JP2004182201A

JP2004182201A - 車両用空調機及びその制御方法

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Publication number: JP2004182201A
Application number: JP2002355261A
Authority: JP
Inventors: Shinya Nakagawa; 信也中川
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2002-12-06
Filing date: 2002-12-06
Publication date: 2004-07-02

Abstract

【課題】車両用空調機の製造コスト、運転コストが削減され、また、周囲に与える環境への負担が低減されると共に快適な車室内空間を提供すること。
【解決手段】冷媒を圧縮する圧縮機４と、圧縮機４に接続され、車室内に連通する空調ユニット１８内に配置されるとともに、冷房時には蒸発器、暖房時には凝縮器として動作する車内熱交換器７と、車内熱交換器７に接続され、車室内の内気が通過する位置に配置されるとともに、冷房時には凝縮器、暖房時には蒸発器として動作する内気側熱交換器９と、内気側熱交換器９に接続され、車外に配置されるとともに、冷房時には凝縮器、暖房時には蒸発器として動作する車外熱交換器１０と、を有する構成とした。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車室内空間の温度及び湿度を制御する車両用空調機及びその制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の車両用空調機は、冷媒循環回路と、車室内空間から取り込んだ内気及び車両の外部から取り込んだ外気を、熱交換を行いつつ車室内空間へ送り込む送風部分と空調ユニットとから構成される。
【０００３】
また、送風部分は、外気吸入口と、内気吸入口と、送風ファンと、外気および内気の切替えを行う内外切替ダンパから構成されている。
【０００４】
ここで、外気吸入口は、車両外部から取り入れた外気を車両用空調機の内部に取り込むものである。内気吸入口は、車室内空間から流入する内気を車両用空調機の内部に取り込むものである。送風ファンは、外気吸入口及び内気吸入口から取り入れた空気を車室内空間へ向かって押し出すものである。内外切替ダンパは、送風ファンを回すことによって取り込まれる内気または外気の流量配分を行う。また、空調ユニットは、送風ファンから車室内空間へと空気の流路を形成するものであり外気吸入口及び内気吸入口から取り入れた空気を車室内空間へ導くようになっている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
図４に上述した従来の車両用空調機に用いられる冷媒循環回路１００を示す。冷媒循環回路１００は、冷凍サイクル部分１０１と、ヒータ部分１０２とからなる。冷凍サイクル部分１０１は、圧縮機１０３と、三方弁１０４と、凝縮器１０５と、冷凍サイクル用レシーバ１０６と、冷凍サイクル用膨張弁１０７と、蒸発器１０８とが冷媒管路１０９ａによって接続されている。
【０００６】
ヒータ部分１０２は、圧縮機１０３と、三方弁１０４と、放熱器１１０と、ヒータ用レシーバ１１１と、ヒータ用膨張弁１１２と、吸熱除湿器１１３と、が冷媒管路１０９ｂによって接続されている。
【０００７】
圧縮機１０３から延びた冷媒管路１０９ｃは、まず三方弁１０４に接続される。三方弁１０４に接続された冷媒管路１０９ｃは、冷凍サイクル部分１０１とヒータ部分１０２とに分岐する。三方弁１０４によって分岐された冷媒管路１０９ａ，ｂのうち、冷凍サイクル部分１０１に延びた冷媒管路１０９ａは、凝縮器１０５、冷凍サイクル用レシーバ１０６、冷凍サイクル用膨張弁１０７、蒸発器１０８に順次接続されて、第２の分岐点１１４を通り圧縮機１０３に接続されている。
【０００８】
また、圧縮機１０３から延びて、三方弁１０４で分岐した冷媒管路１０９ａ，ｂのうち、ヒータ部分１０２に延びた冷媒管路１０９ｂは放熱器１１０、ヒータ用レシーバ１１１、ヒータ用膨張弁１１２、吸熱除湿器１１３に順次接続されて、第２の分岐点１１４を通り、圧縮機１０３に接続されている。
【０００９】
そして、蒸発器１０８と吸熱除湿器１１３と放熱器１１０とは送風部分に配置されている。これに対して、凝縮器１０５は、外気に曝されている。
【００１０】
上記のように構成された車両用空調機は、以下のように動作する。
冷房運転時においては、圧縮機１０３から出た冷媒は、三方弁１０４によって冷媒の流路を冷凍サイクル部分１０１に切り替えられ、凝縮器１０５に流れ込む。凝縮器１０５では、冷媒は外気と熱交換を行って凝縮し、液体となる。液体となった冷媒は、冷凍サイクル用レシーバ１０６で一時貯蔵されて冷凍サイクル用膨張弁１０７に流れ込む。冷凍サイクル用膨張弁１０７では、冷媒は減圧されて膨張し、蒸発器１０８の内部に流れ込む。蒸発器１０８では、冷媒は取り入れた空気と熱交換を行い、蒸発して空気から熱を奪う。蒸発して気化した冷媒は第２の分岐点１１４を通り圧縮機１０３に戻る。
【００１１】
蒸発器１０８で熱を奪われた空気は、図示しない送風ファンによって押し出され空調ユニットを通って車室内空間に流れ込む。このようにして、車室内の温度が下げられて車室内の温度調節が行われる。
【００１２】
また、暖房運転時においては、圧縮機１０３から出た冷媒は、三方弁１０４によって流路をヒータ部分１０２に切り替えられ、放熱器１１０に流れ込む。放熱器１１０に流れ込んだ冷媒は、放熱器１１０で熱交換を行い、凝縮する。冷媒が放熱器１１０で凝縮することで、取り入れた空気に熱が与えられる。また、放熱器１１０で凝縮した冷媒はヒータ用レシーバ１１１で一時貯蔵されてヒータ用膨張弁１１２の内部に流れ込む。ヒータ用膨張弁１１２の内部に流れ込んだ冷媒は減圧されて膨張する。ヒータ用膨張弁１１２で減圧されて膨張した冷媒は、吸熱除湿器１１３に入って、取り入れた空気と熱交換を行う。冷媒は、取り入れた空気と熱交換を行うことによって蒸発し、空気から熱を奪う。この際、空気が除湿される。吸熱除湿器１１３を出た冷媒は、第２の分岐点１１４を通り、圧縮機１０３に戻る。
【００１３】
放熱器１１０によって熱が与えられた空気は、図示しない送風ファンによって押し出され空調ユニットを通って車室内空間に流れ込む。また、内気を循環させて暖房を行うときのために、内気吸入口の下流側に吸熱除湿器１１３を配置して、内気を除湿し、曇りを生じないようにしている。このようにして、車室内の空気に熱を与え、車室内の温度が調節される。
【００１４】
このように、図４に示した冷媒循環回路１００は、冷媒回路として見ると、冷房時には凝縮器１０５と蒸発器１０８を用いて熱交換し、暖房時には放熱器１１０と吸熱除湿器１１３を用いて熱交換するものであり、圧縮機１０３を共用する構成を採用している。
【００１５】
【特許文献１】
特開平５−１３９１４２号公報（第２−３頁、第１−５図）
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の車両用空調機においては、冷媒回路が冷房運転時と暖房運転時とで別の経路となっているために、部品点数が増え、冷媒の充填量も増加する。そのため、製造コストが嵩む。また、部品点数の増加によって重量が増加するために、搭載する車両全体の重量が増加し、車両の運動性能が低下する。また、車両の重量が増加するので燃費が上がり、運転コストが嵩むと共に周囲の環境への負担が増加するといった問題があった。
【００１７】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、車両用空調機の製造コスト、運転コストが削減され、また、周囲に与える環境への負担が低減されると共に快適な車室内空間を提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するための手段として、次のような構成を採用する。
すなわち、本発明に係る請求項１記載の車両用空調機は、冷媒を圧縮する圧縮機と、該圧縮機に接続され、空調ユニット内に配置されるとともに、冷房時には蒸発器、暖房時には凝縮器として動作する車内熱交換器と、該車内熱交換器に接続され、冷媒を減圧する絞り弁と、該絞り弁に接続され、車室内の内気が通過する位置に配置されるとともに、冷房時には凝縮器、暖房時には蒸発器として動作する内気側熱交換器と、該内気側熱交換器に接続され、車外に配置されるとともに、冷房時には凝縮器、暖房時には蒸発器として動作する車外熱交換器と、前記圧縮機の冷媒流れの下流側に配置され、前記空調ユニット内に設置される車内熱交換器側または前記車外熱交換器側に冷媒の流れを切り替える冷媒切替弁と、を有することを特徴とする。
【００１９】
冷房時の冷媒は、圧縮機→冷媒切替弁→車外熱交換器（凝縮器）→内気側熱交換器（凝縮器）→絞り弁（減圧）→車内熱交換器（蒸発器）→圧縮機の順に流れる。
暖房時の冷媒は、圧縮機→冷媒切替弁→車内熱交換器（凝縮器）→絞り弁（減圧）→内気側熱交換器（蒸発器）→車外熱交換器（蒸発器）→圧縮機の順に流れる。
【００２０】
このように、本発明は、冷房時および暖房時のいずれにおいても、冷媒が全ての熱交換器を通ることになり、冷房時または暖房時に使用されない熱交換器はない。
冷房時には、内気側熱交換器が凝縮器として動作するので、車外熱交換器での凝縮が不十分であったとしても、内気側熱交換器においてさらに凝縮されることになる。また、暖房時には、内気側熱交換器が蒸発器として動作するので、内気が冷やされることによって内気に含まれる水分が凝縮することとなる。
【００２１】
請求項２記載の車両用空調機は、昇温用熱交換器前記車内でかつ前記車内熱交換器の空調ユニット内部空気流れにおける下流側には、前記圧縮機により圧縮された冷媒が流通して凝縮する昇温用熱交換器が設けられていることを特徴とする。
【００２２】
昇温用熱交換器は、空調ユニット内に設けられており、また、車内熱交換器の空調ユニット内空気流れにおける下流側に設けられている。これにより、冷房時には、車内熱交換器で冷却された空気を昇温用熱交換器で加熱することによって温度調節が行われることとなる。
なお、本明細書において、「上流」または「下流」には、冷媒流れの下流または上流、空気（内気や外気）流れの上流または下流があるので留意すべきである。以下、適宜、いずれの上流または下流を示すのかを示すことにする。
また、昇温用熱交換器は、圧縮機に接続されている。したがって、他の熱交換器（車内熱交換器、車外熱交換器、内気側熱交換器）とともに一つの冷媒回路を構成している。
好ましくは、昇温用熱交換器は、圧縮機と冷媒切替弁との間に設けられている。この場合、冷房時の冷媒は、圧縮機→昇温用熱交換器→冷媒切替弁→車外熱交換器→内気側熱交換器→絞り弁→車内熱交換器→圧縮機の順に流れる。
【００２３】
請求項３に記載の車両用空調機は、前記車内熱交換器と前記車外熱交換器との間には、前記内気側熱交換器を介さずに前記絞り弁と前記車外熱交換器とを連結する冷媒管路が設けられており、該冷媒管路には、流量調整弁が設けられていることを特徴とする。
【００２４】
冷媒管路によって、内気側熱交換器へ冷媒が流れずに、車外熱交換器から絞り弁（冷房時）または絞り弁から車外熱交換器（暖房時）へと冷媒が流れる流路が形成される。そして、この冷媒管路に流量調整弁を設けることによって、内気側熱交換器へ流れる冷媒量が調節されることとなる。
【００２５】
請求項４に記載の車両用空調機は、前記内気を吸入する内気吸入口と、車室外の外気を吸入する外気吸入口とを有し、前記内気側熱交換器は、前記内気吸入口に設けられていることを特徴とする。
【００２６】
内気側熱交換器は、内気吸入口に設けられているので、内気のみと熱交換することになり、内気と十分に熱交換することができる。
暖房時には、内気側熱交換器が内気のみと熱交換するので、内気が効果的に冷却されて凝縮することとなる。
冷房時には、内気が有する冷熱によって内気側熱交換器内部の冷媒が凝縮させられることとなる。
【００２７】
請求項５に記載の車両用空調機は、前記内気を吸入する内気吸入口と、車室外の外気を吸入する外気吸入口とを有し、これら内気吸入口および外気吸入口が合流する位置に、内気および外気の切替え又は内気および外気の流量配分を調整する内外気流量調整ダンパが設けられ、該内外気流量調整ダンパの空調ユニット内空気流れにおける下流に前記内気側熱交換器が配置されていることを特徴とする。
【００２８】
内外気流量調整ダンパの下流に内気側熱交換器が配置されているので、内気吸入口に内気側熱交換器を配置する場合に比べて、内気吸入口を小型化することができる。
【００２９】
請求項６に記載の車両用空調機は、前記内気側熱交換器は、鉛直方向に対して傾斜させて配置されていることを特徴とする。
【００３０】
内気側熱交換器は、傾斜させて配置されているので、暖房運転時に内気側熱交換器で凝縮した水が内気側熱交換器表面を傾斜に従って流下することとなる。
【００３１】
請求項７に記載の車両用空調機は、前記車内熱交換器の空調ユニット内空気流れにおける下流には、該熱交換器を通過した空気の温度を検出する車内熱交換器用温度センサが設けられていることを特徴とする。
【００３２】
車内熱交換器用温度センサを設けることで、車内熱交換器出口の温度が測定される。この車内熱交換器の出口温度を把握することによって、空調ユニット下流に接続される車室内の状態が推定されることとなる。
【００３３】
請求項８に記載の車両用空調機の制御方法は、冷媒を圧縮する圧縮機と、該圧縮機に接続され、車室内空調ユニットに配置されるとともに、暖房時には凝縮器として動作する車内熱交換器と、該車内熱交換器に接続され、冷媒を減圧する絞り弁と、該絞り弁に接続され、車室内の内気が通過する位置に配置されるとともに、暖房時には蒸発器として動作する内気側熱交換器と、該内気側熱交換器に接続され、車外に配置されるとともに、暖房時には蒸発器として動作する車外熱交換器と、前記圧縮機の冷媒流れにおける下流側に配置され、前記車内熱交換器側または前記車外熱交換器側に冷媒の流れを切り替える冷媒切替弁と、を有する車両用空調機の制御方法において、暖房時に、前記内気側熱交換器の温度が前記内気の露点以下となるようにすることを特徴とする。
【００３４】
暖房時に内気側熱交換器の温度が内気の露点以下に保たれることにより、内気側熱交換器で内気が凝縮して水が排除され、内気が除湿される。このように除湿された内気が車室内に導入されることとなるので、車室内の水分が抑えられることとなる。
【００３５】
請求項９に記載の車両用空調機の制御方法は、前記圧縮機の回転数と、前記絞り弁の開度とを調整することによって、前記内気側熱交換器の温度を調節することを特徴とする。
【００３６】
請求項１０に記載の車両用空調機の制御方法は、前記内気を吸入する内気吸入口と、車室外の外気を吸入する外気吸入口とを有し、これら内気吸入口および外気吸入口が合流する位置に、内気および外気の切替え又は内気および外気の流量配分を調整する内外気流量調整ダンパが設けられ、車室内および車室外の温度を検出し、これらの温度差に基づいて前記内外気流量調整ダンパの開度を制御することを特徴とする。
【００３７】
暖房時において、車室内温度センサによって得られる車室内温度と車室外温度センサによって得られる車室外温度との差が大きい場合は、外気を車室内に導入すると車室内の熱エネルギーの損失につながる。このような場合には、開度制御手段によって外気の吸入を減少させるように内外気流量調整ダンパの開度を調整する。
これに対して、車室内温度と車室外温度との差が小さい場合は、外気を車室内に導入することによる車室内の熱エネルギーの損失が小さい。このような場合には、開度制御手段によって外気の吸入を行うように内外切換ダンパの開度を調整する。このように外気を導入することによって、車室内の熱エネルギーの損失を最小限にした車室内の除湿が行われることとなる。
【００３８】
請求項１１に記載の車両用空調機の制御方法は、前記内気側熱交換器を通過した空気の温度を検出し、前記車内熱交換器を通過した空気の温度を検出し、これらの温度に基づいて前記車内熱交換器を通過した空気の湿度を算出し、この湿度に基づいて、前記内外気流量調整ダンパの開度を制御することを特徴とする。
【００３９】
車内熱交換器を通過した空気の温度から車室内の湿度が推定され、車室内が曇らないように内外気流量調整ダンパの制御を行う。
【００４０】
請求項１２に記載の車両用空調機は、車両外の空気と車両内の空気を導入する空気流路を形成するとともに、当該空気流路において導入した空気を調和する複数の熱交換器を内部に設けた空調ユニットを備える車両用空調機であって、前記複数の熱交換器のうち少なくとも一つが冷房時に吸熱、暖房時に放熱の機能を切り替える車内熱交換器であって、少なくとも一つが当該車内熱交換器よりも前記空気流路において上流側に配置され、導入した前記車両内の空気に対して冷房時に放熱、暖房時に吸熱の機能を切り替える内気側熱交換器であることを特徴とする。
【００４１】
このような構成を採用することにより、暖房時に上流側で除湿されるため再循環による曇りを防止でき、冷房時に段階的な冷媒の凝縮が可能となるので、空調効率を向上させることができる。
【００４２】
【発明の実施の形態】
本発明に係る車両用空調機の第１の実施形態を、図１を用いて説明する。
車両用空調機１は、図１に示すような冷媒循環回路２を備えるものであり、この冷媒循環回路２内を冷媒が循環することにより実現される熱交換を利用して、冷媒を循環させる冷媒循環回路２と、取り込んだ内気及び外気の熱交換を行った後に車室内空間へ送り込む送風部分３とから構成される。
【００４３】
冷媒循環回路２は、圧縮機４と、ヒータ用熱交換器（昇温用熱交換器）５と、四方弁（冷媒切替弁）６と、車内熱交換器７と、膨張弁（絞り弁）８と、内気側熱交換器９と、車外熱交換器１０と、を有し、これらを冷媒管路１１によって接続する構成を採用する。
【００４４】
ここで、車内熱交換器７と車外熱交換器１０は、冷房時、暖房時に四方弁６による冷媒の循環形態の変更に応じて、吸熱・放熱の機能を切り替える。また、ヒータ用熱交換器５は、車内熱交換器７で調和された空気の昇温を行い空調温度を調整する昇温調整用熱交換器である。
【００４５】
冷媒管路１１は、冷媒管路１１ａ〜１１ｋから構成される。圧縮機４から延びた冷媒管路１１ａは、ヒータ用熱交換器５に接続される。また、四方弁６で四つの冷媒管路１１ｂ，ｃ，ｄ，ｋに分岐している。ここで、冷媒管路１１ｂはヒータ用熱交換器５に接続され、冷媒管路１１ｃは圧縮機４に接続されており、上述した冷媒管路１１ａとともに第１の閉ループ１２を形成している。
【００４６】
一方、四方弁６から延びた冷媒管路１１ｄは車内熱交換器７に接続され、車内熱交換器７から延びた冷媒管路１１ｅは、膨張弁８に接続されている。膨張弁８から延びた冷媒管路１１ｆは、冷媒管路１１ｇと冷媒回路１１ｈに分岐し、一方の冷媒管路１１ｇは内気側熱交換器９に接続され、他方の冷媒管路１１ｈは、内気側熱交換器９から延びた冷媒管路１１ｉと合流するかたちで冷媒管路１１ｊに接続される。ここで、冷媒管路１１ｈには冷媒バイパス量調節バルブ１３が設けられる。合流後の冷媒管路１１ｊは、車外熱交換器１０に接続されている。車外熱交換器１０から延びた冷媒管路１１ｋは、四方弁６に接続されて、これにより上述した冷媒管路１１ｄ〜ｊとともに第２の閉ループ１４を形成している。
【００４７】
送風部分３は、外気吸入口１５と、内気吸入口１６と、調和空気吹出口１７とを備える空調ユニット１８内に、送風ファン１９と、内外切替ダンパ（内外気流量調整ダンパ）２０と、ヒータ用熱交換器５と、車内熱交換器７と、内気側熱交換器９とを有する構成とされている。
【００４８】
ここで、空調ユニット１８は、車両内と車外とを連通させ、車外の空気（外気）を導入可能な空気流路と車両内の空気（内気）を還流させる空気流路とを形成するものであり、内気と外気を混合して車両内に導出することを可能とする。
【００４９】
詳細には、空調ユニット１８に設けられた外気吸入口１５は、車両外部から取り入れた外気を空調ユニット１８の内部に取り込む開口部である。内気吸入口１６は、車室内空間から導入される内気を空調ユニット１８の内部に取り込む開口部である。調和空気吹出口１７は、空調ユニット１８内から車両内に空気を導出する開口部である。なお、空調ユニット１８は、車室内に調和空気吹出口１７が開口するように設置される。
【００５０】
また、送風ファン１９は、外気吸入口１５及び内気吸入口１６から取り入れた空気を調和空気吹出口１７を介して車両内に押し出すものであり、空調ユニット１８内への導入空気の流れ方向において、外気と内気とが合流する部分の下流側に配置されている。
【００５１】
内外切替ダンパ２０は、空調ユニット１８内への導入空気の流路において、外気と内気が合流する部分に配置されており、送風ファン１９を回すことによって取り込まれた内気および／または外気の流量配分を調整する内外気流量調整ダンパである。
【００５２】
ヒータ用流量調整ダンパ２１は、空調ユニット１８内への導入空気の流れ方向において、ヒータ用熱交換器５の上流側に隣接するように設けられる。このヒータ用流量調整ダンパ２１は、調和空気吹出口１７から吹き出される調和空気における、車内熱交換器７とヒータ用熱交換器５の双方を流過した空気と車内熱交換器７のみを流過した空気の混合量を調整する空気混合量調整ダンパとして機能する。
【００５３】
具体的には、図１に示したヒータ用流量調整ダンパ２１の位置は、車内熱交換器７で熱交換された空気の一部がヒータ用熱交換器５を流過し、残りが直接車内に流れ込む流路（直通流路）を形成し、混合量がほぼ半分程度になるように調整する場合の位置である。これに対し、ヒータ用熱交換器５を覆う位置が全閉位置であり、その全閉位置から１８０°回転して上述した直通流路をさえぎるように調整する場合の位置が全開位置である。
【００５４】
ヒータ用熱交換器５及び車内熱交換器７は、空調ユニット１８内への導入空気の流れ方向において、内気と外気の合流箇所よりも下流側に配置されている。また、ヒータ用熱交換器５は、空調ユニット１８内の導入空気の流れ方向において、車内熱交換器７の下流側に配置されている。
【００５５】
車内熱交換器７にて熱交換された空気の出口には、車内熱交換器出口温度センサ２２が設けられ、この車内熱交換器出口温度センサ２２により熱交換後の空気の温度を検出する。
【００５６】
内気側熱交換器９は、空調ユニット１８内の導入空気の流れ方向において、内外切替ダンパ２０の上流側で、かつ、車内熱交換器７及び送風ファン１９の上流側に位置するように、内気吸入口１６内に配置されている。
【００５７】
上記のように構成された車両用空調機１は、暖房運転時及び冷房運転時において不図示の制御部の指示にしたがって、以下のように動作する。
【００５８】
暖房運転時においては、冷媒が圧縮機４によって昇圧されて高温かつ高圧な冷媒がヒータ用熱交換器５で熱交換を行う。この時、ヒータ用流量調整ダンパ２１は全開位置とする。また、ヒータ用熱交換器５で熱交換を行った冷媒は、四方弁６を通って車内熱交換器７に入る。ヒータ用熱交換器５及び車内熱交換器７の内部では、冷媒は凝縮しヒータ用熱交換器５及び車内熱交換器７を流通する空気に熱を与える。車内熱交換器７を出た冷媒は、膨張弁８に入り減圧される。膨張弁８で減圧された冷媒は、分岐して一部の冷媒は冷媒バイパス量調節バルブ１３を通ってそのまま車外熱交換器１０に入る。
【００５９】
冷媒バイパス量調節バルブ１３を通らなかったその他の冷媒は、内気側熱交換器９に入って蒸発する。内気側熱交換器９内部の冷媒が蒸発することによって、内気吸入口１６に流入してきた内気が、内気側熱交換器９と熱交換を行い、吸熱されることにより温度を下げる。この際に、内気側熱交換器９の温度が内気の露点を下回ると、内気に含まれた水が内気側熱交換器９の表面に凝縮する。凝縮した水は内気側熱交換器９を伝って滴り落ち、図示しないドレンパンなどを介したドレン経路を通って空調ユニット１８外に排出される。こうして内気吸入口１６に流入する内気が除湿される。
【００６０】
内気側熱交換器９に入る冷媒の流量は、不図示の制御部の制御にしたがい、冷媒バイパス量調節バルブ１３によって調節される。例えば、内気の湿度が高い場合には、冷媒バイパス量調節バルブ１３の開度を小さくして内気側熱交換器９へ流入する冷媒量を増加させることによって、内気からの吸熱量を増大させて内気に含まれた水を大量に凝縮させる。内気の湿度が適切な場合は、内気に含まれた水を除去する必要がないので、冷媒バイパス量調節バルブ１３の開度を大きくする。
【００６１】
また、内気側熱交換器９を出た冷媒は、冷媒バイパス量調節バルブ１３を通った冷媒と合流して車外熱交換器１０に入り、外気と熱交換を行い蒸発する。車外熱交換器１０を出た冷媒は四方弁６を通って再び圧縮機４に戻る。
【００６２】
続いて、冷房運転時の動作について説明する。冷房運転時においては、原則としてヒータ用流量調整ダンパ２１を全閉位置とするので、圧縮機４で圧縮された高温、高圧の冷媒は、ヒータ用熱交換器５を通過後、四方弁６に入る。ただし、冷え過ぎの時はヒータ用流量調整ダンパ２１を開くことによって、空気に熱を与え車室内空間に吹き出す調和空気の温度を調節することもできる。
【００６３】
四方弁６で分岐した後、冷媒は、車外熱交換器１０に入って外気と熱交換を行い一回目の凝縮を行う。車外熱交換器１０を出た冷媒は、分岐して一部の冷媒は冷媒バイパス量調節バルブ１３を通ってそのまま膨張弁８に入る。膨張弁８を通った後の冷媒は、車内熱交換器７に入り、ここで蒸発することによって車内熱交換器７を通過する空気から熱を奪う。車内熱交換器７を出た冷媒は四方弁６を通って再び圧縮機４に入る。
【００６４】
冷媒バイパス量調節バルブ１３を通らなかったその他の冷媒は、内気側熱交換器９に入る。内気側熱交換器９に入った冷媒は、内気吸入口１６に流入する内気と内気側熱交換器９を介して熱交換を行い、二回目の凝縮を行う。
【００６５】
このように、車外熱交換器１０と内気側熱交換器９との二つの凝縮器によって冷媒を凝縮させることで、車外熱交換器１０で凝縮しきれなかった分の冷媒が凝縮されて、凝縮量が増加し、凝縮性能が向上される。また、過冷却がより大きくつくことによる冷房性能向上も期待できる。冷房時においても、内気側熱交換器１０への冷媒の流入量は冷媒バイパス量調節バルブ１３によって調節される。
【００６６】
上述した暖房運転時、冷房運転時において、空調ユニット１８内における空気流は、送風ファン１９を回すことで形成され、内外切替ダンパ２０によって流量を調節された内気及び外気が空調ユニット１８内を通って車室内空間へと導かれることになる。この通過の際に、内気側熱交換器９、ヒータ用熱交換器５及び車内熱交換器７と空調ユニット１８内に導入された空気とが熱交換を行うことで、熱を与えられた空気あるいは熱を奪われた空気が空調ユニット１８内を通って車室内空間に入る。こうして、温度及び湿度が調節された空気が車室内空間へ入ることによって、車室内空間内部の温度及び湿度が調節される。
【００６７】
ここで、冷媒循環回路２について着目すると、暖房モード時には、ヒータ用熱交換器５からの放熱は、空調における効率を向上させる。しかし、冷房モード時には空気に余計な熱を与えてしまうので、ヒータ用熱交換器５からの放熱を空気に与えないようにするために、前述したようにヒータ用流量調整ダンパ２１を閉じて、空気に熱を与えないようにしている。また、冷房モード時において、冷房能力が負荷に対して非常に高い状態となり、車室内空間の空気を冷却し過ぎたときには、ヒータ用流量調整ダンパ２１を開くことによって空気に熱を与え、車室内空間の温度を調節する。
【００６８】
本実施形態に係る車両用空調機１においては、冷媒管路１１を介して四方弁６から圧縮機４、ヒータ用熱交換器５、四方弁６と順次接続して冷媒管路１１の第１の閉ループを形成し、また、冷媒管路１１を介して四方弁６、車外熱交換器１０、内気側熱交換器９、膨張弁８、車内熱交換器７、四方弁６と順次接続することによって第２の閉ループを形成した。
【００６９】
このような構成とすることで、冷房運転時と暖房運転時とのいずれの場合においてもヒータ用熱交換器５と車内熱交換器７と内気側熱交換器９を冷媒が通ることになるので、冷房運転や暖房運転ごとに冷媒管路１１を変えることなく、四方弁６で冷媒の方向を逆にするだけで冷房運転と暖房運転とを切り替えられる。
【００７０】
したがって、本発明を適用することにより、簡素な構造で冷房能力・暖房能力ともに高い車両用空調機１が製造でき、部品点数が減少し、車両用空調機１の製造コストが抑えられる。同時に、部品点数が減少することで、車両用空調機１が軽量化され、燃費が向上し、運転コストが抑えられるとともに、車両用空調機１が小型化されるので、車室内空間が広く取れ、居住性が良くなる。また、冷媒の充填量が減少するので、車両用空調機１の製造コストが抑えられる。
【００７１】
また、燃費が向上するので、排気ガスの量が抑制されて、周囲に与える環境への負担が低減される。さらには、車両用空調機１が軽量化されることによって、本発明における車両用空調機１が搭載される車両の運動性能が向上される。
【００７２】
一方、内気吸入口１６に内気側熱交換器９を設けたことにより、暖房運転時においては、冷媒が内気側熱交換器９の内部で蒸発し、内気側熱交換器９を通過する空気から熱を奪う。この際に、内気に含まれる水は凝縮して、内気側熱交換器９を伝って滴り落ち、空調ユニット１８外に排除される。このため、内気が除湿される。これにより、内気を再循環させても車室内空間で曇りが生じない。また、内気を再循環させても曇りが生じないので、内気を再循環させて空調を行うことが可能となり、暖房時に外気を導入して内気を排出することによって内気に含まれるエネルギが無駄に捨てられていた不都合を回避でき、空調における効率が向上する。
【００７３】
なお、内気側熱交換器９によって除湿されてもなお車室内空間において曇るようであれば、内外切替ダンパ２０を調節して外気を取り入れて曇りをなくすようにしても良い。
【００７４】
また、冷房運転時においては、車外熱交換器１０で熱交換を行って冷媒を凝縮させ、さらに内気側熱交換器９でも熱交換を行って、冷媒を再び凝縮させるので、凝縮性能が向上し、空調における効率が向上される。
【００７５】
なお、本実施形態においては、車室内空間温度及び車室外温度は、図示しない車内温度センサ及び車外温度センサによって検出される。このように検出された内気温度および外気温度に基づいて、不図示の制御部において演算が行われ、内外切替ダンパ２０の開度が補正されることで、内気の温度に応じて取り入れられる内気と外気との流量が決定される。内気と外気との流量が演算を行うことによって決定されるので、車室内空間の温度及び湿度が良好に保たれて快適な環境が保持される。
【００７６】
具体的には、内気の温度及び外気の温度が温度センサによって検出され、演算を行うことで内気側熱交換器９の温度が内気の露点以下に保たれるように圧縮機４の回転数と膨張弁８の開度とを制御する。暖房運転時において、内気側熱交換器９の温度が内気の露点以下に保持されていれば、内気吸入口１６に流入した内気が、内気側熱交換器９を通る際に凝縮し、除湿される。
【００７７】
また、暖房運転時において、上述したように、車内熱交換器７の出口に車内熱交換器出口温度センサ２２を設けることで、車内熱交換器７出口での温度が検出される。この車内熱交換器出口温度センサ２２の検出温度は、内外切替ダンパ２０の開度調整のためのパラメータとして用いられるが、具体的には、不図示の制御部において、以下のように検出した出口温度を用いて制御が行われる。
【００７８】
暖房運転時においては、内気側熱交換器９に流入する内気は冷やされて凝縮するので、内気側熱交換器９の出口で相対湿度がほぼ１００％となる。また、圧縮機４の回転数と膨張弁８の開度が定まれば、内気側熱交換器９内部の冷媒温度が定まり、内気側熱交換器９の出口の空気の温度が定まる。このとき内気側熱交換器９の出口の空気は相対湿度がほぼ１００％なので、内気側熱交換器９の出口の空気に含まれる水の量が分かる。
【００７９】
制御部は、圧縮機４の回転数や膨張弁８の開度についての相関関係を予め記憶しておき、記憶した情報や所定の算出則に基づいて湿度を算出する。詳細には、車内熱交換器出口温度センサ２２によって車内熱交換器７の出口温度が検出され、車内熱交換器７の出口温度と内気に含まれる水の量から演算を行うことによって車内熱交換器７出口の湿度が算出される。車内熱交換器７出口の湿度に応じて内外切替ダンパ２０の開度が調節される。
【００８０】
車内熱交換器７出口での湿度が所定の基準値よりも多ければ内外切替ダンパ２０を内気吸入口１６側に傾けて外気をより多く取り入れ、湿度が所定の基準値よりも少なければ内外切替ダンパ２０を外気吸入口１５側に傾けて内気を循環させる。
【００８１】
湿度に応じて内外切替ダンパ２０が調節されることで、暖房モード時において、車室内空間内部に曇りが生じないように、取り入れられる空気のうち内気と外気との流量が決定される。こうして、車室内空間に供給される空気の湿度が制御されて曇りが生じないようにされている。
【００８２】
なお、本実施形態ではヒータ用熱交換器５を、圧縮機４出口の高温、高圧状態における冷媒を熱交換器に導入したものとしたが、これに代えて、エンジンからの冷却水を用いたコアヒータとしても構わない。
【００８３】
次に、本発明の第２の実施形態を図２を用いて説明する。なお、第１の実施形態において既に説明した構成要素と同一の機能を呈する構成要素には同一符号を付してその説明は省略する。
【００８４】
第２の実施形態では、第１の実施形態において内気吸入口１６内に配置した内気側熱交換器９に代えて、外気吸入口１５から導入した外気と内気吸入口１６から導入した内気の双方に対して熱交換可能なように、空調ユニット内の導入空気の流れ方向において、内気側熱交換器２３が内外切替ダンパ２０の下流側で、かつ、内外切替ダンパ２０に隣接するように設けられる。本実施形態では、内外切替ダンパ２０の直下に内気側熱交換器２３を設ける構成を採用している。
【００８５】
ここで、内気側熱交換器２３は、重力方向となる鉛直方向に対して水平面より１０度から２０度傾けられて配置され、凝縮した空気中の水分が直接滴下しないで、傾斜に沿って片側に集めて不図示のドレンパンで確実に回収する構成としている。
【００８６】
また、本実施形態においても、暖房運転時及び冷房運転時の両方の場合において、冷媒は内気側熱交換器２３に入る前に分岐し、一部は冷媒バイパス量調節バルブ１３を通って車外熱交換器１０または車内熱交換器７に流れ、その他の冷媒は内気側熱交換器２３に入る。すなわち、内気側熱交換器２３を通る冷媒の流量は冷媒バイパス量調節バルブ１３によって調節される。
【００８７】
上記の車両用空調機１によれば、暖房運転時においては、内気側熱交換器２３内部で、膨張弁８によって減圧された冷媒が蒸発して、流入してきた内気の熱を奪い、内気に含まれた水を凝縮させる。凝縮した水は、内気側熱交換器２３に傾きを持たせていることで、内気側熱交換器２３を伝って滴り落ち、図示しない経路を通って空調ユニット１８外に排除される。こうして内気に含まれる水が排除され、内気が除湿される。
【００８８】
次に、本発明の第３の実施形態を図３を用いて説明する。なお、第１の実施形態において既に説明した構成要素と同一の機能を呈する構成要素には同一符号を付してその説明は省略する。
【００８９】
第１の実施形態では車内熱交換器７の出口に車内熱交換器出口温度センサ２２を設けたが、本実施形態においては、図３に示したように、車内熱交換器出口湿度センサ２４が車内熱交換器７の出口に設けられている。車内熱交換器出口湿度センサ２４によって車内熱交換器７出口の湿度が直接検出されることで、暖房運転時において、より正確に車室内空間に流入する空気の湿度が検出され、曇りが生じないように、内気と外気との流量が決定されるようになっている。
【００９０】
また、車内熱交換器７の出口に第２熱交換器出口温度センサと第２熱交換器湿度センサ２３との両方を設け、より正確に車室内空間に流入する空気の湿度が検出され、曇りが生じないように、内気と外気との流量が決定されるようにしても良い。
【００９１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る車両用空調機によれば、冷媒回路において、冷房運転時と暖房運転時とのいずれの場合にも冷媒が車内熱交換器と内気側熱交換器との両方を通る構成となり、冷媒の方向を逆方向に変えるのみで冷房から暖房あるいは暖房から冷房と運転モードが変えられることによって、車両用空調機の構造が簡素化されるので部品点数が減少し、車両用空調機の製造コストが抑えられる。
【００９２】
また、部品点数が減少することで、車両用空調機が軽量化され、燃費が向上し、運転コストが抑えられる。また、燃費が向上するので、排気ガスの量が抑制されて、周囲に与える環境への負担が低減される。また、車両用空調機が軽量化されることによって、本発明における車両用空調機が搭載される車両の運動性能が向上される。また、部品点数が減少することで車両用空調機が小型化されるので、車室内空間が広く取れ、居住性が良くなる。また、冷媒の充填量が減少するので車両用空調機の製造コストが抑えられる。
【００９３】
また、本発明に係る車両用空調機によれば、昇温用熱交換器を圧縮機の直後に配置したことにより、昇温用熱交換器には圧縮機から送られる高温、高圧の冷媒が昇温用熱交換器に流入し、昇温用熱交換器を通過する空気と熱交換を行うことで空気に熱を与えヒータとして作用するので、暖房時においては圧縮機で得たエネルギを有効に利用できる。
【００９４】
また、本発明に係る車両用空調機によれば、車内熱交換器と車外熱交換器との間に、内気側熱交換器を介さずに、車内熱交換器と車外熱交換器とを連結する冷媒管路を設け、また、その冷媒管路に流量調整弁を設けることにより、内気側熱交換器に流入する冷媒の量が調節されるので、暖房時においては内気側熱交換器内部での冷媒の蒸発量を調節でき、また、冷房時においては内気側熱交換器内部での冷媒の二回目の凝縮量を調節できる。
【００９５】
また、本発明においては、内気側熱交換器が内気吸入口に設けられていることで、暖房運転時には、内気と熱交換を行い内気の熱を奪って内気中に含まれる水を凝縮させて除湿し、冷房運転時には、内気側熱交換器内部の冷媒が内気と熱交換を行って凝縮させる。内気が有する冷熱を有効に利用して内気側熱交換器の冷媒を凝縮することができる。
【００９６】
また、本発明においては、内外気流量調整ダンパの空気流れにおける下流に内気側熱交換器が配置されていることで、車両用空調機が小型化されて車室内空間を広く取れるので、車室内空間での居住性が良くなる。
【００９７】
また、本発明においては、内気側熱交換器を傾斜させて配置することで、暖房運転時に内気側熱交換器で凝縮した水が内気側熱交換器を伝って滴り落ちて排除されるので、凝縮した水が内気側熱交換器の表面に付いたまま内気側熱交換器のその後の凝縮を妨げることを防ぐ。
【００９８】
また、本発明においては、車内熱交換器用温度センサを設けることで、車内熱交換器出口の温度が測定されるので、演算を行うことによって車内熱交換器出口での湿度を算出することができる。
【００９９】
また、本発明においては、暖房時に内気側熱交換器の温度が内気の露点以下に保たれることにより、内気側熱交換器で内気が凝縮して水が排除され、内気が除湿されるので、内気を循環させて暖房を行っても車室内空間に曇りが生じない。また、内気を循環させても曇りが生じないので空調における効率が向上し、運転コストを抑えられる。
【０１００】
また、本発明においては、圧縮機の回転数と絞り手段の開度とが制御されて内気側熱交換器の温度を調節することにより、温度調節を容易に行えるので、暖房運転時には内気側熱交換器を露点以下の温度に容易に保持できる。
【０１０１】
また、本発明においては、車内熱交換器を通過した空気の温度から車室内の湿度が推定され、車室内が曇らないように内外気流量調整ダンパの制御を行うので、車室内に曇りが生じず、快適な空間が保たれる。また、外気の導入量が抑えられるので、捨てる熱が少なく、空調における効率が向上する。
【０１０２】
また、本発明においては、車両外の空気と車両内の空気を導入する空気流路を形成するとともに、当該空気流路において導入した空気を調和する複数の熱交換器のうち、少なくとも一つが冷房時に吸熱、暖房時に放熱の機能を切り替える車内熱交換器であって、少なくとも一つが当該車内熱交換器よりも前記空気流路において上流側に配置され、導入した前記車両内の空気に対して冷房時に放熱、暖房時に吸熱の機能を切り替える内気側熱交換器であるので、暖房時に上流側で除湿されるため再循環による曇りを防止でき、冷房時に段階的な冷媒の凝縮が可能となるので、空調効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態における車両用空調機の構成図である。
【図２】本発明の別の実施形態における車両用空調機の構成図である。
【図３】本発明のさらに別の実施形態における車両用空調機の構成図である。
【図４】従来の車両用空調機の構成図である。
【符号の説明】
１車両用空調機
４圧縮機
５ヒータ用熱交換器
７車内熱交換器
８膨張弁
９内気側熱交換器
１０車外熱交換器
１５外気吸入口
１６内気吸入口
２０内外切替ダンパ
２２車内熱交換器出口温度センサ
２４車内熱交換器出口湿度センサ

Claims

冷媒を圧縮する圧縮機と、
該圧縮機に接続され、車室内空調ユニット内に配置されるとともに、冷房時には蒸発器、暖房時には凝縮器として動作する車内熱交換器と、
該車内熱交換器に接続され、冷媒を減圧する絞り弁と、
該絞り弁に接続され、車室内の内気が通過する位置に配置されるとともに、冷房時には凝縮器、暖房時には蒸発器として動作する内気側熱交換器と、
該内気側熱交換器に接続され、車外に配置されるとともに、冷房時には凝縮器、暖房時には蒸発器として動作する車外熱交換器と、
前記圧縮機の冷媒流れにおける下流側に配置され、前記車内熱交換器側または前記車外熱交換器側に冷媒の流れを切り替える冷媒切替弁と、
を有することを特徴とする車両用空調機。
前記車内でかつ前記車内熱交換器の空調ユニット内部空気流れにおける下流側には、前記圧縮機により圧縮された冷媒が流通して凝縮する昇温用熱交換器が設けられていることを特徴とする請求項１記載の車両用空調機。
前記車内熱交換器と前記車外熱交換器との間には、前記内気側熱交換器を介さずに前記絞り弁と前記車外熱交換器とを連結する冷媒管路が設けられており、該冷媒管路には、流量調整弁が設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の車両用空調機。
前記内気を吸入する内気吸入口と、車室外の外気を吸入する外気吸入口とを有し、
前記内気側熱交換器は、前記内気吸入口に設けられていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の車両用空調機。
前記内気を吸入する内気吸入口と、車室外の外気を吸入する外気吸入口とを有し、
これら内気吸入口および外気吸入口が合流する位置に、内気および外気の切替え又は内気および外気の流量配分を調整する内外気流量調整ダンパが設けられ、
該内外気流量調整ダンパの空調ユニット内空気流れにおける下流に前記内気側熱交換器が配置されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の車両用空調機。
前記内気側熱交換器は、鉛直方向に対して傾斜させて配置されていることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の車両用空調機。
前記車内熱交換器の空調ユニット内空気流れにおける下流には、該熱交換器を通過した空気の温度を検出する車内熱交換器用温度センサが設けられていることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の車両用空調機。
冷媒を圧縮する圧縮機と、
該圧縮機に接続され、車室内空調ユニットに配置されるとともに、暖房時には凝縮器として動作する車内熱交換器と、
該車内熱交換器に接続され、冷媒を減圧する絞り弁と、
該絞り弁に接続され、車室内の内気が通過する位置に配置されるとともに、暖房時には蒸発器として動作する内気側熱交換器と、
該内気側熱交換器に接続され、車外に配置されるとともに、暖房時には蒸発器として動作する車外熱交換器と、
前記圧縮機の冷媒流れにおける下流側に配置され、前記車内熱交換器側または前記車外熱交換器側に冷媒の流れを切り替える冷媒切替弁と、
を有する車両用空調機の制御方法において、
暖房時に、前記内気側熱交換器の温度が前記内気の露点以下となるようにすることを特徴とする車両用空調機の制御方法。
前記圧縮機の回転数と、前記絞り弁の開度とを調整することによって、前記内気側熱交換器の温度を調節することを特徴とする請求項８記載の車両用空調機の制御方法。
前記内気を吸入する内気吸入口と、車室外の外気を吸入する外気吸入口とを有し、これら内気吸入口および外気吸入口が合流する位置に、内気および外気の切替え又は内気および外気の流量配分を調整する内外気流量調整ダンパが設けられ、
車室内および車室外の温度を検出し、
これらの温度差に基づいて前記内外気流量調整ダンパの開度を制御することを特徴とする請求項８に記載の車両用空調機の制御方法。
前記内気側熱交換器を通過した空気の温度を検出し、
前記車内熱交換器を通過した空気の温度を検出し、
これらの温度に基づいて前記車内熱交換器を通過した空気の湿度を算出し、
この湿度に基づいて、前記内外気流量調整ダンパの開度を制御することを特徴とする請求項１０記載の車両用空調機の制御方法。
車両外の空気と車両内の空気を導入する空気流路を形成するとともに、当該空気流路において導入した空気を調和する複数の熱交換器を内部に設けた空調ユニットを備える車両用空調機であって、
前記複数の熱交換器のうち少なくとも一つが冷房時に吸熱、暖房時に放熱の機能を切り替える車内熱交換器であって、少なくとも一つが当該車内熱交換器よりも前記空気流路において上流側に配置され、導入した前記車両内の空気に対して冷房時に放熱、暖房時に吸熱の機能を切り替える内気側熱交換器であることを特徴とする車両用空調機。