JP2003326960A - 車両用ヒートポンプ式空調装置 - Google Patents

車両用ヒートポンプ式空調装置

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Abstract

(57)【要約】 【解決手段】 室外熱交換器24を、エンジンルーム3
1内のエンジン11の前方に配置するとともに冷房時に
放熱器として作動する第1室外熱交換器12と、エンジ
ンルーム31内のエンジン11の近傍に配置するととも
にエンジン11の熱を利用して暖房時に吸熱器として作
動する第2室外熱交換器13との2基で構成した。 【効果】 エンジンの熱を利用して暖房時に第2室外熱
交換器を吸熱器として作動させるため、外気温が低くし
かも高速で走行している場合でも、第2室外熱交換器に
着霜するのを防止することができる。従って、エンジン
廃熱を効率良く吸収することができ、暖房能力を高めて
室内を効果的に暖房することができる。また、冷房につ
いても、第1室外熱交換器にて従来と同様に行うことが
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、外気温が低くしか
も車速が高い場合でも、暖房能力を高め、車室内を効果
的に暖房する車両用ヒートポンプ式空調装置に関する。
【0002】
【従来の技術】車両用ヒートポンプ式空調装置として
は、例えば、特開昭60−76414号公報「車両用空
調装置」が知られている。同公報の第1図を以下の図8
で説明する。なお、符号は振直した。
【0003】図8は従来のヒートポンプ式空調装置の説
明図であり、空調装置は、サブエンジン101により駆
動されるコンプレッサ102と、暖房時にコンプレッサ
102から四方弁103を介して流れた高温高圧の冷媒
ガスから放熱及び凝縮させるための室内側熱交換器10
4と、この室内側熱交換器104にレシーバ105を介
して接続した暖房用膨張弁106と、この暖房用膨張弁
106で絞られて膨張した冷媒ガスを蒸発させ吸熱する
ための室外側熱交換器107とからなり、冷媒ガスは室
外側熱交換器107から四方弁103を介してコンプレ
ッサ102に戻る。
【0004】また、サブエンジン101は、その駆動軸
にギヤユニット111を介してラジエータ用ファン11
2を取付けたものであり、ギヤユニット111のギヤの
噛み合いを変更することにより、ラジエータ用ファン1
12の回転方向を正方向、逆方向に切換える。即ち、外
気温が低くて暖房能力が不足する場合には、通常、空気
が矢印Aの方向に流れるのをギヤユニット111でラジ
エータ用ファン112の回転方向を切換えて空気を矢印
Bの方向へ流すことで、エンジン回りで暖められた空気
を室外側熱交換器107へ導き、この室外側熱交換器1
07で効果的に吸熱できるようにする。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上記空調装置では、車
両が高速で走行する場合には、ラジエータ用ファン11
2による矢印Bの向きの空気の流れが走行風によって打
ち消され、エンジン回りの暖められた空気を室外側熱交
換器107に供給することができなくなり、吸熱が効果
的に行われなくなって、暖房能力が低下する。
【0006】そこで、本発明の目的は、車両用ヒートポ
ンプ式空調装置を改良することで、外気温が低くしかも
車速が高い場合でも、暖房能力を高め、車室内を効果的
に暖房することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に請求項1は、車室内に配置した室内熱交換器と、エン
ジンルーム内に配置した室外熱交換器と、これらの室内
熱交換器及び室外熱交換器を接続するとともに冷媒を封
入した冷媒通路と、この冷媒通路内の冷媒蒸気を圧縮す
る圧縮機とを備え、冷媒の流れる方向を切換えることで
車室内の暖房及び冷房を行う車両用ヒートポンプ式空調
装置において、室外熱交換器を、エンジンルーム内のエ
ンジン前方に配置するとともに冷房時に放熱器として作
動する第1室外熱交換器と、エンジンルーム内のエンジ
ンの近傍に配置するとともにエンジンの熱を利用して暖
房時に吸熱器として作動する第2室外熱交換器との2基
で構成したことを特徴とする。
【0008】エンジンの熱を利用して暖房時に第2室外
熱交換器を吸熱器として作動させるため、外気温が低く
しかも高速で走行している場合でも、第2室外熱交換器
に着霜するのを防止することができる。従って、エンジ
ン廃熱を効率良く吸収することができ、暖房能力を高め
て室内を効果的に暖房することができる。また、冷房に
ついても、第1室外熱交換器にて従来と同様に行うこと
ができる。
【0009】請求項2は、第2室外熱交換器に、エンジ
ンルーム内の空気を導入するファンを備えることを特徴
とする。エンジンルーム内の暖まった空気をファンで第
2室外熱交換器へ強制的に導くことができ、エンジンル
ーム内の第2室外熱交換器の設置場所の自由度を増すこ
とができ、また、暖房効果を高めることができる。
【0010】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を添付図に基
づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見る
ものとする。図1は本発明に係るヒートポンプ式空調装
置の系統図であり、ヒートポンプ式空調装置10(以
下、単に「空調装置10」と記す。)は、エンジンルー
ム内におけるエンジン11の前方に配置した第1室外熱
交換器12と、同じくエンジンルーム内におけるエンジ
ン11の後方に配置した第2室外熱交換器13と、第1
室外熱交換器12には直接に接続するとともに第2室外
熱交換器13には一方向弁14を介して接続した4方弁
15と、車室内に配置し且つ一端を4方弁15に接続す
るとともに他端を第1室外熱交換器12に一方向弁16
及び電磁弁17を介して接続し更に第2室外熱交換器1
3には膨張弁18及び電磁弁17を介して接続した室内
熱交換器21と、冷媒の吐出側及び吸入側を共に4方弁
15に接続したコンプレッサ(圧縮機)22とからな
り、上記各構成部材を冷媒通路10A〜10H、10J
で接続し、冷媒を循環させる。上記の空調装置10で
は、熱を低熱源から高熱源へ汲み上げるため、ヒートポ
ンプ式と呼ばれる。
【0011】ここで、10Kは冷媒通路10A,10
G,10Hの接続部、10Lは冷媒通路10E,10
F,10Jの接続部、23は4方弁15に付属するパイ
ロット弁である。上記した第1室外熱交換器12と第2
室外熱交換器13とは、室外熱交換器24を構成するも
のである。
【0012】第1室外熱交換器12は、車室内を冷房す
るときに、内部を通過する高温高圧の冷媒ガスから放熱
させて冷却し、液化させる、即ち、コンデンサ(凝縮
器)として作動するものである。
【0013】第2室外熱交換器13は、車室内を暖房す
るときに、吸熱することで内部を通過する冷媒ガスを気
化させ膨張させる、即ち、エバポレータ(蒸発器)とし
て作動するものである。
【0014】4方弁15は、パイロット弁23により冷
媒ガスの流路を変更することによって、暖房と冷房とを
切換えるものである。詳細は後述する。電磁弁17は、
冷媒の流路を絞ることで膨張弁の役目をする、又は流路
を全開にすることで膨張弁の機能を停止させるものであ
り、車室内を暖房するときには全開とし、車室内を冷房
するときには膨張弁として第1室外熱交換器12を通過
した液状の冷媒を膨張させて低温低圧の霧状の冷媒にし
て室内熱交換器21に供給する。
【0015】膨張弁18は、車室内を暖房するときに、
室内熱交換器21を通過した液状の冷媒を膨張させて低
温低圧の霧状の冷媒にして第2室外熱交換器13に供給
する。
【0016】室内熱交換器21は、車室内を暖房すると
きに、内部を通過する高温高圧の冷媒ガスから放熱させ
て冷却し、液化させる、即ち、コンデンサとして作動
し、車室内を冷房するときに、吸熱する(車室内を冷却
する。)ことで内部を通過する冷媒ガスを気化させ膨張
させる、即ち、エバポレータとして作動するものであ
る。コンプレッサ22は、冷媒ガスを圧縮し、高温高圧
の状態にするものである。
【0017】図2は本発明に係る空調装置を搭載した車
両の側面図であり、エンジンルーム31内にエンジン1
1を配置し、このエンジン11の前方にラジエータ32
及びラジエータ32用のファン33を配置し、更に、ラ
ジエータ32の前方に第1室外熱交換器12を配置し、
エンジン11の後方に第2室外熱交換器13及びこの第
2室外熱交換器13用のファン34を配置し、第1室外
熱交換器12の一端にコンプレッサ22を介して室内側
空調ユニット36内に設けた室内熱交換器21の一端を
接続するとともに、第1室外熱交換器12の他端に膨張
弁18を介して室内熱交換器21の他端を接続し、室内
熱交換器21の前方にファン37を配置し、第1室外熱
交換器12に並列に第2室外熱交換器13を接続し、エ
ンジン11の冷却水通路38,41とラジエータ32と
を冷却水配管42,43で接続し、冷却水通路38,4
1と室内側空調ユニット36に設けた暖房用熱交換器4
4とを暖房用配管45,46で接続したことを示す。
【0018】ここで、48は暖房用配管45に介設した
ウォータバルブ、51は室内側空調ユニット36内に設
けたエアミックスダンパー、52〜54は室内側空調ユ
ニット36の車室56側に設けた吹出口、57はエンジ
ンルーム31と車室56とを隔てる隔壁である。
【0019】以上に述べた空調装置10の作用を次に説
明する。図3は本発明に係る空調装置の暖房時の作用を
示す作用図である。コンプレッサ22を作動させると、
矢印で示すように、コンプレッサ22から4方弁15を
介して室内熱交換器21へ高温高圧のガス状の冷媒が流
れ、室内熱交換器21から放熱する。これにより、車室
内の暖房を行うことができる。
【0020】そして、ガス状の冷媒は温度が低下して液
化し、この後、全開となった電磁弁17を通過し、次に
膨張弁18を通過する際に膨張して圧力及び温度が低下
して霧状の冷媒となり、第2室外熱交換器13を通過す
る。このとき、冷媒は外気、即ち、エンジン11で暖め
られた空気から吸熱して気化する。第2室外熱交換器1
3を通過したガス状の冷媒は、一方向弁14及び4方弁
15を介してコンプレッサ22に戻り、上記したサイク
ルを繰り返えす。
【0021】図4は本発明に係る空調装置の冷房時の作
用を示す作用図である。コンプレッサ22を作動させる
と、矢印で示すように、コンプレッサ22から4方弁1
5を介して第1室外熱交換器12に高温高圧のガス状の
冷媒が流れ、第1室外熱交換器12から放熱する。
【0022】第1室外熱交換器12を通過したガス状の
冷媒は温度が低下して液化し、この後、一方向弁16を
通過し、更に、流路を絞ることで膨張弁の役目をする電
磁弁17を通過する。このとき、液状の冷媒は膨張して
圧力及び温度が低下して霧状の冷媒となって室内熱交換
器21を通過する。このとき、冷媒は車室内の空気から
吸熱して気化する。これにより、車室内の空気を冷却
し、車室内の冷房を行うことができる。この後、ガス状
の冷媒は、4方弁15を介してコンプレッサ22に戻
り、上記したサイクルを繰り返えす。
【0023】図5(a),(b)は本発明に係る空調装
置の4方弁の作用を示す作用図であり、(a)は暖房
時、(b)は冷房時の作用を示す。(a)において、4
方弁15は、弁ケース61と、この弁ケース61内に移
動可能に挿入した弁本体62とからなる。
【0024】弁ケース61は、冷媒を吸入する吸入口6
4と、冷媒を吐出又は通過させる第1通口65、第2通
口66及び第3通口67と、弁本体62を移動させるた
めの負圧を作用させる第1吸引口71及び第2吸引口7
2とを備える。
【0025】第2通口66は、パイロット弁23に第1
管路74で接続した部分である。第1吸引口71及び第
2吸引口72は、それぞれ第2管路75、第3管路76
でパイロット弁23に接続した部分である。
【0026】弁本体62は、常時、吸入口64に臨むよ
うに長手方向に延ばして形成した第1共通溝78と、こ
の第1共通溝78の各端部から長手方向に直交するよう
に開けた第1横孔81及び第2横孔82と、これらの第
1横孔81及び第2横孔82から弁本体62の端面に貫
通させた第1貫通孔83及び第2貫通孔84と、第1通
口65と第2通口66とに臨む又は第2通口66と第3
通口67とに選択的に臨む第2共通溝85とを備える。
【0027】パイロット弁23は、シリンダ87と、こ
のシリンダ87内に移動可能に挿入したプランジャ88
と、このプランジャ88を移動させるためにシリンダ8
7の一端部に取付けたソレノイド91と、プランジャ8
8をソレノイド91から離れる方向へ弾性力を発生させ
る第1スプリング92と、プランジャ88をソレノイド
91へ近づく方向へ弾性力を発生させる第2スプリング
93とからなる。
【0028】シリンダ87は、側面に順に第1ポート9
5、第2ポート96及び第3ポート97を備え、第1ポ
ート95は第2管路75に接続し、第2ポート96は第
1管路74に接続し、第3ポート97は第3管路76に
接続する。プランジャ88は、先端近傍の部分を小径に
形成することで、上記した第1ポート95〜第3ポート
97での冷媒の流路を切換える部材であり、第1ポート
95を開閉する第1テーパ部98と、第3ポート97を
開閉する第2テーパ部99とを備える。
【0029】以上に述べたパイロット弁23の作用を次
に説明する。ソレノイド91に通電すると、プランジャ
88が白抜き矢印で示すようにソレノイド91側に吸引
され、プランジャ88の第2テーパ部99が第3ポート
97を閉じる。これにより、第1ポート95と第2ポー
ト96とが連通する。
【0030】このとき、第2通口66には冷媒が流れて
いるため、この冷媒の流れによって第1管路74内は負
圧になり、破線で記した矢印の向きに冷媒が流れる、即
ち、冷媒は弁ケース61の第1吸引口71から第2管路
75を通り、第1ポート95、第2ポート96を介して
第1管路74を通って第2通口66に流れるため、弁本
体62は第1吸引口71側に吸引されて移動する。
【0031】この結果、吸入口64と第3通口67とが
連通するとともに、第1通口65と第2通口66とが連
通するため、図3に示したように、冷媒がコンプレッサ
22から室内熱交換器21へ流れるとともに、第2室外
熱交換器13からコンプレッサ22へ流れて、車室内の
暖房を行うことができる。
【0032】(b)において、ソレノイド91への通電
を止めると、プランジャ88は、第1スプリング92の
弾性力によって白抜き矢印で示すようにソレノイド91
から離れる向きに移動し、第1テーパ部98が第1ポー
ト95を閉じる。これにより、第2ポート96と第3ポ
ート97とが連通する。
【0033】このとき、第2通口66には冷媒が流れて
いるため、この冷媒の流れによって第1管路74内は負
圧になり、破線で記した矢印の向きに冷媒が流れる、即
ち、冷媒は弁ケース61の第2吸引口72から第3管路
76を通り、第3ポート97、第2ポート96を介して
第1管路74を通って第2通口66に流れるため、弁本
体62は第2吸引口72側に吸引されて移動する。
【0034】この結果、吸入口64と第1通口65とが
連通するとともに、第2通口66と第3通口67とが連
通するため、図4に示したように、冷媒が、コンプレッ
サ22から第1室外熱交換器12へ流れるとともに、室
内熱交換器21からコンプレッサ22へ流れて、車室内
の冷房を行うことができる。
【0035】図6(a)〜(f)は本発明に係る第2室
外熱交換器及びファンのエンジンルーム内における配置
例を示す側面図である。(a)はエンジン11の後方に
第2室外熱交換器13を配置し、この第2室外熱交換器
13の後方に、エンジン11で暖められた空気を第2室
外熱交換器13に導入するファン34を配置した状態を
示す。(この状態は図2に示した状態である。なお、白
抜き矢印はエンジン11で暖められた空気の流れる方向
を示す。以下同じ。)
【0036】(b)はエンジン11の上方に第2室外熱
交換器13を配置し、この第2室外熱交換器13の上方
にファン34を配置した状態を示す。(c)はエンジン
11の後方斜め上方に第2室外熱交換器13を配置し、
この第2室外熱交換器13の後方斜め上方にファン34
を配置した状態を示す。(d)はエンジン11の上方に
第2室外熱交換器13を配置し、この第2室外熱交換器
13の下方にファン34を配置した状態を示す。
【0037】(e)はエンジン11の下方に第2室外熱
交換器13を配置し、この第2室外熱交換器13の下方
にファン34を配置した状態を示す。(f)はエンジン
11の後方斜め下方に第2室外熱交換器13を配置し、
この第2室外熱交換器13の後方斜め下方にファン34
を配置した状態を示す。
【0038】図7は本発明に係る第2室外熱交換器及び
ファンのエンジンルーム内における他の配置例を示す図
であり、(a)〜(c)は平面図、(d),(e)は正
面図である。(a)はエンジン11の右方斜め後方に第
2室外熱交換器13を配置し、この第2室外熱交換器1
3の右方斜め後方にファン34を配置した状態を示す。
【0039】(b)はエンジン11の右方に第2室外熱
交換器13を配置し、この第2室外熱交換器13の右方
にファン34を配置した状態を示す。(c)はエンジン
11の右方斜め後方で且つ斜め上方を向けて第2室外熱
交換器13を配置し、この第2室外熱交換器13の右方
斜め後方で且つ斜め上方を向けてファン34を配置した
状態を示す。
【0040】(d)はエンジン11の右方斜め上方に第
2室外熱交換器13を配置し、この第2室外熱交換器1
3の右方斜め上方にファン34を配置した状態を示す。
(e)はエンジン11の右方斜め下方に第2室外熱交換
器13を配置し、この第2室外熱交換器13の右方斜め
下方にファン34を配置した状態を示す。
【0041】上記した(a)〜(e)の実施の形態の他
に、(a)〜(e)に示した車体中心線(車幅方向の中
心線である。)CL1,CL2に対して、(a)〜
(e)の第2室外熱交換器13及びファン34と対称な
位置にあるものも本実施の形態に含む。
【0042】以上の図1及び図2で説明したように、本
発明は第1に、車室56内に配置した室内熱交換器21
と、エンジンルーム31内に配置した室外熱交換器24
と、これら室内熱交換器21及び室外熱交換器24を接
続するとともに冷媒を封入した冷媒通路10A〜10
H,10Jと、これらの冷媒通路10A〜10H,10
J内の冷媒蒸気を圧縮するコンプレッサ22とを備え、
冷媒の流れる方向を切換えることで車室56内の暖房及
び冷房を行う車両用ヒートポンプ式空調装置10におい
て、室外熱交換器24を、エンジンルーム31内のエン
ジン11の前方に配置するとともに冷房時に放熱器とし
て作動する第1室外熱交換器12と、エンジンルーム3
1内のエンジン11の近傍に配置するとともにエンジン
11の熱を利用して暖房時に吸熱器として作動する第2
室外熱交換器13との2基で構成したことを特徴とす
る。
【0043】エンジン11の熱を利用して暖房時に第2
室外熱交換器13を吸熱器として作動させるため、外気
温が低くしかも高速で走行している場合でも、第2室外
熱交換器13に着霜するのを防止することができる。従
って、エンジン廃熱を効率良く吸収することができ、暖
房能力を高めて車室56内を効果的に暖房することがで
きる。また、冷房についても、第1室外熱交換器12に
て従来と同様に行うことができる。
【0044】本発明は第2に、第2室外熱交換器13
に、エンジンルーム31内の空気を導入するファン34
を備えることを特徴とする。エンジンルーム31内の暖
まった空気をファン34で第2室外熱交換器13へ強制
的に導くことができ、第2室外熱交換器13をエンジン
ルーム31内の各位置に自由に配置することができて、
エンジンルーム31内の第2室外熱交換器13の設置場
所の自由度を増すことができ、また、暖房効果をも高め
ることができる。
【0045】尚、本発明の実施の形態では、図6(a)
〜(f)及び図7(a)〜(e)において、第2室外熱
交換器13及びファン34の配置例を示したが、これに
限らず、図6の(d)以外の配置例及び図7(a)〜
(e)の配置例では、図6(d)に示したように、ファ
ン34をエンジン11と第2室外熱交換器13との間に
配置してもよい。
【0046】
【発明の効果】本発明は上記構成により次の効果を発揮
する。請求項1の車両用ヒートポンプ式空調装置は、室
外熱交換器を、エンジンルーム内のエンジン前方に配置
するとともに冷房時に放熱器として作動する第1室外熱
交換器と、エンジンルーム内のエンジンの近傍に配置す
るとともにエンジンの熱を利用して暖房時に吸熱器とし
て作動する第2室外熱交換器との2基で構成したので、
エンジンの熱を利用して暖房時に第2室外熱交換器を吸
熱器として作動させるため、外気温が低くしかも高速で
走行している場合でも、第2室外熱交換器に着霜するの
を防止することができる。従って、エンジン廃熱を効率
良く吸収することができ、暖房能力を高めて室内を効果
的に暖房することができる。また、冷房についても、第
1室外熱交換器にて従来と同様に行うことができる。
【0047】請求項2の車両用ヒートポンプ式空調装置
は、第2室外熱交換器に、エンジンルーム内の空気を導
入するファンを備えるので、エンジンルーム内の暖まっ
た空気をファンで第2室外熱交換器へ強制的に導くこと
ができて、エンジンルーム内の第2室外熱交換器の設置
場所の自由度を増すことができ、また、暖房効果を高め
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るヒートポンプ式空調装置の系統図
【図2】本発明に係る空調装置を搭載した車両の側面図
【図3】本発明に係る空調装置の暖房時の作用を示す作
用図
【図4】本発明に係る空調装置の冷房時の作用を示す作
用図
【図5】本発明に係る空調装置の4方弁の作用を示す作
用図
【図6】本発明に係る第2室外熱交換器及びファンのエ
ンジンルーム内における配置例を示す側面図
【図7】本発明に係る第2室外熱交換器及びファンのエ
ンジンルーム内における別の配置例を示す図
【図8】従来のヒートポンプ式空調装置の説明図
【符号の説明】
10…ヒートポンプ式空調装置、10A〜10H,10
J…冷媒通路、11…エンジン、12…第1室外熱交換
器、13…第2室外熱交換器、21…室内熱交換器、2
2…圧縮機(コンプレッサ)、24…室外熱交換器、3
1…エンジンルーム、34…ファン、56…車室。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 車室内に配置した室内熱交換器と、エン
    ジンルーム内に配置した室外熱交換器と、これらの室内
    熱交換器及び室外熱交換器を接続するとともに冷媒を封
    入した冷媒通路と、この冷媒通路内の冷媒蒸気を圧縮す
    る圧縮機とを備え、前記冷媒の流れる方向を切換えるこ
    とで車室内の暖房及び冷房を行う車両用ヒートポンプ式
    空調装置において、 前記室外熱交換器は、エンジンルーム内のエンジン前方
    に配置するとともに冷房時に放熱器として作動する第1
    室外熱交換器と、エンジンルーム内のエンジンの近傍に
    配置するとともにエンジンの熱を利用して暖房時に吸熱
    器として作動する第2室外熱交換器との2基で構成した
    ことを特徴とする車両用ヒートポンプ式空調装置。
  2. 【請求項2】 前記第2室外熱交換器は、エンジンルー
    ム内の空気を導入するファンを備えることを特徴とする
    請求項1記載の車両用ヒートポンプ式空調装置。
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