JPH10100661A - 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】 熱負荷に応じた適切な冷媒量を制御できるヒ
ートポンプ式の自動車用空気調和装置を提供する。 【解決手段】 ヒータコア１１及び第１熱交換器１２が
配置されたフロントユニット１０と、第２コンデンサ２
１及び第２熱交換器２２が配置されたリヤユニット２０
と、第２熱交換器２２の入口側に設けられた第２膨張弁
５ｂとを有するデュアル型ヒートポンプ式エアコンであ
り、第１熱交換器１２およびサブ熱交換器３０と、コン
プレッサ１との間の冷媒温度を検知する感温筒４０を有
し、感温筒４０により検出された冷媒温度に応じて第２
膨張弁５ｂの弁開度を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自動車の車室内を
エンジン冷却水と冷媒を用いて冷暖房するヒートポンプ
式自動車用空気調和装置に関し、特にエバポレータへ流
れる冷媒量を適切に制御できるデュアル型ヒートポンプ
式自動車用空気調和装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】高級車や車室内空間が大きいワンボック
スカーでは、室内全体が快適な空調状態となるように、
車室内の前方領域と後方領域とをフロントユニットとリ
ヤーユニットとによってそれぞれ独立に空気調和するデ
ュアルエアコンが広く採用されている。

【０００３】この種のデュアルエアコンのなかでもヒー
トポンプ式の自動車用空気調和装置は、暖房運転時にお
いて、フロントユニットでは、エンジンにより加熱され
たエンジン冷却水を熱源として利用する一方で、リヤー
ユニットでは、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し、外部空気から熱を汲み上げ
て使用するシステムとなっている。

【０００４】ところが、暖房運転する場合、例えば、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
ジン冷却水の温度も低く、また冷媒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る
状態にはならず、いわゆる即暖性に欠け、暖房性能も不
足気味となる虞れがある。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に比し、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】したがって、本件出願人は、このような課
題を解消すべく、エンジン冷却水の熱を利用して冷媒を
加熱し、等エントロピー変化した冷媒を使用し、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
用空気調和装置を提案した（特願平７−２７１，６２１
号参照）。

【０００６】この自動車用空気調和装置は、図３に示す
ように、リヤーユニット２０の第２熱交換器２２から流
出した冷媒を、サブ熱交換器３０に流入させ、このサブ
熱交換器３０にエンジン２から温水コック１１ａを通っ
て導入されているエンジン冷却水により加熱するように
したものである。なお、図３中、「３」は第１コンデン
サ、「１０」はフロントユニット、「１１」はヒータコ
ア、「１２」は第１熱交換器である。

【０００７】従来では低温のため空気と熱交換しても直
ちに暖房用としては使用できなかったエンジン冷却水
を、当該サブ熱交換器３０において、極めて低温の冷媒
と熱交換させることにより、エンジン冷却水が保有する
熱を有効に冷媒に取り込んだ後に、コンプレッサ２に戻
し、再度これを加圧することになるので、当該コンプレ
ッサ１から吐出された冷媒は、高温の等エンタルピー変
化した冷媒となって第２コンデンサ２１に供給すること
ができることになる。

【０００８】この結果、第２コンデンサ２１において熱
交換された空気は、より高温となり、高い暖房性能を発
揮し、即暖性も向上することになる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このように構
成された自動車用空気調和装置では、第２熱交換器２２
の入口側に設けられた第２膨張弁５ｂの開度は、当該第
２熱交換器２２の出口側に設けられた感温筒４０により
制御されていた。このため、第２熱交換器２２に並列的
に接続された第１熱交換器１２の熱負荷が高い場合や、
サブ熱交換器３０により冷媒温度が上昇するため、コン
プレッサ１に帰還する冷媒温度が高くなり過ぎる。これ
により、コンプレッサ１から吐出される冷媒量は、第１
熱交換器１２の熱負荷に応じた量よりも少なくなり、フ
ロントユニット１０において冷房能力が不足するという
問題があった。

【００１０】そこで、従来では、第２熱交換器２２の出
口側に設けられた感温筒４０にヒータを取り付け、熱負
荷が大きい場合には感温筒を加熱して誤認識させること
により、第２膨張弁５ｂの開度を大きくし、もってフロ
ントユニット１０の冷房能力を確保していた。かかる制
御はヒータを必要とするだけでなく、熱負荷の大小を検
知するための別の電子部品も必要とするため、コスト的
に不利である。

【００１１】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、熱負荷に応じた適切な冷媒
量を制御できる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ため
に、請求項１記載の本発明は、エンジン冷却水が流通す
るヒータコアと、少なくともコンプレッサ及び第１コン
デンサとともに冷房サイクルを構成する第１熱交換器と
が配置された第１ユニットと、開閉弁を用いて前記冷房
サイクルの冷媒の一部が導入されるように前記第１熱交
換器と並列的に接続された第２コンデンサ及び第２熱交
換器が配置された第２ユニットと、前記第２熱交換器の
入口側に設けられた第２膨張弁とを有し、前記第２熱交
換器から流出した冷媒を前記第１及び第２ユニット外に
設けられたサブ熱交換器に導き、当該サブ熱交換器に導
かれた冷媒を前記エンジン冷却水の一部で加熱して前記
コンプレッサに帰還させるヒートポンプ式自動車用空気
調和装置において、前記第１熱交換器および前記サブ熱
交換器と、前記コンプレッサとの間の冷媒温度を検知す
る感温手段を有し、前記感温手段により検出された冷媒
温度に応じて前記第２膨張弁の開度を制御することを特
徴とするヒートポンプ式自動車用空気調和装置を提供す
る。

【００１３】この請求項１記載の発明では、第１熱交換
器およびサブ熱交換器と、コンプレッサとの間の冷媒温
度を検知する感温手段を有し、感温手段により検出され
た冷媒温度に応じて第２膨張弁の開度を制御する。すな
わち、第１熱交換器、第２熱交換器およびサブ熱交換器
の３つの熱交換器を総合した熱負荷を検出し、これによ
って最上流側にある第２膨張弁の開度を調節するので、
コンプレッサに帰還する冷媒量は、冷房サイクル全体の
熱負荷に応じた冷媒量に制御され、その結果、第１熱交
換器および第２熱交換器における冷房能力は適切なもの
となる。

【００１４】また、本発明では、感温手段の取付位置を
考慮することで、コンプレッサに帰還する冷媒量が制御
できるので、従来使用していた感温筒の加熱ヒータが不
要となり、コストダウンを図ることもできる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、発明の実施の形態を図面に
基づいて説明する。図１は本発明の実施の形態を示す概
略構成図であり、図３と共通する部材には同一の符号を
付してある。また、図中白抜き矢印は空気の流れを、実
線矢印は冷媒の流れを、破線矢印はエンジン冷却水の流
れを示している。

【００１６】図１に示すように、本実施の形態は、図示
しないインテークユニットから選択的に取り入れられた
内外気を空気調和して前席を対象に吹き出すための第１
ユニットであるフロントユニット１０と、内気を空気調
和して後席を対象に吹き出すための第２ユニットである
リヤーユニット２０とを有する、いわゆるデュアルエア
コンである。

【００１７】フロントユニット１０は、ケーシングによ
り形成された風路１０ｆ内に、白抜き矢印で示す空気の
流れ方向上流側から順に、インテークユニット、インテ
ークドアとブロワモータ（いずれも図示せず）、そし
て、第１熱交換器１２、エアミックスドア（図示せず）
及びヒータコア１１が配置され、また空気の流れ方向下
流側には、図示しない車室内への吹出口が設けられてい
る。なお、当該フロントユニット１０には、ヒータコア
１１の前面にエアーミックスドア（図示せず）を設け、
温風と冷風の比率を調節してヒータコア１１の下流域で
所定温度の空気を作ったり、あるいはヒータコア１１内
に空気が流通しないようにしている。

【００１８】また、ヒータコア１１には、温水コック１
１ａを開放することによりエンジン２から流出したエン
ジン冷却水が導入されるようになっている。

【００１９】一方、リヤーユニット２０は、ケーシング
により形成された風路２０ｆ内に、白抜き矢印で示す空
気の流れ方向上流側から順に、第２熱交換器２２及び第
２コンデンサ２１が配置されている。なお、当該リヤー
ユニット２０も、第２コンデンサ２１の前面にエアーミ
ックスドア（図示せず）を設け、温風と冷風の比率を調
節して第２コンデンサ２１の下流域で所定温度の空気を
作ったり、あるいは第２コンデンサ２１内に空気が流通
しないように構成している。

【００２０】これらフロントユニット１０およびリヤユ
ニット２０にそれぞれ設けられた第１熱交換器１２、第
２コンデンサ２１および第２熱交換器２２を構成部品と
して、本実施の形態では、コンプレッサ１、第１コンデ
ンサ３、リキッドタンク４ａ、第１開閉弁Ｖ１、第１膨
張弁５ａ、第１熱交換器１２が冷媒配管で接続された第
１の冷房サイクルと、この第１熱交換器１２に対して並
列的に、第２開閉弁Ｖ２、第２コンデンサ２１、リキッ
ドタンク４ｂ、第２膨張弁５ｂ、第２熱交換器２２、サ
ブ熱交換器３０が冷媒配管で接続された第２の冷房サイ
クルとを有している。また、冷房運転と暖房運転とを同
じサイクルで実現できるように、コンプレッサ１から吐
出された冷媒が第１コンデンサ３を迂回するためのバイ
パス回路３Ｂが設けられている。そして、第１コンデン
サ３とバイパス回路３Ｂとの切り替えは、四方弁７によ
って行われ、暖房運転時においては、コンプレッサから
の吐出冷媒はバイパス回路３Ｂへ導かれる一方で、冷房
運転時においては、第１コンデンサ３へ導かれる。ま
た、上述した第１の冷房サイクルと第２の冷房サイクル
への切り替えは、第１開閉弁Ｖ１および第２開閉弁Ｖ２
の開閉動作の組み合わせによって行われる。

【００２１】サブ熱交換器３０は、例えば図２に示すよ
うな形状をなし、フロントユニット１０及びリヤーユニ
ット２０の風路１０ｆ，２０ｆ外に設けられている。こ
のサブ熱交換器３０には、内部を流れる冷媒と熱交換を
行なうためのエンジン冷却水が、前記エンジン１から温
水コック１１ｂを開放することにより導入される。この
サブ熱交換器３０においては、内部を流通する冷媒がエ
ンジン冷却水により加熱されたことにより、コンプレッ
サ１にて等エンタルピー変化した冷媒により高い暖房性
能を発揮させるようにしている。

【００２２】特に、本実施の形態では、第２熱交換器２
２の入口側に設けられた第２膨張弁５ｂの弁開度を、コ
ンプレッサ１の直前、すなわち、サブ熱交換器３０の下
流側であって、かつ第１熱交換器１２の下流側に設けら
れた感温筒４０により制御する。この感温筒４０は、冷
媒配管の表面に取り付けられ、当該コンプレッサ１の直
前の冷媒配管を通過する冷媒温度を検知し、これを機械
的に第２膨張弁５ｂにフィードバックする。

【００２３】そして、コンプレッサ１の直前の冷媒温度
が高いときは第２膨張弁５ｂの弁開度を大きくし、逆に
冷媒温度が低いときは第２膨張弁５ｂの弁開度を小さく
する。コンプレッサ１に帰還する冷媒の温度が高いとい
うことは、冷房サイクルにおける熱負荷が大きいことで
あり、したがって、第２膨張弁５ｂの弁開度を大きくす
ることによりコンプレッサ１へ帰還する冷媒量を増加さ
せ、もって多量の冷媒をサイクル内へ供給する。これに
より、熱負荷が大きくてもこれに応じて多量の冷媒がサ
イクル内へ供給されるので適切な冷房能力が発揮でき
る。

【００２４】逆に、コンプレッサ１に帰還する冷媒温度
が低いということは、冷房サイクルの熱負荷が小さいと
いうことであり、このような場合には第２膨張弁５ｂの
弁開度を小さくしてコンプレッサ１へ帰還する冷媒量を
減少させ、これによりサイクル内へ供給する冷媒量を少
なくする。これにより、熱負荷が小さい場合であっても
それに応じて少量の冷媒を供給できるので、第１および
第２熱交換器１２，２２において冷媒量過多による凍結
などを防止できる。

【００２５】特に、本実施の形態では、感温筒４０をコ
ンプレッサ１の直前に設けているので、第２膨張弁５ｂ
の弁開度は、第１熱交換器１２、第２熱交換器２２およ
びサブ熱交換器３０の３つの熱交換器を総合した熱負荷
を検知して制御することとなり、冷房サイクル全体の熱
負荷に応じた適切な冷媒量とすることができる。その結
果、第１熱交換器１２に流れる冷媒量が不適切となっ
て、フロントユニット１０において冷房不足や凍結の発
生を防止することができる。

【００２６】次に、全体の動作を説明する。 （１）暖房運転時 前後席共に暖房する場合には、まず第１開閉弁Ｖ１を閉
じ、第２開閉弁Ｖ２を開くとともに、四方弁７を切り替
えて冷媒がバイパス回路３Ｂへ流れるようにセットす
る。

【００２７】この状態で、コンプレッサ１を作動する
と、コンプレッサ１から吐出された高温高圧の冷媒は、
四方弁７→バイパス回路３Ｂ→リキッドタンク４ａ→第
２開閉弁Ｖ２→第２コンデンサ２１→リキッドタンク４
ｂと流れ、さらにこの冷媒は、第２膨張弁５ｂ→第２熱
交換器２２→サブ熱交換器３０と流れてコンプレッサ１
に帰還する。

【００２８】また、温水コック１１ａ，１１ｂはともに
開放し、エンジン１の始動によりヒータコア１１にもあ
る程度温度上昇したエンジン冷却水が流通させるととも
に、サブ熱交換器３０にもエンジン冷却水を流通させて
おく。

【００２９】これにより、フロントユニット１０では、
第１熱交換器１２は機能しないものの、取り入れ空気は
ヒータコア１１を通過することにより加熱される。した
がって、当該フロントユニット１０から室内へ温風が供
給される。

【００３０】一方、リヤーユニット２０では、リキッド
タンク４ａを流出した高温高圧の冷媒が、第２開閉弁Ｖ
２を介して第２コンデンサ２１に入る。ここで車室内空
気と熱交換し、空気を加熱した後に凝縮し、中温高圧の
冷媒となり、第２膨張弁５ｂで断熱膨張され、より低い
温度で低圧の冷媒となり、エバポレータとして機能する
第２熱交換器２２に入る。ここで車室内空気と熱交換
し、空気を冷却した後に蒸発し、低温低圧の冷媒となっ
てサブ熱交換器３０へと流れる。

【００３１】したがって、車室内空気は、まず第２熱交
換器２２において、冷却された後に、第２コンデンサ２
１で加熱されるので、リヤユニットにおいては除湿され
た温風を室内へ供給することができる。

【００３２】また、第２コンデンサ２１による加熱効果
はサブ熱交換器３０によってさらに高くなる。すなわ
ち、サブ熱交換器３０を流れる低温低圧の冷媒は、この
サブ熱交換器３０において外気の熱を取り込み、温度上
昇し、エントロピー変化した冷媒をコンプレッサに戻
し、これを再度圧縮することになるので、コンプレッサ
１から吐出される冷媒の温度は上昇し、高い暖房性能が
発揮され、即暖性が向上する。

【００３３】つまり、コンプレッサに戻される冷媒は、
第２熱交換器２２で空気により加熱されるとともに、サ
ブ熱交換器３０でエンジン冷却水により加熱される、い
わば２段階加熱方式となり、これによりコンプレッサ１
により圧縮された冷媒の温度上昇はさらに加速される。
しかも、コンプレッサに帰還し再度圧縮された冷媒は、
再度第１及び第２熱交換器１２，２２に至ると、ここで
再度加熱され、より高温となり、より高い暖房性能を発
揮し、高温空気を車室内に吹き出すことになる。この傾
向は時間が経過するにしたがって増幅され、いわゆる即
暖性が向上することになる。

【００３４】また、この運転を暫く継続して行なってい
る間にエンジン冷却水温が温度上昇して来ると、フロン
トユニット１０においては、ヒータコア１１の加熱能力
が高まるとともにサブ熱交換器３０による冷媒の加熱能
力も高まるので、これらの相乗的効果により相当高温の
空気が吹き出されることにもなる。

【００３５】また、リヤーユニット２０においても、第
２コンデンサ２１による加熱能力が高まるので、ここで
も相当高温の空気が吹き出されることになる。

【００３６】（２）冷房運転時 前後席を冷房する場合には、第１開閉弁Ｖ１および第２
開閉弁Ｖ２の開閉状態の組み合わせによって、フロント
クーラ、デュアルクーラ、リヤクーラの何れかが選択で
きる。

【００３７】すなわち、前席のみの冷房を行う場合に
は、四方弁７を切り替えて、コンプレッサ１からの冷媒
が第１コンデンサ３へ流れるようにセットしたのち、第
１開閉弁Ｖ１を開き、第２開閉弁Ｖ２を閉じる。これに
より、コンプレッサ１から吐出された高温高圧の冷媒
は、四方弁７→第１コンデンサ３→リキッドタンク４ａ
→第１開閉弁Ｖ１→第１膨張弁５ａ→第１熱交換器１２
と流れコンプレッサ１に帰還する。これによって、第１
熱交換器１２はエバポレータとして機能し、フロントユ
ニット１０に取り入れられた空気は当該第１熱交換器１
２で冷却されて、前部座席に冷却空気が供給される。

【００３８】また、前席および後席ともに冷房するデュ
アルクーラとして使用する場合には、四方弁７を切り替
えて、コンプレッサ１からの冷媒が第１コンデンサ３へ
流れるようにセットしたのち、第１開閉弁Ｖ１および第
２開閉弁Ｖ２をともに開く。これにより、コンプレッサ
１から吐出された高温高圧の冷媒は、四方弁７→第１コ
ンデンサ３→リキッドタンク４ａと流れ、ここで分岐し
て、一部の冷媒は、第１開閉弁Ｖ１→第１膨張弁５ａ→
第１熱交換器１２と流れコンプレッサ１に帰還する。ま
た、残りの冷媒は、第２開閉弁Ｖ２→第２コンデンサ２
１→リキッドタンク４ｂ→第２膨張弁５ｂ→第２熱交換
器２２→サブ熱交換器３０と流れコンプレッサ１に帰還
する。

【００３９】この結果、フロントユニット１０の第１熱
交換器１２はエバポレータとして機能し、フロントユニ
ット１０に取り入れられた空気は当該第１熱交換器１２
で冷却されて、前部座席に冷却空気が供給される。ま
た、リヤユニット２０においては、第２コンデンサ２１
はほとんど機能しないが、第２熱交換器２２はエバポレ
ータとして機能する。そして、リヤユニット２０に取り
入れられた空気は当該第２熱交換器２２によって冷却さ
れて、後部座席に冷却空気が供給される。これにより、
デュアルクーラが実現される。

【００４０】また、後席のみを冷房する場合には、四方
弁７を切り替えて、コンプレッサ１からの冷媒が第１コ
ンデンサ３へ流れるようにセットしたのち、第２開閉弁
Ｖ２を開き、第１開閉弁Ｖ１を閉じる。これにより、コ
ンプレッサ１から吐出された高温高圧の冷媒は、四方弁
７→第１コンデンサ３→リキッドタンク４ａ→第２開閉
弁Ｖ２→第２コンデンサ２１→リキッドタンク４ｂ→第
２膨張弁５ｂ→第２熱交換器２２→サブ熱交換器３０と
流れコンプレッサ１に帰還する。

【００４１】この結果、フロントユニット１０の第１熱
交換器１２には冷媒が流れないので、エバポレータとし
て機能せず、一方、リヤユニット２０においては、第２
コンデンサ２１はほとんど機能せず、第２熱交換器２２
はエバポレータとして機能する。その結果、リヤユニッ
ト２０に取り入れられた空気は当該第２熱交換器２２に
よって冷却されて、後部座席にのみ冷却空気が供給され
る。

【００４２】このような全ての冷房時において、第２膨
張弁５ｂの弁開度は、第１熱交換器１２、第２熱交換器
２２およびサブ熱交換器３０の熱負荷を全て含んだ検出
位置で感温筒４０に検出され、制御されるので、冷房サ
イクル内に供給される冷媒量はいつでも適切なものとな
り、その結果、冷房能力を遺憾なく発揮できる。

【００４３】本発明は、上述した実施の形態に限定され
るものではなく、特許請求の範囲の範囲内で種々改変す
ることができる。例えば、第１コンデンサ３に寝込んだ
冷媒をコンプレッサ１に戻す回路を設けても良い。

【００４４】

【発明の効果】以上述べたように、請求項１記載の発明
によれば、第１熱交換器、第２熱交換器およびサブ熱交
換器の３つの熱交換器を総合した熱負荷を検出し、これ
によって最上流側にある第２膨張弁の開度を調節するの
で、コンプレッサに帰還する冷媒量は、冷房サイクル全
体の熱負荷に応じた冷媒量に制御され、その結果、第１
熱交換器および第２熱交換器における冷房能力は適切な
ものとなる。

【００４５】また、本発明では、感温手段の取付位置を
考慮することで、コンプレッサに帰還する冷媒量が制御
できるので、従来使用していた感温筒の加熱ヒータが不
要となり、コストダウンを図ることもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１の実施の形態を示す概略構成図
である。

【図２】 第１の実施の形態に係る感温筒と第２膨張弁
を示す概略構成図である。

【図３】 従来の自動車用空気調和装置の概略構成図で
ある。

【符号の説明】

１…コンプレッサ、 ２…エンジン、 ３…第１コンデンサ、 ５ｂ…第２膨張弁、 １０…フロントユニット（第１ユニット）、 １１…ヒータコア、 １２…第１熱交換器、 ２０…リヤーユニット（第２ユニット）、 ２１…第２コンデンサ、 ２２…第２熱交換器、 ３０…サブ熱交換器、 ４０…感温筒（感温手段）。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 エンジン冷却水が流通するヒータコア(1
   1)と、少なくともコンプレッサ(1) 及び第１コンデンサ
   (3) とともに冷房サイクルを構成する第１熱交換器(12)
   とが配置された第１ユニット(10)と、 開閉弁(V1,V2) を用いて前記冷房サイクルの冷媒の一部
   が導入されるように前記第１熱交換器(12)と並列的に接
   続された第２コンデンサ(21)及び第２熱交換器(22)が配
   置された第２ユニット(20)と、 前記第２熱交換器(22)の入口側に設けられた第２膨張弁
   (5b)とを有し、 前記第２熱交換器(22)から流出した冷媒を前記第１及び
   第２ユニット(10,20)外に設けられたサブ熱交換器(30)
   に導き、当該サブ熱交換器(30)に導かれた冷媒を前記エ
   ンジン冷却水の一部で加熱して前記コンプレッサ(1) に
   帰還させるヒートポンプ式自動車用空気調和装置におい
   て、 前記第１熱交換器(12)および前記サブ熱交換器(30)と、
   前記コンプレッサ(1)との間の冷媒温度を検知する感温
   手段(40)を有し、前記感温手段(40)により検出された冷
   媒温度に応じて前記第２膨張弁(5b)の開度を制御するこ
   とを特徴とするヒートポンプ式自動車用空気調和装置。