JP3789019B2 - 電気自動車用空調装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、暖房用の温水熱源を持たない電気自動車用空調装置に関し、特に、冷媒が凝縮する際に発生する凝縮熱を利用して車室内の暖房を行うヒートポンプ式のものにおいて、外気温が低い場合において暖房性能の向上を図ることができる電気自動車用空調装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
走行駆動源が電気モータである電気自動車は、高温のエンジン冷却水が利用できるガソリンエンジン車と比べて、暖房用の熱源となる熱エネルギーが小さい。そこで、従来、電気自動車用の空調装置として、冷房、暖房ともに冷媒を用いたサイクル運転を行い、窓曇りを防止しつつ車室内を暖房するという除湿暖房を可能にしたエアコンシステムが開発されている（たとえば、特開平５−２０１２４３号公報参照）。
【０００３】
この空調装置は、図１３に示すように、ブロア装置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ダクト２を有し、熱交換器として、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サブコンデンサ４とを配設し、ダクト２外に、主に冷房運転時に働くメインコンデンサ５を配設して構成されている。
【０００４】
冷凍サイクルは、コンプレッサ６、メインコンデンサ５、サブコンデンサ４、リキッドタンク７、膨張弁８、およびエバポレータ３を冷媒配管で接続し、その中に冷媒を封入して構成されている。コンプレッサ６の吸入口には、冷媒が液体状態でコンプレッサ６に戻されるのを防止するため、アキュムレータ９が設けられている。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、メインコンデンサ５の入口には冷媒の流れを切り替えるための四方弁１０が設けられている。この四方弁１０には、メインコンデンサ５をバイパスするバイパス管１１と、主にメインコンデンサ５に滞留している冷媒をコンプレッサ６の吸入側に戻すための冷媒回収管１２とが接続されている。バイパス管１１は、メインコンデンサ５の出口とサブコンデンサ４の入口をつなぐ配管１３に連結されている。
【０００５】
なお、メインコンデンサ５の背面には、これに熱交換用の空気を供給するためのコンデンサファン装置１４が配設されている。また、車室内に吹き出される空気の温度を調節するため、サブコンデンサ４の上流にはエアミックスドア１５が回動自在に取り付けられている。
【０００６】
冷房運転時、コンプレッサ６から吐出された冷媒は四方弁１０によってメインコンデンサ５側へ導かれ、コンプレッサ６→メインコンデンサ５→サブコンデンサ４→リキッドタンク７→膨張弁８→エバポレータ３→コンプレッサ６という経路で冷媒が流れる。これにより、エバポレータ３では、液冷媒と取入れ空気との熱交換が行われ、液冷媒は蒸発しながら冷媒通路の周囲を通過する取入れ空気を冷却するため、車室内が冷房される。また、メインコンデンサ５では、エバポレータ３で奪った熱を外気との熱交換により外部に放出して、ガス冷媒を冷却し凝縮液化させる。この場合、サブコンデンサ４は熱交換器としてほとんど機能しない。
【０００７】
一方、暖房運転時、コンプレッサ６から吐出された冷媒は四方弁１０によってバイパス管１１側へ導かれ、メインコンデンサ５をバイパスして、コンプレッサ６→サブコンデンサ４→リキッドタンク７→膨張弁８→エバポレータ３→コンプレッサ６という経路で冷媒が流れる。これにより、コンプレッサ６から吐出されたガス冷媒はサブコンデンサ３で凝縮液化されて放熱を行うため、エバポレータ３で冷却、除湿された空気は加熱されて車室内に吹き出されることになり、車室内が除湿暖房される。なお、車室内へ吹き出される空気の温度は、エアミックスドア１５の開度を調節することによって制御される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の電気自動車用空調装置にあっては、外気温が低い場合（たとえば、−１０℃以下）において暖房性能が不足する傾向がある。すなわち、ダクト２内に取り入れられる空気の温度が低いと、エバポレータ３が取入れ空気から熱を吸収しにくくなるため、エバポレータ３内で冷媒の蒸発が十分に行われず、その分、サブコンデンサ４でも冷媒の凝縮（放熱能力）が不十分となる。換言すれば、エバポレータ３において外部からの熱の汲上げがほとんどないため、エバポレータ３の過熱度（スーパーヒート）が確保されず、コンプレッサ６の仕事量がほとんどそのままサブコンデンサ４の放熱能力となる（成績係数ＣＯＰ≒１）。そのため、冷凍サイクル全体で見た場合、大幅な暖房効率の低下となり、暖房性能が不足することになってしまう。
【０００９】
また、外気温が低い場合には、上記のように、エバポレータ３内で冷媒の蒸発が十分に行われなことから、エバポレータ３の出口で冷媒の蒸発が完了せず、液冷媒がコンプレッサ６に帰還するおそれがある。これを防止するためにアキュムレータ９が設けられているわけであるが、アキュムレータ９の容量にも限界があるため、エバポレータ３から多量の液冷媒が流出したような場合にはアキュムレータ９で液冷媒を貯溜しきれず、コンプレッサ６に液冷媒が送り出されるおそれがある。コンプレッサ６に液冷媒が帰還すると、液圧縮によりコンプレッサ６が破損するおそれがある。
【００１０】
本発明は、暖房用の温水熱源を持たないヒートポンプ式の空調装置における上記課題に着目してなされたものであり、外気温が低い場合における暖房性能の向上およびコンプレッサの耐久性の向上を図ることができる電気自動車用空調装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【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記載の発明は、冷凍サイクルを構成するコンプレッサ、車室外コンデンサ、車室内コンデンサ、膨張弁、および車室内エバポレータを冷媒配管によりこの順序で接続するとともに、前記コンプレッサから吐出された冷媒を前記車室外コンデンサを迂回して前記車室内コンデンサへ導くためのバイパス管と、前記コンプレッサから吐出される冷媒の流路を切り替えるため前記コンプレッサの下流の冷媒配管に設けられた冷媒流路切替手段とを有し、前記コンプレッサから吐出される冷媒を、冷房運転時には前記冷媒流路切替手段により前記車室外コンデンサへ導入し、暖房運転時には前記冷媒流路切替手段により前記バイパス管を通じて直接前記車室内コンデンサへ導入するようにした電気自動車用空調装置において、前記車室内エバポレータの冷媒出口と前記コンプレッサの冷媒吸入口との間に、車載用電源からの電力供給により発熱する内蔵された発熱体のその発熱を利用して前記車室内エバポレータから流入する冷媒を加熱する車室外エバポレータを配置したことを特徴とする。
【００１２】
この発明にあっては、車室内エバポレータから流出した冷媒は車室外エバポレータの中を流通した後コンプレッサに吸入される。このとき、車室外エバポレータに内蔵された発熱体は車載用電源から電力が供給されると発熱し、この発熱体から発生する熱は車室外エバポレータ内を流通する冷媒に吸収される。この熱交換により、車室外エバポレータから流出してコンプレッサに吸入される冷媒の温度を上昇させ、また、たとえ車室内エバポレータから液冷媒が流出したとしても、車室外エバポレータの出口において液冷媒の蒸発を完了させ、車室外エバポレータの出口で適度な過熱度（スーパーヒート）を持たせることができる。そして、この適度に過熱された冷媒が再度コンプレッサで圧縮されることになるので、コンプレッサから吐出される冷媒はより高温の冷媒となって、車室内コンデンサに供給されることになる。
【００１３】
前記車室外エバポレータは、好ましくは、密閉された容器内に、前記発熱体としてのシーズヒータと、冷媒が内部を流通する冷媒管とを配設し、前記シーズヒータから発生する熱を前記冷媒管へ伝達させる熱伝達媒体を封入してなる。
【００１４】
この構成によれば、シーズヒータから発生する熱は周囲の熱伝達媒体を介して冷媒管の外部表面へ伝達された後、冷媒管内の冷媒へ伝達される。このとき、熱容量の大きい熱伝達媒体を使えば、シーズヒータＯＮ−ＯＦＦ時の温度変動が小さくなり、冷凍サイクル（ひいては、吹出し温度）のハンチング等の発生が抑えられる。また、シーズヒータは発熱線を保護管（シース）の中に入れ中間に耐熱性絶縁物を充填してなる一種の抵抗体であるから、実際の使用に際して、一方の端子には車載用電源（高電圧系）を直接接続し、もう一方の端子には低電圧用の部品（リレー、ハーネスなど）を使用することができる。
【００１５】
好ましくは、前記シーズヒータは、容器内での熱伝達媒体の自然対流を促進するため、縦方向に配置されている。シーズヒータを縦方向に配置すると、重力方向（上下方向）の熱伝達媒体の流動スペースが確保され、自然対流が発生しやすくなる。
【００１６】
また、対流を強制的に発生させるため、前記容器内に、前記熱伝達媒体を攪拌するための攪拌手段を設けてもよい。あるいは、同じく対流を強制的に発生させるため、前記容器に前記熱伝達媒体用の入口と出口を開設し、これら出入口を通じて内部の熱伝達媒体を循環させる循環手段を設けることも可能である。
【００１７】
また、好ましくは、前記冷媒管の外部表面には螺旋状のフィンが取り付けられている。フィンを取り付けることで、熱伝達媒体との接触面積が増大し、熱伝達媒体から冷媒管への熱伝達の効率が良くなる。また、フィンの形状を螺旋状とすることで、フィンを熱伝達媒体の対流を促進させるためのガイドとして機能させることができる。つまり、フィンに当たった熱伝達媒体はフィンをガイドとしてフィンの表面に沿って対流することになる。
【００１８】
また、省電力化の観点から、前記発熱体は、暖房運転時において前記コンプレッサの吸入冷媒温度が低い時にのみ作動させることが好ましい。
【００１９】
より具体的には、前記容器内に配置され、前記熱伝達媒体の温度を検出する温度検出手段と、前記温度検出手段の検出値に応じて前記シーズヒータのＯＮ−ＯＦＦを制御する制御手段とを有することが好ましい。
【００２０】
この構成によれば、制御手段は、温度検出手段の検出値（熱伝達媒体の温度）を入力し、その検出値に応じてシーズヒータのＯＮ−ＯＦＦを制御する。これにより、常に必要量の発熱が行われる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明一実施形態に係る電気自動車用空調装置の概略構成図である。なお、図１３と共通する部分には同一の符号を付している。
【００２２】
この電気自動車用空調装置は、図 に示す従来のヒートポンプ式の空調装置と基本構成は同じであって、ブロア装置１により取り入れた空気（内気または外気）を車室内に向かって送るためのダクト２を有し、熱交換器として、ダクト２内には、上流側から順に、車室内エバポレータとしてのメインエバポレータ３と、主に暖房運転時に働く車室内コンデンサとしてのサブコンデンサ４とが配設され、ダクト２外には、主に冷房運転時に働く車室外コンデンサとしてのメインコンデンサ５が配設されている。ダクト２の一端には、内気または外気を選択的に取り入れるためのインテークドア１６が回動自在に取り付けられ、また、ダクト２の他端には、フロントガラス内面に調和空気を吹き出すデフ吹出口１７、乗員の上半身に調和空気を吹き出すベント吹出口１８、乗員の足元に温風を吹き出すフット吹出口１９がそれぞれ設けられ、これら吹出口には当該吹出口を開閉する図示しないデフドア、ベントドア、フットドア（以下「モードドア」と総称する）がそれぞれ回動自在に取り付けられている。また、車室内に吹き出される空気の温度を調節するため、サブコンデンサ４の上流にはエアミックスドア１５が回動自在に取り付けられている。このエアミックスドア１５によって、サブコンデンサ４を通過した温風とこれを迂回した冷風との比率を調節してサブコンデンサ４の下流域で所望温度の空気を作り、またはサブコンデンサ４に空気が流通しないようにしている。
【００２３】
さらに、本実施形態の空調装置においては、メインエバポレータ３の冷媒出口とコンプレッサ６の冷媒吸入口との間に、車室外エバポレータとしてのサブエバポレータ３０が配置されている。サブエバポレータ３０は、車載用電源（たとえば、ＤＣ３３６Ｖ）３１からの電力供給により発熱する発熱体３２を内蔵し、その発熱体３２から発生する熱を利用してメインエバポレータ３から流入する冷媒を加熱する機能を有している。サブエバポレータ３０の構造および作用等については、後で詳述する。
【００２４】
この空調装置が構成する冷凍サイクルは、前記サブエバポレータ３０を含めて、コンプレッサ６、メインコンデンサ５、サブコンデンサ４、リキッドタンク７、膨張弁８、メインエバポレータ３、およびサブエバポレータ３０を冷媒配管で接続し、その中に冷媒を封入して構成されている。ここではさらに、コンプレッサ６の吸入口にアキュムレータ９を設けて、常にガス冷媒のみをコンプレッサ６に送り出すようにしている。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、メインコンデンサ５の入口側には、冷媒流路切替手段として、冷媒の流れを切り替えるための四方弁１０が設けられている。この四方弁１０には、メインコンデンサ５をバイパスするバイパス管１１と、主にメインコンデンサ５に滞留しているいわゆる寝込み冷媒をコンプレッサ６の吸入側に戻すための冷媒回収管１２とが接続されている。バイパス管１１は、メインコンデンサ５の出口とサブコンデンサ４の入口とをつなぐ配管１３に連結されている。２０，２１はそれぞれ逆止弁である。また、メインコンデンサ５の背面には、これに熱交換用の空気を供給するためのコンデンサファン装置１４が配設されている。
【００２５】
前記四方弁１０は、たとえば、密閉ケースに１つの入口ポートと３つの出口ポートを設けるとともに、同ケース内に前記３つの出口ポートのうち２つの出口ポートを連通するスライド部材を設け、このスライド部材によって選択された出口ポート以外の出口ポートが入口ポートと連通するように構成されている。したがって、スライド部材の位置によって入口ポートと連通される出口ポートが選択される。ここでは、四方弁１０の入口ポートはコンプレッサ６の吐出側と接続され、四方弁１０の３つの出力ポートは、それぞれ、メインコンデンサ５の入口、コンプレッサ６の吸入側（冷媒回収管１２）、メインコンデンサ５の出口（バイパス管１１）と接続されている。この四方弁１０によって、コンプレッサ６から吐出される冷媒をメインコンデンサ５へ導く冷房用回路と、コンプレッサ６から吐出される冷媒をメインコンデンサ５のバイパス管１１へ導く暖房用回路とが切り替えられる。
【００２６】
冷房用回路は、図中の破線矢印で示す経路、つまり、コンプレッサ６→メインコンデンサ５→サブコンデンサ４→リキッドタンク７→膨張弁８→メインエバポレータ３→サブエバポレータ３０→アキュムレータ９→コンプレッサ６という経路で構成されている。すなわち、冷房運転時には、コンプレッサ６の吐出側とメインコンデンサ５の入口とを接続する位置に四方弁１０を設定し（図示せず）、コンプレッサ６から吐出される冷媒をメインコンデンサ５側へ導いて、冷媒が前記経路に沿って循環する冷房サイクルを形成する。この循環過程において、メインエバポレータ３は熱交換により液冷媒を蒸発させて冷媒通路の周囲を通過する取入れ空気を冷却し、これによって車室内が冷房される。また、メインコンデンサ５はメインエバポレータ３で奪った熱を空気との熱交換により外部に放出してガス冷媒を冷却し凝縮液化させる。なお、このとき、サブエバポレータ３０内の発熱体３２は発熱させない（ＯＦＦ）。また、サブコンデンサ４は熱交換器としてほとんど機能しない。
【００２７】
一方、暖房用回路は、図中の実線矢印で示す経路、つまり、コンプレッサ６→サブコンデンサ４→リキッドタンク７→膨張弁８→メインエバポレータ３→サブエバポレータ３０→アキュムレータ９→コンプレッサ６という経路で構成されている。すなわち、暖房運転時には、コンプレッサ６の吐出側とバイパス管１１とを接続する図示の位置に四方弁１０を設定し、コンプレッサ６から吐出される冷媒をバイパス管１１側へ導いて、冷媒が前記経路に沿って循環する暖房サイクルを形成する。この循環過程において、コンプレッサ６から吐出されたガス冷媒はサブコンデンサ４で凝縮液化されて放熱を行うため、メインエバポレータ３で冷却、除湿された空気は加熱されて車室内に吹き出されることになり、車室内が除湿暖房される。このとき、車室内へ吹き出される空気の温度は、エアミックスドア１５の開度を調節することによって制御される。
【００２８】
サブエバポレータ３０は、上記のように、車載用電源（ＤＣ３３６Ｖ）３１からの電力供給により発熱する発熱体３２を内蔵し、その発熱体３２から発生する熱を利用してメインエバポレータ３から流入する冷媒を加熱する機能を有するものであるが、より具体的には、サブエバポレータ３０内にはさらに熱伝達媒体３３が封入されており、暖房運転時、その熱伝達媒体３３を発熱体３２によって加熱し、この加熱された熱伝達媒体３３との熱交換によって内部を流通する低温低圧冷媒を加熱し、もって暖房性能を高めるようにしている。このとき、好ましくは、膨脹弁８の感温筒はサブエバポレータ３０の出口に取り付けられている。これにより、少なくともサブエバポレータ３０の出口で、冷媒の蒸発状態が適度な過熱度（スーパーヒート）を持つように、エバポレータ３，３０に送る冷媒流量が調節されることになる。
【００２９】
このようなサブエバポレータ３０を設けることで、たとえ外気温が低いためメインエバポレータ３内で冷媒の蒸発が十分に行われず、そのためメインエバポレータ３の出口で適度の過熱度が確保されずまたはメインエバポレータ３から液冷媒が流出したとしても、当該サブエバポレータ３０において、発熱体３２によって加熱された熱伝達媒体３３との熱交換により、その冷媒は発熱体３２からの熱を有効に取り込んで加熱されるので、サブエバポレータ３０の出口で適度の過熱度を持たせることが可能となる。そして、この適度に過熱された冷媒がコンプレッサ６に吸入されて再度圧縮されることになるので、コンプレッサ６から吐出される冷媒はより高温の冷媒となって、サブコンデンサ４に供給されることになる。その結果、サブコンデンサ４で熱交換される空気はより高温となるため、より高い暖房性能が発揮され、いわゆる即暖性も向上することになる。しかも、上記のように膨脹弁８の感温筒をサブエバポレータ３０の出口に設けた場合には、サブエバポレータ３０で加熱された後の冷媒の温度によって冷媒流量が調整されるため、サブエバポレータ３０作動時（つまり、発熱体３２作動時）にはより多量の冷媒が循環するようになり、より一層の暖房性能アップが図られる。すなわち、サブコンデンサ４の暖房性能（放熱能力）は冷媒の温度と流量に関係するため、このように吐出冷媒の温度が上昇しかつ流量も増加することで、より高い暖房性能が発揮されることになる。また、このような傾向は時間の経過につれて増幅されることから、いわゆる即暖性も向上することになる。なお、暖房性能の向上と共に、前記熱交換により、少なくともサブエバポレータ３０の出口では蒸発を完了させることができるため、コンプレッサ６に液冷媒が戻ることがなくなり、液圧縮によるコンプレッサ６破損のおそれがなくなり、コンプレッサ６の耐久性が向上する。
【００３０】
また、サブエバポレータ３０は、室内ダクト２の外、たとえば、エンジンルーム内に配置されている。このため、高電圧（ＤＣ３３６Ｖ）の使用が可能となっている。
【００３１】
図２はサブエバポレータ３０の一構成例を示す部分断面正面図、図３はその平面図、図４はその側面図である。また、図５は図２に示すシーズヒータの全体図である。
【００３２】
このサブエバポレータ３０は、上ケース３４ａと下ケース３４ｂとを適当なシールを介してネジで締結してなる密閉容器３４内に、発熱体としてのシーズヒータ３２と、冷媒が内部を流通する冷媒管３５とを設け、シーズヒータ３２から発生する熱を冷媒管３５へ伝達させる熱伝達媒体として、たとえば、長期間使用できる冷却液であるＬＬＣ（ロング・ライフ・クーラント）３３を封入して構成されている。
【００３３】
冷媒管３５の両端にはそれぞれ接続配管３５ａ，３５ｂが取り付けられている。たとえば、一方の接続配管３５ａはメインエバポレータ３の出口側と接続され、もう一方の接続配管３５ｂはコンプレッサ６の吸入側（より正確には、アキュムレータ９の入口側）と接続されている。
【００３４】
シーズヒータ３２は、発熱線（たとえば、コイル状のニクロム線）を保護管（シース）の中に入れ中間に耐熱性絶縁物を充填した発熱体であって、ここでは、たとえば、コイル形状に成形されている（特に、図５参照）。シーズヒータ３２の両端にはそれぞれリード端子部３２ａ，３２ｂが接続されている。後述するように、たとえば、一方のリード端子部３２ａは車両電源（たとえば、ＤＣ３３６Ｖ）と接続され、もう一方のリード端子部３２ｂはリレーを介して接地されている。
【００３５】
また、容器３４の上ケース３４ａにはＬＬＣ３３を容器３４の中へ注入するための注入口３６が設けられ、この注入口３６には、内部のＬＬＣ３３の温度が高温となったときに作動する機械的保護回路を持つキャップ機構３７が取り付けられている。
【００３６】
さらに、図示しないが、容器３４内には、適当な位置に、封入されたＬＬＣ３３の温度を検出するための後述する温度センサが温度検出手段として配置されている。後述するように、この温度センサの検出値に応じてシーズヒータ３２のＯＮ−ＯＦＦ制御が行われる。
【００３７】
このような構成とすることで、シーズヒータ３２から発生する熱は周囲のＬＬＣ３３を介して冷媒管３５の外部表面へ伝達された後、冷媒管３５内の冷媒に伝達され、吸収される。このとき、ＬＬＣ３３は熱容量が大きいため、かかる熱容量の大きい熱伝達媒体を使って熱交換をすることで、シーズヒータ３２のＯＮ−ＯＦＦ時の温度変動が小さくなり、冷凍サイクル（ひいては、吹出し温度）のハンチング等の発生が抑えられる。その結果、暖房性能の安定化が図られる。また、シーズヒータ３２は一種の抵抗体であり、電気回路の中にこのような抵抗体であるシーズヒータ３２が挿入されているため、実際の使用に際して、一方のリード端子部３２ａには車載用電源３１（高電圧系）を直接接続し、もう一方のリード端子部３２ｂには低電圧用の弱電部品（リレー、ハーネスなど）を使用することができ、低コスト化が図られる。
【００３８】
なお、上記したようにサブエバポレータ３０は一般にエンジンルーム内に配置されるが、その取付方向については、容器３４内でのＬＬＣ３３の自然対流を促進するため、シーズヒータ３２が縦置きとなるよう縦方向に配置するのが好ましい。シーズヒータ３２を縦置きにすることで、重力方向（上下方向）のＬＬＣ３３の流動スペースが確保され、自然対流が発生しやすくなる。そして、このように自然対流を強化することで、冷媒管３５の外部表面のＬＬＣ３３の温度のより一層の均一化が図られ、その結果冷媒管３５外部表面のＬＬＣ３３温度の変動が抑制されるので、熱交換に伴う冷凍サイクル（ひいては、吹出し温度）のハンチング等の発生が解消される。
【００３９】
また、容器３４内でのＬＬＣ３３の対流を促進する方法として、シーズヒータ３２を縦置きとすることに代えてまたはこれと併用して、加熱されたＬＬＣ３３を強制的に対流させるようにしてもよい。この強制対流方式によってもハンチング等の発生の解消が期待される。
【００４０】
図６〜図１０はそのような強制対流方式のサブエバポレータ３０の一構成例を示す模式図であって、図６は全体図、図７はＬＬＣ３３の出入口での流れを示す図、図８は入口部の詳細図、図９は出口部の詳細図、図１０はシーズヒータ３２を縦置きにした場合の全体図である。なお、基本構成は、図２〜図４に示すものと全く同じであるから、簡単に説明するにとどめ、場合によってはその説明を一部省略する。
【００４１】
このサブエバポレータ３０もまた、密閉された容器３４内に、発熱体としてのシーズヒータ３２と、冷媒が内部を流通する冷媒管３５とを設け、シーズヒータ３２から発生する熱を冷媒管３５へ伝達させる熱伝達媒体として３３を封入して構成されている。
【００４２】
ここではさらに、冷媒管３５の外部表面に、熱伝導を助長する螺旋状のフィン４０が取り付けられている。フィン４０を取り付けることで、ＬＬＣ３３との接触面積が増大し、ＬＬＣ３３から冷媒管３５への熱伝達の効率が良くなる。また、フィン４０の形状を螺旋状とすることで、後述するように、フィン４０をＬＬＣ３３の対流を促進させるためのガイドとして機能させることができる。つまり、フィン４０に当たったＬＬＣ３３はフィン４０をガイドとしてフィン４０の表面に沿って対流することになる。なお、冷媒管３５の内部表面から冷媒への熱伝達効率を高めるため、冷媒管３５の内部表面にフィンを取り付けてもよい。
【００４３】
また、ここでは、容器３４内のＬＬＣ３３を強制的に循環させるため、容器３４にＬＬＣ３３用の入口４１と出口４２を開設し、これら出入口４１，４２をホース４３で接続し、その途中にウォータポンプ４４を配置している。循環手段はホース４３とウォータポンプ４４とで構成されている（以上、図６参照）。
【００４４】
容器３４内のＬＬＣ３３は、ウォータポンプ４４の作動により、出口４２から流出しホース４３を通ってウォータポンプ４４に吸入された後、ウォータポンプ４４から吐出され、ホース４３を通って入口４１から容器３４内のフィン４０に向かって流入する（図７参照）。
【００４５】
より詳細には、内部のＬＬＣ３３は、上記のように、ウォータポンプ４４から吐出され、ホース４３を通って入口４１から容器３４内のフィン４０に向かって流入するが、その後、フィン４０に当たったＬＬＣ３３（の一部）はフィン４０の壁をガイドとしてフィン４０の表面に沿って対流することになる。また、フィン４０とシーズヒータ３２との間に適当なクリアランス（たとえば、約３〜４mm）を設けて、入口４１から流入したＬＬＣ３３（の一部）をシーズヒータ３２と容器３４との間にも循環させるようにしている（図８参照）。そして、図８に示す入口部から流れてきた内部ＬＬＣ３３は、出口４２からウォータポンプ４４に向かって排出される（図９参照）。
【００４６】
また、シーズヒータ３２を縦置きにした場合には、上記したように重力方向（上下方向）のＬＬＣ３３の流動スペースが確保されるため、ＬＬＣ３３の対流が、強制循環機構と相俟って、より一層発生しやすくなる。このとき、自然対流の方向と強制対流の方向とを一致させるため、図１０に示すように、入口４１を容器３４の下部に、出口４２を容器３４の上部にそれぞれ設けるのが好ましい。なお、冷媒を流す方向については、対流により通常は上部の方の温度が高くなるので、冷媒との熱交換効率を高めるべく、サブエバポレータ３０の上部から下部に向かって冷媒を流すのが好ましい。
【００４７】
なお、これ以外に、加熱された内部ＬＬＣ３３を強制対流させる方法として、図示しないが、たとえば、容器３４内に電動スクリューなどの攪拌手段を設けて、内部ＬＬＣ３３を攪拌するようにしてもよい。
【００４８】
図１１はこの電気自動車用空調装置の電気的構成を示すブロック図である。 車両電源（ＤＣ３３６Ｖ）３１にはインバータ５０を介してコンプレッサ６の駆動モータが接続されている。また、車両電源（ＤＣ３３６Ｖ）３１にはシーズヒータ３２の一方の端子（リード端子部３２ａ）が接続され、シーズヒータ３２のもう一方の端子（リード端子部３２ｂ）はリレー５１の接点５１ａを介して接地されている。リレー５１のコイル５１ｂは一端が接地され他端が制御手段としてのオートアンプ５２に接続されている。したがって、シーズヒータ３２はリレー５１のＯＮ−ＯＦＦ動作によってその通電がＯＮ−ＯＦＦされるようになっている。
【００４９】
オートアンプ５２は、この空調装置を総合的に制御する機能を有しており、マイコンを内蔵し、インバータ５０で降圧された電力の供給を受けて駆動する。オートアンプ５２には、車室内に設けられ操作用スイッチや表示部からなるコントロールパネル５３と、サブエバポレータ３０内のＬＬＣ（熱伝達媒体）３３の温度を検出する温度センサ（温度検出手段）５４と、その他の各種センサ５５（たとえば、外気温を検出する外気センサ、車室内空気の温度を検出する内気センサ、日射量を検出する日射センサ、メインエバポレータ３通過後の空気温度を検出する吸込温度センサなど）とが接続されている。また、オートアンプ５２には、前記リレー５１の外に、ダクト２内に配設された各種ドア５６（たとえば、インテークドア１６、エアミックスドア１５、各吹出口１７〜１９を開閉するモードドア）を駆動する各種アクチュエータ５７（たとえば、インテークドア１６を駆動するインテークドアアクチュエータ、エアミックスドア１５を駆動するエアミックスドアアクチュエータ、モードドアを駆動するモードドアアクチュエータ）と、各種ファン５８（たとえば、ブロア装置１、コンデンサファン装置１４）を駆動する各種ファンコントロール回路５９（たとえば、ブロア装置１に加える電圧を制御するファンコントロール回路、コンデンサファン装置１４をＯＮ−ＯＦＦ制御するファンコントロール回路）とが接続されている。各種アクチュエータ５７はそれぞれ、たとえば、モータアクチュエータで構成され、位置検出スイッチやＰＢＲ（ポテンショバランスレジスタ）を内蔵している。オートアンプ５２は、各種センサ５４，５５、前記ＰＢＲ、および各スイッチ５３などからの信号を入力し、これらを演算して、各種アクチュエータ５７、各種ファンコントロール回路５９、およびリレー５１を作動させ、吹出口位置、吸込口位置、吹出風温度、吹出風量などを総合的に制御する。
【００５０】
また、オートアンプ５２は、暖房運転時においてコンプレッサ６に吸入される冷媒温度が低い時にのみ、リレー５１のコイル５１ｂを励磁する信号を出力して接点５１ａを閉路する（つまり、リレー５１をＯＮする）ように構成されている。より具体的には、オートアンプ５２は、温度センサ５４の検出値に応じて前記励磁信号（リレー５１ＯＮ指令信号）を出力するようになっている。リレー５１のＯＮ動作により、車両電源３１から電力がシーズヒータ３２に供給され（シーズヒータ３２ＯＮ）、シーズヒータ３２が発熱し、サブエバポレータ３０が作動する。
【００５１】
図１２はシーズヒータ３２のＯＮ−ＯＦＦ制御特性を示す図である。
ここでは、低外気時に暖房運転モードに入るとシーズヒータ３２への通電を開始し（ＯＮ）、シーズヒータ３２の発熱によりサブエバポレータ３０内のＬＬＣ３３の温度が上昇し、温度センサ５４の検出値（内部ＬＬＣ３３の温度）が所定値（たとえば、７０℃）以上に上がるとシーズヒータ３２への通電を停止し（ＯＦＦ）、その後、所定値（たとえば、６０℃）以下に下がるとシーズヒータ３２への通電を再開する（ＯＮ）。
【００５２】
シーズヒータ３３に対しこのようなＯＮ−ＯＦＦ制御を行うことにより、常に必要量の発熱が行われ、省電力化を図りつつ、サブエバポレータ３０の前記機能を十分に発揮させることが可能になる。
【００５３】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、車室内エバポレータとコンプレッサとの間に発熱体内蔵の車室外エバポレータを配置し、発熱体の発熱を利用して車室内エバポレータからの冷媒を加熱するようにしたので、外気温が低い場合であっても常に車室外エバポレータの出口で適度な過熱度（スーパーヒート）を持たせることが可能となり、暖房性能を向上させることができる。また、前記熱交換により、車室外エバポレータの出口において完全に蒸発を完了させておくことができるため、コンプレッサへ液冷媒が戻るおそれがなくなり、コンプレッサの耐久性が向上する。
【００５４】
請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の発明の効果に加え、発熱体としてシーズヒータを使用し、シーズヒータで発生した熱を熱伝達媒体を介して冷媒に伝達させるように構成したので、熱容量の大きい熱伝達媒体を用いることで、発熱体ＯＮ−ＯＦＦ時の温度変動が小さくなり、冷凍サイクル（ひいては、吹出し温度）のハンチング等の発生が抑えられる。また、シーズヒータは抵抗体であるため、一方の端子には車載用電源（高電圧系）を直接接続し、もう一方の端子には低電圧用の安価な部品（リレー、ハーネスなど）を使用することができ、コストの低減が図れる。
【００５５】
請求項３記載の発明によれば、請求項２記載の発明の効果に加え、シーズヒータを縦置きとしたので、自然対流が発生しやすくなり、前記ハンチング等の発生が解消される。
【００５６】
請求項４記載の発明によれば、請求項２または３記載の発明の効果に加え、容器内に攪拌手段を設けて容器内の熱伝達媒体を攪拌するようにしたので、熱伝達媒体を強制的に対流させることが可能となり、前記ハンチング等の発生が解消される。
【００５７】
請求項５記載の発明によれば、請求項２または３記載の発明の効果に加え、循環手段を設けて容器内の熱伝達媒体を循環させるようにしたので、熱伝達媒体を強制的に対流させることができるようになり、前記ハンチング等の発生が解消される。
【００５８】
請求項６記載の発明によれば、請求項２〜５のいずれか１つに記載の発明の効果に加え、冷媒管の外部表面に螺旋状のフィンを取り付けたので、熱伝達媒体との接触面積が増大し、熱伝達媒体から冷媒管への熱伝達の効率が良くなる。また、フィンの形状を螺旋状とすることで、フィンをガイドとしても機能させることができ、熱伝達媒体の対流が促進される。
【００５９】
請求項７記載の発明によれば、請求項１記載の発明の効果に加え、暖房運転時においてコンプレッサの吸入冷媒温度が低い時にのみ発熱体を作動させるので、省電力化も図られる。
【００６０】
請求項８記載の発明によれば、請求項２〜６のいずれか１つに記載の発明の効果に加え、温度検出手段により検出される熱伝達媒体の温度に応じてシーズヒータのＯＮ−ＯＦＦを制御するので、常に必要量の発熱が行われる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明一実施形態に係る電気自動車用空調装置の概略構成図である。
【図２】 サブエバポレータの一構成例を示す部分断面正面図である。
【図３】 その平面図である。
【図４】 その側面図である。
【図５】 シーズヒータの全体図である。
【図６】 強制対流方式のサブエバポレータの一構成例を示す全体模式図である。
【図７】 ＬＬＣの出入口での流れを示す模式図である。
【図８】 入口部の詳細を示す模式図である。
【図９】 出口部の詳細を示す模式図である。
【図１０】 シーズヒータを縦置きにした場合の全体模式図である。
【図１１】 電気的構成を示すブロック図である。
【図１２】 シーズヒータのＯＮ−ＯＦＦ制御特性図である。
【図１３】 従来の電気自動車用空調装置の概略構成図である。
【符号の説明】
３…メインエバポレータ（車室内エバポレータ）
４…サブコンデンサ（車室内コンデンサ）
５…メインコンデンサ（車室外コンデンサ）
６…コンプレッサ
７…リキッドタンク
８…膨脹弁
９…アキュムレータ
１０…四方弁（冷媒流路切替手段）
１１…バイパス管
３０…サブエバポレータ（車室外エバポレータ）
３１…車両電源（車載用電源）
３２…シーズヒータ（発熱体）
３３…ＬＬＣ（熱伝達媒体）
３４…密閉容器
３５…冷媒管
４０…螺旋状のフィン
４１…ＬＬＣ入口
４２…ＬＬＣ出口
４３…ホース（循環手段）
４４…ウォータポンプ（循環手段）
５２…オートアンプ（制御手段）
５４…温度センサ（温度検出手段）

Claims (6)

1. 冷凍サイクルを構成するコンプレッサ（６）、車室外コンデンサ（５）、車室内コンデンサ（４）、膨張弁（８）、および車室内エバポレータ（３）を冷媒配管によりこの順序で接続するとともに、前記コンプレッサ（６）から吐出された冷媒を前記車室外コンデンサ（５）を迂回して前記車室内コンデンサ（４）へ導くためのバイパス管（１１）と、前記コンプレッサ（６）から吐出される冷媒の流路を切り替えるため前記コンプレッサ（６）の下流の冷媒配管に設けられた冷媒流路切替手段（１０）とを有し、前記コンプレッサ（６）から吐出される冷媒を、冷房運転時には前記冷媒流路切替手段（１０）により前記車室外コンデンサ（５）へ導入し、暖房運転時には前記冷媒流路切替手段（１０）により前記バイパス管（１１）を通じて直接前記車室内コンデンサ（４）へ導入するようにした電気自動車用空調装置において、
   前記車室内エバポレータ（３）の冷媒出口と前記コンプレッサ（６）の冷媒吸入口との間に、車載用電源（３１）からの電力供給により発熱する内蔵されたシーズヒータ（３２）のその発熱を利用して前記車室内エバポレータ（３）から流入する冷媒を加熱する車室外エバポレータ（３０）を配置し、
   前記車室外エバポレータ（３０）は、前記シーズヒータ（３２）と、冷媒が内部を流通する冷媒管（３５）と、前記シーズヒータ（３２）、前記冷媒管（３５）、及び前記シーズヒータ（３２）から発生する熱を前記冷媒管（３５）へ伝達させる熱伝達媒体（３３）を収容する容器（３４）とを含み、
   前記容器（３４）には、前記熱伝達媒体の入口（４１）及び出口（４２）が形成され、
   前記冷媒管（３５）の外部表面には、前記入口（４１）から出口（４２）に向かう熱伝達媒体の流路上において、螺旋状のフィン（４０）が取り付けられ、
   前記シーズヒータ（３２）は、前記冷媒管（３５）の周囲において、前記フィン（４０）と所定の間隔をあけて配置されることを特徴とする電気自動車用空調装置。
2. 前記シーズヒータ（３２）は縦方向に配置されていることを特徴とする請求項１記載の電気自動車用空調装置。
3. 前記容器（３４）内に、前記熱伝達媒体（３３）を攪拌するための攪拌手段を設けたことを特徴とする請求項１または２記載の電気自動車用空調装置。
4. 前記出入口（４１，４２）を通じて、前記容器（３４）の内部の熱伝達媒体（３３）を循環させる循環手段（４３，４４）を設けたことを特徴とする請求項１または２に記載の電気自動車用空調装置。
5. 前記発熱体（３２）は、暖房運転時において前記コンプレッサ（６）の吸入冷媒温度が低い時にのみ作動することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の電気自動車用空調装置。
6. 前記容器（３４）内に配置され、前記熱伝達媒体（３３）の温度を検出する温度検出手段（５４）と、前記温度検出手段（５４）の検出値に応じて前記シーズヒータ（３２）のＯＮ−ＯＦＦを制御する制御手段（５２）とをさらに有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の電気自動車用空調装置。

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