(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒を循環させるコンプレッサと、室外側熱交換器と、室内側熱交換器と、室外側熱交換器と室内側熱交換器との間の冷媒循環パイプに配置される減圧弁と、冷媒を収容する一定の容積部を有するアキュームレータと、これらの機器を巡って冷媒を循環させる冷媒循環通路と、を備えた車両用空調装置を備えた車両において、
前記室外側熱交換器と室内側熱交換器とをバイパスして前記コンプレッサの吐出側と吸入側とを連絡する第１連通路と、
前記コンプレッサから吐出された冷媒の通路を前記第１連通路側と、前記室外側熱交換器側とのいずれか一方に切換制御する切換手段と、
冷間時に前記コンプレッサを動作させるとともに、前記切換手段を制御して前記コンプレッサから吐出された冷媒の通路を前記第１連通路に切り換え、冷媒を前記室外側熱交換器および室内側熱交換器とをバイパスして循環させる制御手段とを備え、
前記コンプレッサの吐出側を前記室外側熱交換器をバイパスして室内側熱交換器に連通させる第２連通路が設けられており、
前記第１連通路内の圧力が所定値以上になった場合には、前記第２連通路を開くリリーフ弁とをさらに備えたことを特徴とする車両の暖房装置。
【請求項２】
請求項１において、前記制御手段は、前記冷間時を脱したと判断したときには、前記コンプレッサから吐出された冷媒の通路を前記室外側熱交換器に切り換え、冷媒を前記室外側熱交換器および室内側熱交換器とを巡って循環させることを特徴とする車両の暖房装置。
【請求項３】
請求項１において、前記第１連通路に冷媒の流通量を制限する絞り弁が設けられていることを特徴とする車両の暖房装置。
【請求項４】
請求項１において、前記コンプレッサの吐出側の冷媒通路は、前記絞り弁の上流側において前記第１および第２連通路に分岐していることを特徴とする車両の暖房装置。
【請求項５】
請求項１において、前記制御手段は、前記第１連通路内の圧力が所定値以上になった場合には、コンプレッサを停止させるようにすることを特徴とする請求項１に記載の車両の暖房装置。
【請求項６】
請求項５において、前記コンプレッサの停止の前の所定時間、前記第２連通路に冷媒の流通させることを特徴とする車両の暖房装置。
【請求項７】
冷媒を循環させるコンプレッサと、室外側熱交換器と、室内側熱交換器と、室外側熱交換器と室内側熱交換器との間の冷媒循環パイプに配置される減圧弁と、冷媒を収容する一定の容積部を有するアキュームレータと、これらの機器を巡って冷媒を循環させる冷媒循環通路と、を備えた車両用空調装置を備えた車両において、
前記室外側熱交換器と室内側熱交換器とをバイパスして前記コンプレッサの吐出側と吸入側とを連絡する第１連通路と、
前記コンプレッサから吐出された冷媒の通路を前記第１連通路側と、前記室外側熱交換器側とのいずれか一方に切換制御する切換手段と、
冷間時に前記コンプレッサを動作させるとともに、前記切換手段を制御して前記コンプレッサから吐出された冷媒の通路を前記第１連通路に切り換え、冷媒を前記室外側熱交換器および室内側熱交換器とをバイパスして循環させる制御手段と、
前記第１連通路に設けられた冷媒の流通量を制限する絞り弁とを備え、
前記絞り弁の開度は外気温が高くなるのに応じて開度が大きくなるように構成されたことを特徴とする車両の暖房装置。
【請求項８】
冷媒を循環させるコンプレッサと、室外側熱交換器と、室内側熱交換器と、室外側熱交換器と室内側熱交換器との間の冷媒循環パイプに配置される減圧弁と、冷媒を収容する一定の容積部を有するアキュームレータと、これらの機器を巡って冷媒を循環させる冷媒循環通路と、前記室外側熱交換器と室内側熱交換器とをバイパスして前記コンプレッサの吐出側と吸入側とを連絡する第１連通路と、前記第１連通路に設けられた冷媒の流通量を制限する絞り弁と、
を備えた車両用空調装置を備えた車両の温度制御方法であって、
前記室外側熱交換器と室内側熱交換器とをバイパスして前記コンプレッサの吐出側と吸入側とを連絡し、
冷間時に前記コンプレッサを動作させるとともに、
前記コンプレッサから吐出された冷媒を前記室外側熱交換器および室内側熱交換器とをバイパスして循環させ、
外気温が高くなるのに応じて前記絞り弁の開度を大きくするようにしたことを特徴とする車両の暖房方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、車両の温度制御装置に関し、とくに冷間時における車両の温度を迅速に上昇させるための装置に関する。
【０００２】
【本発明の背景】
エンジン冷却水のからの廃熱を放出させることによって自動車の暖房を行うようにした自動車用暖房装置は従来からよく知られている。
しかし最近ではエンジンの熱効率が向上してきたため、従来のような冷却水の廃熱を利用して十分な暖房効果を得ることが困難になってきている。
とくに気温が約氷点下２０℃を下回るような状況では、暖房効果の不足は顕著となる。
このような状況に対処するため、最近、エンジンとは別個に燃焼器を設け、冷間時には、燃焼器によってエンジン冷却水を直接加熱するいわゆる燃焼式ヒーターによって暖房効果を得るようにした自動車が欧州の寒冷地等では普及して来ている。
【０００３】
【解決しようとする課題】
しかし、この燃焼式ヒーター式の暖房装置は安全性を確保するために搭載位置に制約があるという不利がある。
また、特開平８−３１０２２７号には、エンジンの冷間時にコンプレッサを駆動させ、冷媒ガスによって冷却水との熱交換を行わせることによってエンジン始動時の冷却水水温と上昇させるように構成されたものが開示されている。しかしこの開示された手法では、冷却水と冷媒との熱交換を行わせる機構が必要となり装置が複雑となる。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明はこのような事情に鑑みて構成されたもので、レイアウト上の制約が厳しくなく、かつ既存の設備を利用することによって比較的簡単な構成で上記のような状況下で冷間時に効果的に暖房効果を得ることができるようにすることを目的としている。
本発明の１つの特徴によれば、冷媒を循環させるコンプレッサと、室外側熱交換器と、室内側熱交換器と室外側熱交換器と、室内側熱交換器との間の冷媒循環パイプに配置される減圧弁と、冷媒を収容する一定の容積部を有するアキュームレータと、これらの機器を巡って冷媒を循環させる冷媒循環通路と、を備えた車両用空調装置を備えた車両において、
前記室外側熱交換器と室内側熱交換器とをバイパスして前記コンプレッサの吐出側と吸入側とを連絡する第１連通路と、
前記コンプレッサから吐出された冷媒の通路を前記第１連通路側と、前記室外側熱交換器側とのいずれか一方に切換制御する切換手段と、
冷間時に前記コンプレッサを動作させるとともに、前記切換手段を制御して前記コンプレッサから吐出された冷媒の通路を前記第１連通路に切り換え、冷媒を前記室外側熱交換器および室内側熱交換器とをバイパスして循環させる制御手段とを備えたことを特徴とする車両の温度制御装置が提供される。
【０００５】
好ましい態様では、前記制御手段は、前記冷間時を脱したと判断したときには、前記開閉弁を閉じ、冷媒を前記室外側熱交換器および室内側熱交換器とをバイパスして循環させるようになっている。
さらに、別の好ましい態様では、前記第１連通路に冷媒の流通量を制限する絞り弁が設けられる。
また、別の態様では、前記コンプレッサの吐出側を前記室外側熱交換器をバイパスして室内側熱交換器に連通させる第２連通路が設けられる。
好ましい態様では、前記第１連通路内の圧力が所定値以上になった場合には、前記第２連通路を開くリリーフ弁が設けられる。前記コンプレッサの吐出側の冷媒通路は、好ましくは、前記絞り弁の上流側において前記第１および第２連通路に分岐している。
【０００６】
そして、前記第１連通路内の圧力が所定値以上になった場合には、コンプレッサを停止させるのが好ましい。
この場合、前記コンプレッサの停止の前の所定時間、前記第２連通路に冷媒の流通させるのが好ましい。
好ましくは、上記の絞り弁の開度は可変であり、前記絞り弁の開度を外気温に応じて変化させるようになっている。この場合、前記絞り弁の開度は外気温が高くなるのに応じて開度が大きくなる。
本発明の別の特徴によれば、冷媒を循環させるコンプレッサと、室外側熱交換器と、室内側熱交換器と、室外側熱交換器と室内側熱交換器との間の冷媒循環パイプに配置される減圧弁と、冷媒を収容する一定の容積部を有するアキュームレータと、これらの機器を巡って冷媒を循環させる冷媒循環通路と、前記室外側熱交換器と室内側熱交換器とをバイパスして前記コンプレッサの吐出側と吸入側とを連絡する第１連通路と、前記第１連通路に設けられた冷媒の流通量を制限する絞り弁と、
を備えた車両用空調装置を備えた車両の温度制御方法であって、
前記室外側熱交換器と室内側熱交換器とをバイパスして前記コンプレッサの吐出側と吸入側とを連絡し、
冷間時に前記コンプレッサを動作させるとともに、
前記コンプレッサから吐出された冷媒を前記室外側熱交換器および室内側熱交換器とをバイパスして循環させ、
外気温が高くなるのに応じて前記絞り弁の開度を大きくするようにしたことを特徴とする車両の暖房方法が提供される。
【０００７】
【本発明の実施の形態】
本発明の特徴は、車両に搭載される既存の設備としてのコンプレッサを備えた空調装置を冷間時における暖房装置として機能させるようにしたことである。
本発明によれば、冷間時において、コンプレッサが稼働させられるが、この場合冷媒は、室外側熱交換器および室内側熱交換器の少なくとも何れかをバイパスするように循環させられる。そして、好ましくは、このようにして構成された冷媒の循環経路内には絞り弁等の冷媒の流動抵抗を増大させる手段が設けられる。このように冷媒の循環の抵抗が増大するとコンプレッサの負荷が上昇する。そして、エンジン負荷が増大して消費燃料が増大してエンジン冷却水に転化される熱量を増大させることとなる。すなわち、上記のように冷間時にコンプレッサを運転することによってエンジン負荷が増大して結果として、冷却水温の上昇を促進し、冷却水による暖房効果を向上させることとなる。
【０００８】
本発明のこの手法によれば、燃焼ヒータ式のように燃焼器等の特別の設備を搭載位置に注意を払いながら設置する必要はないので、レイアウト上有利である。また、コンプレッサを用いた空調装置自体は、通常の自動車に普通に搭載されるものであり、必要となるものは、第１連通路を設けるだけの構成であるので、装置が簡単である。
【０００９】
【実施例】
以下、本発明を実施例に基づいて説明する。
図１を参照すると本発明の１実施例にかかる空調装置１の概略構成図が示されている。
本例の空調装置１は、冷媒を圧縮して循環させるためのコンプレッサ２と、室外側熱交換器３と、室内側熱交換器４と、冷媒を収容する一定の容積部を有するアキュームレータ５と、これらの機器を巡って冷媒を循環させる冷媒循環通路とを備えている。
本発明の空調装置１は、通常の状態では冷風を生成する冷房装置としての機能を有し、外気温あるいは室温等を検出しながら、乗員が設定した所定温度を達成するように動作する。
【００１０】
空調装置１が通常の状態で使用される場合の冷媒の循環経路を説明する。
コンプレッサ２の吐出側の冷媒通路６は室外側熱交換器３に接続されており、室外側熱交換器３は、さらに冷媒通路７を介して室内側熱交換器４に接続されている。室内側熱交換器４は、アキュームレータ５を介してコンプレッサ２の吸入側に接続されている。
通常の空調装置１の動作について説明すると、冷媒は、コンプレッサ１において圧縮液化されて室外側熱交換器に導入される。室外側熱交換器３において外気と熱交換して冷却された冷媒は、液状態で室内側熱交換器４に向けて送り出される。室外側熱交換器３と室内側熱交換器４とを連絡する冷媒通路７には、減圧弁８が設けられており、この減圧を通過する際、冷媒の少なくとも一部は、気化膨張して周囲温度を低下させる。
【００１１】
そして気液混相状態で冷媒は室内側熱交換器４に導入される。室内側熱交換器４は低温となった冷媒と熱交換して冷風を発生する。この冷風の供給が適宜制御されることによって車室内を所定温度に制御することができる。
室内側熱交換器４で冷風を発生させるべく熱交換した冷媒は、室内側熱交換器４から循環経路９を介して、アキュームレータ５に導入される。なおこの室内側熱交換器４とアキュームレータ５とを結ぶ循環経路９には、逆止弁１０が設けられ、冷媒の逆流を防止するようになっている。
そして、冷媒は液体が残っている場合には、アキュームレータ５において気液分離され、気相部分の冷媒がコンプレッサ吸入側通路１１を介して、コンプレッサ２に導入されて上記のように圧縮される。
【００１２】
本発明によれば、この通常の空調装置１において、前記室外側熱交換器３と室内側熱交換器４とをバイパスして前記コンプレッサの吐出側と吸入側とを連絡する第１連通路１２と、コンプレッサ１から吐出された冷媒の通路を第１連通路１２側と室外側熱交換器３の側とのいずれか一方のみに切り換え制御する３方切り換え弁１３とが設けられる。この場合、第１連通路１２はコンプレッサ吐出側の循環経路６から分岐され、室内側熱交換器４とアキュームレータ５とを結ぶ循環経路９の逆止弁１０の下流側に連結される。なお、上記切換弁１３の代わりに第１連通路１２および分岐後の冷媒通路にそれぞれ開閉弁あるいは調整弁を設け、切換あるいは流量制御するようにしてもよい。
本例では、図１に示すように第１連通路１３の分岐点に３方切換弁１３を設けて、冷媒の循環経路の切換、および冷媒の各経路への循環量を調整するようにしている。
【００１３】
この３方切換弁１３の調整は、別途設けられた好ましくは、マイクロプロセッサを備えたコンピュータから構成される制御装置１４によって行われる。
この３方切換弁１３の切換は、温度センサ１５から入力される外気温あるいは車室内の温度等に応じて行われ、これらの温度が所定温度よりも低いときには、冷媒は第１連通路１２を経由して室外側熱交換器３および室内側熱交換器４をバイパスして循環し、温度の高い状態では、室外側熱交換器３を経由して循環するように制御される。
空調装置１が通常の状態で使用されるときは、上記したように冷媒は、矢印ａのように室外側熱交換器３および室内側熱交換器４を巡って循環し、所望の車室温度を達成するように動作するが、本発明の実施態様では、上記空調装置１は冷間時に使用され、この態様では、冷媒は交換器３および４をバイパスして循環しエンジンおよび車室内温度の温度上昇を促進するように動作する。
【００１４】
すなわち、外気温度等が所定温度たとえば、氷点下２０℃を下回るような場合には、制御装置１４は第１連通路１２を開き、室外側熱交換器３および室内側熱交換器４をバイパスする第１連通路１２を冷媒が循環するように３方切換弁１３を切り換える。
そして、コンプレッサ２を起動して、冷媒を第１連通路１２を介して連通させるようにする。
このように３方切換弁１３を切り換えることによって、コンプレッサ２から吐出された冷媒は、第１連通路１２およびアキュームレータ５を経由してコンプレッサ２に戻される（矢印ｂ）。この場合には、冷媒は室外側熱交換器３および室内側熱交換器４を経由しないので、冷媒は熱交換を行うことなくコンプレッサ２を介して循環する。
【００１５】
この状態では、エンジンはコンプレッサ２を稼働させるのに動力を消費するが上記のように冷媒は熱交換を行わないので冷媒の温度は上昇するだけである。コンプレッサ２を稼働するためにエンジンはそれだけ多くの燃料を消費することとなり、この通常の運転よりも過剰に消費される燃料の燃焼エネルギーは、冷却水温度の上昇を促進し、この結果、室内温度を迅速に上昇させる。
すなわち、本例の空調装置１において、コンプレッサ２を作動させる一方において、室外側熱交換器および室内側熱交換器を経由することなく冷媒を循環させることによって、実質的に空調装置１を暖房装置として機能させていることになる。
なお上記例においては、第１連通路１２に絞り弁１６を設けることによって冷媒の循環抵抗を増大させ、コンプレッサ２の作動負荷を高めこれによって、エンジン負荷を高めるようにしている。このようにすることによって、燃料の消費量が負荷の小さい場合に比して大きくなり、上記暖房効果をさらに促進することができる。
【００１６】
この絞り弁１６は、第１連通路１２の通路断面積を減少させるためのものであるが、必ずしも必須ではなく、たとえば、第１連通路の断面積を予め小さく構成して、冷媒の通路抵抗を増大させるようにしてもよいし、その他の通路抵抗増大手段を用いることもできる。
また、逆止弁１０を設けることも必須ではなく、液の逆流を防止するための他の手段を講じることができる。たとえば、アキュームレータ５の容積を十分に大きく設定することによって、冷媒の逆流の問題を解消することもできる。
図２を参照して本発明の他の実施例について説明する。
図２に示す例では、第１連通路１２はさらに分岐してさらに室外側熱交換器と室内側熱交換器とを連通する冷媒通路の減圧弁８の下流の接続される第２連通路１７を備えている。この第２連通路１７には、高温の冷媒を減圧弁下流の冷媒通路に解放するリリーフ弁１８が設けられる。なお、減圧弁８の上流側には、液の逆流を防止するための逆止弁８ａが設けられる。
【００１７】
このリリーフ弁１８は、上記の冷間時の暖房運転の際には、閉状態になっており、冷媒の圧力が所定以上になった場合に、開とされ、過圧状態の冷媒を減圧弁８の下流の冷媒通路７に解放される（矢印ｃ）。
このようにリリーフ弁１８は、暖房機能を狙って上記のコンプレッサ２を運転する場合において、冷媒が加圧されつづけることによって所定の圧力以上となった場合に、これを解放することによって、コンプレッサ２が過剰負荷にならないようにするものである。
なお、コンプレッサ２の限界圧力付近では、リリーフ弁１８の開度が適当に調整されるようになっており、例えば第１連通路１２に７５パーセントの冷媒を流通させ、残りの２５パーセントを第２連通路１７に通すようにしてもよい。このようにすることにより、上記暖房運転中における冷媒圧力の循環系における異常上昇を有効に防止することができる。
【００１８】
この場合において、上記コンプレッサ２は任意の形式のものを使用することができるが容量可変型でないコンプレッサ２を使用する場合には、コンプレッサ２の入、切によってエンジン負荷が大きく変動するためエンジン動力性能に影響が出る場合が考えられる。
たとえば、上記暖房効果を得るためにコンプレッサ２を動作させている場合において、室内温度が所定温度に達成するとコンプレッサ２を動作させる必要がなくなる。
この場合、コンプレッサ２を停止させると、コンプレッサ２の稼働のために使用されていたエンジン動力が急激に解放されるために、駆動輪への動力が急激に増大することとなり、これによって車両がスリップするといった事態が予想される。したがって、室内温度が所定温度に達した場合には、コンプレッサ２を停止させる前に、まず、リリーフ弁１８を解放してコンプレッサ２の稼働のための負荷とくにコンプレッサ２の吐出側の圧力を低下させておくことが望ましい。
【００１９】
そして、室内温度が所定温度まで到達した場合には、上記のようにコンプレッサ２吐出側の圧力を低下させるようにリリーフ弁１８等を動作させるとともに、その後一定時間経過した後にコンプレッサ２を停止させる。
図３を参照すると、上記の本発明にかかる冷間時運転制御による冷却水温の変化が示されている。
これによれば、本例の制御にかかる水温変化特性Ａは、現状特性Ｂを大きく上回っていることが分かる。この場合、本発明にかかる水温変化特性Ａが点Ｅにおいて、特性が変わっているのは、第２連通路１７のリリーフ弁１８を開いて、吐出側の圧力を低下させたことによる。
図４には、上記２図における絞り弁の変形例である冷媒の流量調整弁１９が示されている。
【００２０】
図示の流量調整弁１９は、循環する冷媒を封入した感温筒２０を備えており、感温筒２０の内部空間がダイアフラム２１を介して第１連通路１２の弁下流側の低圧空間２２と対峙する関係になっている。この感温筒２０は、断熱材層２９によって保温された第１連通路１２と異なり、外気に晒されており、外気に感応しして内部圧力を生じるようになっている。第１連通路１２には、ダイアフラム荷連結された弁軸２３および、この弁軸２３に支持されたボール状の弁体２４を有するボール弁タイプのダイアフラム弁２５が設けられている。ダイアフラム弁２５の弁体２４は、通路断面を与えるように第１連通路１７に取付けられた支持部材２６に支持されるバネ２７によって弁座２８に対して着座方向に付勢されている。弁体２４が第１連通路１２に配置された上記弁座２８に着座すると第１連通路１２を閉状態にし、着座していないときには、第１連通路１７の弁の上流側および下流側との圧力バランスによって決まるダイアフラム２１の変位量に対応した通路断面積を与えるようになっている。このためダイアフラム２１は、感温筒２０の内部空間２０ａの圧力と、第１連通路１２の弁２５の上流および下流側空間内の圧力とのバランスによって変位する。これによって第１連通路を流通する冷媒の量が決定される。
【００２１】
外気温が低くなるとダイアフラム弁２５は閉方向に変位し、温度が上昇した場合には、弁体を開方向に変位させることとなる。そして、コンプレッサ２の吸入側の圧力が低い場合には、ダイアフラム弁２５を開方向に付勢し、コンプレッサ２の吐出側の圧力が上昇するとダイアフラム弁２５は閉方向に変位する。
したがって、ダイアフラム弁２５の開度は、基本的に第１連通路１２の弁２５の上流側と下流側の圧力バランスによるが、外気温度に感応した圧力バランス点を与えることとなる。
このように絞り弁１６として、感温型のダイアフラム弁２５を使用することによってコンプレッサ２の吐出圧力の異常上昇および吸入圧力の異常低下を有効に防止することができ、上記の冷間時における空調装置１の安定的な運転を確保することができる。
【００２２】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、通常車両に搭載される既存の空調装置を用いた簡単な構成で、冷間時に有効かつ効率的に暖房効果を得ることができる。
すなわち本発明の特徴は、コンプレッサの吐出側と吸入側とを連通する連通路を設けるだけの構成であり、レイアウト上の制約は少なくまた、冷媒との熱交換を行わせるための特別の機構も必要とならない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１実施例にかかる温度制御装置の概略構成図、
【図２】本発明の他の実施例にかかる温度制御装置の概略構成図、
【図３】本発明の温度制御によるエンジン冷却水温変化特性を示すグラフ、
【図４】第１連通路に設けられる冷媒の流量調整弁の概略断面図である。
【符号の説明】
１  空調装置
２  コンプレッサ
３  室外側熱交換器
４  室内側熱交換器
５  アキュームレータ
６、７、９  冷媒通路
１２  第１連通路
１３  ３方切換弁
１６  絞り弁
１７  第２連通路
１８  リリーフ弁
２５  ダイアフラム弁。
【図１】
0003956379.tif 000002
【図２】
0003956379.tif 000003
【図３】
0003956379.tif 000004
【図４】
0003956379.tif 000005