JPH0241917A - 車両用ヒー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、通風ダクト内の温水式ヒータの下流に冷凍サ
イクルの第１熱交換器および第２熱交換器を配設した車
両用ヒートポンプ式冷暖房装置に関する。

［従来の技術］ 従来より、エンジン冷却水を水冷媒熱交換器によって暖
房用熱源として吸収することができる車両用ヒートポン
プ式冷暖房装置が存在する。

この車両用ヒートポンプ式冷暖房装置の冷凍サイクル１
００は、第３図に示すように、冷媒圧縮機１０１、冷房
運転時に冷媒凝縮器として働く車室外熱交換器１０２、
受液器１０３、膨張弁１０４、冷房運転時に冷媒蒸発器
として働き、暖房運転時に冷媒凝縮器として働く車室内
熱交換器１０５、膨張弁１０６、暖房運転時に冷媒蒸発
器として働く水冷媒熱交換器１０７、およびこれらを環
状に連結する冷媒配管１０８を備えている。また、冷凍
サイクル１００には、冷媒の流通方向を冷房運転時と暖
房運転時とで逆転させるために、四方弁１１１、電磁弁
１１２、１１３および逆止弁１１４．１１５が所定の場
所に組み込まれている。

ここで、上記冷凍サイクル１００の水冷媒熱交換器１０
７は、エンジン冷却水を暖房用熱源として吸収するため
に、エンジン１０９の冷却用つオータジャケッ１〜に連
通ずる冷却水配管１１０内に設置されている。

「発明が解決しようとする課題］ しかるに、上記構成の従来の車両用ヒートポンプ式冷曖
房装置は、腐食等により水冷媒熱交換器１０７または冷
媒配管１０８に穴が開き、冷却水配管１１０の中に冷媒
が流入するとい、う不具合が生じる。

冷却水配管１１０の中に冷媒が流入すると、冷媒によっ
てエンジン冷却水が押し出され、冷却水配管１１０中の
内部圧力の」、昇によって、冷却水配管１１０が外れた
りして、エンジン冷却水が漏出するという恐れがあった
。

本発明は、たとえ第２熱交換器等に穴が開いたとしても
エンジン冷却水の漏出を防止でき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。

［課題を解決するための手段］ 本発明の車両用ヒーＩ・ポンプ式冷暖房装置は、車室内
に向かって空気を送るための通風ダクトと、 該通風ダクト内に配設され、エンジン冷却水の保有する
排熱を放熱する温水式ヒータと、前記通風ダクト内の前
記温水式ヒータの下流に配設されるとともに、冷房運転
時に通過する空気を冷却する冷媒蒸発器として働き、暖
房運転時に通過する空気を加熱する冷媒凝縮器として働
く第１熱交換器、および前記通風ダクト内の前記温水式
ヒータの下流に配設されるとともに、暖房運転時に通過
する空気を冷却する冷媒蒸発器として働く第２熱交換器
を具備する冷凍サイクルとを備えた構成を採用した。

［作用および発明の効果］ 本発明の車両用ヒートポンプ式冷暖房装置は上記構成に
よりつぎの作用および効果を有する。

暖房運転時に通過する空気を冷却する冷媒蒸発器として
働く第２熱交換器を通風ダクト内の温水式ヒータの下流
に配設しており、空気を介してエンジン冷却水と冷媒と
を熱交換しているため、たとえ第２熱交換器等に穴が開
いたとしても、エンジン冷却水の漏出を防止することが
できる。

［実施例］ 本発明の車両用ヒートポンプ式冷暖房装置の実施例を第
１図および第２図に基づき説明する。

第１図は本発明の第１実施例を適用した自動小用ヒート
ポンプ式冷暖房装置の冷凍サイクルを示す。

１は自動市川ヒートポンプ式冷暖房装置（以下冷暖房装
置と略する）を示す。

冷暖房装置１は、車室（図示せず）内に向って空気を送
るための通風ダクト２と、エンジン冷却水が循環する温
水回路４と、冷媒の循環方向を逆転して、冷房運転と暖
房運転とが切換可能な冷凍サイクル５とを備えている。

通風ダクト２は、空気流の上流に車室外の空気を導入す
るための導入口２１が形成され、空気流の下流に車室内
に空気を吹き出すための吹出口（図示せず）が形成され
ている。また、通風ダクト２内には、空気流の上流より
下流に向かって順次、送風機３、温水回路４の温水式ヒ
ータ４１、および冷凍サイクル５の第１熱交換器５１お
よび第２熱交換器５２が配設されている。

送風機３は、導入口２１より空気を導入し、通風ダクト
２内において車室内に向かう空気流を発生さぜるファン
３１、および該ファン３１を駆動する駆動モータ３２を
有する。

温水回路４は、エンジン１０の冷却用ウォータジャケッ
ト内で暖められたエンジン冷却水が冷却水配管４２を経
て供給されるものである。また温水回路４は、温水式ヒ
ータ４１およびつオータバルブ４３とを備える。

温水式ヒータ４１は、通風ダクト２内において第１熱交
換器５１および第２熱交換器５２の空気流の上流に配設
され、エンジン冷却水が保有する高温のエンジン排熱を
放熱することにより、通過する空気を加熱し、車室内を
暖房する。

つオータバルブ４３は、冷却水配管４２に設けられ、温
水式ヒータ４１へのエンジン冷却水の通水量を制御する
。このつオータバルブ４３は、操作パネルに取付けられ
た冷暖房切換レバー（図示せず）が冷房運転に設定され
たＴ／ｆｐ閉弁して温水式ヒータ４１へのエンジン冷却
水の供給を阻止し、暖房運転に設定された際開弁して温
水式ヒータ４１ヘエンジン冷却水を供給する。

冷凍サイクル５は、第１熱交換器５１、第２熱交換器５
２、冷媒圧縮機５３、冷媒凝縮器５４、受液器５５、冷
媒の減圧装置をなす暖房用温度作動式膨張弁５６、冷媒
の減圧装置をなす冷房用温度作動式膨張弁５７、逆止弁
５８．５９、電磁式開開弁（以下電磁弁と略す）６０．
６１、四方弁６２、およびこれらを接続する冷媒配管６
３を具備する。

第１熱交換器５１は、通風ダクト２内において温水式ヒ
ータ４１の空気流の下流に配設され、暖房運転時に冷媒
圧縮機５３から供給された高温、高圧の気相冷媒を冷却
して凝縮させる冷媒凝縮器として働く。ファン３１によ
り吸引された冷たい空気は、第１熱交換器５１を通過す
ることによって加熱される。

また、第１熱交換器５１は、冷房運転時に膨張弁５７か
らの低温、低圧の霧状冷媒を周囲の空気を吸熱すること
により蒸発させる冷媒蒸発器として（至）く。ファン３
１により吸引された暖かい空気は、第１熱交換器５１を
通過することによって冷却される。

第２熱交換器５２は、通風ダクト２内において第１熱交
換器５１の空気流の下流に配設され、電磁弁６０が開弁
じている冷房運転時、および暖房運転時に膨張弁５６か
らの低温、低圧の霧状冷媒を温水式ヒータ４１および第
１熱交換器５１を通過した高温の空気を吸熱することに
より蒸発させる冷媒蒸発器として働く。

冷媒圧縮機５３は、電磁クラッチを介してエンジン１０
によって駆動され、吸引口６４より吸引した冷媒を圧縮
して吐出口６５より吐出する。

冷媒凝縮器５４は、エンジンルーム等の車室外に配され
、冷房運転時にのみ冷媒圧縮機５３から供給された高温
、高圧の気相冷媒をファン６６により吹き付けられた車
室外の空気で冷却して凝縮させる。

受液器５５は、冷媒凝縮器５４または第１熱交換器５１
で液化した冷媒を冷房負荷に応じて、液相冷媒のみを第
１熱交換器５１または第２熱交換器５２に供給できるよ
うに一時的に蓄える。

膨張弁５６．５７は、受液器５５を通ってきた高温、高
圧の液相冷媒を小さな孔から噴射させることにより急激
に膨張させて、低温、低圧の霧状の冷媒にする。

逆止弁５８は、冷媒凝縮器５４から冷媒配管６３を介し
て受液器５５に向かう冷媒を通過させ、第１熱交換器５
１から冷媒配管６３を介して冷媒ａ２縮器５４に向かう
冷媒の通過を阻止する。

逆止弁５９は、第１熱交換器５１から冷媒配管６３を介
して受液器５５に向かう冷媒を通過させ、冷媒凝縮器５
４から冷媒配管６３を介して第１熱交換器５１に向かう
冷媒の通過を阻止する。

電磁弁６０は、暖房運転時に開弁じた際に、第２熱交換
器５２へ冷媒を供給する。電磁弁６０は、冷房運転時に
開弁した際に、第２熱交換器５２へ冷媒を供給し、冷房
運転時に閉弁した際に、第２熱交換器５２への冷媒の流
入を阻止する。

電磁弁６１は、暖房運転時に閉弁して冷媒凝縮器５４へ
の冷媒の流入を阻止し、冷房運転時に開弁じて冷媒凝縮
器５４へ冷媒を流入させる。

四方弁６２は、冷凍サイクル５の冷媒配管６３内の冷媒
の循環方向を逆転して、冷凍サイクル５の冷房運転（実
線）と暖房運転（破線）とを切換るものである。

本実施例の温水回路４および冷凍サイクル５の作用を第
１図に基づき説明する。

■、冷房運転時 冷暖房切換レバーが冷房運転に設定されると、電磁クラ
ッチのオンにより冷媒圧縮機５３がエンジン１０により
駆動され、またファン３１およびファン６６がオンされ
、さらに電磁弁６０が閉弁し、電磁弁６１が開弁する。

そして、温水回路４のつオータバルブ４３が閉弁され、
温水式ヒータ４１へのエンジン冷却水の供給が阻止され
、温水式ヒータ４１においてエンジン冷却水が保有する
高温のエンジン排熱の放熱が阻止される。

冷媒圧縮機５３で圧縮され、吐出口６５より吐出された
高温、高圧の気相冷媒は、冷房運転側に切換わっている
四方弁６２、および開弁している電磁弁６１を通過して
直接冷媒凝縮器５４に流入する。この冷媒は、ファン６
６により吹き付けられる低温の冷却風と熱交換して冷却
され、高圧の液相冷媒に凝縮される。

凝縮された液相冷媒は、逆止弁５８を通過し逆止弁５９
に阻止されて、受液器５５に流入する。受液器５５で気
相冷媒と液相冷媒とに分離され、電磁弁６０が閉弁状態
であるので、液相冷媒のみが膨張弁５７に流入し、断熱
膨張されて低温、低圧の霧状冷媒となり、第１熱交換器
５１に流入する。第１熱交換器５１に流入した冷媒は、
高温、低圧の気相冷媒となる。

このとき、第１熱交換器５１の周囲の空気が、冷却され
、ファン３１により熱交換に寄与しない第２熱交換器５
２を通過し吹出口から車室内に吹き出され、車室内が冷
房される。そして、第１熱交喚器５１より流出した気相
冷媒は、四方弁６２を通過して冷媒圧縮機５３の吸引口
６４へ吸い込まれる。

上記冷房運転を繰り返すことにより車室内が冷房される
。

また、電磁弁６０が開弁されている時には、第１熱交喚
器５１および第２熱交換器５２の両方が冷媒蒸発器とし
て働き、第１熱交換器５１のみを冷媒蒸発器として働か
せる場合より冷房能力を増大させることができる。この
ように、電磁弁６０を開弁または閉弁することによって
、第１熱交換器５１および第２熱交換器５２の両方を冷
媒蒸発器として働かせる場合と、第１熱交換器５１のみ
を冷媒蒸発器として働かせる場合との２通りの制御を行
うことができるので、空気の吸熱量を２段階に制御でき
る。

この効果が必要のない時には、電磁弁６０を省略して冷
房運転時に第１熱交換器５１および第２熱交換器５２の
両方を常時冷媒蒸発器として働かせる。

■、暖房運転 ユーザが冷暖房切換レバーを暖房運転に設定すると、電
磁クラッチのオンにより冷媒圧縮機５３が駆動され、フ
ァン３１がオンされ、ファン６６がオフされ、電磁弁６
０が開弁し、電磁弁６１が閉弁する。

温水回路４のウォータバルブ４３は、開弁される。

このとき温水回路４では、エンジン１０のウォータジャ
ケット内で暖められたエンジン冷却水がウォータバルブ
４３を通過して温水式ヒータ４１内へ流入する。このと
き、温水式ヒータ４１内に流入したエンジン冷却水によ
り、温水式ヒータ４１を通過する空気が暖められる。そ
して、温水式ヒータ４１内のエンジン冷却水は、」・、
述したごとく通風ダクト２内に吸引される空気を加熱し
た後、再度エンジン１０のウォータジャケット内に流入
する。

エンジン１０により駆動される冷媒圧縮機５３で圧縮さ
れ、吐出口６５より吐出された高温、高圧の気相冷媒は
、暖房運転側に切換わっている四方弁６２を通過して直
接第１熱交換器５１に流入し、高圧の液相冷媒に凝縮さ
れる。このとき、凝縮熱により温水式ヒータ４１で加熱
された空気を再度加熱する。

凝縮された液相冷媒は、逆止弁５９を通過し逆止弁５８
に阻止されて、受液器５５に流入する。受液器５５で気
相冷媒と液相冷媒に分離され、液相冷媒のみが開弁して
いる電磁弁６０を通過し膨張弁５６に流入し、断熱膨張
され、低温、低圧の霧状冷媒となり、第２熱交換器５２
に流入する。冷媒は、第２熱交換器５２を通過する間に
、温水式ヒータ４１において放熱されたエンジン冷却水
が保有する高温のエンジン排熱、および第１熱交換器５
１において加熱された空気から吸熱することにより暖房
用熱エネルギーを蓄えた気相冷媒となる。

ここで、ファン３１により車室外から通風ダクト２内に
吸引された空気（例えば−２０°Ｃ１２００ｍ　’／Ｈ
）は、エンジン冷却水が保有する高温のエンジン排熱に
より暖められることによって、温水式ヒータ４１を通過
する間に１０℃まで」−昇する（例えばエンジン冷却水
の水温２０℃・１０ρ／ｌｌ１ｉｎの場合）。

つぎに、温水式ヒータ４１を通過した空気は、冷媒凝縮
器として働く第１熱交換器５１に流入し、空気が冷媒よ
り熱を奪い、再度加熱され、６５°Ｃまで上昇する。

つぎに、第１熱交換器５１を通過した空気は、冷媒蒸発
器として働く第２？ｌ！Ｊ、交換器５２に流入する。

このとき、第２熱交換器５２の吸熱量が従来のヒートポ
ンプ式冷暖房装置より著しく大きくなっている（従来の
水冷媒熱交換器１０７の場合にはエンジン冷却水の水温
２０℃、本実施例の場合には第１熱交換器５１の吹出温
６５℃）ので、冷媒圧縮機５３の仕事量が大きくなり、
６５℃から３５℃まで冷却される。

つまり、冷媒蒸発器として働く第２熱交換器５２の吸熱
量を大きくすることによって、冷媒圧縮機５３の仕事量
が大きくなり、さらに冷媒７ａｍ器として働く第１熱交
換器５１の放熱量が増大するため、従来の車両用ビート
ポンプ式冷暖房装置の冷凍サイクル１００の暖房能力よ
り著しく向上する。さらに、エンジン冷却水の水温が土
、昇すればするほど車室内への吹出温を上昇させること
ができる。

したがって、水温２０℃のエンジン冷却水を空気を介し
て第１熱交換器５１と第２熱交換器５２とで冷媒と熱交
換することによって、吹出温が３５℃の空気が車室内に
吹き出される。このため、単にエンジン冷却水のみを熱
源とする冷暖房装置とは異なり、冷媒圧縮機５３の仕事
量も冷媒に熱エネルギーとして付与され、暖房能力がエ
ンジン冷却水の吸熱量＋冷媒圧縮機５３の仕事量となる
ので、従来の冷暖房装置と比較して暖房能力を向上する
ことができる。

そして、３５℃の空気は、ファン３１により吹出口から
車室内に吹き出される。したがって、車室内は暖房され
る。この気相冷媒は、冷媒圧縮機５３の吸引口６４へ吸
い込まれる。

上記暖房運転を繰り返すことにより車室内が暖房される
。

さらに、本実施例では、暖房運転時に冷媒蒸発器として
働く第２熱交換器５２を通風ダクト２内の温水式ヒータ
４１の空気流の下流に配設しており、空気を介してエン
ジン冷却水と冷媒とが熱交換するため、たとえ第２熱交
換器５２等に腐食等により穴が開いたとしても冷却水配
管４２内に冷媒が流入することはない。

すなわち、冷媒によってエンジン冷却水か押し出され、
冷却水配管４２中の内部圧力の士、昇による冷却水配管
４２の外れが防止できるので、エンジン冷却水の漏出を
防止できる。このため、エンジン冷却水の不足によるエ
ンジン１０の故障等の不具合を未然に防止できる。

第２図は本発明の第２実施例に採用された自動車用ヒー
トポンプ式冷暖房装置の冷凍サイクルを示す。

（第１実施例と同−機能物は同番号を付す）本実施例で
は、第１熱交換器５１を通風ダクト２内において第２熱
交換器５２の空気流の下流に配設している。

車室外より通風ダクト２内にファン３１により吸引され
た空気（例えば−２０℃、２００ｍ’　／Ｈ）は、エン
ジン冷却水の保有する高温のエンジン排熱（例えばエン
ジン冷却水の水温２０℃・１０ｊ　／ｍ１ｎ）によって
、温水式ヒータ４１を通過する間に１０℃まで１１昇す
る。つぎに、温水式ヒータ４１を通過した空気は、冷媒
蒸発器として働く第２熱交換器５２で０℃に冷却される
。

つぎに、第２熱交換器５２を通過した空気は、冷媒凝縮
器として働く第１熱交換器５１で２５℃程度に加熱され
る。そして、第１熱交換器５１で２５℃程度に加熱され
た空気は、ファン３１により吹出口から車室内に吹き出
される。したがって、車室内は暖房される。本実施例で
は、第１熱交換器５１における吸熱量が第１実施例より
も小さいので、暖房能力自体小さくなるが、エンジン冷
却水の水温以上に車室内への吹出温を上昇さぜることが
できる。

［他の実施例］ 本実施例では、冷房運転時に電磁弁により温水式ヒータ
へのエンジン冷却水の供給を阻止したが、エアミックス
ダンパおよび冷風バイパス路を温水式ヒータの上流側に
配設して冷房運転時にエアミックスダンパにより温水式
ヒータへの空気の供給を阻止しても良い。

本実施例では、冷房運転時に電磁弁により温水式ヒータ
へのエンジン冷却水の供給を阻止したが、冷却水配管に
温水式ヒータを迂回するバイパス配管を配設して冷房運
転時にエンジン冷却水をバイパス配管に流すことにより
温水式ヒータへのエンジン冷却水の供給を阻止しても良
く、また通風ダクトに温水式ヒータを迂回するバイパス
ダクトを配設して冷房運転時に空気をバイパスダクトに
流すことにより温水式ヒータへの空気の供給を阻止して
も良い。

本実施例では、冷房運転時に電磁弁により第２熱交換器
への冷媒の供給を阻１したが、ダンパ部材を第２熱交換
器の上流側に配設して冷房運転時にダンパ部材により第
２熱交ＩＩＩ！器への空気の供給を阻止しても良い。

本実施例では、四方弁と凝縮器との間に電磁弁を配設し
たが、四方弁と凝縮器との間の電磁弁を省略しても良い
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例に採用された自動車用ヒー
１〜ポンプ式冷暖房装での冷凍サイクルを示す概略図、
第２図は本発明の第２実施例に採用゛　された自動車用
ヒートポンプ式冷暖房装置の冷凍サイクルを示す概略図
、第３図は従来の車両用ビートポンプ式冷暖房装置の冷
凍サイクルを示す概略図である。 図中 １・・・自動車用ヒートポンプ式冷暖房装置　２・・・
通風ダクト　５・・・冷凍サイクル　１０・・・エンジ
ン４１・・・温水式ヒータ　５１・・・第１熱交換器　
５２・・・第２熱交換器

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １） 　（ａ）車室内に向かって空気を送るための通風ダクト
   と、 　（ｂ）該通風ダクト内に配設され、エンジン冷却水の
   保有する排熱を放熱する温水式ヒータと、 　（ｃ）前記通風ダクト内の前記温水式ヒータの下流に
   配設されるとともに、冷房運転時に通過する空気を冷却
   する冷媒蒸発器として働き、暖房運転時に通過する空気
   を加熱する冷媒凝縮器として働く第１熱交換器、および
   前記通風ダクト内の前記温水式ヒータの下流に配設され
   るとともに、暖房運転時に通過する空気を冷却する冷媒
   蒸発器として働く第２熱交換器を具備する冷凍サイクル
   とを備えた車両用ヒートポンプ式冷暖房装置。