JPH0713526U - 自動車用空気調和装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 起動時や低負荷時の暖房性能不足を補いうる
電気自動車等に好適なヒートポンプ式の「自動車用空気
調和装置」を提供すること。 【構成】 エバポレータ３と膨張弁８との間に熱交換器
１２を設け、自動車駆動用モータ１３の冷却回路１４を
循環する冷却水を熱交換器１２に導く。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、エンジン冷却用回路などのように高熱量源を持たない電気自動車等 に用いて好ましい自動車用空気調和装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】

ガソリンエンジンやディーゼルエンジンによる排気ガス問題は地球環境にとっ て大きな影響を及ぼすため、従来より走行駆動源としてバッテリー駆動の電気モ ータを使用した電気自動車の開発が注目されている。

【０００３】 従来のガソリンエンジン車等に搭載される空気調和装置は、エンジンの冷却回 路を熱源として車室内の空気調和を行うように構成されているが、電気自動車に 搭載される空気調和装置では、走行駆動源の熱を利用しない、いわゆるヒートポ ンプ式熱サイクルを応用したものが考えられている。

【０００４】 この種のヒートポンプ式空気調和装置では、車室内を暖房する場合でも、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。

【０００５】 図３は、電気自動車に搭載されるヒートポンプ式空気調和装置の一例を示す概 略構成図である。このヒートポンプ式空気調和装置は、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、この通風ダクト２内 には、上流側から順にエバポレータ３と主に暖房運転時に働く第１コンデンサ４ とが配設され、また、通風ダクト２外には、主に冷房運転時に働く第２コンデン サ５が配設されている。

【０００６】 冷房サイクルは、コンプレッサ６、第２コンデンサ５、第１コンデンサ４、リ キッドタンク７、膨張弁８、エバポレータ３およびアキュームレータ２０を順次 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を選択的に切り替えるために、第２コンデンサ５の入口には三 方弁９が設けられ、バイパス管１０により第２コンデンサ５の出口と直結されて いる。なお、図中符号「２１」は、第２コンデンサ５から第１コンデンサ４に向 かう方向の流れのみを許容する逆止弁を示している そして、冷房運転時には、コンプレッサ６から吐出された冷媒が三方弁９によ り第２コンデンサ５に導かれ、これから順に第１コンデンサ４、リキッドタンク ７、膨張弁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 の冷房サイクルにおけるエバポレータ３は、熱交換により液状冷媒を蒸発させて 取り入れ空気を冷却する機能を司り、一方、第２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機能を司る。そ のため、この場合においては第１コンデンサ４は取り入れ空気との凝縮器として は機能しないことになる。

【０００７】 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を介して直ちに第１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、第１コンデンサ４において熱交換作用によ って凝縮液化され、エバポレータ３で冷却された空気が加熱される。これにより 、取り入れ空気の除湿暖房が実現されることになる。

【０００８】 ちなみに、車室内に吹き出される空気の温度は、第１コンデンサ４の上流に配 設されたエアミックスドア１１の開度を調節すること、もしくはコンプレッサ６ の回転数を制御することによって行われる。

【０００９】

【考案が解決しようとする課題】

このようにヒートポンプ式空気調和装置は、暖房時においても冷媒の潜熱を利 用して空気を加熱することができるものの、ガソリンエンジン車等のようにエン ジンの冷却回路を熱源として利用する空気調和装置に比べると、やはり熱源とし ての熱容量が小さいことは否定できない。そのため、起動時に暖房性能が不足す ることが懸念されていた。

【００１０】 また、低負荷時ではエバポレータ３が能力過大となるため、エバポレータ３を 通過する空気の温度が著しく低下し、第１コンデンサ４による加熱が十分に行わ れないという問題があった。またこのような場合、エバポレータ３が凍結するお それがあった。

【００１１】 本考案は、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、起動時 や低負荷時の暖房性能不足を補うとともに低負荷時のエバポレータ凍結を防止す ることを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】

上記目的を達成する本考案は、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コンデンサに連結された第２コンデンサとを有 し、前記第１コンデンサから流出した冷媒を膨張弁を介してコンプレッサに導い たのち、当該コンプレッサから吐出された冷媒を回路切換弁によりバイパス通路 を介して前記第１コンデンサに導く暖房運転用冷媒回路と、前記冷媒を前記回路 切換弁により前記第２コンデンサに導く冷房運転用冷媒回路とを備えた自動車用 空気調和装置において、 前記エバポレータと膨張弁との間に熱交換器を設け、自動車駆動用モータの冷 却回路を循環する冷却水を前記熱交換器に導くことを特徴とする自動車用空気調 和装置である。

【００１３】

【作用】

本考案の自動車用空気調和装置を用いて暖房運転を行う場合には、回路切換弁 を選択してコンプレッサから吐出された冷媒をバイパス通路を介して第１コンデ ンサに導き、この第１コンデンサを凝縮器として機能させる。

【００１４】 このとき、エバポレータと膨張弁との間に設けられた熱交換器に自動車駆動用 モータの冷却回路を循環して温度上昇した冷却水を導き、膨張弁を通過して低温 ・低圧の飽和冷媒との熱交換を行う。

【００１５】 これによりエバポレータに流入する冷媒は僅かに温度が上昇するため、エバポ レータにおける蒸発圧力（蒸発温度）がそれに応じて僅かに上昇し、フィンに付 着した水が氷結するのを防止することができる。また、このようなエバポレータ の冷却能力の低下によって、結果的にエバポレータを通過する空気の温度が幾分 上昇するので、第１コンデンサにおける暖房性能が向上する。

【００１６】

【実施例】

以下、本考案の一実施例を図面に基づいて説明する。 図１は、本考案の一実施例を示す構成図、図２（Ａ）（Ｂ）は、同実施例の作 用効果を説明するグラフであり、図１において図３と共通する部材には同一の符 号を付している。

【００１７】 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ヒートポンプ式空 気調和装置であって、図３に示すヒートポンプ式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４とが配設されている。また、通風ダクト２の外には他の凝縮器としての第 ２コンデンサ５が配設されている。後述するように、第１コンデンサ４は主に暖 房運転時に作用し、第２コンデンサ５は主に冷房運転時に作用する。

【００１８】 エバポレータ３、第１コンデンサ４および第２コンデンサ５は、配管によりリ キッドタンク７、膨張弁８、アキュームレータ２０とともにコンプレッサ６に連 結されて、冷房サイクルを構成している。また、第２コンデンサ５の入口には回 路切換弁としての三方弁９が設けられ、バイパス通路を形成するバイパス管１０ により第２コンデンサ５の出口と直結されている。この三方弁９によって、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、ただちに第１コンデ ンサ４に導き、それからリキッドタンク７、膨張弁８、エバポレータ３、コンプ レッサ６へと循環させる暖房運転用冷媒回路と、コンプレッサ６から吐出された 冷媒を第２コンデンサ５に導き、それから第１コンデンサ４、リキッドタンク７ 、膨張弁８、エバポレータ３、コンプレッサ６へと循環させる冷房運転用冷媒回 路とが切り替えられる。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１ ３によって図示しないベルト等を介して駆動される。つまり、電気モータ１３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。

【００１９】 特に本実施例では、電気モータ１３の発熱を抑制するための冷却回路の冷却水 を利用して暖房性能を高めるように構成している。すなわち、エバポレータ３の 上流側であって膨張弁８の下流側に熱交換器１２を設け、この熱交換器１２に電 気モータ１３の冷却回路１４を循環する冷却水を導いている。

【００２０】 電気モータ１３の冷却回路１４は放熱器１６を通過して電気モータ１３に至る 循環閉回路であって、この冷却回路を循環する冷却水は、放熱器１６で冷却され たのち電気モータ１３に至ると、ここで電気モータ１３からの熱を吸収して再び 放熱器１６にて冷却される。

【００２１】 この冷却回路１４における電気モータ１３の下流側に分岐回路１７を設け、こ れを熱交換器１２に導いたのち、再び冷却回路１４に戻すように連結している。 電気モータ１３を通過した冷却水は、電気モータ１３の熱を吸収して温度が比較 的上昇しているため、熱交換器１２に導かれたときには、膨張弁８を通過して低 温・低圧となった冷媒に熱を奪われ、これによりエバポレータ３に流入する冷媒 の温度が僅かながらも上昇することになる。

【００２２】 図１に示す「１５」は、分岐回路１７に設けられたバルブであり、冷房運転を 行う場合には当該バルブ１７は閉じ、暖房運転を行うときに開くようにする。

【００２３】 なお、本実施例に係る熱交換器１２はエバポレータ３の下流直下に設けること もある程度の効果は期待できるが、エバポレータ３の直上に設ける方が、後述す るように著しい効果を発揮する。

【００２４】 次に作用を説明する。 冷房運転する場合には、三方弁９によりコンプレッサ６から吐出された冷媒が 第２コンデンサ５に導かれるようにする。このときの冷媒の流れは図１中に点線 で示すとおりであって、過熱蒸気の状態でコンプレッサ６に吸入された冷媒はコ ンプレッサ６により断熱圧縮されて高温高圧のガス状冷媒となってコンプレッサ ６から吐出される。このコンプレッサ６から吐出された高温高圧のガス状冷媒は 、三方弁９により第２コンデンサ５に導かれ、ここで外部に熱を放出して中温高 圧の液状冷媒となる。

【００２５】 ついで、この液状冷媒は第１コンデンサ４およびリキッドタンク７を経て、膨 張弁８を通過することにより断熱膨張して気液混合冷媒となった後に、エバポレ ータ３に導かれて取り入れ空気との熱交換を行ってこれを冷却し、気化しつつ等 圧膨張を続け、過熱蒸気となって再びコンプレッサ６に吸入される。

【００２６】 この場合、第１コンデンサ４には第２コンデンサ５によりすでに凝縮液化され た液状冷媒が供給されるので、第１コンデンサ４は凝縮器として作用しない。よ って、エバポレータ３を通過した冷却空気がそのまま車室内に吹き出されること になる。

【００２７】 なお、このような冷房運転を行う場合には分岐回路１７に設けられたバルブ１ ５を閉塞しておき、熱交換器１２に電気モータ１３の冷却水は流さない。

【００２８】 一方、暖房運転する場合には、コンプレッサ６から吐出された冷媒がバイパス 管１０を介してただちに第１コンデンサ４に導かれるように三方弁９を切り替え る。同時に、分岐回路１７に設けられたバルブ１５を開いて、電気モータ１３を 通過して温水となった冷却水を熱交換器１２に導く。

【００２９】 このときの冷媒の流れは図１中に実線で示すとおりであって、コンプレッサ６ から吐出された高温高圧のガス状冷媒は、三方弁９によりバイパス管１０を通っ て第１コンデンサ４に導かれ、ここで取り入れ空気に熱を放出して中温高圧の液 状冷媒となる。これにより、エバポレータ３で冷却された空気が加熱されること になる。

【００３０】 これに加えて、本実施例の自動車用空気調和装置では、エバポレータ３と膨張 弁８との間に設けられた熱交換器１２に電気モータ１３の冷却回路１４を循環し て温度上昇した冷却水を分岐回路１７で導き、膨張弁８を通過して低温・低圧と なった飽和冷媒との熱交換を行うようにしているので、エバポレータ３に流入す る冷媒は僅かに温度が上昇することになる。そのため、エバポレータ３における 蒸発圧力（蒸発温度）がそれに応じて僅かに上昇し、フィンに付着した水が氷結 するのを防止することができる。また、このようなエバポレータ３の冷却能力の 低下によって、結果的にエバポレータ３を通過する空気の温度が幾分上昇するの で、第１コンデンサ４における暖房性能が向上することになる。

【００３１】 これを図２（Ａ）に示すモリエル線図により説明すると、熱交換器１２を用い ない従来のヒートポンプ式空気調和装置においては、コンプレッサ６による断熱 圧縮行程におけるエンタルピーの増加量（同図「Ｂ」で示す）のみが暖房性能と して寄与するだけである。ところが、本実施例のように熱交換器１２を設けてエ バポレータ３に流入する冷媒の温度を上昇させると、その温度の上昇分に相当す るエンタルピーの増加量（同図「Ａ」で示す）が暖房性能として付加されること になるのである。

【００３２】 また、熱交換器１２の設置位置の選択についても、図２（Ｂ）に示すように、 エバポレータ３の直上に設ける方が、エバポレータ３の直下に設けるよりも、コ ンプレッッサ動力に対する暖房性能が優れているといえる。

【００３３】 このように、送風機１により取り入れられた空気は、エバポレータ３により冷 却されかつ除湿された後に第１コンデンサ４により加熱され、除湿暖房が実現さ れることになるが、冷房サイクルの熱力学的原理により、結果的にシステムの暖 房性能が向上し、起動時や低負荷時の暖房性能不足を補うことができるようにな る。

【００３４】 ちなみに、車室内に吹き出される空気の温度は、エアミックスドア１１の開度 を調節してエバポレータ３を通過した冷風と第１コンデンサ４を通過した温風と の混合割合を変えること、もしくはコンプレッサ６の回転数を制御することによ って行われる。

【００３５】

【考案の効果】

以上説明したように、本考案によれば、システムの暖房性能が向上し、起動時 や低負荷時の暖房性能不足を補うことができるだけでなく、エバポレータの凍結 しやすい低負荷時においてエバポレータの能力過大ということがなくなり、エバ ポレータの凍結防止が図られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本考案の一実施例を示す概略構成図である。

【図２】 図２（Ａ）（Ｂ）は同実施例の作用効果を説
明するためのグラフである。

【図３】 従来のヒートポンプ式空気調和装置の一例を
示す概略構成図である。

【符号の説明】

１…送風機、 ２…通風ダク
ト、３…エバポレータ、 ４…第１コ
ンデンサ、５…第２コンデンサ、 ６…
コンプレッサ、９…三方弁（回路切換弁）、
１０…バイパス管（バイパス通路）、１２…熱交換器、
１３…自動車駆動用モータ、１４
…冷却回路。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
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) 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) に連結された第２コンデン
   サ(5) とを有し、前記第１コンデンサ(4) から流出した
   冷媒を膨張弁(8) を介してコンプレッサ(6) に導いたの
   ち、当該コンプレッサ(6) から吐出された冷媒を回路切
   換弁(9) によりバイパス通路(10)を介して前記第１コン
   デンサ(4) に導く暖房運転用冷媒回路と、前記冷媒を前
   記回路切換弁(9) により前記第２コンデンサ(5) に導く
   冷房運転用冷媒回路とを備えた自動車用空気調和装置に
   おいて、 前記エバポレータ(3) と膨張弁(8) との間に熱交換器(1
   2)を設け、自動車駆動用モータ(13)の冷却回路(14)を循
   環する冷却水を前記熱交換器(12)に導くことを特徴とす
   る自動車用空気調和装置。