JPH10329536A - 自動車用冷暖房装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡素なサイクル構成で除湿暖房を行いうる小
型電気自動車に好適な除湿ヒートポンプ式の自動車用冷
暖房装置を提供する。 【解決手段】 トランクルーム１５に開閉可能な外気導
入口１９と外気排出口２０を開設し、このトランクルー
ム１５内に電動コンプレッサ７とメインコンデンサ５を
配設し、車室内の通風ユニット１内にサブコンデンサ４
とエバポレータ３を配設する。冷凍サイクルは、電動コ
ンプレッサ７、メインコンデンサ５、サブコンデンサ
４、リキッドタンク９、膨脹弁１０、およびエバポレー
タ３を直列にこの順に配管で連結してなる。メインコン
デンサ５はダクト２１内に配置し、その前面にはＰＴＣ
ヒータ１７を配置する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、除湿機能を備えた
ヒートポンプシステムにより車室内の除湿暖房を行う、
特に小型の電気自動車に好適な自動車用冷暖房装置に関
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においては、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い、窓
曇りを防止しながら車室内を暖房することができる除湿
可能なヒートポンプ式エアコン（以下「除湿ヒートポン
プ式エアコン」という）が開発されている（例えば、特
開平５−２０１２４３号参照）。

【０００３】この種の電気自動車用冷暖房装置は、例え
ば、図２に示すように、車室内に設けられた通風ユニッ
ト１内に、空気を取り入れるブロア装置２と、エバポレ
ータ３と、主に暖房運転時に機能するサブコンデンサ４
とが配設され、さらに、通風ユニット１の外には、主に
冷房運転時に機能するメインコンデンサ５が配置されて
いる。

【０００４】サブコンデンサ４とメインコンデンサ５と
は、冷凍サイクル中に設けられた四方弁６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、冷媒がメインコンデンサ５をバイパスして流れ
るようにし、電動コンプレッサ７から吐出された冷媒
は、四方弁６→バイパス通路８→サブコンデンサ４→リ
キッドタンク９→膨脹弁１０→エバポレータ３と流れ
て、コンプレッサ７に帰還する。この循環過程におい
て、コンプレッサ７から吐出され四方弁６でメインコン
デンサ５をバイパスしたガス冷媒は、サブコンデンサ４
で凝縮液化されて放熱を行うので、エバポレータ３で除
湿（および冷却）された空気はサブコンデンサ４で加熱
され、車室内が除湿暖房されることになる。

【０００５】また、四方弁６の出口側（出口ポートの一
つ）とコンプレッサ７の吸入側との間には冷媒回収通路
１１が設けられ、さらに、この冷媒回収通路１１には電
磁弁１２が取り付けられている。そして、暖房運転開始
時に外気温度が低いときには、四方弁６により冷媒回収
通路１１とメインコンデンサ５とを連通させ、電磁弁１
２を開くことによって、主としてメインコンデンサ５に
滞留しているいわゆる寝込み冷媒をコンプレッサ７に戻
して、冷媒不足を補うようにしている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
従来のエアコンシステムでは、十分な除湿暖房効果を発
揮しうるものの、冷凍サイクルなどの構成が複雑である
ことなどから、下記の点が問題となりうる。

【０００７】第一に、従来の構成では、外気温度が低い
ときにメインコンデンサ５などに冷媒が溜りやすいので
（寝込み冷媒の存在）、暖房運転時においてサイクル内
を循環する冷媒量を確保するため、上記のように、寝込
み冷媒を回収するための手段（四方弁６、冷媒回収通路
１１、電磁弁１２など）を設けるとともにその制御を行
うことが必要となる。

【０００８】第二に、従来の構成では、暖房運転時と冷
房運転時とで冷媒の流れを切り換えたりまた寝込み冷媒
を回収するために、四方弁６、逆止弁１３，１４などの
弁類が追加されているが、こうした弁類の追加によっ
て、作動上の信頼性を確保するための対策が必要とな
り、さらに、作動音が発生したり、コストおよび重量が
増加するおそれがある。

【０００９】第三に、従来の構成では、電動コンプレッ
サ７はモータルーム（通常のエンジン搭載車におけるエ
ンジンルームに相当するもの）内に設置されており、コ
ンプレッサ７が外気と同じ温度にさらされるので、サイ
クルを早期に立ち上げるためには暖房運転時に断熱が必
要である。具体的には、コンプレッサ７に多量の断熱材
を巻くなどの対策を施している。

【００１０】本発明は、従来の除湿ヒートポンプ式エア
コンにおける上記課題に着目してなされたものであり、
簡素なサイクル構成で除湿暖房を行いうる除湿ヒートポ
ンプ式の自動車用冷暖房装置を提供することを目的とす
る。

【００１１】

【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、冷凍サイクル内を状態変化
しながら循環する冷媒の熱を利用して車室内の除湿暖房
を行うヒートポンプ式の自動車用冷暖房装置において、
トランクルームにそれぞれ開閉自在の外気導入口および
外気排出口を開設し、前記トランクルーム内に電動コン
プレッサおよび第１コンデンサを配設し、車室内に設け
られた通風ユニット内に第２コンデンサおよびエバポレ
ータを配設し、前記電動コンプレッサ、前記第１コンデ
ンサ、前記第２コンデンサ、リキッドタンク、膨脹弁、
および前記エバポレータをこの順に配管で連結してなる
ことを特徴とする。

【００１２】この発明の構成によると、この冷凍サイク
ルは、電動コンプレッサ、第１コンデンサ、第２コンデ
ンサ、リキッドタンク、膨脹弁、およびエバポレータを
直列にこの順に配管で連結して構成されており、サイク
ルの切換えがないため四方弁や逆止弁は用いられていな
い。また、冷媒の循環するサイクルが一つのみであるた
め、寝込み冷媒も存在しない。

【００１３】この自動車用冷暖房装置の暖房運転時およ
び冷房運転時の作動は、以下のようになる。

【００１４】まず、暖房運転時には、トランクルームに
設けられた外気導入口と外気排出口をそれぞれ閉じて、
外気がトランクルーム内に入らないようにする。これに
より、トランクルーム内の構成部品は外部から熱的に遮
断され（断熱作用）、電動コンプレッサは外気の影響を
受けにくくなって、早期立上げが可能となり、また、第
１コンデンサに当たる風は外気よりも高い温度になっ
て、第２コンデンサに流入する冷媒の温度の低下が極力
防止される（暖房性能低下防止）。この状態において、
コンプレッサから吐出された高温高圧のガス冷媒は、第
１コンデンサを通過するが、この第１コンデンサに当た
る風は上記のように温度が外気よりも高いので、あまり
熱交換は行われず、冷媒温度があまり低下していない状
態で第２コンデンサに導かれ、ここで取入れ空気に熱を
放出して凝縮液化されて中温高圧の液冷媒となる。この
液冷媒はリキッドタンクに至り、さらに膨脹弁によって
断熱膨脹されて低温低圧の霧状冷媒となった後、エバポ
レータで熱交換により取入れ空気を除湿（および冷却）
し、コンプレッサに戻される。このようにして車室内の
除湿暖房が行われる。

【００１５】一方、冷房運転時には、トランクルームに
設けられた外気導入口と外気排出口をそれぞれ開いて、
外気をトランクルーム内に導入し、第１コンデンサに外
気を当てて最大凝縮性能を発揮させる。この状態におい
て、コンプレッサから吐出された高温高圧のガス冷媒
は、第１コンデンサに導かれ、ここで外気と熱交換され
て凝縮液化されて中温高圧の液冷媒となる。その後、こ
の液冷媒は、第２コンデンサを通過するが、エアミック
スドアを閉じるなどしてこの第２コンデンサで取入れ空
気との熱交換は行われないので、そのままの状態でリキ
ッドタンクに至り、ここで抽出された後、エバポレータ
の入口に設けられた膨脹弁によって断熱膨脹されて低温
低圧の霧状冷媒となり、エバポレータに導かれる。この
低温低圧の霧状冷媒は、エバポレータにおいて熱交換に
より取入れ空気を冷却しながら低温低圧のガス冷媒とな
り、コンプレッサに戻される。このようにして車室内の
冷房が行われる。

【００１６】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、前記第１コンデンサの空気流れ上流側
には、前記第１コンデンサを加熱する加熱手段が設けら
れていることを特徴とする。

【００１７】この発明の構成によると、暖房運転開始時
に加熱手段をオンして、第１コンデンサを加熱する。こ
れにより、前記断熱作用と相俟って、第２コンデンサに
流入する冷媒の温度の低下がより一層防止され、立ち上
がり暖房性能つまり即暖性が向上する。

【００１８】請求項３記載の発明は、上記請求項１また
は２記載の発明において、前記第１コンデンサは、前記
外気導入口と前記外気排出口とを接続するダクト内に配
置されていることを特徴とする。

【００１９】この発明の構成によると、空気の流通路で
あるダクト内に第１コンデンサが配置されているため、
風を効率良く第１コンデンサに送ることができ、暖房運
転時および冷房運転時に果たすべき上記機能をそれぞれ
十分に発揮させることができる。

【００２０】

【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。

【００２１】図１は本発明を電気自動車用冷暖房装置に
適用した実施の形態を示す概略構成図である。なお、同
図中、図２と共通する部材には同一の符号を付してあ
る。

【００２２】本実施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除湿ヒートポ
ンプ式エアコンである。

【００２３】このエアコンの冷凍サイクルは、電動コン
プレッサ７、第１コンデンサとして機能する車室外のメ
インコンデンサ５、第２コンデンサとして機能する車室
内のサブコンデンサ４、リキッドタンク９、膨張弁１
０、およびエバポレータ３を直列にこの順に配管で連結
し、その中に冷媒を封入して構成されている。したがっ
て、従来と同様にサブコンデンサ４およびメインコンデ
ンサ５といった二つのコンデンサは使用しているもの
の、両コンデンサ４、５は直列に接続されておりサイク
ルの切換えがないため、四方弁や逆止弁などの弁類は必
要としない。また、冷媒の循環するサイクルが一つのみ
であり寝込み冷媒が存在しないため、寝込み冷媒を回収
するための手段やその制御も不要である。よって、かか
る点において、従来の除湿ヒートポンプ式エアコンに比
べてサイクル構成の簡略化が図られている。

【００２４】電動コンプレッサ７とメインコンデンサ５
は車室外のトランクルーム２０内に配設されている。こ
のトランクルーム１５内には、電動コンプレッサ７の回
転数を制御するためのインバータ１６も設置されてい
る。メインコンデンサ５の前面、つまり空気流れ上流側
には、加熱手段としてメインコンデンサ５を加熱するＰ
ＴＣヒータ１７が設けられ、また、メインコンデンサ５
の背面、つまり空気流れ下流側には、このメインコンデ
ンサ５に空気を供給するコンデンサファン１８が設けら
れている。

【００２５】さらに、トランクルーム１５には、外気を
導入するための外気導入口１９と、導入した外気を排出
するための外気排出口２０とがそれぞれ開設されてい
る。外気導入口１９と外気排出口２０はダクト２１によ
って接続されており、このダクト２１内に、上記のメイ
ンコンデンサ５、ＰＴＣヒータ１７、およびコンデンサ
ファン１８がそれぞれ配置されている。外気導入口１９
は吸気ドア２２によって開閉され、外気排出口２０は排
気ドア２３によって開閉される。さらに、ダクト２１に
は、トランクルーム１５内の空気（内気）を導入するた
めの内気導入口２４と、導入した内気を排出するための
内気排出口２５とがそれぞれ開設されており、これら内
気導入口２４と内気排出口２５もそれぞれ吸気ドア２２
と排気ドア２３によって開閉される。つまり、外気導入
口１９と内気導入口２４は吸気ドア２２によって選択的
に開閉され、外気排出口２０と内気排出口２５は排気ド
ア２３によって選択的に開閉される。

【００２６】一方、車室内には、空気（内外気）を取り
入れ車室内に向かって送り出す通風ユニット１が配置さ
れている。この通風ユニット１内には、冷凍サイクルを
構成するエバポレータ３とサブコンデンサ４とが配設さ
れている。

【００２７】なお、より詳細には、通風ユニット１は、
一般的なカーエアコンと同様、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
ットからなっており、インテークユニットには外気取入
口２６と内気取入口２７を選択的に開閉するインテーク
ドア２８と内外気を吸入し取り入れて圧送するブロア装
置２とが配置され、クーリングユニットにはエバポレー
タ３が配置され、ヒータユニットにはエアミックスドア
２９とサブコンデンサ４とが配置されている。エアミッ
クスドア２９は、サブコンデンサ４の前面に回動自在に
設けられ、サブコンデンサ４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４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４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４下流側には、エアミックス後の温
度調節された空気を車室内の所定の場所に向かって吹き
出すための図示しない各種吹出口（例えば、ベント吹出
口、フット吹出口、デフ吹出口など）が形成されてい
る。

【００２８】次に、本実施形態の作用を説明する。

【００２９】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電動コンプレッサ７がオンし、
冷凍サイクル内を冷媒が循環する。具体的には、サイク
ル内の冷媒は、コンプレッサ７→メインコンデンサ５→
サブコンデンサ４→リキッドタンク９→膨脹弁１０→エ
バポレータ３→コンプレッサ７という回路を循環する。

【００３０】その際、暖房運転時には、トランクルーム
１５（のダクト２１）内に設けられた吸気ドア２２と排
気ドア２３をそれぞれＡ位置およびＣ位置に設定して、
外気がトランクルーム１５（のダクト２１）内に入らな
いようにし、トランクルーム１５内の空気がダクト２１
を通ってトランクルーム１５内を循環するようにする。
これにより、トランクルーム１５内の構成部品は外部か
ら熱的に遮断され（断熱作用）、電動コンプレッサ７は
外気の影響を受けにくくなるため、暖房運転開始時にコ
ンプレッサ７内に液冷媒が溜りにくくなり、早期立上げ
が可能となる。また、メインコンデンサ５に当たる風は
外気よりも高い温度となり、サブコンデンサ４に流入す
る冷媒の温度の低下が極力防止される（暖房性能低下防
止）。

【００３１】さらに、暖房運転開始時には、ＰＴＣヒー
タ１７をオンして積極的にメインコンデンサ５を暖める
ようにする。これにより、前記断熱作用と相俟って、サ
ブコンデンサ４に流入する冷媒の温度の低下がより一層
防止され、立ち上がり暖房性能つまり即暖性の向上が図
られる。なお、この場合には、ＰＴＣヒータ１７をオン
すると同時にコンデンサファン１８をオンして、ＰＴＣ
ヒータ１７で加熱された空気をメインコンデンサ５に送
るようにする。そして、ＰＴＣヒータ１７をオンしてお
く必要がなくなったとき、具体的には、コンプレッサ７
から吐出される冷媒の温度がＰＴＣヒータ１７からの温
風の温度よりも高くなったとき、コンデンサファン１８
をオフする。

【００３２】こうした作用効果は、空気の流通路である
ダクト２１内にメインコンデンサ５を配置することによ
り、風（温度の高い内気）を効率良くメインコンデンサ
５に送ることができるので、より一層助長される。

【００３３】この状態において、コンプレッサ７から吐
出された高温高圧のガス冷媒は、まずメインコンデンサ
５を通過するが、このメインコンデンサ５に当たる風は
上記のように温度が外気よりも高くしかも暖房開始時に
はＰＴＣヒータ１７によって加熱された空気となるの
で、あまり熱交換は行われず、冷媒温度があまり低下し
ないままでサブコンデンサ４に導かれる。サブコンデン
サ４においては、エアミックスドア２９が開いているの
で、取入れ空気との熱交換が行われてこれを加熱する。
このとき、コンプレッサ７からの高温高圧のガス冷媒
は、十分に凝縮液化されて中温高圧の液冷媒となってリ
キッドタンク９に流れ込み、さらに膨脹弁１０に至る。
この中温高圧の液冷媒は、膨脹弁１０によって断熱膨脹
されて低温低圧の霧状冷媒となった後、エバポレータ３
に導かれて取入れ空気との熱交換が行われてこれを除湿
（および冷却）し、コンプレッサ７に戻される。このよ
うにして、除湿を伴う暖房が実現され、窓ガラスの曇り
を晴らす機能などが果たされることとなる。なお、温調
制御は、エアミックスドア２９の開度を調整することに
よって行うことができる。

【００３４】一方、冷房運転時には、トランクルーム１
５（のダクト２１）内に設けられた吸気ドア２２と排気
ドア２３をそれぞれＢ位置およびＤ位置に設定して、外
気をダクト２１内に導入するとともに、コンデンサファ
ン１８をオンして、メインコンデンサ５に外気を当てて
メインコンデンサ５を凝縮器として機能させ、メインコ
ンデンサ５が最大凝縮性能を発揮するようにする。

【００３５】こうした作用効果は、空気の流通路である
ダクト２１内にメインコンデンサ５を配置することによ
り、風（外気）を効率良くメインコンデンサ５に送るこ
とができるので、より一層助長される。

【００３６】この状態において、コンプレッサ７から吐
出された高温高圧のガス冷媒は、メインコンデンサ５に
導かれ、ここで外気と熱交換されて凝縮液化されて中温
高圧の液冷媒となる。その後、この液冷媒は、サブコン
デンサ４を通過するが、エアミックスドア２９が全閉さ
れているので、このサブコンデンサ４で取入れ空気との
熱交換は行われない。したがって、メインコンデンサ５
から出た液冷媒は、ほとんどそのままの状態でリキッド
タンク９に至り、ここで抽出された後、エバポレータ３
の入口に設けられた膨脹弁１０によって断熱膨脹されて
低温低圧の霧状冷媒となり、エバポレータ３に導かれ
る。この低温低圧の霧状冷媒は、エバポレータ３におい
て熱交換により取入れ空気を冷却しながら低温低圧のガ
ス冷媒となり、コンプレッサ７に戻される。このように
して車室内の冷房が行われる。

【００３７】したがって、本実施形態によれば、サブコ
ンデンサ４およびメインコンデンサ５といった二つのコ
ンデンサを使用するものの、サイクルの切換えがないた
め、四方弁や逆止弁などの弁類は必要としない。これに
より、作動上の信頼性の向上が図られるとともに、弁類
の作動音の発生がなくなり、さらにコストや重量の低減
も図られる。

【００３８】また、冷媒の循環するサイクルが一つのみ
であるため、寝込み冷媒が存在しなくなり、従来のよう
に寝込み冷媒を回収するための手段を設けたりその制御
を行うことが不要となり、この点でもシステムの簡略化
が図られ、コストや重量の低減が図られる。

【００３９】また、トランクルーム１５内に電動コンプ
レッサ７を設けて、断熱を行うようにしたので、従来の
ようにコンプレッサ７に多量の断熱材を巻くなどの特別
の対策を講ずる必要がなく、コンプレッサ７の断熱が簡
単で済む。よって、この点についてのコストアップはな
い。

【００４０】しかも、このように電動コンプレッサ７が
トランクルーム１５内にあって外気の影響を受けにくく
なっていることから、暖房運転時、コンプレッサ７内に
液冷媒が溜りにくく、早期立ち上げが可能となる。

【００４１】さらに、暖房運転時において吐出圧力が上
昇しすぎた場合には、コンデンサファン１８を回して吐
出圧力を下げることで、システムの信頼性を高めること
ができる。

【００４２】なお、大型の電気自動車では、トランクル
ーム１５からの配管が長くなることによる影響やトラン
クルーム１５内の有効利用スペース小さくなるなどの問
題が生じうるが、小型の電気自動車用としては実用上十
分な機能を持っていると考えられる。

【００４３】また、本発明は、上述した実施形態のみに
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
実施形態では、電気自動車用の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、エンジン搭載車など通常の自動車の冷暖房装置にも
適用することができることはいうまでもない。

【００４４】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１記載の発
明によれば、開閉自在の外気導入口と外気排出口が開設
されたトランクルーム内に電動コンプレッサと第１コン
デンサを配設するとともに車室内の通風ユニット内に第
２コンデンサとエバポレータを配設し、第１コンデンサ
と第２コンデンサとを直列に接続して冷凍サイクルを構
成したので、簡略化されたサイクル構成で車室内を除湿
暖房することができ、作動上の信頼性の向上とともにコ
ストや重量の低減なども図られる。

【００４５】請求項２記載の発明によれば、上記請求項
１記載の発明の効果に加えて、第１コンデンサを加熱す
る加熱手段を設けたので、暖房運転開始時に第２コンデ
ンサで取入れ空気と熱交換される冷媒温度の低下がより
一層防止され、即暖性の向上が図られる。

【００４６】請求項３記載の発明によれば、上記請求項
１または２記載の発明の効果に加えて、外気導入口と外
気排出口とを接続するダクト内に第１コンデンサを配置
したので、風を効率良く第１コンデンサに送ることがで
き、暖房運転時および冷房運転時に果たすべき機能をそ
れぞれ十分に発揮させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明を電気自動車用冷暖房装置に適用した
実施の一形態を示す概略構成図である。

【図２】 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…通風ユニット ３…エバポレータ ４…サブコンデンサ（第２コンデンサ） ５…メインコンデンサ（第１コンデンサ） ７…電動コンプレッサ ９…リキッドタンク １０…膨脹弁 １５…トランクルーム １７…ＰＴＣヒータ（加熱手段） １９…外気導入口 ２０…外気排出口 ２１…ダクト

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 冷凍サイクル内を状態変化しながら循環
   する冷媒の熱を利用して車室内の除湿暖房を行うヒート
   ポンプ式の自動車用冷暖房装置において、 トランクルーム(15)にそれぞれ開閉自在の外気導入口(1
   9)および外気排出口(20)を開設し、前記トランクルーム
   (15)内に電動コンプレッサ(7) および第１コンデンサ
   (5) を配設し、車室内に設けられた通風ユニット(1) 内
   に第２コンデンサ(4) およびエバポレータ(3) を配設
   し、前記電動コンプレッサ(7) 、前記第１コンデンサ
   (5) 、前記第２コンデンサ(4) 、リキッドタンク(9) 、
   膨脹弁(10)、および前記エバポレータ(3) をこの順に配
   管で連結してなることを特徴とする自動車用冷暖房装
   置。
2. 【請求項２】 前記第１コンデンサ(5) の空気流れ上流
   側には、前記第１コンデンサ(5) を加熱する加熱手段(1
   7)が設けられていることを特徴とする請求項１記載の自
   動車用冷暖房装置。
3. 【請求項３】 前記第１コンデンサ(5) は、前記外気導
   入口(19)と前記外気排出口(20)とを接続するダクト(21)
   内に配置されていることを特徴とする請求項１または２
   記載の自動車用冷暖房装置。