JP2008037274A - 車両用空調装置 - Google Patents

Abstract

【課題】低温起動時において速やかに暖房運転が行え、また、潤滑油不足による摺動抵抗の増大を抑制することのできる車両用空調装置を提供する。
【解決手段】冷媒を圧縮する圧縮機１と、冷媒を減圧する膨張弁５、８と、冷媒の流路を切り替える切替弁１１、１２と、複数の熱交換器３、４、７と、を備え、冷暖房の運転モードを必要に応じて切り替えて運転する車両用空調装置であって、前記圧縮機１の入口と出口にそれぞれ入口側電磁弁１５と出口側電磁弁１６を設け、暖房運転モードで運転する起動時（低温起動時）に、前記入口側電磁弁１５及び出口側電磁弁１６を閉じて前記圧縮機１を稼働させる制御を行う制御部１４を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、車両用空調装置に関し、詳細には、暖房運転モードで運転したときに即座に暖房運転を実現するための技術に関する。

特許文献１には、長時間停止している場合や、温度が低い場合にコンプレッサー内の潤滑油に気化状態の冷たい冷媒が多量に溶け込み、コンプレッサーから冷媒と共に潤滑油が吐出されることで、コンプモータが潤滑不足で機械的にロックし、摺動面相互間が接触して異音が発生することを防止するための技術が開示されている。

かかる技術は、低温時においてコンプレッサー内の潤滑油に多量の冷媒が溶け込んでいる場合には、コンプレッサのクランク室にヒータを設け加熱し、冷媒を気化させてから起動させるものである。そうすることで、コンプレッサーから冷媒と共に吐出される潤滑油量が少なくなるので、コンプレッサーが潤滑油不足で機械的にロックしたり、摺動面相互間が接触して異音が生じるのを防止することができる。
特開２００５−８３６７０号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術は、冷凍サイクルに関する技術であるため、ヒータで加熱するためバッテリ電力が必要であり、車両用の空調装置で暖房運転する場合には、即座に暖房状態に移行できなくてはならず起動させるまでに時間が掛かり過ぎる。

そこで、本発明は、上記した課題を解決するためになされたものであり、低温起動時において速やかに暖房運転が行え、また、潤滑油不足による摺動抵抗の増大を抑制することのできる車両用空調装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、冷媒を圧縮する圧縮機と、冷媒を減圧する膨張弁と、冷媒の流路を切り替える切替弁と、複数の熱交換器と、を備え、冷暖房の運転モードを必要に応じて切り替えて運転する車両用空調装置であって、前記圧縮機の入口と出口にそれぞれ電磁弁を設け、暖房運転モードで運転する起動時に、前記入口及び出口の両電磁弁を閉じて前記圧縮機を稼働させる制御を行う制御部を備えたことを特徴とする。

ここでは、暖房運転モードで運転する起動時というのは、暖房運転する際に外気温度が低い低温起動時という意味である。外気温度が低いとは、例えば冬季などのように５℃以下の温度を指すものとする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の車両用空調装置であって、前記圧縮機内の温度を検知する温度検知手段を有し、前記制御部は、前記温度検知手段で検知した温度が所定温度となったときに前記電磁弁を開くように制御することを特徴とする。

所定温度は、冷媒の種類によって異なるが、圧縮機が暖房運転に適した温度とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の車両用空調装置であって、前記冷媒が二酸化炭素ガスであることを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、圧縮機の入口と出口に設けた電磁弁を暖房運転モードで運転する起動時に閉じ、その閉じた状態で前記圧縮機を稼働させるので、この圧縮機の出口側の圧力が高まり該圧縮機自体が暖まることにより、速やかに暖房運転が行えるようになる。

請求項２に記載の発明によれば、温度検出手段で圧縮機内の温度を検知し、その検知した温度が所定温度となったときに圧縮機の入口と出口に設けた電磁弁を開くようにしているので、温度に応じて適切な即暖性能（速やかに暖房運転に移行できる性能）を得ることができる。

請求項３に記載の発明によれば、冷媒として二酸化炭素ガスを使用すれば、二酸化炭素ガスは外気温度がマイナス２０℃でも十分な圧力・密度があるため、暖房性能の向上に寄与する。

以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、車両用空調装置の暖房運転モード時における冷媒の流れを示す系統図、図２は外気温度が低い場合に暖房運転モードで運転する際の起動時における冷媒の流れを示す系統図である。

本実施例の車両用空調装置は、冷媒として二酸化炭酸ガスを用いており、冷媒を圧縮する圧縮機１と、この圧縮機１で圧縮、昇温された冷媒と車室内に供給される空気との間で熱交換させるサブ熱交換器２と、冷媒と外気との間で熱交換させる室外熱交換器３と、冷媒と車室内へ送風される空調風との間で熱交換する室内熱交換器４と、この室内熱交換器４へ送られる冷媒を減圧する第１膨張弁５と、冷媒を気液分離するアキュームレータ６と、アキュームレータ６から送られてきた気相状態の冷媒とサブ熱交換器２又は室外熱交換器３を通った高圧冷媒とを熱交換する内部熱交換器７と、この内部熱交換器７で熱交換された冷媒を減圧して室外熱交換器３に出力する第２膨張弁８と、室外熱交換器３への逆流を防止する逆止弁９、１０と、室外熱交換器３から吐出された冷媒と室外熱交換器３へ流入する冷媒の流れを切り替える三方弁１１と、サブ熱交換器２からの冷媒の流れをコントロールする電磁弁１２と、図示していないブロアファンからの空調風の流れをコントロールするエアミックスドア１３と、車両用空調装置による運転モードの切替処理を制御する制御部１４とから構成されている。

この車両用空調装置は、制御部１４からの指令により前記第１膨張弁５、第２膨張弁８、三方弁１１及び電磁弁１２を適宜開閉することにより、冷房運転モード、暖房運転モード、除湿暖房運転モード及びディアイス運転モードのそれぞれに切り換えて運転できるようになっている。

圧縮機１は、図示しないモータ又は車両駆動装置からの駆動力を得て気相状態の二酸化炭酸ガスを圧縮し、高温高圧の冷媒として吐出する。この例では、冷媒として二酸化炭素ガスを挙げたが、これに制限されることはなく１３４ａガス等の冷媒でも構わない。

サブ熱交換器２は、空調ダクト内に配置され、圧縮機１から供給された高温高圧の冷媒によりブロアファンから吹き出された空調風を加温する。

室外熱交換器３は、暖房時には第２膨張弁８から出力された低圧の冷媒と外気とを熱交換させて吸熱し、冷房時にはサブ熱交換器２から出力された高温高圧の冷媒と外気とを熱交換させて放熱する。

室内熱交換器４は、空調ダクト内に配置され、第１膨張弁５で減圧（膨張）された低温低圧の冷媒によりブロアファンから吹き出された空調風と熱交換するための熱交換器であり、またエバポレータとしても機能する。

第１膨張弁５は、内部熱交換器７から出力された高圧の冷媒を減圧（膨張）させて室内熱交換器４へと出力する。

アキュームレータ６は、室外熱交換器３から排出された冷媒を気液分離する。このうち気相状態の冷媒のみを内部熱交換器７へ送り出し、液相状態の冷媒を一時的に貯留する。

内部熱交換器７は、アキュームレータ６から出力された気相状態の冷媒とサブ熱交換器２又は室外熱交換器３を通った高圧冷媒とを熱交換して圧縮機１に送り出する。

第２膨張弁８は、サブ熱交換器２から内部熱交換器７を経て送られてきた高圧の冷媒を減圧（膨張）させて室外熱交換器３へ出力する。

逆止弁９は、内部熱交換器７から室外熱交換器３へと冷媒が流れることを防止する。

逆止弁１０は、室内熱交換器４やアキュームレータ６から三方弁１１へ冷媒が流れることを防止する。

三方弁１１は、暖房運転モードのときには室外熱交換器３からアキュームレータ６へ冷媒を流し、冷房運転モードのときにはサブ熱交換器２から室外熱交換器３へ冷媒を流すように弁を切り替える。

電磁弁１２は、制御部１４によって開閉が制御され、サブ熱交換器２で出力された冷媒を内部熱交換器７へと導くように流路を切り替える。

エアミックスドア１３は、サブ熱交換器２の前面に配置され、制御部１４によって開度（混合比）が自在に制御される。そして、ブロアファンからの空調風をサブ熱交換器２で加温するときには、そのときの必要加温度に応じて下方に所定量回動し（混合比０〜１００％）、空調風を加温しないときは上方に回動する（混合比０％）ように制御される。

制御部１４は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭを含むマイクロコンピュータで構成され、図示していない各種センサやタイマーなどから各種データを定期的又は必要に応じて取り込むとともに、ＲＯＭに格納された各種プログラムと各種データに基づいて演算処理を実行して三方弁１１、電磁弁１２の切り替えやブロアファンの風量、エアミックスドア１３の開度などを制御する。

これまでの車両用空調装置では、外気温度が低い（例えば５℃以下）低温時に暖房運転モードで運転した場合、運転起動時は圧縮機１が外気によって冷たいため、冷媒が圧縮機１内で凝縮し取り込まれた状態にある。そのため、システムの圧力が低下し液状冷媒が圧縮機１のピストンなどを摺動摩耗防止用の潤滑剤（オイル）を溶かし込んで摺動不良を起こし前記ピストンの摺動抵抗を増大させると共にサイクル内を流れる冷媒流量も減少して暖房不良に陥る。

そこで本実施の形態では、圧縮機１の入口と出口にそれぞれ電磁弁１５、１６（入口側電磁弁１５と出口側電磁弁１６）を設け、暖房運転モードで運転する起動時に、入口側電磁弁１５と出口側電磁弁１６を閉じて前記圧縮機１を稼働させる制御を前記制御部１４で行うようにする。入口側電磁弁１５と出口側電磁弁１６を開くタイミングとしては、圧縮機１内の温度を温度検知手段１７で検知し、検知した温度が所定温度となったときとする。この制御は、前記制御部１４で行うものとする。

例えば、外気温度が５℃以下の低温時の状態から暖房運転モードとするには、先ず、図２に示すように、圧縮機１の前後に設けた入口側電磁弁１５と出口側電磁弁１６を共に閉じる。そして、これら入口側電磁弁１５及び出口側電磁弁１６を共に閉じた状態で圧縮機１を稼働させると、入口側電磁弁１５と圧縮機１間にある冷媒は、圧縮機１に吸入され排出される。

このときの圧縮機１による圧縮仕事によって、圧縮機１と出口側電磁弁１６間の冷媒の圧力が高まると共に冷媒温度が上がり、それに伴って圧縮機１自体の温度も上昇する。その後は、圧縮機１は、空回り状態となり、圧縮するピストンとそのピストンとの摺動面との摺動抵抗（機械摩擦）により圧縮機１の温度が上昇して行く。液状冷媒が気体状冷媒になる。なお、圧縮機１内には、冷凍サイクル内を循環している潤滑油があるため、焼き付きの心配はない。

そして、圧縮機１の内部の温度が温度検知手段１７で検知され、その検知された温度が所定温度（例えば、３０℃）になったときに、前記入口側電磁弁１５及び出口側電磁弁１６を開くように、前記制御部２０がこれら電磁弁に制御指令を送る。入口側電磁弁１５と出口側電磁弁１６が開くと、圧縮機１は問題なく稼働できるため即座に暖房運転モードに移行する。

入口側電磁弁１５と出口側電磁弁１６が開くと、図１に示すように、圧縮機１により高温高圧とされた気相状態冷媒が、サブ熱交換器２に送られる。ここで、ブロアファンから送られてくる空調風と熱交換して空調風を加温し、暖かくなった空調風は車室内へと送られる。このとき、エアミックスドア１３は加温する温度に応じて所定量回動するように制御される。

そして、サブ熱交換器２で熱交換した冷媒は、電磁弁１２を通過して内部熱交換器７に送られ、そこで熱交換をして温度を下げ、さらに第２膨張弁８で減圧されて冷媒は低温低圧となる。低温低圧となった冷媒は、室外熱交換器３に送られ、そこで外気と熱交換して吸熱し、その後、三方弁１１、逆止弁１０を通過してアキュームレータ６に導かれ、アキュームレータ６では冷媒を気液分離し、気相状態の冷媒が内部熱交換器７に送られ、液相状態の冷媒は一時的にアキュームレータ６に貯留される。

そして、内部熱交換器７で熱交換して温められた冷媒は、再び圧縮機１で高温高圧にされてサブ熱交換器２へと循環していく。

以上、本実施の形態によれば、圧縮機１の入口と出口に設けた入口側電磁弁１５と出口側電磁弁１６を暖房運転モードで運転する起動時（低温起動時）に閉じ、その閉じた状態で前記圧縮機１を稼働させるので、この圧縮機１の出口側の圧力が高まり該圧縮機１自体が暖まることにより、速やかに暖房運転が行えるようになる。つまり、本実施の形態の車両用空調装置によれば、低温起動時でも即座に暖房運転モードとなり即暖性能が高まる。

また、本実施の形態によれば、温度検出手段１７で圧縮機１内の温度を検知し、その検知した温度が所定温度となったときに圧縮機１の入口と出口に設けた入口側電磁弁１５と出口側電磁弁１６を開くようにしているので、温度に応じて適切な即暖性能を得ることができる。

また、本実施の形態によれば、冷媒として二酸化炭素ガスを使用することで、二酸化炭素ガスは外気温度がマイナス２０℃でも十分な圧力・密度があるため、暖房性能の向上に寄与する。

「その他の実施の形態」
図３は三方弁１１とサブ熱交換器２からの冷媒の流れをコントロールする電磁弁１２に、出口側電磁弁１６の代わりをさせた例を示し、暖房運転起動時における冷媒の流れを示す系統図である。

この実施の形態では、入口側電磁弁１５と、三方弁１１と、電磁弁１２の３つの弁を共に閉じた状態として圧縮機１を稼働させるようにする。このように、圧縮機１の出口側に設けた出口側電磁弁１６を新たに設けなくとも、圧縮機１の出口側に既存の部品として設けられた三方弁１１と電磁弁１２を制御部１４にて閉じるように制御すれば、前記した実施の形態と同様の作用効果が得られる。

特に、この例のように三方弁１１と電磁弁１２を出口側電磁弁１６の代わりに使用することによって、装置コストを低く抑えることができる。

以上、本発明を適用した具体的な実施の形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は同様の機能を有する任意の構成のものに置き換えることができる。

例えば、上述した実施の形態では、圧縮機１の温度が所定温度となったときに入口側電磁弁１５と出口側電磁弁１６を開くようにしたが、入口側電磁弁１５と出口側電磁弁１６を開く時間を、圧縮機１の内部温度に応じて予め決めておいてもよい。例えば、ある任意の外気温度のときに圧縮機１の内部温度が３０℃になるまでの時間を予めデータとしてメモリに記憶させて置き、その時間になったときに制御部１４が入口側電磁弁１５と出口側電磁弁１６を開くように制御する。

車両用空調装置の暖房運転モード時における冷媒の流れを示す系統図である。 外気温度が低い場合に暖房運転モードで運転する際の起動時における冷媒の流れを示す系統図である。 三方弁とサブ熱交換器からの冷媒の流れをコントロールする電磁弁に、出口側電磁弁の代わりをさせた例を示し、暖房運転起動時における冷媒の流れを示す系統図である。

符号の説明

１…圧縮機
２…サブ熱交換器
３…室外熱交換器
４…室内熱交換器
５…第１膨張弁
６…アキュームレータ
７…内部熱交換器
８…第２膨張弁
９…逆止弁
１０…逆止弁
１１…三方弁
１２…電磁弁
１３…エアミックスドア
１４…制御部
１５…入口側電磁弁
１６…出口側電磁弁
１７…温度検知手段

Claims (3)

1. 冷媒を圧縮する圧縮機（１）と、冷媒を減圧する膨張弁（５、８）と、冷媒の流路を切り替える切替弁（１１、１２）と、複数の熱交換器（３、４、７）と、を備え、冷暖房の運転モードを必要に応じて切り替えて運転する車両用空調装置であって、
   前記圧縮機（１）の入口と出口にそれぞれ電磁弁（１５、１６）を設け、暖房運転モードで運転する起動時に、前記入口及び出口の両電磁弁（１５、１６）を閉じて前記圧縮機（１）を稼働させる制御を行う制御部（１４）を備えた
   ことを特徴とする車両用空調装置。
2. 請求項１に記載の車両用空調装置であって、
   前記圧縮機（１）内の温度を検知する温度検知手段（１７）を有し、
   前記制御部（１４）は、前記温度検知手段（１７）で検知した温度が所定温度となったときに前記電磁弁（１５、１６）を開くように制御する
   ことを特徴とする車両用空調装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の車両用空調装置であって、
   前記冷媒が二酸化炭素ガスである
   ことを特徴とする車両用空調装置。

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