JP3704787B2 - 車両用空調装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本願発明は、車両用空調装置に関し、さらに詳しくはエンジン冷却水を熱源とする車外側熱交換器を備えた車両用空調装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
車両用空調装置としては、冷房時には冷凍サイクルを循環する冷媒の蒸発器における相変化時の蒸発潜熱を利用し、暖房時にはエンジン冷却水からヒータコアにおいて放熱される熱を利用するものが従来からよく知られているが、上記冷凍サイクルにおける排熱は空冷式の車外側熱交換器(即ち、凝縮器)により行われていた。
【0003】
また、ヒートポンプ式空調装置において、暖房時にエンジン冷却水から冷媒に吸熱させる熱交換器を設けて、従来のヒータコアと併用することにより暖房能力を高めるようにしたものも提案されている(例えば、特開昭60ー236821号公報参照)。
【0004】
上記のいずれのものにおいても、エンジン冷却水を冷却するためのラジエータとは、別に空冷式車外側熱交換器が必要となり、自動車の前部にラジエータと空冷式車外側熱交換器とを併設しなければならず、自動車のデザイン、空力特性、エンジン設計、コスト等を考える上での大きな制約となっていた。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、電気自動車などの例外を除けば、自動車にはエンジン冷却水を冷却するためのラジエータが搭載されている。このラジエータの放熱面積は、一般に自動車の空調(例えば、冷房)を行うために装備される空冷式の車外側熱交換器(即ち、凝縮器)の放熱面積よりも遥かに大きい。従って、空調装置から発生する排熱の放熱手段としてラジエータを利用し、空調装置の放熱系を簡素化することによって、軽量化、省電力化、低価格化、省空間化を図ることが考えられる。
【0006】
単純に考えるならば、空調装置の放熱手段としてラジエータを利用するためには、冷媒と外気との間で熱交換を行う方式(即ち、空冷式)の車外側熱交換器の代わりに、冷媒とエンジン冷却水との間で熱交換を行う方式(即ち、水冷式)の車外側熱交換器を採用することによって、冷媒からエンジン冷却水へ放熱させた後にラジエータを利用してエンジン冷却水から外気へ放熱させればよい。
【0007】
しかしながら、ラジエータを含むエンジン冷却水回路には、通常ラジエータを通過するエンジン冷却水の流量を制御する流量制御手段(例えば、サーモスタット)が設けられており、エンジン本体に入る冷却水の温度が80℃前後になるように流量制御されている。このため、単純に空冷式の車外側熱交換器を水冷式の車外側熱交換器に置き換えたのでは、冷媒からエンジン冷却水へ放熱する温度が80℃以上となって、放熱能力が空冷式の車外側熱交換器を用いた場合に比べて大幅に悪化するおそれがある。
【0008】
本願発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、冷凍サイクルを構成する車外側熱交換器としてエンジン冷却水を用いた水冷式のものを採用した車両用空調装置において、車外側熱交換器へ供給されるエンジン冷却水温度を低く抑え得る構成として、車外側熱交換器での放熱能力を十分に確保し得るようにすることを目的とするものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本願発明の基本構成では、上記課題を解決するための手段として、冷媒圧縮用の圧縮機と、エンジン冷却水を熱源とする車外側熱交換器と、通過する空気に利用熱を与える車内側熱交換器と、該車内側熱交換器への冷媒を減圧する減圧手段とを備えた冷凍サイクルを具備した車両用空調装置において、エンジン冷却水の保有する熱を放熱するラジエータよりも下流側であって該ラジエータを通過したエンジン冷却水の流量を制御する流量制御手段よりも上流側から前記車外側熱交換器を経てエンジン本体へ還流する第1の冷却水通路を付設し、上記流量制御手段は、ラジエータ通過後の冷却水を直接エンジン本体へ供給する流量の制御を行うものであり、上記エンジン本体の入口へ流入する冷却水温度が所定温度以下の場合は流量断面積を零とし、該冷却水温度が所定温度以上の場合は、その温度に応じた流路断面積に変化させるように構成している。この構成により、流量制御手段は、エンジン本体の入口へ流入する冷却水温度が所定温度以上の場合にのみ、その温度に応じて流路断面積を増やし、ラジエータ通過後の冷却水を直接エンジン本体の入口へ流入させ、それ以外のときは、流量断面積を零としてエンジン本体の入口へ流入させないようにすることで、ラジエータを通過したエンジン冷却水の車外側熱交換器へ供給されるエンジン冷却水温度を低く抑え得るようにしている。
【0010】
本願発明の基本構成において、前記第1の冷却水通路の出口を、前記流量制御手段に接続した場合、第1の冷却水通路を流れるエンジン冷却水の温度が高くなり過ぎることがなくなる点で好ましい。
【0011】
また、前記ラジエータと並列に接続され、エンジン冷却水の保有する熱を放熱する空気加熱器を付設した場合、エンジン冷却水の保有する熱を暖房熱源として利用できるとともに、車内側熱交換器との併用により除湿暖房も可能となる点で好ましく、その場合において、前記空気加熱器を、前記エンジン本体と前記第1の冷却水通路における復路部との間に接続される第2の冷却水通路に介設すれば、通路構成が簡素化できる点でより好ましい。
【0012】
また、冷房運転時には前記第1の冷却水通路を導通し、暖房運転時には前記分第2の却水通路を導通し、除湿暖房運転時には前記第1および第2の冷却水通路の両方を導通する通路切換手段を付設した場合、冷暖房および除湿暖房が通路の切換により得られる点で好ましい。
【0013】
また、前記冷凍サイクルにおける圧縮機の吐出側に四路切換弁を設けて、該四路切換弁の切換操作により冷凍サイクルにおける冷媒循環方向を切り換え得るように構成した場合、ヒートポンプによる冷暖房および除湿暖房が可能となり、空調能力の向上を図り得る点で好ましい。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、添付の図面を参照して、本願発明の幾つかの好適な実施の形態について詳述する。
【0015】
第1の実施の形態
図1には、本願発明の第1の実施の形態にかかる車両用空調装置における冷媒回路とエンジン冷却水回路とが示されている。
【0016】
この車両用空調装置は、冷媒圧縮用の圧縮機1と、エンジン冷却水を熱源とする車外側熱交換器2と、減圧手段3と、通過する空気に利用熱(即ち、冷熱)を与える(換言すれば、空気を冷却する)車内側熱交換器4と、アキュムレータ5とを冷媒配管6により順次接続してなる冷凍サイクルAを備えている。
【0017】
前記圧縮機1、車外側熱交換器2およびアキュムレータ5はエンジンルーム内に配設され、前記減圧手段3はエンジンルーム内あるいは車内に配設され、前記車内側熱交換器4は車内側にとなる空調ユニットケース(図示省略)の空調空気通路7内に配設されている。なお、前記圧縮機1は、エンジン本体8により駆動されることとなっている。符号9はエンジン本体8側のプーリ、10は圧縮機1側のプーリ、11はプーリ9,10を連結するVベルトである。
【0018】
また、エンジン冷却水回路Bは、エンジン本体8(即ち、図示しないウォータジャケット)、ラジエータ12、流量制御手段として作用するサーモスタット13を冷却水配管14により順次接続して構成されている。この冷却水配管14は、エンジン本体8からラジエータ12に至る高温配管部14aと、ラジエータ12からサーモスタット13に至る低温配管部14bと、サーモスタット13からエンジン本体8に至る出口配管部14cとからなっている。
【0019】
前記エンジン本体8、ラジエータ12およびサーモスタット13はエンジンルーム内に配設されている。なお、エンジン冷却水の循環は、エンジン本体8内に内蔵されているウォータポンプ(図示省略)により行われることとなっている。
【0020】
そして、前記冷却水配管14において前記ラジエータ12よりも下流側であって前記サーモスタット13よりも上流側(即ち、低温配管部14b)から前記車外側熱交換器2を経てエンジン本体8へ還流する第1の冷却水通路15が付設されている。本実施の形態においては、前記第1の冷却水通路15の出口は、前記サーモスタット13に接続されている。この第1の冷却水通路15は、前記冷却水配管14から分岐して前記車外側熱交換器2に至る往路部15aと、該車外側熱交換器2から前記サーモスタット13に至る復路部15bとからなっている。
【0021】
前記サーモスタット13は、前記冷却水配管14の出口配管部(即ち、エンジン本体8への入口)14cを通過するエンジン冷却水の温度が設定温度(例えば、80℃)以下である場合には前記第1の冷却水通路15における復路部15bと前記出口配管部14cとだけを連通させ、前記出口配管部14cを通過するエンジン冷却水の温度が設定温度(例えば、80℃)を超える場合には前記第1の冷却水通路15における復路部15bと前記出口配管部14cを連通させるだけでなく、前記出口配管部14cを通過するエンジン冷却水の温度に応じた流路断面積で、前記冷却水配管14における低温配管部14bと冷却水配管14における出口配管部14cとを連通させるように動作することとなっている。
【0022】
また、前記エンジン本体8と前記第1の冷却水通路15における復路部15bとの間には、前記エンジン冷却水回路Bと並列状態で第2の冷却水通路16が接続されており、該第2の冷却水通路16には、エンジン冷却水の保有する熱を放熱する空気加熱器として作用するヒータコア17が介設されている。該ヒータコア17は、前記空調空気通路7において前記車外側熱交換器2の下流側に配設されている。
【0023】
上記第2の冷却水通路16は、エンジン本体8からヒータコア17に至る入口側配管部16aと、ヒータコア17から前記第1の冷却水通路15における復路部15bに至る出口側配管部16bとからなっており、該出口側配管部16bと前記冷却水通路復路部15bとは三方弁18を介して接続されている。該三方弁18は、冷房運転時には前記第1の冷却水通路15を導通し、暖房運転時には前記第2の冷却水通路16を導通する通路切換手段として作用する。
【0024】
上記したように、本願発明においては、従来の空冷式車外側熱交換器に代えて、エンジン冷却水を熱源とする車外側熱交換器を採用するようにしているので、車両前部の構造が簡素化されることとなり、自動車のデザイン、空力特性、エンジン設計、コスト等を考える上で極めて有利となる。
【0025】
上記構成の車両用空調装置の作用について以下に詳述する。
【0026】
(I) 冷房運転時
冷凍サイクルAにおける冷媒の循環方向は、実線矢印で示すように、圧縮機1→車外側熱交換器2→減圧手段3→車内側熱交換器4→アキュムレータ5→圧縮機1の順とされる。
【0027】
一方、三方弁18は、第1の冷却水通路15を導通するように切り換えられており、エンジン冷却水の循環方向は、実線矢印で示すように、エンジン本体8→ラジエータ12→車外側熱交換器2→三方弁18→サーモスタット13→エンジン本体8の順とされる。
【0028】
従って、車外側熱交換器2においては、ラジエータ12を通過した後エンジン本体8により加熱されていない状態のエンジン冷却水と圧縮機1から吐出されたガス冷媒とが熱交換し、ガス冷媒は凝縮液化される一方、エンジン冷却水は加熱されてエンジン本体8に還流される。
【0029】
車外側熱交換器2において凝縮液化された液冷媒は、減圧手段3で減圧された後、車内側熱交換器4において蒸発気化し、そのときに生ずる蒸発潜熱により空調空気通路7を流れる空気が冷却されて冷風となり、該冷風によって車室内の冷房が行われる。
【0030】
ところで、エンジン本体8を始動した直後には冷却水配管14の出口配管部14cを通過するエンジン冷却水の温度は設定温度(例えば、80℃)以下であるので、サーモスタット13は第1の冷却水通路15における復路部15bと前記出口配管部14cとだけを連通させている。そのため、ラジエータ12を通って冷却水配管14の低温配管部14bに入ったエンジン冷却水は、サーモスタット13を通過することができず、車外側熱交換器2に入って冷媒を冷却した後、サーモスタット13を通ってエンジン本体8へ還流する。もしも、冷却水配管14の出口配管部14cを通過するエンジン冷却水の温度が設定温度(例えば、80℃)を超えた場合には、サーモスタット13は、冷却水配管14の低温配管部14bと出口配管部14cとをも連通させるので、該低温配管部14bから第1の冷却水通路15(換言すれば、車外側熱交換器2)に流れていたエンジン冷却水の一部はサーモスタット13を通ってエンジン本体8へ還流する。
【0031】
従って、冷却水配管14の出口配管部14cを通過するエンジン冷却水の温度が設定温度(例えば、80℃)以下でもエンジン冷却水はラジエータ12を通り、なお且つラジエータ12を出たエンジン冷却水はエンジン本体8に加熱されることなく直接車外側熱交換器2に供給されることとなる。その結果、日常のほとんどの車両運転条件において、車外側熱交換器2に供給されるエンジン冷却水の温度は設定温度(例えば、80℃)よりも大幅に低く維持され、冷媒の凝縮温度並の60℃前後、あるいはそれ以下となり、日常のほとんどの車両運転条件において、従来の空冷式の車外側熱交換器を用いた場合と同等あるいはそれ以上の冷房能力を発揮することができるのである。
【0032】
(II) 暖房運転時
冷凍サイクルAにおける圧縮機1は運転停止され、三方弁18は、第2の冷却水通路16を導通するように切り換えられる。そのため、冷却水通路15の復路部15bは出口を塞がれるので、エンジン冷却水は車外側熱交換器2に入ることができない。また、エンジン本体8を始動した直後には冷却水配管14の出口配管部14cを通過するエンジン冷却水の温度は設定温度(例えば、80℃)以下であるので、サーモスタット13は第1の冷却水通路15における復路部15bと前記出口配管部14cとだけを連通させている。そのため、ラジエータ12を通って冷却水配管14の低温配管部14bに入ったエンジン冷却水は、サーモスタット13を通過することができず、前記出口配管部14cには入れない。
【0033】
従って、エンジン本体8の冷却水は、点線矢印で示すように、第2の冷却水通路16の入口側配管部16aに入り、ヒータコア17で空調空気通路7を流れる空気と熱交換して冷却された後、第2の冷却水通路16の出口側配管部16b、三方弁18、第1の冷却水通路15の復路部15b、サーモスタット13および冷却水配管14の出口配管部14cを経てエンジン本体8に還流する。そして、ヒータコア17を通過する際にエンジン冷却水により加熱された空気は、温風となって車室内を暖房する。もしも、冷却水配管14の出口配管部14cを通過するエンジン冷却水の温度が設定温度(例えば、80℃)を超えた場合には、サーモスタット13は、冷却水配管14の低温配管部14bと出口配管部14cとをも連通させるので、該エンジン本体8からのエンジン冷却水の一部はラジエータ12を通過した後サーモスタット13を通ってエンジン本体8へ還流する。
【0034】
上記したように、冷却水配管14の出口配管部14cを通過するエンジン冷却水の温度が設定温度(例えば、80℃)を超えないかぎり、エンジン冷却水はラジエータ12を通らないので、暖房に支障を生じることはない。
【0035】
第2の実施の形態
図2には、本願発明の第2の実施の形態にかかる車両用空調装置における冷媒回路とエンジン冷却水回路とが示されている。
【0036】
この場合、第1の実施の形態における三方弁18を廃止して、第1の冷却水通路15における往路部15aに開閉弁19を介設している。該開閉弁19は、冷房運転時および除湿暖房運転時には前記第1の冷却水通路15を導通し、暖房運転時には前記第1の冷却水通路15を非導通とする通路切換手段として作用することとなっている。その他の構成は第1の実施の形態と同様なので説明を省略する。
【0037】
上記のように構成された車両用空調装置においては、冷房運転時には開閉弁19が開作動され、エンジン冷却水は、実線矢印で示すように、大部分がエンジン本体8→ラジエータ12→開閉弁19→車外側熱交換器2→サーモスタット13→エンジン本体8と循環するとともに、一部がエンジン本体8→ヒータコア17→サーモスタット13→エンジン本体8と循環する。ところで、ヒータコア17を通るエンジン冷却水の流量は、ラジエータ12および車外側熱交換器2を通るエンジン冷却水の流量よりも大幅に少ない。その理由は、ヒータコア17の通水抵抗係数がラジエータ12および車外側熱交換器2の通水抵抗係数と比較して遥かに大きいからである。
【0038】
従って、冷房運転時においては、車内側熱交換器4とヒータコア17との間にダンパ(図示省略)を設けておき、該ダンパにより空調空気通路7における車室内熱交換器4とヒータコア17との間を閉止して車内側熱交換器4を通過した冷風をヒータコア17を通さずに車室内に供給するようにすれば、良好な冷房運転が行える。また、前記ダンパを開作動させて、空調空気通路7を流れる空気が車内側熱交換器4を通過した後ヒータコア17を通過するようにすれば、除湿暖房が行える。なお、開閉弁19に代えて絞り弁を用いれば、気温等の環境条件に応じて絞り弁の流路断面積を調節することにより、ヒータコア17を通るエンジン冷却水の流量と、ラジエータ12および車外側熱交換器2を通るエンジン冷却水の流量との比率を調節できるので、除湿暖房を行う際にもきめ細かな室温制御が可能となる。その他の作用効果は暖房は第1の実施の形態におけると同様なので説明を省略する。
【0039】
第3の実施の形態
図3には、本願発明の第3の実施の形態にかかる車両用空調装置における冷媒回路とエンジン冷却水回路とが示されている。
【0040】
この場合、冷凍サイクルAにおける圧縮機1の吐出側に四路切換弁20を設けて、該四路切換弁20の切換作動により、前記冷凍サイクルAを循環する冷媒の循環方向を変更(即ち、冷房運転時および除湿暖房運転時には圧縮機1の吐出側を車外側熱交換器2に、吸入側を車内側熱交換器4に連通させる一方、暖房運転時には圧縮機1の吐出側を車内側熱交換器4に、吸入側を車外側熱交換器2に連通させるように変更)して、前記車内側熱交換器4での冷媒状態を変化させることにより、該車内側熱交換器4を通過する空気に利用熱(即ち、温熱あるいは冷熱)を与えて加熱あるいは冷却するように構成されている。
【0041】
一方、第1の冷却水通路15の往路部15aは、冷却水配管14の低温配管部14bにおけるサーモスタット13の上流側から分岐して第2の冷却水通路16の入口側配管部16aに至る第1往路部15a1と、第2の冷却水通路16の入口側配管部16aにおける前記第1往路部15a1の下流側から車外側熱交換器2に至る第2往路部15a2とからなっており、前記第1往路部15a1と第2の冷却水通路16の入口側配管部16aとは三方弁21を介して接続されている。従って、三方弁18,21が、冷房運転時には前記第1の冷却水通路15を導通し、暖房運転時には前記第2の冷却水通路16を導通し、除湿暖房運転時には前記第1および第2の冷却水通路15,16の両方を導通する通路切換手段として作用することとなっている。その他の構成は第1の実施の形態におけると同様なので説明を省略する。
【0042】
上記構成の車両用空調装置の作用について以下に詳述する。
【0043】
(I) 冷房運転時
冷凍サイクルAにおける冷媒の循環方向は、実線矢印で示すように、圧縮機1四路切換弁20→→車外側熱交換器2→減圧手段3→車内側熱交換器4→アキュムレータ5→四路切換弁20→圧縮機1の順とされる。
【0044】
一方、三方弁18は、第1の冷却水通路15を導通するように切り換えられるとともに、三方弁21は、第1の冷却水通路15の第1往路部15a1と第2の冷却水通路16の入口側配管部16aとを連通するように切り換えられており、エンジン冷却水の循環方向は、実線矢印で示すように、エンジン本体8→ラジエータ12→三方弁21→車外側熱交換器2→三方弁18→サーモスタット13→エンジン本体8の順とされる。
【0045】
従って、車外側熱交換器2においては、ラジエータ12を通過した後エンジン本体8により加熱されていない状態のエンジン冷却水と圧縮機1から吐出されたガス冷媒とが熱交換し、ガス冷媒は凝縮液化される一方、エンジン冷却水は加熱されてエンジン本体8に還流される。
【0046】
車外側熱交換器2において凝縮液化された液冷媒は、減圧手段3で減圧された後、車内側熱交換器4において蒸発気化し、そのときに生ずる蒸発潜熱により空調空気通路7を流れる空気が冷却されて冷風となり、該冷風によって車室内の冷房が行われる。冷房運転時におけるその他の作用効果は第1の実施の形態におけると同様なので説明を省略する。
【0047】
(II) ヒートポンプ暖房運転時
冷凍サイクルAにおける冷媒の循環方向は、点線矢印で示すように、圧縮機1四路切換弁20→→車内側熱交換器4→減圧手段3→車外側熱交換器2→アキュムレータ5→四路切換弁20→圧縮機1の順とされる。
【0048】
一方、三方弁18は、第1の冷却水通路15を導通するように切り換えられるとともに、三方弁21は、第2の冷却水通路16の入口側配管部16aを導通するように切り換えられており、エンジン冷却水の循環方向は、点線矢印で示すように、エンジン本体8→三方弁21→車外側熱交換器2→三方弁18→サーモスタット13→エンジン本体8の順とされる。
【0049】
従って、冷却水配管14の出口配管部14cを通過するエンジン冷却水の温度が設定温度(例えば、80℃)に達するまでの間は、エンジン本体8から出たエンジン冷却水は車外側熱交換器2に供給され、該車外側熱交換器2において冷媒を加熱した後サーモスタット13を経てエンジン本体8に還流する。
【0050】
車外側熱交換器2において加熱された冷媒は、蒸発気化した後、圧縮機1に吸入されるが、圧縮機1から吐出されて車内側熱交換器4に供給されたガス冷媒は、空調空気通路7を流れる空気に冷却されて凝縮液化する。その際に生ずる凝縮潜熱により空気は加熱されて温風となり、該温風によって車室内の暖房が行われる。
【0051】
上記したように、エンジン冷却水は、冷却水配管14の出口配管部14cを通過するエンジン冷却水の温度が設定温度(例えば、80℃)を超えないかぎり、ラジエータ12やヒータコア17を通過することなく、エンジン本体8を出て車外側熱交換器2のみを通ってエンジン本体8に還流される。このため、エンジン冷却水の保有する熱は、外気に放出されることなく冷媒に吸熱されるし、車内側熱交換器4によって冷却水温度以上に加熱された空気がヒータコア17を通過する際に再冷却されることもない。従って、極めて効率の良いヒートポンプ暖房が行えるのである。
【0052】
(III) ヒータコア暖房運転時
冷凍サイクルAにおける圧縮機1は運転停止され、三方弁18,21は、第2の冷却水通路16を導通するように切り換えられる。なお、エンジン冷却水の循環方向は、1点鎖線矢印で示すようになる。そのため、冷却水通路15の復路部15bは出口を塞がれるので、エンジン冷却水は車外側熱交換器2に入ることができない。ヒータコア暖房運転時におけるその他の作用効果は第1の実施の形態におけると同様なので説明を省略する。
【0053】
第4の実施の形態
図4には、本願発明の第4の実施の形態にかかる車両用空調装置における冷媒回路とエンジン冷却水回路とが示されている。
【0054】
この場合、第1の冷却水通路15における往路部15aと第2の冷却水通路16における入口側配管部16aとをバイパス通路22で接続するとともに、三方弁18,21を廃止し、第1の冷却水通路15における往路部15aにおいて前記バイパス通路22の接続部より上流側となる位置と、前記バイパス通路22および第2の冷却水通路16における出口側配管部16bとにそれぞれ開閉弁23,24,25を設けた点が第3の実施の形態と相異しているのみであり、その他の構成は第3の実施の形態と同様である。
【0055】
上記構成の車両用空調装置の作用について以下に詳述する。
【0056】
(I) 冷房運転時
冷凍サイクルAにおける冷媒の循環方向は、実線矢印で示すように、圧縮機1四路切換弁20→→車外側熱交換器2→減圧手段3→車内側熱交換器4→アキュムレータ5→四路切換弁20→圧縮機1の順とされる。
【0057】
一方、開閉弁23は開作動され、開閉弁24,25は閉作動されており、エンジン冷却水の循環方向は、実線矢印で示すように、エンジン本体8→ラジエータ12→開閉弁23→車外側熱交換器2→サーモスタット13→エンジン本体8の順とされる。
【0058】
従って、車外側熱交換器2においては、ラジエータ12を通過した後エンジン本体8により加熱されていない状態のエンジン冷却水と圧縮機1から吐出されたガス冷媒とが熱交換し、ガス冷媒は凝縮液化される一方、エンジン冷却水は加熱されてエンジン本体8に還流される。
【0059】
車外側熱交換器2において凝縮液化された液冷媒は、減圧手段3で減圧された後、車内側熱交換器4において蒸発気化し、そのときに生ずる蒸発潜熱により空調空気通路7を流れる空気が冷却されて冷風となり、該冷風によって車室内の冷房が行われる。冷房運転時におけるその他の作用効果は第3の実施の形態におけると同様なので説明を省略する。
【0060】
(II) ヒートポンプ暖房運転時
冷凍サイクルAにおける冷媒の循環方向は、点線矢印で示すように、圧縮機1四路切換弁20→→車内側熱交換器4→減圧手段3→車外側熱交換器2→アキュムレータ5→四路切換弁20→圧縮機1の順とされる。
【0061】
一方、開閉弁24は開作動され、開閉弁23,25は閉作動されており、エンジン冷却水の循環方向は、点線矢印で示すように、エンジン本体8→開閉弁24→車外側熱交換器2→サーモスタット13→エンジン本体8の順とされる。
【0062】
従って、冷却水配管14の出口配管部14cを通過するエンジン冷却水の温度が設定温度(例えば、80℃)に達するまでの間は、エンジン本体8から出たエンジン冷却水は車外側熱交換器2に供給され、該車外側熱交換器2において冷媒を加熱した後サーモスタット13を経てエンジン本体8に還流する。ヒートポンプ暖房運転時におけるその他の作用効果は第3の実施の形態におけると同様なので説明を省略する。
【0063】
(III) 除湿暖房運転時
冷凍サイクルAにおける冷媒の循環方向は、実線矢印で示すように、圧縮機1四路切換弁20→→車外側熱交換器2→減圧手段3→車内側熱交換器4→アキュムレータ5→四路切換弁20→圧縮機1の順とされる。
【0064】
一方、開閉弁23,25は開作動され、開閉弁24は閉作動されており、エンジン冷却水は、2点鎖線矢印で示すように、大部分がエンジン本体8→ラジエータ12→開閉弁23→車外側熱交換器2→サーモスタット13→エンジン本体8と循環するとともに、一部がエンジン本体8→ヒータコア17→開閉弁25→サーモスタット13→エンジン本体8と循環する。
【0065】
従って、車内側熱交換器4において冷却除湿された空気が、ヒータコア17において加熱されて除湿温風となり、該除湿温風により車室内が暖房されることとなる。
【0066】
なお、開閉弁23に代えて絞り弁を用いれば、気温等の環境条件に応じて絞り弁の流路断面積を調節することにより、ヒータコア17を通るエンジン冷却水の流量と、ラジエータ12および車外側熱交換器2を通るエンジン冷却水の流量との比率を調節できるので、除湿暖房を行う際にもきめ細かな室温制御が可能となる。その他の作用効果は暖房は第3の実施の形態におけると同様なので説明を省略する。
【0067】
(IV) ヒータコア暖房運転時
冷凍サイクルAにおける圧縮機1は運転停止され、開閉弁23,24は閉差動され、開閉弁25は開作動される。なお、エンジン冷却水の循環方向は、1点鎖線矢印で示すようになる。そのため、冷却水通路15の往路部15aは開閉弁23により出口を塞がれるので、エンジン冷却水は車外側熱交換器2に入ることができない。ヒータコア暖房運転時におけるその他の作用効果は第1の実施の形態におけると同様なので説明を省略する。
【0068】
【発明の効果】
本願発明によれば、空冷式の車外側熱交換器に代えてエンジン冷却水を熱源とする車外側熱交換器を採用した車両用空調装置において、エンジン冷却水の保有する熱を放熱するラジエータよりも下流側であって該ラジエータを通過したエンジン冷却水の流量を制御する流量制御手段よりも上流側から前記車外側熱交換器を経てエンジン本体へ還流する第1の冷却水通路を付設して、エンジン本体の入口へ流入する冷却水温度が所定温度以上の場合にのみ、その温度に応じて流量制御手段の流路断面積を増やしてラジエータ通過後の冷却水を直接エンジン本体の入口へ流入させることにより、車外側熱交換器へ供給されるエンジン冷却水温度を低く抑え得るようにしたので、日常のほとんどの車両運転条件において、従来の空冷式の車外側熱交換器を用いた場合と同等あるいはそれ以上の冷房能力を発揮することができるとともに、車両前部の構造が簡素化されることとなって、自動車のデザイン、空力特性、エンジン設計、コスト等を考える上で極めて有利となるという優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本願発明の第1の実施の形態にかかる車両用空調装置における冷媒回路およびエンジン冷却水回路を示す回路構成図である。
【図2】本願発明の第2の実施の形態にかかる車両用空調装置における冷媒回路およびエンジン冷却水回路を示す回路構成図である。
【図3】本願発明の第3の実施の形態にかかる車両用空調装置における冷媒回路およびエンジン冷却水回路を示す回路構成図である。
【図4】本願発明の第4の実施の形態にかかる車両用空調装置における冷媒回路およびエンジン冷却水回路を示す回路構成図である。
【符号の説明】
1は圧縮機、2は車外側熱交換器、3は減圧手段、4は車内側熱交換器、8はエンジン本体、12はラジエータ、13は流量制御手段(サーモスタット)、14は冷却水配管、15は第1の冷却水通路、16は第2の冷却水通路、17は空気加熱器(ヒータコア)、18は通路切換手段(三方弁)、19は通路切換手段(開閉弁)、20は四路切換弁、21は通路切換手段(三方弁)、23,24,25は通路切換手段(開閉弁)、Aは冷凍サイクル。
Claims (6)
- 冷媒圧縮用の圧縮機と、エンジン冷却水を熱源とする車外側熱交換器と、通過する空気に利用熱を与える車内側熱交換器と、該車内側熱交換器への冷媒を減圧する減圧手段とを備えた冷凍サイクルを具備した車両用空調装置であって、
エンジン冷却水の保有する熱を放熱するラジエータよりも下流側であって該ラジエータを通過したエンジン冷却水の流量を制御する流量制御手段よりも上流側から前記車外側熱交換器を経てエンジン本体へ還流する第1の冷却水通路を付設し、
上記流量制御手段は、ラジエータ通過後の冷却水を直接エンジン本体へ供給する流量の制御を行うものであり、上記エンジン本体の入口へ流入する冷却水温度が所定温度以下の場合は流量断面積を零とし、該冷却水温度が所定温度以上の場合は、その温度に応じた流路断面積に変化させるように構成されていることを特徴とする車両用空調装置。 - 前記第1の冷却水通路の出口は、前記流量制御手段に接続されていることを特徴とする前記請求項1記載の車両用空調装置。
- 前記ラジエータと並列に接続され、エンジン冷却水の保有する熱を放熱する空気加熱器を付設したことを特徴とする前記請求項1および請求項2のいずれか一項記載の車両用空調装置。
- 前記空気加熱器は、前記エンジン本体と前記第1の冷却水通路における復路部との間に接続される第2の冷却水通路に介設されていることを特徴とする前記請求項3記載の車両用空調装置。
- 冷房運転時には前記第1の冷却水通路を導通し、暖房運転時には前記第2の冷却水通路を導通し、除湿暖房運転時には前記第1および第2の冷却水通路の両方を導通する通路切換手段が付設されていることを特徴とする前記請求項4記載の車両用空調装置。
- 前記冷凍サイクルにおける圧縮機の吐出側に四路切換弁を設けて、該四路切換弁の切換操作により冷凍サイクルにおける冷媒循環方向を切り換え得るように構成したことを特徴とする前記請求項1ないし請求項5のいずれか一項記載の車両用空調装置。
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