JPH09109649A

JPH09109649A - 自動車用空気調和装置

Info

Publication number: JPH09109649A
Application number: JP27162395A
Authority: JP
Inventors: Tadayoshi Tajima; 唯好田島; Kaoru Kamiyama; 薫神山; Toshio Ohashi; 利男大橋
Original assignee: Calsonic Corp
Current assignee: Marelli Corp
Priority date: 1995-10-19
Filing date: 1995-10-19
Publication date: 1997-04-28

Abstract

(57)【要約】【課題】暖房運転開始時でも回路中を循環する冷媒量
が多くし、急速暖房可能な「自動車用空気調和装置」を
提供すること。【解決手段】エバポレータ１a ，１b の出口部分の配
管Ｐa の温度を感知することにより膨脹弁EXの開度を制
御するようにした開度制御部材Ｋを、外気温が低い状態
下で暖房運転を行なうときに加熱部材Ｈにより加熱し、
膨脹弁EXの開度を開き、回路中の冷媒が膨脹弁EXに邪魔
されることなく、コンプレッサに帰還し、コンプレッサ
で圧縮された後に高温高圧の冷媒として吐出し、これに
より即暖性の向上を図るようにしたことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、急速暖房可能な自動車
用空気調和装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、自動車用空気調和装置による暖
房運転は、熱源としてエンジン冷却水を用い、このエン
ジン冷却水の一部を車室内のヒータコアに導き、ここで
車室内空気と熱交換させ、加熱された空気を車室内に送
風している。

【０００３】また、暖房の熱源としてエンジン冷却水を
利用せず、外気から熱を汲み上げ、これを車室内の暖房
に使用するようにしたヒートポンプ式空気調和装置もあ
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、ヒートポンプ
式空気調和装置においては、暖房のための熱源は、主と
してコンプレッサの圧縮仕事の際に与えられるエネルギ
であり、また、暖房性能は、循環する冷媒量とコンプレ
ッサの圧縮仕事に伴なうエンタルピの差の積により与え
られるので、外気温が低く、少冷媒流量の場合には高い
暖房性能を得ることができない。

【０００５】例えば、冬期の早朝に運転を開始する場合
のように、外気温が低く、車室内の温度も低いと、シス
テム部品が冷えているので、膨脹弁における弁開度は、
極めて小さく、冷媒を殆ど通さない状態となっている。
この状態で暖房運転を行なうと、回路中の冷媒の循環が
妨げられ、コンプレッサに帰還する冷媒量も少なくな
り、急速に暖房運転を行おうとしても、車室内の温度上
昇は極めて遅くなる。

【０００６】また、室外側熱交換器は、低温の外気によ
り冷やされるので、蒸発能力が極めて低下し、コンプレ
ッサ内に貯溜されている潤滑油中の冷媒が、いわゆるフ
ォーミングを起こして、コンプレッサの摺動部を十分潤
滑せず、摺動部には大きな負担がかかる。したがって、
コンプレッサから吐出される冷媒流量は少なくなり、所
望の暖房運転を行うことができない。

【０００７】前述の通常の暖房の熱源としてエンジン冷
却水の一部を利用するようにしたものも同様であり、冬
期の早朝に運転を開始する場合のように、外気温が低
く、車室内の温度も低いと、エンジン始動時の暖房能力
はきわめて低く、エンジンが相当温度上昇するまで、所
望温度の温風を得ることは難しい。

【０００８】本考案はこのような従来の課題を解消する
ためになされたものであり、暖房運転開始時でも循環冷
媒量が多くし、急速暖房可能な自動車用空気調和装置を
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
の本発明は、請求項毎に次のように構成される。請求項
１に記載の発明は、コンプレッサ、第１熱交換器、膨脹
弁及び第２熱交換器を配管により閉回路を構成するよう
に接続し、前記第１熱交換器または第２熱交換器から冷
媒が流出する側となる出口配管の温度を感知することに
より前記膨脹弁の開度を制御する開度制御部材を有する
自動車用空気調和装置において、前記開度制御部材に、
該開度制御部材を加熱して前記膨脹弁の開度を大きくす
る加熱部材を添着したことを特徴とする。

【００１０】請求項２に記載の発明は、前記開度制御部
材が、温度に応じて内部に封止された作動流体が圧力変
化する感温筒である。

【００１１】請求項３に記載の発明は、前記加熱部材
が、前記感温筒に添着された正特性サーミスタである。

【００１２】

【作用】このように構成した本発明にあっては、請求項
毎に次のように作用する。請求項１に記載の発明にあっ
ては、冬期に暖房運転を開始する場合のように、外気温
が低いために膨脹弁が絞られている状態にあるときで
も、膨脹弁の開度制御部材を加熱部材により加熱し、強
制的に開放し、冷媒をコンプレッサに帰還させて、コン
プレッサにより加圧された高温高圧の冷媒を大量に閉回
路内を循環させるようにすれば、車室内の温度は、運転
開始直後から急速に上昇し、急速暖房ができることにな
る。

【００１３】請求項２に記載の発明によれば、開度制御
部材を感温筒により構成したので、従来からある自動車
用空気調和装置にも簡単に装着することができる。

【００１４】請求項３に記載の発明によれば、加熱部材
を正特性サーミスタにより構成したので、開度制御部材
の制御が簡単で正確に行うことができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。図１は本発明の実施の形態に係る
自動車用空気調和装置の概略構成図、図２は図１の要部
を示す拡大説明図、図３は図２の３−３線に沿う断面相
当図、図４は膨脹弁の断面図である。

【００１６】本実施の形態は、独立した空気調和システ
ムを２つ併設したデュアルタイプの自動車用空気調和装
置であり、この空気調和装置は、図１に示すように、図
外のインテークユニットから選択的に取り入れられた内
外気を空気調和して前席に吹き出すための前席ユニット
Ｕa と、取り入れられた内気を空気調和して後席に吹き
出すための後席ユニットＵb とを有している。

【００１７】前席ユニットＵa には、その空気通路内の
上流側から順に、図示しないインテークユニット、イン
テークドア、ブロワ、第１熱交換器であるエバポレータ
１a、エアミックスドア２a 、およびヒータコア３a が
配置され、また図示しない車室内への吹出口が設けら
れ、そして、第１温水ラインおよび第１冷媒ラインが連
結されている。

【００１８】一方、後席ユニットＵb には、その空気通
路内の上流側から順に、図示しないブロワ、第１熱交換
器であるエバポレータ１b 、エアミックスドア２b 、お
よび第２熱交換器であるコンデンサ４b が配置され、第
２冷媒ラインが連結されている。

【００１９】第１温水ラインは、エンジン５、ウォータ
ーバルブＷv 、ヒータコア３a を順次配管で連結して構
成されている。第１冷媒ラインは、コンプレッサ６、３
方コネクタ７、冷媒の流れ方向を切換える切換部材であ
る電磁弁８a 、コンデンサ４a 、逆止弁９、３方コネク
タ１０、リキッドタンクＬ、３方コネクタ１１、電磁弁
８b 、膨脹弁EXa 、エバポレータ１a および３方コネク
タ１２を、順次配管Ｐで連結して構成されている。

【００２０】なお、３方コネクタ７，１０の間の配管Ｐ
は、コンデンサ４a に対するバイパス配管部であり、電
磁弁８c とともに、バイパス手段を構成している。

【００２１】第２冷媒ラインは、３方コネクタ１１、冷
媒の流れ方向を切換える切換部材である電磁弁８d 、コ
ンデンサ４b 、膨脹弁EXb 、エバポレータ１b および３
方コネクタ１２を順次配管Ｐで連結して構成されてい
る。つまり、３方コネクタ１２、１１により、前席ユニ
ットＵa の第１冷媒ラインから並列に分岐している。な
お、図中符号「１３」は、コンデンサ４a での外気と冷
媒の熱交換を促進するファンである。

【００２２】特に、本実施の形態では、図２，３に示す
ように、第１熱交換器であるエバポレータ１b から冷媒
が流出する出口配管Ｐa の温度を感知することにより膨
脹弁EXb の弁開度を制御する開度制御部材Ｋに、該開度
制御部材Ｋを加熱して膨脹弁EXb の弁開度を大きくする
加熱部材Ｈが取付けられている。

【００２３】ただし、場合によっては、これのみでな
く、前席ユニットＵa のエバポレータ１a から冷媒が流
出する出口配管Ｐa の温度を感知することにより膨脹弁
EXa の弁開度を制御する開度制御部材Ｋに、該開度制御
部材Ｋを加熱して膨脹弁EXa の弁開度を大きくする加熱
部材Ｈを取付けてもよい。

【００２４】この開度制御部材Ｋは、具体的には、後に
詳述する感温筒Ｋ2 （Ｋ1 ）であり、加熱部材Ｈは、正
特性サーミスタである。

【００２５】開度制御部材Ｋを感温筒Ｋ2 により構成す
れば、従来からある自動車用空気調和装置にも簡単に装
着することができ、また、加熱部材Ｈを正特性サーミス
タにより構成すれば、電流値に応じて抵抗値も増大する
ので、開度制御部材Ｋの温度制御を簡単にかつ正確に行
うことができるという利点がある。

【００２６】これらは、図２に示すように、電気絶縁テ
ープＴ等を介して感温筒Ｋ2 に添着され、配管Ｐととも
に断熱材Ｄにより覆われている。なお、図３中におい
て、符号「Ｍ」は、感温筒Ｋ2 を確実に出口配管Ｐa に
固定するための受け部材である。

【００２７】前記膨脹弁EX（EXa,EXb の総称）は、例え
ば、図４に示すように、本体２０に入口ポート２１と出
口ポート２２とが形成され、これら両ポート２１、２２
を連通する連通路の途中にスロート部２３ａと膨張室２
３ｂとが設けられている。そして、このスロート部２３
ａをボール弁２４により開閉し、冷媒流量を制御すると
ともに冷媒を断熱膨張している。

【００２８】このボール弁２４は、膨張室２３ｂ内のバ
ルブホルダ２５に固着され、このバルブホルダ２５と、
出口ポート２２内にねじ止めされた調節ねじ２６との間
にはばね２７が装着されている。

【００２９】本体２０の上部に設けられたハウジング３
０内には、加圧室３２と均圧室３３とを仕切るダイヤフ
ラム３１が設けられ、均圧室３３内には、外部均圧管４
５によってエバポレータ１a ，１b の出口部の冷媒の圧
力が作用するようになっている。また、均圧室３３内に
はダイヤフラム３１の下面に当接するストッパ３５が設
けられ、このストッパ３５と前記バルブホルダ２５には
作動ロッド３８の両端部がそれぞれ当接し、これによ
り、ボール弁２４とダイヤフラム３１とが連結状態とな
り、ダイヤフラム３１の作動に連動して、ボール弁２４
が作動するようになっている。

【００３０】エバポレータ１b の出口部には感温筒Ｋ2
が取付けられ、この感温筒Ｋ2 はキャピラリーチューブ
４１によって上部ハウジング２８と連通されており、感
温筒Ｋ2 内に封入されている冷媒等の不活性ガスである
作動流体が上部ハウジング２８に導かれるようになって
いる。

【００３１】したがって、例えば、冷房サイクルを構成
する閉回路内の冷媒と同種類の作動流体を感温筒Ｋ2 内
に封入した場合には、該作動流体は、エバポレータ１b
の出口部の温度と対応した温度となり、その温度に対応
した圧力を加圧室３２内に作用させることになる。そし
て、加圧室３２内の圧力と均圧室３３内の圧力、つまり
エバポレータ１b 直後の冷媒圧力と、ばね２７の弾発力
とが釣り合う開度で、ボール弁２４がスロート部２３ａ
を開閉することになる。これにより所定の過熱度を有す
る冷媒がコンプレッサに帰還されるようになる。

【００３２】ここにおいて、外気温が低下している状態
で、自動車のエンジンを始動し、コンプレッサ６を作動
することにより暖房運転を行なう場合には、冷たい外気
温を開度制御部材Ｋが感知し、開度制御部材Ｋ内の作動
流体の圧力が上がらず、膨脹弁EXは弁開度が絞られてい
る状態となっている。したがって、これら両膨脹弁EXに
より回路中に循環する冷媒の量は極めて少なくなり、必
然的にコンプレッサ６に帰還される冷媒量も少なく、暖
房用として多量に冷媒を吐出しようとしても不可能とな
る。

【００３３】しかし、本実施の形態では、前記感温筒Ｋ
に取付けている加熱部材Ｈに電流を流し、これにより感
温筒Ｋを加熱し、作動流体の圧力を強制的に上げ、膨脹
弁EXの弁開度を開き、コンプレッサ６に多量の冷媒が帰
還し、多量の冷媒が閉回路中を循環するようにしてい
る。

【００３４】次に、暖房運転を行なう場合の作用を説明
する。本実施の形態における暖房運転は、前席ユニット
Ｕa と後席ユニットＵb とでは、熱源が異なり、前席ユ
ニットＵa は、エンジン冷却水を、後席ユニットＵb
は、冷媒を用いている。

【００３５】したがって、暖房運転を行なう場合には、
冷媒の流れ方向を切換える切換部材である電磁弁８a ，
８b は「閉状態」、電磁弁８c ，８d は「開状態」と
し、コンプレッサ６からの冷媒が、３方コネクタ７→電
磁弁８c →３方コネクタ１０→リキッドタンクＬ→３方
コネクタ１１→電磁弁８d →コンデンサ４b →膨張弁EX
b →エバポレータ１b →３方コネクタ１２と流れるよう
にする。また、ウォーターバルブＷv も「開状態」とし
ておく。

【００３６】このようにセットされた状態で、冬期の早
朝のように、外気温が低く、車室内の温度も低いという
状態で暖房運転を行なうと、感温筒Ｋ2 内に封入した作
動流体が発揮する温度に対応する圧力は弱く、膨脹弁EX
b は、ばね２７の力によりボール弁２４はスロート部２
３ａを閉じているか、あるいはエバポレータ１b で熱交
換され、コンプレッサ６に液体状態の冷媒を送らない程
度に十分に絞られた状態になっている。

【００３７】この状態で自動車のエンジンを始動し、コ
ンプレッサ６を作動しても、膨脹弁EXb によって冷媒の
流れは妨げられ、コンプレッサ６に帰還する冷媒は極め
て少量となり、急速暖房はできない。

【００３８】そこで、本実施の形態では、加熱部材Ｈに
電流を流し、これにより感温筒Ｋ2を加熱し、膨脹弁EXb
の弁開度を強制的に開き、回路内の冷媒がコンプレッ
サ６に帰還しやすくしている。

【００３９】つまり、加熱部材Ｈに電流を流すことによ
り感温筒Ｋ2 を加熱すれば、感温筒Ｋ2 内に封入した作
動流体が発揮する温度に対応する圧力が増大し、ばね２
７の力に打ち勝ってボール弁２４はスロート部２３ａを
開くことになる。この状態になれば、コンプレッサ６の
作動により回路内の冷媒は、多量にコンプレッサ６に吸
引され、多量に圧縮されて吐出される。また、３方コネ
クタ１２とコンプレッサ６との間にアキュムレータを設
置してエバポレータ１b で気化しきれなかった冷媒を気
液分離して気体冷媒をコンプレッサに帰し、保護するよ
うにしても良い。

【００４０】この吐出冷媒は、３方コネクタ７→電磁弁
８c →３方コネクタ１０→リキッドタンクＬ→３方コネ
クタ１１→電磁弁８d →コンデンサ４b →膨張弁EXb →
エバポレータ１b →３方コネクタ１２と流れ、コンプレ
ッサ６内に帰還する。

【００４１】なお、リキッドタンクＬ内に入った冷媒
は、リキッドタンクＬ内に貯溜されている冷媒も押し出
しつつ流れることになる。

【００４２】したがって、暖房運転時の当初から膨脹弁
EXb は開放状態となり、冷媒の流れを妨げないので、回
路中を循環する冷媒量も十分確保され、コンデンサ４b
では車室内空気と高温高圧の冷媒との熱交換が行なわ
れ、この加熱された車室内空気がブロアによって車室内
に送られ、車室内を急速に暖房することになる。

【００４３】つまり、コンプレッサ６により加圧された
高温高圧の冷媒を多量に用いて車室内を暖房することに
なるので、車室内空気の温度上昇は、極めて早く、即暖
性が向上することになる。

【００４４】そして、車室内が所望の温度になると、加
熱部材Ｈへの通電を停止すればよい。この加熱部材Ｈへ
の通電を停止により、感温筒Ｋ2 は、周辺温度に対応す
る状態となり、開度制御部材Ｋ内の作動流体の圧力も次
第に低下し、膨脹弁EXb の開度も次第に絞られ、回路中
に循環している冷媒量も絞られ、エバポレータ１b の出
口配管Ｐa における温度に対応した通常制御となる。

【００４５】本実施の形態では、前席に対する暖房は、
エンジン冷却水の温度上昇を待って行なうことになる
が、前述のように後席ユニットＵb においては、暖房が
開始されていることになるので、エンジン冷却水の温度
が上昇する暫くの間でも、前席乗員も後席ユニットＵb
による即暖性の向上による恩恵に浴することができ、寒
さを凌げる。

【００４６】そして、エンジン冷却水の温度が上昇する
と、大熱量のエンジン冷却水がヒータコア３a に導か
れ、所望の温度の空気が前席にも吹き出されることにな
る。

【００４７】上述した実施の形態は、後席ユニットＵb
のみを即暖性のよい暖房運転を行なうようにしたもので
あるが、本発明は、これのみに限定されるものではな
く、すべての電磁弁８a 〜d を「開状態」とし、加熱部
材Ｈに電流を流し、これにより感温筒Ｋ1 ，Ｋ2 を加熱
し、膨脹弁EXa ，EXb の弁開度を強制的に開け、前席ユ
ニットＵa のエバポレータ１a にも、また後席ユニット
Ｕb のエバポレータ１b及びコンデンサ４b にも高温高
圧の冷媒を導き、前席ユニットＵa と後席ユニットＵb
を同時に暖房するようにしても良い。

【００４８】また、本発明は、図５に示すような、外気
から熱を汲み上げ、これを車室内の暖房に使用するよう
にしたヒートポンプ式空気調和装置にも適用することも
できる。ここに示すものは、除湿機能を有していないヒ
ートポンプ式空気調和装置であるが、除湿機能を有する
自動車用ヒートポンプ式空気調和装置にも適用すること
ができる。

【００４９】図５に示すヒートポンプ式空気調和装置の
構成は、コンプレッサ６、冷媒の流れ方向（冷房時の場
合は破線矢印、暖房時の場合は実線矢印）を切換える切
換部材Ｖ（本実施の形態では四方弁を使用している）、
室内空気と冷媒とを熱交換し室内空気を冷却あるいは加
熱する第１熱交換器１（冷房時にはエバポレータとして
機能し、暖房時にはコンデンサとして機能する）、室内
側膨脹弁EX、リキッドタンクＬ、室外側膨脹弁EX、第２
熱交換器４（冷房時にはコンデンサとして機能し、暖房
時にはエバポレータとして機能する）を有し、これらを
配管Ｐ、３方コネクタ及び逆止弁Ｃを介して閉回路を構
成するように連結したものである。

【００５０】そして、暖房時に第１熱交換器１から冷媒
が流出する側となる出口配管Ｐa 及び暖房運転時に前記
第２熱交換器４から冷媒が流出する側となる出口配管Ｐ
a の温度を感知することにより膨脹弁EXの弁開度を制御
する開度制御部材Ｋ（感温筒Ｋ1 ，Ｋ2 ）に、該開度制
御部材Ｋを加熱して膨脹弁EXの弁開度を大きくする加熱
部材Ｈが取付けられている。

【００５１】この場合も、暖房時に加熱部材Ｈに電流を
流し、これにより感温筒Ｋ1 ，Ｋ2を加熱し、膨脹弁EX
の弁開度を強制的に開き、回路内の冷媒がコンプレッサ
６に帰還しやすくすれば、即暖性の向上を図ることがで
きる。

【００５２】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、請求
項毎に次のような効果を奏する。請求項１に記載の発明
によれば、暖房運転開始時に膨脹弁の絞り状態を強制的
に開放し、多量の冷媒をコンプレッサに帰還させて車室
内を暖房するようにしたので、運転開始直後から急速に
暖房できる。また、外気温が低い場合に生じる潤滑油中
の冷媒が起こすいわゆるフォーミングを防止でき、十分
な潤滑が可能となり、コンプレッサの摺動部に大きな負
担がかかることもなく、運転開始時のコンプレッサの潤
滑油不足も防止でき、コンプレッサの高速回転が可能に
なり、これによっても冷媒流量の増大による即暖性を向
上させることができる。

【００５３】請求項２に記載の発明によれば、開度制御
部材を感温筒により構成したので、従来からある自動車
用ヒートポンプ式空気調和装置にも簡単に装着すること
ができる。

【００５４】請求項３に記載の発明によれば、加熱部材
を正特性サーミスタにより構成したので、開度制御部材
の制御が簡単で正確に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の構成図である。

【図２】図１の要部を示す拡大説明図である。

【図３】図２の３−３線に沿う断面相当図である。

【図４】膨脹弁の断面図である。

【図５】本発明の他の実施の形態を示す構成図であ
る。

【符号の説明】

１，１a ，１b …第１熱交換器、４a …第２熱
交換器、６…コンプレッサ、８…
切換部材、EX…膨脹弁、Ｈ
…加熱部材、Ｋ…開度制御部材（感温筒Ｋ1 ，Ｋ2 ）、
Ｐ…配管、Ｐa …出口配管。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】コンプレッサ(6）、第１熱交換器(1a,1
b) 、膨脹弁(EX)及び第２熱交換器(4a)を配管(P）によ
り閉回路を構成するように接続し、前記第１熱交換器(1
a,1b) または第２熱交換器(4a)から冷媒が流出する側と
なる出口配管(Pa ）の温度を感知することにより前記膨
脹弁(EX)の開度を制御する開度制御部材(K）を有する自
動車用空気調和装置において、前記開度制御部材(K）
に、該開度制御部材(K）を加熱して前記膨脹弁(EX)の開
度を大きくする加熱部材(H) を添着したことを特徴とす
る自動車用空気調和装置。
【請求項２】前記開度制御部材(K）は、温度に応じて
内部に封止された作動流体が圧力変化する感温筒(K1 ,K
2)である請求項１に記載の自動車用空気調和装置。
【請求項３】前記加熱部材(H) は、前記感温筒(K1 ,K
2)に添着された正特性サーミスタである請求項１又は２
に記載の自動車用空気調和装置。