WO2004056594A1

WO2004056594A1 - 空調装置

Info

Publication number: WO2004056594A1
Application number: PCT/JP2003/015449
Authority: WO
Inventors: Yuuichi Yakumaru; Fumitoshi Nishiwaki; Noriho Okaza
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.
Priority date: 2002-12-06
Filing date: 2003-12-03
Publication date: 2004-07-08
Also published as: EP1568524A1; JP3736847B2; US20050241818A1; JP2004188995A; US7069983B2

Abstract

省スペース化を達成した、車両用空調装置を提供する。風用ダクト1内に配設され、冷媒の蒸発により空気を冷却する蒸発器2、蒸発した冷媒を高温高圧にする圧縮器3、圧縮器3から排出された冷媒からの伝熱によって、冷却水を加熱する冷媒水熱交換器4及び、冷媒水熱交換器4から排出された冷媒を減圧する減圧器5を有する冷凍サイクル13と、送風用ダクト1内の送風方向を基準にして蒸発器2の下流側に設置され、加熱された冷却水により、送風空気を温めるヒータコア6、冷却水を冷却するためのラジエータ7、冷却された冷却水を循環させるためのポンプ8、ポンプ8より送り込まれた冷却水を用いて、冷却される動力機関9及び、冷媒水熱交換器4を有する冷却水サイクル14とを備え、暖房時には冷凍サイクル13は、除湿用の冷房を行う車両用空調装置である。

Description

空調装置技術分野

本発明は、空調装置及び空調方法に関するものである。背景技術

近年、地球環境保護の観点から電気自動車の需要が拡大しつつあるが、電気自動車のバッテリーの能力は十分でないことから、ェンジンを走行補助用もしくは発電用に用いるハイブリッド型の電気自動車や燃料電池を発電用に用いる電気自動車が提案されている。

走行補助用エンジンを備えたハイブリッド型電気自動車の場合には、市街地を走行する時には車両駆動用モータによって走行し、バッテリの残量が少なくなつたり郊外を走行する時にはエンジンによつて走行するのである。また、発電用エンジンを備えたハイブリッド型電気自動車の場合には、車両駆動用モータによって走行し、バッテリの残量が少なくなつた時にはエンジンを始動してパッテリを充電するのである。 ·

ところで、現在の電気自動車の空調装置においては、冷凍サイクルの圧縮機（開放型）を車両駆動用モータで駆動するのが一般的であるものの、上述したハイブリッド型の電気自動車の空調装置においては、エンジンが駆動状態の場合には、エンジンで圧縮機を駆動することにより車室内を冷房し、またエンジンが停止状態場合は車両駆動用モータにより圧縮機を駆動するとともに、エンジンの停止状態でバッテリーの残量が少なくなつたときはエンジンを始動して圧縮機を駆動することにより車室内を冷房することが考えられる。

しかしながら、エンジンの回転を圧縮機に伝達する機構と、車両駆動用モータの回転を圧縮機に伝達する機構という 2つの機構が必要となるとともに、それらの駆動方式を切替えるためのクラッチが必要となことから、システムが複雑となりコスト高となっていた。

一方、暖房運転時には、エンジン冷却水が供給されるヒータコアに対して単に送風することにより車室内を暖房するよう.にしているので、エンジン起動時など冷却水の温度が低い場合などは、車室内の空調温度が目標の温度に到達するまでの時間が長くなつていた。また、低外気温時などには暖房能力も不足するため、 PTG ヒータを補助加熱手段に用いて、エンジン冷却水を加熱していた。ハイブリッド型の電気自動車でなくとも、近年の自動車のエンジンは高性能化してきており、エンジンからの放熱量が減少したため、同様に P T C ヒータを補助加熱手段に用いて、エンジン冷却水を加熱じていた。 P T C ヒータ等の電気ヒータを補助加熱手段に用いるため、ヒートポンプ式暖房と比較すると暖房効率が低かった。

このため、従来技術では、図 10に示すように、電動圧縮機 104 (密閉型）を用いてヒートポンプ式冷凍サイクルを構成し、その冷媒回路に暖房啤の補助加熱手段として冷媒水熱交換器 101を新たに設けて、暖房運転が指示された場合にエンジン冷却水の温度が設定温度以下のときは、第 1の電磁弁 102を閉鎖してかつ第 2の電磁弁 1 03を開放した状態で電動圧縮機 104を駆動していた（特開平 9一 6 6722号公報参照。なお、この文献特開平 9— 66722号公報の全ての開示は、そっくりそのまま引用する（参照する）ことにより、ここに一体化する。）。

これにより、冷媒水熱交換器 101のみが凝縮器として機能するとともに蒸発器 105には冷媒が供給されない。この結果、蒸発器 105には低温の冷媒が流れないので送風空気を冷却することなく、冷媒水熱交換器 101で捕助加熱されたエンジン冷却水がヒータコア 106を流れ、ダクト内の送風空気を加熱することができるので、エンジン冷却水の温度が低い場合でも P T C ヒータなしで暖房能力を高めることができていた。

このような空調装置の場合は、冷却水を加熱するために、加熱手段 —として冷媒水熱交換器 101を追加して備えている。このため、暖房時には、蒸発器 105に冷媒が流入しないように、電磁弁 102, 103、減圧弁 108， 109、室外熱交換器 107等が必要となり、省スペース化が困難であるという課題を有している。

さらに、暖房時に、エンジン冷却水の温度が低く、捕埤加熱手段として冷媒水熱交換器 101を用いた場合でも、冷媒水熱交換器 101 を流れる冷媒の温度が充分に上昇し、空調装啬が立ち上がるまでに時間を要するため、車室内の空調温度が目標の温度に到達するまでの時間が長くなる、あるいは冷風がヒータコアから車室内に吹出すという課題があった。

また、蒸発器 105が着霜すると、徐霜運転を行うため、断続運転をし、快適性が損なわれていた。発明の開示

本発明は、上記従来の空調装置の課題を考慮し、省スペース化が達成でき、又目標の空調温度までの到達時間を短縮し、又徐霜時の快適性が損なわれない空調装置を提供することを目的としている。上記の目的を達成するために、第 1の本発明は、送風用ダクト内に配設され、冷媒の蒸発により空気を冷却する蒸発器と、蒸発した前記冷媒を高温高圧にする圧縮器と、前記圧縮器から排出された前記冷媒からの伝熱によって、冷却水を加熱する冷媒水熱交換器と、前記冷媒水熱交換器から排出された前記冷媒を減圧するための減圧器とを有する冷凍サイクルと、

前記送風用ダクト内の送風方向を基準にして前記蒸発器の下流側に設置され、加熱された前記冷却水により、送風空気を温めるヒータコアと、前記冷却水を冷却するためのラジエータと、前記ラジェータによって冷却された前記冷却水を循環させるためのポンプと、前記ポンプより送り込まれた前記冷却水を用いて、冷却される動力機関と、前記冷媒水熱交換器とを有する冷却水サイクルとを備え、

暖房時には、前記冷凍サイクルは、除湿用の冷房を行う空調装置である。

また、第 2の本発明は、送風用ダクト内に配設され、冷媒の蒸発により空気を冷却する蒸発器と、蒸発した前記冷媒を高温高圧にする圧縮器と、前記圧縮器から排出された前記冷媒からの伝熱によって、冷却水を加熱する冷媒水熱交換器と、前記冷媒水熱交換器から排出された前記冷媒を減圧するための減圧器と ¾r有する冷凍サイクルと、前記送風用ダクト内の送風方向を基準にして前記蒸発器の下流側に設置され、加熱された前記冷却水により、送風空気を温めるヒータコアと、前記冷却水を冷却するためのラジェータと、前記ラジェータによって冷却された前記冷却水を循環させるためのポンプと、前記ポンプより送り込まれた前記冷却水を用いて、冷却される動力機関と、前記動力機関により加熱された前記冷却水の温 ¾を測定する動力機関出口水温検出手段と、前記冷却水の前記動力機関への入口と出口を繋ぐ、前記動力機関を経由しないためのパイパスと、前記動力機関の入口の前記パイパスの分岐部に設置された三方弁と、前記動力機関出口水温検出手段によって検出された値を用いて、前記三方弁の開度を制御するための制御手段と、前記冷媒水熱交換器とを有する冷却水サイクルとを備えた空調装置である。

また、第 3の本発明は、前記制御手段は、前記動力機関出口水温が所定の ·閾値よりも低い場合は、前記冷却水が前記動力機関をパイパスするように三方弁を制御し、前記動力機関出口水温が所定の閾値よりも高い場合は、前記冷却水が前記動力機関へ流入するように三方弁を制御する制御手段である第 2の本発明記載の空調装置である。 ' .

また、第 4の本発明は、送風用ダクト内に配設され、冷媒の蒸発により空気を冷却する蒸発器と、蒸発した前記冷媒を高温高圧にする圧縮器と、前記圧縮器から排出された前記冷媒からの伝熱によって、冷却水を加熱する第 1の冷媒水熱交換器と、前記第 1の冷媒水熱交換器から排出された前記冷媒の減圧を制御するための第 1の減圧器と、前記第 1の減圧器から排出された前記冷媒と前記冷却水との間で、熱の授受を行うための第 2の冷媒水熱交換器と、前記第 2の冷媒水熱交換器から排出された前記冷媒の減圧を制御するための第 2の減圧器と、前記第 2の減圧器によって減圧制御された前記冷媒の温度を測定する蒸発器入口冷媒温度検出手段と、前記蒸発器入口冷媒温度検出手段によって検出された値を用いて、前記第 1の減圧器と前記第 2の減圧器を制御する制御手段とを有する冷凍サイクルと、前記送風用ダクト内の送風方向を基準にして前記蒸発器の下流側に設置され、加熱された前記冷却水により、送風空気を温めるヒータコアと、前記冷却水を冷却するためのラジェータと、前記ラジェータによって冷却された前記冷却水を循環させるためのポンプと、前記ポンプより送り込まれた前記冷却水を用いて、冷却される動力機関と、前記第 1の冷媒水熱交換器と、前記第 2の冷媒水熱交換器とを有する冷却水サイクルとを備えた空調装置である。

また、第 5の本発明は、前記制御手段は、前記蒸発器入口冷媒温度が、前記蒸発器に霜が付着する温度よりも低い場合は、前記第 1 の減圧器にて、前記冷媒が減圧されるように圧力制御し、かつ前記第 2の減圧器を開放し、前記蒸発器に霜が付着する温度よりも高い場合は、前記第 1の減圧器を開放し、かつ前記第 2の減圧器にて、前記冷媒が減圧されるように圧力制御を行う制御手段である第 4の本発明の空調装置である。 ·

また、第 6の本発明は、前記冷媒水熱交換器は、前記冷媒の流通方向と前記冷却水の流通方向が、逆である冷媒水熱交換器で'ある第 1、 2、又は 4の本発明の空調装置である。

また、第 7の本発明は、前記冷媒水熱交換器は、前記圧縮器の周囲に巻き付けられている冷媒水熱交換器である第 1、 2、又は 4の本発明の空調装置である。

また、第 8の本発明は、前記冷媒として二酸化炭素を用いる第 6の本発明の空調装置である。

また、第 9の本発明は、前記冷却水の前記ヒータコアへの入口と出口を繋ぐ、前記ヒータコアを経由しないためのバイパスと、前記ヒータコアの入口の前記パイパスの分岐'部に設置された三方弁と、運転モードによって、前記三方弁の開度を制御するための制御手段とを更に備えた第 1、 2、又は 4の本発明の空調装置である。

また、第 1 0の本発明は、前記送風-用ダクトは、車両内に空気を送風する送風用ダクトであり、前記動力機関は、車両用の動力機関である第 1、 2、又ほ 4の本発明の空調装置である。

また、第 1 1の本発明は、第 1の本発明の空調装置を用いて、空調する空調方法であって、前記送風用ダクト内にて前記冷媒の蒸発により前記送風空気を冷却する蒸発工程と、蒸発した前記冷媒を高温高圧にする圧縮工程と、前記圧縮工程から排出された前記冷媒からの伝熱によって、前記冷却水を加熱する冷媒水熱交換工程と、前記冷媒水熱交換工程から排出'された前記冷媒を減圧するための減圧工程とを有する冷凍サイクル工程と、

前記送風用ダクト内の送風方向を基準にして前記蒸発工程の下流側にて、加熱された前記冷却水によって、前記送風空気を温めるェ程と、前記冷却水を前記ラジェータによって、冷却する工程と、前記ラジェータによって冷却された前記冷却水を循環させる工程と、前記ポンプより送り込まれた前記冷却水を用いて、前記動力機関を冷却する工程と、前記冷媒水熱交換工程とを有する冷却水サイクル工程とを備え、

暖房時には、前記冷凍サイクル工程によって、除湿用の冷房を行う空調方法である。

また、第 1 2の本発明は、第 2の本発明の空調装置を用いて、空調する空調方法であって、前記送風用ダクト内にて前記冷媒の蒸発により前記送風空気を冷却する蒸発工程と、蒸発した前記冷媒を高温高圧にする圧縮工程と、前記圧縮工程から排出された前記冷媒からの伝熱によって、前記冷却水を加熱する冷媒水熱交換工程と、前記冷媒水熱交換工程から排出された前記冷媒を減圧するための減圧工程とを有する冷凍サイクル工程と、

前記送風用ダクト内の送風方向を基準にして前記蒸発工程の下流側にて、加熱された前記冷却水によって、前記送風空気を温めるェ程と、前記冷却水を前記ラジェ一タによって、冷却する工程と、前記ラジェータによって冷却された前記冷却水を循環させる工程と、前記ポンプより送り込まれた前記冷却水を用いて、前記動力機関を冷却する工程と、前記動力機関により加熱された前記冷却水の温度を測定する動力機関出口水温検出工程と、前記動力機関出口水温検出工程によって検出された値を用いて、前記三方弁を制御する工程と、前記冷媒水熱交換工程とを有する冷却水サイクル工程とを備えた空調方法である。

また、第 1 3の本発明は、第 4の本発明の空調装置を用いて、空調する空調方法であって、前記送風用ダクト内にて前記冷媒の蒸発により前記送風空気を冷却する蒸発工程と、蒸発した前記冷媒を高温高圧にする圧縮工程と、前記圧縮工程から排出された前記,冷媒からの伝熱によって、冷却水を加熱する第 1の冷媒水熱交换工程と、前記第 1の冷媒水熱交換工程から排出された前記冷媒の減圧を制御する第 1の減圧工程と、前記第 1の減圧工程から排出された前記冷媒と前記冷却水との間で熱の授受を行うための第 2の冷媒水熱交換工程と、前記第 2の冷媒水熱交換工程から排出された前記冷媒の減圧を制御する第 2の減圧工程と、前記第 2の減圧工程によって減圧制御された前記冷媒の温度を測定する蒸発器入口冷媒温度検出工程と、前記蒸発器入口冷媒温度検出工程によって検出された値を用いて、前記第 1の減圧工程と前記第 2の減圧工程とを制御する工程とを有する冷凍サイクル工程と、

前記送風用ダクト内の送風方向を基準にして前記蒸発器の下流側に設置された前記ヒータコア内の加熱された前記冷却水によって、送風空気を温める工程と、前記冷却水を前記ラジェータによって、冷却する工程と、前記ラジェータによって冷却された前記冷却水を循環させる工程と、前記ポンプより送り込まれた前記冷却水を用いて、前記動力機関が冷却される工程と、前記第 1の冷媒水熱交換工程と前記第 2の冷媒水熱交換工程とを有する冷却水サイクル工程とを備えた空調方法である。

図面の簡単な説明

図 1は、本発明の実施の形態 1における車 m用空調装置の構成図である。

図 2は、本発明の実施の形態 1 おける車両用空調装置の制御フローチャー -トである。

図 3は、本発明の実施の形態 2における車両 m空調装置の構成図である。.

図 4は、本発明の実施の形態 2における車両用空調装置の制御フローチャー -トである。

図 5は、本発明の実施の形態 3にける車両用空調装置の構成図である。

図 6は、本発明の実施の形 3にける車両用空調装置の制御フローチャー -トである。

図 7は、本発明の実施の形 3における車両用空調装置のモリエル線図である。

図 8は、本発明の実施の形態 3における車両用空調装置のモリエル線図である。

図 9は、本発明の実施の形態 4における圧縮器と冷媒水熱交換器の構成図である。

図 1 0は、従来の車両用空調装置の構成図である。

(符号の説明）

1：送風用ダクト 2：蒸発器

3：圧縮機

4：冷媒水熱交換器

5：減圧器

6：ヒータコア

7：ラジェータ

8：ポンプ

9：動力機関

1 0 ：三方弁

1 1 ：パイパス回路

1 2 ：制御手段

1 3 ：冷凍サイクル

1 4 ：冷却水サイクル発明を実施するための最良の形態

以下、本発明の実施の形態を、図面に基づいて説明する。

(実施の形態 1 )

図 1は、本発明の実施の形態 1における車両用空調装置を示す構成図である。本実施の形態 1の車両用空調装置は、冷凍サイクル 1 3 と冷却水サイクル 1 4と車両内に、温度調整した空気を送り込む送風用ダクト 1とを有している。

ここで、冷凍サイクル 1 3は、送風用ダクト 1内に、冷媒の蒸発により空気を冷却する蒸発器 2を有している。また、蒸発器 2にて蒸発した冷媒の圧力を高める圧縮器 3が設置されている。圧縮器 3から排出された冷媒によって、冷却水を加熱する冷媒水熱交換器 4が設置されている。さらに、冷媒水熱交換器 4から排出された冷媒を蒸発器 2に送り込む前に減圧する減圧器 5を有している。

また、冷却水サイクル 1 4は、送風用ダクト 1内の送風方向を基準にして、蒸発器 2の下流側に設置されているヒータコア 6を有している。さらに、冷却水を冷却するラジェータ 7と、ラジェータ 7で冷却された冷却水を循環させるポンプ 8が設置されている。また、冷却水によつて冷却される本車両の動力機関 9が設置されている。さらに、冷却水によって冷媒を温める冷媒水熱交換器 4が設置されている。また、動力機関 9とは、例えばエンジンあるいは燃料電池などの発熱源となるものである。 .

ここで、冷媒水熱交換器 4における、冷却水の入口側が、冷媒の出口側となり、冷却水の出口側が、冷媒の入口側となっている。すなわち、冷却水の流れる方向と冷媒の流れる方向は、逆方向となっている。なお、冷媒水熱交換器 4の出口とヒータコア 6の入口との間に、三方弁 1 0が設置されており、また、三方弁 1 0を一端とし、ヒータコア 6 の出口とラジェータ 7の入口の間を他端として接続するバイパス回路 1 1を備えている。さらに、運転モードによって三方弁 1 0の開方向を制御する制御手段 1 2が備えられている。ここで、冷却水がバイパス 1 1に流れる方向を A方向、ヒータコア 6に流れる方冋を B方向とする。図 1における、矢印は、 A方向、 B方向をそれぞれ示している。また、 . 三方弁 1 0を制御するために、制御手段 1 2が設けられている。

上記構成の車両用空調装置の動作について図 2のフローチャートを用いて以下に説明する。

はじめに、ステップ 4 0にて空調装置の運転モードが冷房モードであるか、暖房除湿モードであるかが検知される。 ' ここで、冷房モードと検知された場合は、ステップ 4 1に移り、三方弁 1 0はバイパス 1 1に、高温の冷却水が流れるように制御される。なお、図 1において、図 1の A方向の矢印の向きに冷却水が流れる。以下に冷房モード時の冷凍サイクル 1 3と冷却水サイクル 1 4の動 ' 作について説明する。

冷房モード時の冷凍サイクル 1 3では、空調装置の運転が開始されると、圧縮器 3で圧縮されて高温高圧のガスとなった冷媒は、冷媒水熱交換器 4にて冷却水に放熱する。次に、冷媒水熱交換器 4によつて放熱された冷媒は、減圧器 5で減圧されて低温低圧の気液二相状態となつて、蒸発器 2に導入される。この蒸発器 2では、冷媒は室内 . の空気からの吸熱により蒸発して気液二相、又はガス状態となり、圧縮器 3で圧縮される。これにより、送風用ダクト 1内.を流れる送風空気は、蒸発器 2で冷却および除湿される。

また、冷却水サイクル 1 4では、冷却水はポンプ 8により、動力機関 9に圧送され、動力機関 9にて加熱される。続いて、冷媒水熱交換器 4にて、冷媒からの熱伝達によって、冷却水は加熱される。次に、三方弁 1 0がパイパス 1 1に冷却水が流れる方向に開いているため、高温の冷却水は、パイパス 1 1を流れる。このため、高温の冷却水は、ヒータコア 6には流れないので、送風用ダクト 1内の送風空気は加熱されない。最後にステップ 4 0に戻る。

また、ステップ 4 0にて暖房除湿モードであると検知された場合は、ステップ 4 2に移り、三方弁 1 0は、ヒータコア 6に冷却水が流れるように制御される。図 1では、 B方向の矢印の向きに冷却水は流れる。以下に暖房除湿モード時の冷凍サイクル 1 3と冷却水サイクル 1 4 について説明する。

暖房除湿モード時の冷凍サイクル 1 3は、冷房モード時の動作と同じであり、省略する。ここで、冷凍サイクル 1 3は送風用ダクト 1内の送風空気の除.湿機能として作用する。また、冷却水サイクル 1 4では、動力機関 9及ぴ冷媒水熱交換器 4にて加熱された高温の冷却水は、ヒータコア 6に流れる。ここで、送風ダクト 1内の送風空気が温められる。

このように、暖房モード時にも、除湿用として冷凍サイクル 1 3を用 · いることによって、従来例のように、電磁弁 1 0 2， 1 0 3、減圧弁 1 0 8，室外熱交換器 1 0 7等が必要ではなくなり、省スペース化が図ることが出来る。

また、暖房除湿モードは、外気温が低い場合に、車両のフロントガラスの曇りを取ることが出来る。

(実施の形態 2 )

本発明の実施の形態 2における車両用空調装置は、基本的な構成は、実施の形態 1と同じであるため、相違を中心に説明する。なお、実施の形態 1と同一の構成要素については、同一番号を付している。図 3は、本発明の実施の形態 2における車両用空調装置の構成図である。

冷凍サイクル 2 6の構成は、実施の形態 1と同じであるため省略する。また、冷却水サイクル 2 7は、実施の形態 1と異なり、三方弁 1 0、バイパス 1 1及ぴ制御手段 1 2を有していない。さらに、動力機関 9とポンプ 8の間に三方弁 2 0が設置されており、また、三方弁 2 0を一端とし、動力機関出口水温検出手段 2 1と冷媒水熱交換器 4との間を他端として接続するバイパス 2 2を備えている。

また、動力機関出口水温検出手段 2 1にて検出された値を用いて、三方弁 2 0の開方向を制御する制御手段 2 3が備えられている。なお、冷却水が動力機関 1 5に流れる方向を C方向、パイパス 2 2に流れる方向を D方向とする。図 3の矢印は、 C方向、 D方向をそれぞれ示している。なお、実施の形態 2のヒータコア 24は、実施の形態 1のヒータコア · 6と異なり、ダンパー 25を備えている。ここで、ダンパー 25は、開閉することが出来る。ダンパー 25が開いているときは、ヒータコア 24を送風空気が通り、ダンパー 25が閉まっているときは、ヒータコア 24 への送風空気の流入を遮断する。図 3では、ダンパー 25の開いている状態を、二点鎖線で、閉じている状態を、実線で示している。

上記構成の車両用空調装置の動作について以下に説明する。まず、冷房モード時の動作について説明する。なお、冷凍サイクル 26では、実施の形態 1と同様の動作が行われるため省略する。

冷却水サイクル 27では、三方弁 20は、動力機関 9に冷却水が流れるように制御される。また、ポンプ 8により圧送された冷却水は、動力機関 9にて加熱されたのち、冷媒水熱交換器 4にてさらに加熱される。そしてヒータコア 24を冷却水は流れ、ラジェータ 7にてさらに放熱されたのち、ポンプ 8に戻る。ここで、ヒータコア 24のダンパー 25 は、閉まっているため、送風空気は、ヒータコア 25を通ることが出来ないため、温められない。

次に、暖房除湿モード時での三方弁 20の動作を図 4のフローチヤートを用いて説明する。なお、冷凍サイクル 26では、実施の形態 1と同様の動作が行われるため省略する。

冷却水サイクル 27では、はじめに、暖房除湿モードの運転が開始されると、ステップ 50で動力機関出口水温検出手 ¾ 21にて検出された冷.却水温 T 1と、希望の設定温度 Tx 1 (例えば 40 °C )が比較される。この Tx 1の値は、暖房除湿運転時に室内側の吹き出し空気温度が快適性を損なわないように設定された値である。なお、暖房除湿モードでは、ダンパー 25が開き、設定温度 Tx lに合わせて開度力 S , 調整されている。続いて、 T 1が T x 1より小さい場合には、動力機関 9の温度が低い状態であることを示しているため、ステップ 5 1に移る。ここで、三方弁 2 0は D方向冷却水が流れるように制御することにより、冷却水はバイパス回路 2 2を流れて動力機関 9には流れず、ヒータコア 2 4には冷媒水熱交換器 4で加熱された冷却水のみが循環される。このため、低温の動力機関 9により、冷却水が放熱される熱量を小さくできるので、より'早くヒータコア 2 4に流れる冷却水の温度を上昇させることができる。 ·

そして、ダンパー 2 5が開いているヒーターコア 2 4に流入した送風空気は、加温された冷却水によって温められる。この制御を行った後、ステップ 5 0に戻る。

一方、ステップ 5 0にて T 1が T x l以上の場合には、動力機関 9の温度が十分高くなり冷却水の温度が一定値以上の状態であることを示しているため'、ステップ 5 2に移る。ここで、三方弁 2 0は C方向に冷却水が流れるように制御されることにより、ヒータコア 2 4には冷媒水熱交換器 4と動力機関 9で加熱された冷却水が流れる。このため、圧縮機 3の運転周波数を増加させて冷媒水熱交換器 4の加熱能力を大きくすることなく、ヒータコア 2 4に流れる冷却水の温度を上昇させることができる。

そして、ダンパー 2 5が開いているヒーターコア 2 4に流入した送風空気は、加温された冷却氷によって温められる。この制御を行った後、ステップ 5 0に戻る。 ·

このように、暖房除湿モード運転直後の立ち上がり時に、三方弁 2 0を制御することによって、動力機関 9が一定温度まで加熱されるまでは冷却水が低温の動力機関 9をバイパスするように流す。これにより、放熱量を小さくすることができるので、より早くヒータコア 2 4に流れる水温の上昇を図り、即暖性すなわち快適性を高めることが可能となる。

(実施の形態 3)

本発明の実施の形態 3における車両用空調装置は、基本的な構成は、実施の形態 2と同じであるため、相違点を中心に説明する。なお、実施の形態 2と同一の構成要素については、同一番号を付している。図 5は、本発明の実施の形態 3における車両用空調装置の構成図である。 ' ' '

冷凍サイクル 36では、実施の形態 2と同様に、蒸発器 2と圧縮器 3 を有している。しかし、実施の形態 2における冷媒水熱交換器 4の代わりに、本実施の形態 3では、第 1の冷媒水熱交換器 30と第 2の冷媒水熱交換器 32と、 2つの冷媒水熱交換器 30、 32間に^置された第 1の減圧器 31が設置されている。また、実施の形態 2における減圧器 12は、実施の形態 3では、第 2の減圧器 33とする。 '

さらに、第 2の減圧器 33と蒸発器 4の間に、蒸発器入口冷媒温度検出手段 34が設置されている。また、蒸発器入口冷媒温度検出手段 34の値によって、第 1の減圧器 31と第 2の減圧器 33とを制御する制御手段 35が設置されている。また、冷却水サイクル 37では、実施の形態 2と異なり、三方弁 20、ノイノ、。ス 22、動力機関出口水温検出手段 21及び制御手段 23を有していない。

上記構成の車両用空調装置の動作について以卞に説明する。

まず、冷房モード時の動作について説明する。 + . 冷房モード時の冷凍サイクル 36では、第 1の減圧器 31は、冷媒が減圧されないように開放され、第 2の減圧器 33は、冷媒が減圧されるように制御されている。これにより、圧縮器 3にて、高温高圧にされた冷媒は、第 1の冷媒水熱交換器 30と第 2の冷媒水熱交換器 32にて、冷却水に熱を伝達することによって、放熱される。次に、第 1の減圧器 31によって、冷媒は減圧され、蒸発器 2にて送風用ダクト 1内の送風空気を冷房除湿する。

また、冷却水サイクル 37では、ポンプ 8により圧送された冷却水は、動力機関 9にて加熱された後、第 2の冷媒水熱交換器 33で加熱される。続いて、第 1の冷媒水熱交換器 30で加熱される。次に、冷却水はヒータコア 24に流れる。ここで、ヒータコア 24のダンパー 25は閉じている状態であり、ヒータコア 24に送風空気は流れないため、送風空気は温められない。次に、ラジェータ 7にて放熱された後、ポンプ 8に戻る。 '

また、暖房除湿モード時での第 1の減圧器 30およぴ第 2の減.圧器 32の動作を図 6のフローチャートを用いて説明する。

冷凍サイクル 36では、はじめに、暖房除湿モード時では、ステップ 60で蒸発器入口温度検出手段 34にて検出された冷媒温度 T2と、ねらいの設定温度 Tx2 (例えば 0°C)が比較される。この Tx2の値は、蒸発器 2が着霜しないように設定された温度.である。

そして、ステップ 60にて、 Τ2が Τχ2より小さい場合には、蒸発器 4 が着霜する可能性があることを示しており、ステップ 61に移り、第 1 の減圧器 31は冷媒を減圧するように、第 2の減圧器 33は全開して冷媒を減圧しないように制御した後、ステップ 60に戻る。 ' こごで、図 7は上述の冷凍サイクル 36の状態をモリエル線図に示したものであり、第 1の冷媒水熱交換器 3^f0の放熱量を Ql、第 2の冷媒水熱交換器 32の吸熱量を Q2、蒸発器 2の吸熱量を Q3として表記している。本実施の形態 3では、第 1の冷媒水熱交換器 30が放熱器として作用し、第 2の冷媒水熱交換器 32が蒸発器として作用するので、蒸発器として作用する熱交換伝熱面積が增加し、蒸発温度が上昇することによって、蒸発器 2の着霜の発生を回避することができる。

また、 T 2が T x 2以上の場合には、蒸発器 2が着霜する可能性が小さいため、ステップ 6 2に移り、第 1の減圧器 3 1は全開になるように制御し、第 2の減圧器 3 3は減圧するように制御したのち、ステップ 6 0 に民 Ο ο

ここで、図 8は上述の冷凍サイクル 3 6の状態をモリエル線図に示したものであり、第 1の冷媒水熱交換器 3 0の放熱量を Q 4、第 2の冷媒水熱交換器 3 2の放熱量を Q 5、蒸発器 2の吸熱量を Q 6として表記している。本実施の形態 3では、室内の設置している蒸発器 2の吸熱量を最大にし、すなわち除湿量を最大にしつつ暖房運転が可能となる。なお、暖房除湿モード時における冷却水サイクル 3 7では、ヒータコァ 2 4のダンパー 2 5が開いた状態になっており、送風空気はヒータコァ 2 4を通り、温'められる。

このように、暖房除湿モード時において、第 1の減圧器 3 1と第 2の減圧器 3 3を制御することによって、第 2の冷媒水熱交換器 3 2を蒸発器として作用させることにより、蒸発温度を上昇させることができるので、快適性を損な'うことなく蒸発器 2の着霜を回避することができる。なお、本実施の形態 3の冷凍サイクル 3 6に、実施の形態 2の冷却水サイクル 2 7を組み合わせた車両用空調装置としてもよい。この場合、暖房除湿モード運転直後の立ち上がり時に、即暖性すなわち快適性を高めることが可能となり、又、快適性を損なうことなく蒸発器 2 の着霜を回避することも出来る。

また、実施の形態 2， 3において、ダンパー 2 5を備えたヒータコア 2 4を設置せずに、実施の形態 1のようにヒータコアへの冷却水の入 Q と出口を繋ぐバイパスを設置し、高温の冷却水が冷房時にヒータコアを通らない構造にしてもよい。 (実施の形態 4 )

図 9は、本発明の実施の形態 4における圧縮機 3と冷媒水熱交換器 4の一体型の構成を示している。

図 1における冷媒水熱交換器 4は 2重管であり、内側を冷媒が、外側を水が対向流となるように流れるような構造である。この冷媒水熱交換器 4を圧縮器 3に卷きつける。 A部拡大図に、圧縮器 3によって高温高圧にされた冷媒の、冷媒水熱交換器 4での入口部分を示す。図に示すように、冷媒の管は、冷却水の管よりも小さく、冷却水の冷媒水熱交換器 4の出口側から、冷却水の管内に入り、冷却水の冷媒水熱交換器 4の入口側から、冷却水の管内より出る構造になっている。このような 2重管構造の冷媒水熱交換器 4を、圧縮器 3の外郭に卷きつける構造にすることによって、圧縮器 3と冷媒水熱交換器 4それ ' ぞれを個別に設置する場合に比べて、省スペース化を図ることができる。

また、冷房モード時においては、圧縮器 3の放熱をより促進させることができるので、圧縮器 3から吐出される冷媒温度の過剰な温度上昇を抑制することが可能となるため、空調装置の信頼性をより高めることができる。

また、暖房除湿モード時には、圧縮器 3からの放熱を冷却水の加熱源として用いることができるので、より早くヒータコア 4及ぴ 2 4に流れる水温を上昇させることができる。

なお、本発明の冷媒水熱交換器の構造はこの二重管構造に限定されるものではなく、冷媒と冷却水との間で伝熱することが出来る構造でありさえすればよい。

また、本発明の冷媒水熱交換器では、冷却水と冷媒の流れる方向は、対向流となっているが、'同一方向にしてもよい。しかし、従来用いられている H C F C冷媒あるいは H F C冷媒の場合、気液二相状態の凝縮する過程で、冷媒の温度変化はほとんどないが、冷媒が二酸化炭素の場合は高圧側が超臨界サイクルとなるために、常に温度変化しながら放熱する。

そこで、本発明の水冷媒熱交換器のように、冷媒と冷却水が対向流となるように熱交換させる場合、冷媒と水の温度差が小さくなり、温度勾配が従来の冷媒よりも平行に近くなる。このため二酸化炭素を.冷媒として用いることができ、しかも、より高い熱交換効率を得ることが ' 可能であり、高い C O P (冷凍サイクルの成績係数）で空調装置の運転を行うことが可能となる。

なお、第 1、 2の本発明の減圧器は、実施の形態 1、 2における減圧器 5に相当し、又第 4の本発明の第 1の減圧器、第 2の減圧器は、実施の形態 3における第 1の減圧器 3 1、第 2の減圧器 3 3に相当する。ここで、実施の形態 1 , 2， 3では、本発明の減圧器は、流量調節可能な弁で構成されているが、本構成に限らず流体の圧力の制御可能な減圧器でありさえすればよい。

なお、本発明の動力機関および空調装置は、実施の形態 1， 2 , 3，又は 4においては、車両用の動力機関おょぴ空調装置に相当する力工場に用いられる動力'機関および空調装置であってもよく、又'航空機の動力機関おょぴ空調装置であってもよく、車両用に限るものではない。産業上の利用可能性

以上説明した.ところから明らかなように本発明によれば、省スぺース化を図りつつ、冷暖房運転を行うことが可能となる。

また、暖房除湿モード運転直後の立ち上がり時には、放熱量を小さくすることができるので、より早くヒータコアに流れる水温の上昇を図り、即暖性すなわち快適性を高めることが可能となる。

また、暖房除湿モード時において、蒸発温度を上昇させることができるので、快適性を損なうことなく蒸発器の着霜を回避することがでぎる。 '

また、圧縮機の外郭を冷媒水熱交換器が覆うような一体型の構造にすることによって、省スペース化を図ることができる。

また、冷媒として、二酸化炭素を用いることによって、従来の冷媒ょりもより高い熱交換効率を得ることができるため、高い C O Pで空調装置の運転を行うことができる。

Claims

請求の範囲

1 . 送風用ダクト内に配設され、冷媒の蒸発により送風空気を冷却する蒸発器と、蒸発した前記冷媒を高温高圧にする圧縮器と、前記圧縮器から排出された前記冷媒からの伝熱によって、冷却水を加熱する冷媒水熱交換器と、前記冷媒水熱交換器から排出された前記冷媒を減圧するための減圧器とを有する^凍サイクルと、

前記送風用ダクト内の送風方向を基準にして前記蒸発器の下流側に設置され、加熱された前記冷却水により、前記送風空気を温めるヒ一タコ.ァと、前記冷却水を冷却するためのラジェータと、前記ラジェータによって冷却された前記冷却水を循環させるためのポンプと、前記ポンプより送り込まれた前記冷却水を用いて、冷却される動力機関と、前記冷媒水熱交換器とを有する冷却水サイクルとを備え、

暖房時には、前記冷凍'サイクルは、除湿用の冷房を行う空調装置。

2 . 前記冷媒水熱交換器は、前記冷媒の流通方向と前記冷却水の流通方向が、逆である冷媒水熱交換器である請求の範囲第 1項記載の空調装置。

3 . 前記冷媒水熱交換器は、前記圧縮器の周囲に卷き付けられている冷媒水熱交換器である請求の範囲第 1項記載の空調装置。

4 . 前記冷媒として二酸化炭素を用いる請求の範囲第 3項記載の空調装置。

5 . 前記冷却水の前記ヒータコアへの入口と出口を繋ぐ、前記ヒータコアを経由しないためのバイパスと、前記ヒータコアの入口の前. 記パイパスの分岐部に設置された三方弁と、運転モードによって、前記三方弁の開度を制御するための制御手段とを更に備えた請求の範囲第 1項記載の空調装置。

6 . 前記送風用ダクトは、車両內に空気を送風する送風用ダクトであり、前記動力機関は、車両用の動力機関である請求の範囲第 1 項記載の空調装置。