JPH0618098A - 空調装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 冷房時と暖房時の冷媒回路切替に伴う冷媒過
不足の発生を防止し、運転状態に応じて冷媒循環量を適
正に保つ。 【構成】 圧縮機１０の吐出側にコンデンサ１１を接続
し、吸入側に熱交換器１４を接続する。冷房時、第１の
電磁弁９を開、第２の電磁弁１８を閉にすることで、冷
媒はバイパス管２０を流れずコンデンサ１１を流れる。
この時、冷媒の一部は、冷媒タンク３０に貯溜される。
暖房時、第１の電磁弁９を閉、第２の電磁弁１８を開に
することで、冷媒はバイパス管２０を流れ、圧縮機１０
のなす圧縮仕事が熱仕事となって減圧装置２２を経て熱
交換器１４で放熱される。この時、冷媒の一部は、レシ
ーバ１２とコンデンサ１１に貯溜される。第１の電磁弁
９または第２の電磁弁１８が閉状態の時、冷媒が多少漏
出することがあるが、冷凍サイクルを循環する冷媒循環
量は冷房時及び暖房時ともに必要量が過不足なく確保さ
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７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、前記特
公昭５７−４７８２９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
した従来の暖房装置は、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、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、空調初期の暖房立ち
上がり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。併せて、本発明の別の目的は、冷房時と暖
房時の冷媒回路切替に伴う冷媒過不足の発生を防止し、
運転状態に応じて冷媒循環量を適正に保つ空調装置を提
供することにある。

【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、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と、前記コンデンサと
前記熱交換器とを結ぶ経路に設けられる減圧装置と、前
記コンデンサと前記減圧装置とを結ぶ経路に設けられる
第１の開閉弁と、前記コンデンサを迂回して前記冷媒圧
縮機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
けられる液冷媒貯溜部と、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の接続部と前記
液冷媒貯溜部との間の前記バイパス管に設けられる第２
の開閉弁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、例えば図１に示す
ように、冷房時、第１の電磁弁９を開、第２の電磁弁１
８を閉にすることで、冷媒はバイパス管２０を流れずコ
ンデンサ１１を流れる。この時、液冷媒の一部は冷媒タ
ンク３０に貯溜される。一方、暖房時は、第１の電磁弁
９を閉、第２の電磁弁１８を開にすることで、冷媒はバ
イパス管２０を流れ、圧縮機１０のなす圧縮仕事が熱仕
事となって減圧装置２２を経て熱交換器１４で放熱され
る。この時、液冷媒の一部はレシーバ１２とコンデンサ
１１に貯溜される。

【００１０】そして第１の電磁弁９または第２の電磁弁
１８が閉状態の時、これらの電磁弁に高価な高密封機能
をもつ弁を使用しない限り、閉状態の第１の電磁弁９ま
たは第２の電磁弁１８から冷媒が多少漏出することは通
常である。しかし、この場合、冷房時には液冷媒の一部
が冷媒タンク３０に充満状態で貯溜され、暖房時はレシ
ーバ１２及びコンデンサ１１に充満状態で貯溜されるか
ら、いずれの運転状態においても冷凍サイクルを循環す
る冷媒循環量は冷房時及び暖房時ともに必要量が過不足
なく確保される。

【００１１】

【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。車両の主暖房装置は、内燃機
関冷却温水を熱源とするヒータコアを用いる。この主暖
房装置を補助する補助暖房装置はホットガス冷媒を用い
た空調装置からなる。この空調装置の冷媒回路は、図１
に示すように、内燃機関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の電磁弁９、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１
０とコンデンサ１１の間に設けられる配管１６には、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は減圧装置１３
と熱交換器１４の間の配管１６に接続される。バイパス
管２０の一端２０ａとバイパス管２０に設けられる第２
の減圧装置２２との間には第２の電磁弁１８が設けら
れ、この第２の電磁弁１８とバイパス管２０の一端２０
ａとの間には冷媒タンク３０が設けられている。

【００１２】レシーバ１２と第１の減圧装置１３との間
の配管１６には第１の電磁弁９が設けられている。この
第１の電磁弁９は、暖房時に閉じることで冷媒がコンデ
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。

【００１３】暖房時、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１の減圧装置２２の高
圧側で１５ｋｇ／ｃｍ² 以上、低圧側で２〜４ｋｇ／ｃ
ｍ²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１５ｋ
ｇ／ｃｍ² 以上が望ましい。

【００１４】そして、制御システムの構成ブロック図
は、図３に示すようになっている。内燃機関には水温を
検出する水温センサ１０２が設けられ、前記の熱交換器
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１０２とサーミスタ１０３と圧力セ
ンサ１０４と入力装置１０１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１
０、第１の電磁弁９および第２の電磁弁１８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。暖房時は熱交換器１４が凍結する
ことはないので、サ−ミスタ１０３の検知信号に基づい
て圧縮機１０が停止することはない。

【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。暖房時は外
気温度が低いため、冷媒圧力が上記圧力範囲以下に低下
する場合があるが、熱交換器１４が凍結する心配はない
ので、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。
暖房時、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。ラジエー
タが放熱状態であるということは、ヒータコアで放熱し
きれなかった熱をラジエータで放熱しているわけであ
り、逆に言えば、ヒータコアで充分な熱が放熱されてい
るため、補助暖房を必要としない。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１０２によ
る制御は暖房時のみ行なう。

【００１８】冷房時、第１の電磁弁９は開および第２の
電磁弁１８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。このとき、冷媒タンク３０は、冷媒流れに対し
澱み点となり、液冷媒が溜まり満液となる。冷房時の冷
媒量は、循環する冷媒量、レシーバ１２に溜まる予
備の冷媒量、冷媒タンク３０に溜まる冷媒量に分けら
れる。このうち冷房時の必要冷媒量は、循環する冷媒
量とレシーバ１２の溜まる予備の冷媒量である。

【００１９】暖房時、第１の電磁弁９は閉および第２の
電磁弁１８は開となる。これにより圧縮機１０から吐出
された冷媒は、冷媒タンク３０、第２の減圧装置２２を
通り熱交換器１４で放熱される。このとき、コンデンサ
１１とレシーバ１２が冷媒流れに対し澱み点となり、液
冷媒が溜まり満液となる。このシステムにおける暖房時
の冷媒量は、循環する冷媒量、アキュムレータ１５
に溜まる予備の冷媒量、コンデンサ１１とレシーバ１
２に溜まる冷媒量の３つに分けられる。このうちの循
環する冷媒量、アキュムレータ１５に溜まる予備の冷
媒量が暖房時の必要冷媒量である。

【００２０】前記第１の実施例においては、冷房時と暖
房時の必要冷媒量が大きく異なり、例えば乗用車用カー
エアコンの場合には必要冷媒量が冷房時は例えば約６０
０ｇ、暖房時には約３００ｇである。暖房時、前記の
のコンデンサ１１とレシーバ１２に溜まる冷媒量はコン
デンサ１１とレシーバ１２の容量から約７００ｇであ
る。従って、冷媒タンク３０の容量を約４００ｇとする
と、冷房時、暖房時共に必要冷媒量が適正に得られる。

【００２１】また、前記本発明の第１実施例によると、
暖房時、コンデンサ１１とレシーバ１２が満液冷媒状態
となるため、密閉状態と同等となり、冷媒循環量に変動
を及ぼさず、冷媒循環量が確定される。また、第１の電
磁弁９から少々冷媒が漏れてもコンデンサ１１とレシー
バ１２の満液状態は変わらないことから冷媒量の調整が
容易となる。

【００２２】暖房時、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の電磁弁９
が閉、第２の電磁弁１８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Ｐ_L から
高圧Ｐ_H になり、第２の減圧装置２２を通ると、そのガ
ス圧が高圧Ｐ_H 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。

【００２３】圧縮機１０による圧縮仕事は、図４に示す
ように、圧縮機１０の出口側の圧力が高圧Ｐ_H となり、
この高圧Ｐ_H 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１０の出口側の吹出圧力（高圧Ｐ_H ）が１５ｋ
ｇ／ｃｍ² 以上であると圧縮動力がより大きくなるから
である。

【００２４】前記第１実施例によると、圧縮機１０を内
燃機関により駆動するため、内燃機関の負荷が増大し、
内燃機関で発生する熱が冷却温水に伝達され、この冷却
温水のもつ熱が前記のヒータコアで送風温度を上昇さ
せ、ヒータコア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。

【００２５】なお、本発明としては、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１０３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。また、暖房時、冷房時にエアコンの
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、本発明の第２実施例を図５に示す。
図５に示す第２実施例は、バイパス配管２０の一端２０
ａを圧縮機１０とコンデンサ１１を連結する配管の途中
に接続しているが、バイパス配管２０の他方の一端２０
ｃをコンデンサ１１とレシーバ１２を連結する配管の途
中に接続している。そして、この接続部とレシーバ１２
を連結する配管の途中に第１の電磁弁９を設けている。
このため、冷房においてレシーバ１２が澱み点とならな
いので前記第１実施例に比べ冷媒タンク３０を容量をレ
シーバ１２の容量分だけ小さくすることができる。これ
により、小型化が図れる。

【００２７】さらに、本発明の第３実施例を図６に示
す。図６に示す第３実施例は、前記第２実施例における
冷媒タンク３０を省略した例である。この例では、前記
冷媒タンク３０の容量分にほぼ等しい容量分をバイパス
配管２０の一端２０ａから他方の一端２０ｃまでの配管
の容量に置き換えている。前記冷媒タンク３０に代えて
配管２０に容量を置き換えることにより、冷媒タンクを
省略し、冷凍サイクル構成部品、配管等の部品点数を少
なくし、取付け作業が簡単となりまたメンテナンスも簡
便になるという効果がある。

【００２８】なお、前記の各実施例において、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、圧縮機１０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。

【００２９】

【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、冷凍サイクルの高温高圧冷媒ガスを用いた簡
易な暖房装置が構成されるから、暖房立ち上がり時の暖
房能力が良好であり、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という効果がある。

【００３０】また、前記第１または第２の開閉弁から冷
媒の一部が多少漏出したとしても必要冷媒量は確保され
るため、冷暖房切替えに伴う冷媒の過不足が発生せず、
冷房時の必要冷媒量と暖房時の必要冷媒量の調節が簡素
な構成で容易に行なえ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】本発明の制御系統を示すブロック図である。

【図４】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５】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６】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７】従来例の冷媒回路を示す回路図である。

【符号の説明】 ９ 第１の電磁弁（第１の開閉弁） １０ 圧縮機（冷媒圧縮機） １１ コンデンサ １３ 第１の減圧装置 １４ 熱交換器 １８ 第２の電磁弁（第２の開閉弁） ２０ バイパス管 ２２ 第２の減圧装置 ３０ 冷媒タンク（液冷媒貯溜部）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 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と、 前記コンデンサと前記熱交換器とを結ぶ経路に設けられ
   る減圧装置と、 前記コンデンサと前記減圧装置とを結ぶ経路に設けられ
   る第１の開閉弁と、 前記コンデンサを迂回して前記冷媒圧縮機の入口側から
   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液冷媒貯溜部と、 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
   るバイパス管の接続部と前記液冷媒貯溜部との間の前記
   バイパス管に設けられる第２の開閉弁とを備えたことを
   特徴とする空調装置。