JPS61105208A - 車両用空調装置 - 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） 本発明はヒートポンプサイクルを有する車両用空調装置
において、冷媒圧縮機に連結された車室外熱交換器と車
室内熱交換器との他に、暖房運転時にエンジン冷却水か
ら冷媒に吸熱するための第３の熱交換器を設けたものに
関する。

（従来の技術） 従来、自動車の暖房装置はエンジン冷却温水を熱源とす
る温水暖房方式のものが一般に使われてきたが、燃料の
燃焼効率の高いディーゼルエンジンや高性能ガソリンエ
ンジンの普及に伴って、寒冷地域では暖房能力不足を指
摘する声も聞かれるようになった。一方、在来のガソリ
ンエンジンであってもエンジン始動時の冷却温水が低温
である間は、寒い思いをしなければならなかった。対応
策としてエンジン冷却水温を暖房用熱源として吸収する
ことのできるヒートポンプ式の車両用冷暖房装置が開発
されている。

既存のヒートポンプ式車両用冷暖房装置の構成を第５図
によって説明すると、Ａは自動車搭載エンジンであり、
１は冷媒コンプレッサ、２は冷房サイクル用コンデンサ
、３は液化高温冷媒のレシーバ、４は冷房サイクル用減
圧膨張弁、５は冷房サイクル用エバポレータ兼ヒートポ
ンフサイクル用コンデンサである。また、６はヒートポ
ンプサイクル時用の熱交換器であり、エンジン冷却温水
によって気化の潜熱を受は取る。７はヒートポンプサイ
クル用減圧膨張弁である。１２は減圧膨張弁の手前に設
けた電磁弁である。

冷房サイクルとヒートポンプサイクル用の各冷媒流路の
切換のためには、冷媒コンプレッサ１への冷媒出入路に
四方切換弁８が設けられていると共に、レシーバ３への
分岐した２つの流入路には逆止弁９と１０が、またヒー
トポンプサイクル時、冷媒がコンプレッサ１に戻る手前
で四方切換弁８を経てコンデンサ２側に逆戻りするのを
防ぐための逆止弁１１が設けである。

このような構成を有する在来の車両用ヒートポンプ式冷
暖房装置の作動について以下に説明すると、まず冷房運
転時には四方切換弁８の弁体は図の実線位置を占め、コ
ンプレッサ１からの吐出された冷媒は実線矢印のルート
ａをたどりコンデンサ２で液化し、ｂを経て逆止弁１０
にさえぎられてＣからレシーバ３に流入し、その出口流
路の分岐点において、ヒートポンプサイクル側流路りへ
の流入は、電磁弁１２が閉ざされているために阻止され
、冷房サイクル用減圧膨張弁４の働きによりエバポレー
タ５を冷却させ、帰路ｆに入る。

一方、ヒートポンプサイクル時には、四方切換弁８の弁
体は破線位置を占め、コンプレッサ１から吐出された高
温冷媒ガスはｆは流路をたどって冷房時はエバポレータ
として機能し、このサイクル時にはコンデンサの役目を
果す熱交換器５に流入して車室内空気を加温して凝縮し
流路ｅに入るが、この時減圧膨張弁４は閉弁するように
なっているので、ｇの流路をたどり逆止弁９にさえぎら
れてレシーバ３に流入する。このサイクルでは電磁弁１
２は開いているので、レシーバ３から流出した冷媒はヒ
ートポンプサイクル用減圧膨張弁７を経てヒートポンプ
サイクル用熱交換器６に流入し、断熱膨張すると共にエ
ンジン冷却水から温熱を吸入して気化し、帰路ｉをたど
ってコンプレッサ１に戻る。

上流のような動きをもったヒート・ポンプ式冷暖房装置
の暖房機能は、単にエンジン冷却温水のみを熱源とする
普通の冷暖房装置とは異・なって、コンプレッサの圧縮
仕事が冷媒に熱エネルギーとして与えられ、その熱量を
も併せて暖房用熱源として利用できるので、大きな暖房
能力が可能となる。

殊にエンジン始動直後においてはエンジン冷却水は冷え
ているので、コンプレッサ仕事分の熱の支援等が得られ
ることは、いわゆるエンジンスタート時の即効暖房性能
を向上させられる点において有益である。第４図に本発
明者等が行なっている実験結果に基づいて在来の暖房装
置と上記のヒートポンプ式暖房装置とがそれぞれに描い
たエンジンスタート後の熱交換器を通過した空気の温度
上昇曲線ＢおよびＣを示した。なお、こ時実験条件とし
て吹出空気量は２００ｍ／ｈ外気温−５℃の条件設定を
行なった。

（発明が解決しようとする問題点） この第４図かられかるように上記ヒートポンプは温水ヒ
ータより即効暖房性を持つが、エンジン冷却水を熱源と
するため、その能力は、温水ヒータ同様、冷却水の温度
に支配されることが判明した。従って、エンジン始動時
においては、エンジン冷却水温が外気温と同程度の温度
から上昇するため、ヒートポンプの即効性は、温水ヒー
タ同様エンジン冷却水の上昇度合に影響されることを本
発明者等は確認した。

そこで、本発明は、上述の如くヒートポンプ時にエンジ
ン冷却水を熱源とする熱交換器を有する車両空調装置に
おいて、エンジン始動時における暖房能力の向上を達成
することを技術的課題とする。

（問題点を解決するための手段） そこで本発明は、上記技術的課題を達成するために、冷
媒圧縮機、車室外に配置される第１の熱交換器、気液分
離器、冷房用減圧装置、および車室内に配置される第２
の熱交換器を冷媒管路で連結して成る冷凍装置と、 前記冷媒管路内で前記冷媒圧縮機と第１の熱交換器と第
２の熱交換器との間に配置された四方弁と、 前記気液分離器と前記圧縮機との間に配設された冷媒管
路中に設けられる暖房用減圧装置、および蒸発部と、 該蒸発部およびこれを収納する断熱性容器によって構成
される第３の熱交換器と、 該第３の熱交換器の容器へエンジンの冷却水を導入する
通水路中に設けられた電磁弁と、前記エンジン冷却水の
うち循環水の温度を検出するように設けられる第１温度
検出器と、前記第３の熱交換器の容器内の水の温度を検
出するように設けられる第２温度検出器と、前記第１温
度検出器および第２温度検出器の検出温度を比較して前
記電磁弁の開閉を制御する制御装置とを具備するという
技術手段を採用する。

（作　用） 上記技術手段を採用することにより、ヒートポンプ運転
時におい−ζ、エンジンの冷却水温度が十分高い場合は
、電磁弁は開いており、第３の熱交換器には、この温水
が供給されるため、冷媒はこの温水を熱源として、蒸発
作用が促進され、その結果として第２の熱交換器にて冷
媒が凝縮する際、−冷媒は前記温水から汲上げた熱量を
空気中に放出し、これによって車室内の暖房が行なわれ
る。

また、第３の熱交換器の容器は断熱性を有するため、ヒ
ートポンプが運転停止し、電磁弁が閉じた後も長時間に
わたってヒートポンプ運転定常時の水温を保つことがで
きる。

従って、外気温が非常に低い場合、エンジンを再始動し
た場合に、しばらくの間は、エンジンの冷却循環水の温
度は低く、この状態では十分な暖房能力は得られないが
、本発明によれば、第１温度検出器の検出温度が、第３
の熱交換器内の水温を検出する第２温度検出器の検出温
度に比べて十分低い場合は、電磁弁は閉じられたままで
あり、第３の熱交換器に溜められた温水を熱源として冷
媒の蒸発作用を高めることができる。

この後、エンジンの冷却循環水は温度が上昇し、逆に第
３の熱交換器内の温水は冷媒が蒸発する際、熱を奪われ
るため温度が低下する。よって制御回路は、第１温度検
出器の検出温度と、第２温度検出器の検出温度を比較し
、冷却循環水による暖房能力が、第３の熱交換器内の温
水による暖房能力と同等であることを判断すると電磁弁
を開いて定常状態に移行する。

（発明の効果） 従って、本発明によれば、従来に比べてエンジン始動直
後からエンジンの冷却水の温度が十分上昇するまでの間
においても、速やかに大きな暖房感を乗員に提供できる
という優れた効果を有する。

（実施例） 以下、本発明を図に示す実施例によって詳細に説明する
。

第１図は、本発明の第１実施例の全体構成を示す。なお
、本第１実施例において、冷凍サイクル部分は第５図に
示す従来と同様であるため説明を省略し、以下第１実施
例の特徴部分について詳しく説明する。

第１図において、断熱材でおおわれた熱交換器６０の冷
却温水入口の上流にはウォータバルブ４１が設置されて
おり、熱交換器６０内に設置された温度検出器４２（例
えばサーミスタ）の検出温度Ｔｗと、一般にラジェータ
、温水ヒータコアと並列に設置されたエンジン冷却水バ
イパス通路（一般にラジェータのサーモスタット閉で温
水ヒータコアを使用しない場合に水がエンジン内を循環
できるようにするために設けられている。）内に設置さ
れた温度検出器４３の検出温度ＴＥＷを比較し、ＴＥＷ
≧Ｔｗとなるとウォータパルプ４１が開くよう制御する
制御回路４４が設置されている。なお、この場合、冷却
水が水路中を循環している場合を考えると、流速による
水側熱伝達率αの向上が考えられるため、Ｔ、ＥＷ≧Ｔ
ｗとなる前のＴ　Ｅ　Ｗ　＋Ｔ≧Ｔｗ（Ｔｏ−αによっ
て決まる定数）となった時にウォータバルブ４１を開く
ように制御してもよい。

また、この制御回路４４は暖房スイッチ接点１０１及び
切換えスイッチ１００を介して車載のバッテリ９１に接
続されるようになっており、また、前記四方弁８を駆動
するコイル８ａに結線されている。また、前記電磁クラ
ッチ１ａのコイルは冷房スイッチ接点１０２及び切換え
スイッチ１００を介してバッテリ９１に接続されるよう
になっている。

次に、熱交換器６０の具体的構造について、第２図を用
いて説明する。

冷媒蒸発部は、入口配管１６と冷媒分配器３２、複数本
の蛇行状の熱交換パイプ３１、冷媒集約器３３と出口配
管１６′から構成され、これを水制入口２１ａ、出口２
１ｂを持つた容器２３で覆っている。冷却水はこの容器
２３内を流れる。さらに、容器２３はポリエチレンヤポ
リプロピレンなどからなる２重の樹脂部材６２によって
覆われている。また、断熱性向上のために樹脂部材２重
壁間には硬質ポリウレタンなどの断熱材６３が充填され
ている。温度検出器４２は容器２３内に設置されている
。

次に上記構成を有する本第１実施例の作動について説明
する。

まず、車室内の冷房を行なう冷媒運転時には、切換えス
イッチ１００を冷房スイッチ接点１０２側に倒すと電磁
クラッチ１ａのコイルが通電され、従って圧縮機１はエ
ンジンに接続され、冷房運転が開始される。また、四方
切換弁８の弁体は通電されず、第１図の実線位置に切換
えられたままで。

あり、冷房は実線矢印に示す如く循環し、熱交換器５は
エバポレータとなり、周囲空気を冷却する。

エバポレータ５にて冷却された空気は送風機５６より冷
風となり、車室内に吹出される。

次に、仁−トポンプサイクル時には、切換スイッチ１０
０を暖房スイッチ接点１０１側に倒すと、コイル８ａに
通電され、四方切換弁８は第１図の破線状態に切換えら
れるため、冷媒は破線矢印に示す如く流れ、熱交換器５
はコンデンサとなり、熱交換１６０はエバポレータとし
て機能する。

ここでエンジン始動から十分時間が経過した定常時には
、エンジン冷却水温度は、６０〜９０℃であり、従うて
熱交換器６０内部の水温度は６０〜９０℃に保たれてお
り、熱交換器６０での冷媒が促進され、熱交換器５で冷
媒が凝縮する際、周囲空気への放熱量が増加し、暖房効
果を高めることができる。

次に、前回の運転停止時のエンジン冷却水温が８０℃で
あり、熱交換器６０内の水量が４０βとすれば、発明者
らの研究によると、外気温−５℃一定で、１２時間放置
しても、熱交換器６０内の水温は４０β程度までしか低
下しない。（もちろん保温部を厚くすればもっと高温に
保てるが）従って、通勤時に利用される車両の場合、夜
駐車して、朝エンジン始動する場合、熱交換器６０内の
水温Ｔｗは４０β程度であり、Ｔ　Ｅ　Ｗ　＜　’ｌ’
　ｙであるためバルブ４１は閉じられている。　　　−
従うて、第４図の曲線Ａに示す如く本実施例によれば外
気温度が、−５℃という非常に低い場合にも、ヒートポ
ンプ運転開始から１分はどで空気吹出温度が３７〜３８
℃に達し、第１図に示す従来冷暖房装置（曲線Ｃ）に比
べて、暖房能力の即効性が向上していることがわかる。

しかし、外気温が一５℃程度であるため、バルブ４１が
閉じていても冷媒との熱交換器によって熱交換器６０内
の水温Ｔｗは徐々に低下する。本発明者等の研究によれ
ば、外気、−５℃では、ヒートポンプ運転開始から約１
分半後には、バイパス路内の水温Ｔ　Ｅ　ＷはＴＷを上
回り、このときＴＷζ２５℃であった。従って、１分率
後には、制御部４４によりＴ　Ｅ　Ｗ≧ＴＶを判断し、
バルブ４１が開かれ、熱交換器６０内にもエンジン冷却
水が循環するようになる。その後エンジン冷却水温度は
一般に、ラジェータのサーモスフ・ノド開弁温度（例え
ば、９０″Ｃ）まで上昇する。なお、図示しないスイッ
チをオフすると電磁クラッチ１ａへの通電を停止されて
圧縮機は停止すると共に、電磁弁４１への通電も停止さ
れるため、電磁弁４１は閉じるため熱交換器５０内の水
温は約８０〜９０℃に保たれる。

次に本発明の第２実施例について説明する。上記第１実
施例は温水式ヒータを具備せずヒートポンプサイクルの
みで車室の暖房を行なうことが可能であるが、本発明は
本第２実施例のように温水式ヒータとヒートポンプサイ
クルを併用するものにも同様に通用できる。第３図は、
第２実施例の全体構成を示し、本実施例では、ヒートポ
ンプ用の熱交換器６０と並列に温水式暖房用のヒータコ
ア４５が設けられている。また、このヒータコアを図示
しないダクト内の熱交換器５の下流に配設されている。

ヒータコア４５の温水入口側には、ウォータバルブ４６
が設けられている。このウォータバルブ４６もウォータ
バルブ４１と同様制御回路４４によって開閉される。

すなわち、エンジ冷却水の循環水温Ｔ　Ｅ　Ｗが熱交換
器６０内の水温Ｔｗより小さいときバルブ４１・４６は
共に閉じ、られている。従って、図示しないエアミンク
スダンバが最大暖房位置に切換えられている場合に、ダ
クト内の空気は、まず上述と同様に、熱交換器５によっ
て加熱された後ヒータコア４５を通過する。この時、ヒ
ータコア４５には、温度の低い冷却水は導入されていな
いため、熱交換器５にて加熱された空気温度を低下させ
ることはない。

次に、Ｔ　Ｅ　Ｗ≧ＴＥとなり、しかもサーミスタ２０
０によって熱交換器５の下流耐空気温度がＴＥＶより大
きい之とを検出すると、バルブ４１・４６は共に開かれ
、ヒートポンプサイクルによる暖房と同時に、ヒータコ
ア４５にも温水が導入されるため、熱交換器５によって
加熱された空気は、さらにヒータコア４５によって再加
熱されるため、空気温度は上昇し、暖房効果が高められ
る。

ただし、バルブ４６は上記空気温度がＴ　Ｅ　Ｗより大
きい場合でも、四方弁が冷房サイクル側に切換えられて
おり、温度調節レバーが最大冷房位置に切換えられてい
れば、バルブ４６は閉じられるようになっている。　ま
た、本第２実施例において、循環水温度ＴＥＷが例えば
８０℃に上昇すれば、バルブ４１のみを閉じ、圧縮機を
停止し、温水ヒータコア４５のみによって暖房するよう
してもよい。

また、ヒータコア４５を設ける場合に、バルブ４６は必
ずしも必要ではなく、その場合、温度検出器４３は、ヒ
ータコア４５の通水路中に設けてもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の第１実施例の全体構成を示す概略
図、第２図は本発明の第３の熱交換器の構造を示す断面
図、第３図は本発明装置の第２実施例の全体構成を示す
概略図、第４図は発明装置と従来装置との経過時間に対
する空気吹出温度の違いを示す特性図、第５図は従来装
置の全体構成を示す概略図である。 １・・・冷媒圧縮機、２・・・第１の熱交換器、３・・
・気液分離器、４・・・冷房用減圧装置、５・・・第２
の熱交換器、７・・・暖房用減圧装置、８・・・四方弁
、６０・・・第３の熱交換器、４１．４３・・・第１温
度検出器、４２・・・第２温度検出器、４４・・・制御
装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 冷媒圧縮機、車室外に配置される第１の熱交換器、気液
   分離器、冷房用減圧装置、および車室内に配置される第
   ２の熱交換器を冷媒管路で連結して成る冷凍装置と、 前記冷媒管路内で前記冷媒圧縮機と第１の熱交換器と第
   ２の熱交換器との間に配置された四方弁と、 前記気液分離器と前記圧縮器との間に配設された冷媒管
   路中に設けられる暖房用減圧装置、および蒸発部と、 該蒸発部およびこれを収納する断熱性容器によって構成
   される第３の熱交換器と、 該第３の熱交換器の容器へエンジンの冷却水を導入する
   通水路中に設けられた電磁弁と、 前記エンジン冷却水のうち循環水の温度を検出するよう
   に設けられる第１温度検出器と、 前記第３の熱交換器の容器内の水の温度を検出するよう
   に設けられる第２の温度検出器と、前記第１温度検出器
   および第２温度検出器の検出温度を比較して前記電磁弁
   の開閉を制御する制御装置とを具備することを特徴とす
   る車両用空調装置。