JP2969898B2 - 自動車用空気調和装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は自動車用の空気調和装置に関し、特に圧縮機
の回転数を制御することで圧縮機吐出容量を可変させる
空気調和装置に関する。本発明の空気調和装置は、例え
ば電気自動車等温水加熱源を有さない自動車に用いて好
適である。

〔従来技術及びその問題点〕

従来の自動車用空気調和装置は、第18図に示すように
ダクト１内に送風機２を配設し、この送風機により車室
内側へ導かれる空気をエバポレータ３にて冷却してい
た。またエバポレータ３の下流に自動車走行用エンジン
の冷却水を利用した温水ヒータ４を配設し、この温水ヒ
ータにより冷却空気の加熱を行うようにしていた。そし
て、温水ヒータ４へ導かれる空気流と、温水ヒータをバ
イパスする空気流とをエアミックスダンパー５にて適宜
制御し、温水ヒータを通過した温風と温水ヒータ４を通
過しない冷風とをその下流で混合させることにより所望
の温度を得るようにしていた。

しかしながら、この従来の自動車用の空気調和装置で
は、空気の加熱源として温水ヒータ４を用いるため、エ
ンジン冷却水等の温水が必然的に要求されるものとな
る。そのため、例えば電気自動車のように温水源を有さ
ないものでは適切な再加熱ができず、車室内に吹き出す
温度を適温に制御することは困難であった。

また、従来の自動車用空調装置としては、冷房運転時
温水ヒータ４を用いることなく、冷媒圧縮機の運転を断
続させることによってエバポレータ３の通過空気温度を
制御し、これによってダクトより車室内に吹き出される
空気温度を制御するものも知られている。しかしながら
この従来の装置では圧縮機は自動車走行用エンジンから
の動力を受けて回転するものであるため、圧縮機の断続
に伴い自動車走行用エンジンに加わる負荷が急変し、そ
の結果乗員に走行用のフィーリングを悪化させるという
具合を生じていた。さらに従来の例として圧縮機の運転
を断続するのみでなく、圧縮機の吐出容量を可変するこ
とにより、エバポレータ３通過空気温度を制御するもの
も知られている。しかしながら、この場合でも圧縮機は
自動車用空気調和装置の動力を受けて回転するものであ
るため、いくら圧縮機の吐出容量を可変制御しても圧縮
機の回転数までは制御できなかった。したがって、冷凍
サイクルを循環する冷媒量を一律に制御してこれによっ
てエバポレータ通過空気温度を快適制御するということ
は実質的に困難であった。

圧縮機の回転数が一律に制御できるものとしては、自
動車用ではなく例えば家庭用の空気調和装置がある。

しかしながら、家庭用の空気調和装置では吹出口から
吹き出された空気が直接人体にあたるという使い方むし
ろ稀で、したがって吹出口の空気温度の制御はなされて
いなかった。家庭用空気調和装置でインバータ等を用い
て圧縮機の回転数制御をするものは、専ら室内の温度と
設定温度との差に応じて熱負荷を検出し、この熱負荷に
応じて圧縮機の回転数を制御するようにしていた。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明は、吹き出し空気が直接乗員に当たる自動車用
空気調和装置において、温水ヒータ等自動車の排熱を利
用することなく吹出空気温度を制御できるようにするこ
とを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するため、本発明の空調装置では、主
に室内熱交換器の熱交換能力を可変することによってダ
クトを通過する空気の温度を変え、これによりダクトよ
り乗員に吹き出される空気温度を可変制御するようにす
る。

即ち、電動モータにより回転駆動される圧縮機を制御
するインバータを用い、このインバータにより圧縮機回
転数を変えることによって冷凍サイクルを循環する冷媒
量を制御し、以て室内熱交換器の熱交換能力を可変制御
する。この室内熱交換器の熱交換能力の制御は、主に車
室内乗員によって操作される温度調整手段からの信号に
基づき、温度制御手段がインバータを制御することによ
り行う。

また、請求項６〜９記載の発明では、圧縮機の吐出冷
媒温度、吐出冷媒圧力、圧縮機の胴体温度、およびイン
バータ入力電流に基づいて、インバータの周波数を減少
させたり、あるいは圧縮機を停止させるように制御す
る。

〔作用〕

上記構成より成る空調装置は、例えば冷房運転時には
室内熱交換器がエバポレータとして作動する。そして温
度調整手段からの信号に基づき、ダクトからの吹出空気
温度を最大下げる必要がある場合には、温度制御手段が
インバータに圧縮機回転数を増大させるべく信号を出力
する。その結果、圧縮機は高速で回転し、室内熱交換器
を通過する冷媒流量が増大し、これによりダクトより室
内に吹き出される空気をより一層冷却することができて
吹出空気温度の低減がはかれる。逆に、吹出空気温度を
少しだけ低くする場合には温度制御手段からの信号に基
づきインバータが圧縮機回転数を低減させる。これによ
り、室内熱交換器を通過する冷媒流量を低減させ、室内
熱交換器での熱交換能力を低減させて吹出空気温度の少
しだけ低くすることができる。

逆に、自動車用空気調和装置が暖房状態にある時に
は、室内熱交換器にはコンデンサとして作動する。この
状態で吹出空気温度を高くする場合には、温度制御手段
からの信号に基づきインバータが圧縮機の回転数を増大
させる。この高回転運転に伴い圧縮機の吐出側圧力が増
大し、室内熱交換器での凝縮温度を上げ、以て室内熱交
換器を通過する空気温度の上昇を測る。

逆に暖房運転時に吹出空気温度を少しだけ高くする必
要がある場合には、温度制御手段からの信号に基づきイ
ンバータが圧縮機の回転数を低減する。この回転数低減
に伴い、圧縮機吐出側圧力が低下し、室内熱交換器での
凝縮温度を下げる。その結果室内熱交換器を通過する空
気温度を下げ、吹出空気温度の低減がはかれる。

〔発明の効果〕

上述のごとく、本発明の自動車用空気調和装置では、
車室内乗員によって操作される温度調整手段からの信号
に基づき温度制御手段がインバータの周波数を制御して
圧縮機の回転数を制御するため、冷凍サイクルを循環す
る冷媒量を、乗員の好みに合わせて適宜制御することが
できる。これにより冷房運転時には室内熱交換器での蒸
発温度を可変制御することができ、一方暖房運転時には
室内熱交換器での凝縮温度を可変制御することができ
る。

その結果、本発明の自動車空気調和装置では、温水ヒ
ータと自動車のエンジン冷却水の熱を利用することなく
吹出空気温度を冷房運転から暖房運転に渡り乗員の好み
に合わせて幅広く制御することができる。すなわち、吹
出口より乗員に直接向けられる空気温度を制御すること
で、乗員に良好な空気調和フィーリングを与えることが
できる。

また、請求項６〜９記載の発明では、乗員が操作した
温度調整手段からの信号に基づいて制御される圧縮機回
転数に対して、この圧縮機の電動モータが過負荷になる
ようなときには、圧縮機の回転数を落とすか停止させる
ので、圧縮機の保護を行うことができる。

〔実施例〕

以下本発明の一実施例を図に基づいて説明する。

第１図は空調装置の室内ユニットの構成を示すもの
で、図中101は導入空気を室内空気と室外空気とで選択
切換する内外気切換装置である。即ち、室内空気導入孔
102から導入される内気と室外空気導入孔103から導入さ
れる外気と切換ダンパー104にて切換制御するようにし
ている。

105は送風機であり、プロモータ106の回転力を受けて
回転し、内外気切換装置より導入した空気をダクト107
へ向けて送出するものである。ダクト107は第一ユニッ
ト108と第二ユニット109により構成され、第一ユニット
108内には室内第１熱交換器109が配置されている。

一方第二ユニット内には室内第２熱交換器110及び補
助ヒータ111が配置されている。補助ヒータ111は例えば
出力500ワットのPTCヒータを二つ配置することにより構
成される。

第二ユニットは同時に吹出口の切換部を有しており、
自動車窓部に向けて吹き出すデフ吹出口112、乗員の足
元に向けて吹き出すヒータ吹出口113、及び乗員の頭胸
部に向けて開口するベント吹出口114を備える。ベント
吹出口はさらに自動車の中央部に開口するセンター吹出
口115及び自動車の両サイドに開口するサイド吹出口11
6、117に分岐される。各吹出口には吹出口切換ダンパー
118乃至122が配置されている。

第２図は本発明装置の冷媒回路を示す。図中201は冷
媒の吸入圧縮吐出を行う圧縮機で、密閉容器202内に図
示しない電動モータと一体に配置されている。圧縮機20
1の吐出通路203側には切換弁204が配置されており、吐
出冷媒を室内熱交換器109、110側もしくは室外熱交換器
205側へ切換制御する。室内熱交換器109と室外熱交換器
205とは冷媒配管206により結ばれている。この冷媒配管
206途中には冷房用のキャプラリチューブ207及び暖房用
のキャプラリーチュープ208がそれぞれ逆止弁209、210
と系列配置されている。

第二ユニット130に配置される室内第２熱交換器は、
主に除湿用に行うものであり、この室内第２熱交換器11
0と室内第１熱交換器109との間には除湿用に用いられる
キャプラリーチューブ211が配置される。そしてこの除
湿用キャプラリーチューブ211には並列バイパス回路212
が設けられ、このバイパス回路へ212中には可逆電磁弁2
13が配置される。この可逆電磁弁は室内第１熱交換器10
9から室内第２熱交換器110側へは常時冷媒流れを許し、
逆方向の流れは電磁弁コイルに通電された時に導通さ
せ、非通電時は非導通するものである。

第２図中214は除湿用のバイパス回路であり、この回
路214の一旦は室内第１熱交換器109と冷房用キャプラリ
ー207との間に導通している。一方冷媒回路214の下端は
切換弁204とアキュームレータ215との間に導通してい
る。さらに冷媒回路214途中には通電時のみ回路を開く
常閉電磁弁216が配置されている。

アキュームレータ215はコンプレッサーに導入される
冷媒を気液分離し、液冷媒を貯蔵しておき、気体冷媒の
み圧縮機202側へ導出するものである。アキュムレータ
の容量は全冷媒充填量の50〜100％収容できるものを使
用する。なお本例では圧縮機201内部に直接取り付けら
れた第１アキュームレータと圧縮機201とは別体に配置
された第２アキュームレータ218とよりなりアキューム
レータ215の貯蔵容量は第１アキュームレータ217および
第２アキュームレータ218の総量で1300cc程度となって
いる。これは本例の冷凍サイクル全般に冷媒流量が1500
cc程度であることより定められる。

第３図は上記各構成を図示する斜視図であり、室外熱
交換器には送風機301及び302がファンシュラウドと共に
配置されている。本例では室外熱交換器が第１交換器、
第２熱交換器の二つに分割され冷媒は両室外熱交換器に
並列に流れるように構成されている。第３図の符号304
はコンプレッサーユニットを示し、内部に圧縮機201、
アキュームレータ218、切換弁204及び電磁弁216等が配
置される（第４図図示）。また第３図中符号305は温度
調整手段を示す操作パネルであり、符号306は圧縮機201
の回転数を制御する回転数制御手段をなすインバータで
ある。符号307はこのインバータへの出力信号を制御す
るもので、温度制御手段をなすコントロールユニットで
ある。

第５図は第３図図示各部品の自動車への取り付け状態
を示す斜視図である。本発明において圧縮機201は自動
車走行用のエンジンによって駆動されるものではなく、
独自の電動モータにより駆動されるものであるため、そ
の配置位置は全く限定さない。なお電動モータとしては
交流モータであることもブラシレス型の直流モータであ
ることもある。ここでは直流モータの回転数可変を行う
電気制御部もインバータとよぶものとする。本例では自
動車の中央部から後部に配置されるものとしている。室
外熱交換器205は、冷房運転時暖房運転時とも十分室外
空気を取り入れやすい位置に配置される必要がある。ま
た本例においてはインバータ306とコントロールユニッ
ト307とは電気ボックス320内に同時に収納されるように
している。

第６図は第３図及び第５図図示コントロールパネル30
5を示すものである。図より明らかなようにコントロー
ルパネル305にはモード切換レバー331、吹き出し温度調
整手段をなす温度調整レバー332、内外気切換レバー33
3、ブロワスイッチ334及びエアコンスイッチ335が配置
される。モード切換レバー331は吹出口切換ダンパー11
8、119、120を開閉制御することによって、車室に吹き
出される空気を乗員の頭胸部に向かうベントモードと、
乗員の頭胸部及び足元の双方に向かうバイレベルモー
ド、乗員の足元に向かうヒータモード、乗員の足元と窓
ガラスの双方に向かうヒータデフモード及び窓ガラスに
向けるデフモードに切り換えるものである。またエアコ
ンスイッチは空調装置の作動のオンオフのみならず、冷
房運転暖房運転及び除湿運転に切り換えるものである。
なお、上記各レバーおよびスイッチは車室内乗員によっ
て操作されるものであることは言うまでもない。

第７図は上記温度調製レバーの設定位置と圧縮機201
の回転数との一般的関係を示すものである。暖房運転時
には、これにより室内熱交換器109の凝縮温度を制御す
ることになる。即ち暖房運転時で温度調整レバー332が
最も低温側に変位したときには圧縮機201を最小回転数
で回転させ、逆に温度調整レバーが最も高温側に変位し
た場合には圧縮機201を最高回転数で回転させることに
なる。なお最小回転数は０に設定することもできる。

逆に冷房運転時には、この温度調整レバー332によっ
て、室内熱交換器109の蒸発温度を制御するようにして
いる。すなわち、温度調整レバーが最も低温側に変位し
た状態では圧縮機201の回転数を最高回転とし、温度調
整レバー332が高温側に変位した時には圧縮機201の回転
数を低減させ、最も高温側の場合には圧縮機を停止させ
る。

第８図はコントロールユニット307に伝達される信号
及び出力される信号を示す。コントロールユニット307
には上述のコントロールパネル305の温度調整レバー332
からの信号の他に、圧縮機201から吐出された冷媒の温
度を検出する吐出温度検出器401からの信号、室内熱交
換器109に関係する温度として室内熱交換器表面温度を
検出する室内熱交換器温度検出器402からの信号、室外
熱交換器205に関係する温度として室外熱交換器の冷媒
温度を検出する室外熱交換器温度検出器403からの信
号、室外の空気温度を検出する室外温度検出器404から
の信号、圧縮機201より吐出された冷媒の圧力を検出す
る圧力センサ404からの信号、圧縮機胴体201の温度を検
出する圧縮機温度検出器406からの信号、及び圧縮機201
より吐出された冷媒の圧力を検出する高圧スイッチ407
からの信号がそれぞれ入力信号として挿入される。さら
にコントロールユニット307には電流検出器408からの信
号が入力され、又、インバータ306の状態がフィードバ
ック信号として入力される。そしてコントロールユニッ
ト307にて演算された制御信号はインバータ306、送風機
105、室外送風機301、切換弁204及び電磁弁213、216へ
出力される。

上記各種検出器からコントロールユニット307へ導入
される信号は以下の目的で使用される。

まず電流検出器408からの信号は、インバータ306の入
力電流を検知し、過負荷時の負荷低減運転を行う目的で
用いられる。具体的には、インバータ入力電流が設定値
以上となった場合にインバータの周波数を漸減して、コ
ンプレッサーの回転数を減少させるようにする。

吐出温度検出器401からの信号は、過負荷時の巻線温
度を制限させる目的で用いられる。具体的には、吐出温
度が設定値例えば115℃以上の高温となった時にインバ
ータ306の周波数を漸減し、圧縮機の回転数を減少させ
ることによってモータの負荷を低減するものである。圧
力センサー405からの信号は、過負荷運転状態の時圧縮
機の吐出圧力を低減させる目的で用いられる。具体的に
は、圧縮機の吐出圧力が約26kg/cm²となったときにイン
バータ306の周波数を漸減し、圧縮機の回転数を低減さ
せることで負荷の軽減をはかる。

室内熱交換器温度検出器402からの信号は、冷房運転
時に室内熱交換器109が凍結するのを防止する目的で用
いられる。具体的には、室内熱交換器の表面温度が０℃
以下となった場合には、室内熱交換器109上に氷結が生
じる恐れがあるので、インバータ306の周波数を漸減
し、圧縮機の回転数を低減させる。これにより冷凍能力
を軽減させて冷房運転時の室内熱交換器109の氷結を防
止する。

インバータ306からのフィードバック信号、インバー
タ306での電流を低減させる目的で用いられる。すなわ
ちインバータ作動中電流が設定値以上となった場合に
は、インバータ306自身で周波数を自動的に漸減し、圧
縮機201の回転数を低減させるようにする。

室外熱交換器温度検出器403及び室外温度検出器404か
らの信号は、暖房時に室外熱交換器に着霜するのを検出
する目的で用いられる。即ち、外気温が低くかつ室外熱
交換器の冷媒温度との差が大きくなったとき室外熱交換
器に着霜が進行したことを検出し、それを図示しないラ
ンプ等の表示手段で表示する。この場合には、空調装置
の作動を一時的に逆サイクルとすることで、室外熱交換
器に高温の冷媒を導入し、これにより除霜を行う。

圧縮機温度検出器406からの信号は、圧縮機の巻線を
保護する目的で用いられる。即ち圧縮機の温度が例えば
120℃以上となった場合には、一旦圧縮機201を停止す
る。この圧縮機停止は、圧縮機201の温度が再び低下し
てくれば自動復帰させる。

同じく高圧スイッチ407の信号も、冷凍サイクルの異
常高圧を防止する目的で用いられる。具体的には吐出冷
媒の圧力が約29kg/cm²となった場合にはインバータ306
を遮断して、圧縮機201を一旦停止させる。この一旦停
止後、高圧スイッチ407からの圧力信号が再び低下して
くれば自動復帰させる。

上述のインバータ306からの信号はまた圧縮機201の運
転停止にも用いられる。具体的には誤動作の防止の目的
で不足電圧の保護を行う。これは電圧が例えば170ボル
ト以下となった時にインバータを停止し圧縮機の運転を
一旦停止する。この場合、電圧が回復すれば圧縮機の運
転も自動復帰する。また過電圧保護の目的で、電源が例
えば240ボルト以上となった時にインバータを遮断す
る。これにより電気部品の保護がはかられる。この場合
一旦遮断したインバータは、運転を再開するためには使
用者が手動操作することとする。また負荷保護の目的よ
り過電流保護を行い、これはインバータの出力定格の例
えば150％以上の過電流が例えば120秒以上続いた時に自
動的にインバータ306を遮断することとする。この場合
もインバータの運転を再開するには、使用者が手動で復
帰動作を行うこととする。さらにインバータにも温度検
出器を用いインバータの温度が異常上昇した時にインバ
ータを遮断し電気部品の保護をはかる。この場合も、一
旦遮断されたインバータ306の運転は、使用者が手動動
作にて復帰させることとする。

次に上記構成よりなる空気調和装置の作動を説明す
る。

第９図は作動説明に用いるモリエル線図で、圧縮機20
1により冷媒はａ点からｂ点の状態まで断熱圧縮され
る。

モリエル線図上ｂからｃまでは冷媒の凝縮を示し、冷
房運転時には室外熱交換器205での熱交換動作を示し、
一方暖房運転時には室内熱交換器110での熱交換動作を
示す。

モリエル線図上ｃ点からｄ点はキャピラリーチューブ
での減圧動作を示す。冷房運転時にはキャピラリーチュ
ーブ207での減圧動作を示し、暖房運転時にはキャピラ
リーチューブ208での減圧動作を示す。また除湿運転時
においてはキャピラリーチューブ211における減圧動作
を示す。

モリエル線図上ｄからａまでは冷媒の蒸発動作を示
し、冷房運転時には室内熱交換器109での熱交換動作を
示す。一方暖房運転時には室外熱交換器205での熱交換
動作を示す。さらに除湿運転時においては室内熱交換器
109での熱交換動作を示す。

ここで、本発明の空気調和装置の冷房能力は、 Q_e＝Ｇ（i_a−i_c） で計算される。一方暖房能力は、 Q_H＝Ｇ（i_b−i_c） で計算される。なお、Ｇは冷媒の循環量（kg/h）を示
し、i_a,i_b,i_cはそれぞれａ点,b点,c点における冷媒のエ
ンタルピを示す。

冷房運転時には、切換弁204は圧縮機201より吐出され
た冷媒が室外熱交換器205へ向かうように切り換えられ
る。その結果、圧縮機201より吐出された高温高圧の冷
媒は室外熱交換器205で凝縮して高温のまま液化し、次
いで逆止弁210を通過して冷房用キャプラリー207へ到達
する。この冷房用キャプラリー207通過時に断熱膨張し
低温定圧の霧状状態となり、室内熱交換器109に流入す
る。この室内熱交換器109で送風機105より送風された空
気と熱交換し、空気より気化熱を奪って空気を冷却す
る。一方冷媒はこの熱交換により蒸発して次いで可逆電
磁弁213を介して室内熱交換器110よりアキュームレータ
215へ流入する。アキュームレータで気冷媒と液冷媒に
分離され気冷媒のみが圧縮機201に吸入される。

第10図はこの冷房時における温度調整レバー332の位
置と冷房能力および吹出温度との関係を示す。また図中
実線Hi,Me,Loはそれぞれ送風機105を高速回転させた状
態、中速回転させた状態および低速回転させた状態を示
す。温度調整レバー332を最も高温側に変位させた状態
では、圧縮機201の回転数を０に設定している場合であ
るため冷房能力は0kcalとなる。またこの状態では吹出
温度は吸入空気温度と同一の温度となる。温度調整レバ
ー332を低温側に変位させるにつれ、インバータ306の周
波数が漸増する。本実施例では７段階に増加する。周波
数が最小ヘルツの状態では今回圧縮機201が最小回転数
で運転し、したがってこの状態では冷凍サイクルを循環
する冷媒流量は最小となる。上述の式より明らかなよう
に、冷媒循環量が少ないので冷房能力を最小となり、室
内熱交換器109を通過した空気はさほど冷却されず、吹
出温度は送風機105に吸い込まれる空気温度よりやや低
い程度に留まる。

温度調整レバーを低温側に変位させるにつれインバー
タでの周波数が増大し、最大周波数時には、圧縮機201
は最大回転となる。この状態では、従って冷凍サイクル
を循環する冷媒流量が増大する。そのため、冷房能力も
最大となり、室内熱交換器109での蒸発温度が下がり、
室内熱交換器109を通過する空気の温度も低下する。そ
れによりダクト107より者室に吹き出される吹出空気温
度も低下する。

さらに第10図より明らかなように、上記吹出温度及び
冷房能力は送風機105の回転数によっても変動する。即
ち送風機105が高速回転しているときは、それだけダク
ト107を通過する空気量が多くなり、同じ状態で送風機1
05の回転数が少ない場合に比べて吹出空気温度が増大す
ることになる。

何れにせよ、本例によれば冷房時に温度調整レバー33
2に応じて、圧縮機201の回転数を制御することによっ
て、吹出空気温度を連続的に可変制御することができ
る。

次に暖房運転時の作動について説明する。この状態で
は切換弁204が切り換えられて圧縮機より吐出された高
温高圧の冷媒が室内熱交換器110側へ流れるようにす。
また可逆電磁弁は開かれ、従って除霜用キャプラリー21
1を通過することなく室内熱交換器109側へ冷媒が流れる
ようになる。

従って圧縮機より吐出された冷媒は室内第２熱交換器
110と室内第１熱交換器109との双方で凝縮することにな
る。この際凝縮熱をダクト107内を流れる空気に放出
し、その結果ダクトを通過する空気は加熱される。室内
熱交換器109にて凝縮された冷媒は、次いで逆止弁209を
通り暖房用キャピラリー208に流入する。このキャピラ
リー208通過時に冷媒は断熱膨張し低温低圧の霧状にな
る。この低温の冷媒は室外熱交換器により室外空気と熱
交換され蒸発して気冷媒となる。次いで切換弁204を経
てアキュームレータ215に流入し、液冷媒を分離後再度
圧縮機201に吸入される。

第11図はこの暖房運転時の温度調整レバー332位置と
暖房能力及び吹出温度との関係を示す。本例では温度調
整レバーが最も低温側に変位している状態ではインバー
ダ306より出力される周波数は０ヘルツとなり、圧縮機2
01は運転を行わない。従って暖房能力は0kcalとなり吹
出温度は送風機105に吸入される空気温度と同一にな
る。

温度調整レバーを高温側に変位させるにつれ、インバ
ータ306での周波数が増大する。この周波数の増大に伴
い圧縮機201は回転数が増大し、それにより冷凍サイク
ルを循環する冷媒流量も増大する。その結果室内熱交換
器109,111での冷媒圧力も増大し、冷媒の凝縮温度が上
昇することになる。即ち第11図に示すように周波数の増
大につれ暖房能力も増大し、吹出空気温度も上昇する。

また第11図より明らかなように、送風機105からの送
風空気量が多くなると、暖房能力全体には増大するもの
の吹出温度は低くなることになる。逆に、送風機105か
らの送風量が小さくなれば吹出温度が上昇するものの、
全体の暖房能力は低下してしまうことになる。従って、
吹出温度を高くすることを望むあまり、送風機105から
の風量を低風量で使用することは極めてエネルギー効率
が悪いことになる。

第12図はこの点に鑑みて案出された実施例で、吹出空
気温度を50℃以上には上げないようにするものである。
一般に暖房時には、吹出空気温度は45ないし50℃あれば
乗員に十分な暖房感を与えるものであるため、50℃以上
の吹出温度を送風機105の風量を落とすことによって達
成することを自動的に排除するようにしたものである。
この例では、吹出温度が50℃以上になれば、自動的にイ
ンバータ306の周波数を落とし、暖房能力が必要以上に
大きな状態で運転が断続されることがないようにしたも
のである。即ち、第12図より明らかなように吹出温度が
50℃を境として、暖房能力がそれ以上増大することがな
いようにしている。

第13図は第12図図示実施例におけるコンプレッサー入
力と吹上温度との関係を示す。第13図において一点鎖線
ｘは吹出温度が50℃となる状態での圧縮機201への入力
電力を示す。上述のようにインバータ306にて周波数を
低減させることにより、入力電力の増大を効果的にはか
るようにしている。

なお上述の例において吹出温度を50℃に設定するため
に、室内熱交換器110を通過した直後の空気温度はそれ
より、高めの温度に設定する必要があることもある。

以上説明したように暖房運転時には、室内熱交換器10
9,110により通過空気が加熱されることになるが、第13
図に示すように吸入される空気温度が特に冷たい場合に
は吹出空気温度を要求される50℃程度まで上げることは
能力的に困難である場合もある。そこで、本例では室内
熱交換器110のさらに後流に補助ヒータ111を用いて、こ
の吸入空気温度が特に低い場合における補助加熱を達成
するようにしている。本例では、補助ヒータとして消費
電力が1KW程度のものを用い、第14図に示すように補助
ヒータ111に流入する空気温度が50℃より低い時には消
費電力が大となり、補助ヒータ111に流入する空気温度
が50℃より高い時には消費電力が小さくなるPTCヒータ
を用いる。このヒータによる補助加熱により本例のもの
では、吸入空気温度が０℃程度でも、送風機風量105を
最小風量とした場合ほぼ50℃の吹出空気温度が達成でき
るようになる。補助ヒータの使い方としては、専用のス
イッチを設けて使用者が暖房能力不足を感じた時手段に
よって使用できる方法や、暖房温度調整レバーと連動さ
せて最大能力側にレバーを設定した時に補助ヒータが入
るようにする方法もある。

次に、除湿運転状態について説明する。この除湿時に
は、切換弁204は暖房時と同様に圧縮機201からの冷媒を
室内熱交換器110側へ流すよう設定される。またこの除
湿運転時には可逆電磁弁113が冷媒回路212を閉じること
になる。さらに除湿運転時は電磁弁216が除湿用冷媒回
路214を開くことになる。

従って圧縮機201より吐出された高温高圧の冷媒は室
内第２熱交換器110に流入し、ここで凝縮されることに
なる。そ30凝縮された冷媒はキャプラリー211通過時に
断熱膨張し、低温低圧の霧状となり室内第１熱交換器10
9に流入する。そしてこの室内第１熱交換器109で冷媒は
蒸発し、次いでガス冷媒は除湿用冷媒回路214より電磁
弁216を介してアキュームレータ215に流入する。

第１図の室内ユニットの構成に基づいて説明すれば、
第１ユニットに配置された室内メイン熱交換器109は蒸
発器として作用しこの室内メイン熱交換器を通過した空
気は冷却されることになる。一方第２ユニットに設置さ
れた室内第２熱交換器は凝縮器として作動し、この室内
第２熱交換器を通過した空気は加熱されることになる。
従って、送風機105より送風された空気は、室内第１熱
交換器109通過時に冷却されて、空気中の水分が室内第
１熱交換器109上に凝縮し、次いでドレン水として排出
される。従って、室内第２熱交換器110には室内第１熱
交換器109通過時に水分を除去された空気が流入するこ
とになり、この空気を再加熱することでより乾燥した空
気が得られることになる。

この除湿運転時の冷媒の挙動を第９図のモリエル図に
基づき説明する。モリエル線図において、エンタルピi_b
の状態からエンタルピi_cの状態までの変動が室内サブ熱
交換器110での冷媒の挙動であり、これが空気の加熱に
用いられる。一方エンタルピi_aとエンタルピi_cの差が室
内第１熱交換器109における冷媒の挙動であり、この差
のうち冷媒の顕熱分が空気の冷却に用いられ、一方上記
エンタルピの差のうち潜熱分はドレン水の生成に用いら
れる。従って、室内第１熱交換器109での冷媒の挙動の
うち潜熱分は冷却には用いられないので、室内第１熱交
換器109と室内第２熱交換器110の双方を通過した空気は
必ずその温度が上昇し、暖房と同時に除湿運転ができる
ことになる。

しかも上述の第11図図示説明より明らかなようにこの
除湿を伴う暖房運転時においても調整レバー332の操作
に伴って吹出空気温度を可変制御することができる。即
ち、本空調装置によれば、除湿を伴う暖房運転時におい
ても圧縮機の回転数を制御することができるため、除湿
量及び暖房量を共にインバータの周波数変換で制御する
ことができることになる。

なお、上述の例では除湿用に冷媒回路214及び電磁弁2
16を設けたが、第15図に示すようにこの回路214を廃止
してもよい。この場合には暖房運転用のキャプラリー20
8に並列配置された逆止弁210を一方向電磁弁501に変換
する。

第15図図示装置によれば除湿運転時に冷媒は圧縮機20
1より吐出された冷媒は切換弁204を介して室内第２熱交
換器110にて凝縮し、次いで除湿用キャプラリー211通過
時に減圧膨張する。その後室内第１熱交換器109にて蒸
発し、次いで逆止弁209より冷媒配管206及び一方向電磁
弁に501を通過して室外熱交換器205へ流入し、次いで室
外熱交換器205よりアキュームレータ215を経て圧縮機20
1に再び吸入されることになる。

第17図はコントロールパネル305の他の態様を示す。
なおこの第17図示実施例及び第６図示実施例ともに吹出
口の切り換えや内外気の切り換え及び送風機の風量切り
換え等を手動操作にて行う例を示したが、オートエアコ
ンとして自動的に設定するようにしてもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の室内ユニットの１実施例を示す構
成図、第２図は本発明装置の冷媒回路の１実施例を示す
回路図、第３図は本発明装置の１実施例の各機器を示す
斜視図、第４図は第３図図示コンプレッサーユニットを
示す模式図、第５図は第３図図示各機器の自動車への取
りつけ状態を示す斜視図、第６図は第４図図示コントロ
ールパネルの正面図、第７図は第３図図示温度調整レバ
ーの位置と圧縮機回転数との関係を示す説明図、第８図
は第３図図示コントロール部の入力信号及び出力信号を
示す説明図、第９図は本発明装置の作動を説明するモリ
エル線図、第10図は第１図示装置の冷房運転時における
温度調整レバーと冷房能力及び吹出温度との関係を示す
図、第11図は第１図示装置の暖房運転時における温度調
整レバーと暖房能力及び吹出温度との関係を示す図、第
12図は温度調整レバーと暖房能力及び吹出温度との関係
の他の例を示す図、第13図は第12図図示例における吸入
空気温度と吹出温度との関係を示す図、第14図は第１図
図示装置における補助ヒータの挙動を説明する図、第15
図は本発明装置に係わる冷凍サイクルの他の例を示す冷
媒回路図、第16図は本発明に係わるさらに他の装置のコ
ントロールユニット部の有力信号及び出力信号を説明す
る構成図、第17図は本発明に係わるコントロールパネル
の他の例を示す正面図、第18図は従来の自動車用空調装
置の構成を示す模式図である。 105……送風機,107……ダクト,109,110……室内熱交換
機,111……補助ヒータ,112……デフ吹出口,213……可逆
電磁弁,115〜117……ベント吹出口，センター吹出口,20
4……切換弁,205……室外熱交換器,207,208,211……キ
ャプラリーチューブ。

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−31506（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−80913（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−175414（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−148713（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−218917（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−143469（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−218917（ＪＰ，Ａ) 実開 平２−73568（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭63−125752（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B60H 1/00 B60H 1/03

Claims (9)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被空調空気を送風する送風機と、 この送風機より送風された空気を自動車車室内に導くダ
   クトと、 このダクト内に配設され送風空気の冷却もしくは加熱を
   行う室内熱交換器と、 電動モータにより回転駆動され、前記室内熱交換器に冷
   媒を供給する圧縮機と、 前記電動モータの周波数を可変制御するインバータと、 前記ダクトより車室内に吹き出される空気の温度を車室
   内乗員が調整する温度調整手段と、 この温度調整手段からの指令に基づき前記インバータの
   周波数を制御して、前記圧縮機の回転数を可変し、前記
   室内熱交換器出口側空気温度を可変制御する温度制御手
   段と を備える自動車用空気調和装置。
2. 【請求項２】被空調空気を送風する送風機と、 この送風機より送風された空気を自動車車室内に導くダ
   クトと、 このダクト内に配設され送風空気の冷却もしくは加熱を
   行う室内熱交換器と、 前記ダクト外に配設され、前記ダクト外の媒体と熱交換
   を行う室外熱交換器と、 電動モータにより回転駆動され、前記室内熱交換器に冷
   媒を供給する圧縮機と、 前記圧縮機からの吐出冷媒を前記室内熱交換器と前記室
   外熱交換器とへ切替制御する切替弁と、 前記電動モータの周波数を可変制御するインバータと、 前記ダクトより車室内に吹き出される空気の温度を車室
   内乗員が調整する温度調整手段と、 この温度調整手段からの指令に基づき前記回転数制御手
   段を制御して、前記圧縮機の回転数を可変し、前記室内
   熱交換器出口側空気温度を可変制御する温度制御手段と を備えることを特徴とする自動車用空気調和装置。
3. 【請求項３】請求項２記載の自動車用空気調和装置であ
   って、 前記圧縮機の吸入側には吸入冷媒を一旦貯溜して、気冷
   媒のみを前記圧縮機側へ流出するアキュムレータを備え
   ることを特徴とする自動車用空気調和装置。
4. 【請求項４】請求項２記載の自動車用空気調和装置であ
   って、 前記圧縮機の吐出側と暖房運転時における前記室外熱交
   換器の吸入側との間に、吐出冷媒を前記室外熱交換器へ
   導くホットガスバイパス回路を設け、 このホットガスバイパス回路の途中に通路内を流れる冷
   媒を導通遮断する開閉弁を配置したことを特徴とする自
   動車用空気調和装置。
5. 【請求項５】請求項１ないし４いずれか１つに記載の自
   動車用空気調和装置であって、 前記ダクトのうち前記室内熱交換器の下流に、前記ダク
   トを通過した空気を乗員の頭胸部側に向けて吹き出す流
   れと、乗員の足元に向けて吹き出す流れと、自動車窓ガ
   ラスに向けて吹き出す流れとに切り替える吹出口切替手
   段を備えることを特徴とする自動車用空気調和装置。
6. 【請求項６】請求項１ないし５いずれか１つに記載の自
   動車用空気調和装置であって、 前記圧縮機から吐出された冷媒の温度を検出する吐出冷
   媒温度検出手段を備え、 前記温度制御手段は、前記吐出冷媒温度検出手段が検出
   した吐出冷媒温度が所定温度以上のときに、前記インバ
   ータの周波数を減少させるように制御することを特徴と
   する自動車用空気調和装置。
7. 【請求項７】請求項１ないし５いずれか１つに記載の自
   動車用空気調和装置であって、 前記圧縮機から吐出された冷媒の圧力を検出する吐出冷
   媒圧力検出手段を備え、 前記温度制御手段は、前記吐出冷媒圧力検出手段が検出
   した吐出冷媒圧力が所定圧力以上のときに、前記インバ
   ータの周波数を減少させるように制御することを特徴と
   する自動車用空気調和装置。
8. 【請求項８】請求項１ないし５いずれか１つに記載の自
   動車用空気調和装置であって、 前記圧縮機の胴体温度を検出する圧縮機胴体温度検出手
   段を備え、 前記温度制御手段は、前記圧縮機胴体温度検出手段が検
   出した胴体温度が所定温度以上のときに、前記圧縮機を
   停止させるように制御することを特徴とする自動車用空
   気調和装置。
9. 【請求項９】請求項１ないし５いずれか１つに記載の自
   動車用空気調和装置であって、 前記インバータの入力電流を検出する入力電流検出手段
   を備え、 前記温度制御手段は、前記入力電流検出手段が検出した
   入力電流が所定値以上のときに、前記インバータの周波
   数を減少させるように制御することを特徴とする自動車
   用空気調和装置。