JPH075825U - 自動車用空気調和装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 起動時や低負荷時の暖房性能不足を補いうる
電気自動車等に好適なヒートポンプ式の「自動車用空気
調和装置」を提供すること。 【構成】 通風ダクト２内の第１コンデンサ４の上流側
近傍にＰＴＣヒータ１５を配設する。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、空調用温水加熱源を持たない電気自動車等に好適な自動車用空気調 和装置に関し、特に暖房性能不足の解消を図ったものである。

【０００２】

【従来の技術】

最近では、地球環境等への影響に鑑み、電気自動車が注目されているが、この 電気自動車は、走行駆動源にバッテリー駆動の電気モータが使用されている。

【０００３】 この電気自動車は、一般のガソリン車等のように走行駆動源であるエンジンの 熱を熱源として車室内の空気調和を行う場合とは異なり、熱源の熱容量が極めて 小さい電気モータが走行駆動源であるため、この熱を利用して車室内の空気調和 を行う場合には、電気モータによりコンプレッサを駆動して行う冷房は比較的容 易に所定の能力が得られても、走行駆動源の熱を利用する暖房は所定の能力を得 ることが難しい。

【０００４】 そこで、電気自動車における車室内の空気調和は、走行駆動源の熱を利用しな い、いわゆるヒートポンプ式空気調和装置を用いて行うことが考えられている。 このヒートポンプ式空気調和装置を使用すると、車室内を暖房する場合でも、熱 源として電気モータの熱を利用せず、冷媒を循環することにより得られる熱を利 用することになるので、比較的容易に高温熱源が得られ、実用的な暖房が可能と なる。

【０００５】 図４は、電気自動車に搭載されるヒートポンプ式空気調和装置の一例を示す概 略構成図である。このヒートポンプ式空気調和装置は、送風機１により取り入れ た空気を車室内に向かって送るための通風ダクト２を有し、熱交換器として、通 風ダクト２内に、上流側から順にエバポレータ３と主に暖房運転時に働く第１コ ンデンサ４とが配設され、また、通風ダクト２外に、主に冷房運転時に働く第２ コンデンサ５が配設されている。冷凍サイクルは、コンプレッサ６、第２コンデ ンサ５、第１コンデンサ４、リキッドタンク７、膨脹弁８およびエバポレータ３ を配管で連結して構成されている。また、暖房運転時と冷房運転時とで機能させ るコンデンサ４、５を切り替えるために、第２コンデンサ５の入口に三方弁９が 設けられ、バイパス管１０により第２コンデンサ５の出口と直結されている。

【０００６】 冷房運転時には、コンプレッサ６から吐出された冷媒は、三方弁９により第２ コンデンサ５に導かれ、それから順に第１コンデンサ４、リキッドタンク７、膨 脹弁８、エバポレータ３と流通して再びコンプレッサ６に吸入される。この過程 において、エバポレータ３は熱交換により液状冷媒を蒸発させて取り入れ空気を 冷却し、第２コンデンサ５はエバポレータ３で奪った熱を外部に放出してガス状 冷媒を冷却し凝縮液化させる。よって、このとき第１コンデンサ４は熱交換器と して働かない。一方、暖房運転時には、三方弁９を切り替えて、コンプレッサ６ から吐出された冷媒をバイパス管１０を介して直ちに第１コンデンサ４に導く。 これにより、コンプレッサ６からのガス状冷媒は第１コンデンサ４において熱交 換により凝縮液化され、エバポレータ３で冷却された空気が加熱される。よって 、除湿暖房が実現される。なお、車室内に吹き出される空気の温度は、第１コン デンサ４の上流に配設されたエアミックスドア１１の開度を調節することによっ て行われる。

【０００７】

【考案が解決しようとする課題】

このように、ヒートポンプ式空気調和装置は、暖房時においても冷媒の潜熱を 利用して空気を加熱するものであるが、ガソリン車等のように走行駆動源である エンジンの冷却水（温水）を熱源として利用する場合と比べると、やはり熱源と しての熱容量が小さいことは否定できない。そのため、起動時に暖房性能が不足 するおそれがある。また、低負荷時においては、エバポレータ３が能力過大とな るため、エバポレータ３通過空気の温度がかなり低下し、コンデンサ４による加 熱が十分に行われず、また、エバポレータ３が凍結を起こすおそれがある。つま り、低負荷時においても暖房性能が不足するおそれがあり、さらにはエバポレー タ３の凍結のおそれもある。

【０００８】 本考案は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、起動時 や低負荷時の暖房性能不足を補うとともに低負荷時のエバポレータ凍結を防止し うる電気自動車等に好適なヒートポンプ式の自動車用空気調和装置を提供するこ とを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】

上記目的を達成するための本考案は、送風機により取り入れた空気を車室内に 向かって送るための通風ダクトと、当該通風ダクト内に配設されたエバポレータ と、前記通風ダクト内の前記エバポレータの下流に配設された第１コンデンサと 、前記通風ダクト外に配設され前記第１コンデンサに連結された第２コンデンサ とを有し、コンプレッサから吐出された冷媒を回路切換弁によりバイパス通路を 介して前記第１コンデンサに導く暖房運転用冷媒回路と、前記冷媒を前記回路切 換弁により前記第２コンデンサに導く冷房運転用冷媒回路とを備えた自動車用空 気調和装置において、前記通風ダクト内の前記第１コンデンサの上流側近傍に電 気加熱ヒータを配設したことを特徴とする。

【００１０】 また、前記通風ダクト内の前記エバポレータの上流側近傍に電気加熱ヒータを 配設したことを特徴とする。

【００１１】

【作用】

このように構成された本考案にあっては、暖房運転を行う場合には、回路切換 弁によりコンプレッサから吐出された冷媒をバイパス通路を介して第１コンデン サに導き、この第１コンデンサを熱交換器として機能させる。このとき、第１コ ンデンサの上流に設置された電気加熱ヒータを作動させると、エバポレータを通 過して冷却された取り入れ空気は、電気加熱ヒータにより加熱されて温度が高く なるため、第１コンデンサの熱交換効率が下がり、モリエル線図における冷凍サ イクルのサイクルバランスが上昇してコンプレッサの吐出圧力が上昇する。した がって、利用できる潜熱が大きくなるので暖房性能が向上し、吹出し温度が上昇 する。つまり、電気加熱ヒータをオンすれば、起動時や低負荷時の暖房性能不足 を補うことができる。

【００１２】 また、低負荷時にエバポレータの上流に設置された電気加熱ヒータを作動させ た場合には、エバポレータに送り込まれる空気の温度が上昇して熱負荷が高くな るのでエバポレータの能力過大ということがなくなり、エバポレータ蒸発圧力（ 蒸発温度）が著しく低下するということがなくなる。よって、フィンに付着した 水が氷結を起こすことがなくなり、エバポレータの凍結が防止される。また、電 気加熱ヒータの加熱により結果的にエバポレータ通過空気の温度が幾分上昇する ので、上記理由により暖房性能が向上する。したがって、この場合にも起動時や 低負荷時の暖房性能不足を補うことができる。

【００１３】

【実施例】

以下、本考案の一実施例を図面に基づいて説明する。 図１は本考案の一実施例を示す概略構成図、図２は同実施例の作用効果の説明 に供する図、図３は本考案の他の実施例を示す概略構成図である。なお、図１と 図３中、図４と共通する部材には同一の符号を付している。

【００１４】 図１に示す自動車用空気調和装置は電気自動車に搭載されるヒートポンプ式空 気調和装置であって、図４に示すヒートポンプ式空気調和装置と同様、送風機１ により取り入れた空気を車室内に向かって送るための通風ダクト２を有し、この 通風ダクト２内に、熱交換器として上流側から順にエバポレータ３と第１コンデ ンサ４とが配設されている。また、通風ダクト２の外には他の熱交換器として第 ２コンデンサ５が配設されている。後述するように、第１コンデンサ４は主に暖 房運転時に作用し、第２コンデンサ５は主に冷房運転時に作用する。エバポレー タ３、第１コンデンサ４および第２コンデンサ５は、配管によりリキッドタンク ７や膨脹弁８とともにコンプレッサ６に連結されて、冷凍サイクルを構成してい る。また、第２コンデンサ５の入口には回路切換弁としての三方弁９が設けられ 、バイパス通路を形成するバイパス管１０により第２コンデンサ５の出口と直結 されている。この三方弁９によって、コンプレッサ６から吐出された冷媒をバイ パス管１０を介してただちに第１コンデンサ４に導き、それからリキッドタンク ７、膨脹弁８、エバポレータ３、コンプレッサ６へと循環させる暖房運転用冷媒 回路と、コンプレッサ６から吐出された冷媒を第２コンデンサ５に導き、それか ら第１コンデンサ４、リキッドタンク７、膨脹弁８、エバポレータ３、コンプレ ッサ６へと循環させる冷房運転用冷媒回路とが切り替えられる。なお、送風機１ はファンとこれを駆動するファンモータとで構成され、また、コンプレッサ６は 電気自動車の駆動源である電気モータによって図示しないベルト等を介して駆動 される。つまり、電気モータを図示しないバッテリーで駆動することにより、電 気自動車の走行駆動とコンプレッサ６の駆動とが行われる。

【００１５】 また、本実施例では、通風ダクト２内の第１コンデンサ４の上流側近傍に電気 加熱ヒータとしてのＰＴＣヒータ１５が設置されている。ＰＴＣヒータ自体はす でに周知の技術であるのでその詳しい説明は省略するが、一般にふつうの抵抗ヒ ータと比べてすぐれた性能、安全性、信頼性を備えている。たとえば、このＰＴ Ｃヒータ１５は、ＰＴＣ素子と呼ばれるＰＴＣセラミックを両側を金属板で挟ま れたハニカム状のフィンで挟んだ構造を一単位として、これを複数個並列に連結 して構成されている。ＰＴＣヒータ１５の両端にはそれぞれマイナス（−）の端 子とプラス（＋）の端子が接続されており、バッテリー等の電源からこれらの端 子を通じて通電することによってそれぞれのＰＴＣ素子が発熱する。このＰＴＣ ヒータ１５を通電することによって、エバポレータ３を通過した冷却空気が加熱 され、第１コンデンサ４に送り込まれる空気の温度が上昇することになる。

【００１６】 次に、このように構成された本装置の作用を冷凍サイクルにおける冷媒状態の 変化とともに説明する。 冷房運転する場合には、三方弁９によりコンプレッサ６から吐出された冷媒が 第２コンデンサ５に導かれるようにする。このときの冷媒の流れは図１中に点線 で示すとおりであって、過熱蒸気の状態でコンプレッサ６に吸入された冷媒はコ ンプレッサ６により断熱圧縮されて高温高圧のガス状冷媒となってコンプレッサ ６から吐出される。このコンプレッサ６から吐出された高温高圧のガス状冷媒は 、三方弁９により第２コンデンサ５に導かれ、ここで外部に熱を放出して中温高 圧の液状冷媒となる。ついで、この液状冷媒は第１コンデンサ４およびリキッド タンク７を経て、膨脹弁８を通過することにより断熱膨脹して気液混合冷媒とな った後に、エバポレータ３に導かれて取り入れ空気との熱交換を行ってこれを冷 却し、気化しつつ等圧膨脹を続け、過熱蒸気となって再びコンプレッサ６に吸入 される。この場合、第１コンデンサ４には第２コンデンサ５によりすでに凝縮液 化された液状冷媒が供給されるので、第１コンデンサ４は熱交換器として作用し ない。よって、エバポレータ３を通過した冷却空気がそのまま車室内に吹き出さ れることになる。

【００１７】 一方、暖房運転する場合には、コンプレッサ６から吐出された冷媒がバイパス 管１０を介してただちに第１コンデンサ４に導かれるように三方弁９を切り替え る。このときの冷媒の流れは図１中に実線で示すとおりであって、コンプレッサ ６から吐出された高温高圧のガス状冷媒は、三方弁９によりバイパス管１０を通 って第１コンデンサ４に導かれ、ここで取り入れ空気に熱を放出して中温高圧の 液状冷媒となる。これにより、エバポレータ３で冷却された空気が加熱される。 その他の冷凍サイクルの作用は上記した冷房運転時の場合と同じである。したが って、送風機１により取り入れられた空気は、エバポレータ３により冷却されか つ除湿された後に第１コンデンサ４により加熱される。つまり、除湿暖房が実現 される。

【００１８】 車室内に吹き出される空気の温度は、エアミックスドア１１の開度を調節して エバポレータ３を通過した冷風と第１コンデンサ４を通過した温風との混合割合 を変えることによって行われる。

【００１９】 そして、本実施例では、暖房性能が不足しがちな起動時や低負荷時にＰＴＣヒ ータ１５を通電することによって暖房性能不足を補うことができる。すなわち、 このとき、エバポレータ３を通過した冷却空気は、ＰＴＣヒータ１５で加熱され て温度が高くなり、第１コンデンサ４に送り込まれる空気の温度が高くなるので 、第１コンデンサ４の熱交換効率が下がる。その結果、図２に示すように、モリ エル線図における冷凍サイクルのサイクルバランスが上昇してコンプレッサ６の 吐出圧力が上昇する。ここに、点線で示す冷凍サイクルはＰＴＣヒータ１５を使 用した場合であり、実線のそれはＰＴＣヒータ１５を使用しない場合である。し たがって、利用できる潜熱が大きくなるので暖房性能が向上し（同図中の「Ａ」 と「Ｂ」はそれぞれＰＴＣヒータ１５を使用した場合と使用しない場合の各暖房 性能を表わしている）、吹出し温度が上昇する。つまり、暖房運転時にＰＴＣヒ ータ１５をオンすることにより、起動時や低負荷時の暖房性能不足を補うことが できるようになる。

【００２０】 また、図３には、通風ダクト２内のエバポレータ３の上流側近傍に電気加熱ヒ ータとしてのＰＴＣヒータ２０を設置した実施例を示してある。これ以外の点に ついては図１や図４に示すものと同じであるので、ここでは相違点を述べるにと どめる。

【００２１】 この場合には、たとえば低負荷時にＰＴＣヒータ２０を通電すると、このＰＴ Ｃヒータ２０により加熱されてエバポレータ３に送り込まれる空気の温度が上昇 して熱負荷が高くなるので、エバポレータ３の能力過大ということがなくなり、 エバポレータ蒸発圧力（蒸発温度）が著しく低下するということがなくなる。そ の結果、フィンに付着した水が氷結を起こすことがなくなり、エバポレータの凍 結防止がなされることになる。また、ＰＴＣヒータ２０の加熱により結果的にエ バポレータ３通過空気の温度が幾分上昇し、第１コンデンサ４に入る空気の温度 が高くなるので、第１の実施例において説明したのと同じ理由により暖房性能が 向上することになる。したがって、このＰＴＣヒータ２０をオンした場合にも起 動時や低負荷時の暖房性能不足を補うことができる。

【００２２】 したがって、本実施例によれば、第１コンデンサ４の上流側近傍に設けられた ＰＴＣヒータ１５またはエバポレータ３の上流側近傍に設けられたＰＴＣヒータ ２０により取り入れ空気を加熱してからこれを第１コンデンサ４に送り込むよう にしたので、冷凍サイクルの熱力的原理により結果的にシステムの暖房性能が向 上し、起動時や低負荷時の暖房性能不足を補うことができるようになる。

【００２３】 また、特に図３に示す実施例にあっては、ＰＴＣヒータ２０をオンすればエバ ポレータ３に入る空気の温度が上昇して熱負荷が高くなるので、従来エバポレー タの凍結しやすかった低負荷時においてエバポレータ３の能力過大ということが なくなり、結果としてエバポレータ３の凍結防止が図られる。

【００２４】 なお、本実施例では、電気加熱ヒータとしてＰＴＣヒータ１５、２０を使用し ているが、これに限定されることはなく、通電により発熱するものであれば良い ことはもちろんである。

【００２５】 また、本実施例では、システムとして第１コンデンサ４とエバポレータ３のど ちらか一方の上流側近傍に１つのＰＴＣヒータ１５、２０を設置した場合を示し ているが、電源の容量等の点で余裕があれば、システムとして２つのＰＴＣヒー タを使用し、それぞれを第１コンデンサ４とエバポレータ３の上流側近傍に設置 するようにすることも可能である。

【００２６】

【考案の効果】

以上説明したように、本考案によれば、第１コンデンサまたはエバポレータの 上流側近傍に電気加熱ヒータを配設して、暖房運転時に第１コンデンサに入る空 気の温度を昇温しうるようにしたので、システムの暖房性能が向上し、起動時や 低負荷時の暖房性能不足を補うことができるようになる。

【００２７】 さらに、エバポレータの上流側近傍に電気加熱ヒータを配設した場合には、エ バポレータ３に入る空気の温度を昇温して熱負荷を高くすることができるので、 エバポレータの凍結しやすい低負荷時においてエバポレータの能力過大というこ とがなくなり、エバポレータの凍結防止が図られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の一実施例を示す概略構成図である。

【図２】同実施例の作用効果の説明に供する図である。

【図３】本考案の他の実施例を示す概略構成図である。

【図４】従来のヒートポンプ式空気調和装置の一例を示
す概略構成図である。

【符号の説明】

１…送風機 ２…通風ダクト ３…エバポレータ ４…第１コンデ
ンサ ５…第２コンデンサ ６…コンプレッ
サ ９…三方弁（回路切換弁） １０…バイパス
管（バイパス通路） １５、２０…ＰＴＣヒータ（電気加熱ヒータ）

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 送風機（１）により取り入れた空気を車
   室内に向かって送るための通風ダクト（２）と、当該通
   風ダクト（２）内に配設されたエバポレータ（３）と、
   前記通風ダクト（２）内の前記エバポレータ（３）の下
   流に配設された第１コンデンサ（４）と、前記通風ダク
   ト（２）外に配設され前記第１コンデンサ（４）に連結
   された第２コンデンサ（５）とを有し、コンプレッサ
   （６）から吐出された冷媒を回路切換弁（９）によりバ
   イパス通路（１０）を介して前記第１コンデンサ（４）
   に導く暖房運転用冷媒回路と、前記冷媒を前記回路切換
   弁（９）により前記第２コンデンサ（５）に導く冷房運
   転用冷媒回路とを備えた自動車用空気調和装置におい
   て、 前記通風ダクト（２）内の前記第１コンデンサ（４）の
   上流側近傍に電気加熱ヒータ（１５）を配設したことを
   特徴とする自動車用空気調和装置。
2. 【請求項２】 送風機（１）により取り入れた空気を車
   室内に向かって送るための通風ダクト（２）と、当該通
   風ダクト（２）内に配設されたエバポレータ（３）と、
   前記通風ダクト（２）内の前記エバポレータ（３）の下
   流に配設された第１コンデンサ（４）と、前記通風ダク
   ト（２）外に配設され前記第１コンデンサ（４）に連結
   された第２コンデンサ（５）とを有し、コンプレッサ
   （６）から吐出された冷媒を回路切換弁（９）によりバ
   イパス通路（１０）を介して前記第１コンデンサ（４）
   に導く暖房運転用冷媒回路と、前記冷媒を前記回路切換
   弁（９）により前記第２コンデンサ（５）に導く冷房運
   転用冷媒回路とを備えた自動車用空気調和装置におい
   て、 前記通風ダクト（２）内の前記エバポレータ（３）の上
   流側近傍に電気加熱ヒータ（２０）を配設したことを特
   徴とする自動車用空気調和装置。