JP3000832B2 - 車両用ヒートポンプ式冷暖房装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、温度式自動膨張弁を備
えた車両用ヒートポンプ式冷暖房装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】冷媒を圧送するコンプレッサと、コンプ
レッサから圧送される冷媒を蒸発させて空気を冷却する
蒸発器と、この蒸発器により蒸発された高温の冷媒の熱
を空気に放熱して空気を暖める放熱器とを備えた車両用
ヒートポンプ式冷暖房装置において、蒸発器の上流に例
えば図５に示すような温度式自動膨張弁１０を備えてい
るものが知られている。

【０００３】図５において、車室内に設けられた蒸発器
３５の出口側冷媒管路の外周面に取付けられた感温筒１
１内には、感温筒１１の感知する温度（冷媒温度に依存
する）が上昇するほど圧力が増加するガスまたは液が充
填されており、このガス（液）の圧力ＰＢが導管１２を
介してベローズ１３の上面に作用する。この圧力ＰＢは
弁体１４を開く方向に働く。またベローズ１３の下面に
は、蒸発器３５の循環冷媒の低圧側圧力ＰＬが加圧され
るとともに、弁体１４の下方に設けられたばね１５のば
ね力Ｆが作用し、これらの力ＰＬ，Ｆは弁体１４を閉じ
る方向に働く。

【０００４】暖房運転開始時には、冷媒温度が低いため
感温筒１１内のガス（液）の圧力、すなわちベローズ１
３の上面に作用する圧力ＰＢが低く、ＰＢ＜（ＰＬ＋
Ｆ）となっている。したがって弁体１４は閉じており、
不図示のリキッドタンクからストレーナ１６を介して膨
張弁１０内に導入された冷媒は、蒸発器３５には導かれ
ず、蒸発器３５による蒸発動作は行われない。蒸発動作
が行われないと、コンプレッサの吸入圧力作用により蒸
発器３５の低圧側圧力ＰＬが減少してゆき、このＰＬが
所定値以下になると、ＰＢ＞（ＰＬ＋Ｆ）となり、弁体
１４が開く。これにより、膨張弁１０に導入された冷媒
が弁体１４を通って蒸発器３５に達し、蒸発器３５によ
って冷媒が蒸発され、空気が冷却される。また、蒸発し
た高温の冷媒の熱が不図示の放熱器において空気に放熱
され、空気が暖められ暖房が行われる。

【０００５】暖房運転中に冷媒の温度が低下すると、感
温筒１１内部のガス（液）の圧力ＰＢが低下し、ＰＢ＜
（ＰＬ＋Ｆ）になると、弁体１４が再び閉じて冷媒が蒸
発器３５に導かれなくなり、これにより蒸発器３５の凍
結が防止される。このように膨張弁１０は、弁体１４の
開閉を繰り返すことにより、蒸発器を凍結させることな
く蒸発器の能力を最大限に発揮せしめる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】以上の説明から分るよ
うに、暖房運転開始時には膨張弁１０の弁体１４が閉じ
ており、これが開いて蒸発器３５に冷媒が導かれるまで
には時間がかかる。そして、蒸発器で冷媒の蒸発動作が
行われないうちは高温の冷媒が放熱器に導かれないた
め、放熱器による空気への放熱量が少なく暖房効率が悪
い。すなわち従来のヒートポンプ式冷暖房装置では、運
転開始後のある程度の時間は満足な暖房性能が得られ
ず、速暖性に欠けるという問題がある。また、通常、冷
媒にはコンプレッサの焼き付きを防止するための潤滑油
が含まれているが、上述のように暖房開始時に弁体１４
が閉じて冷媒が流れないと、長時間コンプレッサに潤滑
油が戻らず、コンプレッサが焼き付くおそれがある。

【０００７】本発明の目的は、簡単な構成で速暖性能に
富み、かつコンプレッサの焼き付きを確実に防止し得る
車両用ヒートポンプ式冷暖房装置を提供することにあ
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】クレーム対応図である図
１により説明すると、本発明は、液冷媒を蒸発させて空
気を冷却する蒸発器１０１と、この蒸発器１０１で蒸発
された高温の冷媒の熱を空気に放熱して空気を暖める放
熱器１０２と、冷媒流通管路の温度を感知する感温部１
０３ａ、およびこの感温部１０３ａの感知する温度が所
定温度以上になると開く弁体１０３ｂを有し、この弁体
１０３ｂが開いているときに循環液冷媒を蒸発器１０１
に導く温度式自動膨張弁１０３とを備えた車両用ヒート
ポンプ式冷暖房装置に適用される。そして、感温部１０
３ａを加熱する加熱手段１０４と、冷媒の温度に関する
温度情報を検出する検出手段１０５と、暖房運転時で、
かつ上記検出された温度情報が所定温度未満の場合に加
熱手段１０４を作動せしめる制御手段１０６とを具備
し、これにより上記問題点を解決する。

【０００９】

【作用】制御手段１０６は、暖房運転時でかつ冷媒温度
に関する温度が所定温度未満の場合（主に暖房運転開始
時）に加熱手段１０４を作動させる。これにより膨張弁
１０３の感温部１０３ａが加熱されてその感知温度が上
昇するので、弁体１０３ｂが開き、冷媒が蒸発器１０１
に導かれて蒸発動作が行われる。その結果、蒸発された
高温の冷媒が放熱器１０２に導かれ、放熱器１０２によ
る放熱量が増大する。

【００１０】

【実施例】図２〜図４により本発明の一実施例を説明す
る。図２は本発明に係る車両用ヒートポンプ式冷暖房装
置の構成図である。３１は、例えばエンジンルームに設
けられたコンプレッサであり、暖房時には、このコンプ
レッサ３１によって圧送される冷媒が、図示実線位置に
切換わっている三方弁３２，第１車室内熱交換器３３，
温度式自動膨張弁１０（以下、単に膨張弁と呼ぶ），第
２車室内熱交換器３５およびレシーバ３６を順に経由し
てコンプレッサ３１に循環し、第１車室内熱交換器３３
がコンプレッサ３１から吐出された高温なる冷媒の熱を
ブロアファン３７で導入された空気に放熱して温風を作
り、第２車室内熱交換器３５が膨張弁１０からの冷媒を
蒸発させることによりブロアファン３７で導入された空
気を冷却して冷風を作る。

【００１１】また、冷房運転時には、コンプレッサ３１
によって圧送される冷媒が、図示破線位置に切換わって
いる三方弁３２，車室外熱交換器３８，第１車室内熱交
換器３３，膨張弁１０，第２車室内熱交換器３５および
レシーバ３６を順に経由してコンプレッサ３１に循環
し、車室外熱交換器３８がコンプレッサ３１から吐出さ
れた高温なる冷媒の熱を外気に放熱し、第２車室内熱交
換器３５が膨張弁１０からの冷媒を蒸発させることによ
りブロアファン３７で導入された空気を冷却して冷風を
作る。

【００１２】図３に示すように、上記膨張弁１０を構成
する感温筒１１には、例えばＰＣＴヒータなどの発熱体
５１が取付けられ、この発熱体５１はリレー５２を構成
するリレースイッチ５２ａのオンにより給電されるよう
になっている。 リレーコイル５２ｂは、制御回路５３
からの信号により励磁／消磁されてスイッチ５２ａをオ
ン・オフさせる。なお、膨張弁１０そのものの構成は上
記図５で説明したと同様であり、ここでは詳述しない。

【００１３】制御回路５３には、冷媒温度Ｔrefを検出
する冷媒温度センサ５４と、ブロアファンの３７作動を
指令するファンスイッチ５５と、車室内の設定温度を指
令する温度設定スイッチ５６と、外気温度や室内温度な
どの車両熱負荷を検出するセンサ群５７とが接続されて
いる。制御回路５３は、センサ群５７で検出された車両
熱負荷および温度設定スイッチ５６で設定された設定温
度に基づいて本冷暖房装置を冷房運転するか暖房運転す
るかを決定するとともに、暖房運転時には、冷媒温度セ
ンサ５４の検出出力およびファンスイッチ５５のオン・
オフ状態に応じて上記発熱体５１の作動／停止を制御す
る。

【００１４】次に、図４のフローチャートに基づいて制
御回路５３による発熱体５１のオン・オフ制御の詳細手
順を説明する。この制御は、冷暖房装置の作動中に周期
的に起動されるものである。まずステップＳ１では暖房
運転モードか否かを判定し、否定されると、すなわち冷
房運転モードの場合には、ステップＳ２でリレーコイル
５２ｂを消磁させてリレースイッチ５２ａをオフさせ、
発熱体５１を非作動状態に保持する。一方、暖房運転モ
ードの場合にはステップＳ３に進み、冷媒温度センサ５
４で検出された冷媒温度Ｔrefが所定温度Ｔ₀以上か否か
を判定する。Ｔref≧Ｔ₀の場合には上記ステップＳ２に
進み、Ｔref＜Ｔ₀の場合にはステップＳ４に進む。ステ
ップＳ４では、ファンスイッチ５５のオン・オフを判定
し、オフであればステップＳ２に進み、オンであればス
テップＳ５でリレースイッチ５２ａをオンさせる。

【００１５】リレースイッチ５２ａのオンにより、発熱
体５１が給電されて作動し、膨張弁１０の感温部１１が
加熱される。感温部１１の感知温度が上昇するのに伴っ
て感温部１１内のガスまたは液の圧力、すなわちベロー
ズ１３の上面に作用する圧力ＰＢがが上昇してＰＢ＞
（ＰＬ＋Ｆ）となり、弁体１４が開く。その結果、膨張
弁１０に導入された冷媒が弁体１４を通って第２車室内
熱交換器３５に導かれる。

【００１６】以上の手順によれば、暖房運転モードが設
定され、かつブロアファン３７の作動が指令されている
ときに、冷媒温度Ｔrefが所定温度Ｔ₀未満の場合（主に
暖房運転開始時）には、発熱体５１が作動して膨張弁１
０の感温部１１が加熱され、これにより上述の如く弁体
１４が開いて冷媒が第２車室内熱交換器３５に導かれ
る。その結果、第２車室内熱交換器３５によって冷媒が
蒸発されて空気が冷却されるとともに、蒸発した高温の
冷媒の熱がコンプレッサ３１を介して第１車室内熱交換
器３３に達し、ここで冷媒の熱が第２車室内熱交換器３
５からの空気に放熱され、空気が暖められ暖房が行われ
る。したがって、暖房開始時であっても十分な暖房性能
を発揮できる。

【００１７】その後、冷媒の温度Ｔrefが上昇して所定
温度Ｔ₀以上になると、上記ステップＳ３が肯定される
ので、発熱体５１が停止され、以降は従来通りに弁体１
４の開閉動作が行われる。したがって第２車室内熱交換
器３５を凍結させることなくその能力を最大限に発揮さ
せることができる。なお、上述したように暖房開始時に
は発熱体５１の作動により強制的に弁体１４が開かれて
第２車室内熱交換器３５による冷媒の蒸発動作が行われ
るが、この蒸発動作により冷媒温度がある程度上昇すれ
ば発熱体５１は停止されるので、弁体１４が強制的に開
かれる時間は僅かであり、この間に第２車室内熱交換器
３５が凍結するおそれはない。

【００１８】以上の実施例の構成において、第２車室内
熱交換器３５が蒸発器１０１を、第１車室内熱交換器３
３が放熱器１０２を、発熱体５１が加熱手段１０４を、
冷媒温度センサ５４が検出手段１０５を、制御回路５３
が制御手段１０６をそれぞれ構成する。

【００１９】なお以上では、冷媒の温度に関する温度情
報として冷媒温度Ｔrefそのものを用いた例を示した
が、この温度情報として、例えば感温筒１４の温度ある
いは第２車室内熱交換器３５の下流の空気温度（いずれ
も冷媒温度に依存する）を用いてもよい。またベローズ
１３に代えてダイヤフラムを用いた温度式自動膨張弁を
備えたヒートポンプ式冷暖房装置にも本発明を適用でき
る。

【００２０】

【発明の効果】本発明によれば、暖房運転時でかつ冷媒
温度に関する温度が所定温度未満の場合には、加熱手段
を作動させて膨張弁の感温部を加熱するようにしたの
で、暖房開始時であっても膨張弁の弁体を開いて冷媒を
循環させることができ、十分な暖房性能が得られるとと
もに、冷媒中の潤滑油をコンプレッサに導くことがで
き、コンプレッサの焼き付きを確実に防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】クレーム対応図。

【図２】本発明に係る車両用ヒートポンプ式冷暖房装置
の構成を示す図。

【図３】膨張弁および第２車室内熱交換器付近の構成お
よび制御系の構成を示す図。

【図４】実施例の動作を説明するフローチャート。

【図５】図３に相当する従来例を示す図。

【符号の説明】

１０ 温度式自動膨張弁 １１ 感温筒 １３ ベローズ １４ 弁体 ３１ コンプレッサ ３３ 第１車室内熱交換器（放熱器） ３５ 第２車室内熱交換器（蒸発器） ５１ 発熱体 ５３ 制御回路（制御手段） ５４ 冷媒温度センサ（検出手段）

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 液冷媒を蒸発させて空気を冷却する蒸発
   器と、 この蒸発器で蒸発された高温の冷媒の熱を空気に放熱し
   て空気を暖める放熱器と、 冷媒流通管路の温度を感知する感温部、およびこの感温
   部の感知する温度が所定温度以上になると開く弁体を有
   し、この弁体が開いているときに循環液冷媒を前記蒸発
   器に導く温度式自動膨張弁とを備えた車両用ヒートポン
   プ式冷暖房装置において、 前記感温部を加熱する加熱手段と、 冷媒の温度に関する温度情報を検出する検出手段と、 暖房運転時で、かつ前記検出された温度情報が所定温度
   未満の場合に前記加熱手段を作動せしめる制御手段とを
   具備することを特徴とする車両用ヒートポンプ式冷暖房
   装置。