(57)【要約】　　　（修正有）【課題】ヒートポンプを用いて冷暖房を行う自動車空気調和装置において、暖房時に室外熱交換器に溜まる冷媒量を減らすことによって、大型のアキュムレータを使用することなく冷房時に必要な冷媒量との平準化をはかる。【解決手段】電動圧縮機１、四方弁２、車室外熱交換器３、膨張機構４、車室内熱交換器５，７を順次接続した冷凍サイクルを備えた自動車用空気調和機において、自動車を駆動するためのエンジン又は燃料電池８の冷却水を放熱するための第１のラジエータ１４を車室外熱交換器３の風下に配置すると共に第２のラジエータ１３を風下に配置し、冷却水の流路を第１のラジエータ１４と第２のラジエータ１３とに切替える弁１２と、冷房運転時には第２のラジエータ１３に冷却水を流すように、暖房運転時には第１のラジエータ１４に冷却水を流すように弁１２を制御する機能を備えた。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動圧縮機、四方弁、車室外熱交換器、膨張機構、車室内熱交換器を順次接続した冷凍サイクルを備えた自動車用空気調和機において、自動車を駆動するためのエンジン又は燃料電池の冷却水を放熱し、前記車室外熱交換器の風上に配置された第１のラジエータと、自動車を駆動するためのエンジン又は燃料電池の冷却水を放熱し、前記車室外熱交換器の風下に配置された第２のラジエータとを備えた自動車用空気調和機。
【請求項２】
電動圧縮機、四方弁、車室外熱交換器、膨張機構、車室内熱交換器を順次接続した冷凍サイクルを備えた自動車用空気調和機において、自動車を駆動するためのエンジン又は燃料電池の冷却水を放熱し、前記車室外熱交換器の風上に配置された第１のラジエータと、自動車を駆動するためのエンジン又は燃料電池の冷却水を放熱し、前記車室外熱交換器の風下に配置された第２のラジエータと、冷却水の流路を前記第１のラジエータと第２のラジエータとに切替える弁と、冷房運転時には前記第２のラジエータに冷却水を流すように、暖房運転時には前記第１のラジエータに冷却水を流すように前記弁を制御する機能と備えた自動車用空気調和機。
【請求項３】
電動圧縮機、四方弁、車室外熱交換器、膨張機構、車室内熱交換器を順次接続した冷凍サイクルを備えた自動車用空気調和機において、自動車を駆動するためのエンジン又は燃料電池の冷却水を放熱し、前記車室外熱交換器の風上に配置された第１のラジエータと、自動車を駆動するためのエンジン又は燃料電池の冷却水を放熱し、前記車室外熱交換器の風下に配置された第２のラジエータと、冷却水の流路を前記第１のラジエータと第２のラジエータとに切替える弁と、冷房運転時には前記第２のラジエータに冷却水を流すように、暖房運転時には前記第１のラジエータに冷却水を流し、暖房運転時に前記車室外熱交換器の着霜が検知されたとき前記第１のラジエータ及び前記第２のラジエータに冷却水を流すように前記弁を制御する機能と備えた自動車用空気調和機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車用空気調和機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の技術としては、特開２０００−３０１９３５号公報に見られるように室外熱交換器をラジエータの空気の流れ方向の前後に２個設けて、冷房、暖房運転で凝縮器を切替えて使用することが知られている。暖房運転時は、ラジエータの風下側に配置された室外熱交換器を使用することで、ラジエータの熱を蒸発器となっている室外熱交換器に取り込むことができ暖房性能を向上させ、冷房運転時は、ラジエータの風上側に配置された室外熱交換器を使用することで、凝縮器となっている室外熱交換器に対してラジエータの熱影響を受け難くすることが記載されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術は、室外熱交換器を二系統設けていることから、次の問題がある。冷房運転を行うと、上記したように、ラジエータの風上に配置した室外熱交換器が凝縮器となる。この状態から三方弁を切替えて使用する室外熱交換器をラジエータ風下の熱交換器として暖房運転を行うと、風上の室外熱交換器の冷媒は凝縮して溜まったままとなってしまう。このため、暖房運転における冷媒量が足りなくなってしまう。
【０００４】
これを防止するため、封入冷媒量を多くする必要があるが、今度は冷房時の冷媒量が多くなりすぎる。これを調整するため、この冷凍サイクルでは、圧縮機の吸込み側に設けたアキュムレータの容量を大きくしなければ実現しない。
【０００５】
しかし、自動車用空気調和機にあっては、機器の省スペース化により居住空間や物を置く空間を広くしたいという要求があり、空気調和機側の要求のためにこれら空間を使うことはできない。
【０００６】
本発明の目的は、上記従来技術と同等の性能を維持しつつアキュムレータを大きくする必要のない自動車用空気調和機を提供することにある。
【０００７】
また、他の目的は、冷凍サイクルを用いて暖房運転を行う自動車用空気調和機において、除霜運転の間隔を長くした、又は除霜運転を行わない自動車用空気調和機を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、電動圧縮機、四方弁、車室外熱交換器、膨張機構、車室内熱交換器を順次接続した冷凍サイクルを備えた自動車用空気調和機において、自動車を駆動するためのエンジン又は燃料電池の冷却水を放熱し、前記車室外熱交換器の風上に配置された第１のラジエータと、自動車を駆動するためのエンジン又は燃料電池の冷却水を放熱し、前記車室外熱交換器の風下に配置された第２のラジエータとを備えることによって達成される。
【０００９】
また、上記目的は、電動圧縮機、四方弁、車室外熱交換器、膨張機構、車室内熱交換器を順次接続した冷凍サイクルを備えた自動車用空気調和機において、自動車を駆動するためのエンジン又は燃料電池の冷却水を放熱し、前記車室外熱交換器の風上に配置された第１のラジエータと、自動車を駆動するためのエンジン又は燃料電池の冷却水を放熱し、前記車室外熱交換器の風下に配置された第２のラジエータと、冷却水の流路を前記第１のラジエータと第２のラジエータとに切替える弁と、冷房運転時には前記第２のラジエータに冷却水を流すように、暖房運転時には前記第１のラジエータに冷却水を流すように前記弁を制御する機能と備えることによって達成される。
【００１０】
上記他の目的は、電動圧縮機、四方弁、車室外熱交換器、膨張機構、車室内熱交換器を順次接続した冷凍サイクルを備えた自動車用空気調和機において、自動車を駆動するためのエンジン又は燃料電池の冷却水を放熱し、前記車室外熱交換器の風上に配置された第１のラジエータと、自動車を駆動するためのエンジン又は燃料電池の冷却水を放熱し、前記車室外熱交換器の風下に配置された第２のラジエータと、冷却水の流路を前記第１のラジエータと第２のラジエータとに切替える弁と、冷房運転時には前記第２のラジエータに冷却水を流すように、暖房運転時には前記第１のラジエータに冷却水を流し、暖房運転時に前記車室外熱交換器の着霜が検知されたとき前記第１のラジエータ及び前記第２のラジエータに冷却水を流すように前記弁を制御する機能と備えることによって達成される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面に示す実施の形態により説明する。本発明の一実施形態の自動車用空気調和機を図１乃至図３により説明する。
【００１２】
図１に本発明の自動車用空気調和機の構成図を示す。冷凍サイクルは、圧縮機１、四方弁２、車室外熱交換器３、電動膨張弁４、第１の車室内熱交換器５、除湿弁６、第２の車室内熱交換器７、四方弁２、圧縮機１を順次、接続配管で接続して構成されている。
【００１３】
一方、エンジン８を冷却する冷却水は、ウォータポンプ９により、第１の切替えバルブ１０、ヒータコア１１、第２の切替えバルブ１２、第１のラジエータ１３又は第２のラジエータ１４を通ってエンジン８に戻るループを形成する。
【００１４】
第１の切替えバルブ１０は、加熱が必要な場合にヒータコア１１に冷却水を流し、不必要な場合にはヒータコア１１をバイパスさせるように流路を切替える。第２の切替えバルブ１２は、冷房又は冷房気味除湿運転時は第１のラジエータ１３に、暖房又は暖房気味除湿運転時は第２のラジエータ１４に冷却水を流すように切替られる。また、この第２の切替えバルブ１０は、第１のラジエータ１３及び第２のラジエータ１４の両者に冷却水を供給することができる。車室外熱交換器３に着霜したとき、両方のラジエータに冷却水を通水することによって、着霜量が少なければ冷凍サイクルを除霜サイクルに切替えることなく、霜を融解することができる。
【００１５】
第１の車室内熱交換器５、第２の車室内熱交換器７及びヒータコア１１は空調ユニット１５の中に設置され、空調された空気はブロア１６によって車室内に送風される。第１の車室内熱交換器５と第２の車室内熱交換器７は空気の流れに対して直交する方向で並列に配置する。また、２個の車室内熱交換器を設ける代わりに、１個の熱交換器を分割して使用してもよい。
【００１６】
四方弁２による冷暖房の切替え、除湿弁６の開閉、ブロア１６の風量制御などは、主空調制御装置１７によって行われる。電動膨張弁４の制御は副空調制御装置１８に含まれる電動膨張弁制御装置１９によって行われる。電動膨張弁の開度は例えば圧縮機１の頭部に設けたサーミスタ２１の温度に基づいて制御する。圧縮機１は電動モータを密閉容器に内臓した電動圧縮機で、モータ回転数の制御は副空調装置１８に含まれる圧縮機制御装置２０によって行われる。
【００１７】
圧縮機回転数の目標値は、主空調制御装置１７において車内温度の計測値等に基づいて決定して、圧縮機制御装置２０に出力する。なお、本実施の形態では膨張弁制御装置１９と圧縮機制御装置２０を主空調制御装置１７と別にしたが、これらを主空調制御装置に含めてもよい。
【００１８】
図２に自動車内における各機器の配置の一例を示す。２つのラジエータ１３、１４及び車室外熱交換器３は、エンジンルーム内の車両前方に置かれ、グリル２３を通して走行風を受けるようになっている。また、停車中などの風量不足を補うため、ラジエータファン２１及び熱交換器ファン２２がエンジン８と第１のラジエータ１３との間に設けられている。これらのファンは、エンジン冷却や冷凍サイクルの運転状況に応じて片方又は両方の運転が行われる。エンジン８はラジエータファン２１及び熱交換器ファン２２の後方に配置される。
【００１９】
自動車が停車中にアイドリングを停止させる所謂アイドリングストップ車である場合、エンジン８は自動車が停車中は停止してしまう。エンジン８の動力によって駆動するタイプの圧縮機１とした場合、エンジン８が停止すると圧縮機１が動作しないので、車室内の空調を行うことができない。そこで、圧縮機１を電動圧縮機とする。これにより、エンジン８が停止していても電力が圧縮機１に供給されるので、空調が停止されることはない。また、電動圧縮機を用いる場合は、圧縮機１を自由な場所に配置できる。空調ユニット１５は車室のダッシュボード奥付近に置かれる。
【００２０】
次に本実施形態の自動車用空気調和機の制御動作について図１に基づいて説明する。本実施形態では、強暖房から冷房まで６段階の制御を行うことができる。
【００２１】
まず強暖房運転モードでは冷凍サイクルの暖房運転を行い、ヒータコア１１の暖房を補助する。第１の切替えバルブ１０をヒータコアに冷却水を流す側に位置させる。四方弁２を暖房（破線）位置とする。除湿弁６を全開とし、電動膨張弁４の制御を行うことで膨張作用を行わせる。冷却水系統の第２の切替えバルブ１２は、風上側の第２のラジエータ１４に冷却水が流れるように設定する。このモードでは、車室外熱交換器３は蒸発器として、第１の車室内熱交換器５及び第２の車室内熱交換器７は凝縮器として働く。この運転モードは始動時などエンジン８が十分に温まっていないときに行うと効果が大きい。
【００２２】
弱暖房運転モードでは圧縮機１を停止し、ヒータコア１１のみによって暖房を行う。したがって、第１の切替えバルブ１０は、ヒータコア１１に冷却水が流れる側に位置させる。この運転モードは通常の暖房時で除湿の必要がないときに使われる。
【００２３】
気温が低く車室内が湿気を帯びてガラスが曇る場合、暖房気味除湿運転モードに切替えて空調を行うことができる。四方弁２を暖房位置に設定して、膨張弁４を全開とし、除湿弁６を制御することで絞り制御を行う。第２の切替えバルブ１２は、冷媒の蒸発を促すように第２のラジエータ１４に冷却水が流れるように設定する。このとき第２の車室内熱交換器７において冷媒は凝縮し、除湿弁６で膨張し、第１の車室内熱交換器５及び車室外熱交換器３において冷媒は蒸発する。この運転モードはやや暖房能力が必要でかつ除湿の必要があるときに使われる。
【００２４】
中立除湿運転モードでは、ヒータコア１１で暖房を行うと同時に冷凍サイクルでは冷房運転を行う。このとき第１の切替えバルブ１０をヒータコア１１に冷却水を流す側に位置させる。四方弁２を冷房位置に切替え、除湿弁６を全開にして、電動膨張弁４を制御することで絞り制御が実行される。また、第２の切替えバルブ１２は、冷媒が凝縮する妨げとならぬよう風下側の第１のラジエータ１３に冷却水が流れるように設定する。この運転モードは負荷の軽い冷暖房と除湿の必要があるときに使われる。
【００２５】
冷房気味除湿運転では四方弁２を冷房位置に設定し、電動膨張弁４を全開に、除湿弁６を制御することで絞り制御を行う。第２の切替えバルブ１２は、冷媒が凝縮する妨げとならぬように風下側の第１のラジエータ１３に冷却水が流れるように設定する。この運転モードは負荷の軽い冷房と除湿の必要があるときに使われる。
【００２６】
最後に冷房運転では、第１の切替えバルブ１０を冷却水がヒータコア１１をバイパスする位置に設定される。また四方弁２を冷房位置に設定し、除湿弁６を全開にして、電動膨張弁４を制御することでこの電動膨張弁４に絞り作用を行わせる。第２の切替えバルブ１２は、冷媒が凝縮する妨げとならぬように風下側の第１のラジエータ１３に冷却水が流れるように設定する。この運転モードは負荷の大きい冷房と除湿が必要であるときに使われる。
【００２７】
次に車室外熱交換器３の除霜運転について説明する。冷凍サイクルを暖房サイクルで運転している場合（暖房運転、暖房サイクル除湿）、車室外熱交換器３は、蒸発器として作用しているので、温度が低下し、外気の湿度が高いと霜が付着してしまう。暖房サイクルで冷凍サイクルを運転している状態では、第２の切替えバルブ１２は車室外熱交換器３の風上側に位置する第２のラジエータ１４を選択してこちらに冷却水を流すように制御されている。このため、車室外熱交換器３には外気温に比べて比較的暖かい空気が流入する。従って、車室外熱交換器３は着霜しにくいのではあるが、定期的に若しくは着霜センサ（図示しない。車室外熱交換器３の温度により判定）の出力があった場合、着霜していると判断して、第１の切替えバルブ１２を制御することで第１のラジエータ１３及び第２のラジエータ１４に冷却水を導水し車室外熱交換器３の温度上昇を促す。第２のラジエータ１４からは冷却風と共に輻射熱が、第１のラジエータ１３からは輻射熱が車室外熱交換器３に与えられ、霜を融解する。これによって、圧縮機１を停止することなく除霜を行うことができる。
【００２８】
これでも着霜センサの出力が着霜状態を示している場合、圧縮機１を停止させ、四方弁２を冷房に切替える。このとき除湿弁６が絞り位置にあるならば全開とする。なお、車室内の温度低下をなるべく防ぐため、ヒータコア１１には冷却水を流しておく。そして、圧縮機１を動作させて、高温の冷媒を車室外熱交換器３に流す。両ラジエータ１３、１４からの熱とこの高温冷媒の熱により、冷凍サイクル単体で除霜制御を行うよりも短時間で除霜が終了する。このため、車室内の温度低下を抑えることができる。
【００２９】
以上、本実施の形態によれば、暖房、除湿、冷房運転の種類に応じて膨張弁、除湿弁を適宜制御することにより、様々な空調負荷に対応したきめ細かな運転ができるので、高い快適性が得られる。また、ラジエータを車室外熱交換器の風上側と風下側で切替えることにより、暖房運転時の車室外熱交換器への着霜を防止することができ、冷暖房時とも高効率の運転が行える。
【００３０】
なお、本実施の形態ではエンジン車やハイブリッド車などエンジンを搭載した自動車を対象として説明したが、燃料電池車では燃料電池やインバータ等の冷却水の系統を同様の構成とすることにより、同様の効果を得ることが可能である。
【００３１】
【発明の効果】
以上本発明によれば、従来技術と同等の性能を維持しつつアキュムレータを大きくする必要のない自動車用空気調和機を提供することができる。
【００３２】
また、本発明によれば、冷凍サイクルを用いて暖房運転を行う自動車用空気調和機において、除霜運転の間隔を長くした、又は除霜運転を行わない自動車用空気調和機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態における自動車用空気調和機の構成。
【図２】本発明の一実施形態における自動車用空気調和機の構成機器配置。
【符号の説明】
１…圧縮機、２…四方弁、３…車室外熱交換器、４…電動膨張弁、５…第１の車室内熱交換器、６…除湿弁、７…第２の車室内熱交換器、８…エンジン、９…ウォータポンプ、１１…ヒータコア、１２…切替えバルブ、１３…第１のラジエータ、１４…第２のラジエータ。
【図１】
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【図２】
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