JP3323952B2

JP3323952B2 - 車両用空気調和装置

Info

Publication number: JP3323952B2
Application number: JP16011993A
Authority: JP
Inventors: 伸彦鈴木
Original assignee: Zexel Valeo Climate Control Corp
Current assignee: Valeo Thermal Systems Japan Corp
Priority date: 1993-06-04
Filing date: 1993-06-04
Publication date: 2002-09-09
Anticipated expiration: 2017-09-09
Also published as: JPH06344758A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、電気自動車等の車両
に利用される空気調和装置、特にコンプレッサから流出
した冷媒を、冷房運転時においては、少なくとも空調ダ
クト外の第３熱交換器、空調ダクト内の第２熱交換器、
膨張弁、空調ダクト内の第１熱交換器の順で循環させ、
暖房運転時においては、第３熱交換器をバイパスして循
環させるようにした冷暖房サイクルを有する空気調和装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】電気自動車用の空気調和装置としては、
例えば特開昭５９─４９４３９号公報や実公昭６２─１
８４８４号公報等に示されるヒートポンプ式の空気調和
装置を利用することが考えられるが、近年においては、
空調ダクトのエバポレータ（第１熱交換器）の下流にサ
ブコンデンサ（第２熱交換器）を設け、メインコンデン
サ（第３熱交換器）の流入側に設けられた三方弁の切り
換えによって、コンプレッサから流出した冷媒を、冷房
運転時には第３熱交換器、第２熱交換器、膨張弁、第１
熱交換器、コンプレッサの順で循環させ、暖房運転時に
は第３熱交換器をバイパスさせて、第２熱交換器、膨張
弁、第１熱交換器、コンプレッサの順で循環させるよう
にした新システムが考えられている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このような新システム
においては、図４に示されるように、エアミックスドア
の開度を第２熱交換器の通風量が大きくなるように変化
させていけば（エアミックスドアの開度を大きくすれ
ば）、第１熱交換器直後の空気温度や第２熱交換器直後
の空気温度が低くなる特性があり、逆に、エアミックス
ドアの開度を第２熱交換器の通風量が小さくなるように
変化させていけば（エアミックスドアの開度を小さくす
れば）、第１熱交換器直後の空気温度や第２熱交換器直
後の空気温度が高くなる特性を有している。

【０００４】このためエアミックスドアの開度をもって
第１熱交換器の凍結を防ぐためには、エアミックスドア
を第２熱交換器の通風量が小さくなるように（エアミッ
クスドアの開度が小さくなるように）移動させる必要が
あるが、このように第２熱交換器の通風量を小さくして
いくと、高圧側の圧力が上昇し、この高圧側の圧力が上
昇しすぎるとカットオフスイッチが作動してコンプレッ
サが停止してしまう恐れがある。電気自動車において
は、コンプレッサを稼働させる電動機の起動トルクが小
さいので、一旦コンプレッサを停止させると高圧側と低
圧側との圧力差がなくなるまで再起動できなくなる不都
合が生じる。特に、膨張弁として感温式のものを用いる
場合には、サイクルの停止に伴って膨張弁が完全に閉じ
てしまうので、サイクルを再び稼働させて高低圧のバラ
ンスをとるまでに時間がかかることが懸念される。

【０００５】また、コンプレッサの回転数をもって第１
熱交換器の凍結を防ぐことも考えられるが、冷房負荷が
小さい冷房運転時においては、コンプレッサの回転数が
小さい場合でも凍結の恐れがあり、コンプレッサを最小
回転数にしても凍結が回避できない場合には、コンプレ
ッサを停止するしかなかった。コンプレッサを停止させ
ることは、上述した不都合を招くものである。また、暖
房運転時においても、暖房能力が必要な時ほど第１熱交
換器は凍結しやすく、この場合にコンプレッサの回転数
を下げたり、コンプレッサを停止すると必要暖房能力が
得られなくなる欠点がある。

【０００６】そこで、この発明においては、コンプレッ
サを停止させることなく熱交換器の凍結防止を図り、ま
た、コンプレッサの停止直後においても速やかに再起動
させることができるサイクル構成を備えた車両用空気調
和装置を提供することを課題としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】しかして、この発明の要
旨とするところは、空調ダクト内に第１熱交換器と、エ
アミックスドアで通風量が調節される第２熱交換器とを
配置し、コンプレッサ、空調ダクト外に配された第３熱
交換器、前記第２熱交換器、膨張弁、及び前記第１熱交
換器を少なくともこの順で接続し、暖房運転時には前記
コンプレッサから供給される冷媒を前記第３熱交換器を
バイパスして循環させる冷暖房サイクルを有し、前記コ
ンプレッサの吐出側と前記第１熱交換器の流入側とを連
通するホットバイパス通路を設け、このホットバイパス
通路を開閉弁で開閉するようにしたことにある。

【０００８】

【作用】したがって、暖房運転時においては、コンプレ
ッサから吐出した冷媒が、第３熱交換器をバイパスして
第２熱交換器に入り、この第２熱交換器でのみ放熱され
る。そして、第２熱交換器で放熱された冷媒は、その後
膨張弁で減圧され、第１熱交換器で空調ダクト内の空気
から吸熱し、コンプレッサに戻される。この場合のエア
ミックスドアの開度は、１００％（第２熱交換器の通風
量を最大とした状態）ないしは中間位置に設定される。
そして、このような暖房サイクルにより、空調ダクトの
上流から送られる空気は、一旦第１熱交換器で冷却さ
れ、その全部または一部が第２熱交換器で加熱されて、
車室内に供給される。

【０００９】この際、第１熱交換器の凍結を防ぐために
エアミックスドアの開度を小さくすると、高圧側の圧力
が高まりすぎてコンプレッサが停止してしまうことが心
配されるが、ホットバイパス通路を開とすることで、高
温、高圧の熱交換媒体が第一熱交換器に直接導かれ、サ
イクルの停止が防げると共に、第１熱交換器の凍結が回
避される。

【００１０】また、冷房運転時においては、コンプレッ
サから吐出した冷媒が、第３熱交換器で放熱され、第２
熱交換器を介して膨張弁に至り、膨張弁で減圧されて第
１熱交換器で空調ダクト内の空気から吸熱し、コンプレ
ッサに戻される。この場合のエアミックスドアの開度
は、０％（第２熱交換器の通風量を最小とした状態）な
いしは中間位置に設定される。そして、このような冷房
サイクルにより、空調ダクトの上流から送られる空気
は、一端第１熱交換器で冷却され、エアミックスドアの
開度が０％であれば全部が第２熱交換器をバイパスし、
中間位置であれば、一部がリヒートされて車室内に供給
される。

【００１１】冷房負荷の小さい中間期等においては、コ
ンプレッサの回転数が低くても第１熱交換器が凍結限界
温度を下回る恐れがあり、この場合にコンプレッサの回
転数をいきおい低くすると、制御不能となる心配がある
が、ホットバイパス通路を開とすることで、高温、高圧
の熱交換媒体が第１熱交換器に直接導かれ、第１熱交換
器の凍結の恐れが回避される。

【００１２】さらに、稼働していたコンプレッサが停止
した直後にあっては、高圧側と低圧側との圧力差が大き
いが、この状態で再びコンプレッサを起動させる場合に
ホットバイパス通路を開ければ、圧力差がなくなるアン
ロード状態となり、コンプレッサの起動トルクが小さく
ても速やかに起動させることができる。

【００１３】

【実施例】以下、この発明の実施例を図面により説明す
る。

【００１４】図１において、この発明に係る空気調和装
置が示され、空気調和装置１は、例えば電気自動車に搭
載されるもので、空調ダクト２の最上流側にインテーク
装置が設けられ、このインテーク装置を介して送風機の
回転により吸引された空気は、エバポレータ（第１熱交
換器）３およびサブコンデンサ（第２熱交換器）４に送
られ、ここで熱交換されるようになっている。第２熱交
換器４は、第１熱交換器３よりも下流側に配置され、そ
こを通過する空気とバイパスする空気との割合をエアミ
ックスドア５の開度をアクチュエータ６で調節すること
によって可変できるようになっている。

【００１５】尚、エアミックスドア５は、開度０％で破
線で示すα位置にあり、第２熱交換器４の通風量が最小
となり、開度１００％で実線で示すβ位置にあり、第２
熱交換器４の通風量が最大となる。

【００１６】そして、空調ダクト２の最下流側は、デフ
ロスト吹出口、ベント吹出口、およびヒート吹出口に分
かれて車室に開口し、その分かれた部分にモードドアが
設けられ、このモードドアを操作することで吹出モード
が切り換えられるようになっている。

【００１７】前記第２熱交換器４の流出側は、リキッド
タンク７及び膨張弁８を介して第１熱交換器３の流入側
に接続され、第１熱交換器３の流出側は、アキュムレー
タ９を介してコンプレッサ１０の吸入側に配管接続され
ている。また、コンプレッサ１０の吐出側は電磁弁（第
１開閉弁）１１を介してメインコンデンサ（第３熱交換
器）１２の流入側に接続され、第３熱交換器１２の流出
側は、逆止弁１４を介して第２熱交換器４の流入側に接
続されている。

【００１８】更に、コンプレッサ１０の吐出側と逆止弁
１４の流出側との間には、電磁弁（第２開閉弁）１５に
て開閉され、第３熱交換器１２をバイパスするバイパス
通路１６が配管接続され、また、コンプレッサ１０の吐
出側と膨張弁８の流出側との間には、電磁弁（第３開閉
弁）１７にて開閉されるホットバイパス通路１８が配管
接続されている。

【００１９】しかして、第１乃至第３開閉弁１１，１
５，１７の開閉制御により、コンプレッサ１０から吐出
した冷媒を第３熱交換器１２、逆止弁１４、第２熱交換
器４、リキッドタンク７、膨張弁８、第１熱交換器３、
アキュムレータ９の順で循環させる第１経路と、第３熱
交換器１２をバイパスして第２熱交換器４、リキッドタ
ンク７、膨張弁８、第１熱交換器３、アキュムレータ８
の順で循環させる第２経路と、コンプレッサ１０から吐
出した冷媒を直接第１熱交換器３に導き、アキュムレー
タ９を介してコンプレッサ１０に戻す第３経路とに切り
換えれるようになっている。

【００２０】２０は第１熱交換器３直後の吹出温度（ｔ
ｅ）を検出するエバ温度センサであり、このセンサの出
力信号は、コントロールユニット２１に入力される。こ
のコントロールユニット２１は、図示しない中央演算処
理装置（ＣＰＵ）、読出専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダ
ムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、入出力ポート（Ｉ／Ｏ）
等よりなるもので、前記センサ２０を含む制御上の種々
の信号が入力され、所定のプログラムにしたがって各信
号を処理し、開閉弁１１，１５，１７を開閉制御すると
共に、コンプレッサ１０の駆動用電動機２２やアクチュ
エータ６に駆動回路２３，２４を介して制御信号を出力
し、コンプレッサ１０の吐出能力、エアミックスドア５
の開度を制御するようになっている。

【００２１】図２において、上記コントロールユニット
２１による冷暖房制御作動例がフローチャートとして示
され、以下このフローチャートに基づいて制御作動例を
説明する。

【００２２】コントロールユニット２１は、コンプレッ
サ１０が稼働して空調制御が開始されるとステップ５０
に進み、このステップ５０において空調制御が冷房制御
であるか暖房制御であるかを判定する。ステップ５０に
おいて、暖房制御が開始されたと判定された場合には、
ステップ５２へ進み、第１開閉弁１１を閉、第２開閉弁
１５を開とし、第２経路への冷媒の流れを許容し、第１
経路を遮断する。また、ステップ５０において、冷房制
御が開始されたと判定された場合には、ステップ５４へ
進み、第１開閉弁１１を開、第２開閉弁１５を閉とし、
第１経路への冷媒の流れを許容し、第２経路を遮断す
る。そして、ステップ５６において、第１熱交換器３の
凍結防止処理とコンプレッサ１０の再起動時処理が実行
される。

【００２３】ステップ５６の具体的処理例が図３に示さ
れ、以下これについて説明すると、ステップ６０及び６
２において、第１熱交換器３直後の吹出温度（ｔｅ）
が、２°Ｃより大きいか、０°Ｃより小さいか、０°Ｃ
〜２°Ｃの範囲内にあるか否かを判定する。ｔｅが２°
Ｃより大きい場合には、第１熱交換器３の凍結の恐れが
ないので、ステップ６４へ進み、第３開閉弁１７を閉じ
てホットバイパス通路１８を遮断する。これに対してｔ
ｅが０°Ｃより小さい場合には、第１熱交換器の凍結の
恐れがあるので、ステップ６６へ進み、第３開閉弁１７
を開いてホットバイパス通路１８を開き、コンプレッサ
１０から吐出した冷媒の一部をこのホットバイパス通路
１８に導く。また、ｔｅが０°Ｃ〜２°Ｃの範囲内にあ
る場合には、現状のサイクル状態を維持する。そして、
次のステップ６８においては、コンプレッサ１０が一時
的に停止した後に再起動する要請があるか否かを判定
し、再起動する要請がある場合には、ステップ７０へ進
み、第３の開閉弁１７を開いて高圧側と低圧側との圧力
差を無くし（アンロード状態とし）、コンプレッサ１０
の回転を保証する。

【００２４】したがって、暖房制御時においては、エア
ミックスドア５の開度を小さくすれば第１熱交換器３の
吹出温度（Ｔｅ）が上昇する特性を有しているので、エ
アミックスドア５の開度を小さくすることで第１熱交換
器３の吹出温度を凍結限界温度より大きくすることがで
きるが、エアミックスドア５の開度が小さくなると、高
圧側の圧力が上昇してカットオフスイッチが作動し、コ
ンプレッサ１０が停止してしまう恐れがある。しかし、
第１熱交換器３の吹出温度が０°Ｃより小さくなると第
３経路（ホットバイパス通路１８）が開となるので、コ
ンプレッサ１０から吐出した高温、高圧冷媒が直接第１
熱交換器３に導かれるので、コンプレッサ１０を停止さ
せることなく第１熱交換器３の凍結を防ぐことができ
る。

【００２５】また、冷房制御時においては、冷房負荷が
小さい場合にはコンプレッサ１０の回転数を抑えて冷媒
の流量を少なくし、第１熱交換器３の凍結を防ぐことも
考えられるが、コンプレッサ１０は回転数が限界値を越
えて下回ると制御不能に陥る恐れがある。しかし、第１
熱交換器３の吹出温度が０°Ｃより小さくなると、同様
に第３経路（ホットバイパス通路１８）が開となるの
で、コンプレッサ１０から吐出した高温、高圧冷媒が直
接第１熱交換器３に導かれて、コンプレッサ１０を必要
以上に低回転させることなく第１熱交換器３の凍結を防
ぐことができる。

【００２６】さらに、コンプレッサ１０が一時的に停止
し、時間を置かずに再稼働するような場合には、高圧側
と低圧側との圧力差がまだ残っているので、コンプレッ
サ１０の再起動の要請にもかかわらず、コンプレッサ１
０の電動機２２の起動トルクが小さいために回転しない
事態が予想されるが、本発明によれば、再起動する要請
がある場合には、第３の開閉弁１７を開いてアンロード
状態とするので、コンプレッサ１０を難なく回転させる
ことができる。

【００２７】

【発明の効果】以上述べたように、この発明によれば、
コンプレッサから流出した冷媒を、冷房運転時において
は、少なくとも第３熱交換器、第２熱交換器、膨張弁、
第１熱交換器の順で循環させ、暖房運転時においては、
第３熱交換器をバイパスして循環させるようにした冷暖
房サイクルを有する空気調和装置において、コンプレッ
サの吐出側と第１熱交換器の流入側とを連通するホット
バイパス通路を設け、必要によりこの通路を開閉させる
ようにするので、コンプレッサを停止させずに第１熱交
換器の凍結を防止することができる。

【００２８】また、コンプレッサが例え停止しても、再
起動時にホットバイパス通路を開ければ、アンロード状
態が構成されて高圧側と低圧側との圧力差を無くし、コ
ンプレッサの回転トルクが小さい場合でも、速やかに起
動させることができるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係る車両用空気調和装置の実施例を
示す構成図である。

【図２】及び

【図３】コントロールユニットによる空調制御作動例を
示すフローチャートである。

【図４】エアミックスドアの開度に対するエバポレータ
（第１熱交換器）の吹出温度、及びサブコンデンサ（第
２熱交換器）の吹出温度特性を示す線図である。

【符号の説明】

１空気調和装置２空調ダクト３第１熱交換器４第２熱交換器５エアミックスドア８膨張弁１０コンプレッサ１１第１開閉弁１２第３熱交換器１５第２開閉弁１７第３開閉弁１８ホットバイパス通路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平４−254212（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−103727（ＪＰ，Ａ) 特開平３−164667（ＪＰ，Ａ) 特開平４−278154（ＪＰ，Ａ) 特開昭59−49439（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−18484（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B60H 1/00 - 1/34

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】空調ダクト内に第１熱交換器と、エアミ
ックスドアで通風量が調節される第２熱交換器とを配置
し、コンプレッサ、空調ダクト外に配された第３熱交換
器、前記第２熱交換器、膨張弁、及び前記第１熱交換器
を少なくともこの順で接続し、暖房運転時には前記コン
プレッサから供給される冷媒を前記第３熱交換器をバイ
パスして循環させる冷暖房サイクルを有し、前記コンプ
レッサの吐出側と前記第１熱交換器の流入側とを連通す
るホットバイパス通路を設け、このホットバイパス通路
を開閉弁で開閉するようにしたことを特徴とする車両用
空気調和装置。