JPH10297273A - 自動車用空気調和装置 - Google Patents

自動車用空気調和装置

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JPH10297273A
JPH10297273A JP10473197A JP10473197A JPH10297273A JP H10297273 A JPH10297273 A JP H10297273A JP 10473197 A JP10473197 A JP 10473197A JP 10473197 A JP10473197 A JP 10473197A JP H10297273 A JPH10297273 A JP H10297273A
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temperature
indoor heat
cooling water
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 1つの室内側熱交換器によって車室内に吹き
出される空気の温度を制御して車室内の暖房と冷房とを
行なうことにより、車室内の温調特性に優れた自動車用
空気調和装置を提供する。 【解決手段】 車室PR内に吹き出される空気の温度を
制御する室内側熱交換器2とエンジン1との間には供給
管路4と帰還管路5とが接続され、帰還管路5と供給管
路4との間にはバイパス管路6が接続されて、室内側熱
交換器2から帰還管路5に流出したエンジン冷却水をエ
ンジン側に戻すことなく供給管路2にバイパスさせる閉
流路が形成されており、冷房サイクルを構成するエバポ
レータ15にバイパス流路に形成された熱交換部16が
配置され、室内側熱交換器2により車室PR内の暖房と
冷房とが行なわれる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、車室内に吹き出さ
れる空気の加熱と冷却とを1つの熱交換器により行な
い、車室内の温度を所望の温度に制御するようにした自
動車用空気調和装置に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、自動車用空気調和装置は、空気
を冷却するエバポレータ(クーラ)と、高温のエンジン
冷却水が流通するヒータコア(ヒータ)とを有してお
り、制御の方式によってヒータ/クーラ独立方式、ヒー
タ/クーラ切換方式、セミ・エアコン方式、フル・エア
コン方式、そしてリヒート方式などがある。
【0003】ヒータ/クーラ独立方式は、エバポレータ
とヒータコアとがそれぞれ独立して配置され、配風時に
エバポレータ又はヒータコアだけを使用するタイプであ
る。
【0004】ヒータ/クーラ切換方式は、機能的にはヒ
ータ/クーラ独立式と同様であるが、吹き出し口に設け
られた切換ドアによってエバポレータを使うかヒータコ
アを使うかを選択するようにしたタイプである。
【0005】セミ・エアコン方式は、空気をすべてエバ
ポレータに案内し、冷房時はヒータコアを通さずにその
まま吹き出し、暖房時にはエバポレータで冷却除湿され
た空気を、ヒータコア(内部を流れる温水の流量が調節
されるようになっている)により暖めるようにしたタイ
プである。
【0006】フル・エアコン方式は、エアミックス方式
とも呼ばれ、エバポレータを通過した空気をヒータコア
に入る空気と入らない空気とに分岐し、吹き出し口の手
前で両方の空気を混合するようにしたタイプである。
【0007】リヒート方式は、エバポレータを通った空
気を全てヒータコア(内部を流れる温水の流量が調節さ
れるようになっている)に通して再度加熱してから各吹
き出し口から車室内に供給するようにしたタイプであ
る。
【0008】なお、現在では、これらの方式のうち、フ
ル・エアコン方式が多用されている。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】前述したフル・エアコ
ン方式の自動車用空気調和装置にあっては、エバポレー
タは、クーラユニットに、そしてヒータコアは、ヒータ
ユニットにそれぞれ組み込まれ、インテークユニット内
のファンにより取り入れられた空気は、除湿を行なうた
めに、まず、エバポレータにより冷却された後にヒータ
コアにより加熱されるようになっている。
【0010】フル・エアコン方式では、エバポレータを
通過した空気をヒータコアに入る空気と入らない空気と
の割合を調整するためにエアミックスドアが必要となる
が、リヒート方式ではそのようなドアが不要となる利点
がある。しかしながら、リヒート方式では、車室内を暖
房する時の温度調節をヒータコアに流れるエンジン冷却
水の量を調節することにより行なっているので、中間期
などのように暖房能力を高める必要がないときには、ヒ
ータコアに供給されるエンジン冷却水を絞る必要があ
り、ヒータコア内でのエンジン冷却水の温度分布にばら
つきが発生することになる。
【0011】このため、車室内への各吹き出し口の温度
差が発生して、温度制御特性を向上させることができな
いという問題がある。
【0012】また、多くの自動車用空気調和装置は、イ
ンテークユニットとクーラユニットとヒータユニットと
が、この順に、車両の車幅方向に直列的に接続されてい
るので、大きな設置スペースが必要となり、しかも3つ
のユニットケースが別個に必要となるため、部品点数が
多く、コストの低減を図ることも難しい。
【0013】本発明は、1つの熱交換器により車室内に
吹き出される空気の温度を制御して車室内の暖房と冷房
とを行なうことにより、車室内の温調特性に優れた自動
車用空気調和装置を提供することを目的とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項1に記載の発明は、車室内に吹き出される空
気の温度を制御する室内側熱交換器の流入口とエンジン
冷却水流出口との間に、エンジンにより加熱されたエン
ジン冷却水を前記室内側熱交換器に供給する供給管路を
接続し、前記室内側熱交換器の流出口とエンジン冷却水
流入口との間に、前記室内側熱交換器から流出するエン
ジン冷却水をエンジン側に戻す帰還管路を接続し、前記
帰還管路と前記供給管路との間にバイパス管路を接続し
て、前記室内側熱交換器から前記帰還管路に流出したエ
ンジン冷却水をエンジン側に戻すことなく前記供給管路
にバイパスさせる閉流路を形成し、冷房サイクルを構成
する冷却器に前記バイパス流路に形成された熱交換部を
配置し、前記室内側熱交換器により車室内の暖房と冷房
とを行うようにしたことを特徴とする。
【0015】このようにすれば、1つの室内側熱交換器
によって車室内に吹き出される空気の温度を制御して車
室内の暖房と冷房とを行なうことができるのて、自動車
用空気調和装置を構成する機器の車内への設置スペース
を大幅に減少させることができる。また、車室とエンジ
ンルームとに渡る冷媒配管をなくすこともできる。
【0016】請求項2に記載の発明のように、室内側熱
交換器に供給される熱媒体の温度を制御することによ
り、室内側熱交換器内の温度分布のばらつきの発生を防
止し、各吹き出し口から車室内に吹き出される空気の温
度差の発生を防止することができる。さらに、リヒート
方式の自動車用空気調和装置の実用化が達成される。
【0017】請求項3又は4に記載の発明のように、室
内側熱交換器の中を流れる熱媒体の流量を流量調整弁や
循環ポンプの作動を制御することにより、車室内に吹き
出される空気の温度を任意の温度に設定することができ
る。
【0018】請求項5に記載の発明は、エンジン冷却水
流出口とエンジン冷却水流入口との間にリターン管路を
設け、このリターン管路内を流れるエンジン冷却水によ
り駆動される駆動部を循環ポンプに連結し、駆動部によ
り前記循環ポンプを駆動するようにしたことを特徴とす
る。
【0019】このようにすれば、エンジン冷却水の流れ
を駆動力として循環ポンプを駆動することから、特段の
駆動機構が不要となり、構造が簡単でコンパクトな空気
調和装置が得られる。
【0020】請求項6に記載の発明は、エンジン冷却水
を供給管路から熱交換器に供給した後に帰還管路を経て
エンジン側に戻す暖房モードと、バイパス管路を介して
前記熱交換器内の熱媒体をエンジン側に戻すことなく前
記閉流路内を循環させる冷房モードとに切換制御する制
御手段を有することを特徴とする。
【0021】このようにすれば、自動的に暖房モードか
冷房モードに切り換わり、乗員が設定した所定の温度に
車室内を保持することができる。
【0022】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。
【0023】図1は本発明の一実施の形態である自動車
用空気調和装置を示す概略図である。この自動車用空気
調和装置は、エンジンにより加熱された高温のエンジン
冷却水が循環ポンプPにより循環されるエンジン冷却水
サイクルEと、冷媒が循環する冷房サイクルRとを有し
ている。
【0024】まず、冷却水サイクルEは、エンジン1側
の流出口1aと室内側熱交換器2の入口2aとの間を供
給管路4により、室内側熱交換器2の流出口2bとエン
ジン1側の流入口1bとの間を帰還管路5により連結さ
れている。したがって、車室PR内には、室内側熱交換
器2と冷却水が流通する配管のみが存在し、他の大部分
の機器はエンジンルームER内に存在することになって
おり、従来から存在している自動車用空気調和装置のよ
うに冷媒配管が車室PR内に存在していない点に特徴を
有している。
【0025】この冷却水サイクルEにおいては、連結部
4aと連結部5aとの間にバイパス管路6が接続され、
このバイパス管路6によって、室内側熱交換器2から流
出したエンジン冷却水をエンジン1側に戻すことなく供
給管路4を介して室内側熱交換器2に戻すようにしてい
る。
【0026】また、前記連結部5aよりもエンジン1側
に設けられた連結部5bと連結部4bとの間には、リタ
ーン管路7が接続されており、このリターン管路7によ
って、エンジン1側から吐出したエンジン冷却水を室内
側熱交換器2に案内することなく、再度エンジン側に戻
すようにしている。
【0027】供給管路4には、両接続部4a,4bの間
に流量調整弁8が設けられ、供給管路4を流れて室内側
熱交換器2に流入するエンジン冷却水の流量を制御して
いる。この供給管路4には、流量調整弁8に加えて、室
内側熱交換器2に流入するエンジン冷却水の流量を制御
するために、循環ポンプPが供給管路4に設けられてい
るが、循環ポンプPのみにより、流量を制御するように
しても良い。
【0028】一方、冷房サイクルRは、通常の冷房サイ
クルと同様に、エンジン1により駆動されるコンプレッ
サ11、エンジンルームER内に配置され、ファン13
等により冷却されるコンデンサ12、膨張弁14及び冷
却器15を有している。
【0029】なお、ここで使用するコンプレッサ11と
しては、固定容量式コンプレッサを用いても良く、可変
容量式コンプレッサを用いても良い。
【0030】この冷却器15内には、供給管路4内を流
れるエンジン冷却水と、冷房サイクルR内を流れる冷媒
とを熱交換させるように熱交換部16が設けられてい
る。この熱交換部16は、例えば、図示のように、管路
4を蛇行させたものであっても良いが、さらに熱交換効
率を高めるには、いわゆるインタークーラのように熱交
換器内に熱交換器が設けられたものを使用することが好
ましい。ただし、本発明は、これのみでなく他の方式の
ものでも良い。
【0031】また、熱交換部16を設ける位置に関し
て、図示する場合には、供給管路4に設けているが、閉
流路を形成する部分であれば、バイパス管路6や、帰還
管路5のうち流出口2bと連結部5aの間に設けても良
い。前記バイパス管路6に関しても、ここの流路を開閉
する開閉弁を設けても良い。
【0032】次に、作用を説明する。車室PR内を暖房
する場合には、エンジンとコンプレッサ11との間に設
けられているクラッチ(図示せず)を切り、コンプレッ
サ11の作動を停止し、循環ポンプPを駆動することに
よりエンジン冷却水を供給配管4から室内側熱交換器2
内に供給する。このエンジン冷却水の供給量は、流量調
整弁8の開度により制御され、これにより所定量のエン
ジン冷却水が室内側熱交換器2に導入される。
【0033】この室内側熱交換器2においては、ファン
3により車室外空気が導入されているので、前記高温の
エンジン冷却水と空気が熱交換し、車室PR内に吹き出
される。なお、室内側熱交換器2の出口2bから流出し
たエンジン冷却水は、帰還管路5よりエンジン1側の流
入口1bを通ってエンジン1に帰還する。
【0034】図4は流量調整弁8の開度を暖房時と冷房
時とについて示すグラフである。この図4に示すよう
に、前記車室PR内に吹き出される吹出し空気温度は、
流量調整弁8の開度により任意の温度に設定される。暖
房能力を最大に設定する場合、つまりフルホット時に
は、流量調整弁8の開度は全開に制御され、多量のエン
ジン冷却水が室内側熱交換器2内を流通し、これにより
加熱される空気は、フルホットに見合った高温のものと
なる。
【0035】また、フルホット以外の暖房モードHにあ
っては、車室PR内に設けられているコントローラを乗
員が操作することにより設定された温度に応じて流量調
整弁8の開度は、自動的に制御され、これにより空気
は、設定された温度に見合ったものとなる。なお、流量
調整弁8は、中間温度(例えば25℃程度)の冷房モー
ドM時も、後述するより低温の冷房モードCの際にも閉
じられる。
【0036】この流量調整弁8を使用することなく、あ
るいはこれと共に循環ポンプPの作動を制御する場合に
は、所定量のエンジン冷却水が確実に室内側熱交換器2
内に供給されるように、循環ポンプPの作動が図4に示
すタイミングで制御される。
【0037】次に、車室PR内を冷房する場合には、流
量調整弁8が全閉状態となり、流出口1aから流出した
エンジン冷却水は、リターン管路7によってエンジン側
に戻されて室内側熱交換器2には供給されない。しか
し、循環ポンプPは、駆動されるので、循環ポンプP→
熱交換部16→室内側熱交換器2→帰還管路5→バイパ
ス管路6により形成された閉流路内のエンジン冷却水
は、当該閉流路内を熱媒体として流れる。
【0038】この状態で、前記クラッチが入り、エンジ
ンによりコンプレッサ11が駆動されると、周知の冷房
サイクルRが作動し、冷却器15には低温低圧の冷媒が
流通することになる。したがって、この冷却器15内の
熱交換部16を流れているエンジン冷却水の熱媒体は、
前記冷媒により冷却され、低温の熱媒体となって室内側
熱交換器2内に供給され、室内空気が冷却される。この
熱媒体の温度を制御すれば、車室PR内に吹き出される
空気の温度を任意の温度に制御することができる。
【0039】図5はエンジン冷却水つまり熱媒体の温度
状態を、暖房時と冷房時とについて示すグラフであり、
循環ポンプPの流量を制御することにより、図5におい
て実線で示すように、冷房温度を制御することができ
る。ここにおいて、エンジン冷却水流出口1aにおける
熱媒体の温度をEとすると、この温度Eを最高温度とし
て流量調整弁8の開度を制御することにより室内側熱交
換器2内に流れる熱媒体の温度を任意の温度に設定する
ことができる。なお、エンジン冷却水として、0℃以下
でも凍結しない不凍液を使用すれば、熱媒体の温度を0
℃以下に設定することもできる。
【0040】ただし、吹出し空気の温度の制御は、風量
と熱媒体の温度によって変化させることができるので、
風量と熱媒体の温度の両者により車室内空気の温度を制
御しても良い。つまり、これは、本自動車用空気調和装
置が2通りの制御ができることを意味する。
【0041】第1の制御方法としては、熱媒体の温度を
変化させる方法である。例えば、容量可変式コンプレッ
サを使用して、コンプレッサからの吐出量を変化させる
場合に使用することができるが、図5の実線で示すよう
に、熱媒体の温度が次第に低下するように変化させ、こ
れに応じて風量も次第に低下するように変化させると、
車室内空気の温度を所定の値に保持しつつ、車室PR内
に吹き出す風量の制御幅を調節することができる。
【0042】また、前記のように閉流路を流れる熱媒体
の温度を変動させる場合において、冷房負荷が小さいと
きに、熱媒体の温度を上げると、吹き出し温度の低下を
押さえつつ、風量を確保することができ、車室PR内の
温度分布を良好にすることができる。
【0043】第2の制御方法としては、風量を変化させ
る方法である。例えば、固定容量式のコンプレッサを使
用して、コンプレッサからの吐出量を一定とする場合に
使用することができるが、図5において破線で示すよう
に、熱媒体の温度を一定に保持する場合には、車室PR
内に吹き出される空気の量を制御することによって温調
制御を行うことができる。このように、一定温度の熱媒
体を循環させる場合には、冷風の吹き出し温度は、風量
により制御され、風量が大きい程冷房能力は高く、小さ
い程吹き出し温度が低下する傾向となる。
【0044】なお、前記第1の方法である熱媒体の温度
制御の場合は、冷房サイクルをオンオフ制御することに
より熱媒体の温度制御を行う方法でも良いが、コンプレ
ッサ11から吐出される冷媒量の制御を行なうことがで
きる容量可変式コンプレッサの使用や、電子式の膨張弁
により冷房サイクルを流れる冷媒量を制御する方が、よ
り安定性があり、省エネルギが確保できるので好まし
い。
【0045】図6は自動車用空気調和装置の作動を制御
するための制御回路を示すブロック図であり、制御部2
0には、室内側熱交換器2内の熱媒体の温度を検出する
液温センサ21、車両に照射される日射量を検出する日
射センサ22、車室PR内の温度を検出する車室温セン
サ23,車外の温度を検出する外気温センサ24からの
検出信号が送られるようになっており、さらに、コント
ローラに設けられた温度設定部25を乗員が操作するこ
とにより入力された設定温度の信号が制御部20に送ら
れるようになっている。
【0046】制御部20からは、流量調整弁8及び循環
ポンプPに作動信号が送られるようになっており、さら
に、電子式の膨張弁14の作動を制御する制御信号、フ
ァン3の回転数を制御して車室PR内に吹き出される風
量を制御するための制御信号、およびコンプレッサ11
の作動を制御するための制御信号がそれぞれ制御部20
から送られるようになっている。
【0047】コンプレッサ11として固定容量コンプレ
ッサが使用される場合には、コンプレッサクラッチのオ
ンオフ制御と、車室PR内に吹き出される風量制御とを
行なうことにより、冷房時の車室内温度が制御される。
また、可変容量コンプレッサが使用される場合には、電
子式の膨張弁14の制御と、風量制御とによって冷房時
の車室内温度が制御される。
【0048】図7は図6に示す制御回路によって行なわ
れる自動車用空気調和装置の作動手順を示すフローチャ
ートである。
【0049】まず、自動車用空気調和装置が起動される
と、ステップS1において制御部20内のCPUなどで
初期設定される。次で、ステップS2において液温セン
サ21などの各センサからの検出値が読み込まれ、ステ
ップS3〜S7においてそれぞれの補正値が演算され
て、室内側熱交換器2内に供給されるべき熱媒体の温度
がステップS8において設定される。
【0050】この設定温度に応じて車室PR内を暖房す
るか、あるいは冷房するかが、ステップS9により判断
される。このステップS9で冷房モードであると判断さ
れた場合には、冷房モードとなり、ステップS10にお
いて流量調整弁8が閉じられて、コンプレッサ11など
の冷房サイクルを構成する機器が作動される。
【0051】一方、暖房すると判断された場合には、コ
ンプレッサ11の作動は停止され、ステップS11にお
いて流量調整弁8の開度が制御される。
【0052】図2は本発明の他の実施の形態である自動
車用空気調和装置を示す図であり、この場合には、リタ
ーン管路7にこの中を流れるエンジン冷却水により回転
駆動されるインペラなどからなる駆動部Tが設けられて
おり、この駆動部Tの回転により循環ポンプPを駆動す
るようにしている。したがって、この場合には、循環ポ
ンプPを駆動するための駆動源として、リターン管路7
を流れる液体が使用されるので、外部に駆動手段を設け
ることなく、循環ポンプPを駆動することができ、ポン
プの構造を軽量コンパクトにし、故障しにくく耐久性に
優れた循環ポンプが得られる。
【0053】図3は本発明のさらに他の実施の形態であ
る自動車用空気調和装置を示す図であり、この場合に
は、帰還管路5に室内側熱交換器2の流出口2bからエ
ンジン1側の流入口1bに向かう流れを許容し、逆方向
の流れを阻止するための逆止弁9が設けられている。こ
の逆止弁9を図2に示す場合にも設けるようにしても良
い。
【0054】図2および図3において、図1に示された
部材と共通する部材には同一の符号が付されている。
【0055】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、1
つの熱交換器を車室内に配置することによって車室内の
暖房と冷房とを行なうことができるので、自動車用空気
調和装置の占有スペースを有効に利用することができ
る。
【0056】1つの熱交換器によって車室内の暖房と冷
房とを行なうことができ、自動車用空気調和装置の構成
機器の部品点数を低減し、車室内の占有スペースを少な
くすることができる。これにより、安価な熱交換器とす
ることができ、システム全体がコンパクトになる。熱交
換器に供給される熱媒体の温度を制御することにより、
熱交換器内における熱媒体の温度分布のばらつきの発生
を防止することができ、車室内への各吹き出し口からの
温度差の発生を防止することがきる。
【0057】さらに、車室内への冷媒配管がなくなるの
で、組立てが容易となり、メンテナンス的にも優れたも
のとなり製品品質、サービス性等が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施の形態を示す概略図である。
【図2】 本発明の他の実施の形態を示す概略図であ
る。
【図3】 本発明の更に他の実施の形態を示す概略図で
ある。
【図4】 暖房時及び冷房時の流量調整弁の開度を示す
グラフである。
【図5】 暖房時及び冷房時の熱媒体の温度を示すグラ
フである。
【図6】 本発明の実施の形態における制御回路を示す
ブロック図である。
【図7】 同実施の形態の制御手順を示すフローチャー
トである。
【符号の説明】
1…エンジン、 1a…エンジン冷却水流出口、 1b…エンジン冷却水流入口、 2…室内側熱交換器、 2a…流入口、 2b…流出口、 4…供給管路、 5…帰還管路、 6…バイパス管路、 7…リターン管路、 8…流量調整弁、 9…逆止弁、 11…コンプレッサ、 12…コンデンサ、 14…膨張弁、 20…制御部、 ER…エンジンルーム、 PR…車室、 R…冷房サイクル。

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 車室(PR)内に吹き出される空気の温度を
    制御する室内側熱交換器(2) の流入口(2a)とエンジン冷
    却水流出口(1a)との間に、エンジン(1) により加熱され
    たエンジン冷却水を前記室内側熱交換器(2) に供給する
    供給管路(4)を接続し、 前記室内側熱交換器(2) の流出口(2b)とエンジン冷却水
    流入口(1b)との間に、前記室内側熱交換器(2) から流出
    するエンジン冷却水をエンジン側に戻す帰還管路(5) を
    接続し、 前記帰還管路(5) と前記供給管路(4) との間にバイパス
    管路(6) を接続して、前記室内側熱交換器(2) から前記
    帰還管路(5) に流出したエンジン冷却水をエンジン側に
    戻すことなく前記供給管路(4) にバイパスさせる閉流路
    を形成し、 冷房サイクル(R)を構成する冷却器(15)に前記バイパス
    流路に形成された熱交換部(16)を配置し、 前記室内側熱交換器(2) により車室(PR)内の暖房と冷房
    とを行うように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】 前記室内側熱交換器(2) 内に供給される
    熱媒体の温度を可変にして車室(PR)内の暖房と冷房とを
    行なうようにしたことを特徴とする請求項1に記載の自
    動車用空気調和装置。
  3. 【請求項3】 前記室内側熱交換器(2) に供給される熱
    媒体の流量を制御する流量制御手段(P,8) を有すること
    を特徴とする請求項1又は2に記載の自動車用空気調和
    装置。
  4. 【請求項4】 前記閉流路にこの中の熱媒体を循環する
    させる循環ポンプ(P) を設けて前記室内側熱交換器(2)
    に供給される熱媒体の流量を制御するようにしたことを
    特徴とする請求項1又は2に記載の自動車用空気調和装
    置。
  5. 【請求項5】 エンジン冷却水流出口(1a)とエンジン冷
    却水流入口(1b)との間にリターン管路(7) を設け、この
    リターン管路(7) 内を流れるエンジン冷却水により駆動
    される駆動部(T) を前記循環ポンプ(P) に連結し、前記
    駆動部(T) により前記循環ポンプ(P) を駆動するように
    したことを特徴とする請求項4に記載の自動車用空気調
    和装置。
  6. 【請求項6】 エンジン冷却水を前記供給管路(4) から
    前記室内側熱交換器(2) に供給した後に前記帰還管路
    (5) を経てエンジン(1) 側に戻す暖房モードと、バイパ
    ス管路(6) を介して前記室内側熱交換器内(2) の熱媒体
    をエンジン(1)側に戻すことなく前記閉流路内を循環さ
    せる冷房モードとに切換制御する制御手段(20)を有する
    ことを特徴とする請求項1又は2に記載の自動車用空気
    調和装置。
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