JP2005238871A - フェール制御装置 - Google Patents

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学 松本
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知之 花田
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Abstract

【課題】車両に異常が発生しても車室内に高圧の冷媒を流入させないフェール制御装置を提供する。
【解決手段】冷媒を使用した車両用空調装置1を搭載した車両のフェール制御装置2であって、車両の異常を検出する異常検出手段3と、異常検出手段3が異常を検出した時に、冷媒の流路を車室内から隔離されて車室外で循環する第1の流路10へ切り替える流路切替手段4とを有する。
【選択図】図1

Description

本発明はフェール制御装置に関し、特に、冷媒を使用した車両用空調装置を搭載した車両のフェール制御装置に関する。
従来から、火災、爆発誘因の危険性や有害なノンフロン冷媒を使用した車両用空調装置を搭載する車両の安全装置、特に衝突を検出して即時に換気対策を図る安全装置が知られている(例えば、特許文献1など参照)。特許文献1に開示された安全装置は、車両の衝突を検出する衝突検出手段と、車両の衝突時に前記衝突検出手段からの検出信号に基づいて車室を外気に開放できる開閉手段を制御し、車室を大気に開放する衝突時制御手段とを備える。ノンフロン冷媒が車室内に洩れるおそれのある車両の衝突時に、車室内の換気を行うことで乗員の安全を確保することができる。
特開2000−16232号公報(段落[0005]、[0015]など)
しかしながら、CO2などのノンフロン冷媒のような超臨界サイクルを利用した蒸気圧縮式冷凍サイクルは、その特性上、空調運転時において冷媒の圧力が高圧側及び低圧側共に従来の蒸気圧縮式冷凍サイクル冷媒(R134a)に比べて大幅に高くなり、冷媒の圧力異常上昇時や車両衝突時等の車両の異常が発生した時に、車室内熱交換器が破損した場合、冷媒が急激に車室内に漏れてしまうおそれがある。
この急激な車室内への漏洩に対して、上述した開閉手段及び衝突時制御手段による車室内の換気が十分迅速に対応できないおそれがある。特に、車両は衝突より減速或いは停止するため、パワーウインド、サンルーフウインドなどを開放しても十分な車室内の換気が出来ないおそれがある。
本発明の特徴は、冷媒を使用した車両用空調装置を搭載した車両のフェール制御装置であって、車両の異常を検出する異常検出手段と、異常検出手段が異常を検出した時に、冷媒の流路を車室内から隔離されて車室外で循環する第1の流路へ切り替える流路切替手段とを有することを要旨とする。
本発明によれば、車両に異常が発生しても車室内に高圧の冷媒を流入させないフェール制御装置を提供することが出来る。
以下図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。図面の記載において同一あるいは類似の部分には同一あるいは類似な符号を付している。
本発明の実施の形態に係わるフェール制御装置は、冷媒を使用した車両用空調装置を搭載した車両のフェール制御装置であって、火災、爆発誘因の危険性や人体に有害な冷媒を使用した車両用空調装置を搭載する車両の安全装置である。冷媒には、プロパン、ブタン、イソブタン、CO2などのノンフロン冷媒が含まれる。
図1に示すように、実施の形態に係わるフェール制御装置2は、車両の異常を検出する異常検出手段の一例としての車両コントロールユニット3と、車両コントロールユニット3が車両の異常を検出した時に、冷媒の流路を車室内から隔離されて車室外で循環する第1の流路10へ切り替える流路切替手段の一例としての空調コントロールユニット4とを有する。車両コントロールユニット3は、車両の衝突を「車両の異常」として検出する車両衝突検出手段の一例である。
車両用空調装置1は、冷媒を圧縮する圧縮器5と、車室内に配置された車室内熱交換器6及び蒸発器7と、冷媒の熱交換が行われる2以上の流路(8a、8b)を有する内部熱交換器8と、圧縮器5の下流と第1の流路10とを接続するバイパス流路9と、バイパス流路9上に配置された、圧縮器5から第1の流路10への一方向のみに冷媒を流す逆止弁12aと、第1の流路10上に配置された、冷媒の圧力が所定値以上になった時に冷媒を大気へ開放する開放弁(リリーフ弁)13と、開放弁13の下流であって内部熱交換器8の1つの流路8aの上流に配置された車室外熱交換器15とを有する。
圧縮器5は、流入する冷媒を圧縮して吐出する。圧縮器5から吐出された冷媒は、先ず、三方弁18aにより、2つの方向に流路が切り替えられる。三方弁18aの一方の流路は、前述した逆止弁12aを介して第1の流路10に接続されている。三方弁18aの他方の流路は、冷媒の圧力を測定する圧力センサ19を介して車室内熱交換器6に接続されている。車室内熱交換器6から流出した冷媒の流路は、二股に分かれて2つの三方弁18b、18cに供給される。一方の三方弁18bから流出した冷媒は、逆止弁12c及びアキュームレータ16を介して内部熱交換器8の他方の流路8bに供給され、その後圧縮器5に戻る。他方の三方弁18cから流出した冷媒は、バイパス流路9と合流した後、内部熱交換器8の1つの流路8aを流れ、二股に分かれる。一方の流路は、膨張弁14aと介して蒸発器7にとおり、前述した逆止弁12cからの流路と合流した後、アキュームレータ16に接続されている。他方の流路は、膨張弁14b、逆止弁12b、開放弁13の順に接続され、車室外熱交換器15及び逆止弁12dに接続されている。車室外熱交換器15から吐出した冷媒の流路は、2つの三方弁18b、18cに接続され、逆止弁12dから吐出した冷媒の流路は、第1の流路10に合流する。
第1の流路10は、内部熱交換器8の1つの流路8a、膨張弁14b、逆止弁12b、開放弁13、車室外熱交換器15、三方弁18cの順で冷媒を循環させる流路である。第2の流路11は、圧縮器5、三方弁18a、圧力センサ19、車室内熱交換器6、三方弁18b、逆止弁12c、アキュームレータ16、内部熱交換器8の他方の流路8bの順で冷媒を循環させる流路である。
蒸発器7及び車室内熱交換器6は車室内に配置され、上述した車両用空調装置1の他の構成要素は、車室外に配置されている。インテーク17aを切り替えることにより、車室内からの空気を蒸発器7に循環させるか、或いは車室外からの外気を蒸発器7に導入するかを切り替えることが出来る。また、インテーク17bを切り替えることにより、蒸発器7を通過した空気に対して車室内熱交換器6を更に通過させるか否かを切り替えることが出来る。
空調コントロールユニット4は、三方弁18a〜18c、圧縮器5、膨張弁14a、開放弁13の動作を制御することにより、車両用空調装置1の通常動作時及び車両異常検出時における冷媒の流路をコントロールする。
第1の流路10上には内部熱交換器8の1つの流路8aが配置され、車両コントロールユニット3が車両の異常を検出していない通常運転時に、空調コントロールユニット4は、圧縮器5で圧縮された冷媒の流路を車室内熱交換器6、内部熱交換器8の他の流路8bが配置された第2の流路11へ切り替え、車両コントロールユニット3が車両の異常を検出した時に、空調コントロールユニット4は、圧縮器5で圧縮された冷媒をバイパス流路9を介して第1の流路10へ流す。空調コントロールユニット4は、車両コントロールユニット3が異常を検出してから所定時間経過後に圧縮器5の動作を停止する。
図1では異常検出手段の一例として、車両の衝突を検出する車両衝突検出手段(車両コントロールユニット3)について説明したが、異常検出手段の他の例として、圧縮器5の下流であって車室内熱交換器6の上流に配置された、冷媒の圧力異常上昇を検出する圧力検出手段(圧力センサ19)であっても構わない。
次に、車両用空調装置1の通常動作時及び車両異常検出時における冷媒の流れについて説明する。ここでは、通常動作時として暖房運転時、冷房運転時、及び除湿暖房運転時を例にとり説明する。
図2(a)に示すように、図1の車両用空調装置1の暖房運転時において、三方弁18aは流路AとBを接続しているため圧縮器5から吐出した高圧状態の冷媒(以後、「高圧冷媒」という)は、三方弁18a、圧力センサ19を通り、車室内熱交換器6に供給される。三方弁18cは流路AとBを接続しているため車室内熱交換器6から吐出した高圧冷媒は、三方弁18c、第1の流路10を通り、内部熱交換器8の1つの流路8a、膨張弁14bを流れる。膨張弁14bを通過した後、冷媒は膨張して低圧状態となる。低圧状態の冷媒(以後、「低圧冷媒」という)は、逆止弁12b、開放弁13、車室外熱交換器15を流れる。三方弁18bは流路CとDを接続しているため、車室外熱交換器15から吐出した冷媒は、三方弁18b、逆止弁12c、アキュームレータ16、内部熱交換器8の他方の流路8bを通過して圧縮器5に戻る。バイパス流路9を含むその他の流路は、冷媒が流れていない、即ち「冷媒停止ライン」である。なお、インテーク17aは車室内の空気を循環させ、インテーク17bは車室内熱交換器6に空気を通している。
図2(b)に示すように、図1の車両用空調装置1の車両異常検出時において、三方弁18aは流路AとCを接続しているため圧縮器5から吐出した高圧冷媒は、三方弁18a、逆止弁12a、バイパス流路9を通り、第1の流路10に供給される。その後、高圧冷媒は、内部熱交換器8の1つの流路8a、膨張弁14b、逆止弁12b、開放弁13、車室外熱交換器15を流れる。三方弁18cは流路CとBを接続しているため、高圧冷媒は、三方弁18cを通り、第1の流路10を循環することになる。一方、圧縮器5、三方弁18a、圧力センサ19、車室内熱交換器6、三方弁18b、逆止弁12c、アキュームレータ16、内部熱交換器8の他方の流路8bの順で冷媒を循環させる第2の流路11には、低圧冷媒が循環することになる。なお、インテーク17aは車室外の空気を導入させ、インテーク17bは車室内熱交換器6に空気を通している。
図3(a)に示すように、図1の車両用空調装置1の冷房運転時において、三方弁18aは流路AとBを接続しているため圧縮器5から吐出した高圧冷媒は、三方弁18a、圧力センサ19を通り、車室内熱交換器6に供給される。三方弁18bは流路AとCを接続しているため車室内熱交換器6から吐出した高圧冷媒は、三方弁18bを通り、車室外熱交換器15、逆止弁12d、内部熱交換器8の1つの流路8a、膨張弁14aを流れる。膨張弁14aを通過した後、冷媒は膨張して低圧状態となる。その後、低圧冷媒は、蒸発器7、アキュームレータ16、内部熱交換器8の他方の流路8bを通過して圧縮器5に戻る。バイパス流路9を含むその他の流路は、冷媒が流れていない冷媒停止ラインである。なお、インテーク17aは車室内の空気を循環させ、インテーク17bは車室内熱交換器6に空気を通している。
図3(b)に示すように、図1の車両用空調装置1の車両異常検出時において、冷媒は、前述した図2(b)に示す車両異常検出時と同じ状態となる。したがって、その説明を省略する。
図4(a)に示すように、図1の車両用空調装置1の除湿暖房運転時において、三方弁18aは流路AとBを接続しているため圧縮器5から吐出した高圧冷媒は、三方弁18a、圧力センサ19を通り、車室内熱交換器6に供給される。三方弁18cは流路AとBを接続しているため車室内熱交換器6から吐出した高圧冷媒は、三方弁18cを通り、内部熱交換器8の1つの流路8a、膨張弁14aを流れる。膨張弁14aを通過した後、冷媒は膨張して低圧状態となる。その後、低圧冷媒は、蒸発器7、アキュームレータ16、内部熱交換器8の他方の流路8bを通過して圧縮器5に戻る。バイパス流路9を含むその他の流路は、冷媒が流れていない冷媒停止ラインである。なお、インテーク17aは車室内の空気を循環させ、インテーク17bは車室内熱交換器6に空気を通している。
図4(b)に示すように、図1の車両用空調装置1の車両異常検出時において、冷媒は、前述した図2(b)に示す車両異常検出時と同じ状態となる。したがって、その説明を省略する。
図5(a)に示すように、三方弁18aは、暖房運転時、除湿暖房運転時、及び冷房運転時において流路AとBとを接続し、圧力異常上昇時、車両衝突時などの車両異常検出時において流路AとCとを接続する。
図5(b)に示すように、三方弁18bは、暖房運転時において流路CとDとを接続し、冷房運転時において流路AとCとを接続し、圧力異常上昇時、車両衝突時などの車両異常検出時において流路AとDとを接続する。
図5(c)に示すように、三方弁18cは、暖房運転時において流路AとBとを接続し、除湿暖房運転時において流路AとBとを接続し、圧力異常上昇時、車両衝突時などの車両異常検出時において流路CとBとを接続する。
図5(d)に示すように、膨張弁14aは、暖房運転時において閉じており、除湿暖房運転時及び冷房運転時において膨張しており、圧力異常上昇時、車両衝突時などの車両異常検出時において閉じる。膨張弁14bは、暖房運転時において膨張しており、除湿暖房運転時及び冷房運転時において閉じており、圧力異常上昇時、車両衝突時などの車両異常検出時において開く。
次に、図6を参照して、図1に示したフェール制御装置2及び車両用空調装置1の動作を説明する。なお、図6に示すフローチャートは、車両用空調装置1が動作開始してから一定時間毎(例えば、10msec毎)に繰り返し実行される。
(イ)先ずS01段階において、圧力センサ19は圧縮器5から吐出した冷媒の圧力を測定し、車両コントローラユニットは、冷媒の圧力が所定圧力を越えているか否か、又は所定値以上の衝撃が車両に加わったか否かを判断する。冷媒の圧力が所定圧力を越えている、又は所定値以上の衝撃が車両に加わった場合(S01段階においてYES)、S02段階に進み、冷媒の圧力が所定圧力を越えていない、又は所定値以上の衝撃が車両に加わっていない場合(S01段階においてNO)、フェール制御は終了する。
(ロ)S02段階において、インテーク17aを外気導入にする。
(ハ)S03段階において、三方弁18aの流路をA→Cへ、三方弁18bの流路をA→Dへ、三方弁18cの流路をC→Bへ、それぞれ切り替え、同時に膨張弁14aを閉じ、膨張弁14bを開く。
(ニ)S04段階において、空調コントロールユニット4は、車両コントロールユニット3が異常を検出してから所定時間が経過したか否かを監視する。ここで「所定時間」とは、第1の流路10を流れる高圧冷媒を開放弁(リリーフバルブ)13から排出し、第1の流路10を流れる冷媒量を少なくすることで、圧縮器5を停止した時の第1の流路10内の圧力を下げることができる時間である。
(ホ)異常を検出してから所定時間が経過した場合(S04段階においてYES)、S05段階に進み、空調コントロールユニット4は、車両コントロールユニット3が異常を検出してから所定時間経過後に圧縮器5の動作を停止する。所定時間を経過していない場合(S04段階においてNO)は、再びS04段階に戻り、監視を継続する。
なお、図2(b)、図3(b)、図4(b)に示した車両異常検出時における高圧冷媒の圧力が設定値を超えた場合は、開放弁(リリーフバルブ)13から冷媒を放出することができる。また、車両衝突時のフェール制御は、圧力センサ19により所定値以上の圧力を検知した場合のフェール制御と同様である。
以上説明したように、本発明の実施の形態によれば、車両コントロールユニット3及び圧力センサ19などの異常検出手段により車両の異常を検出した場合、車両用空調装置1内の流路を流れる冷媒を、車室内から隔離され、車室外で循環する第1の流路10に流すことで、車室内側に流れる冷媒は低圧状態となり、万が一、冷媒が車室内側に噴出した場合も、乗員への影響が低減できる。
異常検出手段により車両の異常を検出した場合、圧縮器5から吐出される冷媒をバイパス流路9を介して第1の流路10に流すことで、車室外熱交換器15と内部熱交換器8の1つの流路8aで構成する第1の流路10は高圧冷媒が流れ、圧縮器5と車室内熱交換器6と内部熱交換器8の他の流路8bで構成する第2の流路11は低圧冷媒が流れるので、車室内側に流れる冷媒は低圧となり、万が一冷媒が噴出した場合も、乗員への影響が低減できる。
バイパス流路9に第2の流路11から第1の流路10の一方向のみに冷媒を流すことを可能にする逆止弁12aを設けることで、圧縮器5が停止した時にも高圧の冷媒が逆流することを防ぎ、高圧の冷媒が車室内側の流路に流れることはない。
異常検出時に第1の流路10に高圧の冷媒が流れた場合、開放弁13が配置された規定箇所から高圧の冷媒を放出できるので、圧力異常上昇により第1の流路10に設置された配管や各熱交換器等の機器の破損を防止し、二次災害を最小限にすることができる。
圧縮器5を所定時間動かすことで、開放弁13から冷媒を排出し、第1の流路10内の冷媒を減らすことで、圧縮器5停止後の第1の流路10内の圧力を小さくすることができる。なお、圧縮器5を停止しても、惰性回転で高圧の冷媒を第1の流路10に流すことができる。
車室内熱交換器6の上流であって圧縮器5の下流の圧力を検出して判断することで、圧縮器5で圧縮された冷媒の異常上昇を検知でき、高圧の冷媒を第1の流路10に流すことができるので、異常圧力による配管等の破損による高圧の冷媒が車室内へ噴出することを防止できる。
車両が衝突した時に配管の破損等で冷媒が噴出した場合も、第1の流路10に高圧の冷媒を流すことで車室内への高圧の冷媒の噴出を防止することができる。
更に、暖房使用時、冷房使用時及び除湿暖房使用時においても、上述した作用効果を達成できる。
(その他の実施の形態)
上記のように、本発明は、1つの実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
例えば、三方弁18b、18cは、マルチコントロールバルブにすることで統合することが可能である。また、車両コントロールユニット3が圧力異常上昇或いは車両衝突などの「車両の異常」を検出した時に圧縮器5が作動しなくなっていた場合でも、圧縮器5の惰性回転により、車室内熱交換器6を低圧にし、車室外熱交換器15を高圧にすることができる。そして、バイパス流路9に逆止弁12aを設けたので、高圧冷媒が第2の流路11側、即ち車室内側の配管等に逆流することはない。また、第1の流路10を、内部熱交換器8の1つの流路8a、膨張弁14b、逆止弁12b、開放弁(リリーフ弁)13、逆止弁12dの順で冷媒を循環させる流路としても構わない。
このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を包含するということを理解すべきである。したがって、本発明はこの開示から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ限定されるものである。
本発明の実施の形態に係わる車両用空調装置及びそのフェール制御装置を示すブロック図である。 図2(a)は、図1の車両用空調装置の暖房運転時における冷媒の流れを高圧冷媒、低圧冷媒、冷媒停止に分けて示したブロック図である。図2(b)は、図1の車両用空調装置の車両異常検出時における冷媒の流れを高圧冷媒、低圧冷媒、冷媒停止に分けて示したブロック図である。 図3(a)は、図1の車両用空調装置の冷房運転時における冷媒の流れを高圧冷媒、低圧冷媒、冷媒停止に分けて示したブロック図である。図3(b)は、図1の車両用空調装置の車両異常検出時における冷媒の流れを高圧冷媒、低圧冷媒、冷媒停止に分けて示したブロック図である。 図4(a)は、図1の車両用空調装置の除湿暖房運転時における冷媒の流れを高圧冷媒、低圧冷媒、冷媒停止に分けて示したブロック図である。図4(b)は、図1の車両用空調装置の車両異常検出時における冷媒の流れを高圧冷媒、低圧冷媒、冷媒停止に分けて示したブロック図である。 図5(a)乃至図5(d)は、通常運転時及び車両異常検出時における三方弁18a〜18cの切替状態及び膨張弁の開閉状態を示す表である。 図1に示したフェール制御装置及び車両用空調装置の動作を示すフローチャートである。
符号の説明
1…車両用空調装置
2…フェール制御装置
3…異常検出手段の一例としての車両コントロールユニット
4…流路切替手段の一例としての空調コントロールユニット
5…圧縮器
6…車室内熱交換器
7…蒸発器
8…内部熱交換器
8a、8b…流路
9…バイパス流路
10…第1の流路
11…第2の流路
12a〜12d…逆止弁
13…開放弁
14a、14b…膨張弁
15…車室外熱交換器
16…アキュームレータ
17a、17b…インテーク
18a〜18c…三方弁
19…圧力センサ

Claims (11)

  1. 冷媒を使用した車両用空調装置を搭載した車両のフェール制御装置であって、
    前記車両の異常を検出する異常検出手段と、
    前記異常検出手段が前記異常を検出した時に、前記冷媒の流路を車室内から隔離されて車室外で循環する第1の流路へ切り替える流路切替手段
    とを有するフェール制御装置。
  2. 前記車両用空調装置は、前記冷媒を圧縮する圧縮器と、車室内に配置された車室内熱交換器及び蒸発器と、前記冷媒の熱交換が行われる2以上の流路を有する内部熱交換器と、前記圧縮器の下流と前記第1の流路とを接続するバイパス流路とを有し、
    前記第1の流路上には前記内部熱交換器の1つの流路が配置され、
    前記異常検出手段が前記異常を検出していない通常運転時に、前記流路切替手段は、前記圧縮器で圧縮された前記冷媒の流路を前記車室内熱交換器、前記内部熱交換器の他の流路が配置された第2の流路へ流し、
    前記異常検出手段が前記異常を検出した時に、前記流路切替手段は、前記圧縮器で圧縮された前記冷媒を前記バイパス流路を介して前記第1の流路へ切り替えることを特徴とする請求項1記載のフェール制御装置。
  3. 前記車両用空調装置は、前記バイパス流路上に配置された、前記圧縮器から前記第1の流路への一方向のみに前記冷媒を流す逆止弁を更に有することを特徴とする請求項2記載のフェール制御装置。
  4. 前記車両用空調装置は、前記第1の流路上に配置された、前記冷媒の圧力が所定値以上になった時に前記冷媒を大気へ開放する開放弁を更に有することを特徴とする請求項1乃至3何れか1項記載のフェール制御装置。
  5. 前記車両用空調装置は、前記開放弁の下流であって前記内部熱交換器の1つの流路の上流に配置された車室外熱交換器を更に有することを特徴とする請求項4記載のフェール制御装置。
  6. 前記流路切替手段は、前記異常検出手段が前記異常を検出してから所定時間経過後に前記圧縮器を停止することを特徴とする請求項2乃至5何れか1項記載のフェール制御装置。
  7. 前記異常検出手段は、前記圧縮器の下流であって前記車室内熱交換器の上流に配置された、前記冷媒の圧力を検出する圧力検出手段であることを特徴とする請求項1乃至6何れか1項記載のフェール制御装置。
  8. 前記異常検出手段は、前記車両の衝突を検出する車両衝突検出手段であることを特徴とする請求項1乃至6何れか1項記載のフェール制御装置。
  9. 前記通常運転時に、前記流路切替手段は、前記圧縮器で圧縮された前記冷媒を、前記車室内熱交換器、前記内部熱交換器の1つの流路、前記内部熱交換器の他の流路の順に循環させる暖房モードへ流すことを特徴とする請求項2乃至8何れか1項記載のフェール制御装置。
  10. 前記通常運転時に、前記流路切替手段は、前記圧縮器で圧縮された前記冷媒を、前記車室内熱交換器、前記車室外熱交換器、前記内部熱交換器の1つの流路、前記蒸発器、前記内部熱交換器の他の流路の順に循環させる冷房モードへ流すことを特徴とする請求項5乃至8何れか1項記載のフェール制御装置。
  11. 前記通常運転時に、前記流路切替手段は、前記圧縮器で圧縮された前記冷媒を、前記車室内熱交換器、前記内部熱交換器の1つの流路、前記蒸発器、前記内部熱交換器の他の流路の順に循環させる除湿暖房モードへ流すことを特徴とする請求項5乃至8何れか1項記載のフェール制御装置。
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