JP2001121949A - 冷凍サイクル装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 前席側蒸発器１５と後席側蒸発器２８とを並
列接続し、かつ、後席側蒸発器２８用の電磁弁を持たな
い冷凍サイクル装置において、前席側蒸発器１５の単独
運転に起因する循環冷媒量不足を解消する。 【解決手段】 副蒸発器２８の冷媒出口を下側にした。
これにより、前後２分割型の蒸発器では大きく２つの流
路に区切られており、出口側の約半分の流路の冷媒は下
側出口から流れ出て蒸発器内には溜まらない構造とな
る。これにより、後席側空調ユニット２５の作動を停止
しても、副蒸発器２８内は冷媒で満液とならず、冷凍サ
イクルＲ中の循環冷媒量を減らすことがなくなり、運転
している前席側空調ユニット１２で冷媒不足により冷房
能力が低下する問題を防げる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、並列に設けた主お
よび副蒸発器を有する冷凍サイクル装置に関するもの
で、例えば車室内前席側の領域を空調をする前席側空調
ユニットと、車室内後席側の領域を空調をする後席側空
調ユニットとを備える車両用空調装置に適用して好適で
ある。

【０００２】

【従来の技術】近年、市場においてミニバン等の大型乗
用車の需要が高まり、この大型乗用車においては車室内
容積が大きいので、車両用空調装置にも大能力化が要求
され、それに伴って、車室内空調用のユニットも、車室
内前席側のみに空調ユニットを配置するシングルエアコ
ンから車室内の前席側と後席側の両方に空調ユニットを
配置するデュアルエアコンへと変化している。このデュ
アルエアコンの冷凍サイクルでは、前席側と後席側でそ
れぞれ蒸発器を独立に設けるとともに、圧縮機と凝縮器
は共通使用している。

【０００３】ところで、空調装置のコスト低減のため
に、近年、後席側蒸発器への冷媒流れを断続する電磁弁
を廃止する車両が増加している。デュアルエアコンの場
合、車室内後席側に乗員がいないときは、後席側空調ユ
ニットの作動を停止して、前席側空調ユニットのみを作
動させる前席側単独運転状態となる。この前席側単独運
転時には、冷凍サイクルで次のごとき状況が発生する。

【０００４】すなわち、後席側空調ユニットでは後席側
蒸発器への送風が停止されるので、後席側蒸発器内に溜
まっている液冷媒は少しづつ蒸発するが、後席側空調ユ
ニットの減圧手段をなす温度式膨張弁の感温部の温度が
冷媒の通過量が減ったことより周囲雰囲気の温度（室
温）に向って上昇し、この温度上昇過程において後席側
蒸発器の出口冷媒の過熱度が上昇することにより、温度
式膨張弁の弁体が微小開度だけ開く。すると、温度式膨
張弁を通過した低圧冷媒が後席側蒸発器に流入する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このように、前席側単
独運転時においては、後席側の温度式膨張弁が微小な開
閉を繰返して、後席側蒸発器には冷媒が流入して溜ま
る。従来は、蒸発器の冷媒出入口は上側に設けられてお
り、流入した冷媒で後席側蒸発器が満液になることによ
り、冷凍サイクル中を循環する冷媒量が減ってしまい、
運転している前席側空調ユニットでは冷媒不足となって
冷房能力が低下するという問題がある。

【０００６】これに対し従来技術では、冷凍サイクル中
の冷媒量を調節する受液器の容量を大きくして封入冷媒
量を多くするという手段があるが、大容量の受液器とな
って搭載が困難となるうえ、近年の省冷媒化の流れにも
反するものとなる。

【０００７】なお、特開平９−１０９６５６号公報に
は、デュアルエアコンタイプの車両用空調装置におい
て、前席側単独運転時に、後席側蒸発器への冷媒流れを
断続する電磁弁を一定の時間間隔で短時間だけ強制的に
開くことにより後席側蒸発器に溜まった冷媒を押し出す
ようにしたものが記載されている。しかし、空調装置の
コスト低減にために、後席側の電磁弁を廃止した車両で
は、循環冷媒量不足に対応できない。

【０００８】本発明は上記点に鑑みて、主に使用される
主蒸発器と副蒸発器とを並列接続し、かつ、副蒸発器用
の電磁弁を持たない冷凍サイクル装置において、封入冷
媒量を増やすことなく、主蒸発器側の単独運転に起因す
る循環冷媒量不足を解消できるものを提供することを目
的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１および請求項２記載の発明では、副蒸発器
の冷媒出口を下側にしたことを特徴としている。

【００１０】これにより、出口側流路の冷媒が下側出口
から外部へ流れ出て蒸発器内には溜まらない構造とな
る。これにより、例えば副空調ユニットの作動を停止し
ても、副蒸発器内は冷媒で満液とならず、冷凍サイクル
中の循環冷媒量を減らすことがなくなり、運転している
例えば主空調ユニット側で冷媒不足による冷房能力の低
下を防ぐことができる。

【００１１】とりわけ、請求項２に記載した前後２分割
型の蒸発器を用いた場合には、蒸発器が大きく２つの流
路に区切られているため、出口側の約半分の流路の冷媒
が下側出口から外部へ流れ出て蒸発器内には溜まらない
ため、効果が大きい。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を、図
面に基づき説明する。

【００１３】図１は、ミニバンタイプの乗用車に本発明
を適用した一実施形態の全体の配置レイアウトを示す。
ミニバンタイプの車両１０の車室１１は前席（運転席お
よび助手席）の後方側に２番目、３番目の座席（後席）
を配置するようになっており、車両前後方向に長い空間
を形成している。

【００１４】前席側空調ユニット１２は、車室１１内の
最前部の計器板（図示せず）の内側部に配設されて、車
室内前席側の領域を空調するものである。前席側空調ユ
ニット１２は、空気通路を形成するケース１３を有し、
このケース１３の上流部に送風機１４を配置している。
この送風機１４は図示しない内外気切替箱から切替導入
される内気または外気を送風する。

【００１５】送風機１４の下流には送風空気を冷却する
冷却用熱交換器として冷凍サイクルＲの蒸発器（主蒸発
器）１５が配置されている。この例では蒸発器は前後２
分割・左右２分割型の積層式蒸発器である。ここで、冷
凍サイクルＲは周知の構成であり、車両エンジン（図示
せず）により電磁クラッチ１６ａを介して駆動される圧
縮機１６を備えている。この圧縮機１６により冷媒は高
温高圧に圧縮され、この圧縮機１６から吐出されたガス
冷媒は凝縮器１７に導入され、この凝縮器１７にてガス
冷媒は図示しない冷却ファンにより送風される外気と熱
交換して凝縮する。

【００１６】凝縮器１７を通過した冷媒を受液器１８に
て液相冷媒と気相冷媒とに分離するとともに、液相冷媒
を受液器１８に貯留する。受液器１８からの液冷媒を温
度式膨張弁（減圧手段）１９にて低圧の気液２相冷媒に
減圧し、この減圧後の低圧冷媒を上記蒸発器１５におい
て空調空気から急熱して蒸発させるようになっている。

【００１７】温度式膨張弁１９は周知のごとく蒸発器１
５出口の冷媒過熱度が所定値に維持されるように弁開度
を自動調整するものである。そのため、温度式膨張弁１
９は、蒸発器１５出口の冷媒温度を感知する感温部と、
この感温部の感知した冷媒温度に対応した圧力が加えら
れる第１圧力室と、蒸発器１５の冷媒圧力（サイクル低
圧）が加えられる第２圧力室と、この第１、第２圧力室
を仕切るダイアフラムとを備え、第１、第２圧力室の圧
力差とばね力とに応じてダイアフラムおよび弁体が変位
して冷媒流量を調整するようになっている。

【００１８】蒸発器１５において蒸発した後のガス冷媒
は再度、圧縮機１６に吸入され、圧縮される。なお、冷
凍サイクルＲのうち、圧縮機１６、凝縮器１７、受液器
１８等の機器は、車室１１より前方側のエンジンルーム
２０に搭載されている。

【００１９】前席側空調ユニット１２内において、蒸発
器１５の空気吹出部には温度センサ２１が配置され、こ
の温度センサ２１により検出される蒸発器吹出空気温度
（蒸発器冷却温度）が所定値以下に低下すると、電磁ク
ラッチ１６ａへの通電を遮断して圧縮機１６の運転を停
止することにより蒸発器１５のフロストを防止するよう
になっている。

【００２０】次に、蒸発器１５の空気流れ下流側には、
車両エンジンからの温水により空調空気を加熱するヒー
タコア（加熱用熱交換器）２２が配置されている。この
ヒータコア２２の側方にはバイパス路２３が形成されて
いる。そして、ヒータコア２２に隣接し板状のエアミッ
クスドア２４が回動可能に配置され、このエアミックス
ドア２４の回動位置の選択により、ヒータコア２２を通
過して加熱される温風とバイパス路を通過する冷風との
風量割合を調整して吹出空気温度を調整する。

【００２１】前席側空調ユニット１２の下流端には、図
示しないデフロスタ吹出開口部、フェイス吹出開口部お
よびフット吹出開口部が開口しており、これらの開口部
は図示しない吹出モードドアにより切替開閉され、各開
口部を通過した空調空気は、それぞれ車両窓ガラスの内
面、前席側乗員の頭部、足元部に向けて吹出される。

【００２２】次に、後席側空調ユニット２５は車室内の
後席側を空調するように車室１１内の後部、例えば、後
席の側方部位等に配置される。この後席側空調ユニット
２５のケース２６内には、内気を吸入して送風する送風
機２７が備えられ、この送風機２７の下流側に後席側蒸
発器（副蒸発器）２８が配置されている。この例では蒸
発器は前後２分割型の積層式蒸発器である。

【００２３】次に、蒸発器２８の空気流れ下流側には、
車両エンジンからの温水により空調空気を加熱するヒー
タコア（加熱用熱交換器）２９が配置されている。この
ヒータコア２９の側方にはバイパス路３０が形成されて
いる。そして、ヒータコア２９に隣接し板状の冷風バイ
パスドア３１が回動可能に配置され、この冷風バイパス
ドア３１によりバイパス路３０を後席側空調ユニット２
５の吹出しモードと風量レベルに応じて開閉する。

【００２４】後席側蒸発器２８の冷媒入口部には後席側
温度式膨張弁３２が備えられている。この後席側温度式
膨張弁３２は、前席側温度式膨張弁１９と同様のもので
あり、受液器１８からの高温高圧の液冷媒を低温低圧の
気液２相冷媒に減圧する減圧手段をなすもので、後席側
蒸発器２８の出口部の冷媒の過熱度が予め設定した所定
値となるように弁開度を調整して、冷媒流量を調整する
ものである。

【００２５】なお、冷凍サイクルＲにおいて、後席側温
度式膨張弁３２の入口側は高圧配管３３を介して前席側
の温度式膨張弁１９の入口側に接続され、また、後席側
の蒸発器２８の出口側は低圧配管３４を介して前席側の
蒸発器１５の出口側に接続されている。これにより、後
席側の蒸発器２８および温度式膨張弁３２は前席側の蒸
発器１５および温度式膨張弁１９と並列に接続されてい
る。

【００２６】そして、後席側空調ユニット２５におい
て、蒸発器２８の下流直後の部位にフェイス吹出開口部
３６および吹出モードドア３７が配置され、後席側蒸発
器２８で冷却された冷風はフェイス吹出開口部３６から
後席フェイスダクト３８を通って天井吹出口３８ａから
後席側乗員の頭部に向けて吹出す。

【００２７】また、ヒータコア２９で加熱された温風
は、後席側フットダクト３９を通って後席側フット吹出
口３９ａから後席側乗員の足元部に向けて吹出される。

【００２８】図２（ａ）は前後両方の空調ユニット１
２、２５を上記のように同時運転しているときの、冷凍
サイクルＲ内の冷媒の気相・液相の状態を示す。前後の
温度式膨張弁１９、３２はそれぞれ前後の蒸発器１５、
２８の熱負荷に対応した弁開度に調整され、その熱負荷
に対応した流量の冷媒を通過させるので、各蒸発器１
５、２８は適切な冷媒量に保たれ、循環冷媒量不足によ
る冷房能力の低下はない。

【００２９】ところで、前席側のみに乗員が搭乗し、後
席側には乗員が搭乗していないときは、前席側操作パネ
ルまたは後席側操作パネル（いずれも図示せず）でのス
イッチ操作により後席側送風機２７を停止する。これに
より、後席側空調ユニット２５には空調空気が送風され
ず、後席側空調ユニット２５の空調作用が停止状態とな
るので、前席側空調ユニット１２のみの単独運転状態と
なる。

【００３０】本発明者らの実験検討によると、後席側蒸
発器用の電磁弁を持たないデュアルエアコンタイプの車
両用空調装置では、この前席側単独運転時には、「発明
が解決しようとする課題」の欄にて既述したように、後
席側空調ユニット２５において、後席側の温度式膨張弁
３２が微小な開閉を繰返して、後席側蒸発器２８に冷媒
が流入して溜り、徐々に満液となることにより、冷凍サ
イクルＲ中を循環する冷媒量が減ってしまい、運転して
いる前席側空調ユニット１２の前席側蒸発器１５では冷
媒不足となって冷房能力が低下するが判明した。図２
（ｂ）に前席側単独運転時の冷凍サイクルＲ内の冷媒の
気相・液相の状態を示す。

【００３１】そこで、本実施形態では、循環冷媒量不足
による冷房能力の低下を解消するために、後席側蒸発器
の冷媒出口を下側としている。なお、下側とは天地に対
し地側を意味し、重力との関係で冷媒が落下する側を意
味する。

【００３２】図３は、本発明の一実施形態における副蒸
発器２８、つまり前後２分割型の積層式蒸発器の構造を
示す。また、図４は、従来の本実施形態と同種の副蒸発
器の構造を示す。従来の蒸発器の構造では、入口ａから
流れ込んだ液冷媒は入口側チューブｄに溜り、この部分
が満液になるとサイド通路ｆを通って出口側チューブｈ
に溜り、この部分も満液になると出口ｊから出て圧縮機
１６に戻っていく。しかし、本発明の蒸発器の構造で
は、入口ａから流れ込んだ液冷媒は入口側チューブｄに
溜り、この部分が満液になるとサイド通路ｆを通って出
口側チューブｈに流れ込むが、出口側チューブｈは下側
にある出口ｊに連通しているため、流れ込んだ液冷媒は
溜まることなく出口ｊから出て圧縮機１６に戻ってい
く。

【００３３】上記したように、本構造（冷媒出口ｊを天
地に対し下（地）側）としたことにより、前後２分割型
の積層式蒸発器２８では大きく２つの流路に区切られて
おり、後方（出口）の約半分の流路の冷媒は、下側出口
ｊから流れ出て蒸発器内に溜まらない構造となる。

【００３４】そのため、後席側空調ユニット２５の作動
を停止しても、副蒸発器２８内は冷媒で満液とならず、
冷凍サイクルＲ中の循環冷媒量を減らすことがなくな
り、運転中の前席側空調ユニット１２の冷媒不足による
冷房能力の低下を防止できる。

【００３５】本発明構造は他のタイプの積層式蒸発器で
も適用でき、例えば前後２分割・左右２分割型の蒸発器
においては大きく４つの流路に区切られており、出口側
の約４分の１の流路の冷媒は下側出口ｊから流れ出て蒸
発器内には溜まらない構造とできる。これにより、前後
２分割の蒸発器と比べて溜まる冷媒量は多くなるが、循
環冷媒量不足による冷房能力の低下を防げる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態を示す車両用空調装置の全
体システム構成図である。

【図２】（ａ）は従来の実施形態において前後空調ユニ
ットを同時運転したとき、（ｂ）は従来の実施形態にお
いて前側空調ユニットのみ単独運転したとき、（ｃ）は
本発明の一実施形態において前側空調ユニットのみ単独
運転したとき、それぞれの冷凍サイクルＲ内の冷媒の気
相・液相の状態を示す模式図である。

【図３】本発明の一実施形態における副蒸発器を示し、
（ａ）は構造を示す斜視図、（ｂ）は冷媒の流れ方を示
す模式図である。

【図４】従来の本実施形態と同種の副蒸発器を示し、
（ａ）は構造を示す斜視図、（ｂ）は冷媒の流れ方を示
す模式図である。

【符号の説明】

１４ 前席側送風機 １５ 前席側蒸発器（主蒸発器） １６ 圧縮機 １７ 凝縮器 １８ 受液器 １９ 前席側膨張弁 ２７ 後席側送風機 ２８ 後席側蒸発器（副蒸発器） ３２ 後席側膨張弁

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 冷媒を圧縮し吐出する圧縮器（１６）
   と、この圧縮器（１６）から吐出されたガス冷媒を冷却
   し凝縮させる凝縮器（１７）と、この凝縮器（１７）で
   凝縮した液冷媒を減圧膨張させる第１の減圧手段（１
   ９）と、この第１の減圧手段（１９）にて減圧膨張した
   冷媒を蒸発させる主蒸発器（１５）と、この主蒸発器
   （１５）に送風する第１の送風機（１４）と、前記第１
   の減圧手段（１９）と並列に設けられ、前記凝縮器（１
   ７）で凝縮した液冷媒を減圧膨張させる第２の減圧手段
   （３２）と、前記主蒸発器（１５）と並列に設けられ、
   前記第２の減圧手段（３２）にて減圧膨張した冷媒を蒸
   発させる副蒸発器（２８）と、この副蒸発器（２８）に
   送風する第２の送風機（２７）とを備えた冷凍サイクル
   装置において、少なくとも前記副蒸発器（２８）への流
   入冷媒を減圧膨張させる前記第２の減圧手段（３２）を
   前記副蒸発器（２８）の出口冷媒の過熱度にて調節する
   温度式膨張弁で構成し、且つ少なくとも前記副蒸発器
   （２８）を積層式蒸発器で構成すると共に、前記副蒸発
   器（２８）の冷媒出口を下側にしたことを特徴とする冷
   凍サイクル装置。
2. 【請求項２】 前記副蒸発器（２８）は前後２分割型の
   積層式蒸発器で構成したことを特徴とする請求項１に記
   載の冷凍サイクル装置。