(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒を臨界圧力を超える圧力まで圧縮するコンプレッサと、
該コンプレッサで圧縮された冷媒を冷却するガスクーラと、
該ガスクーラで冷却された冷媒と前記コンプレッサに吸入される冷媒とを熱交換する内部熱交換器と、
該内部熱交換器で冷却した冷媒を減圧する減圧手段と、
該減圧手段で減圧した冷媒を蒸発させるエバポレータと、
前記ガスクーラの出口側の冷媒圧力を検出する圧力検出手段と、
前記内部熱交換器を迂回するように接続されるバイパス流路と、
該バイパス流路に設けられる流量調整手段と、を備え、
前記流量調整手段は、ガスクーラの出口側の冷媒圧力の低下度合いに応じて、徐々に開度が大きくなるように調整することを特徴とする車両用空調装置。
【請求項２】
冷媒を臨界圧力を超える圧力まで圧縮するコンプレッサと、
該コンプレッサで圧縮された冷媒を冷却するガスクーラと、
該ガスクーラで冷却された冷媒と前記コンプレッサに吸入される冷媒とを熱交換する内部熱交換器と、
該内部熱交換器で冷却した冷媒を減圧する減圧手段と、
該減圧手段で減圧した冷媒を蒸発させるエバポレータと、
前記ガスクーラの出口側の冷媒圧力を検出する第１の圧力検出手段と、
前記エバポレータの出口側の冷媒圧力を検出する第２の圧力検出手段と、
前記内部熱交換器を迂回するように接続されるバイパス流路と、
該バイパス流路に設けられる流量調整手段と、を備え、
前記流量調整手段は、前記各圧力検出手段によって検出されるガスクーラの出口側とエバポレータの出口側に於ける冷媒圧力差の低下度合いに応じて、徐々に開度が大きくなるように調整することを特徴とする車両用空調装置。
【請求項３】
冷媒を臨界圧力を超える圧力まで圧縮するコンプレッサと、
該コンプレッサで圧縮された冷媒を冷却するガスクーラと、
該ガスクーラで冷却された冷媒と前記コンプレッサに吸入される冷媒とを熱交換する内部熱交換器と、
該内部熱交換器で冷却した冷媒を減圧する減圧手段と、
該減圧手段で減圧した冷媒を蒸発させるエバポレータと、
前記ガスクーラの出口側の冷媒圧力を検出する圧力検出手段と、
前記内部熱交換器を迂回するように接続されるバイパス流路と、
該バイパス流路に設けられる流量調整手段と、を備え、
前記流量調整手段は、ガスクーラの出口側に於ける冷媒温度の低下度合いに応じて、徐々に開度が大きくなるように調整することを特徴とする車両用空調装置。
【請求項４】
冷媒を臨界圧力を超える圧力まで圧縮するコンプレッサと、
該コンプレッサで圧縮された冷媒を冷却するガスクーラと、
該ガスクーラで冷却された冷媒と前記コンプレッサに吸入される冷媒とを熱交換する内部熱交換器と、
該内部熱交換器で冷却した冷媒を減圧する減圧手段と、
該減圧手段で減圧した冷媒を蒸発させるエバポレータと、
前記ガスクーラの出口側の冷媒圧力を検出する圧力検出手段と、
前記内部熱交換器を迂回するように接続されるバイパス流路と、
該バイパス流路に設けられる流量調整手段と、を備え、
前記流量調整手段は、ガスクーラの出口側とエバポレータの出口側に於ける冷媒温度差が小さくなるに従って、徐々に開度が大きくなるように調整することを特徴とする車両用空調装置。
【請求項５】
冷媒を臨界圧力を超える圧力まで圧縮するコンプレッサと、
該コンプレッサで圧縮された冷媒を冷却するガスクーラと、
該ガスクーラで冷却された冷媒と前記コンプレッサに吸入される冷媒とを熱交換する内部熱交換器と、
該内部熱交換器で冷却した冷媒を減圧する減圧手段と、
該減圧手段で減圧した冷媒を蒸発させるエバポレータと、
前記ガスクーラの出口側の冷媒圧力を検出する圧力検出手段と、
前記内部熱交換器を迂回するように接続されるバイパス流路と、
該バイパス流路に設けられる流量調整手段と、を備え、
前記流量調整手段は、前記車外温度検出手段での検出温度の低下度合いに応じて開度が大きくなるように調整することを特徴とする車両用空調装置。
【請求項６】
前記バイパス流路は、内部熱交換器のみならず、減圧手段をも迂回するように設けたことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の車両用空調装置。
【請求項７】
前記ガスクーラで冷却した冷媒を、臨界圧力以下に減圧する減圧手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の車両用空調装置。
【請求項８】
前記内部熱交換器の入口側に接続される追加の減圧手段と、
前記ガスクーラの出口側の冷媒温度を検出する温度検出手段と、をさらに備え、
前記流量調整手段は、前記温度検出手段で検出される冷媒温度に基づいて目標冷媒圧力を算出し、前記圧力検出手段で検出される冷媒圧力が、前記目標冷媒圧力未満であれば、前記追加の減圧手段の開度が小さくなるように調整し、前記目標冷媒圧力以上であれば、大きくなるように調整することを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の車両用空調装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両用空調装置、特に、冷媒に二酸化炭素を用いる蒸気圧縮タイプに適した車両用空調装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、冷媒に二酸化炭素を用いる蒸気圧縮式のサイクル装置が公知である（例えば、特表平３─５０３２０６号公報参照）。このサイクル装置では、コンプレッサから吐出された冷媒（二酸化炭素）をガスクーラ、絞り弁およびエバポレータを介して循環させている。ガスクーラの下流側配管とエバポレータの下流側配管との間には内部熱交換器が設けられている。そして、この内部熱交換器により、ガスクーラの出口側の高圧冷媒から、エバポレータの入口側の低圧冷媒に放熱させてガスクーラでの放熱を補完し、エバポレータに於ける吸熱効率を向上させている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記サイクル装置は、冬期等でも窓ガラスの曇りを除去するために駆動されることがある。この場合、車室外温度が低いため、ガスクーラの出口側の冷媒温度が低くなり、場合によっては、高圧冷媒の温度が低圧冷媒の温度よりも低下することがある。このため、内部熱交換器で低圧冷媒から高圧冷媒に放熱される逆熱交換が発生し、エバポレータの冷房性能を低下させることがある。また、内部熱交換器は、冷媒を完全に気相化させることを目的の一つとしているにも拘わらず、前記逆熱交換によりその目的を達成できないことも想定される。この結果、コンプレッサに液相が流入し、液圧縮による損傷がもたらされる恐れもある。
【０００４】
また、前記サイクル装置の駆動直後等、一時的にエバポレータに供給される冷媒量が減少することがある。この場合、エバポレータの出口側の冷媒温度が大きく上昇し、低圧冷媒の温度が高圧冷媒の温度よりも上昇することがある。このため、低圧冷媒から高圧冷媒に放熱される逆熱交換が発生し、前記同様の問題が発生する。
【０００５】
そこで、本発明は、内部熱交換器での逆熱交換を防止し、エバポレータに所望の冷房能力を得ると共に、コンプレッサでの液圧縮による損傷をも防止することができる車両用空調装置を提供することを課題とする。
【０００６】
【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、車両用空調装置を、
冷媒を臨界圧力を超える圧力まで圧縮するコンプレッサと、
該コンプレッサで圧縮された冷媒を冷却するガスクーラと、
該ガスクーラで冷却された冷媒と前記コンプレッサに吸入される冷媒とを熱交換する内部熱交換器と、
該内部熱交換器で冷却した冷媒を減圧する減圧手段と、
該減圧手段で減圧した冷媒を蒸発させるエバポレータと、
前記ガスクーラの出口側の冷媒圧力を検出する圧力検出手段と、
前記内部熱交換器を迂回するように接続されるバイパス流路と、
該バイパス流路に設けられる流量調整手段と、を備え、
前記流量調整手段は、ガスクーラの出口側の冷媒圧力の低下度合いに応じて、徐々に開度が大きくなるように調整するようにしたものである。
本発明は、前記課題を解決するための手段として、車両用空調装置を、
冷媒を臨界圧力を超える圧力まで圧縮するコンプレッサと、
該コンプレッサで圧縮された冷媒を冷却するガスクーラと、
該ガスクーラで冷却された冷媒と前記コンプレッサに吸入される冷媒とを熱交換する内部熱交換器と、
該内部熱交換器で冷却した冷媒を減圧する減圧手段と、
該減圧手段で減圧した冷媒を蒸発させるエバポレータと、
前記ガスクーラの出口側の冷媒圧力を検出する第１の圧力検出手段と、
前記エバポレータの出口側の冷媒圧力を検出する第２の圧力検出手段と、
前記内部熱交換器を迂回するように接続されるバイパス流路と、
該バイパス流路に設けられる流量調整手段と、を備え、
前記流量調整手段は、前記各圧力検出手段によって検出されるガスクーラの出口側とエバポレータの出口側に於ける冷媒圧力差の低下度合いに応じて、徐々に開度が大きくなるように調整するようにしたものである。
本発明は、前記課題を解決するための手段として、車両用空調装置を、
冷媒を臨界圧力を超える圧力まで圧縮するコンプレッサと、
該コンプレッサで圧縮された冷媒を冷却するガスクーラと、
該ガスクーラで冷却された冷媒と前記コンプレッサに吸入される冷媒とを熱交換する内部熱交換器と、
該内部熱交換器で冷却した冷媒を減圧する減圧手段と、
該減圧手段で減圧した冷媒を蒸発させるエバポレータと、
前記ガスクーラの出口側の冷媒圧力を検出する圧力検出手段と、
前記内部熱交換器を迂回するように接続されるバイパス流路と、
該バイパス流路に設けられる流量調整手段と、を備え、
前記流量調整手段は、ガスクーラの出口側に於ける冷媒温度の低下度合いに応じて、徐々に開度が大きくなるように調整するようにしたものである。
本発明は、前記課題を解決するための手段として、車両用空調装置を、
冷媒を臨界圧力を超える圧力まで圧縮するコンプレッサと、
該コンプレッサで圧縮された冷媒を冷却するガスクーラと、
該ガスクーラで冷却された冷媒と前記コンプレッサに吸入される冷媒とを熱交換する内部熱交換器と、
該内部熱交換器で冷却した冷媒を減圧する減圧手段と、
該減圧手段で減圧した冷媒を蒸発させるエバポレータと、
前記ガスクーラの出口側の冷媒圧力を検出する圧力検出手段と、
前記内部熱交換器を迂回するように接続されるバイパス流路と、
該バイパス流路に設けられる流量調整手段と、を備え、
前記流量調整手段は、ガスクーラの出口側とエバポレータの出口側に於ける冷媒温度差が小さくなるに従って、徐々に開度が大きくなるように調整するようにしたものである。
本発明は、前記課題を解決するための手段として、車両用空調装置を、
冷媒を臨界圧力を超える圧力まで圧縮するコンプレッサと、
該コンプレッサで圧縮された冷媒を冷却するガスクーラと、
該ガスクーラで冷却された冷媒と前記コンプレッサに吸入される冷媒とを熱交換する内部熱交換器と、
該内部熱交換器で冷却した冷媒を減圧する減圧手段と、
該減圧手段で減圧した冷媒を蒸発させるエバポレータと、
前記ガスクーラの出口側の冷媒圧力を検出する圧力検出手段と、
前記内部熱交換器を迂回するように接続されるバイパス流路と、
該バイパス流路に設けられる流量調整手段と、を備え、
前記流量調整手段は、前記車外温度検出手段での検出温度の低下度合いに応じて開度が大きくなるように調整するようにしたものである。
【０００７】
この構成により、エバポレータの冷房性能が低下してくれば、流量調整手段の開度を大きくし、内部熱交換器に於ける逆熱交換を防止することができる。
【０００８】
前記内部熱交換器の入口側に接続される追加の減圧手段と、
前記ガスクーラの出口側の冷媒温度を検出する温度検出手段と、をさらに備え、
前記流量調整手段は、前記温度検出手段で検出される冷媒温度に基づいて目標冷媒圧力を算出し、前記圧力検出手段で検出される冷媒圧力が、前記目標冷媒圧力未満であれば、前記追加の減圧手段の開度が小さくなるように調整し、前記目標冷媒圧力以上であれば、大きくなるように調整するようにしてもよい。
【００１０】
また、前記ガスクーラで冷却した冷媒を、臨界圧力以下に減圧する減圧手段をさらに備えると、内部熱交換器を耐圧構造とする必要がなくなる点で好ましい。
【００１１】
以上の構成により、冷媒に二酸化炭素を利用しても、適切な流動状態を得ることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
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。
【００１３】
図１は、本実施形態に係る車両用空調装置の概略図である。この車両用空調装置は、コンプレッサ１から吐出させた冷媒を、ガスクーラ２、内部熱交換器３、絞り部４、エバポレータ５、および内部熱交換器３を介してコンプレッサ１に戻して循環させるようになっている。内部熱交換器３にはバイパス管６が並列接続され、そこには流量調整弁７が設けられている。ガスクーラ２と内部熱交換器３を接続する第一配管８の途中には、第一圧力センサ９が設けられている。また、内部熱交換器３とエバポレータ５とを接続する第二配管１０の途中には温度センサ１１と第二圧力センサ１２とが設けられている。前記各センサ９，１１，１２での検出信号は制御装置１３に入力され、制御装置１３はこれら検出信号に基づいて絞り部４及び流量調整弁７の開度を調整する。
【００１４】
前記コンプレッサ１は、冷媒である二酸化炭素を、臨界圧力を超える圧力に圧縮して高温状態で吐出する。
【００１５】
前記ガスクーラ２およびエバポレータ５は、波型に形成したフィンと扁平チューブとを交互に積層し、２つのヘッダ間に一体化した従来周知の構造である。冷媒は、ヘッダと扁平チューブの内部を蛇行しながら流動し、フィンを介して外部を通過する空気と熱交換される。
【００１６】
前記内部熱交換器３は、図２に示すように、ガスクーラ２からの高圧冷媒が通過する内管１４と、その周囲にエバポレータ５からの低圧冷媒が通過する外側流路１５を形成する外管１６とからなる二重管構造である。そして、冷媒は、両流路を通過する際に熱交換される。
【００１７】
前記絞り部４は、図３に示すように、直交する流路に形成された弁口１７を、ステッピングモータ１８の駆動で弁体１９を上下動させることにより開度を調整する構成である。
【００１８】
前記エバポレータ５と絞り部４は車室内側に配設され、他は車室外側（エンジンルーム）に配設されている。
【００１９】
次に、前記車両用空調装置の動作を説明する。
【００２０】
図４のモリエル線図に示すように、コンプレッサ１を駆動すると、冷媒は、臨界圧力を超える圧力とされ、高温状態となる（Ａ）。そして、ガスクーラ２に流入し、そこで冷却される。このとき、冷媒圧力は、臨界圧力を超える値に維持されたままとなる（Ｂ）。
【００２１】
そして、内部熱交換器３の内管１４を通過し、外側流路１５を通過する冷媒（後述する。）に放熱することにより、冷却されて液相状態となる（Ｃ）。この場合、第一圧力センサ９での検出温度に基づいてバイパス流路６に於ける流量調整弁７の開度を調整する。
【００２２】
例えば、冬期等、外気温度が非常に低いときにフロントガラスの曇りを除去するためにエバポレータ５による除湿を開始した場合、ガスクーラ２での放熱が過剰となり、第一圧力センサ９での検出圧力、すなわち内部熱交換器３の内管１４内を通過する冷媒圧力が必要以上に低下する。冷媒圧力の低下は、エバポレータ５での冷房性能の低下をもたらす。また、内部熱交換器３に於ける熱の移動方向を逆転させる。この結果、冷媒が完全に気相状態とならずにコンプレッサ１に流入し、コンプレッサ１は液圧縮により損傷する恐れが生ずる。そこで、前記第一圧力センサ９での検出圧力の低下度合いに応じて流量調整弁７の開度を徐々に大きくする。これにより、内部熱交換器３での冷媒間の熱交換（逆熱交換）が阻止される。したがって、エバポレータ５の冷房性能が低下しないばかりか、冷媒が液相状態でコンプレッサ１に流入し、液圧縮により損傷することもない。
【００２３】
内部熱交換器３を通過あるいはバイパス流路６を迂回した冷媒は、続いて、エバポレータ５に流入する前に、絞り部４を通過することにより、再び減圧されて気液２相状態となる（Ｄ）。この場合、絞り部４の開度は次のようにして調整する。
【００２４】
すなわち、図５のフローチャートに示すように、まず、温度センサ１１で検出される内部熱交換器３を通過した後の冷媒温度を読み込む（ステップＳ１）。また、第二圧力センサ１１で検出される内部熱交換器３を通過した後の冷媒圧力を読み込む（ステップＳ２）。そして、読み込んだ冷媒圧力から得られる冷媒の飽和温度に基づいて、コンプレッサ１に吸入される冷媒のスーパーヒート（過熱度）を算出する（ステップＳ３）。
【００２５】
【数１】
ＳＨ＝ＴS−Ｔ0
Ｔ0＝ｆ（ＰS）
ＳＨ：スーパーヒート（過熱度）
ＴS：コンプレッサ吸入冷媒温度
ＰS：コンプレッサ吸入冷媒圧力
Ｔ0：冷媒飽和温度
【００２６】
算出されたスーパーヒート（過熱度）が５（℃）以下であれば、絞り部４の開度を小さくし（ステップＳ４）、１５（℃）を超えていれば、大きくする（ステップＳ５）。
【００２７】
冷媒は、ガスクーラ２のみならず、内部熱交換器３を通過することにより十分に冷却されて液相状態となっているので、絞り部４を通過する際、大きな音を発生させることがない。したがって、絞り部４をエバポレータ５の近傍、すなわち車室内側に配設することが可能となっている。このため、エバポレータ５内に、熱損失や圧力損失の少ない車室内空気との熱交換に適した冷媒を流入させることができる。
【００２８】
その後、冷媒は、エバポレータ５で車室内の空気から吸熱して液相を蒸発させる（Ｅ）。そして、内部熱交換器３の外側流路１５を通過する。このとき、前述のように、第一圧力センサ９での検出値に基づいて流量調整弁７の開度が調整されると共に、温度センサ１１および第二圧力センサ１１での検出値に基づいて絞り部４の開度が調整されているので、残る液相を全て蒸発させて５〜１５（℃）のスーパーヒート状態でコンプレッサ１に吸入させることができる（Ｆ）。したがって、コンプレッサ１に冷媒が液相で流入することがなくなり、損傷を確実に防止可能となる。
【００２９】
なお、前記実施形態では、バイパス管６で冷媒が内部熱交換器３のみを迂回して流動するようにしたが、絞り部４をも迂回して流動するようにしてもよい。内部熱交換器３での逆熱交換を防止できれば、絞り部４を迂回するか否かは問題とならないからである。
【００３０】
また、前記実施形態では、第一圧力センサ１１での検出圧力に基づいて流量調整弁７の開度を調整するようにしたが、ガスクーラ２の出口側とエバポレータ５の出口側に於ける冷媒圧力差、ガスクーラ２の出口側の冷媒温度、ガスクーラ２の出口側とエバポレータ５の出口側に於ける冷媒温度差、外気温度を検出する外気センサ（ガスクーラ２又はその近傍に配設される）での検出温度に基づいて調整するようにしてもよい。
【００３１】
すなわち、内部熱交換器３での逆熱交換の検出は、ガスクーラ２の出口側とエバポレータ５の出口側に於ける冷媒圧力差が小さくなったときや、ガスクーラ２の出口側とエバポレータ５の出口側の冷媒温度が逆転したときにも可能だからである。また、外気温度が低くなったとき、ガスクーラ２での放熱が過剰となり、結果的に、ガスクーラ２の出口側に於ける冷媒圧力の低下等、前記同様の現象が発生することを予測できるからである。
【００３２】
さらに、前記内部熱交換器３の入口側に絞り部（追加絞り部：図示せず）を設けることにより、内部熱交換器３に流入する冷媒を臨界圧力以下に減圧するようにしてもよい。この場合、前記第一圧力センサ９の近傍に温度センサ（追加温度センサ：図示せず）を設け、制御装置１３により追加絞り部の開度を次のように調整すればよい。
【００３３】
すなわち、図６のフローチャートに示すように、まず、追加温度センサで検出されるガスクーラ２を通過した後の冷媒温度を読み込む（ステップＳ１１）。そして、この検出温度に基づき、図７のグラフに従って追加絞り部の入口側の目標圧力を決定する（ステップＳ１２）。また、第一圧力センサ９で検出されるガスクーラ２を通過した後の冷媒圧力を読み込み（ステップＳ１３）、前記目標圧力と比較する（ステップＳ１４）。検出圧力が目標圧力未満であれば、追加絞り部の開度を小さくする（ステップＳ１５）。これにより、内部熱交換器３に流入する冷媒量の不足を防止し、その後の適切な流動状態を得ることが可能となる。一方、検出圧力が目標圧力以上であれば、逆に追加絞り部の開度を大きくする（ステップＳ１６）。これにより、冷媒圧力を臨界圧力以下とすることができる。なお、追加絞り部の開度は、目標圧力に上限値と下限値を設け、上限値（例えば、目標圧力+１ＭＰａ）を超えれば小さくし、下限値（例えば、目標圧力−１ＭＰａ）よりも小さくなれば大きくする。
【００３４】
このように、ガスクーラ２を通過した後の冷媒温度および冷媒圧力に基づいて追加絞り部の開度を調整すれば、その後の冷媒の流動に支障を来すことなく冷媒圧力を臨界圧力以下に抑えることができる。したがって、内部熱交換器３（ここでは、内管１４）に耐圧構造を採用する必要がなくなる。この結果、内部熱交換器３を小型で安価に製作することが可能となる。特に、内管１４を薄くすることにより、各流路の冷媒間での熱交換効率を高めることができる。
【００３５】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明に係る車両用空調装置によれば、流量調整手段を備えたバイパス流路を設けるようにしたので、内部熱交換器での逆熱交換を防止することにより、エバポレータの冷房能力を適切に発揮させることが可能となる。
【００３６】
また、ガスクーラで冷却した冷媒を、臨界圧力以下に減圧する減圧手段を備えるようにしたので、内部熱交換器に耐圧構造が不要となり簡単かつ安価に製作できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本実施形態に係る車両用空調装置の概略図である。
【図２】  図１の内部熱交換器を示す断面図である。
【図３】  図１の絞り部を示す断面図である。
【図４】  図１の各構成部品に於ける冷媒のエンタルピと圧力の関係を示すグラフである。
【図５】  絞り部の開度制御を示すフローチャートである。
【図６】  追加絞り部の開度制御を示すフローチャートである。
【図７】  冷媒温度と目標圧力の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１…コンプレッサ
２…ガスクーラ
３…内部熱交換器
４…絞り部
５…エバポレータ
６…バイパス流路
７…流量調整弁
１１…第二圧力センサ
１２…温度センサ
１３…制御装置
【図１】
0004346157.tif 000002
【図２】
0004346157.tif 000003
【図３】
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【図４】
0004346157.tif 000005
【図５】
0004346157.tif 000006
【図６】
0004346157.tif 000007
【図７】
0004346157.tif 000008