(57)【要約】    【課題】  冷媒を超臨界状態で流動する場合であっても、エバポレータ５を大型化させることなく、安価に製作する。    【解決手段】  コンプレッサ１で、超臨界状態まで昇圧した冷媒を、ガスクーラー３、絞り弁４、及び、エバポレータ５を介してコンプレッサ１に戻して循環させる冷凍サイクルを備えた構成とする。そして、コンプレッサ１の出口側と、エバポレータ５の出口側とを接続する迂回路１７を設ける。さらに、迂回路１７に、通過する冷媒を超臨界状態から、前記迂回路１７の下流側に位置する部材の許容圧力以下まで減圧させる減圧弁１９を設ける。【選択図】図１
2005104435.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンプレッサで、超臨界状態まで昇圧した冷媒を、ガスクーラー、絞り弁、及び、エバポレータを介してコンプレッサに戻して循環させる冷凍サイクルを備えた車両用空調装置において、
前記コンプレッサの出口側と、前記エバポレータの出口側とを接続する迂回路とを備え、
前記迂回路に、通過する冷媒を超臨界状態から、前記迂回路の下流側に位置する部材の許容圧力以下まで減圧させる減圧弁を設けたことを特徴とする車両用空調装置。
【請求項２】
前記コンプレッサの出口側と、前記エバポレータの入口側とを接続する第２の迂回路を形成したことを特徴とする請求項１に記載の車両用空調装置。
【請求項３】
コンプレッサで、超臨界状態まで昇圧した冷媒を、ガスクーラー、絞り弁、及び、エバポレータを介してコンプレッサに戻して循環させる冷凍サイクルを備えた車両用空調装置において、
前記エバポレータの入口側の冷媒圧力を検出するための圧力検出手段と、
前記コンプレッサの出口側と、前記エバポレータの入口側とを接続する迂回路と、
前記迂回路に設けられ、通過する冷媒を減圧する減圧手段と、
前記圧力検出手段での検出圧力に基づいて、前記エバポレータ内を流動する冷媒圧力が許容圧力以下となるように、前記減圧手段での減圧量を制御する制御手段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、車両用空調装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、車両用空調装置として、コンプレッサから吐出させた冷媒を、コンデンサ、減圧弁、及び、エバポレータを介してコンプレッサに戻って循環させる冷凍サイクルを備え、コンプレッサの出口側とエバポレータの入口側とを迂回路によって連結したものが公知である（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特許第３３５６１４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、前記従来の車両用空調装置では、冷媒として１３４ａを使用しているため、ＣＯ２のように超臨界状態まで昇圧して使用する冷媒には適していない。すなわち、エンジン冷却水温度が低い場合、コンプレッサから吐出された高温・高圧の冷媒を、迂回路を介して直接エバポレータに流入させるようにしている。このため、冷媒を超臨界状態で使用するために、エバポレータの耐圧性能を大幅に向上させなければならず、薄型で軽量かつ安価に形成することは不可能となる。
【０００４】
そこで、本発明は、冷媒を超臨界状態で流動する場合であっても、エバポレータを大型化させることなく、安価に製作することのできる車両用空調装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、前記課題を解決するための手段として、コンプレッサで、超臨界状態まで昇圧した冷媒を、ガスクーラー、絞り弁、及び、エバポレータを介してコンプレッサに戻して循環させる冷凍サイクルを備えた車両用空調装置において、
前記コンプレッサの出口側と、前記エバポレータの出口側とを接続する迂回路とを備え、
前記迂回路に、通過する冷媒を超臨界状態から、前記迂回路の下流側に位置する部材の許容圧力以下まで減圧させる減圧弁を設けたものである。
【０００６】
この構成により、コンプレッサから吐出された冷媒がエバポレータで冷却されることがない。したがって、冷媒の循環量の減少を防止でき、冷凍サイクルでの冷媒の循環量を十分にし、コンプレッサに還流する気相冷媒流量を大きくすることができる。これにより、コンプレッサの駆動負荷すなわちエンジン負荷が高まり、エンジン冷却水温度を早期に上昇させ、暖房能力を短時間で高めることが可能となる。
【０００７】
前記コンプレッサの出口側と、前記エバポレータの入口側とを接続する第２の迂回路を形成すると、エバポレータに必要とされる耐圧性能を抑えつつ、コンプレッサで高温・高圧状態とした冷媒を、直接、エバポレータに供給可能となる点で、より一層、暖房能力を短時間で高めることが可能となる点で好ましい。
【０００８】
また、本発明は、前記課題を解決するための手段として、コンプレッサで、超臨界状態まで昇圧した冷媒を、ガスクーラー、絞り弁、及び、エバポレータを介してコンプレッサに戻して循環させる冷凍サイクルを備えた車両用空調装置において、
前記エバポレータの入口側の冷媒圧力を検出するための圧力検出手段と、
前記コンプレッサの出口側と、前記エバポレータの入口側とを接続する迂回路と、
前記迂回路に設けられ、通過する冷媒を減圧する減圧手段と、
前記圧力検出手段での検出圧力に基づいて、前記エバポレータ内を流動する冷媒圧力が許容圧力以下となるように、前記減圧手段での減圧量を制御する制御手段とを設けたものである。
【０００９】
この構成により、エバポレータに流入する冷媒圧力を十分に下げることができ、エバポレータに耐圧性に優れた構成を必要とすることがない。この結果、エバポレータに小型で軽量の安価なものを使用することが可能となる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、コンプレッサから吐出された冷媒の温度低下を防止して十分な循環量を確保するようにしたので、コンプレッサの駆動負荷すなわちエンジン負荷が高まり、早期にエンジン冷却水温度を上昇させ、短時間で暖房性能を高めることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明に係る実施形態を添付図面に従って説明する。
【００１２】
図１は、本実施形態に係る車両用空調装置の冷凍サイクルを示す。この冷凍サイクルでは、コンプレッサ１から吐出された冷媒（ここでは、ＣＯ２を使用）が、開閉弁２、ガスクーラー３、絞り弁４、エバポレータ５、及び、アキュムレータ６を介してコンプレッサ１に戻って循環する。
【００１３】
コンプレッサ１は、エンジン７の駆動力によりクラッチ８を介して所望の回転数となるように駆動制御され、冷媒を高温・高圧の超臨界状態（物質固有の状態点である気液臨界点を超えた温度・圧力領域にある非凝縮性高密度流体）として吐出する。
【００１４】
開閉弁２は、流路を開閉することにより、コンプレッサ１から吐出した冷媒のガスクーラー３への流動を許否する。
【００１５】
ガスクーラー３は、前記エバポレータ５と同様な構成で、車両前方部に配設され、内部を通過する冷媒から外気へと放熱させる。
【００１６】
絞り弁４は、流路断面積を減少させることにより、通過する冷媒を減圧して気化しやすい状態とする。減圧弁での流路断面積は自由に変更可能となっている。
【００１７】
エバポレータ５は、例えば、扁平チューブと蛇行するように屈曲させたフィンとを交互に積層した構成等、従来周知のいずれの構成をも採用することができる。エバポレータ５は、車内前方の空調ユニット９内に配設され、内部を通過する冷媒が気化することにより、外部すなわち空調ユニット９内を通過する空気から吸熱して冷却・除湿する。
【００１８】
エバポレータ５の入口側と出口側の配管には、第１圧力センサ１０と第２圧力センサ１１がそれぞれ設けられ、通過する冷媒の圧力が検出される。詳しくは、第１圧力センサ１０は、後述する第１バイパス管１６を接続した位置の下流側であり、第２圧力センサ１１は、後述する第２バイパス管１７を接続した位置の下流側である。
【００１９】
前記空調ユニット９内には、エバポレータ５の上流側に、図示しない内外気切替ダンパ及びブロアファンが配設される一方、エバポレータ５の下流側には、エアミックスダンパ１２及びヒータコア１３が配設されている。内外気切替ダンパは、その回動位置によって空調ユニット９内に内気又は外気を導入可能とする。ブロアファンは、図示しないブロアモータの駆動により回転し、空調ユニット９から車内側への空気流れを形成する。エアミックスダンパ１２は、その開度の違いによって車内への送風温度を調整する。ヒータコア１３は、内部を流動するエンジン冷却水によって通過する空気を加熱する。エンジン冷却水温度は水温検出センサ１４によって検出されている。
【００２０】
アキュムレータ６は、冷媒の気液を分離し、気相のみをコンプレッサ１へと還流させ、液圧縮による不具合の発生を防止する。
【００２１】
前記ガスクーラー３からエバポレータ５に向かう冷媒と、前記アキュムレータ６からコンプレッサ１に向かう冷媒とは内部熱交換器１５によって熱交換される。内部熱交換器１５は、熱導伝性に優れた２本の配管をそれぞれ略Ｕ字状として互いに密着させた構成である。
【００２２】
前記エバポレータ５の入口側と出口側の配管には、コンプレッサ１の出口側の配管から迂回路となる第１バイパス管１６と第２バイパス管１７がそれぞれ接続されている。各バイパス管には、第１減圧弁１８と第２減圧弁１９がそれぞれ取り付けられ、通過する冷媒を減圧することが可能となっている。
【００２３】
前記コンプレッサ１、開閉弁２、減圧弁等は、車内外諸条件を検出するための外気センサ２０、内気センサ２１、日射センサ２２等や、前記圧力センサ１０，１１や水温検出センサ１４等の検出信号、あるいは、車内側での設定温度に基づいて、制御部２３により駆動制御される。
【００２４】
次に、前記構成の冷凍サイクルを備えた車両用空調装置の動作について説明する。以下の説明では、本発明の特徴部分である暖房運転開始初期の制御内容についてのみ言及する。
【００２５】
すなわち、暖房運転開始直後の制御では、まず、水温検出センサ１４での検出温度Ｔを読み込み（ステップＳ１）、検出されたエンジン冷却水温度Ｔが予め設定した設定水温ＴＳよりも低いか否かを判断する（ステップＳ２）。エンジン冷却水温度が設定水温よりも低ければ、開閉弁２を閉鎖してガスクーラー３への冷媒の流動を阻止し（ステップＳ３）、コンプレッサ１の駆動を開始する（ステップＳ４）。コンプレッサ１の駆動により、冷媒は圧縮され、高温・高圧の超臨界状態となって吐出される。
【００２６】
続いて、コンプレッサ１の駆動開始から所定時間経過したか否かを判断し（ステップＳ５）、所定時間経過するまでは、第１減圧弁１８を閉鎖する（ステップＳ６）。この場合、第１減圧弁１８の閉鎖には、冷媒の温度が十分に上昇し、エバポレータ５を通過させることにより、空調ユニット９を流動する空気に対して放熱させたとしても、所望の循環量を確保することができる時間とする。さらに、第２減圧弁１９を開放する（ステップＳ７）。この場合、第２減圧弁１９の開度は、第２圧力センサ１１での検出圧力が、第２減圧弁１９の下流側に位置する部材すなわちアキュムレータ６の許容圧力以下となるように設定する。したがって、アキュムレータ６の耐圧性能をそれほど高いものとする必要はなく、小型で安価に製作することが可能となる。
【００２７】
コンプレッサ１から吐出された冷媒は、エバポレータ５を迂回して流動し、放熱量が抑えられる。例えば、暖房運転中に窓ガラスの曇りが発生した場合には、デフモードにより、空調ユニット９内には強制的に低温の外気が導入される。このため、エバポレータ５が冷却されることになるが、第１減圧弁１８は閉鎖されているので、冷媒が冷却されることはない。このため、コンプレッサ１に還流する気相冷媒の流量が増大し、コンプレッサ１にかかる負荷が大きくなる。つまり、エンジン７にかかる負荷が大きくなって早期にエンジン冷却水温度が上昇する。この結果、開閉弁２を開放し（ステップＳ１０）、第１減圧弁１８及び第２減圧弁１９をそれぞれ閉鎖し（ステップＳ１１、Ｓ１２）、通常制御へ移行する。
【００２８】
コンプレッサ１の駆動開始から所定時間経過すれば、第１減圧弁１８の開度を徐々に大きくし（ステップＳ８）、第１圧力センサ１０で検出される冷媒圧力に基づいて第２減圧弁１９の開度を徐々に小さくし、エバポレータ５の許容圧力性能の範囲内となるように制御する（ステップＳ９）。これにより、超臨界状態の冷媒が、直接、エバポレータ５に流入することはない。したがって、エバポレータ５の耐圧性能をそれほど高いものとする必要はなく、小型で安価に製作することが可能となる。
【００２９】
その後、ステップＳ１に戻ってエンジン冷却水温度が設定水温を超えるまで、前記処理を繰り返し、設定水温を超えた後は、通常の空調制御を行う。
【００３０】
このように、前記実施形態によれば、暖房運転の開始直後で、エンジン冷却水温度が十分に上昇していない場合、コンプレッサ１から吐出させた冷媒を、ガスクーラー３には供給せず、アキュムレータ６及び内部熱交換器１５を介してコンプレッサ１に戻して循環させるようにしたので、冷媒の循環量を十分に確保することができる。したがって、コンプレッサ１の駆動負荷が増大し、それに伴ってエンジン７の駆動負荷が増大する結果、エンジン冷却水温度を早期に上昇させることが可能となる。また、冷媒の温度が十分に上昇したと判断される所定時間の経過後に、コンプレッサ１で加熱した冷媒をエバポレータ５に供給するようにしたので、ヒータコア１３による加熱が開始される前にエバポレータ５での加熱を開始することができ、車内側の暖房を早期に開始させることが可能となる。しかも、エバポレータ５による暖房を開始する場合であっても、冷媒圧力を許容圧力以下としているので、エバポレータ５を特別に耐圧性に優れた構成とする必要がなく、安価で小型に形成することができる。
【００３１】
なお、前記実施形態では、第１バイパス管１６及び第２バイパス管１７を設けるようにしたが、いずれか一方のみの構成とすることも可能である。
【００３２】
また、前記実施形態では、コンプレッサ１をエンジン７で駆動するようにしたが、モータ等の電気機器により駆動するようにしても構わない。この場合、電気機器を駆動するためにエンジンにより図示しないジェネレータを駆動して電力供給する必要が生じるため、エンジン７の駆動負荷を増大させてエンジン冷却水温度を早期に上昇させることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本実施形態に係る車両用空調装置の冷凍サイクルを示す概略図である。
【図２】本実施形態に係る暖房運転開始初期に於ける空調制御を示すフローチャート図である。
【符号の説明】
【００３４】
１…コンプレッサ
２…開閉弁
３…ガスクーラー
４…絞り弁
５…エバポレータ
６…アキュムレータ
７…エンジン
８…クラッチ
９…空調ユニット
１０…第１圧力センサ
１１…第２圧力センサ
１２…エアミックスダンパ
１３…ヒータコア
１４…水温検出センサ
１５…内部熱交換器
１６…第１バイパス管（迂回路）
１７…第２バイパス管（迂回路）
１８…第１減圧弁
１９…第２減圧弁
２０…外気センサ
２１…内気センサ
２２…日射センサ
２３…制御部
【図１】
2005104435.tif 000003
【図２】
2005104435.tif 000004