(57)【要約】【課題】暖房を司るサブコンデンサと直列に接続の吸熱用のサブエバポレータの凍結時に確実な解凍を図ることを目的としている。【解決手段】コンプレッサ３３と暖房用のサブコンデンサ１６と吸熱用のサブエバポレータ４５と一時に溜めるアキュームレータ３９とを少なくとも構成要素とする冷凍サイクル３２を構成する。それから、前記サブエバポレータ４５にバイパス配管５３を並設し、このバイパス配管５３に開閉型の電磁弁５４を設ける。さらに、前記冷凍サイクル３２の前記サブコンデンサ１６より上流側に流量調整型の電磁弁４１を設ける。【選択図】      図１
2011025830.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒を圧縮するコンプレッサを持ち、このコンプレッサの出口側に少なくとも２つの冷凍サイクルを備え、
一方の冷凍サイクルは、圧縮冷媒の持つ熱を放出させるサブコンデンサと、
このサブコンデンサより液化された冷媒に吸熱させるサブエバポレータと、
このサブエバポレータからのガス冷媒を導き、一時的に溜めるアキュームレータとより成り、
前記サブコンデンサ又はこのサブコンデンサからの熱の供給を受けるヒータコアが空調装置本体内に配され、
前記サブエバポレータには、車室内から車外へ排出される空気から排熱回収を図る排気熱交換器との間に循環ポンプを備えた排熱回収サイクルを構成し、更にサブエバポレータに対してバイパス配管が並設され、このバイパス配管に開閉型の電磁弁が設けられており、
前記排気熱交換器が凍結したときは、前記バイパス配管に設けられた開閉型の電磁弁を開放すると共に、前記排熱回収サイクルの循環ポンプを停止させることを特徴とする車両用空調装置。
【請求項２】
前記一方の冷凍サイクルの配管にあって、前記サブコンデンサの上流側に、流れる冷媒の流量を可変とする流量調整型の電磁弁を設け、前記排気熱交換器が凍結したときは、この流量調整型の電磁弁を小開度とすることを特徴とする請求項１記載の車両用空調装置。
【請求項３】
前記一方の冷凍サイクルに対し、他方の冷凍サイクルは、圧縮冷媒と外気とを熱交換させるコンデンサと、
このコンデンサにより液化された冷媒を膨張弁を介して断熱膨張させ、導入空気を冷却する、空調装置本体内に配されたエバポレータと、
このエバポレータからのガス冷媒を導き、一時的に溜めると共に、前記コンプレッサへ接続の前記アキュームレータと、
前記コンデンサまでの配管に設けられた開閉型の電磁弁とより成ることを特徴とする請求項１又は２記載の車両用空調装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、車両に用いられる空調装置に関し、特に電気自動車等の暖房用熱源が不足しがちな車両における車両用空調装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電気自動車、ハイブリッド自動車の開発、又はエンジンの高効率化等が盛んに行われているが、このような車両においては、従来のエンジン走行車のようにエンジン冷却水を暖房の熱源として用いることができない、又は困難であるため、十分な暖房機能を得るための熱源の確保が模索されている。
【０００３】
このような状況の下、ヒートポンプ冷暖房を行う車両用ヒートポンプ式空調装置において、車室内から排出する空気と導入される外気と熱交換して、冷房時に冷却量を暖房時に加熱量をそれぞれ減少させ、もって、省エネルギーを図るヒートポンプ式空調装置が開示されている（特許文献１）。
【０００４】
また、別の従来技術が特許文献２に示されている。この特許文献２に開示されているヒートポンプ式自動車用空調装置は、車外に排出される空気が保有する熱を回収する熱回収暖房運転ができるモードを有している。即ち、車両の後方部にリア側内部熱交換器３４をユニットケース３２の風路３２ｆ内に配置したリアユニット３０を備え、そのリアユニット３０を用いて、第３の流量調整弁３７を絞り、フロント側内部熱交換器１４を放熱器（コンデンサ）として機能させることは暖房運転の場合と同様であるが、前記リア側内部熱交換器３４を吸熱器（エバポレータ）として機能させ、車外に排出する空気から熱を冷媒により回収するシステムである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平６−２０４６３３号公報
【特許文献２】特開２０００−６２４４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前記特許文献２に開示されるシステムについては、リアユニット３０を用いて、リアユニット内のリア側内部熱交換器３４を吸熱器として使用するものであるが、車両の後方部に配され、そこまで冷媒配管が延設されなければならず、配管を敷設する手段も繁雑となり、コスト増の要因となっている。
【０００７】
当出願人は、特願２００８−１７２２８６において、冷房側と暖房側の２つの冷凍サイクルを備える車両用空調装置を提案している。この構成によれば、双方の冷凍サイクルを適宜切り替え若しくは組み合わせて、暖房運転、冷房運転のみならず中間期の適切な温度制御を可能とすることができる。
【０００８】
この出願に係る発明は、車室内から車室外に排出される空気（排気）から排熱回収を図る排気熱交換器を備えている。この排気熱交換器と暖房側サイクルのエバポレータ（サブエバポレータ＝第２のエバポレータ）との間には液体を媒体とした排熱回収サイクルが構成されており、排気熱交換器で回収した排熱を暖房側サイクルのエバポレータにて冷凍サイクルを流れる冷媒に吸熱させて、暖房能力の確保が図られている。
【０００９】
しかしながら、熱回収能力の向上を図るため、低温の温度条件までコンプレッサが稼働するように設定すれば、熱回収能力の増加を期待できるようになるが、排熱回収サイクルを流れる媒体が０度以下となる場合も生じ、排気熱交換器に発生する凝縮水を凍結させる恐れがある。
【００１０】
当然ながら、排気熱交換器が凍結すると、この排気熱交換器の通風・熱交換が阻害され、車室外に排出される空気から熱の回収を図ることができなくなり、暖房サイクルでのヒートポンプ量が極端に減少し、空調制御が不能な状態となる。したがって、排気熱交換器は、凍結を生じないように、また凍結したら凍結解凍の手段を備えておかなければならない。
【００１１】
そこで、この発明は、サブエバポレータ凍結時に確実な解凍を図ることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この発明の車両用空調装置は、冷媒を圧縮するコンプレッサを持ち、このコンプレッサの出口側に少なくとも２つの冷凍サイクルを備え、一方の冷凍サイクルは、圧縮冷媒の持つ熱を放出させるサブコンデンサと、このサブコンデンサより液化された冷媒に吸熱させるサブエバポレータと、このサブエバポレータからのガス冷媒を導き、一時的に溜めるアキュームレータとより成り、前記サブコンデンサ又はこのサブコンデンサからの熱の供給を受けるヒータコアが空調装置本体内に配され、前記サブエバポレータには、車室内から車外へ排出される空気から排熱回収を図る排気熱交換器との間に循環ポンプを備えた排熱回収サイクルを付設し、更にサブエバポレータに対してバイパス配管が並設され、このバイパス配管に開閉型の電磁弁が設けられ、前記排気熱交換器が凍結したときは、前記バイパス配管に設けられた開閉型の電磁弁を開放すると共に、前記排熱回収サイクルの循環ポンプの駆動を停止させることにある（請求項１）。
【００１３】
この構成から、一方（暖房側）の冷凍サイクルが稼動している時において、排熱回収サイクルの排気熱交換器の凍結が検出されると、バイパス配管に設けられた開閉型の電磁弁が開かれ、冷媒をバイパス配管を経由させて下流のアキュームレータに流すようにし、サブエバポレータへの流入を防止する。さらに排熱回収サイクルの循環ポンプの駆動を停止させることにより、サブエポレータで吸熱された低温の媒体の循環を停止し、もって排気熱交換器の解凍を促進させることができる。
【００１４】
さらに、この発明の車両用空調装置は、前記一方の冷凍サイクルの配管にあって、前記サブコンデンサの上流に、流れる冷媒の流量を可変とする流量調整型の電磁弁が設けられており、前記排気熱交換器が凍結したときは、この流量調整型の電磁弁を小開度とすることを特徴とする（請求項２）。
【００１５】
この構成により、一方（暖房側）の冷凍サイクルが稼動している時において、排熱回収サイクルの排気熱交換器の凍結が検出されると、前述のバイパス配管に設けられた開閉型の電磁弁が開かれると共に、サブコンデンサ上流に設けられた流量調整型の電磁弁の開度が小開度となる。コンプレッサにより圧縮された冷媒は、小開度となった電磁弁の絞りに抗して高圧高温となり、この電磁弁を通過した後は低圧まで降下し、サブコンデンサで放熱し、バイパス経路を経由して、この一方の冷凍サイクルを循環する。これにより、排熱回収サイクルの稼動が停止しているときであっても、サブコンデンサの放熱作用（暖房作用）は継続される。
【００１６】
また他方（冷房側）の冷凍サイクルは、圧縮冷媒と外気とを熱交換させるコンデンサと、このコンデンサにより液化された冷媒を膨張弁を介して断熱膨張させ、導入空気を冷却する、空調装置本体内に配されたエバポレータと、このエバポレータからのガス冷媒を導き、一時的に溜めると共に、前記コンプレッサへ接続の前記アキュームレータと、前記コンデンサまでの配管に設けられた開閉型の電磁弁とより成っている（請求項３）。
【００１７】
即ち、この冷房側の冷凍サイクルにより、空調装置本体内に配されるエバポレータに冷媒が流されて導入空気を冷却する働きをし、前記暖房側（一方）の冷凍サイクルと一体となって、冷暖房の制御が行われることになる。
【発明の効果】
【００１８】
以上のように、この発明によれば、排熱回収サイクルの排気熱交換器が凍結されると、サブエバポレータをバイパスするバイパス配管に設けられた開閉型の電磁弁が開かれ、さらに排熱回収サイクルの循環ポンプの稼動が停止する。これにより、冷媒はサブエバポレータに流れず、排熱回収サイクルの媒体が冷やされることが防止され、さらに既に低温となっている排熱回収サイクルの媒体の循環を停止し、排気熱交換器の凍結の解凍を行わせる（請求項１）。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】この発明に係る車両用空量装置の実施例１の構成図である。
【図２】この発明に係る車両用空調装置の実施例２の構成図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、この発明の実施例を図面に基づいて説明する。
【実施例１】
【００２１】
図１において、車両用空調装置１は、車室３内の温度等を制御する装置であり、車両２に搭載された空調装置本体４は、空調ケース５の上流側にインテーク部６を備え、インテークドア７の作動によって内気導入口１０と外気導入口１１を切換えて、内気又は外気の導入を選択している。そして、ブロア１２により導入される内気又は外気を下流へ送り出している。
【００２２】
前記インテーク部６の下流には、導入空気を冷却するためのエバポレータ１４が配され、ここを通過する空気を冷却している。このエバポレータ１４は下記に説明する冷凍サイクル３０の構成要素となっている。
【００２３】
サブコンデンサ１６は、前記空調装置本体４内で前記エバポレータ１４の下流に配され、下記する冷凍サイクル３０からの熱の供給を受けて、ここを通過する空気を加熱している。このサブコンデンサ１６への通過空気量は、その前に設けられたミックスドア１７にて制御され、この下流域でサブコンデンサ１６を通過して暖められた温風と、このサブコンデンサ１６をバイパスした冷風と混合することで、吹出空気温度が調温されている。
【００２４】
そして、調温された空気が、選択されている吹出モードによりデフロスト吹出口１８、ベント吹出口１９及び足元吹出口２０から車室３内に吹出される。２１は熱源不足時に用いられるＰＴＣなどの補助ヒータである。
【００２５】
車室３内の後方には、排気空気から熱を回収する排気熱交換器２６が設けられ、この排気熱交換器２６は排気ブロア２４と共に排気ケース２５に包まれ、車室３内から排出される空気（内気）から熱交換して熱の回収を図っている。この排気熱交換器２６には、その吹出側に吹出空気温度検出器２７が設けられていて、吹出空気温度により、排気熱交換器２６の凍結状態を監視している。この排気熱交換器２６は下記に説明する排熱回収サイクル４７を構成している。
【００２６】
冷凍サイクル３０は、冷媒を加圧するモータ駆動のコンプレッサ３３を共通とし、該コンプレッサ３３からの吐出側に２つの第１及び第２の冷凍サイクル３１及び３２を備えている。前記第１の冷凍サイクル３１は、第１の開閉型の電磁弁３４を介してコンデンサ３５に接続され、このコンデンサ３５で放熱され、冷媒は液化され、一方向弁３６を介して前記エバポレータ１４に流される。
【００２７】
エバポレータ１４は積層型、フィンアンドチューブ型等で、その上流側に絞り弁３８を持ち、該絞り弁３８により冷媒は断熱膨張され、その際に吸熱し、エバポレータ１４を通る空気を冷風化する。そして、冷媒は吸熱して気化されながら、該エバポレータ１４の出口からアキュームレータ３９に至り、そこで、一時的に貯められた後、コンプレッサ３３に吸入される。即ち、第１の冷凍サイクル３１を稼働させることで、冷媒が実線矢印のように流れ、車室内を冷房する働きが行われる。
【００２８】
それから、第２の冷凍サイクル３２は、前記コンプレッサ３３の吐出側に前記第１の開閉型の電磁弁３４に並設した第２の流量調整型の電磁弁４１を介して前述した空調装置本体４内に配されたサブコンデンサ１６が接続され、このサブコンデンサ１６で高温高圧の冷媒ガスの持つ熱が放熱される。即ち、第２の冷凍サイクル３２を稼働させることで、車室内を暖房する働きが行われる。そして、サブコンデンサ１６からの冷媒は、下記するサブエバポレータ４５に流される。なお、前述の流量調整型の電磁弁４１は連続的に流量を可変する弁である。
【００２９】
サブエバポレータ４５に流される冷媒は、その上流側に設けられた絞り弁４６により断熱膨張され、サブエバポレータ４５にて下記する排熱回収サイクル４７を循環する媒体と熱交換される。熱交換する部位の構造は、冷媒が流れるサブエバポレータ４５の複数の扁平チューブと、媒体が流れる排熱回収サイクル４７の放熱部５０の複数の扁平チューブが、それぞれ互いに重なり合って積層されてなり、この排熱回収サイクル４７の媒体の熱を第２の冷凍サイクル３２の冷媒に吸熱させることが可能となっている。サブエバポレータ４５と放熱部５０が直接接触しているため、サブエバポレータ４５が低温（０度以下）となっても、氷結によって第２の冷凍サイクル３２と排熱回収サイクル４７の熱交換が阻害されることはない。
【００３０】
この排熱回収サイクル４７は、前述した排気熱交換器２６で回収した温熱を、クーラントを媒体にして第１の循環ポンプ４８にて前記放熱部５０に循環させることにより構成されている。これにより、車室３内から車室３外へ排出される空気から回収した排熱を、放熱部５０にて第２の冷凍サイクル３２と熱交換させ、暖房運転時の貴重な熱源として利用することが可能となっている。なお、この排熱回収サイクル４７には、他の熱源であるモータ等の機器からの排熱を吸熱するための吸熱部４９も接続している。
【００３１】
第２の冷凍サイクル３２には、凍結解凍手段として、サブエバポレータ４５に並列に接続したバイパス配管５３と、このバイパス配管５３に取り付けられた第３の開閉型の電磁弁５４が設けられている。第３の開閉型の電磁弁５４は通常は閉じられているが、排気熱交換器２６の凍結を温度検出器２７が検出すると、この第３の開閉弁が開かれ、冷媒がサブエバポレータ４５を迂回してバイパス配管５３に流れることになる。
【００３２】
サブエバポレータ４５、もしくはバイパス配管５３からの冷媒は、前記したアキュームレータ３９に至り、ここで貯められ、再びコンプレッサ３３により吸引されることになる。即ち、第２の冷凍サイクル３２を稼働させることで、冷媒が点線矢印のように流れ、車室内を暖房する働きが行われる。
【００３３】
また、冷凍サイクル３０には、暖房運転時に除湿するための連絡配管５６が組込まれている。この連絡配管５６は、前記第２の冷凍サイクル３２の前記サブコンデンサ１６の下流側から分岐し、第４の開閉型の電磁弁５７及び一方向弁５８を介して第１の冷凍サイクル３１のコンデンサ３５の下流側に接続されている。
【００３４】
この連絡配管５６は、暖房運転時である第２の冷凍サイクル３２の稼働時に第４の開閉型の電磁弁５７を開けることにより、冷媒の一部をエバポレータ１４に供給する（二点鎖線矢印）。これにより量的には少ないが、エバポレータ１４が働き、導入された空気を除湿し、車室内の湿度が高く、車外の温度が低い時にガラス面に発生するくもりを晴らす効果を持たすことができる。
【００３５】
上記の構成において、第１の開閉型の電磁弁３４を開けば、第１の冷凍サイクル３１に冷媒が流れて冷房運転モードが、第２の流量調整型の電磁弁４１を開けば、第２の冷凍サイクル３２に冷媒が流れて暖房運転モードが、第１の開閉型の電磁弁３４と第２の流量調整型の電磁弁４１とを共に開けば、冷房・暖房運転モードが、そして、第２の流量調整型の電磁弁４１と第４の開閉型の電磁弁５７を開けば、暖房運転モードであるか除湿運転が加えられている、４モードの運転が４個の電磁弁の制御で行われる。
【００３６】
暖房モード（除湿モードも含む）又は冷・暖房モード時にあっては、コンプレッサ３３により加圧された冷媒は、第２の流量調整型の電磁弁４１を経て、空調装置本体４内に配置されたサブコンデンサ１６に流れ、導入空気を加熱して、暖房モード時の空調制御が行われる。
【００３７】
そして、冷媒はサブエバポレータ４５に流されて断熱膨張され、吸熱作用が行われる。熱源として排熱回収サイクル４７の熱で、冷媒はサブエバポレータ４７内にて気化冷媒となり、アキュームレータ３９に戻され、再びコンプレッサ３３にて加圧されることになる。
【００３８】
この発明に係る排気熱交換器２６の解凍制御を以下詳述する。この排気熱交換器２６に凝縮した凝縮水が凍結すると、温度検出装置２７がそれを検出することになり、この検出信号が図示しない制御コンピュータに入力され、所定のフローに従って、まず開閉型の第３の電磁弁５４を閉から開に切換える。この結果、冷媒は、バイパス配管５３内を流れるようになり、サブエバポレータ４５への流入がなくなる。これにより、第２の冷凍サイクルと排熱回収サイクル４７の熱交換がなくなり、排熱回収サイクル４７のクーラント（媒体）が冷やされることがなくなる。さらに、排熱回収サイクル４７の第１の循環ポンプ４８が停止されることにより、既に低温となっているクーラントの循環が止められ、排気熱交換器２６が冷やされることがなくなり、排気熱交換器２６の凍結の解凍を図ることができる。さらに、排気ブロワ２４の稼動を続ければ、排気熱交換器２６の解凍をさらに迅速に促進することができる。
【００３９】
また、この解凍制御が行われているとき、第２の冷凍サイクル３２は、第２の流量調整型の電磁弁４１を小開度状態として、稼動を継続する。コンプレッサ３３により送出される冷媒は、この第２の流量調整型の電磁弁４１の絞りに抗して圧縮されるため、高温高圧に高められることとなる。この高圧ガスは第２の流量調整型の電磁弁４１を通過した後は低圧まで降下するが、圧縮機によって与えられた仕事分の熱量を保有しており、サブコンデンサで放熱し、バイパス経路を経由して、第２の冷凍サイクルを循環する。これにより、排熱回収サイクル４７の稼動が停止しているときであっても、サブコンデンサ１６の放熱作用（暖房作用）は継続される。
【００４０】
そして、吹出空気温度検出器２７により、サブエバポレータ４５の凍結の解凍完了が検出されると、第３の開閉型の電磁弁５４が開から閉に切換わり、第２の流量調整型の電磁弁４１の開度も元の状態に戻り、さらに排熱回収サイクル４７の第１の循環ポンプ４８も稼働されることになる。
【実施例２】
【００４１】
図２において、この発明の２番目の実施例が示されている。この実施例２にあって、前記実施例１と異なる所は、前記実施例１が直接サブコンデンサ１６を空調装置本体４内に配している例であるのに対し、前記サブコンデンサ１６からヒータコア加熱サイクル６２を介して加熱媒体（水）を空調装置本体４内に配されたヒータコア６１に送り、このヒータコア６１を加熱するようにしている。
【００４２】
即ち、第２の冷凍サイクル３２に設けられたサブコンデンサ１６にヒータコア加熱サイクル６２の受熱部１６ａが添着された構成で、この受熱部１６ａによりサブコンデンサ１６からの放熱が回収される。このサブコンデンサ１６は、冷媒の流れる部位と前記受熱部１６ａの水が流れる部位との間にフィンを介した構成で、熱は水側に伝えられる。
【００４３】
前記受熱部１６ａは、第２の循環ポンプ６０と空調装置本体４内に配されたヒータコア６１とで閉サイクルのヒータコア加熱サイクル６２が構成され、回収された熱ヒータコア６１に至って、放熱される。この実施例２にあっては、ヒータコア加熱サイクル６２を設けたことが実施例１と異なるが、その他の構成は実施例１と同一のため、同一部分を同じ符号を付して説明を省略した。この実施例２にあっても、前述したサブエバポレータ４５の凍結時には同様な解凍制御が行われること勿論である。
【符号の説明】
【００４４】
１  車両空量装置
２  車両
３  車室
４  空調装置本体
６  インテーク部
１２  フロント側のブロワ
１４  エバポレータ
１６  サブコンデンサ
１７  ミックスドア
２１  補助ヒータ
２４  排気ブロア
２５  排気ケース
２６  排気熱交換器
２７  温度検出器
３０  冷凍サイクル
３１  第１の冷凍サイクル
３２  第２の冷凍サイクル
３３  コンプレッサ
３４  第１の開閉型の電磁弁
３５  コンデンサ
３９  アキュームレータ
４１  第２の流量制御型の電磁弁
４５  サブエバポレータ
４７  排熱回収サイクル
４８  第１の循環ポンプ
５０  放熱部
５３  バイパス配管
５４  第３の開閉型の電磁弁
５６  連絡配管
５７  第４の開閉型の電磁弁
６１  ヒータコア
６２  ヒータコア加熱サイクル
【図１】
2011025830.tif 000003
【図２】
2011025830.tif 000004