JP2004243936A

JP2004243936A - 車両用空調装置

Info

Publication number: JP2004243936A
Application number: JP2003036774A
Authority: JP
Inventors: Kimio Takano; 公夫高野
Original assignee: Calsonic Kansei Corp
Current assignee: Marelli Corp
Priority date: 2003-02-14
Filing date: 2003-02-14
Publication date: 2004-09-02

Abstract

【課題】前席側蒸発器のごとく主に使用される第１の蒸発器と、後席側蒸発器のごとく選択的に使用される第２の蒸発器とを並列接続した車両用空調装置において、第１の蒸発器の単独運転から第１・第２蒸発器（前席および後席蒸発器）の送風機の並列運転に移行した際における、第２の蒸発器の膨脹弁の動作不良を解消することを目的とする。
【解決手段】温度式膨脹弁である第２の膨脹弁３２を、第２の送風機２７からの送風を受風可能に配置した。これにより、シングルモードからデュアルモードに移行した際に、シングルモード時に冷え切って鈍感になってしまった第２膨脹弁３２の感温部５０の冷気を、第２の送風機２７からの送風により飛ばして、第２膨脹弁３２の感温部５０を早く正常の状態に戻すことができる。結果、シングルモードからデュアルモードに移行した際における、第２の蒸発器２８からの冷風生成の遅延を解消することができる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、並列に設けた第１、第２の蒸発器を有する冷凍サイクルを備える車両用空調装置に関する。特に、並列に設けた第１、第２の蒸発器を有する冷凍サイクルを利用して、車室内前席側の領域を空調する前席側空調ユニットと車室内後席側の領域を空調する後席側空調ユニットとをシングル運転およびデュアル運転に切換ることができる車両用空調装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、市場においてミニバン等の大型乗用車の需要が高まり、この大型乗用車においては車室内容積が大きいので、車両用空調装置にも大能力化が要求され、それに伴って、車室内空調用のユニットも、車室内前席側のみに空調ユニットを配置するシングルエアコンから車室内の前席側と後席側の両方に空調ユニットを配置するデュアルエアコンへと変化してきている。このデュアルエアコンの冷凍サイクルでは、前席側と後席側でそれぞれ蒸発器を独立に設けるとともに、圧縮機と凝縮器を共用している。
【０００３】
ところで、このようなデュアルエアコンの場合、車室内後席側に乗員がいないときは、後席側空調ユニットの作動を停止して、すなわち後席側空調ユニットの後席側蒸発器への送風を停止して、前席側空調ユニットのみを作動させる前席側単独運転状態としている。一般には、前席側単独運転の際に後席側蒸発器への冷媒流れを断続する電磁弁が設けられるが（特許文献１参照）、近年、空調装置のコスト低減のために、この電磁弁を廃止する車両が増加している（特許文献２参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平９−１０９６５６号公報
【０００５】
【特許文献２】
特開２０００−２８３５７６号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このように後席側蒸発器への冷媒流れを規制する電磁弁がない場合、または、電磁弁があっても前席単独運転の際に積極的に電磁弁を用いない場合、前席側単独運転時において、後席側蒸発器への送風が停止されるものの、圧縮機が作動しているため、後席側蒸発器は周囲雰囲気の温度（室温）で温度式膨脹弁が微少開閉を繰り返して膨脹弁および後席側蒸発器に少量の冷媒が流れ続け、膨脹弁自体も冷えきった状態となる。
【０００７】
この状態で、前席側単独運転（シングルモード）から前席後席同時運転（デュアルモード）に移行すると、後席側の送風機が再起動して後席側蒸発器の出口温度が上昇し始めるが、この温度上昇に対して、冷え切った後席側膨脹弁の熱マスにより感温部が直ちに追従しきれず、後席側蒸発器での冷風の生成が遅れてしまうことがあった。
【０００８】
本発明は、このような従来技術をもとに為されたものであって、第１の蒸発器および第２の蒸発器とを並列接続した冷凍サイクルを備え、第１の蒸発器へのみの送風（シングルモード）から第１および第２の蒸発器への送風（デュアルモード）へ移行した際における、第２の蒸発器の膨脹弁の動作不良を解消することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、冷媒を圧縮し吐出する圧縮機と、この圧縮機から吐出された冷媒を冷却する放熱器と、この凝縮器で冷却された冷媒を膨張させる第１の膨脹弁と、この第１の膨脹弁にて膨張した冷媒を蒸発させる第１の蒸発器と、前記第１の膨脹弁と並列に設けられ前記放熱器で冷却された冷媒を膨張させる第２の膨脹弁と、前記第１の蒸発器と並列に設けられ前記第２の膨脹弁にて膨張した冷媒を蒸発させる第２の蒸発器と、を具備する冷凍サイクルを備え、
前記第１の蒸発器および第１の蒸発器に送風する第１の送風機を備える第１の空調ユニットと、前記第２の蒸発器および第２の蒸発器に送風する第２の送風機を備える第２の空調ユニットと、を備えた車両用空調装置であって、
前記第２の膨脹弁は、前記第２の蒸発器の出口冷媒の過熱度に応じて弁開度を調整する温度式膨張弁により構成され、前記第２の膨脹弁の少なくとも感温部を、第２の送風機からの送風を受風可能に配置したことを特徴とするものである。
【００１０】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の車両用空調装置において、前記第２の膨脹弁の少なくとも感温部が、前記第２の空調ユニットの送風路中で前記第２の送風機の下流且つ前記第２の蒸発器の上流に配置してあることを特徴とするものである。
【００１１】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、温度式膨脹弁である第２の膨脹弁の感温部を第２の送風機からの送風を受風可能に配置したため、シングルモードからデュアルモードに移行した際に、第２の送風機からの送風を第２膨脹弁の感温部にあてることができる。これにより、シングルモードで冷え切って鈍感になってしまった第２膨脹弁の感温部を早く正常の状態に戻すことができ、結果、シングルモードからデュアルモードに移行した際における第２膨脹弁の動作不良を解消でき、第２蒸発器からの冷風生成の遅延を解消できる。なお、本発明にあっては、第２膨脹弁全体を第２の送風機からの送風を受風可能な位置に配置してもよい。
【００１２】
請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の発明の効果に加えて、第２の膨脹弁の少なくとも感温部が、第２の空調ユニットの送風路中で第２の送風機の下流且つ第２の蒸発器の上流に配置してあることを特徴とするため、送風ダクトなどを追加することなく、簡素な構成で、効果的に第２の膨脹弁の感温部の冷気を飛ばすことができる。
【００１３】
なお、請求項２記載の発明にあっては、送風路中に第２膨脹弁の感温部を配置した構造であるが、例えば送風路と連通するダクトを設けてこのダクトからの送風により第２膨脹弁の感温部の冷気を飛ばしてもよい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、前席用および後席用にそれぞれ空調ユニットを備えるデュアルエアコン式の車両用空調装置を搭載した乗用車の一実施形態の全体レイアウトを示す。
【００１５】
車両１０の車室１１は前席（運転席およひ助手席）の後方側に２番目、３番目の座席（後席）を配置するようになっており、車両前後方向に長い空間を形成している。１１ａは車室１１の床面である。この実施形態の車両１０は、前席側空調ユニット（第１の空調ユニット）１２と、後席側空調ユニット（第２の空調ユニット）２５とを備えたデュアルエアコン式の車両用空調装置を搭載している。
【００１６】
前席側空調ユニット
まず、前席側空調ユニット１２について説明する。
【００１７】
前席側空調ユニット１２は、車室１１内の最前部の計器盤（図示せず）を納めるインストルメントパネルの内側（前側）に配設されて、車室内前席側の領域を空調するものである。
【００１８】
この前席側空調ユニット１２は、内部空間に送風路を形成するケース１３内に、送風機（第１の送風機）１４と、送風機１４の後流に配置された冷却用熱交換器としての蒸発器（第１の蒸発器）１５と、蒸発器１５の後流に配置され車両エンジンからの温水により空調空気を加熱する加熱用熱交換器としてのヒータコア１６と、ヒータコア側通路およびヒータコア側通路をバイパスするバイパス通路１７への送風分配量を調節するエアミックスドア１８と、を配置して構成されている。
【００１９】
ケース１３の上流端部には、図示せぬ内外気切替箱が取付られており、内気または外気を切替導入できるようになっている。また、ケース１３の下流端には、図示しないデフロスタ吹出開口部およびフェイス吹出開口部およびフット吹出開口部が開口しており、これらの開口部は図示しない吹出モードドアにより切替開閉され、各開口部を通過した空調空気はそれぞれ車両窓ガラスの内面、前席側乗員の頭部、足元部に向けて吹き出される。
【００２０】
空調風の吹出温度の調整は、エアミックスドア１８の回動位置の選択により、ヒータコア１６を通過して加熱される温風とバイパス通路１７を通過する冷風との風量割合を調整することで行われる。
【００２１】
後席側空調ユニット
次に、後席側空調ユニット２５について説明する。
【００２２】
後席側空調ユニット２５は車室内の後席側を空調するように車室１１内の後部、例えば、後席の側方部位等に配置される。
【００２３】
この後席側空調ユニット２５のケース２６内には、前記前席側空調ユニット１２と同様に、送風機（第２の送風機）２７と、送風機２７の後流に配置された冷却用熱交換器としての蒸発器（第２の蒸発器）２８と、蒸発器２８の後流に配置され車両エンジンからの温水により空調空気を加熱する加熱用熱交換器としてのヒータコア２９と、ヒータコア側通路およびヒータコア側通路をバイパスするバイパス通路３０への送風分配量を調節するエアミックスドア３１と、を備えて構成されている。
【００２４】
蒸発器２８の下流直後の部位にはフェイス吹出開口部３６および吹出モードドア３７が配置され、蒸発器２８で冷却された冷風は、フェイス吹出開口部３６から後席側フェイスダクト３８を通って天井吹出口３８ａから後席側乗員の頭部に向けて吹き出される。また、ヒータコア２９で加熱された温風は、後席側フットダクト３９を通って後席側フット吹出口３９ａから後席側乗員の足元部に向けて吹き出される。そして、空調風の吹出温度の調整は、エアミックスドア３１の回動位置の選択により行われる。
【００２５】
冷凍サイクル
さて、上述のように前席側空調ユニット１２および後席側空調ユニット２５を備えるデュアルエアコン式の車両用空調装置において、前席側空調ユニット１２に用いられる蒸発器（第１の蒸発器）１５および後席側空調ユニット２５に用いられる蒸発器（第２の蒸発器）２８が、一つの冷凍サイクルＲに並列に介装されている。
【００２６】
つまり、この車両用空調装置に用いられる冷凍サイクルＲは、図示せぬ車両エンジンにより電磁クラッチ２０ａを介して駆動される圧縮機２０と、この圧縮機２０により高温高圧に圧縮されたガス冷媒の熱を図示しない冷却ファンによる送風により放熱する凝縮器（放熱器）２１と、この凝縮器２１にて冷却・凝縮された気液混合の冷媒を液相冷媒と気相冷媒とに分離する受液器２２と、受液器２２からの液冷媒を低圧の気液二相冷媒に減圧する第１の膨脹弁２３と、この減圧後の低圧冷媒を空調空気から吸熱して蒸発させる前記蒸発器（第１の蒸発器）１５と、を備えるとともに、前記第１の膨脹弁２３と並列に設けられ凝縮器２１で凝縮した冷媒を膨張させる第２の膨脹弁３２と、第１の蒸発器１５と並列に設けられ第２の膨脹弁３２にて膨張した冷媒を蒸発させる第２の蒸発器２８と、を備えている。
【００２７】
第２の膨脹弁３２は、周知のごとく蒸発器２８出口の冷媒過熱度が所定値に維持されるように弁開度を自動調整する温度式膨脹弁であり、後席側空調ユニット２５の送風路中の、第２の送風機の下流で且つ第２の蒸発器の上流に配置されている。
【００２８】
この第２の膨脹弁３２は、図２に示すような構造となっている。
【００２９】
第２の膨張弁３２の本体ブロック４１には、蒸発器２８から圧縮機２０へ送り出される低温低圧の冷媒ガスを通すための低圧冷媒流路４２と、蒸発器２８に送り込まれる高温高圧の冷媒液を通して断熱膨張させるための高圧冷媒流路４３とが形成されている。
【００３０】
低圧冷媒流路４２は、入口側の端部が蒸発器２８の出口に接続され、出口側が圧縮機２０の入口に接続されている。高圧冷媒流路４３は、入口側の端部が受液器２２の出口に接続され、出口側が蒸発器２８の入口に接続されている。低圧冷媒流路４２と高圧冷媒流路４３とは互いに平行に形成されており、これに垂直な貫通孔４４が低圧冷媒流路４２と高圧冷媒流路４３との間を貫通している。また、低圧冷媒流路４２の途中から側方に抜けるように、貫通孔４４と同じ向きに形成された開口部には、感温部５０が取り付けられている。
【００３１】
高圧冷媒流路４３の途中には、流路面積を途中で狭く絞った形の弁座孔４５が中央部に形成されていて、その弁座孔４５に上流側から対向して球状の弁体４６が配置されている。
【００３２】
その結果、弁体４６と弁座孔４５の入口部との間の隙間の最も狭い部分が高圧冷媒流路４３の絞り部になり、そこから蒸発器２８に到る下流側の流路内において、高圧冷媒が断熱膨張する。弁体４６は、圧縮コイルスプリング４７によって弁座孔４５に接近する方向（即ち、閉じ方向）に付勢されている。４８はスプリング受けである。
【００３３】
貫通孔４４に挿通されたロッド４９は、軸線方向に摺動自在に設けられていて、その上端は感温部５０の裏面付近に達し、中間部分が低圧冷媒流路４２を垂直に横切って貫通孔４４内に嵌合し、下端は、弁座孔４５内を通って弁体４６の頭部に当接している。
【００３４】
なお、ロッド４９は、弁座孔４５の壁面との間が冷媒流路になるよう、弁座孔４５に比べて細く形成されている。また、プラスチック製のガイド筒５５が、低圧冷媒流路４２を横切ってロッド４９を囲んで配置されている。
【００３５】
感温部５０の上半部は、厚い金属板製のハウジング５１と可撓性のある金属製薄板（例えば厚さ０．１ｍｍのステンレス鋼板）からなるダイアフラム５２によって気密に囲まれた第１圧力室５０Ａが形成されている。
【００３６】
この第１圧力室５０Ａ内には、冷媒流路４２，４３内に流されている冷媒と同じか又は性質の似ている飽和蒸気状態のガスが封入されていて、ガス封入用の注入孔は、栓５４によって閉塞されている。
【００３７】
ダイアフラム５２の裏面に当接するように、大きな皿状に形成された金属製のダイアフラム受け盤５３が配置されていて、ダイアフラム受け盤５３の裏面にロッド４９の端部が当接している。このダイアフラム受け盤５３には冷媒通路６０が設けられ、ダイアフラム５２とダイアフラム受け盤５３との間には、低圧冷媒の圧力となった第２圧力室５０Ｂが形成されている。
【００３８】
このように構成された膨張弁３２においては、低圧冷媒流路４２内を流れる低圧冷媒の温度が下がると、第２圧力室５０Ｂの温度が下がって、ダイアフラム５２を介して第１圧力室５０Ａ内の飽和蒸気ガスがダイアフラム５２の内表面で凝縮する。すると、第１圧力室５０Ａ内の圧力が下がってダイアフラム５２とダイアフラム受け盤５３が変位するので、ロッド４９が圧縮コイルスプリング４７に押されて移動し、その結果、弁体４６が弁座孔４５側に移動して高圧冷媒の流路面積が狭くなって、蒸発器２８に送り込まれる冷媒の流量が減る。
【００３９】
一方、低圧冷媒流路４２内を流れる低圧冷媒の温度が上がると、上記と逆の動作により、ダイアフラム受け盤５３で押されたロッド４９によって弁体４６が弁座孔４５から離れる方向に移動させられ、高圧冷媒の流路面積が広がって、蒸発器２８に送り込まれる高圧冷媒の流量が増える。図２は全開状態を示している。
【００４０】
なお、この実施形態では、第１の膨脹弁２３も、第２の膨脹弁３２と同様に温度式膨張弁として構成されている。
【００４１】
各運転モード（デュアルモードまたはシングルモード）
この車両用空調装置では、図示せぬ制御装置が、予め設定されたプログラムに従って所定の演算処理を行って出力信号を出し、前席側および後席側の空調機器（電磁クラッチ２０ａ、送風機１４、２７、エアミックスドア１８、３１等の駆動用モータ群）の作動を制御するようになっている。
【００４２】
デュアルモード
実際に、まず、前席側空調ユニット１２および後席側空調ユニット２５をともに作動させるときは、前後両方の送風機１４、２７が作動して、両空調ユニット１２、２５に送風する。そして、操作パネルのエアコンスイッチ（圧縮機作動スイッチ）が投入されると、電磁クラッチ２０ａが通電され接続状態になるので、圧縮機２０が車両エンジンにより駆動され、並列に配置された蒸発器１５、２８のそれぞれに冷媒が流通する。これにより、前席側空調ユニット１２においては、第１の蒸発器１５で生成される冷風とヒータコア１６で生成される温風の風量割合をエアミックスドア１８により調整することで、設定吹出温度の空調風を車室内へ吹出すことができる。また、後席側空調ユニット２５においても、前席側空調ユニット１２と同様に、第２の蒸発器２８で生成される冷風とヒータコア２９で生成される温風の風量割合をエアミックスドア３１により調整することで、設定吹出温度の空調風を車室内へ吹出すことができる。
【００４３】
上記のように前後両方の空調ユニット１２、２５を同時運転しているときは（つまりデュアルモードのときには）、前後の温度式膨張弁２３、３２がそれぞれ前後の蒸発器１５、２８の熱負荷に対応した弁開度に調整され、その熱負荷に対応した流量の冷媒を常時、各蒸発器１５、２８の流路を通過させる。
【００４４】
シングルモード
そして、前席側のみに乗員が搭乗し、後席側には乗員が搭乗していないときは、前席側操作パネルまたは後席側操作パネルでのスイッチ操作により後席側の送風機２７を停止する。これにより、後席側空調ユニット２５には空調空気が送風されず、後席側空調ユニット２５の空調作用が停止状態となるので、前席側空調ユニット１２のみの単独運転状態となる。
【００４５】
この前席側単独運転時には、「従来の技術」にて既述したように、後席側空調ユニット２５において、膨張弁３２が微小な開閉を繰り返すことにより、前席側単独運転が長時間継続されると、膨張弁３２の微小な開閉が長時間繰り返されて、膨脹弁３２の感温部５０が冷え切ってしまう。
【００４６】
シングルモードからデュアルモードへの切換
そのため、長時間のシングルモード運転からデュアルモード運転に切り替わる際に、第２の送風機２７が再起動して第２の蒸発器２８の出口温度が上昇し始めてもこの温度上昇に対して、冷え切った第２の膨脹弁３２の熱マスにより温感部５０が直ちに追従しきれないことが想定される。しかしながら、この実施形態では、第２の膨脹弁３２が送風路中の第２の蒸発器２８より上流側に配置されているため、第２の送風機２７からの送風により、第２の膨脹弁３２の冷気が速やかに飛ばされ、第２の膨脹弁３２の反応遅延が回避できるようになっている。
【００４７】
効果
このようにこの実施形態の車両用空調装置によれば、第２の蒸発器２８の出口冷媒の過熱度に応じて弁開度を調整する温度式膨張弁として構成された第２の膨脹弁３２を、第２の送風機２７からの送風を受風可能な位置に配置したため、シングルモードからデュアルモードに移行した際に、第２の膨脹弁３２の感温部５０の冷気を第２の送風機２７からの送風により効果的に飛ばすことができ、これにより、シングルモード時に冷え切って鈍感になってしまった第２の膨脹弁３２の感温部５０を早く正常の状態に戻すことができる。結果、シングルモードからデュアルモードに移行した際における第２の膨脹弁３２の動作不良を解消でき、第２の蒸発器２８からの冷風生成の遅延を回避することができる。
【００４８】
なお、本発明にあっては、第２の膨脹弁の少なくとも感温部を第２の送風機からの送風を受風可能に配置してあればよいものとする。また、本発明にあっては、第２の膨脹弁の少なくとも感温部を第２の送風機からの送風を受風可能に配置してあれば、送風路中に第２膨脹弁の感温部を配置した構造でなくとも、例えば送風路と連通するダクトを設けてこのダクトからの送風により第２膨脹弁の感温部を冷気を飛ばす構造であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す車両用空調装置の全体システム構成図である。
【図２】本発明の一実施形態における冷凍サイクルの概略ブロックである。
【符号の説明】
１２…前席側空調ユニット（第１の空調ユニット）
１４…第１の送風機
１５…第１の蒸発器
２０…圧縮機
２１…凝縮器（放熱器）
２３…第１の膨脹弁
２５…後席側空調ユニット（第２の空調ユニット）
２７…第２の送風機
２８…第２の蒸発器
３２…第２の膨脹弁
５０…感温部
５０Ａ…第１圧力室
５０Ｂ…第２圧力室
５２…ダイアフラム
Ｒ…冷凍サイクル

Claims

冷媒を圧縮し吐出する圧縮機（２０）と、この圧縮機（２０）から吐出された冷媒を冷却する放熱器（２１）と、この凝縮器（２１）で冷却された冷媒を膨張させる第１の膨脹弁（２３）と、この第１の膨脹弁（２３）にて膨張した冷媒を蒸発させる第１の蒸発器（１５）と、前記第１の膨脹弁（２３）と並列に設けられ前記放熱器（２１）で冷却された冷媒を膨張させる第２の膨脹弁（３２）と、前記第１の蒸発器（１５）と並列に設けられ前記第２の膨脹弁（３２）にて膨張した冷媒を蒸発させる第２の蒸発器（２８）と、を具備する冷凍サイクル（Ｒ）を備え、
前記第１の蒸発器（１５）および第１の蒸発器（１５）に送風する第１の送風機（１４）を備える第１の空調ユニット（１２）と、前記第２の蒸発器（２８）および第２の蒸発器（２８）に送風する第２の送風機（２７）を備える第２の空調ユニット（２５）と、を備えた車両用空調装置であって、
第２の膨脹弁（３２）は、前記第２の蒸発器（２８）の出口冷媒の過熱度に応じて弁開度を調整する温度式膨張弁により構成され、
前記第２の膨脹弁（３２）の少なくとも感温部（５０）を、第２の送風機（２７）からの送風を受風可能に配置したことを特徴とする車両用空調装置。
請求項１記載の車両用空調装置において、
前記第２の膨脹弁（３２）の少なくとも感温部（５０）が、前記第２の空調ユニット（２５）の送風路中で前記第２の送風機（２７）の下流且つ第２の蒸発器（２８）の上流に配置してあることを特徴とする車両用空調装置。