(57)【要約】【課題】空調装置の省動力化を図る。【解決手段】外気温度Ｔａｍが所定温度範囲内にあって、冷却水温度Ｔｗが所定温度以下、かつ、エアミックスドア５の開度がＭＡＸＨＯＴ状態のときにヒートポンプサイクル運転を行う。これにより、大きな加熱能力を必要としない季節にヒートポンプサイクル運転を実行してしまうといった加熱能力の誤判定が発生し難い。一方、冬場の冷間始動時等のヒートポンプサイクル運転を行う必要があるときに確実にヒートポンプサイクル運転を実行することができるので、急速暖房性能を確保しつつ、空調装置の省動力化を図ることができる。また、冷媒を二酸化炭素とすることにより、外気温度が０℃以下であっても、蒸気圧縮式冷凍機を確実に稼動させる。【選択図】　　　　図１
2004142506.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
室内に吹き出す空気の通路を構成する空調ケーシング（１）と、
前記空調ケーシング（１）内に配置された、二酸化炭素を冷媒とする蒸気圧縮式冷凍機の放熱器（４）及び蒸発器（２）と、
前記空調ケーシング（１）内に配置され、車両で発生する廃熱にて室内に吹き出す空気を加熱する加熱器（３）と、
前記加熱器（３）の加熱能力が所定能力以下のときであって、かつ、室内に吹き出す空気を加熱するための必要加熱能力が所定能力以上のときには、前記放熱器（４）に高圧冷媒を循環させる制御手段とを備えることを特徴とする車両用空調装置。
【請求項２】
室内に吹き出す空気の通路を構成する空調ケーシング（１）と、
前記空調ケーシング（１）内に配置された、二酸化炭素を冷媒とする蒸気圧縮式冷凍機の放熱器（４）及び蒸発器（２）と、
前記空調ケーシング（１）内に配置され、車両で発生する廃熱にて室内に吹き出す空気を加熱する加熱器（３）と、
外気温度が所定温度範囲内であって、前記加熱器（３）の加熱能力が所定能力以下で、かつ、室内に吹き出す空気を加熱するための必要加熱能力が所定能力以上のときには、前記放熱器（４）に高圧冷媒を循環させる制御手段とを備えることを特徴とする車両用空調装置。
【請求項３】
前記加熱器（３）及び前記放熱器（４）を通過して室内に吹き出す温風量と前記加熱器（３）及び前記放熱器（４）を迂回して室内に吹き出す冷風量との風量割合を調節する風量割合調節手段（５）を有し、
前記制御手段は、前記風量割合調節手段（５）が前記温風の風量割合を所定以上とするときに前記必要加熱能力が所定能力以上になったものと判定する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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、蒸気圧縮式冷凍機を用いた、暖房運転が可能な車両用空調装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の蒸気圧縮式冷凍機を用いた暖房運転が可能な車両用空調装置では、エンジン冷却水の温度が所定温度以下のときに、必要とする空気加熱能力が不足しているものと判定して蒸気圧縮式冷凍機にて室内に吹き出す空気を加熱していた（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
実開昭６１−１６１０１１号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、特許文献１に記載の発明では、春・夏・秋等の大きな加熱能力を必要としない季節であっても、エンジン冷却水の温度が所定温度以下である場合には、必要とする空気加熱能力が不足しているものと判定してしまうので、実際には空気加熱能力が不足していないのに空気加熱能力が不足しているものと判定してしまう加熱能力の誤判定が発生し易い。
【０００５】
このため、特許文献１に記載の発明では、蒸気圧縮式冷凍機が不必要に稼動してしまうので、無駄な動力を消費してしまう可能性が高い。
【０００６】
本発明は、上記点に鑑み、第１には、従来と異なる新規な車両用空調装置を提供し、第２には、空調装置の省動力化を図ることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明では、室内に吹き出す空気の通路を構成する空調ケーシング（１）と、空調ケーシング（１）内に配置された、二酸化炭素を冷媒とする蒸気圧縮式冷凍機の放熱器（４）及び蒸発器（２）と、空調ケーシング（１）内に配置され、車両で発生する廃熱にて室内に吹き出す空気を加熱する加熱器（３）と、加熱器（３）の加熱能力が所定能力以下のときであって、かつ、室内に吹き出す空気を加熱するための必要加熱能力が所定能力以上のときには、放熱器（４）に高圧冷媒を循環させる制御手段とを備えることを特徴とする。
【０００８】
これにより、大きな加熱能力を必要としない季節にヒートポンプサイクル運転を実行してしまうといった加熱能力の誤判定が発生し難い。
【０００９】
一方、冬場の冷間始動時等のヒートポンプサイクル運転を行う必要があるときに確実にヒートポンプサイクル運転を実行することができるので、暖房性能を確保しつつ、空調装置の省動力化を図ることができる。
【００１０】
また、冷媒を二酸化炭素としているので、外気温度が０℃以下であっても、蒸気圧縮式冷凍機を稼動させることができる。延いては、空調装置の省動力化を図りつつ、確実に暖房運転を行うことができる。
【００１１】
請求項２に記載の発明では、室内に吹き出す空気の通路を構成する空調ケーシング（１）と、空調ケーシング（１）内に配置された、二酸化炭素を冷媒とする蒸気圧縮式冷凍機の放熱器（４）及び蒸発器（２）と、空調ケーシング（１）内に配置され、車両で発生する廃熱にて室内に吹き出す空気を加熱する加熱器（３）と、外気温度が所定温度範囲内であって、加熱器（３）の加熱能力が所定能力以下で、かつ、室内に吹き出す空気を加熱するための必要加熱能力が所定能力以上のときには、放熱器（４）に高圧冷媒を循環させる制御手段とを備えることを特徴とする。
【００１２】
これにより、大きな加熱能力を必要としない季節にヒートポンプサイクル運転を実行してしまうといった加熱能力の誤判定が発生し難い。
【００１３】
一方、冬場の冷間始動時等のヒートポンプサイクル運転を行う必要があるときに確実にヒートポンプサイクル運転を実行することができるので、暖房性能を確保しつつ、空調装置の省動力化を図ることができる。
【００１４】
また、冷媒を二酸化炭素としているので、外気温度が０℃以下であっても、蒸気圧縮式冷凍機を稼動させることができる。延いては、空調装置の省動力化を図りつつ、確実に暖房運転を行うことができる。
【００１５】
請求項３に記載の発明では、加熱器（３）及び放熱器（４）を通過して室内に吹き出す温風量と加熱器（３）及び放熱器（４）を迂回して室内に吹き出す冷風量との風量割合を調節する風量割合調節手段（５）を有し、制御手段は、風量割合調節手段（５）が温風の風量割合を所定以上とするときに必要加熱能力が所定能力以上になったものと判定することを特徴とするものである。
【００１６】
因みに、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１は本実施形態に係る車両用空調装置の模式図であり、図２は本実施形態に係る車両用空調装置の特徴的作動制御を示すフローチャートである。
【００１８】
空調ケーシング１は室内に吹き出す空気の通路を構成するダクト手段であり、この空調ケーシング１の空気流れ上流側には、空調ケーシング１内に導入する室内空気量と室外空気量とを調節する内外気切替装置、並びに送風機が配置され、空調ケーシング１の最下流部には、車両窓ガラスに空気を吹き出すためのデフロスタ吹出口、車室内上方側に空気を吹き出すためのフェイス吹出口及び車室内下方側に空気を吹き出すためのフット吹出口等が設けられている。
【００１９】
また、空調ケーシング１内には、蒸気圧縮式冷凍機の蒸発器２、走行用エンジンで発生する廃熱（本実施形態では、エンジン冷却水）を熱源として室内に吹き出す空気を加熱するヒータ３及び蒸気圧縮式冷凍機の放熱器４が、空気流れ上流側から、蒸発器２、ヒータ３、放熱器４の順に配置されている。
【００２０】
なお、蒸気圧縮式冷凍機の詳細は後述する。
【００２１】
エアミックスドア５は、蒸発器２を通過した空気をヒータ３及び放熱器４を迂回させて下流側に流すバイパス通路６を流れる冷風量とヒータ３及び放熱器４を通過して流れる温風量との風量割合いを調節する風量割合調節手段であり、車室内に吹き出す空気の温度は、エアミックスドア５の開度、つまり温風量と冷風量との風量割合を調節することにより行う。
【００２２】
なお、エアミックスドア５の開度が大きくなるほど温風量が増大することを意味し、エアミックスドア５の開度が小さくなるほど冷風量が増大することを意味し、本実施形態では、バイパス通路６を閉じた状態を１００％と表記する。
【００２３】
次に、蒸気圧縮式冷凍機について述べる。
【００２４】
蒸気圧縮式冷凍機とは、周知のごとく、減圧した低圧冷媒を蒸発させることにより低温側から吸熱し、その蒸発した気相冷媒を圧縮して高温・高圧として低温側から吸熱した熱を高温側に放熱するものである。
【００２５】
そして、圧縮機７は走行用エンジンから動力を得て冷媒を吸入圧縮するものであり、本実施形態では、吐出容量、つまりシャフト１回転する際に吐出される理論吐出量を変化させることができる可変容量型の圧縮機を採用している。
【００２６】
室外熱交換器８は冷媒と室外空気とを熱交換するものであり、エジェクタ９は高圧冷媒を減圧膨張させて蒸発した気相冷媒を吸引するとともに、膨張エネルギーを圧力エネルギーに変換して圧縮機７の吸入圧を上昇させるものである。
【００２７】
なお、エジェクタ９は、流入する高圧冷媒の圧力エネルギーを速度エネルギーに変換して冷媒を等エントロピ的に減圧膨張させるノズル９ａ、ノズル９ａから噴射する高い速度の冷媒流の巻き込み作用により蒸発した気相冷媒を吸引しながら、ノズル９ａから噴射する冷媒流とを混合する混合部９ｂ、及びノズル９ａから噴射する冷媒と吸引した気相冷媒とを混合させながら速度エネルギーを圧力エネルギーに変換して冷媒の圧力を昇圧させるディフューザ９ｃ等からなるものである。
【００２８】
このとき、混合部９ｂにおいては、ノズル９ａから噴射する駆動流の運動量と蒸発器２から吸引される吸引流の運動量との和が保存されるように駆動流と吸引流とが混合するので、混合部９ｂにおいても冷媒の圧力が（静圧）が上昇する。
【００２９】
一方、ディフューザ９ｃにおいては、通路断面積を徐々に拡大することにより、冷媒の速度エネルギ（動圧）を圧力エネルギ（静圧）に変換するので、エジェクタ９においては、混合部９ｂ及びディフューザ９ｃの両者にて冷媒圧力を昇圧する。そこで、混合部９ｂとディフューザ９ｃとを総称して昇圧部と呼ぶ。
【００３０】
因みに、本実施形態では、ノズル９ａから噴出する冷媒の速度を音速以上まで加速するために、通路途中に通路面積が最も縮小した喉部を有するラバールノズル（流体工学（東京大学出版会）参照）を採用しているが、勿論、先細ノズルを採用してもよいことは言うまでもない。
【００３１】
また、気液分離器１０はエジェクタ９から流出した冷媒が流入するとともに、その流入した冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離して冷媒を蓄える気液分離手段であり、気液分離器１０の気相冷媒流出口は圧縮機７の吸引側に接続され、液相冷媒流出口は蒸発器２側に接続されている。
【００３２】
第１バルブ１１は気液分離器１０から流出した液相冷媒を減圧するとともに、蒸発器２と気液分離器１０とを繋ぐ冷媒回路を開閉するものであり、第２バルブ１２は、蒸発器２の冷媒入口側と出口側とを繋ぐ第１冷媒バイパス通路１３に流れ込む冷媒量を調節する全閉可能なものである。
【００３３】
第３バルブ１４は、圧縮機７から吐出した冷媒を放熱器４を迂回させて室外熱交換器８に導く第２冷媒バイパス通路１５を開閉するものであり、逆止弁１６は、第２冷媒バイパス通路１５を経由して室外熱交換器８側に流れる冷媒が放熱器４側に流れることを防止するとともに、放熱器４から流出した冷媒を減圧して室外熱交換器８に流す減圧手段を兼ねるものである。
【００３４】
なお、内部熱交換器１７は圧縮機７に吸引される低圧冷媒とノズル９ａにて減圧される前の高圧冷媒とを熱交換する熱交換器であり、切替弁１８は内部熱交換器１７を流出してノズル９ａ側に流れる冷媒をノズル９ａに流入させる場合と蒸発器２に流入させる場合とを切り替えるものである。
【００３５】
次に、本実施形態の作動を述べる。
【００３６】
１．蒸気圧縮式冷凍機の作動
１．１　クーラサイクル運転
内部熱交換器１７を流出した冷媒がノズル９ａに流れるように切替弁１８を作動させ、かつ、第２バルブ１２を全閉、第３バルブ１４を全開とした状態で圧縮機７を稼動させる。
【００３７】
これにより、気液分離器１０から気相冷媒が圧縮機７に吸入され、圧縮された冷媒の殆どが室外熱交換器８に吐出される。そして、室外熱交換器８にて冷却された冷媒は、エジェクタ９のノズル９ａにて減圧膨張して蒸発器２内の冷媒を吸引する。
【００３８】
また、蒸発器２から吸引された冷媒とノズル９ａから吹き出す冷媒とは、混合部９ｂにて混合しながらディフューザ９ｃにてその動圧が静圧に変換されて気液分離器１０に戻る。
【００３９】
一方、エジェクタ９にて蒸発器２内の冷媒が吸引されるため、蒸発器２には第１バルブ１１にて減圧された液相冷媒が気液分離器１０から供給され、その供給された冷媒は、室内に吹き出す空気から吸熱して蒸発する。
【００４０】
なお、本実施形態では、冷媒を二酸化炭素として高圧側の冷媒圧力、つまり圧縮機７の吐出圧を冷媒の臨界圧力以上としているので、室外熱交換器８において冷媒は、凝縮することなく温度を低下させながらエンタルピを低下させる。
【００４１】
１．２　ヒートポンプサイクル
内部熱交換器１７を流出した冷媒が蒸発器２に流れるように切替弁１８を作動させ、かつ、第３バルブ１４を全閉とした状態で圧縮機７を稼動させる。
【００４２】
これにより、圧縮機７を吐出した冷媒は、放熱器４→逆止弁１６→室外熱交換器８→内部熱交換器１７→蒸発器２→混合部９ｂ→ディフューザ９ｃ→気液分離器１０→内部熱交換器１７→圧縮機７の順で循環する。
【００４３】
したがって、圧縮機７を吐出した高圧・高温冷媒は、放熱器４にて室内に吹き出す空気を加熱して冷却された後、逆止弁１６にて減圧されて室外熱交換器８に流入する。
【００４４】
そして、逆止弁１６にて減圧された冷媒は、室外熱交換器８では室外空気から吸熱して蒸発し、蒸発器２で室内に吹き出す空気から吸熱して蒸発する。なお、ヒートポンプサイクル運転時においては、高圧冷媒の圧力を必ずしも臨界圧力以上とする必要はない。
【００４５】
このため、蒸発器２にて除湿冷却された後、放熱器４にて加熱された空気が室内に吹き出されるため、室内に吹き出す空気を除湿しながら暖房を行うことができる。
【００４６】
２．空調装置の制御作動（図２参照）
空調装置の始動スイッチが投入されると、図示しない外気温度センサの検出温度Ｔａｍが所定温度範囲（本実施形態では、−３０℃以上、１５℃以下）にあるか否かを判定し（Ｓ１０）、外気温度Ｔａｍが所定温度範囲外にあるときには、ヒートポンプサイクル運転以外、具体的には、クーラサイクル運転又は送風のみ等の蒸気圧縮式冷凍機を停止した状態の運転を行う（Ｓ２０）。
【００４７】
なお、所定温度範囲の下限値は、冷媒の物性値によって決定されるもので、上限値はヒートポンプサイクル運転を行う必要がないと考えられる温度である。
【００４８】
一方、外気温度Ｔａｍが所定温度範囲内にあるときには、ヒータ３に流入するエンジン冷却水の温度Ｔｗが所定温度（本実施形態では、６０℃）以下であるか否か、つまりヒータ３の加熱能力が所定能力以下であるか否かを判定し（Ｓ３０）、冷却水温度Ｔｗが所定温度より高いときにはヒートポンプサイクル運転以外の運転を行う（Ｓ３０）。
【００４９】
また、冷却水温度Ｔｗが所定温度以下のときには、エアミックスドア５の開度が所定開度（本実施形態では、９０％）以上となるＭＡＸＨＯＴ状態、つまり室内に吹き出す空気を加熱するための必要加熱能力が所定能力以上であるか否かを判定する（Ｓ４０）。
【００５０】
そして、エアミックスドア５の開度がＭＡＸＨＯＴ状態でないときには、ヒートポンプサイクル運転以外の運転を行い（Ｓ３０）、エアミックスドア５の開度がＭＡＸＨＯＴ状態であるときには、ヒートポンプサイクル運転を行うとともに、第２バルブ１２の開度を調節して蒸発器２での冷却能力を調節しながら、除湿暖房運転を行う（Ｓ６０、Ｓ７０）。
【００５１】
なお、ヒートポンプサイクル運転時における放熱器４の加熱能力及びクーラサイクル運転時の蒸発器２の冷却能力は、圧縮機７の吐出容量を制御することより行う。
【００５２】
次に、本実施形態の作用効果を述べる。
【００５３】
本実施形態では、外気温度Ｔａｍが所定温度範囲内にあって、冷却水温度Ｔｗが所定温度以下、かつ、エアミックスドア５の開度がＭＡＸＨＯＴ状態のときにヒートポンプサイクル運転を行うので、大きな加熱能力を必要としない季節にヒートポンプサイクル運転を実行してしまうといった加熱能力の誤判定が発生し難い。
【００５４】
一方、冬場の冷間始動時等のヒートポンプサイクル運転を行う必要があるときに確実にヒートポンプサイクル運転を実行することができるので、急速暖房性能を確保しつつ、空調装置の省動力化を図ることができる。
【００５５】
また、冷媒を二酸化炭素としているので、外気温度が０℃以下であっても、蒸気圧縮式冷凍機を稼動させることができる。延いては、空調装置の省動力化を図りつつ、確実に急速暖房運転を行うことができる。
【００５６】
（その他の実施形態）
上述の実施形態では、外気温度Ｔａｍが所定温度範囲内にあって、冷却水温度Ｔｗが所定温度以下、かつ、エアミックスドア５の開度がＭＡＸＨＯＴ状態のときにヒートポンプサイクル運転を行ったが、本発明はこれに限定されるものではなく、冷却水温度Ｔｗが所定温度以下であって、エアミックスドア５の開度がＭＡＸＨＯＴ状態のときにヒートポンプサイクル運転を行ってもよい。
【００５７】
また、上述の実施形態では、可変容量型の圧縮機を使用したが、本発明はこれに限定されるものはなく、例えば固定容量型の圧縮機の稼働率をクラッチ等で制御する、電動モータにより固定容量型の圧縮機稼動させてモータ回転数により吐出流量を制御する等してもよい。
【００５８】
また、上述の実施形態では、エジェクタを用いた蒸気圧縮式冷凍機であったが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば冷媒を等エントロピ減圧する膨脹弁等の減圧器を用いた蒸気圧縮式冷凍機又は膨脹機をを用いた蒸気圧縮式冷凍機等であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る車両用空調装置の模式図である。
【図２】本発明の実施形態に係る車両用空調装置の特徴的作動制御を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１…空調ケーシング、２…蒸発器、３…ヒータ、４…放熱器、
５…エアミックスドア、６…バイパス通路、７…圧縮機、
８…室外熱交換器、９…エジェクタ、１０…気液分離器、
１７…内部熱交換器。
【図１】
2004142506.tif 000003
【図２】
2004142506.tif 000004