(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
室内に空気を送るためのダクトと、該ダクト内を通過する空気を加熱する主暖房装置と、暖房時に冷媒圧縮機より吐出された高温冷媒を、冷媒凝縮器を迂回して、該ダクト内において該主暖房装置より上流側に配置された冷媒蒸発器に供給し、該冷媒蒸発器で空気を加熱した後に該冷媒圧縮機に戻すようにした補助暖房機能を有する補助暖房装置とを備えた空気調和装置において、
前記冷媒圧縮機は、クラッチを介してエンジンに連結していると共に前記冷媒圧縮機には、前記冷媒圧縮機を加熱するための加熱手段が設けられていて、前記補助暖房装置を作動させるにあたって、暖房負荷が所定値以上のときに、エンジン起動時から前記加熱手段により前記冷媒圧縮機を加熱し、
エンジン起動時から所定時間（Ｔ１）経過するまで、前記冷媒圧縮機を作動させない状態で前記加熱手段によって前記冷媒圧縮機を加熱し、エンジン起動時から所定時間（Ｔ２）を経過してもホットガススィッチが入らなければ、前記加熱手段をＯＦＦすることを特徴とする空気調和装置。
【請求項２】
前記冷媒圧縮機がその内部に気液分離装置を有していて、暖房負荷が所定値以上のときに、前記加熱手段により前記冷媒圧縮機と一緒に前記気液分離装置も加熱することを特徴とする請求項１に記載の空気調和装置。
【請求項３】
前記暖房負荷を表す数値が、外気温度、内気温度、冷媒蒸発器下流空気温度又は冷却水温度のいずれかであることを特徴とする請求項１又は２に記載の空気調和装置。
【請求項４】
前記加熱手段が、前記冷媒圧縮機内部に挿入されているか、もしくは前記冷媒圧縮機周囲又は前記気液分離器周囲に巻いている電気ヒータであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の空気調和装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、室内を暖房する空気調和装置に関するもので、特に冷媒圧縮機より吐出された、高温、高圧のガス冷媒を室外熱交換器（凝縮器）をバイバスさせて減圧手段および室内熱交換器（蒸発器）に順番に導いて、その室内熱交換器にて空調ダクトを流れる空気を加熱するようにしたホットガスサイクルを備えた空気調和装置に係わる。
【０００２】
【従来の技術】
一般的に車両用空調装置中でも車両用暖房装置としては、エンジンの冷却水を空調ダクト内の温水ヒータに導いて、その温水ヒータにて空調ダクト内を流れる空気を加熱して車室内を暖房する温水式暖房装置を用いている。しかし、このような温水式暖房装置は、外気温度が低く、冷却水温度が低い時にエンジンを始動して温水式暖房装置を起動する場合、その立ち上がり時に著しく暖房能力が不足するという不具合が生じている。
【０００３】
そこで、上記の不具合を解消する目的で、通常の冷凍サイクルに、冷媒圧縮機で圧縮され吐出された高温、高圧のガス冷媒（ホットガス）を、室外熱交換器（冷媒凝縮器）を迂回させて減圧装置に通し、更に空調ダクト内の室内熱交換器（冷媒蒸発器）に供給し、ここで空調ダクト内を流れる空気を加熱することにより、エンジンの冷却水を利用して暖房を行う主暖房装置の暖房能力を補助するようにした補助暖房機能であるホットガスサイクルを備えた車両用空調装置が提案されている。なお、冷媒圧縮機は、電磁クラッチを介してエンジンによりベルト駆動される。
【０００４】
そして、車室内を急速に暖房する時には、エンジンの冷却水温度が所定温度以上の場合、主暖房装置による暖房能力が充分高いので、ホットガスサイクルを停止させるように冷媒圧縮機をＯＦＦにし、また冷却水温度が所定温度以下の場合、主暖房装置による暖房能力が不足しているので、ホットガスサイクルを起動させるように冷媒圧縮機をＯＮするように制御されている。
【０００５】
しかしながら、外気温度が−１０℃以下の低温環境下では、冷媒の温度、圧力が下がって比容積が大きくなることから、冷媒圧縮機が吸入する冷媒重量流量が小さくなり、冷媒圧縮機が充分な仕事を行わないことによって、補助暖房能力が不足するという不具合が生じていた。
【０００６】
この不具合を解消するために、特開平１１−４２９３４号公報に開示された従来技術においては、図３に示すように冷媒蒸発器７の入口から冷媒圧縮機８の吸入口までの冷媒流路３５内を流れる冷媒を加熱する冷媒加熱手段９を設けている。これによって、冷媒圧縮機８に吸入される冷媒の温度、圧力が上昇し、冷媒の比容積が小さくなり、冷媒重量流量が増加することにより、冷媒圧縮機が充分な仕事を行え、補助暖房能力を向上させることができる。
【０００７】
しかしながら、上記公報による従来技術においては、ホットガスサイクルの低圧側（冷媒蒸発器の入口から冷媒圧縮機の吸入口まで）を加熱することで補助暖房能力を向上させているが、極低外気温時のホットガスサイクル起動時に、冷媒圧縮機内部が大気圧よりも負圧になり、圧縮機内部に空気が混入したり、また冷媒の圧力・密度が低いため、起動後の冷媒圧縮機への冷媒・オイルの戻りがなく、圧縮機内部の潤滑不足により内部部品が磨耗や破損する問題に対して有効ではなかった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者は、ホットガスサイクル内、特に冷媒圧縮機内の冷媒温度が、エンジン始動時から常に上昇する傾向にあることを知見した。この理由として、エンジンに冷媒圧縮機は固定されているため、エンジンの熱が冷媒圧縮機に伝わるのと、エンジンルーム内が温まってくることで、ホットガスサイクル内に熱が伝わるためであると考えた。そのため、冷媒圧縮機の吸入圧力を推定しなくとも、一定時間経てば、サイクル内温度が上昇するため、冷媒の体積比当りの重量が増加するので、冷媒圧縮機内の圧力が大きく負圧になることを防止し、冷媒・オイル戻りを向上させることができると考えた。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、極低外気温時のホットガスサイクル起動時の冷媒圧縮機内部への空気の混入を防止すると共に、起動後の冷媒圧縮機への冷媒・オイル戻りを改善した空気調和装置を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記課題を解決するための手段として、特許請求の範囲の各請求項に記載の空気調和装置を提供する。
請求項１に記載の空気調和装置は、暖房時に冷媒圧縮機より吐出された高温冷媒を、冷媒凝縮器を迂回して冷媒蒸発器に直接供給し、この冷媒蒸発器で空気を加熱する補助暖房機能を有していて、冷媒圧縮機はクラッチを介してエンジンに連結していると共に、この冷媒圧縮機には加熱手段が設けられており、暖房負荷が所定値以上のときに、この補助暖房機能を働かせるにあたって、
エンジン起動時から加熱手段により冷媒圧縮機を加熱し、エンジン起動時から所定時間（Ｔ１）経過するまで、冷媒圧縮機を作動させない状態で加熱手段により冷媒圧縮機を加熱し、エンジン起動時から所定時間（Ｔ２）を経過してもホットガススィッチが入らなければ、加熱手段をＯＦＦするようにして加熱手段により冷媒圧縮機を加熱するようにしたものである。これにより、極低外気温時において、補助暖房機能であるホットガスサイクル内の冷媒温度上昇が向上し、ホットガス作動させるまでの時間が短くなる。そのことで、乗員が暖房感を得るまでの時間が短くなる。また、ホットガス作動時の冷媒圧縮機内の圧力を高めることができ、その内部への空気の混入が防止できる。更に、所定時間（Ｔ２）を経過してもホットガススィッチが入らなければ加熱手段をＯＦＦにすることで、加熱手段による無駄な加熱を防止できる。また、冷媒圧縮機をクラッチを介してエンジンに連結することで、車両用空調装置として好適である。
【００１１】
請求項２の空気調和装置は、冷媒圧縮機として、その内部に気液分離器を有している冷媒圧縮機を使用し、加熱手段によって圧縮機と気液分離器の両者を加熱できるようにしたものであり、これにより、極低外気温時のホットガス作動において、気液分離部に溜まっている冷媒液を温めることで、冷媒が蒸発し冷媒密度が大きくなり、冷媒流量が増えるため補助暖房能力が大幅に向上する。
【００１２】
請求項３の空気調和装置は、暖房負荷を表す数値として、外気温度、内気温度、冷媒蒸発器下流空気温度又は冷却水温度のいずれかを採用したものである。
請求項４の空気調和装置は、加熱手段として冷媒圧縮機の内部又は周囲或いは気液分離器の周囲に設けた電気ヒータを採用したものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面に従って本発明の実施の形態の空気調和装置について説明する。なお、以下の説明においては、本発明の空気調和装置を車両用に適用した場合を例にして説明するが、本発明の空気調和装置は車両用に限定されるものではない。図１は、車両用空気調和装置の全体構成を示している。
【００１４】
本実施形態の車両用空調装置は、暖房用主熱源であるエンジンＥを搭載する自動車の車室内を空調する空調ユニット１における各空調手段（アクチュエータ）を、空調制御装置（ＥＣＵ）１０によって制御するように構成されたものである。
空調ユニット１は、車室内に空調空気を導く空調ダクト２を備えており、この空調ダクト２の最も空気上流側には、外気吸込口、内気吸込口および内外気切替ドア（いずれも図示せず）が設けられ、これらよりも空気下流側には遠心式送風機（図示せず）が設けられている。また、空調ダクト２の最も空気下流側には、デフロスタ吹出口、フェイス吹出口またはフット吹出口等の吹出口及びモード切替ドア（図示せず）が設けられている。
【００１５】
次に、吹出口よりも空気上流側には、後述する冷媒蒸発器７を通過した空気を再加熱する主暖房装置である温水式暖房装置３の温水ヒータ４が設けられている。この温水ヒータ４は、エンジンＥにより駆動されるウォータポンプ（図示せず）により冷却水の循環流が発生する冷却水循環回路５の途中に設置されている。温水ヒータ４は、冷却水循環回路５を経て、内部にエンジンＥの排熱を吸収した冷却水が還流し、この冷却水を暖房用熱源として空気を再加熱している。
【００１６】
空調ダクト２内において温水ヒータ４の空気上流側には、自動車に搭載された冷凍サイクル６の一構成部品をなす冷媒蒸発器７が、空調ダクト２内の空気通路の全面を塞ぐように配置されている。冷凍サイクル６は、冷房機能を有する冷凍サイクル回路２１と、補助暖房機能を有するホットガスヒータ回路２２と、これらの冷凍サイクル回路２１とホットガスヒータ回路２２とを切り替える第１、第２電磁弁２３，２４とを備えている。
【００１７】
冷凍サイクル回路２１は、冷房除湿装置に相当するもので、冷媒圧縮機８より吐出された高温、高圧のガス冷媒を、第１電磁弁２３→冷媒凝縮器２５→レシーバ（気液分離器）２６→膨張弁２７→冷媒蒸発器７→アキュムレータ（気液分離器）２８→冷媒圧縮機８の順に循環させる。即ち、冷凍サイクル回路２１は、第１電磁弁２３が開弁し、第２電磁弁２４を閉弁すると、冷凍サイクル回路２１中に冷媒が還流することにより、冷媒蒸発器７に低温、低圧の液冷媒を供給することにより、冷媒蒸発器７が空気冷却作用を行う冷媒回路である。
【００１８】
本発明の補助暖房装置に相当するホットガスヒータ回路２２は、冷媒圧縮機８より吐出された高温、高圧のガス冷媒（ホットガス）を、第２電磁弁２４→減圧装置２９→冷媒蒸発器７→アキュムレータ（気液分離器）２８→冷媒圧縮機８の順に循環させる。即ち、ホットガスヒータ回路２２は、第１電磁弁２３が閉弁し、第２電磁弁２４が開弁すると、ホットガスヒータ回路２２中に冷媒が還流することにより、冷媒蒸発器７が空気加熱作用を行う冷媒回路である。
【００１９】
冷媒蒸発器７は、冷凍サイクル回路２１中を冷媒が流れる時には、膨張弁２７より流入する低温の気液二相冷媒を蒸発させて、通過する空気を冷却する冷却用熱交換器として働き、ホットガスヒータ回路２２中を冷媒が流れる時には、減圧装置２９より流入する高温の気液二相冷媒を蒸発させて、通過する空気を加熱する加熱用熱交換器として働く。ここで、膨張弁２７は、冷媒を断熱膨張させるだけでなく、冷媒蒸発器７の出口の冷媒過熱度に応じて冷媒の循環量を調節するもので、冷媒過熱度を検出するための感温筒２７ａが接続されている。
【００２０】
冷媒圧縮機８には、エンジンＥから冷媒圧縮機８への回転動力の伝達を断続する電磁クラッチが連結されている。この電磁クラッチが通電（ＯＮ）されると、エンジンＥの回転動力が冷媒圧縮機８に伝達されて、冷媒圧縮機８は吸入した冷媒を圧縮し吐出し、冷媒蒸発器７による空気冷却作用または空気加熱作用が行われる。
【００２１】
冷媒圧縮機８の内部又は周囲には、本発明の特徴である、例えば電気ヒータ９ａからなる加熱手段が設けられている。電気ヒータ９ａとしては、ＰＴＣヒータ、ニクロム線ヒータ、グロープラグヒータ等が使用され、車両に搭載されたバッテリ３１にヒューズ３２およびリレー回路３３を介して電気的に接続されている。バッテリ３１には、エンジンＥにより回転駆動されてバッテリ３１を充電するオルタネータ３４が電気的に接続されている。また、リレー回路３３は、ＥＣＵ１０により、ＯＮ，ＯＦＦされるリレーコイル３３ａ、およびこのリレーコイル３３ａがＯＮされると閉成するリレースィッチ３３ｂよりなる。
【００２２】
更に本発明においては、冷媒蒸発器７とアキュムレータ（気液分離器）２８とを結ぶサクション配管３５の外周に接触するように電気ヒータ９ｂが設けられている。この電気ヒータ９ｂもバッテリ３１に電気的に接続されている。従って、両電気ヒータ９ａと９ｂとは、バッテリ３１に対して並列に電気的接続されている。
【００２３】
空調ユニット１における各空調手段を制御する空調制御装置（ＥＣＵ）１０には、車両内前面に設けられたエアコン操作パネル上の各スィッチからの信号が入力される。更にＥＣＵ  １０には、車室内の空気温度（内気温度）を検出する内気温度センサ４４、車室外の空気温度（外気温度）を検出する外気温度センサ４５、冷媒蒸発器を通過した直後の空気温度を検出するエバ後温度センサ４７、及び温水ヒータ４に流入する冷却水温度を検出する冷却水温度センサ４８等からの信号が入力される。これらの各スィッチや各センサは、自動車の車室内を空調するのに必要な空調環境因子を検出するものである。
【００２４】
また、ＥＣＵ  １０の内部には、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ等からなる周知のマイクロコンピュータが設けられ、各センサからの信号が図示しない入力回路によってＡ／Ｄ変換された後にマイクロコンピュータに入力されるように構成されている。なお、ＥＣＵ  １０は、自動車のエンジンＥの始動および停止を司るイグニッションスィッチ（ＩＧ）が投入されるときに、自動車に搭載された車載電源であるバッテリ（図示せず）から直流電源が供給されると制御処理を開始するように構成されている。
【００２５】
上記のように構成された本発明の空気調和装置は、以下のように作動する。室内を暖房するホットガス作動時においては、第１電磁弁２３は閉、第２電磁弁２４は開状態にされる。エンジンＥの始動後、暖房負荷が所定値以上の場合、電気ヒータ９ａ，９ｂをＯＮし、冷媒圧縮機８及びサクション配管３５を加熱する。この場合、暖房負荷を表す値としては、外気温度センサ４５による外気温度、内気温度センサ４４による内気温度、エバ後温度センサ４７による冷媒蒸発器下流の空気温度、冷却水温度センサ４８による冷却水温度のいずれか一つから選択される。例えば、外気温度が所定値である−３０℃以下の場合に、電気ヒータ９ａ，９ｂがＯＮされる。
【００２６】
エンジンＥの始動後、即ち電気ヒータ９ａ，９ｂがＯＮされた後、所定時間（Ｔ２）経過してもホットガススィッチが入らなければ、即ち電磁クラッチがＯＮされて冷媒圧縮機８が駆動され、ホットガス作動が開始されない場合は、電気ヒータ９ａ，９ｂをＯＦＦする。
ホットガススィッチが入って、ホットガス作動が開始された場合は、そのまま電気ヒータ９ａ，９ｂをＯＮ状態のままとし、エンジンＥの始動から所定時間（Ｔ１）を経過するまで冷媒圧縮機８及びサクション配管３５を加熱する。
上記の所定時間（Ｔ１，Ｔ２）は、暖房負荷に応じて任意に設定できる。
また、サクション配管３５を加熱する電気ヒータ９ｂは、必らずしも設置する必要はない。
【００２７】
このように本発明の実施形態においては、冷媒圧縮機８に加熱手段を設けて、ホットガス作動前にこの加熱手段により冷媒圧縮機８を加熱しているので、極低外気温時の始動において、ホットガスサイクル内の冷媒温度上昇が向上し、ホットガス作動させるまでの時間が短くなる。そのことで、乗員が暖房感を得られるまでの時間が短くなる。また、圧縮機内部の圧力も上がり、圧縮機内部への空気の混入を防止できる。
更に、加熱手段をホットガス作動中にもＯＮ状態にしているので、この加熱手段による加熱熱量分の暖房性能向上効果が得られる。
また夏季の空気調和装置の冷房運転の始動時においても、圧縮機内部に液が溜まり、液圧縮をしてしまうことで圧縮機が破損することがあるが、その場合においても圧縮機を加熱することで、圧縮機内の液を蒸発させて、内部から液を押し出すことができる。
【００２８】
図２は、本発明の別の実施形態の空気調和装置の冷媒圧縮機の断面図である。この実施形態では、冷媒圧縮機８として、その内部に気液分離器８１を一体的に有している冷媒圧縮機８を使用している。冷媒圧縮機８を加熱手段は、圧縮機内部に挿入されるか、もしくは圧縮機周囲又は気液分離装置周囲に巻かれるかして設置される。図２では、加熱手段として電気ヒータ９ｃが圧縮機に一体化された気液分離装置８１の周囲に巻かれて設置されている。その他の構成については、前記実施形態と同様である。
なお、図２では、圧縮機の型式が斜板型として図示されているか、本発明においては、圧縮機の型式に拘束されることなく、いずれの型式の圧縮機も適用可能である。
【００２９】
この別の実施形態においては、先の実施形態における冷媒圧縮機８を加熱することによる効果に加えて、圧縮機に一体化された気液分離装置８１を加熱手段によって温めることで、その内部に溜まっている液冷媒が蒸発し、冷媒密度が大きくなり、冷媒流量が増えるため、ホットガスサイクルの能力が大幅に向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の空気調和装置の全体構成を示す図である。
【図２】本発明の別の実施形態である空気調和装置の冷媒圧縮機の断面図である。
【図３】従来の空気調和装置の全体構成を示す図である。
【符号の説明】
３…温水式暖房装置（主暖房装置）
７…冷媒蒸発器
８…冷媒圧縮機
９ａ，９ｂ，９ｃ…電気ヒータ（加熱手段）
１０…空調制御装置（ＥＣＵ）
２２…ホットガスヒータ回路（補助暖房装置）
２５…冷媒凝縮器
２８…アキュムレータ（気液分離器）
８１…気液分離装置
【図１】
0004036015.tif 000002
【図２】
0004036015.tif 000003
【図３】
0004036015.tif 000004