JPH10100651A - ヒートポンプ式自動車用空気調和装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】冷凍サイクルの早期立ち上げを可能として即暖
性のさらなる向上を図りうる「ヒートポンプ式自動車用
空気調和装置」を提供する。 【解決手段】コンプレッサウォーマ５０をコンプレッサ
２の本体部２ａに装着し、暖房運転起動時にコンプレッ
サ２の表面を強制的に暖める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、エンジン冷却水と
冷媒を用いて自動車の車室内を冷暖房するようにしたヒ
ートポンプ式自動車用空気調和装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】たとえば、最近の一部の高級車や比較的
車室内空間が大きいワンボックスカーなどには、室内全
体について快適な空調状態が得られるよう、車室内の前
方領域（たとえば、前席部分）はフロントユニットによ
り、後方領域（たとえば、第２席、第３席等の後席部
分）はリヤユニットによりそれぞれ独立に空気調和す
る、通常デュアルエアコンと称される自動車用空気調和
装置が搭載されている。

【０００３】この種の自動車用空気調和装置として、た
とえば、暖房運転時において、フロントユニットはエン
ジン冷却水を熱源として利用するが、リヤユニットはコ
ンプレッサにより圧縮された高温高圧の冷媒を熱源とし
て利用するようにしたシステムがある。なお、この種の
装置は、冷媒の循環過程（冷凍サイクル）において低温
の外部空気から熱を汲み上げて車室内を暖房することか
ら、ヒートポンプ式の自動車用空気調和装置と称されて
いる。

【０００４】ところが、この種の装置で暖房運転をする
場合、たとえば、冬季の朝のように外気温度が低いとき
には、起動時にエンジン冷却水の温度が低く、また、冷
媒の温度の上昇速度も俊敏でないため、運転開始と同時
に暖かい空気が吹き出されるような状態になりにくく、
いわゆる即暖性が不十分となり、また、暖房性能も不足
気味となるおそれがある。特に、ディーゼルエンジンを
搭載した車室内空間の大きいワンボックスカーでは、通
常のガソリンエンジン車と比べてエンジン冷却水の温度
上昇が遅く、しかも広い空間を暖房しなければならない
ことから、即暖性、暖房性能ともに不足する傾向があ
る。

【０００５】そこで、現在では、エンジン冷却水の熱を
利用して冷媒を加熱し、エンタルピーが増加したより高
温の冷媒を用いて、より高い暖房性能を発揮するように
したヒートポンプ式自動車用空気調和装置が開発されて
いる（たとえば、特願平７−２７１６２１号参照）。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】このようにエンジン冷
却水の熱を利用して冷媒を加熱することにより、従来の
ヒートポンプ式に比べ、即暖性、暖房性能ともに著しく
向上するが、それでもなお極低温地域などにおいて暖房
を行う場合には、コンプレッサの立ち上がり自体が遅く
冷凍サイクルがなかなか成立しないため、サイクル温度
（冷媒温度）の上昇に時間がかかり、即暖性に欠けるお
それがある。

【０００７】なお、暖房初期時に早急に温度上昇させよ
うとブロアファンの風量を上げると、多量の冷風により
サブコンデンサの温度が低下し、そのためサイクル温度
も下がり、かえって冷媒を効率的に温度上昇させること
が困難となる。そこで、現状では、暖房初期にはブロア
ファンをＯＦＦしてサイクル温度の上昇を待つといった
制御を行っている。しかし、このような風量制御は、制
御が複雑になり、コスト的にも不利となる。しかも、こ
のような風量制御によっては、冷凍サイクルの早期立ち
上げを図るという根本的な課題は何ら解決されない。

【０００８】本発明は、本出願人が現在開発中のヒート
ポンプ式自動車用空気調和装置における上記課題に着目
してなされたものであり、冷凍サイクルの早期立ち上げ
を可能として即暖性のさらなる向上を図ることができる
ヒートポンプ式自動車用空気調和装置を提供することを
目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１記載の発明は、それぞれ取り入れた空気を
車室内に向かって送る第１ユニットおよび第２ユニット
を有し、前記第１ユニットの通風路内に、下流側から順
に、エンジン冷却水が循環するヒータコアと、前記第１
および第２ユニットの外部にそれぞれ配設されたコンプ
レッサおよび第１コンデンサとともに冷凍サイクルを構
成する第１エバポレータとを配設し、前記第２ユニット
の通風路内に、下流側から順に、前記第１エバポレータ
と並列に接続されかつ相互に直列に接続された第２コン
デンサおよび第２エバポレータを配設し、前記コンプレ
ッサから吐出された冷媒を前記第１コンデンサへ導く冷
房運転用冷媒回路と、前記冷媒を前記第１コンデンサを
バイパスするバイパス通路へ導く暖房運転用冷媒回路と
を切り換える回路切換弁を設け、前記第１および第２ユ
ニットの外部に、前記第２エバポレータの出口に接続さ
れかつ前記エンジン冷却水が循環可能な第３エバポレー
タを配設し、当該第３エバポレータにより前記エンジン
冷却水を利用して前記第３エバポレータに流入する冷媒
を加熱した後前記コンプレッサに帰還させるようにした
ヒートポンプ式自動車用空気調和装置において、前記コ
ンプレッサを暖める加温手段を設けたことを特徴とす
る。

【００１０】この発明にあっては、加温手段は、たとえ
ば、暖房運転の起動時に、コンプレッサの表面を強制的
に暖める。これにより、コンプレッサの仕事効率が上が
り、コンプレッサの立ち上がりが早くなる。したがっ
て、冷凍サイクルが早く成立し、サイクル温度（冷媒温
度）が早急に効率的に上昇するようになるため、立ち上
がり暖房性能（即暖性）が向上する。

【００１１】請求項２記載の発明は、上記請求項１記載
の発明において、前記加温手段はエンジン冷却水を利用
することを特徴とする。この発明にあっては、起動初期
において冷媒よりも温度上昇が早いエンジン冷却水を利
用してコンプレッサを暖める。

【００１２】請求項３記載の発明は、上記請求項１記載
の発明において、前記加温手段は電気ヒータを利用する
ことを特徴とする。この発明にあっては、たとえば、バ
ッテリ電源を使用して電気ヒータをＯＮする。したがっ
て、エンジン起動前に電気ヒータをＯＮして事前にコン
プレッサを暖熱しておくことが可能となり、即暖性がよ
り一層向上する。

【００１３】請求項４記載の発明は、上記請求項３記載
の発明において、前記電気ヒータはＰＴＣヒータである
ことを特徴とする。この発明にあっては、電気ヒータと
してＰＴＣヒータを用いるので、通常の抵抗ヒータと比
べ、性能、安全性、信頼性の面ですぐれている。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、図面を使って、本発明の実
施の形態を説明する。図１は本発明を適用したヒートポ
ンプ式自動車用空気調和装置の一例を示す概略構成図、
図２は同装置の暖房運転時の状態を示す概略構成図、図
３は同装置の冷房運転時の状態を示す概略構成図であ
る。なお、図２および図３にあっては、簡単化のため、
図１を一部簡略化してある。

【００１５】この自動車用空気調和装置は、送風機によ
り取り入れた内外気を空気調和して車室内の前席および
後席に向かってそれぞれ吹き出す第１ユニットとしての
フロントユニット１０と第２ユニットとしてのリヤユニ
ット２０とを有している。

【００１６】フロントユニット１０は、そのケーシング
内に通風路１１が形成され、この通風路１１内には、白
抜き矢印で示す空気の流れ方向の下流側から順に、エン
ジン１により加熱されたエンジン冷却水（温水）が循環
するヒータコア１２と、後述する冷凍サイクルを構成す
る第１エバポレータとしてのフロントエバポレータ１３
とが配設されている。なお、図示しないが、より詳細に
は、フロントユニット１０は、上流側から順に、インテ
ークユニット、クーリングユニット、およびヒータユニ
ットからなり、インテークユニットにはインテークドア
と前記送風機が配置され、クーリングユニットには前記
フロントエバポレータ１３が配置され、ヒータユニット
にはエアミックスドアと前記ヒータコア１２が配置され
ている。エアミックスドアは、ヒータコア１２の前面に
設けられ、ヒータコア１２を通過した温風とこれを迂回
した冷風との比率を調節してヒータコア１２の下流域で
所望温度の空気を作ったり、あるいはヒータコア１２に
空気が流通しないようにしている。また、ヒータユニッ
トのヒータコア１２下流側には、車室内の前席への各種
吹出口が形成されている。

【００１７】一方、リヤユニット２０は、そのケーシン
グ内に通風路２１が形成され、この通風路２１内には、
白抜き矢印で示す空気の流れ方向の下流側から順に、そ
れぞれ冷凍サイクルを構成する第２コンデンサとしての
サブコンデンサ２２と第２エバポレータとしてのリヤエ
バポレータ２３とが配設されている。サブコンデンサ２
２およびリヤエバポレータ２３は、当該冷凍サイクルの
回路において、ともにフロントエバポレータ１３と並列
に接続され、かつ、相互に直列に接続されている。な
お、一部図示しないが、より詳細には、リヤユニット２
０も、フロントユニット１０と同様、上流側から順に、
インテークユニット、クーリングユニット、およびヒー
タユニットからなり、インテークユニットにはインテー
クドアと前記送風機２８が配置され、クーリングユニッ
トには前記リヤエバポレータ２３が配置され、ヒータユ
ニットにはエアミックスドア２９と前記サブコンデンサ
２２が配置されている。エアミックスドア２９は、サブ
コンデンサ２２の前面に設けられ、サブコンデンサ２２
を通過した温風とこれを迂回した冷風との比率を調節し
てサブコンデンサ２２の下流域で所望温度の空気を作っ
たり、あるいはサブコンデンサ２２に空気が流通しない
ようにしている。ヒータユニットのサブコンデンサ２２
下流側には、車室内の後席への各種吹出口が形成されて
いる。

【００１８】これら両ユニット１０、２０の外部には、
エンジン１によって回転駆動されるコンプレッサ２と、
第１コンデンサとして機能するメインコンデンサ３とが
配設されている。冷凍サイクルは、これらコンプレッサ
２、メインコンデンサ３、フロントエバポレータ１３、
サブコンデンサ２２、リヤエバポレータ２３を、配管に
より、第１リキッドタンク１４、フロントエバポレータ
１３用の第１膨脹弁１５、第２リキッドタンク２４、お
よびリヤエバポレータ２３用の第２膨脹弁２５と連結し
て構成されている。

【００１９】メインコンデンサ３の入口側には回路切換
弁としての四方弁４が設けられている。この四方弁４
は、密閉ケースに１つの入口ポートと３つの出口ポート
を設けるとともに、同ケース内に前記３つの出口ポート
のうち２つの出口ポートを連通するスライド部材を設
け、このスライド部材によって選択された出口ポート以
外の出口ポートが入口ポートと連通するように構成され
ている。したがって、スライド部材の位置によって入口
ポートと連通される出口ポートが選択されることにな
る。ここでは、四方弁４の入口ポートはコンプレッサ２
の吐出側と接続され、四方弁４の３つの出力ポートは、
それぞれ、メインコンデンサ３の入口、コンプレッサ２
の吸入側（冷媒戻し通路５）、メインコンデンサ３の出
口（バイパス通路６）と接続されている。この四方弁４
により、コンプレッサ２から吐出された冷媒をメインコ
ンデンサ３に導く冷房運転用冷媒回路（以下単に「冷房
用回路」という）と、コンプレッサ２から吐出された冷
媒をメインコンデンサ３のバイパス通路６に導く暖房運
転用冷媒回路（以下単に「暖房用回路」という）とが切
り換えられる。これら冷房用回路および暖房用回路の詳
細は後で説明する。

【００２０】また、前記両ユニット１０、２０の外部に
は、暖房性能を高めるため、コンプレッサ２の吸入側と
リヤエバポレータ２３の出口との間に、第３エバポレー
タとして機能するサブエバポレータ３０が配設されてい
る。サブエバポレータ３０は、内部を流通する冷媒をエ
ンジン冷却水（温水）との熱交換により加熱する機能を
有している。この場合、好ましくは第２膨脹弁２５の感
熱部２７はサブエバポレータ３０の出口に取り付けられ
ている。

【００２１】このようなサブエバポレータ３０を設ける
ことで、たとえ低温のため空気と熱交換してもただちに
暖房用として使用できないエンジン冷却水であっても、
当該サブエバポレータ３０において流入した冷媒と熱交
換させることにより、その冷媒はエンジン冷却水が保有
する熱を有効に取り込んで加熱された（つまり、エンタ
ルピーが増加した）後、コンプレッサ２に戻され、再度
コンプレッサ２で加圧されることになるので、コンプレ
ッサ２から吐出される冷媒はより高温の冷媒となって、
サブコンデンサ２２に供給されることになる。その結
果、サブコンデンサ２２において熱交換された空気はよ
り高温となるため、より高い暖房性能が発揮され、即暖
性も向上することになる。しかも、上記のように第２膨
脹弁２５の感熱部２７をサブエバポレータ３０の出口に
設けた場合には、サブエバポレータ３０で加熱された後
の冷媒の温度によって冷媒の流量が調整されるため、サ
ブエバポレータ３０作動時にはより多量の冷媒が循環す
るようになり、より一層の暖房性能アップが図られる。

【００２２】暖房運転時、コンプレッサ２から吐出され
た冷媒は、通常、後述する回路（暖房用回路）を通って
リヤユニット２０側にのみ流れ、フロントユニット１０
側には流れない。このとき、リキッドタンク１４を出た
冷媒をフロントユニット１０側に導くかどうかを制御す
る電磁操作式の開閉弁（以下「第１電磁弁」という）１
６は閉じ、前記冷媒をリヤユニット２０側に導くかどう
かを制御する電磁操作式の開閉弁（以下「第２電磁弁」
という）２６は開いている。すなわち、この時、コンプ
レッサ２から出た冷媒は、図２に示すように、四方弁４
→バイパス通路６→第１リキッドタンク１４→第２電磁
弁２６→サブコンデンサ２２→第２リキッドタンク２５
→第２膨脹弁２５→リヤエバポレータ２３→サブエバポ
レータ３０と流れて、コンプレッサ２に帰還する。

【００２３】なお、ヒータコア１２（たとえば、その入
口側）には電磁操作式の温水バルブ１７が設けられてお
り、少なくとも暖房運転時（または温調運転時）には、
この温水バルブ１７を開くことによって、エンジン１か
ら流出した温水がヒータコア１２へ導入されるようにな
っている。

【００２４】また、サブエバポレータ３０（たとえば、
その温水入口側）には電磁操作式のウォータバルブ３１
が設けられており、暖房運転時において、このウォータ
バルブ３１を開くことによって、エンジン冷却水がサブ
エバポレータ３０に導入され、サブエバポレータ３０が
上記した所定の機能を発揮するようになっている。

【００２５】一方、冷房運転時、コンプレッサ２から吐
出された冷媒は、通常、後述する回路（冷房用回路）を
通ってフロントユニット１０側とリヤユニット２０側の
双方に流れる。このとき、第１電磁弁１６と第２電磁弁
２６はともに開いている。すなわち、この時、コンプレ
ッサ２から出た冷媒は、図３に示すように、四方弁４→
メインコンデンサ３→第１リキッドタンク１４と流れ
て、ここからフロントユニット１０側とリヤユニット２
０側とに分岐して流れた後、サブエバポレータ３０の入
口で合流して、コンプレッサ２に帰還する。より具体的
には、前者においては、第１リキッドタンク１４を出た
冷媒は、第１電磁弁１６→第１膨脹弁１５→フロントエ
バポレータ１３と流れた後、サブエバポレータ３０を経
て、コンプレッサ２に帰還し、また、後者においては、
第１リキッドタンク１４を出た冷媒は、第２電磁弁２６
→サブコンデンサ２２→第２リキッドタンク２５→第２
膨脹弁２５→リヤエバポレータ２３と流れた後、サブエ
バポレータ３０を経て、コンプレッサ２に帰還する。

【００２６】また、コンプレッサ２には、起動時の冷凍
サイクルの立ち上がりを早くするため、コンプレッサ２
の本体表面を強制的に暖める加温手段としてのコンプレ
ッサウォーマが装着されている。コンプレッサウォーマ
には、エンジン冷却水（温水）を利用するタイプと、電
気ヒータ、特にＰＴＣヒータを利用するタイプとがあ
る。なお、前者は、起動初期においては冷媒よりもエン
ジン冷却水の方が温度上昇が早いという性質に着目した
ものである。

【００２７】図４は温水利用タイプのコンプレッサウォ
ーマを装着したコンプレッサの概念図である。このコン
プレッサウォーマ５０は、コンプレッサ２の本体部２ａ
にこれを取り囲むようにして装着されており、内部をエ
ンジン冷却水（温水）が循環するように構成されてい
る。コンプレッサウォーマ５０の温水入口５１は、たと
えば、フロントユニット１０内のヒータコア１２に接続
され、ヒータコア１２から出た温水がコンプレッサウォ
ーマ５０に導入されるようになっている。また、温水バ
ルブ１７を閉じてヒータコア１２への温水の流入が阻止
されている場合には、図示しない所定のバルブの操作に
より、エンジン１から直接エンジン冷却水が導入される
ようになっている。いずれにせよ、コンプレッサウォー
マ５０へのエンジン冷却水の導入は、図示しない所定の
バルブを開操作したときにのみなされる。コンプレッサ
ウォーマ５０に導入されたエンジン冷却水は温水出口５
２から出てエンジン１に戻る。

【００２８】図５はＰＴＣヒータ利用タイプのコンプレ
ッサウォーマを装着したコンプレッサの概念図である。
このコンプレッサウォーマ６０は、コンプレッサ２の本
体部２ａにこれを取り囲むようにして装着されており、
ＰＴＣヒータ６１で構成されている。たとえば、ＰＴＣ
ヒータ６１の一端はスイッチ６２を介してバッテリ電源
６３に接続され、その他端はアースされている。スイッ
チ６２をＯＮすることによって、ＰＴＣヒータ６１に通
電され、ＰＴＣヒータ６１のそれぞれのＰＴＣ素子が発
熱する。この場合には、バッテリ電源６３を使用するた
め、上記した温水利用タイプのものと異なって、エンジ
ン１起動前（またはコンプレッサ２起動前）にコンプレ
ッサ２を事前暖熱することができる。

【００２９】なお、上記したように、四方弁４の出口側
（出口ポートの１つ）とコンプレッサ２の吸入側との間
には冷媒戻し通路５が設けられているが、この冷媒戻し
通路５は、外気温度が低く、エンジン冷却水をただちに
暖房用熱源として使用できない場合に、メインコンデン
サ３等に滞留しているいわゆる寝込み冷媒をコンプレッ
サ２に戻し、多量の冷媒を用いて性能の高い暖房ができ
るようにするためのものである。

【００３０】また、図１〜図３中、７はメインコンデン
サ３を冷却するための電動ファンであり、４０、４１、
４２はそれぞれ反対方向の流れを阻止するための逆止弁
である。

【００３１】また、図１〜図３では明示していないが、
好ましくはサブエバポレータ３０とコンプレッサ２との
間にアキュムレータが設けられている。アキュムレータ
は、冷媒を貯溜する比較的容量のある容器であるため、
仮に冷媒が液状体で帰還してきても、これを気化してコ
ンプレッサ２に戻すことができ、液圧縮によるコンプレ
ッサ２の破損を防止することができる。

【００３２】次に、作用を説明する。暖房運転時 暖房運転開始時に外気温度が低い場合には、エンジン冷
却水の温度も低く、これをただちに暖房用として使用す
ることはできない（ヒータコア１２の場合）。また、冷
媒もメインコンデンサ３等の内部に寝込んでおり、コン
プレッサ２にはあまり存在していない。この状態で後席
を暖房する場合には、たとえば、まず、第１電磁弁１６
を閉状態、第２電磁弁２６を開状態、ウォータバルブ３
１を開状態、四方弁４を図２に示す状態にそれぞれ設定
する。

【００３３】この状態でコンプレッサ２をＯＮすると、
主としてメインコンデンサ３等の内部に寝込んでいる冷
媒が、四方弁４および冷媒戻し通路５を通ってコンプレ
ッサ２の吸入側に導かれ、回収される。

【００３４】これにより、コンプレッサ２は多量の冷媒
を吐出しうる運転状態となり、コンプレッサ２から吐出
された高温高圧の冷媒は、フロントユニット１０側には
流れず、四方弁４→バイパス通路６→第１リキッドタン
ク１４→第２電磁弁２６→サブコンデンサ２２→第２リ
キッドタンク２５→第２膨脹弁２５→リヤエバポレータ
２３→サブエバポレータ３０とリヤユニット２０側のみ
を流れて、コンプレッサ２に帰還する。この循環過程に
おいて、サブエバポレータ３０に流入した低温低圧の冷
媒は、エンジン冷却水との熱交換により加熱され、より
高温となってコンプレッサ２に吸入され、再度圧縮され
る。これにより、コンプレッサ２に帰還し再度圧縮され
た冷媒は、エンタルピーが増加して（つまり、サイクル
バランスが上昇して）より高温高圧となって吐出される
ことになる。しかも、ここでは、第２膨脹弁２５の開度
（つまり、冷媒の流量）が感熱部２７で検知されるサブ
エバポレータ３０出口の冷媒温度によって調整されるた
め、上記のようにサブエバポレータ３０出口の冷媒温度
がエンジン冷却水との熱交換により上昇すると、第２膨
脹弁２５の開度が大きくなり、より多量の冷媒が循環す
るようになる。サブコンデンサ２２の暖房能力（放熱性
能）は冷媒の温度と流量に関係するため、このように吐
出冷媒の温度が上昇しかつ流量も増加することで、より
高い暖房性能が発揮されることになる。また、このよう
な傾向は時間の経過につれて増幅されることから、いわ
ゆる即暖性も向上することになる。すなわち、この運転
をしばらく継続して行っている間にエンジン冷却水の温
度が上昇してくると、サブエバポレータ３０でのエンジ
ン冷却水から冷媒への吸熱量自体が増加し、コンプレッ
サ２に吸入される冷媒の温度は相乗的に上昇することに
なり、大幅な暖房性能および即暖性の向上が図られる。

【００３５】特に、本案では、暖房運転起動時にコンプ
レッサウォーマ５０、６０を作動させることによって、
より一層の立ち上がり暖房性能（即暖性）の向上を図る
ことができる。すなわち、暖房運転を起動すると同時
に、所定のバルブを開いてヒータコア１２の温水をコン
プレッサウォーマ５０に流入させ（図４に示す温水利用
タイプの場合）、または、スイッチ６２をＯＮしてＰＴ
Ｃヒータ６１に通電する（図５に示すＰＴＣヒータ利用
タイプの場合）ことによって、コンプレッサ２の表面を
強制的に暖める。すると、コンプレッサ２の仕事効率が
上がり、コンプレッサ２の立ち上がりが早くなるため、
上記した冷凍サイクルが早く成立し、上記した原理によ
りサイクル温度（冷媒温度）が早急に効率的に上昇する
ことになる。その結果、立ち上がり暖房性能（即暖性）
のより一層の向上が図られる。その後、サイクル温度
（たとえば、コンプレッサ吐出温度）が所定の温度（た
とえば、所望の暖房性能が得られる温度）に上昇した時
点で、バルブを閉じまたはスイッチ６２をＯＦＦしてコ
ンプレッサウォーマ５０、６０の作動を停止させる。

【００３６】さらに、図５に示すＰＴＣヒータ利用タイ
プのものにあっては、エンジン１起動前（またはコンプ
レッサ２起動前）にスイッチ６２をＯＮしてＰＴＣヒー
タ６１に通電しコンプレッサ２を事前に暖めておくこと
が可能である。この場合には、暖房運転を起動した時点
ですでにコンプレッサ２はある程度暖熱されているた
め、コンプレッサ２をＯＮした時の冷媒吐出温度および
吸入温度が上昇し、サイクルの立ち上がりがより早くな
るため、さらにより一層の即暖性の向上が図られる。

【００３７】このとき、リヤユニット２０内に取り込ま
れた空気は、リヤエバポレータ２３において除湿冷房さ
れ、さらにサブコンデンサ２２において加熱された後、
流下し、所定の吹出口から車室内に吹き出される。これ
により、除湿した空気を加熱する除湿暖房が実現され
る。

【００３８】以上は、後席の暖房についてであるが、前
席については、専らエンジン冷却水を利用して暖房が行
われる。そのため、エンジン１始動後にエンジン冷却水
が暖房用として使用できる程度に上昇するまで、温水バ
ルブ１７を閉じるか、またはエアミックスドア（図示せ
ず）により空気がヒータコア１２を通過しないようにす
るかどちらか一方または両方の制御を行うことが好まし
い。

【００３９】その後、エンジン冷却水の温度がある程度
上昇し、車室内の温度もある程度上昇すると、特に後席
の暖房においては、たとえば、ウォータバルブ３１を閉
じてサブエバポレータ３０にエンジン冷却水が流入しな
いようにする。これにより、不必要に冷媒が加熱される
ことがなくなり、サブエバポレータ３０を利用しない通
常の暖房運転が行われることになる。

【００４０】冷房運転時 前後席を共に冷房する場合には、第１電磁弁１６および
第２電磁弁２６をそれぞれ開状態、四方弁４を図３に示
す状態、ウォータバルブ３１を全閉状態にそれぞれ設定
する。

【００４１】この状態でコンプレッサ２をＯＮすると、
コンプレッサ２から吐出された冷媒は、フロントユニッ
ト１０側とリヤユニット２０側の双方に流れる。すなわ
ち、コンプレッサ２から出た冷媒は、図３に示すよう
に、四方弁４→メインコンデンサ３→第１リキッドタン
ク１４と流れて、ここからフロントユニット１０側とリ
ヤユニット２０側とに分岐して流れた後、サブエバポレ
ータ３０の入口で合流して、コンプレッサ２に帰還す
る。より具体的には、前者においては、第１リキッドタ
ンク１４を出た冷媒は、第１電磁弁１６→第１膨脹弁１
５→フロントエバポレータ１３と流れた後、サブエバポ
レータ３０を経て、コンプレッサ２に帰還し、また、後
者においては、第１リキッドタンク１４を出た冷媒は、
第２電磁弁２６→サブコンデンサ２２→第２リキッドタ
ンク２５→第２膨脹弁２５→リヤエバポレータ２３と流
れた後、サブエバポレータ３０を経て、コンプレッサ２
に帰還する。なお、この循環過程において、リヤユニッ
ト２０内のサブコンデンサ２２にはメインコンデンサ３
によりすでに凝縮液化された液冷媒が供給されるため、
サブコンデンサ２２の熱交換器としての能力はあまりな
いと同時にエアミックスドア２９は閉じているので、エ
バポレータ２３通過後の冷風が暖められることはない。
また、この時には、上記のようにウォータバルブ３１を
全閉してサブエバポレータ３０への温水の流入を阻止し
ているため、サブエバポレータ３０は機能せず、したが
って低圧側の温度上昇が防止されるので、冷房性能が損
われることはない。

【００４２】これにより、前席においては、フロントユ
ニット１０内に取り込まれた空気は、フロントエバポレ
ータ１３において冷媒との熱交換により冷却、除湿され
て冷風となった後、エアミックスドア（図示せず）によ
り適当な割合で冷風と温風（ヒータコア１２で加熱され
た空気）とがミックスされて温度調整され、または、ミ
ックスされることなく、所定の吹出口から車室内に吹き
出される。

【００４３】また、後席においては、リヤユニット２０
内に取り込まれた空気は、リヤエバポレータ２３におい
て冷媒との熱交換により冷却、除湿されて冷風となった
後、エアミックスドア２９により適当な割合で冷風と温
風（サブコンデンサ２２で加熱された空気）とがミック
スされて温度調整され、または、ミックスされることな
く、所定の吹出口から車室内に吹き出される。

【００４４】この場合においても、暖房運転時と同様、
冷房運転起動時にコンプレッサウォーマ５０、６０を作
動させてコンプレッサ２の仕事効率を上昇させ、もって
冷房性能の向上を図ることができる。特に、冷房運転時
に温水バルブ１７を閉じてヒータコア１２への温水の流
入を阻止するシステムの場合には、図４に示す温水利用
タイプのものを用いると、上記したように所定のバルブ
操作によりエンジン１から直接エンジン冷却水がコンプ
レッサウォーマ５０に導入されるため、暖房運転時の場
合と比べてより高温のエンジン冷却水が流入することに
なり、コンプレッサ２の仕事効率はより上昇することに
なる。

【００４５】なお、前席のみを冷房する場合には第１電
磁弁１６を閉じ、後席のみを冷房する場合には第２電磁
弁２６を閉じればよい。

【００４６】次に、即暖性の向上を目的としたいくつか
の起動制御方法を示しておく。これらは、サブエバポレ
ータ３０やコンプレッサウォーマ５０、６０を使用しな
いシステムにも適用可能なものである。

【００４７】図６は即暖性の向上を目的とした起動制御
方法の一例を示す制御特性図である。この起動制御方法
は、暖房運転時における即暖性および乗員の快適性を考
慮して、コンプレッサ２の吐出温度に応じて所定の風量
制御を行うようにしたものである。

【００４８】すなわち、暖房運転時において、コンプレ
ッサ２がＯＮされると、リヤユニット２０内のインテー
ク（吸込口）をＲＥＣ（内気循環）に固定する。起動初
期、送風機２８への印加電圧（リヤブロア電圧）は０Ｖ
とする。エンジン回転数１５００rpm にて、エンジン冷
却水温の上昇とともにリヤＦＯＯＴ吹出口からの吹出し
風温度も上昇するため、車室内の温度も上昇する。これ
により、リヤユニット２０の吸気温度（内気循環）が上
昇し、冷凍サイクル（冷媒）の温度および圧力が上が
る。たとえば、起動してから５分が経過し、または、コ
ンプレッサ２の吐出温度が３５℃に上昇すると、サイク
ルがある程度立ち上がったものと判断し、以後、乗員の
快適性を考慮して、図６に示すように、コンプレッサ２
の吐出温度に応じてリヤブロア電圧を段階的に上げてい
く。

【００４９】これにより、即暖性が向上するとともに、
コンプレッサ２の吐出温度の上昇と共にリヤブロア電圧
を上げていくため、乗員に違和感はない。

【００５０】図７はリヤユニット内にＰＴＣヒータを配
設したヒートポンプ式自動車用空気調和装置の一例を示
す概略構成図、図８は同装置における起動制御方法の一
例を示す制御特性図である。なお、図７において、図１
〜図３と共通する部材には同一の符号を付し、その説明
は省略する。

【００５１】このシステムでは、リヤユニット２０内の
サブコンデンサ２２の下流側にＰＴＣヒータ７０を取り
付け、コンプレッサ２の吐出温度の上昇に応じてＰＴＣ
ヒータ７０の入力電圧を切り替えることによって、即暖
性の向上を図るようにしている。

【００５２】すなわち、ＰＴＣヒータ７０は、一般にふ
つうの抵抗ヒータと比べてすぐれた性能、安全性、信頼
性を備えており、ここでは、たとえば、ＰＴＣセラミッ
ク（ＰＴＣ素子）を両側を金属板で挟まれたハニカム状
のフィンで挟んだ構造を一単位として、これを複数個並
列に連結して構成されている。このＰＴＣヒータ７０を
通電することによって、サブコンデンサ２２を通過した
温風がさらに加熱され、吹出し風温度が上昇することに
なる。本案では、ＰＴＣヒータ７０に対する通電制御と
して、図８に示すように、暖房運転の起動時からＰＴＣ
ヒータ７０に最大電圧（１２．８Ｖ）を加えて即暖性を
図るとともに、コンプレッサ２の吐出温度の上昇に応じ
て段階的にＰＴＣヒータ７０に加える電圧を下げるよう
にしている。また、図６の場合と同様、たとえば、起動
してから５分が経過し、または、コンプレッサ２の吐出
温度が３５℃に上昇すると、サイクルがある程度立ち上
がったものと判断し、以後、乗員の快適性を考慮して、
図８に示すように、コンプレッサ２の吐出温度に応じて
リヤブロア電圧を段階的に上げていく。このように、外
部熱源（ＰＴＣヒータ７０）を使用することで即暖性の
向上が図られるともに、コンプレッサ２の吐出温度の上
昇と共にリヤブロア電圧を上げていくため、乗員の快適
性も図られる。

【００５３】また、暖房安定時においては、ＰＴＣヒー
タ７０をＯＮし、吹出し風の温度上昇を図ることができ
る。つまり、乗員がフィーリング的に寒く感じたらＰＴ
Ｃヒータ７０をＯＮし、リヤエバポレータ２３の吸気温
度を上げて、暖房性能の向上を図る。

【００５４】その際、ＰＴＣヒータ７０はバッテリ電源
を使用するため、入力電圧の制御を行うことによって、
ＰＴＣヒータ７０の温度をコントロールできる。

【００５５】なお、上記の実施形態では、四方弁４と冷
媒戻し通路５を設けて寝込み冷媒をコンプレッサ２に戻
すようにしているが、これに限られるわけではなく、寝
込み冷媒をコンプレッサ２に戻すことなく冷暖房運転を
行うようにしてもよい。この場合には、四方弁４の代わ
りに、たとえば、２つの開閉弁等をそれぞれメインコン
デンサ３の入口とバイパス通路６に設けるとよい。

【００５６】また、上記の実施形態では、コンプレッサ
ウォーマ５０、６０をサブエバポレータ３０を使用する
システムに適用した場合を示したが、これに限られるわ
けではなく、コンプレッサウォーマ５０、６０による冷
暖房性能の向上は、サブエバポレータを使用しないシス
テムにおいても実現可能である。

【００５７】

【発明の効果】以上述べたように、請求項１〜４記載の
発明によれば、加温手段によってコンプレッサの表面を
暖熱するので、コンプレッサの仕事効率が上がり、コン
プレッサの立ち上がりが早くなるため、冷暖房性能が向
上する。

【００５８】特に、請求項３または４記載の発明によれ
ば、バッテリ電源を使用して電気ヒータ（またはＰＴＣ
ヒータ）をＯＮするため、エンジン起動前にそれをＯＮ
して事前にコンプレッサを暖熱しておくことが可能とな
り、即暖性がより一層向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用したヒートポンプ式自動車用空気
調和装置の一例を示す概略構成図である。

【図２】同装置の暖房運転時の状態を示す概略構成図で
ある。

【図３】同装置の冷房運転時の状態を示す概略構成図で
ある。

【図４】温水利用タイプのコンプレッサウォーマを装着
したコンプレッサの概念図である。

【図５】ＰＴＣヒータ利用タイプのコンプレッサウォー
マを装着したコンプレッサの概念図である。

【図６】即暖性の向上を目的とした起動制御方法の一例
を示す制御特性図である。

【図７】リヤユニット内にＰＴＣヒータを配設したヒー
トポンプ式自動車用空気調和装置の一例を示す概略構成
図である。

【図８】同装置における起動制御方法の一例を示す制御
特性図である。

【符号の説明】

１…エンジン ２…コンプレッサ ３…メインコンデンサ（第１コンデンサ） ４…四方弁（回路切換弁） ６…バイパス通路 １０…フロントユニット（第１ユニット） １１、２１…通風路 １２…ヒータコア １３…フロントエバポレータ（第１エバポレータ） １４、２４…リキッドタンク １５、２５…膨脹弁 ２０…リヤユニット（第２ユニット） ２２…サブコンデンサ（第２コンデンサ） ２３…リヤエバポレータ（第２エバポレータ） ２７…感温部 ３０…サブエバポレータ（第３エバポレータ） ３１…ウォータバルブ ５０、６０…コンプレッサウォーマ（加温手段） ６１…ＰＴＣヒータ（電気ヒータ）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大橋 利男 東京都中野区南台５丁目24番15号 カルソ ニック株式会社内 (72)発明者 神山 薫 東京都中野区南台５丁目24番15号 カルソ ニック株式会社内 (72)発明者 田島 唯好 東京都中野区南台５丁目24番15号 カルソ ニック株式会社内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】それぞれ取り入れた空気を車室内に向かっ
   て送る第１ユニット（１０）および第２ユニット（２
   ０）を有し、前記第１ユニット（１０）の通風路（１
   １）内に、下流側から順に、エンジン冷却水が循環する
   ヒータコア（１２）と、前記第１および第２ユニット
   （１０、２０）の外部にそれぞれ配設されたコンプレッ
   サ（２）および第１コンデンサ（３）とともに冷凍サイ
   クルを構成する第１エバポレータ（１３）とを配設し、
   前記第２ユニット（２０）の通風路（２１）内に、下流
   側から順に、前記第１エバポレータ（１３）と並列に接
   続されかつ相互に直列に接続された第２コンデンサ（２
   ２）および第２エバポレータ（２３）を配設し、前記コ
   ンプレッサ（２）から吐出された冷媒を前記第１コンデ
   ンサ（３）へ導く冷房運転用冷媒回路と、前記冷媒を前
   記第１コンデンサ（３）をバイパスするバイパス通路
   （６）へ導く暖房運転用冷媒回路とを切り換える回路切
   換弁（４）を設け、前記第１および第２ユニット（１
   ０、２０）の外部に、前記第２エバポレータ（２３）の
   出口に接続されかつ前記エンジン冷却水が循環可能な第
   ３エバポレータ（３０）を配設し、当該第３エバポレー
   タ（３０）により前記エンジン冷却水を利用して前記第
   ３エバポレータ（３０）に流入する冷媒を加熱した後前
   記コンプレッサ（２）に帰還させるようにしたヒートポ
   ンプ式自動車用空気調和装置において、 前記コンプレッサ（２）を暖める加温手段（５０、６
   ０）を設けたことを特徴とするヒートポンプ式自動車用
   空気調和装置。
2. 【請求項２】前記加温手段（５０）はエンジン冷却水を
   利用することを特徴とする請求項１記載のヒートポンプ
   式自動車用空気調和装置。
3. 【請求項３】前記加温手段（６０）は電気ヒータ（６
   １）を利用することを特徴とする請求項１記載のヒート
   ポンプ式自動車用空気調和装置。
4. 【請求項４】前記電気ヒータ（６１）はＰＴＣヒータで
   あることを特徴とする請求項３記載のヒートポンプ式自
   動車用空気調和装置。