JPH062979A - 空調装置 - Google Patents

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。 【構成】 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
とを備える。暖房初期立ち上がり時、圧縮機１０から第
２のバイパス管４０の第２の減圧装置４２に冷媒を流す
ことにより、冷凍サイクルが第２のホットガスバイパス
機構による閉回路となり、サイクルの圧力が急上昇し、
圧縮機１０の圧縮仕事が急上昇する。次いで暖房初期立
ち上がり後、第１のバイパス管２０の第１の減圧装置２
２を通る第１のホットガスバイパス機構による閉回路に
冷凍サイクルを切替える。すると、既に圧縮機１０の圧
縮仕事は大きくなっているため空調初期の暖房能力が向
上し、急速暖房が可能になる。

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、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。

【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第１
のバイパス管と、前記第１のバイパス管に設けられる第
１の減圧装置と、前記コンデンサを迂回して前記開閉弁
の入口側から前記熱交換器と前記冷媒圧縮機とを結ぶ経
路に接続される第２のバイパス管と、前記第２のバイパ
ス管に設けられる第２の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
を経て熱交換器で放熱される。そして暖房初期立ち上が
り時、前記の第２のバイパス管の第２の減圧装置に冷媒
を流すことにより、冷凍サイクルが第２のホットガスバ
イパス機構による閉回路となり、サイクルの圧力が急上
昇し、圧縮機の圧縮仕事が急上昇する。次いで暖房初期
立ち上がり後、第１のバイパス管の第１の減圧装置を通
る第１のホットガスバイパス機構による閉回路に冷凍サ
イクルを切替える。すると、前記の熱交換器の熱容量や
冷媒の潜熱による暖房低下は一時的にあるものの、既に
圧縮機の圧縮仕事は大きくなっているため空調初期の暖
房能力が向上し、急速暖房が可能になる。

【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
房装置を補助するホットガス冷媒を用いた空調装置の冷
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、逆止弁
９、減圧装置１３、熱交換器１４、アキュームレータ１
５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の電磁弁１
７と圧縮機１０との間には、コンデンサ１１を迂回する
第１のバイパス管２０の一端２０ａが接続され、第１の
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に連通する。第１のバイパス管２０
には、第１の減圧装置２２が設けられている。第１の減
圧装置２２と第１のバイパス管２０の一端２０ａの間に
は第２の電磁弁１８が設けられている。

【００１１】この第１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／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１の減圧装置２２の高圧側の圧力は１５ｋｇ／
ｃｍ² 以上が望ましい。

【００１２】レシーバ１２と減圧装置１３との間の配管
１６には逆止弁９が設けられている。逆止弁９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。第２の
バイパス管４０は、一端側が圧縮機１０と第１の電磁弁
１７または第２の電磁弁１８とを連結する配管の途中に
接続され、もう一方の他端側がアキュームレータ１５と
圧縮機１０とを連結する配管の途中に接続されている。
第２のバイパス管４０の途中には、第３の電磁弁４１と
第２の減圧装置４２が設けられている。第１の電磁弁１
７と第２の電磁弁１８と第３の電磁弁４１は、制御装置
１００によりその開閉が制御されている。

【００１３】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と第１のバイパス管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１０
１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１
００に受けられており、制御装置１００の出力は、圧縮
機１０、第１の電磁弁１７、第２の電磁弁１８および第
３の電磁弁４１を制御する。

【００１４】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。

【００１５】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。

【００１６】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。

【００１７】冷房時、第１の電磁弁１７は開、第２の電
磁弁１８および第３の電磁弁４１は閉となり、圧縮機１
０からの冷媒をコンデンサ１１側にのみ流し、圧縮機１
０からの冷媒を、コンデンサ１１、レシーバ１２、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。暖房時、図５に示すフローチャ
ートに従って次のとおり各電磁弁を開閉する。図５に示
すように、まずステップ５１で初期設定する。初期設定
は、第１の電磁弁１７を開、第２の電磁弁１８を閉、第
３の電磁弁４１を閉にする。暖房開始後、ステップ５２
に示すように、第２の電磁弁１８を閉じ、第３の電磁弁
４１を開く。すると圧縮機１０から吐出された冷媒は、
第２のバイパス管４０を通り、再び圧縮機１０に吸入さ
れる。このとき第２のバイパス管４０の途中に第２の減
圧装置４２が設けられているから、圧縮機１０の吐出圧
力は増大し、これによりウォームアップが図られる。次
いでステップ５３に示すように、一定時間経過または一
定圧力到達が判定されると、ウォームアップ終了と判断
される。すると、ステップ５４にて第２の電磁弁１８を
開、第３の電磁弁４１を閉にする。これにより、ステッ
プ５５にて定常暖房になり、圧縮機１０から吐出された
冷媒は第１のバイパス管２０を通り、熱交換器１４で放
熱し、再び圧縮機１０に吸入される。次いで、暖房停止
が要求されると、ステップ５６にて暖房停止になる。

【００１８】定常暖房時、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１７が閉、第２の電磁弁１８が開、第３の電磁弁４１
が閉になっているとき、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１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。

【００１９】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
で圧縮機出口側の吹出圧力（高圧Ｐ_H ）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。

【００２０】本実施例によると、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。

【００２１】停止時、第１の電磁弁１７、第２の電磁弁
１８は、冷房及び暖房時ともに暖房側に第１のバイパス
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の電磁弁１７、第２の電磁弁１８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。

【００２２】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、逆止弁９は電磁弁
でも良いし、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。

【００２３】前記第１実施例では、暖房開始後に第２の
電磁弁１８を閉、第３の電磁弁４１を開にしているが、
他の実施例の制御方法としては、図６に示す第２実施例
による制御フローのように、電磁弁を制御してもよい。
第２実施例によると、ステップ６１にて初期設定時、第
１の電磁弁１７を閉、第２の電磁弁１８を閉、第３の電
磁弁４１を開に設定した後、ステップ６２により一定時
間の経過または一定圧力の到達を判別し、それに到るま
で各電磁弁１７、１８、４１を初期状態にする。すなわ
ち、第１の電磁弁１７を閉、第２の電磁弁１８を閉、第
３の電磁弁４１を開にする。次いで、ステップ６２にて
一定時間経過または一定圧力に到達されたことが判断さ
れると、ウォームアップを終了し、ステップ６３に進み
第２の電磁弁１７を開、第３の電磁弁４１を閉にする。
これによりステップ６４に示す定常暖房にする。その
後、暖房終了時、ステップ６５に示すように暖房を停止
する。暖房停止後、ステップ６６に示すように第２の電
磁弁１８を閉、第３の電磁弁４１を開にする。

【００２４】この第２実施例においても、第１実施例と
同様に冷媒圧力を急上昇させてホットガスサイクル回路
によるウォームアップを図ることによって暖房初期時の
暖房能力アップが図られる。次に本発明の第３実施例に
よる冷媒回路を図８に示す。この第３実施例では、第２
のバイパス管４０の一端側が熱交換器１４とアキューム
レータ１５とを連結する配管の途中に接続されている。
これにより、ウォームアップ時、第２の減圧装置４２か
ら減圧されて流出した冷媒をアキュームレータ１５で気
液分離し、冷媒の気相のみを圧縮機１０に吸入させ、圧
縮効率を高めることができる。

【００２５】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、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。さらに、第１の電磁弁
１７と第２の電磁弁１８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。

【００２６】実験データによると、暖房開始後の時間経
過とヒータ吹出温度との関係は、図７に示すとおりとな
る。図７に示すように、比較例１、２に比べ、本発明の
第１実施例によると、初期暖房時、ヒータ吹出温度を急
上昇することができ、初期時の暖房立ち上がり能力を向
上させることができる。ここに、比較例１は、ホットガ
ス冷媒回路を用いずヒータコアのみを用いた暖房装置で
あり、比較例２は、前記第２のバイパス管４０のないホ
ットガス冷媒回路を用いた暖房装置である。

【００２７】

【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、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だけでなく、暖
房初期開始時、圧縮機から吐出された冷媒を第２の減圧
装置を通して減圧膨張させ、この減圧された冷媒を圧縮
機に吸入し再び吐出させる構成であるから、ホットガス
サイクルの圧力を急上昇させ、暖房初期立ち上がり能力
を大幅に向上でき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１実施例による暖房時制御フローを
示すフローチャートである。

【図６】本発明の第２実施例による暖房時制御フローを
示すフローチャートである。

【図７】本発明の第１実施例による空調装置と従来の比
較例の空調装置について暖房初期立ち上がり能力を対比
した特性図である。

【図８】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９】従来例の冷媒回路を示す回路図である。

【符号の説明】

１０ 圧縮機（冷媒圧縮機） １１ コンデンサ １４ エバポレータ（熱交換器） １７ 第１の電磁弁 １８ 第２の電磁弁 ２０ 第１のバイパス管 ２２ 第１の減圧装置 ４０ 第２のバイパス管 ４２ 第２の減圧装置

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第
   １のバイパス管と、 前記第１のバイパス管に設けられる第１の減圧装置と、 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
   熱交換器と前記冷媒圧縮機とを結ぶ経路に接続される第
   ２のバイパス管と、 前記第２のバイパス管に設けられる第２の減圧装置とを
   備えたことを特徴とする空調装置。