(57)【要約】【課題】  代替冷媒ＨＦＣ−１５２ａを用いても、乗員の快適性の維持、及び圧縮機の信頼性の向上を図ることができる車両用空調装置を提供する。【解決手段】  冷媒ＨＦＣ−１５２ａが循環経路内を循環する車両用空調装置であって、循環経路には、冷媒の流れ方向でみて圧縮機(26)、凝縮器(28)、及び蒸発器(32)が順次介挿されており、蒸発器の出口側ではなく、圧縮機の入口側(18)における冷媒の蒸発状態が所定の過熱度を持つように監視し、循環経路内の冷媒流量を調整する過熱度調整手段(30)を備える。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒ＨＦＣ−１５２ａが循環経路内を循環する車両用空調装置であって、
該循環経路には、冷媒の流れ方向でみて圧縮機、凝縮器、及び蒸発器が順次介挿されており、
該蒸発器の出口側ではなく、前記圧縮機の入口側における前記冷媒の蒸発状態が所定の過熱度を持つように監視し、前記循環経路内の冷媒流量を調整する過熱度調整手段を備えることを特徴とする車両用空調装置。
【請求項２】
前記圧縮機の入口側の配管には、該圧縮機の入口側の温度を検出する感温筒が配設され、
前記過熱度調整手段は、前記凝縮器と前記蒸発器との間に配設され、前記感温筒に封入された冷媒ガスの飽和圧力と、前記蒸発器の入口側における前記冷媒の圧力との差圧によってその開度調整を行い、前記冷媒流量を調整する膨張弁である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】
前記蒸発器の出口側の配管には、該蒸発器の出口側の温度を検出する感温筒が配設され、
前記過熱度調整手段は、前記凝縮器と前記蒸発器との間に配設され、前記感温筒により検出された前記蒸発器の出口側の温度に基づいて求めた前記圧縮機の入口側の温度による冷媒ガスの相当飽和圧力と、前記蒸発器の入口側における前記冷媒の圧力との差圧によってその開度調整を行い、前記冷媒流量を調整する膨張弁である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４】
前記所定の過熱度は、１ｄｅｇ以上であることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の車両用空調装置。
【請求項５】
前記所定の過熱度は、１０ｄｅｇ以下であることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の車両用空調装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両用空調装置に係り、詳しくは、冷凍回路の冷媒として代替冷媒ＨＦＣ−１５２ａを使用した車両用空調装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の車両用空調装置は冷媒の循環経路を有する冷凍回路を含み、圧縮機、凝縮器及び蒸発器を備えている。圧縮機は例えば自動車ではエンジンルーム内に配置される。より具体的には、この圧縮機はエンジンルームと車室との間を区画するインストルメントパネル内に配置された蒸発器に循環経路の復路を介して接続され、この経路の往路には凝縮器が介挿されている。そして、圧縮機は冷媒を循環経路の復路から吸い込んで圧縮し、この圧縮した冷媒ガスを凝縮器に向けて吐出する。
【０００３】
この圧縮機としては、上記復路から吸入した冷媒を自動車のエンジンからの動力に基づいて圧縮し、この圧縮機内部の圧力調整によって吐出容量を変更し、圧縮された冷媒ガスを上記往路に吐出する可変容量型圧縮機が用いられる場合がある。そして、上記エンジンからの動力伝達は電磁クラッチ機構を介して行われているが、この機構によるオンオフ動作は自動車の走行フィーリングの悪化を招くことに鑑み、この電磁クラッチ機構を備えない可変容量型圧縮機（特許文献１）が知られている。
【特許文献１】特開平７−１２７５６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記循環経路内を循環する冷媒については、地球環境を考慮する観点から現行冷媒ＨＦＣ−１３４ａの代替冷媒として、ＨＦＣ−１５２ａを初めとする各種の可燃性冷媒の検討がなされている。例えば、このＨＦＣ−１５２ａでは地球温暖化係数（ＧＷＰ）がＨＦＣ−１３４ａよりも特に低く、環境負荷の低減に貢献する。
しかしながら、この代替冷媒ＨＦＣ−１５２ａは、現行冷媒ＨＦＣ−１３４ａに比して大きな比容積を有することに伴う問題がある。
【０００５】
より具体的には、斜板式の可変容量型圧縮機を例に挙げると、当該圧縮機を備えた冷凍回路では感温筒が蒸発器の出口側の温度を検出し、循環経路の往路に介挿される膨張弁では、この感温筒に封入された冷媒ガスの飽和圧力と、蒸発器の入口側における冷媒の圧力との差圧によってその開度調整が行われ、冷媒流量を調整して蒸発器の出口側の過熱度を調整する。そして、この膨張弁では、冷媒と共に循環する冷凍機油の戻りの良好化を図るために冷媒流量を増加させており、この結果、蒸発器の出口側の過熱度は少なくなる傾向にある。
【０００６】
つまり、膨張弁が冷媒流量を増加させる場合には、圧縮機の入口側の過熱度は０ｄｅｇ近傍になることもあり、このときには液冷媒がクランク室内に入り込み易くなり、この大きな比容積を有する液冷媒が蒸発して膨張し、クランク室内の圧力の上昇を招いてしまうとの問題がある。換言すれば、蒸発器の出口側の過熱度を監視している場合には、圧縮機による最小吐出容量状態からの起動時に、クランク室内の圧力低下を速やかに行えないので、圧縮機の吐出容量を速やかに増加できず、圧縮機の起動性の悪化が損なわれるか、或いはエアコンＥＣＵ（電子コントロールユニット）が要求していないにも拘わらず、圧縮機の吐出容量が変更されることもあり、いずれも乗員の快適性が損なわれてしまうのである。
【０００７】
また、この代替冷媒ＨＦＣ−１５２ａは、現行冷媒ＨＦＣ−１３４ａに比して吐出ガスの温度が約１５〜２０℃程度高くなるとの特性を有している。ＨＦＣ−１３４ａの比熱比（Ｃｐ／Ｃｖ）が１．１２であるのに対し、ＨＦＣ−１５２ａの比熱比は１．１５だからである。
そして、この吐出ガスの温度の上昇は圧縮機全体の高温化を引き起こすものとして懸念される。具体的には、吐出ガス温度の上昇が圧縮機全体に伝わると、ゴム材料等の有機材料の劣化や冷凍機油の劣化が促進される他、圧縮機温度保護スイッチを有する場合には圧縮機の停止頻度が増え、圧縮機の信頼性が損なわれるとの問題を生ずる。
【０００８】
従って、代替冷媒ＨＦＣ−１５２ａを用いる場合には、比容積が大きく、且つ、吐出ガスの温度も高い点を考慮した何等かの措置が必要になるが、前記従来の技術では、この点については格別の配慮がなされていない。
本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、代替冷媒ＨＦＣ−１５２ａを用いても、乗員の快適性の維持、及び圧縮機の信頼性の向上を図ることができる車両用空調装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するべく、請求項１記載の車両用空調装置は、冷媒ＨＦＣ−１５２ａが循環経路内を循環する車両用空調装置であって、循環経路には、冷媒の流れ方向でみて圧縮機、凝縮器、及び蒸発器が順次介挿されており、蒸発器の出口側ではなく、圧縮機の入口側における冷媒の蒸発状態が所定の過熱度を持つように監視し、循環経路内の冷媒流量を調整する過熱度調整手段を備えることを特徴としている。
【００１０】
また、請求項２記載の発明では、圧縮機の入口側の配管には、圧縮機の入口側の温度を検出する感温筒が配設され、過熱度調整手段は、凝縮器と蒸発器との間に配設され、感温筒に封入された冷媒ガスの飽和圧力と、蒸発器の入口側における冷媒の圧力との差圧によってその開度調整を行い、冷媒流量を調整する膨張弁であることを特徴としている。
更に、請求項３記載の発明では、蒸発器の出口側の配管には、蒸発器の出口側の温度を検出する感温筒が配設され、過熱度調整手段は、凝縮器と蒸発器との間に配設され、感温筒により検出された蒸発器の出口側の温度に基づいて求めた圧縮機の入口側の温度による冷媒ガスの相当飽和圧力と、蒸発器の入口側における前記冷媒の圧力との差圧によってその開度調整を行い、冷媒流量を調整する膨張弁であることを特徴としている。
【００１１】
更にまた、請求項４記載の発明では、所定の過熱度は１ｄｅｇ以上であることを特徴としている。
また、請求項５記載の発明では、所定の過熱度は１０ｄｅｇ以下であることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１２】
従って、請求項１記載の本発明の車両用空調装置によれば、過熱度調整手段が、蒸発器の出口側の過熱度ではなく、圧縮機の入口側の過熱度を調整しているので、現行冷媒ＨＦＣ−１３４ａに比して比容積が大きく、且つ、吐出ガスの温度も高い代替冷媒ＨＦＣ−１５２ａを循環経路に循環させても、その影響を最小限に抑えることができる。この結果、現行冷媒から代替冷媒への移行促進に寄与する。
【００１３】
また、請求項２記載の発明によれば、膨張弁が感温筒による圧縮機の入口側の温度に応じてその開度を決定し、圧縮機の入口側の過熱度を調整することから、代替冷媒ＨＦＣ−１５２ａを用いても、車両用空調装置に対する改修作業が少なくなる。
更に、請求項３記載の発明によれば、膨張弁が感温筒による蒸発器の出口側の温度に応じてその開度を決定し、圧縮機の入口側の過熱度を調整するので、この場合には、車両用空調装置に対する改修作業がより一層少なくなる。
【００１４】
更にまた、請求項４記載の発明によれば、圧縮機の入口側の過熱度が１ｄｅｇ以下にならないように調整して圧縮機の運転を行うので、特に可変容量型圧縮機の場合には、その圧縮機内部の圧力の上昇に伴う圧縮機の起動性の悪化と運転中の意図しない吐出容量の最小化を解消することができ、乗員の快適性を維持できる。
また、請求項５記載の発明によれば、圧縮機の入口側の過熱度が１０ｄｅｇを超えないように調整して圧縮機の運転を行うことから、代替冷媒ＨＦＣ−１５２ａを用いた場合の吐出ガスの温度が現行冷媒ＨＦＣ−１３４ａを用いた場合と略同等に抑えられ、圧縮機の信頼性を向上できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態につき図面を参照して説明する。
図１は車両の前部を概略的に示し、この前部にエンジンルーム２が設けられている。
エンジンルーム２内にはエンジン４が横置きにして配置され、このエンジン４とエンジンルーム２のフロントグリル６との間にラジエータ８及び電動ファン１０がそれぞれ配置されている。そして、電動ファン１０が駆動されると、フロントグリル６を通じてラジエータ８内に外気が導かれ、ラジエータ８内での熱交換によりエンジン４の冷却水が冷却される。
【００１６】
当該車両は空調装置を備え、この空調装置は冷凍回路１１を含んでいる。この冷凍回路１１は代替冷媒ＨＦＣ−１５２ａ（以下、単に冷媒と称す）の循環経路１２〜１６を有し、冷媒はこれらの循環経路を通じて循環可能であり、車室１７内の温度を所望の設定温度に調整する。
より詳しくは、循環経路１２〜１６はその大部分が車両のエンジンルーム２内に配置されているが、その一部は車両の車室１７内、すなわち、助手席の前側に位置したインストルメントパネル２４内にも延びている。このインストルメントパネル２４とエンジンルーム２との間は隔壁（ダッシュパネル）２０により区画されている。なお、このインストルメントパネル２４は運転席と助手席の前側に配置されている。
【００１７】
上記循環経路１２〜１６には、上流側からコンプレッサ（圧縮機）２６、コンデンサ（凝縮器）２８、レシーバ（受液器）２９、膨張弁（過熱度調整手段）３０及びエバポレータ（蒸発器）３２が順次介挿されている。また、これら圧縮機２６、凝縮器２８、受液器２９及び膨張弁３０はエンジンルーム２内に配置され、この蒸発器３２はインストルメントパネル２４内に配置されている。
【００１８】
より詳しくは、圧縮機２６は車両の進行方向でみてエンジン４の前側に配置され、凝縮器２８は車両の進行方向でみてラジエータ８の直前方に配置されている。また、受液器２９は凝縮器２８に近接され、膨脹弁３０はＨＶＡＣユニットの側面、つまり、蒸発器３２の出入口近傍に配置されている。
一方、圧縮機２６は動力伝達経路３６を介してエンジン４に接続され、このエンジン４からの動力を受けて作動される。動力伝達経路３６は圧縮機２６の駆動軸及びエンジン４の出力軸にそれぞれ取付けられたプーリ３７と、これらプーリ３７間に掛け回された駆動ベルト３８からなる。
【００１９】
ここで、図１中、参照符号１３，１４，１５，１６は上記循環経路の往路部分を形成し、参照符号１２は上記循環経路の復路部分を形成している。そして、これらの循環経路のうち、循環経路１２のコンプ入口側配管１８の外側には、感温筒（コンプ入口側感温筒）４０が配設され、このコンプ入口側感温筒４０が膨張弁３０に接続されている。つまり、本実施形態の膨張弁３０は、蒸発器３２の出口側ではなく、圧縮機２６の入口側における冷媒の蒸発状態が所定のコンプ入口過熱度ＳＨを持つように監視し、循環経路１６内の冷媒流量を調整する温度自動式膨張弁として構成されている。
【００２０】
より具体的には、コンプ入口側感温筒４０ではコンプ入口側配管１８の温度（コンプ入口温度Ｔｃ）を検出する。このコンプ入口側感温筒４０内には冷媒ガスが封入されており、コンプ入口温度Ｔｃに応じて所定の飽和圧力が生じている。そして、膨張弁３０は、いわゆる内部均圧方式を採り、この冷媒ガスの飽和圧力と、蒸発器３２の入口側における循環経路１６内の冷媒の圧力との差圧によってその開度調整を行い、循環経路１６内の冷媒流量を調整している。本実施形態における所定のコンプ入口過熱度ＳＨは、冷媒の比容積の大きさと吐出ガスの温度の高さとを鑑み、１ｄｅｇから１０ｄｅｇまでの範囲に設定されている。なお、車両用空調装置の運転中にて瞬間的に上記範囲を逸脱することは当然のことながら許容される。
【００２１】
上述した車両用空調装置によれば、圧縮機２６の作動に伴い、圧縮機２６は蒸発器３２からの乾き蒸気の冷媒を圧縮し、循環経路１３を介して高温高圧ガス状態の冷媒を凝縮器２８に供給する。この高温高圧ガス状態の冷媒は凝縮器２８内で冷却され、等圧のまま循環経路１４を介して液体状態の冷媒が受液器２９に向けて流れる。
次いで、この液体状態の冷媒は受液器２９内に一時的に貯留され、高圧液体状態の冷媒が循環経路１５を介して膨張弁３０に供給される。そして、この高圧液体状態の冷媒は膨張弁３０内で絞り膨張され、循環経路１６を介して湿り蒸気、つまり、低温低圧の気液混合状態の冷媒として蒸発器３２内に噴出される。
【００２２】
この気液混合状態からなる２相の冷媒は蒸発器３２内にて気化され、この際の気化熱により蒸発器３２の周囲の空気が冷却される。そして、冷気が車室１７内に送り込まれ、車室１７内の冷房を行うことができる。なお、蒸発器３２内における低温低圧ガス状態の冷媒は、循環経路１２を介して圧縮機２６に戻り、この後、圧縮機２６により再度圧縮され、循環経路１３〜１６を上述した如く循環する。
【００２３】
以上のように、本実施形態では、代替冷媒ＨＦＣ−１５２ａを用いる場合には、蒸発器３２の出口側の過熱度を監視していても、その後に冷媒が到達する圧縮機２６の入口側の過熱度（コンプ入口過熱度ＳＨ）を監視しなければ、この冷媒を用いることによる不具合を回避できないことに着目したものである。
そして、本実施形態の膨張弁３０では、コンプ入口側配管１８のコンプ入口温度Ｔｃの検出により、まず、コンプ入口過熱度ＳＨが０ｄｅｇ近傍にならないように循環経路１６内の冷媒流量を調整している。つまり、コンプ入口過熱度ＳＨが１ｄｅｇを境にして大きな値に調整されることに第１の意義があり、斜板式の可変容量型圧縮機を用いた場合には、そのクランク室内の圧力の上昇に伴う圧縮機の起動性の悪化や運転中の意図しない吐出容量の最小化を解消することができ、乗員の快適性が維持される。
【００２４】
次に、本実施形態の膨張弁３０では、コンプ入口過熱度ＳＨが１０ｄｅｇを超えないように循環経路１６内の冷媒流量を調整している。すなわち、コンプ入口過熱度ＳＨが１０ｄｅｇを境にして小さな値に調整されることに第２の意義があり、吐出ガスの温度が高い傾向にある代替冷媒ＨＦＣ−１５２ａを用いても、この吐出ガスの温度を現行冷媒ＨＦＣ−１３４ａの場合と略同等に抑えることが可能となり、圧縮機の信頼性が向上する。
【００２５】
しかも、コンプ入口側配管１８にコンプ入口側感温筒４０を配設し、膨張弁３０がコンプ入口過熱度ＳＨを調整すれば代替冷媒ＨＦＣ−１５２ａを用いることができるので、圧縮機には大きな変更が伴わない。この結果、現行冷媒から代替冷媒への移行促進に寄与する。
以上で本発明の一実施形態についての説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更ができるものである。
【００２６】
例えば、上記実施形態では、コンプ入口側配管１８にコンプ入口側感温筒４０を配設しているが、必ずしもこの形態に限定されるものではない。つまり、図２に示されるように、循環経路１２のエバ出口側配管１９の外側に感温筒（エバ出口側感温筒）５０を配設しても良い。この場合には、エアコンＥＣＵでの制御が増える反面、冷凍回路は従来の構成で足りることになる。
【００２７】
具体的には、当該実施例の膨張弁３０は、蒸発器３２の出口側の温度を検出しつつも、圧縮機２６の入口側における冷媒の蒸発状態が１から１０ｄｅｇの範囲内に設定されたコンプ入口過熱度ＳＨを持つように、コンプ入口過熱度ＳＨを間接的に監視し、循環経路１６内の冷媒流量を調整する温度自動式膨張弁として構成されている。
つまり、エバ出口側感温筒５０ではエバ出口側配管１９の温度（エバ出口温度Ｔｅ）を検出する。一方、エアコンＥＣＵには蒸発器３２の出口側の過熱度とコンプ入口過熱度ＳＨとの相関値が予め記憶されており、エアコンＥＣＵでは、エバ出口温度ＴｅがエアコンＥＣＵに出力されると、圧縮機２６の入口側の温度による冷媒ガスの飽和圧力に相当する相当飽和圧力が求められる。そして、この場合の膨張弁３０は、この冷媒ガスの相当飽和圧力と、蒸発器３２の入口側における循環経路１６内の冷媒の圧力との差圧によって開度調整を行い、循環経路１６内の冷媒流量を調整する。
【００２８】
また、本発明の膨張弁としては、上記温度自動式膨張弁の他、電子式膨張弁を用いても良い。この電子式膨張弁には応答性の良い測温抵抗体が用いられており、この測温抵抗体でコンプ入口過熱度ＳＨを検出し、エアコンＥＣＵにて冷媒流量の演算を行って電子式膨張弁を開閉させる。つまり、この電子式膨張弁を用いれば、ハンチング振幅及びハンチング時間が飛躍的に短縮されるので、冷媒流量は常に適正に調整される。よって、冷凍能力を最大限にまで発揮可能となる。
【００２９】
更に、過熱度調整手段としては、１から１０ｄｅｇの範囲内に設定されたコンプ入口過熱度ＳＨを持つように監視すれば、上述の膨張弁３０の他、例えば、斜板式の可変容量型圧縮機に備えられ、斜板の傾斜角を外部からの信号によって調整する電磁制御弁であっても良い。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の一実施例の車両用空調装置を示した概略図である。
【図２】他の実施例の車両用空調装置を示した概略図である。
【符号の説明】
【００３１】
１１  冷凍回路
１２、１３、１４、１５、１６  循環経路
１８  コンプ入口側配管（配管）
１９  エバ出口側配管（配管）
２６  コンプレッサ（圧縮機）
２８  コンデンサ（凝縮器）
２９  レシーバ（受液器）
３０  膨張弁（過熱度調整手段）
３２  エバポレータ（蒸発器）
４０  コンプ入口側感温筒（感温筒）
５０  エバ出口側感温筒（感温筒）
【図１】
2005271649.tif 000003
【図２】
2005271649.tif 000004