(57)【要約】  【課題】  除霜運転が必要な低外気温度時においても、除湿運転を停止させることなく連続して除湿運転を行う。  【解決手段】  車両に搭載され、圧縮機1a、1b、四方弁2a、2b、室外熱交換器3a、3b、減圧装置4a、4b、室内熱交換器5a、5b、5a'、5b'を備えた二つの冷凍サイクルを有し、室内ファン8が車幅方向の略中央に配置され、一方が冷房運転、他方が暖房運転を行うことにより除湿運転が行われる車両用空気調和装置において、室内ファン8に対して車両の車幅方向の片側に、一方の冷凍サイクルの室内熱交換器と、他方の冷凍サイクルの室内熱交換器5a、5b、5a'、5b'とが配置され、それぞれの室内熱交換器5a、5b、5a'、5b'に吸込まれた空気が混合されて車内に吹出される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両に搭載され、圧縮機、四方弁、室外熱交換器、減圧装置、室内熱交換器を備えた二つの冷凍サイクルを有し、室内ファンが車幅方向の略中央に配置され、前記二つの冷凍サイクルの一方が冷房運転、他方が暖房運転を行うことにより除湿運転が行われる車両用空調装置において、
前記室内ファンに対して前記車両の車幅方向の片側に、一方の前記冷凍サイクルの前記室内熱交換器と、他方の冷凍サイクルの前記室内熱交換器とが配置され、それぞれの前記室内熱交換器に吸込まれた空気が混合されて車内に吹出されることを特徴とする車両用空調装置。
【請求項２】
車両に搭載され、圧縮機、四方弁、室外熱交換器、減圧装置、室内熱交換器をそれぞれ備えた二つの冷凍サイクルを有し、室内ファンが車幅方向の略中央に配置され、冷房運転と暖房運転を行うことにより除湿運転が行われる車両用空調装置において、
それぞれの前記冷凍サイクルの室内熱交換器は、前記室内ファンを中心に点対称となるように配置され、一方の前記冷凍サイクルの前記室内熱交換器と、他方の冷凍サイクルの前記室内熱交換器に吸込まれた空気が混合されて車内に吹出されることを特徴とする車両用空調装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のものにおいて、前記室内熱交換器のガスヘッダー及び液ヘッダーは、前記車両の長手方向と平行になるように配置されたことを特徴とする車両用空調装置。
【請求項４】
請求項１又は２に記載のものにおいて、前記圧縮機は容量制御が可能とされて運転されることを特徴とする車両用空調装置。
【請求項５】
請求項１又は２に記載のものにおいて、前記圧縮機と前記四方弁との間に前記室内熱交換器と前記減圧装置をバイパスするバイパス回路と、該バイパス回路に設けられた減圧装置と、を設けた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、電車、自動車などの車両の空気調和装置に関し、特に、低外気温度においても除湿運転を連続して行うものに好適である。
【背景技術】
【０００２】
鉄道車両は狭い空間に多数の乗客が乗車するため、乗客の発熱・発汗による潜熱負荷が高く、低外気温度時においても除湿運転が必要となり、車内空気温度を下げることなく、除湿することが要求される。そして、吹出し空気温度が低下しない除湿運転を可能とするために、冷房専用の冷凍サイクルと、暖房運転ができる冷凍サイクルとを車両内に設け、車幅方向の略中央に配置された室内ファンに対して、一方側に蒸発器として作用する室内熱交換器を、他方側に凝縮器として作用する室内熱交換器を配置し、除湿運転時には冷房運転と、暖房運転を同時に行うことが知られ、例えば特許文献１に記載されている。
【０００３】
【特許文献１】特開昭６４−４４３７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来技術においては、除湿運転中に室内熱交換器が凝縮器として作用する側の一方の冷凍サイクルは暖房運転と同様の運転のため、室外熱交換器は蒸発器として作用し、低外気温度時において、この室外熱交換器が着霜する。他方、空気中の水分を取り除いている室内熱交換器の冷凍サイクルは冷房運転と同様であり、蒸発器として作用している。そして、それぞれの室内熱交換器を通過した空気は室内ファンに吸込まれ、室内ファンのケーシングで混合されて空調空気として吹出される。
【０００５】
このような条件において、着霜した室外熱交換器の霜取り、除霜運転を行うためには、一方の冷凍サイクルを冷房運転と同様に、つまり、凝縮器として作用していた一方の室内熱交換器を蒸発器としなければならない。このため、吹出し空気温度が低下し、乗客に冷えすぎ感を与える。
【０００６】
そして、引き続いて、つまり連続して車内の除湿運転するためには、蒸発器として作用していた他方の室内熱交換器を凝縮器として作用させるように切り換える必要があり、室内温度を低下させないように吹出し空気温度で制御した場合、十分な冷却が行われないため、除湿量を確保できず、乗客にじめじめ感を与える。
【０００７】
本発明の目的は上記従来技術の課題を解決し、除霜運転が必要な低外気温度時においても、除湿運転を停止させることなく連続して除湿運転を行うことができる車両用空調装置を得ることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明は、車両に搭載され、圧縮機、四方弁、室外熱交換器、減圧装置、室内熱交換器を備えた二つの冷凍サイクルを有し、室内ファンが車幅方向の略中央に配置され、前記二つの冷凍サイクルの一方が冷房運転、他方が暖房運転を行うことにより除湿運転が行われる車両用空調装置において、前記室内ファンに対して前記車両の車幅方向の片側に、一方の前記冷凍サイクルの前記室内熱交換器と、他方の冷凍サイクルの前記室内熱交換器とが配置され、それぞれの前記室内熱交換器に吸込まれた空気が混合されて車内に吹出されるものである。
【０００９】
また、本発明は、車両に搭載され、圧縮機、四方弁、室外熱交換器、減圧装置、室内熱交換器をそれぞれ備えた二つの冷凍サイクルを有し、室内ファンが車幅方向の略中央に配置され、冷房運転と暖房運転を行うことにより除湿運転が行われる車両用空調装置において、それぞれの前記冷凍サイクルの室内熱交換器は、前記室内ファンを中心に点対称となるように配置され、一方の前記冷凍サイクルの前記室内熱交換器と、他方の冷凍サイクルの前記室内熱交換器に吸込まれた空気が混合されて車内に吹出されるものである。
【００１０】
さらに、上記のものにおいて、前記室内熱交換器のガスヘッダー及び液ヘッダーは、前記車両の長手方向と平行になるように配置されたことが望ましい。  
さらに、上記のものにおいて、前記圧縮機は容量制御が可能とされて運転されることが望ましい。
【００１１】
さらに、上記のものにおいて、前記圧縮機と前記四方弁との間に前記室内熱交換器と前記減圧装置をバイパスするバイパス回路と、該バイパス回路に設けられた減圧装置と、を設けたことが望ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、それぞれの室内熱交換器に流入する空気の温度、湿度条件を一様とし、低外気温度で除湿運転しても蒸発器による冷却、除湿と、凝縮器による加熱をそれぞれ独立して行うことができるため、十分な除湿量と加熱量を確保することができ、冷えすぎ感やじめじめ感を与えることがない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図1、２は一実施の形態である冷凍サイクルを示したものであり、圧縮機1a、四方弁2a、室外熱交換器3a、減圧装置4a、室内熱交換器5a、5a'をそれぞれ冷媒が循環可能なように接続される第一の冷凍サイクルと、圧縮機1b、四方弁2b、室外熱交換器3b、減圧装置4b、室内熱交換器5b、5b'をそれぞれ冷媒が循環可能なように接続して形成される第二の冷凍サイクル及び室外ファン7及び室内ファン8を有している。
【００１４】
第一の冷凍サイクルと第二の冷凍サイクルは独立して冷房及び暖房運転を行うことが可能であり、冷房負荷に応じて第一の冷凍サイクル及び第二の冷凍サイクルの運転を行う。車幅方向において、室内ファン8の一側に、一方の第一冷凍サイクルの室内熱交換器5aと、他方の第二冷凍サイクルの室内熱交換器5bとが配置される。さらには、室内熱交換器5a、5a'と5b、5b'は図1に示すようにファンモータを対称中心として、互いに点対称に配置される。
【００１５】
また、図2に示すように室内熱交換器の吸込口には温度センサ9、9'、湿度センサ13、13'が設置されており、吹出し口には、温度センサ10、10'、湿度センサ14、14'が設置されている。さらに、室内ファン吐出口には、温度センサ11、湿度センサ15が設置されている。以上のセンサを設ける事により、除湿時における室内熱交換器通過後の被空調空気の除湿量を測定し、必要な冷却・除湿能力と必要な再加熱量の推定が可能となる。  
さらに、図3に示すように室外ファン上流部には温度センサ16が設置され、室外熱交換器の吹出し空気温度を測定し、低外気温度での暖房運転もしくは、除湿運転時における除霜運転の必要・不要を判断する。
【００１６】
通常の冷房運転の場合には、冷媒は図３の矢印で示されるような経路で循環する。この場合、圧縮機1a、1bで圧縮・加熱された冷媒は室外熱交換器3a、3bで室外空気と熱交換することによって冷却・凝縮される。その後、冷媒は減圧装置4a、4bで減圧され、室内熱交換器5a、5b、5a'、5b'で室内空気と熱交換し加熱・蒸発されて圧縮機1a、1bへ流入するサイクルを形成する。この時、室内熱交換器と熱交換することによって冷却された空気が室内ファン8によって室内へ吹出される。そして、圧縮機1a、1b及び減圧装置4a、4bはそれぞれ、温度センサ9、9'及び湿度センサ13、13'と温度センサ11、湿度センサ15によって検知される冷房負荷に対応した運転周波数と開度になるよう制御される。
【００１７】
通常の暖房運転の場合、冷媒は図4の矢印で示されるような経路で循環する。この時、圧縮機1a、1bで圧縮・加熱された冷媒は室内熱交換器5a、5b、5a'、5b'で室内空気と熱交換することによって冷却・凝縮する。この結果、室内熱交換器と熱交換することによって加熱された空気は、室内ファンによって室内へ吹出される。室内熱交換器5a、5b、5a'、5b'によって冷却・凝縮された冷媒は、減圧装置4a、4bで減圧され、室外熱交換3a、3bで室外空気と熱交換することによって加熱・蒸発して圧縮機1a、1bへ流入するサイクルを形成する。圧縮機1a、1b及び減圧装置4a、4bは、温度センサ9、9'と温度センサ11によって検知される暖房負荷に対応した運転周波数と開度になるよう制御される。そして、温度センサ16により室外熱交換器吹出し空気温度を検知し、室外吹出し温度が除霜を必要とする温度Tf以下となった場合、図示しないタイマーが作動し、遅延時間Dtを経過した後、四方弁2a、2bを逆転して除霜運転を行う。除霜運転開始から復帰時間Dr行った後、四方弁2a、2bを逆転して通常の暖房運転へと復帰する。
【００１８】
除湿運転の場合、図1に示すように、第一の冷凍サイクルの冷媒は圧縮機1で圧縮・加熱されて、室外熱交換器3aで冷却・凝縮する。その後、減圧装置4aで減圧された冷媒は室内熱交換器5a、5a'で室内空気と熱交換し加熱・蒸発して再び圧縮機1aへ流入するサイクルを形成する。この結果、室内熱交換器5a、5a'で熱交換された室内空気は除湿・冷却されて吹出される。この時、圧縮機1a、減圧装置4aは温度センサ9、10と湿度センサ13、14により検知される除湿負荷に対応した圧縮機運転周波数と膨張弁開度で運転される。
【００１９】
一方、第二の冷凍サイクルの冷媒は圧縮機2bで圧縮・加熱されて、室内熱交換器5b、5b'で室内空気と熱交換し冷却・凝縮する。この結果、室内熱交換器5b、5b'で熱交換された室内空気は加熱されて吹出される。その後、減圧装置4bで減圧された冷媒は室外熱交換器3bで室外空気と熱交換器し加熱・蒸発して再び圧縮機1bへと流入する暖房サイクルを形成する。蒸発器で冷却・除湿された被空調空気と凝縮器で加熱された被空調空気は室内ファン8で混合されて、室温程度の乾いた空気として吹出される。  
圧縮機1b及び減圧装置4bは温度センサ9、11により検知される必要再加熱量と温度センサ10'、13'によって算出される加熱量に対応した運転周波数及び膨張弁開度で運転される。また、温度センサ16により室外熱交換器吹出し空気温度を検知し、室外吹出し温度が除霜を必要とする温度Tf以下となった場合、図示しないタイマーが作動し、遅延時間Dtを経過した後、四方弁2bを逆転させて第二の冷凍サイクルは除霜運転となる。同時に第一の冷凍サイクルの四方弁2aが逆転し、第一の冷凍サイクルが暖房運転となる。以上のように冷房（除霜）運転の冷凍サイクルと、暖房運転の冷凍サイクルを繰返し交互運転させるため、この除湿運転では、除霜が必要な低外気温度においても、除湿運転を停止させない連続運転が可能となる。この結果、被空調空気は一様の温度・湿度条件で各冷凍サイクルの室内熱交換器に流入し、蒸発器として作用する室内熱交換器を通過した被空調空気は冷却・除湿され、凝縮器として作用する室内熱交換器を通過した被空調空気は加熱されて、それぞれ、室内ファンに吸込まれ、室内ファンのケーシングで混合されて一様な空調空気として吹出される。したがって、除霜運転による、冷えすぎ感や、じめじめ感といった不快感を乗客に与えることのない除湿運転とすることができる。
【００２０】
さらに、室内熱交換器のガスヘッダー及び液ヘッダーをレールと平行に配置、車両の長手方向とし、複数に分散する冷凍サイクルの液・ガスヘッダーを一列に纏めている。これにより、室内熱交換器の伝熱面積を拡大する事が可能となる。
【００２１】
つぎに、除湿運転の第二の実施例について説明する。この場合図5に示すように、第一の冷凍サイクルは冷房運転である。第二の冷凍サイクルの冷媒は圧縮機2bで圧縮・加熱された後、四方弁2b、バイパス回路18へ分岐して流入する。四方弁2bへ流入した冷媒は室内熱交換器5b、5b'で室内空気と熱交換し冷却・凝縮する。この結果、室内熱交換器5b、5b'で熱交換された室内空気は加熱されて吹出され、減圧装置4bで減圧される。  
一方、バイパス回路18を通過した冷媒は減圧装置19で減圧され、室外熱交換器3b入口で、減圧装置4bで減圧された冷媒と合流し、減圧装置4bを通過した冷媒の温度を上昇させる。このとき、減圧装置4bを通過した冷媒のエンタルピーも増加するため、蒸発器で冷媒が空気と熱交換する事による吸熱量を減少させる事ができる。
【００２２】
つまり、圧縮機と四方弁間にヒートポンプ運転をする際の凝縮器として作用する室内熱交換器と減圧装置をバイパスするバイパス回路を設け、バイパス回路には減圧装置が備えられる事から、夏期のヒートポンプ運転のような過負荷時において、バイパス回路の減圧装置を開放してバイパス回路を開くことにより、冷媒は凝縮器として作用する室内熱交換器とバイパス回路へ流入し、蒸発器として作用する室外熱交換器入口で合流する。したがって、バイパス回路を通過する冷媒は凝縮器をバイパスするのため冷却されない。この結果、蒸発器入口で合流する凝縮器を通過した冷媒を加熱し、昇温させる。このため、空気からの吸熱量が低減され、圧縮機の吐出圧力を低減させる事が可能となる。また、バイパス回路の減圧装置の抵抗を制御することでヒートポンプ能力を制御する事ができる。したがって、一定速の圧縮機とした場合においても、木目細かい除湿量と加熱量の制御を行うことができる。
【００２３】
また、室外熱交換器3bで室外空気と熱交換器し加熱・蒸発して再び圧縮機1bへと流入する暖房サイクルを形成する。以上のような冷凍サイクルを形成しているため、減圧装置19の絞り量を制御する事により、蒸発器での吸熱量を制御する事が可能となり、再加熱能力と圧縮機の吐出圧力の制御を行うことができる。蒸発器で冷却・除湿された被空調空気と凝縮器で加熱された被空調空気は室内ファン8で混合されて、室温程度の乾いた空気として吹出される。そして、圧縮機1b及び減圧装置4bは温度センサ9、11により検知される必要再加熱量と温度センサ10'、13'によって算出される加熱量に対応した運転周波数及び膨張弁開度で運転される。同時に、温度センサ16により室外熱交換器吹出し空気温度を検知し、室外吹出し温度が除霜温度をTf以下となった場合、図示しないタイマーが作動し、遅延時間Dtを経過した後、四方弁2bを逆転させて第二の冷凍サイクルは除霜運転となる。同時に第一の冷凍サイクルの四方弁2aが逆転し、第一の冷凍サイクルが暖房運転となる。  
以上のように冷房（除霜）運転の冷凍サイクルと、暖房運転の冷凍サイクルを繰返し交互運転させるため、この除湿運転では、除霜が必要な低外気温度においても、除湿運転を停止させない連続運転が可能となる。
【００２４】
上記実施例では独立した2つの冷凍サイクルで記述してきたが、それ以上の複数の独立した冷凍サイクルにおいても同様である。圧縮機はインバータ式圧縮機、一定速圧縮機、スクロール式圧縮機、ロータリー式圧縮機等の圧縮機のいずれかとすることが良いが、インバータ式圧縮機の場合は、特に冷却、除湿と、凝縮器による加熱をそれぞれ独立して行うことができるため、木目細かい除湿量と加熱量の制御を行うことができる。
【００２５】
また、ヒートポンプサイクルを少なくとも2台有するため、除霜運転の際に、少なくとも1台の冷凍サイクルの室内熱交換器は凝縮器として作用させることができる。このため、除霜運転時に除湿運転を停止させないで連続して除湿運転を行うことができる。また、冷凍サイクルを構成する圧縮機を容量制御が可能な圧縮機で構成すれば、夏期のヒートポンプ運転のような過負荷時においては、圧縮機の回転数を低下させて、負荷を低減し、冬季のヒートポンプ運転のような加熱量が必要な場合においては、圧縮機の回転数を増大させて、加熱量を増大させるといった制御が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明に係わる一実施の形態による除湿運転を示すブロック図。
【図２】一実施の形態による主要部の断面図。
【図３】一実施の形態による冷房運転を示すブロック図。
【図４】一実施の形態による暖房運転を示すブロック図。
【図５】本発明に係わる他の実施の形態による除湿運転を示すブロック図。
【符号の説明】
【００２７】
1a、1b…圧縮機、2a、2b…四方弁、3a、3b…室外熱交換器、4a、4b…減圧装置、5a、5b、5a'、5b'…室内熱交換器、6a、6b…液・ガスヘッダー、7…室外ファン、8…室内ファン、9、9'…室内温度センサ、10、10'…熱交吹出し温度センサ、11…空調吹出し温度センサ、13、13'…室内湿度センサ、14、14'…熱交吹出し湿度センサ、15…空調吹出し湿度センサ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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