JP4370035B2 - 車両用空気調和装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車等の車両に搭載される車両用空調装置に係り、特に、補助暖房運転に用いて好適な技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、低温低圧のガス冷媒を圧縮して高温高圧のガス冷媒（ホットガス）を送出する圧縮機と、高温高圧のガス冷媒を凝縮させて高温高圧の液冷媒とする熱交換器（コンデンサ）と、高温高圧の液冷媒を減圧・膨張させて低温低圧の液冷媒（霧状）とする絞り機構と、低温低圧の液冷媒を気化させて低温低圧のガス冷媒とする熱交換器（エバポレータ）とを冷媒流路で接続して形成される冷凍サイクルを用いた車両用空気調和装置が知られている。この冷凍サイクルは、通常の車両用空調装置において、冷房及び除湿を行うための冷却装置として使用されている。
また、暖房装置としては、車両走行用エンジン（内燃機関）の廃熱を利用した熱交換器（ヒータコア）が一般的に使用されている。この場合の廃熱は、エンジンを冷却することで加熱され、温水となったエンジン冷却水の熱を利用するものであり、温水ヒータとも呼ばれている。
【０００３】
このような車両用空気調和装置では、冷房及び除湿を行う冷却能力を備えたエバポレータと、暖房を行う加熱能力を備えたヒータコアとが空調空気の流路内、たとえばＨＶＡＣ（Heating, Ventilation, and Air-Conditioning）ユニット内に直列に配置されており、ダンパ等により空調する空気の流路を切り換えて、冷房運転、暖房運転及び除湿暖房運転等を実施することができる。
また、内燃機関の廃熱を利用した暖房装置では、近年におけるエンジンの高効率化に伴い廃熱量が減る傾向にあるため、十分な暖房能力が得にくかったり、あるいは、運転開始直後にはエンジン冷却水の温度が低く、ある程度温度上昇するまでは暖房運転を実施できないという問題がある。
【０００４】
上述した問題を解決するため、主暖房装置として温水ヒータ等を用いている従来の車両用空気調和装置においては、主暖房装置の暖房能力を補う補助暖房装置として、電気ヒータ、燃焼ヒータ及びヒートポンプ等を利用するものが公知である。
また、このような補助暖房装置の公知技術に代えて、たとえば特開平５−２２３３５７号公報に示されるように、冷凍サイクル中のホットガス、すなわち冷媒圧縮機から送出されるガス冷媒をエバポレータに導いて利用するものがある。この従来技術では、図８示すように、冷媒圧縮機８１とコンデンサ８２とを接続する冷媒流路８３に開閉弁８４を設け、該開閉弁８４の上流側（冷媒圧縮機側）から一端部８５ａを分岐させ、コンデンサ８２を迂回してエバポレータ８６の上流側へ他端部８５ｂが合流するようにしたホットガスバイパス管８５を設けてある。
【０００５】
このホットガスバイパス管８５には開閉弁８７や減圧装置（絞り機構）８８が設けられ、コンデンサ８２へホットガスを導く冷房運転時には、冷媒流路８３に設けた開閉弁８４を開とし、さらに、ホットガスバイパス管８５に設けた開閉弁８７を閉とする。また、エバポレータ８６へホットガスを導く補助暖房運転時には、反対に冷媒流路８３に設けた開閉弁８４を閉とし、さらに、ホットガスバイパス管８５に設けた開閉弁８７を開とする。
なお、図中の符号８９は、補助暖房運転時にホットガスがコンデンサ８２側へ逆流するのを防止した逆止弁である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来技術は、ホットガスバイパス管８５を設けて冷媒流路を切り換えるものであるため、高温高圧のガス冷媒をコンデンサ８２に導く冷房運転と、同冷媒をエバポレータ８６に導く補助暖房運転とを切り換えるためには、ホットガスバイパス管８５に加えて、開閉弁８４、８７や逆止弁８９が必要となる。このため、冷凍サイクルの冷媒回路を構成する部品の数が多くなり、回路構成が複雑になるという問題がある。
そこで、よりシンプルで安価な回路構成にして、冷媒圧縮機から吐出される冷凍サイクルのホットガスを補助暖房として有効利用できるようにし、暖房能力を向上させることができる車両用空気調和装置が望まれる。
また、エバポレータで補助暖房する空調空気の温度条件が広範囲にわたる場合であっても、シンプルかつ安価な装置構成で適切に補助暖房を実施できるようにすることが望まれる。
【０００７】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、温水ヒータ等の主暖房装置に加えて、冷凍サイクル中のホットガスを用いて補助暖房運転を行うことができるシンプルかつ安価な回路構成の車両用空気調和装置を提供し、暖房運転時における空調フィーリングを向上させることにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用した。
請求項１に記載の車両用空気調和装置は、冷媒系に接続されたエバポレータと主暖房装置とを空調空気の流路中に備え、前記冷媒系が、冷媒圧縮機と、該冷媒圧縮機の吐出側に接続されるコンデンサと、前記冷媒圧縮機の吸入側に接続されるエバポレータと、前記コンデンサと前記エバポレータとの間に設けられる絞り機構とを具備してなる車両用空気調和装置であって、
前記冷媒系に、各接続口を前記冷媒圧縮機の吐出側、前記コンデンサの冷媒入口、前記コンデンサの冷媒出口、及び前記エバポレータの冷媒入口に接続した四方弁を設け、該四方弁により、前記圧縮機を出た冷媒を前記コンデンサに導く冷房運転モードと、前記圧縮機を出た冷媒を前記エバポレータに導く補助暖房運転モードとを切換操作すると共に、
前記絞り機構を、前記コンデンサの冷媒出口と前記四方弁との間に配置した第１の絞り機構と、前記四方弁と前記エバポレータの冷媒入口との間に配置した第２の絞り機構とにより構成したことを特徴とするものである。
【０００９】
このような車両用空気調和装置によれば、四方弁を用いて冷房運転モードまたは補助暖房運転モードに切り換える冷媒回路の構成としたので、従来必要であったホットガスバイパス管及びこれに付随する開閉弁や逆止弁が不要になり、四方弁のみというきわめてシンプルな回路構成となる。
この場合、前記コンデンサの冷媒出口と前記四方弁との間に配置した第１の絞り機構と、前記四方弁と前記エバポレータの冷媒入口との間に配置した第２の絞り機構とを設けることにより、運転領域が狭いものの安価な固定絞りを使用できるようになる。すなわち、高温高圧の液冷媒が流れる冷房運転モードと、高温高圧のガス冷媒が流れる補助暖房運転モードにおいて、両モードに最適の絞り開度を設定することが可能になる。
また、第２の絞り機構を設けて減圧するようにしたため、補助暖房運転時にホットガスが供給されるエバポレータの耐圧設計を従来通りの低い値に設定することができる。
【００１０】
そして、前記絞り機構を前記四方弁と前記エバポレータの冷媒入口との間に配置された電子膨張弁とすれば、制御可能領域が広く広範囲にわたる減圧膨張が可能となるので、ひとつの絞り機構で高温高圧の液冷媒及び高温高圧のガス冷媒に対応できるようになる。なお、この電子膨張弁を四方弁とエバポレータの冷媒入口との間に配置したので、補助暖房運転時にホットガスを減圧してからエバポレータに供給できるようになり、エバポレータの耐圧設計を従来通りの低い値に設定することができる。
【００１１】
請求項３に記載の車両用空気調和装置は、冷媒系に接続されたエバポレータと主暖房装置とを空調空気の流路中に備え、前記冷媒系が、冷媒圧縮機と、該冷媒圧縮機の吐出側に接続されるコンデンサと、前記冷媒圧縮機の吸入側に接続されるエバポレータと、前記コンデンサと前記エバポレータとの間に設けられる絞り機構とを具備してなる車両用空気調和装置であって、
前記冷媒系に、各接続口を前記冷媒圧縮機の吐出側、前記コンデンサの冷媒入口、前記コンデンサの冷媒出口、及び前記エバポレータの冷媒入口に接続した四方弁を設け、該四方弁により、前記圧縮機を出た冷媒を前記コンデンサに導く冷房運転モードと、前記圧縮機を出た冷媒を前記エバポレータに導く補助暖房運転モードとを切換操作すると共に、
前記絞り機構を、前記コンデンサの冷媒出口と前記四方弁との間に配置した第１の絞り機構と、前記四方弁と前記エバポレータの冷媒入口との間に配置した可変絞り機構とにより構成し、該可変絞り機構が運転状況検出手段の検出値に応じて制御されることを特徴とするものである。
【００１２】
このような車両用空気調和装置によれば、四方弁とエバポレータの冷媒入口との間に可変絞り機構を配置し、該可変絞り機構が運転状況検出手段の検出値に応じて制御されるようにしたので、絞り開度を変更することにより広範囲の空気条件で適切に補助暖房運転を実施することができる。
【００１３】
上記の車両用空気調和装置において、前記可変絞り機構は、並列に配置した複数の固定絞りと、該固定絞りに冷媒を導く流路を選択する開閉弁とを具備してなり、該開閉弁が前記運転状況検出手段の検出値に応じて開閉制御されるものでもよいし、あるいは、直列に配置した複数の固定絞りと、該固定絞りと並列に接続して開閉弁を設けたバイパス流路とを具備し、前記開閉弁が前記運転状況検出手段の検出値に応じて開閉制御されるものでもよい。また、前記可変絞り機構は、電子膨張弁を採用してもよい。
この場合の運転状況検出手段は、前記エバポレータの入口空気温度を検出する温度センサでもよいし、あるいは、前記エバポレータの冷媒入口温度を検出する温度センサでもよい。
【００１４】
そして、上記の車両用空気調和装置においては、前記冷媒圧縮機がインバータ制御された電動モータにより駆動され、前記エバポレータの冷媒入口近傍に温度検出手段を設けて、該温度検出手段で検出した冷媒温度が設定値になるよう前記冷媒圧縮機の容量をフィードバック制御するように構成するのが好ましく、これにより、エバポレータの温度が設定値以上に高くなるのを防止してフィーリングのよい補助暖房を実施することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る車両用空気調和装置の一実施形態を、図面に基づいて説明する。
図１に示す第１の実施形態において、図中の符号１は冷媒圧縮機、２はコンデンサ、３はエバポレータ、４はアキュムレータ、５は四方弁、６は第１膨張弁、７は第２膨張弁であり、これらの各機器を冷媒配管８で接続することにより、冷媒が状態変化して循環する冷凍サイクルの冷媒回路１０を形成している。
また、この実施形態では、冷媒圧縮機１の駆動源として車両走行用のエンジンＥが使用され、主暖房装置として、エンジンＥの廃熱を利用した温水ヒータ（ヒータコア）２１が採用されている。
【００１６】
冷媒圧縮機１は、低温低圧のガス冷媒を圧縮して高温高圧のガス冷媒（ホットガス）を送出するもので、エンジンＥの出力軸とベルト１１及び電磁クラッチ１２を介して連結されている。冷媒圧縮機１の吐出側は、冷媒配管８により四方弁５の第１ポート５ａと接続されている。
四方弁５の第２ポート５ｂ及び第３ポート５ｃは、冷媒配管８によりそれぞれコンデンサ２の冷媒入口２ａ及び冷媒出口２ｂと接続されている。このコンデンサ２は、冷媒圧縮機１より供給される高温高圧のガス冷媒を空気との熱交換により凝縮させ、高温高圧の液冷媒として送出する機能を有している。なお、図中の符号９はコンデンサファンを示している。
【００１７】
また、四方弁５の第４ポート５ｄは、冷媒配管８によりエバポレータ３の冷媒入口３ａと接続されている。このエバポレータ３は、通常の冷房運転時においてコンデンサ２、絞り機構として設けた第１膨張弁６及び第２膨張弁７を通過した低温低圧の液冷媒の供給を受け、この液冷媒を空調空気との熱交換により気化させ、低温低圧のガス冷媒として送出する機能を有している。この結果、エバポレータ３を通過する空調空気は気化熱を奪われて冷却されるため、空調空気の冷房・除湿効果がえられる。
なお、エバポレータ３の冷媒出口３ｂは、冷媒配管８により冷媒圧縮機１の吸入側に接続され、同冷媒配管８の途中にはアキュムレータ４を設置して冷媒量の調整及び気液の分離を行っている。
【００１８】
このように構成された冷媒回路１０は、四方弁５を切換操作することにより、通常の冷房運転モード（破線表示）と補助暖房運転モード（実線表示）との切り換えが可能である。
冷房運転モードでは、四方弁５を通過する冷媒の流路は、破線で表示したように、第１ポート５ａと第２ポート５ｂとの間及び第３ポート５ｃと第４ポート５ｄとの間がそれぞれ接続されているため、冷媒圧縮機１から送出された高温高圧のガス冷媒はコンデンサ２へ導かれる。
これに対して、補助暖房運転モードでは、四方弁５を通過する冷媒の流路は、実線で表示したように、第１ポート５ａと第４ポート５ｄとの間及び第２ポート５ｂ及び第３ポート５ｃとの間がそれぞれ接続された状態へと変化する。このため、冷媒圧縮機１から送出された高温高圧のガス冷媒は、コンデンサ２を通過することなくエバポレータ３へ向けて導かれる。エバポレータ３へ導入された高温高圧のガス冷媒（ホットガス）は、空調空気と熱交換して加熱するので、この場合のエバポレータ３は補助暖房装置として機能する。
【００１９】
ところで、図示の実施形態においては、コンデンサ２の冷媒出口２ｂと四方弁５の第３ポート５ｃとの間を接続する冷媒配管８に第１の絞り機構として第１膨張弁６が設けられ、さらに、四方弁５の第４ポート５ｄとエバポレータ３の冷媒入口３ａとの間を接続する冷媒配管８に第２の絞り機構として第２膨張弁７が設けられている。第１膨張弁６には可変絞りもしくは固定絞りが使用されており、第２膨張弁７には固定絞りが使用されている。
一方の第１膨張弁６は、冷房運転モードにおいてコンデンサ２より送出された高温高圧の液冷媒が通過するものである。従って、この第１膨張弁６には、高温高圧の液冷媒を減圧膨張させ、低温低圧の液冷媒（霧状）として送出するよう設定された絞り開度のものが使用される。なお、冷房運転モードにおける第１膨張弁６は、後述する第２膨張弁７と直列に配置された状態にあるため、両者が協働して所望の機能を発揮するように設定すればよい。
また、第２膨張弁７は、主として補助暖房運転モードにおいて冷媒圧縮機１より送出された高温高圧のガス冷媒（ホットガス）を減圧する目的で設けられたものである。従って、この第２膨張弁７には、ホットガスを所定の圧力まで減圧するよう設定された絞り開度のものが用いられる。すなわち、通常の冷房運転では低温低圧の液冷媒が供給されるため、高い耐圧設計がなされていないエバポレータ３に作用する冷媒圧力を制限して保護する機能を有している。
【００２０】
上述したエバポレータ３は、ＨＶＡＣユニット２０内において、空調空気の流れ方向上流側に温水ヒータ２１と直列に配置されている。このＨＶＡＣユニット２０は、エバポレータ３、温水ヒータ２１及び送風装置２２の他にも、図示省略の内外気切換ダンパ、エアミックスダンパ、各種の吹出モードに応じて空調空気の吹出口を選択切換するダンパ類などを備えている。
温水ヒータ２１は、エンジンＥのエンジン冷却水系と温水配管２３をもって接続され、該温水配管２３の適所には開閉弁２４が設けられている。この開閉弁２４は、暖房運転等加熱を必要とする場合に開とされ、エンジンＥを冷却することで高温となったエンジン冷却水を分流させて温水ヒータ２１に導入するようになっている。こうして温水ヒータ２１に導かれたエンジン冷却水は、温水ヒータ２１を通過する空調空気と熱交換して加熱した後、再度エンジン冷却水系に戻される。
【００２１】
上述した構成の車両用空気調和装置によれば、ホットガスをコンデンサ２に導く通常の冷房運転モードと、ホットガスをエバポレータに導いて補助暖房用の加熱装置として利用する補助暖房モードとの運転切換が四方弁５の操作のみで実施できる。また、このような構成ではホットガスバイパス管が不要となるので、冷媒回路１０の構成がシンプルなものとなる。しかも、ホットガスバイパス管が不要となったことで、該ホットガスバイパス管との流路切換に必要な開閉弁、そしてコンデンサ２の冷媒出口２ｂへの冷媒逆流を防止する逆止弁も不要となり、シンプルな回路構成に加えて部品点数の削減も可能になる。
【００２２】
続いて、本発明の第２の実施形態を図２に示して説明する。この実施形態が上述した第１の実施形態と異なるのは、電動機１３を駆動源とする電動の冷媒圧縮機１Ａを採用したこと、そして、絞り機構として電子膨張弁１４を採用したことである。なお、他の基本構成については実質的に同じであるため、ここでは図１と同じ符号を付して示し、その詳細な説明は省略する。
図示の例では、冷媒圧縮機１Ａとして、車両走行用のエンジンＥを駆動源とするものではなく、ケーシング内に電動機１３を内蔵した密閉型と呼ばれるものを採用している。この電動機１３は、制御部１５及びインバータ制御部１６によりインバータ制御されて回転速度が可変であり、従って、これを駆動源とする冷媒圧縮機１Ａの運転（回転）速度及びこれに関連する圧縮機容量も可変である。
【００２３】
また、電子膨張弁１４は、四方弁５の第４ポート５ｄとエバポレータ３の冷媒入口３ａとを接続する冷媒配管８に設置される。この電子膨張弁１４は、制御部１５から入力されるパルス信号に応じて絞り開度を可変制御でき、高温高圧の液冷媒から高温高圧のガス冷媒まで広範囲にわたる冷媒に使用可能な絞り機構である。このため、冷房運転モード及び補助暖房運転モードのいずれにおいてもひとつの電子膨張弁１４で対応できるようになり、従って、第１の実施形態でコンデンサ２の冷媒出口２ａと四方弁５の第３ポート５ｃとの間に設置した第１膨張弁６を廃止してなくすことができる。
【００２４】
このように、インバータ制御の電動機１３を駆動源とする冷媒圧縮機１Ａや電子膨張弁１４を採用しても、シンプルで部品点数の少ない冷媒回路１０Ａの構成となり、ホットガスをコンデンサ２に導く通常の冷房運転モードと、ホットガスをエバポレータに導いて補助暖房用の加熱装置として利用する補助暖房モードとの運転切換が四方弁５の操作のみで実施できる。
また、インバータ制御の冷媒圧縮機１Ａを使用したことで、同圧縮機より吐出される冷媒容量そのものをきめ細かく制御でき、また、電子膨張弁１４を四方弁５の第４ポート５ｄとエバポレータ３の冷媒入口３ａとの間に配置したので、補助暖房運転時においてホットガスを減圧してからエバポレータ３に供給できるようになり、従って、エバポレータ３の耐圧設計を従来通りの低い値に設定することができる。
【００２５】
なお、上記の電子膨張弁１４については、第１の実施形態に適用してエンジンＥを駆動源とする冷媒圧縮機１と組み合わせる構成も可能であり、また、第２の実施形態においても、電子膨張弁１４に代えて、固定絞りの第１膨張弁６及び第２膨張弁７を適用することも可能である。なおまた、第２の実施形態の電動機１３は必ずしもインバータ制御される必要はなく、さらに、冷媒圧縮機１Ａは電動機１３をケーシング内に内蔵した密閉型に限定されず、たとえば横型の圧縮機を別体の電動機で駆動するようにしてもよい。
【００２６】
ところで、上述した第１の実施形態のように第２膨張弁７が固定絞りの場合、暖房運転モードにおいて次のような問題が生じることがある。
すなわち、エバポレータ３で熱交換して空調される空気の入口温度（流入空気温度Ｔ）が高くなると、冷媒圧縮機１より吐出される冷媒ガスの吐出圧力及び吐出温度が高くなり、結果として冷媒圧縮機１の使用範囲を外れることがある。また、反対にエバポレータ３の入口における流入空気温度Ｔが低くなると、冷媒圧縮機１の吐出圧力、吐出温度及び圧縮機動力が低くなり、結果として補助暖房能力が低下することがある。
【００２７】
そこで、図３に示す本発明の第３の実施形態では、固定絞りの第２膨張弁７に代えて、同じ位置に可変絞り機構７０を採用して設置する。
図示の可変絞り機構７０は、第１固定絞り７１及び第２固定絞り７２を並列に配置し、第２固定絞り７２の上流側に流路選択用の開閉弁７３を設けてある。この開閉弁７３は制御部１５から出力される信号で開閉し、開閉弁７３が閉じて固定絞り７１のみを冷媒が通過する場合と、開閉弁７３が開いて固定絞り７１及び固定絞り７２の両方を冷媒が通過する場合との２種類から冷媒流路を選択して切り換えることができる。すなわち、開閉弁７３の開閉操作により、予め設定した２種類の絞り開度を選択切換できるようになる。
【００２８】
このような開閉弁７３の開閉制御は、エバポレータ３の入口に運転状況検出手段として設けた温度センサ１７の検出値が入力される制御部１５において、図４に基づき以下に説明するようにして行われる。
温度センサ１７で検出した流入空気温度Ｔが所定の温度Ｔ１より高い場合、開閉弁７３を閉じておき、第１固定絞り７１のみの絞り開度を選択する。この結果、可変絞り機構７０は絞り開度が小さい状態にあり、これを通過するホットガスが受ける減圧は大きなものとなる。このようにして、冷媒圧縮機１の吸入圧力等を低下させ、室内熱交換器の入口出口間のエンタルピ差を大きくとることにより、補助暖房能力を確保して適切に補助暖房運転を実施することができる。そして、流入空気温度Ｔが低下し、吸入圧力が使用制限外となる心配がない温度Ｔ１になった時点で開閉弁７３を開き、第１固定絞り７１及び第２固定絞り７２の両方にホットガスを流す絞り開度が大きい状態に切り換える。
【００２９】
また、温度センサ１７で検出した流入空気温度Ｔが所定の温度Ｔ２以下と低い場合は、開閉弁７３を開いて絞り開度が大きい状態を選択しておく。この結果、これを通過するホットガスが受ける減圧は小さいため、冷媒圧縮機回転数を増加もしくは容量制御することで冷媒循環量を増やすことができ、吸入圧力を上昇させることができるので、冷媒圧縮機１の使用範囲から外れるのを防止して適切に補助暖房運転を実施することができる。そして、流入空気温度Ｔが所定の温度Ｔ２まで上昇した時点で開閉弁７３を開き、ホットガスを流す絞り開度が小さい状態に切り換える。
ここで、流入空気温度Ｔが低下する場合の切換温度Ｔ１と上昇する場合の切換温度Ｔ２とに温度差を設けてあるのは、頻繁な開閉操作が繰り返し行われるのを防止するためである。
【００３０】
上述したように、本発明の第３の実施形態では並列に配置した二つの固定絞り７１，７２を用いて２段階の絞り開度を選択切換できるようにしていたが、並列に配置する固定絞り及び開閉弁の数を増やして、さらに多段の絞り開度を選択できるようにして、より一層きめ細かい制御を実施できるようにしてもよい。
また、絞り開度の異なる第１固定絞り７１及び第２固定絞り７２の両方に開閉弁７３を設けて、いずれか一方を開とするかあるいは両方を開とするように開閉制御すれば、３段階の絞り開度から最適のものを選択することができる。
【００３１】
ところで、上述した可変絞り機構７０Ａには、図５に示すような第１変形例が可能である。この第１変形例では、図５（ａ）に示すように、第１固定絞り７１と第２固定絞り７２とが直列に配置されている。そして、一方の第２固定絞り７２と並列にこれをバイパスするよう接続されたバイパス流路７４が設けられ、該バイパス流路７４には開閉弁７３が設けられている。
このような構成の可変絞り機構７０Ａでは、開閉弁７３を閉じてバイパス流路７４にホットガスを流さない状態と、開閉弁７３を開いてバイパス流路７４にホットガスを流す状態とで冷媒の減圧膨張が異なるので、開閉弁７３の開閉操作により絞り開度の選択切換を実施したのと同様の作用効果が得られる。
【００３２】
そして、この第１変形例においても、温度センサ１７で検出した流入空気温度Ｔに応じて開閉弁７３の開閉操作を実施する。しかし、この場合の開閉操作は、図５（ｂ）に示すように上述した並列配置の場合とは逆になる。すなわち、所定の温度Ｔ４まで温度上昇した時点で開閉弁７３を開から閉に切換操作して可変絞り機構７０Ａの絞り開度を小さくし、所定の温度Ｔ３まで温度が下がった時点で開閉弁７３を閉から開に切換操作して可変絞り機構７０Ａの絞り開度を大きくする。
なお、この第１変形例についても、直列に配置する固定絞り、バイパス流路及び開閉弁の数を増やしたり、直列に配置した固定絞りの全てに開閉弁を備えたバイパス流路を設けることで、多段階の絞り開度を選択できるようになる。
【００３３】
さらに、上述した可変絞り機構７０の第２変形例として、図２に示したような電子膨張弁１４の使用も可能である。この場合も、温度センサ１７で検出した流入空気温度Ｔに応じて、制御部１５よりパルス信号を出力し、電子膨張弁１４の絞り開度を最適値に調整すればよい。
なお、インバータ制御された電動機１３を駆動源とする冷媒圧縮機１Ａを採用すれば、絞り開度の調整に加えて、圧縮機側の容量制御により微調整を行うことができる。
【００３４】
また、これまで説明した第３の実施形態においては、運転状態検出手段がエバポレータ３の入口空気温度（流入空気温度Ｔ）を検出する温度センサ１７としていたが、この運転状態検出手段の他の実施例としては、たとえば図６に示すように、エバポレータ３に供給される冷媒の温度（冷媒入口温度）を検出する温度センサ１８を採用することができる。
なお、この他の運転状態検出手段としては、エバポレータ３に供給される冷媒圧力もしくは冷媒圧縮機吐出圧力を検出する圧力センサを設け、この検出値を採用することも可能である。
【００３５】
さて、上述したエバポレータ３については、冷房運転によりフィン表面に付着する水滴を原因として錆やかびなどが発生する恐れがあるため、これを防止するのに適した表面処理が一般的に施されている。しかし、この表面処理は熱に弱い傾向があるため、エバポレータ３を補助暖房装置として使用する場合は、表面処理の劣化を防ぐためホットガスによりエバポレータ３の温度が高くなりすぎないよう注意する必要がある。
すなわち、補助暖房運転時において、コンデンサファン９により送風される風量やエバポレータ３の流入空気温度Ｔによっては、エバポレータ３の入口でホットガスの温度が高くなりすぎて、フィンの表面処理が劣化することがある。このような表面処理の劣化は、冷房運転時におけるドレン処理不良やにおい発生の原因となるため、対策が望まれる。
【００３６】
このため、図６に示す第４の実施形態では、インバータ制御された電動機１３を駆動源とする冷媒圧縮機１Ａを用いると共に、エバポレータ３の冷媒入口温度ＴＲを検出する温度検出手段として温度センサ１８を設けて、冷媒入口温度ＴＲが設定値になるよう冷媒圧縮機１Ａの容量をフィードバック制御する。
具体的には、図７に示すように、温度範囲（Ｔ５〜Ｔ６）を定めて、この温度範囲内に入るよう電動機１３の回転数を制御して冷媒圧縮機１の冷媒容量を調整する。すなわち、温度センサ１８で検出した冷媒入口温度ＴＲが上記温度範囲内に入るよう１サンプリング毎に電動機１３の回転数を変化させて冷媒容量を増減するもので、冷媒入口温度ＴＲが低い場合はＴ６に上昇するまでは回転数を上げて圧縮機容量を増し、冷媒入口温度ＴＲがＴ６より高い場合はＴ５に低下するまで回転数を下げて圧縮機容量を低減させる。
なお、温度センサ１８で検出した冷媒入口温度ＴＲがＴ６より高い上限設定温度以上になったら、電動機１３を最低回転数まで低下させて圧縮機容量を最小にする保護制御を設けておくのが好ましい。
【００３７】
このような制御を行うことで、高温によってフィンの表面処理を劣化させることなくエバポレータ３を補助暖房装置として利用できるので、劣化防止と暖房フィーリングとを両立させた補助暖房運転が可能になる。また、フィンの表面処理が劣化するのを防止されたことで、冷房運転時におけるドレン処理不良やにおい発生などの問題も解決される。
【００３８】
なお、以上の実施形態では主暖房装置が温水ヒータ２１であったが、上述した本発明は、電気ヒータや燃焼ヒータなど、他の暖房装置を主暖房装置として用いた車両用空気調和装置への適用が可能であり、また、主暖房装置とエバポレータ３とが水平方向に並ぶ構成のＨＶＡＣユニット２０だけでなく、上下方向に配置された構成のものにも適用可能なことはいうまでもない。
【００３９】
【発明の効果】
上述した本発明の車両用空気調和装置によれば、四方弁による冷媒流路の切換操作で通常の冷房運転モードと補助暖房運転モードとを選択的に切り換えることができるため、シンプルな回路構成により冷媒回路のホットガスを補助暖房に有効に利用して暖房能力を向上させることができ、しかも、部品点数を低減することもできる。従って、運転開始時に短時間で暖房能力を得られる補助暖房装置を安価に得ることができ、暖房能力の向上と共に、暖房フィーリングの面でも優れた車両用空気調和装置を提供できるといった効果を奏する。
また、補助暖房する空調空気の温度が広範囲にわたる場合であっても、安価な固定絞りを有効に組み合わせて可変絞りの機能を持たることができるので、シンプルかつ安価な補助暖房を可能にする。
さらに、補助暖房時にエバポレータの冷媒入口温度が高くなりすぎないようにしたので、エバポレータのフィンに施された表面処理が劣化するのを防止し、しかも、良好な暖房フィーリング車両用空気調和装置を提供できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る車両用空気調和装置の一実施形態を示す図で、第１の実施形態を示す系統図である。
【図２】 本発明に係る車両用空気調和装置の一実施形態を示す図で、第２の実施形態を示す系統図である。
【図３】 本発明に係る車両用空気調和装置の一実施形態を示す図で、第３の実施形態を示す系統図である。
【図４】 図３の可変絞り機構において、流入空気温度Ｔに基づく開閉弁の開閉制御を示す図である。
【図５】 図３に示した可変絞り機構の第１変形例を示しており、（ａ）は可変絞り機構の要部構成図、（ｂ）は流入空気温度Ｔに基づく開閉弁の開閉制御を示す図である。
【図６】 本発明に係る車両用空気調和装置の一実施形態を示す図で、第４の実施形態を示す系統図である。
【図７】 図６に示した第４の実施形態において、冷媒温度ＴＲに基づく圧縮機容量の制御を示す図である。
【図８】 車両用空気調和装置における従来の構成例を示す系統図である。
【符号の説明】
１，１Ａ 冷媒圧縮機
２ コンデンサ
３ エバポレータ
４ アキュムレータ
５ 四方弁
６ 第１膨張弁（第１の絞り機構）
７ 第２膨張弁（第２の絞り機構）
８ 冷媒配管
１０，１０Ａ 冷媒回路
１３ 電動機
１４ 電子膨張弁（絞り機構，可変絞り機構）
１５ 制御部
１６ インバータ制御部
１７ 温度センサ（運転状況検出手段）
１８ 温度センサ（温度検出手段）
２０ ＨＶＡＣユニット
２１ 温水ヒータ（主暖房装置）
７０，７０Ａ 可変絞り機構
７１ 第１固定絞り
７２ 第２固定絞り
７３ 開閉弁
７４ バイパス流路
Ｅ エンジン

Claims (9)

1. 冷媒系に接続されたエバポレータと主暖房装置とを空調空気の流路中に備え、前記冷媒系が、冷媒圧縮機と、該冷媒圧縮機の吐出側に接続されるコンデンサと、前記冷媒圧縮機の吸入側に接続されるエバポレータと、前記コンデンサと前記エバポレータとの間に設けられる絞り機構とを具備してなる車両用空気調和装置であって、
   前記冷媒系に、各接続口を前記冷媒圧縮機の吐出側、前記コンデンサの冷媒入口、前記コンデンサの冷媒出口、及び前記エバポレータの冷媒入口に接続した四方弁を設け、該四方弁により、前記圧縮機を出た冷媒を前記コンデンサに導く冷房運転モードと、前記圧縮機を出た冷媒を前記エバポレータに導く補助暖房運転モードとを切換操作すると共に、
   前記絞り機構を、前記コンデンサの冷媒出口と前記四方弁との間に配置した第１の絞り機構と、前記四方弁と前記エバポレータの冷媒入口との間に配置した第２の絞り機構とにより構成したことを特徴とする車両用空気調和装置。
2. 前記絞り機構が、前記四方弁と前記エバポレータの冷媒入口との間に配置された電子膨張弁であることを特徴とする請求項１記載の車両用空気調和装置。
3. 冷媒系に接続されたエバポレータと主暖房装置とを空調空気の流路中に備え、前記冷媒系が、冷媒圧縮機と、該冷媒圧縮機の吐出側に接続されるコンデンサと、前記冷媒圧縮機の吸入側に接続されるエバポレータと、前記コンデンサと前記エバポレータとの間に設けられる絞り機構とを具備してなる車両用空気調和装置であって、
   前記冷媒系に、各接続口を前記冷媒圧縮機の吐出側、前記コンデンサの冷媒入口、前記コンデンサの冷媒出口、及び前記エバポレータの冷媒入口に接続した四方弁を設け、該四方弁により、前記圧縮機を出た冷媒を前記コンデンサに導く冷房運転モードと、前記圧縮機を出た冷媒を前記エバポレータに導く補助暖房運転モードとを切換操作すると共に、
   前記絞り機構を、前記コンデンサの冷媒出口と前記四方弁との間に配置した第１の絞り機構と、前記四方弁と前記エバポレータの冷媒入口との間に配置した可変絞り機構とにより構成し、該可変絞り機構が運転状況検出手段の検出値に応じて制御されることを特徴とする車両用空気調和装置。
4. 前記可変絞り機構は、並列に配置した複数の固定絞りと、該固定絞りに冷媒を導く流路を選択する開閉弁とを具備してなり、該開閉弁が前記運転状況検出手段の検出値に応じて開閉制御されることを特徴とする請求項３記載の車両用空気調和装置。
5. 前記可変絞り機構は、直列に配置した複数の固定絞りと、該固定絞りと並列に接続して開閉弁を設けたバイパス流路とを具備し、前記開閉弁が前記運転状況検出手段の検出値に応じて開閉制御されることを特徴とする請求項３記載の車両用空気調和装置。
6. 前記可変絞り機構が電子膨張弁であることを特徴とする請求項３記載の車両用空気調和装置。
7. 前記運転状況検出手段が前記エバポレータの入口空気温度を検出する温度センサであることを特徴とする請求項３ないし６のいずれかに記載の車両用空気調和装置。
8. 前記運転状況検出手段が前記エバポレータの冷媒入口温度を検出する温度センサであることを特徴とする請求項３ないし６のいずれかに記載の車両用空気調和装置。
9. 前記冷媒圧縮機がインバータ制御された電動モータにより駆動され、前記エバポレータの冷媒入口近傍に温度検出手段を設けて、該温度検出手段で検出した冷媒温度が設定値になるよう前記冷媒圧縮機の容量をフィードバック制御するように構成したことを特徴とする請求項３ないし６記載の車両用空気調和装置。

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