特許 6888904 冷凍サイクルシステム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6888904

(24)【登録日】2021年5月24日

(45)【発行日】2021年6月18日

(54)【発明の名称】冷凍サイクルシステム

(51)【国際特許分類】

   F25B 1/00 20060101AFI20210607BHJP

   B60H 1/32 20060101ALI20210607BHJP

   F25B 39/02 20060101ALI20210607BHJP

   F28D 20/02 20060101ALI20210607BHJP

【ＦＩ】

   F25B1/00 361Z

   F25B1/00 371F

   B60H1/32 613C

   B60H1/32 623E

   F25B39/02 C

   F28D20/02 D

【請求項の数】3

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2015-229125(P2015-229125)

(22)【出願日】2015年11月24日

(65)【公開番号】特開2017-96553(P2017-96553A)

(43)【公開日】2017年6月1日

【審査請求日】2018年5月22日

【審判番号】不服2020-3699(P2020-3699/J1)

【審判請求日】2020年3月18日

(73)【特許権者】

【識別番号】598051819

【氏名又は名称】ダイムラー・アクチェンゲゼルシャフト

【氏名又は名称原語表記】Ｄａｉｍｌｅｒ ＡＧ

(74)【代理人】

【識別番号】110000785

【氏名又は名称】誠真ＩＰ特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】大國谷 宏

【合議体】

【審判長】 林 茂樹

【審判官】 後藤 健志

【審判官】 槙原 進

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１５−３０３７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−１５４３１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−２０５７７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−２５６２６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−２０７５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２３４８３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−２８５６３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−２３７３８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−３３９９４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

F25B 39/02

F25B 1/00

B60H 1/00- 1/34

F28D 20/02

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

冷媒を圧縮する圧縮機と、
前記圧縮機で圧縮された冷媒を凝縮させる凝縮器と、
前記凝縮器で凝縮された冷媒を減圧する膨張弁と、
蓄冷材、空気通路、及び前記膨張弁で減圧された冷媒が通過する冷媒通路を有し、前記空気通路を通過する空気、前記冷媒通路を通過する前記冷媒、及び前記蓄冷材間で熱交換を行う熱交換器であって、前記冷媒により前記蓄冷材に蓄冷する蓄冷熱伝導率と、前記蓄冷材が前記冷媒を介して前記空気通路を通過する空気に放冷する放冷熱伝導率と、が異なる熱交換器と、
クラッチの接断状態を切り替えることにより前記圧縮機に伝達される駆動力を可変に調整する駆動力伝達手段と、
前記駆動力伝達手段を制御することにより、前記熱交換器の前記空気通路を通過する空気が周期的な温度変化をするように前記空気の温度を制御する熱交換器温度制御手段と、
を備え、
前記熱交換器温度制御手段は、前記クラッチの切替に伴う前記空気通路を通過する空気の周期的な前記温度変化の変化域が前記蓄冷材の融点を含むように、前記駆動力伝達手段を制御し、
前記冷媒により前記蓄冷材に蓄冷する蓄冷熱伝導率は、前記蓄冷材が前記冷媒を介して前記空気通路を通過する空気に放冷する放冷熱伝導率より高いことを特徴とする冷凍サイクルシステム。

【請求項2】

通常モードと、前記通常モードに比べて消費エネルギを抑制可能なエコモードとを選択的に設定可能なモード設定手段を更に備え、
前記熱交換器温度制御手段は、前記モード設定手段で前記エコモードが選択された場合に、前記クラッチの切替に伴う前記空気通路を通過する空気の周期的な前記温度変化の変化域が前記蓄冷材の融点を含むように、前記駆動力伝達手段を制御することを特徴とする請求項１に記載の冷凍サイクルシステム。

【請求項3】

前記駆動力は、車両に搭載された走行用動力源の出力であることを特徴とする請求項１又は２に記載の冷凍サイクルシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、外部から伝達される動力を用いて駆動される圧縮機を有する冷凍サイクルシステムに関する。

【背景技術】

【0002】

冷凍サイクルの用途の一つとして、車両用空調が知られている。冷凍サイクルはエネルギ消費が比較的大きく、車両の燃費性能に影響することから、エネルギ効率の向上が求められている。

【0003】

冷凍サイクルのエネルギ効率を向上するために、冷凍サイクルを構成する熱交換器（エバポレータ）に蓄冷剤を内蔵した蓄冷熱交換器が知られている。例えば特許文献１には、蓄冷材の両側に冷媒管を配置することにより、熱交換を行う空気の空気通路と蓄冷材との間に冷媒管が介在した構造を有する蓄冷熱交換器が提案されている。この文献では、蓄冷時には、両側に配置された冷媒管によって蓄冷剤が効率的に冷却され、また、放熱時には、蓄冷材と空気通路との間に介在する冷媒管によって、蓄冷材から空気通路への放熱が安定的に行われることが記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１０−９１２５０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

このような冷凍サイクル装置では、冷凍サイクルを構成する圧縮機の駆動を、外部から伝達される動力を利用して行われることがある。特に、この種の冷凍サイクル装置を車両に搭載する場合、車両の走行用動力源であるエンジン等の出力の一部によって、圧縮機が駆動されることがある。そのため、圧縮機におけるエネルギ消費の増大は車両の燃費効率悪化の要因となってしまう。また、圧縮機の駆動が車載されたバッテリや発電機などの電気エネルギにより行われる場合には、車両のエネルギ効率悪化の要因となってしまう。

【0006】

本発明の少なくとも１の実施形態は上述の問題点に鑑みなされたものであり、良好なエネルギ効率を有する冷凍サイクル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】

【0007】

（１）本発明の少なくとも１の実施形態に係る冷凍サイクルシステムは上記課題を解決するために、冷媒を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機で圧縮された冷媒を凝縮させる凝縮器と、前記凝縮器で凝縮された冷媒を減圧する膨張弁と、蓄冷材、空気通路、及び前記膨張弁で減圧された冷媒が通過する冷媒通路を有し、前記空気通路を通過する空気、前記冷媒通路を通過する前記冷媒、及び前記蓄冷材間で熱交換を行う熱交換器であって、前記冷媒により前記蓄冷材に蓄冷する蓄冷熱伝導率と、前記蓄冷材が前記冷媒を介して前記空気通路を通過する空気に放冷する放冷熱伝導率と、が異なる熱交換器と、前記圧縮機に駆動力を伝達する駆動力伝達手段と、前記駆動力伝達手段を制御することにより、前記熱交換器の前記空気通路を通過する空気の温度を制御する熱交換器温度制御手段と、を備え、前記熱交換器温度制御手段は、前記空気流路を通過する空気の温度変化に含まれる最高温度が前記蓄冷材の潜熱温度領域の下限温度より高く、かつ、前記潜熱温度領域の上限温度以下となるように、又は、温度変化に含まれる最低温度が前記蓄冷材の潜熱温度領域の上限温度より低く、かつ、前記潜熱温度領域の下限温度以上となるように、前記駆動力伝達手段を制御する。

【0008】

上記（１）の構成によれば、蓄冷剤を有する熱交換器における蓄冷熱伝導率と放冷熱伝導率とが異なり、かつ、熱交換器温度制御手段によって熱交換器の空気通路を通過する空気の温度変化に含まれる最高温度が蓄冷材の潜熱温度領域の下限温度より高く、かつ、前記潜熱温度領域の上限温度以下となるように、又は、温度変化に含まれる最低温度が前記蓄冷材の潜熱温度領域の上限温度より低く、かつ、前記潜熱温度領域の下限温度以上となるように駆動力伝達手段が制御されることにより、当該温度変化に潜熱温度領域が少なからず含まれることとなる。これにより、熱交換器で行われる熱交換に蓄冷剤の潜熱を利用することが可能となり、所定期間に占める圧縮機の稼働期間が短縮され、省エネルギ化を図ることができる。特に、圧縮機に伝達される駆動力を切替制御（ＯＮ/ＯＦＦ）することにより制御する場合には、当該切替回数を減少させることができる。圧縮機では起動時（すなわち、圧縮機に伝達される駆動力をＯＮする際）に大きな動力が必要とされるため、このように圧縮機の起動回数を減少させることにより、効果的に消費エネルギを抑制できる。

【0009】

（２）幾つかの実施形態では、上記（１）の構成において、前記冷媒により前記蓄冷材に蓄冷する蓄冷熱伝導率は、前記蓄冷材が前記冷媒を介して前記空気通路を通過する空気に放冷する放冷熱伝導率より高い。

【0010】

上記（２）の構成によれば、蓄冷剤を有する熱交換器における蓄冷熱伝導率を放冷熱伝導率より高いことにより、蓄冷剤を有さない場合に比べて、所定期間に占める圧縮機の稼働期間を効果的に短縮できる。

【0011】

（３）幾つかの実施形態では、上記（１）又は（２）の構成において、前記熱交換器温度制御手段は、前記温度変化に含まれる最高温度及び最低温度が前記潜熱温度領域の上限温度及び下限温度間にそれぞれ一致するように制御する。

【0012】

（４）幾つかの実施形態では、上記（１）又は（２）の構成において、前記熱交換器温度制御手段は、前記温度変化に含まれる最高温度及び最低温度が前記潜熱温度領域の上限温度及び下限温度間に含まれるように制御することを特徴とする請求項１又は２に記載の冷凍サイクルシステム。

【0013】

（５）幾つかの実施形態では、上記（１）又は（２）の構成において、前記熱交換器温度制御手段は、前記温度変化に含まれる最高温度が前記潜熱温度領域の上限温度より高く、且つ、前記温度変化に含まれる最低温度が前記潜熱温度領域の下限温度より低くなるように制御する。

【0014】

（６）幾つかの実施形態では、上記（１）又は（２）の構成において、前記熱交換器温度制御手段は、前記温度変化に含まれる最高温度が前記潜熱温度領域の上限温度より高く、且つ、前記温度変化に含まれる最低温度が前記潜熱温度領域の上限温度及び下限温度間になるように制御する。

【0015】

（７）幾つかの実施形態では、上記（１）又は（２）の構成において、前記熱交換器温度制御手段は、前記温度変化に含まれる最高温度が前記潜熱温度領域の上限温度及び下限温度間であり、且つ、前記温度変化に含まれる最低温度が前記潜熱温度領域の下限温度より低くなるように制御する。

【0016】

上記（３）乃至（７）の構成によれば、熱交換器の空気通路を通過した空気の温度変化が潜熱温度領域を少なからず含むため、上述の消費エネルギの抑制効果が得られる。特に、（３）及び（４）の構成では、温度変化全体が潜熱温度領域内で行われるため、当該効果をより効果的に教授できる。一方（５）乃至（７）の構成では、温度変化の一部が潜熱温度領域外で行われるが、少なからず潜熱温度領域内で温度変化が行われるため、上記効果を享受できる。

【0017】

（８）幾つかの実施形態では、上記（１）から（７）のいずれか１構成において、通常モードと、前記通常モードに比べて消費エネルギを抑制可能なエコモードとを選択的に設定可能なモード設定手段を更に備え、前記熱交換器温度制御手段は、前記モード設定手段で前記エコモードが選択された場合に、前記空気流路を通過する空気の温度変化の少なくとも一部が、前記蓄冷材の潜熱温度領域の上限温度及び下限温度間に含まれるように、前記駆動力伝達手段を制御する。

【0018】

上記（８）の構成によれば、モード設定手段によってエコモードが選択された場合に、空気通路を通過した空気の温度変化が上記領域になるように制御することで、エコモードにおけるエネルギ消費を効果的に軽減できる。

【0019】

（９）幾つかの実施形態では、上記（１）から（８）のいずれか１構成において、前記駆動力は、車両に搭載された走行用動力源の出力である。

【0020】

上記（９）の構成によれば、車両に搭載された走行用動力源を用いて本システムを駆動する場合には、上述した消費エネルギの削減効果によってシステム駆動に用いられる走行用動力源から伝達される動力を減らすことができるので、良好な燃費性能を達成することができる。

【発明の効果】

【0021】

本発明の少なくとも１実施形態によれば、良好なエネルギ効率を有する冷凍サイクルシステムを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】本発明の少なくとも１実施形態に係る冷凍サイクルシステムの概略構成を示す模式図である。

【図2】図１のエバポレータの外観斜視図である。

【図3】図２のＡ−Ａ断面図を示す。

【図4】図１の制御装置の内部構成を機能的に示すブロック図である。

【図5】エバポレータにおいて空気通路を通過した空気の温度変化をクラッチの切替状態とともに示すタイムチャートである。

【図6】熱交換器温度制御手段による温度変化領域の制御パターン毎に潜熱温度領域との関係を示すグラフである。

【図7】冷凍サイクルシステムに要求される冷凍負荷の大きさとエバポレータの温度変化領域都の関係を、クラッチの接続状態とともに示すタイムチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0023】

以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
また例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。

【0024】

まず図１乃至図３を参照しながら、本実施形態に係る冷凍サイクルシステム１００の構成について説明する。図１は本発明の少なくとも１実施形態に係る冷凍サイクルシステム１００の概略構成を示す模式図であり、図２は図１のエバポレータ６の外観斜視図であり、図３は図２のＡ−Ａ断面図である。

【0025】

冷凍サイクルシステム１００は車両用空調制御装置であり、図１に示されるように、冷凍サイクル装置２と、空調ケース３と、制御装置５と、を備えて構成されている。
冷凍サイクル装置２は、冷媒を吸入、圧縮、吐出する定容量型の圧縮機２１と、圧縮機２１から吐出された高温、高圧のガス冷媒を冷却して、凝縮させて液冷媒にするコンデンサ２３と、コンデンサ２３を通過した冷媒に含まれる気体成分と液体成分とを分離する気液分離器２４と、気液分離器２４にて分離された液体冷媒を微小なノズル孔からエバポレータ６内に噴射する膨張弁２５と、膨張弁２５から噴霧された液体冷媒が気化されることで冷熱を発生させるエバポレータ（熱交換器）６と、を有する。

【0026】

冷凍サイクル装置２のうち圧縮機２１は、車両の走行用動力源であるエンジン１から出力される動力の一部が所定の動力伝達機構を介して供給されることで駆動される。本実施形態では、圧縮機２１側に駆動力を接断するためのクラッチ（Ｃ／Ｌ）２２が設けられており、該クラッチ２２の入力軸及びエンジン１の出力軸にそれぞれ設けられたプーリ間をベルト接続されることで、動力伝達機構が構成されている。このような動力伝達機構では、後述するようにクラッチ２２の接続状態を切り替えることによって、圧縮機２１に伝達される駆動力が調整可能になっている。

【0027】

またコンデンサ２３には空冷用の冷却ファン２３ａが設けられており、冷却ファン２３ａの駆動量を制御することによりコンデンサ２３における冷却性能が調整可能になっている。

【0028】

冷凍サイクル装置２のうち冷熱源となるエバポレータ６は、空調ケース３内に配置されている。空調ケース３では、内部を空調された空気が流れ、例えば、乗員の足元、フロントガラス（ＤＥＦ）及び、顔近辺に向かって流出するように構成されている。
空調ケース３は、上流側に車室内の空気を取入れる内気循環口３１ａと、外気を導入する外気導入口３１ｂと、内気循環口３１ａ及び外気導入口３１ｂを交互に閉塞する内外気切換扉３５ｅと、内外気切換扉３５ｅを駆動する内外気切換モータ３４と、内気又は外気を空調ケース３内に吸込むと共に下流側に配置されたエバポレータ６に空気を圧送するブロワ３７と、エバポレータ６の下流側に配置され、エンジン１の冷却水の熱で、エバポレータ６を通過した冷気を加温するヒータ３６と、ヒータ３６及びエバポレータ６の間に配置され、エバポレータ６を通過した冷気をヒータ３６側に流す量を調整する温度調節扉３５ａと、温度調節扉３５ａを駆動する温度調節モータ３２と、温度調節扉３５ａの開度を検知して温度調節モータ３２の回転量を調整するためのポテンションメータ３８と、空調ケース３の下流端部に設けられ、空調された空気をフロントガラス（不図示）に吹き付け曇りを防止するデフロスト噴出口（ＤＥＦ）３１ｃ、デフロスト噴出口３１ｃを開閉するデフロスト扉３５ｄと、乗員の顔付近に空気を吹き出すフェイス噴出口３１ｄと、フェイス噴出口３１ｄを開閉するフェイス吹き出し扉３５ｃと、乗員の足元に空気を吹き出す足元噴出口３１ｅと、足元噴出口３１ｅを開閉する足元噴出扉３５ｂと、デフロスト扉３５ｄとフェイス吹き出し扉３５ｃ及び足元噴出扉３５ｂとを駆動する室内吹き出し切換モータ３３と、を備える。

【0029】

制御装置５は冷凍サイクルシステム１００の電子コントロールユニット（ＥＣＵ）であり、情報入力側として、室温センサ５４からの室温と、外気温センサ５５からの外気温度と、日射センサ５６からの日射量と、温度センサであるエバポレータ温度センサ５１からのエバポレータ６の温度と、ポテンションメータ３８からの温度調節扉３５ａの開き量と、乗員による室内温度を設定する温度設定スイッチ５８からの設定指示信号（希望温度）と、季節が初夏又は晩夏において、車室内の冷房設定温度を盛夏の常用使用温度に対して高く設定して、圧縮機の駆動頻度を減少させる省燃費運転を行うエコモードスイッチ５９からのエコモード設定指示信号と、が入力される。
一方、制御装置５の出力側としては、上述の情報入力に基づいて、クラッチ２２の接続又は遮断、ブロワ３７、内外気切換モータ３４、温度調節モータ３２及び室内吹き出し切換モータ３３に対して制御信号を出力し、各種駆動制御が実施される。

【0030】

エバポレータ６は、図２に示されるように、上下方向に間隔をおいて幅方向Ｙに延在する上側の第１ヘッダタンク６１と、下側の第２ヘッダタンク６２と、両ヘッダタンク間に設けられた熱交換コア部６０とを備える。第１ヘッダタンク６１は、通風方向Ｘの下流側に位置する冷媒入口６６を有する冷媒入口ヘッダ部（不図示）と、通風方向Ｘの上流側に位置する冷媒出口６７を有した冷媒出口ヘッダ部（不図示）と、を有する。第２ヘッダタンク６２は、通風方向Ｘの下流側に位置する下流側中間ヘッダ部（不図示）と、通風方向Ｘの上流側に位置する上流側中間ヘッダ部（不図示）と、を有する。この第２ヘッダタンク６２の下流側中間ヘッダ部と上流側中間ヘッダ部には、冷媒が通過する手段が設けられている。

【0031】

熱交換コア部６０は、図３に示すように、通風方向Ｘに間隔Ｚをおいて配置された一対の扁平状冷媒通路６４（６４ａ、６４ｂ）が、更に幅方向Ｙに間隔Ｄ（空気通路Ｄ）を有して配列された構成を有している。下流側の冷媒通路６４ａの上端部は、第１ヘッダタンク６１の冷媒入口ヘッダ部に接続（冷媒連通）され、下端部は第２ヘッダタンク６２の下流側中間ヘッダ部に接続されている。また、上流側の冷媒通路６４ｂの上端部は、第１ヘッダタンク６１の冷媒出口ヘッダ部に接続され、下端部は第２ヘッダタンク６２の上流側中間ヘッダ部に接続されている。

【0032】

このような構成を有する熱交換コア部６０において、一部の空気通路Ｄには、蓄冷剤が封入された蓄冷剤収容容器６３が上下流冷媒通路６４ａ、６４ｂを跨るように配置されている。蓄冷剤収容容器６３内は、全体が一つの蓄冷剤収容空間となっており、蓄冷剤として例えばパラフィンが用いられている。一方、残りの空気通路Ｄには、熱交換用フィン６５が上下流冷媒通路６４ａ、６４ｂを跨るように配置されて空気通路Ｄを形成している。熱交換用フィン６５は、空気通路Ｄを形成する幅方向Ｙ両側の冷媒通路６４にろう付けされている。また、幅方向両側の冷媒通路６４の外側にも空気通路Ｄが形成され、該空気通路Ｄには熱交換用フィン６５が冷媒通路６４にろう付けされている。

【0033】

エバポレータ６は、蓄冷剤収容容器６３に封入された蓄冷材、空気通路Ｄを流れる空気、及び冷媒通路６４を流れる冷媒との間で熱交換が行われることで、熱交換器として機能する。ここで、エバポレータ６の上記構造は、冷媒により蓄冷材に蓄冷する蓄冷熱伝導率κ１と、蓄冷材が冷媒を介して空気通路を通過する空気に放冷する放冷熱伝導率κ２と、が異なるように設計されている。このような蓄冷熱伝導率κ１及び放冷熱伝導率κ２の大小関係は、例えばエバポレータ６における冷媒通路６４、空気通路Ｄ及び蓄冷剤収容容器６３の３者間の接触面積の割合を調整することにより設定することができる。
尚、本実施形態では後述するように、エバポレータ６は蓄冷熱伝導率κ１が放冷熱伝導率κ２より高くなるように構成されている（言い換えると、エバポレータ６における空気の冷却速度が迅速になる一方で、放熱速度が緩やかになるような設計構造が採用されている）。尚、本実施形態に係るエバポレータ６は、蓄冷材を有し、かつ、蓄冷熱伝導率κ１が放冷熱伝導率κ２より高くなるように構成されていればよく、上述した構造に限定されるものではない。

【0034】

続いて制御装置５によるエバポレータ６の温度制御について説明する。図４は図１の制御装置５の内部構成を機能的に示すブロック図であり、図５はエバポレータ６において空気通路Ｄを通過した空気の温度変化をクラッチ２２の切替状態とともに示すタイムチャートである。
尚、図５では、（ａ）本実施形態に係るエバポレータ６におけるタイムチャートとともに、比較例として、（ｂ）蓄冷剤収容容器６３を有さない同等構成を有するエバポレータにおけるタイムチャートが示されている。図５の斜線部が、エバポレータ６に収容される蓄冷剤の潜熱温度領域を示し、矩形波形がクラッチ２２のＯＮ／ＯＦＦ状態を示す。

【0035】

図４に示されるように、制御装置５は、圧縮機２１に駆動力を伝達する駆動力伝達手段７０と、駆動力伝達手段７０を制御することにより、エバポレータ６の空気通路Ｄを通過した空気の温度を制御する熱交換器温度制御手段７２と、エコモードスイッチ５９の操作状態に応じてモード設定を行うモード設定手段７４と、を備える。また、モード設定手段７４は、モード設定をエコモードスイッチ５９の操作によらず、室内設定温度、外気温、室温、日射量などから推測される冷房に対する負荷に応じてモード設定を行ってもよい。

【0036】

駆動力伝達手段７０は、クラッチ２２の接断状態（ＯＮ／ＯＦＦ）を切り替えることにより、動力源であるエンジン１から圧縮機２１に伝達される駆動力を可変に調整する。図５には、クラッチ２２の所定期間にわたってクラッチ２２が切替制御されている様子が示されており、クラッチ２２が接続状態となってエンジン１から動力が伝達される期間Ｔ_ＯＮと、クラッチ２２が接断状態となってエンジン１からの動力が遮断される期間Ｔ_ＯＦＦとが、交互（周期的）に繰り返されている（尚、図５（ｂ）では本実施形態と区別するために、それぞれ期間Ｔ_ＯＮ’、期間Ｔ_ＯＦＦ’で示している）。駆動力伝達手段７０は、このような期間Ｔ_ＯＮ、Ｔ_ＯＦＦの比率を制御することにより、所定期間において圧縮機２１に伝達される駆動力を調整する。

【0037】

熱交換器温度制御手段７２は、上述のような駆動力伝達手段７０の制御を利用して、エバポレータ６の空気通路Ｄを通過した空気の温度を制御する。すなわち、エバポレータ６の空気通路Ｄを通過する空気の温度を、ユーザによって設定された所定の目標温度まで冷却するために必要な駆動力が圧縮機２１に伝達されるように、駆動力伝達手段７０を制御する。その結果、空気通路Ｄを通過した空気の温度は、クラッチ２２の切換に応ずるように、所定の温度変化領域Ｔ_{ｒａｎｇｅ}の範囲で上昇・下降するように振る舞う。
ここで、図５に示すように、蓄冷剤の潜熱温度領域の上限温度をＴ_{ｕｐｐｅｒ＿ｌｉｍｉｔ}とし、下限温度をＴ_{ｌｏｗｅｒ＿ｌｉｍｉｔ}とすると、本実施形態に係る熱交換器温度制御手段７２は、空気通路Ｄを通過する空気の温度変化の少なくとも一部が、蓄冷材の潜熱温度領域の上限温度Ｔ_{ｕｐｐｅｒ＿ｌｉｍｉｔ}及び下限温度Ｔ_{ｌｏｗｅｒ＿ｌｉｍｉｔ}間に含まれるように、前記駆動力伝達手段を制御する。より具体的には、空気通路Ｄを通過した空気の温度変化領域Ｔ_{ｒａｎｇｅ}に含まれる最大温度をＴ_ｍａｘ、最低温度をＴ_ｍｉｎとすると、本実施形態に係る熱交換器温度制御手段７２は、最高温度Ｔ_ｍａｘが蓄冷材の潜熱温度領域の下限温度Ｔ_{ｌｏｗｅｒ＿ｌｉｍｉｔ}より高く、かつ、潜熱温度領域の上限温度Ｔ_{ｕｐｐｅｒ＿ｌｉｍｉｔ}以下となるように、又は、温度変化に含まれる最低温度Ｔ_ｍｉｎが蓄冷材の潜熱温度領域の上限温度Ｔ_{ｕｐｐｅｒ＿ｌｉｍｉｔ}より低く、かつ、潜熱温度領域の下限温度Ｔ_{ｌｏｗｅｒ＿ｌｉｍｉｔ}以上となるように、駆動力伝達手段７０を制御する。なお、潜熱温度領域は蓄冷剤の仕様に基づいて適宜決定されるパラメータである。

【0038】

図５（ａ）では、蓄冷材を有し、かつ、蓄冷熱伝導率κ１が放冷熱伝導率κ２より高くなるように構成されるエバポレータ６を用いて、空気通路Ｄを通過する空気の温度変化の少なくとも一部が、蓄冷材の潜熱温度領域の上限温度Ｔ_{ｕｐｐｅｒ＿ｌｉｍｉｔ}及び下限温度Ｔ_{ｌｏｗｅｒ＿ｌｉｍｉｔ}間に含まれるように上述したクラッチ２２の切替による駆動力の伝達が行われた結果、図５（ｂ）に比べて温度変化の周期が長くなっている。具体的には、図５（ａ）及び図５（ｂ）においてクラッチ２２のＯＮ期間（Ｔ_ＯＮ）及びＯＦＦ期間（Ｔ_ＯＦＦ）の変化量をそれぞれ比較すると、ＯＮ期間（Ｔ_ＯＮ）の増加割合に比べて、ＯＦＦ期間（Ｔ_ＯＦＦ）の増加割合が大きくなっている。つまり、次式
（Ｔ_ＯＮ−Ｔ_ＯＮ’）＜（Ｔ_ＯＦＦ−Ｔ_ＯＦＦ’）
これは、蓄冷熱伝導率κ１が放冷熱伝導率κ２より高いエバポレータ６を用いた熱交換が、潜熱温度領域で行われることにより、エバポレータ６の吸収熱容量が増加したことに起因する。

【0039】

上述の通り、ある長さの所定期間で比較した場合、図５（ａ）は図５（ｂ）に比べてクラッチ２２のＯＦＦ期間（Ｔ_ＯＦＦ）が占める期間が長くなり、逆にクラッチ２２のＯＮ期間（Ｔ_ＯＮ）が占める期間が短くなっている。これは、所定期間における圧縮機２１の稼働時間が短縮化され、省エネルギ化が図られていることを意味する。これとともに、圧縮機２１の起動回数（すなわち、クラッチ２２のＯＮ／ＯＦＦの切替回数）もまた減少している。圧縮機２１では起動時（すなわち、クラッチ２２がＯＦＦ状態からＯＮ状態に切り換えられる際）に大きな動力を必要とするため、このように圧縮機２１の起動回数が減ることによって、圧縮機２１におけるエネルギ消費を効果的に削減でき、顕熱のみを利用する場合に比べて良好なエネルギ効率が得られる。

【0040】

このような熱交換器温度制御手段７２による温度変化の具体的な制御例について、図６を参照して説明する。図６は、熱交換器温度制御手段７２による温度変化領域の制御パターン毎に潜熱温度領域との関係を示すグラフである。ここでは、図６に列挙されている５つのパターンを、左側から順に制御パターン１，２，・・・５と称して説明する。

【0041】

制御パターン１では、温度変化の最高温度Ｔ_ｍａｘは、潜熱温度領域の上限温度Ｔ_{ｕｐｐｅｒ＿ｌｉｍｉｔ}と等しく、下限温度Ｔ_{ｌｏｗｅｒ＿ｌｉｍｉｔ}より高くなっている（Ｔ_{ｌｏｗｅｒ＿ｌｉｍｉｔ}＜Ｔ_ｍａｘ＝Ｔ_{ｕｐｐｅｒ＿ｌｉｍｉｔ}）。一方、温度変化の最低温度Ｔ_ｍｉｎは、下限温度Ｔ_{ｌｏｗｅｒ＿ｌｉｍｉｔ}に等しく、潜熱温度領域の上限温度Ｔ_{ｕｐｐｅｒ＿ｌｉｍｉｔ}より低くなっている（Ｔ_ｍｉｎ＝Ｔ_{ｌｏｗｅｒ＿ｌｉｍｉｔ}＜Ｔ_{ｕｐｐｅｒ＿ｌｉｍｉｔ}）。言い換えると、エバポレータ６の温度変化の最高温度Ｔ_ｍａｘ及び最低温度Ｔ_ｍｉｎが潜熱温度領域の上限温度Ｔ_{ｕｐｐｅｒ＿ｌｉｍｉｔ}及び下限温度Ｔ_{ｌｏｗｅｒ＿ｌｉｍｉｔ}にそれぞれ一致するように温度制御がなされている。

【0042】

制御パターン２では、温度変化の最高温度Ｔ_ｍａｘは、潜熱温度領域の下限温度Ｔ_{ｌｏｗｅｒ＿ｌｉｍｉｔ}より高いものの上限温度Ｔ_{ｕｐｐｅｒ＿ｌｉｍｉｔ}より低くなっている（Ｔ_{ｌｏｗｅｒ＿ｌｉｍｉｔ}＜Ｔ_ｍａｘ＜Ｔ_{ｕｐｐｅｒ＿ｌｉｍｉｔ}）一方、温度変化の最低温度Ｔ_ｍｉｎは、潜熱温度領域の上限温度Ｔ_{ｕｐｐｅｒ＿ｌｉｍｉｔ}より低いものの下限温度Ｔ_{ｌｏｗｅｒ＿ｌｉｍｉｔ}より高くなっている（Ｔ_{ｌｏｗｅｒ＿ｌｉｍｉｔ}＜Ｔ_ｍｉｎ＜Ｔ_{ｕｐｐｅｒ＿ｌｉｍｉｔ}）。言い換えると、エバポレータ６の温度変化に含まれる最高温度Ｔ_ｍａｘ及び最低温度Ｔ_ｍｉｎが潜熱温度領域の上限温度Ｔ_{ｕｐｐｅｒ＿ｌｉｍｉｔ}及び下限温度Ｔ_{ｌｏｗｅｒ＿ｌｉｍｉｔ}間に含まれるように温度制御がなされている。

【0043】

制御パターン３では、温度変化の最高温度Ｔ_ｍａｘは、潜熱温度領域の下限温度Ｔ_{ｌｏｗｅｒ＿ｌｉｍｉｔ}より高くなっており、更に上限温度Ｔ_{ｕｐｐｅｒ＿ｌｉｍｉｔ}よりも高くなっている（Ｔ_{ｌｏｗｅｒ＿ｌｉｍｉｔ}＜Ｔ_{ｕｐｐｅｒ＿ｌｉｍｉｔ}＜Ｔ_ｍａｘ）。一方、温度変化の最低温度Ｔ_ｍｉｎは、潜熱温度領域の上限温度Ｔ_{ｕｐｐｅｒ＿ｌｉｍｉｔ}より低くなっており、更に下限温度Ｔ_{ｌｏｗｅｒ＿ｌｉｍｉｔ}よりも低くなっている（Ｔ_ｍｉｎ＜Ｔ_{ｌｏｗｅｒ＿ｌｉｍｉｔ}＜Ｔ_{ｕｐｐｅｒ＿ｌｉｍｉｔ}）。

【0044】

制御パターン４では、温度変化の最高温度Ｔ_ｍａｘは、潜熱温度領域の下限温度Ｔ_{ｌｏｗｅｒ＿ｌｉｍｉｔ}より高くなっており、更に上限温度Ｔ_{ｕｐｐｅｒ＿ｌｉｍｉｔ}より高くなっている（Ｔ_{ｌｏｗｅｒ＿ｌｉｍｉｔ}＜Ｔ_{ｕｐｐｅｒ＿ｌｉｍｉｔ}＜Ｔ_ｍａｘ）。一方、温度変化の最低温度Ｔ_ｍｉｎは、潜熱温度領域の上限温度Ｔ_{ｕｐｐｅｒ＿ｌｉｍｉｔ}及び下限温度Ｔ_{ｌｏｗｅｒ＿ｌｉｍｉｔ}間になっている（Ｔ_{ｌｏｗｅｒ＿ｌｉｍｉｔ}＜Ｔ_ｍｉｎ＜Ｔ_{ｕｐｐｅｒ＿ｌｉｍｉｔ}）。

【0045】

制御パターン５では、温度変化の最高温度Ｔ_ｍａｘは、潜熱温度領域の下限温度Ｔ_{ｌｏｗｅｒ＿ｌｉｍｉｔ}及び上限温度Ｔ_{ｕｐｐｅｒ＿ｌｉｍｉｔ}間になっている（Ｔ_{ｌｏｗｅｒ＿ｌｉｍｉｔ}＜Ｔ_ｍａｘ＜Ｔ_{ｕｐｐｅｒ＿ｌｉｍｉｔ}）。一方、温度変化の最低温度Ｔ_ｍｉｎは、潜熱温度領域の上限温度Ｔ_{ｕｐｐｅｒ＿ｌｉｍｉｔ}より低い下限温度Ｔ_{ｌｏｗｅｒ＿ｌｉｍｉｔ}より更に低くなるようになっている（Ｔ_ｍｉｎ＜Ｔ_{ｌｏｗｅｒ＿ｌｉｍｉｔ}＜Ｔ_{ｕｐｐｅｒ＿ｌｉｍｉｔ}）。

【0046】

上記５つの制御パターンを比較すると、制御パターン１及び２では温度変化が潜熱温度領域内に含まれることから、蓄冷剤の潜熱を十分に有効活用することができる。一方、制御パターン３乃至５では、温度変化の一部が潜熱温度領域外にあるため、制御パターン１及び２に比べて潜熱の活用度が少ないものの、その他の領域において潜熱の活用がなされているため少なからず上記効果を享受することができる。

【0047】

このような熱交換器温度制御手段７２による温度変化領域に関する制御は、図７に示されるように、冷凍サイクルシステム１００に要求される冷凍負荷の大きさに応じて実施されてもよい。図７は冷凍サイクルシステム１００に要求される冷凍負荷の大きさとエバポレータ６の温度変化領域都の関係を、クラッチの接続状態とともに示すタイムチャートである。

【0048】

図７に示されるように、冷凍負荷が小さい場合の空気通路Ｄを通過した空気の温度変化領域Ｔ_{ｒａｎｇｅ}１は、冷凍負荷が大きい場合の温度変化領域Ｔ_{ｒａｎｇｅ}２に比べて高温側に設定されている。ここで、熱交換器温度制御手段７２は、冷凍負荷が小さい場合に高温側にシフトする温度変化領域Ｔ_{ｒａｎｇｅ}１が潜熱温度領域に対応するように制御してもよい。これにより、冷凍負荷が小さい場合に蓄冷剤の潜熱を有効活用することで圧縮機２１におけるエネルギ消費をより効果的に抑制することができる。

【0049】

また熱交換器温度制御手段７２は、冷凍負荷が大きい場合に低温側にシフトする温度変化領域Ｔ_{ｒａｎｇｅ}２が潜熱温度領域に対応するように制御してもよい。この場合は、逆に、冷凍負荷が大きい場合に蓄冷剤の潜熱を有効活用することで圧縮機２１におけるエネルギ消費をより効果的に抑制することができる。

【0050】

尚、冷凍サイクルシステム１００に要求される冷凍負荷の大きさは、制御装置５への入力情報（例えば、室温センサ５４からの室温、外気温センサ５５からの外気温度、日射センサ５６からの日射量、温度センサであるエバポレータ温度センサ５１からのエバポレータ６の温度、ポテンションメータ３８からの温度調節扉３５ａの開き量、乗員による室内温度を設定する温度設定スイッチ５８からの設定指示信号（希望温度）、エコモードスイッチ５９の操作状態など）に基づいて評価するとよい。

【0051】

図４に戻って、モード設定手段７４は、上記構成を有する冷凍サイクルシステムに対して予め用意された複数のモードを選択的に設定する。本実施形態では、モードとして通常モードとエコモードの２種類が用意されている。通常モードは冷却負荷が比較的大きい場合に選択される一方で、エコモードは冷却負荷が比較的少ない場合に選択され、通常モードに比べて消費エネルギが抑制可能な仕様となっている。

【0052】

熱交換器温度制御手段７２は、モード設定手段７４がエコモードスイッチ５９の操作状態に応じてエコモードを選択している場合に、上述のようにエバポレータ６の温度変化が潜熱温度領域に対応するように制御してもよい。この場合、エコモードにおけるエネルギ消費をより効果的に抑制できるので、エコモードの燃費性能を向上できる。

【0053】

尚、本実施形態ではエコモードの選択は、エコモードスイッチ５９の操作状態に応じて行われるとしているが、車両の走行状態や外気温に応じて自動的にモード選択が行われるように構成されていてもよい。

【0054】

以上説明したように、本発明の少なくとも１実施形態によれば、蓄冷剤を有するエバポレータ６における蓄冷熱伝導率κ１と放冷熱伝導率κ２とが異なり、かつ、空気流路Ｄを通過する空気の温度変化に含まれる最高温度が当該蓄冷材の潜熱温度領域の下限温度より高く、かつ、潜熱温度領域の上限温度以下となるように、又は、温度変化に含まれる最低温度が蓄冷材の潜熱温度領域の上限温度より低く、かつ、潜熱温度領域の下限温度以上となるように、駆動力伝達手段７０が制御される。これによれば、エバポレータ６で行われる熱交換に蓄冷剤の潜熱を利用することが可能となり、所定期間に占める圧縮機２１の稼働期間Ｔ_ＯＮが短縮され、省エネルギ化を図ることができる。特に、圧縮機２１に伝達される駆動力を切替制御（ＯＮ/ＯＦＦ）することにより制御する場合には、切替回数もまた減少させることができるため、効果的に消費エネルギを抑制できる。その結果、良好なエネルギ効率を有する冷凍サイクルシステム１００を提供することができる。
尚、本実施形態に係る冷凍サイクルシステム１００においては、その一例として、エバポレータ６を通過する空気の温度変化に基づく制御を実施しているが、当該温度変化は、エバポレータ６の本体温度変化やエバポレータ６に導入される冷媒温度変化と実質的に同等であることから、これらの温度変化が蓄冷材の潜熱温度領域の上限温度及び下限温度間に含まれるように、駆動力伝達手段７０を制御してもよい。

【産業上の利用可能性】

【0055】

本発明の少なくとも１実施形態は、外部から伝達される動力を用いて駆動される圧縮機を有する冷凍サイクルシステムに利用可能である。

【符号の説明】

【0056】

１ エンジン（内燃機関）
２ 冷凍サイクル装置
３ 空調ケース
５ 制御装置
６ エバポレータ（蓄冷剤付エバポレータ）
２１ 圧縮機
２２ クラッチ
２３ コンデンサ
３６ ヒータ（暖房用ヒータ）
５１ エバポレータ温度センサ（温度センサ）
５４ 室温センサ
５５ 外気温センサ
５６ 日射センサ
５８ 温度設定スイッチ
５９ エコモードスイッチ
６３ 蓄冷剤容器
６４ 冷媒流通管
６５ 熱交換用フィン
７０ 駆動力伝達手段
７０ 熱交換器温度制御手段
７４ モード設定手段
１００ 冷凍サイクルシステム

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】