(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
２段圧縮方式圧縮機の１段目で圧縮された冷媒を冷媒熱交換器で冷却し、冷却した冷媒を２段目でさらに圧縮して吐出し、吐出された冷媒を冷媒冷却器で冷却した後、膨張弁を経て車内空気と熱交換するように設けられた蒸発器で蒸発して冷熱を発生した後、前記１段目に吸入するように構成した冷凍回路と、
車内空気と熱交換するように設けられてエンジンの冷却水が循環する暖房用冷却水車内熱交換器を備えた冷却水回路と、
車内空気が前記蒸発器および／または暖房用冷却水車内熱交換器を通過するか否かの風路を制御するダンパ装置と、を備えた車載空気調和機であって、
前記冷媒熱交換器を車内空気と熱交換するように設けて前記暖房用冷却水車内熱交換器とともに車内加熱用にも使用できるようにしたことを特徴とする車載空気調和機。
【請求項２】
冷媒がＣＯ２  であることを特徴とする請求項１記載の車載空気調和機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気とガソリンをエネルギー源とするハイブリッドカーや、アイドルストップ対応車などの廃熱が少ない自動車に用いられる車載空気調和機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般的な自動車はガソリンを燃料とする内燃機関から動力を得て走行し、このような自動車には冷凍回路が搭載されており、冷房を行うには冷媒を蒸発器で蒸発させ、発生した冷熱により車内空気を冷却して冷房が行われている。
【０００３】
また、暖房は、エンジンを冷却するための冷却水の熱で車内空気を加熱することで行われている。
【０００４】
しかし、このような自動車はガソリン等を燃焼させて駆動力を得るため、その排気ガスに含まれる有害物質に対する抑制または規制が強く望まれるようになっている。
【０００５】
また、従来、冷房冷凍装置の冷媒としては例えばクロロジフルオロメタン（Ｒ２２、沸点−４０．８℃）などが使用されていた。しかし、Ｒ２２などは、その高いオゾン破壊の潜在性により、大気中に放出されて地球上空のオゾン層に到達すると、このオゾン層を破壊する問題からフロン規制の対象となっている。
【０００６】
このオゾン層の破壊は、冷媒中の塩素基（Ｃｌ）により引き起こされる。そこで、塩素基を含まない冷媒、例えば、ジフルオロメタン（ＨＦＣ−３２、Ｒ３２、沸点−５２℃）などの代替冷媒が提案されているが、地球温暖化係数（ＧＷＰ）が１３００〜１９００であることから１９９７年地球温暖化防止京都会議で規制対象ガスに含まれることになり、使用が難しくなってきている。こうした環境重視の流れの中で自然界に存在し、環境負荷の少ないＣＯ２  などの自然冷媒が、オゾン層破壊効果や可燃性、毒性がない上、地球温暖化係数（ＧＷＰ）も１と極めて環境にやさしく、しかも経済的であることから注目されている。
【０００７】
しかし、ＣＯ２  冷媒を冷凍回路に適用した場合、従来の空気調和機用冷媒と較べて３倍以上の高い動作圧（例えば、１０メガパスカル）が必要になるので、従来の１段圧縮方式圧縮機構造では圧縮室の密閉性に問題があり、例えば、６メガパスカル程度にしか圧縮できず、ＣＯ２  を冷媒として使うことができないという問題があった。
そこで１段目でＣＯ２  を３メガパスカルから６メガパスカル（中間圧）へ圧縮し、さらに２段目でさらに６メガパスカルから１０メガパスカルへ圧縮して吐出する２段圧縮方式圧縮機が提案されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
電気とガソリンをエネルギー源とするハイブリッドカーや、アイドルストップ対応車あるいは電気のみをエネルギー源とするバッテリーカーなどに、ＣＯ２  を冷媒として使用し、電気で駆動される２段圧縮方式圧縮機を備えた冷凍回路を搭載して冷房を行うと共に、暖房は、エンジンを冷却するための冷却水の熱で行うことが提案されている。
【０００９】
しかしながら、このような自動車は廃熱量が少なく、十分な暖房を行えない問題があった。
本発明の目的は、従来の問題を解決し、電気とガソリンをエネルギー源とするハイブリッドカーや、アイドルストップ対応車あるいは電気のみをエネルギー源とするバッテリーカーなどの廃熱量の少ない自動車において例えばＣＯ２  冷媒を使用した場合であっても、冷房、暖房、除湿などを効率よく行えるようにした車載空気調和機を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は従来の問題を解決するために鋭意研究した結果、例えばＣＯ２  冷媒を使用し、電気で駆動される２段圧縮方式圧縮機を備えた冷凍回路を搭載して冷房を行うと共に、１段目で圧縮された冷媒を冷却する冷媒熱交換器を車内空気と熱交換するように設け、そしてエンジンを冷却するための冷却水の熱と共に適宜加熱にも利用することにより課題を解決できることを見いだし、本発明を成すに到った。
【００１１】
すなわち、本発明の請求項１の車載空気調和機は、２段圧縮方式圧縮機の１段目で圧縮された冷媒を冷媒熱交換器で冷却し、冷却した冷媒を２段目でさらに圧縮して吐出し、吐出された冷媒を冷媒冷却器で冷却した後、膨張弁を経て車内空気と熱交換するように設けられた蒸発器で蒸発して冷熱を発生した後、前記１段目に吸入するように構成した冷凍回路と、
車内空気と熱交換するように設けられてエンジンの冷却水が循環する暖房用冷却水車内熱交換器を備えた冷却水回路と、
車内空気が前記蒸発器および／または暖房用冷却水車内熱交換器を通過するか否かの風路を制御するダンパ装置と、を備えた車載空気調和機であって、
前記冷媒熱交換器を車内空気と熱交換するように設けて前記暖房用冷却水車内熱交換器とともに車内加熱用にも使用できるようにしたことを特徴とするものである。
【００１２】
本発明の請求項２の車載空気調和機は、請求項１記載の車載空気調和機において、冷媒がＣＯ２  であることを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて詳細に説明する。
図１は、本発明で用いる２段圧縮方式圧縮機と冷媒車内熱交換器として使用する蒸発器を備えた冷凍回路を模式的に説明する説明図であり、図２は、その冷凍回路におけるモリエル線図である。
図３は、本発明の車載空気調和機の１実施形態の構成図である。
【００１４】
図１において、本発明で用いる２段圧縮方式圧縮機１は、密閉容器２内の上方に駆動軸３を有するモータ４を備え、密閉容器２内の最下方に駆動軸３によって駆動される１段目圧縮機構（ロータリ方式）５およびその上に２段目圧縮機構（ロータリ方式）６を１８０°位相差で連動させるように備え、矢印で示すようにＦ→Ａを経て低圧冷媒（３メガパスカル）が１段目圧縮機構（ロータリ方式）５に吸入され、圧縮されて中間圧（６メガパスカル）となった冷媒ガスは１部は密閉容器２内へ分流し、他は外部配管へ分流され、２経路に分流した冷媒は密閉容器２外で再び合流後、Ｂを経て冷媒熱交換器７で冷却され、冷却された冷媒はＣを経て２段目圧縮機構（ロータリ方式）６に吸入されて高圧（１０メガパスカル）に圧縮された後、２段圧縮方式圧縮機１から吐出される。
【００１５】
このように吐出された冷媒はＤを経てガスクーラ８で冷却されて超臨界状態となり、冷却された冷媒はＥを経て膨張弁９→蒸発器（冷媒車内熱交換器）１０で蒸発して冷熱を発生し低圧冷媒となるように冷媒が循環して使用されて冷凍回路１１を構成している。
【００１６】
図２のモリエル線図におけるＡ〜Ｆは、図１の冷凍回路における各地点Ａ〜Ｆに相当する。図２中のＢ→Ｂ’→Ｄは、１段目圧縮機構（ロータリ方式）５で圧縮された冷媒を冷媒熱交換器７で冷却せずに、２段目圧縮機構（ロータリ方式）６でさらに圧縮して冷媒温度がより高温となる場合を示す。
【００１７】
Ｂ→Ｃ→Ｄ→Ｂ’→Ｂで囲まれる斜線で示した面積に対応するエネルギーが、冷媒を冷媒熱交換器７で冷却したことによる２段圧縮方式圧縮機１を駆動する時の所要動力の削減分に相当する。
【００１８】
図３において、図１〜２に示した構成部分と同じ構成部分には同一参照符号を付すことにより、重複した説明を省略する。
図３は本発明の車載空気調和機の１実施形態の構成を示し、冷凍回路１１、冷却水回路１２および車内空気の流れを制御するダンパ装置３０などを所要構成としている。
【００１９】
冷却水回路１２は、内燃機関などの図示しないエンジンを冷却するために冷却水が循環しているいわゆるラジエータと称される冷却水車外熱交換器１３、車内側に設けられて車内空気と冷却水とを熱交換させる暖房用冷却水車内熱交換器１４、これらの間を冷却水が循環するようにするポンプ１５などを有している。
そして、１段目圧縮機構５で圧縮された冷媒を冷却するための冷媒熱交換器７が暖房用冷却水車内熱交換器１４の前方の近傍に設置されている。
冷媒熱交換器７の設置位置は特に限定されないが、暖房用冷却水車内熱交換器１４の前方に設置する方が、図２に示したＢ→Ｃ→Ｄ→Ｂ’→Ｂで囲まれる斜線で示した面積を大きくでき、２段圧縮方式圧縮機１を駆動する時の所要動力をより削減できるので好ましい。
【００２０】
以下の説明では冷却水が冷却するものとしては、上記エンジンを想定して説明するが、本発明においてはこれに限定されるものではなく、電気自動車におけるパワー制御素子などの冷却を目的とするものであってもよい。
【００２１】
冷凍回路１１を用いて冷房を行う場合は、実線で示したように冷媒を循環させて蒸発器１０で冷熱を発生させ、蒸発器１０には車内空気が図示しないファンにより送風されて、これにより冷媒は車内空気と熱交換して蒸発して２段圧縮式圧縮機１に戻る。冷媒が蒸発する際の熱は車内空気から与えられるので、その分車内空気の温度が下がり、車内が冷房される。
【００２２】
なお、この時、蒸発器１０と熱交換した車内空気が冷媒熱交換器７と暖房用冷却水車内熱交換器１４に送風されると折角冷却された車内空気の温度が上昇してしまうので、ダンパ装置３０は実線で示した位置に移動して冷媒熱交換器７と暖房用冷却水車内熱交換器１４に車内空気が送風されないようにしている。
【００２３】
一方、暖房運転時には、自動車が運転されると同時にポンプ１５が駆動されて冷却水が循環されて、冷却水回路１２による暖房が行われるとともに、１段目圧縮機構５で圧縮された冷媒を冷却するための冷媒熱交換器７による暖房が行われる。
ダンパ装置３０を点線位置にすることにより、車内空気が図示しないファンにより送風されて蒸発器１０で除湿され、除湿された車内空気が冷媒熱交換器７および暖房用冷却水車内熱交換器１４に送風されて加熱されて暖房が行われる。
【００２４】
ダンパ装置３０を点線で示した位置と実線で示した位置との間の位置にすることによっても同様にして蒸発器１０による除湿と、冷媒熱交換器７と暖房用冷却水車内熱交換器１４による暖房を行うことができる。
【００２５】
この例では、ダンパ装置３０を蒸発器１０と、冷媒熱交換器７の間に設置した例を示したが、ダンパ装置３０の設置位置はこれに限定されることなく、例えば暖房運転時には車内空気が蒸発器１０で熱交換されないようにして、冷媒熱交換器７と暖房用冷却水車内熱交換器１４にのみ送風されて暖房が行われるようにすることもできる。
【００２６】
図４〜図６は、本発明の車載空気調和機の他の実施形態の構成図である。
図４〜図６において、図１〜３に示した構成部分と同じ構成部分には同一参照符号を付すことにより、重複した説明を省略する。
図４は本発明の車載空気調和機の他の実施形態（暖房モード）の構成を示し、冷凍回路１１に四方弁１６が設置されており、四方弁１６を切り替えて冷媒を実線で示した方向にも、あるいは必要に応じてその逆方向にも循環することができるようにしてある。
また冷媒熱交換器７と暖房用冷却水車内熱交換器１４がダクトチューブ１７（本発明で用いるダンパ装置の一種）中に設置してあり、ファンにより車内空気を冷媒熱交換器７と暖房用冷却水車内熱交換器１４に接触させて熱交換して加熱した空気を実線あるいは破線の矢印で示したいずれかの方向から車内に送風するようにするとともに、冷凍回路１１中のガスクーラ８に車内空気および／または車外空気を接触させて熱交換して加熱して車内に送風するようにしてある。冷媒熱交換器７、暖房用冷却水車内熱交換器１４およびガスクーラ８を車内空気の暖房用に使用するので十分な暖房を行うことができる。
【００２７】
図５は本発明の車載空気調和機の他の実施形態（冷房モード）の構成を示し、この冷房モードにおいては、四方弁１６を切り替えて冷媒を図４の実線で示した方向の逆方向に循環させて、前記蒸発器１０をガスクーラとし、前記ガスクーラ８を蒸発器として使用する。
そして、ダクトチューブ１７（本発明で用いるダンパ装置の一種）中に設置した冷媒熱交換器７と暖房用冷却水車内熱交換器１４との間に設置したシャッター１８（本発明で用いるダンパ装置の一部）を図のように閉じて、ファンにより暖房用冷却水車内熱交換器１４に接触させて熱交換して加熱した空気を車外に排出するようにするとともに、冷媒熱交換器７には空気が接触しないようにし、蒸発器８（１０）に車内空気を接触させて熱交換して冷却して車内に循環して送風するようにしてある。冷媒熱交換器７、暖房用冷却水車内熱交換器１４で熱交換して加熱した空気が車内に循環しないので十分な冷房を行うことができる。
【００２８】
図６は本発明の車載空気調和機の他の実施形態（除湿モード）の構成を示し、この除湿モードにおいては、図５と同様に四方弁１６を切り替えて冷媒を図５と同じ方向に循環させて、前記蒸発器１０をガスクーラとし、前記ガスクーラ８を蒸発器として使用する。
そして、ダクトチューブ１７（本発明で用いるダンパ装置の一種）中に設置した冷媒熱交換器７と暖房用冷却水車内熱交換器１４との間に設置したシャッター１８（本発明で用いるダンパ装置の一部）を図のように閉じて、ファンにより暖房用冷却水車内熱交換器１４に接触させて熱交換して加熱した空気を車外に排出するようにするとともに、蒸発器８（１０）に車内空気を接触させて熱交換して除湿した空気を冷媒熱交換器７に導いて熱交換して適宜の温度に制御した空気をダクトチューブ１７の所定の箇所から車内に送風するようにしてある。暖房用冷却水車内熱交換器１４で熱交換した空気が車内に循環しないので除湿・温度調節を容易に行うことができる。
【００２９】
なお、上記実施形態の説明は、本発明を説明するためのものであって、特許請求の範囲に記載の発明を限定し、或は範囲を減縮するものではない。又、本発明の各部構成は上記実施例に限らず、特許請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能である。
【００３０】
【発明の効果】
本発明の請求項１記載の車載空気調和機は、１段目で圧縮された冷媒を冷媒熱交換器で冷却し、冷却した冷媒を２段目でさらに圧縮して吐出する２段圧縮方式圧縮機と車内空気と熱交換するように設けられた蒸発器を備えた冷凍回路と、
車内空気と熱交換するように設けられてエンジンの冷却水が循環する暖房用冷却水車内熱交換器を備えた冷却水回路と、
車内空気が前記蒸発器および／または暖房用冷却水車内熱交換器を通過するか否かの風路を制御するダンパ装置と、を備えた車載空気調和機であって、
前記冷媒熱交換器を車内空気と熱交換するように設けて前記暖房用冷却水車内熱交換器とともに車内加熱用にも使用できるようにしたので、
電気とガソリンをエネルギー源とするハイブリッドカーや、アイドルストップ対応車あるいは電気のみをエネルギー源とするバッテリーカーなどの廃熱量が少い自動車であっても、前記２段圧縮方式圧縮機を駆動する必要動力を低減でき、冷媒の温度を低減して高効率運転ができるとともに、例えば冷房時には前記冷媒熱交換器および暖房用冷却水車内熱交換器を通過する空気が車内に送風されないようにして十分な冷房を行うことができ、暖房時には前記ガスクーラ、冷媒熱交換器および暖房用冷却水車内熱交換器を通過する空気が車内に送風されて十分な暖房を行うことができ、除湿時には車内空気を前記冷凍回路の蒸発器で熱交換して除湿した後、前記冷媒熱交換器に送って熱交換して空気を車内に送風して十分な除湿・空気調節を行うことができるなど、暖房、冷房、除湿時の効率向上が期待できるなどの顕著な効果を奏する。
【００３１】
本発明の請求項２記載の車載空気調和機は、冷媒がＣＯ２  であるので、請求項１記載の車載空気調和機と同じ効果を奏する上、環境負荷が少なく、オゾン層破壊効果や可燃性、毒性がない上、地球温暖化係数（ＧＷＰ）も１と極めて環境にやさしく、しかも経済的であるという顕著な効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明で用いる２段圧縮方式圧縮機と冷媒車内熱交換器として使用する蒸発器を備えた冷凍回路を模式的に説明する説明図である。
【図２】図１に示した冷凍回路におけるモリエル線図である。
【図３】本発明の車載空気調和機の１実施形態の構成図である。
【図４】本発明の車載空気調和機の他の実施形態（暖房モード）の構成図である。
【図５】図４に示した本発明の車載空気調和機の他の実施形態（冷房モード）の構成図である。
【図６】図４に示した本発明の車載空気調和機の他の実施形態（除湿モード）の構成図である。
【符号の説明】
１  ２段圧縮方式圧縮機
２  密閉容器
３  駆動軸
４  モータ
５  １段目圧縮機構（ロータリ方式）
６  ２段目圧縮機構（ロータリ方式）
７  冷媒熱交換器
８  ガスクーラ
９  膨張弁９
１０  蒸発器
１１  冷凍回路
１２  冷却水回路
１３  冷却水車外熱交換器
１４  暖房用冷却水車内熱交換器
１５  ポンプ
１６  四方弁
１７  ダクトチューブ
１８  シャッター
【図１】
0003600163.tif 000002
【図２】
0003600163.tif 000003
【図３】
0003600163.tif 000004
【図４】
0003600163.tif 000005
【図５】
0003600163.tif 000006
【図６】
0003600163.tif 000007