JP3368801B2 - 車両用空調装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は車両用空調装置、よ
り具体的には、コンプレッサの駆動により冷媒を車室外
熱交換器及び車室内熱交換器に循環させる蒸気圧縮サイ
クルを備えた車両用空調装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の車両用空調装置としては、電気自
動車のように暖房用熱源がない車両やエンジン冷却水の
熱量が不足してヒータ性能が足りない車両に適用して、
蒸気圧縮サイクルによる暖房運転を行なうようにしたも
のが知られている（例えば、実開昭６１−１０１０２０
号公報参照）。

【０００３】この従来技術の空調装置の蒸気圧縮サイク
ルは、コンプレッサ、切替弁、主凝縮器、膨張弁、蒸発
器、暖房用凝縮器で構成され、暖房運転時は、コンプレ
ッサ→切替弁→暖房用凝縮器→膨張弁→蒸発器→コンプ
レッサの順に冷媒が流れる。暖房運転時は主凝縮器に冷
媒を流さないので、外気温の影響を受けることなくコン
プレッサを運転することができ、車室内空調風は、つね
に蒸発器で冷却され、暖房用凝縮器で加熱されて車室内
に吹き出される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来の水冷式エンジン
車では、コンプレッサを運転することなく、エンジン冷
却水の熱だけで十分に車室内を暖房することができた。
ところが、近年のエンジンの燃費効率化により、エンジ
ン冷却水の熱だけでは十分に暖房できなくなり、蒸気圧
縮サイクルによる暖房運転を併用する必要が生じてき
た。

【０００５】一般に、車両の暖房装置には、単に車室内
を暖めるだけでなく、ガラスの防曇維持という機能も要
求される。そのため、従来の車両用空調装置では、フル
外気導入で暖房運転を行なうことでガラスの防曇性を維
持していた。

【０００６】蒸気圧縮サイクルによる暖房運転を併用す
る方法の一つとして、外気導入量を減らすことで車室内
暖房に必要な熱量（換気負荷分の熱量）を低減し、さら
に、蒸気圧縮サイクルで除湿暖房運転を行なうことで車
室内吹出風の湿度を低下させて、暖房性能とガラスの防
曇維持性能を両立させる方法がある。この方法では、車
室内に蒸発器として作用する熱交換器と凝縮器として作
用する熱交換器を備えて除湿暖房運転を行ない、蒸発器
の冷却（除湿）能力を損なうことなく、確実に車室内吹
出風の湿度を低下させることができるか否かが重要なポ
イントになる。

【０００７】本発明は、このような従来の問題点に着目
してなされたもので、蒸気圧縮サイクルによる除湿暖房
運転を行なう場合に、蒸発器の冷却（除湿）能力を損な
うことなく、確実に車室内吹出風の湿度を低下させるこ
とができる車両用空調装置を提供することを目的とす
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の第１の
発明は、エンジンやモータで駆動されるコンプレッサ
と、冷媒と外気とで熱交換する車室外熱交換器と、冷媒
を断熱膨張させる第１の膨張手段と第２の膨張手段と、
冷媒と車室内に吹き出す空調風とで熱交換し、一端がコ
ンプレッサの冷媒吸入に接続し、他端が第１の膨張手段
を介して車室外熱交換器に接続する第１の車室内熱交換
器と、冷媒と車室内に吹き出す空調風とで熱交換する第
２の車室内熱交換器と、第１の車室内熱交換器と第１の
膨張手段の間から分岐し、第２の膨張手段を介して第２
の車室内熱交換器の一端に接続するバイパス路と、冷房
運転と暖房運転で冷媒流れを切り換え、冷房運転時には
コンプレッサの冷媒吐出と車室外熱交換器およびコンプ
レッサの冷媒吸入と第２の車室内熱交換器の他端を各々
連通し、暖房運転時にはコンプレッサの冷媒吐出と第２
の車室内熱交換器の他端およびコンプレッサの冷媒吸入
と車室外熱交換器を各々連通する冷媒流路切換手段とか
ら成る蒸気圧縮サイクルに適用される。そして、第１の
膨張手段として外部均圧式膨張弁を使用し、外部均圧式
膨張弁の外部均圧管を第２の膨張手段〜第２の車室内熱
交換器〜冷媒流路切換手段の間に接続する。

【０００９】請求項２に記載の第２の発明は、第１の発
明の車両用空調装置において、第１の膨張手段として電
動膨張弁を使用し、暖房運転時、または、冷媒流路切換
手段が暖房側に設定されたときに電動膨張弁を全閉状態
に設定する電動膨張弁全閉手段を備える。

【００１０】請求項３に記載の第３の発明は、第１の発
明の車両用空調装置において、車室外熱交換器と第１の
膨張手段の間に流路開閉手段を設け、暖房運転時、また
は、冷媒流路切換手段が暖房側に設定されたときに流路
開閉手段を全閉状態に設定する流路全閉手段を備える。

【００１１】請求項４に記載の第４の発明は、エンジン
やモータで駆動されるコンプレッサと、冷媒と外気とで
熱交換する車室外熱交換器と、冷媒を断熱膨張させる第
１の膨張手段と第２の膨張手段と、冷媒と車室内に吹き
出す空調風とで熱交換し、一端がコンプレッサの冷媒吸
入に接続し、他端が第１の膨張手段を介して車室外熱交
換器に接続する第１の冷媒パスと、冷媒と車室内に吹き
出す空調風とで熱交換する第２の冷媒パスと、少なくと
も第１の冷媒パスと第２の冷媒パスで構成される車室内
熱交換器と、第１の冷媒パスと第１の膨張手段の間から
分岐し、第２の膨張手段を介して第２の冷媒パスの一端
に接続するバイパス路と、冷房運転と暖房運転で冷媒流
れを切り換え、冷房運転時にはコンプレッサの冷媒吐出
と車室外熱交換器およびコンプレッサの冷媒吸入と第２
の冷媒パスの他端を各々連通し、暖房運転時にはコンプ
レッサの冷媒吐出と第２の冷媒パスの他端およびコンプ
レッサの冷媒吸入と車室外熱交換器を各々連通する冷媒
流路切換手段とから成る蒸気圧縮サイクルに適用され
る。そして、第１の膨張手段として外部均圧式膨張弁を
使用し、外部均圧式膨張弁の外部均圧管を第２の膨張手
段〜第２の冷媒パス〜冷媒流路切換手段の間に接続す
る。

【００１２】請求項５に記載の第５の発明は、第４の発
明の車両用空調装置において、第１の膨張手段として電
動膨張弁を使用し、暖房運転時、または、冷媒流路切換
手段が暖房側に設定されたときに電動膨張弁を全閉状態
に設定する電動膨張弁全閉手段を備える。

【００１３】請求項６に記載の第６の発明は、第４の発
明の車両用空調装置において、車室外熱交換器と第１の
膨張手段の間に流路開閉手段を設け、暖房運転時、また
は、冷媒流路切換手段が暖房側に設定されたときに流路
開閉手段を全閉状態に設定する流路全閉手段を備える。

【００１４】以下、本発明の作用を説明する。第１の発
明では、エンジンやモータで駆動されるコンプレッサ
と、冷媒と外気とで熱交換する車室外熱交換器と、冷媒
を断熱膨張させる第１の膨張手段と第２の膨張手段と、
冷媒と車室内に吹き出す空調風とで熱交換し、一端がコ
ンプレッサの冷媒吸入に接続し、他端が第１の膨張手段
を介して車室外熱交換器に接続する第１の車室内熱交換
器と、冷媒と車室内に吹き出す空調風とで熱交換する第
２の車室内熱交換器と、第１の車室内熱交換器と第１の
膨張手段の間から分岐し、第２の膨張手段を介して第２
の車室内熱交換器の一端に接続するバイパス路と、冷房
運転と暖房運転で冷媒流れを切り換え、冷房運転時には
コンプレッサの冷媒吐出と車室外熱交換器およびコンプ
レッサの冷媒吸入と第２の車室内熱交換器の他端を各々
連通し、暖房運転時にはコンプレッサの冷媒吐出と第２
の車室内熱交換器の他端およびコンプレッサの冷媒吸入
と車室外熱交換器を各々連通する冷媒流路切換手段とか
ら成る蒸気圧縮サイクルにおいて、第１の膨張手段とし
て外部均圧式膨張弁を使用し、外部均圧式膨張弁の外部
均圧管を第２の膨張手段〜第２の車室内熱交換器〜冷媒
流路切換手段の間に接続する。この結果、冷房運転時に
は外部均圧管が低圧を導圧して第１の膨張手段は従来通
りの機能を発揮し、暖房運転時には外部均圧管が高圧を
導圧して第１の膨張手段が全閉状態になり、第１の膨張
手段から車室外熱交換器に流れる冷媒流れを防止するこ
とが可能になる。

【００１５】第２の発明では、第１の発明の車両用空調
装置において、第１の膨張手段として電動膨張弁を使用
し、暖房運転時、または、冷媒流路切換手段が暖房側に
設定されたときに電動膨張弁を全閉状態に設定する電動
膨張弁全閉手段を備える。この結果、暖房運転時に電動
膨張弁を全閉状態にすることで、第１の膨張手段から車
室外熱交換器に流れる冷媒流れを確実に防止することが
可能になる。

【００１６】第３の発明では、第１の発明の車両用空調
装置において、車室外熱交換器と第１の膨張手段の間に
流路開閉手段を設け、暖房運転時、または、冷媒流路切
換手段が暖房側に設定されたときに流路開閉手段を全閉
状態に設定する流路全閉手段を備える。この結果、暖房
運転時に流路開閉手段を閉状態にすることで、第１の膨
張手段から車室外熱交換器に流れる冷媒流れを阻止する
ことが可能になる。

【００１７】第４の発明では、エンジンやモータで駆動
されるコンプレッサと、冷媒と外気とで熱交換する車室
外熱交換器と、冷媒を断熱膨張させる第１の膨張手段と
第２の膨張手段と、冷媒と車室内に吹き出す空調風とで
熱交換し、一端がコンプレッサの冷媒吸入に接続し、他
端が第１の膨張手段を介して車室外熱交換器に接続する
第１の冷媒パスと、冷媒と車室内に吹き出す空調風とで
熱交換する第２の冷媒パスと、少なくとも第１の冷媒パ
スと第２の冷媒パスで構成される車室内熱交換器と、第
１の冷媒パスと第１の膨張手段の間から分岐し、第２の
膨張手段を介して第２の冷媒パスの一端に接続するバイ
パス路と、冷房運転と暖房運転で冷媒流れを切り換え、
冷房運転時にはコンプレッサの冷媒吐出と車室外熱交換
器およびコンプレッサの冷媒吸入と第２の冷媒パスの他
端を各々連通し、暖房運転時にはコンプレッサの冷媒吐
出と第２の冷媒パスの他端およびコンプレッサの冷媒吸
入と車室外熱交換器を各々連通する冷媒流路切換手段と
から成る蒸気圧縮サイクルにおいて、第１の膨張手段と
して外部均圧式膨張弁を使用し、外部均圧式膨張弁の外
部均圧管を第２の膨張手段〜第２の冷媒パス〜冷媒流路
切換手段の間に接続する。この結果、冷房運転時には外
部均圧管が低圧を導圧して第１の膨張手段は従来通りの
機能を発揮し、暖房運転時には外部均圧管が高圧を導圧
して第１の膨張手段が全閉状態になり、第１の膨張手段
から車室外熱交換器に流れる冷媒流れを防止することが
可能になる。

【００１８】第５の発明では、第４の発明の車両用空調
装置において、第１の膨張手段として電動膨張弁を使用
し、暖房運転時、または、冷媒流路切換手段が暖房側に
設定されたときに電動膨張弁を全閉状態に設定する電動
膨張弁全閉手段を備える。この結果、暖房運転時に電動
膨張弁を全閉状態にすることで、第１の膨張手段から車
室外熱交換器に流れる冷媒流れを確実に防止することが
可能になる。

【００１９】第６の発明では、第４の発明の車両用空調
装置において、車室外熱交換器と第１の膨張手段の間に
流路開閉手段を設け、暖房運転時、または、冷媒流路切
換手段が暖房側に設定されたときに流路開閉手段を全閉
状態に設定する流路全閉手段を備える。この結果、暖房
運転時に流路開閉手段を閉状態にすることで、第１の膨
張手段から車室外熱交換器に流れる冷媒流れを阻止する
ことが可能になる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明による車両用空調装
置の実施の形態を添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明による車両用空調装置の一実施の形態の
構成を示す図である。図１において、コンプレッサ３１
は、エンジンルームに設けられ、コンプレッサクラッチ
がＯＮならばエンジン２０１で駆動され、ＯＦＦならば
エンジン２０１と切り離されて停止する。冷媒流路切換
手段としての四方弁７３にはコンプレッサ３１の吐出側
と車室外熱交換器３８と第２の車室内熱交換器３３とコ
ンプレッサ３１の吸入側が接続され、暖房設定時には、
実線示のような流路切り換え状態となり、コンプレッサ
３１の吐出側と第２の車室内熱交換器３３および車室外
熱交換器３８とコンプレッサ３１の吸入側がそれぞれ連
通する一方、冷房設定時には、点線示のような流路切り
換え状態となり、コンプレッサ３１の吐出側と車室外熱
交換器３８および第２の車室内熱交換器３３とコンプレ
ッサ３１の吸入側がそれぞれ連通する。車室外熱交換器
３８は車室外に設けられ、コンプレッサ３１から吐出さ
れる冷媒の熱を外気に放熱する車室外コンデンサになっ
ている。第１の車室内熱交換器３５と第２の車室内熱交
換器３３は、ダクト３９内に配置される。第１の車室内
熱交換器３５の一端はコンプレッサ３１の冷媒吸入に、
他端は第１の膨張手段としての膨張弁３４に接続し、コ
ンプレッサ３１が運転しているときには常に吸熱器とな
ってブロワファン３７によって送風された空気を冷却す
る。第２の車室内熱交換器３３の一端は四方弁７３に接
続し、他端はバイパス路１００に接続し、バイパス路１
００は第２の膨張手段としての絞り８０を介して第１の
車室内熱交換器３５と膨張弁３４の間に接続する。な
お、符号２０３はエンジン冷却水配管である。

【００２１】冷房運転時の冷媒は、コンプレッサ３１→
四方弁７３→車室外熱交換器３８→膨張弁３４の順番に
流れ、膨張弁３４の下流において、一部の冷媒は第１の
車室内熱交換器３５→コンプレッサ３１と流れ、残りの
冷媒は絞り８０→第２の車室内熱交換器３３→四方弁７
３→コンプレッサ３１と流れる。第２の車室内熱交換器
３３に流入する冷媒は、膨張弁３４と絞り８０を通過す
ることでより低温の冷媒になるので、第１の車室内熱交
換器３５で冷却された後の空気からでも吸熱することが
できる（絞り８０が無ければ、第２の車室内熱交換器３
３での吸熱は期待できない）。このように冷房運転時は
第１の車室内熱交換器３５と第２の車室内熱交換器３３
の両方が吸熱器となり、ブロワファン３７によって送風
された空気は、第１の車室内熱交換器３５と第２の車室
内熱交換器３３の両方で冷却される。

【００２２】暖房運転時の冷媒は、コンプレッサ３１→
四方弁７３→第２の車室内熱交換器３３→絞り８０の順
番に流れ、絞り８０の下流において、一部の冷媒は第１
の車室内熱交換器３５→コンプレッサ３１と流れ、残り
の冷媒は膨張弁３４→車室外熱交換器３８→四方弁７３
→コンプレッサ３１と流れる。暖房運転時は、第１の車
室内熱交換器３５が吸熱器、第２の車室内熱交換器３３
が放熱器となり、ブロワファン３７によって送風された
空気は、第１の車室内熱交換器３５で冷却（除湿）され
た後、第２の車室内熱交換器３３で加熱（リヒート）さ
れる。

【００２３】膨張弁３４は冷房運転時の性能が最適にな
ることを優先に設定され、絞り８０は暖房運転時の性能
が最適になることを優先に設定される。

【００２４】また、ダクト３９には、第２の車室内熱交
換器３３の下流にヒータコア２０２が設けられ、エンジ
ン冷却水が流入する。

【００２５】ダクト３９の第１の車室内熱交換器３５よ
りも上流側には、車室内空気を導入する内気導入口４０
と、走行風圧を受けて外気を導入する外気導入口４１と
が設けられている。この内気導入口４０と外気導入口４
１とが分岐する部分には、内気導入口４０と外気導入口
４１とを任意の比率で開閉するインテークドア４２が設
けられている。インテークドア４２の開度たるインテー
クドア開度Ｘｉｎｔは、外気導入量が零でフル内気とな
る位置をＸｉｎｔ＝０％と設定し、フル外気導入となる
位置をＸｉｎｔ＝１００％と設定する。内気導入口４０
と外気導入口４１との空気導入側（空気流の下流側）と
第１の車室内熱交換器３５との間には、前記ブロワファ
ン３７が配置され、制御装置４３で駆動されるブロワフ
ァンモータ４４で回転駆動されるようになっている。

【００２６】第２の車室内熱交換器３３の下流側には、
エアミックスドア４６が設けられている。このエアミッ
クスドア４６は、制御装置４３で駆動される図外のエア
ミックスドアアクチュエータにより、下流のヒータコア
２０２を通過する空気と通過しない空気の割合を調節す
るように開閉する。エアミックスドア４６は、ヒータコ
ア通過風量を可変することができ、ヒータ風量可変手段
となっている。エアミックスドア４６の開度たるエアミ
ックスドア開度Ｘｍｉｘは、エアミックスドア４６が一
点鎖線示の位置となってヒータコア２０２を通過する空
気が零となるときをエアミックスドア開度Ｘｍｉｘ＝０
％（全閉、Ｆｕｌｌ ＣＯＯＬ）と設定し、エアミック
スドア４６が二点鎖線示の位置となってすべての空気が
ヒータコア２０２を通過するときをエアミックスドア開
度Ｘｍｉｘ＝１００％（全開、Ｆｕｌｌ ＨＯＴ）と設
定する。

【００２７】ダクト３９のヒータコア２０２よりも下流
側には、上記冷風と温風との混合を良くすることによ
り、温度調節された空調風を作る部屋としてのエアミッ
クスチャンバ４７が設けられている。エアミックスチャ
ンバ４７には、図外の対象乗員の上半身に向けて空調風
を吹き出すベンチレータ吹出口５１と、対象乗員の足元
に向けて空調風を吹き出すフット吹出口５３と、図外の
フロントウィンドガラスに向けて空調風を吹き出すデフ
ロスタ吹出口５２とが設けられている。エアミックスチ
ャンバ４７内には、ベンチレータドア５５とフットドア
５７とデフロスタドア５６とが設けられている。ベンチ
レータドア５５は、制御装置４３で駆動される図外のベ
ンチレータドアアクチュエータにより、ベンチレータ吹
出口５１を開閉する。フットドア５７は、制御装置４３
で駆動される図外のフットドアアクチュエータにより、
フット吹出口５３を開閉する。デフロスタドア５６は、
制御装置４３で駆動される図外のデフロスタドアアクチ
ュエータにより、デフロスタ吹出口５２を開閉する。デ
フロスタドア５６は、デフロスタ吹出風量を可変するこ
とができ、デフロスタ風量可変手段となっている。デフ
ロスタドア５６の開度たるデフロスタドア開度Ｘｄｅｆ
は、デフロスタ吹出口５２が全閉となる位置をＸｄｅｆ
＝０％と設定し、デフロスタ吹出口５２が全開となる位
置をＸｄｅｆ＝１００％と設定する。

【００２８】制御装置４３は、第１の車室内熱交換器作
動温度センサ５９と日射量センサ６１と外気温センサ６
２と室温センサ６３と室温設定器６４と吹出口モードス
イッチ６５とブロワファンスイッチ６６と水温センサ２
０４などの熱環境情報入力手段から得られる第１の車室
内熱交換器３５の作動温度Ｔｅｖａと車両の日射量Ｑｓ
ｕｎと車室外の外気温度Ｔａｍｂと車室内の検出温度
（車室内温度）Ｔｒｏｏｍと車室内の設定温度Ｔｐｔｃ
と水温Ｔｗなどの熱環境情報により、エアミックスドア
開度Ｘｍｉｘとインテークドア開度Ｘｉｎｔとデフロス
タドア開度Ｘｄｅｆと風量Ｖｅｖａと目標吹出温度Ｔｏ
ｆなどの目標冷暖房条件を演算し、車室内の冷暖房条件
が上記演算された目標冷暖房条件を維持するように、ブ
ロワファンモータ４４とインテークドアアクチュエータ
とエアミックスドアアクチュエータとベンチレータドア
アクチュエータとフットドアアクチュエータとデフロス
タドアアクチュエータなどを駆動する。また、制御装置
４３は、コンプレッサクラッチをＯＮ／ＯＦＦしたり、
エンジン回転数やタイヤの回転数から車両がどのような
走行状態にあるかを検出する。第１の車室内熱交換器作
動温度センサ５９は、第１の車室内熱交換器３５の作動
温度検出手段の役割も果たしている。

【００２９】なお、実際の車両では、車室外熱交換器３
８の後にラジエータが設けられ、ここにもエンジン冷却
水が流れて外気に放熱するようになっているが、図１に
は図示されていない。また、本実施の形態では、加熱手
段としてエンジン冷却水を利用したヒータコアを例にし
て説明するが、電気ヒータや燃焼式ヒータ等の加熱手段
を用いてもよい。

【００３０】図２は、図１の第１の車室内熱交換器３
５、第２の車室内熱交換器３３、膨張弁３４の拡大図で
ある。膨張弁３４は外部均圧式膨張弁で、感温筒９１が
接続された感温部９７、外部均圧管９６が接続された導
圧部９８、感温部９７と導圧部９８を仕切るダイヤフラ
ム９２、弁部９４、弁部９４とダイヤフラム９２を連結
する弁棒９３、弁部９４にスプリング圧力を加えるスプ
リング９５から構成され、感温部９７の圧力と導圧部９
８の圧力とスプリング９５による圧力の３つの力によっ
てダイヤフラム９２の変位量（リフト量）が変化し、そ
れに弁棒９３が連動することで弁部９４を通過する冷媒
量が可変される。

【００３１】感温筒９１で検出される温度が高く、感温
部９２の圧力が高い場合には、弁部９４の開度が大きく
なる方向のダイヤフラム９２が変位し、ここを通過して
第１の車室内熱交換器３５に流入する冷媒量が増加す
る。逆に、外部均圧管９６で検出される圧力が高い場合
には、弁部９４の開度が小さくなる方向にダイヤフラム
９２が変位し、さらに外部均圧管９６で検出される圧力
が高くなると、弁部９４が完全に閉じられる。

【００３２】従来の膨張弁は蒸発器（図２では第１の車
室内熱交換器３５に相当）の出口に感温筒と外部均圧管
を設けて、蒸発器出口の加熱度が適正値になるように冷
媒流量を制御していた。これに対して、本実施の形態で
は、感温筒９１を第１の車室内熱交換器３５の出口に設
け、外部均圧管９６を絞り８０と第２の車室内熱交換器
３３の間に接続する。絞り８０と第２の車室内熱交換器
３３の間は、冷房運転時に低圧、暖房運転時に高圧とな
る部分なので、冷房運転時には導圧部９８に低圧が作用
し、暖房運転時には導圧部９８に高圧が作用する。

【００３３】冷房実験によると、冷房運転時のＡ，Ｂ，
Ｃ点の圧力差は０．１〜０．３ｋｇ／ｃｍ² 程度で、コ
ンプレッサ吸入圧力＜Ｂ点の冷媒圧力＜Ｃ点の冷媒圧力
＜Ａ点の冷媒圧力となることがわかった。第２の車室内
熱交換器３３には第１の車室内熱交換器３５で冷却され
た空気が流入するので、第２の車室内熱交換器３３の冷
房負荷が小さく、ここを流れる冷媒量も少なくなって、
Ｂ点の圧力とコンプレッサ吸入圧力の圧力差が小さくな
る。また、冷媒温度については、Ｄ点の冷媒温度＜Ｃ点
の冷媒温度＜コンプレッサ吸入となる。コンプレッサ３
１の吸入冷媒の加熱度を適正値に制御するためには、外
部均圧管９６でＢ点の冷媒圧力を検出し、感温筒９１で
Ｃ点の冷媒温度を検出するのが最良であることがわかっ
た。なお、第２の車室内熱交換器３３を流れる冷媒量は
少ないので、外部均圧管９６の接続位置を絞り８０〜第
２の車室内熱交換器３３〜四方弁７３の間の任意の位置
に設けても、コンプレッサ３１の信頼性や冷房性能の点
で悪影響が無いことも判明した。

【００３４】一方、暖房運転時には、導圧部９８に蒸気
圧縮サイクルの高圧が加わるので、弁部９４は完全に閉
じられる。この結果、第２の車室内熱交換器３３で凝縮
した冷媒は、膨張弁３４から車室外熱交換器３８側に流
れることなく、すべて第１の車室内熱交換器３５に流入
する。

【００３５】暖房運転時に膨張弁３４が開いて第１の車
室内熱交換器３５に流入する冷媒量が減少すると、第１
の車室内熱交換器３５の除湿（冷却）能力が低下してガ
ラスの防曇維持が困難になる。このとき、ガラスの防曇
性を維持するためには、外気導入量を増やさざるを得
ず、その結果、暖房能力が大幅に低下することになる。
本実施の形態では、暖房運転時に弁部９４が完全に閉じ
られて膨張弁３４から車室外熱交換器３８側への冷媒流
れが阻止されるので、第１の車室内熱交換器３５の除湿
能力低下を招くことが無くなる。

【００３６】また、従来のように膨張弁３４と第１の車
室内熱交換器３５の間や、第１の車室内熱交換器３５と
コンプレッサ３１の間に外部均圧管９６を接続する場合
には、暖房運転時にコンプレッサ３１が停止状態から運
転状態になった後しばらくの間、感温部９７の圧力＞導
圧部９８の圧力となるために弁部９４が開き、膨張弁３
４〜車室外熱交換器３８の間や車室外熱交換器３８内の
冷媒が第１の車室内熱交換器３５に流入する現象が見ら
れる。そして、この流入冷媒によってコンプレッサ吸入
への液バックや冷媒過多によるコンプレッサ３１の冷媒
吸入および冷媒吐出の加熱度の低下といった不具合が引
き起こされる。ところが、本実施の形態では、コンプレ
ッサ３１の運転開始と同時に膨張弁３４の弁部９４が閉
じられるので、このような現象は発生せず、コンプレッ
サ３１の信頼性の点でも優れていることが、暖房実験に
より判明した。

【００３７】上記では、膨張弁３４として外部均圧式膨
張弁を用いる場合で説明したが、膨張弁３４として電動
膨張弁を用いて、図４に示す制御を付加することで同じ
作用を得ることができる。ここで、電動膨張弁は制御装
置４３によって制御され、電動膨張弁全閉手段を構成し
ている。

【００３８】図４は、膨張弁３４として電動膨張弁を用
いる場合の電動膨張弁の制御を示すフローチャートであ
る。ステップＳ４０１で電動膨張弁の制御を開始する
と、ステップＳ４０２では、運転モードが冷房運転か暖
房運転かを判断し、冷房運転時にはステップＳ４０３に
進み、暖房運転時にはステップＳ４０５に進む。ステッ
プＳ４０３では、第１の車室内熱交換器３５の出口冷媒
の加熱度（ＳＨ）を検出する。ステップＳ４０４では、
ステップＳ４０３で検出した加熱度（ＳＨ）に応じて電
動膨張弁の開度を設定する。ステップＳ４０５では、電
動膨張弁を全閉に設定する。

【００３９】また、図３に示すように、膨張弁３４と車
室外熱交換器３８の間に電磁弁１１０を設けて、図５に
示す制御を付加することで同じ作用を得ることができ
る。ここで、電磁弁１１０は制御装置４３によって制御
され、流路全閉手段を構成している。

【００４０】図５は、図３のサイクルの構成における電
磁弁１１０の制御を示すフローチャートである。ステッ
プＳ５０１で電磁弁１１０の制御を開始すると、ステッ
プＳ５０２では、四方弁７３が冷房側の設定か暖房側の
設定かを判断し、冷房側の設定の場合にはステップＳ５
０３に進み、暖房側の設定の場合にはステップＳ５０４
に進む。ここでは、四方弁７３の設定によってステップ
Ｓ５０３とステップＳ５０４に分岐したが、運転モード
に応じて、冷房運転時にはステップＳ５０３に進み、暖
房運転時にはステップＳ５０４に進むようにしてもよ
い。ステップＳ５０３では、電磁弁１１０を開状態（Ｏ
ＰＥＮ）に設定する。ステップＳ５０４では、電磁弁１
１０を閉状態（ＣＬＯＳＥ）に設定する。

【００４１】図１０と図１１は、別の蒸気圧縮サイクル
構成を示している。図１０に示す蒸気圧縮サイクルは、
図１に示す蒸気圧縮サイクルに対して、第１の車室内熱
交換器３５と第２の車室内熱交換器３３の配置を変えた
ものである。冷房運転時は第１の車室内熱交換器３５と
第２の車室内熱交換器３３が蒸発器となり、暖房運転時
は第１の車室内熱交換器３５が蒸発器、第２の車室内熱
交換器３３が凝縮器となる。この場合にも、膨張弁３４
として外部均圧式膨張弁を使用し、図２のように四方弁
７３〜第２の車室内熱交換器３３〜絞り８０の間に外部
均圧管９６を接続することで、図１と同様の効果を得る
ことができる。また、膨張弁３４として電動膨張弁を使
用し、図４に示す制御を行なうことによっても同様の効
果を得ることができる。また、図３のように膨張弁３４
〜車室外熱交換器３８〜四方弁７３の間に冷媒流路開閉
手段として電磁弁１１０を設け、図５に示す制御を行な
うことによっても同様の効果を得ることができる。

【００４２】図１１に示す蒸気圧縮サイクルは、図１に
示す蒸気圧縮サイクルの第１の車室内熱交換器３５と第
２の車室内熱交換器３３に代えて、単一の車室内熱交換
器２０５を設けるとともに、その車室内熱交換器２０５
に第１の冷媒パス７７と第２の冷媒パス７６を備えたも
のである。冷房運転時は第１の冷媒パス７７と第２の冷
媒パス７６の両方が蒸発部となり、暖房運転時には第１
の冷媒パス７７が蒸発部、第２の冷媒パス７６が凝縮部
となる。この場合にも、膨張弁３４として外部均圧式膨
張弁を使用し、図２のように四方弁７３〜第２の冷媒パ
ス７６〜絞り８０の間に外部均圧管９６を接続すること
で、図１と同様の効果を得ることができる。また、膨張
弁３４として電動膨張弁を使用し、図４に示す制御を行
なうことによっても同様の効果を得ることができる。ま
た、図３のように膨張弁３４〜車室外熱交換器３８〜四
方弁７３の間に冷媒流路開閉手段として電磁弁１１０を
設け、図５に示す制御を行なうことによっても同様の効
果を得ることができる。

【００４３】本実施の形態では、図１の車両用空調装置
を例にして説明したが、図３や図１０や図１１の蒸気圧
縮サイクル、あるいは、これらを組み合わせた蒸気圧縮
サイクルにおいても同様の効果が得られる。また、本実
施の形態では、フロントのみに蒸気圧縮サイクルを備え
た場合を例にして説明したが、フロントとリアに蒸気圧
縮サイクルを備えた場合にも同様の効果を得ることがで
きる。

【００４４】図６と図７は、外気温−２０℃、４０ｋｍ
／ｈ走行、外気率３０％で行なった暖房ウォームアップ
実験結果の一例で、第１の車室内熱交換器３５の吸込空
気温度と吹出空気温度の時間変化を示している。どちら
も同一条件で行なった実験結果で、図６が従来技術の結
果、図７が本実施の形態の結果である。

【００４５】図６では、約２２分を境にして、第１の車
室内熱交換器３５の吹出空気温度が急激に上昇してい
る。暖房運転するにしたがって第１の車室内熱交換器３
５の吸込空気温度が上昇し、それまで閉じていた膨張弁
３４が約２２分頃に開き気味に転じたために、第２の車
室内熱交換器３３で凝縮した冷媒の一部が膨張弁３４を
経由して車室外熱交換器３８側に流れ出し始めた。そし
て、第１の車室内熱交換器３５の冷却（除湿）能力が低
下したために第１の車室内熱交換器３５の吹出空気温度
が急激に上昇し、十分除湿されていない空気が車室内に
吹き出されて、一瞬にしてガラスの曇りが発生した。こ
のとき、ガラスの防曇性を回復させるためには、外気率
を３０％から５０％以上に増やさなければならなかっ
た。

【００４６】これに対して、図７では、図６に見られる
第１の車室内熱交換器３５の吹出空気温度の急激な上昇
は見られず、暖房運転開始から４０分経過するまでガラ
スの防曇性は維持された。また、別の暖房実験において
同一条件で２時間以上連続運転を行なったが、この時に
もガラスの曇りは見られなかった。

【００４７】以上、図６と図７の実験結果からわかるよ
うに、本実施の形態によれば、暖房運転時に膨張弁３４
が全閉に維持されるので、第１の車室内熱交換器３５の
冷却（除湿）能力の低下が無くなり、高い暖房性能とガ
ラスの防曇性維持を両立することができる。

【００４８】図８と図９は、外気温−２０℃、４０ｋｍ
／ｈ走行、外気率５０％で行なった別の暖房ウォームア
ップ実験結果の一例で、コンプレッサ３１の吐出冷媒の
加熱度（ＳＨ）の時間変化を示している。コンプレッサ
３１は第１の車室内熱交換器３５の作動温度が第１の設
定値よりも低下すれば停止、第２の設定値（＞第１の設
定値）よりも高くなれば復帰（停止→運転）するように
制御されている。どちらも同一条件で行なった実験結果
で、図８が従来技術の結果、図９が本実施の形態の結果
である。

【００４９】図８では、約１３分間の断続運転を行なっ
た後、約１５ｄｅｇの加熱度で連続運転を行なってい
る。一方、図９では、約７分間の断続運転の後、連続運
転時には２５〜３０ｄｅｇの加熱度が得られている。

【００５０】図８の場合、断続運転時のコンプレッサ３
１が再起動した直後しばらくの間膨張弁３４が開き、こ
こから膨張弁３４〜車室外熱交換器３８間の冷媒がコン
プレッサ３１に吸入されて冷媒過多気味の運転となるた
めに、連続運転時間が長く、コンプレッサ３１の吐出冷
媒の加熱度が付き難いという結果になった。

【００５１】以上、図８と図９の結果からわかるよう
に、本実施の形態によれば、断続運転時間が短くなると
ともに、適正なコンプレッサ３１の吐出冷媒の加熱度が
確保できるようになり、コンプレッサ３１の信頼性が向
上できることがわかる。

【００５２】また、膨張弁としての外部均圧式膨張弁を
用いる場合には、外部均圧管９６の接続位置を変更する
だけなので、構造変更やコストアップがなく、十分な信
頼性を確保することも容易にできる。

【００５３】また、冷房運転についても高負荷から低負
荷まで冷房負荷を変化させて比較を行なったが、冷房性
能の低下やコンプレッサ信頼性に関わる不具合は見られ
なかった。

【００５４】

【発明の効果】本発明は、以上のような特徴をもつ構成
としているため、蒸気圧縮サイクルによる除湿暖房運転
を行なう場合に、蒸発器の冷却（除湿）能力を損なうこ
となく、確実に車室内吹出風の湿度を低下させることが
できる車両用空調装置を提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による車両用空調装置の一実施の形態の
構成を示す図である。

【図２】膨張弁周辺の拡大図である。

【図３】一実施の形態の変形例の構成を示す図である。

【図４】電動膨張弁の制御フローチャートである。

【図５】電磁弁の制御フローチャートである。

【図６】実験結果の一例を示す図である。

【図７】実験結果の一例を示す図である。

【図８】実験結果の一例を示す図である。

【図９】実験結果の一例を示す図である。

【図１０】一実施の形態の変形例の構成を示す図であ
る。

【図１１】一実施の形態の変形例の構成を示す図であ
る。

【符号の説明】

３１ コンプレッサ ３３ 第２の車室内熱交換器 ３４ 膨張弁（第１の膨張手段） ３５ 第１の車室内熱交換器 ３７ ブロワファン ３８ 車室外熱交換器 ３９ ダクト ４０ 内気導入口 ４１ 外気導入口 ４２ インテークドア ４３ 制御装置 ４４ ブロワファンモータ ４６ エアミックスドア ４７ エアミックスチャンバ ５１ ベンチレータ吹出口 ５２ デフロスタ吹出口 ５３ フット吹出口 ５５ ベンチレータドア ５６ デフロスタドア ５７ フットドア ５９ 第１の車室内熱交換器作動温度センサ ６１ 日射量センサ ６２ 外気温センサ ６３ 室温センサ ６４ 室温設定器 ６５ 吹出口モードスイッチ ６６ ブロワファンスイッチ ７３ 四方弁 ７６ 第２の冷媒パス ７７ 第１の冷媒パス ８０ 絞り（第２の膨張手段） ９１ 感温 ９２ ダイヤフラム ９３ 弁棒 ９４ 弁部 ９５ スプリング ９６ 外部均圧管 ９７ 感温部 ９８ 導圧部 １００ バイパス路 １１０ 電磁弁 ２０１ エンジン ２０２ ヒータコア ２０３ エンジン冷却水配管 ２０４ エンジン冷却水温センサ ２０５ 車室内熱交換器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B60H 1/22 651 B60H 1/32 624

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 エンジンやモータで駆動されるコンプレ
   ッサと、 冷媒と外気とで熱交換する車室外熱交換器と、 冷媒を断熱膨張させる第１の膨張手段と第２の膨張手段
   と、 冷媒と車室内に吹き出す空調風とで熱交換し、一端が前
   記コンプレッサの冷媒吸入に接続し、他端が前記第１の
   膨張手段を介して前記車室外熱交換器に接続する第１の
   車室内熱交換器と、 冷媒と車室内に吹き出す空調風とで熱交換する第２の車
   室内熱交換器と、 前記第１の車室内熱交換器と前記第１の膨張手段の間か
   ら分岐し、前記第２の膨張手段を介して前記第２の車室
   内熱交換器の一端に接続するバイパス路と、 冷房運転と暖房運転で冷媒流れを切り換え、冷房運転時
   には前記コンプレッサの冷媒吐出と前記車室外熱交換器
   および前記コンプレッサの冷媒吸入と前記第２の車室内
   熱交換器の他端を各々連通し、暖房運転時には前記コン
   プレッサの冷媒吐出と前記第２の車室内熱交換器の他端
   および前記コンプレッサの冷媒吸入と前記車室外熱交換
   器を各々連通する冷媒流路切換手段と、 から成る蒸気圧縮サイクルにおいて、 前記第１の膨張手段として外部均圧式膨張弁を使用し、
   前記外部均圧式膨張弁の外部均圧管を前記第２の膨張手
   段〜前記第２の車室内熱交換器〜前記冷媒流路切換手段
   の間に接続することを特徴とする車両用空調装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の車両用空調装置におい
   て、 前記第１の膨張手段として電動膨張弁を使用し、暖房運
   転時、または、前記冷媒流路切換手段が暖房側に設定さ
   れたときに前記電動膨張弁を全閉状態に設定する電動膨
   張弁全閉手段を備えることを特徴とする車両用空調装
   置。
3. 【請求項３】 請求項１に記載の車両用空調装置におい
   て、 前記車室外熱交換器と前記第１の膨張手段の間に流路開
   閉手段を設け、暖房運転時、または、前記冷媒流路切換
   手段が暖房側に設定されたときに前記流路開閉手段を全
   閉状態に設定する流路全閉手段を備えることを特徴とす
   る車両用空調装置。
4. 【請求項４】 エンジンやモータで駆動されるコンプレ
   ッサと、 冷媒と外気とで熱交換する車室外熱交換器と、 冷媒を断熱膨張させる第１の膨張手段と第２の膨張手段
   と、 冷媒と車室内に吹き出す空調風とで熱交換し、一端が前
   記コンプレッサの冷媒吸入に接続し、他端が前記第１の
   膨張手段を介して前記車室外熱交換器に接続する第１の
   冷媒パスと、 冷媒と車室内に吹き出す空調風とで熱交換する第２の冷
   媒パスと、 少なくとも前記第１の冷媒パスと前記第２の冷媒パスで
   構成される車室内熱交換器と、 前記第１の冷媒パスと前記第１の膨張手段の間から分岐
   し、前記第２の膨張手段を介して前記第２の冷媒パスの
   一端に接続するバイパス路と、 冷房運転と暖房運転で冷媒流れを切り換え、冷房運転時
   には前記コンプレッサの冷媒吐出と前記車室外熱交換器
   および前記コンプレッサの冷媒吸入と前記第２の冷媒パ
   スの他端を各々連通し、暖房運転時には前記コンプレッ
   サの冷媒吐出と前記第２の冷媒パスの他端および前記コ
   ンプレッサの冷媒吸入と前記車室外熱交換器を各々連通
   する冷媒流路切換手段と、 から成る蒸気圧縮サイクルにおいて、 前記第１の膨張手段として外部均圧式膨張弁を使用し、
   前記外部均圧式膨張弁の外部均圧管を前記第２の膨張手
   段〜前記第２の冷媒パス〜前記冷媒流路切換手段の間に
   接続することを特徴とする車両用空調装置。
5. 【請求項５】 請求項４に記載の車両用空調装置におい
   て、 前記第１の膨張手段として電動膨張弁を使用し、暖房運
   転時、または、前記冷媒流路切換手段が暖房側に設定さ
   れたときに前記電動膨張弁を全閉状態に設定する電動膨
   張弁全閉手段を備えることを特徴とする車両用空調装
   置。
6. 【請求項６】 請求項４に記載の車両用空調装置におい
   て、 前記車室外熱交換器と前記第１の膨張手段の間に流路開
   閉手段を設け、暖房運転時、または、前記冷媒流路切換
   手段が暖房側に設定されたときに前記流路開閉手段を全
   閉状態に設定する流路全閉手段を備えることを特徴とす
   る車両用空調装置。