JP3908830B2 - 車両用空調装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は車両用空調装置、特に補助暖房機能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】
従来、車両用空調装置では、図８に示すように、コンプレッサ１、コンデンサ２、アキュムレータ３、絞り弁４及びエバポレータ５からなる冷房サイクルＡと、エンジン冷却サイクルＢの途中に設けたヒータコア６とから構成されている。
【０００３】
エンジン冷却サイクルＢには、前記ヒータコア６のほか、エンジン７に配設したウォーターポンプ８、ラジエータ９、バイパス通路１０ａ及び水路切替装置１０ｂが設けられている。ヒータコア６、ラジエータ９及びバイパス通路１０ａは並列接続されている。水路切替装置（サーモスタット）１０ｂは、エンジン冷却水が所定温度に達するまではバイパス通路１０ａに通水し、所定温度に達すればラジエータ９に通水するものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、例えば近年の高効率ディーゼルエンジン等では、エンジン７の温度自体が上昇せず、従ってエンジン冷却水の温度上昇もそれ程望めない。このため、前記従来の車両用空調装置のように、ヒータコア６でエンジン冷却水の温度を利用していたのでは車内を迅速に暖房することは難しい。
【０００５】
また、前記従来の車両用空調装置では、車内を冷房する場合、冷媒を循環させてコンデンサ２で外気に放熱し、エバポレータ５で気化させて車内に送風する空気から吸熱している。この場合、外気温度が高ければ、コンデンサ２による車外への放熱がスムーズに行かず、迅速な冷房が困難である。
【０００６】
そこで、本発明は、迅速な冷暖房を可能とする車両用空調装置を提供することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記課題を解決するための手段として、
熱交換媒体流路に、コンプレッサ、四方弁、膨張弁、車外側熱交換器及び車内側熱交換器を備え、
エンジンからのエンジン冷却水が流動するエンジン冷却水路及び冷却水用バイパス水路を並列接続し、前記エンジン冷却水路の途中に並列接続されたヒータコア及びラジエータを備え、
車内側の空調ユニットに、前記車内側熱交換器と前記ヒータコアとを配設し、
前記コンプレッサから吐出された熱交換媒体を、四方弁を切り替えることにより、冷房運転時、車外側熱交換器、膨張弁及び車内側熱交換器を介してコンプレッサに戻って循環させ、暖房運転時、車内側熱交換器、膨張弁及び車外側熱交換器を介してコンプレッサに戻って循環させ、
前記暖房運転時、エンジン冷却水の温度が、設定温度を超えていなければ、冷却水用バイパス水路に通水可能とし、設定温度を超えていれば、ラジエータ水路に通水可能とする水路切替手段を備えた車両用空調装置において、
前記熱交換媒体流路と冷却水用バイパス水路とに、熱交換媒体流路を流動する熱交換媒体と、冷却水用バイパス水路を流動するエンジン冷却水とで熱交換させる補助熱交換器を設け、
前記補助熱交換器は、前記冷房運転時、コンプレッサから吐出された熱交換媒体からエンジン冷却水に放熱させ、前記暖房運転時、前記車外側熱交換器からの熱交換媒体にエンジン冷却水から吸熱させるようにしたものである。
【０００８】
前記構成により、車内を暖房する場合、補助熱交換器で熱交換媒体にエンジン冷却水から吸熱させ、暖房能力を向上させることができる。また、車内を冷房する場合、補助熱交換器で熱交換媒体からエンジン冷却水に放熱させ、冷房能力を向上させることができる。
【０００９】
前記水路切替手段と補助熱交換器との間に固定絞り弁と流路開閉弁とを並列接続してなる流量調整手段を配設し、前記流路開閉弁は、エンジン冷却水の温度が前記設定温度よりも低い第２の設定温度未満で流路を開放し、第２の設定温度以上で流路を閉鎖するのが好ましい。
【００１２】
この構成により、補助熱交換器でのエンジン冷却水の流量を、その温度の違いに応じて変更できる。したがって、車内を暖房する場合、外気温度が低くてエンジン冷却水の温度がそれ程上昇しなければ、補助熱交換器でのエンジン冷却水の流量すなわち熱容量が増加する。これにより、熱交換媒体への吸熱を十分に行わせることが可能となる。一方、車内を冷房する場合、外気温度が高くてエンジン冷却水の温度が上昇していれば、補助熱交換器でのエンジン冷却水の流量が抑えられる。これにより、熱交換媒体からの放熱を抑えてエンジン冷却水の温度上昇を抑制できる。
【００１３】
前記熱交換媒体流路の車外側熱交換器に、暖房時にのみ熱交換媒体の流動を許容する熱交換媒体用バイパス通路を並列接続するのが好ましい。
【００１４】
この構成により、外気温度が低い場合、吸熱効率の悪い車外側熱交換器を使用せず、補助熱交換器でエンジン冷却水から吸熱することができるので、速効性のある効率的な車内暖房が可能となる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に従って説明する。
【００１６】
（第１実施形態） 図１に示す車両用空調装置は、大略、冷暖房サイクルＡと、エンジン冷却サイクルＢの途中に配設されたヒータコア１１と、冷暖房サイクルＡとエンジン冷却サイクルＢの両方に設けられた補助熱交換器１２とから構成されている。
【００１７】
冷暖房サイクルＡは、熱交換媒体流路ａの途中に、コンプレッサ１３、車外側熱交換器１４及び車内側熱交換器１５を設け、四方弁１６を介して２方向に熱交換媒体が循環できるようにしたものである。車外側熱交換器１４と四方弁１６との間には前記補助熱交換器１２が接続されている。この補助熱交換器１２は、二重管式、シェルアンドコイル式、プレート式等のいずれの方式を採用してもよく、要は冷暖房サイクルＡを循環する熱交換媒体と、下記するエンジン冷却サイクルＢを循環するエンジン冷却水とを熱交換させるものであればよい。なお、１７は減圧手段である電動膨張弁であり、１８は気液分離用のアキュムレータである。
【００１８】
エンジン冷却サイクルＢは、エンジン冷却水路ｂの途中に、エンジン１９に配設したウォーターポンプ２０と、このウォーターポンプ２０に並列接続されるラジエータ２１及びヒータコア１１とを設けたものである。エンジン１９内には４本の冷却水管２２が並列接続されている。ラジエータ２１には、水路切替装置２３を介して冷却水用バイパス水路２４と前記補助熱交換器１２とが並列接続されている。水路切替装置２３は、エンジン冷却水の温度が第１設定温度（本実施形態では８０℃）を越えるまでは、ラジエータ２１へのエンジン冷却水の供給を遮断し、越えた後は許容するように切り替わる。
【００１９】
前記車内側熱交換器１５及びヒータコア１１は、図２に示すように、車内前方部に設けた送風ユニット２５内に配設されている。送風ユニット２５内には、上流側から順にブロア２６、前記車内側熱交換器１５、エアミックスダンパ２７が設けられ、エアミックスダンパ２７によって分割された流路の一方に前記ヒータコア１１が配設されている。
【００２０】
次に、前記車両用空調装置の動作を説明する。
【００２１】
まず、エンジン冷却サイクルＢでの動作を説明する。
【００２２】
エンジン１９を始動すると、エンジン１９内のウォーターポンプ２０が駆動し、エンジン冷却水がヒータコア１１を流動する。
【００２３】
このとき、エンジン冷却水の温度が８０℃を越えていなければ、水路切替装置２３は図１に示すように切り替わり、ラジエータ２１への通水が阻止される。エンジン冷却水は、水路切替装置２３を介して冷却水用バイパス通路２４と補助熱交換器１２に流入する。これにより、エンジン冷却水がエンジン始動直後等でそれ程暖まっていない場合、ラジエータ２１で冷却されることはない。
【００２４】
また、エンジン冷却水の温度が８０℃を越えていれば、水路切替装置２３が切り替わり、冷却水用バイパス通路２６と補助熱交換器１２への通水が阻止される。これにより、エンジン冷却水はラジエータ２１を流動して外気に放熱される。
【００２５】
次に、冷暖房サイクルＡの動作について説明する。
【００２６】
暖房の場合、すなわち、図示しないヒートポンプスイッチが操作された場合、四方弁１６は実線で示すように切り替わり、いわゆるヒートポンプサイクルが形成される。コンプレッサ１３から吐出された熱交換媒体は、車内側熱交換器１５、電動膨張弁１７、車外側熱交換器１４、補助熱交換器１２及びアキュムレータ１８からコンプレッサ１３に戻って循環する。熱交換媒体はコンプレッサ１３で高温・高圧とされて車内側熱交換器１５に流入し、送風ユニット２５内を通過する空気を加熱する。また、車外側熱交換器１４で気化して外気から吸熱するだけでなく、補助熱交換器１２でもエンジン冷却水から吸熱する。したがって、熱交換媒体は熱容量を増大させた状態でコンプレッサ１３に戻ってくる。このため、本実施形態では、コンプレッサ１３での吐出圧力を約２.６MPa、凝縮温度を約８０℃とすることができ、非常に高い暖房能力を発揮させることが可能となる（なお、空気から吸熱する従来のヒートポンプでは、外気温度が−８℃でも吐出圧力は１.１MPa、凝縮温度約４５℃であり、暖房には不適切であった）。
【００２７】
図３は、前記第１実施形態と従来例における暖房時の送風温度の比較結果をグラフで表したものである。このグラフからも明らかなように、第１実施形態に係る車両用空調装置によれば、暖房開始の初期段階で送風温度を迅速に上昇させることが可能である。
【００２８】
また、このように、エンジン冷却水からも吸熱可能な前記ヒートポンプサイクルを利用することにより、ヒータコア１１に比べて大容量の車内側熱交換器１５で送風温度を上昇させることができる。このため、所望の送風量を確保しつつ所望温度の空気を車内に供給可能となる。しかも、エンジン冷却水の温度が高温（本実施形態では８０℃以上）となれば、補助熱交換器１２への通水が遮断されるので、熱交換媒体が必要以上に加熱されてヒートポンプサイクル内の熱交換媒体が異常に高圧となることもない。
【００２９】
冷房の場合、すなわち、図示しないエアコン（Ａ／Ｃ）スイッチが操作された場合、四方弁１６は、点線で示すように切り替わり、いわゆる冷凍サイクルが形成される。そして、コンプレッサ１３から吐出された熱交換媒体は、補助熱交換器１２、車外側熱交換器１４、電動膨張弁１７、車内側熱交換器１５及びアキュムレータ１８からコンプレッサ１３に戻って循環する。熱交換媒体は、高温・高圧のガス状態で補助熱交換器１２を通過する。このとき、エンジン冷却水の温度が８０℃未満であれば、前述のように、水路切替装置２３によりエンジン冷却水は補助熱交換器１２を通過するので、熱交換媒体からエンジン冷却水に放熱可能となる。また、熱交換媒体は、車外側熱交換器１４でも外気に放熱される。したがって、電動膨張弁１７を通過して減圧され、車内側熱交換器１５で気化する熱交換媒体の量が増大し、送風ユニット２５内を通過する空気を効果的に冷却することが可能となる。
【００３０】
図４は、前記第１実施形態と従来例における冷房時の送風温度の比較結果をグラフで表したものである。このグラフからも明らかなように、第１実施形態に係る車両用空調装置によれば、冷房開始の初期段階で送風温度を迅速に降下させることが可能である。
【００３１】
（第２実施形態） 図５に示す車両用空調装置は、図１に示すものとは、水路切替装置２３と補助熱交換器１２との間に流量調整装置２８を設けた点が異なる。この流量調整装置２８は、流路開閉弁２９と固定絞り弁３０とを並列接続したものである。流路開閉弁２９は、水路切替装置２３で設定した第１設定温度よりも低い第２設定温度未満で流路を開放し、第２設定温度以上で流路を閉鎖するものである。第２設定温度は、本実施形態では４０℃に設定されている。
【００３２】
このような流量調整装置２８を備えた車両用空調装置では、エンジン冷却水の温度が第２設定温度未満であれば、流路開閉弁２９が開放し、補助熱交換器１２でのエンジン冷却水の流量は大容量となる。一方、エンジン冷却水の温度が第２設定温度以上、第１設定温度未満であれば、流路開閉弁２９が閉鎖し、補助熱交換器１２でのエンジン冷却水の流量は抑制される。
【００３３】
したがって、車内を暖房する場合、外気温度が低く、エンジン冷却水の温度が低ければ、補助熱交換器１２でのエンジン冷却水の流量が増大することにより、その熱容量が高められる。これにより、熱交換媒体に十分に吸熱させて暖房能力を向上させることが可能となる。また、車内を冷房する場合、外気温度が高く、エンジン冷却水の温度が高ければ、補助熱交換器１２でのエンジン冷却水の流量が減少することにより、熱交換媒体からエンジン冷却水への放熱量が抑制される。これにより、外気温度が高く、ラジエータ２１により十分に放熱できない場合、必要以上にエンジン冷却水が加熱されることを防止できる。
【００３４】
（第３実施形態） 図６に示す車両用空調装置は、図１に示すものとは、熱交換媒体サイクルの車外側熱交換器１４に熱交換媒体用バイパス通路３１を並列接続した点が異なる。車外側熱交換器１４と補助熱交換器１２との間には開閉弁３２が、車外側熱交換器１４と車内側熱交換器との間には第１逆止弁３３がそれぞれ設けられている。また、前記熱交換媒体用バイパス通路３１には、第２逆止弁３４と絞り弁３５とが設けられている。
【００３５】
このような熱交換媒体用バイパス通路３１を備えた車両用空調装置では、車内を暖房する場合、コンプレッサ１３から吐出された熱交換媒体は、車内側熱交換器１５から熱交換媒体用バイパス通路３１を流動するが、第１逆止弁３３により車外側熱交換器１４には流入しない。したがって、熱交換媒体が外気温度が低くて吸熱能力に乏しい車外側熱交換器１４を通過しないので、コンプレッサ１３への負荷を軽減することができる。また、熱交換媒体は、補助熱交換器１２でエンジン冷却水から吸熱可能であるので、車内を暖房するには十分である。なお、前記車内暖房では、開閉弁３２を閉鎖して車外側熱交換器１４には熱交換媒体が流入することを防止し、車外側熱交換器１４内に熱交換媒体が滞留しないようにする。また、外気温度が高く、車内を冷房する場合、コンプレッサ１３から吐出された熱交換媒体は、補助熱交換器１２から車外側熱交換器１４に流入し、第２逆止弁３４により熱交換媒体用バイパス通路３１には流入しない。
【００３６】
なお、前記車両用空調装置は、図７に示すように、前記第２実施形態の流量調整装置２８と、前記第３実施形態の熱交換媒体用バイパス通路３１とを共に有する構成としてもよい。
【００３７】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明に係る車両用空調装置によれば、エンジン冷却水と、熱交換媒体流路を流動する熱交換媒体とで熱交換させる補助熱交換器を設けるようにしたので、暖房時の熱交換媒体の加熱及び冷房時の熱交換媒体の冷却を効果的に行うことができ、冷暖房の速効性に優れた効果を発揮する。
【００３８】
また、水路切替手段と補助熱交換器との間に、流量調整手段を配設するようにしたので、補助熱交換器を流動するエンジン冷却水の熱容量を安定させ、熱交換媒体との熱交換を十分に行わせて安定した冷暖房環境を実現できる。
【００３９】
また、車外側熱交換器に、暖房時にのみ熱交換媒体の流動を許容する熱交換媒体用バイパス通路を並列接続したので、吸熱効率の悪い車外側熱交換器をバイパスして良好な熱交換媒体の流れを形成することができ、補助熱交換器を利用して効率的な熱交換が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 第１実施形態に係る車両用空調装置の概略図である。
【図２】 図１の車内側熱交換器とヒータコアとを配設する送風ユニットの断面図である。
【図３】 図１の車両用空調装置と従来例に係るものとで、暖房時の送風温度を比較したグラフである。
【図４】 図１の車両用空調装置と従来例に係るものとで、冷房時の送風温度を比較したグラフである。
【図５】 第２実施形態に係る車両用空調装置の概略図である。
【図６】 第３実施形態に係る車両用空調装置の概略図である。
【図７】 他の実施形態に係る車両用空調装置の概略図である。
【図８】 従来例に係る車両用空調装置の概略図である。
【符号の説明】
１１ ヒータコア
１２ 補助熱交換器
１３ コンプレッサ
１４ 車外側熱交換器
１５ 車内側熱交換器
１９ エンジン
２０ ウォーターポンプ
２１ ラジエータ
２４ 冷却水用バイパス水路

Claims (3)

1. 熱交換媒体流路に、コンプレッサ、四方弁、膨張弁、車外側熱交換器及び車内側熱交換器を備え、
   エンジンからのエンジン冷却水が流動するエンジン冷却水路及び冷却水用バイパス水路を並列接続し、前記エンジン冷却水路の途中に並列接続されたヒータコア及びラジエータを備え、
   前記コンプレッサから吐出された熱交換媒体を、四方弁を切り替えることにより、冷房運転時、車外側熱交換器、膨張弁及び車内側熱交換器を介してコンプレッサに戻る冷房サイクルで循環させ、暖房運転時、車内側熱交換器、膨張弁及び車外側熱交換器を介してコンプレッサに戻る暖房サイクルで循環させ、
   前記暖房運転時、エンジン冷却水の温度が、設定温度を超えていなければ、冷却水用バイパス水路に通水可能とし、設定温度を超えていれば、ラジエータ水路に通水可能とする水路切替手段を備えた車両用空調装置において、
   前記熱交換媒体流路と冷却水用バイパス水路とに、熱交換媒体流路を流動する熱交換媒体と、冷却水用バイパス水路を流動するエンジン冷却水とで熱交換させる補助熱交換器を設け、
   前記補助熱交換器は、前記冷房運転時、コンプレッサから吐出された熱交換媒体からエンジン冷却水に放熱させ、前記暖房運転時、前記車外側熱交換器からの熱交換媒体にエンジン冷却水から吸熱させるようにしたことを特徴とする車両用空調装置。
2. 前記水路切替手段と補助熱交換器との間に固定絞り弁と流路開閉弁とを並列接続してなる流量調整手段を配設し、前記流路開閉弁は、エンジン冷却水の温度が前記設定温度よりも低い第２の設定温度未満で流路を開放し、第２の設定温度以上で流路を閉鎖することを特徴とする請求項１に記載の車両用空調装置。
3. 前記熱交換媒体流路の車外側熱交換器に、暖房時にのみ熱交換媒体の流動を許容する熱交換媒体用バイパス通路を並列接続したことを特徴とする請求項１又は２に記載の車両用空調装置。

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