JPS6154315A - 車両用ヒ−トポンプ式冷暖房装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は冷房用冷凍サイクルを暖房サイクルに切換える
ことのできる車両搭載用のヒートポンプ式冷暖房装置に
関する。

［従来技術］ 従来、自動Ｅ［の暖房装置はエンジン冷却温水を熱源と
する？ん１水暖房方式のものが一１ｌＱに使われてきた
が、燃料の燃焼効率の高いディービルエンジンＡｂ高性
能ガソリンエンジンの普及に伴って、寒冷地域では暖房
能力不足を指摘する声も聞かれるようになった。一方、
在来のガソリンエンジンであってもエンジン始動時の冷
却温水が低；品である間は、寒い思いをしな（プればな
らなかった。対応策としてエンジン冷却水温を暖房用熱
源として吸収することのできるヒートポンプ式の１ｉ両
用冷暖房装置が開発されている。

既存のヒートポンプ式車両用冷暖房装置の構成を第４図
によって説明すると、Ａは自動車搭載エンジンであり、
１は冷媒コンプレッサ、２は冷房サイクル用コンデンサ
、３は液化高温冷媒のレシーバ、４は冷房サイクル用減
圧膨服弁、５は冷房サイクル用エバポレータ兼ヒートポ
ンプザイクル用コンデンサである。また６はヒートポン
プサイクル時用の熱交換器であり、エンジン冷却渇水に
よって気化の潜熱を受は取る。７はヒートポンプサイク
ル用減圧８服弁である。１２は減圧膨脹弁の手前に設け
た電磁弁である。

冷房サイクルとヒートポンプサイクル用の各冷媒流路の
切換のためには、冷媒コンプレッサ１への冷媒出入路に
四方切換弁８が設けられていると共に、レシーバ３への
分岐した２つの流入路には逆止弁９と１０が、またヒー
トポンプサイクル用、冷媒がコンプレッサ１に戻る手前
で四方の換弁８を経て往路に逆戻りするのを防ぐための
逆止弁１１が設けである。

このような構成を有する在来の車両用ヒートポンプ式冷
暖房装置の作動について以下に説明すると、まず冷房運
転時には四方切換弁８の弁体は図の実線位置を占め、コ
ンプレッサ１からの吐出された冷媒は実線矢印のルート
ａをたどりコンデンサ２で液化し、ｂを経て逆止弁１０
にさえぎられてＣからレシーバ３に流入し、その出口流
路の分岐点において、ヒートポンプサイクル側流路１１
への流入は、電磁弁１２が閉ざされているために阻止さ
れ、冷房サイクル用減圧膨脹弁４の別Ｊさ゛により−Ｌ
バボレータ５を冷却させ、帰路ｒに入る。

一方、ビー１〜ポンプサイクル時には、四方切換弁８の
弁体は破線位置を占め、コンプレッサ１から吐出された
高温冷媒ガスはｆの流路をたどって冷房時はエバポレー
タとして機能し、このサイクル時にはコンデンサの役目
を果ず熱交換器５に流入して車室内空気を加温して凝縮
し流路Ｃに入るが、この時減圧膨脹弁４は閉弁するよう
になっているので、９の流路をたどり逆止弁９にざえき
′られてレシーバ３に流入する。このサイクルでは電磁
弁１２は聞いているので、レシーバ３から流出した冷媒
はヒートポンプサイクル用減圧８服弁７を経てヒートポ
ンプサイクル用熱交換器６に流入し、断熱膨張すると共
にエンジン冷却水から温熱を吸収して気化し、帰路ｉを
たどってコンプレッサ１に戻る。

上述のような動きをもったヒートポンプ式冷暖房装置の
暖房機能は、単にエンジン冷却渇水のみを熱源とする普
通の冷暖房装置とは異なって、コンプレッサの圧縮仕事
が冷媒に熱エネルギーとして与えられ、その熱量をもｆ
ＪＦせて暖房用熱源として利用できるので、その分だけ
より勝っている。

殊にエンジン始動直後においてはエンジン冷却水は冷え
ているので、コンプレッサ仕事分の熱の支援が得られる
ことは、いわゆるエンジンスタート時の即効暖房性能を
向上させられる点において有益である。第５図に在来の
暖房装置と上記のと−１−ポンプ式暖房！装置とがそれ
ぞれに描いたエンジンスタート後の熱交換器を通過した
空気の温度上昇曲線ＢおよびＣを示した。吹出空気ｎ１
は２００ｍ／ｈ、外気温−５℃の条件設定を行った。

ところでエンジンが定常運転状態に入ればエンジン冷却
水温は上昇し、コンプレツリ１が吸入する冷媒圧は高く
、冷媒ガスの飽和温度は外気温より高いので、当然のこ
とながら外気温を暖房用熱源にしようとする発想は起り
得なかった。

しかし、本願発明習は、エンジンのスター１〜時にはエ
ンジン冷却水の熱交換器Ｇ内の水は外気（Ωに等しく、
コンプレッサ１の吸入冷媒圧は非常に低いために熱交換
器Ｇ内の冷媒温度は外気Ｊ：りも２０℃以上も低く保た
れ、しかもこの状態がエンジンスタート後約２分間程度
は継続することを発見した。したがってこのように冷媒
１ｍ　Ｉαが外気温より低く保たれている間は、低温の
外気熱をもエンジンスタート時の即効暖房用熱源として
利用しくｑることが判明したのである。このような発見
に基づいてヒートポンプ式冷暖房装置の暖房能力の向上
を図る途が聞かれたことになる。

［発明が解決しようとする問題点］ 本発明の車両用ヒートポンプ式冷暖房装置は、エンジン
スタート時における冷媒温度が比較的短時間ではあるが
、外気温よりも低い状態に保たれるという、従来全く気
付かなかった事実の発見にすづいて、この両者の温度差
をエンジンスタート時のいわゆる即効暖房性を高めるた
めに役立てる方法を見出すことを目的とする。

［問題点を解決ザるための手段］ 本発明の車両用ヒートポンプ式冷暖房装置は、冷房用冷
凍サイクルに、冷媒の循環方向を逆転させるだめの四方
切換弁を組込むと共に、コンブレラトナからコンデンサ
を経てレシーバに到る冷媒流路と並列に、エンジン冷却
温水の温熱補給を受（プる熱交換器を介在させた暖房サ
イクル時用の冷媒帰路を設けたヒートポンプ式冷暖房装
置にＪういて、前記レシーバと前記コンデンサとの間に
、膨脹弁を介在させた冷媒のバイパス帰路を設けておき
、暖房時において１１４記熱交換器内の冷媒温度が外気
温度より低い時には、前記膨脹弁が開弁されて冷媒が前
記コンデンサを通過し、外気熱を吸収するように構成さ
れている。

［発明の作用効果］ 本発明になる車両用ヒートポンプ式冷暖房装置は、エン
ジン冷ｕ１水の熱交換器内に存在する冷媒の温度が、エ
ンジンスタート後約２分間は外気温よりも２０°Ｃ以上
も低い状態下にあるという事実に基づいて、この冷媒と
外気との温度差をエンジンスタート時の暖房即効用熱エ
ネルギー源として利用すべく、暖房サイクル時において
エンジンスタート後、エンジン冷部水の熱交換器内の冷
媒温か外気温より低い時には、レシーバとコンデンサと
の間に膨１服弁を介在させて設けた冷媒のバイパス帰路
に冷媒を流入させるように構成したので、このコンデン
サを通過する間に冷媒が吸収した外気の保有熱エネルギ
ー分だけ、エンジン始動直後のいわゆる即効暖房効果を
向上させることができる。

［実施例］ 本発明になる車両用と−１〜２１２２７式冷暖房装置を
その構成概念図としての第１図に基づいて以下に説明す
る。

装置の基本構成は、従来技術の項で第４図によって示し
た装置と共通しているので、この在来袋路と本発明装置
との４１１ｆｆ成上の相違点を指摘すると、液化高温冷
媒のレシーバ３と冷房り゛イクル用コンデンザ２との間
に、減圧光１１１ｉｉ弁１３を介在させたヒートポンプ
サイクル時用のバイパス冷媒帰路ｋが設けられている。

そして減圧光１１１Ｍ弁１３は、コンデンサ２内の冷媒
温度Ｔ２と減圧膨脹弁１３に固有の設定過熱度Δｔとの
和が外気温Ｔａより小さいとい・う条件（Ｔ２＋Δｔ　
＜Ｔａ　）が満された時にのみ開弁されるように構成さ
れている。

第１図に示された装置を組込んだ車両のエンジンを寒冷
時に始動させた直後は、既述のように熱交換器６内の冷
媒温度は外気温に較べて箸しく低く、熱交換器Ｇ内に存
在する冷媒の蒸気圧Ｐ６は外気温下にＪ５ける冷媒の飽
和蒸気圧ｐａより低い。

コンデンサ２内の冷媒がコンプレッサ１内に吸引される
ための条件は、コンデンサ２内の冷媒蒸気圧Ｐ２がＰ６
と同等以上の水準にあることである。

コンプレッサ１の運転に伴って、またエンジン冷却温水
の昇温に伴って冷媒蒸気圧１〕６が外気）品下における
冷媒飽和蒸気圧ｐａに達するまでは、Ｐ６の上界に対応
して減圧膨脹弁１３が冷媒流足を制限し、Ｐ２　＞Ｐ（
３の状態が保たれるように動く。

熱交換器Ｇ内の冷Ｉｓ温度Ｔ６が、外気温度１−ａ（冷
媒の蒸気飽和温度）から減圧膨脹弁１３の設定過熱度Δ
ｔの値を伴用いた温度を土石るようになれば、前記の減
圧膨脹弁１３の開弁条件Ｔ２＋ΔＬ＜Ｔａ　　（Ｔ６　
＝Ｔ２　）は満たされなくなり、減圧膨脹弁１３は閉弁
する。この閉弁後もコンデンサ２内の冷媒がコンプレッ
サ１に吸引される条件である外気温下での冷媒の飽和蒸
気圧ｐａが熱交換器６内の冷媒蒸気圧Ｐ６を下田るまで
は、コンデンサ２内の冷媒は逆止弁１１を経てコンプレ
ッサ１に戻る経路を流れ続ける。ｐａ＜ｐＧの状態に達
ずると、コンデンサ２への冷媒流入は減圧膨脹弁１３と
逆止弁１１によって封鎖され、冷媒は在来装置のビー１
〜ポンプサイクル時と同様に熱交換器６のみを経てコン
プレッサ１に戻る経路をたどる。

このように本発明装置は、ヒートポンプサイクルのもと
てエンジンを始動した直後は、外気温よりも低温下に置
かれている冷媒を、外気熱と低温冷媒熱との熱交換器と
じでのコンデンサ２に自動的に送り込むことによって外
気温を暖房用伝熱媒体としての冷媒に吸収させ、車室内
の急速ウオームアツプのために相当程度役立てることが
できる。

第６図に本発明装置と既述の第４図にｊ＾１かれた在来
装置との間における、いわゆる即効暖房効果の明らかな
相異をグラフ化して示した。図中（ア）は本発明装置の
即効効果、（イ）は従来装置の即効効果を示す。グラフ
Ｄ、ＥおよびＦはそれぞれエンジン始動後の本発明装置
Ｊ３よび在来装置のヒートポンプサイクル用コンデンサ
５からの吹出空気温度（一点鎖紛１は本発明装置）、エ
ンジン冷却水温ならびに熱交換器Ｇ内の冷媒温度（一点
鎖線は全土）の経時変化を表している。水平鎖、腺は外
気温を示し、時間［１は約２分間でｄ１５る。この図に
みられるように、本発明装置はエンジン始動後約２分間
は在来装置に較べて吹出空気温の上昇速度が著しく早め
られる効果を秦する。

［その他の実施例］ 始めに第２実施例の装置の構成１１■念図としての第２
図において、第１図に示された基本構成どｙｚなる点は
、熱交換器６への入口の１＠Ｉｌｌ弁１２および四方切
換弁８を経てコンプレッサ１に戻る帰路の逆止弁１１が
省かれたことと、コンデンサ２かうコンプレッサ１に到
る間に電磁弁１４を、熱交換器６からコンプレッ’＋＋
１に到る間に逆止弁１５を設けると共に、電磁弁１４の
作ＩＪＪ用のアクチュエータ１Ｇを付設したこと、なら
びに四方電（ｄ弁８への冷媒配管の接続を変更した点で
ある。

電磁弁１４の役割は、コンデンサ２を通過した冷媒の温
度ＴＣと外気温度Ｔａとを比較してＴＣ＜Ｔａの時には
開、ＴＣ≧Ｔａの時には閉作動して、エンジン始動直後
の冷媒温度が外気温より低く保たれている時間の間だけ
冷媒をコンデンサ２に通人させて、外気温を冷媒に吸収
させるにある。そして電磁弁１４の作動機構としては、
コンデンサ２に吹きつけられる外気の入口部とコンデン
サ２からの冷媒の出口部とにそれぞれ設けられた感熱筒
１７Ｊ５よび１８の筒内に封入されたガスの圧力が相対
的に変化する動きに反応するアクチュエータ１Ｇを用い
る。アクチュエータ１Ｇには、両感熱筒１７ど１８のそ
れぞれの封入ガス圧の変動に応じて左右動する１組のダ
イヤフラム１６ａと１６ｂＪ５Ｊ：びこのダイヤフラム
１６ａ　１１６ｂの動ぎを受けて開閉するスイッチ１６
ｃが組み込まれており、この図の例では１絹のダイヤフ
ラム１６ａ　、　１６ｂが右に移動するとスイッチ１６
ｃが閉じて電磁弁１４が聞弁じ、左に移動すると閉弁す
る。感熱筒の代りにサーミスタなどを用い、ｉｌｌのサ
ーミスタからの電気信号を演膣回路をもつアンプに入力
させて電磁弁１４を制御する方法などをとってもよい。

四方切換弁８に示された矢印は実線が冷房サイクル時、
破線がヒートポンプサイクル時のそれぞれ冷媒の流路を
表している。なお、１９と２０はそれぞれ減圧膨脹弁４
と１３の制御用感熱筒である。

第３図に示された実施例は、第１図に示された実施例の
ａ置において、エンジン始動時にコンデンサ２に接する
外気が何等かの事情によって加）品されているために、
コンデンサ２内の冷媒）晶ｌ哀が熱交換器６内のエンジ
ン冷却水温を上廻ってしよった場合に、冷媒がコンデン
サ２から熱交換器６に向かって逆流する不都合を避りる
ために、その流路に逆止弁２１を設けている。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明になる車両用ヒートポンプ式冷暖房装置
の基本構成の概念説明図、第２図および第３図は本発明
の別の実施態様をそれぞれ説明した構成概念図、第４図
は従来の同種装置の構成概念図であり、第５図は在来の
渇水通人式ヒータコアを用いた車両用暖房装置とヒート
ポンプ式暖房装置との始動時にあける吹出空気温度の上
昇速１αの比較グラフ、第６図は在来のピー１〜ポンフ
式冷暖房装置と本発明のそれとのエンジン始シ」時の、
いわゆる即効暖房効果の比較グラフである。 図中　１・・・冷媒コンプレッサ　２・・・冷房サイク
ル用コンデンサ　３・・・レシーバ　４・・・冷房サイ
クル用減圧膨脹弁　５・・・冷房リーイクル用エバポレ
ータ兼じ一１〜ポンプサイクル用コンデンサ　６・・・
ヒートポンプサイクル用熱交換器　７・・・ヒートポン
プサイクル用減圧膨服弁　１２．１４・・・電磁弁　１
Ｇ・・・アクチュエータ　ｋ・・・ヒートポンプサイク
ル時用冷媒バイパス帰路

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）　冷房用冷凍サイクルに、冷媒の循環方向を逆転さ
   せるための四方切換弁を組込むと共に、コンプレッサか
   らコンデンサを経てレシーバに到る冷媒流路と並列に、
   エンジン冷却温水の温熱補給を受ける熱交換器を介在さ
   せた暖房サイクル時用の冷媒帰路を設けたヒートポンプ
   式冷暖房装置において、 前記レシーバと前記コンデンサとの間に、膨脹弁を介在
   させた冷媒のバイパス帰路を設けておき、暖房時におい
   て前記熱交換器内の冷媒温度が外気温度より低い時には
   、前記膨脹弁が開弁されて冷媒が前記コンデンサを通過
   し、外気熱を吸収するように構成されていることを特徴
   とする車両用ヒートポンプ式冷暖房装置。