JPH06206422A - 空調装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 空気の温度等の熱交換条件を考慮してヒート
パイプ熱交換器内の冷媒封入量不足を正確に検出する。 【構成】 ヒートパイプ・モード時には、冷凍サイクル
１５の蒸発器１６に冷媒を封入してその入口側と出口側
をバイパス開閉弁３１，膨張弁２６，電磁弁２７で封鎖
することにより、蒸発器１６をヒートパイプ熱交換器と
して作用させる。このヒートパイプ熱交換器１６と熱交
換する内外気の温度Ｔa,Ｔr と内外気ダンパ１４の開度
ψ（風量割合）を検出し、この検出値に基づいてヒート
パイプ熱交換器１６内の飽和蒸気温度Ｔs を演算する。
更に、ヒートパイプ熱交換器１６の冷媒管温度Ｔp （冷
媒温度）を検出し、検出した冷媒管温度Ｔp と前記飽和
蒸気温度Ｔs とを比較してヒートパイプ熱交換器１６内
の冷媒封入量不足の有無を判定し、冷媒封入量不足が生
じたときには、速やかにヒートパイプ熱交換器１６内に
冷媒を封入する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば除湿時に、蒸発
器をヒートパイプ熱交換器として作用させるようにした
空調装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、例えば車両に搭載されている
エアコンは、送風ダクト内に、冷凍サイクルを構成する
蒸発器と、エンジン冷却温水を循環させるヒータコアと
を配置し、冷房時と除湿時に、冷凍サイクルのコンプレ
ッサを運転して液冷媒を蒸発器に供給し、この蒸発器と
熱交換する空気を冷房・除湿するようになっている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来構成では、冷
房の必要がない温度状態のときでも、除湿時には、冷凍
サイクルのコンプレッサを運転する必要があり、コンプ
レッサを駆動するエンジンの燃費を悪くする原因となっ
ていた。

【０００４】この問題を解消するため、本出願人は、除
湿時に、蒸発器の入口側と出口側を電磁弁等で封鎖し
て、この蒸発器をヒートパイプ熱交換器として作用さ
せ、このヒートパイプ熱交換器により空気を除湿する機
能を備えたエアコンを開発中である。このヒートパイプ
熱交換器は、下方側を蒸発部（吸熱部）とし、上方側を
凝縮部（放熱部）としたもので、車内空気（内気）を蒸
発部と熱交換させて除湿すると共に、この蒸発部内で蒸
発・ガス化したガス冷媒を、液冷媒との密度差により凝
縮部側へ自然上昇させて、この凝縮部で車外空気（外
気）と熱交換させて凝縮・液化させ、この液冷媒を蒸発
部側に自然流下させるという、冷媒の気液相変化による
自然循環作用を利用して内気を除湿するものである。

【０００５】このヒートパイプ熱交換器の機能を有効に
発揮させるためには、ヒートパイプ熱交換器内の冷媒封
入量を適量に維持する必要がある。何故ならば、冷媒封
入量が不足すると、液冷媒が蒸発部全長に行き渡らなく
なり、実質的に伝熱面積が減少して吸熱量（除湿量）が
低下してしまうからである。従って、ヒートパイプ熱交
換器内の冷媒封入量不足を検出して冷媒を適量封入する
技術の開発が重要な技術的課題となっている。

【０００６】更に、ヒートパイプ熱交換器内の冷媒封入
量の適正値は、蒸発部と凝縮部で熱交換する内外気の温
度やその風量割合等の熱交換条件によって変化するの
で、この熱交換条件を考慮しなければ、冷媒封入量不足
を正確に検出することはできない。

【０００７】本発明はこのような事情を考慮してなされ
たもので、その目的は、空気の温度等の熱交換条件を考
慮してヒートパイプ熱交換器内の冷媒封入量不足を正確
に検出でき、冷媒封入量不足の状態のまま放置されるこ
とを未然に防止できて、ヒートパイプ熱交換器の機能を
有効に発揮させることができる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】上記目的を達成するため
に、本発明の空調装置は、空気と熱交換する蒸発器を有
する冷凍サイクルと、前記蒸発器の入口側と出口側を封
鎖して前記蒸発器をヒートパイプ熱交換器として作用さ
せる弁手段と、前記ヒートパイプ熱交換器と熱交換する
空気の温度等の熱交換条件を検出する第１の検出手段
と、予め前記空気の熱交換条件と前記ヒートパイプ熱交
換器内の飽和蒸気温度又は飽和蒸気圧力との関係が記憶
されて前記熱交換条件の検出値に応じて前記飽和蒸気温
度又は飽和蒸気圧力を求める演算手段と、前記ヒートパ
イプ熱交換器内に封じ込められている冷媒の温度又は圧
力を検出する第２の検出手段と、検出した冷媒の温度又
は圧力と前記飽和蒸気温度又は飽和蒸気圧力とを比較し
て前記ヒートパイプ熱交換器内の冷媒封入量不足の有無
を判定し、冷媒封入量不足が生じたときに、前記弁手段
を開放して前記ヒートパイプ熱交換器内に冷媒を封入す
るように制御する制御手段とを備えた構成としたもので
ある。

【０００９】

【作用】ヒートパイプ・モード時（例えば除湿時）に
は、蒸発器に冷媒を封入してその入口側と出口側を弁手
段で封鎖することにより、蒸発器をヒートパイプ熱交換
器として作用させる。そして、このヒートパイプ熱交換
器と熱交換する空気の温度等の熱交換条件を第１の検出
手段により検出し、この熱交換条件の検出値に応じてヒ
ートパイプ熱交換器内の飽和蒸気温度又は飽和蒸気圧力
を演算手段により求める。更に、ヒートパイプ熱交換器
内に封じ込められている冷媒の温度又は圧力を第２の検
出手段により検出し、検出した冷媒の温度又は圧力と前
記飽和蒸気温度又は飽和蒸気圧力とを制御手段により比
較してヒートパイプ熱交換器内の冷媒封入量不足の有無
を判定し、冷媒封入量不足が生じたときには、速やかに
弁手段を開放してヒートパイプ熱交換器内に冷媒を封入
する。

【００１０】

【実施例】以下、本発明を自動車用空調装置に適用した
第１実施例を図１及び図２に基づいて説明する。送風ダ
クト１１の上流側には、外気吸入口１２と内気吸入口１
３とが上下の位置関係で形成されている。これら外気吸
入口１２と内気吸入口１３との間には内外気ダンパ１４
が設けられ、この内外気ダンパ１４の開度を駆動回路１
４ａによって調節することによって、送風ダクト１１内
に吸入する内外気の風量割合を調節するようになってい
る。この内外気ダンパ１４の下流側には、冷凍サイクル
１５の構成要素である蒸発器１６（ヒートパイプ熱交換
器）が外気吸入口１２と内気吸入口１３とに対向するよ
うに配置されている。

【００１１】この蒸発器１６の下流側には、エアミック
スダンパ１７と、エンジン冷却温水を循環させるヒータ
コア１８とが配置され、上記エアミックスダンパ１７の
開度を駆動回路１７ａによって調節することによって、
ヒータコア１８を通過する風と通過しない風の割合を調
節して、吹出風の温度を調節するようになっている。ま
た、ヒータコア１８の下流側には、駆動回路１９ａによ
って駆動される送風機１９が配置され、この送風機１９
の下流側には、乗員の上半身に向けて風を吹き出すベン
ト吹出口２０と、自動車の前面ガラス（図示せず）に向
けて風を吹き出すデフロスタ吹出口２１と、乗員の足元
に向けて風を吹き出す足元吹出口２２とが設けられてい
る。

【００１２】一方、冷凍サイクル１５は、冷房時には、
コンプレッサ２３の吐出口２３ａから吐出した冷媒を、
コンデンサ２４→レシーバ２５→膨張弁２６→蒸発器１
６→電磁弁２７→コンプレッサ２３の吸入口２３ｂの経
路で循環させ、液冷媒を蒸発器１６内で蒸発させること
により蒸発器１６を通過する風を冷却する。上記コンデ
ンサ２４に対向して室外ファン２８が設けられ、この室
外ファン２８の送風作用によりコンデンサ２４を強制冷
却して、コンデンサ２４内のガス冷媒の凝縮・液化を促
進する。上記膨張弁２６の開度は、蒸発器１６の出口側
に設けられた感温筒２９により検出した冷媒温度によ
り、冷媒負荷の変動に応じて適正な冷媒量を蒸発器１６
に供給するように自動調節されると共に、コンプレッサ
２３の停止時には内部のスプリング（図示せず）の弾発
力により全閉状態に保持される。

【００１３】この膨張弁２６と並列にバイパス管３０が
設けられ、このバイパス管３０中にバイパス開閉弁３１
が設けられている。このバイパス開閉弁３１，膨張弁２
６及び電磁弁２６により、ヒートパイプ・モード時（例
えば除湿時）に、蒸発器１６の入口側と出口側を封鎖し
てこの蒸発器１６をヒートパイプ熱交換器として作用さ
せる“弁手段”が構成されている。このヒートパイプ熱
交換器１６は、下方側を蒸発部１６ａ（吸熱部）とし、
上方側を凝縮部１６ｂ（放熱部）としている。このヒー
トパイプ熱交換器１６内の冷媒の温度を間接的に検出す
るため、ヒートパイプ熱交換器１６の出口側には、冷媒
管の温度Ｔp を検出する冷媒管温度センサ３２が“第２
の検出手段”として設けられている。

【００１４】更に、ヒートパイプ熱交換器１６と熱交換
する内外気の温度等の熱交換条件を検出するために、外
気吸入口１２から吸入する外気の温度Ｔa を検出する外
気温度センサ３３と、内気吸入口１３から吸入する内気
の温度Ｔr を検出する内気温度センサ３４とが設けられ
ている。これら外気温度センサ３３と内気温度センサ３
４は、内外気ダンパ１４の開度ψ（内外気の風量割合）
を求める電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ」という）３
５と共に、内外気の温度等の熱交換条件を検出する“第
１の検出手段”を構成している。

【００１５】上記ＥＣＵ３５は、例えばマイクロコンピ
ュータを主体として構成され、内蔵のＲＯＭ（図示せ
ず）には、ヒートパイプ熱交換器１６と熱交換する内外
気の熱交換条件ψ，Ｔa ，Ｔr とヒートパイプ熱交換器
１６内の飽和蒸気温度Ｔs との関係Ｔs ＝ｆ（ψ，Ｔa
，Ｔr ）を規定するマップが記憶され、更に、図２に
フローチャートで示すヒートパイプ・モード制御ルーチ
ン等の制御プログラムも記憶されている。このＥＣＵ３
５は、ヒートパイプ・モード時に、図２の制御ルーチン
を実行することにより、熱交換条件ψ，Ｔa ，Ｔr の検
出値に応じて飽和蒸気温度Ｔs を求める“演算手段”と
して機能すると共に、冷媒管温度センサ３２により検出
した冷媒管温度Ｔp （冷媒温度）と上記飽和蒸気温度Ｔ
s とを比較してヒートパイプ熱交換器１６内の冷媒封入
量不足の有無を判定し、冷媒封入量不足が生じたときに
ヒートパイプ熱交換器１６内に冷媒を封入するように制
御する“制御手段”としても機能する。

【００１６】このＥＣＵ３５により、ヒートパイプ・モ
ード時には、コンプレッサ２３の運転を停止して膨張弁
２６を全閉状態に変位させると共に、電磁弁２７とバイ
パス開閉弁３１を閉鎖して、ヒートパイプ熱交換器（蒸
発器）１６内に液冷媒を封じ込めた状態にする。この状
態で、送風機１９を回転させて、内気吸入口１３から吸
入した内気を蒸発部１６ａと熱交換させて除湿すると共
に、この蒸発部１６ａ内で蒸発・ガス化したガス冷媒
を、液冷媒との密度差により凝縮部１６ｂ側へ自然上昇
させて、この凝縮部１６ｂで外気吸入口１２から吸入さ
れた外気と熱交換させて凝縮・液化させ、この液冷媒を
蒸発部１６ａ側に自然流下させるという、冷媒の気液相
変化による自然循環作用を利用して内気を除湿するもの
である。

【００１７】以下、このヒートパイプ・モード時の制御
内容を図２のフローチャートに従って具体的に説明す
る。まず、ステップＳ１において、内外気の風量割合を
決める内外気ダンパ１４の開度ψ，外気温度センサ３３
により検出した外気温度Ｔa ，内気温度センサ３４によ
り検出した内気温度Ｔr 及び冷媒管温度センサ３２によ
り検出した冷媒管温度Ｔp を読み込む。この後、予め記
憶されている飽和蒸気温度Ｔs と熱交換条件ψ，Ｔa ，
Ｔr との関係Ｔs ＝ｆ（ψ，Ｔa ，Ｔr ）を基にして、
熱交換条件ψ，Ｔa ，Ｔr の検出値に対応する飽和蒸気
温度Ｔs を求める（ステップＳ２）。次いで、冷媒管温
度Ｔp が飽和蒸気温度Ｔs −α（ここでα＝例えば１〜
２℃）よりも低いか否かを判断し（ステップＳ３）、ヒ
ートパイプ熱交換器１６内の冷媒封入量不足の有無を判
定する。

【００１８】もし、ヒートパイプ熱交換器１６内の冷媒
封入量が不足していると、ヒートパイプ熱交換器１６内
での冷媒の蒸発量が減少して飽和蒸気圧力が低下するの
で、それに追従してヒートパイプ熱交換器１６の冷媒管
温度Ｔp （冷媒温度）が低下するようになる。この特性
を利用して、冷媒管温度Ｔp により冷媒封入量不足の有
無を判定するものであり、冷媒封入量が適正であれば、
Ｔp ≧Ｔs −αとなって、ステップＳ３で「ＮＯ」と判
断され、ステップＳ１に戻って上述した処理を繰り返
す。

【００１９】一方、冷媒封入量が不足していれば、Ｔp
＜Ｔs −αとなって、ステップＳ３で「ＹＥＳ」と判断
され、ステップＳ４〜Ｓ１１の冷媒封入処理を実行す
る。この冷媒封入処理では、まず、コンプレッサ２３を
起動すると同時に（ステップＳ４）、ヒートパイプ熱交
換器１６の出口側の電磁弁２７を開放して（ステップＳ
５）、ヒートパイプ熱交換器１６内を減圧する。この減
圧を所定時間Ｔ1 だけ行った後（ステップＳ６）、電磁
弁２７を閉鎖して（ステップＳ７）、バイパス開閉弁３
１を開放し（ステップＳ８）、レシーバ２８内の液冷媒
をバイパス管３０を通してヒートパイプ熱交換器１６内
に注入する。この冷媒注入を所定時間Ｔ2だけ行った後
（ステップＳ９）、バイパス開閉弁３１を閉鎖して（ス
テップＳ１０）、ヒートパイプ熱交換器１６を密閉し、
コンプレッサ２３を停止させる（ステップＳ１１）。こ
の後、ステップＳ１に戻って上述した処理を繰り返す。

【００２０】以上説明した第１実施例によれば、熱交換
条件ψ，Ｔa ，Ｔr の検出値に応じてヒートパイプ熱交
換器１６内の飽和蒸気温度Ｔs を求め、冷媒管温度セン
サ３２により検出した冷媒管温度Ｔp （冷媒温度）と上
記飽和蒸気温度Ｔs とを比較してヒートパイプ熱交換器
１６内の冷媒封入量不足の有無を判定するようにしたの
で、ヒートパイプ・モード時に熱交換条件ψ，Ｔa ，Ｔ
r を考慮してヒートパイプ熱交換器１６内の冷媒封入量
不足を正確に検出でき、冷媒封入量不足の状態のまま放
置されることを未然に防止できて、ヒートパイプ熱交換
器１６の機能を有効に発揮させることができる。

【００２１】尚、上記第１実施例において、膨張弁２６
の低圧側（下流側）に電磁弁を設けて、この電磁弁によ
りヒートパイプ熱交換器１６の入口側を密閉化するよう
にしても良い。

【００２２】また、上記第１実施例では、冷媒管温度Ｔ
p （冷媒温度）と飽和蒸気温度Ｔsとを求め、両者を比
較して冷媒封入量不足を判定するようにしたが、冷媒の
圧力と飽和蒸気圧力とを求め、両者を比較して冷媒封入
量不足を判定するようにしても良い。

【００２３】一方、図３は本発明の第２実施例を示した
もので、この第２実施例では、第１実施例のバイパス管
３０とバイパス開閉弁３１を廃止し、その代わりに、感
温筒２９に電気ヒータ等の加熱器３６を接触させて設け
ている。この場合、ヒートパイプ熱交換器１６内に冷媒
を注入する際に、感温筒２９を加熱器３６で加熱して膨
張弁２６を強制的に開放させ、この膨張弁２６を通して
ヒートパイプ熱交換器１６内に冷媒を注入し、この冷媒
注入終了時に、加熱器３６による加熱を停止して、膨張
弁２６を閉鎖させ、ヒートパイプ熱交換器１６を密閉化
する。

【００２４】尚、本発明は上記第１及び第２の両実施例
に限定されるものではなく、例えば、ヒートパイプ熱交
換器１６の上流側の通風路を、外気の通る外気通風路と
内気の通る内気通風路とに仕切る仕切板を設ける構成と
しても良く（第１実施例では仕切板の役割を内外気ダン
パ１４が果たしている）、また、冷凍サイクル１５をア
キュームレータを用いたサイクルに変更しても良い。ま
た、冷媒管温度センサ３２の位置は、ヒートパイプ熱交
換器１６の出口側に限定されず、入口側やその他の部位
であっても良い（いずれの検出位置でも同じ冷媒管温度
Ｔp を検出可能であるためである）。

【００２５】その他、本発明は、自動車に搭載する空調
装置に限定されず、屋内に設置される空調装置にも広く
適用して実施可能である等、種々変更して実施できるこ
とは言うまでもない。

【００２６】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、ヒートパイプ熱交換器と熱交換する空気の温
度等の熱交換条件の検出値に応じてヒートパイプ熱交換
器内の飽和蒸気温度を求め、検出した冷媒温度と上記飽
和蒸気温度とを比較してヒートパイプ熱交換器内の冷媒
封入量不足の有無を判定するようにしたので、熱交換条
件を考慮してヒートパイプ熱交換器内の冷媒封入量不足
を正確に検出でき、冷媒封入量不足の状態のまま放置さ
れることを未然に防止できて、ヒートパイプ熱交換器の
機能を有効に発揮させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例を示す全体の概略構成図

【図２】ヒートパイプ・モード制御ルーチンを示すフロ
ーチャート

【図３】本発明の第２実施例を示す要部の概略構成図

【符号の説明】

１２…外気吸入口、１３…内気吸入口、１４…内外気ダ
ンパ、１５…冷凍サイクル、１６…蒸発器（ヒートパイ
プ熱交換器）、１７…エアミックスダンパ、１８…ヒー
タコア、２３…コンプレッサ、２４…コンデンサ、２５
…レシーバ、２６…膨張弁（弁手段）、２７…電磁弁
（弁手段）、２９…感温筒、３０…バイパス管、３１…
バイパス開閉弁（弁手段）、３２…冷媒管温度センサ
（第２の検出手段）、３３…外気温度センサ（第１の検
出手段）、３４…内気温度センサ（第１の検出手段）、
３５…ＥＣＵ（制御手段，演算手段，１の検出手段）、
３６…加熱器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 空気と熱交換する蒸発器を有する冷凍サ
   イクルと、 前記蒸発器の入口側と出口側を封鎖して前記蒸発器をヒ
   ートパイプ熱交換器として作用させる弁手段と、 前記ヒートパイプ熱交換器と熱交換する空気の温度等の
   熱交換条件を検出する第１の検出手段と、 予め前記空気の熱交換条件と前記ヒートパイプ熱交換器
   内の飽和蒸気温度又は飽和蒸気圧力との関係が記憶さ
   れ、前記熱交換条件の検出値に応じて前記飽和蒸気温度
   又は飽和蒸気圧力を求める演算手段と、 前記ヒートパイプ熱交換器内に封じ込められている冷媒
   の温度又は圧力を検出する第２の検出手段と、 検出した冷媒の温度又は圧力と前記飽和蒸気温度又は飽
   和蒸気圧力とを比較して前記ヒートパイプ熱交換器内の
   冷媒封入量不足の有無を判定し、冷媒封入量不足が生じ
   たときに、前記弁手段を開放して前記ヒートパイプ熱交
   換器内に冷媒を封入するように制御する制御手段とを備
   えた空調装置。