JP3261796B2 - 車両用ヒートポンプ式空調装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、車両の冷暖房をヒート
ポンプと電気ヒータで行う空調装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の燃料駆動自動車用空調装置は、例
えば、図５にその具体的構成を示すように、冷房作用
は、冷媒を圧縮する圧縮機１をエンジン２７にて駆動
し、室外熱交換器２と室外熱交換器用送風装置３で車室
外空気に放熱して冷媒を凝縮液化させた後、その冷媒を
冷媒絞り装置４を介して、室内熱交換器５に導き、室内
用送風装置６により送風された空気を冷却しながら蒸発
し冷房作用を行うものであった。

【０００３】暖房作用は、前記圧縮機１を停止しヒータ
コア１５にエンジンの冷却水（温水）を流し、室内用送
風装置６により送風された空気を加熱するものである。

【０００４】車室内空気吹出口１０、１１、１２より吹
き出される空気温度の調節は、通風ダクト２０内に配さ
れたミックスダンパ１６の開度調節にてヒータコア１５
を流れる温風と、ヒータコア１５をバイパスする冷風の
量を調節して行うものである。従って、前記圧縮機１を
作動させれば吹き出される空気温度は温風から冷風まで
連続して調節でき、暖房と冷房を連続して変更すること
ができる。

【０００５】一方、圧縮機を電動機で駆動するヒートポ
ンプ式空調装置例えば電気駆動自動車用空調装置を図６
に示す。冷房作用は上記と同様であるが、暖房作用につ
いては上記エンジンの冷却水（温水）は無いため、圧縮
機１の下流に四方切替え弁７を用いて冷媒流路を逆に
し、室内熱交換器５で室内用送風装置６により送風され
た空気を加熱して冷媒を凝縮液化させた後、その冷媒を
冷媒絞り装置４を介して室外熱交換器２に導き、ここで
車室外の空気を冷却しながら冷媒が吸熱、蒸発するヒー
トポンプ暖房を行うようになっている。従って、上記燃
料駆動自動車用空調装置のようにミックスダンパはない
ため、吹出温度調節は、操作部３０により電動機８を駆
動する電動機駆動装置９を制御して、圧縮機１の回転数
を調節して行う。また、暖冷房の切り替えは、暖冷房運
転切替装置３１により四方切替え弁７を用いて冷媒流路
を切り替えて行うこととなる。

【０００６】電気駆動自動車では上記の通り、吹出温度
の調節は電動機（圧縮機）の回転数を調節して行う必要
がある。しかしながら、冷暖房の能力を調節する電動機
（圧縮機）の回転数は潤滑油循環確保などの圧縮機保護
のために回転数はいくらでも下げられるわけではなく、
回転数には下限の最低回転数が設定されている。従っ
て、中間季などの熱負荷の小さい環境条件によっては、
冷房運転時、最低回転数でも吹出温度が低過ぎて冷房能
力過剰となる場合がある。

【０００７】冷房能力過剰の例として、図８に従来の車
両用ヒートポンプ式冷暖房空調装置による暖房運転時の
空調作動図を示す。図６従来の車両用ヒートポンプ式空
調装置の構成図における操作部３０にて電動機８を駆動
する電動機駆動装置９を制御して、圧縮機１の回転数を
調節して吹出温度を調節するようになっている。空調の
始動時、車室内温度は目標温度に比較して高いので、回
転数を高くして吹出温度を低くする。車室内温度が目標
温度に近づくと回転数を低くする。そして、目標温度に
達する。しかしながら、車室内温度は目標温度に到達し
てその目標温度に維持されるのでなく、下限の最低回転
数（最小回転数）でも、目標温度を所定値超過してしま
う。

【０００８】よって、その対応として、圧縮機を停止さ
せるが冷房能力零となるので、車室内温度は目標温度よ
り高くなってしまう。従って、停止・作動を繰り返すよ
うにして車室内温度を目標温度に維持させることとな
る。

【０００９】但し、吹出温度は高い・低いを繰り返すた
め快適性を損なってしまい、圧縮機の停止・作動の繰り
返しのために耐久信頼性上においても不利となる。

【００１０】暖房運転時についても同様の事態が発生す
る。従って、図７従来の電気ヒータ暖房・ヒータポンプ
冷房の車両用空調装置の構成図に示すように電気ヒータ
２８、電気ヒータ能力調節装置２９を設け、図９従来の
電気ヒータ暖房・ヒートポンプ冷房の車両用空調装置の
作動図のごとく、電気ヒータ２８にて若干吹出温度を上
げる事により、上記の圧縮機の停止・作動を繰り返すこ
とによる問題を解消できる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】上記によれば、図７従
来の電気ヒータ暖房・ヒートポンプ冷房の車両用空調装
置の構成図に示すように、電気ヒータ２８を通風ダクト
２０に設置しなければならない。電気ヒータ２８の電源
としては相当の電力が必要なため、高電圧・低電流か低
電圧・大電流を使用しなければならない。しかしなが
ら、通風ダクト２０は車室内に設置されるため、電源に
対しての安全対応が特に必要となる。

【００１２】また、室外熱交換器を用いての車室外の空
気を冷却しながら冷媒が吸熱、蒸発するヒートポンプ暖
房においては、車室外温度が低くなるに従い冷媒の沸点
に近付き、また室外熱交換器が低温により着霜すること
などにより暖房効率が低下し圧縮機を駆動する電動機の
消費電力が大きくなる。電気駆動自動車の場合、空調装
置での消費電力が大きくなると車両駆動用電動機の消費
電力が抑えられることとなり走行性能に影響してしま
う。

【００１３】従って、車室外温度が特に低い時の暖房に
おいては燃焼式加熱器を用いる必要が発生する。例え
ば、図５におけるエンジン冷却水に代わり燃焼式加熱器
からヒータコア１５に温水を供給すればよい。

【００１４】しかしながら、この場合電気ヒータ２８に
加えヒータコア１５も通風ダクト２０に設置しなければ
ならず、実際上設置は不可となる。

【００１５】また、電気ヒータ２８を通風ダクト２０に
設置するためには、従来の燃焼エンジン駆動自動車用空
調装置の通風ダクト２０を、共用することは不可であ
る。よって、電気駆動自動車用として新しい通風ダクト
２０を作製しなければならない。しかしながら、電気駆
動自動車は当初は台数が少ないため、コストが相当に高
くなってしまう。

【００１６】従って本発明は、従来の燃焼エンジン駆動
自動車用空調装置の通風ダクトを共用でき、中間季など
の熱負荷の小さい環境条件においても吹出温度の高低繰
り返しを防止でき、安全で、燃焼式加熱器を用いること
が可能な車両用ヒートポンプ式空調装置の提供を目的と
する。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明は、第１の手段と
して上記課題を解決するために、室内熱交換器にて車室
内への送風空気を少なくとも冷却し、車室外にて電気ヒ
ータにより暖められた温水をヒータコアに流し、当該ヒ
ータコアにて送風空気を加熱する。

【００１８】本発明は、第２の手段として上記課題を解
決するために、第１の手段において、ヒータコアに流す
温水を、電気ヒータにより暖められた温水と燃焼式水加
熱器により暖められた温水とで切替え可能とする。

【００１９】本発明は、第３の手段として上記課題を解
決するために、第１及び２の手段において、電気ヒータ
により暖められる温水の温度を所定値に自動調節し、車
室内への送風空気の温度を、ヒータコアをバイパスする
送風空気とヒータコアにて加熱される送風空気の比を調
節して設定する。

【００２０】本発明は、第４の手段として上記課題を解
決するために、第１及び２の手段において、ＰＴＣヒー
タにより暖められる温水を用い、車室内への送風空気の
温度を、ヒータコアをバイパスする送風空気とヒータコ
アにて加熱される送風空気の比を調節して設定する。

【００２１】

【作用】本発明の第１の手段によれば、室内熱交換器に
て車室内への送風空気を少なくとも冷却し、車室外にて
電気ヒータにより暖められた温水をヒータコアに流し、
当該ヒータコアにて送風空気を加熱する。

【００２２】よって、電気ヒータの電源としては相当の
電力が必要なため、高電圧・低電流か低電圧・大電流を
使用しなければならないが、電気ヒータは車室外に設置
されるため、乗員からは充分離れており、安全である。

【００２３】また、電気ヒータにより暖められた温水を
ヒータコアに流し、当該ヒータコアにて送風空気を加熱
するので、従来の燃料エンジン駆動自動車用空調装置の
通風ダクト及びヒータコアを共用できるので新規の通風
ダクト開発は不要であり、コストも下げられる。

【００２４】また、従来の技術の項で述べたのと同様
に、中間季などの熱負荷の小さい環境条件での冷房運転
時、ヒータコアにて若干吹出温度を上げる事により、圧
縮機の停止・作動を繰り返すことによる吹出温度の高低
繰り返しの問題を解消できる。

【００２５】本発明の第２の手段によれば、第１の手段
において、ヒータコアに流す温水を、電気ヒータにより
暖められた温水と燃焼式水加熱器により暖められた温水
とで切替え可能とする。よって、第１の手段における作
用に加え、特別の加工を加えることなく、通風ダクト及
びヒータコアを共用して燃焼式加熱器を用いることが可
能となる。

【００２６】本発明の第３の手段によれば、第１及び２
の手段において、電気ヒータにより暖められる温水の温
度を所定値に自動調節し、車室内への送風空気の温度
を、ヒータコアをバイパスする送風空気とヒータコアに
て加熱される送風空気の比を調節して設定する。電気ヒ
ータにより暖められる温水の温度及び送水量は、電力を
低く抑えるために、必要最小限にしなければならない。
しかしながら、このように必要最小限の温水の温度及び
送水量であると、車室内への送風空気量が増加すると、
温水の温度が急激に低下してしまう。従って、吹出空気
温度の調節は思うにまかせなくなる。よって、電気ヒー
タにより暖められる温水の温度を所定値に自動調節する
ことにより送風空気量の増減に対して温水の温度を安定
させ、車室内への送風空気の温度を、ヒータコアをバイ
パスする送風空気とヒータコアにて加熱される送風空気
の比を調節して設定することにより必要最小限の加熱量
とすることができる。

【００２７】本発明の第４の手段によれば、第１及び２
の手段において、ＰＴＣヒータにより暖められる温水を
用い、車室内への送風空気の温度を、ヒータコアをバイ
パスする送風空気とヒータコアにて加熱される送風空気
の比を調節して設定する。

【００２８】ＰＴＣヒータは図４に示すように、抵抗値
が温度により最小値を示すポイントＴｃがあるため、温
度をＴｃに自己調節する働きをする。よって、上記第３
の手段における自動調節は特に必要ないが、同様の効果
がある。

【００２９】

【実施例】本発明の実施例を図面により説明する。

【００３０】図１に本発明の第１の実施例に係る車両用
ヒートポンプ式空調装置の構成図を示す。ここで前出の
図７従来の電気ヒータ暖房・ヒートポンプ冷房の車両用
空調装置の構成図との相違点は、本発明の実施例には図
７の従来例に比べ、電気ヒータ２８が通風ダクト２０か
ら車室外に移動して電熱・水熱交換器２１を介して温水
を発生させるように構成され、通風ダクト２０内には従
来の燃料エンジン駆動自動車用空調装置におけるヒータ
コア１５、ミックスダンパ１６が設置されている。ま
た、温水を流す温水ポンプ２２が電熱・水熱交換器２１
とヒータコア１５を結ぶ配管に設置されている。

【００３１】中間季などの熱負荷の小さい環境条件での
冷房運転時において、暖冷房運転切替装置３１のツマミ
設定を冷房の位置にする。

【００３２】これにより暖冷房運転切替装置３１は四方
切替え弁７を図１の破線のように設定する。よって、圧
縮機１からの吐出冷媒は室外熱交換器２に導かれ室外熱
交換器用送風装置３からの送風で冷媒は凝縮する。次
に、冷媒は冷媒絞り装置４を介して室内熱交換器５に運
ばれ、室内用送風装置６により送風された空気を冷却し
て蒸発する。冷房運転の能力調節は暖冷房運転能力調節
装置３０にてツマミ設定し、設定値を電動機駆動装置９
に入力して行う。

【００３３】冷房作動は図９に示すごとく、始動時、車
室内温度は目標温度に比較して高いので、回転数を高く
して吹出温度を低くする。車室内温度が目標温度に近づ
くと回転数を低くする。そして、目標温度に達する。し
かしながら、車室内温度は目標温度に到達してその目標
温度に維持されるのでなく、下限の最低回転数（最小回
転数）でも、目標温度を所定値超過して寒くなってしま
う。よって、電気ヒータ能力調節装置２９にて電気ヒー
タ２９に通電し、電熱・水熱交換器２１を介して温水を
作る。この温水を温水ポンプ２２にてヒータコア１５に
流し送風空気を徐々に暖め、車室内温度を目標温度に到
達させる。圧縮機の停止・作動を繰り返すことによる吹
出温度の高低繰り返しの問題を生じることがない。ここ
で、送風空気の加熱調節は、電気ヒータ能力調節装置２
９にて電気ヒータ２９への通電量により温水温度調節し
ても、ミックスダンパ１６によりヒータコアをバイパス
する送風空気とヒータコアにて加熱される送風空気の比
を調節してもどちらでも良い。

【００３４】また、通風ダクト２０内には従来の燃料エ
ンジン駆動自動車用空調装置におけるヒータコア１５、
ミックスダンパ１６を設置すれば良く、室内熱交換器５
も同様に従来の燃料エンジン駆動自動車用空調装置にお
ける室内熱交換器５を使用できる。よって、電気駆動自
動車専用としての新規の通風ダクトの開発は不要であ
る。

【００３５】また、高電圧・低電流か低電圧・大電流を
使用しなければならない電気ヒータ２８は通風ダクト２
０から車室外に移動して電熱・水熱交換器２１を介して
温水を発生させるように構成されているので、乗員が通
常高電圧に触れる状況は無く、大電流による配線等の過
熱の可能性も無く、もって安全な構成となる。

【００３６】図２に本発明の第２の実施例に係る車両用
ヒートポンプ式空調装置の構成図を示す。ここで前出の
図１本発明の第１の実施例に係る車両用ヒートポンプ式
空調装置の構成図との相違点は、第２の実施例には図１
の第１の実施例に比べ、車室外に燃焼により温水を発生
させる燃焼式水加熱器２３が設置され、温水流路切替弁
１・２４、温水流路切替弁２・２５にて、ヒータコア１
５への温水供給を電熱・水熱交換器２１と燃焼式水加熱
器２３とで切替え可能に構成されている。

【００３７】中間季などの熱負荷の小さい環境条件での
冷房運転時においては、送風空気を若干加熱するため
に、また極力燃焼ガスによる公害を防止するために、温
水流路切替弁１・２４、温水流路切替弁２・２５を、図
２において実線のごとく設定し電熱・水熱交換器２１か
らの温水を使用する。

【００３８】一方前記のように、車室外温度が特に低い
時の暖房においては、暖房効率が低下し圧縮機を駆動す
る電動機の消費電力が大きくなるため燃焼式加熱器を用
いる必要が発生する。よって、温水流路切替弁１・２
４、温水流路切替弁２・２５を、図２において破線のご
とく設定し燃焼式水加熱器２３からの温水を使用する。

【００３９】以上のごとく、状況に応じて電熱・水熱交
換器２１からの温水、燃焼式水加熱器２３からの温水を
使い分けることができる。もって、第１の実施例におけ
る作用に加え、特別の加工を加えることなく、通風ダク
ト及びヒータコアを共用して燃焼式加熱器を用いること
が可能となる。

【００４０】図３に本発明の第３の実施例に係る車両用
ヒートポンプ式空調装置の構成図を示す。ここで前出の
図１本発明の第１の実施例に係る車両用ヒートポンプ式
空調装置の構成図との相違点は、第３の実施例には図１
の第１の実施例に比べ、電熱・水熱交換器２１からの温
水の温度を検出する水温センサー２６が設置され、電気
ヒータ能力調節装置２９に接続されて、電気ヒータ２８
により暖められる温水の温度を所定値に自動調節するこ
とが可能に構成されている。

【００４１】第１の実施例におけるように、電気ヒータ
能力調節装置２９にて電気ヒータ２９に通電し、電熱・
水熱交換器２１を介して作られた温水を温水ポンプ２２
にてヒータコア１５に流し室内用送風装置６により送風
された送風空気を暖める場合、当該送風空気は室内熱交
換器５にて冷却されている。

【００４２】よって、前記のごとく、温水の温度及び送
水量は必要最小限であるため、車室内への送風空気量が
増加すると、温水の温度が急激に低下してしまい、吹出
空気温度の調節は思うにまかせなくなる。

【００４３】従って、上記構成により温水の温度が低下
した場合、水温センサー２６にて検出し電気ヒータ能力
調節装置２９に入力することにより、その低下量に応じ
て電気ヒータ２９への通電電圧を増加させ、もって温水
の温度を上昇させて電気ヒータ能力調節装置２９にて設
定される所定値に回復させる。温水の温度が上昇した場
合には、逆に作動させる。もって、温水の温度は所定値
に自動調節される。

【００４４】車室内への送風空気の温度を下げる場合、
ミックスダンパ１６にて、ヒータコアをバイパスする送
風空気を増加させ、ヒータコアにて加熱される送風空気
を減少させる。この時、ヒータコアを通過する送風空気
は減少するため温水の温度が上昇する。温水の温度は所
定値に自動調節されているので、電気ヒータ能力調節装
置２９は電気ヒータ２９への通電電圧を減少させる。も
って、電力を低減でき必要最小限の電力使用となる。

【００４５】尚、以上においては暖冷房切替え、吹出空
気温度調節において手動で行う例を示したが、各種環境
条件に応じて自動で設定する制御装置を設けた場合にお
いても効果作用は同様であることは明白である。

【００４６】また、熱交換器の配置、台数、構成などに
おいては、本発明の主旨を満たす範囲で種々の応用が可
能である。

【００４７】

【発明の効果】請求項１においては、室内熱交換器にて
車室内への送風空気を少なくとも冷却し、車室外にて電
気ヒータにより暖められた温水をヒータコアに流し、当
該ヒータコアにて送風空気を加熱する。よって、電気ヒ
ータの電源としては相当の電力が必要なため、高電圧・
低電流か低電圧・大電流を使用しなければならないが、
電気ヒータは車室外に設置されるため、乗員が通常高電
圧に触れる状況は無く、大電流による配線等の過熱の可
能性も無く、安全である。

【００４８】また、電気ヒータにより暖められた温水を
ヒータコアに流し、当該ヒータコアにて送風空気を加熱
するので、従来の燃料エンジン駆動自動車用空調装置の
通風ダクト及びヒータコアを共用できるので新規の通風
ダクト開発は不要であり、コストも下げられる。

【００４９】また、中間季などの熱負荷の小さい環境条
件での冷房運転時、ヒータコアにて若干吹出温度を上げ
る事により、圧縮機の停止・作動を繰り返すことによる
吹出温度の高低繰り返しの問題を解消できる。

【００５０】請求項２においては、ヒータコアに流す温
水を、電気ヒータにより暖められた温水と燃焼式水加熱
器により暖められた温水とで切替え可能とする。特別の
加工を加えることなく、通風ダクト及びヒータコアを共
用して、車室外温度が特に低い時の暖房において燃焼式
加熱器を用いることが可能となる。もって、空調装置で
の消費電力が大きくなり車両駆動用電動機の消費電力が
抑えられることとなり走行性能に影響してしまうことを
防止できる。

【００５１】請求項３においては、車室内への送風空気
の温度を下げる場合、ミックスダンパ１６にて、ヒータ
コアをバイパスする送風空気を増加させ、ヒータコアに
て加熱される送風空気を減少させる。この時、ヒータコ
アを通過する送風空気は減少するため温水の温度が上昇
する。温水の温度は所定値に自動調節されているので、
電気ヒータ能力調節装置２９は電気ヒータ２９への通電
電圧を減少させる。もって、電力を低減でき必要最小限
の電力使用となる。

【００５２】請求項４においては、ＰＴＣヒータは図４
に示すように、抵抗値が温度により最小値を示すポイン
トＴｃがあるため、温度をＴｃに自己調節する働きをす
る。よって、上記請求項３における自動調節は特に必要
とせず構成が簡単になり、電力を低減でき必要最小限の
電力使用となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例に係る車両用ヒートポン
プ式空調装置の構成図

【図２】本発明の第２の実施例に係る車両用ヒートポン
プ式空調装置の構成図

【図３】本発明の第３の実施例に係る車両用ヒートポン
プ式空調装置の構成図

【図４】ＰＴＣヒータ特性図

【図５】従来の燃料エンジン駆動自動車用空調装置の構
成図

【図６】従来の車両用ヒートポンプ式冷暖房空調装置の
構成図

【図７】従来の電気ヒータ暖房・ヒートポンプ冷房の車
両用空調装置の構成図

【図８】従来の車両用ヒートポンプ式冷暖房空調装置の
作動説明図

【図９】従来の電気ヒータ暖房・ヒートポンプ冷房の車
両用空調装置の作動説明図

【符号の説明】

５ 室内熱交換器 １５ ヒータコア ２８ 電気ヒータ ２９ 電気ヒータ能力調節装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ▲よし▼田 則夫 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭61−181717（ＪＰ，Ａ) 実開 平４−87506（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭56−70409（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B60H 1/22 651 B60H 1/22 611 B60H 1/22 671

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 通風ダクトと、前記通風ダクト内に設置
   される室内用送風装置及び室内熱交換器と、前記通風ダ
   クト内で前記室内熱交換器の下流に設置されるヒータコ
   アと、前記ヒータコアを通過する空気とバイパスする空
   気の比率を調節するミックスダンパと、前記室内熱交換
   器に冷媒を循環させる圧縮機と、前記圧縮機を作動させ
   る電動機と、前記電動機を駆動する電動機駆動装置と、
   電気ヒータと、前記電気ヒータにより水に加熱する電熱
   ・水熱交換器と、加熱された水を前記ヒータコアに導く
   配管及び温水ポンプと、加熱された水の温度を検出する
   水温センサと、前記水温センサが検出する水温に基づき
   水温を一定値に保つように前記電気ヒータへの通電を制
   御する電気ヒータ能力調節装置とを備え、前記電気ヒー
   タと前記電熱・水熱交換器とは車室外に配置され、前記
   電気ヒータと前記電動機駆動装置とは、車両走行用の電
   力源であるバッテリより電力供給されることを特徴とす
   る車両用ヒートポンプ式空調装置。