(57)【要約】【課題】冷房運転時のみヒートポンプサイクルを用いる従前の車両用空調装置と比較して、冷媒の配管パターンの変更点が少なく、且つ、ヒートポンプサイクルを用いて暖房運転を可能とする車両用ヒートポンプ装置および車両用空調装置を提供すること。【解決手段】この車両用ヒートポンプ装置は、筐体の外部にある圧縮機が吐出した高温高圧冷媒を導入して用いる車両用ヒートポンプ装置である。圧縮機が吐出した高温高圧冷媒を筐体の外部から導入する第１の冷媒導入部と、第１の冷媒導入部から導入した高温高圧冷媒から冷却液へ放熱可能な水冷媒熱交換器と、水冷媒熱交換器を収容する筐体と、を具備する。さらに、筐体の外部から水冷媒熱交換器へ冷却液を導入可能な冷却液導入部と、水冷媒熱交換器から筐体の外部へ冷却液を導出可能な冷却液導出部と、水冷媒熱交換器を通過した冷媒を筐体の外部へ導出する第１の冷媒導出部と、を具備した構成を採る。【選択図】図１
2014118098.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筐体の外部にある吸入した冷媒を圧縮する圧縮機が吐出した高温高圧冷媒を導入して用いる車両用ヒートポンプ装置であって、
前記圧縮機が吐出した前記高温高圧冷媒を前記筐体の外部から導入する第１の冷媒導入部と、
前記第１の冷媒導入部から導入した前記高温高圧冷媒から冷却液へ放熱可能な水冷媒熱交換器と、
前記水冷媒熱交換器を収容する前記筐体と、
前記筐体の外部から前記水冷媒熱交換器へ前記冷却液を導入可能な冷却液導入部と、
前記水冷媒熱交換器から前記筐体の外部へ前記冷却液を導出可能な冷却液導出部と、
前記水冷媒熱交換器を通過した前記冷媒を前記筐体の外部へ導出する第１の冷媒導出部と、
を具備した、車両用ヒートポンプ装置。
【請求項２】
前記冷却液導入部から導入された前記冷却液を、前記水冷媒熱交換器を通して前記冷却液導出部へ送るか、前記水冷媒熱交換器を通さずに前記冷却液導出部へ送るかを、切替可能な冷却液切替弁をさらに具備し、
前記冷却液切替弁が前記筐体に収容されている、
請求項１記載の車両用ヒートポンプ装置。
【請求項３】
前記水冷媒熱交換器を通過した前記冷媒を、膨張させて前記第１の冷媒導出部へ送るか、高圧のまま前記第１の冷媒導出部へ送るか、切替え可能な膨張弁機能付き開閉弁を、
さらに具備する請求項２記載の車両用ヒートポンプ装置。
【請求項４】
前記筐体の外部から低圧冷媒を導入する第２の冷媒導入部と、
前記第２の冷媒導入部から導入した前記低圧冷媒を気相および液相の冷媒に分離するアキュムレータと、
前記アキュムレータで分離された気相の冷媒を前記圧縮機へ導出する第２の冷媒導出部と、
をさらに具備し、
前記アキュムレータは前記筐体に収容されている、
請求項３記載の車両用ヒートポンプ装置。
【請求項５】
前記第２の冷媒導入部と、前記アキュムレータとの間に開閉弁を具備する、
請求項４記載の車両用ヒートポンプ装置。
【請求項６】
前記開閉弁および前記膨張弁機能付き開閉弁が、前記筐体に収容されている、
請求項５記載の車両用ヒートポンプ装置。
【請求項７】
冷房運転時のみヒートポンプサイクルを用いる車両用空調装置の一部と交換されて、ヒートポンプサイクルによる暖房運転を可能とする、
請求項１から６のいずれか１項に記載の車両用ヒートポンプ装置。
【請求項８】
吸入した冷媒を圧縮して吐出する圧縮機と、
車両の内燃機関から冷却液へ熱を吸収させる内燃機関冷却器と、
高温の冷却液から車室内へ送られる空気へ熱を放出させる暖房用熱交換器と、
車室外で冷媒と空気との熱交換を行う室外熱交換器と、
請求項１記載の車両用ヒートポンプ装置と、
を具備し、
前記内燃機関冷却器および前記暖房用熱交換器が、前記車両用ヒートポンプ装置の前記冷却液導出部および前記冷却液導入部の間に直列に接続し、
前記室外熱交換器が前記車両用ヒートポンプ装置の前記第１の冷媒導出部と接続し、
前記圧縮機の吐出口が前記車両用ヒートポンプ装置の第１の冷媒導入部と接続した、車両用空調装置。
【請求項９】
吸入した冷媒を圧縮して吐出する圧縮機と、
車両の内燃機関から冷却液へ熱を吸収させる内燃機関冷却器と、
高温の冷却液から車室内へ送られる空気へ熱を放出させる暖房用熱交換器と、
車室外で冷媒と空気との熱交換を行う室外熱交換器と、
車室内へ送られる空気から低温の冷媒へ熱を吸収させるエバポレータと、
請求項６記載の車両用ヒートポンプ装置と、
を具備し、
前記内燃機関冷却器および前記暖房用熱交換器が、前記車両用ヒートポンプ装置の前記冷却液導出部および前記冷却液導入部の間に直列に接続し、
前記室外熱交換器および前記エバポレータが、前記車両用ヒートポンプ装置の前記第１の冷媒導出部および前記圧縮機の吸入口との間に直列に接続され、
前記圧縮機の吐出口が前記車両用ヒートポンプ装置の前記第１の冷媒導入部と接続し、
前記エバポレータと前記圧縮機の吸入口とを接続する冷媒通路を前記車両用ヒートポンプ装置の前記第２の冷媒導出部と接続し、
前記室外熱交換器および前記エバポレータとの間の冷媒通路が分岐して前記第２の冷媒導入部と接続した、車両用空調装置。
【請求項１０】
高圧の冷媒を膨張させて前記エバポレータへ送る膨張弁をさらに具備し、
前記膨張弁が、前記車両用ヒートポンプ装置の外部で、且つ、前記エバポレータの上流に配置されている、
請求項９記載の車両用空調装置。
【請求項１１】
前記室外熱交換器と前記エバポレータとの間の冷媒通路を開閉可能な開閉弁を具備する、
請求項９または請求項１０に記載の車両用空調装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両用ヒートポンプ装置および車両用空調装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関と電気モータとの両方を備えた、ＨＥＶ（Ｈｙｂｒｉｄ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｖｅｈｉｃｌｅ）、又は、ＰＨＶ（Ｐｌｕｇ―ｉｎ  Ｈｙｂｒｉｄ  Ｖｅｈｉｃｌｅ）と呼ばれる自動車がある。このような自動車に搭載される車両用空調装置では、内燃機関の熱、ならびに、蓄電池の電力によって発生したジュール熱を用いて、車室内の暖房を行うのが一般的である。
【０００３】
また、ヒートポンプサイクルを用いて冷房運転を行う車両用空調装置も一般的である。ヒートポンプサイクルは、エンジンルームに配置されるコンプレッサと、車両前面に又は風が導入可能な位置に配置される室外熱交換器と、車室の吸気通路に配置されるエバポレータと、膨張弁等から構成される。コンプレッサにより圧縮された高温高圧の冷媒は室外熱交換器へ送られて冷却され、冷却された冷媒は、膨張弁によりさらに低温低圧にされてエバポレータへ送られる。そして、エバポレータにより車室内へ供給される空気が冷却される。エバポレータは、車室内に設置された空調装置（Ｈｅａｔｉｎｇ,  Ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ,  ａｎｄ  Ａｉｒ  Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ、以下、ＨＶＡＣ）に備えられる。
【０００４】
従来、蓄電池の電力が無駄に消費されないよう、ヒートポンプを利用して車室内の暖房を行う車両用空調装置について、幾つも提案がなされている（例えば特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平８−１９７９３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
冷房運転時のみヒートポンプサイクルを利用する従前の車両用空調装置では、冷媒の配管パターンは上述のように比較的単純になる。
【０００７】
しかしながら、ヒートポンプサイクルを利用して暖房運転も行うようにした従来の車両用空調装置は、圧縮機、および、水冷媒熱交換器を同一筐体内に収納している（特許文献１の図２１〜図２４を参照）。冷房運転時のみヒートポンプサイクルを利用する従前の車両用空調装置を、ヒートポンプサイクルを利用した暖房運転も行えるように変更する場合、圧縮機、および、水冷媒熱交換器を同一筐体内に収納したものを用いると、圧縮機周辺の冷媒の配管パターンが大きく変わってしまうという課題があった。
【０００８】
自動車においては、エンジン、モータ、トランスミッション、空調用コンプレッサ、吸気通路など、様々な構成が狭いスペースに搭載される。従って、各構成のレイアウト自由度は小さい。
【０００９】
また、自動車の分野では、大きな構成は変更せず、部分的に構成を改変していく所謂マイナーチェンジによって、技術的改良が図られる。
【００１０】
車両用空調装置においても、車両のマイナーチェンジとして改良が図られる場合があり、この場合、車両用空調装置の構成の改変は、車両の他の構成に影響を与えない改変であることが求められる。
【００１１】
ヒートポンプサイクルを用いた車両用空調装置は、車両の他の構成を避けて冷媒配管が施設される。このため、車両の他の構成に影響を与えずに車両用空調装置を改変するには、冷媒の配管パターンを大きく変更しないことが要件となる。冷媒配管は、冷却液の配管と異なり、高圧に耐える為に、例えば、アルミ製の配管が用いられる。そのため、冷媒配管のレイアウト変更は容易ではない。また、冷媒配管の大きな変更は、車両の他の構成のレイアウトに大きく影響してしまうために好ましくない。
【００１２】
本発明の目的は、冷房運転時のみヒートポンプサイクルを用いる従前の車両用空調装置と比較して、冷媒の配管パターンの変更点が少なく、且つ、ヒートポンプサイクルを用いて暖房運転を可能とする車両用ヒートポンプ装置および車両用空調装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の一態様に係る車両用ヒートポンプ装置は、筐体の外部にある圧縮機が吐出した高温高圧冷媒を導入して用いる車両用ヒートポンプ装置であって、前記圧縮機が吐出した前記高温高圧冷媒を前記筐体の外部から導入する第１の冷媒導入部と、前記第１の冷媒導入部から導入した前記高温高圧冷媒から冷却液へ放熱可能な水冷媒熱交換器と、前記水冷媒熱交換器を収容する前記筐体と、前記筐体の外部から前記水冷媒熱交換器へ前記冷却液を導入可能な冷却液導入部と、前記水冷媒熱交換器から前記筐体の外部へ前記冷却液を導出可能な冷却液導出部と、前記水冷媒熱交換器を通過した冷媒を前記筐体の外部へ導出する第１の冷媒導出部と、を具備した構成を採る。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、車両用ヒートポンプ装置を、室外熱交換器、圧縮機、およびエバポレータに配管接続することで、冷房運転だけでなく、容易にヒートポンプサイクルを利用した暖房運転を行うことができる。さらに、冷房運転時にヒートポンプサイクルを用いる従前の車両用空調装置と比較して、冷媒の配管パターンの変更点が少なくなる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態の車両用ヒートポンプ装置および車両用空調装置を示す構成図
【図２】実施形態の車両用空調装置における冷房運転時の動作を説明する図
【図３】実施形態の車両用空調装置における暖房運転時の動作を説明する図
【図４】従前の車両用空調装置からの冷媒配管の変更点を説明する図
【図５】本発明の実施形態の車両用ヒートポンプ装置および車両用空調装置の変形例を説明する構成図
【図６】本発明の実施形態の車両用ヒートポンプ装置および車両用空調装置の変形例を説明する構成図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００１７】
図１は、本発明の実施形態の車両用ヒートポンプ装置および車両用空調装置を示す構成図である。
【００１８】
本発明の実施形態の車両用空調装置は、車両用ヒートポンプ装置１０と、エンジン冷却器４０（内燃機関冷却器に相当）と、ヒータコア４４と、エバポレータ４８と、圧縮機１
２と、膨張弁５２と、室外熱交換器５６と、開閉弁６０と、これらの間を結ぶ冷却液の配管、冷媒配管、および接続部等から構成される。ヒータコア４４（暖房用熱交換器に相当）、および、エバポレータ４８は車室内に搭載されるＨＶＡＣ７０に含まれる。ここでは、ファイアーウォールより室内側を車室内と呼んでいる。
【００１９】
車両用ヒートポンプ装置１０は、水冷媒熱交換器１４と、アキュムレータ１６と、三方弁１８と、逆止弁２０と、オリフィス付開閉弁２２と、開閉弁２４と、筐体２６と、冷却液導入管３１と、冷却液導出管３２と、２つの冷媒導出管３３、３５と、２つの冷媒導入管３４，３６と、制御部３８とを備えている。
【００２０】
圧縮機１２は、吸入した冷媒を高温高圧に圧縮して吐出する。圧縮機１２は、吸入した冷媒を圧縮して吐出する圧縮機構を内部に備える。この圧縮機構は、例えば、電動モータにより駆動される。圧縮機１２の冷媒の吸入口は、配管および接続部１９を介してエバポレータ４８の冷媒通路の出口と連通している。さらに、圧縮機１２の冷媒の吸入口は、配管および接続部１９を介して冷媒導出管３５とも連通している。接続部１９は、エバポレータ４８の冷媒通路の出口と、冷媒導出管３５と、圧縮機１２の冷媒の吸入口とを単に連通するものである。また、圧縮機１２の冷媒の吐出口は、冷媒導入管３６を介して水冷媒熱交換器１４の冷媒通路の入口に連通している。
【００２１】
水冷媒熱交換器１４は、冷却液の通路と冷媒通路とを有し、これらの通路が大きな面積で熱交換可能に接触して構成される。冷媒通路の入口は圧縮機１２の吐出口に連通し、冷媒通路の出口はオリフィス付開閉弁２２が付設された冷媒導出管３３に連通している。冷却液の通路の入口は配管を介して三方弁１８に接続され、冷却液の出口は配管を介して逆止弁２０に接続されている。
【００２２】
水冷媒熱交換器１４には、圧縮機１２の駆動中、高温高圧の冷媒が流れる一方、冷却液は三方弁の切り替えによって流れ有りの状態と停止の状態とに切り替えられる。冷却液が流れれば、高温高圧冷媒から冷却液へ放熱が行われ、冷却液が停止すれば、高温高圧冷媒はほぼそのままの温度で水冷媒熱交換器１４を通過する。
【００２３】
三方弁１８は、電気的な制御により、冷却液導入管３１から導入された冷却液を、水冷媒熱交換器１４側および冷却液導出管３２側の何れか一方に切り替えて流す。
【００２４】
逆止弁２０は、水冷媒熱交換器１４への冷却液の逆流を防止する。
【００２５】
この実施の形態においては、三方弁１８および逆止弁２０が、冷却液を水冷媒熱交換器１４へバイパスさせるか否かを切り替える冷却液切替弁に相当する。
【００２６】
オリフィス付開閉弁２２は膨張弁機能付き開閉弁に相当する。オリフィス付開閉弁２２は、暖房運転時に膨張弁としての機能を有する開閉弁であり、制御部３８による電気的な制御によって状態が切り替えられる。オリフィス付開閉弁２２は、例えば、大径の通路と、小径の通路を有するオリフィスとを有し、大径の通路が開閉可能に構成されている。オリフィス付開閉弁２２は、大径の通路が開いたときに、冷媒をそのまま通過させ、大径の通路が閉じてオリフィスの通路だけ通じているときに、高圧の冷媒を小径の通路に通して膨張させる。膨張した冷媒は、低温低圧の冷媒となる。
【００２７】
オリフィス付開閉弁２２に替えて、開閉弁とこの開閉弁をバイパスした経路を設け、このバイパスした経路にオリフィスを設置する事で、オリフィス付開閉弁２２と同様の機能を持たせることも可能である。また電子膨張弁を設定し、全開時に冷媒をそのまま通過させ、この電子膨張弁の開度を調整して膨張弁の役目を果たしても良い。いずれも、膨張弁
機能付き開閉弁に相当するものである。
【００２８】
冷媒導入管３４は、開閉弁２４を介してアキュムレータ１６の入力口に連通している。アキュムレータ１６の出力口は冷媒導出管３５に連通している。開閉弁２４は、制御部３８による電気的な制御によって、冷媒導入管３４とアキュムレータ１６の入力口との間の通路を開閉する。
【００２９】
アキュムレータ１６は、気相および液相の冷媒を分離して気相の冷媒のみを冷媒導出管３５を介して圧縮機１２へ送る。
【００３０】
上記の三方弁１８、オリフィス付開閉弁２２、開閉弁２４は、例えば、車両用空調装置の制御装置から電気信号が送られて、状態が切り替えられる。或いは、三方弁１８、オリフィス付開閉弁２２、開閉弁２４は、車両用空調装置の制御装置の指令を受けて、車両用ヒートポンプ装置１０の制御部３８が信号を出力して、状態が切り替わる構成としてもよい。
【００３１】
筐体２６は、水冷媒熱交換器１４、アキュムレータ１６、三方弁１８、逆止弁２０、オリフィス付開閉弁２２、および、開閉弁２４を収容し、これらの構成を一体的にパッケージングする。筐体２６の周囲は断熱されていてもよい。
【００３２】
冷媒導出管３３、および、冷媒導出管３５は、車両用ヒートポンプ装置１０の第１の冷媒導出部、第２の冷媒導出部にそれぞれ相当する。また、冷媒導入管３６、および、冷媒導入管３４は、車両用ヒートポンプ装置１０の第１の冷媒導入部、および、第２の冷媒導入部にそれぞれ相当する。冷媒導出管３３、３５および冷媒導入管３４，３６は、筐体２６の外部に一端が露出し、車両用空調装置の冷媒配管と連結される。冷媒導出管３３、３５および冷媒導入管３４，３６の一端には、配管連結用のコネクタまたはソケットが設けられていてもよい。
【００３３】
エンジン冷却器４０およびヒータコア４４が、冷却液導出管３２および冷却液導入管３１の間に直列に接続されている。また、室外熱交換器５６およびエバポレータ４８が、この順で冷媒導出管３３と圧縮機１２の吸入口との間に直列に接続されている。
【００３４】
また、エバポレータ４８と圧縮機１２の吸入口とを接続する冷媒通路は、冷媒導出管３５とも接続されている。さらに、室外熱交換器５６およびエバポレータ４８との間の冷媒通路が分岐して冷媒導入管３４と接続されている。以下、詳細に説明する。
【００３５】
冷却液導入管３１と冷却液導出管３２とは、車両用ヒートポンプ装置１０の冷却液の導入部および導出部にそれぞれ相当する。冷却液導入管３１および冷却液導出管３２は、筐体２６の外部に一端が露出し、車両用空調装置の冷却液の配管と連結される。冷却液導入管３１および冷却液導出管３２の一端には、配管連結用のコネクタまたはソケットが設けられていてもよい。
【００３６】
エンジン冷却器４０は、内燃機関の周囲に冷却液を流すウォータジャケットと、ウォータジャケットに冷却液を流すポンプとを具備し、ウォータジャケットに流れる冷却液へ内燃機関から熱を放出させる。ウォータジャケットの冷却液の通路の入口および出口は、ヒータコア４４と車両用ヒートポンプ装置１０の冷却液導入管３１とにそれぞれ連通する。
【００３７】
ヒータコア４４は、冷却液と空気との熱交換を行う機器であり、車室内へ空気を供給するＨＶＡＣ７０の吸気通路Ｂ内に配置される。ヒータコア４４の冷却液の通路は、エンジン冷却器４０と、車両用ヒートポンプ装置１０の冷却液導出管３２に連通する。ＨＶＡＣ
７０の吸気通路Ｂには、ファンＦ２によって外気等が導入される。
【００３８】
エバポレータ４８は、低温低圧に膨張された冷媒と、空気との熱交換を行う機器であり、ＨＶＡＣ７０の吸気通路Ｂ内に配置される。低温低圧に膨張された冷媒は、エバポレータ４８を通過する際に、空気から熱を吸収して気化する。エバポレータ４８の冷媒通路の入口は、膨張弁５２と開閉弁６０とを間に挟んで、配管を介して室外熱交換器５６に連通している。エバポレータ４８の冷媒通路の出口は、配管および接続部１９を介して圧縮機１２の吸入口に連通している。
【００３９】
膨張弁５２は、高圧の冷媒を低温低圧に膨張して、エバポレータ４８に吐出する。膨張弁５２は、車両用ヒートポンプ装置１０の外部で、エバポレータ４８に近接する位置に連結されている。
【００４０】
室外熱交換器５６は、冷媒を流す通路と、空気を流す通路とを有し、例えばエンジンルーム内の車両の先頭付近に配置されて、各通路を流れる冷媒と外気との間で熱交換を行う。室外熱交換器５６の冷媒通路の入口は、配管を介して車両用ヒートポンプ装置１０の冷媒導出管３３に連通する。また、冷媒通路の出口は、途中で２本の配管に分岐して、エバポレータ４８および車両用ヒートポンプ装置１０の一つの冷媒導入管３４にそれぞれ連通する。
【００４１】
室外熱交換器５６には、暖房運転時には低温低圧の冷媒が流れて外気から熱を吸収し、冷房運転時には高温高圧の冷媒が流れて外気へ熱を放出する。室外熱交換器５６には、例えば、ファンＦ１により外気が吹き付けられる。
【００４２】
開閉弁６０は、室外熱交換器５６からエバポレータ４８へ冷媒を流す配管の途中に設けられ、電気的な制御によって、この通路の開閉を行う。
［冷房運転動作］
図２は、実施形態の車両用空調装置における冷房運転時の動作を説明する図である。図の配管の網掛け部分は、冷媒または冷却液の流れがないことを示す。
【００４３】
冷房運転時には、開閉弁２４が閉、開閉弁６０が開、オリフィス付開閉弁２２が開、三方弁１８の水冷媒熱交換器１４側が閉に切り替えられる。
【００４４】
この切替により、冷却液は、エンジン冷却器４０とヒータコア４４とを循環する一方、冷却液は水冷媒熱交換器１４に流れない。ＨＶＡＣ７０内の吸気通路Ｂにおいては、ヒータコア４４に風が流れないようにエアミックスダンパが切り替えられることで、車室内へ供給される送風への加熱は行われない。
【００４５】
冷媒は、圧縮機１２により高温高圧に圧縮されたのち、水冷媒熱交換器１４を高温のまま通過して室外熱交換器５６へ送られる。その後、冷媒は、室外熱交換器５６で冷却された後、膨張弁５２を通過して低温低圧に膨張し、続いてエバポレータ４８へ送られる。エバポレータ４８では、車室内へ送られる空気から冷媒へ吸熱が行われて、空気の冷却と冷媒の気化とが行われる。気化した冷媒は圧縮機１２へと戻される。
【００４６】
このようなヒートポンプサイクルによって、車室内へ冷たい空気を送ることができる。
【００４７】
［暖房運転動作］
図３は、実施形態の車両用空調装置における暖房運転時の動作を説明する図である。図の配管の網掛け部分は、冷媒または冷却液の流れがないことを示す。
【００４８】
暖房運転時には、開閉弁２４が開、開閉弁６０が閉、オリフィス付開閉弁２２が閉、三方弁１８の冷却液導出管３２側が閉に切り替えられる。
【００４９】
この切替により、冷却液は、エンジン冷却器４０と、水冷媒熱交換器１４と、ヒータコア４４とを循環する。この間、冷却液は、エンジン冷却器４０と、水冷媒熱交換器１４とで加熱され、ヒータコア４４でＨＶＡＣ７０内の吸気通路Ｂを流れる空気へと放熱を行う。
【００５０】
さらに、車両用ヒートポンプ装置１０では、圧縮機１２で発生した熱が水冷媒熱交換器１４で冷却水へ伝えられる。
【００５１】
吸気通路Ｂにおいては、ヒータコア４４に風が流れるようにエアミックスダンパ等が切り替えられて、車室内へ送られる空気が温められる。
【００５２】
冷媒は、圧縮機１２により高温高圧に圧縮されたのち、水冷媒熱交換器１４を通過して冷却液へ放熱を行う。放熱後の高圧の冷媒は、オリフィス付開閉弁２２を通過して低温低圧に膨張し、室外熱交換器５６へ送られる。室外熱交換器５６では、外気から冷媒へ吸熱が行われて、冷媒が気化する。気化した冷媒は、アキュムレータ１６を介して圧縮機１２へ戻される。エバポレータ４８には、冷媒が流れず、そこでは熱交換も行われない。
【００５３】
このような動作により、車室内へ温かい空気を送ることができる。温風には、エンジンの熱が有効活用され、エンジン熱で足りない分がヒートポンプサイクルによって補われる。また、圧縮機１２の排熱も空気を温めるのに有効活用されている。空気の加熱はヒートポンプサイクルを利用しているので、加熱量に対する消費電力は低く抑えられている。
【００５４】
［配管経路の比較］
図４は、従前の車両用空調装置からの冷媒配管の変更点を説明する図である。図中、実線で従前の車両用空調装置の配管を示している。
【００５５】
［従前の車両用空調装置の場合］
冷房運転時のみヒートポンプサイクルを用いる従前の車両用空調装置では、室外熱交換器５６がエンジンルーム内の車両先頭付近に配置され、吸気通路Ｂ、ヒータコア４４およびエバポレータ４８が車室内のＨＶＡＣ７０に配置される。さらに、圧縮機１２がエンジンルームに配置される。
【００５６】
この構成において、冷媒の配管は、図４の実線に示すものとなる。すなわち、エンジンルーム内の車両先頭の室外熱交換器５６から膨張弁５２を介して車室内のエバポレータ４８へつながる配管Ｐ１、圧縮機１２から室外熱交換器５６へつながる配管Ｐ２、ならびに、車室内のエバポレータ４８から圧縮機１２へ連なる配管Ｐ３のみとなる。
【００５７】
各配管Ｐ１〜Ｐ３は、車両の各構成を避けつつ、冷媒の圧力損失が大きくならないよう、なるだけ直線的な経路となるようにレイアウトされる。特に、長い区間に渡って施設される配管Ｐ１は、優先的に直線的な経路にできるようにレイアウト設計されることがある。
【００５８】
冷却液の配管Ｗ１，Ｗ２は、エンジンルームのエンジン冷却器４０とＨＶＡＣ７０内のヒータコア４４との間に施設される。
【００５９】
次に、冷房運転時のみヒートポンプサイクルを利用する従前の車両用空調装置を、車両用ヒートポンプ装置１０を用いることで、ヒートポンプサイクルを利用した暖房運転も行
えるように変更する場合について説明する。
【００６０】
従前の配管からの変更点としては、２本の冷媒配管Ｐ２１、Ｐ２２が追加される。冷媒配管Ｐ２１は車両用ヒートポンプ装置１０の冷媒導出管３５と、冷媒配管Ｐ２２は車両用ヒートポンプ装置１０の冷媒導入管３４と接続する。
【００６１】
また、エンジンルームを渡って設けられる長い配管Ｐ２の一部分Ｐ２ｂが除去される。配管Ｐ２ｂが除去された後の、配管Ｐ２の圧縮機１２の冷媒の吐出口の側を配管Ｐ２ａと、配管Ｐ２の室外熱交換器５６の側を配管Ｐ２ｃと称する。
【００６２】
冷媒配管Ｐ２ａは車両用ヒートポンプ装置１０の冷媒導入管３６と、冷媒配管Ｐ２ｃは車両用ヒートポンプ装置１０の冷媒導出管３３と接続する。
【００６３】
車両用ヒートポンプ装置１０とヒータコア４４との間には、熱せられた冷却液を循環させる配管Ｗ２１，Ｗ２２が設けられる。これらの配管Ｗ２１，Ｗ２２は、例えばエンジン冷却器４０に連通する配管Ｗ１の一部Ｗ１ａを分断してバイパスするように接続される。配管Ｗ２１は冷却液導入管３１と接続し、配管Ｗ２２は冷却液導出管３２と接続する。
【００６４】
車両用ヒートポンプ装置１０内の水冷媒熱交換器１４にて、圧縮機１２で圧縮された高温高圧冷媒から冷却液へ放熱される。この熱は、ＨＶＡＣ７０内の吸気通路Ｂで空気を温めるヒータコア４４に伝達される。
【００６５】
例えば、特許文献１に開示される圧縮機、および、水冷媒熱交換器を同一筐体内に収納したもの（特許文献１の図２１〜図２４を参照）を用いて、冷房運転時のみヒートポンプサイクルを利用する従前の車両用空調装置を、ヒートポンプサイクルを利用した暖房運転も行えるように変更する場合を検討する。
【００６６】
この場合、従前の車両用空調装が備える圧縮機を、圧縮機および水冷媒熱交換器を同一筐体内に収納した装置に置換する必要がある。このため、圧縮機周辺の配管パターンを大きく変更する必要がある。
【００６７】
［本実施の形態の場合］
一方、本実施の形態の構成では、図１と図４との比較から分かるように、従前の車両用空調装置からの冷媒配管の変更点は、冷媒配管Ｐ２１、Ｐ２２の追加と、配管Ｐ２の一部分の配管Ｐ２ｂを除去した部分に車両用ヒートポンプ装置１０を配置するだけで済む。
【００６８】
さらに、圧縮機の配置は変更しないため、冷媒の配管パターンの変更点が少なくしつつ、容易にヒートポンプサイクルを利用した暖房運転を行うことができる。
【００６９】
以上のように、本実施の形態の車両用ヒートポンプ装置１０および車両用空調装置によれば、冷房運転時のみヒートポンプサイクルを用いる従前の車両用空調装置の配管に２本の配管追加、一部配管の除去を行うだけでヒートポンプサイクルを用いて暖房運転を行うことができるようになる。
【００７０】
従って、従前の車両用空調装置が採用されている車両に対して、マイナーチェンジまたはオプション変更により、ヒートポンプサイクルによる暖房運転が可能な車両用空調装置を搭載する場合に、本実施の形態は特に有効になる。すなわち、車両用ヒートポンプ装置１０および追加の冷媒配管Ｐ２１、Ｐ２２のスペースだけを設ければ、車両の他の構成のレイアウトに影響を及ぼすことなく、本実施の形態の車両用空調装置を適用することが可能となる。車両用ヒートポンプ装置１０は後述するように、比較的小さな装置として構成
可能であり、従前の車両用空調装置の構成要素の間に容易に配置可能である。
【００７１】
［変形例１］
図５は、本発明の実施の形態の車両用ヒートポンプ装置および車両用空調装置の変形例を説明する構成図である。
【００７２】
本発明の実施形態の車両用ヒートポンプ装置１０としては、図５に示すように、開閉弁２４、オリフィス付開閉弁２２、三方弁１８および逆止弁２０の全部または何れかを、筐体２６の外側に設けるようにしてもよい。
【００７３】
また、２つの開閉弁２４、６０は、冷媒配管の分岐箇所ｄ１，ｄ２に三方弁を設けて代替することも可能である。
【００７４】
さらに、冷却液を水冷媒熱交換器１４へバイパスさせるか否かを切り替えるための構成は、三方弁１８および逆止弁２０に限られず、複数の開閉弁を用いて構成することもできる。
【００７５】
［変形例２］
図６は、本発明の実施形態の車両用ヒートポンプ装置および車両用空調装置の変形例を説明する構成図である。図５との相違点は、図５とにおける２つの開閉弁２４、６０を、１つの三方弁２１で代替している点である。
【００７６】
三方弁２１は、電気的に制御される。三方弁２１は、冷房運転時には室外熱交換器５６を通過した冷媒をエバポレータ４８の側へのみ送るようにする。また、三方弁２１は、暖房運転時には室外熱交換器５６を通過した冷媒を車両用ヒートポンプ装置１０の冷媒導入管３４に接続された側へのみ送るようにする。
【００７７】
以上、本発明の実施の形態について説明した。
【００７８】
なお、上記実施の形態における圧縮機１２は、吸入した冷媒を圧縮して吐出する圧縮機構を駆動するための電動モータを備えてもよい。また、上記実施の形態における圧縮機１２は、内燃機関の駆動力等、圧縮機１２の外部の駆動力をベルト等で伝達することで圧縮機構を駆動するようにしてもよい。
【００７９】
なお、上記実施の形態では、車両用ヒートポンプ装置１０の冷媒導入部または冷媒導出部として、管状の構成を例にとって説明したが、冷媒導入部または冷媒導出部は、例えば、配管接続用のコネクタまたはソケットを筐体２６の壁体に埋設した構成としてもよい。冷却液の導入部または導出部も同様である。
【００８０】
また、上記実施の形態では、ヒータコアに内燃機関から熱をもらった冷却液を供給する構成を例にとって説明したが、ヒータコア４４には車両用ヒートポンプ装置１０の冷却液だけが流れる構成を採用してもよい。
【００８１】
また、上記実施の形態の車両用空調装置および車両用ヒートポンプ装置は、自動車に新規に搭載される構成としても良い。また、上記実施の形態の車両用ヒートポンプは、図４に示したような、冷房運転時のみヒートポンプサイクルを用いる従前の車両用空調装置の一部と交換される構成としても良い。この交換により、本実施形態の車両用空調装置が実現されて、ヒートポンプサイクルによる暖房運転が可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００８２】
本発明は、車両に搭載される車両用ヒートポンプ装置および車両用空調装置に利用できる。
【符号の説明】
【００８３】
１０  車両用ヒートポンプ装置
１２  圧縮機
１４  水冷媒熱交換器
１６  アキュムレータ
１８  三方弁
１９  接続部
２０  逆止弁
２１  三方弁
２２  オリフィス付開閉弁
２４  開閉弁
２６  筐体
３１  冷却液導入管
３２  冷却液導出管
３３、３５  冷媒導出管
３４、３６  冷媒導入管
３８  制御部
４０  エンジン冷却器
４４  ヒータコア
４８  エバポレータ
５２  膨張弁
５６  室外熱交換器
６０  開閉弁
Ｂ  吸気通路
Ｆ１，Ｆ２  ファン
【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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