JP2004106799A

JP2004106799A - 車両用空調装置

Info

Publication number: JP2004106799A
Application number: JP2002275679A
Authority: JP
Inventors: Koji Ito; 伊藤　功治; Takahiro Tokunaga; 徳永　孝宏; Yoshihiko Okumura; 奥村　佳彦; Hirohide Shindo; 進藤　寛英
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2002-09-20
Filing date: 2002-09-20
Publication date: 2004-04-08

Abstract

【課題】車両用空調装置の製造原価低減する。
【解決手段】後席用空調ユニット２では、後席室内熱交換器９に循環させる冷媒を切り替えることよって、後席室内熱交換器９を冷却器として使用する場合と加熱器として使用する場合とを切り替える。これにより、後席用空調ユニット２において冷媒が循環する熱交換器の個数を減少させることができ、車両用空調装置の製造原価を低減することができ得る。また、後席用空調ユニット２から吹き出す空気は、通常、フロントガラス等の走行時の視界に大きく影響を与えるガラスに向けて吹き付けられないので、切り替え運転を行っても窓ガラスが曇るといったことは殆ど発生しない。したがって、前席側の即暖性を向上させながら、冷房運転から暖房運転に切り替えた直後に窓ガラスが曇ってしまうことを未然に防止しつつ、除湿機能を得ることができる。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主に前席側の空調を行う前席用空調ユニット、及び主に後席側の空調を行う後席用空調ユニットを備えるデュアルエアコン方式の車両用空調装置に関するもので、ハイブリッド車や電気自動車のように、走行用駆動源として電動モータを有する車両に適用して有効である。
【０００２】
【従来の技術】
従来、デュアルエアコン方式の車両用空調装置では、後席用空調ユニットの空調ケーシング内に２つの熱交換器を配置し、一方の熱交換器を冷却（吸熱）専用とし、他方の熱交換器を加熱（放熱）専用としている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１０−１００６６０号公報
【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、冷媒が流れる熱交換器を後席用空調空調ユニットのために２つの熱交換器を要するとともに、冷媒回路が複雑になるので、車両用空調装置の製造原価低減を図ることが難しい。
【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、車両用空調装置の製造原価低減を図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、主に前席側の空調を行う前席用空調ユニット（１）、及び主に後席側の空調を行う後席用空調ユニット（２）を備える車両用空調装置であって、後席用空調ユニット（２）内には、室内に吹き出す空気と蒸気圧縮式冷凍機内を循環する冷媒とを熱交換する室内熱交換器（９）が設けられており、さらに、後席用空調ユニット（２）の運転モードとして、少なくとも、室内熱交換器（９）に低圧の冷媒を導入して室内に吹き出す空気を冷却する冷却運転モード、及び室内熱交換器（９）に高圧の冷媒を導入して室内に吹き出す空気を加熱する加熱運転モードを有していることを特徴とする。
【０００７】
これにより、特許文献１に記載の発明に比べて、後席用空調ユニット（２）において冷媒が循環する熱交換器の個数を減少させ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得る。
【０００８】
請求項２に記載の発明では、室内熱交換器（９）の空気流れ下流側には、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（１０）が設けられていることを特徴とするものである。
【０００９】
請求項３に記載の発明では、前席用空調ユニット（１）内には、室内に吹き出す空気と蒸気圧縮式冷凍機内を循環する冷媒とを熱交換する第１、２室内熱交換器（４、６）、及び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（５）が設けられており、第２室内熱交換器（６）及びヒータ（５）は、第１室内熱交換器（４）の空気流れ下流側に配置され、さらに、第１室内熱交換器（６）には低圧冷媒が供給され、第２室内熱交換器（６）には高圧冷媒が供給されることを特徴とするものである。
【００１０】
請求項４に記載の発明では、ヒータ（５、１０）の空気流れ上流側には、ヒータ（５、１０）を通過する風量とヒータ（５、１０）を迂回して流れる風量とを調節するエアミックスドア手段（７、１１）が設けられていることを特徴とするものである。
【００１１】
請求項５に記載の発明では、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を有し、室内熱交換器（９）を通過した空気を走行用電動モータに電力を供給するバッテリの温度調節に用いることを特徴とする。
【００１２】
これにより、夏場や走行時等はバッテリを冷却することができ、冬場の冷間始動時には、高温冷媒の熱を利用してバッテリを加熱することができる。
【００１３】
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。
【００１４】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
本実施形態は、本発明に係る車両用空調装置をハイブリッド自動車に適用したものであって、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、この車両用空調装置は、主に前席側の空調を行う前席用空調ユニット１、及び主に後席側の空調を行う後席用空調ユニット２等からなるものである。
【００１５】
前席用空調ユニット１の空調ケーシング３は、前席側から室内に吹き出す空気の通路を形成するダクト手段であり、この空調ケーシング３内には、蒸気圧縮式冷凍機の低圧冷媒が循環する前席側第１室内熱交換器４、及び走行用エンジン等の車両で発生する廃熱を回収した温水を熱源として室内に吹き出す空気を加熱する前席用ヒータ５、蒸気圧縮式冷凍機の高圧冷媒が循環する前席側第２室内熱交換器６等からなるものである。なお、蒸気圧縮式冷凍機の詳細は後述する。
【００１６】
そして、空調ケーシング３内の熱交換器４〜６は、空気流れ上流側から前席側第１室内熱交換器４、前席用ヒータ５及び前席側第２室内熱交換器６の順に並んでおり、前席用ヒータ５の空気流れ上流側には、前席用ヒータ５及び前席側第２室内熱交換器６を通過して加熱された後、車室内側に流れる温風量と、前席用ヒータ５及び前席側第２室内熱交換器６を迂回して車室内側に流れる冷風量とを調節するエアミックスドア７が設けられている。
【００１７】
そして、前席用空調ユニット１から車室に吹き出される空気の温度は、エアミックスドア７の開度、つまり温風量と冷風量との風量割合、及び前席側第１室内熱交換器４で発生する冷凍能力を調節する等して制御される。
【００１８】
また、後席用空調ユニット２の空調ケーシング８は、後席側から室内に吹き出す空気の通路を形成するダクト手段であり、この空調ケーシング８内には、蒸気圧縮式冷凍機内を循環する冷媒が内部を流れる後席室内熱交換器９、及び後席室内熱交換器９の空気流れ下流側に配置されて室内に吹き出す空気を加熱する後席用ヒータ１０等からなるものである。なお、後席用ヒータ１０は、前席用ヒータ５と同様に廃熱を熱源として空気を加熱する。
【００１９】
後席用空調ユニット２用のエアミックスドア１１は、後席用ヒータ１０を通過して加熱された後、車室内側に流れる温風量と、後席用ヒータ１０を迂回して車室内側に流れる冷風量とを調節することにより室内に吹き出す空気の温度を調節する。
【００２０】
次に、蒸気圧縮式冷凍機について述べる。
【００２１】
蒸気圧縮式冷凍機は、冷媒を蒸発させて吸熱し、低温側の熱を高温側に移動させる冷凍機であり、本実施形態に係る蒸気圧縮式冷凍機では、圧縮機１２、室外熱交換器１３、減圧器１４ａ〜１４ｃ、気液分離器１５、及び内部熱交換器１６等から構成されたものである。
【００２２】
ここで、室外熱交換器１３は室外空気と冷媒とを熱交換するもので、減圧器１４ａ〜１４ｃ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減圧手段であり、気液分離器１５は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ものであり、本実施形態では、圧縮機１２の吸入側に配置して気相冷媒を圧縮機１２に供給している。
【００２３】
内部熱交換器１６は圧縮機１２に吸引される低圧冷媒と冷却された高圧冷媒とを熱交換することにより、減圧器１４ａ、１４ｂに流入する冷媒のエンタルピを低下させるものでる。
【００２４】
なお、四方弁１７ａは圧縮機１２から吐出した冷媒を室外熱交換器１３側に流す場合と前席側第２室内熱交換器６及び後席室内熱交換器９側に流す場合とを切り替える切替弁であり、電磁弁１７ｂ〜１７ｄは冷媒通路を開閉する弁である。
【００２５】
次に、本実施形態に係る空調装置の特徴的作動を述べる。
【００２６】
１．冷房及び温度調整運転モード（図１参照）
この運転モードは、夏場ごとく主に冷房運転を行う時期、又は春及び秋のごとく、温水にて加熱された温風又は加熱されていない冷風のみでは、車室内に吹き出す空気の温度を所望の温度にすることができず、エアミックスドア７、１１にて冷風と温風とを混合して吹出空気の温度を調節する必要がある時期に実行される冷却運転モードである。
【００２７】
具体的には、減圧された冷媒を前席側第１室内熱交換器４及び後席室内熱交換器９に供給し、前席側第１室内熱交換器４及び後席室内熱交換器９にて室内に吹き出す空気から吸熱して冷媒を蒸発させて室内に吹き出す空気を冷却するとともに、温水を前席用ヒータ５及び後席用ヒータ１０に循環させて冷却された空気の一部を加熱する。
【００２８】
ここで、吹出空気温度は、エアミックスドア７、１１の開度、つまり冷風量と温風量との風量を調節することにより行うが、最大冷房運転時、つまりヒータ５、１０側の空気通路を閉じる場合には、ヒータ５、１０への温水供給を停止してもよい。
【００２９】
なお、両室内熱交換器４、９にて蒸発した冷媒は、気液分離器１５を経由して内部熱交換器１６に流入し、室外熱交換器１３を流出した冷媒と熱交換した後、圧縮機１２に吸引される。
【００３０】
そして、圧縮機１２を吐出した高温・高圧の冷媒は、室外熱交換器１３にて冷却された後、減圧器１４ａ、１４ｂにて減圧されて前席側第１室内熱交換器４及び後席室内熱交換器９に供給される。
【００３１】
なお、本実施形態では、冷媒を二酸化炭素として高圧側冷媒圧力、つまり圧縮機１２の吐出圧を冷媒の臨界圧力以上としているので、高圧側熱交換器となる室外熱交換器１３では、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。
【００３２】
因みに、春や秋等の外気温度が夏場等に比べて低いときには、大きな冷房能力を必要としないので、高圧側冷媒圧力を臨界圧力未満としてもよい。
【００３３】
２．急速暖房運転モード（図２参照）
この運転モードは、エンジン始動直後等の廃熱量が少なくて温水温度が低く（例えば、４０℃未満）、温水のみでは十分な暖房能力を得ることができない場合に実施される加熱運転モードである。
【００３４】
具体的には、圧縮機１２から吐出した高温・高圧冷媒を前席側第２室内熱交換器６及び後席室内熱交換器９に供給して高温・高圧冷媒にて室内に吹き出す空気を加熱するものである。
【００３５】
そして、前席側第２室内熱交換器６にて冷却された高圧冷媒は、減圧器１４ｃにて減圧されてから室外熱交換器１３に流入して室外空気から吸熱して蒸発し、後席室内熱交換器９にて冷却された高圧冷媒は、減圧器１４ｂにて減圧されてから室外熱交換器１３に流入して室外空気から吸熱して蒸発し、室外熱交換器１３から流出した冷媒は気液分離器１５に流入し、その後、内部熱交換器１６にて室外熱交換器１３に流入する前の冷媒と熱交換した後、圧縮機１２に吸引される。
【００３６】
なお、本モードにおいても高圧側冷媒圧力を臨界圧力以上としているので、高圧側熱交換器となる前席側第２室内熱交換器６及び後席室内熱交換器９では、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。
【００３７】
３．暖房運転モード
この運転モードは、温水温度が室内に吹き出す空気を加熱するに十分な温度（例えば、８０℃以上）となったときに実施されるモードである。
【００３８】
具体的には、室内に吹き出す空気の加熱は、前席用ヒータ５及び後席用ヒータ１０にて行い、室内に吹き出す空気を除湿暖房する場合には、前席側第１室内熱交換器４及び後席室内熱交換器９に低圧冷媒を循環させることにより、室内に吹き出す空気を除湿冷却した後、前席用ヒータ５及び後席用ヒータ１０にて所定温度まで加熱する。因みに、冷媒流れは、冷房及び温度調整運転モードと同じである。
【００３９】
なお、温水温度が例えば４０℃以上、８０℃未満のときには、暖房運転モードと急速暖房運転モードとを組み合わせて、温水と高圧冷媒との両者で室内に吹き出す空気を加熱してもよい。
【００４０】
次に、本実施の特徴を述べる。
【００４１】
本実施形態に係る後席用空調ユニット２では、後席室内熱交換器９に循環させる冷媒を切り替えることよって、後席室内熱交換器９を冷却器として使用する場合と加熱器として使用する場合とを切り替えるので、特許文献１に記載の発明に比べて、後席用空調ユニット２において冷媒が循環する熱交換器の個数を減少させることができ、車両用空調装置の製造原価を低減することができ得る。
【００４２】
ところで、前席用空調ユニット１を後席用空調ユニット２と同様に、冷媒が循環する熱交換器を１台として、高圧冷媒を循環させる場合と低圧冷媒を循環させる場合とを冷媒を切り替えることによって冷房運転と暖房運転とを切り替えることが可能であるが、冷房運転から暖房運転に切り替えた直後においては、冷房運転時に熱交換器の表面に発生した凝縮水が暖房運転に切り替わったときに蒸発してしまい、この蒸発した水蒸気が室内に吹き出す空気と共に窓ガラス近傍に吹き出されて窓ガラスが曇ってしまうおそれが高い。
【００４３】
これに対して、本実施形態では、前席用空調ユニット１においては、冷却用熱交換器（前席側第１室内熱交換器４）と加熱用熱交換器（前席側第２室内熱交換器６）とをそれぞれ独立に備えているので、冷房運転から暖房運転に切り替えた直後に窓ガラスが曇ってしまうといったことを未然に防止できる。
【００４４】
一方、後席用空調ユニット２では、１つの熱交換器（後席室内熱交換器９）に高圧冷媒を循環させる場合と低圧冷媒を循環させる場合とを冷媒を切り替えることによって冷房運転と暖房運転とを切り替えているが、後席用空調ユニット２から吹き出す空気は、通常、フロントガラス等の走行時の視界に大きく影響を与えるガラスに向けて吹き付けられないので、切り替え運転を行っても窓ガラスが曇るといったことは殆ど発生しない。
【００４５】
したがって、本実施形態では、前席側の即暖性を向上させながら、冷房運転から暖房運転に切り替えた直後に窓ガラスが曇ってしまうことを未然に防止しつつ、除湿機能を得ることができる。
【００４６】
（第２実施形態）
第１実施形態では、四方弁１７ａにて圧縮機１２から吐出した冷媒を室外熱交換器１３側に流す場合と前席側第２室内熱交換器６及び後席室内熱交換器９側に流す場合とを切り替えたが、本実施形態は、図３、４に示すように、四方弁１７ａに代えて、開閉弁１７ｅ、１７ｆにてにて圧縮機１２から吐出した冷媒を室外熱交換器１３側に流す場合と前席側第２室内熱交換器６及び後席室内熱交換器９側に流す場合とを切り替えるものである。
【００４７】
なお、図３は冷房及び温度調整運転モードを示し、図４は急速暖房運転モードを示す。
【００４８】
（第３実施形態）
本実施形態は、図５に示すように、少なくとも、後席室内熱交換器９を通過した空気を走行用電動モータに電力を供給するバッテリ１８の温度調節に用いるものである。
【００４９】
これにより、夏場や走行時等はバッテリ１８を冷却することができ、冬場の冷間始動時には、圧縮機１２から吐出した高温冷媒の熱を利用してバッテリ１８を加熱することができる。
【００５０】
なお、図５は本実施形態を第１実施形態に対して適用したものであったが、本実施形態を第２実施形態に対して実施してもよいことは言うまでもない。
【００５１】
（その他の実施形態）
上述の実施形態では、冷媒の減圧手段として、冷媒を等エンタルピ減圧するものであったが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えばエジェクタ３４にて冷媒を減圧したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えばノズルやタービン等の冷媒を等エントロピ減圧膨脹させる減圧手段を用いてもよい。
【００５２】
また、上述実施形態では、前席側第２室内熱交換器６及び後席室内熱交換器９に高圧冷媒を循環させるときには、室外熱交換器１３にて吸熱したが、外気温度が氷点下の場合には、前席側第２室内熱交換器６及び後席室内熱交換器９を流出した冷媒をそのまま圧縮機１２の吸入側に戻してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る空調装置の作動説明図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る空調装置の作動説明図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係る空調装置の作動説明図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係る空調装置の作動説明図である。
【図５】本発明の第３実施形態に係る空調装置の作動説明図である。
【符号の説明】
１…前席用空調ユニット、２…後席用空調ユニット、
４…前席側第１室内熱交換器、５…前席用ヒータ、
６…前席側第２室内熱交換器、９…後席室内熱交換器、１０…後席用ヒータ。

Claims

主に前席側の空調を行う前席用空調ユニット（１）、及び主に後席側の空調を行う後席用空調ユニット（２）を備える車両用空調装置であって、
前記後席用空調ユニット（２）内には、室内に吹き出す空気と蒸気圧縮式冷凍機内を循環する冷媒とを熱交換する室内熱交換器（９）が設けられており、
さらに、前記後席用空調ユニット（２）の運転モードとして、少なくとも、前記室内熱交換器（９）に低圧の冷媒を導入して室内に吹き出す空気を冷却する冷却運転モード、及び前記室内熱交換器（９）に高圧の冷媒を導入して室内に吹き出す空気を加熱する加熱運転モードを有していることを特徴とする車両用空調装置。
前記室内熱交換器（９）の空気流れ下流側には、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（１０）が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。
前席用空調ユニット（１）内には、室内に吹き出す空気と蒸気圧縮式冷凍機内を循環する冷媒とを熱交換する第１、２室内熱交換器（４、６）、及び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（５）が設けられており、
前記第２室内熱交換器（６）及び前記ヒータ（５）は、前記第１室内熱交換器（４）の空気流れ下流側に配置され、
さらに、前記第１室内熱交換器（６）には低圧冷媒が供給され、第２室内熱交換器（６）には高圧冷媒が供給されることを特徴とする請求項２に記載の車両用空調装置。
前記ヒータ（５、１０）の空気流れ上流側には、前記ヒータ（５、１０）を通過する風量と前記ヒータ（５、１０）を迂回して流れる風量とを調節するエアミックスドア手段（７、１１）が設けられていることを特徴とする請求項３に記載の車両用空調装置。
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を有し、
前記室内熱交換器（９）を通過した空気を走行用電動モータに電力を供給するバッテリの温度調節に用いることを特徴とするバッテリ温度管理装置。