(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒を圧縮する圧縮機と、前記冷媒と車室外空気との間で熱交換を行う室外熱交換器と、前記冷媒を減圧する膨張弁とを有し、前記冷媒が循環する冷凍サイクル用冷媒循環路と、
車室内空調用の空調用熱媒体が循環する空調用熱媒体循環路と、
車載機器の温度を調整するための機器用熱媒体が循環する機器用熱媒体循環路と、
前記冷凍サイクル用冷媒循環路および前記空調用熱媒体循環路がそれぞれ接続され、前記冷媒と前記空調用熱媒体との間の熱交換が行われる空調用熱交換器と、
前記冷凍サイクル用冷媒循環路および前記機器用熱媒体循環路がそれぞれ接続され、前記冷媒と前記機器用熱媒体との間の熱交換が行われる機器用熱交換器と、
前記圧縮機の吐出配管と吸込配管との間に接続され、前記圧縮機の吐出配管と前記室外熱交換器とが接続されると共に、前記圧縮機の吸込配管と前記空調用熱交換器とが接続される第一接続状態と、前記圧縮機の吐出配管と前記空調用熱交換器とが接続されると共に、前記圧縮機の吸込配管と前記室外熱交換器とが接続される第二接続状態と、の間で切り換え可能な第一流路切換弁と、
前記圧縮機の吐出配管と吸込配管との間に第一流路切換弁と並列に接続され、前記圧縮機の吸込配管と前記機器用熱交換器とが接続される第三接続状態と、前記圧縮機の吐出配管と前記機器用熱交換器とが接続される第四接続状態と、の間で切り換え可能な第二流路切換弁と、を備え、
前記空調用熱交換器と前記機器用熱交換器とが前記冷凍サイクル用冷媒循環路に対して並列に接続されるように、前記空調用熱交換器が前記第一流路切換弁に接続されると共に前記機器用熱交換器が前記第二流路切換弁に接続され、
前記空調用熱交換器は、前記冷媒を減圧する空調用膨張弁を介して前記膨張弁に接続され、
前記機器用熱交換器は、前記冷媒を減圧する機器用膨張弁を介して前記膨張弁に接続され、
前記空調用熱媒体循環路には、車室内導入空気と前記空調用熱媒体との間で熱交換を行う第一室内熱交換器と、前記空調用熱交換器と前記第一室内熱交換器との間で前記空調用熱媒体を循環させる空調用循環ポンプとが設けられ、
前記機器用熱媒体循環路には、車室内導入空気と前記機器用熱媒体との間で熱交換を行う第二室内熱交換器と、前記車載機器と前記機器用熱交換器との間で前記機器用熱媒体を循環させる機器用循環ポンプと、が設けられ、
前記第一室内熱交換器を通過した車室内導入空気が前記第二室内熱交換器を通過するように、前記第一室内熱交換器の空気流れの下流側に前記第二室内熱交換器が配置されている車両用空調装置。
【請求項２】
請求項１に記載の車両用空調装置において、
前記第二室内熱交換器をバイパスするバイパス路と、
前記第二室内熱交換器と前記バイパス路を流れる前記機器用熱媒体の流量を制御する流量制御弁と、を備える車両用空調装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の車両用空調装置において、
前記冷凍サイクル冷媒循環路の前記膨張弁から吐出された前記冷媒を、前記空調用熱交換器と前記機器用熱交換器とに分岐するためのレシーバタンクを備える車両用空調装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の車両用空調装置において、
車室内の空調と前記車載機器の冷却を制御する制御装置と、
前記空調用熱媒体の温度を検出する検出器と、を備え、
前記制御装置は、前記室外熱交換器を凝縮器として動作させ、前記空調用熱交換器を蒸発器として動作させる冷房運転時に、前記空調用熱媒体の温度が目標温度となるように前記圧縮機の回転速度を制御する車両用空調装置。
【請求項５】
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の車両用空調装置において、
車室内の空調と前記車載機器の冷却を制御する制御装置と、
車室外空気の温度を検出する検出器と、
前記機器用熱媒体の温度を検出する検出器とを備え、
前記制御装置は、前記室外熱交換器を凝縮器として動作させ、前記空調用熱交換器と前記機器用熱交換器を蒸発器として動作させる冷房運転時に、前記機器用熱媒体の目標温度に前記車室外空気の温度よりも高い温度を設定し、前記機器用熱媒体の温度が前記目標温度になるように前記機器用膨張弁を制御する車両用空調装置。
【請求項６】
請求項５に記載の車両用空調装置において、
前記空調用熱交換器から流出する冷媒の温度を検出する検出器と、
前記機器用熱交換器から流出する冷媒の温度を検出する検出器とを備え、
前記制御装置は、前記冷房運転時に、前記機器用熱交換器から流出する冷媒の温度が前記空調用熱交換器から流出する冷媒の温度よりも高くなるように前記機器用膨張弁を制御する車両用空調装置。
【請求項７】
請求項２に記載の車両用空調装置において、
車室内の空調と前記車載機器の冷却を制御する制御装置を備え、
前記制御装置は、前記室外熱交換器を凝縮器として動作させ、前記空調用熱交換器と前記機器用熱交換器を蒸発器として動作させる冷房運転時に、前記流量制御弁により前記機器用熱媒体の一部または全部を前記第二室内熱交換器へ流し、前記第一室内熱交換器で冷却された車室内導入空気を前記第二室内熱交換器で加熱する運転を行う車両用空調装置。
【請求項８】
請求項３に記載の車両用空調装置において、
車室内の空調と前記車載機器の冷却を制御する制御装置を備え、
前記制御装置は、前記室外熱交換器を凝縮器として動作させ、前記空調用熱交換器を蒸発器として動作させる冷房運転時に、前記第二流路切換弁により前記機器用熱交換器を凝縮器として動作させるように切り換え、前記冷凍サイクル冷媒循環路の前記冷媒により前記機器用熱媒体循環路の前記機器用熱媒体を加熱する車両用空調装置。
【請求項９】
請求項２または３に記載の車両用空調装置において、
車室内の空調と前記車載機器の冷却を制御する制御装置を備え、
前記制御装置は、前記第一流路切換弁により前記空調用熱交換器を凝縮器として動作させるとともに前記室外熱交換器を蒸発器として動作させる暖房運転に切り換え、前記機器用膨張弁により前記機器用熱交換器への前記冷媒の流れを遮断するとともに、前記流量制御弁により前記機器用熱媒体を前記第二室内熱交換器へ流す車両用空調装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の車両用空調装置において、
前記制御装置は、前記暖房運転時に前記機器用熱媒体の温度が目標温度となるように前記圧縮機の回転速度を制御する車両用空調装置。
【請求項１１】
請求項３に記載の車両用空調装置において、
車室内の空調と前記車載機器の冷却を制御する制御装置を備え、
前記制御装置は、前記第一流路切換弁により前記空調用熱交換器を凝縮器として動作させるとともに前記室外熱交換器を蒸発器として動作させる暖房運転に切り換え、かつ、前記第二流路切換弁により前記機器用熱交換器を蒸発器として動作させるように切り換え、前記流量制御弁により前記機器用熱媒体を前記バイパス路へ流す車両用空調装置。
【請求項１２】
請求項２または３に記載の車両用空調装置において、
車室内の空調と前記車載機器の冷却を制御する制御装置を備え、
前記制御装置は、前記室外熱交換器を凝縮器として動作させるとともに、前記機器用熱交換器を蒸発器として動作させ、前記空調用膨張弁により前記空調用熱交換器への前記冷媒の流れを遮断するとともに、前記流量制御弁により前記機器用熱媒体を前記バイパス路へ流し、前記室外熱交換器の除霜運転を行う車両用空調装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の車両用空調装置において、
前記室外熱交換器に車室外空気を送風する室外ファンと、
車速を検出する検出器と、を備え、
前記制御装置は、前記除霜運転時には前記室外ファンを非除霜運転時と逆方向に回転させ、該逆回転速度を前記車速に応じて制御する車両用空調装置。
【請求項１４】
請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の車両用空調装置において、
前記車載機器が複数個ある場合には、前記複数個の車載機器を、前記機器用熱媒体循環路を流れる前記機器用熱媒体の流れ方向の上流から下流へ向かって、許容温度の低い順または熱時定数の小さい順に配置する車両用空調装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は車両用空調装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
室内空調用熱交換器や車載機器に熱媒体を循環させて空調と車載機器の冷却を行う二次循環路と、この二次循環路中に中間熱交換器を配設して二次循環路の熱媒体と熱交換を行う冷凍サイクルの一次循環路とを備え、冷凍サイクルの一次循環路により車室内の冷房と電池やＤＣ／ＤＣコンバータなどの車載発熱体の冷却とを行うようにした車両用冷却システムが知られている（例えば、特許文献１参照）。
また、ヒータコアに熱媒体を循環させる二次循環路と、この二次循環路中に中間熱交換器を配設して二次循環路の熱媒体と熱交換を行うヒートポンプ（冷凍サイクル）の一次循環路とを備え、暖房時にヒートポンプの一次循環路により発生させた熱で中間熱交換器を介して二次循環路の熱媒体を加熱した後、さらにヒータにより二次循環路の熱媒体を加熱し、外気温が極低温状態にあっても十分な車室内暖房を可能にした車両用空調システムが知られている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−２７３９９８号公報
【特許文献２】特開２００８−２３０５９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１の車両用冷却システムでは、二次循環路において冷却を行うための熱媒体を空調用熱交換器から車載発熱体へ流しているため、熱媒体を車室内の空調と車載発熱体の冷却のそれぞれに対して最適な温度に設定することができないという問題がある。例えば、車室内の冷房を行うために熱媒体を１０℃程度まで冷却する必要があるときには、車載発熱体へ流れる熱媒体の温度も１０℃程度まで冷却されることになる。車載発熱体の温度が外気温度よりも低くなると外気から車載発熱体へ熱が流入し、この熱侵入分だけ余計に冷凍サイクルで冷却する必要が生じるため、冷凍サイクルにおける消費電力が増大する。
また、上記特許文献２の車両用空調システムでは、二次循環路の熱媒体を中間熱交換器とヒータを併用して加熱する構成としているため、中間熱交換器における凝縮温度が熱媒体の温度の影響を受ける。ヒータを使用すると熱媒体の温度が上昇するため、中間熱交換器における凝縮温度が上昇し、同じ暖房能力を確保するためのヒートポンプ一次循環路の消費電力が増大する。つまり、ヒータの消費電力に加え、ヒートポンプ一次循環路における消費電力が増大する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係る車両用空調装置は、冷媒を圧縮する圧縮機と、冷媒と車室外空気との間で熱交換を行う室外熱交換器と、冷媒を減圧する膨張弁とを有し、冷媒が循環する冷凍サイクル用冷媒循環路と、車室内空調用の空調用熱媒体が循環する空調用熱媒体循環路と、車載機器の温度を調整するための機器用熱媒体が循環する機器用熱媒体循環路と、冷凍サイクル用冷媒循環路および空調用熱媒体循環路がそれぞれ接続され、冷媒と空調用熱媒体との間の熱交換が行われる空調用熱交換器と、冷凍サイクル用冷媒循環路および機器用熱媒体循環路がそれぞれ接続され、冷媒と機器用熱媒体との間の熱交換が行われる機器用熱交換器と、圧縮機の吐出配管と吸込配管との間に接続され、圧縮機の吐出配管と室外熱交換器とが接続されると共に、圧縮機の吸込配管と空調用熱交換器とが接続される第一接続状態と、圧縮機の吐出配管と空調用熱交換器とが接続されると共に、圧縮機の吸込配管と室外熱交換器とが接続される第二接続状態と、の間で切り換え可能な第一流路切換弁と、圧縮機の吐出配管と吸込配管との間に第一流路切換弁と並列に接続され、圧縮機の吸込配管と機器用熱交換器とが接続される第三接続状態と、圧縮機の吐出配管と機器用熱交換器とが接続される第四接続状態と、の間で切り換え可能な第二流路切換弁と、を備え、空調用熱交換器と機器用熱交換器とは、冷凍サイクル用冷媒循環路に対して並列に接続され、空調用熱交換器は、冷媒を減圧する空調用膨張弁を介して膨張弁に接続され、機器用熱交換器は、冷媒を減圧する機器用膨張弁を介して膨張弁に接続され、空調用熱媒体循環路には、車室内導入空気と空調用熱媒体との間で熱交換を行う第一室内熱交換器と、空調用熱交換器と第一室内熱交換器との間で空調用熱媒体を循環させる空調用循環ポンプとが設けられ、機器用熱媒体循環路には、車室内導入空気と機器用熱媒体との間で熱交換を行う第二室内熱交換器と、車載機器と機器用熱交換器との間で機器用熱媒体を循環させる機器用循環ポンプと、が設けられ、第一室内熱交換器を通過した車室内導入空気が第二室内熱交換器を通過するように、第一室内熱交換器の空気流れの下流側に第二室内熱交換器が配置されている。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、空調用熱交換回路と機器用熱交換回路を流れる冷媒の温度を、車室内空調と発熱体冷却のそれぞれに対して最適な温度に設定することができ、冷凍サイクルの消費電力を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の第一の実施の形態の車両用空調装置の構成を示す図であり、冷房運転時の冷媒流れを示す図
【図２】本発明の第一の実施の形態の車両用空調装置の電気回路を示すブロック図
【図３】本発明の第一の実施の形態の車両用空調装置の構成を示す図であり、暖房除湿運転時の冷媒流れを示す図
【図４】本発明の第一の実施の形態の車両用空調装置の構成を示す図であり、暖房運転時の冷媒流れを示す図
【図５】本発明の第一の実施の形態の車両用空調装置の構成を示す図であり、室内暖房発熱体冷却運転時の冷媒流れを示す図
【図６】本発明の第一の実施の形態の車両用空調装置の構成を示す図であり、発熱体加熱運転時の冷媒流れを示す図
【図７】本発明の第一の実施の形態の車両用空調装置の構成を示す図であり、除霜運転時の冷媒流れを示す図
【図８】本発明の第一の実施の形態の車両用空調装置の構成を示す図であり、冷房サイフォン運転時の冷媒流れを示す図
【図９】本発明の第一の実施の形態の車両用空調装置の構成を示す図であり、暖房サイフォン運転時の冷媒流れを示す図
【図１０】本発明の第二の実施の形態の車両用空調装置の構成を示す図であり、冷房運転時の冷媒流れを示す図
【図１１】本発明の第三の実施の形態の車両用空調装置の構成を示す図
【図１２】本発明の第三の実施の形態の車両用空調装置の電気回路を示すブロック図
【図１３】本発明の第三の実施の形態の変形例の構成を示す図
【図１４】本発明の第四の実施の形態の車両用空調装置の構成を示す図
【発明を実施するための形態】
【０００８】
《発明の第一の実施の形態》
図１は本発明の第一の実施の形態の車両用空調装置の構成を示す図である。また、図２は本発明の第一の実施の形態の車両用空調装置の電気回路を示すブロック図である。第一の実施の形態の車両用空調装置は、冷却媒体（冷媒）４０の圧縮、凝縮、膨張および蒸発を行う冷凍サイクルの冷媒循環路（一次循環路）９０、この冷凍サイクルの冷媒循環路９０と空調用熱交換器４Ａを介して接続され、空調用熱交換器４Ａと室内熱交換器７Ａとの間に熱媒体４１Ａを循環させて車室内の冷房または暖房を行う空調用熱媒体循環路（二次循環路Ａ）９１Ａ、および、冷凍サイクル冷媒循環路９０と冷却用熱交換器４Ｂを介して接続され、冷却用熱交換器４Ｂ、発熱体９、室内熱交換器７Ｂおよびリザーバタンク３４に熱媒体４１Ｂを循環させて発熱体９の冷却または加熱と車室内の冷房または暖房を行う冷却用熱媒体循環路（二次循環路Ｂ）９１Ｂの三つの熱媒体循環路を備えている。
【０００９】
冷凍サイクルの冷媒循環路９０は、冷媒４０を圧縮する圧縮機１、冷媒４０と外気との間で熱交換をおこなう室外熱交換器２、液配管１２、冷媒４０の減圧手段および流量制御手段として機能する膨張弁２３，２２Ａ，２２Ｂ、レシーバタンク２４、空調用熱媒体循環路９１Ａを流れる空調用熱媒体４１Ａと熱交換をおこなう空調用熱交換器４Ａ、冷却用熱媒体循環路９１Ｂを流れる冷却用熱媒体４１Ｂと熱交換を行う冷却用熱交換器４Ｂ、冷媒流路を切り換えるための四方弁２０と三方弁２１を備えている。また、室外熱交換器２には車室外空気（外気）を室外熱交換器２に送風する室外ファン３を備えている。
【００１０】
第一の実施の形態の車両用空調装置では、空調用熱媒体循環路９１Ａの空調用熱交換器４Ａと冷却用熱媒体循環路９１Ｂの冷却用熱交換器４Ｂとが、冷凍サイクルの冷媒循環路９０において並列に接続されている。すなわち、空調用熱媒体循環路９１Ａと冷却用熱媒体循環路９１Ｂとが冷凍サイクルの冷媒循環路９０において並列に接続されている。空調用熱交換器４Ａの一端４２と冷却用熱交換器４Ｂの一端３５は、それぞれ膨張弁２２Ａ、２２Ｂを介して液配管１２のレシーバタンク２４に接続されている。空調用熱交換器４Ａの他端３９は四方弁２０へ接続され、四方弁２０の切り換えにより空調用熱交換器４Ａの他端３９は圧縮機１の吐出配管１０と吸込配管１１のいずれか一方に接続される。また、冷却用熱交換器４Ｂの他端３７は三方弁２１へ接続され、三方弁２１の切り換えにより冷却用熱交換器４Ｂの他端３７は圧縮機１の吐出配管１０と吸込配管１１のいずれか一方に接続される。
【００１１】
空調用熱媒体循環路９１Ａは、冷凍サイクル冷媒循環路９０を流れる冷媒４０との間で熱交換を行う空調用熱交換器４Ａと、室内ファン８により送風されて車室内へ吹き出す空気との間で熱交換をおこなう室内熱交換器７Ａを備え、循環ポンプ５Ａにより空調用熱交換器４Ａ→室内熱交換器７Ａの順に空調用熱媒体４１Ａが循環する。なお、空調用熱媒体４１Ａには例えば水や不凍液などが用いられる。
【００１２】
また、冷却用熱媒体循環路９１Ｂは、冷凍サイクル冷媒循環路９０を流れる冷媒４０との間で熱交換を行う冷却用熱交換器４Ｂ、インバータなどの車載発熱体９、室内ファン８により送風されて車室内へ吹き出す空気との間で熱交換を行う室内熱交換器７Ｂ、およびリザーバタンク３４を備え、循環ポンプ５Ｂにより冷却用熱交換器４Ｂ→発熱体９→室内熱交換器７Ｂ→リザーバタンク３４の順に冷却用熱媒体４１Ｂが循環する。なお、冷却用熱媒体循環路９１Ｂには、室内熱交換器７Ｂを通る主回路３１と室内熱交換器７Ｂをバイパスするバイパス回路３０が設けられており、主回路３１には流量制御手段として機能する二方弁２６が、バイパス回路３０には流量制御手段として機能する二方弁２５がそれぞれ設けられ、二つの二方弁２５、２６により冷却用熱媒体４１Ｂの流量（０〜１００％）が調節される。冷却用熱媒体４１Ｂには例えば水や不凍液などが用いられる。
【００１３】
第一の実施の形態の車両用空調装置では、空調用熱媒体循環路９１Ａの室内熱交換器７Ａと、冷却用熱媒体循環路９１Ｂの室内熱交換器７Ｂとを直列に２段に重ねて配設し、室内ファン８により送風される風の流れに沿って上流側に空調用熱媒体循環路９１Ａの室内熱交換器７Ａを配置し、下流側に冷却用熱媒体循環路９１Ｂの室内熱交換器７Ｂを配置する。室内ファン８により送風される風は、まず室内熱交換器７Ａを通り、次に室内熱交換器７Ｂを通って車室内に吹き出す。なお、この明細書では、室内ファン８により送風されて室内熱交換器７Ａ、７Ｂを通過し、空調用熱媒体４１Ａ、４１Ｂと熱交換を行う空気を「車室内導入空気」と呼ぶ。この車室内導入空気には二種類の空気があり、内気循環空調モードでは車室内導入空気は車室内から導入した空気であり、外気導入空調モードでは車室内導入空気は車室外から導入した空気である。
【００１４】
なお、図１に示す冷却用熱媒体循環路９１Ｂにおいて、冷却用熱媒体４１Ｂを冷却用熱交換器４Ｂ→発熱体９→室内熱交換器７Ｂ→リザーバタンク３４→循環ポンプ５Ｂ→冷却用熱交換器４Ｂの順に流す構成とした。これにより、発熱体９により暖められた冷却用熱媒体４１Ｂを室内熱交換器７Ｂで直ちに放熱させることができ、発熱体９から室内熱交換器７Ｂまでの配管路における放熱を低減できる。そして、その後に冷却用熱交換器４Ｂで冷却用熱媒体４１Ｂの温度調節を行う。冷却用熱媒体４１Ｂを発熱体９→冷却用熱交換器４Ｂ→室内熱交換器７Ｂの順に流すと、冷却用熱交換器４Ｂで冷却用熱媒体４１Ｂの温度を下げてから室内熱交換器７Ｂで放熱を行うことになり、車室内への放熱量が少なくなってしまう。
【００１５】
なお、この一実施の形態では発熱体９としてインバータを例示するが、発熱体９はインバータに限定されず、コンバータやモータ、あるいは電池などの発熱する車載機器であれば冷却対象の発熱体９とすることができる。また、発熱体９は複数個あってもよい。例えば発熱体９に電池、インバータ、モータなどの複数の車載機器が含まれている場合には、冷却用熱媒体４１Ｂの流れ方向の上流から下流に向かって許容温度の低い順か、または熱時定数の小さい順、例えば電池、インバータ、モータの順に配列するのが望ましい。
【００１６】
図２に示す一実施の形態の車両用空調装置の電気回路おいて、図１に示す機器と同様な機器に対しては同一の符号を付して説明する。車室内温度設定器６１は、乗員が車室内の温度を任意の温度に設定するための操作部材であり、設定された温度が目標車室内温度となる。外気温センサ６２は車室外の空気温度を検出する。空調用冷媒温度センサ６３は空調用熱交換器４Ａの冷媒出入口３９を流れる冷媒４０の温度を検出し、冷却用冷媒温度センサ６４は冷却用熱交換器４Ｂの冷媒出入口３７を流れる冷媒４０の温度を検出する。車速センサ６５は車両の走行速度を検出する。空調用熱媒体温度センサ６６は室内熱交換器７Ａの熱媒体入口における空調用熱媒体４１Ａの温度を検出し、冷却用熱媒体温度センサ６７は発熱体９の熱媒体入口における冷却用熱媒体４１Ｂの温度を検出する。制御装置６０はＣＰＵ６０ａやメモリ６０ｂなどを備え、設定器や各種センサからの入力信号に基づいて図１に示す各種機器２０，２１，２２Ａ，・・・の駆動回路２０ｄ，２１ｄ，２２Ａｄ，・・・を制御し、車室内の空調制御と機器の冷却（または加熱）制御を実行する。
【００１７】
この第一の実施の形態の車両用空調装置では、通常は発熱体９の冷却を行う必要があるため、冷却用熱媒体循環路９１Ｂの循環ポンプ５Ｂを常時、稼働させる。その他の機器の動作は、空調負荷や発熱体９からの発熱量に応じて変化するので、冷房、冷房除湿、暖房除湿、暖房などの各運転モードに分けて以下に一実施の形態の車両用空調装置の動作を説明する。
【００１８】
《冷房運転モード》
図１は冷房運転時の冷媒流れを示し、この図１を参照して冷房運転時の動作を説明する。冷房運転モードでは、四方弁２０と三方弁２１を切り換えて図１に実線で示す状態とし、室外熱交換器２を凝縮器、空調用熱交換器４Ａと冷却用熱交換器４Ｂをともに蒸発器として用い、空調用熱媒体循環路９１Ａにより車室内の冷房を行うとともに、冷却用熱媒体循環路９１Ｂにより発熱体９の冷却を行う。なお、二方弁２５を開いて二方弁２６を閉じ、冷却用熱媒体４１Ｂをバイパス回路３０を通して循環させる。
【００１９】
圧縮機１で圧縮された冷媒は室外熱交換器２で外気に放熱して液化し、レシーバタンク２４で空調用熱交換器４Ａへ流れる冷媒４０と冷却用熱交換器４Ｂへ流れる冷媒４０とに分岐する。空調用熱交換器４Ａへ流れる冷媒４０は膨張弁２２Ａで減圧されて低温、低圧になり、空調用熱交換器４Ａで空調用熱媒体循環路９１Ａの空調用熱媒体４１Ａから吸熱して蒸発し、四方弁２０を通って圧縮機１へ戻る。一方、冷却用熱交換器4Ｂへ流れる冷媒４０は膨張弁２２Ｂで減圧されて低温、低圧になり、冷却用熱交換器４Ｂで冷却用熱媒体循環路９１Ｂの冷却用熱媒体４１Ｂから吸熱して蒸発し、三方弁２１を通って圧縮機１へ戻る。
【００２０】
空調用熱媒体循環路９１Ａでは、循環ポンプ５Ａおよび室内ファン８を起動して空調用熱交換器４Ａで冷却された空調用熱媒体４１Ａを室内熱交換器７Ａへ供給し、室内ファン８により送風され車室内へ吹き出す空気の冷却をおこなう。一方、冷却用熱媒体循環路９１Ｂでは、循環ポンプ５Ｂを起動して冷却用熱交換器４Ｂで冷却された冷却用熱媒体４１Ｂを発熱体９へ供給し、発熱体９を冷却する。なお、冷房運転モードでは冷却用熱媒体循環路９１Ｂの二方弁２５は全開、二方弁２６は全閉とされ、発熱体９を冷却した冷却用熱媒体４１Ｂはバイパス回路３０を通ってリザーバタンク３４へ導かれる。
【００２１】
このように、空調用熱交換器４Ａと冷却用熱交換器４Ｂをともに蒸発器として利用できるので、車室内の冷房と発熱体９の冷却を同時に実行することができる。さらに、空調用熱交換器４Ａと冷却用熱交換器４Ｂを圧縮機１の吸込配管１１とレシーバタンク２４との間で並列に接続し、それぞれの並列回路に膨張弁２２Ａと２２Ｂを設けたので、空調用熱交換器４Ａと冷却用熱交換器４Ｂへ流れる冷媒流量をそれぞれ任意に変えることができる。したがって、空調用熱媒体４１Ａの温度と冷却用熱媒体４１Ｂの温度とをそれぞれ任意の所望の温度に制御することができ、冷房を行うために空調用熱媒体４１Ａの温度を十分に下げた場合でも、冷却用熱交換器４Ｂへ流れる冷媒流量を抑制することによって発熱体９へ流れる冷却用熱媒体４１Ｂの温度を高く保つことができる。
【００２２】
ところで、発熱体９の表面温度が外気温度よりも低くなると、外気から発熱体９へ熱が入ってくることになり、この入ってきた熱量分だけ冷凍サイクル冷媒循環路９０に要求される冷却能力が増加し、消費電力の増加を引き起こす。これは車載電池の使用量が増加することになるので、航続距離の低下といった不具合を引き起こす。また、発熱体９の温度が外気の露点温度よりも低い場合には、発熱体９の表面に結露を生じるおそれがあり、結露に起因する不具合への対策が必要になる。この問題は配管経路においても同様であり、冷却用熱媒体４１Ｂの温度を外気温度より高く保つことが望ましい。
【００２３】
そこで、この一実施の形態では冷却用熱媒体４１Ｂの目標温度を外気温度より高い温度に設定する。これにより、発熱体９の結露を確実に回避することができる。なお、冷却用熱媒体４１Ｂの温度を制御するには膨張弁２２Ｂの開度を制御すればよい。簡易的には、冷却用熱媒体４１Ｂの温度が高い場合には膨張弁２２Ｂの開度を大きくし、温度が低い場合には開度を小さくするように制御すればよい。
【００２４】
ただし、冷却用熱媒体４１Ｂの温度変化だけをみて膨張弁２２Ｂの制御を行うと、開度を開きすぎて冷媒が蒸発できなくなり、圧縮機１へ液冷媒が流入する可能性があるため、この一実施の形態では発熱体冷却運転時に冷却用熱交換器４Ｂの冷媒出入口３７から流出する冷媒温度が所望の温度になるように、膨張弁２２Ｂの開度を制御する。冷媒出入口３７の冷媒温度の目標値を下げると、冷媒流量が増加して冷却能力が増大するので、冷却用熱媒体４１Ｂの温度が低下する。逆に、冷媒出入口３７の冷媒温度の目標値を上げると、冷媒流量が減少して冷却能力が低下するので、冷却用熱媒体４１Ｂの温度が上昇する。冷却用熱交換器４Ｂの冷媒出入口３７の冷媒温度が目標温度となるように制御することによって、冷却用熱媒体４１Ｂの温度を所望の温度に調節することができる。
【００２５】
発熱体冷却運転時に、冷却用熱交換器４Ｂの冷媒出入口３７から流出する冷媒温度の目標値を、空調用熱交換器４Ａの冷媒出入口３９から流出する冷媒温度の目標値より高く設定することによって、冷却用熱媒体４１Ｂの温度を空調用熱媒体４１Ａの温度より高く保つことが可能になっている。
【００２６】
冷凍サイクル冷媒循環路９０の冷却能力を調節するためには、圧縮機１の回転速度を制御すればよく、空調用熱媒体４１Ａの温度が所望の温度となるように圧縮機１の回転速度を制御する。冷房負荷が大きいと判断される場合は空調用熱媒体４１Ａの制御目標温度を低くし、冷房負荷が小さいと判断される場合には空調用熱媒体４１Ａの制御目標温度を高くすることによって、冷房負荷に応じた空調能力の制御が可能になる。
【００２７】
なお、冷房負荷がなく、発熱体９の冷却のみが必要な場合には、循環ポンプ５Ａおよび室内ファン８を停止するとともに膨張弁２２Ａを閉じ、膨張弁２２Ｂの開度を調整することによって、冷却用熱交換器４Ｂのみを蒸発器として利用すればよい。これにより、冷却用熱媒体４１Ｂの冷却が可能になるので、発熱体９の冷却ができる。この場合、圧縮機１の回転速度を冷却用熱媒体４１Ｂの温度が目標温度となるように制御する。このときの目標温度は外気温度よりも高い温度に設定される。また、循環ポンプ５Ｂの回転速度を制御することによって熱交換量を変化させてもよい。
【００２８】
ところで、冷凍サイクル冷媒循環路９０の圧縮機１を起動する際には、先に空調用熱媒体循環路９１Ａの循環ポンプ５Ａと冷却用熱媒体循環路９１Ｂの循環ポンプ５Ｂを起動し、所定時間が経過してから圧縮機１を起動するのが望ましい。圧縮機１を起動するときに吸込配管１１に接続されている空調用熱交換器４Ａと冷却用熱交換器４Ｂ内の冷媒４０が低温になりやすく、一時的に空調用熱媒体４１Ａと冷却用熱媒体４１Ｂの凝固温度よりも低下する可能性がある。循環ポンプ５Ａと５Ｂが稼働していないときには、空調用熱媒体４１Ａもしくは冷却用熱媒体４１Ｂの温度が低下し凝固することによって、空調用熱交換器４Ａや冷却用熱交換器４Ｂの流路閉塞や破損といった不具合を引き起こす可能性がある。そのため、圧縮機１を起動する前に循環ポンプ５Ａ、５Ｂを起動することによって、空調用熱媒体４１Ａと冷却用熱媒体４１Ｂの凝固による不具合を回避することができる。
【００２９】
《冷房除湿運転モード》
次に、冷房除湿運転モードの動作を説明する。冷房除湿運転時には、図１に示す冷房運転時の冷媒流れにおいて二方弁２５を閉じて二方弁２６を開け、冷却用熱媒体４１Ｂを主回路３１の室内熱交換器7Ｂを通して循環させる。この冷房除湿運転モードでは、二方弁２６を開いて空調用熱媒体４１Ａよりも温度が高い冷却用熱媒体４１Ｂを室内熱交換器７Ｂへ導入することができるので、室内熱交換器７Ａで冷却・除湿された空気が室内熱交換器７Ｂによって加熱されてから車室内へ吹き出される、いわゆる再熱除湿運転が可能となる。このとき、車室内へ供給される空気は相対湿度が低くなるため、室内空間の快適性を向上できる。なお、再熱器として利用される室内熱交換器７Ｂの熱源は発熱体９から発生するいわゆる廃熱であり、再熱用にヒータなどを用いる場合と異なり、新たにエネルギーを投入する必要がないので、消費電力を増大させることなく車室内の快適性を向上させることができる。
【００３０】
再熱量は主回路３１へ流れる冷却用熱媒体４１Ｂの温度と流量によって変化するので、冷却用熱交換器４Ｂの交換熱量や主回路３１へ流れる冷却用熱媒体４１Ｂの流量を変えることによって再熱量を制御することができる。冷却用熱交換器４Ｂの交換熱量を変えるためには、膨張弁２２Ｂの開度を制御して冷却用熱交換器４Ｂへ流れる冷媒流量を調節すればよく、冷却が不要な場合には膨張弁２２Ｂの開度を全閉とすればよい。また、主回路３１へ流れる冷却用熱媒体４１Ｂの流量を変えるためには、二方弁２５、２６の開度を調節すればよい。
【００３１】
なお、この第一の実施の形態では主回路３１とバイパス回路３０へ流れる冷却用熱媒体４１Ｂの流量割合を調節するためにそれぞれの回路に二方弁２５、２６を設ける例を示すが、例えば三方弁などを用いて主回路３１とバイパス回路３０へ流れる冷却用熱媒体４１Ｂの流量割合を調節してもよい。
【００３２】
《暖房除湿運転モード》
次に、暖房除湿運転モードの動作を説明する。図３は暖房除湿運転時の冷媒流れを示す。再熱量が不足する場合には、三方弁２１を図３に実線で示すように切り換えて暖房除湿運転を行う。この暖房除湿運転では、空調用熱交換器４Ａを蒸発器のままとする一方、冷却用熱交換器４Ｂを凝縮器として用い、冷却用熱交換器４Ｂで冷却用熱媒体４１Ｂの加熱を行う。この場合、圧縮機１で圧縮された冷媒４０は四方弁２０と三方弁２１により分岐されて室外熱交換器２と冷却用熱交換器４Ｂへ導かれ、室外熱交換器２と冷却用熱交換器４Ｂで凝縮液化した後、レシーバタンク２４内で合流する。その後、膨張弁２２Ａで減圧され、空調用熱交換器４Ａで蒸発・ガス化した後、圧縮機１へ戻る。このように、冷却用熱交換器４Ｂを用いて冷却用熱媒体４１Ｂを加熱することができるので、再熱量が不足する場合でも冷凍サイクル冷媒循環路９０を用いて再熱量を増大させることができる。
【００３３】
このとき、冷却用熱交換器４Ｂから投入される熱も室外空気へ放出していた熱の一部であり、新たな熱源を用いずに再熱量の増大を図ることができ、消費電力が増大することはない。また、圧縮機１からの吐出冷媒を冷却用熱交換器４Ｂと室外熱交換器２の両方で凝縮するので、双方に流れる冷媒流量を制御することによって再熱量を任意に変えることができる。具体的には、室外ファン３の回転速度を低くすれば室外熱交換器２からの放熱量が抑制され、冷媒流量も抑制される。また、膨張弁２３の開度を絞ることによっても冷媒流量を抑制することができるので、冷却用熱交換器４Ｂの熱交換量を増加させ、再熱量を増大させることができる。外気温度が低い場合や走行風が室外熱交換器２に当たり熱交換性能が高くなる条件などでは、室外熱交換器２からの放熱量が増大しやすくなるので、外気温度や車速といったセンサ情報を用いて室外ファン３の回転速度を低くしたり膨張弁２３の開度を絞り、再熱量を増大させることができる。
【００３４】
このように、第一の実施の形態では除湿量と再熱量の制御が可能になっている。具体的には、圧縮機１の回転速度を制御することによって空調用熱媒体４１Ａの温度を除湿が可能な温度とし、所望の除湿量を確保する一方、室外ファン３の回転速度および膨張弁２３、２２Ｂの開度を制御することによって冷却用熱交換器４Ｂに流れる冷媒流量を制御し、冷却用熱媒体４１Ｂの温度を適当な温度に保って再熱量を確保する。なお、再熱量を増加させ、冷却用熱媒体４１Ｂの温度を高く保つことによって、車室内への吹出し温度を吸込温度よりも高めた暖房運転も可能となっているので、外気温度が低く湿度が高い条件などで特に有効である。また、実機で再熱量を正確に検知することは困難であり、冷却用熱媒体４１Ｂの温度と主回路３１への流量を変化させ、車室内へ吹き出す空気温度が所望の温度となるように再熱量を制御する。
【００３５】
《放熱運転モード》
次に、放熱運転モードの動作を説明する。図４は暖房運転時の冷媒流れを示す。暖房運転時には図４に実線で示すように四方弁２０と三方弁２１を切り換える。暖房負荷が小さい場合の暖房運転では、圧縮機１を停止して冷凍サイクル冷媒循環路９０を利用せず、発熱体９からの廃熱を暖房に利用する放熱運転とする。この放熱運転モードでは、循環ポンプ５Ｂと室内ファン８を起動し、かつ二方弁２６を開として室内熱交換器７Ｂに冷却用熱媒体４１Ｂを導入する。冷却用熱媒体４１Ｂは発熱体９によって加熱されているので、室内熱交換器７Ｂで室内吹出し空気へ放熱して冷却され、室内吹出し空気が加熱されて室内空間の暖房運転を行うことができる。このように、発熱体９からの廃熱を暖房に利用することが可能な構成となっており、エネルギー消費の少ない空調装置を実現することができる。
【００３６】
《暖房放熱運転モード》
発熱体９の発熱量だけでは暖房負荷に満たない場合には、冷凍サイクル冷媒循環路９０を併用する暖房放熱併用運転とする。四方弁２０と三方弁２１は図４に実線で示す放熱運転と同様な状態にし、冷凍サイクル冷媒循環路９０において空調用熱交換器４Ａを凝縮器、室外熱交換器２を蒸発器とするサイクルを形成するとともに、膨張弁２２Ａを全開にし膨張弁２２Ｂを全閉にして冷却用熱交換器４Ｂは利用しない。圧縮機１で圧縮された冷媒４０は、空調用熱交換器４Ａで空調用熱媒体４１Ａへ放熱することによって凝縮・液化し、膨張弁２３で減圧された後、室外熱交換器２において室外空気との熱交換によって蒸発・ガス化して圧縮機１へ戻る。
【００３７】
循環ポンプ５Ａを起動することによって、空調用熱交換器４Ａで冷媒４０の凝縮熱をもらって昇温された冷却用熱媒体４１Ａを室内熱交換器７Ａへ流し、室内吹出し空気へ放熱して暖房を行う。室内熱交換器７Ａで加熱された空気は、空気の流れの下流側に配置された室内熱交換器７Ｂで発熱体９により加熱された冷却用熱媒体４１Ｂから熱をもらい、さらに昇温されてから室内空間へ吹き出される。このように、室内吹出し空気は冷凍サイクル冷媒循環路９０によって加熱された後、発熱体９の廃熱でさらに加熱される構成となっており、室内熱交換器７Ａからの吹出し空気温度を室内熱交換器７Ｂからの室内吹出し空気温度に対して低く保つことができる。
【００３８】
ところで、第一の実施の形態では室内熱交換器７Ａと７Ｂを直列に配列した例を示すが、室内熱交換器７Ａと７Ｂを並列に配置した場合には、発熱体９の発熱量分だけ冷凍サイクル冷媒循環路９０の暖房能力を低減することができ、消費電力の低減割合も概ね暖房能力の低減割合と同等になる。これは、蒸発温度と凝縮温度が大きく変化しないためである。また、冷却用熱交換器４Ｂを利用して発熱体９と冷凍サイクル冷媒循環路９０で冷却用熱媒体４１Ｂを加熱する場合も同様に、暖房能力の低減分だけ消費電力を低減することができる。
【００３９】
第一の実施の形態では、冷却用熱交換器４Ｂを利用せずに、空調用熱交換器４Ａを利用して室内熱交換器７Ａを冷凍サイクル冷媒循環路９０で加熱する構成としており、発熱体９からの廃熱による加熱とは直列に接続されている。このため、空気流れの上流側に配置された室内熱交換器７Ａの出口空気温度を、室内熱交換器７Ａと７Ｂを並列に配置した場合の出口空気温度よりも低くすることができる。つまり、室内熱交換器７Ａと７Ｂを並列に配置した場合と比べて、室内熱交換器７Ａで熱交換する空気の温度を低くすることができるので、凝縮温度を低く抑えることが可能になり、その分だけ冷凍サイクル冷媒循環路９０における消費電力を低減できる。このため、消費電力を暖房能力の低減割合以上に抑制することができ、消費電力の少ない空調装置を提供することができる。
【００４０】
なお、三方弁２１を図４に波線で示す回路へ切り換え、冷却用熱交換器４Ｂを凝縮器として利用すると、空調用熱媒体４１Ａよりも高温の冷却用熱媒体４１Ｂとの熱交換が可能な凝縮温度としなければならなくなり、凝縮温度を抑制することができなくなる。このため、三方弁２１が波線で示す回路となっている場合であっても、膨張弁２２Ｂを全閉にして冷却用熱交換器４Ｂに冷媒が流れないようにする。
【００４１】
また、第一の実施の形態では、冷凍サイクル冷媒循環路９０の暖房能力を制御するために、冷却用熱媒体４１Ｂの温度が所定の温度になるように制御するとした。これにより、暖房負荷や発熱体９からの発熱量が変動した場合でも冷凍サイクル冷媒循環路９０の能力を制御することが可能になっている。すなわち、発熱体９からの発熱量が増大した場合には、冷却用熱媒体４１Ｂの温度が上昇するので、冷凍サイクル冷媒循環路９０の暖房能力を抑制する。この結果、室内熱交換器７Ａからの放熱量が抑制され、室内熱交換器７Ｂへ流入する空気の温度が低くなるため、冷却用熱媒体４１Ｂからの放熱量が増大し、冷却用熱媒体４１Ｂの温度上昇が抑制される。逆に、発熱体９からの発熱量が減少した場合には、冷却用熱媒体４１Ｂの温度が低下するので、冷凍サイクル冷媒循環路９０の暖房能力を増大させ、室内熱交換器７Ｂへ流入する空気温度を上げることによって、冷却用熱媒体４１Ｂの温度低下を抑制する。
【００４２】
このように、冷却用熱媒体４１Ｂの温度を所定温度に制御することによって、発熱体９の発熱量変動に対応した冷凍サイクル冷媒循環路９０の能力制御が可能になっている。したがって、発熱体９からの発熱量変動に起因する車室内への吹き出し空気温度の変動を抑制することができるだけでなく、過剰な暖房による消費電力の増大を防止することができ、省エネルギー性を向上させることができる。なお、冷凍サイクル冷媒循環路９０の能力を制御するための具体例としては、圧縮機１の回転速度を制御すればよい。また、冷却用熱媒体４１Ｂの温度を所定の温度範囲に保つ制御は、発熱体９の温度が使用可能な温度範囲から外れるなどの不具合を回避するためにも有効である。
【００４３】
さらに、第一の実施の形態では、暖房負荷が大きい場合には冷却用熱媒体４１Ｂの目標温度を高く設定し、暖房負荷が小さい場合には冷却用熱媒体４１Ｂの目標温度を低く設定するようにした。これにより、室内吹出し空気温度が変化するので暖房能力を制御することができる。
【００４４】
なお、暖房運転の起動時には凝縮器としての空調用熱交換器４Ａに流れる空調用熱媒体４１Ａの温度が低い（外気と同じレベル）ため、冷凍サイクル冷媒循環路９０の凝縮圧力が低下し、圧縮機１の圧力差が確保できないという問題が生じる。そこで、暖房運転開始時には空調用熱媒体４１Ａの温度が上昇するまで室内ファン８を停止する。あるいは、空調用循環ポンプ５Ａによる空調用熱媒体循環路９１Ａにおける空調用熱媒体４１Ａの流量を抑制する。これにより、車室内への放熱を抑制して空調用熱媒体４１Ａの温度上昇を促進することができる。
【００４５】
《室内暖房発熱体冷却運転モード》
次に、暖房負荷が増大した場合の動作について説明する。暖房負荷が大きな場合には、上述したように冷却用熱媒体４１Ｂの目標温度を高く設定すればよいが、発熱体９の仕様などにより温度を上げることが困難な場合には、暖房能力を増大させることができなくなる。このような場合には、冷却用熱媒体４１Ｂの冷却と空調用熱媒体４１Ａの加熱を同時に実行するために、室内暖房発熱体冷却運転をおこなう。図５は室内暖房発熱体冷却運転時の冷媒流れを示す。図５を参照して室内暖房発熱体冷却運転モードの動作を説明する。
【００４６】
室内暖房発熱体冷却運転モードでは、図４に示す暖房放熱運転時と同様に、四方弁２０と三方弁２１を切り換え、空調用熱交換器４Ａを凝縮器、室外熱交換器２を蒸発器とするサイクルを構成する。さらに、室内暖房発熱体冷却運転モードでは、膨張弁２２Ｂを開けて冷却用熱交換器４Ｂを蒸発器として利用する。空調用熱交換器４Ａで凝縮・液化した冷媒はレシーバタンク２４内で分岐し、一方は膨張弁２３で減圧された後、室外熱交換器２で蒸発して圧縮機１へ戻り、他方は膨張弁２２Ｂで減圧され、冷却用熱交換器４Ｂで冷却用熱媒体４１Ｂを冷却することによって蒸発・ガス化し、三方弁２１を介して圧縮機１へ戻る。
【００４７】
このサイクルでは、冷却用熱交換器４Ｂにより発熱体９からの廃熱が冷凍サイクル冷媒循環路９０の熱源として回収され、空調用熱交換器４Ａから空調用熱媒体循環路９１Ａへ導かれて室内熱交換器７Ａから車室内へ放熱される。このように、発熱体９の温度を抑制しながら発熱体９の廃熱を回収して暖房に利用することが可能になっている。さらに、室外熱交換器２を用いて外気から吸熱することが可能になるので、暖房能力を増大させることができる。
【００４８】
また、第一の実施の形態では、液配管１２と室外熱交換器２との間に膨張弁２３を配置したので、膨張弁２２Ｂと膨張弁２３の開度をそれぞれ制御することによって、冷却用熱媒体４１Ｂからの吸熱量と外気からの吸熱量を個別に制御することが可能になっている。
【００４９】
なお、冷却用熱媒体４１Ｂの温度が空調用熱媒体４１Ａの温度よりも低くなると、室内熱交換器７Ａで加熱した空気を室内熱交換器７Ｂで冷却してしまうため、このような場合には冷却用熱媒体循環路９１Ｂの二方弁２６を閉じて二方弁２５を開き、冷却用熱媒体４１Ｂをバイパス回路３０を通すことによって、冷却用熱交換器４Ｂで冷却された冷却用熱媒体４１Ｂにより室内吹出し空気が冷却されるのを防止できる。ただし、車室内への吹き出し風の温度が冷却用熱冷媒４１Ｂの温度よりも低い場合には車室内へ放熱可能であるため、二方弁２５を閉じて二方弁２６を開き、冷却用熱媒体４１Ｂを主回路３１へ通して室内熱交換器７Ｂで吹き出し空気に放熱する。
【００５０】
ところで、室内暖房発熱体冷却運転中に暖房負荷が低下し、上述した暖房放熱併用運転に移行する必要が生じた場合には、冷却用熱媒体４１Ｂの温度が低いと吹出し風の温度が低くなるなどの不具合が生じる可能性があるため、モードを移行する前に冷却用熱媒体４１Ｂの温度を上げておくことが望ましい。冷却用熱媒体４１Ｂの温度は冷却用熱交換器４Ｂの熱交換量を変えることによって制御できるので、膨張弁２２Ｂの開度を制御すればよい。なお、室内暖房発熱体冷却運転中も冷却用熱媒体４１Ｂの温度を高く保ち、空調用熱媒体４１Ａの温度が冷却用熱媒体４１Ｂの温度よりも下がったことを検知した場合に、暖房負荷が低下したとと判断できるので、室内暖房発熱体冷却運転から暖房放熱併用運転へ移行する。
【００５１】
《発熱体加熱運転モード》
外気温度が低い冬季の始動時などにおいては、冷却用熱媒体４１Ｂの温度が低いために運転開始直後の暖房に供することはできず、発熱体９からの廃熱による温度上昇を待つ必要がある。このような場合には、図５に示すサイクルにおいて膨張弁２２Ｂを閉じて室内熱交換器７Ａによる暖房運転を行う。また、二方弁２６を閉じて二方弁２５を開き、温度の低い冷却用熱媒体４１Ｂが室内熱交換器７Ｂで室内へ吹き出す空気と熱交換することがないようにサイクルを構成する。
【００５２】
発熱体９の発熱量が小さく、冷却用熱媒体４１Ｂの温度を早期に高めたい場合には、三方弁２１を図６に実線で示すように切換える。このように構成することによって、圧縮機１から吐出された冷媒４０が空調用熱交換器４Ａと冷却用熱交換器４Ｂの両方へ流れることになり、冷却用熱交換器４Ｂへ流れた冷媒４０の凝縮熱によって冷却用熱媒体４１Ｂを加熱することが可能になる。このサイクルでは、膨張弁２２Ａ、２２Ｂをともに全開とし、膨張弁２３の開度を制御することによって冷媒４０を減圧し、室外熱交換器２で外気から吸熱する。また、二方弁２６を閉じて二方弁２５を開き、バイパス回路３０を通して冷却用熱媒体４１Ｂを流す。
【００５３】
このように、冷凍サイクル冷媒循環路９０を用いて冷却用熱媒体４１Ｂの加熱を行うことができるので、発熱体９の温度を所望の温度まで早期に上昇させる発熱体加熱運転を行うことができる。このとき同時に、循環ポンプ５Ｂの流量を抑制もしくは停止させてもよく、これにより冷却用熱媒体４１Ｂとの熱交換量を抑制することができるので、発熱体９の温度を早期に上昇させることができる。
【００５４】
《除霜》
室外熱交換器２を蒸発器として用いる運転を継続すると、熱交換器の表面に霜が成長する場合があるため、霜を融かす除霜運転をおこなう必要がある。除霜運転時には、四方弁２０と三方弁２１を図７に実線で示すように切り換え、膨張弁２２Ａを全閉とし、室外熱交換器２を凝縮器、冷却用熱交換器４Ｂを蒸発器とするサイクルを形成する一方、二方弁２６を閉じて主回路３１への冷却用熱媒体４１Ｂの流れを遮断し、バイパス回路３０へ冷却用熱媒体４１Ｂを流す。
【００５５】
空調用熱交換器４Ａを蒸発器として利用すると、車室内へ吹き出す空気の温度が低下しやすくなる。そこで、第一の実施の形態では、発熱体９からの廃熱を熱源として利用し車室内の温度低下を防止する。また、車室内へ吹き出す空気温度を熱源とする場合には、熱量が不足して除霜時間が長くなる可能性があるが、発熱体９が接続されており、さらに温度を高く保っている冷却用熱媒体４１Ｂを除霜用の熱源として利用できるので、除霜用の熱源を確保することができ、除霜時間を短縮できる。なお、除霜運転中は室内ファン８の風量を抑制もしくは停止することによって、吹出し空気温度の低下を抑制することができる。
【００５６】
このように、第一の実施の形態の車両用空調装置では、１つの冷凍サイクル冷媒循環路９０を用いて空調温度制御と機器温度制御を同時に実現し、かつ消費電力の少ない車両用空調装置を提供することができる。
【００５７】
室外熱交換器２に付着した霜を溶かす除霜運転時に、室外熱交換器２に走行風が当たると室外熱交換器２の温度が上がりにくくなり、除霜能力が低下する。そこで、除霜運転時に室外ファン３を逆回転させて室外熱交換器２を通過する走行風を抑制する。この場合、車速が高くなるほど室外ファン３の逆回転速度を高くすれば、車速が変化しても室外熱交換器２を通過する風量を最小限に抑制できる。もちろん、停車時には室外ファン３を停止する。また、室外熱交換器２の走行風が当たる面に開閉可能なシャッターを設け、除霜時には室外ファン３を停止するとともにシャッターを閉じ、室外熱交換器２を通る走行風を遮断するようにしてもよい。
【００５８】
《レシーバタンク》
ところで、第一の実施の形態では室外熱交換器２、空調用熱交換器４Ａおよび冷却用熱交換器４Ｂの３つの熱交換器を用いて適宜、凝縮器と蒸発器の組合せを切り換え、各運転モードに対応した冷凍サイクル冷媒循環路９０を構成している。各サイクルにおける適正な冷媒４０の量は、蒸発器となる熱交換器の個数や内容積などにより変化するため、条件によっては余剰冷媒が発生し、凝縮圧力を増大させる可能性がある。そこで、この実施の形態では３つの熱交換器へ接続される液配管１２をレシーバタンク２４で合流させる構成とした。冷媒の流動しない配管系統にレシーバタンクを配置すると、冷媒量を調整する機能がうまく作用せずに冷媒が溜まり込むなどの不具合が生じるが、この実施の形態では３つの熱交換器へ接続される液配管１２の合流部にレシーバタンク２４が配置されているので、停止している熱交換器が存在する場合であっても、レシーバタンク２４に接続された他の熱交換器はかならず動作しており、内部を冷媒４０が流動することになるので、どの運転モードにおいても確実に冷媒量を調整する作用を得ることができる。
【００５９】
《サイフォン》
第一の実施の形態では、冷却用熱媒体４１Ｂの温度が外気温度よりも高い場合に、サーモサイフォンによるサイクルを構成し、圧縮機１を起動せずに発熱体９を冷却可能としているので、この場合の動作について図８および図９を参照して説明する。
【００６０】
サーモサイフォンによる冷却運転では、発熱体９によって加熱された冷却用熱媒体４１Ｂが冷却用熱交換器４Ｂで冷媒４０を加熱して蒸発させる。蒸発したガス冷媒は室外熱交換器２へと流入し、低温の室外空気との熱交換をおこなって凝縮・液化するので、液冷媒自体の重力により液管を通ってふたたび冷却用熱交換器４Ｂへ流入する。このように、サーモサイフォンによる冷却運転では液冷媒自体の重力を利用することになるので、室外熱交換器２で凝縮した液冷媒が重力により冷却用熱交換器４Ｂへ流れ込むことが可能なように、冷却用熱交換器４Ｂの冷媒出入口（サーモサイフォン動作時は冷媒入口になる）３５は室外熱交換器２の冷媒出入口（サーモサイフォン動作時は冷媒出口になる）３６よりも下方になるように液管で接続配置されいる。また、冷却用熱交換器４Ｂの冷媒出入口（サーモサイフォン動作時は冷媒出口になる）３７よりも上方に室外熱交換器２の冷媒出入口（サーモサイフォン動作時は冷媒入口になる）３８が配置され、冷却用熱交換器４Ｂで冷却用熱媒体４１Ｂにより加熱され蒸発した冷媒４０が室外熱交換器２へ流入可能になっている。
【００６１】
また、冷却用熱交換器４Ｂでガス化した冷媒４０が上昇して室外熱交換器２へ容易に流れることができるように、この冷媒配管経路に配設された四方弁２０と三方弁２１はこれらに接続される冷媒配管が略水平になるように配置されており、垂直方向に下降する配管が生じないようにしている。
【００６２】
ところで、冷凍サイクルを用いてサーモサイフォンを構成するために、圧縮機をバイパスする配管を設けることが知られている。しかし、第一の実施の形態では圧縮機１のバイパス回路を設けるだけではサーモサイフォンを構成することができない。これは、圧縮機１の吸込配管１１と吐出配管１０の内の一方に利用しない空調用熱交換器４Ａが接続されており、サイクルを形成することができないためである。そこで、第一の実施の形態では、四方弁２０、三方弁２１および膨張弁２２Ａを用いて空調用熱交換器４Ａとサーモサイフォンのサイクルが連通しないように構成した。具体的には、膨張弁２２Ａを全閉とし、さらに空調用熱交換器４Ａが吐出配管１０と吸込配管１１の内、冷却用熱交換器４Ｂが三方弁２１を介して接続されていない方に接続されるように四方弁２０を切り換える。つまり、四方弁２０と三方弁２１により冷却用熱交換器４Ｂの冷媒出入口３７と室外熱交換器２の冷媒出入口３８とを圧縮機１を介さずに直接、連通させるとともに、膨張弁２２Ａを全閉にして空調用熱交換器４Ａへの冷媒流れを遮断し、圧縮機１を停止してサーモサイフォンにより発熱体９の冷却運転を行う。
【００６３】
冷房運転を実施した後など、四方弁２０が図８に実線で示すように接続されている場合には、冷房サイフォンモードとする。この場合、四方弁２０を用いて吐出配管１０を室外熱交換器２と接続し、吸込配管１１を空調用熱交換器４Ａと接続する一方、冷却用熱交換器４Ｂを三方弁２１を用いて吐出配管１０へ接続する。また、膨張弁２２Ａを全閉とすることにより、圧縮機１と膨張弁２２Ａによって空調用熱交換器４Ａに接続された冷媒配管をサーモサイフォンを形成するサイクルから遮断することが可能になる。冷却用熱交換器４Ｂは三方弁２１を用いて接続される配管を吸込配管１１から吐出配管１０へと切り換えるので、吸込配管１１とは遮断することができる。
【００６４】
二方弁を用いて圧縮機１をバイパスする回路へ冷媒４０を流すためには、圧縮機１をバイパスする回路を開けるための二方弁と、冷却用熱交換器４Ｂと吸込配管１１を遮断するための二方弁を用いる必要があり、回路が複雑となる。また、低圧配管内に複数の弁を設けると圧力損失の増大や、コストの増大を引き起こすため好ましくない。第一の実施の形態では、三方弁２１を用いることによって、冷却用熱交換器４Ｂが接続される配管を吸込配管１１から吐出配管１０へ切り換えるとともに、冷却用熱交換器４Ｂと吸込配管１１とを遮断することができ、流路の形成と遮断が容易になりコストアップを抑制している。なお、第一の実施の形態では三方弁２１を用いた例を示したが、四方弁の一部を閉止して用いてもよい。
【００６５】
冷房運転では、空調用熱交換器４Ａを蒸発器として用いるので、冷房運転後などには空調用熱交換器４Ａの温度が低く、サーモサイフォンのサイクル内に組み込むと、本来室外熱交換器２で凝縮すべき冷媒が空調用熱交換器４Ａ内で凝縮し、冷媒が溜まり込むことによって、サイクル中の冷媒が不足しサーモサイフォンが形成できないなどの不具合を生じる可能性がある。第一の実施の形態では、空調用熱交換器４Ａをサーモサイフォンのサイクルから切り離すことによって、このような複数の熱交換器を備えた空調装置特有の課題を解決することが可能になり、圧縮機１を稼働させずにサーモサイフォンを利用した発熱体９の冷却運転が可能になる。
【００６６】
また、暖房運転をおこなった後など、四方弁２０が図９に実線で示す回路に接続されている場合には、暖房サイフォンモードとする。この場合、空調用熱交換器４Ａは四方弁２０により圧縮機１の吐出配管１０と接続されているので、冷却用熱交換器４Ｂと吸込配管１１が連通するように三方弁２１を切り換え、膨張弁２２Ａを全閉にする。冷却用熱交換器４Ｂで加熱されたガス冷媒は三方弁２１で吸込配管１１へ流入した後、四方弁２０を介して室外熱交換器２へ流れる。室外熱交換器２で凝縮した液冷媒は液配管１２を通って下方に設置された冷却用熱交換器４Ｂへ流入し、冷却用熱媒体４１Ｂによってふたたび加熱される。
【００６７】
ところで、第一の実施の形態では液配管１２にレシーバタンク２４を設けた例を示すが、冷却用熱交換器４Ｂとレシーバタンク２４を接続する配管が、レシーバタンク２４の内部で上面から底面へ向かって設けられた垂直配管の場合には、室外熱交換器２から流入した液冷媒が、この垂直配管を上昇しないと冷却用熱交換器４Ｂへ流入することができないという問題が生じる。そこで、第一の実施の形態では、冷却用熱交換器４Ｂと接続する配管をレシーバタンク２４の底面（下部）に接続するとともに、膨張弁２３と接続する配管をレシーバタンク２４の上面（上部）に接続し、レシーバタンク２４の底面（下部）から上面（上部）へ連通する垂直配管とした。この結果、室外熱交換器２からレシーバタンク２４の上面(上部）へ流入した液冷媒は重力の作用によりレシーバタンク２４の底面（下部）に落下し、容易に冷却用熱交換器４Ｂへ流入する。
【００６８】
また、二方弁２５および２６は暖房空調負荷によって開閉を切り換える。暖房負荷がない場合には、二方弁２５を開いて二方弁２６を閉じ、バイパス回路３０を利用する。逆に、暖房負荷がある場合には、二方弁２５を閉じて二方弁２６を開き、室内熱交換器７Ｂへ冷却用熱媒体４１Ｂを流せばよい。このとき、冷却用熱媒体４１Ｂの温度が暖房運転を行うための所定の温度になるように、膨張弁２２Ｂの開度を制御してサーモサイフォンによるサイクルの冷媒循環量を制御する。
【００６９】
《発明の第二の実施の形態》
図１０は第二の実施の形態の車両用空調装置の構成を示す図であり、冷房運転時の冷媒の流れを示す。なお、図１〜図９に示す第一の実施の形態の機器と同様な機器に対しては同一の符号を付して相違点を中心に説明する。また、冷房運転モード以外のモードにおける冷媒の流れは上述した第一の実施の形態と同様であり、各モードにおける冷媒の流れの図示と説明を省略する。この第二の実施の形態では、図１〜図９に示す第一の実施の形態で用いた三方弁２１を用いず、冷却用熱交換器４Ｂの冷媒出入口３７を圧縮機１の吸込配管１１に接続する。この第二の実施の形態の電気回路は、図２に示す第一の実施の形態の電気回路から三方弁２１とその駆動回路２１ｄを省略しただけであり、図示と説明を省略する。
【００７０】
この第二の実施の形態の車両用空調装置は、上述した第一の実施の形態の車両用空調装置の機能から図５に示す発熱体加熱運転モード、すなわち冷却用熱交換器４Ｂを圧縮機１の吐出配管１０に接続して凝縮器として用い、冷却用熱媒体４１Ｂを加熱して発熱体９の温度を適温まで昇温する機能を省略したものである。また、この第二の実施の形態では、発熱体加熱運転に加え、サーモサイフォンによる運転を行うことができない。しかしながら、これらの機能を必要としない環境下で使用される車両用空調装置においては、三方弁２１を省略することによってコストを削減することができる。
【００７１】
《発明の第三の実施の形態》
図１１は第三の実施の形態の車両用空調装置の構成を示す。第三の実施の形態では、図１〜図９に示す第一の実施の形態に対し、独立した空調用熱媒体循環路９１Ａと空調用熱交換器４Ａを廃止し、冷凍サイクル冷媒循環路９０の冷媒４０を室内熱交換器7Ａへ導き、室内熱交換器７Ａにおいて冷媒４０と車室内導入空気との間で直接、熱交換を行う構成とする。また、第一の実施の形態に対し三方弁２１を廃止し、冷却用熱交換器４Ｂを圧縮機１の吸込配管１１に接続する冷凍サイクル冷媒循環路９０とする。この第三の実施の形態の車両用空調装置では、冷凍サイクル冷媒循環路９０の一部を空調用熱交換回路として用い、この空調用熱交換回路の空調用熱交換器４Ａと冷却用熱媒体循環路９１Ｂの冷却用熱交換器４Ｂとが、冷凍サイクルの冷媒循環路９０において並列に接続されている。すなわち、空調用熱交換回路と冷却用熱媒体循環路９１Ｂとが冷凍サイクルの冷媒循環路９０において並列に接続されている。
【００７２】
図１２は、第三の実施の形態の車両用空調装置の電気回路を示すブロック図である。図１２において、図２に示す第一の実施の形態と同様な機器に対しては同一の符号を付して相違点を中心に説明する。この第三の実施の形態では、図２に示す第一の実施の形態の三方弁２１とその駆動回路２１ｄ、および循環ポンプ５Ａとその駆動回路５Ａｄが廃止され、二方弁２７〜２９とその駆動回路２７ｄ〜２９ｄ、および放熱用ファン５１とその駆動回路５１ｄが追加される。
【００７３】
この第三の実施の形態による冷房運転および暖房運転、あるいは発熱体９を冷却するための運転方法は上述した第一の実施の形態の運転方法と同様である。第三の実施の形態では、空調用熱交換器４Ａを利用しない構成としたので、一次冷媒循環路すなわち冷凍サイクル冷媒循環路９０と二次熱媒体循環路すなわち空調用熱媒体循環路９１Ａとの間の中間熱交換器による熱交換性能の低下と、循環ポンプによる消費電力の増大を回避することができ、消費電力をさらに抑制することができる。また、中間熱交換器、循環ポンプおよび空調用熱媒体循環路を廃止することによって、空調装置の重量を抑制することができる。さらに、三方弁を廃止したので暖房除湿やサーモサイフォンによる運転ができなくなるが、サイクル系統を簡素化することができ、三方弁を省略することにより軽量化を図ることができるというメリットも得られる。
【００７４】
図１１に示す第三の実施の形態では、冷却用熱媒体循環路９１Ｂに二種類の発熱体９ａと９ｂを配設するとともに、発熱体９ｂのバイパス回路３３と、このバイパス回路３３への流量制御をおこなうための二方弁２７、２８を設けた例を示す。この第三の実施の形態では、発熱体９ｂへ冷却用熱媒体４１Ｂを流さない運転を行うことができる。例えば、発熱体９ｂの温度を早期に上昇させたい場合や、冷却用熱媒体４１Ｂの温度が低すぎる場合などには、二方弁２７を閉じて二方弁２８を開けることによって、発熱体９ｂへの冷却用熱媒体４１Ｂの流れを遮断し、発熱体９ｂの温度が自身の発熱により上昇するまで待つことができる。また、発熱体９ｂからの発熱量が小さく冷却が不要な場合にも、バイパス回路３３を利用することができる。さらに、二方弁２７、２８をともに開とし、発熱体９ｂへ流れる冷却用熱媒体４１Ｂの流量を抑制することによって、発熱体９ｂに対する冷却能力を抑制することができる。したがって、発熱体９ａに対して発熱体９ｂの温度を高く保つことができ、二種類の発熱体９ａ、９ｂの温度をそれぞれ所望の温度に保つことができる。
【００７５】
また、この第三の実施の形態では、冷却用熱媒体循環路９１Ｂに、冷却用熱媒体４１Ｂと室外空気との間で熱交換をおこなう放熱器５０と、放熱器５０へ室外空気を送風するための放熱用ファン５１と、放熱器５０へ流れる冷却用熱媒体４１Ｂの流量を制御する二方弁２９を設けた。これにより、冷凍サイクル冷媒循環路９０を用いずに、放熱器５０により冷却用熱媒体４１Ｂと室外空気との間で熱交換を行うことができる。したがって、外気温度が低い場合には圧縮機１を用いることなく、循環ポンプ５Ｂと放熱用ファン５１を動作させるだけで、外気への放熱が可能になる。
【００７６】
《第三の実施の形態の変形例》
上述した図１１に示す第三の実施の形態では、冷却用熱媒体循環路９１Ｂにおいて室内熱交換器７Ｂと並列に放熱器５０を設ける例を示したが、図１３に示すように室内熱交換器７Ｂと直列に放熱器５０を配置してもよい。放熱器５０の追加により、冷凍サイクル冷媒循環路９０を用いずに外気への放熱が可能になる。例えば、暖房放熱運転を行っているときに車室内の暖房負荷が低下すると、車室内への放熱量が減少するため、放熱しきれなくなる。このような場合に、放熱器５０を用いて外気へ放熱することによって放熱不足を解消できる。冷却用熱媒体循環路９１Ｂに外気への放熱器５０を設置し、図１３に示すように冷却用熱媒体４１Ｂを発熱体９→室内熱交換器７Ｂ→放熱器５０→冷却用熱交換器４Ｂの経路で流し、車室内への放熱と外気への放熱を行った結果、まだ放熱不足がある場合には最終的に冷却用熱交換器４Ｂで冷却を行う。
【００７７】
《発明の第四の実施の形態》
図１４は第四の実施の形態の車両用空調装置の構成を示す。なお、図１に示す第一の実施の形態の機器と同様な機器に対しては同一の符号を付して相違点を中心に説明する。この第四の実施の形態では、第一の実施の形態の車両用空調装置に対して、空調用熱交換器４Ａと冷却用熱交換器４Ｂを直列に接続し、それらの熱交換器４Ａと４Ｂの間に膨張弁（減圧弁）５５を設けた点が上述した第一の実施の形態と異なる。
【００７８】
冷凍サイクル冷媒循環路９０を用いて発熱体９の冷却をおこなう場合には、四方弁２０を図１４に実線で示すように切り換え、室外熱交換器２を凝縮器、空調用熱交換器４Ａと冷却用熱交換器４Ｂをともに蒸発器とする冷凍サイクルを形成する。このとき、膨張弁５５は全開とし、膨張弁２３で減圧幅の制御を行う。冷却用熱媒体循環路９１Ｂでは、循環ポンプ５Ｂを起動してバイパス回路３０へ冷却用熱媒体４１Ｂを流す運転を行い、冷却用熱交換器４Ｂで冷却された冷却用熱媒体４１Ｂを発熱体９へ供給し、発熱体９の冷却を行う。冷房負荷がある場合には、循環ポンプ５Ａと室内ファン８を稼働させ、室内熱交換器７Ａに空調用熱交換器４Ａで冷却された低温の空調用熱媒体４１Ａを供給し、車室内の冷房を行う。この際、循環ポンプ５Ａと５Ｂの流量を変化させることによって、空調用熱媒体４１Ａと冷却用熱媒体４１Ｂの温度を変えることができる。
【００７９】
具体的には、冷却用熱媒体４１Ｂの温度を上げたい場合には、循環ポンプ５Ｂの流量を低減して冷却用熱交換器４Ｂにおける熱交換量を抑制すればよく、逆に温度を下げたい場合には、循環ポンプ５Ｂの流量を増加させればよい。同様に、循環ポンプ５Ａにより空調用熱媒体４１Ａの流量を変えることによって、空調用熱交換器４Ａにおける熱交換量を制御することができるので、循環ポンプ５Ａと循環ポンプ５Ｂの流量をそれぞれ調節することによって、空調用熱媒体４１Ａと冷却用熱媒体４１Ｂの温度をそれぞれ任意の温度に制御することができる。なお、膨張弁２３を絞って冷却用熱交換器４Ｂの出口冷媒過熱度を高め、下流側に配置される空調用用熱交換器４Ａの交換熱量を抑制してもよい。
【００８０】
このように、第四の実施の形態においても、空調用熱媒体循環路９１Ａの空調用熱媒体４１Ａと冷却用熱媒体循環路９１Ｂの冷却用熱媒体４１Ｂを、それぞれ異なる空調用熱交換器４Ａと冷却用熱交換器４Ｂで冷却することができるため、各熱交換器４Ａと４Ｂにおける交換熱量を制御することによって空調用熱媒体４１Ａと冷却用熱媒体４１Ｂの温度を個別に制御することが可能になっている。
【００８１】
また、比較的高温側の冷却用熱媒体４１Ｂを室内熱交換器７Ｂへ導入するので、室内熱交換器７Ａにより冷却・除湿された空気を再加熱する、いわゆる再熱除湿運転も可能になる。さらに、暖房空調負荷がある場合には、第一の実施の形態と同様に、循環ポンプ５Ｂを稼働させ、室内熱交換器７Ｂに冷却用熱媒体４１Ｂを導入することによって、発熱体９からの廃熱を室内空間へ供給する放熱運転ができるので、ヒータなどを用いる場合に比べて、消費電力のすくない暖房運転が可能になる。
【００８２】
冷凍サイクル冷媒循環路９０を併用して暖房運転をおこなう場合には、四方弁２１を図１４に波線で示す回路へ切り換える。この場合、膨張弁５５を全開にして冷却用熱交換器４Ｂと空調用熱交換器４Ａを凝縮器として動作させ、膨張弁２３で減圧された冷媒４０を室外熱交換器２で蒸発させる冷凍サイクルを形成する。この場合、冷却用熱媒体４１Ｂの温度が空調用熱媒体４１Ａの温度に対して高い場合、圧縮機１から吐出された高温の冷媒４０は冷却用熱交換器４Ｂでは凝縮液化せず、空調用熱交換器４Ａで凝縮することになるため、冷凍サイクル冷媒循環路９０の凝縮温度を比較的低温の空調用熱媒体４１Ａの温度に合わせて抑制することができる。
【００８３】
このように、冷凍サイクル冷媒循環路９０と接続された二次回路となる空調用熱媒体循環路９１Ａと冷却用熱媒体循環路９１Ｂを備えることによって、各循環路の熱媒体の温度を任意に制御することができるという利点が得られる。
【００８４】
また、第四の実施の形態では空調用熱交換器４Ａと冷却用熱交換器４Ｂとの間に膨張弁５５を設けたので、この膨張弁５５の開度を絞ることによって、冷却用熱交換器４Ｂを凝縮器、空調用熱交換器４Ａと室外熱交換器２をともに蒸発器とする冷凍サイクルを形成することができる。この冷凍サイクル構成の場合には、冷却用熱媒体４１Ｂを加熱する一方、空調用熱媒体４１Ａを冷却することができるので、室内熱交換器７Ａで車室内導入空気の冷却・除湿をおこない、室内熱交換器７Ｂで冷却された空気の過熱をおこなう再熱加熱運転を行うことができる。
【００８５】
なお、上述した実施の形態とそれらの変形例において、実施の形態どうし、または実施の形態と変形例とのあらゆる組み合わせが可能である。
【００８６】
上述した実施の形態とその変形例によれば以下のような作用効果を奏することができる。まず、一実施の形態とその変形例の車両用空調装置は、冷媒４０を圧縮する圧縮器１と、冷媒４０と車室外空気との間で熱交換を行う室外熱交換器２と、冷媒４０を減圧する膨張弁２３と、冷媒４０と車室内導入空気との間で熱交換を行う空調用熱交換回路とを環状に接続した冷凍サイクルの冷媒循環路９０と、空調用熱交換回路と並列に接続され、冷媒４０と発熱体９（９ａ、９ｂ）との間で熱交換を行う機器用熱交換回路とを備える車両用空調装置であって、機器用熱交換回路は、冷凍サイクル冷媒循環路９０と異なる冷却用熱媒体循環路９１Ｂを有し、この冷却用熱媒体循環路９１Ｂに、冷凍サイクル冷媒循環路９０の冷媒４０と発熱体９を冷却するための冷却用熱媒体４１Ｂとの間で熱交換を行う冷却用熱交換器４Ｂと、発熱体９と冷却用熱交換器４Ｂとの間で冷却用熱媒体４１Ｂを循環させる冷却用循環ポンプ５Ｂとを有する構成とした。つまり、冷媒４０と車室内導入空気との間で熱交換を行う空調用熱交換回路と、冷媒４０と発熱体９との間で熱交換を行う機器用熱交換回路とを並列に接続し、この並列体と圧縮機１、室外熱交換器２および膨張弁２３を環状に接続して冷凍サイクル冷媒循環路９０を構成したので、空調用熱交換回路と機器用熱交換回路を流れる冷媒４０の温度を、車室内空調と発熱体冷却のそれぞれに対して最適な温度に設定することができ、冷凍サイクルの消費電力を抑制することができる。また、発熱体の温度が車室外空気の温度より低くなるのを防止できるため、発熱体の結露を防止する対策が不要になる。
【００８７】
なお、空調用熱交換回路は、冷凍サイクル冷媒循環路９０と異なる空調用熱媒体循環路９１Ａを有し、この空調用熱媒体循環路９１Ａに、冷凍サイクル冷媒循環路９０の冷媒４０と車室内の空調を行うための空調用熱媒体４１Ａとの間で熱交換を行う空調用熱交換器４Ａと、車室内導入空気と空調用熱媒体４１Ａとの間で熱交換を行う室内熱交換器７Ａと、空調用熱交換器４Ａと室内熱交換器７Ａとの間で空調用熱媒体４１Ａを循環させる空調用循環ポンプ５Ａとを有する構成としてもよいし、あるいは、車室内導入空気と冷媒４０との間で熱交換を行う室内熱交換器７Ａを有し、冷凍サイクル冷媒循環路９０の冷媒４０を車室内の空調を行うための空調用熱媒体４１Ａとして室内熱交換器７Ａに循環させる構成としてもよい。いずれの構成によっても、空調用熱交換回路と機器用熱交換回路を流れる冷媒４０の温度を、車室内空調と発熱体冷却のそれぞれに対して最適な温度に設定することができる。
【００８８】
一実施の形態とその変形例によれば、空調用熱交換回路を、冷媒を減圧する空調用膨張弁２２Ａを介して膨張弁２３に接続するとともに、冷却用熱媒体循環路９１Ｂの冷却用熱交換器４Ｂを、冷媒４０を減圧する冷却用膨張弁２２Ｂを介して膨張弁２３に接続する構成としたので、空調用熱交換回路と機器用熱交換回路を流れる冷媒４０の流量をそれぞれ任意に設定でき、空調用熱交換回路と機器用熱交換回路を流れる冷媒４０の温度を車室内空調と発熱体冷却（または加熱）のそれぞれに対して最適な温度に設定することができる。
【００８９】
一実施の形態とその変形例によれば、空調用熱交換回路と室外熱交換器２を四方弁２０を介して圧縮機１に接続し、四方弁２０により空調用熱交換回路と室外熱交換器２の内の一方を圧縮機１の吐出配管１０に、他方を圧縮機１の吸込配管１１に切り換え可能としたので、車室内の冷房と暖房運転、および発熱体９の冷却あるいは加熱運転を行うことができる。
【００９０】
一実施の形態とその変形例によれば、冷却用熱媒体循環路９１Ｂに車室内導入空気と冷却用熱媒体４１Ｂとの間で熱交換を行う室内熱交換器７Ｂを備え、室内熱交換器７Ａを通過した車室内導入空気が室内熱交換器７Ｂを通過するように、室内熱交換器７Ａの空気流れの下流側に室内熱交換器７Ｂを配置したので、発熱体９からの廃熱を車室内の暖房に利用することができ、冷凍サイクルによる暖房のための電力消費を節約できる。また、上流側の室内熱交換器７Ａで冷却した空気を下流側の室内熱交換器７Ｂで再加熱することができ、この再熱除湿運転により快適な車室内空調を行うことができる。
【００９１】
一実施の形態とその変形例によれば、室内熱交換器７Ｂをバイパスするバイパス路３０と、室内熱交換器７Ｂとバイパス路３０を流れる冷却用熱媒体４１Ｂの流量を制御する二方弁２５、２６を設けたので、車室内空調に対する機器用熱交換回路の必要性に応じて室内熱交換器７Ｂとバイパス路３０を流れる冷却用熱媒体４１Ｂの流量を制御することができる。
【００９２】
一実施の形態とその変形例によれば、冷却用熱媒体循環路９１Ｂの冷却用熱交換器４Ｂを三方弁２１を介して圧縮機１の吐出配管１０または吸込配管１１に切り換え可能に接続する構成としたので、車室内の除湿運転を行うことができる上に、圧縮機１を稼働せずに発熱体９を冷却するサーモサイフォンを実現できる。
【００９３】
一実施の形態とその変形例によれば、冷凍サイクル冷媒循環路９０の膨張弁２３から吐出した冷媒４０が空調用熱交換回路と冷却用熱交換器４Ｂとに分岐する分岐点にレシーバタンク２４を備えたので、室外熱交換器２、空調用熱交換回路および冷却用熱交換器４Ｂの三つの熱交換器へ接続される分岐点にレシーバタンク２４が設置され、三つの熱交換器のうちのいずれかは必ず動作しており、冷媒４０が流動することになるため、冷媒４０が溜まり込むような不具合が防止され、冷媒量を確実に調整することができる。
【００９４】
一実施の形態とその変形例によれば、空調用熱媒体４１Ａの温度を検出するセンサ６６を有し、制御装置６０によって、室外熱交換器２を凝縮器として動作させ、空調用熱交換回路を蒸発器として動作させる冷房運転時に、空調用熱媒体４１Ａの温度が目標温度となるように圧縮機１の回転速度を制御するようにしたので、冷房負荷に応じて冷房能力を制御することができる。
【００９５】
一実施の形態とその変形例によれば、車室外空気の温度を検出するセンサ６２と、冷却用熱媒体の温度を検出するセンサ６７とを有し、制御装置６０によって、室外熱交換器２を凝縮器として動作させ、空調用熱交換回路と冷却用熱交換器４Ｂを蒸発器として動作させる冷房運転時に、冷却用熱媒体４１Ｂの目標温度に車室外空気の温度よりも高い温度を設定し、冷却用熱媒体４１Ｂの温度が目標温度になるように冷却用膨張弁２２Ｂを制御するようにした。発熱体９の温度が車室外空気の温度よりも低くなると発熱体９が車室外空気に暖められ、車室外空気により暖められた熱量分だけ冷凍サイクル冷媒循環路９０に要求される冷却能力が増加し、冷凍サイクルの消費電力が増大する。さらに発熱体９の温度が車室外空気の露点温度より低くなると、発熱体９に結露を生じるため、発熱体９とその配管路に対して結露対策が必要になるが、冷却用熱媒体４１Ｂの目標温度に車室外空気の温度よりも高い温度を設定したことによって、これらの不具合を防止できる。
【００９６】
一実施の形態とその変形例によれば、空調用熱交換回路から流出する冷媒温度を検出するセンサ６３と、冷却用熱交換器４Ｂから流出する冷媒温度を検出するセンサ６４とを設け、制御装置６０によって、冷房運転時に冷却用熱交換器４Ｂから流出する冷媒温度が空調用熱交換回路から流出する冷媒温度よりも高くなるように冷却用膨張弁２２Ｂを制御するようにしたので、冷却用熱媒体４１Ｂの温度を空調用熱媒体４１Ａの温度より高く保つことができ、室内熱交換器７Ａで冷却・除湿された車室内導入空気が室内熱交換器７Ｂにより加熱されてから車室内へ吹き出される、いわゆる再熱除湿運転が可能になる。また、車室内へ吹き出される空気は相対湿度が低くなり、車室内の快適性を向上させることができる。
【００９７】
一実施の形態とその変形例によれば、制御装置６０によって、室外熱交換器２を凝縮器として動作させ、空調用熱交換回路と冷却用熱交換器４Ｂを蒸発器として動作させる冷房運転時に、二方弁２５、２６により冷却用熱媒体４１Ｂの一部または全部を室内熱交換器７Ｂへ流し、室内熱交換器７Ａで冷却された車室内導入空気を室内熱交換器７Ｂで加熱する運転を行うようにしたので、室内熱交換器７Ａで冷却・除湿された車室内導入空気が室内熱交換器７Ｂにより加熱されてから車室内へ吹き出される、いわゆる再熱除湿運転が可能になる。また、車室内へ吹き出される空気は相対湿度が低くなり、車室内の快適性を向上させることができる。
【００９８】
一実施の形態とその変形例によれば、制御装置６０によって、室外熱交換器２を凝縮器として動作させ、空調用熱交換回路を蒸発器として動作させる冷房運転時に、三方弁２１により冷却用熱交換器４Ａを凝縮器として動作させるように切り換え、冷凍サイクル冷媒循環路９０の冷媒４０により冷却用熱媒体循環路９１Ｂの冷却用熱媒体４Ｂを加熱するようにしたので、室内熱交換器７Ｂにより車室内導入空気の再熱量が不足する場合でも、冷凍サイクルを用いて再熱量を増大させることができる。
【００９９】
一実施の形態とその変形例によれば、制御装置６０によって、四方弁２０により空調用熱交換回路を凝縮器として動作させるとともに室外熱交換器２を蒸発器として動作させる暖房運転に切り換え、冷却用膨張弁２２Ｂにより冷却用熱交換器４Ｂへの冷媒４０の流れを遮断するとともに、二方弁２５、２６により冷却用熱媒体４１Ｂを室内熱交換器７Ｂへ流すようにしたので、室内熱交換器７Ａにおいて冷凍サイクルの凝縮熱により加熱された車室内導入空気を、室内熱交換器７Ｂにおいて発熱体９の廃熱によりさらに加熱することができ、室内熱交換器７Ａからの吹き出し空気温度を室内熱交換器７Ｂからの吹き出し空気温度よりも低く保つことができる。このため、冷凍サイクルの凝縮温度を低く抑えることができ、冷凍サイクルにおける消費電力を低減することができる。
【０１００】
一実施の形態とその変形例によれば、制御装置６０によって、暖房運転時に冷却用熱媒体４１Ｂの温度が目標温度となるように圧縮機１の回転速度を制御するようにしたので、発熱体９からの発熱量変動や暖房負荷の変動に対応した冷凍サイクルの暖房能力制御が可能になり、これらの変動に起因する吹き出し空気温度の変動を抑制することができる。
【０１０１】
一実施の形態とその変形例によれば、制御装置６０によって、四方弁２０により空調用熱交換回路を凝縮器として動作させるとともに室外熱交換器２を蒸発器として動作させる暖房運転に切り換え、かつ、三方弁２１により冷却用熱交換器４Ｂを蒸発器として動作させるように切り換え、二方弁２５、２６により冷却用熱媒体４１Ｂをバイパス路３０へ流すようにしたので、発熱体９を冷却しながら車室内の暖房を行うことができる。
【０１０２】
一実施の形態とその変形例によれば、室内熱交換器７Ａと室内熱交換器７Ｂに車室内導入空気を送風する室内ファン８を備え、制御装置６０によって、暖房運転の開始時に空調用熱媒体４１Ａの温度が所定温度に達するまでの間、室内ファン８を停止するようにしたので、暖房運転開始時に温度が低い空調用熱媒体４１Ａにより車室内へ吹き出す空気が冷却され、車室内へ冷たい空気が吹き出されるのを防止できる。
【０１０３】
一実施の形態とその変形例によれば、制御装置６０によって、室外熱交換器２を凝縮器として動作させるとともに、冷却用熱交換器４Ｂを蒸発器として動作させ、空調用膨張弁２２Ａにより空調用熱交換回路への冷媒４０の流れを遮断するとともに、二方弁２５、２６により冷却用熱媒体４１Ｂをバイパス路３０へ流し、室外熱交換器２の除霜運転を行うようにしたので、発熱体９の廃熱を利用して室外熱交換器２の霜取りを行うことができる。
【０１０４】
一実施の形態とその変形例によれば、室外熱交換器２に車室外空気を送風する室外ファン３と、車速を検出するセンサ６５とを備え、制御装置６０によって、除霜運転時には室外ファン３を非除霜運転時と逆方向に回転させ、該逆回転速度を車速に応じて制御するようにしたので、室外熱交換器２に走行風が当たって霜取り能力が低下するのを防止できる。
【０１０５】
一実施の形態とその変形例によれば、室外熱交換器２から膨張弁２３と冷却用膨張弁２２Ｂを介して冷却用熱交換器４Ｂに連通する冷媒配管では、冷却用熱交換器４Ｂの冷却用膨張弁２２Ｂとの接続口を、室外熱交換器２の膨張弁２３との接続口よりも低い位置に配置するとともに、冷却用熱交換器４Ｂから三方弁２１と四方弁２０を介して室外熱交換器２に連通する冷媒配管では、室外熱交換器２の四方弁２０との接続口を、冷却用熱交換器４Ｂの三方弁２１との接続口よりも高い位置に配置し、さらに、冷却用熱交換器４Ｂから三方弁２１と四方弁２０を介して室外熱交換器２に連通する冷媒配管を略水平になるように配設する。さらにまた、冷却用熱媒体４１Ｂの温度を検出するセンサ６７と、車室外空気の温度を検出するセンサ６２とを備え、制御装置６０によって、冷却用熱媒体４１Ｂの温度が車室外空気の温度よりも高い場合に、四方弁２０と三方弁２１により冷却用熱交換器４Ｂと室外熱交換器２とを直接、連通させるとともに、空調用膨張弁２２Ａにより空調用熱交換器４Ａへの冷媒４０の流れを遮断し、圧縮機１を停止してサーモサイフォンにより発熱体９の冷却運転を行うようにしたので、サーモサイフォンによるサイクルを形成でき、圧縮機１を起動せずに発熱体９を冷却することができる。
【０１０６】
一実施の形態とその変形例によれば、冷却用熱交換器４Ｂから冷却用膨張弁２２Ｂを介してレシーバタンク２４に接続される液配管をレシーバタンク２４の下部に接続し、室外熱交換器２から膨張弁２３を介してレシーバタンク２４に接続される液配管をレシーバタンク２４の上部に接続するようにしたので、レシーバタンク２４に流入した液冷媒が重力の作用により容易に冷却用熱交換器４Ｂへ流入することができる。
【０１０７】
一実施の形態とその変形例によれば、発熱体９が複数個ある場合には、冷却用熱媒体循環路９１Ｂを流れる冷却用熱媒体４１Ｂの流れ方向の上流から下流へ向かって許容温度の低い順または熱時定数の小さい順に配置するようにしたので、他の発熱体で熱せられて温度が上昇した冷却用熱媒体４１Ｂが許容温度の低い、または熱時定数の小さい発熱体へ流れるのを防止でき、発熱体の許容温度または熱時定数に応じた適切な冷却を行うことができる。
【符号の説明】
【０１０８】
１；圧縮機、２；室外熱交換器、３；室外ファン、４Ａ；空調用熱交換器、４Ｂ；冷却用熱交換器、５Ａ；空調用循環ポンプ、５Ｂ；冷却用循環ポンプ、７Ａ；室内熱交換器、７Ｂ；室内熱交換器、８；室内ファン、９、９ａ、９ｂ；発熱体、１０；吐出配管、１１；吸込配管、１２；液配管、２０；四方弁、２１；三方弁、２２Ａ；空調用膨張弁、２２Ｂ；冷却用膨張弁、２４；レシーバタンク、２５，２６；二方弁、３０；バイパス回路、３１；主回路、４１Ａ；空調用熱媒体、４１Ｂ；冷却用熱媒体、６０；制御装置、６１；車室内温度設定器、６２；外気温センサ、６３；空調用冷媒温度センサ、６４；冷却用冷媒温度センサ、６５；車速センサ、６６；空調用熱媒体温度センサ、６７；冷却用熱媒体温度センサ、９０；冷凍サイクル冷媒循環路、９１Ａ；空調用熱媒体循環路、９１Ｂ；冷却用熱媒体循環路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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