JP6298537B2 - 車両用のヒートポンプシステム - Google Patents
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Description
図1に示すように、通常の車両用のエアコンシステムは、冷媒を圧縮して送出する圧縮機1と、圧縮機1から送出される高圧の冷媒を凝縮する凝縮器2と、凝縮器2において凝縮されて液化された冷媒を膨張させる、例えば、膨張弁3と、前記膨張弁3により膨張された低圧の液相冷媒を、車両室内に向かって送風される空気と熱交換させて蒸発させることにより冷媒の気化潜熱による吸熱作用により室内に吐き出される空気を冷却させる蒸発器4と、が冷媒パイプにより接続される冷凍サイクルにより構成され、下記のような冷媒循環過程によって自動車の室内を冷房する。
また、車両の室内の暖房は、前記空調ケースの内部に配設されてエンジン冷却水が循環するヒータコア(図示せず)を用いて行うか、又は、前記空調ケースの内部に配設される電気加熱式ヒータ(図示せず)を用いて行う。
一方凝縮器2は、車両の前方側に配設されて空気との熱交換を行いながら放熱を行う。
また、前記冷風通路11及び温風通路12それぞれの入口側には、各々が独立して作動するブロワ20が配設される。
暖房モード時には、温風通路12の凝縮器2を通過しながら加熱された温風が、前記空気吐出口15を介して車室内に吐出されて暖房を行い、このとき、前記冷風通路11の蒸発器4を通過しながら冷却された冷風は、空気放出口16を介して車室外に排出される。
本発明による車両用のヒートポンプシステムは、圧縮機101→凝縮器102→膨張手段及び蒸発器104を冷媒循環ラインPを用いて接続して、蒸発器104を用いて冷房を行い、凝縮器102を用いて暖房を行うものである。
凝縮器102は、圧縮機101から吐出されて凝縮器102の内部を流動する高温高圧の気相冷媒と凝縮器102を通過する空気とを相互に熱交換させ、この過程において冷媒は凝縮されて液体に変化し、空気は加熱されて温風に変化する。
このため、圧縮機101から排出された高温高圧の気相冷媒が前記千鳥状の冷媒循環ライン又は複数のチューブに沿って流動しながら空気と熱交換されて凝縮され、このとき、凝縮器102を通過する空気は加熱されて温風に変化する。
膨張手段としては、膨張弁又はオリフィス構造が用いられる。
蒸発器104は、膨張手段から排出されて流動する低圧の液相冷媒を空調ケース110内の空気と熱交換させて蒸発させることにより、冷媒の蒸発潜熱による吸熱作用を用いて空気を冷却する。
また、上記した冷媒循環過程において、車両の室内の冷房は、送風装置130から送風される空気が空調ケース110内に流入して蒸発器104を通過しながら蒸発器104の内部を循環する液相冷媒の蒸発潜熱により冷却されて冷たくなった状態で車両の室内に吐き出されることにより行われ、
車両の室内の暖房は、送風装置130から送風される空気が空調ケース110内に流入して凝縮器102を通過しながら凝縮器102の内部を循環する高温高圧の気相冷媒の放熱により加熱されて熱くなった状態で車両の室内に吐き出されることにより行われる。
即ち、仕切り壁113は、空調ケース110の内部を上下に仕切るように形成される。
更にまた、冷風通路111には蒸発器104が配設され、温風通路112には凝縮器102が配設されるが、冷風通路111及び温風通路112の上下の配置構造により、蒸発器104及び凝縮器102も上下に配置される。
一方、冷風通路111に配設される蒸発器104及び温風通路112に配設される凝縮器102は、それぞれ水平に横たわるように配設されるが、このとき、蒸発器104及び凝縮器102は、仕切り壁113と平行に配設されてもよいが、同図に示すように、仕切り壁113に対して所定の角度だけ傾くように配設されることが好ましい。
このとき、バイパス通路114の一方の側には、バイパス通路114を開閉するバイパス扉115が配設される。
このため、バイパス扉115がバイパス通路114を閉じた状態で、冷房モード時には、冷風通路111を流動しながら蒸発器104により冷却された冷風が車室内に供給されて冷房を行い、暖房モード時には、温風通路112を流動しながら凝縮器102により加熱された温風が車室内に供給されて暖房を行う。
また、凝縮器102は、温風通路112内の空気の流動方向に、且つバイパス通路114よりも上流側に配設される。これにより、凝縮器102を通過しながら加熱された温風がバイパス通路114を介して蒸発器104に向かって供給される。
更に、空調ケース110の入口側には、冷風通路111及び温風通路112に空気を送風する送風装置130が配設される。
第1ブロワ130a及び第2ブロワ130bは、車両の幅方向に互いに離隔されて向かい合うように配置される。
第2ブロワ130bは、空調ケース110の温風通路112の入口112a側につながるように吐出口138を有するスクロールケース135と、スクロールケース135の内部に回転自在に配設される送風ファン136と、スクロールケース135の一方の面に形成されて内外気が流入するインレットリング135aと、スクロールケース135の他方の面に配設されて送風ファン136を回転させるモータ137と、を備える。
第1ブロワ130a及び第2ブロワ130bは、それぞれのモータ133、137の回転軸が同じ方向になるように配設される。
また、第1ブロワ130aのインレットリング131a、及び第2ブロワ130bのインレットリング135aは、向かい合うように形成される。
即ち、冷風通路111内の蒸発器104に比べて温風通路112内の凝縮器102の放熱容量の方が大きいため、温風通路112に向かって空気を供給する第2ブロワ130bのモータ137の容量を、第1ブロワ130aのモータ133の容量よりも大きくすることが好ましい。
加えて、第1ブロワ130a及び第2ブロワ130bは、第1ブロワ130aの吐出口134及び第2ブロワ130bの吐出口138が互い違いに配置される。
このとき、第1ブロワ130aの吐出口134及び第2ブロワ130bの吐出口138は、上下に互い違いに配置される。
また、第1ブロワ130aの吐出口134及び第2ブロワ130bの吐出口138が上下に互い違いに配置された場合、第1ブロワ130a及び第2ブロワ130bはそれぞれのスクロールケース131、135のスクロールの方向が反対になるように配設される。
更に、第2ブロワ130bのスクロールケース135は、スクロールの方向が反時計回り方向に形成されてスクロールケース135内においても反時計回り方向に空気が流動した後に温風通路112に送風される。
即ち、取り込みダクト140は、第1ブロワ130aと第2ブロワ130bとの間に一つのみが配設され、第1及び第2ブロワ130a、130bが一つの取り込みダクト140を共用する。
第1内外気切換え扉147はドーム状に第1ブロワ130aの一方の側に配置され、第2内外気切換え扉148もドーム状に第2ブロワ130bの一方の側に配置される。
第1内外気切換え扉147及び第2内外気切換え扉148としては、ドーム状扉に加えて、フラット扉(センターピボットフラット扉若しくはエンドピボットフラット扉)、引き違い扉など種々の扉が挙げられる。
また、取り込みダクト140の内部には、外気流入口141と第1ブロワ130aとを連通させる第1外気流入通路143及び内気流入口142と第1ブロワ130aとを連通させる第1内気流入通路144と、外気流入口141と第2ブロワ130bとを連通させる第2外気流入通路145及び内気流入口142と第2ブロワ130bとを連通させる第2内気流入通路146が形成される。
一方、取り込みダクト140の外気流入口141は車両の外部と連通され、取り込みダクト140の内気流入口142は車両の室内と連通される。
また、外気流入口141及び内気流入口142には、それぞれエアフィルタ141a、142aが配設されて、外気流入口141及び内気流入口142に流入する空気中に含まれている不純物を取り除く。
冷風モード扉120及び温風モード扉121は、ドーム状に形成される。一方、図15に示す実施形態においては、冷風モード扉120及び温風モード扉121が引き違い扉である。
車両用のヒートポンプシステムの他の実施形態において、冷風通路111及び温風通路112は、空調ケース110の内部に、且つ、車両の幅方向(左右方向)に配置される。即ち、第1及び第2ブロワ130a、130bの送風ファン132、136の軸方向に冷風通路111及び温風通路112が配置される。
このため、圧縮機101から排出された気相冷媒が第1凝縮器102aにおいて凝縮された後、第2凝縮器102bにおいて再び凝縮される。
また、第1凝縮器102a及び第2凝縮器102bは、バイパス通路114を間に挟んで所定の角度だけ拡開されるように配設されて、第2凝縮器102bを通過しながら加熱された温風の一部がバイパス通路114に流動し、残りの温風は第1凝縮器102aに流動する。
合流空間部116は、冷風吐出口111bと温風吐出口112bとを連通するように形成されて、冷風吐出口111bを通過した冷風及び温風吐出口112bを通過した温風が合流されるため、車室内に吐き出される空気の温度が適切に調節される。
吐出モード扉118は、引き違い扉であり、円弧状の扉プレート118aと、扉プレート118aと歯合されて扉プレート118aをスライドさせるギアシャフト(図示せず)と、を備える。
複数の空気吐出口は、車両の前面ガラス窓に向かって風を吐き出すデフロストベント117aと、搭乗者の顔に向かって風を吐き出すフェースベント117bと、搭乗者の足に向かって風を吐き出すフロアベント117cと、を備える。
まず、圧縮機101において圧縮されて排出される高温高圧の気相冷媒は、凝縮器102に流入する。
凝縮器102から排出された液相冷媒は、前記膨張手段に流入して断熱膨張される。
次いで、蒸発器104から排出された低温低圧の冷媒は、圧縮機101に流入した後に、上述した冷凍サイクルを再循環する。
イ.冷房モード
図10に示すように、冷房モード時には、冷風モード扉120が冷風吐出口111bを開くように作動し、温風モード扉121は、温風放出口119bを開くように作動する。
このため、第1及び第2ブロワ130a、130bが作動すると、取り込みダクト140に流入する内気又は外気が第1又は第2ブロワ130a、130bに吸い込まれた後、冷風通路111又は温風通路112にそれぞれ供給される。
このとき、温風通路112に供給された空気は、凝縮器102を通過しながら加熱された後に温風放出口119bを介して車室外に排出される。
一方、図13乃至図15に示すように、合流空間部116及び複数の空気吐出口が配設された場合には、吐出モード扉118を用いて種々の空気吐出モードを実現して車室内の特定の位置に空気を供給する。
図11に示すように、暖房モード時には、温風モード扉121が温風吐出口112bを開くように作動し、冷風モード扉120は冷風放出口119aを開くように作動する。
また、内気流入モード又は外気流入モードに応じて第1及び第2内外気切換え扉147、148が作動して第1及び第2ブロワ130a、130bに向かって内気や外気を選択的に供給する。
温風通路112に供給される空気は、凝縮器102を通過しながら加熱された後、温風吐出口112bを介して車室内に吐き出されて暖房を行う。
一方、図13乃至図15に示すように、合流空間部116及び複数の空気吐出口が配設された場合には、吐出モード扉118を用いて種々の空気吐出モードを実現して車室内の特定の位置に空気を供給する。
図12に示すように、極低温環境のように外気の温度が低い条件下での暖房モード時には、温風モード扉121が温風吐出口112bを開くように作動し、冷風モード扉120は冷風放出口119aを開くように作動する。
また、バイパス扉115がバイパス通路114を開くように作動する。
更に、内気流入モード又は外気流入モードに応じて第1及び第2内外気切換え扉147、148が作動して第1及び第2ブロワ130a、130bに向かって内気や外気を選択的に供給する。
温風通路112に供給される空気は、凝縮器102を通過しながら加熱された後、温風吐出口112bを介して車室内に吐き出されて暖房を行う。
また、温風通路112の凝縮器102を通過しながら加熱された温風の一部は、バイパス通路114を介して冷風通路111に向かってバイパスされて蒸発器104に向かって供給されることにより、蒸発器104に向かって流入する風量を増大させ、超低温の環境下でも蒸発器104に流入する空気の温度が上がり、これにより、システム内の冷媒の温度及び圧力が上がって車室内に吐き出される空気の温度が高くなる結果、暖房性能が向上する。
Claims (16)
- 圧縮機と、凝縮器(102)と、膨張手段と、蒸発器(104)と、が冷媒循環ラインにより連結されてなる車両用のヒートポンプシステムにおいて、
冷風通路(111)及び温風通路(112)が内部を仕切る仕切り壁(113)により仕切られて形成され、前記冷風通路(111)には前記蒸発器(104)が配設され、前記温風通路(112)には前記凝縮器(102)が配設された空調ケース(110)と、
前記空調ケース(110)の冷風通路(111)の入口(111a)側に配設されて前記冷風通路(111)に向かって空気を送風する第1ブロワ(130a)と、
前記空調ケース(110)の温風通路(112)の入口(112a)側に配設されて前記温風通路(112)に向かって空気を送風する第2ブロワ(130b)と、
前記第1ブロワ(130a)と前記第2ブロワ(130b)との間に連通するように配設されて、前記第1及び第2ブロワ(130a、130b)にそれぞれに内気及び外気を供給する取り込みダクト(140)と、を備え、
前記第1ブロワ(130a)及び前記第2ブロワ(130b)は、相互に離隔し対向するように車幅方向に配置され、
前記取り込みダクト(140)は、前記第1ブロワ(130a)と前記第2ブロワ(130b)との間に一つが配設されて、前記第1ブロワ(130a)と前記第2ブロワ(130b)とが一つの前記取り込みダクト(140)を共用するようにしたことを特徴とする車両用のヒートポンプシステム。 - 圧縮機と、凝縮器(102)と、膨張手段と、蒸発器(104)と、が冷媒循環ラインにより連結されてなる車両用のヒートポンプシステムにおいて、
冷風通路(111)及び温風通路(112)が内部を仕切る仕切り壁(113)により仕切られて形成され、前記冷風通路(111)には前記蒸発器(104)が配設され、前記温風通路(112)には前記凝縮器(102)が配設された空調ケース(110)と、
前記空調ケース(110)の冷風通路(111)の入口(111a)側に配設されて前記冷風通路(111)に向かって空気を送風する第1ブロワ(130a)と、
前記空調ケース(110)の温風通路(112)の入口(112a)側に配設されて前記温風通路(112)に向かって空気を送風する第2ブロワ(130b)と、
前記第1ブロワ(130a)と前記第2ブロワ(130b)との間に連通するように配設されて、前記第1及び第2ブロワ(130a、130b)にそれぞれに内気及び外気を供給する取り込みダクト(140)と、を備え、
前記仕切り壁(113)には、前記温風通路(112)内の凝縮器(102)を通過した温風の一部を前記冷風通路(111)側にバイパスさせるバイパス通路(114)が貫設され、
前記バイパス通路(114)の一方の側には、前記バイパス通路(114)を開閉するバイパス扉(115)が配設されることを特徴とする車両用のヒートポンプシステム。 - 圧縮機と、凝縮器(102)と、膨張手段と、蒸発器(104)と、が冷媒循環ラインにより連結されてなる車両用のヒートポンプシステムにおいて、
冷風通路(111)及び温風通路(112)が内部を仕切る仕切り壁(113)により仕切られて形成され、前記冷風通路(111)には前記蒸発器(104)が配設され、前記温風通路(112)には前記凝縮器(102)が配設された空調ケース(110)と、
前記空調ケース(110)の冷風通路(111)の入口(111a)側に配設されて前記冷風通路(111)に向かって空気を送風する第1ブロワ(130a)と、
前記空調ケース(110)の温風通路(112)の入口(112a)側に配設されて前記温風通路(112)に向かって空気を送風する第2ブロワ(130b)と、
前記第1ブロワ(130a)と前記第2ブロワ(130b)との間に連通するように配設されて、前記第1及び第2ブロワ(130a、130b)にそれぞれに内気及び外気を供給する取り込みダクト(140)と、を備え、
前記空調ケース(110)の冷風通路(111)の出口側には、前記蒸発器(104)を通過した冷風を車室内に吐き出す冷風吐出口(111b)及び車室外に放出する冷風放出口(119a)と、前記冷風吐出口(111b)及び前記冷風放出口(119a)を開閉する冷風モード扉(120)と、が配設され、
前記空調ケース(110)の温風通路(112)の出口側には、前記凝縮器(102)を通過した温風を車室内に吐き出す温風吐出口(112b)及び車室外に放出する温風放出口(119b)と、前記温風吐出口(112b)及び前記温風放出口(119b)を開閉する温風モード扉(121)と、が配設されることを特徴とする車両用のヒートポンプシステム。 - 圧縮機と、凝縮器(102)と、膨張手段と、蒸発器(104)と、が冷媒循環ラインにより連結されてなる車両用のヒートポンプシステムにおいて、
冷風通路(111)及び温風通路(112)が内部を仕切る仕切り壁(113)により仕切られて形成され、前記冷風通路(111)には前記蒸発器(104)が配設され、前記温風通路(112)には前記凝縮器(102)が配設された空調ケース(110)と、
前記空調ケース(110)の冷風通路(111)の入口(111a)側に配設されて前記冷風通路(111)に向かって空気を送風する第1ブロワ(130a)と、
前記空調ケース(110)の温風通路(112)の入口(112a)側に配設されて前記温風通路(112)に向かって空気を送風する第2ブロワ(130b)と、
前記第1ブロワ(130a)と前記第2ブロワ(130b)との間に連通するように配設されて、前記第1及び第2ブロワ(130a、130b)にそれぞれに内気及び外気を供給する取り込みダクト(140)と、を備え、
前記第1ブロワ(130a)及び前記第2ブロワ(130b)は、前記空調ケース(110)の冷風通路(111)の入口(111a)側に連絡される第1ブロワ(130a)の吐出口(134)と、前記空調ケース(110)の温風通路(112)の入口(112a)側に連絡される前記第2ブロワ(130b)の吐出口(138)と、が互い違いに配置されることを特徴とする車両用のヒートポンプシステム。 - 前記取り込みダクト(140)は、
外気を流入させる外気流入口(141)と、
内気を流入させる内気流入口(142)と、
前記内気流入口(142)と前記外気流入口(141)との間にそれぞれ配設され、前記第1ブロワ(130a)に対して前記内気流入口(142)及び前記外気流入口(141)を選択的に開く第1内外気切換え扉(147)と、
前記第2ブロワ(130b)に対して前記内気流入口(142)及び前記外気流入口(141)を選択的に開く第2内外気切換え扉(148)と、を備えることを特徴とする請求項1に記載の車両用のヒートポンプシステム。 - 前記取り込みダクト(140)の内部には、前記外気流入口(141)と前記第1ブロワ(130a)とを連通させる第1外気流入通路(143)及び前記内気流入口(142)と前記第1ブロワ(130a)とを連通させる第1内気流入通路(144)、前記外気流入口(141)と前記第2ブロワ(130b)とを連通させる第2外気流入通路(145)、及び前記内気流入口(142)と前記第2ブロワ(130b)とを連通させる第2内気流入通路(146)が形成され、
前記第1内外気切換え扉(147)は、前記第1外気流入通路(143)及び前記第1内気流入通路(144)を開閉するように配設され、
前記第2内外気切換え扉(148)は、前記第2外気流入通路(145)及び前記第2内気流入通路(146)を開閉するように配設されることを特徴とする請求項5に記載の車両用のヒートポンプシステム。 - 前記空調ケース(110)には、前記取り込みダクト(140)の内気流入口(142)及び車両の室内を連絡させる内気流入ダクト(142a)が配設されることを特徴とする請求項5に記載の車両用のヒートポンプシステム。
- 前記第1ブロワ(130a)は、前記空調ケース(110)の冷風通路(111)の入口(111a)側につながるスクロールケース(131)と、前記スクロールケース(131)の内部に回転自在に配設される送風ファン(132)と、前記スクロールケース(131)の一方の面に形成されて取り込みダクト(140)から内外気が流入するインレットリング(131a)と、前記スクロールケース(131)の他方の面に配設されて前記送風ファン(132)を回転させるモータ(133)と、を備え、
前記第2ブロワ(130b)は、前記空調ケース(110)の温風通路(112)の入口(112a)側につながるスクロールケース(135)と、前記スクロールケース(135)の内部に回転自在に配設される送風ファン(136)と、前記スクロールケース(135)の一方の面に形成されて取り込みダクト(140)から内外気が流入するインレットリング(135a)と、前記スクロールケース(135)の他方の面に配設されて前記送風ファン(136)を回転させるモータ(137)と、を備えることを特徴とする請求項5に記載の車両用のヒートポンプシステム。 - 前記第2ブロワ(130b)のモータ(137)の容量は、前記第1ブロワ(130a)のモータ(133)容量よりも大きいことを特徴とする請求項8に記載の車両用のヒートポンプシステム。
- 前記第1内外気切換え扉(147)の回転軸は、前記第1ブロワ(130a)のモータ(133)の回転軸と直角の方向に配置され、前記第2内外気切換え扉(148)の回転軸は、前記第2ブロワ(130b)のモータ(137)の回転軸と直角の方向に配置されることを特徴とする請求項8に記載の車両用のヒートポンプシステム。
- 前記第1ブロワ(130a)及び前記第2ブロワ(130b)は、それぞれのスクロールケース(131、135)のスクロール方向が反対になるように配設されることを特徴とする請求項8に記載の車両用のヒートポンプシステム。
- 前記凝縮器(102)は、前記温風通路(112)内における空気の流動方向に、且つ、前記バイパス通路(114)よりも下流側に配設される第1凝縮器(102a)と、前記バイパス通路(114)よりも上流側に配設される第2凝縮器(102b)と、を備えることを特徴とする請求項2に記載の車両用のヒートポンプシステム。
- 前記空調ケース(110)の冷風吐出口(111b)及び温風吐出口(112b)側には、前記冷風吐出口(111b)を通過した冷風及び前記温風吐出口(112b)を通過した温風が合流される合流空間部(116)が形成され、
前記合流空間部(116)の一方の側には、前記合流空間部(116)内の空気を車室内に吐き出す複数の空気吐出口及び複数の前記空気吐出口の開度を調節する吐出モード扉(118)が配設されることを特徴とする請求項3に記載の車両用のヒートポンプシステム。 - 前記第1ブロワ(130a)及び前記第2ブロワ(130b)は、車両の幅方向に配置され、
前記仕切り壁(113)は、前記空調ケース(110)の内部を上下に仕切り、
前記冷風通路(111)は、前記仕切り壁(113)を基準として上方に配置され、前記温風通路(112)は、前記仕切り壁(113)を基準として下方に配置されることを特徴とする請求項4に記載の車両用のヒートポンプシステム。 - 前記第1ブロワ(130a)の吐出口(134)及び前記第2ブロワ(130b)の吐出口(138)は、上下に互い違いに配置されることを特徴とする請求項14に記載の車両用のヒートポンプシステム。
- 前記外気流入口(141)及び前記内気流入口(142)には、それぞれエアフィルタ(141a、142a)が配設されることを特徴とする請求項5に記載の車両用のヒートポンプシステム。
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