JP3934256B2

JP3934256B2 - 自動車用冷暖房装置

Info

Publication number: JP3934256B2
Application number: JP21741598A
Authority: JP
Inventors: 博之山口
Original assignee: Calsonic Kansei Corp
Current assignee: Calsonic Kansei Corp
Priority date: 1998-07-31
Filing date: 1998-07-31
Publication date: 2007-06-20
Anticipated expiration: 2018-07-31
Also published as: JP2000043563A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、除湿機能を備えたヒートポンプシステムにより車室内の除湿暖房を行う自動車用冷暖房装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ヒートポンプシステムを用いた自動車用冷暖房装置は、エンジン冷却水の温度が低いような低発熱エンジン車や、エンジンを搭載しない電気自動車のための自動車用冷暖房装置として利用されている。これは、低発熱エンジン車や電気自動車の場合、通常のエンジン搭載車に比べて暖房熱源が不足するため、冷房のみならず暖房にも冷媒を用いてサイクル運転を行い、窓曇りを防止しながら車室内を暖房することができる除湿暖房可能なヒートポンプ式カーエアコンとして開発されている（例えば、電気自動車用のものとして特開平５−２０１２４３号参照）。
【０００３】
この種の自動車用冷暖房装置は、例えば、図４に示すように、車室内に設けられているダクト１内に、空気を取り入れるブロア装置２と、エバポレータ３と、主に暖房運転時に機能する室内側のサブコンデンサ４とが配設され、ダクト１の外には、主に冷房運転時に機能する室外側のメインコンデンサ５が配設されている。また、低発熱エンジン車においては、暖房時にエンジンによって暖められたエンジン冷却水を利用するためのヒータコア１８がダクト１内に設けられている。なお、エンジンを搭載しない電気自動車においては、このヒータコア１８は設けられていないが、中には補助熱源として電気ヒータを設けたものもある。
【０００４】
サブコンデンサ４とメインコンデンサ５とは、コンプレッサ７の下流側に設けられた四方弁６によって暖房運転時と冷房運転時とで切り換えられ、暖房運転時においては、冷媒がメインコンデンサ５をバイパスして流れるようにし、コンプレッサ７から吐出された冷媒は、四方弁６→バイパス管８→サブコンデンサ４→リキッドタンク９→膨脹弁１０→エバポレータ３と流れて、コンプレッサ７に帰還する（暖房サイクル）。この循環過程において、コンプレッサ７から吐出され四方弁６でメインコンデンサ５をバイパスしたガス冷媒は、サブコンデンサ４で凝縮液化されて放熱を行うので、エバポレータ３で除湿（および冷却）された空気はサブコンデンサ４で加熱され、車室内が除湿暖房されることになる。
【０００５】
また、四方弁６の出口側（出口ポートの一つ）とコンプレッサ７の吸入側との間には冷媒回収通路１１が設けられ、さらに、この冷媒回収通路１１には電磁弁１２が取り付けられている。そして、暖房運転開始時に外気温度が低いときには、四方弁６により冷媒回収通路１１とメインコンデンサ５とを連通させ、電磁弁１２を開くことによって、主としてメインコンデンサ５に滞留しているいわゆる寝込み冷媒をコンプレッサ７に戻して、暖房サイクル内の冷媒不足を補うようにしている。
【０００６】
これによりヒータコア１８が設けられているものにあっては、このヒータコア１８による暖房能力では足りない部分を補い、一方、電気自動車のようにヒータコア自体を設けていないものにあっては、上記のヒートポンプサイクルにより車室内の暖房を行うものである。
【０００７】
一方、冷房運転時には、四方弁６を切り替えることにより、コンプレッサ７→四方弁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９→膨脹弁１０→エバポレータ３と流れて、コンプレッサ７に帰還する冷房サイクルによって、車室内の冷房が行われる。
【０００８】
なお、図４中、１３，１４，１５は逆止弁、１６はエアミックスドア、１７はコンデンサファンであり、図中ダクト１内の矢印はダクト１内の空気の流れる方向を示す。また、ヒータコアを除く冷媒循環系をここではヒートポンプシステムと称する。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このような従来のヒートポンプシステムでは、外気温が低いなどのため、暖房時に車室内をより速く暖めるために、車室内の空気循環を内気循環として暖房をフルホットで運転した場合に、十分な除湿を行うことができず、窓曇りを起こすことがあった。
【００１０】
このような窓曇りは、通常の場合、内気循環およびフルホットで運転すると、車室内の温度が急に高くなって、車室内空気の飽和湿度が上昇するために生じるものであるが、このような窓曇りが発生する原因の１つに、ヒートポンプシステム自体の除湿性能が低下がある。
【００１１】
ヒートポンプシステムにおける除湿性能の低下は、内気温度の上昇により、ダクト１内を通る空気の温度も当然に上昇するため、サブコンデンサ４やエバポレータ３に暖かい空気が当たり、エバポレータ３の吸入側の低圧圧力が上昇してしまい、エバポレータ３による冷却能力が低下するために起こる。
【００１２】
したがって、このような除湿性能の低下を防ぐためには、エバポレータ吸入側の圧力上昇を防止するとよい。そのための最も単純な方法としては、エバポレータ吸入側に設けられている膨脹弁１０の減圧能力を高くすることが考えられる。しかし、単純に膨脹弁の減圧能力を高くすると、今度は、エバポレータ吸入側の圧力がさほど上昇していないときでも、減圧能力を高めた膨脹弁によって、必要以上にエバポレータ吸入側の圧力が低下し、エバポレータ内における冷媒の温度低下が大きくなり冷媒が凍りついてしまうといった問題が生じたり、また、冷房運転時におけるバポレータの冷房能力を低下させることにもなる。
【００１３】
そこで、本発明は、ヒートポンプシステムを利用している自動車用冷暖房装置において、例えば内気循環、フルホット状態のときに、エバポレータの吸入側の圧力を十分に下げて、除湿能力の低下を防ぎ、従来より窓曇りの発生を起きにくくした自動車用冷暖房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】
本発明の上記目的は、下記の手段によって達成される。
【００１５】
（１）コンプレッサ、車室内に配置された室内コンデンサ、車室外に配置された室外コンデンサ、リキッドタンク、膨脹弁、および車室内に配置されたエバポレータをこの順序で配管により連結し、前記コンプレッサの下流側に前記室外コンデンサを迂回して前記室内コンデンサに至るバイパス管と、コンプレッサから吐出された冷媒の流路を切り替える流路切り替え弁とを有し、暖房運転時には前記流路切り替え弁により、前記コンプレッサから吐出された冷媒を、前記バイパス管、前記室内コンデンサ、前記リキッドタンク、前記膨脹弁、および前記エバポレータの順序で循環させることにより、状態変化しながら循環する冷媒の熱を利用して車室内の除湿暖房を行うヒートポンプ式の自動車用冷暖房装置において、前記エバポレータの吸入側に、当該吸入側圧力が、予め定められた所定圧力以上となったときに、その圧力を予め定められた所定範囲内の圧力となるように減圧するための定圧膨脹弁を備えたことを特徴とする自動車用冷暖房装置。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を使って、本発明の実施の形態を説明する。
【００１７】
図１は、本発明の一実施の形態に係る自動車用冷暖房装置の概略構成図である。なお、同図中、図４と共通する部材には同一の符号を付してある。
【００１８】
図１に示した自動車用冷暖房装置は、冷房、暖房共に冷媒を用いたサイクル運転を行うことにより車室内の冷房と除湿暖房を行うヒートポンプシステムであって、図４に示した従来のヒートポンプシステムとその基本的な構成および動作は同じである。したがって、以下の説明においては、本発明を適用した部分とこれに関する動作についてのみ説明する。
【００１９】
図１に示す自動車用冷暖房装置は、ヒートポンプシステムのエバポレータ３の吸入側で、従来から設けられていた膨脹弁１０とエバポレータ３の間に、さらに定圧膨脹弁２０を設けたものである。
【００２０】
この定圧膨脹弁２０は、後述するように、その内部を通る気液混合体（膨脹弁１０を通った冷媒が通ることになるため、液体と気体とが混合したものとなっている）の圧力によって弁開度が変化し、この定圧膨脹弁２０の出力、すなわち、エバポレータ３の吸入側圧力を一定にするものである。
【００２１】
この定圧膨脹弁２０の具体的な構造としては、例えば図２に示すように、べローズ２１によって支持された圧力コントロール式の弁２２と、この弁２２によってその開度が制御される流路２３と、内部圧力が非常に高くなり、弁２２が流路２３を完全に塞いだ場合でも気液混合体を出力側へ逃がすための細菅２４と、冷房運転時にこの定圧膨脹弁２０自体を機能させず、膨脹弁１０から来た気液混合体をそのままエバポレータ３へ通すためのバイパス管２５と、冷房運転時にバイパス管２５へ流路切り替えを行うソレノイドバルブ２６とからなる。
【００２２】
このような定圧膨脹弁２０は、その内部圧力に応じてべローズ２１が収縮あるいは膨脹することによって弁２２の位置が変化し、流路２３の開度が変化することにより、その出力圧がほぼ一定の値となる。
【００２３】
ここで、例えばエバポレータ３の吸入側圧力の狙い目を１．８〜２．０ｋｇ／ｃｍ²とする場合、この定圧膨脹弁２０の設定として、内部圧力が２．０ｋｇ／ｃｍ²以下のときには、弁２１が全開状態になり減圧を行わないように、一方、内部圧力が２．０ｋｇ／ｃｍ²以上となったときには、弁２２がその圧力の上昇に応じて流路２３の開度を絞り、出力圧力が１．８〜２．０ｋｇ／ｃｍ²の範囲内となるように設定する。
【００２４】
これにより、定圧膨脹弁２０内の圧力が２．０ｋｇ／ｃｍ²以上となるようなときには、出力圧力が１．８〜２．０ｋｇ／ｃｍ²に保たれることになる。したがって、図３に示すモリエル線図のように、従来の膨脹弁１０だけでは、エバポレータ３の吸入側圧力、すなわち、図３に示すコンデンサ（ＣＯＮＤ）とエバポレータ（ＥＶＡＰ）間の圧力を十分に下げることができないような場合（図中の点線位置）でも、この定圧膨脹弁２０の働きによりエバポレータ３の吸入側圧力を十分に下げることが可能となる。なお、図３中のＣＯＭＰはコンプレッサである。
【００２５】
一方、定圧膨脹弁２０に来た気液混合体の圧力が２．０ｋｇ／ｃｍ²以下の場合には、弁２２が全開状態となるので、従来からある膨脹弁１０の働きにより、エバポレータ３の吸入側圧力の狙い目である１．８〜２．０ｋｇ／ｃｍ²に制御されているものが、そのままこの定圧膨脹弁２０を通過してエバポレータ３に入ることになる。
【００２６】
以上の本実施形態では、従来からのヒートポンプシステムに、吸入側圧力が、予め定められた所定圧力以上となったときにのみその圧力を下げる定圧膨脹弁を設けたことで、内気循環やフルホットにより暖房運転したときでも、エバポレータ吸入側の圧力を十分に低下させて、必要な除湿性能を引き出すことができる。また、この定圧膨脹弁は所定圧力以上となったときのみ動作するので、エバポレータ吸入側の圧力を必要以上に低下させることがないため、エバポレータ内部の冷媒が凍結するなどといった問題は生じない。また、冷房運転時には、この定圧膨脹弁自体を機能させずにバイパスさせているので、冷房運転時において不要な負荷を生じないため、冷房運転時の能力低下なども発生しない。
【００２７】
また、エンジン搭載車であってコンプレッサ７の動力源をエンジンとしているような場合に、エンジン回転数の変化によって生じるコンプレッサの吸入力の変化に伴うエバポレータ吸入側の圧力上昇による除湿性能の低下をも防止することができる。
【００２８】
なお、以上説明した実施形態では、本発明を従来からあるヒートポンプシステムに対して容易に適用することができるように、上述のように、従来の装置構成に定圧膨脹弁２０を追加したものを示したが、本発明はこのような形態に限定されるものではなく、例えば、従来から設けられている膨脹弁自体に上述したような所定圧力以上となった場合にのみ、その圧力をいっそう低下させるようにした膨脹弁を用いてもよい。
【００２９】
また、上述の実施形態では、ヒータコアを有するものを示したが、ヒートポンプシステムとしては、電気自動車においても同様の構成であるので、その場合には、コンプレッサとして電動のものを用い、ヒータコアを有しない点が異なるのみで、ヒートポンプシステムとしては上述の実施形態と同様にして本発明を適用することができる。
【００３０】
さらに、ヒートポンプシステム自体の構成についても上述した実施形態のような構成に限定されるものではなく、従来から様々な冷凍サイクル経路のものが有り、例えば車室内に設けたエバポレータの他に、サブエバポレータを設けたものや、さらに配管経路の異なるものなどであっても、本発明を適用することができる。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、エバポレータ吸入側に、エバポレータ吸入側圧力が所定圧力以上となったときに、この圧力を所定範囲内の圧力となるように減圧するための定圧膨脹弁を設けたので、外気温度や車室内温度の変化などによって生じるエバポレータ吸入側の圧力上昇、あるいはエンジン搭載車であってコンプレッサの動力源をエンジンとしているような場合のエンジン回転数の変化によって生じるエバポレータ吸入側の圧力上昇、などによる除湿性能の低下を防止し、窓曇りの発生を抑えることが可能となる。また、この定圧膨脹弁は、エバポレータ吸入側の圧力が所定圧力以上のときにのみ減圧するため、エバポレータ吸入側圧力が必要以上に低下することはないので、この定圧膨脹弁を用いたことにより冷媒が凍結するといった問題は発生しない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る自動車用冷暖房装置の概略構成図である。
【図２】上記図１に示した定圧膨脹弁の一例を示す概略図である。
【図３】上記実施形態に係る自動車用冷暖房装置の冷凍サイクルの概略モリエル線図である。
【図４】従来のヒートポンプ式自動車用冷暖房装置を示す概略構成図である。
【符号の説明】
３…エバポレータ、
４…サブコンデンサ、
５…メインコンデンサ、
６…四方弁、
７…コンプレッサ、
８…バイパス管、
９…リキッドタンク、
１０…膨脹弁、
２０…定圧膨脹弁、
２１…ベローズ、
２２…弁、
２３…流路、
２４…細菅、
２５…バイパス管、
２６…ソレノイドバルブ。

Claims

コンプレッサ(7) 、車室内に配置された室内コンデンサ(4) 、車室外に配置された室外コンデンサ(5) 、リキッドタンク(9) 、膨脹弁(10)、および車室内に配置されたエバポレータ(3) をこの順序で配管により連結し、前記コンプレッサ(7) の下流側に前記室外コンデンサ(5) を迂回して前記室内コンデンサ(4) に至るバイパス管(8) と、コンプレッサ(7) から吐出された冷媒の流路を切り替える流路切り替え弁(6) とを有し、暖房運転時には前記流路切り替え弁(6) により、前記コンプレッサ(7) から吐出された冷媒を、前記バイパス管(8) 、前記室内コンデンサ(4) 、前記リキッドタンク(9) 、前記膨脹弁(10)、および前記エバポレータ(3) の順序で循環させることにより、状態変化しながら循環する冷媒の熱を利用して車室内の除湿暖房を行うヒートポンプ式の自動車用冷暖房装置において、
前記エバポレータ(3) の吸入側に、当該吸入側圧力が、予め定められた所定圧力以上となったときに、その圧力を予め定められた所定範囲内の圧力となるように減圧するための定圧膨脹弁(20)を備えたことを特徴とする自動車用冷暖房装置。