JPH07132728A - 自動車用空気調和装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 最大冷房時の性能向上を図るとともに中間域
における制御性を向上させた電気自動車等に好適な「自
動車用空気調和装置」を提供すること。 【構成】 通風ダクト２内のサブコンデンサ４と通風ダ
クト２外のメインコンデンサ５とを並列に連結するとと
もに、コンプレッサ６から吐出された冷媒を流量分配弁
１３により、車室内の熱負荷に応じた所定の流量分配比
特性に従ってサブコンデンサ４とメインコンデンサ５に
分配するように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、空調用温水加熱源を持
たない電気自動車等に好適な自動車用空気調和装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】最近では、地球環境等への影響に鑑み、
電気自動車が注目されているが、この電気自動車は、走
行駆動源にバッテリー駆動の電気モータが使用されてい
る。

【０００３】この電気自動車は、一般のガソリン車等の
ように走行駆動源であるエンジンの熱を熱源として車室
内の空気調和を行う場合とは異なり、熱源の熱容量が極
めて小さい電気モータが走行駆動源であるため、この熱
を利用して車室内の空気調和を行う場合には、電気モー
タによりコンプレッサを駆動して行う冷房は比較的容易
に所定の能力が得られても、走行駆動源の熱を利用する
暖房は所定の能力を得ることが難しい。

【０００４】そこで、電気自動車における車室内の空気
調和は、走行駆動源の熱を利用しない、いわゆるヒート
ポンプ式空気調和装置を用いて行うことが考えられてい
る。このヒートポンプ式空気調和装置を使用すると、車
室内を暖房する場合でも、熱源として電気モータの熱を
利用せず、冷媒を循環することにより得られる熱を利用
することになるので、比較的容易に高温熱源が得られ、
実用的な暖房が可能となるものの、一方では、外気温度
が低くなると着露等で運転の制限が発生するおそれがあ
る。

【０００５】そこで、最近では、その点を改良した空気
調和装置が考案されており、図５は、電気自動車に搭載
されるそうした空気調和装置の一例を示した概略構成図
である。この空気調和装置は、送風機１により取り入れ
た空気を車室内に向かって送るための通風ダクト２を有
し、熱交換器として、通風ダクト２内に、上流側から順
にエバポレータ３とサブコンデンサ４とが配設され、ま
た、通風ダクト２外にはメインコンデンサ５が配設され
ている。冷凍サイクルは、コンプレッサ６、メインコン
デンサ５、サブコンデンサ４、リキッドタンク７、膨脹
弁８、およびエバポレータ３を配管で連結して構成され
ている。また、暖房運転時と冷房運転時とで機能させる
コンデンサ４、５を切り替えるため、メインコンデンサ
５の入口側には三方弁９が設けられ、バイパス管１０に
よりメインコンデンサ５の出口側と直結されている（連
結点ａ）。メインコンデンサ５の出口と連結点ａとの間
には逆止弁１１が設けられている。

【０００６】冷房運転時には、コンプレッサ６から吐出
された冷媒は、三方弁９によりメインコンデンサ５に導
かれ、それから順にサブコンデンサ４、リキッドタンク
７、膨脹弁８、エバポレータ３と流通して再びコンプレ
ッサ６に吸入される。この過程において、エバポレータ
３は熱交換により低温低圧の気液混合状態の冷媒を蒸発
させて取り入れ空気を冷却し、メインコンデンサ５はエ
バポレータ３で奪った熱を外部に放出してガス状冷媒を
冷却し凝縮液化させる。このとき、サブコンデンサ４は
熱交換器として働かない。一方、暖房運転時には、三方
弁９を切り替えて、コンプレッサ６から吐出された冷媒
をバイパス管１０を介して直ちにサブコンデンサ４に導
く。これにより、コンプレッサ６からのガス状冷媒はサ
ブコンデンサ４において熱交換により凝縮液化され、エ
バポレータ３で冷却された空気が加熱される。よって、
除湿暖房が実現される。なお、車室内に吹き出される空
気の温度は、サブコンデンサ４の上流に配設されたエア
ミックスドア１２の開度を調節することによって行われ
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の空気調和装置にあっては、作動時には常にサ
ブコンデンサ４に冷媒が流れており、この状態は冷房運
転時においても例外ではない。冷房運転時には、上記の
ようにメインコンデンサ５に冷媒が流れるためサブコン
デンサ４はあまり熱交換器として働かないが、実際には
サブコンデンサ４においても多少の放熱作用があるの
で、サブコンデンサ４周辺の雰囲気は暖かくなってい
る。そのため、たとえば最大冷房時において、エアミッ
クスドア１２をサブコンデンサ４を全閉する位置に回動
してエバポレータ３通過後の冷風がすべてサブコンデン
サ４を迂回して車室内に吹き出されるようにしても、サ
ブコンデンサ４周辺からの熱が冷風側に伝達され、また
は、エアミックスドア１２からの風漏れによって冷風が
サブコンデンサ４を通過するなどして車室内に吹き出さ
れる冷風の温度が幾分上昇する結果となり、最大冷房時
の性能が低下するおそれがある。

【０００８】また、上記した従来の空気調和装置にあっ
ては、サブコンデンサ４の性能が固定されており、しか
も吹出し風の温度制御はエアミックスドア１２の開度の
調節のみによってなされているため、最大冷房時（高負
荷時）でも最大暖房時（低負荷時）でもない中間域（中
負荷時）における吹出し風の温度制御を車室内の熱負荷
に応じて適切に行うのには一定の限界がある。

【０００９】本発明は、このような従来技術の問題点に
鑑みてなされたものであり、最大冷房時の性能向上を図
るとともに中間域における制御性を向上させた電気自動
車等に好適な自動車用空気調和装置を提供することを目
的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明は、送風機により取り入れた空気を車室内に向
かって送るための通風ダクトと、当該通風ダクト内に配
設されたエバポレータと、前記通風ダクト内の前記エバ
ポレータの下流に配設された第１コンデンサと、前記通
風ダクト外に配設され前記第１コンデンサと並列に連結
された第２コンデンサとを有し、コンプレッサから吐出
された冷媒を流量分配弁により車室内の熱負荷に応じた
所定の流量分配比特性に従って前記第１コンデンサと前
記第２コンデンサに分配するようにしたことを特徴とす
る。

【００１１】

【作用】このように構成された本発明にあっては、車室
内の熱負荷が高く最大冷房運転を行う場合には、流量分
配弁により、コンプレッサから吐出された冷媒をすべて
通風ダクト外の第２コンデンサに導くようにする。この
時、第２コンデンサと並列に連結されている通風ダクト
内の第１コンデンサにはまったく冷媒が流れないので、
第１コンデンサ周辺の雰囲気が暖かくなることはない。
したがって、たとえばエアミックスドアからの風漏れ等
があったとしても、エバポレータから流下してきた冷風
が暖められるようなことはなくなり、吹出し風の温度上
昇はなくなる。よって、その分だけ最大冷房時の性能が
向上する。一方、車室内の熱負荷が低く最大暖房運転を
行う場合には、流量分配弁により、コンプレッサから吐
出された冷媒をすべて通風ダクト内の第１コンデンサに
導くようにする。この時、第１コンデンサと並列に連結
されている通風ダクト外の第２コンデンサには冷媒はま
ったく流れない。しかし、そのために、冷房能力を損う
ことはない。

【００１２】また、車室内の熱負荷が中程度の状態であ
る中間域の場合には、コンプレッサから吐出された冷媒
は流量分配弁により車室内の熱負荷に応じた所定の流量
分配比特性に従って通風ダクト内の第１コンデンサと通
風ダクト外の第２コンデンサに分配される。これによ
り、第１コンデンサの能力（放熱量）が最適状態に調節
される。したがって、吹出し風の温度をエアミックスド
アの開度に加えて第１コンデンサを流れる冷媒流量によ
っても制御できるようになり、吹出し風の温度制御が車
室内の熱負荷に応じてより一層適切に行われることにな
る。

【００１３】さらに、上記のように第１コンデンサの能
力（放熱量）は流量分配弁によって調節可能であるの
で、第１コンデンサを通路内に風がすべてあたるように
設置すれば、エアミックスドアを省略することができ
る。この場合には、通路抵抗が低下するので、同一風量
での送風機モータ出力が低減されることになる。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図１は本発明の一実施例を示す概略構成図、図２
は流量分配比特性の一例を示す図、図３は流量分配弁の
弁位置を示す図、図４は本発明の他の実施例を示す概略
構成図である。なお、図１と図４中、図５と共通する部
材には同一の符号を付している。

【００１５】図１に示す自動車用空気調和装置は電気自
動車に搭載される空気調和装置であって、図４に示す空
気調和装置と同様、送風機１により取り入れた空気を車
室内に向かって送るための通風ダクト２を有し、この通
風ダクト２内に、熱交換器として上流側から順にエバポ
レータ３と第１コンデンサとしてのサブコンデンサ４と
が配設されている。また、通風ダクト２の外には第２コ
ンデンサとしてのメインコンデンサ５が配設されてい
る。これらサブコンデンサ４とメインコンデンサ５は互
いに並列に連結されている。後述するように、サブコン
デンサ４は主に暖房運転時に使用され、メインコンデン
サ５は主に冷房運転時に使用される。エバポレータ３、
サブコンデンサ４およびメインコンデンサ５は、配管に
よりリキッドタンク７や膨脹弁８とともにコンプレッサ
６に連結されて、冷凍サイクルを構成している。また、
コンプレッサ６の出口側には、コンプレッサ６から吐出
された冷媒をサブコンデンサ４とメインコンデンサ５と
に分配するための流量分配弁１３が設けられている。こ
の流量分配弁１３によって、サブコンデンサ４とメイン
コンデンサ５に流れる冷媒の流量比が調節される。さら
に、サブコンデンサ４の出口側とメインコンデンサ５の
出口側との連結点ｂと、メインコンデンサ５の出口との
間には、逆止弁１４が設けられている。したがって、本
実施例の冷凍サイクルにおいて、コンプレッサ６から吐
出された冷媒は、流量分配弁１３を介して順にサブコン
デンサ４、リキッドタンク７、膨脹弁８、エバポレータ
３、コンプレッサ６へと循環する場合と、流量分配弁１
３を介して順にメインコンデンサ５、リキッドタンク
７、膨脹弁８、エバポレータ３、コンプレッサ６へと循
環する場合とがあり、サブコンデンサ４を流れる流量と
メインコンデンサ５を流れる流量との比は流量分配弁１
３によって調節されるようになっている。つまり、サブ
コンデンサ４を流れる冷媒の流量は流量分配弁１３によ
って可変制御されるようになっている。

【００１６】なお、送風機１はファンとこれを駆動する
ファンモータとで構成され、また、コンプレッサ６は電
気自動車の駆動源である電気モータによって図示しない
Ｖベルト等を介して駆動される。つまり、電気モータを
図示しないバッテリーで駆動することにより、電気自動
車の走行駆動とコンプレッサ６の駆動とが行われる。ま
た、冷暖房時ともコンプレッサ６の作動は図示しないエ
アコンスイッチの投入によってなされる。

【００１７】流量分配弁１３によるサブコンデンサ４と
メインコンデンサ５への流量分配は車室内の熱負荷状態
に応じた所定の流量分配比特性に従ってなされるが、本
実施例では、図２に示すようなあらかじめ設定された流
量分配比特性に従って行われる。ここでは、車室内の熱
負荷を表わすパラメータとして、たとえば外気温度を例
にとっているが、これに限定されるものではなく、吸込
温度（エバポレータ通過後の空気温度）、車室内温度、
設定温度（ＰＴＣ値）などを使用してもよく、また、こ
れらのパラメータを複数個組み合わせて１つの制御パラ
メータを演算するようにしてもよい。また、図２では、
流量分配比は熱負荷に応じて直線的に変化しているが、
これに限らず、非直線的に変化するものであってもよ
い。これは弁の構造ないし形状によることである。図２
に示すような流量分配比特性は、エアミックスドア１２
の開度制御と関係させて、あらかじめ実験によって、熱
負荷に応じてサブコンデンサ４の能力（放熱量）が最適
となるよう、パラメータを選定し、そしてそのパラメー
タに対する流量分配比を決定することによって求めてお
く。つまり、どのパラメータを用いてどのような流量分
配比特性を設定するかは、実験によって適当に決めるこ
とができる。

【００１８】図２に示すように、まず、低外気（たとえ
ば０℃以下）、低室温時のように車室内の熱負荷が低い
時（Ａ位置）には、最大暖房運転を行うべく、流量分配
弁１３の弁位置を調節して、コンプレッサ６から吐出さ
れた冷媒がすべて通風ダクト２内のサブコンデンサ４に
流れるようにし、メインコンデンサ５には冷媒がまった
く流れないようにする。このときの流量分配弁１３の弁
位置はたとえば図３（Ａ）に示す様であり、サブコンデ
ンサ４側を全開、メインコンデンサ５側を全閉にする。
また、このときのエアミックスドア１２のドア位置は、
エバポレータ３通過後の空気がすべてサブコンデンサ４
に導かれる位置に設定されるのが好ましい。

【００１９】したがって、この場合、コンプレッサ６か
らのガス状冷媒はサブコンデンサ４において熱交換によ
り凝縮液化され、エバポレータ３で冷却された空気が加
熱され、もって車室内の除湿暖房が実現される。しか
も、一般にコンデンサの性能は流れる冷媒の流量が大き
くなればなるほど放熱量が増えるためヒータとしての性
能が高くなるので、サブコンデンサ４のみに冷媒が流れ
るこの場合にはサブコンデンサ４の能力は最大となり、
エアミックスドア１２の設定位置と相俟って最大暖房が
実現される。

【００２０】また、高外気（たとえば２５℃以上）、高
室温時のように車室内の熱負荷が高い時（Ｂ位置）に
は、最大冷房運転を行うべく、流量分配弁１３の弁位置
を調節して、コンプレッサ６から吐出される冷媒がすべ
て通風ダクト２外のメインコンデンサ５に流れるように
し、サブコンデンサ４には冷媒がまったく流れないよう
にする。このときの流量分配弁１３の弁位置はたとえば
図３（Ｂ）に示す様であり、サブコンデンサ４側を全
閉、メインコンデンサ５側を全開にする。また、このと
きのエアミックスドア１２のドア位置は、エバポレータ
３通過後の空気がすべてサブコンデンサ４を迂回する位
置に設定されるのが好ましい。

【００２１】したがって、この場合には、通常のエアコ
ンサイクルと同様、エバポレータ３は熱交換により低温
低圧の気液混合状態の冷媒を蒸発させて取り入れ空気を
冷却し、メインコンデンサ５はエバポレータ３で奪った
熱を外部に放出してガス状冷媒を冷却し凝縮液化させる
という作用を行って、エバポレータ３通過後の冷風を車
室内に吹き出し、もって車室内を冷房する。しかも、こ
のときには、メインコンデンサ５のみに冷媒が流れてい
るためメインコンデンサ５の能力は最大となっており、
エアミックスドア１２の設定位置と相俟って最大冷房が
実現される。その際、この場合には上記のようにサブコ
ンデンサ４にはまったく冷媒が流れないので、従来のよ
うにサブコンデンサ４周辺の雰囲気が暖かくなることは
ないので、エアミックスドア１２からの風漏れ等があっ
たとしても、エバポレータ３から流下してきた冷風がサ
ブコンデンサ４周辺の雰囲気によって暖められるような
ことはなくなり、吹出し風の温度上昇はなくなる。した
がって、その分だけ従来に比べ最大冷房時の性能が向上
する。

【００２２】さらに、中外気（たとえば０〜２５℃）、
中室温時のように車室内の熱負荷が中程度の状態である
場合には、吹出し風の温調制御を行うべく、図２に示す
ような熱負荷に応じた流量分配比を実現するよう、流量
分配弁１３の弁位置を調節する。このとき、コンプレッ
サ６から吐出された冷媒は、流量分配弁１３によって、
図２に示すような車室内の熱負荷に応じた流量分配比特
性に従って、通風ダクト２内のサブコンデンサ４と通風
ダクト２外のメインコンデンサ５とに分配される。この
とき、上記のようにあらかじめ実験によって、熱負荷に
応じてサブコンデンサ４の能力（放熱量）が最適となる
ように熱負荷に対する流量分配比特性を設定しておけ
ば、サブコンデンサ４の能力（放熱量）は熱負荷に応じ
た最適レベルに調節されることになる。したがって、吹
出し風の温度制御がエアミックスドア１２の開度制御に
加えてサブコンデンサ４への流量制御によっても行われ
るようになり、吹出し風の温度制御を車室内の熱負荷に
応じてより一層適切に行うことができる。

【００２３】また、本システムにあっては、上記のよう
に、流量分配弁１３によってサブコンデンサの能力（放
熱量）を調節することができるので、図４に示すよう
に、通風ダクト２内にサブコンデンサ４ａをすべての風
がそれを通るように設置すれば、吹出し風の温度制御を
サブコンデンサ４ａへの流量制御だけで行うことが可能
となり、エアミックスドア１２を省略することができ
る。この場合には、通路抵抗が低下するので、同一風量
での送風機モータ出力が低減されることになる。

【００２４】以上、本実施例にあっては、通風ダクト２
内のサブコンデンサ４と通風ダクト２外のメインコンデ
ンサ５とを並列に連結し、最大冷房時には、流量分配弁
１３によってコンプレッサ６から吐出された冷媒をすべ
てメインコンデンサ５に導くようにしたので、従来のよ
うにサブコンデンサ４周辺の雰囲気が暖かくなることは
なくなる。したがって、たとえばエアミックスドア１２
からの風漏れ等があったとしても、エバポレータ３から
流下してきた冷風が暖められるようなことはなくなり、
吹出し風の温度上昇はなくなる。よって、その分だけ従
来に比べ最大冷房時の性能が向上する。

【００２５】また、本実施例では、流量分配弁１３を設
け、車室内の熱負荷が中程度の時には、コンプレッサ６
から吐出された冷媒を車室内の熱負荷に応じた所定の流
量分配比特性に従ってサブコンデンサ４とメインコンデ
ンサ５とに分配するようにしたので、サブコンデンサ４
の能力（放熱量）が熱負荷に応じた最適状態に調節され
るようになり、エアミックスドア１２の開度の調節と相
俟って、吹出し風の温度制御を車室内の熱負荷に応じて
より一層適切に行うことが可能になる。

【００２６】さらに、本実施例では、上記のように流量
分配比を変えてサブコンデンサ４への流量を制御するこ
とによってサブコンデンサ４の能力を可変することがで
きるので、低外気時においてエバポレータ３が能力過大
となることを避けることができ、エバポレータ３の凍結
を防止することができる。

【００２７】また、上記のようにサブコンデンサの能力
（放熱量）は流量分配弁１３によって調節可能であるの
で、サブコンデンサ４ａを通路内にすべての風があたる
ように設置すればエアミックスドア１２を省略すること
ができる（図４参照）。よって、この場合には、通路抵
抗が低下するので、同一風量での送風機モータ出力が低
減されることになり、省動力化が図られるほか、コスト
の低減や制御の簡便化が図られる。

【００２８】なお、前述したように、車室内の熱負荷を
表わすパラメータはたとえば外気温度、吸込温度、車室
内温度、設定温度などの中の１つまたは複数個の組み合
わせでもよく、どのパラメータを用いてどのような流量
分配比特性を設定するかは実験によって適当に決めるこ
とができる。たとえば、乗員の要求する設定温度（ＰＴ
Ｃ値）と車室内温度とに基づいて流量分配比を設定して
もよい。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
通風ダクト内の第１コンデンサと通風ダクト外の第２コ
ンデンサとを並列に連結し、最大冷房時には、流量分配
弁によってコンプレッサから吐出された冷媒をすべて第
２コンデンサに導き、第１コンデンサには冷媒が流れな
いようにしたので、この時に第１コンデンサ周辺の雰囲
気が暖かくなって吹き出される冷風を暖めるようなこと
はなくなり、従来に比べ最大冷房時の性能が向上する。

【００３０】また、流量分配弁を設け、車室内の熱負荷
が中程度の時には、コンプレッサから吐出された冷媒を
車室内の熱負荷に応じた所定の流量分配比特性に従って
第１コンデンサと第２コンデンサとに分配するようにし
たので、第１コンデンサの能力（放熱量）が熱負荷に応
じた最適状態に調節されるようになり、エアミックスド
アの開度の調節と相俟って、吹出し風の温度制御を車室
内の熱負荷に応じてより一層適切に行うことができるよ
うになる。

【００３１】さらに、本発明によれば、流量分配弁によ
って第１コンデンサの能力（放熱量）を調節することが
できるので、場合によってはエアミックスドアを省略す
ることが可能となり、コストの低減、制御の簡便化、な
らびに省動力化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す概略構成図

【図２】流量分配比特性の一例を示す図

【図３】流量分配弁の弁位置を示す図

【図４】本発明の他の実施例を示す概略構成図

【図５】従来の空気調和装置の一例を示す概略構成図

【符号の説明】

１…送風機 ２…通風ダクト ３…エバポレータ ４、４ａ…サブコンデンサ（第１コンデンサ） ５…メインコンデンサ（第２コンデンサ） ６…コンプレッサ ７…リキッドタンク ８…膨脹弁 １２…エアミックスドア １３…流量分配弁 １４…逆止弁

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 送風機（１）により取り入れた空気を車
   室内に向かって送るための通風ダクト（２）と、当該通
   風ダクト（２）内に配設されたエバポレータ（３）と、
   前記通風ダクト（２）内の前記エバポレータ（３）の下
   流に配設された第１コンデンサ（４、４ａ）と、前記通
   風ダクト（２）外に配設され前記第１コンデンサ（４、
   ４ａ）と並列に連結された第２コンデンサ（５）とを有
   し、コンプレッサ（６）から吐出された冷媒を流量分配
   弁（１３）により車室内の熱負荷に応じた所定の流量分
   配比特性に従って前記第１コンデンサ（４、４ａ）と前
   記第２コンデンサ（５）に分配するようにしたことを特
   徴とする自動車用空気調和装置。