JPH111119A - 車両用空調制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 空調ダクト内にエバポレータとサブコンデン
サとを配し、コンプレッサ、メインコンデンサ、サブコ
ンデンサ、膨張弁、及びエバポレータを少なくともこの
順で接続し、暖房運転時には前記コンプレッサから供給
される冷媒をメインコンデンサをバイパスして循環させ
るようにした車両用空調制御装置において、ウォ−ムア
ップ時の暖房能力を高め、エバポレータの凍結を抑え
る。 【解決手段】 サブコンデンサ４と膨張弁７との間に一
端を接続し、他端をエバポレータ３の流出側に接続する
連通路１４を設け、この連通路１４に流量調節弁１５を
設け、ウォ−ムアップ時に冷媒を連通路１４に流してエ
バポレータ３を迂回させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、空調ダクト内に
加熱用熱交換器に相当する第１の車室内熱交換器と冷却
用熱交換器に相当する第２の車室内熱交換器とを配し、
コンプレッサ、車室外熱交換器、第１の車室内熱交換
器、膨張弁、及び第２の車室内熱交換器を含むようにこ
の順で配管接続してサイクルを構成し、暖房運転時には
前記コンプレッサから供給される冷媒を車室外熱交換器
をバイパスして循環するようにした車両用空調制御装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の車両用空調制御装置として、例
えば特開平５−２２９３３３号公報やに示されるヒート
ポンプ式の冷暖房装置が知られている。これは、空調ダ
クトのに第１の車室内熱交換器（サブコンデンサ）と、
これより上流側に第２の車室内熱交換器（エバポレー
タ）とを設け、車室外熱交換器（メインコンデンサ）の
流入側に設けられた流路切り換え手段（三方弁）によっ
て、コンプレッサから流出した冷媒を車室外熱交換器
（メインコンデンサ）へ供給する場合とバイパスする場
合とを選択できるようにし、冷房運転時には車室外熱交
換器、第１の車室内熱交換器、膨張弁、第２の車室内熱
交換器、コンプレッサの順で冷媒を循環させ、暖房運転
時には車室外熱交換器をバイパスさせて、第１の車室内
熱交換器、膨張弁、第２の車室内熱交換器、コンプレッ
サの順で冷媒を循環させるようにしたものである。

【０００３】したがって、このようなシステムの暖房運
転時にあっては、コンプレッサから吐出した冷媒が、空
調ダクト内で第１の車室内熱交換器によって放熱される
と共に第２の車室内熱交換器によって吸熱される構成と
なり、空調ダクトを流れる空気を第２の車室内熱交換器
で冷却除湿すると同時に第１の車室内熱交換器によって
加熱するものであり、加熱能力の方が大きいことから、
吹出空気は温められた状態で車室へ供給されるようにな
っている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
サイクル構成によれば、第１の車室内熱交換器（サブコ
ンデンサ）を通った冷媒が全て第２の車室内熱交換器
（エバポレータ）に流入してしまうため、第２の車室内
熱交換器（エバポレータ）によって空気が過度に冷却さ
れてしまい、特に暖房初期のウォ−ムアップ時には、エ
アミックスドアをフルホット位置にしても充分な暖房能
力を得ることができないものであった。

【０００５】また、全冷媒が第２の車室内熱交換器（エ
バポレータ）に供給されることから、第２の車室内熱交
換器そのものが冷却され過ぎて凍結しやすくなり、その
結果、ウォ−ムアップの要請にもかかわらず制約された
動作範囲でしかサイクルを作動させることができなかっ
た。

【０００６】そこで、この発明においては、上記不都合
を解消し、上述の冷暖房サイクルに対し、ウォ−ムアッ
プ時のような大きな暖房能力が要求される時に暖房能力
を高めることができ、また第２の車室内熱交換器（エバ
ポレータ）の凍結を抑えて動作範囲の拡大を図るように
した車両用空調制御装置を提供することを課題としてい
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を達成するため
に、この発明に係る車両用空調制御装置は、コンプレッ
サの吐出側に接続される車室外熱交換器と、前記車室外
熱交換器の流出側に接続され、空調ダクト内に配される
第１の車室内熱交換器と、前記第１の車室内熱交換器の
流出側に接続される膨張弁と、膨張弁の流出側と前記コ
ンプレッサの流入側との間に接続され、前記空調ダクト
内に配される第２の車室内熱交換器とにより冷媒循環サ
イクルを構成し、前記車室外熱交換器をバイパスするバ
イパス経路を設け、前記コンプレッサから吐出した冷媒
を前記車室外熱交換器に導くモードと前記バイパス経路
に導くモードとに切り換えるようにした車両用空調制御
装置において、前記前記第１の車室内熱交換器と前記膨
張弁との間に一端が接続し、他端が前記第２の車室内熱
交換器の流出側に接続される連通路を設け、この連通路
にここを流れる冷媒の流量を調節する流量調節弁を設け
たことを特徴としている（請求項１）。

【０００８】上記構成において、暖房時にあっては、コ
ンプレッサから吐出した冷媒を車室外熱交換器をバイパ
スさせて第１の車室内熱交換器、膨張弁、第２の車室内
熱交換器、コンプレッサと循環させる。このような流れ
によってもたらされる冷媒の変化は、従来の構成と同様
であり、図２（ａ）に示されるように、コンプレッサか
ら吐出する高温高圧の冷媒（図中のポイントＡ）は、第
１の車室内熱交換器で放熱されて低温高圧の冷媒となり
（図中のポイントＢ）、しかる後に膨張弁によって減圧
されて低温低圧の冷媒となり（図中のポイントＣ）、第
２の車室内熱交換器で吸熱され（図中のポイントＤ）、
その後、再びコンプレッサにて圧縮されて高温高圧の冷
媒となる。第１の車室内熱交換器で放熱する熱量の絶対
値は、第２の車室内熱交換器で吸熱する熱量の絶対値よ
りも大きいものであることから、第２の車室内熱交換器
を通過して冷却除湿された空気は一旦は冷やされるもの
の、第１の車室内熱交換器によって冷却された以上に温
められて全体として暖かい空気となる。

【０００９】このような冷媒サイクルは、暖房安定時に
充分機能するが、大きな暖房能力を必要とするウォ−ム
アップ時には前述した如く対応しきれない。しかしなが
ら、本願発明にあっては、即暖性が要求される場合に
は、さらに流量調節弁を開けて膨張弁と第２の車室内熱
交換器とをバイパスする連通路に冷媒を流し、第２の車
室内熱交換器へ流れる冷媒量を抑える（請求項２）。こ
のため、第２の車室内熱交換器による吸熱作用が減少す
ることから空調装置の吹出空気温度が高められると共
に、第２の車室内熱交換器への冷媒流量の減少によって
この熱交換器の凍結を防止することができる。

【００１０】連通路を流れる冷媒流量は、流量調節弁の
開度を制御することによってコントロールされるが、流
量調節弁は、開又は閉の動作のみを行うものであって
も、弁開度をリニアに変化させるものであってもよい。
また、第２の車室内熱交換器の冷却能力を低下させる手
段としては、膨張弁の開度を強制的に大きくして断熱膨
張の効果を低下させるようにしてもよい（請求項３）。
このような構成にあっては、第１の車室内熱交換器を通
過した冷媒の全てが第２の車室内熱交換器に供給される
場合でも、膨張弁の開度を大きくすることで第２の車室
内熱交換器へ流入される冷媒の温度を通常よりも上げる
ことができ、吹出空気温度を高めると共に凍結防止を図
ることができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施形態を図面
により説明する。図１において、この発明に係る空気調
和装置が示され、空気調和装置は、モータによってコン
プレッサを駆動させる電気自動車用の冷暖房空調装置と
して、或いは、エンジン冷却水のみでは暖房熱源をまか
ないにくい内燃機関車に搭載される暖房補助装置等とし
て用いられるもので、空調ダクト１の最上流側には図示
しないインテーク装置が設けられ、内気入口と外気入口
との開口割合がインテークドアによって調整されるよう
になっている。このインテーク装置を介して送風機２の
回転により吸引された空気は、エバポレータ３及びサブ
コンデンサ４に送られ、ここで熱交換されるようになっ
ている。サブコンデンサ４は、エバポレータ３よりも下
流側に配置され、そこを通過する空気とバイパスする空
気との割合をエアミックスドア５の開度を調節すること
によって可変できるようになっている。尚、エアミック
スドア５は、開度０％で２点鎖線で示すα位置にあり、
サブコンデンサ４の通風量を最小とし、開度１００％で
実線で示すβ位置にあり、サブコンデンサ４の通風量を
最大とする。

【００１２】そして、空調ダクト１の最下流側は、図示
しないデフロスト吹出口、ベント吹出口、およびヒート
吹出口に分かれて車室に開口し、その分かれた部分にモ
ードドアが設けられ、このモードドアを操作することに
より吹出モードが切り換えれるようになっている。

【００１３】前記サブコンデンサ４の流出側は、リキッ
ドタンク６及び膨張弁７を介してエバポレータ３の流入
側に接続され、エバポレータ３の流出側は、アキュムレ
ータ８を介してコンプレッサ９の吸入側に配管接続され
ている。また、コンプレッサ９の吐出側は第１及び第２
の流出口（Ｉ，II) を備えた三方弁１０の流入口に接続
され、第１の流出口（Ｉ）はメインコンデンサ１１の流
入側に接続している。このメインコンデンサ１１の流出
側は、逆止弁１２を介してサブコンデンサ４の流入側に
接続されている。更に、三方弁１０の第２の流出口（I
I) には、逆止弁１２の流出側に連通するバイパス通路
１３が接続されている。

【００１４】したがって、三方弁１０の切り換えによっ
てコンプレッサ９から吐出した冷媒をメインコンデンサ
１１、逆止弁１２、サブコンデンサ４、リキッドタンク
６、膨張弁７、エバポレータ３、アキュムレータ８を順
次通過させてコンプレッサ９に戻す第１のサイクル経路
と、メインコンデンサ１１をバイパスしてサブコンデン
サ４、リキッドタンク６、膨張弁７、エバポレータ３、
アキュムレータ８を順次通過させてコンプレッサ９に戻
す第２のサイクル経路とが選択されるようになってい
る。

【００１５】また、上述の空気調和装置には、一端がリ
キッドタンク６と膨張弁７との間に接続され、他端がエ
バポレータ３とアキュムレータ８との間に接続された連
通路１４が設けられている。この連通路１４には流量調
節弁１５が設けられ、この流量調節弁１５の開度を調節
することによって膨張弁７やエバポレータ３をバイパス
する冷媒流量を調節できるようになっている。

【００１６】上記コンプレッサ９、三方弁１０、流量調
節弁１５は、コントロールユニット１６からの駆動制御
信号によって動作するようになっており、コントロール
ユニット１６は、図示しない中央演算処理装置（ＣＰ
Ｕ）、読出専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメ
モリ（ＲＡＭ）、入出力ポート（Ｉ／Ｏ）、駆動回路等
より成り、車室内の目標温度を設定する温度設定器１７
や車室内温度を検出する室内温度センサ１８等の信号が
入力され、所定のプログラムにしたがって各種入力信号
を処理し、コンプレッサ９の吐出能力、三方弁１０の切
り換え、流量調節弁１５の開度を制御するようになって
いる。

【００１７】上記構成において、大きな冷房能力が要求
される強冷房モード時にあっては、表１のに示される
ように、コンプレッサ９から吐出した冷媒を矢視Ａ方向
に流出してメインコンデンサ１１を通過するように三方
弁１０を切り換え、エアミックスドア５を開度０％（α
位置）にし、流量調節弁１５を閉とする。

【００１８】この状態では、コンプレッサ９から吐出し
た冷媒は、メインコンデンサ１１で放熱され、逆止弁１
２を通ってサブコンデンサ４に供給される。エアミック
スドア５の開度は０％であることからサブコンデンサ４
ではあまり放熱作用はなく、そのままリキッドタンク６
へ送られる。その後、膨張弁７で減圧されてエバポレー
タ３に入り、ここでエバポレータ３を通過する空気から
吸熱して蒸発気化し、アキュムレータ８に入る。アキュ
ムレータ８に入った冷媒は、ここで気液分離された後に
コンプレッサ９に戻される。よって、送風機２の駆動に
よって空調ダクト１に吸引される空気は、エバポレータ
３で冷却され、サブコンデンサ４を通ることなく車室へ
供給され、車室を冷房することとなる。

【００１９】適宜温調された冷却空気を車室に供給する
冷房温調モード時には、表１のに示されるように、冷
媒を矢視Ａ方向に流すように三方弁１０を切り換え、流
量調節弁１５を閉とし、エアミックスドア５を要求され
る吹出空気温度が得られるように開度調節する。

【００２０】これにより、冷媒の循環経路はの場合と
同じであるが、空調ダクト１に吸引される空気は、エバ
ポレータ３で冷却された後にエアミックスドア５の開度
に応じてサブコンデンサ４を通過するものと迂回するも
のとに分けられ、サブコンデンサ４の下流側で混合され
て車室へ供給される。

【００２１】次に、暖房安定モード時にあっては、表１
のに示されるように、コンプレッサ９から吐出した冷
媒が矢視Ｂ方向に流出してメインコンデンサ１１をバイ
パスして流れるように三方弁１０を切り換え、エアミッ
クスドア５の開度を１００％（β位置）にし、流量調節
弁１５を閉とする。

【００２２】この状態では、コンプレッサ９から吐出し
た冷媒は、メインコンデンサ１１を通過することなくバ
イパス通路１３を通ってサブコンデンサ４に入り、ここ
で放熱して凝縮液化し、リキッドタンク６に入る。その
後、膨張弁７で減圧されてエバポレータ３に入り、ここ
でエバポレータ３を通過する空気から吸熱して蒸発気化
し、アキュムレータ８に入る。アキュムレータ８に入っ
た冷媒は、ここで気液分離された後にコンプレッサ９に
戻される。よって、送風機２の駆動によって空調ダクト
１に吸引される空気は、エバポレータ３で冷却除湿さ
れ、その全てがサブコンデンサ４に導かれ、ここで加熱
されて温かい空気として車室に供給され、車室を暖房す
ることとなる。

【００２３】この場合の暖房能力は、サブコンデンサ４
を通過した冷媒の全てがエバポレータ３に導かれること
からコンプレッサ９の仕事量に見合う能力しかなく、前
述した如く大きな暖房能力は得られにくい。特に、急速
な暖房を必要とする空調初期（ウォ−ムアップ時）では
暖房能力が不足することもあることから、ウォ−ムアッ
プ時においては、表１のに示されるように、三方弁１
０を冷媒が矢視Ｂ方向に流れるように切り換え、エアミ
ックスドア５の開度を１００％（β位置）にし、流量調
節弁１５の弁開度を調節して冷媒を連通路１４に流す。

【００２４】これにより、コンプレッサ９から吐出した
冷媒は、バイパス通路１３を通ってサブコンデンサ４に
入り、ここで放熱して凝縮液化し、リキッドタンク６に
入る。その後、冷媒は流量調節弁１５の開度に応じて連
通路１４を通るものと膨張弁７で減圧されてエバポレー
タ３に入るものとに分けられ、エバポレータ３の流出側
で再び合流してアキュムレータ８に入る。そして、アキ
ュムレータ８に入った冷媒は、ここで気液分離された後
にコンプレッサ９に戻される。

【００２５】このような急速暖房モードにあっては、冷
媒の一部が膨張弁７とエバポレータ３とをバイパスする
ことから、サイクル経路上の圧損が連通路１４の存在に
よって減少し、低圧側圧力Ｐｓが上昇することとなる。
サイクル内の冷媒流量は冷媒の循環量と比体積とによっ
て決定される関係にあり、比体積は低圧側圧力Ｐｓの上
昇に伴って増加することから、サイクル内の冷媒流量も
増加することとなる。

【００２６】また、サイクル内の冷媒流量が増えること
から、高圧側圧力Ｐｄも上昇する。このため、サイクル
の高圧側の冷媒温度も上昇し、サブコンデンサによる暖
房効果も向上することとなる。

【００２７】さらに、エバポレータ３からのガス冷媒が
連通路１４からの液冷媒によって冷却されるので、スー
パーヒート量（ＳＨ）が小さくなる。ＳＨが大きい場合
にはコンデンサの動力負荷が大きくなるので、ＳＨはで
きるだけ小さい方が好ましいが、本願によれば、流量調
節弁１５の開度を調節することによって暖房時のＳＨを
小さくすることが可能となる。

【００２８】したがって、冷媒の一部を連通路１４を通
過させることによってエバポレータ３の冷却能力を低下
させると共にサブコンデンサ４の加熱能力を高めること
ができ、エバポレータ３を通過した空気温度の冷却を抑
えると同時にサブコンデンサ４による加熱作用を従来よ
りも大きくし、吹出空気温度を高めてウォームアップ性
能を向上させることができる。

【００２９】また、エバポレータ３へ送られる冷媒量が
低下することから、エバポレータ３自体も凍結しにくく
なり、従来エバポレータ３の凍結によってサイクルの停
止を余儀なくされていた環境下においても暖房運転を継
続させることが可能となり、動作範囲の拡大を図ること
ができる。

【００３０】尚、流量調節弁１５の開度はコントロール
ユニット１６によって自動調節されるものであるが、そ
の手法としては、車室内外の環境因子や車室内の設定温
度から目標吹出温度を演算し、表１ので示す三方弁１
０やエアミックスドア５の設定に対して実際の吹出温度
が目標吹出温度となるように弁開度を調節する方法等が
有効である。

【００３１】また、上記構成においては、連通路１４の
一端をリキッドタンク６と膨張弁７との間に接続し、流
量調節弁の開度を連続的に可変できる構成としている
が、連通路１４の一端はリキットタンク６とサブコンデ
ンサ４との間に接続するようにしてもよく、流量調節弁
は全開又は全閉のいずれかを切り換えるものであっても
よい。

【００３２】さらに、エバポレータ３の冷却能力を低下
させる手段としては、膨張弁７を電磁式膨張弁としてコ
ントロールユニット１６からの信号によって開度制御で
きるものとし、急速暖房モード時には、強制的に開度を
大きくして断熱膨張の効果を低下させるようにしてもよ
い。このような構成は、上述の連通路１４及び流量調節
弁１５の構成に加えて用いるようにしてもよいが、これ
らに代えて用いるものであってもよく、サブコンデンサ
４を通過した冷媒の全てがエバポレータ３に流入する場
合であっても、膨張弁７の開度を大きくすることでスー
パーヒート量（ＳＨ）を小さくすると共に、サイクル経
路上の圧損を減少させて低圧側圧力Ｐｓを上昇させるこ
とができ、また、サイクル内の冷媒流量の増加に伴い高
圧側圧力Ｐｄを上昇させることができ、連通路１４及び
流量調節弁１５のみを設けた場合と同様の作用効果が得
られる。

【００３３】

【発明の効果】以上述べたように、この発明によれば、
空調ダクト内に加熱用熱交換器に相当する第１の車室内
熱交換器と冷却用熱交換器に相当する第２の車室内熱交
換器とを配し、コンプレッサ、車室外熱交換器、第１の
車室内熱交換器、膨張弁、及び第２の車室内熱交換器を
含むサイクルをこの順で接続して構成し、暖房運転時に
はコンプレッサから供給される冷媒を車室外熱交換器を
バイパスして循環するようにし、さらに膨張弁と第２の
車室内熱交換器とをバイパスする連通路を設け、この連
通路を流れる冷媒の流量を流量調節弁にて調節するよう
にしたので、暖房能力が要求される場合には、連通路に
冷媒を流して第２の車室内熱交換器の冷媒流量を減ら
し、もって第２の車室内熱交換器の冷却能力を低下させ
て従来よりも温かい空気を車室に供給してウォ−ムアッ
プ性能の向上を図ることができる。

【００３４】また、第２の車室内熱交換器への冷媒流量
を減らすことができることから、第２の車室内熱交換器
の凍結を防止することもでき、空調装置として動作可能
な範囲を拡大することができる。

【００３５】さらに、第２の車室内熱交換器の冷却能力
を低下させる手段としては、膨張弁の開度を強制的に大
きくして断熱膨張の効果を低下させるようにしてもよ
く、このような構成によれば、第２の車室内熱交換器に
導かれる冷媒量が減少しない場合でも吹出空気温度を従
来よりも高くすることができ、同時に熱交換器の凍結を
も防いで動作範囲を拡大することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明にかかる車両用空調制御装置を
示す構成図である。

【図２】図２は、暖房時における冷暖房サイクルのモリ
エル線図を示し、図２（ａ）は従来の構成によって得ら
れる線図を、図２（ｂ）は本発明によって得られる線図
を示す。

【符号の説明】

１ 空調ダクト ３ エバポレータ ４ サブコンデンサ ７ 膨張弁 ９ コンプレッサ １１ メインコンデンサ １３ バイパス通路 １４ 連通路 １５ 流量調節弁

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 コンプレッサの吐出側に接続される車室
   外熱交換器と、前記車室外熱交換器の流出側に接続さ
   れ、空調ダクト内に配される第１の車室内熱交換器と、
   前記第１の車室内熱交換器の流出側に接続される膨張弁
   と、膨張弁の流出側と前記コンプレッサの流入側との間
   に接続され、前記空調ダクト内に配される第２の車室内
   熱交換器とにより冷媒循環サイクルを構成し、前記車室
   外熱交換器をバイパスするバイパス経路を設け、前記コ
   ンプレッサから吐出した冷媒を前記車室外熱交換器に導
   くモードと前記バイパス経路に導くモードとに切り換え
   るようにした車両用空調制御装置において、 前記第１の車室内熱交換器と前記膨張弁との間に一端が
   接続し、他端が前記第２の車室内熱交換器の流出側に接
   続される連通路を設け、この連通路にここを流れる冷媒
   の流量を調節する流量調節弁を設けたことを特徴とする
   車両用空調制御装置。
2. 【請求項２】 暖房要請時に前記コンプレッサから吐出
   される冷媒を前記車室外熱交換器をバイパスさせ、前記
   流量調節弁を開いて前記連通路に冷媒を流通させるよう
   にしたことを特徴とする請求項１記載の車両用空調制御
   装置。
3. 【請求項３】 コンプレッサの吐出側に接続される車室
   外熱交換器と、前記車室外熱交換器の流出側に接続さ
   れ、空調ダクト内に配される第１の車室内熱交換器と、
   前記第１の車室内熱交換器の流出側に接続される膨張弁
   と、膨張弁の流出側と前記コンプレッサの流入側との間
   に接続され、前記空調ダクト内に配される第２の車室内
   熱交換器とにより冷媒循環サイクルを構成し、前記車室
   外熱交換器をバイパスするバイパス経路を設け、前記コ
   ンプレッサから吐出した冷媒を前記車室外熱交換器に導
   くモードと前記バイパス経路に導くモードとに切り換え
   るようにした車両用空調制御装置において、 暖房要請時に前記コンプレッサから吐出される冷媒を前
   記車室外熱交換器をバイパスさせ、前記膨張弁の開度を
   強制的に大きくして断熱膨張の効果を低下させるように
   したことを特徴とする車両用空調制御装置。