JP2002240537A - 自動車用空調システム及びその運転方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 アイドリングストップ車のエンジン停止時に
も車内空調が適正に行え、ハイブリッド車への適応性に
も富んだ自動車用空調システム及びその運転方法を提供
する。 【解決手段】 空調ダクト１の吸込口１ａ側にブロアフ
ァン２を設け、このブロアファン２の後方に第１の熱交
換器３を配設すると共に、その後方に第２の熱交換器４
を設け、それらの間にエアミックスダンパ５を設ける。
第１の熱交換器３は冷媒回路に接続し、冷媒を所定方向
に流すことで冷却及び加熱の両方を行えるようにし、冷
媒回路のコンプレッサ６を電動式とする。第２の熱交換
器４はエンジン１１及びラジエータ１２に接続し、その
冷却水を循環させることで加熱のみを行う。第１の熱交
換器３と第２の熱交換器４との運転を組み合わせ、ブロ
アファン２の位置を変えることで複数の空調モードを選
択できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、特にハイブリッド
車（ＨＥＶ）又はアイドリングストップ車に好適な自動
車用空調システム及びその運転方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車用空調システムは、従来例えばセ
ミオート・エアコン方式、フルオート・エアコン方式、
リヒート方式等が知られており、その他ヒータ・クーラ
独立方式、ヒータ・クーラ切替方式と称されるものも存
在している。

【０００３】近時多く採用されているフルオート・エア
コン方式は、図４（ａ）に略示するように空調ダクトＡ
内にエバポレータＢと、ヒータコアＣとを配設し、その
間にエアミックスダンパＤを設けた構成を有し、吸込側
のブロアファンＥ１により取り込んだ外気又は内気をエ
バポレータＢで除湿・冷却し、ヒータコアＣでは加熱す
るものである。この場合、エバポレータＢによって除湿
された冷気は、エアミックスダンパＤの切り替えによっ
てヒータコアＣへの導入量が調節され、このヒータコア
Ｃでの暖気量によって吹き出し温度を調整する。即ち、
冷気と暖気との混合割合を変えることで冷房から暖房へ
の連続した温度調整を可能としたものである。冷気と暖
気とを混合する方式であることから、エアミックス方式
とも称されている。ブロアファンＥ１は空調ダクトＡの
吸込側に設けられているが、これに限定されることなく
図に仮想線で示すように吹出側にブロアファンＥ２を設
けたり、或はエバポレータＢとヒータコアＣとの中間に
ブロアファンＥ３を設ける場合もある。

【０００４】前記リヒート方式は、図４（ｂ）に略示す
るように空調ダクトＡ内にエバポレータＢと、ヒータコ
アＣとを配設した構成を有し、吸込側のブロアファンＥ
１により取り込んだ外気又は内気をエバポレータＢで除
湿・冷却した後、その冷気を全量ヒータコアＣで暖めて
吹き出すものである。この場合、温度調整はヒータコア
Ｃに流れるラジエータ冷却水量をバルブＶで調節するこ
とで行われる。即ち、エバポレータＢで除湿・冷却され
た冷気は、ヒータコアＣに流れる温水量に応じて設定温
度まで暖められる。ブロアファンＥ１は空調ダクトＡの
吸込側に設けられているが、これに限定されることなく
図に仮想線で示すように吹出側にブロアファンＥ２を設
けたり、或はエバポレータＢとヒータコアＣとの中間に
ブロアファンＥ３を設ける場合もある。

【０００５】ヒータ・クーラ切替方式は、図４（ｃ）に
略示するように空調ダクトＡ内にエバポレータＢと、ヒ
ータコアＣとを並設配置し、その前部にダンパＤを設け
た構成を有し、このダンパＤの切り替えによってエバポ
レータＢ及びヒータコアＣへの導入量を調節することで
温度調整するものである。ブロアファンＥ１は空調ダク
トＡの吸込側に設けられているが、これに限定されるこ
となく図に仮想線で示すように吹出側にブロアファンＥ
２を設ける場合もある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の自動車用空
調システムでは、エンジンの出力を利用してエバポレー
タＢを作動しており、エンジンを停止させるとエバポレ
ータＢも作動停止する。又、エンジンが停止すると、ヒ
ータコアＣの機能も停止して暖房能力が不足する事態が
生じる。従って、アイドリングストップ車（信号待ちや
車両混雑停車時に、エンジンが停止してアイドリングを
防止する）においては、車内の空調を適正に調整できな
いことがある。又、ハイブリッドエンジン（Hybrid eng
ine）を搭載したハイブリッド車においては、通常のエ
ンジンを搭載した車よりもエンジン効率が高く、発生す
る熱が少ないために上記従来の空調システムをそのまま
適応できない問題があった。

【０００７】そこで、本発明は、アイドリングストップ
車のエンジン停止時での車内空調が適正に行え、ハイブ
リッド車への適応性にも富んだ自動車用空調システムを
提供することで、上記従来の事態や問題を解決すること
を目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るための手段として、本発明は、空調ダクト内に第１の
熱交換器を配設すると共に、この第１の熱交換器の後方
に第２の熱交換器を配設し、ブロアファンを前記第１の
熱交換器の前方であって空調ダクトの吸込側又は第２の
熱交換器の後方であって空調ダクトの吹出側或は第１の
熱交換器と第２の熱交換器との中間に設け、前記第２の
熱交換器の直前にエアミックスダンパを設けてなる自動
車用空調システムを要旨とする。この自動車用空調シス
テムにおいて、前記第１の熱交換器は冷媒回路に接続さ
れ、冷却と加熱との両方を切り替えて行い、この冷媒回
路のコンプレッサは電動式であり、第２の熱交換器はエ
ンジン及びラジエータに接続され、ラジエータの冷却水
を循環させて加熱のみを行うこと、を特徴とするもので
ある。又、この自動車用空調システムにおいて、前記第
１の熱交換器で加熱した暖気を、前記エアミックスダン
パの切り替えによって第２の熱交換器に導入し、ここで
更に加熱して吹き出す自動車用空調システムの運転方法
を要旨とする。更に、この自動車用空調システムの運転
方法において、前記第１の熱交換器を加熱運転し、この
暖気を第２の熱交換器に導入して更に加熱する最大暖房
モードと、第１の熱交換器を停止し、第２の熱交換器の
みで加熱する通常暖房モードと、第１の熱交換器を冷却
運転し、この冷気を第２の熱交換器に導入して加熱する
除湿モードと、第１の熱交換器を冷却運転し、この冷気
を第２の熱交換器に導入せずに吹き出す冷房モードと、
第１の熱交換器及び第２の熱交換器を停止し、前記ブロ
アファンにより取り込んだ外気又は内気をそのまま吹き
出す送風モードと、第１の熱交換器を冷却又は加熱運転
し、この冷気又は暖気を吹き出す駐停車時冷暖房モード
とのいずれかのモードを選択可能とした、ことを特徴と
するものである。

【０００９】本発明では、空調ダクト内に第１の熱交換
器と第２の熱交換器とを配設し、第１の熱交換器は冷却
と加熱との両方を行えるようにしたので、暖房時には第
１の熱交換器と、第２の熱交換器との２段構えの加熱が
可能となって暖房性能を向上させることができる。又、
第１の熱交換器を電動とすることで、エンジンが停止し
ても作動させることができ、このためアイドリングスト
ップ車であっても駐停車時における冷暖房を行うことが
可能となり、車内の空調を適正に行うことができる。ハ
イブリッド車においては、走行時に発電した電力を蓄え
られるため第１の熱交換器を電力で駆動するのに適して
いる。

【００１０】

【発明の実施の形態】次に、本発明に係る自動車用空調
システム及びその運転方法の実施形態を添付図面を参照
しながら説明する。図１は、自動車用空調システムの構
成を示す概略図であって、１は空調ダクトであり、一方
の端部に外気又は車内の内気が流入する吸込口１ａが設
けられ、他方の端部には車内に冷気又は暖気を吹き出す
吹出口１ｂが設けられている。吸込口１ａ及び吹出口１
ｂは、図１ではいずれも１つの開口となっているが、吸
込口１ａに関しては車外からの空気吸込口と車内からの
空気吸込口とに分けて形成し、吹出口は複数のベンチュ
リーやデフロスター（フロントガラスの曇り止め）等に
分岐させて形成される。

【００１１】空調ダクト１の吸込口１ａ側にはブロアフ
ァン２が設けられ、このブロアファン２の後方に第１の
熱交換器３が配設されると共に、その後方に第２の熱交
換器４が配設され、更に第２の熱交換器４の直前にエア
ミックスダンパ５が設けられた構成になっている。ブロ
アファン２は吸込口側１ａに限定されず、吹出口１ｂ側
又は第１の熱交換器３と第２の熱交換器４との中間位置
に設ける場合もある。

【００１２】前記第１の熱交換器３は、この第１の熱交
換器３を含む冷媒回路が形成され、前記ブロアファン２
で吸い込んだ外気又は内気を冷却し又は加熱ができるよ
うにしてある。冷媒回路の一例としては、図２に示すよ
うにコンプレッサ６と、凝縮器７と、膨張弁８と、蒸発
器９とを直列に接続して閉回路を形成し、且つ四方弁１
０によりＸ形に交差する分岐路を形成する。コンプレッ
サ６は、運転周波数を変えて運転することが可能になっ
ている。

【００１３】この場合、冷媒ガスをコンプレッサ６で圧
縮して四方弁１０を介して凝縮器７に送り込むと、この
凝縮器７でのガスの凝縮に伴って周囲に熱を放出し（加
熱作用）、次いで液化した冷媒を膨張弁８で膨張させて
から蒸発器９に送り込むと、この蒸発器９での蒸発に伴
って周囲から熱を奪い（冷却作用）し、ガス化した冷媒
は四方弁１０を介してコンプレッサ６に戻される。従っ
て、例えば凝縮器７を前記第１の熱交換器３として空調
ダクト１内に配設すると、前記ブロアファン２により吸
込口１ａから吸い込んだ外気又は内気を加熱することが
できる。

【００１４】前記四方弁１０の切り換えによって、図２
に破線矢印で示すように冷媒を逆方向に循環させると、
つまりコンプレッサ６で圧縮した冷媒ガスを蒸発器９に
送り込むと、この蒸発器９は凝縮器としての作用を発揮
し（加熱作用）、次いで液化した冷媒を膨張弁８で膨張
させた後凝縮器７に送り込むと、この凝縮器７は蒸発器
としての作用を発揮し（冷却作用）し、ガス化した冷媒
は四方弁１０を介してコンプレッサ６に戻される。従っ
て、前記第１の熱交換器３（凝縮器７）は、前記ブロア
ファン２により吸込口１ａから吸い込んだ外気又は内気
を冷却することができる。

【００１５】凝縮器７と蒸発器９とは同じ構造のもので
あり、冷媒の循環方向によって凝縮器が蒸発器になった
り或は蒸発器が凝縮器になったりし得るのである。つま
り、第１の熱交換器３は、冷媒回路の冷媒の流れ方向を
変えることで、ブロアファン２によって取り込んだ外気
又は内気の冷却と加熱の両方を行える。

【００１６】冷媒回路のコンプレッサ６は、そのモータ
を電動で駆動するようにしてあり、駆動源としてはバッ
テリーを使用することができる。前記ブロアファン２も
電動式とすることが好ましい。

【００１７】前記第２の熱交換器４は、図３（ａ）のよ
うにエンジン１１及びラジエータ１２に接続して閉回路
が構成され、そのラジエータ１２の冷却水がポンプ１３
を介して循環される。ラジエータ１２の冷却水は、走行
中にエンジン１１を冷却することで加熱され、この加熱
された冷却水がポンプ１３により第２の熱交換器４に送
り込まれる。従って、第２の熱交換器４は第１の熱交換
器３を通過した外気又は内気を加熱することができる。
加熱の度合いは、バルブ１４により冷却水の流量を調節
することで行える。第２の熱交換器４に供給されない冷
却水は、バイパスを通ってラジエータ１２に戻される。
図３（ｂ）のようにポンプ１３がエンジン１１とラジエ
ータ１２との間に設けられ、バイパスにサーモスタット
Ｓが設けられて回路にバルブ１４が設けられていない構
成の場合もある。この場合では、第２の熱交換器４の加
熱度合いはバルブによらずに、前記エアミックスダンパ
５の位置調整により行う。

【００１８】前記エアミックスダンパ５は、支軸５ａを
中心としてほぼ１８０度の範囲内で回転できるように構
成され、第１の熱交換器３を通過した外気又は内気の流
れ方向を制御できるようにしてある。即ち、エアミック
スダンパ５が図１のＰ位置にある場合には、第１の熱交
換器３を通過した外気又は内気はすべて第２の熱交換器
４に導入され、Ｑ位置にある場合には、すべて第２の熱
交換器４に導入されずに通り、Ｒ位置にある場合には、
第２の熱交換器４に導入されるものと導入されないもの
とに分流され、それ以外の位置の場合には分流の割合が
変化する。

【００１９】このように構成された自動車用空調システ
ムは、前記第１の熱交換器３の冷却又は加熱作用と、第
２の熱交換器４の加熱作用と、エアミックスダンパ５の
位置とを組み合わせることで種々のモードで運転させる
ことが可能である。

【００２０】モード１：最大暖房モード この最大暖房モードでは、第１の熱交換器３を加熱運転
（ＨＯＴ）し、第２の熱交換器４も加熱運転（ＨＯＴ）
させる。エアミックスダンパ５はＰ位置とする。この場
合、空調ダクト１の吸込口１ａから吸い込まれた外気又
は内気は、第１の熱交換器３で加熱されると共に、通過
後に全量が第２の熱交換器４で加熱される。従って、２
段構えの加熱によって暖められた暖気を吹出口１ｂから
吹き出すことで車内を最大に暖房することができる。温
度調整は、エアミックスダンパ５をＰ位置からＲ位置側
に所定角度変えることで、又はバルブ１４の開度或はコ
ンプレッサ６の運転周波数を変えることで容易に行え
る。

【００２１】モード２：通常暖房モード この通常暖房モードでは、第１の熱交換器３を非運転
（ＯＦＦ）とし、第２の熱交換器４を加熱運転（ＨＯ
Ｔ）させる。エアミックスダンパ５はＰ位置とする。こ
の場合、空調ダクト１の吸込口１ａから吸い込まれた外
気又は内気は、そのまま第１の熱交換器３を通過して全
量が第２の熱交換器４により加熱される。従って、第２
の熱交換器４のみの加熱によって車内を通常に暖房する
ことができる。前記のようにエアミックスダンパ５をＰ
位置からＲ位置側に所定角度変えることで、又はバルブ
１４の開度或はコンプレッサ６の運転周波数を変えるこ
とで容易に温度調節することができる。

【００２２】モード３：除湿モード この除湿モードでは、第１の熱交換器３を冷却運転（Ｃ
ＯＯＬ）し、第２の熱交換器４を加熱運転（ＨＯＴ）さ
せる。エアミックスダンパ５はＰ位置とする。この場
合、空調ダクト１の吸込口１ａから吸い込まれた外気又
は内気は、第１の熱交換器３で冷却されて水分が除湿さ
れ、次いで第２の熱交換器４で加熱される。この際の温
度調整は、前記のようにバルブ１４により冷却水の流量
を調節することで容易に行える。又、除湿量はコンプレ
ッサ６の運転周波数を変えることで行える。前記エアミ
ックスダンパ５の角度調整を併用することも可能であ
る。

【００２３】モード４：冷房モード この冷房モードでは、第１の熱交換器３を冷却運転（Ｃ
ＯＯＬ）し、第２の熱交換器４は非運転（ＯＦＦ）とす
る。エアミックスダンパ５はＱ位置とする。この場合、
空調ダクト１の吸込口１ａから吸い込まれた外気又は内
気は、第１の熱交換器３で冷却されて水分が除湿され、
その冷気の全量が吹出口１ｂから吹き出されることで車
内を最大に冷房することができる。尚、第２の熱交換器
４を弱い加熱運転（ＨＯＴ）とし、エアミックスダンパ
５をＱ位置から少しＲ位置側に移動させれば、冷気の一
部を第２の熱交換器４を通過させることで、又はコンプ
レッサ６の運転周波数を変化させることで温度調節を行
うことが可能である。第２の熱交換器４の非運転時に
は、前記バルブ１４を閉じラジエータ冷却水をバイパス
に通してラジエータ１２に戻す。

【００２４】モード５：送風モード この送風モードでは、第１の熱交換器３を非運転（ＯＦ
Ｆ）とし、第２の熱交換器４も非運転（ＯＦＦ）とす
る。エアミックスダンパ５はＲ位置とする。この場合、
空調ダクト１の吸込口１ａから吸い込まれた外気又は内
気は、そのまま吹出口１ｂから車内に吹き出される。

【００２５】モード６：駐停車時冷暖房モード この駐停車時冷暖房モードでは、第１の熱交換器３を冷
却又は加熱運転（ＣＯＯＬ／ＨＯＴ）させる。この時、
エンジンストップのため第２の熱交換器４は非運転（Ｏ
ＦＦ）状態になる。エアミックスダンパ５はＲ位置とす
る。この場合、空調ダクト１の吸込口１ａから吸い込ま
れた外気又は内気は、第１の熱交換器３により冷却又は
加熱されて吹出口１ｂから車内に吹き出される。従っ
て、駐停車時にも車内を冷房又は暖房することができ
る。

【００２６】これらのモードを一覧表にすると表１のよ
うになる。これらのモードはマニュアル又は自動制御で
選択可能とすることが好ましい。

【００２７】

【表１】

【００２８】本発明の自動車用空調システムを前記アイ
ドリングストップ車に搭載すると、赤信号での停車時や
車両混雑時での断続的な停車時或は駐車時にエンジンが
停止しても、電動式の第１の熱交換器３及びブロアファ
ン２は運転状態を保持する。このため、アイドリングス
トップ車においては、エンジンが停止しても第１の熱交
換器３により車内の冷房又は暖房が適正に行われる。従
来のようにエンジン停止によって冷暖房が止まることは
ない。

【００２９】本発明の自動車用空調システムを前記ハイ
ブリッド車に搭載すると、走行中に発電した電力によっ
て第１の熱交換器３及びブロアファン２を駆動できるた
め、バッテリーの負担を軽減させることができる。この
ハイブリッド車においても、エンジンが停止しても第１
の熱交換器３により車内の冷房又は暖房が適正に行わ
れ、従来のようにエンジン停止によって冷暖房が止まる
ことはない。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の自動車用
空調システム及びその運転方法によれば、第１の熱交換
器は冷却と加熱とを両方できる構成とし、しかもコンプ
レッサを電動式とすることで、この第１の熱交換器とラ
ジエータの冷却水を利用して加熱する第２の熱交換器及
びエアミックスダンパとの組み合わせにより、従来存在
しない２段構えの最大暖房が可能になると共に、目的に
応じて各種の空調モードが選択可能になる等の優れた効
果が得られる。又、エンジン停止時に第１の熱交換器が
停止しないことから、本発明の自動車用空調システムを
アイドリングストップ車に搭載すると、駐停車時にも車
内が適正に冷暖房されて好適である。更に、本発明の自
動車用空調システムをハイブリッド車に搭載すると、走
行中に発電した電力で第１の熱交換器を作動できるため
バッテリーに大きな負荷が掛からず、且つ高いエンジン
効率で発生熱量が少ない時にも十分対応することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る自動車用空調システムの実施形態
を示す略示説明図

【図２】第１の熱交換器を含む冷媒回路の説明図

【図３】（ａ）、（ｂ）はいずれも第２の熱交換器を含
む加熱回路の説明図

【図４】従来の自動車用空調システムを例示するもの
で、（ａ）はフルオート・エアコン方式、（ｂ）はリヒ
ート方式、（ｃ）はヒータ・クーラ切替方式のそれぞれ
略示説明図

【符号の説明】

１…空調ダクト １ａ…吸込口 １ｂ…吹出口 ２…ブロアファン ３…第１の熱交換器 ４…第２の熱交換器 ５…エアミックスダンパ ６…コンプレッサ ７…凝縮器 ８…膨張弁 ９…蒸発器 １０…四方弁 １１…エンジン １２…ラジエータ １３…ポンプ １４…バルブ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】空調ダクト内に第１の熱交換器を配設する
   と共に、この第１の熱交換器の後方に第２の熱交換器を
   配設し、ブロアファンを前記第１の熱交換器の前方であ
   って空調ダクトの吸込側又は第２の熱交換器の後方であ
   って空調ダクトの吹出側或は第１の熱交換器と第２の熱
   交換器との中間に設け、前記第２の熱交換器の直前にエ
   アミックスダンパを設けてなる自動車用空調システム。
2. 【請求項２】前記第１の熱交換器は冷媒回路に接続さ
   れ、冷却と加熱との両方を切り替えて行い、この冷媒回
   路のコンプレッサは電動式であり、第２の熱交換器はエ
   ンジン及びラジエータに接続され、ラジエータの冷却水
   を循環させて加熱のみを行う請求項１記載の自動車用空
   調システム。
3. 【請求項３】請求項１又は２の自動車用空調システムに
   おいて、前記第１の熱交換器で加熱した暖気を、前記エ
   アミックスダンパの切り替えによって第２の熱交換器に
   導入し、ここで更に加熱して吹き出す自動車用空調シス
   テムの運転方法。
4. 【請求項４】請求項１又は２の自動車用空調システムに
   おいて、前記第１の熱交換器を加熱運転し、この暖気を
   第２の熱交換器に導入して更に加熱する最大暖房モード
   と、第１の熱交換器を停止し、第２の熱交換器のみで加
   熱する通常暖房モードと、第１の熱交換器を冷却運転
   し、この冷気を第２の熱交換器に導入して加熱する除湿
   モードと、第１の熱交換器を冷却運転し、この冷気を第
   ２の熱交換器に導入せずに吹き出す冷房モードと、第１
   の熱交換器及び第２の熱交換器を停止し、前記ブロアフ
   ァンにより取り込んだ外気又は内気をそのまま吹き出す
   送風モードと、第１の熱交換器を冷却又は加熱運転し、
   この冷気又は暖気を吹き出す駐停車時冷暖房モードとの
   いずれかのモードを選択可能とした自動車用空調システ
   ムの運転方法。