JPH0214915A - 車両用空気調和装置 - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） この発明は、床下に形成した収容空間に空調機を据付け
て、車内を冷暖房するようにした車両用空気調和装置に
関する。

（従来の技術） 床下に収容空間をもつハイデツカ−タイプの車両では、
収容空間に冷暖房運転可能なヒートポンプ式の空調機を
据付けるが、車体の窓枠部を構成する骨部材間から、限
られた高さおよび奥行きの収容空間へ空調機を入れる都
合上、空調機の幅寸法、奥行き寸法および高さ寸法など
が制限される。

そのため、ハイデツカ−車に据付ける場合、個々が小形
ですむセパレート式の空調機（室内機と室外機とに分れ
るもの）、例えば１台の室内機と２台の室外機とを組合
わせた空調機を収容空間に据付けることが行なわれてい
る。

ところが、ヒートポンプ式の空調機は、低外気温におけ
る暖房運転時の暖房能力が低下が著しく、外気温によっ
ては良好な暖房ができないばかりか、室外機の室外側熱
交換器に霜が着いて（湿度が高いとき）しまう難点をも
っている。

そこで、従来では、室内機に補助ヒータを設けたり、除
霜運転（暖房とは逆の冷房運転によって霜を溶かす）を
したりすることが行なわれている。

（発明が解決しようとする課題） ところが、補助ヒータを設けたものは、かなり冷凍サイ
クルの能力が低下するために、着霜時の室内機の吹出温
度の低下は避けられない。また除霜運転は、運転中、暖
房効果が期待できないから、車内温度の低下をきたし、
いずれも良いものではなかった。

なお、直接的に座席に座る人に対して熱を与えるように
、座席下に電気ヒータを設けることも行なわれているが
、この電気ヒータの設置は見栄え。

座席の機能１面で好ましいものではない。

この発明はこのような事情に着目してなされたもので、
その目的とするところは、座席にヒータを装着せず、低
外気温時および着霜時、暖房能力を低下させることなし
に冷凍サイクルで車内を暖房することができる車両用空
気調和装置を提供することにある。

［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） 上記目的を達成するために、この発明の車両用空気調和
装置は、床下の収容空間に設けた室外機の室外側熱交換
器の吸込側に加熱ヒータを設け、また室外機の周囲に前
記収容空間の壁部、前記室外機および前記車両の床で囲
まれる空間を用いてループ状の風路を構成し、この風路
の前記室外側熱交換器の吸込側に外気取入路を設け、ま
た風路の前記室外側熱交換器の吹出側に排気路を設け、
この排気路および外気取入路に常開の開閉装置を設け、
かつこの開閉装置および加熱ヒータを制御し、低外気温
の暖房運転時および前記室外側熱交換器に霜が着いたと
き、前記開閉装置を閉じ側に作動、前記加熱ヒータを発
熱動させる制御手段を設ける。

（作用） この発明の車両用空気調和装置によると、例えば暖房運
転中、低外気温、室外側熱交換器に着霜が生じると、外
気取入口および排気口が「閉」となって、室外機の周囲
に室外側熱交換器を通る閉ループを構成していく。そし
て、この閉ループと共に発熱動する加熱ヒータによって
、上記閉ループを循環する風を加熱し、室外側熱交換器
に熱を与えていく。これにより、加熱ヒータの熱を室内
機へ送って、高い吹出温度の温風を維持する。

また暖房効果を損わずに室外側熱交換器に若いた霜を溶
かすようにする（除霜）。

（実施例） 以下、この発明を第１図ないし第６図に示す第１の実施
例にもとづいて説明する。第１図および第２図中、１は
ハイデツカ−タイプの列車車両の車体、２はその車体１
の床１ａの下に形成された収容空間である。この収容空
間２は、仕切壁部２ａで、例えば前後方向に対して３つ
に分割されている。なお、収容空間２の内側は断熱処理
されているものである。そして、この分割された収容空
間２のそれぞれに空調機４が同じ状態で据付けられてい
る（１台の空調機４のみ図示）。空調機４には、いずれ
も１台の室内機５と２台の室外機６ａ、６ｂとを組合わ
せてなるセバレー、ト式が用いられている。そして、そ
の１つの構成が第３図に示されている。

すなわち、室内機５には、例えば両側に吹出ロアａおよ
び吸込ロアｂ（第１図に図示）を設けてなる偏・平な筺
体７内に、例えば２段に熱交換器８ａ、８ｂを重ねてな
る室内側熱交換器８と室内ファン９とを設けた構造が用
いられている。むろん、室内側熱交換器８は吹出ロアａ
と吸込ロアｂの間に所定に配置される。

また室外機６ａは、圧縮機１０ａに、四方弁１１ａ、室
外ファン１２ａを付帯した室外側熱交換器１３ａ、逆止
弁１４ａと暖房用キャピラリーチニーブ１５ａ（暖房用
の減圧装置）、冷房用キャピラリーチューブ１６ａ（冷
房用の減圧装置）を接続してなる室外側回路１７ａを偏
平な筺体１８ａ内に内装する。そして、この室外側熱交
換器１３ａの風上側となる吸込側に電気ヒータ１９（加
熱ヒータ）を設けた構造となっている。むろん、電気ヒ
ータ１９には風が流通できる構造のものが使用されてい
る。なお、室外機６ｂは室外機６ａと同じ構成なので、
番号の後尾に区別するための符号ｒｂＪを付して、その
説明を省略する。

そして、室外機６ａの冷媒管が上記室内機５の熱交換器
８ａに接続され、また室外機６ｂの冷媒管が残る室内機
５の熱交換器８ｂに接続され、それぞれ冷暖房運転可能
なヒートポンプ式の冷凍サイクルを構成している。また
それぞれ室内側回路１７ａ、１７ｂには、室外側熱交換
器１３ａ。

１３ｂおよび暖房側キャピラリ−チューブ１５ａ間の冷
媒管部分と、冷房用キャピラリーチューブ１６ａ、１６
ｂおよび熱交換器８ａ、８ｂ間の冷媒管部分との間に、
開閉弁２０ａ、２０ｂを介装したバイパス路２１ａ、２
１ｂが接続されていて、開閉弁２０ａ、２０ｂの開閉に
より、ヒートポンプサイクルによる暖房運転と、上記電
気ヒータ１９ａ、１９ｂの熱を加熱源に使用した冷媒加
熱サイクルによる暖房運転とに切換えられるようにして
いる。

そして、第１図に示すように、こうした空調機４の室内
機５が、収容空間２の中央部に、吹出ロアａ、吸込ロア
ｂ側を車幅方向に配置した状態で据付けられている。な
お、筺体７の吹出ロアａ。

吸込ロアｂを除く上下部と収容空間２の上下部とは密接
している。そして、残る２つの室外機６　ａ　。

６ｂが、室内機５を挟むようにして収容空間２の前後部
に、吹出口、吸込口（いずれも図示しない）を車幅方向
に向けた状態で、互いに点対称の関係となるように据付
けられている。詳しくは、右側の室外機６ａは、第１図
において吹出側を下側に配置し、吸込側を上側に配置し
て据付けられる。

また左側の室外機６ｂは、逆に吹出側を上側に配置し、
吸込側を下側に配置して据付けられる。

また、隣接する室内機５と室外機６ａ、６ｂとの隙間、
室外機６ａ、６ｂと収容空間２の端壁部との隙間には、
収容空間２内を車幅方向で２分割するようにゴム製の仕
切板２２ａ〜２２ｄが介装されている。そして、この仕
切りにより、第６図にも示されるように室外機６ａ、６
ｂの周囲に、収容空間２の壁部、室外機６ａ、６ｂ、床
１ａ、さらには室内機５で囲む空間を用いた、ループ状
の風路２３を構成できるようにしている。

一方、第５図および第６図でも示されるように室外機６
ａ、６ｂの吸込口と対向する収容空間２の車幅方向の側
壁部分には、風路２３と外部とを連通ずる外気取入口２
４（外気取入路に相当）が設けられている。さらにまた
室外機６ａ、　　６ｂの吹出口と対向する収容空間２の
車幅方向の側壁部分には、風路２３と外部とを連通ずる
排気口２５（排気路に相当）が設けられている。なお、
外気取入口２４および排気口２５には空調機５を搬入す
るための開口を利用している。そして、これら外気取入
口２４．排気口２５には、電動ダンパー付がらり蓋２６
（常開の開閉装置に相当し、以下、単にがらり扉２６と
称す）が設けられている。また室内機５の車幅方向側部
と収容空間２の車幅方向の側壁部との間に形成された隙
間部分２ｂには、例えば回動式のダンパー２７がそれぞ
れ設けられている。

そして、第４図に示される制御系を用いて、こうしたダ
ンパー２７、がらり蓋２６の開閉、上記電気ヒータ１９
の作動、さらには開閉弁２０ａ。

２０ｂの作動などを制御して、低外気温時の暖房運転、
ならびに着霜時の暖房能力の低下を防ぐようにしている
。

すなわち、制御系について説明すれば、２８は制御部（
マイクロコンピュータおよびその周辺回路よりなるもの
で、制御手段に相当）である。そして、この制御部２８
に、室外機６ａ、６ｂの機器がそれぞれ接続されている
。また制御部２８には、この他、車外の温度を検知する
車外温度センサー２９（外気が流れる部位に設置）、車
内の温度を検知する車内温度センサー３０（座席３１が
据付けて有る車内３２内に設置）、室外側熱交換器１３
ａ、１３ｂの温度を検知する室外熱交温度センサー３３
（室外側熱交換器１３ａ、１３ｂに設置）が接続されて
いる。そして、制御部２８は、能力の低下をきたさない
温度、すなわち例えば外気温が「平衡温度（負荷と能力
のバランス点となる温度）＋５℃（余裕分）」以上のと
きは、冷暖のいずれも電気ヒータ１９を「ＯＦＦ」、開
閉弁２０ａ、２０ｂを「閉」、がらり蓋２６を「全開」
、ダンパー２７を「閉」にして、冷凍サイクルのみで冷
暖房運転を行なうようにしている。つまり、第５図のよ
うに室外側熱交換器１３ａ。

１３ｂにそれぞれ外気を流通させる方向に風路２３を切
換えて、室外側熱交換器１３ａ、１３ｂを外気と熱交換
させるようにしている。また制御部２８は、それ以下の
温度となる暖房のときは、電気ヒータ１９をｒＯＮＪ、
ＪＩＪ閉弁２０ａ。

２０ｂを「開」、がらりＭ２６を「全開」、ダンパー２
７を「開」にし、暖房運転を行なうようにしている。つ
まり、第６図のように空気が室外側熱交換器１３ａ、１
３ｂを閉ループ状に循環する方向に風路２３を切換える
とともに、その外気と触れずに循環する空気を電気ヒー
タ１９で加熱して、室外側熱交換器１３ａ、１３ｂを加
熱ヒータ１９の熱と熱交換させるようにしている。そし
て、さらに効率を高めるべく、室内側熱交換器８で凝縮
した冷媒をバイパス路２１ａ、２１ｂを通して室外側熱
交換器１３ａ、１３ｂへ直接に導く冷媒加熱サイクルを
構成するようにしている。

そして、この運転モードを、このような低外気温時の暖
房運転の他、室外側熱交換器１３ａ。

１３ｂに着霜が生じたときにも、動作させるようにして
いる。すなわち、制御部２８は、室外熱交温度センサー
３３から、室外側熱交換器１３ａに「着霜」　（外気温
が３〜４℃で着霜し始める）が生じたことを示す温度情
報が出力されると、除霜が必要と判断して、先のヒータ
熱と熱交換する冷媒加熱サイクルを構成するようにもな
っている。

なお、室外ファン１２ａ、１２ｂは、室外熱交温度セン
サー３３の検知温度に応じて回転数が可変（風量可変）
されるようになっていて、常に最適な条件で熱交換を行
なえるようにしている。

但し、室内機５の吹出ロアａおよび吸込ロアａは、吹出
ダクト４０および戻りダクト（図示しない）を介して車
内３２内と連通している。

つぎに、このように構成された車両用空気調和装置の作
用を説明する。

制御部２８に接続された操作部（図示しない）を「暖房
側」にセットし、設定温度を設定する。

すると、制御部２８から室内機５．室外機６ａ。

６ｂに「ＯＮ」指令が出力され、圧縮機１０ａ。

１０ｂが最大の電源周波数で駆動（始動時のため）する
とともに、室内ファン９および室外ファン１２ａ、１２
ｂが作動していく。

ここで、車外温度センサー２９からの出力と「平衡温度
＋５℃」との比較によって、外気の温度から暖房に必要
な熱が十分に有ると制御部２８で判断すると、制御部２
８は電気ヒータ１９をｒＯＦＦＪ、開閉弁２０ａ、２０
ｂを「閉」、がらり蓋２６を「全開」、ダンパー２７を
「閉」にしていく。

すると、圧縮機１０ａ、１０ｂから吐出した冷媒は、四
方弁１１　ａ、　　１　ｌ　ｂ、室内側熱交換器８、冷
房用キャピラリチューブ１６　ａ、　　１６　ｂｓ暖房
用キャピラリチューブ１５ａ、１５ｂおよび室外側熱交
換器１３ａ、１３ｂを順に流れていく。また、それと共
に風路２３は、第５図に示されるように室外熱交換器１
３ａ、１３ｂに外気が独立して流通する風路形態Ａに切
換えられていく。

しかるに、室外機６ａ、６ｂを流れる新鮮外気が、それ
ぞれ室外側外側熱交換器１３ａ、１３ｂと熱交換する２
系統のヒートポンプサイクルが構成され、車内３２を暖
房していく。

一方、これに対し、外気には暖房に必要な熱が無いと制
御部２８で判断すると、制御部２８は電気ヒータ１９を
ｒＯＮＪ、開閉弁２０ａ、２０ｂを「開」、がらり蓋２
６を「全閉」、ダンパー２７を「開」にしていく。

すると、圧縮機１０ａ、１０ｂから吐出した冷媒は、四
方弁１１ａ、１ｌｂｓ室内側熱交換器８、バイパス路２
１　ａ、　　２１　ｂ、電気ヒータ１９で加熱された室
外側熱交換器１３ａ、１３ｂを順に流れていく。

またそれと共に第１図および第６図に示されるように室
外機６ａ、６ｂ　（含む室内機５）の周囲に、室外側熱
交換器１３ａ、１３ｂを通る略「Ｏ状」の閉ループ状の
風路形態Ｂが構成されていく。これにより、電気ヒータ
１９で、室外側熱交換器１３ａ、１３ｂと熱交換する空
気がロスなく高温に加熱されていく。

しかるに、熱ロスなく温度上昇した空気が、それぞれ外
側熱交換器１３ａ、１３ｂと熱交換する２系統の冷媒加
熱サイクル（電気ヒータ１９を熱源としたサイクル）が
構成されていく。

それ故、高い熱エネルギーが室内機５の室内側熱交換器
８に送られ、車内３２を高い吹出温度の温風で暖房して
いく。つまり、暖房能力の低下なく、暖房を行なうこと
ができる。

しかも、こうした低外気温のときの暖房運転中は、床下
の収容空間２の全体が電気ヒータ１９の熱で加熱される
から、一種の床暖房状態となり、車内３２を良好な温度
分布で暖房できる効果をもたらす。加えて、室外側熱交
換器１３ａ、１３ｂで吸収されない熱、すなわち熱ロス
も車体１へ熱伝導されて、暖房に有効に活用され、車内
１の上下の温度差を改善する働きをなしていく。むろん
、こうした暖房は座席下に補助ヒータが無いので、見栄
えもよく、また座席３１の機能性を損うようなことがな
くてすむ。

他方、上記ヒートポンプサイクルによる暖房運転中、室
外熱交温度センサー３３からの検知温度を受けて制御部
２８で、室外側熱交換器１３ａ。

１３ｂに霜が着いたと判断すると、先の低外気温時の暖
房運転と同じ運転モードに切換っていく。

すると、電気ヒータ１９で加熱された風で、室外側熱交
換器１３ａ、１３ｂに若いた霜を溶かしていく。

ここで、除霜中は、車内３２の温度が低下することが懸
念される。しかし、冷媒加熱サイクル（暖房運転）中の
室外側熱交換器１３ａ、１３ｂにヒータ熱を供給するも
のであるから、暖房効果を損わずして霜とりを行なうこ
とができる。つまり、暖房運転の中断なく、良好な暖房
を継続することができる利点もある。

但し、上述の説明では暖房について述べたが、冷房は上
述の風路形態Ａのもとで行なわれるものである。作用と
しては、冷媒の流れる方向が変るものであるから、その
詳細な説明は省略する。

なお、風路形態Ａ、風路形！！！Ｂの他に、両者の中間
のとなる状態を、がらり蓋２６およびダンパー２７の動
作から形成して、熱交換特性を変化させるようにしても
よい。

この発明は第１の実施例に限らず、第７図および第８図
に示す第２の実施例、第９図および第１０図に示す第３
の実施例、第１１図に示す第４の実施例のようにしても
よい。

すなわち、第２の実施例は室外機６ａ、６ｂの下部側に
ダンパー２７を設けて、第１の実施例と同様な風路切換
えを行なうようにしたものである。

但し、４０は吹出ダクト、４１は戻りダクト、４２は冷
媒管、４３は室外機６ａ、６ｂの吹出口。

吸込口（一方のみ図示）に装着されるフィルターである
。

第３の実施例は、ディーゼルエンジン５０を動力源とし
て動く気動車５１の排ガスの熱をヒータ熱に替って用い
たものである。具体的には、第１の実施例と同じ構造の
風路２３にディーゼルエンジン５０の排気管５０ａを連
通させる他、閉ループの風路２３を構成する際、風路２
３において排気管５０ａから最も離れた地点のがらり蓋
２６を「半開」の状態する構造を採用して、低外気温時
。

岩霜時にディーゼルエンジン５０から排気された高温の
排気ガスを室外側熱交換器１３ａ、１３ｂに循環させる
ようにしている。

第４の実施例は、車内３２の側壁３２ａの内部と風路２
３内とに渡リヒートバイブロ０を設け、かつヒートバイ
ブロ０の風路側の端部に複数の吸熱フィン６１を設けた
もので、風路２３内の熱をヒートバイブロ０を通じ側壁
に伝熱して、窓６２側で生じる外気による冷輻射（冬季
、夜間走行時など）を解消するようにしたものである。

なお、第２の実施例ないし第４の実施例において、第１
の実施例と同じものには同一符号を附して、その説明を
省略した。

また上述した実施例のいずれも、２台の室外機６ａ、６
ｂの廻りｌ風を循環させるようにしたが、むろん２台で
なく、室外機６ａ、６ｂの各１台づつの廻りに風を循環
させるようにしてもよい。

［発明の効果］ 以上説明したようにこの発明によれば、低外気温時およ
び管寄時、暖房能力を低下させることなしに冷凍サイク
ルで車内を暖房することができる。しかも、低外気温時
、若布時の暖房は暖房運転がそのまま継続されるうえ、
風路を流れる熱で体側か加熱される一種の床暖房状態と
なるから、車内を良好に暖房できる。そのうえ、室外側
熱交換器で吸収されない熱も車体へ熱伝導されるから、
ヒータ熱を暖房に有効に活用することができる利点もあ
る。

また座席にヒータを装着しないから、見栄えもよく、ま
た座席の機能性を損うようなことがなくてすむ。

【図面の簡単な説明】 第１図ないし第６図はこの発明の第１の実施例を示し、
第１図は車両用空気調和装置を示す平断面図、第２図は
その側面図、第３図は冷凍サイクル回路を示す構成図、
第４図は制御系を示すブロック図、第５図および第６図
は異なる風路内の風の流れを示す平断面図、第７図はこ
の発明の第２の実施例の車両用空気調和装置を示す斜視
図、第８図はその車体に搭載された空気調和装置の断面
図、第９図は第３の実施例の車両用空気調和装置を示す
断面図、第１０図はその平断面図、第１１図はこの発明
の第４の実施例の要部を示す斜視図である。 １・・・車体、１ａ・・・床、２・・・収容空間、４Ｃ
・・・空調機、５・・・室内機、６ａ、６ｂ・・・室外
機、８・・・室内側熱交換器、９・・・室内ファン、１
２ａ。 １２ｂ・・・室外ファン、１３ａ、１３ｂ・・・室外側
熱交換器、１９・・・電気ヒータ（加熱ヒータ）２３・
・・風路、２４・・・外気取入口（外気取入路）、つ ５・・・排気口 （排気路） ２６・・・電動ダンパー付 がらり蓋（常開の開閉装置） ２８・・・制御部 （制 御手段）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　車両の床下に形成された収容空間に設けた室内機と、
   この室内機と共に前記収容空間に設けられ当該室内機と
   組合って冷暖房運転可能なセパレート式の空調機を構成
   する室外機と、この室外機を構成する室外側熱交換器の
   吸込側に設けられた加熱ヒータと、前記収容空間の壁部
   ，前記室外機および前記車両の床で囲まれる空間を用い
   て前記室外機の周囲に構成した前記室外側熱交換器の吹
   出側および吸込側と連通するループ状の風路と、この風
   路の前記室外側熱交換器の吸込側に設けた外部に開口す
   る外気取入路と、前記風路の前記室外側熱交換器の吹出
   側に設けた外部に開口する排気路と、この排気路および
   前記外気取入路に設けられた常開の開閉装置と、低外気
   温の暖房運転時および前記室外側熱交換器に霜が着いた
   とき、前記開閉装置を閉じ側に作動させるとともに前記
   加熱ヒータを発熱動させる制御手段とを具備したことを
   特徴とする車両用空気調和装置。