JP5442292B2 - 車両用空調装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば自動車等に搭載される車両用空調装置に関する。

従来より、この種の車両用空調装置は、冷却用及び加熱用熱交換器と、これら熱交換器を収容するケーシングとを備えている。ケーシングには、空調用空気をケーシング内に導入するための導入口と、ケーシング内で生成された調和空気を導出するための導出口と、導入口から導出口まで延びる空気流路が形成されており、空気流路に冷却用及び加熱用熱交換が配設されている。さらに、空気流路には、冷却用熱交換器を通過する空気量と、加熱用熱交換器を通過する空気量とを変更する温度調節ダンパが設けられている。温度調節ダンパの動作によって所望温度の調和空気が生成されて車室の各部に供給される。
特開２００８−６２６５９号公報

ところで、車両が使用される環境は様々であり、冷房が不要な寒冷地で使用される場合には、冷却用熱交換器が無駄なものとなるので冷却用熱交換器を省略した形状の寒冷地専用のケーシングを作製するのが好ましいが、専用品を作製するのはコストがかかるので、ケーシングは他地域用のものと共通化したいという要求がある。

また、寒冷地では高い暖房能力が要求されるので、特許文献１のように１つの加熱用熱交換器を設けただけでは十分な暖房能力が得られないこともある。

本発明は斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、熱交換器を収容するケーシングを大きく構造変更することなく寒冷地仕様及び他地域仕様にできるようにしてコストを低減しながら、寒冷地仕様時には高い暖房能力が得られるようにすることにある。

上記目的を達成するために、本発明では、コンプレッサの吐出側に接続される第１熱交換器と、第１熱交換器の冷媒出口側に接続される第２熱交換器とをケーシングの空気流路に配設し、比較的高温の冷媒が流れる第１熱交換器を第２熱交換器の空気流れ下流側に位置付けるようにした。

具体的には、第１の発明では、 車両用空調装置において、冷媒を圧縮するコンプレッサと、上記コンプレッサの冷媒吐出側に接続され、冷媒と外部空気とを熱交換させる第１熱交換器と、上記第１熱交換器の冷媒出口側に接続され、冷媒と外部空気とを熱交換させる第２熱交換器と、上記第２熱交換器の冷媒出口側に接続され、冷媒を減圧する減圧弁装置と、上記減圧弁装置の冷媒出口側及び上記コンプレッサの冷媒吸入側に接続され、上記減圧弁装置から流出した冷媒を加熱する冷媒加熱器と、上記第１及び第２熱交換器を収容するケーシングと、上記冷媒加熱器及び上記コンプレッサを制御する制御装置と、上記空調装置の運転開始予告情報を送出する運転開始予告情報送出装置とを備え、上記ケーシングには、該ケーシング内に空気を導入するための導入口、該ケーシング内の空気を導出させるための導出口及び該導入口から該導出口まで延びる空気流路が形成されるとともに、該空気流路に空調用空気を導入するための送風ファンが設けられ、該送風ファンは上記制御装置により制御され、上記第１及び第２熱交換器は上記空気流路内に配設され、上記第１熱交換器は上記第２熱交換器よりも空気流れ下流側に位置付けられ、上記ケーシングの空気流路には、上記第１熱交換器を流れる空気量と上記第２熱交換器を流れる空気量との少なくとも一方を変更する温度調節ダンパが配設され、上記制御装置は、上記運転開始予告情報送出装置から送出される運転開始予告情報に基づいて、上記空調装置の運転が開始される所定時間前に上記送風ファン及び上記コンプレッサを停止させた状態で上記冷媒加熱器を作動させ、その後、上記送風ファン及び上記コンプレッサを作動させる構成とする。

この構成によれば、第１熱交換器にはコンプレッサから吐出された高温冷媒が流れることになり、第２熱交換器には、第１熱交換器を流れて温度が低下した冷媒が流れることになる。そして、冷媒の温度が高い第１熱交換器を空気流れ方向下流側に位置付けているので、第２熱交換器を通過して暖められた空気が第１熱交換器を通過する際に、より高温の冷媒と熱交換することになり、ケーシング内で高温の空気を効果的に生成することが可能になる。

また、ケーシングには、第１及び第２熱交換器が配設されているので、それらを配設するためのスペースを利用すれば、第１及び第２熱交換器を従来例のような冷却用及び加熱用熱交換器に置き換えることが可能であり、ケーシングを寒冷地仕様と他地域仕様とで大きく構造変更せずに済む。

また、温度調節ダンパを作動させて第１熱交換器に流れる空気量を減少させて第２熱交換器に流れる空気量を増加させると空気の温度が低下し、反対に、第１熱交換器に流れる空気量を増加させて第２熱交換器に流れる空気量を減少させると、空気の温度が上昇する。このように、ケーシングから導出される空気の温度を調節することが可能になる。尚、第１熱交換器を流れる空気量のみ変化させた場合や、第２熱交換器に流れる空気量のみを変化させた場合も、同様に温度調節が可能である。

また、空調装置の運転が開始される前に冷媒を予め加熱することが可能になるので、暖房の即効性が得られる。

第２の発明では、第１の発明において、車室外の気温を検出する外気温度検出部とを備え、上記制御装置は、上記外気温度検出部から出力される外気温度に基づいて、外気温度が所定値よりも低い場合に所定値以上の場合に比べて上記冷媒加熱器の加熱量を増大させる構成とする。

この構成によれば、外気温度が低いときに高い暖房能力を得るようにしながら、外気温度が高い場合に冷媒の加熱量を減少させて無駄なエネルギ消費が抑制される。

第３の発明では、第１または２の発明において、車両に搭載されたバッテリの残量を検出するバッテリ残量検出部を備え、冷媒加熱器は、上記バッテリに接続された電気式ヒーターで構成され、制御装置は、上記バッテリ残量検出部から出力されるバッテリ残量に基づいて、バッテリ残量が所定値よりも少ない場合に所定値以上の場合に比べて上記冷媒加熱器の加熱量を減少させる構成とする。

この構成によれば、バッテリの残量が少ないときにはバッテリの消費量が抑制されるので、バッテリ上がり等のトラブルを回避することが可能になる。

第１の発明によれば、コンプレッサの冷媒吐出側に接続される第１熱交換器と、第１熱交換器の冷媒出口側に接続される第２熱交換器とをケーシングの空気流路に配設し、比較的高温の冷媒が流れる第１熱交換器を第２熱交換器よりも空気流れ下流側に位置付けたので、高温の空気を効果的に生成でき、十分な暖房能力を得ることができる。また、ケーシングには、第１及び第２熱交換器の代わりに従来例のような冷却用及び加熱用熱交換器を配設することも可能になるので、仕向地に応じてケーシングを大きく構造変更せずに済み、コストを低減できる。

また、第１熱交換器を流れる空気量と第２熱交換器を流れる空気量との少なくとも一方を変更する温度調節ダンパをケーシングに配設したことで、より快適な暖房を実現できる。

また、空調装置の運転が開始される所定時間前に冷媒加熱器を作動させるようにしたので、暖房の即効性を得ることができ、乗員の快適性をより一層高めることができる。

第２の発明によれば、外気温度に基づいて冷媒加熱器による加熱量を変更できるので、必要時には高い暖房能力を確保して快適性を高めながら、高い暖房能力が必要でない場合に無駄なエネルギの消費を抑制できる。

第３の発明によれば、冷媒加熱器を電気式ヒーターとしてシンプルな構成とする場合には、バッテリ上がりを回避でき、車両の走行に支障をきたす虞れをなくすことができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。

尚、実施形態の説明では、説明の便宜を図るために、「前」とは車両の前側を、また、「後」とは車両の後側を、さらに、「左」とは車両の左側を、さらにまた、「右」とは車両の右側をそれぞれ表すこととしている。

図１は、本発明の実施形態に係る車両用空調装置１を示し、この車両用空調装置１は、自動車の車室内に搭載される室内ユニットＵ１と、自動車の車室外に搭載される室外ユニットＵ２と、制御装置１０６と、始動タイマ１０７と、外気温センサ１０８と、バッテリ残量検出センサ１０９とを備えている。室内ユニットＵ１は、図示しないが自動車のインストルメントパネル内の左右方向中央部に配設されている。また、室外ユニットＵ２は、図示しないが主にエンジンルームに配設されている。

上記車両用空調装置１は、冷却用熱交換器が不要な寒冷地において使用される寒冷地仕様である。

図２に示すように、室内ユニットＵ１は、送風ファン５と、上流側熱交換器（第２熱交換器）１０及び下流側熱交換器（第１熱交換器）１１と、温度調節ダンパ２７と、ロータリダンパ３５及びデフベント切替ダンパ５５と、ケーシング３とを備えている。図１に示すように、室外ユニットＵ２は、冷媒を圧縮するコンプレッサ１００と、減圧弁装置１０１と、冷媒加熱器１０２と、アキュムレータ１０３とを備えている。上記上流側熱交換器１０及び下流側熱交換器１１と、コンプレッサ１００と、減圧弁装置１０１と、冷媒加熱器１０２と、アキュムレータ１０３とは、配管１０４により環状に接続されており、上流側熱交換器１０及び下流側熱交換器１１と室外ユニットＵ２とでヒートポンプが構成されている。

コンプレッサ１００は、電動モーター１００ａで作動する圧縮機構１００ｂを有し、吸入した冷媒を圧縮して吐出するように構成された周知のものであり、制御装置１０６により制御されるようになっている。また、このコンプレッサ１００は、単位時間当たりの吐出量を変化させることができる可変容量型のものである。具体的には、電動モーター１００ａの回転数を変更するように構成されている。尚、圧縮機構１００ｂが有する圧縮室（図示せず）の容積を変化させるようにしてもよい。

下流側熱交換器１１は、ヒートポンプの放熱器として機能するものである。下流側熱交換器１１は、冷媒が流れるチューブと伝熱用フィン（共に図示せず）とを交互に積層してなるチューブアンドフィンタイプの熱交換器である。下流側熱交換器１１の冷媒流入口（図示せず）が配管１０４を介してコンプレッサ１００の冷媒吐出口（図示せず）に接続されており、コンプレッサ１００から吐出された高温冷媒の全てが下流側熱交換器１１に流入するようになっている。

上流側熱交換器１０も、下流側熱交換器１１と同様にヒートポンプの放熱器として機能するものであり、チューブアンドフィンタイプの熱交換器である。上流側熱交換器１０は下流側熱交換器１１よりも大型である。具体的には、上流側熱交換器１０のチューブ長さ及び幅寸法は下流側熱交換器１１のチューブ長さ及び幅寸法よりもそれぞれ長く設定されている。上流側熱交換器１０の冷媒流入口（図示せず）が配管１０４を介して下流側熱交換器１１の冷媒流出口（図示せず）に接続されている。よって、下流側熱交換器１１を流れる冷媒の温度は、上流側熱交換器１０を流れる冷媒の温度よりも高くなる。

減圧弁装置１０１は、周知の減圧弁を内蔵している。減圧弁装置１０１の冷媒流入口（図示せず）は上流側熱交換器１０の冷媒流出口（図示せず）に接続されている。下流側熱交換器１１及び上流側熱交換器１０を順に流れて凝縮された冷媒は、減圧弁装置１０１を通過して減圧されて下流側へ流れるようになっている。

冷媒加熱器１０２は、電熱線１０２ａを絶縁した状態で金属パイプにより被覆してなる、いわゆるシーズヒータ（電気式ヒーター）で構成されている。配管１０４は、冷媒加熱器１０２の熱が冷媒に伝わるように取り廻されている。この冷媒加熱器１０２は、制御装置１０６により制御されるようになっている。

アキュムレータ１０３は、冷媒を貯留するように構成された周知のものである。アキュムレータ１０３は、減圧弁装置１０１の冷媒流出口（図示せず）から延びる配管１０４の下流側に設けれられている。アキュムレータ１０３の冷媒流出口（図示せず）はコンプレッサ１００の冷媒吸入口（図示せず）に接続されている。

制御装置１０６には、始動タイマ１０７、外気温センサ１０８及びバッテリ残量検出センサ１０９が接続されている。制御装置１０６は、始動タイマ１０７、外気温センサ１０８及びバッテリ残量検出センサ１０９の出力信号に基づいて冷媒加熱器１０２のＯＮ／ＯＦＦ切替、通電時間及び供給する電流値を制御するように構成されている。また、制御装置１０６は、コンプレッサ１００のモーター１００ａの制御も行う。

始動タイマ１０７は、乗員が空調装置１を作動させる時刻をセットすることができるように構成されている。制御装置１０６は、始動タイマ１０７の出力信号に基づいて、何分後に空調装置１を作動させる必要があるかを得ることができる。始動タイマ１０７が本発明の運転開始予告情報送出装置に相当する。

外気温センサ１０８は、車室外の気温を検出する温度センサで構成されている。制御装置１０６は、外気温センサ１０８の出力信号に基づいて、車室外の気温を得ることができる。外気温センサ１０８は、本発明の外気温度検出部に相当する。

バッテリ残量検出センサ１０９は、車両に搭載されているバッテリ１１０に接続されており、バッテリ１１０の残量を検出するためのものである。バッテリ残量検出センサ１０９は、具体的には、バッテリ１１０の電圧値に基づいてバッテリ残量を得るように構成されている。制御装置１０６は、バッテリ残量検出センサ１０９の出力信号に基づいて、バッテリ１１０の残量を得る。バッテリ残量検出センサ１０９は、本発明のバッテリ残量検出部に相当する。

制御装置１０６は、始動タイマ１０７により空調装置１の作動開始時刻を得て、作動開始時刻になると空調装置１を作動させる。さらに、制御装置１０６は、作動開始時刻の所定時間前に冷媒加熱器１０２に電流を流して予熱を開始する。この所定時間とは、例えば、１０分程度が好ましいが、これに限られるものではない。

制御装置１０６は、外気温センサ１０８により車室外の気温を得て、この気温に基づいて冷媒加熱器１０２の加熱量を変更する。具体的には、車室外の気温が所定温度よりも低い場合には、所定温度以上の場合に比べて冷媒加熱器１０２に供給する電流値を大きくして加熱量を増大させる。所定温度とは、例えば、５℃程度に設定するのが好ましい。また、冷媒加熱器１０２による加熱量は、３段階以上の多段階に変更するようにしてもよい。例えば、閾値として５℃、０℃、−５℃の３つを設けておき、車室外の気温が５℃よりも低く、０℃以上の場合には、加熱量を最小に設定し、０℃よりも低く、−５℃以上のときには加熱量を中くらいに設定し、−５℃よりも低い場合には、加熱量を最大に設定する。また、車室外の気温に対し冷媒加熱器１０２の加熱量を連続的に変化させるようにしてもよい。

制御装置１０６は、バッテリ残量検出センサ１０９によりバッテリ残量を得て、このバッテリ残量に基づいて冷媒加熱器１０２の加熱量を変更するように構成されている。具体的には、バッテリ残量が所定値よりも少ない場合には、所定値以上の場合に比べて冷媒加熱器１０２の加熱量を減少させる。所定値とは、エンジンの始動が可能な程度のバッテリ残量である。

ケーシング３は、樹脂製の左側ケース構成部材（図示せず）及び右側ケース構成部材２（図２に示す）を組み合わせてなる。このケーシング３の上半部前側には、送風ファン５を収容するファンハウジング７が他の部分と一体に形成されている。送風ファン５からの空気は、ケーシング３内部の前端側を下方へ流れて、該ケーシング３の下半部に収容された上流側熱交換器１０と、下流側熱交換器１１とを通過した後、ケーシング３の後側に形成されたデフロスタ口１２、ベント口１３及びフット口１４から車室に供給されるようになっている。

上記ファンハウジング７は、左右方向に延びる中心線を有する円筒状をなし、このファンハウジング７の中央部分に、送風ファン５を構成するシロッコファンがその回転軸を左右方向に向けた状態で収容されている。ファンハウジング７の送風ファン５周りには、該送風ファン５から吹き出した空気の流れが集合する空気流出通路１７が形成され、この空気流出通路１７の下流端は、ファンハウジング７の下側で開口している。また、ファンハウジング７の左側壁には、上記送風ファン５を駆動するためのファンモーター５ａ（図１に示す）の取付口１８が形成されている。モーター取付口１８には、ファンモーター５ａが左右方向に延びる出力軸をファンハウジング７内に臨ませて気密状に取り付けられている。このファンモーター５ａの出力軸に上記送風ファン５が回転一体に取り付けられている。ファンモーター５ａは制御装置１０６に接続されており、制御装置１０６によりＯＮ／ＯＦＦの切替、回転数の変更が行われるようになっている。

上記ファンハウジング７の右側壁には吸込口１９が形成され、該吸込口１９には、図示しないインテークボックスが接続されている。このインテークボックスには、車室外の空気を導入する外気導入口と、車室内の空気を導入する内気導入口とが形成されている。これら外気導入口及び内気導入口は、インテークボックス内部に配設された内外気切替ダンパにより開閉されるようになっている。

ケーシング３内部の下半部前端側には、上記空気流出通路１７の下流端に接続されて下側へ向かって斜め後方に延びる導風通路２０が形成されている。導風通路２０には、上流側熱交換器１０が該導風通路２０を横切るように配置されて収容されている。上流側熱交換器１０は、チューブの延びる方向が上下方向となるように向いている。導風通路２０を流れる空気は、上流側熱交換器１０により加熱されることになる。

上記導風通路２０には、導風通路２０から流れてきた空気を再加熱するための加熱通路２１の上流端が連通している。加熱通路２１の上流端と導風通路２０との間には、両通路２１、２０を仕切るようにケーシング３の底壁から上方へ延びる縦壁２３が形成されている。この縦壁２３の上半部には、加熱通路２１の上流端開口をなす第１開口部２４が形成されている。また、第１開口部２４の直上方には、上記縦壁２３上端から上流側熱交換器１０の下流側上端近傍に亘るように第２開口部２５が形成されており、この第２開口部２５が導風通路２０の下流端開口をなしている。

縦壁２３の上端近傍には、第１開口部２４及び第２開口部２５を選択的に開閉する板状の温度調節ダンパ２７が配置され、該温度調節ダンパ２７は、左右方向に延びる支軸２７ａによりケーシング３に支持されている。この温度調節ダンパ２７は、温調用アクチュエータ２７ａ（図１に示す）により駆動されるようになっており、図２に示すように、温度調節ダンパ２７を下方へ回動させて第２開口部２５を全開とすると第１開口部２４が全閉になる一方、図３（ａ）に示すように、温度調節ダンパ２７を上方へ回動させて第１開口部２４を全開とすると第２開口部２５が全閉になる。また、図３（ｂ）に示すように、温度調節ダンパ２７を上記第１開口部２４と第２開口部２５との中間位置まで回動させると、第１開口部２４と第２開口部２５との両方が開いた状態となり、このときの温度調節ダンパ２７の回動角度により両開口部２４、２５を通過する空気の量が変化するようになっている。

加熱通路２１の縦壁２３近傍には、下流側熱交換器１１が、その上側へ行くほど後方に位置する傾斜状態でかつ加熱通路２１を横切るように配置されている。

上記第２開口部２５の上方には、導風通路２０の下流端と加熱通路２１の下流端とが連通するエアミックス空間２９が形成されている。このエアミックス空間２９では、導風通路２０を流れた空気及び加熱通路２１を流れた空気を混合して温度調節を行っている。すなわち、送風ファン５の回転速度が一定の状態で温度調節ダンパ２７の回動角度を変更すると、温度調節ダンパ２７の第１開口部２４及び第２開口部２５の開度によって、下流側熱交換器１１を流れる空気量が変化し、これにより、ケーシング３内で生成される空気の温度が変化するようになっている。

尚、図示しないが、第１開口部２４のみ開閉する温度調節ダンパを設けてもよいし、第２開口部２５のみ開閉する温度調節ダンパを設けてもよい。また、上流側熱交換器１０を流れる空気量のみを変更するように空気流路Ｒの形状及び温度調節ダンパを設定してもよいし、下流側熱交換器１１を流れる空気量のみを変更するように空気流路Ｒの形状及び温度調節ダンパを設定してもよい。

また、ケーシング３の後側には、大略上下方向に延びるダクト３０が他の部分と一体に形成されている。ダクト３０の上端部には、前側にデフロスタ口１２が形成されその後側に近接してベント口１３が形成されている。上記デフロスタ口１２は、デフロスタダクト（図示せず）を介してインストルメントパネルのフロントウインド下端近傍に開口するデフロスタノズルに接続されている。また、インストルメントパネルには、乗員の顔や胸に向けて調和空気を吹き出させる複数のベントノズルが開口しており、ケーシング３のベント口１３は、ベントダクト（図示せず）を介して各ベントノズルに接続されている。また、ダクト３０の下端部にはフット口１４が形成され、このフット口１４には前席乗員の足下及び後席乗員の足下まで延びるフットダクト（図示せず）が接続されるようになっている。

ダクト３０内の上半部には、上流端がエアミックス空間２９の上部に連通し下流端が上記デフロスタ口１２及びベント口１３にそれぞれ接続される第１通路３１が形成されている。

また、ダクト３０内の下半部には、上流端がエアミックス空間２９の後部に連通し下流端が上記フット口１４に接続される第２通路３２が形成されている。この第２通路３２の上流端は、前方に開口するとともに、加熱通路２１の下流端開口及び第１通路３１の上流端開口の間で両開口に近接して位置付けられており、加熱通路２１の下流端開口、第２通路３２の上流端開口及び第１通路３１の上流端開口は並んでいる。

第２通路３２は、上流端開口から後方へ下降傾斜して延びた後、略鉛直下向きに屈曲して延びている。第２通路３２と加熱通路２１の下流側とは、ケーシング３に一体に形成された仕切壁５１により仕切られている。該仕切壁５１は、後側へ行くほど下側に位置するように下方へ湾曲形成され、この仕切壁５１の前端部は、後述のロータリダンパ３５のシール材が当接するように略平坦に形成されている。また、ケーシング３内壁における第１通路３１の上流端開口と第２通路３２の上流端開口との間には、ロータリダンパ３５のシール材が当接するケーシング側シール部５０が、前方へ下降傾斜して突出する板状に形成されている。このケーシング側シール部５０も上記仕切壁５１の前端部と同様に略平坦に形成されている。

上記エアミックス空間２９には、上記第１通路３１の上流端開口及び第２通路３２の上流端開口を選択的に開閉することにより、第１通路３１及び第２通路３２を切り替えるロータリダンパ３５が配設されている。該ロータリダンパ３５は、第１通路３１及び第２通路３２の上流端開口が並ぶ方向に回動する閉止壁部３６と、該閉止壁部３６の回動軸方向である左右方向両端にそれぞれ連なる三角形状の端壁部３７とを備えている。閉止壁部３６は、回動軸と略平行に延びる矩形の平板状をなし、また、左側及び右側端壁部３７、３７は閉止壁部３６に対し略垂直に延びている。左側端壁部３７には、支持軸３８が左外方へ突出するように形成され、また、右側端壁部３７には同様な支持軸３８が右外方へ突出するように形成されており、これら左側及び右側の支持軸３８は同軸上に位置付けられている。該左側及び右側支持軸３８は、ケーシング３の左側壁及び右側壁に形成された貫通孔（図示せず）にそれぞれ挿通されて該貫通孔に支持されている。一方の支持軸３８には、リンク機構を介して吹出方向切替用アクチュエータ３５ａ（図１に示す）が連結され、このアクチュエータ３５ａによりロータリダンパ３５が支持軸３８周りに回動するようになっている。

そして、図４（ｂ）に示すように、ロータリダンパ３５を前側へ回動させて第２通路３２の上流端開口を全開にすると、第１通路３１の上流端開口はその前端側が僅かに開いた状態となり、この状態で、ロータリダンパ３５の後側に位置しているシール材４０が、ケーシング側シール部５０の下面に当接するようになっている。

一方、図２に示すように、ロータリダンパ３５を後側へ回動させて第１通路３１の上流端開口を全開にすると第２通路３２の上流端開口が全閉になる。この状態で、ロータリダンパ３５の上側に位置しているシール材４０が上記ケーシング側シール部５０の上面に当接するとともに、ロータリダンパ３５の下側に位置しているシール材４０が仕切壁５１の前端部に当接する。

また、図３（ｂ）及び図４（ａ）に示すように、ロータリダンパ３５を、上記第１通路３１と第２通路３２とを切り替える途中まで回動させた状態では、このロータリダンパ３５の回動位置により両通路３１、３２への調和空気の分配量が変化する。また、閉止壁部３６が平板状に形成されていて回動軌跡に沿った円弧形状でないため、ロータリダンパ３５が上記第１通路３１と第２通路３２とを切り替える途中にあるときには、閉止壁部３６とケーシング側シール部５０との間に、第２通路３２とエアミックス空間２９の第１通路３１側とを連通させる隙間５２が生じることとなる。

また、第１通路３１の下流側におけるデフロスタ口１２の下側及びベント口１３の下側には、デフベント切替ダンパ５５により開閉されるデフロスタ側開口部５６及びベント側開口部５７がそれぞれ形成されている。上記デフベント切替ダンパ５５は、上記温度調節ダンパ２７と同様に板状に形成されて左右方向に延びる支軸５５ａによりケーシング３に支持されている。このデフベント切替ダンパ５５は、上記ロータリダンパ３５とリンク機構を介して連動するようになっていて、共通のアクチュエータ３５ａにより駆動される。図４（ａ）に示すように、デフベント切替ダンパ５５を前側へ回動させてデフロスタ側開口部５６を全閉にするとベント側開口部５７が全開となる一方、図４（ｂ）に示すように、デフベント切替ダンパ５５を後側へ回動させてベント側開口部５７を全閉にするとデフロスタ側開口部５６が全開となる。

つまり、この実施形態の車両用空調装置１では、空気流出通路１７、導風通路２０、加熱通路２１、エアミックス空間２９、第１通路３１及び第２通路３２により空気通路Ｒが構成されている。空気流路Ｒは、導入口を構成するファンハウジング７の吸込口１９から導出口を構成するデフロスタ口１２、ベント口１３及びフット口１４まで延びている。

上記温調用アクチュエータ２７ａ及び吹出方向切替用アクチュエータ３５ａは、制御装置１０６に接続され、該制御装置１０６により制御されるようになっている。制御装置１０６には、図１に示すように、車室に配設された空調操作スイッチ４１が接続されていて、乗員がスイッチ４１により選択した吹出モードに応じて吹出方向切替用アクチュエータ３５ａが作動するようになっている。また、スイッチ４１により設定した温度となるように、温調用アクチュエータ２７ａが作動するようになっている。

次に、上記のように構成された車両用空調装置１の動作について説明する。

操作スイッチ４１がＯＮにされると、制御装置６は冷媒加熱器１０２に電流を供給して冷媒を加熱し始める。さらに、コンプレッサ１００の電動モーター１００ａを作動させる。これにより、ヒートポンプが機能し始め、上流側熱交換器１０及び下流側熱交換器１１には、高温の冷媒が流れ出す。また、制御装置１０６は、ファンモーター５ａを回転させる。

図４（ｂ）は、ケーシング３内の殆どの空気をフットダクトへ供給し、残りの若干量をインストルメントパネルのデフロスタノズルへ供給するヒートモードが選択された場合を示す。このヒートモードでは、温度調節ダンパ２７は第２開口部２５を全閉にするまで回動している。送風ファン５により送風された空気は、導風通路２０を流れて上流側熱交換器１０を通過する。このとき、上流側熱交換器１０には高温の冷媒が流れているので、空気が冷媒と熱交換して加熱される。そして、上流側熱交換器１０を通過した空気の全量が加熱通路２１に流れ、下流側熱交換器１１を通過する。下流側熱交換器１１にはコンプレッサ１００から吐出されたばかりの冷媒が流れているので、該下流側熱交換器１１の表面温度は上流側熱交換器１０の表面温度よりも高く、よって、空気は再加熱されて一層高温になり、下流側のエアミックス空間２９へ流れていく。

ヒートモードでは、ロータリダンパ３５が、第１通路３１上流端開口の大部分を覆うまで回動し、デフベント切替ダンパ５５が、ベント側開口部５７を全閉にするまで回動している。従って、上記のようにして生成された高温の空気の殆どは、フット口１４を介してフットダクトから乗員の足下に吹き出す。また、エアミックス空間２９の若干量の空気がデフロスタ口１２及びデフロスタダクトを介してデフロスタノズルからフロントウインド内面に吹き出し、これにより、フロントウインド内面の曇りが防止される。尚、デフロスタノズルから吹き出す空気の量は、例えば、全体の約２割に設定するのが好ましいが、全量をフット口１４から吹き出すようにしてもよい。

図２は、ケーシング３内の空気をインストルメントパネルのベントノズルへのみ供給するベントモードが選択された場合を示す。このベントモードでは、ロータリダンパ３５は第２通路３２を全閉にするまで回動し、また、デフベント切替ダンパ５５はデフロスタ側開口部５６を全閉にするまで回動する。さらに、温度調節ダンパ２７は第１開口部２４を全閉にするまで回動していて、導風通路２０を流れた空気は加熱通路２１を流れることなく、エアミックス空間２９へ直接流入する。よって、エアミックス空間２９内の空気の温度は、上記ヒートモード時に比べて低温となっている。

そして、エアミックス空間２９から第１通路３１に流入した調和空気は、ベント口１３及びベントダクトを介して各ベントノズルから乗員の顔や胸に吹き出す。

図３（ａ）は、調和空気をインストルメントパネルのデフロスタノズルへのみ供給するデフロスタモードが選択された場合を示す。このデフロスタモードでは、ロータリダンパ３５は、上記ベントモードと同様に第２通路３２を全閉にするまで回動し、また、デフベント切替ダンパ５５は、ベント側開口部５７を全閉にするまで回動し、さらに温度調節ダンパ２７は第２開口部２５を全閉にするまで回動している。そして、エアミックス空間２９から第１通路３１に流入した調和空気は、デフロスタ口１２及びデフロスタダクトを介してデフロスタノズルからフロントウインド内面に吹き出す。

上記ベントモード及びデフロスタモードのときには、ロータリダンパ３５の閉止壁部３６が第２通路３２の上流端開口を閉じる位置まで回動しているため、エアミックス空間２９の中央部にはロータリダンパ３５の閉止壁部３６が位置しておらず、導風通路２０からエアミックス空間２９に流入した空気は第１通路３１へスムーズに流れる。また、これらモードのときに、温度調節ダンパ２７を第１開口部２４と第２開口部２５との中間位置まで回動させて、両開口部２４、２５からエアミックス空間２９に空気を流入させる際には、上記の如くエアミックス空間２９に閉止壁部３６が位置していないので、両開口部２４、２５から流入した空気を十分に混合させること可能となる。

図４（ｂ）は、調和空気をインストルメントパネルのデフロスタノズル及びフットダクトへ供給するデフフットモードが選択された場合を示す。このデフフットモードでは、ロータリダンパ３５は、第１通路３１と第２通路３２とを切り替える途中の回動位置まで回動しており、ロータリダンパ３５の閉止壁部３６とケーシング側シール部５０との間には隙間５２が形成されている。また、デフベント切替ダンパ５５はベント側開口部５７を全閉にするまで回動し、さらに、温度調節ダンパ２７は第１開口部２４と第２開口部２５との中間位置まで回動している。

このデフフットモードでは、導風通路２０を流れる一部の空気が加熱通路２１に流入して再加熱され、この加熱通路２１の空気と上記導風通路２０の残りの空気とがエアミックス空間２９に流入して混合される。このエアミックス空間２９の調和空気の約半分は、主にエアミックス空間２９の前側から第１通路３１に流入し、残りはロータリダンパ３５の閉止壁部３６の下側から第２通路３２へ流入する。この際、第２通路３２の上流端は加熱通路２１の下流端に近接しているので、第２通路３２に流入する空気は、第１通路３１へ流入する空気よりも温度が高くなる。

また、このモードでは、エアミックス空間２９から第２通路３２へ流入した空気が上記隙間５２を介してエアミックス空間２９の第１通路３１側へ流れるようになる。このエアミックス空間２９へ流れた第２通路３２の空気は上記の如く温度が比較的高いため、上記エアミックス空間２９の第１通路３１側の空気と混合すると、該第１通路３１側の空気の温度は上昇し、この空気が第１通路３１へ流入する。

そして、第１通路３１へ流入した調和空気は、デフロスタ口１２及びデフロスタダクトを介してデフロスタノズルからフロントウインド内面に向けて吹き出す。さらに、第２通路３２へ流入した空気は、フット口１４を介してフットダクトから乗員の足下に吹き出す。この際、第２通路３２へ流入する空気の温度は、第１通路３１へ流入する空気の温度よりも高いので、乗員が足下に冷たさを感じることはない。また、第２通路３２の空気をエアミックス空間２９の空気と混合させてから第１通路３１へ流入させるようにしているので、デフロスタノズルから吹き出す空気の温度と、フットダクトから吹き出す空気の温度の差が適切な範囲に収まる。さらに、上記のように第１通路３１へ流入する空気の温度が高まるので、フロントウインド内面の曇りを素早く晴らすことが可能となる。

図３（ａ）は、空気をインストルメントパネルのベントノズル及びフットダクトへ供給するバイレベルモードが選択された場合を示す。このバイレベルモードでは、ロータリダンパ３５は、上記デフフットモードと同様に第１通路３１と第２通路３２とを切り替える途中の回動位置まで回動しており、ロータリダンパ３５の閉止壁部３６とケーシング側シール部５０との間には隙間５２が形成されている。また、デフベント切替ダンパ５５はデフロスタ側開口部５６を全閉にするまで回動し、さらに、温度調節ダンパ２７は第１開口部２４と第２開口部２５との中間位置まで回動している。

このバイレベルモードでは、上記デフフットモードと同様に、エアミックス空間２９の調和空気の約半分が第１通路３１へ流入し、残りが第２通路３２へ流入する。この際、第２通路３２へは温度が比較的高い空気が流入するようになる。

また、このモードでは、エアミックス空間２９から第２通路３２へ流入した空気が、上記隙間５２を介してエアミックス空間２９の第１通路３１側へ流れて該第１通路３１側の空気と混合し、このことで温度が上昇した空気が第１通路３１へ流入する。

そして、第１通路３１へ流入した空気は、ベント口１３及びベントダクトを介してベントノズルから乗員の顔や胸に吹き出し、また、第２通路３２へ流入した空気は、フット口１４を介してフットダクトから乗員の足下に吹き出す。この際、第２通路３２へ流入する空気の温度は比較的高いので、乗員が足下に冷たさを感じることはない。また、第２通路３２の空気をエアミックス空間２９に流すようにしているので、ベントノズルから吹き出す空気の温度と、フットダクトから吹き出す空気の温度の差が適切な範囲に収まる。

また、乗員が車両から離れた状態で空調装置１を所定時刻に始動させたい場合には、始動タイマ１０７をセットする。例えば、午前７時に空調装置１を始動させるように始動タイマ１０７がセットされていると、空調装置１は、始動開始時刻の１０分前の午前６時５０分に、冷媒加熱器１０２に電流の供給を開始し、冷媒を予め加熱する。そして、空調装置１の作動開始時刻になると、コンプレッサ１００のモーター１００ａ及びファンモーター５ａを回転させる。これにより、暖房の即効性が得られる。

また、制御装置１０６は、外気温センサ１０８で得られた車室外の気温が例えば５℃よりも低い場合には、冷媒加熱器１０２に供給する電流値を高めて冷媒の温度をより一層上昇させる。一方、車室外の気温が５℃以上の場合には、それほど強い暖房が必要ないので、冷媒加熱器１０２に供給する電流値を低める。

また、車両のエンジンが停止した状態において、制御装置１０６は、バッテリ残量検出センサ１０９で得られたバッテリ残量が上記した所定値よりも少ない場合には、冷媒加熱器１０２に供給する電流値を低くしてバッテリ１１０の消耗を抑制する。バッテリ１１０が減りすぎる前に冷媒加熱器１０２への電流を停止するようにしている。

次に、図示しないが、上記のように構成された寒冷地仕様の車両用空調装置１を寒冷地以外の他地域仕様にする場合について説明する。この場合、上流側熱交換器１０及び下流側熱交換器１１を冷却用熱交換器及び加熱用熱交換器にそれぞれ置き換える。すなわち、上流側熱交換器１０と同じ形状のエバポレータをケーシング３の導風通路２０における上流側熱交換器１０の配設部位に配設し、また、下流側熱交換器１１と同じ形状のヒータコアをケーシング３の加熱通路２１における下流側熱交換器１１の配設部位に配設する。従って、ケーシング３には、大きな構造変更は不要である。

以上説明したように、この実施形態に係る車両用空調装置１によれば、コンプレッサ１００の冷媒吐出側に接続される下流側熱交換器１１と、下流側熱交換器１１の冷媒出口側に接続される上流側熱交換器１０とをケーシング３の空気流路Ｒに空気流れ方向に並べて配設したので、ケーシング３内で高温の空気を効果的に生成でき、十分な暖房能力を得ることができる。また、ケーシング３には、上流側及び下流側熱交換器１０、１１の代わりにエバポレータやヒータコアを配設することも可能になるので、仕向地に応じてケーシング３を大きく構造変更せずに済み、コストを低減できる。

また、上流側熱交換器１０を流れる空気量と下流側熱交換器１１を流れる空気量とを変更する温度調節ダンパ２７をケーシング３に配設したことで、より快適な暖房を実現できる。

また、空調装置１の運転が開始される所定時間前に冷媒加熱器１０２を作動させるようにしたので、暖房の即効性を得ることができ、乗員の快適性をより一層高めることができる。

また、外気温度に基づいて冷媒加熱器１０２による加熱量を変更できるので、必要時には高い暖房能力を確保して快適性を高めながら、高い暖房能力が必要でない場合に無駄なエネルギの消費を抑制できる。

また、バッテリ残量を考慮して冷媒加熱器１０２を制御するようにしたので、冷媒加熱器１０２を電気式ヒーターとしてシンプルな構成としながら、バッテリ上がりを回避でき、車両の走行に支障をきたす虞れをなくすことができる。

尚、上記実施形態では、送風ファン５を上流側及び下流側熱交換器１０、１１と同じケーシング３に収容するようにしているが、ケーシング３には上流側及び下流側熱交換器１０、１１を収容する一方、送風ファンを別のケーシング（図示せず）に収容するように構成してもよい。

また、上記実施形態では、ヒートポンプの冷媒加熱器１０２を電気式ヒーターで構成したが、これに限らず、温水による加熱器、車両エンジンの排気ガスによる加熱器、大気から吸熱する吸熱器であってもよい。

以上説明したように、本発明に係る車両用空調装置は、例えば、自動車に搭載するのに適している。

実施形態に係る車両用空調装置の概略構造を示すブロック図である。 車両用空調装置の内部構造を示す断面図である。 （ａ）はデフロスタモードにある場合の図２相当図であり、（ｂ）はデフフットモードにある場合の図２相当図である。 （ａ）はバイレベルモードにある場合の図２相当図であり、（ｂ）はヒートモードにある場合の図２相当図である。

１ 車両用空調装置
１０ 上流側熱交換器（第２熱交換器）
１１ 下流側熱交換器（第１熱交換器）
１２ デフロスタ口（導出口）
１３ ベント口（導出口）
１４ フット口（導出口）
１９ 吸込口（導入口）
２７ 温度調節ダンパ
１００ コンプレッサ
１０１ 減圧弁装置
１０２ 冷媒加熱器
１０６ 制御装置
１０７ 始動タイマ（運転開始予告情報送出装置）
１０８ 外気温センサ（外気温度検出部）
１０９ バッテリ残量検出センサ（バッテリ残量検出部）
Ｒ 空気流路

Claims (3)

1. 車両用空調装置において、
   冷媒を圧縮するコンプレッサと、
   上記コンプレッサの冷媒吐出側に接続され、冷媒と外部空気とを熱交換させる第１熱交換器と、
   上記第１熱交換器の冷媒出口側に接続され、冷媒と外部空気とを熱交換させる第２熱交換器と、
   上記第２熱交換器の冷媒出口側に接続され、冷媒を減圧する減圧弁装置と、
   上記減圧弁装置の冷媒出口側及び上記コンプレッサの冷媒吸入側に接続され、上記減圧弁装置から流出した冷媒を加熱する冷媒加熱器と、
   上記第１及び第２熱交換器を収容するケーシングと、
   上記冷媒加熱器及び上記コンプレッサを制御する制御装置と、
   上記空調装置の運転開始予告情報を送出する運転開始予告情報送出装置とを備え、
   上記ケーシングには、該ケーシング内に空気を導入するための導入口、該ケーシング内の空気を導出させるための導出口及び該導入口から該導出口まで延びる空気流路が形成されるとともに、該空気流路に空調用空気を導入するための送風ファンが設けられ、該送風ファンは上記制御装置により制御され、
   上記第１及び第２熱交換器は上記空気流路内に配設され、
   上記第１熱交換器は上記第２熱交換器よりも空気流れ下流側に位置付けられ、
   上記ケーシングの空気流路には、上記第１熱交換器を流れる空気量と上記第２熱交換器を流れる空気量との少なくとも一方を変更する温度調節ダンパが配設され、
   上記制御装置は、上記運転開始予告情報送出装置から送出される運転開始予告情報に基づいて、上記空調装置の運転が開始される所定時間前に上記送風ファン及び上記コンプレッサを停止させた状態で上記冷媒加熱器を作動させ、その後、上記送風ファン及び上記コンプレッサを作動させることを特徴とする車両用空調装置。
2. 請求項１に記載の車両用空調装置において、
   車室外の気温を検出する外気温度検出部とを備え、
   上記制御装置は、上記外気温度検出部から出力される外気温度に基づいて、外気温度が所定値よりも低い場合に所定値以上の場合に比べて上記冷媒加熱器の加熱量を増大させることを特徴とする車両用空調装置。
3. 請求項１または２に記載の車両用空調装置において、
   車両に搭載されたバッテリの残量を検出するバッテリ残量検出部を備え、
   冷媒加熱器は、上記バッテリに接続された電気式ヒーターで構成され、
   制御装置は、上記バッテリ残量検出部から出力されるバッテリ残量に基づいて、バッテリ残量が所定値よりも少ない場合に所定値以上の場合に比べて上記冷媒加熱器の加熱量を減少させることを特徴とする車両用空調装置。

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