JPH05223357A - 空調装置 - Google Patents

空調装置

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JPH05223357A
JPH05223357A JP4116325A JP11632592A JPH05223357A JP H05223357 A JPH05223357 A JP H05223357A JP 4116325 A JP4116325 A JP 4116325A JP 11632592 A JP11632592 A JP 11632592A JP H05223357 A JPH05223357 A JP H05223357A
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    • F25B2400/0411—Refrigeration circuit bypassing means for the expansion valve or capillary tube

Abstract

(57)【要約】 【目的】 冷凍サイクル中の高温高圧ガス冷媒（ホット
ガス）を用いた急速暖房が可能な簡易な補助暖房装置を
もつ空調装置を提供する。 【構成】 内燃機関１の冷却温水を利用した温水ヒータ
３を主暖房装置とし、冷凍サイクル中のホットガスを利
用した熱交換器１４を補助暖房装置とする。冷凍サイク
ルを構成する冷媒回路には、圧縮機１０の吐出側に接続
されるコンデンサ１１と、圧縮機１０の吸入側に接続さ
れる熱交換器１４が設けられる。そして、圧縮機１０と
コンデンサ１１を結ぶ経路に開閉弁１８ａが設けられ、
この開閉弁１８ａからコンデンサ１１を迂回するバイパ
ス管２０は、第２の減圧装置２２が備えられ、コンデン
サ１１と熱交換器１４とを結ぶ経路に接続される。暖房
時、圧縮機１０のなす圧縮仕事がホットガスのもつ熱量
となって熱交換器１４で放熱される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、空調装置に関するもの
で、特に車両に搭載される空調装置に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】従来より、特公昭５７−４７８２９号公
報に示されるように、冷凍サイクルにおける冷媒回路中
の高温高圧のガス冷媒（ホットガス）を用いて蒸発器を
除霜する装置が知られている。この装置は、冷却運転時
に蒸発器が着霜により閉塞した場合に除霜運転に切り換
え、蒸発器の霜を溶かし、冷媒をガス状態のままアキュ
ムレータを経て圧縮機に戻すサイクルを形成する。
【０００３】また一般に従来の車両に搭載される空調装
置としては、車両走行用の内燃機関の冷却温水のもつ排
熱を利用した温水ヒータが用いられ、例えば図９に示す
ように、内燃機関１の冷却温水を配管２により温水ヒー
タ３のヒータコア３ａに導入し、ヒータコア３ａで放熱
した冷却温水を配管４により内燃機関１に戻すようにし
ている。この温水ヒータ３は、車室内に導く空気の流れ
に対し、冷房装置を構成する熱交換器１４としてのエバ
ポレータの下流側に設けられている。
【０００４】このような温水ヒータを主暖房装置にする
従来の空調装置では、この主暖房装置の暖房能力を補足
するための補助暖房装置として、電気ヒータ、燃焼ヒー
タ、ヒートポンプ等が用いたものが公知である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の空調装置によると、前記特公昭５７−４７８
２９号公報に示されるものは、冷却運転時の着霜を高温
のガスにより除霜する装置であって、暖房時の暖房能力
をアップするものではない。また、車両走行用の内燃機
関の冷却温水のもつ排熱を熱源に利用した暖房装置は、
内燃機関の低温始動時に冷却水温度が低いことから、こ
の冷却水を熱源にする温水ヒータの立ち上がりが悪いと
いう問題がある。
【０００６】さらに、前述のように電気ヒータ、燃焼ヒ
ータ、ヒートポンプを補助暖房装置に併用した空調装置
では、内燃機関の低温始動時に前述のように温水ヒータ
の立ち上がりが悪いという問題があるうえ、電気ヒー
タを併用するものは電力不足が生じやすい問題があり、
燃焼ヒータを併用するものは安全性が低下しやすい問
題があり、ヒートポンプを併用するものは寒冷地での
使用が不能になる等の問題がある。
【０００７】本発明は、このような問題点を解決するた
めになされたもので、温水ヒータ等の主暖房装置に加
え、冷凍サイクル中の高温高圧ガス冷媒（ホットガス）
を用いることで、暖房能力を向上した簡易な空調装置を
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】前記目的を達成するため
の本発明による空調装置は、主暖房装置を備えた空調装
置であって、冷媒圧縮機と、この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
続される熱交換器であって、この熱交換器を流通する空
気流路と前記主暖房装置で加熱される空気流路とが少な
くとも一部一致するように前記主暖房装置に対し直列に
設けられる熱交換器と、前記冷媒圧縮機と前記コンデン
サとを結ぶ経路に設けられる開閉弁と、前記コンデンサ
を迂回して前記開閉弁の入口側から前記コンデンサと前
記熱交換器とを結ぶ経路に接続されるバイパス管と、前
記バイパス管に設けられる減圧装置とを備えたことを特
徴とする。
【０００９】
【作用】本発明の空調装置によると、例えば内燃機関の
低温始動の際の暖房時、例えば図２に示すように、空調
装置の圧縮機のなす圧縮仕事が熱仕事となって減圧装置
を経てエバポレータとしての熱交換器で放熱される。し
たがって、空調装置のエバポレータの放熱量が温水ヒー
タの放熱量に加えられるので、発熱量が増大し、暖房能
力がアップする。また、圧縮機に仕事を与える内燃機関
は、その排熱が内燃機関の冷却温水に伝達されるから、
その冷却温水の流れるヒータコアからの放熱量が増加す
る。このため、急速暖房が可能になり、暖房能力がアッ
プする。
【００１０】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面にもとづいて説
明する。車両用空調装置に本発明を適用した第１実施例
の冷媒回路を図１に示す。車両に搭載した内燃機関１の
ウォータジャケット内に連通する冷却水配管２は、温水
ヒータ３のヒータコア３ａのチューブ内に連通し、この
ヒータコア３ａのチューブは冷却水戻し配管４によって
内燃機関１のウォータジャケットに連通する。このウォ
ータージャケットには水温を検出する水温センサ１０２
が設けられ、冷却水配管２には開閉弁５が設けられてい
る。
【００１１】一方、空調装置６の冷媒回路は、内燃機関
１により駆動される圧縮機１０、コンデンサ１１、レシ
ーバ１２、第１の減圧装置１３、熱交換器１４、アキュ
ームレータ１５が配管１６により順に接続されている。
そして圧縮機１０とコンデンサ１１の間に設けられる第
１の開閉弁１８ａと圧縮機１０との間には、送風ファン
３５による風が通過可能なコンデンサ１１を迂回するバ
イパス管２０の一端２０ａが接続され、バイパス管２０
の他端２０ｂは第１の減圧装置１３と熱交換器１４の間
の配管１６に連通する。バイパス管２０には、第２の減
圧装置２２が設けられている。第２の減圧装置２２とバ
イパス管の一端２０ａの間には第２の開閉弁１８ｂが設
けられている。
【００１２】この第２の減圧装置２２により制御される
ガス冷媒の適正な圧力は、第２の減圧装置２２の高圧側
で１５ｋｇ／ｃｍ2 以上、低圧側で２〜４ｋｇ／ｃｍ2
である。これは、外気温が低い場合、低圧側の温度も低
いため十分な暖房能力を得るために高圧側の圧力を高く
保持し、図２に示すように、圧縮機１０の負荷増大によ
る圧縮仕事を大きくする必要があるからであり、そのた
めには第２の減圧装置２２の高圧側の圧力は１５ｋｇ／
ｃｍ2 以上が望ましい。
【００１３】レシーバ１２と第１の減圧装置１３との間
の配管１６には逆止弁２４が設けられている。逆止弁２
４は冷媒がコンデンサ１１に逆流し冷媒不足となるのを
防止する。またアキュームレータ１５は、冷媒が過剰に
なった場合の冷媒を溜め圧縮機１０への液戻りを防止
し、冷媒回路内に常に熱ガス冷媒が循環するようにして
いる。
【００１４】そして、熱交換器１４の空気出口近傍には
空気温度を検出するサーミスタ１０３が設けられ、圧縮
機１０とバイパス管２０の一端２０ａとの間の配管には
配管中の冷媒圧力を検出する圧力センサ１０４が取り付
けられる。入力装置１０１は冷房の駆動及び停止、暖房
の駆動及び停止を入力する装置である。水温センサ１０
２とサーミスタ１０３と圧力センサ１０４と入力装置１
０１の出力は制御装置１００に受けられており、制御装
置１００の出力は、圧縮機１０、第１の開閉弁１８ａ、
第２の開閉弁１８ｂおよび送風ファン２８、３５を制御
する。
【００１５】ここに、サーミスタ１０３は、冷房時、熱
交換器１４後の空気温度を検知する。制御装置１００
は、サーミスタ１０３が検知した空気温度により熱交換
器１４の凍結を判定し、凍結と判定した場合、圧縮機１
０を停止させる。その後、サーミスタ１０３が検知する
空気温度が上昇し、凍結の心配がなくなると、圧縮機１
０の運転を再開する。暖房時は圧縮機１０の運転を停止
しない。
【００１６】圧力センサ１０４は、冷媒サイクルの冷媒
圧力を検出する。冷房時、制御装置１００は、圧力セン
サ１０４が検知した圧力が機器の保護上所定の圧力範囲
以上でも以下でも異常と判定し、圧縮機１０を停止させ
る。その後、圧力センサ１０４が検知する圧力が所定の
範囲になれば圧縮機１０の運転を再開する。暖房時は、
所定の圧力範囲以下でも異常と判定しない。
【００１７】水温センサ１０２は、内燃機関１の冷却水
温を検知する。冷却水を流す図示しないラジエ−タが放
熱しているか否かは、ラジエータに温水が流れている
か、あるいはラジエータをバイパスするバイパス管に温
水が流れてラジエータに流れていないかによって判定す
る。制御装置１００がラジエータの状態が放熱であると
判定した場合、圧縮機１０を停止させる。その後、水温
センサ１０２が検知した冷却水温が低下し、放熱しなく
なったら圧縮機１０の運転を再開する。水温センサ１０
２による制御は暖房時のみ行なう。
【００１８】そして主暖房装置を構成するヒータコア３
ａと暖房時に補助暖房装置として機能する熱交換器１４
とは通風ダクト２６内に直列に配置され、送風ファン２
８により通風ダクト２６内に取り入れた空気を熱交換器
１４およびヒータコア３ａを経由して図示しない吹出口
から車室内に送風する。冷房時、第１の開閉弁１８ａは
開、第２の開閉弁１８ｂは閉となり、圧縮機１０からの
冷媒をコンデンサ１１側にのみ流し、圧縮機１０からの
冷媒を、コンデンサ１１、レシーバ１２、第１の減圧装
置１３、熱交換器１４、アキュームレータ１５、圧縮機
１０の順に循環する。熱交換器１４では、送風ファン２
８から熱交換器１４内に送られた空気が冷媒に熱を奪わ
れて冷風となり通風ダクト２６から図示矢印方向に流
れ、ヒータコア３ａを通過し車室内に吹き出される。
【００１９】暖房時、第１の開閉弁１８ａは閉、第２の
開閉弁１８ｂは開となり、圧縮機１０からの冷媒をバイ
パス管２０側にのみ流し、圧縮機１０からの冷媒を第２
の減圧装置２２、熱交換器１４、アキュームレータ１
５、圧縮機１０の順に循環する。圧縮機１０により吹出
される高温高圧の冷媒ガスは、第２の減圧装置２２によ
り減圧され、高温低圧のガス冷媒に状態変化する。
【００２０】第２の減圧装置２２を通る高温低圧の熱ガ
ス冷媒が熱交換器１４に導入されると、この高温ガスか
ら熱を奪った空気が加熱され、さらに図示矢印方向の下
流側の温水ヒータ３のヒータコア３ａ中の温水から熱を
奪ってさらに空気が加熱され、この加熱された温風が図
示しない吹出口から車室内に吹き出される。冷媒の変化
をモリエル線図上に示すと図２に示すようになる。すな
わち、第１の開閉弁１８ａが閉、第２の開閉弁１８ｂが
開になっているとき、圧縮機１０で圧縮された高温高圧
のガス冷媒は、低圧ＰL から高圧ＰH になり、第２の減
圧装置２２を通ると、そのガス圧が高圧ＰH から低圧Ｐ
L に降下し、熱交換器１４に入り次いでアキュームレー
タ１５を経て圧縮機１０の入口側に導入される。
【００２１】圧縮機１０による圧縮仕事は、図３に示す
ように、圧縮機１０の出口側の圧力が高圧ＰH となり、
この高圧ＰH が１５ｋｇ／ｃｍ2 以上になるのが望まし
い。圧縮機１０の吸入圧力が１〜５ｋｇ／ｃｍ2 の範囲
で圧縮機出口側の吹出圧力（高圧ＰH ）が１５ｋｇ／ｃ
ｍ2 以上であると圧縮動力がより大きくなるからであ
る。
【００２２】本実施例によると、圧縮機１０を内燃機関
１により駆動するため、内燃機関１の負荷が増大し、内
燃機関で発生する熱が冷却温水に伝達され、この冷却温
水のもつ熱がヒータコア３ａで送風温度を上昇させ、ヒ
ータコア３ａの暖房能力も増大する。従って、熱交換器
１４での高温低圧の熱ガス冷媒により空気が加熱され、
この加熱された空気はさらにヒータコア３ａで内燃機関
冷却温水から熱を奪ってさらに高温に加熱される。従っ
て、空調装置６による暖房能力はかなり増大する。これ
により暖房能力の増大および急速暖房が可能となる。
【００２３】停止時、開閉弁１８ａ、開閉弁１８ｂは、
冷房及び暖房時ともに暖房側にバイパス管２０が開くよ
うに切替えて停止する。その理由は、暖房時、コンデン
サ１１とレシーバ１２は密閉された状態になるため、こ
の部分に大量に冷媒が存在すると暖房時にサイクルが冷
媒不足になる可能性があるためである。停止時、第１の
開閉弁１８ａ、第２の開閉弁１８ｂを暖房側に切替えて
コンデンサ１１とレシーバ１２を密閉しておけば、他の
部分からコンデンサ１１、レシーバ１２に冷媒が流入す
ることなく、暖房時に必要な冷媒を確保できるからであ
る。
【００２４】本発明の暖房時の制御は図１０に示す制御
フローの通りである。ステップ２０１において送風ファ
ン２８、３５がオンかを判定し、送風ファン２８、３５
がオンのとき、ステップ２０２にてエアコンスイッチが
オンかを判定し、エアコンスイッチがオンのとき、ステ
ップ２０３にて暖房スイッチがオンかを判定する。暖房
スイッチがオンのとき、ステップ２０４にて冷媒圧力が
所定圧力以下かを判定する。これは、冷媒圧力が所定圧
力より高いときは圧縮機１０に負荷がかかり過ぎるの
で、圧縮機１０の作動を停止するためである。冷媒圧力
が所定値以下のとき、ステップ２０５に進み、内燃機関
の水温が所定温度以上か以下かを判定する。水温が所定
温度以上であれば、主暖房装置のヒータコア３ａでの熱
交換により暖房能力が充分に高いので、補助暖房装置の
作動を停止する。これは、水温が所定温度を超えていれ
ば補助暖房装置は作動させる必要はないからである。水
温が所定温度以下であれば、ステップ２０６にて室外の
暖房スイッチの温度設定が最大温度であるか否かを判定
する。これは、最大温度設定時には暖房能力アップの要
求が特に大きいため補助暖房装置を作動するのが良く、
また温度設定が最大でなければ補助暖房装置を停止する
のが省エネルギーの観点から望ましいからである。そし
て前記ステップ２０１〜２０６での条件が満足されたと
き、ステップ２０７にて圧縮機１０をオンにする。それ
以外の時はステップ２０９にて圧縮機１０をオフにす
る。なお、冷房時、ステップ２０８にて冷房スイッチを
オンしているときは、通常の冷房動作を行う。従って、
前記補助暖房の条件下では、圧力センサ１０４による検
出冷媒圧力が低圧のときでも補助暖房装置の作動を可能
とし、また熱交換器１４の凍結が判定されても補助暖房
装置の動作を行なえるような状態にする。
【００２５】暖房制御時、圧縮機１０の運転を停止後、
冷媒圧力および冷却水温の異常が解消されると圧縮機１
０の運転を再開しているが、暖房の立ち上がり性能の向
上にのみ用いる場合は圧縮機１０の運転を再開しなくて
も良い。なお、前記第１実施例では、空気の流れに対し
熱交換器１４が温水ヒータ３の上流に設けられている
が、温水ヒータ３の下流に設けてもよい。また、逆止弁
２４は開閉弁でも良いし、第１の減圧装置１３と兼用に
してもよい。また、サーミスタ１０３の代わりにサーモ
スタット等の他の温度センサを用いても良い。サーミス
タの信号に代えて熱交換器１４の表面温度を検知しても
良い。さらに圧力センサ１０４の取付位置は、前記第１
実施例の位置に代えて、バイパス配管２０の高圧部分に
設けても良い。この場合、暖房時の専用の圧力センサと
することも出来る。さらに圧縮機１０の停止を制御装置
１００によらずスイッチとして直接用いても良い。暖房
時、冷房時のエアコンの低圧カットおよびフロストカッ
トを行なわず新たに水温カットを行なうこともできる。
【００２６】次に、車両用空調装置に適用した本発明の
第２実施例を図４に示す。この第２実施例は、図１に示
す第１実施例の第１の減圧装置１３と第２の減圧装置２
２を共通の減圧装置としての第３の減圧装置３０に置き
換えた例である。バイパス配管２０の一端２０ｂを逆止
弁２４の下流側の配管１６に連通する。このバイパス管
２０の一端２０ｂの下流側の配管１６であって熱交換器
１４の上流側に第３の減圧装置３０を設けている。減圧
装置の個数が前記第１実施例に比べて減少するため、配
管等の構成が簡単なものとなる。第３の減圧装置３０
は、冷房時、暖房時、必要に応じて制御される。その他
の構成部分は第１実施例と同様であるので実質的に同一
の構成部分ついては同一符号を付し、説明を省略する。
【００２７】車両用空調装置に適用した本発明の第３実
施例を図５に示す。第３実施例は、第１実施例の空調装
置に加え、アキュームレータ１５と圧縮機１０の間の配
管に第４の減圧装置３２を設けた例である。圧縮機１０
の入口側に第４の減圧装置３２を設ける構成であるか
ら、内燃機関の負荷変動によって圧縮機１０の負荷が変
化しても熱交換器１４に定常圧を作用させられる。
【００２８】車両用空調装置に適用した本発明の第４実
施例を図６に示す。第４実施例は、第２実施例で用いた
第３の減圧装置３０と第２実施例で用いた第４の減圧装
置３２を併用した例である。この第４実施例では図４に
示す第２実施例の作用効果と図５に示す第３実施例の作
用効果とを併せもつという利点がある。
【００２９】車両用空調装置に適用した本発明の第５実
施例を図７に示す。第５実施例は、第４実施例で用いた
第４の減圧装置３２に代えて、圧縮機１０の入口側と減
圧装置２２の入口側を結ぶ通路に第５の減圧装置３４を
用いた例である。この第５実施例によると、第５の減圧
装置３４により第２のバイパス管３３を流れる冷媒量を
制御することにより暖房能力や冷媒圧力を自由に制御す
ることができる。
【００３０】さらに本発明の第６実施例を図８に示す。
第６実施例は、図４に示す第２の実施例の熱交換器１４
に代えて、冷房用熱交換器３６と暖房用熱交換器３７を
用いた例である。前記第２の実施例に示す熱交換器１４
は冷房時エバポレータとして機能し、暖房時放熱器とし
て機能したが、この第６実施例では、冷房時、冷房用熱
交換器３６がエバポレータとして機能し、暖房時、暖房
用熱交換器３７が放熱器として機能する。その他の構成
部分について前述の実施例と実質的に同一の構成部分に
は同一符号を付し説明を省略する。第６実施例において
は、暖房用熱交換器３７を局所暖房に用いてもよい。
【００３１】なお、前記実施例は、本発明を車両用空調
装置のカークーラに適用した例であるが、前記実施例に
おけるコンデンサ１１、レシーバ１２等の冷房時にのみ
使用する部品を除き、ホットガスサイクルのみとして補
助暖房専用としても良い。また、前記実施例のレシーバ
１２とアキュームレータ１５は共に冷媒量を調整する装
置であるが、レシーバ１２とアキュームレータ１５のい
ずれか一方で冷媒量を調節してもよいし、冷媒充填量を
別途管理可能であればレシーバ１２とアキュームレータ
１５を省略してもよい。さらには、本発明の前記実施例
では、主暖房装置の熱源を内燃機関の冷却温水とし、補
助暖房装置の熱源を冷媒回路に循環される冷媒（ホット
ガス）としているが、前記主暖房装置の熱源は内燃機関
の冷却温水に限られず、その他の熱源であっても良い。
また圧縮機の駆動源は内燃機関としたが、これに代え
て、電圧源を用いてもよい。更に、開閉弁１８ａ、１８
ｂの代わりに、バイパス管の分岐点に配した三方弁等の
他の切替手段を用いても良い。
【００３２】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の空調装置
によれば、冷媒回路の高温高圧のガス冷媒を用いた簡易
な暖房装置が構成されるから、この暖房装置を主暖房装
置に加えると暖房能力がアップされるので、急速暖房が
可能になるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例による空調装置の冷媒回路
を示す回路図である。
【図２】本発明の第１実施例による冷凍サイクルを示す
部分モリエル線図である。
【図３】本発明の第１実施例で用いた圧縮機の吸入圧力
と圧縮動力の関係を示す特性図である。
【図４】本発明の第２実施例による空調装置の冷媒回路
を示す回路図である。
【図５】本発明の第３実施例による空調装置の冷媒回路
を示す回路図である。
【図６】本発明の第４実施例による空調装置の冷媒回路
を示す回路図である。
【図７】本発明の第５実施例による空調装置の冷媒回路
を示す回路図である。
【図８】本発明の第６実施例による空調装置の冷媒回路
を示す回路図である。
【図９】従来の空調装置の冷媒回路を示す回路図であ
る。
【図１０】本発明の第１実施例による制御フローを示す
フローチャート図である。
【符号の説明】
１ 内燃機関 ３ 温水ヒータ（主暖房装置） １０ 圧縮機（冷媒圧縮機） １１ コンデンサ １３ 第１の減圧装置 １４ エバポレータ １８ａ 第１の開閉弁 １８ｂ 第２の開閉弁 ２０ バイパス管 ２２ 第２の減圧装置

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 主暖房装置を備えた空調装置であって、 冷媒圧縮機と、 この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熱交換器であっ
    て、この熱交換器を流通する空気流路と前記主暖房装置
    で加熱される空気流路とが少なくとも一部一致するよう
    に前記主暖房装置に対し直列に設けられる熱交換器と、 前記冷媒圧縮機と前記コンデンサとを結ぶ経路に設けら
    れる開閉弁と、 前記コンデンサを迂回して前記開閉弁の入口側から前記
    コンデンサと前記熱交換器とを結ぶ経路に接続されるバ
    イパス管と、 前記バイパス管に設けられる減圧装置とを備えたことを
    特徴とする空調装置。
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