JPH11170849A - 車両用空調装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】メインエバポレータにより導入空気が除湿され
ない条件下でシールドウインドウガラスの内側が曇らな
いようにする。 【解決手段】暖房モードにおいて、コンプレッサ１１か
ら圧送される冷媒をメインコンデンサ４１を迂回して空
調ダクト５１内のサブコンデンサ１４で放熱する。外気
温度が０℃以下でより高い暖房能力が要求される場合に
は、冷媒を加熱するとともに膨張弁１５の絞り開度を大
きくして、エバポレータ１６で空気を加熱する。このと
き、エバポレータ１６による除湿が行なわれないことに
起因する窓の曇りが発生しないように、外気温に応じた
最小限の外気を導入する。外気導入による吹出し温度の
低下を冷媒温度をより加熱することで補償する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、コンプレッサの駆
動により冷媒を車室外熱交換器および車室内熱交換器に
循環させるヒートポンプ冷凍サイクルを備えた車両用空
調装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ヒートポンプ冷凍サイクルによる暖房運
転を行なうようにした車両用空調装置が知られている
（例えば、実開昭６１−１０１０２０号のマイクロフィ
ルム参照）。この種の車両用空調装置は、電気自動車の
ように暖房用熱源がない車両やエンジン冷却水の熱量が
不足して暖房性能が足りない車両に用いられる。

【０００３】図９に従来のヒートポンプ冷凍サイクル式
空調装置の一例を示す。この空調装置は、コンプレッサ
１、切替弁２、メインコンデンサ３、膨張弁４，５、エ
バポレータ６、暖房用サブコンデンサ７で構成され、暖
房時は、コンプレッサ１→切替弁２→暖房用用サブコン
デンサ７→膨張弁５→エバポレータ６→コンプレッサ１
の順に冷媒が流れる。暖房運転時は、サブコンデンサ７
の上流側のエバポレータ６で除湿冷却され、その下流の
サブコンデンサ７でダクト内に導入された空気が加熱さ
れる。

【０００４】図９に示した空調装置では、エバポレータ
６は外気温にかかわらず常に導入された空気を冷却して
しまい、低温時の暖房能力が不足する場合があり、電気
ヒータを別途搭載する電気自動車も提案されている。ま
た、電気ヒータを設ける代りに、暖房時のコンプレッサ
の吸入側にサブエバポレータと呼ばれる冷媒加熱装置を
設け、外気温度が低いときはダクト内に配置したメイン
エバポレータが導入空気を加熱するようにした空調装置
も提案されている。

【０００５】サブエバポレータを有する空調装置では、
外気温が所定値以下のときにメインエバポレータにより
次のようにして導入空気が加熱される。外気温度が所定
値（たとえば０℃）以下のときにシーズヒータと呼ばれ
る加熱装置を作動させ、ここで生成された温水をサブエ
バポレータに循環させる。そして、サブエバポレータで
冷媒を加熱するとともに、サブエバポレータ下流の冷媒
温度を検出する。検出された冷媒温度が所定値以上のと
きにメインエバポレータ上流の膨張弁の絞り開度を増大
させる。その結果、断熱膨張による圧力低下が少なくエ
バポレータ内の圧力が高いことと冷媒自体が加熱されて
いることにより、メインエバポレータで導入空気を加熱
することができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述したサブエバポレ
ータを備えたヒートポンプ冷凍サイクルによる暖房装置
では、サブエバポレータによる冷媒の加熱を行なわない
場合には、メインエバポレータにより導入空気が冷却さ
れて除湿され、シールドウインドウガラスの内側が曇る
ことがない。しかしながら、サブエバポレータにより冷
媒を加熱してメインエバポレータで導入空気を加熱する
場合には、導入空気が除湿されないのでシールドウイン
ドウガラスの内側が曇ることがある。

【０００７】本発明の目的は、メインエバポレータによ
り導入空気が除湿されない条件下でシールドウインドウ
ガラスの内側が曇らないようにした車両用空調装置を提
供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】実施の形態の図に対応づ
けて説明する。 （１）請求項１の発明は、冷房モードではコンプレッサ
１１から圧送される冷媒を車室外の第１のコンデンサ４
１で放熱するとともに、空調ダクト５１内に設置したエ
バポレータ１６の上流で膨張弁１５により冷媒を膨張さ
せてエバポレータ１６で吸熱し、暖房モードでは、コン
プレッサ１１から圧送される冷媒を空調ダクト５１内の
第２のコンデンサ１４で放熱するヒートポンプ式冷暖房
装置と、冷媒を加熱する冷媒加熱装置１８，１９と、外
気から空調ダクト５１に導入される空気量と車室内から
循環される空気量との導入比率を可変とするインテーク
ドア５２と、エバポレータ１６による加熱が必要と判定
すると、冷媒を加熱するとともに膨張弁１５の絞り開度
を大きくする制御手段３０とを備えた車両用空調装置に
適用される。そして上述した目的は、制御手段３０によ
り、エバポレータ１６による加熱が必要と判定されたと
き、暖房能力を低下させずに内窓の窓晴れ性を保証する
ように、外気導入量と冷媒加熱量を外気温に応じて算出
し、その算出結果に基づいてインテークドア５２と冷媒
加熱装置１９を制御することにより達成される。 （２）請求項２の発明は、請求項１の車両用空調装置に
おいて、外気導入量は窓晴れ性を外気温に応じた最小限
の量で保証する値としたことを特徴とする。 （３）請求項３の発明は、請求項１または２の車両用空
調装置において、冷媒加熱手段１９の加熱量を外気導入
による吹出し温度の低下を補償するように外気導入量の
増加に応じてを増大することを特徴とする。

【０００９】以上の課題を解決するための手段の項で
は、実施の形態の図に対応づけて本発明を説明したが、
これにより本発明が実施の形態に限定されるものではな
い。

【００１０】

【発明の効果】（１）請求項１の発明によれば、エバポ
レータで導入空気を加熱することにより悪化する窓晴れ
性を暖房能力を低下させずに保証するように、外気導入
量と冷媒加熱量を外気温度に基づいて算出するようにし
たので、冷媒加熱装置に投入する電力量を抑えることが
できる。 （２）請求項２の発明によれば、窓の曇りを外気温に応
じた最小限の量で抑制するように外気導入量を設定した
ので、冷媒加熱装置の消費電力を最小限にすることがで
きる。 （３）請求項３の発明によれば、外気導入量の増加に応
じて冷媒加熱量を増大するようにしたので、外気導入に
よる吹出し温度の低下を確実に補償することができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】図１は本発明による空調装置の一
実施の形態の構成を示す図である。空調ダクト５１には
外気から導入する空気量と車室内から循環して導入され
る空気量の導入比率を切換えるインテークドア５２が設
けられ、その下流にブロアファン５３が設けられる。ブ
ロアファン５３でダクト５１内に導入された空気は、ダ
クト５１内に設置されているメインエバポレータ１６と
サブコンプレッサ１４で熱交換されて車室内に吹出され
る。インテークドア５２は図示の１００％外気導入状態
から１００％内気導入状態との間で切換可能である。

【００１２】図１において、太い実線で示す冷媒の流れ
はヒートポンプ冷凍サイクルの暖房時の流れを示す。図
示しないエンジンなどの駆動源で駆動されるコンプレッ
サ１１から圧送される冷媒は四方弁１２、逆止弁１３を
通ってサブコンデンサ１４に流入して導入空気と熱交換
して導入空気を加熱する。冷媒はさらに膨張弁１５で断
熱膨張してメインエバポレータ１６に流入する。断熱膨
張した冷媒はメインエバポレータ１６で導入空気との間
で熱交換する。熱交換された冷媒はメインエバポレータ
１６から逆止弁１７、サブエバポレータ１８を通ってコ
ンプレッサ１１の吸入側に流入する。

【００１３】この実施の形態では、膨張弁１５の絞り開
度が可変であり、外気温が所定値を越えている場合（た
とえば０℃を越えている場合）には絞り開口は最低値に
設定され、これにより、メインエバポレータ１６は導入
空気を冷却する。また、たとえば０℃以下では絞り開度
を増大して断熱膨張の程度を低減し、これによりメイン
エバポレータ１６で導入空気を加熱する。

【００１４】サブエバポレータ１８内の冷媒はシーズヒ
ータ１９で加熱された温水がポンプ２０で循環すること
により加熱することが可能であり、シーズヒータ１９は
スイッチ２１によりその駆動が制御される。スイッチ２
１は外気温度が０℃以下になるとオンして冷媒を加熱す
る。スイッチ２１は図２に示す制御回路３０によりその
開閉が制御される。

【００１５】なお図１において、冷房時は破線で示す経
路を冷媒が流れる。すなわち、コンプレッサ１１、メイ
ンコンデンサ４１、逆止弁４２、サブコンデンサ１４、
膨張弁１５、メインエバポレータ１６、逆止弁１７、サ
ブエバポレータ１８、コンプレッサ１１の順に冷媒が流
れ、メインエバポレータ１６により導入空気が冷却され
る。

【００１６】図２において、制御回路３０はＣＰＵ、メ
モリ、インターフェースなど各種周辺回路やドライバ回
路などを備えている。制御回路３０には、外気温を検出
する外気温センサ３１、サブエバポレータ１８の下流の
冷媒温度を検出する冷媒温度センサ３２、周囲熱負荷を
計測するための日射センサなどの各種センサ群３３、イ
ンテークドア５２の開度を検出する開度セン３４からの
信号が入力される。そして制御回路３０は、コンプレッ
サ１１の駆動停止、四方弁１２の切換え、膨張弁１５の
開度、シーズヒータスイッチ２１のオン・オフ、温水ポ
ンプ２０の駆動停止、インテークドア５２の開度を調節
するドアアクチュエータ５４の駆動をそれぞれ制御す
る。

【００１７】制御回路３０は、外気温センサ３１から外
気温信号を受けて、外気温度がたとえば０℃以下になる
とスイッチ２１のオン・オフをデューティ制御してシー
ズヒータ１９を駆動する。制御回路３０はまた、サブエ
バポレータ１８の下流側冷媒温度を検出する冷媒温セン
サ３２からの冷媒温度信号を受けて、膨張弁１５の開度
を調節する。外気温度が所定値以下（たとえば０℃）の
領域において、サブエバポレータ１８の下流で測定した
冷媒温度が高くなるほど絞り開度を大きくして、冷媒の
断熱膨張の程度、すなわち圧力低下の程度を抑制する。

【００１８】図３は図１に示したヒートポンプ冷凍サイ
クルにおける冷媒側から見たモリエル線図であり、サブ
エバポレータ１８で冷媒を加熱して膨張弁１５の絞り開
口を大きくしている場合である。図３において、サブエ
バポレータ１８で冷媒が加熱されるとエンタルピが図示
のように増大し、その後、コンプレッサ１１で冷媒は圧
縮され、サブコンデンサ１４で放熱される。膨張弁１５
はその絞り開口が大きくされているから図示のように圧
力が大きく低下されず、メインエバポレータ１６で放熱
される。すなわち、この領域で導入空気が加熱される。

【００１９】図４は図３に対応する空気側から見た暖房
メカニズムを説明する図である。点Ｐ１はメインエバポ
レータ１６の吸込み側の空気温度と絶対湿度、Ｐ２はメ
インエバポレータ１６の下流側空気温度と絶対湿度、Ｐ
３はサブコンデンサ１４の下流側の温度と絶対湿度、Ｐ
４は車室内の空気温度と絶対湿度を示す。メインエバポ
レータ１６の吸込み側の空気温度Ｔ１はメインエバポレ
ータ１６の放熱作用で温度Ｔ２まで上昇し、さらに、サ
ブコンデンサ１４でＴ３まで上昇する。 温度Ｔ３まで
上昇した空気は車室内に吹出されて温度Ｔ４まで低下す
るとともに、車室内の人息で絶対湿度が上昇する。そし
て、メインエバポレータ１６の上流側で温度Ｔ１とな
る。

【００２０】図５はこの実施の形態によるシーズヒータ
１９の消費電力とインテークドア５２による外気導入比
率を制御する手順を示すフローチャートである。ステッ
プＳ１で各種センサからの検出信号を読み込み、ステッ
プＳ２で暖房モードか否かを判定する。これは外気温度
が所定値以下の場合には暖房モード、外気温が所定値を
越える場合には冷房モードと判定する。暖房モードであ
ればステップＳ３に進み、暖房モードでない場合、すな
わち冷房モードの場合にはステップＳ８に進む。このス
テップでは、乗員により操作される冷暖房切換えスイッ
チにより判定を行うこともできる。

【００２１】ステップＳ３においは次のような処理が実
行される。四方弁１２により冷媒流路を暖房側にし、コ
ンプレッサ１１の運転、停止を制御するとともに、乗員
が設定した設定温度と周囲熱負荷に応じて目標吹出し温
度を算出する。そして、目標吹出温度や乗員による外気
導入／内気循環インテークドアの設定状態に応じてイン
テークドア５２の位置制御を行なう。また、目標吹出温
度や乗員による吹出モードの設定状態に応じた吹出口の
開閉制御を行なうとともに、目標吹出温度や乗員による
風量の設定状態に応じてブロアファン５３による風量制
御を行なう。これらの制御は周知の手法が採用できるの
でここでは詳細説明は省略する。なお、ステップＳ８に
おける冷房制御においても、四方弁１２により冷媒流路
を冷房側にし、暖房モードと同様に各種処理を実行す
る。

【００２２】ステップＳ４で外気温センサ３１の検出信
号で読み込まれた外気温が０℃以下と判定されるとステ
ップＳ５に進み、図６に示す特性Ｃ１にしたがってシー
ズヒータ１９の消費電力を決定し、その消費電力に応じ
てスイッチ２１をデューティ制御する。図６に示すよう
に、外気温０℃になるまではシーズヒータ１９は停止
し、０℃以下になると所定量だけ電力を投入し、その後
は、外気温度が低くなるほど投入電力を増大させ、−２
０℃で３ｋＷとなるようにする。

【００２３】ステップＳ６では、インテークドア開度セ
ンサ３４からの検出信号で読み込まれたインテークドア
開度により外気導入比率が５０％未満か判定する。ステ
ップＳ３の空調制御により外気導入比率が５０％以上で
あれば窓晴れ性が保証されることになるから、外気導入
比率が５０％以上ならば図５の処理を終了する。外気導
入比率が５０％未満の場合にはステップＳ７に進み、図
６に示す特性Ｃ２にしたがってインテークドア５２によ
る外気導入比率を決定し、その外気導入比率にしたがっ
てインテークドアアクチュエータ５４を制御する。

【００２４】図６の特性Ｃ２に示すように、外気温０℃
になるまでは外気導入比率が０％であり、０℃未満にな
ると外気温度が低くなるほど外気導入比率を増大させ、
−２０℃で５０％となるようにする。

【００２５】図７は外気導入量と内気導入量との比率を
横軸に、シーズヒータ１９の消費電力を縦軸に取り、外
気温をパラメータとして窓晴れ限界を示す図である。外
気温０℃の場合には、点７０で示す条件、すなわち外気
導入比率をＸ（％）に設定すれば窓晴れ性が保証され
る。この場合、外気の導入により吹出し温度が低下しな
いようにシーズヒータ１９の消費電力をＹ（ｋＷ）に設
定する。外気温−２０℃の場合には、点７１で示す条
件、すなわち外気導入比率を５０％に設定すれば窓晴れ
性が保証され、シーズヒータ１９の消費電力を３ｋＷと
すれば温度低下が補償される。したがって、この図７の
グラフの黒丸（７０，７１など）の点で示す条件にした
がって、外気温に対する外気導入比率と、外気温に対す
るシーズヒータ１９の消費電力とを決定すれば電力消費
量を最小限にして窓晴れ性を保証することができる。そ
の結果が図６に示すグラフである。

【００２６】図８は本実施の形態のようなヒータ駆動制
御とインテークドア切換制御による消費電力と比較する
同様の図である。すなわち、外気導入量と内気導入量と
の比率と、シーズヒータ１９の消費電力を縦軸に取り、
外気温を横軸に取ったグラフである。この例では、外気
温０℃以下では外気導入比率を一律に５０（％）とし、
シーズヒータ１９の消費電力を外気温が下がる程大きく
して、外気温−２０℃でシーズヒータ１９の消費電力を
３ｋＷに設定するものである。この方式では、外気温が
０℃になると外気導入比率を５０％にするので、窓晴れ
性は十分に確保できる。しかしながら、図７のグラフで
説明したように、外気温０℃では外気導入比率を５０％
以下のＸ％でも窓晴れ性は確保され、外気導入比率が大
き過ぎる。そのため、吹出し温度を一定に維持するため
にシーズヒータ１９による冷媒加熱量を増大する必要が
あり、この分、電力消費量が大きくなる。図７において
は、点８０で示され、消費電力はＺ（ｋＷ）となる。こ
の点、上述したように本実施の形態では、図７の点７０
の窓晴れ限界点での外気導入比率に設定し、これによ
り、シーズヒータ１９の投入電力量をＹ（＜Ｚ）まで低
減することができる。

【００２７】本発明は、ヒートポンプ冷凍サイクル式空
調装置において、真冬のように高い暖房能力が要求され
る条件下で、空調ダクト内に設置したメインエバポレー
タで導入空気を加熱する場合、暖房能力を低下させずに
窓の曇りを未然に防止するものである。したがって、こ
のような機能を有する空調装置であればその構成は実施
の形態で説明したものに限定されない。たとえば、冷媒
加熱装置をサブエバポレータ１８とシーズヒータ１９で
構成したが、その他の熱源で加熱してもよい。また、外
気温０℃を基準温度としてメインエバポレータ１６によ
る加熱の有無を決定しているが、０℃に限定されない
し、外気温以外の温度を基準温度として用いることもで
きる。さらに以上では、−２０℃において外気導入比率
を５０％、シーズヒータ１９の投入電力を３ｋＷとした
が、この値はこの空調装置が搭載される車種によって異
なるものであり、本発明がこの値に限定されるものでは
ない。

【００２８】以上の実施の形態において、メインコンデ
ンサ４１が第１のコンデンサを、サブコンデンサ１４が
第２のコンデンサを、サブエバポレータ１８とシーズヒ
ータ１９が冷媒加熱装置をそれぞれ構成する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による車両用空調装置の一実施の形態の
構成を示す図

【図２】本発明による車両空調装置の制御回路の一例を
示す図

【図３】一実施の形態のモリエル線図

【図４】図３に対応する空気温度と絶対湿度の関係を示
すグラフ

【図５】空調制御の一例を示すフローチャート

【図６】外気温度とシーズヒータ消費電力の関係と、外
気温度と外気導入比率の関係を示すグラフ

【図７】外気導入比率とシーズヒータ消費電力の関係を
外気温度をパラメータとして示すグラフ

【図８】本例の電力消費量の優位性を説明するグラフ

【図９】従来の車両用空調装置の構成を示す図

【符号の説明】

１１ コンプレッサ １２ 四方弁 １４ サブコンデンサ １５ 膨張弁 １６ メインエバポレータ １８ サブエバポレータ １９ シーズヒータ ３０ 制御回路 ３１ 外気温センサ ３２ 冷媒温度センサ ３４ インテークドア開度センサ ５１ ダクト ５２ インテークドア ５３ ブロアワファン ５４ インテークドアアクチュエータ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】冷房モードではコンプレッサから圧送され
   る冷媒を車室外の第１のコンデンサで放熱するととも
   に、空調ダクト内に設置したエバポレータの上流で膨張
   弁により冷媒を膨張させてエバポレータで吸熱し、暖房
   モードでは、コンプレッサから圧送される冷媒を前記空
   調ダクト内の第２のコンデンサで放熱するヒートポンプ
   式冷暖房装置と、 前記冷媒を加熱する冷媒加熱装置と、 外気から前記空調ダクト内に導入される空気量と車室内
   から循環される空気量との導入比率を可変とするインテ
   ークドアと、 前記エバポレータによる加熱が必要と判定すると、前記
   冷媒加熱装置で冷媒を加熱するとともに前記膨張弁の絞
   り開度を大きくする制御手段とを備えた車両用空調装置
   において、 前記制御手段は、前記エバポレータによる加熱が必要と
   判定されたとき、暖房能力を低下させずに内窓の曇を防
   止する窓晴れ性を保証するように、前記外気導入量と前
   記冷媒加熱量を外気温に応じて算出し、その算出結果に
   基づいて前記インテークドアと前記冷媒加熱装置を制御
   することを特徴とする車両用空調装置。
2. 【請求項２】請求項１の車両用空調装置において、前記
   外気導入量は前記窓晴れ性を外気温に応じた最小限の量
   で保証する値としたことを特徴とする車両用空調装置。
3. 【請求項３】請求項１または２の車両用空調装置におい
   て、前記冷媒加熱装置の加熱量は前記外気導入による吹
   出し温度の低下を補償するように外気導入量の増加に応
   じて増大することを特徴とする車両用空調装置。