JPS6226110A - 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］ 本発明はエンジン冷却水温を暖房用熱源として冷媒に吸
熱させるエンジン冷却水熱源式車両用ビートポ２フ式冷
暖房装置に関する。

［従来の技術１ 従来、車両ことに自動車の車室内暖房にはエンジン冷却
水を熱源とする温水ヒータ式暖房装置が一般に使われて
きたが、燃料の燃焼効率の高いディービルエンジンや最
近の高回転ガソリンエンジンを搭載した自動車は寒冷地
域において常時暖房能力が不足がちとなり、また酋通の
ガソリンエンジン車でもエンジンの始動時にはラジェー
タ水温が上着するまで寒い思いを強いられる不便さがあ
った。そこで、より暖房能力が高くまたいわゆる即効暖
房性も備えた車両用空気調和装置として、エンジン冷却
水温を暖房用熱源として冷媒に吸熱させる新しい方式の
車両用ヒートポンプ式冷暖房装置が開発された。

第３図は上記のエンジン冷却水熱源式ヒートポンプ式冷
暖房装置のシステム図を示し、その作動について説明す
る。

イ）冷房サイクル時 冷媒圧縮機１０１によって圧縮された高温、高圧の気相
冷媒は、冷房サイクル側に切換っている切換弁である電
磁四方弁１０８を通過することによって図中の実線矢印
で示された流路をたどり、車室外熱交換器１０２に流入
してファン１２１により型室外空気（以下外気と略す）
を吹き付けられて冷却されて液化し、逆止弁１０９を通
過した後、逆止弁１１０に阻止されて気液分離器である
レシーバ１０３に一旦貯溜される。レシーバ１０３から
吐出された冷媒はこのサイクル時には閉ざされている電
磁弁１１２の存在によって冷房サイクル用減圧装置１０
４に送り込まれ膨張して霧状冷媒となり、ＩＦ室内熱交
換器１０５に供給され、ここで゛ファン１５１により温
度の高い被空調空気を吹き付けられ気化することによっ
て前記被空調空気を冷却し、車室内を冷房する。再び気
相冷媒にもどって電磁四方弁１０８および逆止弁１１１
を通過して冷媒圧縮機１０１に吸入される。このサイク
ルを繰り返すことによって中室内を冷房する。

口）暖房サイクル時 冷媒圧縮ＰＡ１０１から吐出された高温、高圧の気相冷
媒は暖房サイクル側に切換っている電磁四方弁１０８を
通過して図中破線矢印で示された流路をたどり、車室内
熱交換器１０５に流入し、ファン１５１により温度の低
い被空調空気を吹ぎ付けられ、凝縮することにより前記
被空調空気を加熱し、車室内を暖房する。そして冷媒は
液化し、逆止弁１１０を通過した後、逆止弁１０９に阻
止されてレシーバ１０３に一旦流入する。レシーバ１０
３から吐出された液相冷媒はこのサイクル時には閉ざさ
れる減圧装δ１０４側には流れず、このサイクル時には
開弁されている電磁弁１１２を通過して暖房サイクル用
減圧装首１０６によって減圧され、霧状冷媒となった後
、エンジン冷却水を熱源とする加熱用熱交換器１０７を
通過する間に冷却水の保有熱を吸熱して再び気相冷媒に
もどって逆止弁１１１に阻止されて再循環のために冷媒
圧縮１１０１に吸入される。

上記のごとき構成からなるエンジン冷却水熱源式ヒート
ポンプ式冷暖房装置は、車室外熱交換器１０２を通じて
外気温を吸収する型の通常のヒートポンプ式冷暖房装置
に比べて、ことに極寒時において格段に勝った暖房能力
を備えていることは明らかである。

し発明が解決しようとする問題点］ 上記に示す従来のエンジン冷却水熱源式ヒートポンプ式
冷暖房装置は、暖房サイクル時において、逆止弁１０９
と逆止弁１１１の存在によって車室外熱交換器１０２へ
の冷媒の流入を阻止している。冬期低い外気温に曝され
ている車室外熱交換器１０２内はこの低い温度における
飽和圧力にまで減圧されているのに対して、暖房サイク
ル時には冷媒圧縮懇１０１の吸入圧は２〜４ｋｇ／ｃｍ
２　Ｇと高いために、外気温がＯ℃程度の時でも車室外
熱交換器１０２内の圧力は冷媒圧縮機１０１の吸入圧よ
り低く、車室内熱交換器１０５を通過した後の冷媒は、
もし逆止弁１０９．１１１の流体封止能力に欠陥があれ
ば、容易に中室外熱交換器１０２内に侵入して凝縮し次
第に蓄積されて行くことになる。一旦虫室外熱交換器１
０２内に貯溜された冷媒は冷房サイクル運転に切換えな
い限り、冷媒循環系内に再びもどることはないので、こ
の逆止弁１０９．１１１の漏れ状態を放置すれば、装置
は遂には冷媒不足運転状態に陥るに至る。もつとも、暖
房サイクルの起動時には一時的に冷媒圧縮機１０１の吸
入圧が低下するので車室外熱交換器１０２内の冷媒が循
環系内に流出することは起り得るがその効果はほとんど
期待できない。したがって逆止弁１０９．１１１はシー
ル性能の信頼性が充分に高い製品を選ぶ必要があるが、
現状では価格と技術の両面から実現が困難な状況にある
。このような事情は電磁四方弁１０８についても幾分光
てはまる。

本発明は、暖房時に中室外熱交換器に冷媒が貯溜して装
置が冷媒不足運転状態に陥ることを防止する車両用ヒー
トポンプ式冷暖房装置の提供を目的とする。

［問題点を解決するための手段１ 上記の目的を達成するために本発明の車両用ヒートポン
プ式冷暖房装置は、冷媒圧縮機と、冷房サイクル時に凝
縮器として働く車室外熱交換器と、冷媒を減圧して霧状
冷媒とする減圧装置と、冷房サイクル時に蒸発器として
働き、暖房サイクル時に凝縮器として働く中室内熱交換
器と、前記車室外熱交換器の下流に設けられると共に、
エンジンの冷加水を熱源とする加熱用熱交換器と、冷房
サイクルと暖房サイクルとを切換える切換弁と、これら
を連結する冷媒循環用配管とを備え、前記冷媒は、暖房
サイクル時に前記冷媒圧縮機より吐出され、前記切換弁
を通過し、面記巾室内熱交換器で凝縮され、前記減圧装
置で減圧され、前記車室外熱交換器を通過し、前記加熱
用熱交換器で蒸発して前記冷媒圧縮機に吸入されること
を構成とする手段を採用した。

［信用１ 上記のごとき構成からなる車両用ヒートポンプ式冷暖房
装置は、切換弁を冷房サイクル側に切換えることにより
、冷房装置としての冷媒流路が形成され、通常の冷房装
置として作動する。次に切換弁を暖房サイクル側に切換
えることにより、ヒートポンプ式暖房装百としての冷媒
流路が形成され、通常の暖房装置として作動する。この
時、車室外熱交換器も冷媒流路の配管とみなして冷媒を
通過させる。このため冷媒は中室外熱交換器に貯溜され
ることがないので装置の冷媒不足運転状態を防止する。

［発明の効果１ 上記構成により本発明の車両用ヒートポンプ式冷暖房装
置は次の効果を奏する。

暖房サイクル時に車室外熱交換器に冷媒が貯溜して装置
が冷媒不足運転状態に陥ることを防止することができる
ため、型室外熱交換器内に流入した冷媒はその内部に貯
溜することなく冷媒圧縮Ｉ幾に吸入されて、正常な冷媒
循環系に強制的にもどされることとなり、現段階では技
術的に作成がむずかしく、したがって高面となる高品質
の逆止弁をあえて採用することの経済的不利を避け、次
善策ではあるが、普通品質の逆止弁使用しても実用上の
不都合を生じない効果を得ることができる、。

［実施例１ 本実施例の車両用ヒートポンプ式冷暖房装置を図に示す
実施例に基づき説明する。

第１図は本実施例のエンジン冷却水熱源式の車両用ヒー
トポンプ式冷暖房装置の第１実施例の冷媒回路を示す。

１は冷媒圧縮機であり、車両の走行用エンジンＥに締結
して設けられた電磁クラッチを介してエンジンＥの回転
出力が断続的に伝達され、気相冷媒を圧縮して高温、高
圧の気相冷媒を吐出する。

２は車室外熱交換器であり、一般にエンジンＥの前方に
設けられ、冷房サイクル時に冷媒凝縮器として働く。２
１は車室外熱交換器２に外気を吹き付けるための外気吸
入用ファンである。３は気液分離器であり、本実施例で
はレシーバが適用されており、冷媒を気相冷媒と液相冷
媒とに分離し、液相冷媒のみ流出する３、４は、減圧装
置である冷房用温度式膨張弁であり、液相冷媒を断熱膨
張して低圧の霧状冷媒とする。冷房用温度式膨張弁４は
、冷房ナイクル時に中空内熱交換器５の下流となる流路
に感温筒４１を設け、冷房用温度式膨張弁４の上流圧力
と感温筒４１の内圧力との釣り合いにより弁開度を決定
する。５は車室内熱交換器であり、冷房サイクル時に冷
媒蒸発器として働き、暖房サイクル時に冷媒凝縮器とし
て働ぎ、ファン５１により被空調空気を吹きｆ」けられ
る３、６は、減Ｆ′Ｊ−装置である暖房用温度式膨張弁
であり、該暖房用温度式膨張弁６は、液相冷媒を断熱膨
張して低圧の霧状冷媒とする。暖房用温度式膨張弁６は
、暖房すイクル時に加熱用熱交換器７の下流となる流路
に感温筒６１を設け、暖房用温度式膨張弁６の下流圧力
と感温筒６１の内圧力との釣り合いにより弁開度を決定
する。７は冷媒の加熱用熱交換器であり、エンジンＥの
冷却用のウォータージャケット内の暖められた冷却水が
その循環用配管７１．７２を経て循環供給される。８は
、電磁四方弁であり、冷房サイクルと暖房サイクルとを
切換える。９１〜９４は逆止弁である。１０は、冷媒循
環用配管であり、冷媒圧縮機１の冷媒吐出口１１と冷媒
吸入口１２を連結する。図中の実線矢印と破線矢印はそ
れぞれ冷房づイクル時と、暖房サイクル時の冷媒の流路
を示している。

本実施例の作動を説明する。

イ）冷房サイクル時 冷媒圧縮機１の運転により圧縮され、冷媒吐出口１１か
ら吐出された高温、高圧の気相冷媒が冷房サイクル側に
切換ねっている電磁四方弁８を通過し、逆止弁９２に阻
止され、逆止弁９１を通過した後、車室外熱交換器２に
流入する。そして冷媒は、冷媒凝縮器として働く車室外
熱交換器２により外気をファン２１で吹き付けられ、熱
交換して冷却され、高圧の液相冷媒に凝縮される。液相
冷媒は、暖房用温度式膨張弁６の管口径が小さく、圧力
損失のため暖房用温度式膨張弁６にはほとんど流れず、
逆止弁９３を通過し、逆止弁９４に阻止されて、レシー
バ３に流入する。レシーバ３で気相冷媒と液相冷媒とに
分離され、液相冷媒のみが冷房用温度式膨張弁４に流入
する。冷房用温度式膨張弁４により断熱膨張され、低湿
、低圧の霧状冷媒となり、車室内熱交換器５で蒸発し、
この時、温度の高い被空調空気をファン５１で吹き付け
られ、気化することにより、前記被空調空気を冷却し、
車室内を冷房する。車室内熱交換器５で蒸発し、再び気
相冷媒にもどって電磁四方弁８を通過して冷媒圧縮機１
の冷媒吸入口１２に吸入されて高温、高圧の気相冷媒に
圧縮される。上記サイクルを繰り返すことによって車室
内が冷房される。

口）暖房サイクル時 冷媒圧縮機１で圧縮され、冷媒吐出口１１より吐出され
た高温、高圧の気相冷媒は暖房サイクル側に切換ってい
る電磁四方弁８を通過して直接車室内熱交換器５に流入
する１、車室内熱交換器５でファン５１により温度の低
い被空調空気を吹き何けられ、熱交換して冷却され、高
圧の液相冷媒に凝縮される。この時、凝縮熱により前記
被空調空気を加熱して、車室内を暖房する。凝縮された
液相冷媒は、冷房用温度式膨張弁４の管口径が小さく、
圧力損失のため逆止弁９４を通過し、逆止弁９３に阻止
されてレシーバ３に流入する。レシーバ３で気相冷媒と
液相冷媒とに分離され、液相冷媒のみが暖房用温度式膨
張弁６に流入する。暖房用温度式膨張弁６で断熱膨張さ
れ、低温、低圧の霧状冷媒となる。この霧状冷媒は、車
室外熱交換器２を通過する。この時、ファン２１は回転
していない。したがって車室外熱交換器２は配管とみな
される（ただし、外気の温度が例えばｏ℃程度ならば冷
媒が外気より吸熱することができるので、ファン２１を
回転させても良い）。そして冷媒は、逆止弁９１に阻止
され、加熱用熱交換器７に流入し、エンジンＥの冷却水
の保有熱を吸熱することによって暖房用熱エネルギーを
蓄えた気相冷媒となる１、この気相冷媒は、逆止弁９２
および電磁四方弁８を通過し、冷媒圧縮機１の冷媒吸入
口１２へ吸込まれる。

上記サイクルを繰り返すことによって車室内が暖房され
る。

本実施例では冷媒が車室外熱交換器２に貯溜することな
く、常に流れているので、冷媒の貯溜による装置の冷媒
不足運転はおこり得ない１．また第３図と比較して、電
磁弁よりも非常に低コストの逆止弁が電磁弁と置ぎ換わ
っているため、コストダウンになる。また逆止弁９２は
、加熱用熱交換器７の前後の三方分岐配管ａ、ｂの間で
あればどこに設けられていても良い。本実施例において
、冷媒循環用配管１０の三方分岐配管ａ、ｂ問および逆
止弁９１を取除けばレシーバ３を使用した空気熱源式ヒ
ートポンプサイクルとなる。この冷媒循環用配管１０の
三方分岐配管ａ、ｂ問および逆止弁９１に空気熱源式ヒ
ートポンプサイクルをイ４加することにより、外気が例
えば−２０℃のように空気熱源式ヒートポンプサイクル
ではとても暖房能力が出せないようなところでも暖房が
でき、しかも暖房運転時にも、ファン２１を回転させず
に車室外熱交換器２を通過した後、加熱用熱交換器１を
通過し、ここで熱交換させる。このようにすれば、第３
図のような暖房サイクルで生ずる車室外熱交換器２に冷
媒が貯溜する問題がなくなる１、さらに、冷房サイクル
時には、冷媒が加熱用熱交換器７を通過しないので加熱
用熱交換器７は圧力損失とならない。

第２図は本発明の車両用ヒートポンプ式冷暖房装置の第
２実施例を示す。

く第１実施例と同−機能物は同番号を符す）本実施例は
アキュームレータサイクルを適用している。

９は気液分離器であるアキュームレータであり、冷媒を
気相冷媒と液相冷媒に分離し、気相冷媒のみ流出する。

９５〜９７は逆止弁である。、４０．６０は減圧装置で
ある。減Ｉ３−装置４０．６０は本実施例ではコスト低
減の観点から管ｌ］径の小さいキャピラリデユープが用
いられている。

本実施例の作動を説明する、。

イ）冷房サイクル時 冷媒圧縮機１の運転により圧縮され、冷媒吐出口１１か
ら吐出された高温、高圧の気相冷媒が冷房サイクル側に
切換っている電磁四方弁８を通過し、逆止弁９６に阻止
されているため加熱用熱交換器７には流れず、逆止弁９
５を通過して車室外熱交換器２に流入する（完全に加熱
用熱交換器７に流入させないようにするには、加熱用熱
交換器７と三方分岐配管Ｃの間に電磁弁または逆止弁を
設ければ良く、あるいは、温かいエンジン冷却水を流し
ておけば良い）。そして冷媒は、冷媒凝縮器どして働く
車室外熱交換器２により外気を゛ファン２１で吹き付け
られ、熱交換して冷却され、高圧の液相冷媒に凝縮され
る。液相冷媒は、逆止弁９７により阻止されて減圧装置
４０．６０により減圧され、低温、低圧の霧状冷媒とな
り、Φ室内熱交換器５で蒸発し、この時、温度の高い被
空調空気を“ノアン５１で吹き例けられ、気化すること
により、前記被空調空気を冷却し、車室内を冷房する３
、車室内熱交換器５で蒸発した冷媒はアキュームレータ
９へ流出する。アキュームレータ９で気相冷媒と液相冷
媒とに分離され、気相冷媒のみが冷媒圧縮機１の冷媒吸
入口１２に吸入されて高温、高圧の気相冷媒に圧縮され
る。上記サイクルを繰り返すことによって車室内が冷房
される。

口）暖房サイクル時 冷媒圧縮機１で圧縮され、冷媒吐出口１１より吐出され
た高温、高圧の気相冷媒は暖房サイクル側に切換ねって
いる電磁四方弁８を通過して直接車室内熱交換器５に流
入する。車室内熱交換器５でファン５１により温度の低
い被空調空気を吹き付けられ、熱交換して冷却され、高
圧の液相冷媒に凝縮される。この時、凝縮熱により前記
被空調空気を加熱して、車室内を暖房する。凝縮された
液相冷媒は、減圧袋＠６０に流入する。減圧装置６０で
減圧され、低温、低圧の霧状冷媒となる。この霧状冷媒
は、減圧装置４０の圧力１員失により逆止弁９７へほと
°んど流れてファン２１が止まっているので車室外熱交
換器２をほとんど外気と熱交換せずに流れる。ざらに逆
止弁９５に阻止されて加熱用熱交換器７に流入し、エン
ジンＥの冷却水の保有熱を吸熱することによって暖房用
熱エネルギーを蓄えた気相冷媒となる。この気相冷媒は
、逆止弁９６を通過してアキュームレータ９に流入し、
気相冷媒と液相冷媒とに分離され、気相冷媒のみが電磁
四方弁８を通過して冷媒圧縮１１１の冷媒吸入口１２へ
吸込まれる。上記サイクルを繰り返すことによって車室
内が暖房される。

本実施例の減圧装置４０．６０にはキャピラリチューブ
を用いたが、キャピラリチューブの他にオリフィス、ノ
ズルなどの固定絞りを用いても良い。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の車両用ヒートポンプ式冷暖房装置の第
１実施例の冷媒回路図、第２図は本発明の車両用ヒート
ポンプ式冷暖房装置の第２実施例の冷媒回路図、第３図
は従来の重両用ヒートポンプ式冷暖房装置の冷媒回路図
である１゜図中　１・・・冷媒圧縮機　２・・・型室外
熱交換器３・・・レシーバ（気液分離器）　　４・・・
冷房用温度式％式％ 暖房用温度式膨張弁（減圧装置）　　７・・・加熱用熱
交換器　８・・・電磁四方弁（切換弁）　　９・・・ア
ギュームレータ（気液分離器）１０・・・冷媒循環用配
管４０．６０・・・減圧装置　９１〜９７・・・逆止弁
　Ｅ・・・車両用エンジン

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　１）冷媒圧縮機と、冷房サイクル時に凝縮器として働
   く車室外熱交換器と、冷媒を減圧して霧状冷媒とする減
   圧装置と、冷房サイクル時に蒸発器として働き、暖房サ
   イクル時に凝縮器として働く車室内熱交換器と、前記車
   室外熱交換器の下流に設けられると共に、エンジンの冷
   却水を熱源とする加熱用熱交換器と、冷房サイクルと暖
   房サイクルとを切換える切換弁と、これらを連結する冷
   媒循環用配管とを備え、 　前記冷媒は、暖房サイクル時に前記冷媒圧縮機より吐
   出され、前記切換弁を通過し、前記車室内熱交換器で凝
   縮され、前記減圧装置で減圧され、前記車室外熱交換器
   を通過し、前記加熱用熱交換器で蒸発して前記冷媒圧縮
   機に吸入されることを特徴とする車両用ヒートポンプ式
   冷暖房装置。