(57)【要約】【課題】流体ポンプを用いて、コストおよび消費エネルギに有利とした車両用空調装置において、冷却継続時間の延長を図ること。【解決手段】冷凍サイクルＡにおいて蒸発器５０の下流側に設けられた貯留蓄冷器７０から冷媒を吸引して蒸発器５０に吐出する流体ポンプとして、吸引流路１３に小径側の端部が接続されたディフューザ８２、および駆動流経路１２から流入する高圧冷媒をディフューザ８２の中間部から噴出し、高圧冷媒の圧力エネルギを速度エネルギに変換して冷媒を減圧膨張させるノズル８４を備え、ノズル８４からの冷媒の噴出により形成される駆動流により吸引流路１３から冷媒を吸引し、ディフューザ８２の大径側に設けられた吐出口８１から冷媒を吐出可能なジェットポンプ８０を用いた車両用空調装置とした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒通路に圧縮機、凝縮器、減圧器、蒸発器を備えた冷凍サイクルと、
この冷凍サイクルにおいて前記蒸発器の下流側に設けられて、前記圧縮機の可動時に前記蒸発器からの低圧冷媒により冷却される蓄冷材を備えた蓄冷熱交換器と、
前記圧縮機の吐出側から分岐された駆動流経路と、
この駆動流経路を開閉する駆動流経路開閉手段と、
前記蓄冷熱交換器に接続された吸引流路と、
前記吸引流路に小径側の端部が接続されたディフューザ、および前記駆動流経路から流入する高圧冷媒を前記ディフューザの中間部から噴出し、前記高圧冷媒の圧力エネルギを速度エネルギに変換して冷媒を減圧膨張させるノズルを備え、前記ノズルからの冷媒の噴出により形成される駆動流により前記吸引流路から冷媒を吸引し、前記ディフューザの大径側に接続された吐出口から冷媒を吐出可能なジェットポンプと、
前記吐出口から吐出される冷媒を前記蒸発器に供給する吐出流路と、
前記圧縮機の停止時に、前記蒸発器による冷却作動を継続させる冷却継続制御を実行する手段であって、非冷却継続制御時には、前記駆動流経路開閉弁を閉弁させ、前記冷却継続制御時に、前記駆動流経路開閉弁を開弁させて前記ジェットポンプを駆動させて前記吐出流路から前記蒸発器に冷媒を供給させる制御手段と、
を備えていることを特徴とする車両用空調装置。
【請求項２】
請求項１に記載の車両用空調装置において、
前記蓄冷熱交換器は、前記蒸発器からの冷媒を液化して蓄える貯留部を備えていることを特徴とする車両用空調装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧縮機の停止時も蒸発器による冷却を継続可能な車両用空調装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、車両用空調装置として、アイドリングストップ制御によりエンジンが停止して圧縮機の作動が停止しても冷房を続行可能としたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
この従来の車両用空調装置は、凝縮器と蒸発器との間の冷媒通路に、蓄冷熱交換器を備え、走行中（圧縮機の作動中）に蓄冷熱交換器に液冷媒を蓄えるとともに蓄冷する。そして、停車時（圧縮機の停止中）に、圧縮機の高圧冷媒が供給されて蓄冷熱交換器の冷媒を混合させながら蒸発器に供給するエジェクタを備えている。
【０００４】
この従来技術では、圧縮機が停止したときにはエジェクタにより液冷媒循環を行い、蓄冷材の蓄冷熱を保持し、かつ冷凍サイクル内に高低圧差がある間、冷房を継続することができる。また、停車時の冷媒の移送にエジェクタを用いることにより、電動ポンプを用いるものと比較して、コスト、消費エネルギの低減を図ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−２７１９０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述の従来技術では、圧縮機の停止時に冷媒を移送させるのにあたり、流体ポンプであるエジェクタを使用して冷媒を移送させる駆動流を作り出す構造であったため、エジェクタ内のノズル部では昇圧させる必要があった。
このため、圧縮機の停止中の冷却継続時は、本来、蒸発器内の圧力を極力低圧でキープして蒸発器直温度の上昇を抑制したいのにもかかわらず、エジェクタによる昇圧を行なうため、蒸発器内の圧力を低圧に保持するのが難しく、冷却継続時間の短縮を招く。
【０００７】
本発明は、上述の従来の問題に着目して成されたもので、流体ポンプを用いて、コストおよび消費エネルギに有利とした車両用空調装置において、冷却継続時間の延長を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述の目的を達成するために本発明は、
冷媒通路に圧縮機、凝縮器、減圧器、蒸発器を備えた冷凍サイクルと、
この冷凍サイクルにおいて前記蒸発器の下流側に設けられて、前記圧縮機の可動時に前記蒸発器からの低圧冷媒により冷却される蓄冷材を備えた蓄冷熱交換器と、
前記圧縮機の吐出側から分岐された駆動流経路と、
この駆動流経路を開閉する駆動流経路開閉手段と、
前記蓄冷熱交換器に接続された吸引流路と、
前記吸引流路に小径側の端部が接続されたディフューザ、および前記駆動流経路から流入する高圧冷媒を前記ディフューザの中間部から噴出し、前記高圧冷媒の圧力エネルギを速度エネルギに変換して冷媒を減圧膨張させるノズルを備え、前記ノズルからの冷媒の噴出により形成される駆動流により前記吸引流路から冷媒を吸引し、前記ディフューザの大径側に接続された吐出口から冷媒を吐出可能なジェットポンプと、
前記吐出口から吐出される冷媒を前記蒸発器に供給する吐出流路と、
前記圧縮機の停止時に、前記蒸発器による冷却作動を継続させる冷却継続制御を実行する手段であって、非冷却継続制御時には、前記駆動流経路開閉弁を閉弁させ、前記冷却継続制御時に、前記駆動流経路開閉弁を開弁させて前記ジェットポンプを駆動させて前記吐出流路から前記蒸発器に冷媒を供給させる制御手段と、
を備えていることを特徴とする車両用空調装置とした。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の車両用空調装置では、冷却継続制御時に、ジェットポンプでは、駆動流経路から供給される高圧冷媒の圧力をディフューザの中間部のノズルから噴出して駆動流を生じさせ、このノズルから、圧力エネルギを速度エネルギに変換して噴射される冷媒と、ディフューザに接続された吸引流路の冷媒との速度差による圧力差により、吸引流路の冷媒がディフューザに吸引され、吐出口から蒸発器へ吐出される。
このように、ジェットポンプは、昇圧部を有していないため、従来のように、エジェクタを用いて昇圧するものと比較して、蒸発器内の圧力の昇圧を抑制でき、冷却継続時間の延長を図ることができる。
加えて、ジェットポンプにおいて駆動流を形成するのに、液冷媒よりも密度の薄いガス冷媒を使用するため、同質量流量で換算した場合の必要容積が液冷媒の数倍となり、その分、液冷媒を用いる場合よりもノズルの出口流速が増し、ポンプ吸引量が増す。したがって、蒸発器における冷媒流量が増し、圧縮器停止時の冷却性能を向上可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施の形態１の車両用空調装置の冷凍サイクルを示す回路図である。
【図２】実施の形態１の車両用空調装置に用いたジェットポンプを模式的に示す断面図である。
【図３】実施の形態１と比較する従来技術の一例のエジェクタを模式的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に、図１および図２に基づいて、実施の形態１の車両用空調装置について説明する。
（実施の形態１の構成）
まず、実施の形態１の車両用空調装置の構成について説明する。
実施の形態１の車両用空調装置は、図１に示すように、冷媒通路１０に、圧縮機２０、凝縮器３０、減圧器４０、蒸発器５０を順に配置した冷凍サイクルＡを備えている。
さらに、冷媒通路１０において前記蒸発器５０の出口側に、低圧冷媒により冷却される蓄冷材を備えた蓄冷熱交換器としての貯留蓄冷器７０が設けられている。
【００１２】
圧縮機２０は、車両のエンジンルーム（図示省略）に配置されてエンジン（図示省略）により駆動され、冷媒を高温高圧に圧縮して吐出する。
凝縮器３０は、エンジンルーム（図示省略）に配置されて、圧縮機２０により高温高圧に圧縮された冷媒を、外気との熱交換により冷却して液化する。なお、凝縮器３０には、リキッドタンク３０ａが設けられ、内部には、冷媒を濾過するフィルタ（図示省略）が設けられている。
減圧器４０は、高圧の液状冷媒を、オリフィスあるいは減圧弁を通過させることにより減圧を行い、低温・低圧の液状冷媒にする。
【００１３】
蒸発器５０は、車室内に配置された空調ユニット（図示省略）内に配置され、空調ユニット内を流れる車室空気と熱交換を行うことで、低温・低圧の液状冷媒を蒸発させて、低温・低圧のガス冷媒とするものであり、これにより車室空気を冷却して車室の冷房を行う。
【００１４】
また、蒸発器５０と圧縮機２０とを接続する流路１１の途中には、冷媒を貯留可能な貯留蓄冷器７０が設けられている。
この貯留蓄冷器７０は、冷媒を貯留可能な筒状のタンク本体７１と、このタンク本体７１の外周に設けられ、タンク本体７１に貯留された冷媒と熱交換可能な蓄冷材７２とを備えている。なお、蓄冷材７２としては、水と高吸水性樹脂（ポリアクリ酸ナトリウム）を含むものや、パラフィンなど周知のものを用いる。
また、図示のように、流路１１の蒸発器５０側の管１１ａは、タンク本体７１の上部に開口され、一方、流路１１の下流側の管１１ｂは、タンク本体７１の上部の開口端から下方に延在され略Ｕ字状に湾曲されてタンク本体７１の上部から外部に導出されている。
【００１５】
また、冷凍サイクルＡには、駆動流経路１２から供給される圧縮機２０の吐出側の高温高圧冷媒で形成した駆動流により、貯留蓄冷器７０に貯留された冷媒を吸引流路１３から吸引し、吐出流路１４を介して蒸発器５０の上流に吐出するジェットポンプ８０が設けられている。
【００１６】
このジェットポンプ８０の構造の概略を図２により説明すると、このジェットポンプ８０は、一端に吐出口８１が設けられているとともに、この吐出口８１から内部に向けて軸方向に沿って徐々に縮径されたディフューザ８２が形成されている。
そして、ディフューザ８２の最小径部に連続して、軸方向に沿って吸引孔８３が穿設されており、この吸引孔８３は、吸引流路１３に接続されている。
【００１７】
ディフューザ８２の軸方向の中間部には、内周の全周に沿ってノズル８４が形成されており、このノズル８４は、駆動流経路１２に接続されている。また、ディフューザ８２においてノズル８４の下流部分は、ノズル８４からの噴出される冷媒と、吸引孔８３から吸引される冷媒との混合部８５である。
【００１８】
この駆動流経路１２と冷媒通路１０との接続部には、駆動流経路１２を開閉する駆動流経路開閉弁としての開閉切換弁９０が設けられている。この開閉切換弁９０は、通常は、冷媒通路１０と駆動流経路１２とを遮断した閉弁状態となっており、開弁作動時には、冷媒通路１０と駆動流経路１２とを連通する。
【００１９】
開閉切換弁９０の切り換えは、車両用空調装置の作動を制御する空調制御回路（制御手段）１００により制御される。
この空調制御回路１００は、車両用空調装置の制御に必要な車室温度に関連した検出値が各種センサ（図示省略）から入力されて送風温度などを制御する周知の制御に加え、いわゆるアイドリングストップにより図外のエンジンが停止して圧縮機２０が停止された状態で、貯留蓄冷器７０に貯留した液冷媒を用いて蒸発器５０における冷却を継続させる冷却継続処理を実行する。そして、この冷却継続処理時には、通常は閉弁状態の開閉切換弁９０を開弁させ、あらかじめ設定された冷却継続処理の終了条件成立時には、開閉切換弁９０を閉弁状態に戻す。
この冷却継続処理の終了条件の成立とは、アイドリングストップが終了した場合や、あらかじめ設定された時間が経過した場合や、貯留蓄冷器７０の液冷媒が無くなった場合や、蒸発器５０を通過した送風温度が、制御目標温度よりも高くなった場合などである。これらの少なくとも１つを終了条件としてもよいし、これらの複数を終了条件とし、そのいずれか１つが成立したら終了とするようにしてもよい。
【００２０】
なお、アイドリングストップは、駐停車や信号待ちを行っている間にエンジン停止を行うものであり、一時的な停車を検知してエンジン停止を行い、発進操作を検知してエンジン（図示省略）の再始動を行う周知の制御である。また、本実施の形態１では、このアイドリングストップを実行する制御部は、アイドリングストップを実行している間、空調制御回路１００に向けてアイドリングストップ信号ｓｓｔを出力しているものとする。
【００２１】
（実施の形態１の作用）
次に、実施の形態１の作用を説明する。
＜通常走行時（非アイドリングストップ時）＞
通常走行時には、開閉切換弁９０は、通常状態、すなわち冷媒通路１０を連通させた状態となっている。
したがって、このような制御状態では、車両用空調装置では、一般的な冷却作動が行われ、冷媒は、冷媒通路１０を図１の実線の矢印により示す経路で循環される。
すなわち、圧縮機２０は、冷媒を高温高圧に圧縮して吐出する。この高温高圧の冷媒は、凝縮器３０において外気と熱交換（冷却）されて液化して、減圧器４０に送られる。減圧器４０では、冷媒が減圧されて低温・低圧の液状となり、さらに、冷媒は、蒸発器５０において、車室内の空気と熱交換され、車室内空気を冷却するとともに、蒸発して低温・低圧のガス冷媒となり、貯留蓄冷器７０を通って圧縮機２０に吸引される。
また、貯留蓄冷器７０では、蒸発器５０において蒸発して低温・低圧のガス状となった冷媒は、貯留蓄冷器７０を通過する際に、蓄冷材７２から吸熱して蓄冷材７２を冷却する。
そして、車室内の空調が安定して蒸発器５０の負荷が下がり、さらに、蓄冷材７２が冷却され、蓄冷材７２での吸熱量が下がると、冷媒は貯留蓄冷器７０のタンク本体７１に液化して蓄えられる。
【００２２】
＜アイドリングストップ時＞
車両の停車時に、図示を省略した総合コントローラの制御に基づいて、アイドリングストップ制御が実行された際には、エンジンＥｎｇの駆動を停止するのに伴い圧縮機２０の駆動が停止され、圧縮機２０からの高圧冷媒の吐出が停止される。
【００２３】
このとき、空調制御回路１００は、アイドリングストップ信号ｓｓｔの入力を受けて、開閉切換弁９０を切換作動させ、圧縮機２０の吐出側をジェットポンプ８０のノズル８４に連通させる。
【００２４】
したがって、ジェットポンプ８０では、図２において矢印Ｃ１２に示す圧縮機２０の吐出側の高温高圧冷媒が、ノズル８４からディフューザ８２の軸方向中間部に噴出され、これにより、圧力エネルギが速度エネルギに変換されて減圧膨張され、図２において矢印ＤＦで示す駆動流が生じる。このとき、ノズル８４からは、液冷媒よりも密度の薄いガス冷媒が噴出されるため、液冷媒を用いた場合よりもノズル８４の出口流速が増す。この場合、速度は、液冷媒を用いた場合の数倍程度、例えば、４倍程度となる。
【００２５】
このノズル８４からの駆動流により、貯留蓄冷器７０の液冷媒が吸引流路１３を介して図２において矢印Ｃ１３に示すように吸引孔８３からディフューザ８２に吸引され、混合部８５において、ノズル８４から噴出される冷媒と混合されて、図２において矢印Ｃ１４に示すように、吐出口８１から蒸発器５０へ吐出される。これにより、貯留蓄冷器７０に貯留された冷媒は、図１において点線の矢印により示す経路、すなわち、貯留蓄冷器７０→吸引流路１３→ジェットポンプ８０→蒸発器５０→貯留蓄冷器７０を辿る経路で循環される。
この吐出動作は、圧縮機２０の吐出側と、蒸発器５０側との圧力差が無くなるまで実行可能である。
したがって、蒸発器５０では、圧縮機２０の停止後も冷媒が供給され、冷媒が蒸発することにより、送風の冷却が可能である。
【００２６】
ここで、従来の問題点について説明を加えると、図３に示す従来のエジェクタ０１は、減圧弁側の駆動流経路から流入する高圧冷媒の圧力エネルギを速度エネルギに変換して冷媒を減圧膨張させるノズル０２と、蓄冷熱交換器から冷媒を吸引する吸引部０３との下流に、ノズル０２からの冷媒と吸引部０３からの冷媒とを混合させる混合部０４と、冷媒の圧力を昇圧させるディフューザ０５とが直列に設けられた構造となっている。
このように、エジェクタ０１では、蒸発器に向かって噴射される冷媒は、ノズル０２およびディフューザ０５において昇圧され、蒸発器における冷媒圧力が、相対的に高圧となる。
【００２７】
それに対し、本実施の形態１で用いたジェットポンプ８０では、ディフューザ８２においてノズル８４からの気相冷媒による駆動流（矢印ＤＦ）の流速に基づいて吸引孔８３から冷媒を吸引し、従来のように昇圧部分を有しないため、従来のように昇圧部を持つものと比較して蒸発器５０を低圧に保つことができる。したがって、蒸発器５０の温度上昇を抑制することができる。
【００２８】
（実施の形態１の効果）
以上説明した実施の形態１の車両用空調装置は、以下に列挙する効果を奏する。
ａ）実施の形態１の車両用空調装置は、
冷媒通路１０に圧縮機２０、凝縮器３０、減圧器４０、蒸発器５０を備えた冷凍サイクルＡと、
この冷凍サイクルＡにおいて蒸発器５０の下流側に設けられて、圧縮機２０の可動時に蒸発器５０からの低圧冷媒により冷却される蓄冷材７２を備えた蓄冷熱交換器としての貯留蓄冷器７０と、
圧縮機２０の吐出側から分岐された駆動流経路１２と、
この駆動流経路１２を開閉する駆動流経路開閉手段としての開閉切換弁９０と、
蓄冷熱交換器としての貯留蓄冷器７０に接続された吸引流路１３と、
吸引流路１３に小径側の端部が接続されたディフューザ８２、および駆動流経路１２から流入する高圧冷媒をディフューザ８２の中間部から噴出し、高圧冷媒の圧力エネルギを速度エネルギに変換して冷媒を減圧膨張させるノズル８４を備え、ノズル８４からの冷媒の噴出により形成される駆動流により吸引流路１３から冷媒を吸引し、ディフューザ８２の大径側に設けられた吐出口８１から冷媒を吐出可能なジェットポンプ８０と、
吐出口８１から吐出される冷媒を蒸発器５０に供給する吐出流路１４と、
圧縮機２０の停止時に、蒸発器５０による冷却作動を継続させる冷却継続制御を実行する手段であって、非冷却継続制御時には、駆動流経路開閉弁としての開閉切換弁９０を閉弁させ、冷却継続制御時に、駆動流経路開閉弁としての開閉切換弁９０を開弁させてジェットポンプ８０を駆動させて吐出流路１４から蒸発器５０に冷媒を供給させる制御手段としての空調制御回路１００と、
を備えていることを特徴とする。
したがって、ジェットポンプ８０では、圧縮機２０の吐出側の高温高圧冷媒が、ノズル８４からディフューザ８２の軸方向中間部に噴出され、図２において矢印ＤＦで示す駆動流が生じる。この駆動流により、貯留蓄冷器７０の液冷媒が吸引流路１３を介して吸引孔８３からディフューザ８２に吸引され、吐出口８１から蒸発器５０へ吐出される。よって、蒸発器５０では、圧縮機２０の停止後も冷媒が供給され、冷媒が蒸発することにより、送風の冷却が可能である。
このとき、ノズル８４からは、液冷媒よりも密度の薄いガス冷媒が噴出されるため、液冷媒を用いた場合と比較して、ノズル８４の出口流速が増し、その分、冷媒流量が増し、蒸発器５０において高い冷却性能を得ることができる。
また、ジェットポンプ８０では、ディフューザ８２においてノズル８４からの気相冷媒による駆動流（矢印ＤＦ）の流速に基づいて吸引孔８３から冷媒を吸引する構造であり、従来のように昇圧部分を有しないため、従来のように昇圧部を持つものと比較して蒸発器５０を低圧に保つことができる。したがって、蒸発器５０の温度上昇を抑制することができる。
【００２９】
ｂ）実施の形態１の車両用空調装置は、蓄冷熱交換器としての貯留蓄冷器７０は、蒸発器５０からの冷媒を液化して蓄える貯留部としてのタンク本体７１を備えていることを特徴とする。
よって、圧縮機２０の駆動中に、あらかじめタンク本体７１に液冷媒を貯留することができ、液冷媒を貯留しないものと比較して、冷却継続制御時の冷却性能の向上を図ることができる。
【００３０】
ｃ）実施の形態１の車両用空調装置は、ディフューザ８２の軸方向中間にノズル８４を有したジェットポンプ８０を用いたため、従来のように、ノズル０２の下流に、混合部０４およびディフューザ０５が直列に並んだエジャクタ０１と比較して、ジェットポンプ８０の軸方向寸法を短くすることができる。
したがって、ジェットポンプ８０を、蒸発器５０と一体的に設ける際の寸法上の制約が少なく、その分、設計自由度が高くなる。
【００３１】
以上、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳述してきたが、具体的な構成は、この実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱しない程度の設計的変更は、本発明に含まれる。
【００３２】
例えば、圧縮機の動力源は、エンジンに限らず、電動機などの他の動力源を用いてもよい。例えば、電動車両などにおいても、圧縮機を停止させた状態で蒸発器の冷却を継続することが可能となる。
また、駆動流経路開閉手段は、実施の形態では、駆動流経路１２の冷媒通路１０への接続部分に設けた例を示したが、この設置位置は、この位置に限らず、駆動流経路１２の途中としてもよい。あるいは、駆動流経路開閉手段を、実施の形態のように駆動流経路１２の冷媒通路１０への接続部分に設けた場合、単なる開閉弁構造とせずに、三方弁構造とすることもできる。
【符号の説明】
【００３３】
１０   冷媒通路
１２   駆動流経路
１３   吸引流路
１４   吐出流路
２０   圧縮機
３０   凝縮器
４０   減圧器
５０   蒸発器
７０   貯留蓄冷器
８０   ジェットポンプ
８１   吐出口
８２   ディフューザ
８３   吸引孔
８４   ノズル
８５   混合部
９０   開閉切換弁（駆動流経路開閉手段）
１００ 空調制御回路（制御手段）
Ａ     冷凍サイクル
【図１】
2014037169.tif 000003
【図２】
2014037169.tif 000004
【図３】
2014037169.tif 000005