JPH106762A - 冷暖房装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 四方弁に漏洩が生じても性能低下のない「冷
暖房装置」を提供する。 【構成】 コンプレッサ６、室内側熱交換器４、四方弁
９、室外側熱交換器５、第１のリキッドタンク７ａ、膨
張弁８、および冷却器３がこの順に配管で連結され、四
方弁９と室外側熱交換器５との間に第２のリキッドタン
ク７ｂを有するバイパス配管１１が設けられている。ま
た四方弁９とコンプレッサ６との間には電磁弁１０を有
する冷媒回収用配管１２が設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、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には、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５−２０１２
４３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室内
側熱交換器４とが配設され、さらに、ダクト２の外に、
主に冷房運転時に機能する室外側熱交換器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
けられた四方弁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、四方弁９、バイパス通路１１、室内側
熱交換器４、膨張弁８、冷却器３の順に流れる。

【０００５】この過程において、コンプレッサ６から吐
出され四方弁９で室外側熱交換器５をバイパスしたガス
状冷媒は、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。

【０００６】また、四方弁９とコンプレッサ６の上流側
との間には、冷媒回収用配管１２が設けられ、さらに、
この冷媒回収用配管１２には、電磁弁１０が取り付けら
れている。そして、暖房運転時において、四方弁９によ
り冷媒回収用配管１２と室外側熱交換器５とを連通さ
せ、電磁弁１０を開くことにより、主として室外側熱交
換器５に残留した低圧冷媒をコンプレッサ６の上流側に
導き、冷媒不足を補うようにしている。

【０００７】

【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、四方弁９及び電磁弁１０に冷媒
の漏洩が生じた場合、冷房運転時又は暖房運転時の何れ
においても、コンプレッサ６から吐出された高圧冷媒が
四方弁９から冷媒回収用配管１２を介して上流側に戻さ
れる虞れがある。

【０００８】また、暖房運転時においては、コンプレッ
サ６から吐出された高圧冷媒が四方弁９から室外側熱交
換器５に流れ込む虞れもある。

【０００９】これにより、室内側熱交換器４及び冷却器
３に導かれる冷媒が不足し、充分な除湿暖房効果を発揮
することができないという問題があった。

【００１０】本発明は、上述した課題に鑑みてなされた
もので、漏洩が生じてもサイクル性能に影響せずかつシ
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。

【００１１】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、コンプレッサ、室内側熱交換器、四方弁、室外側熱
交換器、第１のリキッドタンク、膨張弁、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、前記
四方弁の他の出口と前記室外側熱交換器との間に第２の
リキッドタンクを有するバイパス配管が設けられ、前記
四方弁のさらに他の出口と前記コンプレッサの上流側と
の間に開閉弁を有する冷媒回収用配管が設けられている
ことを特徴とする。

【００１２】請求項２に記載の発明は、暖房運転時にお
いては、前記室内側熱交換器の下流側と前記バイパス配
管とが連通するとともに前記室外側熱交換器の上流側と
前記冷媒回収用配管とが連通するように、前記四方弁が
切り替えられることを特徴とする。

【００１３】請求項３に記載の発明は、冷房運転時にお
いては、前記室内側熱交換器の下流側と前記室外側熱交
換器とが連通するとともに前記バイパス配管と前記冷媒
回収用配管とが連通するように、前記四方弁が切り替え
られることを特徴とする。

【００１４】この冷暖房装置の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。なお、サ
イクル内に封入する冷媒量は、室内側熱交換器での凝縮
が適切に行われるように若干多くする。

【００１５】まず、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
導かれるが、ここで取入空気との熱交換が行われるので
凝縮液化される。この液状冷媒は、四方弁によりバイパ
ス配管に導かれ、第２のリキッドタンクで抽出される。
この抽出された液状冷媒は、室外側熱交換器を迂回して
第１のリキッドタンクに至り、さらに膨張弁によって断
熱膨張することにより低温低圧のガス状冷媒となった
後、冷却器にて取入空気を冷却し、コンプレッサに戻さ
れる。このようにして除湿暖房が行われることになる。
なお、室外側熱交換器に残留した冷媒は四方弁を介して
冷媒回収用配管によりコンプレッサの上流側に戻され
る。

【００１６】この暖房運転時のサイクルにおいて、四方
弁又は冷媒回収用配管の開閉弁に漏洩が生じ、室外側熱
交換器に冷媒が流れ込んで冷却されたのち、サイクル内
に戻されたとしても、上述したようにバイパス配管を流
れる冷媒は第２のリキッドタンクを通過した液状冷媒で
あるので、当該液状冷媒を単に冷却するだけである。し
たがって、室内側熱交換器の圧力低下を引き起こすこと
もなく、暖房性能に何ら影響を与えない。

【００１７】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
導かれるが、ミックスドアを閉じるなどして取入空気と
の熱交換は行われないので、そのままの状態で四方弁に
至り、ここから室外側熱交換器に導かれる。この室外側
熱交換器においては、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、第１のリキッドタ
ンクで抽出された後、冷却器の入口に設けられた膨張弁
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。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。このようにして冷房が行
われる。

【００１８】この冷房運転時のサイクルにおいて、四方
弁又は冷媒回収用配管の開閉弁に漏洩が生じ、コンプレ
ッサの上流側に冷媒が戻されたとしても、当該四方弁又
は開閉弁によって減圧された冷媒が低圧ラインに戻るこ
とになるので、冷房性能に何ら影響を与えることはな
い。

【００１９】このように本発明は、四方弁又は開閉弁に
多少の漏洩があったとしても、これによる冷暖房性能の
低下は全くない。また、冷房運転及び暖房運転の何れに
おいても冷媒の循環方向は一定であり、しかも構成部品
が少なくシンプルなサイクルである。したがって、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。

【００２０】

【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、本発明の冷暖房
装置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、図３は四方弁を示す断面図である。な
お、同図中、図４と共通する部分には同一の符号を付し
ている。

【００２１】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。

【００２２】このエアコンのサイクルＣは、コンプレッ
サ６、室内側熱交換器４、四方弁９、室外側熱交換器
５、第１のリキッドタンク７ａ、膨張弁８、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。冷媒の封入量としては、暖房運転時において、室
内側熱交換器４でガス状冷媒が適切に凝縮する程度に、
若干多く封入することが好ましい。

【００２３】また、図示はしないが、室外側熱交換器５
の背面には、この室外側熱交換器５に空気を送るための
ファン装置が設けられている。

【００２４】さらに、四方弁９の他の出口と室外側熱交
換器５の下流との間には、第２のリキッドタンク７ｂを
有するバイパス配管１１が設けられ、さらに四方弁９の
さらに他の出口とコンプレッサ６の上流側との間には、
電磁弁１０を有する冷媒回収用配管１２が設けられてい
る。

【００２５】四方弁９は、１つの入口９０ａと、３つの
出口９０ｂ，９０ｃ，９０ｄが形成されたバルブケース
９０を有し、その内部にスプール９１が設けられてい
る。また、スプール９１の中央に取り付けられたスライ
ド弁９２は、３つの出口９０ｂ，９０ｃ，９０ｄのうち
の隣接する２つの出口、すなわち９０ｂと９０ｃ、又は
９０ｃと９０ｄとを連通するように形成されている。し
たがって、スプール９１が、バルブケース９０の両側に
形成された孔からの制御用流体によって図中左右に摺動
すると、これにともない、出口の連通状態も変化し、第
１の状態では、入口９０ａと出口９０ｂとが連通すると
ともに、出口９０ｃ及び９０ｄが連通する。また、第２
の状態では、入口９０ａと出口９０ｄとが連通するとと
もに、出口９０ｂ及び９０ｃが連通する。なお、図１及
び２には、当該四方弁９における連通状態が点線で示さ
れている。

【００２６】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、室内側熱交
換器４→四方弁９→室外側熱交換器５又は第２のリキッ
ドタンク７ｂ→第１のリキッドタンク７ａ→膨張弁８→
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。

【００２７】なお、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。

【００２８】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。

【００２９】冷却器３と室内側熱交換器４は、ダクト２
内に、上流側からこの順で配置され、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、室内側熱交換器４を通過する風量と当該室内側熱
交換器１３を迂回する風量との比率が調節される。

【００３０】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、室内側熱交換器４
を通過した温風と室内側熱交換器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。

【００３１】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。

【００３２】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
調状態に応じて四方弁９が切り換えられる。この切替状
態によって、上述したように、暖房運転時と冷房運転時
の冷媒の分岐が切り換えられる。

【００３３】まず、図１に示すように、温調制御を含む
暖房運転の場合には、サイクルＣ内の冷媒は、コンプレ
ッサ６→室内側熱交換器４→第１のリキッドタンク７ａ
→第２のリキッドタンク７ｂ→膨張弁８→冷却器３→コ
ンプレッサ６という回路を循環し、室外側熱交換器５を
迂回する。

【００３４】この過程において、室内側熱交換器４にお
いては、エアミックスドア１３が開いているので、取入
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６からの高温高圧のガス状冷媒は、十分に
凝縮液化して第１のリキッドタンク７ａに流れ込み、さ
らに第２のリキッドタンク７ｂを介して、膨張弁８に至
る。この中温高圧の液状冷媒は、膨張弁８によって断熱
膨張して低温低圧のガス状冷媒となったのち、冷却器３
に導かれて取入空気との熱交換が行われる。これによ
り、除湿をともなう暖房が実現され、窓ガラスの曇りを
晴らす機能等を果たすこととなる。なお、温調制御は、
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うことができる。

【００３５】このとき、仮に四方弁９又は冷媒回収用配
管１２の開閉弁１０に漏洩が生じ、室外側熱交換器５に
冷媒が流れ込んで冷却されたのち、サイクルＣ内に戻さ
れたとしても、バイパス配管１１を流れる冷媒は第２の
リキッドタンク７ｂを通過した液状冷媒であるので、当
該液状冷媒を単に冷却するだけである。したがって、室
内側熱交換器４の圧力低下を引き起こすこともなく、暖
房性能に何ら影響を与えない。

【００３６】一方、図２に示すように、冷房運転時にお
いて、サイクルＣ内の冷媒は、コンプレッサ６→室内側
熱交換器４→四方弁９→室外側熱交換器５→第１のリキ
ッドタンク７ａ→膨張弁８→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方向で循環
する。

【００３７】この過程において、コンプレッサ６によっ
て高温高圧となったガス状冷媒は室内側熱交換器４を通
過するが、エアミックスドア１３が全閉されているの
で、熱交換が行われない。したがって、この高温高圧の
ガス状冷媒は、そのままの状態で室外側熱交換器５に至
り、そして、この室外側熱交換器５で凝縮液化して中温
高圧の液状冷媒となる。この中温高圧液状冷媒は、第１
のリキッドタンク７ａで抽出され、膨張弁８により断熱
膨張して低温低圧のガス状冷媒となり、冷却器３によっ
て取入空気を冷却する。

【００３８】このとき、仮に四方弁９又は冷媒回収用配
管１２の開閉弁１０に漏洩が生じ、コンプレッサ６の上
流側に冷媒が戻されたとしても、当該四方弁９又は開閉
弁１０によって減圧した冷媒が低圧ラインに戻ることに
なるので、冷房性能に何ら影響を与えることはない。

【００３９】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。

【００４０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
四方弁又は開閉弁に多少の漏洩があったとしても、これ
による冷暖房性能の低下は全くない。また、冷房運転及
び暖房運転の何れにおいても冷媒の循環方向は一定であ
り、しかも構成部品が少なくシンプルなサイクルであ
る。したがって、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。

【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】 本発明の実施形態に係る四方弁を示す断面図
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。

【符号の説明】

１…ブロア装置、 ２…ダクト、３…冷却
器、 ４…室内側熱交換器、５…室外
側熱交換器、 ６…コンプレッサ、７ａ…第１
のリキッドタンク、７ｂ…第２のリキッドタンク、８…
膨張弁、 ９…四方弁。

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)
   、四方弁(9) 、室外側熱交換器(5) 、第１のリキッド
   タンク(7a)、膨張弁(8) 、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、前記四方弁(9)
   の他の出口と前記室外側熱交換器(5) との間に第２のリ
   キッドタンク(7b)を有するバイパス配管(11)が設けら
   れ、前記四方弁(9) のさらに他の出口と前記コンプレッ
   サ(6) の上流側との間に開閉弁(10)を有する冷媒回収用
   配管(12)が設けられていることを特徴とする冷暖房装
   置。
2. 【請求項２】 暖房運転時においては、前記室内側熱交
   換器(4) の下流側と前記バイパス配管(11)とが連通する
   とともに前記室外側熱交換器(5) の上流側と前記冷媒回
   収用配管(12)とが連通するように、前記四方弁(9) が切
   り替えられることを特徴とする請求項１に記載の冷暖房
   装置。
3. 【請求項３】 冷房運転時においては、前記室内側熱交
   換器(4) の下流側と前記室外側熱交換器(5) とが連通す
   るとともに前記バイパス配管(11)と前記冷媒回収用配管
   (12)とが連通するように、前記四方弁(9) が切り替えら
   れることを特徴とする請求項１又は２に記載の冷暖房装
   置。