JPH09240266A - 冷暖房装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 サイクル構成がシンプルな「冷暖房装置」を
提供する。 【構成】 コンプレッサ６、車室内側熱交換器４、第１
の膨張弁８ａ、車室外側熱交換器５、第２の膨脹弁８
ｂ、および冷却器３がこの順に配管で連結され、暖房運
転時には第１の膨張弁８ａで冷媒を断熱膨張させ、冷房
運転時には第１の膨張弁８ａで冷媒を断熱膨張させな
い。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ヒートポンプシス
テムを用いた冷暖房装置に関し、特に、サイクル構成が
簡素な冷暖房装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、電気自動車は、走行駆動源が電
気モータであるため、高温のエンジン冷却水を利用する
エンジン搭載車に比べて暖房熱源が不足する。このた
め、従来の電気自動車用冷暖房装置は、冷房のみならず
暖房にも冷媒を用いてサイクル運転を行ない、窓曇りを
防止しながら車室内を暖房する除湿ヒートポンプ式エア
コンが開発されている（例えば、特開平５−２０１２４
３号参照）。

【０００３】この種の電気自動車用冷暖房装置は、図４
に示すように、ダクト２内に、空気を取り入れるブロア
装置１と、冷却器３と、主に暖房運転時に機能する車室
内側熱交換器４とが配設され、さらに、ダクト２外に、
主に冷房運転時に機能する車室外側熱交換器５が配設さ
れている。

【０００４】これら熱交換器４、５は、サイクル中に設
けられた三方弁９によって暖房運転時と冷房運転時とで
切り換えられ、暖房運転時においては、冷媒が車室外側
熱交換器５をバイパスして流れるようにし、コンプレッ
サ６からの冷媒は、三方弁９、バイパス通路１１、車室
内側熱交換器４、膨脹弁８、冷却器３の順に流れる。こ
の過程において、コンプレッサ６から吐出され三方弁９
で車室外側熱交換器５をバイパスしたガス状冷媒は、車
室内側熱交換器４で凝縮液化されて放熱を行うので、冷
却器３で冷却された空気は、加熱され車室内が暖房され
ることになる。

【０００５】ところが、このような電気自動車用冷暖房
装置は、システム上、暖房運転時には、冷却器３と車室
内側熱交換器４とが同時に働くため、取入空気は、常に
冷却器３で冷却されてから車室内側熱交換器４で加熱さ
れることになり、暖房性能が向上しないのみでなく、不
必要な除湿を行う場合もある点で問題があった。

【０００６】そこで、不必要な除湿暖房を改善して省電
力化を図ることを目的として、車室外に設けられた車室
外側熱交換器５を暖房時にはエバポレータとして機能さ
せる一方で、冷房時にはコンデンサとして機能させるエ
アコンシステムも提案されている。

【０００７】このエアコンシステムは、図５にその概要
を示すように、暖房時においては、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の切り換
えにより車室内に設けられた車室内側熱交換器４に導か
れて、取入空気を加熱しながら凝縮液化されたのち、車
室外側熱交換器５の入口に設けられた第１の膨張弁８ａ
によって断熱膨張して低温低圧の液状冷媒となって、車
室外側熱交換器５に導かれる。

【０００８】車室外側熱交換器５においては、低温低圧
の液状冷媒は、外気を冷却しながら低温低圧のガス状冷
媒となり、バイパス管１１を介してコンプレッサ６に戻
される。すなわち、暖房時においては車室外側熱交換器
５はエバポレータとして機能するとともに、車室内の冷
却器３には、冷媒が導かれないので、不必要な除湿暖房
が改善されることになる。

【０００９】なお、窓ガラスの曇りを晴らすモードにお
いては、上記サイクルにおいて、車室外側熱交換器５か
らの冷媒の一部が冷却器３に導かれる。

【００１０】一方、冷房時においては、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の切
り換えにより車室外側熱交換器５に導かれて外気を加熱
しながら凝縮液化されたのち、冷却器３の入口に設けら
れた第２の膨張弁８ｂによって断熱膨張して低温低圧の
液状冷媒となって冷却器３に導かれる。

【００１１】この低温低圧の液状冷媒は、冷却器３にお
いて取入空気を冷却しながら低温低圧のガス状冷媒とな
り、コンプレッサ６に戻される。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
エアコンシステムでは、コンプレッサ６の出口に設けら
れた三方弁９、バイパス管１１及び当該バイパス管１１
に設けられた電磁弁が必要となるため、サイクル構成が
複雑化し、製品コストもアップすることになり、また、
構成部品の増加にともない冷媒漏れや作動不良などの信
頼性が低下する虞れがある。

【００１３】本発明は、上述した課題に鑑みてなされた
もので、シンプルな構成の冷暖房装置を提供することを
目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の冷暖房装
置は、コンプレッサ、室内側熱交換器、第１の膨張弁、
室外側熱交換器、第２の膨脹弁、および冷却器がこの順
に配管で連結された冷暖房装置であって、暖房運転時に
は第１の膨張弁で冷媒を断熱膨張させ、冷房運転時には
第１の膨張弁で冷媒を断熱膨張させないことを特徴とす
る。

【００１５】この冷暖房装置は、室外側熱交換器の上流
に第１の膨張弁が設けられ、この膨張弁においては、暖
房運転時には冷媒が断熱膨張し、冷房運転時には冷媒が
断熱膨張しないので、暖房運転時及び冷房運転時におけ
るサイクル作動は以下のようになる。

【００１６】すなわち、暖房運転時には、コンプレッサ
から吐出された高温高圧のガス状冷媒は、室内側熱交換
器に導かれて取入空気を加熱しながら凝縮液化されたの
ち、第１の膨張弁によって断熱膨張されて低温低圧の液
状冷媒となって室外側熱交換器に導かれる。

【００１７】この低温低圧の液状冷媒は、室外側熱交換
器において外気を冷却しながら低温低圧のガス状冷媒と
なったのち、第２の膨張弁及び冷却器にてさらに取入空
気を冷却し、コンプレッサに戻される。

【００１８】すなわち、本発明に係る室外側熱交換器
は、暖房時においては、エバポレータとして機能する。
また、第２の膨張弁を通過する冷媒は、既に低温低圧の
液状冷媒となっており、若干取入空気を冷却するのみで
あることから、不必要な除湿暖房が改善されることにな
る。同時に、全く除湿を行わないものではないため、窓
ガラスの曇りを晴らすこともできる。

【００１９】一方、冷房運転時には、コンプレッサから
吐出された高温高圧のガス状冷媒は、室内側熱交換器に
導かれて取入空気との熱交換を行ったのち、第１の膨張
弁をそのまま通過して室外側熱交換器に導かれる。これ
ら室内側熱交換器及び室外側熱交換器において、高温高
圧のガス状冷媒は、外気と熱交換しながら凝縮液化され
たのち、冷却器の入口に設けられた第２の膨張弁によっ
て断熱膨張して低温低圧の液状冷媒となり、冷却器に導
かれる。

【００２０】そして、この低温低圧の液状冷媒は、冷却
器において取入空気を冷却しながら低温低圧のガス状冷
媒となり、コンプレッサに戻される。

【００２１】すなわち、本発明に係る室外側熱交換器
は、冷房時においては、コンデンサとして機能すること
になる。

【００２２】このように本発明の冷暖房装置は、１つの
サイクルによって冷暖房を行うことができるので、従来
必要とされた切換弁やバイパス管を省略することがで
き、これにより、構成部品が少なくシンプルなサイクル
となり、製品コストや専有スペースの低減のみならず、
冷媒の漏洩や作動不良といった問題も解消することがで
きる。

【００２３】請求項２記載の冷暖房装置は、暖房運転時
及び冷房運転時の第１の膨張弁における冷媒の断熱膨張
の有無は、第１の膨張弁の弁開度を調節することにより
制御されることを特徴とする。

【００２４】冷暖房に応じて第１の膨張弁における冷媒
の断熱膨張を制御するにあたり、第１の膨張弁の弁開度
を調節することにより簡単に制御することができる。暖
房時には、断熱膨張が必要であるため、第１の膨張弁の
弁開度は狭小なコントロールモードとし、冷房時には断
熱膨張させないために、第１の膨張弁の弁開度は全開と
する。

【００２５】請求項３記載の冷暖房装置は、暖房運転時
及び冷房運転時の第１の膨張弁における冷媒の断熱膨張
の有無は、第１の膨張弁を迂回するバイパス管を流れる
冷媒量を調節することにより制御されることを特徴とす
る。

【００２６】上記第１の膨張弁の弁開度による制御以外
にも、サイクルを構成する配管に第１の膨張弁を迂回す
るバイパス管を設け、第１の膨張弁の弁開度を調節する
ことなく当該バイパス管を流れる冷媒量を調節すること
によっても制御することができる。すなわち、暖房時に
は、断熱膨張が必要であるため、冷媒を全て第１の膨張
弁に流し、冷房時には断熱膨張させないために、冷媒を
全てバイパス管に流すようにする。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。図１及び図２は、本発明の電気自
動車用冷暖房装置の実施の形態を示す概略構成図であ
る。なお、同図中、図４及び図５と共通する部分には同
一の符号を付している。

【００２８】本実施の形態に係る電気自動車用冷暖房装
置は、冷房、暖房共に冷媒を用いたサイクル運転を行う
ことによって車室内の冷房と除湿暖房を行うヒートポン
プ式エアコンである。

【００２９】このエアコンのサイクルＣは、コンプレッ
サ６、車室内側熱交換器４、リキッドタンク７ａ、第１
の膨張弁８ａ、車室外側熱交換器５、リキッドタンク７
ｂ、第２の膨脹弁８ｂ、及び冷却器３を配管で連結し、
その中に冷媒を封入して構成されている。

【００３０】また、図示はしないが、車室外側熱交換器
５の背面には、この車室外側熱交換器５に空気を送るた
めのファン装置が設けられている。

【００３１】このようなサイクルＣは、暖房運転時にお
いても冷房運転時においても、図１及び図２に示すよう
に、コンプレッサ６から吐出された冷媒が、車室内側熱
交換器４→リキッドタンク７ａ→第１の膨脹弁８ａ→車
室外側熱交換器５→リキッドタンク７ｂ→第２の膨張弁
８ｂ→冷却器３→コンプレッサ６へと循環する同じ循環
経路が形成される。

【００３２】なお、場合によっては、構成を簡単にする
ために、リキッドタンク７ａ，７ｂの全部または一部を
省略してもよい。また、コンプレッサ６は、電気モータ
によって直接または図示しないベルト等を介して駆動さ
れる。つまり、バッテリーで、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。

【００３３】本実施の形態に係る電気自動車用冷暖房装
置は、取入空気の風路を構成するダクト２を有し、上流
側に、ブロアファンとこれを駆動するブロアファンモー
タとから構成されたブロア装置１が設けられ、これによ
り取入空気が車室内に送られる。

【００３４】冷却器３と車室内側熱交換器４は、ダクト
２内に、上流側からこの順で配置され、車室内側熱交換
器４の上流側には、エアミックスドア１３が回動自在に
設けられ、車室内側熱交換器４を通過する風量と当該車
室内側熱交換器１３を迂回する風量との比率が調節され
る。

【００３５】さらに、ダクト２の下流部には、混合室１
８が形成され、この混合室１８では、車室内側熱交換器
４を通過した温風と車室内側熱交換器４を迂回した冷風
とが混合され、所望の温度の空気流となるように温調さ
れる。

【００３６】なお、温調された空気は、図示しない各種
の吹出口、例えば、ベント吹出口、フット吹出口、デフ
吹出口等から車室内所定場所に向かって吹き出される。

【００３７】本実施の形態において、暖房運転と冷房運
転とは、第１の膨張弁８ａの作用が相違する。すなわ
ち、第１の膨張弁８ａは、冷却器３の入口に設けられた
第２の膨張弁８ｂと同様に熱交換器の出口側冷媒の温度
に応じて弁開度がコントロールされる電磁膨張弁であ
り、暖房時においては、車室外側熱交換器５の出口側配
管に設けられた感温筒（図示せず）により、図１（Ｂ）
に示すように第１の膨張弁８ａの弁開度が制御され、車
室外側熱交換器５をエバポレータとして機能させる。し
かしながら、冷房時には、当該車室外側熱交換器５をコ
ンデンサとして機能させるために、図２（Ｂ）に示すよ
うに第１の膨張弁８ａの弁開度を強制的に全開とする。

【００３８】このような弁開度のコントロールは、電磁
膨張弁８ａへの出力電圧によって容易に行うことができ
るが、それ以外にも第１の膨張弁８ａを迂回するバイパ
ス管１５ａによって行うこともできる。図３は、本発明
の他の実施の形態を示す概略図であり、この場合、第１
の膨張弁８ａを迂回するようにバイパス管１５ａが設け
られ、さらにこのバイパス管１５ａに電磁弁１５ｂが設
けられている。

【００３９】そして、暖房時には、第１の膨張弁８ａが
通常のコントロールを行うように電磁弁１５ｂを全閉
し、全ての冷媒を第１の膨張弁８ａに流す。これに対し
て冷房時には、電磁弁１５ｂを全開して殆どの冷媒をバ
イパス管１５ａに流し、第１の膨張弁８ａにおける冷媒
の断熱膨張を抑制する。

【００４０】次に、実施の形態の作用を説明する。例え
ば、エアコンスイッチがオンされると、システムが起動
してコンプレッサ６がオンし、車室内の必要とされる空
調状態に応じて第１の膨張弁８ａの弁開度が切り換えら
れる。この弁開度によって、上述したように、暖房運転
時と冷房運転時とで車室外側熱交換器５の機能が切り換
えられる。

【００４１】まず、温調制御を含む暖房運転をする場合
には、第１の膨張弁８ａの弁開度を通常のコントロール
モードとする。これにより車室外側熱交換器５は、エバ
ポレータとして機能し、サイクルＣ内の冷媒は、コンプ
レッサ６→車室内側熱交換器４→リキッドタンク７ａ→
第１の膨張弁８ａ→車室外側熱交換器５→リキッドタン
ク７ｂ→第２の膨脹弁８ｂ→冷却器３→コンプレッサ６
という回路を循環する。

【００４２】この過程において、車室内側熱交換器４に
おいては、取入空気との熱交換が行われてこれを加熱
し、このときの放熱は、車室外側熱交換器５によって外
部の空気から吸熱される。また、冷却器３においても熱
交換が行われ、取入空気を若干冷却する。したがって、
過剰ではない若干の除湿をともなう暖房が実現され、窓
ガラスの曇りを晴らす機能を果たすこととなる。

【００４３】なお、温調制御は、車室内側熱交換器４の
上流に設けられたエアミックスドア１３の開度を調節す
ることにより行われる。

【００４４】暖房時に車室外側熱交換器５が凍結した場
合には、第１の膨張弁８ａを一時的に全開にすることに
よって短時間で解凍することができる。また、車室外側
熱交換器５が凍結したとしても、車室内側熱交換器４は
凍結することなく暖房性能を発揮することができる。

【００４５】冷房運転をする場合には、第１の膨張弁８
ａの弁開度を全開にするとともに、エアミックスドア１
３を全閉状態かあるいはそれに近い状態とする。

【００４６】これにより、車室外側熱交換器５はコンデ
ンサとして機能し、サイクルＣ内の冷媒は、コンプレッ
サ６→車室内側熱交換器４→リキッドタンク７ａ→第１
の膨脹弁８ａ→車室外側熱交換器５→リキッドタンク７
ｂ→第２の膨張弁８ｂ→冷却器３→コンプレッサ６とい
う回路、すなわち上述した暖房時と同じ回路を循環す
る。

【００４７】この過程において、第２の膨張弁８ｂは通
常のコントロールモードで作動するので、冷却器３は、
取入空気との熱交換を行ってこれを冷却し、このときの
吸熱は、主として車室外側熱交換器５において外気に放
出される。つまり、第１の膨張弁８ａの弁開度は、全開
となっているので、車室外側熱交換器５は、コンデンサ
として機能し、コンプレッサ６によって高温高圧となっ
たガス状冷媒を凝縮液化させる。ただし、エアミックス
ドア１３を開くと、車室内側熱交換器４によっても熱交
換が行われ、冷却器３によって冷却された取入空気を加
熱することができ、その結果、温調及び除湿されること
となる。

【００４８】なお、本発明は、上述した実施の形態のみ
に限定されるものではなく、特許請求の範囲内において
種々改変することができるものである。例えば、上述し
た実施の形態では、電気自動車用冷暖房装置について説
明したが、本発明は、これのみに限定されるものではな
く、一般家庭に使用される通常の冷暖房装置にも適用す
ることができることはいうまでもない。

【００４９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る請求
項１記載の冷暖房装置によれば、方向制御弁やバイパス
冷媒配管を設けていないので、回路構成がシンプルとな
り、製品コストやスペースの低減に加えて、構成部品か
らの冷媒漏洩や作動不良などの問題を解消できる。

【００５０】また、請求項２記載の冷暖房装置によれ
ば、電気的制御によって簡単に断熱膨張の有無を制御で
きるのでコストアップを最小限に抑制できる。

【００５１】また、請求項３記載の冷暖房装置によれ
ば、バイパス管を設けることにより第１の膨張弁の目詰
まりに拘わらず確実に断熱膨張の有無を制御できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施形態を示す概略構成図（暖房運
転時）である。

【図２】 本発明の実施形態を示す概略構成図（冷房運
転時）である。

【図３】 本発明の他の実施形態を示す概略構成図であ
る。

【図４】 従来の電気自動車用冷暖房装置を示す概略構
成図である。

【図５】 従来の電気自動車用冷暖房装置を示す概略構
成図である。

【符号の説明】

１…ブロア装置、 ２…ダクト、 ３…冷却器、 ４…（車）室内側熱交換器、 ５…（車）室外側熱交換器、 ６…コンプレッサ、 ８…膨張弁、 ８ａ…第１の膨張弁、 ８ｂ…第２の膨張弁、 １５ａ…バイパス管、 １５ｂ…電磁弁。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 コンプレッサ(6）、室内側熱交換器
   (4）、第１の膨張弁(8a)、室外側熱交換器(5）、第２の
   膨脹弁(8b)、および冷却器(3）がこの順に配管で連結さ
   れた冷暖房装置であって、 暖房運転時には第１の膨張弁(8a)で冷媒を断熱膨張さ
   せ、冷房運転時には前記第１の膨張弁(8a)で冷媒を断熱
   膨張させないことを特徴とする冷暖房装置。
2. 【請求項２】 前記暖房運転時及び冷房運転時の第１の
   膨張弁(8a)における冷媒の断熱膨張の有無は、第１の膨
   張弁(8a)の弁開度を調節することにより制御されること
   を特徴とする請求項１記載の冷暖房装置。
3. 【請求項３】 前記暖房運転時及び冷房運転時の第１の
   膨張弁(8a)における冷媒の断熱膨張の有無は、第１の膨
   張弁(8a)を迂回するバイパス管(15a）を流れる冷媒量を
   調節することにより制御されることを特徴とする請求項
   １記載の冷暖房装置。