JPH11159911A

JPH11159911A - 冷凍サイクル装置

Info

Publication number: JPH11159911A
Application number: JP9328998A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Ishikawa; 石川　　浩; Kunio Iritani; 邦夫入谷; Seiji Ito; 誠司伊藤; Katsuya Tanaka; 勝也田中
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1997-11-28
Filing date: 1997-11-28
Publication date: 1999-06-15

Abstract

(57)【要約】【課題】室内側熱交換器として冷房用の蒸発器および
暖房用の凝縮器をそれぞれ独立に備えて、除湿暖房が可
能な冷凍サイクル装置において、冷房運転から暖房運転
への移行時期における圧縮機へのオイル戻りを良好にす
る。【解決手段】暖房モードの起動時に、蒸発器の寝込み
オイルの排出モードの必要性を外気温に基づいて判定
（ステップＳ１０４）し、このオイル排出モードが必要
であると判定されたときは、ステップＳ１０５でオイル
排出モードを設定する。このモードでは、圧縮機の吐出
ガス冷媒を凝縮器で凝縮させた後に、減圧手段、室外熱
交換器および蒸発器を通過させて、圧縮機に吸入させ
る。これにより冷房用の蒸発器から潤滑オイルを排出す
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、除湿暖房が可能な
ヒートポンプシステムを構成する冷凍サイクル装置に関
するもので、電気自動車用の空調装置として好適なもの
である。

【０００２】

【従来の技術】本出願人においては、先に、特開平９−
３９５５０号公報、特開平９−８６１４９号公報、特開
平９−６６７３６号公報において、電気自動車等の車両
用空調装置用として、除湿暖房が可能なヒートポンプシ
ステムを構成するものを提案している。

【０００３】これらの従来技術においては、室内側熱交
換器として、冷房用の蒸発器と暖房用の凝縮器の２つの
熱交換器を配置することにより、冷房用の蒸発器で一旦
冷却された空気を暖房用の凝縮器で再加熱することによ
り、除湿暖房の機能を実現している。また、上記のごと
く冷房専用の蒸発器および暖房専用の凝縮器をそれぞれ
独立に備えることにより、冷房モードから暖房モードに
切替えた場合に凝縮水の急激な蒸発による窓ガラスの曇
りが発生しないようにしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記従来技
術において、春、秋のような中間シーズンでは、冷房熱
負荷が小さいので、冷房モードで運転していると、電動
式圧縮機は冷房能力抑制のために低回転で運転される。
これにより、サイクル内の潤滑オイルを含む液冷媒が蒸
発器内に寝込むという現象が生じる。

【０００５】そして、このような冷媒寝込み状態におい
て、冷房モードから暖房モードへ移行すると、冷房用の
蒸発器が冷媒流路から切り離され、冷房用の蒸発器に冷
媒が流れないようになるので、暖房運転に切り替わった
際に、冷房用の蒸発器内の潤滑オイルを含む液冷媒が排
出されることなく、ほとんど、蒸発器内に寝込んだまま
となる。その結果、圧縮機内に還流するオイル量が不足
し、圧縮機の潤滑不良を招き、圧縮機の耐久性等に悪影
響を及ぼす。

【０００６】本発明は上記点に鑑みてなされたもので、
室内側熱交換器として冷房用の蒸発器および暖房用の凝
縮器をそれぞれ独立に備えて、除湿暖房が可能なヒート
ポンプシステムを構成する冷凍サイクル装置において、
冷房運転から暖房運転への移行時期における圧縮機への
オイル戻りを良好にすることを目的とする。また、本発
明は、冷房用蒸発器内の寝込みオイルの排出モードを、
暖房フィーリングの悪化を抑制しながら実行できるよう
にすることを他の目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１〜５記載の発明では、空調空気を室内へ向
けて通過させる空調空気通路（２）の空気上流側に、空
調空気を冷却する蒸発器（１１）を配置し、空調空気通
路（２）において蒸発器（１１）の空気下流側に、空調
空気を加熱する凝縮器（１２）を配置し、蒸発器（１
１）の冷却作用による冷房モード、凝縮器（１２）の放
熱作用による暖房モード、および蒸発器（１１）の冷却
作用により冷却した空気を凝縮器（１２）の放熱作用に
より再加熱する除湿モードが設定可能な冷凍サイクル装
置において、暖房モードの起動時に、蒸発器（１１）の
寝込みオイルを排出するためのオイル排出モードの必要
性を判定し、このオイル排出モードが必要であると判定
されたときは、圧縮機（２２）の吐出ガス冷媒を凝縮器
（１２）で凝縮させた後に、減圧手段（２６、２７、３
３、３５）、室外熱交換器（２４）および蒸発器（１
１）を通過させて、圧縮機（２２）に吸入させるオイル
排出モードを設定し、このオイル排出モードを所定時間
実行した後に、暖房モードを設定することを特徴として
いる。

【０００８】なお、オイル排出モードの必要性を判定す
る判定手段は、具体的には、図８、１１におけるステッ
プ（Ｓ１０４）により構成することができ、また、オイ
ル排出モードの設定手段は、具体的には、図８における
ステップ（Ｓ１０５）または図１１におけるステップ
（Ｓ１０５′）で構成することができ、また、暖房モー
ドの設定手段は、具体的には、図８、１１におけるステ
ップ（Ｓ１０７）により構成することができる。

【０００９】請求項１〜５記載の発明によると、暖房モ
ードの起動時にオイル排出モードの必要性があるとき
は、オイル排出モードを設定して、暖房モードであって
も、蒸発器（１１）を通過する経路で冷媒を流して、冷
房時に蒸発器（１１）に寝込んでいた、潤滑オイルを含
む液冷媒を排出することができる。その結果、冷房運転
から暖房運転への移行時期における圧縮機へのオイル戻
りを良好にすることができ、圧縮機の潤滑不足を解消で
きる。

【００１０】しかも、暖房起動時のオイル排出モードに
おいて、室外熱交換器（２４）と蒸発器（１１）の両方
に冷媒を流すことにより、蒸発器（１１）での吸熱量
（冷却能力）を抑制できるので、暖房起動時における室
内吹出空気温度が下がり過ぎて暖房フィーリングを悪化
させるという現象を回避できる。従って、暖房起動時に
暖房フィーリングの悪化を回避しながら、冷房用蒸発器
（１１）内の寝込みオイルの排出を行うことができる。
請求項２記載の発明では、除湿モード時に、具体的に
は、圧縮機（２２）の吐出ガス冷媒を凝縮器（１２）で
凝縮させた後に、この凝縮冷媒を減圧手段（２６、２
７）により低圧まで減圧させ、この低圧冷媒を蒸発器
（１１）、もしくは蒸発器（１１）と室外熱交換器（２
４）の両方で蒸発させた後に圧縮機（２２）に吸入させ
るようにし、また、オイル排出モード時は、圧縮機（２
２）の吐出ガス冷媒を凝縮器（１２）で凝縮させた後
に、この凝縮冷媒を減圧手段（２６、２７）により低圧
まで減圧させ、この低圧冷媒を蒸発器（１１）および室
外熱交換器（２４）の並列回路を通過させて蒸発させた
後に圧縮機（２２）に吸入させるようにしており、この
ような冷媒流れの切替により除湿モードおよびオイル排
出モードを実行できる。

【００１１】また、請求項３記載の発明では、冷房モー
ド時に、凝縮器（１２）を空調空気通路（２）内の空調
空気の流れから遮断された状態とし、圧縮機（２２）の
吐出ガス冷媒を凝縮器（１２）通過後に室外熱交換器
（２４）で凝縮させ、この凝縮冷媒を減圧手段（３５）
により低圧まで減圧させ、この低圧冷媒を蒸発器（１
１）で蒸発させた後に圧縮機（２２）に吸入させるよう
にし、暖房モード時に、圧縮機（２２）の吐出ガス冷媒
を凝縮器（１２）で凝縮させ、この凝縮冷媒を減圧手段
（３３）により低圧まで減圧させ、この低圧冷媒を室外
熱交換器（２４）で蒸発させた後に圧縮機（２２）に吸
入させるようにし、除湿モード時に、圧縮機（２２）の
吐出ガス冷媒を凝縮器（１２）で凝縮させ、この凝縮冷
媒を減圧手段のうち第１減圧手段（３３）により減圧し
た後、室外熱交換器（２４）を通過させ、その後、減圧
手段のうち第２減圧手段（３５）により再度減圧した
後、蒸発器（１１）で蒸発させて圧縮機（２２）に吸入
させるようにし、さらに、オイル排出モード時には、除
湿モードを設定するようにしている。このような冷媒流
れの切替によっても、冷房モード、暖房モード、除湿モ
ードおよびオイル排出モードとしての除湿モードを実行
できる。

【００１２】また、請求項４記載の発明のように、オイ
ル排出モード時に、圧縮機（２２）の回転数を所定回転
数以上に高めるようにすれば、サイクル内の冷媒循環量
を増加させ、これにより、蒸発器（１１）内の寝込みオ
イルの排出を促進させることができる。また、請求項５
記載の発明のように、外気温が所定温度以上であると
き、オイル排出モードの必要性があると判定するように
すれば、オイル排出モードの必要性の判定を外気温に基
づいて極めて簡単に行うことができる。

【００１３】なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述
する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示すもの
である。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図に基
づいて説明する。（第１実施形態）図１は本発明を電気自動車用空調装置
に適用した第１実施形態における全体構成を示すもの
で、特開平９−３９５５０号公報のものと概略同じであ
る。空調ユニット１は電気自動車の車室内に設置される
もので，その空調ダクト２は、車室内に空調空気を導く
空調空気通路を構成するものである。この空調ダクト２
の一端側に内外気を吸入する吸入口３、４、５が設けら
れている。内気吸入口４と外気吸入口５は、内外気切替
ドア６により切替開閉される。

【００１５】上記吸入口３〜５に隣接して、空調ダクト
２内に空気を送風する送風機７が設置されており、この
送風機７はモータ７ａとこのモータ７ａにより駆動され
る遠心ファン７ｂ、７ｂとにより構成されている。一
方、空調ダクト２の他端側には車室内へ通ずる複数の吹
出口、すなわち車室内乗員の足元部に向かって空調空気
を吹き出すフット吹出口８、車室内乗員の上半身に向か
って空調空気を吹き出すフェイス吹出口９および車両フ
ロントガラスの内面に空調空気を吹き出すデフロスタ吹
出口１０が形成されている。

【００１６】また、送風機７よりも空気下流側における
空調ダクト２内には冷房用蒸発器１１が設けられてい
る。この冷房用蒸発器１１は、冷凍サイクル２１の一部
を構成する室内側熱交換器であり、後述する冷房運転お
よび除湿運転モード時に、内部を流れる冷媒の吸熱作用
によって、空調ダクト２内の空気を除湿、冷却する冷却
器として機能する。

【００１７】また、冷房用蒸発器１１よりも空気下流側
における空調ダクト２内には暖房用凝縮器１２が設けら
れている。この暖房用凝縮器１２は、冷凍サイクル２１
の一部を構成する室内側熱交換器であり、後述する暖房
運転および除湿運転モード時に、内部を流れる冷媒の放
熱作用によって、空調ダクト２内の空気を加熱する加熱
器として機能する。

【００１８】また、空調ダクト２内の空気流路は、仕切
り壁１３によりフット吹出口８側の第１空気流路１４
と、フェイス吹出口９およびデフロスタ吹出口１０側の
第２空気流路１５とに分離されており、この空気流路１
４、１５の２分割は、冬季にフット吹出口８側の空気流
路１４には内気吸入口３から温度の高い内気を吸入して
足元へ温風を吹き出すことにより暖房負荷を軽減すると
同時に、デフロスタ吹出口１０側の空気流路１５には外
気吸入口５から湿度の低い外気を吸入して、フロントウ
インドの曇りを確実に防止するために行っている。

【００１９】ドア１６は第２空気流路１５を開閉するも
ので、ドア１７は第１、第２空気流路１４、１５間の仕
切り部分を開閉するものであり、ドア１９〜２０は各吹
出口８、９、１０の空気流路を開閉するドアである。と
ころで、上記冷凍サイクル２１は、上記冷房用の蒸発器
１１と暖房用の凝縮器１２とで車室内の冷房および暖房
を行うヒートポンプ式冷凍サイクルとして構成されてお
り、上記蒸発器１１、凝縮器１２の他に以下の機器を備
えている。

【００２０】すなわち、冷媒圧縮機２２、冷媒の流れを
切り替える電磁式四方弁２３、室外熱交換器２４、冷媒
の気液を分離するとともに液冷媒を溜める機能を果たす
気液分離器２５、この気液分離器２５に導入されるサイ
クル高圧側冷媒を中間圧（例えば４〜１５ｋｇ／ｃｍ²
程度）に減圧する電気式膨張弁（第１減圧手段）２６、
温度作動式膨張弁（第２減圧手段）２７、電磁弁２８
ａ、２８ｂ、および逆止弁２９ａ〜２９ｅがさらに冷凍
サイクル２１に備えられている。

【００２１】なお、室外熱交換器２４は電気自動車の車
室外に設置され、電動室外ファン２４ａにより送風され
る外気と熱交換するようになっている。また、上記冷媒
圧縮機２２は、電動式圧縮機であって、図示しない交流
モータを一体に密封ケース内に内蔵し、このモータによ
り駆動されて冷媒の吸入、圧縮、吐出を行う。この冷媒
圧縮機２２の交流モータにはインバータ３０により交流
電圧が印加され、このインバータ３０により交流電圧の
周波数を調整することによってモータ回転速度を連続的
に変化させるようになっている。従って、インバータ３
０は圧縮機２２の回転数調整手段をなすものであり、こ
のインバータ３０には、車載バッテリ３１からの直流電
圧が印加される。

【００２２】冷媒圧縮機２２には圧縮した冷媒を吐出す
る吐出ポート２２ａ、サイクル低圧側の冷媒を吸入する
吸入ポート２２ｂ、および気液分離器２５で分離された
中間圧のガス冷媒をインジェションするガスインジェシ
ョンポート２２ｃが備えられている。このガスインジェ
ションポート２２ｃは、逆止弁２９ｅを有するガスイン
ジェション通路２２ｄを介して気液分離器２５上部のガ
ス冷媒出口２５ａに連通している。

【００２３】また、吸入ポート２２ｂに接続されている
冷媒吸入通路２２ｅには温度作動式膨張弁２７の感温筒
２７ａが設置され、この膨張弁２７の弁開度は吸入通路
２２ｅ内の冷媒の過熱度が所定値となるように調整され
る。また、前記インバータ３０は、空調用制御装置４０
によって通電制御される。この空調用制御装置４０はマ
イクロコンピータとその周辺回路にて構成される電子制
御装置であって、四方弁２３の切替および電磁弁２８
ａ、２８ｂの開閉も制御するものである。本例では、四
方弁２３および電磁弁２８ａ、２８ｂにより、「冷媒の
循環経路を切り替える経路切替手段」を構成している。

【００２４】上記制御装置４０には、外気温度を検出す
る外気温センサ、冷房用蒸発器１１の吹出直後の空気温
度を検出する蒸発器温度センサ、圧縮機２１の吐出冷媒
圧力（サイクル高圧圧力）を検出する吐出圧センサ等を
含む空調用センサ群４１からセンサ信号が入力されるよ
うになっている。また、車室内運転席近傍に設けられた
空調コントロールパネル５０（図２参照）の各レバー、
スイッチ群５０ａからの信号も制御装置４０に入力され
る。

【００２５】なお、図１には空調用制御装置４０との電
気的接続を図示していないが、ドア６、１６、１７、１
８、１９、２０、送風機７、および室外ファン２４ａの
作動も制御装置４０により制御される。図２に示す空調
コントロールパネル５０には、乗員により手動操作され
る以下の操作部材が設けられている。５１は車室内への
吹出空気の温度の目標値を設定する温度コントロールレ
バーで、本例では、電動式圧縮機２２の回転数調整の目
標値を設定するように構成されている。また、温度コン
トロールレバーの操作位置により設定される目標値に対
応して四方弁２３および電磁弁２８ａ、２８ｂの作動を
制御し、これにより冷凍サイクルの運転モード切替を行
う。すなわち、図３に示すように、レバー５１の操作位
置を左側から右方向へ移動させることにより、冷房モー
ド、除湿モード、および暖房モードを順次設定できるよ
うにしてある。

【００２６】また、図４、５、６に示すように、温度コ
ントロールレバー５１の操作位置の移動により、冷房時
には目標蒸発器吹出空気温度が設定され、除湿時および
暖房時には目標高圧圧力が設定されるようになってい
る。温度コントロールレバー５１の操作位置信号は制御
装置４０に入力され、そして制御装置４０は、センサ群
４１により検出される実際の蒸発器吹出空気温度または
高圧圧力が上記目標値と一致するように圧縮機２２の回
転数を制御して、吹出空気温度を制御する。

【００２７】５２は送風機７の風量切替レバー、５３は
圧縮機２２の運転を断続するエアコンスイッチ、５４は
吹出口切替ドア１８〜２０の開閉を切り替える空調吹出
モード切替レバー、５５は内外気切替ドア６を開閉する
内外気切替レバーである。次に、上記構成において作動
を説明する。図８は、制御装置４０のマイクロコンピュ
ータにより実行される制御ルーチンであって、いま、エ
アコンスイッチ５３が投入されると、図８の制御ルーチ
ンがスタートし、ステップＳ１０１にて初期化が行わ
れ、フラグＦ＝０に設定され、また、タイマーをスター
トさせる。そして、ステップＳ１０２にて、温度コント
ロールレバー５１の操作位置に基づいて運転モードを判
定する。

【００２８】いま、温度コントロールレバー５１が図
３、４のＰＣ１位置からＰＣ２位置の間に操作されてい
ると、冷房モードを選択して、ステップＳ２０１に進
み、冷凍サイクル２１の弁（四方弁２３および電磁弁２
８ａ、２８ｂ）を図７の冷房モードの状態に設定する。
これにより、図１の冷凍サイクルにおいて、冷媒が矢印
Ｃに示す経路で流れる。

【００２９】すなわち、圧縮機２２から吐出された高温
高圧の過熱ガス冷媒は、四方弁２３、逆止弁２９ｂを通
って、室外熱交換器２４に流入し、ここで室外ファン２
４ａにより送風される外気と熱交換してガス冷媒が凝縮
する。次に、室外熱交換器２４から流出した冷媒は、電
磁弁２８ａが閉じているため、逆止弁２９ｄを通って、
電気式膨張弁２６で減圧され、中間圧の気液２相状態と
なる。

【００３０】この中間圧の気液２相冷媒は気液分離器２
５内に流入し、ここで冷媒は飽和ガス冷媒と飽和液冷媒
とに分離される。ガス冷媒は気液分離器２５上部のガス
冷媒出口２５ａからガスインジェション通路２２ｄ、逆
止弁２９ｅを通って、ガスインジェションポート２２ｃ
に至り、このポート２２ｃから圧縮機２２の圧縮過程途
中の部位に中間圧のガス冷媒がインジェションされる。

【００３１】一方、気液分離器２５内の液冷媒は、気液
分離器２５底部近くに開口している液冷媒出口２５ｂよ
り流出して温度作動式膨張弁２７で減圧され、電磁弁２
８ｂを通過した後に、蒸発器１１に流入する。この蒸発
器１１で冷媒が送風機７の送風空気から吸熱して蒸発す
る。この蒸発器１１で吸熱されて冷却された冷風は、通
常フェイス吹出口９から車室内へ吹き出して車室内を冷
房する。

【００３２】蒸発器１１で蒸発したガス冷媒は、冷媒吸
入通路２２ｅから圧縮機２２の吸入ポート２２ｂに吸入
される。このとき、冷媒吸入通路２２ｅに設置された感
温筒２７ａにより圧縮機吸入冷媒の温度が感知され、膨
張弁２７に伝達されるので、膨張弁２７は圧縮機吸入冷
媒が所定の過熱度を持つように蒸発器１１への流入冷媒
の流量を調整する。

【００３３】次に、温度コントロールレバー５１が図
３、５のＰＤ１位置からＰＤ２位置の間に操作される
と、ステップＳ１０２にて除湿モードを選択し、ステッ
プＳ２０２に進み、冷凍サイクル２１の弁（四方弁２３
および電磁弁２８ａ、２８ｂ）を図７の除湿モードの状
態に設定する。これにより、図１の冷凍サイクルにおい
て、冷媒が矢印Ｄに示す経路で流れる。

【００３４】すなわち、圧縮機２２から吐出されたガス
冷媒は、四方弁２３を通って、室内側の凝縮器１２に流
入し、ここで送風機７により送風される空気と熱交換
（放熱）してガス冷媒が凝縮する。そして、凝縮器１２
から流出した冷媒は、逆止弁２９ｃを通って、電気式膨
張弁２６で減圧され、中間圧の気液２相状態となる。こ
の中間圧の気液２相冷媒は気液分離器２５内に流入し、
ここで分離されたガス冷媒は気液分離器２５上部のガス
冷媒出口２５ａからガスインジェション通路２２ｄ、逆
止弁２９ｅを通って、ガスインジェションポート２２ｃ
に吸入される。

【００３５】一方、気液分離器２５内の液冷媒は、液冷
媒出口２５ｂより流出して温度作動式膨張弁２７で低圧
まで減圧される。そして、電磁弁２８ａが閉弁している
場合は、この低圧冷媒が電磁弁２８ｂを通って、蒸発器
１１のみに流入し、ここで送風機７の送風空気から吸熱
して蒸発する。また、電磁弁２８ａが開弁した場合は、
温度作動式膨張弁２７で減圧された低圧冷媒が破線矢印
Ｄのように逆止弁２９ａを通って室外熱交換器２４に流
入し、ここで外気から吸熱して蒸発する。

【００３６】これと同時に、温度作動式膨張弁２７で減
圧された低圧冷媒が電磁弁２８ｂを通って、蒸発器１１
にも並列に流入して送風機７の送風空気から吸熱して蒸
発する。そして、蒸発器１１のみ、あるいは蒸発器１１
と室外熱交換器２４の並列回路で蒸発した冷媒はその
後、圧縮機２２に吸入される。ここで、電磁弁２８ａの
開閉は、蒸発器１１の吹出空気温度に応じて行われ、蒸
発器１１の吹出空気温度が目標吹出空気温度（例えば、
外気温＝−５°Ｃ）より低いときは、電磁弁２８ａを閉
弁して、蒸発器１１のみに冷媒を流入させ、逆に、蒸発
器１１の吹出空気温度が目標吹出空気温度より高いとき
は、電磁弁２８ａを開弁して、室外熱交換器２４にも冷
媒を並列に流入させて、蒸発器１１での吸熱量を調整
（抑制）する。

【００３７】このように、蒸発器１１の吸熱量を調整す
ることにより、蒸発器１１の吹出空気温度を目標吹出空
気温度に維持できる。上述したように、除湿モードで
は、室内空調ユニット１内に設置された蒸発器１１およ
び凝縮器１２にともに冷媒が流れて、送風機７の送風空
気はまず蒸発器１１で冷却、除湿され、その後に凝縮器
１２にて再加熱される。ここで、凝縮器１２での冷媒放
熱量は、蒸発器１１での吸熱量に圧縮機２２の消費電力
を加えたものであるため、凝縮器１２吹出側の空気温度
は、吸入口３、４、５からの吸入空気温度より高くな
る。従って、除湿を行いながら、暖房を行うことが可能
となる。

【００３８】次に、温度コントロールレバー５１が図
３、６のＰＨ１位置からＰＨ２位置の間に操作される
と、ステップＳ１０２にて暖房モードを選択し、ステッ
プＳ１０３に進み、フラグＦ＝０か判定する。フラグＦ
はステップＳ１０１にてＦ＝０に初期化されているの
で、ステップＳ１０３の判定はＹＥＳとなり、ステップ
Ｓ１０４に進み、外気温Ｔａｍが中間シーズンに相当す
る所定温度（本例では、１５°Ｃ）より高いか判定す
る。

【００３９】この判定は、冷房モードから暖房モードへ
の移行の最初の運転であるかどうかを判定するためであ
る。すなわち、冷房モードから暖房モードへの移行の最
初の暖房運転であると、冷房用蒸発器１１内に寝込んで
いる潤滑オイルを含む液冷媒を冷房用蒸発器１１から排
出する必要があるが、冷房モードから暖房モードへの移
行後の２回目以降の暖房運転であると、前回の暖房運転
起動時に冷房用蒸発器１１内の寝込みオイルの排出が既
に行われているので、寝込みオイルの排出モードを設定
する必要がないからである。

【００４０】そして、ステップＳ１０４にて、外気温が
１５°Ｃ以上であると判定されると、冷房モードから暖
房モードへの移行の最初の運転であるとみなされ、ステ
ップＳ１０５に進み、冷凍サイクル２１の弁（四方弁２
３および電磁弁２８ａ、２８ｂ）を図７のオイル排出モ
ード（変形除湿モード）の状態に設定する。この弁操作
位置の切替により、図１の冷凍サイクルにおいて、冷媒
が矢印Ｄに示す除湿モードの経路で流れると同時に、電
磁弁２８ａの開弁により冷媒が温度作動式膨張弁２７よ
り逆止弁２９ａを通って室外熱交換器２４側にも流れ
る。すなわち、オイル排出モードでは、温度作動式膨張
弁２７で減圧された冷媒が冷房用蒸発器１１と室外熱交
換器２４を並列に流れる。

【００４１】この結果、冷房運転時に、冷房用蒸発器１
１内に寝込んでいた潤滑オイルを含む液冷媒が冷房用蒸
発器１１を通過する冷媒流により押し出されて、圧縮機
２２へ還流する。しかも、このとき、冷媒が冷房用蒸発
器１１と室外熱交換器２４を並列に流れるため、冷房用
蒸発器１１への冷媒流量が減少して、その分、冷却能力
が抑制されるため、暖房起動時における室内吹出空気温
度が下がり過ぎて暖房フィーリングを悪化させるという
現象を回避できる。

【００４２】つまり、暖房起動時に暖房フィーリングの
悪化を回避しながら、冷房用蒸発器１１内の寝込みオイ
ルの排出を行うことができる。次のステップＳ１０６で
は、ステップＳ１０１でスタートしたタイマー時間が所
定時間、例えば、５分経過したか判定され、タイマー時
間が５分以内であれば、ステップＳ１０５によるオイル
排出モードを継続し、この間に、冷房用蒸発器１１内の
寝込みオイルの排出を終了させる。

【００４３】オイル排出モードの実行時間が５分経過す
ると、次のステップＳ１０７にて冷凍サイクル２１の弁
（四方弁２３および電磁弁２８ａ、２８ｂ）を図７の暖
房モードの状態に設定する。これにより、図１の冷凍サ
イクルにおいて、冷媒が矢印Ｈに示す経路で流れる。す
なわち、圧縮機２２から吐出されたガス冷媒は、四方弁
２３を通って、室内側の凝縮器１２に流入し、ここで送
風機７により送風される空気と熱交換（放熱）してガス
冷媒が凝縮する。ガス冷媒の放熱により加熱された温風
は主にフット吹出口８から車室内へ吹出し、車室内の暖
房を行う。

【００４４】そして、凝縮器１２から流出した冷媒は、
逆止弁２９ｃを通って、電気式膨張弁２６で減圧され、
中間圧の気液２相状態となる。この中間圧の気液２相冷
媒は気液分離器２５内に流入し、ここで分離されたガス
冷媒は気液分離器２５上部のガス冷媒出口２５ａからガ
スインジェション通路２２ｄ、逆止弁２９ｅを通って、
ガスインジェションポート２２ｃに吸入される。

【００４５】一方、気液分離器２５内の液冷媒は、液冷
媒出口２５ｂより流出して温度作動式膨張弁２７で減圧
され、逆止弁２９ａを通過した後に、室外熱交換器２４
に流入する。この室外熱交換器２４で冷媒が室外ファン
２４ａの送風空気（外気）から吸熱して蒸発する。室外
熱交換器２４で蒸発したガス冷媒は、電磁弁２８ａを通
って冷媒吸入通路２２ｅから圧縮機２２の吸入ポート２
２ｂに吸入される。

【００４６】次のステップＳ１０８にてフラグＦ＝１に
するので、以後、ステップＳ１０３の判定がＮＯとな
り、ステップＳ１０７の暖房モードが継続される。な
お、外気温Ｔａｍが１５°Ｃより低いときは、冷房モー
ドから暖房モードへの移行後の２回目以降の暖房運転で
あるとみなされ、ステップＳ１０４から直接ステップＳ
１０７に進み、暖房モードが設定される。

【００４７】（第２実施形態）図９は第２実施形態の全
体構成を示すもので、図１と同一符号は同一もしくは均
等部分を示す。以下、第２実施形態において、第１実施
形態との相違点を主に説明する。先ず、空調ユニット１
の空調ダクト２内の中央部に暖房用凝縮器１２が配置さ
れて、暖房用凝縮器１２の側方にバイパス通路１２ａ、
１２ｂが形成されており、この暖房用凝縮器１２と、バ
イパス通路１２ａ、１２ｂへの空気流入を切替ドア１２
ｃ、１２ｄにより切り替えることができるようにしてあ
る。

【００４８】すなわち、暖房モードおよび除湿モードで
は、切替ドア１２ｃ、１２ｄを図示の実線位置に操作し
て、暖房用凝縮器１２に空気を流入させ、一方、冷房モ
ードでは、切替ドア１２ｃ、１２ｄを図示の破線位置に
操作して、暖房用凝縮器１２への空気流入を遮断し、バ
イパス通路１２ａ、１２ｂに空気を通過させる。次に、
冷凍サイクル２１はガスインジェクション機能を備えな
いサイクル構成（アキュームレータサイクルの構成）と
なっている。そのため、電動式圧縮機２２の吸入側にア
キュームレータ３２を設置し、このアキュームレータ３
２にて圧縮機２２への吸入冷媒の気液を分離してガス冷
媒をガス取り出しパイプ３２ａから圧縮機２２に吸入さ
せる。また、周知のごとくアキュームレータ３２内に貯
留される液冷媒をガス取り出しパイプ３２ａ底部の微小
なオイル戻し穴（図示せず）から吸入して、圧縮機２２
へ還流させるようになっている。

【００４９】また、冷凍サイクル２１において、暖房用
凝縮器１２の出口側と室外熱交換器２４の入口側との間
には、暖房側電気式膨張弁（暖房側減圧手段、第１減圧
手段）３３と電磁弁３４を並列に設けている。更に、室
外熱交換器２４の出口側と冷房用蒸発器１１の入口側と
の間に冷房側電気式膨張弁（冷房側減圧手段、第２減圧
手段）３５を設けるとともに、室外熱交換器２４の出口
側（冷房側電気式膨張弁３５の入口側）とアキュームレ
ータ３２の入口側とを直結するバイパス通路３６を設
け、このバイパス通路３６に電磁弁３７を設けている。

【００５０】第２実施形態では上記のごとく構成されて
おり、その制御は図１１の制御フローチャートに従って
行われる。図１１において、図８と異なる点は、ステッ
プＳ１０５′において、第２実施形態のステップＳ１０
５のオイル排出モード（変形除湿モード）の代わりに、
オイル排出モードとして、除湿モードそのものを採用し
ている点が相違するのみである。

【００５１】いま、ステップＳ１０２で冷房モードが選
択されると、ステップＳ２０１では、図１０（ａ）に示
すように切替ドア１２ｃ、１２ｄをバイパス通路１２
ａ、１２ｂの開放位置に操作して暖房用凝縮器１２への
空気流入を遮断すると同時に、電磁弁３４を開放位置に
操作し、電磁弁３７を閉塞位置に操作する。これによ
り、冷凍サイクル２１において、圧縮機２２→暖房用凝
縮器１２→電磁弁３４→室外熱交換器２４→冷房側電気
式膨張弁３５→冷房用蒸発器１１→アキュームレータ３
２→圧縮機２２の経路で冷媒が流れる。

【００５２】このとき、暖房用凝縮器１２は空気との熱
交換が阻害されため、凝縮器１２は単なる冷媒通路とし
ての役目を果たすだけであり、圧縮機２２の吐出ガス
は、凝縮器１２および電磁弁３４をガス状態のまま通過
し、室外熱交換器２４で凝縮する。そして、この凝縮冷
媒は冷房側電気式膨張弁３５で減圧されて低圧の気液２
相冷媒となり、この低圧冷媒は冷房用蒸発器１１にて空
調ダクト２内の送風空気から吸熱して蒸発した後に、ア
キュームレータ３２を通って圧縮機２２に吸入される。
空調ダクト２内の送風空気は冷房用蒸発器１１で冷却さ
れて冷風となり、バイパス通路１２ａ、１２ｂを通過し
て車室内へ吹き出す。

【００５３】一方、ステップＳ１０２で除湿モードが選
択されると、ステップＳ２０２では、図１０（ｂ）に示
すように、切替ドア１２ｃ、１２ｄをバイパス通路１２
ａ、１２ｂの閉塞位置に操作して暖房用凝縮器１２に空
気を流入させると同時に、電磁弁３４および電磁弁３７
をともに閉塞位置に操作する。これにより、冷凍サイク
ル２１において、圧縮機２２→暖房用凝縮器１２→暖房
側電気式膨張弁３３→室外熱交換器２４→冷房側電気式
膨張弁３５→冷房用蒸発器１１→アキュームレータ３２
→圧縮機２２の経路で冷媒が流れる。その結果、空調ダ
クト２内の送風空気は冷房用蒸発器１１で冷却された
後、暖房用凝縮器１２で再加熱されて、除湿モードを設
定できる。

【００５４】なお、サイクル内の冷媒は暖房側電気式膨
張弁３３と冷房側電気式膨張弁３５とにより２段階に減
圧されることにより、この両膨張弁３３、３５の開度
（絞り量）の調整により、室外熱交換器２４の作用を蒸
発器としての吸熱作用を発揮させる場合と、凝縮器とし
ての放熱作用を発揮させる場合とに切り替えることがで
き、これにより、除湿モード時におけるサイクル高圧を
制御することができる。

【００５５】次に、除湿モード時における両電気式膨張
弁３３、３５の開度制御の概要を説明すると、両電気式
膨張弁３３、３５の開度パターンＫＰＮを図１２に示す
制御マップ（マイクロコンピュータのＲＯＭに記憶され
ている）に従って外気温度Ｔａｍおよび送風機７の風量
レベルに基づいて決定する。ここで、風量レベルはＬＯ
からＨＩに向かって増大する。

【００５６】次に、この開度パターンＫＰＮの値に対応
して図１３の制御マップに従って、暖房側電気式膨張弁
３３の初期の開度ＥＶＨ、および冷房側電気式膨張弁３
５の初期の開度ＥＶＣを決定する。ここで、図１３の開
度ＥＶＨ、ＥＶＣに対する膨張弁の流量特性は、例え
ば、図１４に示す通りである。なお、図１４の横軸のパ
ルス数は、両電気式膨張弁３３、３５のアクチュエータ
を構成するステップモータに印加するパルス数であり、
この印加パルス数の増加により膨張弁開度が増加するよ
うになっている。

【００５７】上記のように初期開度を設定して、冷凍サ
イクルを起動した後、図１２の開度パターンＫＰＮに基
づいて両電気式膨張弁３３、３５の開度をサイクル高圧
（圧縮機吐出圧）が目標高圧となるように制御する。す
なわち、実際のサイクル高圧＞目標高圧のときは、開度
パターンＫＰＮの値を大きくする。この開度パターンＫ
ＰＮの増大により、暖房側電気式膨張弁３３の開度ＥＶ
Ｈは増加し、冷房側電気式膨張弁３５の開度ＥＶＣは減
少するので、室外熱交換器２４が高圧側、すなわち、放
熱側となり、サイクル高圧を低下させて目標高圧に近づ
ける。

【００５８】逆に、実際のサイクル高圧＜目標高圧のと
きは、開度パターンＫＰＮの値を小さくする。この開度
パターンＫＰＮの減少により、暖房側電気式膨張弁３３
の開度ＥＶＨは減少し、冷房側電気式膨張弁３５の開度
ＥＶＣは増加するので、室外熱交換器２４が低圧側、す
なわち、吸熱側となり、サイクル高圧を上昇させて目標
高圧に近づける。なお、冷房用蒸発器１１の吹出空気温
度は、圧縮機回転数を制御して、目標蒸発器吹出温度
（例えば、外気温度−５°Ｃ）となるように制御され
る。

【００５９】次に、ステップＳ１０２で暖房モードが選
択されると、ステップＳ１０３、ステップＳ１０４と進
み、外気温Ｔａｍが１５°Ｃ以上であると、ステップＳ
１０５′に進み、オイル排出モードとして除湿モードを
選択する。この除湿モードは上記除湿モードと全く同一
のモードであり、上述したように、圧縮機２２→暖房用
凝縮器１２→暖房側電気式膨張弁３３→室外熱交換器２
４→冷房側電気式膨張弁３５→冷房用蒸発器１１→アキ
ュームレータ３２→圧縮機２２の経路で冷媒が流れる。

【００６０】この結果、冷房運転時に、冷房用蒸発器１
１内に寝込んでいた潤滑オイルを含む液冷媒が冷房用蒸
発器１１を通過する冷媒流により押し出されて、圧縮機
２２へ還流する。しかも、このとき、冷媒が冷房用蒸発
器１１と室外熱交換器２４を直列に流れるとともに、両
電気式膨張弁３３、３５の開度制御により室外熱交換器
２４を低圧側として蒸発器としての吸熱作用を行わせる
ことにより、冷房用蒸発器１１での吸熱量（冷却能力）
を抑制できるため、暖房起動時における室内吹出空気温
度が下がり過ぎて暖房フィーリングを悪化させるという
現象を回避できる。

【００６１】従って、第２実施形態でも、暖房起動時に
暖房フィーリングの悪化を回避しながら、冷房用蒸発器
１１内の寝込みオイルの排出を行うことができる。な
お、上記ステップＳ１０５′による、オイル排出モード
としての除湿モードにおいても、両電気式膨張弁３３、
３５の開度制御は上述の除湿モード時と基本的に同じで
あり、そして、外気温Ｔａｍ＝１５°Ｃ付近での、両電
気式膨張弁３３、３５の開度は図１２、図１３の特性か
ら理解されるように、暖房側電気式膨張弁３３の開度Ｅ
ＶＨ＜冷房側電気式膨張弁３５の開度ＥＶＣとなり、室
外熱交換器２４が低圧側（吸熱側）となり、暖房気味の
除湿モードが設定されるようになっている。

【００６２】図１１において、上記ステップＳ１０５′
による、オイル排出モードとしての除湿モードを所定時
間実行した後は、ステップＳ１０７で弁を暖房モード位
置に操作する。すなわち、図１０（ｃ）に示すように、
切替ドア１２ｃ、１２ｄをバイパス通路１２ａ、１２ｂ
の閉塞位置に操作して暖房用凝縮器１２に空気を流入さ
せると同時に、電磁弁３４を閉塞位置に操作し、電磁弁
３７を開放位置に操作する。

【００６３】これにより、冷凍サイクル２１において、
圧縮機２２→暖房用凝縮器１２→暖房側電気式膨張弁３
３→室外熱交換器２４→電磁弁３７（バイパス通路３
６）→アキュームレータ３２→圧縮機２２の経路で冷媒
が流れる。これにより、暖房側電気式膨張弁３３で低圧
まで減圧された冷媒が室外熱交換器２４で蒸発して吸熱
し、そして、暖房用凝縮器１２で冷媒が凝縮熱を放熱す
ることにより暖房機能を果たす。

【００６４】（他の実施形態）なお、上述の第１、第２
実施形態において、オイル排出モードを設定するステッ
プＳ１０５、Ｓ１０５′において、電動式圧縮機２２の
回転数を所定回転数（例えば、２０００ｒｐｍ）以上に
強制的に上昇、保持して、サイクル内の冷媒循環量を増
加させ、これにより、蒸発器１１内の寝込みオイルの排
出を促進させるようにしてもよい。

【００６５】また、上述の第１、第２実施形態では、暖
房モードの起動時に、蒸発器１１の寝込みオイルを排出
するためのオイル排出モードの必要性を判定するため
に、ステップＳ１０４にて、外気温Ｔａｍ≧１５°Ｃを
判定しているが、例えば、車室内を目標温度に維持する
ために必要な、車室内への吹出空気温度を算出し、この
必要吹出空気温度が所定温度より高いときはオイル排出
モードの必要ありと判定するようにしてもよい。

【００６６】また、本発明は、車両空調用の冷凍サイク
ル装置に限定されることなく、種々な用途に広く適用可
能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態を示す冷凍サイクル図で
ある。

【図２】第１実施形態で使用する空調装置制御パネルの
正面図である。

【図３】図２の空調装置制御パネルにおける温度コント
ロールレバーの全作動領域の特性図である。

【図４】同温度コントロールレバーの冷房領域の特性図
である。

【図５】同温度コントロールレバーの除湿領域の特性図
である。

【図６】同温度コントロールレバーの暖房領域の特性図
である。

【図７】第１実施形態で使用する弁の作動説明用の図表
である。

【図８】第１実施形態における制御フローチャートであ
る。

【図９】本発明の第２実施形態を示す冷凍サイクル図で
ある。

【図１０】第２実施形態の作動説明用の冷凍サイクル図
である。

【図１１】第２実施形態における制御フローチャートで
ある。

【図１２】第２実施形態における膨張弁開度パターンの
制御マップである。

【図１３】第２実施形態における膨張弁開度の制御マッ
プである。

【図１４】第２実施形態における膨張弁流量の制御マッ
プである。

【符号の説明】

１１…蒸発器、１２…凝縮器、２２…圧縮機、２４…室
外熱交換器、２５…気液分離器、２６…電気式膨張弁
（第１減圧手段）、２７…温度作動式膨張弁（第２減圧
手段）、３３…暖房側電気式膨張弁（暖房側減圧手
段）、３５…冷房側電気式膨張弁（冷房側減圧手段）。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＦ２５Ｂ 13/00 ３６１Ｆ２５Ｂ 13/00 ３６１ (72)発明者田中勝也愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地株式会社デンソー内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】空調空気を室内へ向けて通過させる空調
空気通路（２）と、この空調空気通路（２）に前記空調空気を送風する送風
機（７）と、前記空調空気通路（２）に配置され、前記空調空気を冷
却する蒸発器（１１）と、前記空調空気通路（２）において前記蒸発器（１１）の
空気下流側に配置され、前記空調空気を加熱する凝縮器
（１２）と、前記空調空気通路（２）の外部に設置され、外気と冷媒
との間で熱交換を行う室外熱交換器（２４）と、前記蒸発器（１１）または前記室外熱交換器（２４）の
出口側から冷媒を吸入、圧縮して吐出する圧縮機（２
２）と、前記凝縮器（１２）または前記室外熱交換器（２４）で
凝縮した冷媒を減圧膨張させる減圧手段（２６、２７、
３３、３５）とを備え、前記蒸発器（１１）の冷却作用による冷房モード、前記
凝縮器（１２）の放熱作用による暖房モード、および前
記蒸発器（１１）の冷却作用により冷却した空気を前記
凝縮器（１２）の放熱作用により再加熱する除湿モード
が設定可能な冷凍サイクル装置において、前記暖房モードの起動時に、前記蒸発器（１１）の寝込
みオイルを排出するためのオイル排出モードの必要性を
判定する判定手段（Ｓ１０４）と、この判定手段（Ｓ１０４）により前記オイル排出モード
が必要であると判定されたときは、前記圧縮機（２２）
の吐出ガス冷媒を前記凝縮器（１２）で凝縮させた後
に、前記減圧手段（２６、２７、３３、３５）、前記室
外熱交換器（２４）および前記蒸発器（１１）を通過さ
せて、前記圧縮機（２２）に吸入させるオイル排出モー
ドを設定するオイル排出モード設定手段（Ｓ１０５、Ｓ
１０５′）と、前記オイル排出モードを所定時間実行した後に、前記暖
房モードを設定する暖房モード設定手段（Ｓ１０７）と
を備えることを特徴とする冷凍サイクル装置。
【請求項２】前記除湿モード時に、前記圧縮機（２
２）の吐出ガス冷媒を前記凝縮器（１２）で凝縮させた
後に、この凝縮冷媒を前記減圧手段（２６、２７）によ
り低圧まで減圧させ、この低圧冷媒を前記蒸発器（１
１）、もしくは前記蒸発器（１１）と前記室外熱交換器
（２４）の両方で蒸発させた後に前記圧縮機（２２）に
吸入させるようにし、また、前記オイル排出モード時には、前記圧縮機（２
２）の吐出ガス冷媒を前記凝縮器（１２）で凝縮させた
後に、この凝縮冷媒を前記減圧手段（２６、２７）によ
り低圧まで減圧させ、この低圧冷媒を前記蒸発器（１
１）および前記室外熱交換器（２４）の並列回路を通過
させて蒸発させた後に前記圧縮機（２２）に吸入させる
ように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。
【請求項３】前記冷房モード時に、前記凝縮器（１
２）を前記空調空気通路（２）内の空調空気の流れから
遮断された状態とし、前記圧縮機（２２）の吐出ガス冷
媒を前記凝縮器（１２）通過後に前記室外熱交換器（２
４）で凝縮させ、この凝縮冷媒を前記減圧手段（３５）
により低圧まで減圧させ、この低圧冷媒を前記蒸発器
（１１）で蒸発させた後に前記圧縮機（２２）に吸入さ
せるようにし、前記暖房モード時に、前記圧縮機（２２）の吐出ガス冷
媒を前記凝縮器（１２）で凝縮させ、この凝縮冷媒を前
記減圧手段（３３）により低圧まで減圧させ、この低圧
冷媒を前記室外熱交換器（２４）で蒸発させた後に前記
圧縮機（２２）に吸入させるようにし、前記除湿モード時に、前記圧縮機（２２）の吐出ガス冷
媒を前記凝縮器（１２）で凝縮させ、この凝縮冷媒を前
記減圧手段のうち第１減圧手段（３３）により減圧した
後、前記室外熱交換器（２４）を通過させ、その後、前
記減圧手段のうち第２減圧手段（３５）により再度減圧
した後、前記蒸発器（１１）で蒸発させて前記圧縮機
（２２）に吸入させるようにし、さらに、前記オイル排出モード時には、前記除湿モード
を設定することを特徴とする請求項１に記載の冷凍サイ
クル装置。
【請求項４】前記オイル排出モード時に、前記圧縮機
（２２）の回転数を所定回転数以上に高めることを特徴
とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の冷凍サ
イクル装置。
【請求項５】前記判定手段（Ｓ１０４）は、外気温が
所定温度以上であるとき、前記オイル排出モードの必要
性があると判定することを特徴とする請求項１ないし４
のいずれか１つに記載の冷凍サイクル装置。