JP2012116415A - 車両用空調装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高外気時には直接外気を室外熱交換器に送風し、低外気時は駆動装置の廃熱を回収した温風を室外熱交換器に送風することで、安定した冷暖房が可能な車両用空調装置を提供する。
【解決手段】駆動装置の冷却を行う駆動系熱交換器を有する車両において、冷房運転と暖房運転時の冷媒の流れを逆にするヒートポンプ式空調装置を設け、ヒートポンプ式空調装置の室外熱交換器９への通風を、高外気時には外気を直接吸い込み、低外気時には駆動系熱交換器５を通過した温風を取り入れるように切り替える切替え装置２３，２４を設けた構成としてあり、安定した冷暖房を行うことができる。
【選択図】図１

Description

本発明は車両用空調装置に関するもので、特に駆動装置で発生する熱を空調に利用するヒートポンプ式車両用空調装置に関するものである。

一般に車両用ヒートポンプ式空調装置は種々提案されているが、寒冷地における暖房運転時には外気温がかなり低温のためこれと熱交換する室外熱交換器はその表面に霜が着きやすく、熱交換しにくくなり、暖房能力の低下を招くといった問題があった。

このような問題を解決するためエンジンの熱を利用して霜付着を防止するようにしたものが見られる（例えば、特許文献１参照）。図３はこの特許文献１の車両用空調装置を示す。この車両用空調装置は、圧縮機、四方弁、室外熱交換器、膨張弁及び室内熱交換器によって冷媒が循環する冷凍サイクルを構成し、室外熱交換器の風向き上流側にエンジンによって加熱される温水熱交換器を配置して構成してある。

特開２００８−４４５６２号公報

上記車両用空調装置によれば、冬季の暖房運転時には、エンジンの稼動で暖められた高温水で加熱された温水熱交換器で外気を予熱して暖め、その暖めた外気が温水熱交換器より風向き下流側の室外熱交換器に流れ込み熱交換するので、寒冷地でも室外熱交換器に霜が着かず、安定した暖房が可能となるという効果がある。

しかしながら、夏季の冷房運転時には、エンジンの稼動で暖められた温水熱交換器で外気が暖められ、その外気が室外熱交換器に流れ込み熱交換することになるので、室外熱交換器の凝縮温度が上がって圧縮機の吐出圧力が上昇し、圧縮機の消費馬力が増加するという課題があった。

本発明はこのような課題を解決するもので、低外気温時の着霜を防止しつつ暖房能力を向上させると同時に冷房運転時の圧縮機の消費馬力を低減させることを目的としたものである。

前記従来の課題を解決するために本発明の車両用空調装置は、圧縮機、四方弁、室外熱交換器、膨張弁、室内熱交換器を接続して冷凍サイクルを構成し、四方弁の切り替えによって冷・暖房を行うヒートポンプ式空調装置と、車両駆動装置の冷却を行う駆動系熱交換器とを備え、前記ヒートポンプ式空調装置の室外熱交換器への通風路を、冷房時には外気を直接吸い込み、暖房時には前記駆動系熱交換器を通過した後の空気を取り入れるように切り替える切り替え装置を設けた構成としてある。

これによって、低外気温時の暖房運転には駆動系熱交換器を通過した温風を室外熱交換器に流入させて暖房能力を増加する事ができるとともに、冷房運転時には外気を直接室外熱交換器に導入して、室外熱交換器の凝縮温度を下げ圧縮機の吐出圧力を低下させて、圧縮機の消費馬力を低減することができる。

以上、説明したように本発明の車両用空調装置によれば、低外気温時の着霜を防止しつつ暖房能力を向上させると同時に冷房運転時の圧縮機の消費馬力を低減させることができる。

本発明の実施の形態１における車両用空調装置の冷房時を示す構成図 同実施の形態１の車両用空調装置の暖房時を示す構成図 従来の車両用空調装置を示す構成図

第１の発明は、圧縮機、四方弁、室外熱交換器、膨張弁、室内熱交換器を接続して冷凍サイクルを構成し、四方弁の切り替えによって冷・暖房を行うヒートポンプ式空調装置と、車両駆動装置の冷却を行う駆動系熱交換器とを備え、前記ヒートポンプ式空調装置の室外熱交換器への通風路を、冷房時には外気を直接吸い込み、暖房時には前記駆動系熱交換器を通過した後の空気を取り入れるように切り替える切り替え装置を設けた構成としてある。

これによって、低外気温時の暖房運転には駆動系熱交換器を通過した温風を室外熱交換器に流入させて暖房能力を増加する事ができるとともに、冷房運転時には外気を直接室外熱交換器に導入して、室外熱交換器の凝縮温度を下げ圧縮機の吐出圧力を低下させて、圧縮機の消費馬力を低減することができる。

第２の発明は、第１の発明の切替え装置を、駆動系熱交換器の下流に設けられ駆動系熱交換器通過後の空気を室外熱交換器へと通風させる切り替えダンパＡ、Ｂで構成するとともに、更に、室外熱交換器の上流に外気遮断用のダンパを設けた構成としてあり、室外熱交換器の熱交換量が増えて蒸発温度が上がるので、より低外気でも室外熱交換器に霜が付くことが少なくなり安定した暖房運転が可能となる。

第３の発明は、第１、第２の発明の駆動系熱交換器を室外熱交換器の車両進行方向前方へ配置したものであり、走行中に雪が降っていても駆動系熱交換器に雪が付着し溶けるので、駆動系熱交換器の後方にある室外熱交換器には雪が流入することが殆どなくなり、そのため室外熱交換器に雪が付着して着霜が促進される事も無く、除霜運転を少なくする事ができて安定した暖房運転ができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１における車両用空調装置の冷房時を示し、図２は同暖房時を示し、Ａは自動車等の車両、Ｂはこの車両Ｂのエンジンルーム、Ｃは車室を示す。この車両は駆動モータ２でタイヤＤを駆動する電気自動車となっており、駆動モータ２の電源となるバッテリー３及び駆動モータ２を制御するインバータ制御装置４等を冷却する駆動系熱交換器５がエンジンルームＢの前面に設けてある。なお、上記駆動モータ２、バッテリー３、インバータ制御装置４等は水等の冷却媒体を流すパイプ１ａを介して駆動系熱交換器５と閉ループを構成するように接続し、ポンプ１によって循環させる冷却媒体によって冷却するようになっている。

１５は前記車両Ａに組み込んだヒートポンプ式空調装置（以下、空調装置と称す）で、
圧縮機６、第１室内熱交換器７、第２室内熱交換器８、室外熱交換器９、四方弁１０、逆止弁１１、電磁弁１２、第１膨張弁１３、アキュームレータ１４などを配管接続して冷媒が循環するヒートポンプ式冷凍サイクルを構成している。そして、この空調装置１５は前記車室Ｃ内に設けた室内送風機１６からの空気が第１室内熱交換器７、第２室内熱交換器８と熱交換するように構成してある。また、前記エンジンルームＢの駆動系熱交換器５の下流側に室外熱交換器９を設け、更にその下流側に室外送風機１９が設けてある。なお、１８は駆動系熱交換器５の下流側に設けた駆動系送風機である。

上記駆動系熱交換器５と空調装置１５の室外熱交換器９とは風洞Ｅ内に配置してあり、この風洞Ｅは駆動系熱交換器用通風路２０と室外熱交換器用通風路２１が並設されている。そして、上記駆動系熱交換器５は室外熱交換器９の車両進行方向前方へ配置し、前記両風路２０，２１の間には当該両風路２０，２１の間を開閉切り替えする切り替えダンパＡ２４が設けてある。また、上記駆動系熱交換器用通風路２０の前記駆動系熱交換器５下流には前記切り替えダンパＡ２４と協働して室外熱交換器９へ通風させるかエンジンルームＢに流すか、を切り替える切り替えダンパＢ２３が設けてある。さらに、前記室外熱交換器用通風路２１の前方には当該通路２１への空気流入を遮断する外気遮断用のダンパ２２が設けてある。

尚、本実施例のダンパは板状のものとしているが、ロータリー式ダンパでもよいものである。

以上のように構成された車両用空調装置について、以下その動作、作用を説明する。

まず冷房運転を説明すると、図１に示すように風洞Ｅの外気遮断用のダンパ２２は開いており、外気は直接室外熱交換器９へ流入する。一方、駆動系熱交換器５の下流にある切り替えダンパＡ２４は閉まっており、切り替えダンパＢ２３は開いているので、駆動系熱交換器５を通過した外気は室外熱交換器９へは流入せずエンジンルームＢへ流入する（矢印で外気の流れを示す）。

このような状態で空調装置が運転されると、圧縮機６から出た高温、高圧の冷媒が四方弁１０を通り、逆止弁１１から室外熱交換器９へ流れて外気と熱交換して冷却されて液冷媒となり、第１膨張弁１３に至る。第１膨張弁１３を出た低温、低圧の冷媒は第１室内熱交換器７を通り車室Ｃ内の空気と熱交換して蒸発し、アキュームレータ１４を経て圧縮機６に戻る。

以上のように冷房運転では外気を直接室外熱交換器９に導入するので、外気が駆動系熱交換器５によって加熱されるようなことがなくなって、室外熱交換器９の凝縮温度が下がり圧縮機６の吐出圧力も低下するので、圧縮機６の消費馬力を低減することができる。

次に暖房運転を説明すると、図２に示すように、風洞Ｅの外気遮断用のダンパ２２は閉じられ、外気は直接室外熱交換器９へ流入しない。一方、駆動系熱交換器５の下流にある切り替えダンパＡ２４は開き切り替えダンパＢ２３が閉まるので、外部からの空気はまず駆動系熱交換器５で加熱され温度が上昇した状態で室外熱交換器９へ流入することになる（矢印で外気の流れを示す）。

このような状態で空調装置を運転すると、暖房運転時は冷媒の流れが逆になって、暖房運転時は圧縮機６から出た高温、高圧の冷媒が四方弁１０を通り、第２室内熱交換器８へ流れて、第２膨張弁２５に至る。第２膨張弁２５を出た低温、低圧の冷媒は室外熱交換器９を通り、電磁弁１２からアキュームレータ１４を経て圧縮機６に戻ることになる。

以上のように暖房運転では外部からの空気が駆動系熱交換器５で加熱された後に室外熱交換器９に流れるので、低外気温時であっても、室外熱交換器９の吸熱量が増加し圧縮機６の冷媒流量が増加する。それに伴い、第２室内熱交換器８の凝縮温度は高くなるので、車室Ｃ内空気との熱交換量が増加して暖房能力は向上し、駆動装置の廃熱を有効に利用する事が出来る。

また、暖房運転では外気遮断用のダンパ２２を閉めて外気が直接室外熱交換器９の方へ流入しないようにし、同時に駆動系熱交換器５を通過した温風を室外熱交換器９に流入するように切り替えダンパＡ２４を切り替えることによって、室外熱交換器９の熱交換量が増えて蒸発温度が上がるので、低外気温時でも室外熱交換器９に霜が付くことが少なくなり安定した暖房運転が可能となる。

また、駆動モータ２、バッテリー３及びインバータ制御装置４等に冷却流体を循環させて駆動装置を駆動系熱交換器５で冷却しているので、走行風が無い車両停止時でも駆動装置を冷却できるし、車両走行時に駆動装置を過度に冷やしすぎないように冷却流体の流量を調節することで制御できる。

更に、走行中に雪が降っていても室外熱交換器９の前方にある駆動系熱交換器５に雪が付着してもこれは駆動系熱交換器５の熱で溶けるので、駆動系熱交換器５の後方にある室外熱交換器９に雪が流入することは殆どなくなる。そのため室外熱交換器９に雪が付着して着霜が促進される事も無く、除霜運転を少なくする事ができて安定した暖房運転ができる。

以上のように、本発明にかかる車両用空調装置は、低外気温時の暖房運転には駆動系熱交換器を通過した温風を室外熱交換器に流入させて暖房能力を増加する事ができるとともに、冷房運転時には外気を直接室外熱交換器に導入して、室外熱交換器の凝縮温度を下げ圧縮機の吐出圧力を低下させて、圧縮機の消費馬力を低減することができ、電車などの空調装置などの用途にも適用できる。

２ 駆動モータ
３ バッテリー
４ インバータ制御装置
５ 駆動系熱交換器
６ 圧縮機
７ 第１室内熱交換器
８ 第２室内熱交換器
９ 室外熱交換器
１０ 四方弁
１３ 膨張弁
９ 室外熱交換器
２０ 駆動系熱交換器用通風路
２１ 室外熱交換器用通風路
２２ 外気遮断用のダンパ
２３ 切り替えダンパＢ（切替え装置）
２４ 切り替えダンパＡ（切替え装置）

Claims (3)

1. 圧縮機、四方弁、室外熱交換器、膨張弁、室内熱交換器を接続して冷凍サイクルを構成し、四方弁の切り替えによって冷・暖房を行うヒートポンプ式空調装置と、車両駆動装置の冷却を行う駆動系熱交換器とを備え、前記ヒートポンプ式空調装置の室外熱交換器への通風路を、冷房時には外気を直接吸い込み、暖房時には前記駆動系熱交換器を通過した後の空気を取り入れるように切り替える切り替え装置を設けた車両用空調装置。
2. 前記切替え装置は、駆動系熱交換器の下流に設けられ駆動系熱交換器通過後の空気を室外熱交換器へと通風させる切り替えダンパＡ、Ｂで構成するとともに、更に、室外熱交換器の上流に外気遮断用のダンパを設けた請求項１記載の車両用空調装置。
3. 前記駆動系熱交換器は室外熱交換器の車両進行方向前方へ配置した事を特徴とする請求項１または２記載の車両用空調装置