JP2005153711A - 車両用空調装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 可燃性冷媒の洩れに対する耐性を高め、且つ、万一、可燃性冷媒の洩れが生じても、その洩れ量を効果的に低減することができる車両用空調装置を提供する。
【解決手段】 車両用空調装置は、冷凍回路２の循環管路４に設けられ、膨脹弁１６及び蒸発器１８をバイパスし、冷媒タンク３２を備えたバイパス管路３０と、このバイパス管路３０に冷媒タンク３２の上流及び下流に介挿された入口及び出口電磁弁３４，３６とを備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、冷凍回路の冷媒として可燃性冷媒を使用した車両用空調装置に関する。

この種の車両用空調装置はフロンガスの代わりに可燃性冷媒を使用することから、環境負荷の低減に大きく貢献する。しかしながら、その冷凍回路から可燃性冷媒が万一洩れてしまうと、可燃性冷媒は引火する虞が大きいことから、その洩れ対策を考慮する必要がある。このため、冷凍回路からの冷媒の洩れがセンサにて検出されたときには、冷凍回路中の機器間に介挿された電磁弁を閉じて機器間を遮断するようにした車両用空調装置が開発されている（例えば、特許文献１，２）
特開平9-76741号公報 特開平9-104221号公報

前記公報に開示された車両用空調装置の場合、その電磁弁は何れも可燃性冷媒が洩れてから閉弁されるため、洩れの発生個所によっては可燃性冷媒の洩れ量を効果的に低減することができない。より詳しくは、通常、冷凍回路内は可燃性冷媒で満たされているので、車両用空調装置が運転中にあるか否かを問わず、可燃性冷媒は冷凍回路中の何れの個所からも洩れ出す可能性がある。

本発明は上述の事情に基づいてなされたもので、その目的とするところは、冷凍回路からの可燃性冷媒の洩れに対する耐性を高め、また、万一可燃性冷媒が洩れたとしても、その洩れ量を抑制することができる車両用空調装置を提供することにある。

上記の目的を達成するため、本発明の車両用空調装置は、可燃性冷媒の循環管路から分岐され、冷凍回路の膨脹弁及び蒸発器をバイパスするバイパス管路と、このパイパス管路に介挿され、可燃性冷媒を蓄え可能な冷媒タンクと、バイパス管路の冷媒タンクの上流及び下流にそれぞれ設けられ、バイパス管路を開閉する入口及び出口電磁弁とを備える（請求項１）。

上述した請求項１の車両用空調装置によれば、その運転停止時、つまり、冷凍回路の圧縮機の作動停止時、出口電磁弁を閉じた状態で、入口電磁弁は所定時間だけ開かれた後に閉じられ、そして、圧縮機の作動が実際に停止される。従って、凝縮器から膨脹弁に向かう液相の可燃性冷媒が開弁状態の入口電磁弁を通じて冷媒タンクに回収される。
一方、車両用空調装置の運転開始時にあっては、入口電磁弁を閉じた状態で、出口電磁弁が所定時間開かれた後に閉じられ、これにより、冷媒タンクから循環管路に可燃性冷媒が戻される。

好ましくは、本発明の車両用空調装置は冷媒タンクを外側から冷却する冷却器を更に備え（請求項２）、この場合、冷却器は、蒸発器からバイパス管路までの循環管路の一部により形成され、冷媒タンクを囲繞する冷却コイルからなる（請求項３）。
請求項２，３の車両用空調装置によれば、冷媒タンクにおける液相可燃性冷媒の回収容量が増加される。

更に、本発明の車両用空調装置は、冷凍回路の圧縮機の作動開始時及び作動終了時に入口及び出口電磁弁の開閉作動を制御し、冷媒タンク内に可燃性冷媒を回収する制御手段を更に含むことができる（請求項４）。
請求項４の車両用空調装置は、循環管路内の可燃性冷媒を冷媒タンクに自動的に回収する。

更に、制御手段は、冷凍回路から可燃性冷媒の洩れや、可燃性冷媒の圧力異常が発生したときにも入口及び出口電磁弁の開閉を制御し、冷媒タンク内に前記可燃性冷媒を回収するものであるのが望ましく（請求項５）、この場合の制御手段は、エンジンルーム内にて可燃性冷媒を検出するガスセンサ及び圧縮機からの可燃性冷媒の吐出圧を検出する圧力センサを含んでいる（請求項６）。

請求項５，６の車両用空調装置は、冷凍回路から可燃性冷媒が洩れたり、また、可燃性冷媒の圧力が異常であると、冷凍回路内の液相の可燃性冷媒が冷媒タンクに回収される。
更にまた、本発明の車両用空調装置は、冷媒タンクと出口電磁弁との間のバイパス管路の部位から分岐され、且つ、冷凍回路の膨脹弁と凝縮器との間の循環管路の部位に接続された補給管路と、この補給管路を開閉する補給電磁弁とを更に備えることができる（請求項７）。

請求項７の車両用空調装置によれば、冷媒タンクを冷凍回路のレシーバとしても使用可能である。

請求項１の車両用空調装置によれば、圧縮機の運転停止時には、冷凍回路内の液相の可燃性冷媒が冷媒タンクに回収され、そして、この冷媒タンクに保持されているから、冷凍回路内における可燃性冷媒の残存量は少ない。従って、冷凍回路からの可燃性冷媒の洩れに対する耐性が高まり、そして、万一可燃性冷媒の洩れが発生したとしても、その洩れ量の大幅な低減が可能となる。

請求項２，３の車両用空調装置によれば、冷媒タンク内に液相の可燃性冷媒を多量に回収することができるともに、その冷却器、つまり、冷却コイルを簡単に得ることができる。
請求項４の車両空調装置によれば、冷媒タンクへの可燃性冷媒の回収を自動的に行うことができる。

請求項５，６の車両空調装置によれば、可燃性冷媒に洩れや圧力異常が発生した場合にでも、冷凍回路内の液相の可燃性冷媒を冷媒タンクに自動的に回収でき、請求項７の車両用空調装置によれば、冷媒タンクを冷凍回路のレシーバとしても利用可能となる。

図１は車両用空調装置を示し、この空調装置は冷凍回路２を含んでいる。
冷凍回路２はプロパンガスやＲ１５２ａ等の可燃性冷媒（以下、単に冷媒と称す）の循環管路４を有し、冷媒は循環管路４を通じて循環可能である。より詳しくは、循環管路４はその大部分が車両のエンジンルーム６に配置されているが、その一部はグローブボックス８にも延びており、グローブボックス８はエンジンルーム６と車室１０との間を区画する。

循環経路４には上流側から圧縮機１２、凝縮器１４、膨脹弁１６及び蒸発器１８が順次介挿されている。圧縮機１２、凝縮器１４及び膨脹弁１６はエンジンルーム６内に配置され、蒸発器１８はグローブボックス８内に配置されている。なお、膨脹弁１６は蒸発器１８の直上流、つまり、グローブボックス８の近傍に配置されている。
圧縮機１２は電磁クラッチ２０及び動力伝達経路２２を介してエンジン２４に接続され、このエンジン２４からの動力を受けて作動される。動力伝達経路２２は圧縮機１２の駆動軸及びエンジン２４の出力軸にそれぞれ取付けられたプーリ２６と、これらプーリ２６間に掛け回された駆動ベルト２８からなる。

圧縮機１２が作動されると、圧縮機１２は冷媒を圧縮し、高温・高圧の冷媒を凝縮器１４に供給する。この凝縮器１４にて冷媒は凝縮され、液相の冷媒が膨脹弁１６を通じて蒸発器１８に供給される。蒸発器１８内にて液相の冷媒が気化し、この際の気化熱により蒸発器１８の周囲の空気が冷却される。従って、図示しない送風ファンが蒸発器１８側から車室１０内に空気を送風することにより、車室内を冷房することができる。

なお、気化した冷媒は蒸発器１８から圧縮機１２に戻り、そして、圧縮機１２により再度圧縮され、循環管路４を上述した如く循環する。
循環管路４の上流側、即ち、凝縮器１４と膨脹弁１６との間からはバイパス管路３０が分岐され、このバイパス管路３０は膨脹弁１６及び蒸発器１８をバイパスして循環管路４の下流側、即ち、蒸発器１８と圧縮機１２との間に接続されている。

バイパス管路３０には冷媒タンク３２が介挿されており、この冷媒タンク３２は凝縮器１４及び膨脹弁１６よりも低い位置に配置されている。そして、バイパス管路３０には冷媒タンク３２の上流側及び下流側に位置して常閉の入口電磁弁３４及び出口電磁弁３６がそれぞれ介挿されている。
更に、図１から明らかなように循環管路４の下流側の部位、つまり、蒸発器１８とバイパス管路３０が合流する合流位置との間の部位は冷媒タンク３２をコイル状に囲繞し、冷媒タンク３２のための冷却コイル３８を形成している。

上述した入口及び出口電磁弁３４，３６はコントローラ４０の出力ポートにそれぞれ電気的に接続され、コントローラ４０からの指令信号を受けて開閉される。つまり、コントローラ４０は入口及び出口弁３４，３６の開閉を制御する。この開閉制御のため、コントローラ４０の入力ポートにはエンジン２４のエンジンキースイッチ（ＳＷ）４２、空調装置の作動スイッチいわゆるエアコンスイッチ（ＳＷ）４４、冷媒を検出するガスセンサ４６及び冷媒の圧力を検出する圧力センサ４８が電気的に接続され、これらスイッチ及びセンサからの信号がコントローラ４０に供給される。

この実施例の場合、ガスセンサ４６はエンジンルーム６内に複数個所に設置されているが、車室１０内の複数箇所にも併せて設置することができる。圧力センサ４８は圧縮機１２の吐出口の近傍に配置され、圧縮機１２からの冷媒の吐出圧を検出する。
更に、コントローラ４０の出力ポートには前述した圧縮機１２の電磁クラッチ２０や、表示装置５０にも電気的に接続されている。この表示装置５０は例えばＬＥＤ等の表示灯からなり、車室１０のインストルメントパネル（図示しない）に配置される。

図２は、コントローラ４０にて実行される入口及び出口電磁弁３４，３６の開閉制御ルーチンを示し、この制御ルーチンを以下に説明する。
先ず、コントローラ４０は、エンジンキースイッチ４２がオンであるか否か（ステップＳ２）、そして、エアコンスイッチ４４がオンであるか否か（ステップＳ４）を順次判別する。これらステップＳ２,Ｓ４の判別結果が共に真(Yes)である場合、コントローラ４０は圧縮機１２の電磁クラッチ２０を繋ぎ、圧縮機１２を作動させる（ステップＳ６）。

この後、コントローラ４０は冷媒の洩れや、その圧力が異常であるか否か（ステップＳ８）を判別し、ここでの判別は、ガスセンサ４６及び圧力センサ４８からの検出信号に基づいて実施される。具体的には、コントローラ４０は圧力センサ４８により検出した冷媒の吐出圧が許容レベルよりも高いとき、圧力異常であると判定する。
ステップＳ８の判別結果が偽(No)であって、空調装置が正常に機能している場合、コントローラ４０は出口電磁弁３６を開き（ステップＳ１０）、この開弁状態を所定時間Ｔ_S（例えば数秒）の間維持した後（ステップＳ１２）、出口電磁弁３６を閉じる。

出口電磁弁３６が開かれると、冷媒タンク３２内の冷媒が循環管路４の下流側、つまり、圧縮機１２に向けて供給され、前述したように冷媒が循環管路４を通じて循環する。
一方、前述したステップＳ２，Ｓ４の何れの判別結果が偽になると、コントローラ４０は表示装置５０にて、冷媒の回収を示す表示灯を点灯させ（ステップＳ１６）、入口電磁弁３４を開く（ステップＳ１８）。入口電磁弁３４の開弁状態は所定時間Ｔ_E（例えば数秒）だけ維持され（ステップＳ２０）、この後、コントローラ４０は入口電磁弁３４を閉じ（ステップＳ２２）、そして、電磁クラッチ２０を断って圧縮機１２の作動を停止する（ステップＳ２４）。

また、ステップＳ８の判別結果が真になると、コントローラ４０は表示装置５０にて、空調装置の故障を示す表示灯を点灯させた後（ステップＳ２６）、上述したステップＳ１８〜Ｓ２４を同様にして実行する。
上述の説明から明らかなように、エンジン２４や空調装置の作動停止時、並びに、冷媒洩れや冷媒の吐出圧が異常な高圧となった場合、圧縮機１２が作動停止される前に、入口電磁弁３４が開かれるので、凝縮器１４から膨脹弁１６に至る循環管路４の上流側部分にある液相の冷媒は入口電磁弁３４を通じて冷媒タンク３２内に流入し、この結果、冷凍回路２内の大半の冷媒が冷媒タンク３２に自動的に回収される。なお、冷媒の回収後、入口電磁弁３４は閉じられているので、回収した冷媒が入口電磁弁３４を通じて逆流、つまり、流出することはない。

また、循環管路４の一部が冷媒タンク３２を囲繞する冷却コイル３８として形成されているので、空調装置の運転中、冷媒タンク３２は容易且つ簡単にして冷却コイル３８により効果的に冷却され、その冷媒の回収容量は高い。なお、冷媒タンク３２内の圧力は凝縮器１４から膨脹弁１６までの高圧側の循環管路４内の圧力と、蒸発器１８から圧縮機１２までの低圧側の循環管路４内の圧力との間の中間となる。

上述したように空調装置の運転停止時には、冷凍回路２内の大半の冷媒が冷媒タンク３２に自動的に回収されているので、この状態にあるときに冷凍回路２が損傷を受けても、冷凍回路２から洩れる冷媒は少なく、この結果、冷媒の洩れに対する冷凍回路２の耐性を高めることができ、車室１０内への冷媒の流入を確実に防止することができる。
また、冷媒タンク３２への冷媒の回収は、空調装置の運転停止時のみならず、冷媒の洩れが発生したり、また、圧縮機１２からの冷媒の吐出圧が異常に高くなった場合にも同様にして直ちに実施されるから、エンジンルーム６や車室１０内への冷媒の洩れを最大限低減することができるばかりでなく、空調装置の損壊をも未然に防止可能となる。

本発明は上述した一実施例に制約されるものではなく、種々の変更が可能である。
例えば、冷媒タンク３２の冷却器としては、前述した冷却コイル３８に限らず、冷媒タンク３２の近傍にサブ蒸発器及び冷却ファンを備えた冷却器を配置してもよい。また、圧縮機１２はエンジン２４により作動されるものに限らず、電動モータにより作動されるものであってもよい。

更に、図１中に２点鎖線で示されるように、パイパス管路３０の冷媒タンク３２と出口電磁弁３６との間から補給管路５２を更に分岐させて、この補給管路５２を膨脹弁１６の直上流にて循環管路４に接続し、そして、補給管路５２に開閉型又は調量型の補給電磁弁５４を介挿させてよい。この場合、空調装置の運転中、冷媒タンク３２を冷媒のレシーバとして使用することも可能である。

一実施例に係る車両用空調装置を示した概略図である。 図１のコントローラにて実行される入口及び出口電磁弁の制御ルーチンを示したフローチャートである。

符号の説明

２ 冷凍回路
４ 循環管路
１２ 圧縮機
１４ 凝縮器
１６ 膨脹弁
１８ 蒸発器
３０ バイパス管路
３２ 冷媒タンク
３４ 入口電磁弁
３６ 出口電磁弁
４０ コントローラ
４６ ガスセンサ
４８ 圧力センサ
５２ 補給管路
５４ 補給電磁弁

Claims (7)

1. 可燃性冷媒の循環管路に圧縮機、凝縮器、膨脹弁及び蒸発器を順次介挿した冷凍回路を備え、前記圧縮機及び凝縮器が車両のエンジンルーム内に配置され、前記蒸発器にて冷却した空気を前記車両の車室内に供給する車両用空調装置において、
   前記循環管路から分岐され、前記膨脹弁及び前記蒸発器をバイパスするバイパス管路と、
   前記パイパス管路に介挿され、前記可燃性冷媒を蓄え可能な冷媒タンクと、
   前記バイパス管路の前記冷媒タンクの上流及び下流にそれぞれ設けられ、前記バイパス管路を開閉する入口及び出口電磁弁と
   具備したことを特徴とする車両用空調装置。
2. 前記冷媒タンクを外側から冷却する冷却器を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の車両用空調装置。
3. 前記冷却器は、前記蒸発器から前記バイパス管路までの循環管路の一部により形成され、前記冷媒タンクを囲繞する冷却コイルからなることを特徴とする請求項２に記載の車両用空調装置。
4. 前記圧縮機の作動開始時及び作動終了時に前記入口及び出口電磁弁の開閉作動を制御し、前記冷媒タンク内に前記可燃性冷媒を回収する制御手段を更に含むことを特徴とする請求項１〜３の何れに記載の車両用空調装置。
5. 前記制御手段は、前記冷凍回路からの前記可燃性冷媒の洩れ及び前記可燃性冷媒の圧力異常のうちの少なくとも一方が発生したときにも前記入口及び出口電磁弁の開閉を制御して前記冷媒タンク内に前記可燃性冷媒を回収することを特徴とする請求項４に記載の車両用空調装置。
6. 前記制御手段は、前記エンジンルーム内にて前記可燃性冷媒を検出するガスセンサ及び前記圧縮機からの前記可燃性冷媒の吐出圧を検出する圧力センサを含むことを特徴とする請求項５に記載の車両用空調装置。
7. 前記冷媒タンクと出口電磁弁との間の前記バイパス管路の部位から分岐され、且つ、前記膨脹弁と前記凝縮器との間の前記循環管路の部位に接続された補給管路と、前記補給管路を開閉する補給電磁弁とを更に具備したことを特徴とする請求項３に記載の車両用空調装置。

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