JP2004098974A

JP2004098974A - 車両用空調装置

Info

Publication number: JP2004098974A
Application number: JP2002266949A
Authority: JP
Inventors: Hirohide Shindo; 進藤　寛英; Koji Ito; 伊藤　功治; Takahiro Tokunaga; 徳永　孝宏; Yoshihiko Okumura; 奥村　佳彦
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2002-09-12
Filing date: 2002-09-12
Publication date: 2004-04-02
Anticipated expiration: 2022-09-12
Also published as: JP3941638B2

Abstract

【課題】ヒータ以外に、２つの室内熱交換器を備える空調装置において、送風時の圧力損失を低減する。
【解決手段】ヒータ４の上側に設けられたバイパス通路５に第２室内熱交換器１２を配置する。これにより、第１、２室内熱交換器１１、１２及びヒータ４の３つの熱交換器が空気流れに対して直列に並ぶことはないので、送風時の圧力損失を特許文献１に比べて小さくすることができ、車両用空調装置の空調能力を向上させることができる。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、走行用の駆動源として、内燃機関（エンジン）、電動モータ、又は内燃機関と電動モータとを併用する車両の空調装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
走行用エンジンの廃熱（冷却水）を熱源として室内に吹き出す空気を加熱するヒータ、及び蒸気圧縮式冷凍機内を循環する冷媒と室内に吹き出す空気とを熱交換する第１、２室内熱交換器を備える車両用空調装置において、従来では、図９に示すように、ヒータ４の空気流れ上流側に第１、２室内熱交換器１１、１２を空気流れに対して直列に配置していた（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平９−２６３１２１号
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特許文献１に記載の発明では、例えば、最大暖房運転時においては、全ての空気が第１、２室内熱交換器及びヒータの３つの熱交換器を通過せざるを得ないので、送風時の圧力損失、つまり通風抵抗が増大してしまい、十分な暖房能力を得ることができないおそれが高い。
【０００５】
本発明は、上記点に鑑み、第１には、従来と異なる新規な車両用空調装置を提供し、第２には、送風時の圧力損失を低減することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明では、車両で発生する廃熱を熱源として室内に吹き出す空気を加熱するヒータ（４）と、ヒータ（４）を収納するとともに、ヒータ（４）を迂回させて室内に吹き出す空気を下流側に流すバイパス通路（５）が設けられた空調ケーシング（１）と、低温側の熱を高温側に移動させる蒸気圧縮式冷凍機（１０）内を循環する冷媒と空調ケーシング（１）内を流れる空気とを熱交換する第１、２室内熱交換器（１１、１２）と、バイパス通路（５）を流れる風量とヒータ（４）を通過する風量とを調節するエアミックスドア（６）とを備え、第２室内熱交換器（１２）は、バイパス通路（５）内に配置されていることを特徴とする。
【０００７】
これにより、第１、２室内熱交換器（１１、１２）及びヒータ（４）の３つの熱交換器が空気流れに対して直列に並ぶことはない。したがって、送風時の圧力損失を特許文献１に比べて小さくすることができるので、車両用空調装置の空調能力を向上させることができる。
【０００８】
請求項２に記載の発明では、バイパス通路（５）は、ヒータ（４）の上方側に設けられていることを特徴とする。
【０００９】
これにより、第１室内熱交換器（１１）及び第２室内熱交換器（１２）の両者で冷却された空気を容易に室内上方側に吹き出すことができる。
【００１０】
請求項３に記載の発明では、バイパス通路（５）及びヒータ（４）に空気が流れ得る状態として、第２室内熱交換器（１２）に高温の冷媒を流す補助暖房運転モードを備えることを特徴とするものである。
【００１１】
請求項４に記載の発明では、ヒータ（４）に空気が流れることを阻止した状態で、第１、２室内熱交換器（１１、１２）に低温の冷媒を流す急速冷房運転モードを備えることを特徴とするものである。
【００１２】
請求項５に記載の発明では、第２室内熱交換器（１２）内に冷媒が循環することを停止させた状態で、バイパス通路（５）を流れる風量とヒータ（４）を通過する風量とを調節する温度調節運転モードを備えることを特徴とするものである。
【００１３】
請求項６に記載の発明では、蒸気圧縮式冷凍機（１０）の冷媒として二酸化炭素が用いられていることを特徴とするものである。
【００１４】
因みに、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
図１は本実施形態に係る車両用空調装置の模式図であり、空調ケーシング１は室内に吹き出す空気の通路を構成するダクト手段であり、この空調ケーシング１の最上流部位には、送風機２及び空調ケーシング１内に導入する室内空気量及び室外空気量を調節する内外気切替ユニット３が設けられている。
【００１６】
空調ケーシング１内のうち、送風機２の空気流れ下流側には、蒸気圧縮式冷凍機１０内を循環する冷媒と空調ケーシング１内を流れる空気とを熱交換する第１、２室内熱交換器１１、１２、及び走行用エンジンの廃熱（本実施形態では、エンジンの冷却水）を熱源として室内に吹き出す空気を加熱するヒータ４等が収納されている。なお、蒸気圧縮式冷凍機１０の詳細は後述する。
【００１７】
そして、第１室内熱交換器１１は、第２室内熱交換器１２及びヒータ４より空気流れ上流側に設置されているとともに、送風機２から送風された空気の全量が通過するように空調ケーシング１内に配置されている。
【００１８】
また、空調ケーシング１内のうちヒータ４の上方側には、第１室内熱交換器１１を通過した空気をヒータ４を迂回させて下流側に流すバイパス通路５が設けられており、このバイパス通路５に第２室内熱交換器１２が配置されている。
【００１９】
そして、ヒータ４及び第２室内熱交換器１２の空気流れ上流側には、バイパス通路５を流れる風量とヒータ４を通過する風量との風量割合を調節するエアミックスドア６が設けられ、一方、ヒータ４及び第２室内熱交換器１２の空気流れ下流側には、室内に下方側に空気を吹き出すためのフット開口部７、乗員の上半身側に空気を吹き出すためのフェイス開口部８、及び窓ガラスに向けて空気を吹き出すためのデフロスタ開口部９が設けられている。
【００２０】
そして、吹出モードドア７ａ、８ａ、９ａにより各開口部７〜９が開閉制御されて、乗員の足下に空気を吹き出すフットモード、乗員の上半身に空気を吹き出すフェイスモード、及び窓ガラスに向けて空気を吹き出すデフロスタモード等が切替選択される。
【００２１】
なお、通常の空調ケーシング１では、、バイパス通路５からフェイス開口部８に至る空気通路を略直線的に設定することにより、フェイスモード時に風量が低下することを防止している。
【００２２】
次に、蒸気圧縮式冷凍機１０（一点鎖線で囲まれた部分）について述べる。
【００２３】
蒸気圧縮式冷凍機とは、外部からエネルギを与えることにより低温側の熱を高温側に移動させるもので、圧縮機１３は冷媒を吸入圧縮するものである。
【００２４】
なお、本実施形態では、圧縮機１３は走行用の駆動源から動力を得て稼動するが、圧縮機１３専用の駆動源（例えば、電動モータ等）から動力を得て稼動するものであってもよい。
【００２５】
室外熱交換器１４は冷媒と室外空気とを熱交換する熱交換器であり、内部熱交換器１５は圧縮機１３に吸入される低圧冷媒と減圧される前の高圧冷媒とを熱交換するものである。
【００２６】
アキュムレータ１６は蒸気圧縮式冷凍機１０内を循環する冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離して余剰冷媒を液相冷媒として蓄える気液分離器であり、本実施形態では、低圧側に配置されて気相冷媒を圧縮機１３の吸入側に供給する。
【００２７】
第１、２冷房用減圧器１７、１８及び暖房用減圧器１９は、冷却された高圧冷媒を等エンタルピ的に減圧膨脹させる膨脹弁であり、開閉バルブ２０〜２２は冷媒通路を開閉する弁であり、逆止弁２３、２４は冷媒が一方向にのみ流通することを許容する弁であり、四方弁２５は圧縮機１３から吐出した冷媒を第２室内熱交換器１２側に流す場合と室外熱交換器１４に流す場合とを切り換えるバルブである。
【００２８】
なお、第１、２冷房用減圧器１７、１８及び暖房用減圧器１９は、電気式、機械式又は固定絞り等、その形式は問わない。
【００２９】
次に、本実施形態係る車両用空調装置の特徴的に作動を述べる。
【００３０】
１．急速冷房運転モード（図２参照）
このモードは、エアミックスドア６によりヒータ４側の空気通路を閉じた状態で、第１室内熱交換器１１及び第２室内熱交換器１２の両者にて室内に吹き出す空気を冷却するものである。
【００３１】
なお、本実施形態では、全自動式の空調装置を採用しているため、吹出モードが自動的にフェイスモードに切り替わる。また、本実施形態では、ヒータ４への通水を制御するウォータバルブ（図示せず。）を有しているため、ウォータバルブを閉じてヒータ４への通水を停止し、ヒータ４からの輻射熱により空気が加熱されることを防止する。
【００３２】
ここで、蒸気圧縮式冷凍機１０内の冷媒は、圧縮機１３→室外熱交換器１４→内部熱交換器１５→第２冷房用減圧器１８→第２室内熱交換器１２→第１冷房用減圧器１７→第１室内熱交換器１１→アキュムレータ１６→内部熱交換器１５→圧縮機１３の順に循環する。
【００３３】
そして、減圧されて低圧となった冷媒は、第１、２室内熱交換器１１、１２にて室内に吹き出す空気から吸熱して蒸発して室内に吹き出す空気を冷却し、室外熱交換器１４にて室内に吹き出す空気から吸熱した熱を室外空気中に放出する。
【００３４】
因みに、本実施形態では、冷媒を二酸化炭素として、高圧側の冷媒圧力を臨界圧力以上としているので、高圧側熱交換器（このモードでは、室外熱交換器１４）内で冷媒は、凝縮することなく、温度を低下させながらエンタルピを低下させる。
【００３５】
なお、第２室内熱交換器１２は、第１室内熱交換器１１にて冷却された空気を再度冷却するので、理想的には、第２室内熱交換器１２内の蒸発温度を第１室内熱交換器１１内の蒸発温度より低下させる、つまり第２室内熱交換器１２内の圧力を第１室内熱交換器１１内の圧力より低下させる必要があるが、本実施形態では、第１室内熱交換器１１を流出した冷媒を第１冷房用減圧器１７で再度減圧するので、第１室内熱交換器１１内の温度が第２室内熱交換器１２内の温度より低下してしまう。
【００３６】
しかし、急速冷房運転時には、通常、第２室内熱交換器１２に流入する空気の温度は、第１室内熱交換器１１内の蒸発温度より高いので、本実施形態のように冷媒を循環させても実用上問題ない。
【００３７】
２．定常運転モード（図３参照）
この運転モードは、室内の空気温度が乗員の希望温度に近づき、室内空気温度が比較的に安定している場合に実行される運転モードである。
【００３８】
具体的には、第２室内熱交換器１２に冷媒を循環させることなく、ヒータ４に温水を循環させながら、第１室内熱交換器１１のみに冷媒を循環させながらエアミックスドア６の開度、つまりバイパス通路５を流れる風量とヒータ４を通過する風量との風量割合を調節する。
【００３９】
なお、冷媒は、圧縮機１３→室外熱交換器１４→内部熱交換器１５→第１冷房用減圧器１７→第１室内熱交換器１１→アキュムレータ１６→内部熱交換器１５→圧縮機１３の順に循環し、減圧されて低圧となった冷媒は、第１室内熱交換器１１にて室内に吹き出す空気から吸熱して蒸発して室内に吹き出す空気を冷却し、室外熱交換器１４にて室内に吹き出す空気から吸熱した熱を室外空気中に放出する。
【００４０】
３．急速暖房運転モード（図４参照）
このモードは、エンジン冷却水（温水）の温度が低く、室内に吹き出す空気を十分に加熱することができない場合に行われる運転モードである。
【００４１】
具体的には、エアミックスドア６によりヒータ４側の空気通路を閉じた状態で、圧縮機１３から吐出した高温の冷媒（ホットガス）を第２室内熱交換器１２に供給するものである。
【００４２】
なお、冷媒は、圧縮機１３→第２室内熱交換器１２→内部熱交換器１５→暖房用減圧器１９→室外熱交換器１４→アキュムレータ１６→内部熱交換器１５→圧縮機１３の順に循環し、減圧されて低圧となった冷媒は、室外熱交換器１４にて外気から吸熱して蒸発し、その吸熱した熱及び圧縮機１３の仕事量に相当する熱を室内に吹き出す空気に放熱して室内に吹き出す空気加熱する。
【００４３】
因みに、本実施形態では、逆止弁２３によってホットガスを第２室内熱交換器１２の耐圧強度以下まで減圧している。
【００４４】
４．補助暖房運転モード（図５参照）
このモードは、室内に吹き出す空気の除湿を行いながら室内に吹き出す空気を加熱するモードである。
【００４５】
具体的には、ヒータ４側の空気通路及びバイパス通路５、つまり第２室内熱交換器１２側の両者に空気を流れ得る状態として、ヒータ４に温水を循環させるとともに、第２室内熱交換器１２にホットガスを流し、かつ、第１室内熱交換器１１に減圧された冷媒を流すものである。
【００４６】
したがって、第１室内熱交換器１１にて冷却除湿された空気が、ヒータ４及び第２室内熱交換器１２にて加熱されて室内に吹き出す。
【００４７】
なお、冷媒は、圧縮機１３→第２室内熱交換器１２→第１冷房用減圧器１７→アキュムレータ１６→（内部熱交換器１５→）圧縮機１３の順に循環し、減圧されて低圧となった冷媒は、第１室内熱交換器１１にて室内に吹き出す空気から吸熱して蒸発し、その吸熱した熱及び圧縮機１３の仕事量に相当する熱を第２室内熱交換器１２にて室内に吹き出す空気に放熱して室内に吹き出す空気加熱する。
【００４８】
５．最大暖房運転モード（図６参照）
このモードでは、ヒータ４側の空気通路及びバイパス通路５、つまり第２室内熱交換器１２側の両者に空気を流れ得る状態として、ヒータ４に温水を循環させるとともに、第１室内熱交換器１１に冷媒を循環させることなく、第２室内熱交換器１２ホットガスを流すものである。
【００４９】
なお、冷媒は、圧縮機１３→第２室内熱交換器１２→内部熱交換器１５→暖房用減圧器１９→室外熱交換器１４→アキュムレータ１６→内部熱交換器１５→圧縮機１３の順に循環し、減圧されて低圧となった冷媒は、室外熱交換器１４にて外気から吸熱して蒸発し、その吸熱した熱及び圧縮機１３の仕事量に相当する熱を室内に吹き出す空気に放熱して室内に吹き出す空気加熱する。
【００５０】
次に、本実施形態の作用効果を述べる。
【００５１】
本実施形態では、バイパス通路５に第２室内熱交換器１２を配置しているので、前述のごとく、第１、２室内熱交換器１１、１２及びヒータ４の３つの熱交換器が空気流れに対して直列に並ぶことはない。
【００５２】
したがって、送風時の圧力損失を特許文献１に比べて小さくすることができるので、車両用空調装置の空調能力を向上させることができる。
【００５３】
また、バイパス通路５をヒータ４の上方側に設置して第２室内熱交換器１２をバイパス通路５内に配置しているので、第１室内熱交換器１１及び第２室内熱交換器１２の両者で冷却された空気を容易に室内上方側に吹き出すことができる。
【００５４】
（第２実施形態）
第１実施形態に係る車両用空調装置では、第２室内熱交換器１２にて空気を冷却することができたが、本実施形態は、図７に示すように、第２室内熱交換器１２での冷却能力を廃止したものである。
【００５５】
これにより、車両用空調装置、特に、蒸気圧縮式冷凍機１０の構成を簡素なものとすることができるので、車両用空調装置の製造原価を低減することができる。
【００５６】
（第３実施形態）
本実施形態は、図８に示すように、バイパス通路５内の下流側に第２室内熱交換器１２を配置したものである。
【００５７】
（その他の実施形態）
上述の実施形態では、冷媒を二酸化炭素として、高圧側の冷媒圧力を臨界圧力以上としたが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば冷媒をフロンとして高圧側の冷媒圧力を臨界圧力未満としてもよい。なお、この場合、高圧側熱交換器内で冷媒は凝縮するので、温度を低下させることなくエンタルピを低下させる。
【００５８】
また、上述の実施形態では、ヒータ４の上側にバイパス通路５を設けたが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えばヒータ４の下側にバイパス通路５を設けてもよい。
【００５９】
また、上述の実施形態では、ヒータ４及び第１、２室内熱交換器１１、１２のコア面を鉛直方向と略平行としたが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えばコア面を水平方向と略平行としてもよい。なお、コア面とは、空気流れ直交する熱交換器の仮想面である。
【００６０】
また、上述の実施形態に係る蒸気圧縮式冷凍機１０は、冷媒を等エンタルピ減圧する減圧器を用いたものであったが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば冷媒を等エントロピ減圧するノズルを有するエジェクタやタービン等の膨脹機を用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る車両用空調装置の模式図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る車両用空調装置の作動説明図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る車両用空調装置の作動説明図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係る車両用空調装置の作動説明図である。
【図５】本発明の第１実施形態に係る車両用空調装置の作動説明図である。
【図６】本発明の第１実施形態に係る車両用空調装置の作動説明図である。
【図７】本発明の第２実施形態に係る車両用空調装置の模式図である。
【図８】本発明の第３実施形態に係る車両用空調装置の特徴を示す模式図である。
【図９】従来の技術に係る車両用空調装置の模式図である。
【符号の説明】
４…ヒータ、６…エアミックスドア、１１…第１室内熱交換器、
１２…第２室内熱交換器、１３…圧縮機、１４…室外熱交換器、
１５…内部熱交換器、１６…アキュムレータ、１７〜１９…減圧器。

Claims

車両で発生する廃熱を熱源として室内に吹き出す空気を加熱するヒータ（４）と、
前記ヒータ（４）を収納するとともに、前記ヒータ（４）を迂回させて室内に吹き出す空気を下流側に流すバイパス通路（５）が設けられた空調ケーシング（１）と、
低温側の熱を高温側に移動させる蒸気圧縮式冷凍機（１０）内を循環する冷媒と前記空調ケーシング（１）内を流れる空気とを熱交換する第１、２室内熱交換器（１１、１２）と、
前記バイパス通路（５）を流れる風量と前記ヒータ（４）を通過する風量とを調節するエアミックスドア（６）とを備え、
前記第２室内熱交換器（１２）は、前記バイパス通路（５）内に配置されていることを特徴とする車両用空調装置。
前記バイパス通路（５）は、前記ヒータ（４）の上方側に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の車両用空調装置。
前記バイパス通路（５）及び前記ヒータ（４）に空気が流れ得る状態として、前記第２室内熱交換器（１２）に高温の冷媒を流す補助暖房運転モードを備えることを特徴とする請求項１又は２記載の車両用空調装置。
前記ヒータ（４）に空気が流れることを阻止した状態で、前記第１、２室内熱交換器（１１、１２）に低温の冷媒を流す急速冷房運転モードを備えることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の車両用空調装置。
前記第２室内熱交換器（１２）内に冷媒が循環することを停止させた状態で、前記バイパス通路（５）を流れる風量と前記ヒータ（４）を通過する風量とを調節する温度調節運転モードを備えることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の車両用空調装置。
前記蒸気圧縮式冷凍機（１０）の冷媒として二酸化炭素が用いられていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の車両用空調装置。