JP2006327494A - 車両用空調装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 極低温下であっても凝縮器側の寝込み冷媒やオイルをホットガスサイクル側に回収することができる車両用空調装置を実現する。
【解決手段】 冷暖房切替弁１４により凝縮器２の入口側を開放するとともに、ホットガスバイパス通路１８の入口側を閉塞して、通常の冷房モードの運転を行い、また、冷暖房切替弁１４により凝縮器２の入口側を閉塞するとともに、ホットガスバイパス通路１８の入口側を開放して、ホットガスバイパスによる暖房モードの運転を行う車両用空調装置において、イグニッションスイッチをＯＮしたときに、ホットガスバイパスによる暖房モードの強制運転を行って凝縮器２側の寝込み冷媒を蒸発器４側に回収する冷媒回収制御手段６ａを有する。これにより、凝縮器側の寝込み冷媒やオイルをホットガスサイクル側に回収することができる。
【選択図】 図４

Description

本発明は、圧縮機より吐出された高圧、高温のガス冷媒を減圧して蒸発器に導き、その蒸発器をガス冷媒の放熱器として使用して空気を加熱するホットガスバイパス機能を有する車両用空調装置に関するものであり、特に、低温時において凝縮器側に寝込んでしまう冷媒やオイルの回収制御に関する。

従来、この種の車両用空調装置として、例えば、ホットガスバイパスによる暖房モードの起動に先だって、冷房モードの運転を所定時間ＯＮした後に、圧縮機の運転を所定時間ＯＦＦした冷房運転を行い、その後、暖房モードの運転を行うことで、凝縮器側の寝込み冷媒を蒸発器側に回収する回収制御を有することを特徴とする装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００３−３２２４２０号公報

この種の装置におけるホットガスによる暖房運転は低温下で作動される。例えば、外気温度が−１０〜−２０℃程度の低温下にて、冷凍サイクル内の冷媒やオイルなどはサイクル内の冷えている箇所に寝込む性質を有している。そして、この程度の外気温度であれば、ホットガスサイクル側に冷媒やオイルが残っているため、上記特許文献１の特徴である回収制御を行うことで凝縮器側の寝込み冷媒やオイルをホットガスサイクル側に回収することができる。

ところが、発明者らの研究によると、さらに、外気温度が低下して、例えば、−３０℃程度以下の極低温下のときには、特に、自動車など車両の走行中に外気に晒される凝縮器を有する空調装置においてはこの凝縮器に全ての冷媒やオイルが寝込んでしまい、ホットガスサイクル側に冷媒やオイルが残らないことを見出した。

つまり、このよう場合には、上記特許文献１の特徴である回収制御を行っても、ホットガスサイクル側に冷媒やオイルが残っていないことで、凝縮器側の寝込み冷媒やオイルをホットガスサイクル側に回収することができないことが分った。

そこで、本発明の目的は、上記点に鑑みたものであり、極低温下であっても凝縮器側の寝込み冷媒やオイルをホットガスサイクル側に回収することができる車両用空調装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１ないし請求項４に記載の技術的手段を採用する。すなわち、請求項１に記載の発明では、冷媒を圧縮し、吐出する圧縮機（１）と、この圧縮機（１）の吐出ガス冷媒を凝縮する凝縮器（２）と、この凝縮器（２）で凝縮した冷媒を減圧させる第１減圧装置（３）と、この第１減圧装置（３）で減圧された冷媒を蒸発させる蒸発器（４）と、圧縮機（１）の吐出側を直接、蒸発器（４）の入口側に接続するホットガスバイパス通路（１８）と、圧縮機（１）の吐出側と凝縮器（２）の入口側との連通、および圧縮機（１）の吐出側とホットガスバイパス通路（１８）の入口側との連通を切り替える切り替え弁手段（１４）とを備え、
切り替え弁手段（１４）により凝縮器（２）の入口側を開放するとともに、ホットガスバイパス通路（１８）の入口側を閉塞して、通常の冷房モードの運転を行い、また、切り替え弁手段（１４）により凝縮器（２）の入口側を閉塞するとともに、ホットガスバイパス通路（１８）の入口側を開放して、ホットガスバイパスによる暖房モードの運転を行う車両用空調装置において、
イグニッションスイッチをＯＮしたときに、ホットガスバイパスによる暖房モードの強制運転を行って凝縮器（２）側の寝込み冷媒を蒸発器（４）側に回収する冷媒回収制御手段（６ａ）を有することを特徴としている。

この発明によれば、車両が走行する前に冷凍サイクル内の冷えている箇所に寝込んだ冷媒やオイルをホットガスサイクル側に回収することができる。これにより、車両が走行した後、つまり、ホットガスバイパスによる暖房モードの運転を行う前に冷房モードの運転を所定時間ＯＮした後に、圧縮機の運転を所定時間ＯＦＦする冷媒回収を行う従来方法よりも、本発明の方がホットガスサイクル側に冷媒やオイルを残すことができることで、冷媒回収を行うときに、凝縮器（２）側の寝込み冷媒やオイルを確実にホットガスサイクル側に回収することができる。

請求項２に記載の発明では、冷媒回収制御手段（６ａ）は、イグニッションスイッチをＯＮした直後、もしくは少し経過した後のいずれか一方のときに、暖房モードの強制運転を行うことを特徴としている。

この発明によれば、車両が走行すれば、外気温度で最も冷やされる箇所は凝縮器（２）であり、この部位が走行により最も冷やされる前に、凝縮器（２）側の寝込み冷媒やオイルをホットガスサイクル側に回収することができる。つまり、ホットガスサイクル側に冷媒を残すことができる。

請求項３に記載の発明では、冷媒回収制御手段（６ａ）は、外気温度が所定温度以下のときに、暖房モードの強制運転を所定時間行うことを特徴としている。この発明によれば、外気温度に基づいて強制運転を行うことで確実にホットガスサイクル側への冷媒回収ができる。

請求項４に記載の発明では、外気温度の所定温度は、約−３０℃程度であることを特徴としている。この発明によれば、外気温度が、具体的に、−３０℃程度以下の極低温下のときは、車両の走行直前に暖房モードの強制運転を行うことで凝縮器（２）側への寝込む前にホットガスサイクル側に冷媒を残すことができる。

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態の具体的手段との対応関係を示すものである。

以下、本発明の一実施形態における車両用空調装置を図１ないし図４に基づいて説明する。図１は本発明の車両用空調装置の全体構成を示す模式図であり、図２は切り替え弁手段である冷暖房切替弁１４の全体構成を示す模式図である。また、図３は車両用空調装置を車両に搭載した搭載形態を示す斜視図であり、図４は本発明の要部となる冷媒回収制御運転の作動状態を示すタイムチャートである。

本実施形態の車両用空調装置は、図１に示すように、圧縮機１、凝縮器２、第１減圧装置である冷房側絞り３、および蒸発器４などを順に環状に冷媒配管で接続してなる冷凍サイクルから構成している。

圧縮機１は、例えば、電磁クラッチ１ａを介して水冷式の車両用エンジン（図示せず）により駆動される。圧縮機１の吐出側は、切り替え弁手段である冷暖房切替弁１４を介して凝縮器２に接続される。この凝縮器２は、圧縮機１で圧縮された高温高圧のガス冷媒と外気とを熱交換させて凝縮させる。なお、凝縮器２には電動式の冷却ファン（図示せず）が設けられ、これにより冷却空気（外気）が送風される。

そして、凝縮器２の出口側には、凝縮された高圧冷媒を貯める受液器２１が設けられ、受液器２１に貯められた液冷媒が第１減圧装置である冷房側絞り３に導入するように接続されている。そして、冷房側絞り３の出口側は、逆止弁１９を介して蒸発器４に接続されている。

蒸発器４の出口側は、気液分離器となるサクションタンク５を介して圧縮機１の吸入側に接続されている。このサクションタンク５は、冷媒の気液を分離して液冷媒を溜め、ガス冷媒および底部付近の少量の液冷媒（オイルが溶け込んでいる）を圧縮機１側へ吸入させる。

一方、圧縮機１の吐出側と蒸発器４の入口側との間に、凝縮器２をバイパスするホットガスバイパス通路１８が設けてあり、このバイパス通路１８の上流端には、切り替え弁手段である冷暖房切替弁１４に接続されている。本実施形態の冷暖房切替弁１４は、図２に示すように、電磁弁１５、差圧弁１６、および第２減圧装置である暖房側絞り１７とから一体に構成している。

そして、この電磁弁１５が開弁しているときに圧縮機１を作動させると、圧縮機１の吐出側と凝縮器２の入口側とが連通して、圧縮機１で圧縮されたガス冷媒が凝縮器２側に導入され、その後、受液器→冷房側絞り３→蒸発器４→サクションタンク５→圧縮機１の順に冷媒が循環することで冷房運転ができる。

一方、電磁弁１５が閉弁しているときに圧縮機１を作動させると、圧縮機１の吐出側とホットガスバイパス通路１８の入口側とが差圧弁１６を介して連通する。この差圧弁１６は電磁弁１５が閉弁しているときに、圧縮機１の吐出側の圧力と凝縮器２の入口側の圧力との圧力差が所定値以上になると開弁するようになっている。

つまり、圧力差が所定値以上になると、圧縮機１で圧縮されたガス冷媒がホットガスバイパス通路１８側に導入されて蒸発器４にガス冷媒が循環することで暖房運転ができる。なお、本実施形態では、暖房側絞り１７を冷暖房切替弁１４内に一体に形成させたが、これに限らず、ホットガスバイパス通路１８側にオリフィス、キャピラリチューブ等の固定絞りで構成して冷暖房切替弁１４に直列に設けても良い。

蒸発器４は、車両用においては空調ケース（図示せず）内に設置され、電動式の送風機（図示せず）により送風される空気（車室内空気または外気）を冷房モード時には冷却する。そして、冬期暖房モード時には、蒸発器４はホットガスバイパス通路１８からの高温冷媒ガス（ホットガス）が流入して空気を加熱するので、放熱器としての役割を果たす。

通常、空調ケース内において、蒸発器４の下流側には車両用エンジン（図示せず）からの温水（エンジン冷却水）を熱源として送風空気を加熱する温水式の暖房用熱交換器（図示せず）が設置されており、この暖房用熱交換器の下流側に設けられた吹出口から車室内に空調空気を吹き出すようになっている。

そして、空調用電子制御装置（ＥＣＵ）６は、マイクロコンピュータとその周辺回路から構成され、予め設定された冷媒回収制御プログラム６ａに従って入力信号に対する演算処理を行って、電磁クラッチ１ａのＯＮ／ＯＦＦ、冷暖房切替弁１４に設けられた電磁弁１５の開閉、およびその他の電気機器の作動を制御するものであって、本発明の制御手段を構成している。なお、電磁弁１５の開閉は、通常が開弁状態であって、通電することで閉弁状態となる。

また、図３に示す車両用空調装置の搭載形態の斜視図においては、図１および図２に示す冷暖房切替弁１４、ホットガスバイパス通路１８、逆止弁１９、および冷房側絞り３は、凝縮器２の近傍に配置され、それらが一体に構成するように配設されている。

次に、以上の構成による車両用空調装置のホットガスサイクルの作動について説明する。一般的に、この種のホットガスシステムは、冷凍サイクルの凝縮部２を迂回して、空調（Ａ／Ｃ）の運転領域とは異なる低外気温域で運転する。

外気温度が低い場合、冷凍サイクル内の冷媒とオイルは冷凍サイクル内の冷えている個所に寝込む性質をもっている。このことから冷媒とオイルは、外気温にさらされ、容積がある凝縮器２に多く寝込むことが考えられる。

そのため、ホットガス運転のときは寝込んだ冷媒を凝縮器２からホットガスサイクル内に回収する必要があり、ホットガス運転を起動する前に凝縮器２から冷媒を回収する冷媒回収を行う必要がある。しかし、冷媒回収を行う場合、ホットガスサイクル内の冷媒量、オイル量は適正時より少なく、この状態で圧縮機１を作動させることは、圧縮機１の耐久面に大きな影響を及ぼす。

従来技術（特開２００３−３２２４２０号公報）では、冷媒回収を必要とする冷媒不足状態において、圧縮機１の作動を最小限の冷媒を回収する冷房モードの運転を所定時間ＯＮした後に、圧縮機の運転を所定時間ＯＦＦしてその後、暖房モードの運転を行う方法がある。

ところが、発明者らの検討によると、上記方法では外気温度が−１０〜−２０℃程度の低温下の場合においてのみ、ホットガスサイクル内の冷媒が不足した状態であっても、ホットガスサイクル内に僅かな冷媒が残っておれば上記従来技術の冷媒回収ができることを見出した。

しかも、外気温度がさらに低下してくると、例えば−３０℃程度以下の極低温下の場合には、全ての冷媒やオイルが極低温下にさらされる凝縮器２側に寝込んでしまって、ホットガスサイクル側に冷媒が残っていない。このときに、上記方法による冷媒回収を行ってもホットガスサイクル内に冷媒が残っていないと、凝縮器２側に寝込んだ冷媒やオイルをホットガスサイクル内に回収することができないことが分った。

つまり、外気温度が上記極低温下よりも高いときには、ホットガスサイクル内に僅かな冷媒があるときに、上述の冷媒回収を行っても凝縮器２側に寝込んだ冷媒やオイルをホットガスサイクル内に回収することが出来るが外気温度が上記極低温以下となると冷媒回収が出来ないことが分った。

そこで、本発明では、車両用エンジン（図示せず）を始動した直後に、エアコンスイッチ（図示せず）がＯＦＦ状態であっても、強制的に暖房モードを運転させてホットガスサイクル内に冷媒やオイルを残すようにさせている。

そして、使用者が所望する暖房モードが要求したときに、そのホットガスバイパスによる暖房モードの起動に先立って冷媒を回収するための冷房運転（クラッチＯＮとクラッチＯＦＦ）をそれぞれ所定時間行った後に暖房モードを作動させる冷媒回収制御手段６ａを備えている。

具体的には、図４に示す冷媒回収運転の状態を説明するタイムチャートである。即ち、ホットガス運転に先立って、（ａ）イグニッションスイッチをＯＮした直後に、エアコンスイッチ（図示せず）がＯＦＦ状態であっても、（ｃ）冷暖房切替弁１４の開閉弁１５を閉弁させて、（ｂ）電磁クラッチ１ａをＯＮにして圧縮機１を所定時間Ｔ駆動する。

これにより、ホットガスサイクル内に冷媒が循環する。つまり、ホットガスサイクル内に冷媒やオイルが残ることになる。なお、この強制暖房運転は、予め設定したタイマーに基づいた所定時間Ｔ継続するが、高圧側の圧力が所定圧（例えば、約２Ｍａ程度）以上に達したとき、もしくはエンジン水温が所定温度に達したときに停止するようにしている。

そして、使用者が所望する暖房モードを操作指令したときに、冷房運転で冷媒回収を行って暖房モードを起動させる。つまり、暖房モードとなる前に、（ｃ）冷暖房切替弁１４の開閉弁１５を開弁状態にしたまま、（ｂ）電磁クラッチ１ａをＯＮにして圧縮機１を駆動させて、所定時間、図４においては、例えば、２０秒間冷房運転を行って、ホットガス作動（Ｈ／Ｇ）に最低限必要な冷媒量をこの冷房作動によって凝縮器２等から回収する。

なお、このときに外気温度が極低温（例えば、−３０℃程度以下）下であっても、ホットガスサイクル内に冷媒やオイルが残っているので、この冷房作動によって凝縮器２等から回収することができる。

その後、冷房モードにした状態で、電磁クラッチ１ａをＯＦＦにして圧縮機１の駆動を停止する。この圧縮機ＯＦＦの状態を所定時間、図４においては約３０秒間、続けて、サイクル内における凝縮器２側の高圧側と蒸発器４側の低圧側との圧力差によって、ホットガス作動（Ｈ／Ｇ）に余裕をもたせた冷媒を回収する。

そして、（ｃ）冷暖房切替弁１４の開閉弁１５を閉弁させて、（ｂ）電磁クラッチ１ａをＯＮにして圧縮機１を駆動させて暖房運転を行う。このように、凝縮器２側に寝込んでいる冷媒を回収する際に、冷房モードで圧縮機１を所定時間作動させた後に、その冷房モードのまま圧縮機のＯＦＦ（停止）時間を設けることで、冷媒不足中での圧縮機１の作動を低減できる。

なお、本実施形態では、（ａ）イグニッションスイッチをＯＮした直後に、強制暖房運転を行うように制御したが、これに限らず、（ａ）イグニッションスイッチをＯＮした後に、少し経過した後に強制暖房運転を行うように制御しても良い。

以上の一実施形態による車両用空調装置によれば、イグニッションスイッチをＯＮしたときに、ホットガスバイパスによる暖房モードの強制運転を行って凝縮器２側の寝込み冷媒を蒸発器４側に回収する冷媒回収制御手段６ａを有することにより、車両が走行する前に冷凍サイクル内の冷えている箇所に寝込んだ冷媒やオイルをホットガスサイクル側に回収することができる。

これにより、車両が走行した後、つまり、ホットガスバイパスによる暖房モードの運転を行う前に冷房モードの運転を所定時間ＯＮした後に、圧縮機１の運転を所定時間ＯＦＦする冷媒回収を行う従来方法よりも、本発明の方がホットガスサイクル側に冷媒やオイルを残すことができることで、冷媒回収を行うときに、凝縮器２側の寝込み冷媒やオイルを確実にホットガスサイクル側に回収することができる。

なお、外気温度が極低温下の約−３０℃程度以下であれば車両の走行前に暖房モードの強制運転を行うことで凝縮器２側への寝込む前にホットガスサイクル側に冷媒を残すことができる。

（他の実施形態）
以上の一実施形態では、冷媒回収制御手段６ａを外気温度に基づいて作動させるようにしなかったが、これに限らず、外気温度に基づいて冷媒回収制御を行っても良い。例えば、外気温度が所定温度（例えば、−３０℃程度以下）以下のときに、暖房モードの強制運転を行うようにしても良い。

本発明の一実施形態における車両用空調装置の全体構成を示す模式図である。 本発明の一実施形態における冷暖房切替弁１４の全体構成を示す模式図である。 本発明の一実施形態における車両用空調装置を車両に搭載した搭載形態を示す斜視図である。 本発明の要部となる冷媒回収制御運転の作動状態を示すタイムチャートである。

符号の説明

１…圧縮機
２…凝縮器
３…冷房側絞り（第１減圧装置）
４…蒸発器
６ａ…冷媒回収制御手段
１４…冷暖房切替弁（切り替え弁手段）
１８…ホットガスバイパス通路

Claims (4)

1. 冷媒を圧縮し、吐出する圧縮機（１）と、
   前記圧縮機（１）の吐出ガス冷媒を凝縮する凝縮器（２）と、
   前記凝縮器（２）で凝縮した冷媒を減圧させる第１減圧装置（３）と、
   前記第１減圧装置（３）で減圧された冷媒を蒸発させる蒸発器（４）と、
   前記圧縮機（１）の吐出側を直接、前記蒸発器（４）の入口側に接続するホットガスバイパス通路（１８）と、
   前記圧縮機（１）の吐出側と前記凝縮器（２）の入口側との連通、および前記圧縮機（１）の吐出側と前記ホットガスバイパス通路（１８）の入口側との連通を切り替える切り替え弁手段（１４）とを備え、
   前記切り替え弁手段（１４）により前記凝縮器（２）の入口側を開放するとともに、前記ホットガスバイパス通路（１８）の入口側を閉塞して、通常の冷房モードの運転を行い、また、前記切り替え弁手段（１４）により前記凝縮器（２）の入口側を閉塞するとともに、前記ホットガスバイパス通路（１８）の入口側を開放して、ホットガスバイパスによる暖房モードの運転を行う車両用空調装置において、
   イグニッションスイッチをＯＮしたときに、前記ホットガスバイパスによる暖房モードの強制運転を行って前記凝縮器（２）側の寝込み冷媒を前記蒸発器（４）側に回収する冷媒回収制御手段（６ａ）を有することを特徴とする車両用空調装置。
2. 前記冷媒回収制御手段（６ａ）は、前記イグニッションスイッチをＯＮした直後、もしくは少し経過した後のいずれか一方のときに、前記暖房モードの強制運転を行うことを特徴とする請求項１に記載の車両用空調装置。
3. 前記冷媒回収制御手段（６ａ）は、外気温度が所定温度以下のときに、前記暖房モードの強制運転を所定時間行うことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の車両用空調装置。
4. 前記外気温度の所定温度は、約−３０℃程度であることを特徴とする請求項３に記載の車両用空調装置。

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