＴ）を構成し、バッテリ５８と接続される。
【００３０】
そして、前記制御部５４からインバータ５６に駆動信号が送られると、インバータ５６において各トランジスタが選択的にオン・オフさせられ、オルタネータ６４において発生させられたＵ相、Ｖ相及びＷ相の３相の交流の電流（以下「交流電流」という。）が直流の電流（以下「直流電流」という。）に変換される。
【００３１】
そして、インバータ５６は、切換えスイッチＳＷを介して、バッテリ５８、圧縮機１２、凝縮器用ファンｆ１、その他の電装品等の各電気要素に接続され、切換えスイッチＳＷを切り換えることによって、各電気要素に電流を供給したり、電圧を印加したりすることができる。
【００３２】
次に、前記構成の車載空調システムの動作について説明する。
【００３３】
図４は本発明の実施の形態における車載空調システムの動作を示すフローチャート、図５は本発明の実施の形態における車載空調システムをエコモードで運転したときの動作を示すタイムチャートである。
【００３４】
操作者としての運転者が、イグニッションスイッチをオンにして車両を起動すると、前記制御部５４の図示されない空調条件取得処理手段は、空調条件取得処理を行い、車速及び車室内温度を読み込む。続いて、制御部５４の図示されないモード判定処理手段は、モード判定処理を行い、車速に基づいて第１のモードとしての通常モード、又は第２のモードとしてのエコモード（エコノミーモード）を選択する。
【００３５】
そして、通常モードが選択されると、制御部５４の図示されないエンジン駆動制御処理手段は、エンジン駆動制御処理を行い、エンジン１６を通常の負荷で駆動し、空調を行う。そのために、前記エンジン駆動制御処理手段は、車速、アクセル開度等のエンジン駆動条件を読み込み、車両に要求される出力を算出し、エンジンが最大の燃費で走行することができる運転ポイントを設定するとともに、変速装置６２における変速段に応じたエンジンの回転速度、すなわち、エンジン回転速度を算出する。そして、前記エンジン駆動制御処理手段は、算出されたエンジン回転速度に基づいてエンジン１６を駆動し、そのとき、オルタネータ６４で発生させられた電力は、圧縮機１２に供給されて圧縮機１２を駆動するのに使用されるとともに、バッテリ５８に供給され、バッテリ５８が充電される。
【００３６】
また、前記エンジン駆動制御処理手段は、圧縮機１２を駆動し、凝縮器用ファンｆ１及び空調用ファン４９を作動させ、開閉弁４７、４８を開放する。その結果、圧縮機１２はオルタネータ６４及びバッテリ５８から供給された電力に基づいて駆動され、冷凍システム１１が運転され、蒸発器１５で発生させられた冷熱が蓄冷部４３を介して熱交換器４１に伝達され、熱交換器４１を通過する空気を冷却する。その結果、車室内を空調することができる。
【００３７】
なお、前記エンジン駆動制御処理手段は、車室内温度を読み込み、車室内温度が設定温度になるように圧縮機１２の駆動、及び凝縮器用ファンｆ１の作動をオン・オフ制御する。
【００３８】
一方、エコモードが選択されると、制御部５４の図示されない電力分割制御処理手段は、電力分割制御処理を行い、オルタネータ６４によって発生させられた電力を分割して冷凍システム１１に供給し、空調システムを間欠的に運転する。そのために、電力分割制御処理手段は、空調システムのオン時間Ｔｏｎ及びオフ時間Ｔｏｆｆを所定の値に設定する。本実施の形態においては、冷凍システム１１の安定性を考慮して、オン時間Ｔｏｎ及びオフ時間Ｔｏｆｆは、
Ｔｏｎ＝Ｔｏｆｆ
＝３０〔秒〕
にされる。
【００３９】
そして、前記電力分割制御処理手段の間欠運転処理手段は、間欠運転処理を行い、冷凍システム１１を間欠的に運転する。すなわち、前記間欠運転処理手段は、空調システムがオフにされる間（例えば、タイミングｔ０からタイミングｔ１までの間、及びタイミングｔ２からタイミングｔ３までの間）、冷凍システム１１を停止させ、エンジン回転速度を、車両を走行させるのに十分なだけの値Ｎ１にする。
【００４０】
この間、蓄冷部４３内の氷ｉ１が溶け、冷熱が連結体４６を介して熱交換器４１に伝達されるので、熱交換器４１を流れる空気は冷却され、車室への所定の量の冷熱の供給が行われる。なお、氷ｉ１が溶けるのに伴って、冷熱蓄積量（氷蓄積量）は次第に少なくなる。
【００４１】
また、前記制御部５４の図示されない電力供給処理手段は、電力供給処理を行い、空調システムがオフにされる間、切換えスイッチＳＷを切り換え、インバータ５６とバッテリ５８とを接続し、前記オルタネータ６４によって発生させられた電力をバッテリ５８に供給する。
【００４２】
一方、空調システムがオンにされる間（例えば、タイミングｔ１からタイミングｔ２までの間、及びタイミングｔ３からタイミングｔ４までの間）、前記間欠運転処理手段は、冷凍システム１１を運転し、エンジン回転速度を、前記値Ｎ１より高い値Ｎ２にする。
【００４３】
この間、蒸発器１５で発生させられた冷熱の一部は、連結体４６を介して直接熱交換器４１に伝達されるので、熱交換器４１を流れる空気は冷却され、車室への所定の量の冷熱の供給が行われる。また、蒸発器１５で発生させられた残りの冷熱は、連結体４６を介して蓄冷部４３内の水に伝達され、相変化によって氷ｉ１が形成される。なお、氷ｉ１が形成されるのに伴って、冷熱蓄積量（氷蓄積量）は次第に多くなる。
【００４４】
また、前記電力供給処理手段は、空調システムがオンにされる間、切換えスイッチＳＷを切り換え、インバータ５６と冷凍システム１１とを接続し、前記オルタネータ６４によって発生させられた電力を、車両の定常的な消費電力を除いて、優先的に冷凍システム１１に送る。したがって、圧縮機１２が駆動され、凝縮器用ファンｆ１が作動させられる。
【００４５】
本実施の形態においては、オルタネータ６４によって発生させられた電力をバッテリ５８に供給することによってバッテリ５８を充電するようになっているが、自宅、勤務先等の電源設備がある施設の電力を使用し、バッテリ５８を充電することができる。
【００４６】
このように、本実施の形態においては、例えば、夏場で車両を低速で走行させているときに、空調システムをオンにする必要がある場合に、前記冷凍システム１１が間欠的に運転され、冷凍システム１１が運転されている間に、冷熱蓄積量が多くされ、冷凍システム１１が停止させられている間に、冷熱蓄積量が少なくされるので、空調によってエンジン１６に加わる負荷を小さくし、エンジン１６の効率を高くすることができるとともに、空調の効率を高くすることができる。
【００４７】
また、冷凍システム１１が間欠的に運転され、冷凍システム１１が運転される間だけ冷凍システム１１への上乗せ負荷が加えられるので、空調の効率を高くすることができるだけでなく、車両の燃費を良くすることができる。
【００４８】
次に、フローチャートについて説明する。  
ステップＳ１  車両を起動する。
ステップＳ２  車速及び車室内温度を読み込む。
ステップＳ３  モード判定処理を行う。
ステップＳ４  エコモードが選択されたかどうか判断する。エコモードが選択された場合はステップＳ５に進み、選択されていない場合はステップＳ６に進む。
ステップＳ５  電力分割制御処理を行い、処理を終了する。
ステップＳ６  エンジン駆動制御処理を行い、処理を終了する。
【００４９】
なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々変形させることが可能であり、それらを本発明の範囲から排除するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の実施の形態における車載空調システムの概念図である。
【図２】本発明の実施の形態における冷却ユニットの概念図である。
【図３】本発明の実施の形態における冷却ユニットの拡大図である。
【図４】本発明の実施の形態における車載空調システムの動作を示すフローチャートである。
【図５】本発明の実施の形態における車載空調システムをエコモードで運転したときの動作を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
【００５１】
１０    空調装置
１１    冷凍システム
１２    圧縮機
１３    凝縮器
１５    蒸発器
２０    空気循環系
４０    冷却ユニット
４１    熱交換器
４３    蓄冷部
５４    制御部
【図１】
2009006959.tif 000003
【図２】
2009006959.tif 000004
【図３】
2009006959.tif 000005
【図４】
2009006959.tif 000006
【図５】
2009006959.tif 000007