(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
低温低圧の冷媒と熱輸送用の冷却液との間で熱交換させて冷媒を気化させる第１水冷媒熱交換器と、
高温高圧の冷媒と前記冷却液との間で熱交換させて冷媒を凝縮させる第２水冷媒熱交換器と、
冷媒を圧縮するコンプレッサと、
低温低圧の冷媒と車室内へ送られる吸気との間で熱交換を行うエバポレータと、
高温高圧の冷媒から放熱させ冷媒を凝縮させるコンデンサと、
前記第２水冷媒熱交換器、前記コンプレッサ、および、前記第１水冷媒熱交換器を含む冷媒回路に冷媒が流れる状態と、前記エバポレータ、前記コンデンサ、および、前記コンプレッサを含む他の冷媒回路に冷媒が流れる状態とに切換え可能な切換手段と、を具備し、
前記第２水冷媒熱交換器から前記第１水冷媒熱交換器へ至る冷媒通路と、前記コンデンサから前記エバポレータへ至る冷媒通路とは異なる冷媒通路であり、
前記第１水冷媒熱交換器は、車室内への送風を加熱するヒーターコアから前記冷却液を導入し、且つ、車両の発熱部品の冷却用通路へ前記冷却液を送出し、
前記第２水冷媒熱交換器は、前記発熱部品の冷却用通路から前記冷却液を導入し、且つ、前記ヒーターコアへ前記冷却液を送出する、
車両用空調装置。
【請求項２】
前記エバポレータから前記コンプレッサへ冷媒を流す通路に配置された逆止弁をさらに具備する、
請求項１に記載の車両用空調装置。
【請求項３】
前記コンデンサにより凝縮された冷媒を低温低圧に膨張して前記エバポレータへ吐出する第１の膨張部と、
前記第２水冷媒熱交換器により凝縮された冷媒を低温低圧に膨張して前記第１水冷媒熱交換器へ吐出する第２の膨張部と、
をさらに具備する、
請求項１または請求項２に記載の車両用空調装置。
【請求項４】
前記コンプレッサの作動制御を行う第１空調制御部と、
前記切換手段の切換え制御を行う第２空調制御部と、
をさらに具備し、
前記第１空調制御部と前記第２空調制御部とは通信可能に接続されている、
請求項１記載の車両用空調装置。
【請求項５】
前記第１空調制御部は、ユーザーにより操作される空調スイッチのオン・オフを示す空調スイッチ情報を前記第２空調制御部へ送信可能であり、
前記第２空調制御部は、コンプレッサ起動要求を前記第１空調制御部へ送信可能である、
請求項４記載の車両用空調装置。
【請求項６】
前記コンプレッサの吐出口からの冷媒通路が、前記コンデンサの冷媒導入側と、前記第２水冷媒熱交換器の冷媒導入側とへ分岐する分岐部を有し、
前記切換手段は、
前記分岐部と前記第２水冷媒熱交換器との間の冷媒通路を遮断可能な第１開閉弁と、
前記分岐部と前記コンデンサとの間の冷媒通路を遮断可能な第２開閉弁と、
を有する、
請求項１から請求項５の何れか一項に記載の車両用空調装置。
【請求項７】
前記切換手段は、
前記コンプレッサの吐出口からの冷媒通路が、前記コンデンサの冷媒導入側と、前記第２水冷媒熱交換器の冷媒導入側とへ分岐する分岐部に配置された三方弁を有する、
請求項１から請求項５の何れか一項に記載の車両用空調装置。
【請求項８】
前記第２空調制御部は、
ヒートポンプ式暖房モードの要否を判別するための情報を入力し、
前記入力された情報に基づき、前記第１空調制御部へコンプレッサ起動要求を送信する、
請求項４または請求項５に記載の車両用空調装置。
【請求項９】
前記ヒートポンプ式暖房モードの要否を判別するための情報には、ユーザーにより操作可能なヒートポンプ暖房スイッチのスイッチ情報が含まれる、
請求項８記載の車両用空調装置。
【請求項１０】
前記発熱部品は、内燃機関である、
請求項１に記載の車両用空調装置。
【請求項１１】
低温低圧の冷媒と熱輸送用の冷却液との間で熱交換させて冷媒を気化させる第１水冷媒熱交換器と、
高温高圧の冷媒と前記冷却液との間で熱交換させて冷媒を凝縮させる第２水冷媒熱交換器と、
前記第２水冷媒熱交換器、冷媒を圧縮するコンプレッサ、および、前記第１水冷媒熱交換器を含む冷媒回路に冷媒が流れる状態と、前記コンプレッサを含む他の冷媒回路に冷媒が流れる状態とに切換え可能な切換手段と、を具備し、
前記第１水冷媒熱交換器、前記第２水冷媒熱交換器、および、前記切換手段が一体化されてユニットを構成し、
前記ユニットの外に前記コンプレッサが設けられている、
車両用空調装置。
【請求項１２】
前記第１水冷媒熱交換器、前記第２水冷媒熱交換器、前記切換手段、および、前記第２空調制御部が、一体化されてユニットを構成し、
前記ユニットの外に前記コンプレッサおよび前記第１空調制御部が設けられている、
請求項４、５、８、９の何れか一項に記載の車両用空調装置。
【請求項１３】
低温低圧の冷媒と熱輸送用の冷却液との間で熱交換させて冷媒を気化させる第１水冷媒熱交換器と、
高温高圧の冷媒と前記冷却液との間で熱交換させて冷媒を凝縮させる第２水冷媒熱交換器と、
前記第２水冷媒熱交換器、冷媒を圧縮するコンプレッサ、および、前記第１水冷媒熱交換器を含む冷媒回路に冷媒が流れる状態と、前記コンプレッサを含む他の冷媒回路に冷媒が流れる状態とに切換え可能な切換手段と、
が一体化されている、
車両用空調装置の構成ユニット。
【請求項１４】
前記コンプレッサを制御する第１空調制御部と通信するための信号線が接続される接続部と、
前記接続部を介して前記第１空調制御部と通信可能に接続され、前記切換手段の切換え制御を行う第２空調制御部と、
を備えている、
請求項１３記載の車両用空調装置の構成ユニット。
【請求項１５】
前記第１水冷媒熱交換器、前記第２水冷媒熱交換器、前記切換手段、および、前記第２空調制御部が一体化されている、
請求項１４記載の車両用空調装置の構成ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両用空調装置および車両用空調装置の構成ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の車両用の暖房装置としては、高温になったエンジン冷却水を利用して車室内を暖房する温水式ヒータが多く採用されている。また、従来の車両用の冷房装置としては、車室内へ送られる空気をヒートポンプの低温冷媒により冷却するヒートポンプ式の冷房装置が一般に採用されている。【０００３】
特許文献１には、既存の温水式ヒータを基本としつつ、ヒートポンプを利用して、温水式ヒータの冷却水を加熱する構成を付加することで、既存のものより暖房性能を向上することのできる車両用の空調装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−７６８３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の車両用の空調装置は、ヒートポンプの構成を暖房にのみ利用する構成であり、冷房時の動作については検討されていなかった。すなわち、特許文献１の暖房装置に冷房機能を付加する場合、ヒートポンプの構成を暖房用と冷房用とでどのように兼用させ、どのように切り換えて利用すればよいか検討されていなかった。【０００６】
本発明の目的は、従来の車両に採用されているような温水式ヒータ、並びに、従来の車両に採用されているようなヒートポンプ式冷房装置の構成を基本としつつ、低コストに暖房性能の向上が図れ、且つ、従来の構成から設置スペースの増加分を少なくできる車両用の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】
【０００７】
本発明の一態様に係る車両用空調装置は、低温低圧の冷媒と熱輸送用の冷却液との間で熱交換させて冷媒を気化させる第１水冷媒熱交換器と、高温高圧の冷媒と前記冷却液との間で熱交換させて冷媒を凝縮させる第２水冷媒熱交換器と、前記第２水冷媒熱交換器、冷媒を圧縮するコンプレッサ、および、前記第１水冷媒熱交換器を含む冷媒回路に冷媒が流れる状態と、前記コンプレッサを含む他の冷媒回路に冷媒が流れる状態とに切換え可能な切換手段と、を具備した構成を採る。
【０００８】
本発明の一態様に係る車両用空調装置の構成ユニットは、低温低圧の冷媒と熱輸送用の冷却液との間で熱交換させて冷媒を気化させる第１水冷媒熱交換器と、高温高圧の冷媒と前記冷却液との間で熱交換させて冷媒を凝縮させる第２水冷媒熱交換器と、前記第２水冷媒熱交換器、冷媒を圧縮するコンプレッサ、および、前記第１水冷媒熱交換器を含む冷媒回路に冷媒が流れる状態と、前記コンプレッサを含む他の冷媒回路に冷媒が流れる状態とに切換え可能な切換手段と、が一体化されている、構成を採る。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、従来の車両で採用されているような温水式ヒータ、並びに、従来の車両で採用されているようなヒートポンプ式冷房装置の構成を基本としつつ、冷房時と暖房時とで共通のコンプレッサおよび冷媒を利用して暖房性能を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態の車両用空調装置を示す構成図
【図２】本発明の実施の形態の車両用空調装置の制御構成を示すブロック図
【図３】ヒートポンプ式暖房モードの動作を説明する図
【図４】冷房モードの動作を説明する図
【図５】本発明の実施の形態の車両用空調装置の変形例を示す構成図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１は、本発明の実施の形態の車両用空調装置を示す構成図である。
【００１２】
本発明の実施形態の車両用空調装置１は、発熱部品としてのエンジン（内燃機関）を有する車両に搭載されて、車室内の空気調整を行う装置である。
【００１３】
実施形態の車両用空調装置１は、構成ユニット１０、コンプレッサ（圧縮機）３８、エンジン冷却部４０、ヒーターコア４４、エバポレータ４８、膨張弁３７、室外コンデンサ３９、逆止弁１５、および、これらの間を結ぶ冷却液の配管および冷媒配管等を具備する。ヒーターコア４４と、エバポレータ４８とは、ＨＶＡＣ（Heating, Ventilation, and Air Conditioning）７０の吸気通路内に配置される。ＨＶＡＣ７０には、吸気を流すファンＦ１が設けられている。
【００１４】
コンプレッサ３８は、エンジンの動力または電気により駆動して、吸入した冷媒を高温高圧に圧縮して吐出する。高温高圧の冷媒は、第２水冷媒熱交換器１２または室外コンデンサ３９へ送られる。低圧の冷媒は、構成ユニット１０の第１水冷媒熱交換器１１、又は、エバポレータ４８から、合流管を介してコンプレッサ３８へ吸入される。
【００１５】
エンジン冷却部４０は、エンジン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エンジンから熱を放出させる。ポンプは、例えば、エンジンの動力により回転する。エンジン冷却部４０には、エンジンの排熱の量が多くなった場合に、熱を外気に放出するラジエータが備わっていてもよい。エンジン冷却部４０の冷却液の通路は、構成ユニット１０を通ってヒーターコア４４と連通されている。
【００１６】
冷却液は、例えばＬＬＣ（Long Life Coolant）などの不凍液であり、熱を輸送するための液体である。
【００１７】
冷却液を移送する構成は、エンジン冷却部４０のポンプのみとすることもできる。これにより、装置のコストの低減および装置の設置スペースの縮小を図ることができる。冷却液の移送能力を高めるために、冷却液配管の他の箇所にポンプを追加してもよい。
【００１８】
ヒーターコア４４は、冷却液と空気との間で熱交換を行う機器であり、車室内へ空気を供給するＨＶＡＣ７０の吸気通路内に配置される。ヒーターコア４４には、加熱された冷却液が供給され、暖房運転時に車室内へ送られる吸気（車室内への送風）に熱を放出する。ヒーターコア４４は、ドア４４ａの開度により通過する空気の量を調整可能になっている。ドア４４ａは、電気的な制御で開閉可能である。ドア４４ａは、ミックスドアとも呼ばれる。
【００１９】
エバポレータ４８は、低温低圧の冷媒と、空気との間で熱交換を行う機器であり、ＨＶＡＣ７０の吸気通路内に配置される。エバポレータ４８には、冷房運転時、除湿運転時、または温調運転時に低温低圧の冷媒が流され、車室内へ供給される吸気（車室内への送風）を冷却する。
【００２０】
膨張弁３７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３７は、エバポレータ４８に近接して配置されている。膨張弁３７は、エバポレータ４８から送出される冷媒の温度により、吐出する冷媒量を自動的に調整する機能を有する温度式膨張弁（ＴＸＶ：thermal expansion valve）であってもよい。
【００２１】
室外コンデンサ３９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、冷媒と外気との間で熱交換を行う。室外コンデンサ３９には、冷房モードおよび除湿モードのときに、高温高圧の冷媒が流されて、冷媒から外気へ熱を排出させる。室外コンデンサ３９には、例えば、ファンにより外気が吹き付けられる。室外コンデンサ３９の冷媒の送出側にはリザーバタンク３９ａを設けてもよい。
【００２２】
構成ユニット１０は、単体で工場生産される一体化された構成であり、車両の組み立て工程において、車両用空調装置１の他の構成と配管接続される。構成ユニット１０は、１個の筐体に各構成要素が収容されて一体化されていてもよいし、各構成要素が接合されることで一体化されていてもよい。
【００２３】
構成ユニット１０には、第１水冷媒熱交換器１１と、第２水冷媒熱交換器１２と、第１開閉弁１３と、第２開閉弁１４と、膨張弁１６とが含まれる。
【００２４】
第１水冷媒熱交換器１１（蒸発器）は、低温低圧の冷媒を流す通路と、冷却液を流す通路とを有し、冷媒と冷却液との間で熱交換を行う。第１水冷媒熱交換器１１には、所定の運転モードのときに、膨張弁１６から低温低圧の冷媒が導入されて、冷却液から低温低圧冷媒へ熱を移動させる。これにより、第１水冷媒熱交換器１１は低温低圧の冷媒を気化させる。
【００２５】
第１水冷媒熱交換器１１の冷却液の導入口は、配管を介してヒーターコア４４に連通され、冷却液の送出口は、配管を介してエンジン冷却部４０に連通されている。第１水冷媒熱交換器１１の冷媒の導入口は、配管を介して膨張弁１６に連通され、冷媒の送出口は、コンプレッサ３８の吸入口へ合流する配管に連通されている。
【００２６】
第２水冷媒熱交換器１２（凝縮器）は、高温高圧の冷媒を流す通路と、冷却液を流す通路とを有し、冷媒と冷却液との間で熱交換を行う。第２水冷媒熱交換器１２には、所定の運転モードのときに、コンプレッサ３８から高温高圧の冷媒が送られて、高温高圧冷媒から冷却液へ熱を放出させる。これにより、第２水冷媒熱交換器１２は、高温高圧の冷媒を凝縮させる。
【００２７】
第２水冷媒熱交換器１２の冷却液の導入口は、配管を介してエンジン冷却部４０に連通され、冷却液の送出口は、配管を介してヒーターコア４４に連通されている。第２水冷媒熱交換器１２の冷媒の導入口は、配管を介してコンプレッサ３８の吐出口へ連通され、冷媒の送出口は、膨張弁１６に連通されている。
【００２８】
第１開閉弁１３および第２開閉弁１４は、例えば電気的な制御により、冷媒配管の開閉を切り替える弁であり、例えば電磁弁を採用できる。第１開閉弁１３は、コンプレッサ３８吐出側の冷媒通路の分岐部と、室外コンデンサ３９の冷媒導入口との間の冷媒通路を開閉する。第２開閉弁１４は、上記分岐部と第２水冷媒熱交換器１２の冷媒導入口との間の冷媒通路を開閉する。
【００２９】
膨張弁１６は、高圧の冷媒を低温低圧に膨張して、第１水冷媒熱交換器１１に吐出する。膨張弁１６は、第１水冷媒熱交換器１１から送出される冷媒の温度により吐出する冷媒量を自動的に調整する機能を有する温度式膨張弁（ＴＸＶ）であってもよい。
【００３０】
逆止弁１５は、コンプレッサ３８とエバポレータ４８との間に設けられ、室外コンデンサ３９およびエバポレータ４８に冷媒が流れない運転モードのときに、冷媒の逆流を防ぐ弁である。ここで、第１開閉弁１３が閉じられて、第１水冷媒熱交換器１１と第２水冷媒熱交換器１２とを通る冷媒回路に冷媒が流される運転モードを考察する。この運転モードでは、第１開閉弁１３が閉じられていることで、室外コンデンサ３９とエバポレータ４８とを通る冷媒回路は遮断される。しかしながら、この場合でも、外気が低いと、室外コンデンサ３９およびエバポレータ４８における冷媒圧力が低くなることがある。そして、この圧力低下があると、第１水冷媒熱交換器１１および第２水冷媒熱交換器１２の冷媒回路に流れている冷媒が、エバポレータ４８側の冷媒回路へ逆流してしまう。この結果、第１水冷媒熱交換器１１と第２水冷媒熱交換器１２とを通る冷媒回路の冷媒量が最適な範囲から逸脱してしまい、このヒートポンプサイクルの効率が低下してしまう。しかしながら、逆止弁１５があることで、このような不都合を回避することができる。
【００３１】
図２は、本発明の実施の形態の車両用空調装置の制御構成を示すブロック図である。
【００３２】
車両用空調装置１は、制御系の構成として、空調自動制御部５１（第１空調制御部に相当）と、ＨＶＡＣ制御部７１と、ヒートポンプ暖房制御部（第２空調制御部に相当）５２と、ヒートポンプ暖房スイッチ５５とを備えている。
【００３３】
空調自動制御部５１は、マイクロコンピュータ、Ｉ／Ｏ、制御プログラムを格納したプログラムメモリ、作業用のメモリ等を備え、マイクロコンピュータが制御プログラムに従って空調の自動制御を行う構成である。
【００３４】
空調自動制御部５１には、ユーザー設定情報と環境情報とが入力される。
【００３５】
ユーザー設定情報は、例えばインパネ（Instrument Panel）の操作部を介してユーザーにより設定される空調に関する情報である。ユーザー設定情報には、例えば、主に冷房又は除湿のためにヒートポンプの作動を指示するためのＡ／Ｃスイッチ情報、設定温度情報、設定送風量情報などが含まれる。
【００３６】
環境情報は、車両又は車両用空調装置１に設けられた各種センサから得られる情報である。環境情報には、例えば、外気温度情報、車室内温度情報、コンプレッサ３８の吐出圧力情報、ドア４４ａの開度情報などが含まれる。
【００３７】
空調自動制御部５１は、コンプレッサ３８を起動する制御を行う。コンプレッサ３８の起動制御は、コンプレッサ３８がエンジン動力により駆動するタイプの場合には、エンジン動力を導くクラッチの状態を切り換えるコンプレッサ起動信号を出力して実現される。また、コンプレッサ３８の駆動制御は、コンプレッサ３８が電動タイプの場合には、駆動電力の供給をオン・オフするコンプレッサ起動信号を出力して実現される。
【００３８】
また、空調自動制御部５１は、ＨＶＡＣ制御部７１へ指令（ドア制御などの空調制御信号）を送って、ヒーターコア４４のドア４４ａの開閉、その他、ＨＶＡＣ７０の各ドアの開閉、および、ファンＦ１の駆動等の各制御を行う。ＨＶＡＣ制御部７１は、空調自動制御部５１からの指令に基づき、ＨＶＡＣ７０の各駆動部の制御を統括的に行う構成である。
【００３９】
空調自動制御部５１は、また、ヒートポンプ暖房制御部５２との間で所定の情報を送受信可能な通信手段を備えている。この通信手段は、シリアルバス、ＣＡＮ（Controller Area Network）、又は、専用の信号線を介した通信手段であってもよい。ＣＡＮ通信またはシリアルバス通信など既存の通信手段を利用することで、空調自動制御部５１として、従前の空調用制御ユニットを、制御プログラムのみ僅かに改変して流用することができる。或いは、予備の入出力ポートを用いた通信手段を利用することで、空調自動制御部５１として、従前の空調用制御ユニットを、制御プログラムのみ僅かに改変して流用することができる。
【００４０】
ヒートポンプ暖房制御部５２は、マイクロコンピュータまたはシーケンサーから構成することがでる。ヒートポンプ暖房制御部５２は、第１開閉弁１３と第２開閉弁１４との開閉制御を行って、主に、ヒートポンプ式暖房モードの切換制御を行う。
【００４１】
ヒートポンプ暖房制御部５２は、構成ユニット１０と一体化された制御ボックスに収容される。なお、この制御ボックスは、構成ユニット１０の機械系の構成とは別体にしてもよい。
【００４２】
ヒートポンプ暖房制御部５２には、ヒートポンプ式暖房モードの要否を判別するための情報が入力される。具体的には、この情報は、ヒートポンプ暖房スイッチ５５のオン・オフを示すスイッチ情報（ヒートポンプ暖房起動信号）である。ヒートポンプ暖房スイッチ５５は、ユーザーが操作可能な操作スイッチである。ヒートポンプ暖房制御部５２は、ユーザーがヒートポンプ暖房スイッチ５５をオン操作してヒートポンプ暖房起動信号が入力された場合に、ヒートポンプ式暖房モードへの移行が必要であると判別することができる。
【００４３】
ヒートポンプ暖房制御部５２には、ヒートポンプ式暖房モードの要否を判別するための情報として、外気温度情報、車室内温度情報、および、冷却液温度情報などの環境情報、並びに、車室内温度の設定情報などが入力されてもよい。また、ヒートポンプ式暖房モードの要否を判別するための情報として、ドア４４ａの開度情報など車両用空調装置１の状態情報が含まれてもよい。これら全ての情報が入力される必要はなく、幾つかの情報のみが入力されてもよい。これらの情報に基づいて、ヒートポンプ暖房制御部５２は、暖房用にエンジン排熱等の熱が不足していることを検知して、ヒートポンプ式暖房モードへの移行が必要であると判別することができる。
【００４４】
ヒートポンプ暖房制御部５２は、空調自動制御部５１との間で所定の情報を送受信可能な通信手段を備えている。通信線は、特に制限されないが、コネクタＣＮ１（接続部に相当）を介してヒートポンプ暖房制御部５２に接続される。
【００４５】
ヒートポンプ暖房制御部５２と空調自動制御部５１との間の通信では、少なくとも、後者から前者へＡ／Ｃスイッチ情報（空調スイッチ情報に相当）が送られ、前者から後者へコンプレッサ起動要求信号が送信される。
【００４６】
Ａ／Ｃスイッチ情報は、例えばインパネ（Instrument Panel）の操作部に設けられたＡ／Ｃ（Air Conditioner）スイッチのオン・オフ情報である。Ａ／Ｃ（Air Conditioner）スイッチは、主に冷房又は除湿のためにユーザーがコンプレッサ３８の起動を指示する操作スイッチである。
【００４７】
コンプレッサ起動要求信号は、コンプレッサ３８の起動を要求する信号であり、この信号により、Ａ／Ｃスイッチがオフであっても、ヒートポンプ暖房制御部５２からコンプレッサ３８を起動することが可能となる。
【００４８】
ヒートポンプ暖房制御部５２は、ヒートポンプ式暖房モードへの移行が必要であると判別した場合、空調自動制御部５１からの情報により、コンプレッサ３８が駆動しているか判別し、駆動していなければコンプレッサ起動要求信号を空調自動制御部５１へ送る。空調自動制御部５１は、Ａ／Ｃスイッチがオフであっても、コンプレッサ起動要求信号により、コンプレッサ３８を駆動させる。さらに、ヒートポンプ暖房制御部５２は、第１開閉弁１３および第２開閉弁１４の開閉制御を行って、ヒートポンプ式暖房モードへ移行する制御を行う。
【００４９】
なお、空調自動制御部５１とヒートポンプ暖房制御部５２とで通信される情報には、現在の車両用空調装置の運転モードを示す情報、および、ＨＶＡＣ７０の各ドアの開度情報等が含まれてもよい。
【００５０】
次に、車両用空調装置１の動作について説明する。
【００５１】
車両用空調装置１は、温水式暖房モード、ヒートポンプ式暖房モード、温調モード、および、冷房モードなど、いくつかの動作モードに切り換えられて動作する。温水式暖房モードは、ヒートポンプを作動させずに車室内を暖房するモードである。ヒートポンプ式暖房モードは、ヒートポンプを作動させて車室内を暖房するモードである。冷房モードはヒートポンプの作用により車室内を冷房するモードである。温調モードは、低温冷媒による空気の冷却および除湿と、高温の冷却液による空気の加熱とを適宜組み合わせて、空気の温度および湿度の調整を行うモードである。以下では、ヒートポンプ式暖房モードおよび冷房モードを代表例として説明する。
【００５２】
［ヒートポンプ式の暖房モード］
図３は、ヒートポンプ式暖房モードの動作を説明する図である。
【００５３】
ヒートポンプ式暖房モードでは、図３に示すように、第１開閉弁１３が閉、第２開閉弁１４が開に切り換えられる。また、ヒーターコア４４のドア４４ａは開かれる（例えば全開）。
【００５４】
ヒートポンプ式暖房モードでは、さらに、コンプレッサ３８が作動することで、冷媒は、第２水冷媒熱交換器１２、膨張弁１６、第１水冷媒熱交換器１１、および、コンプレッサ３８を、この順で循環的に流れる。
【００５５】
コンプレッサ３８により圧縮された高温高圧冷媒は、第２水冷媒熱交換器１２にて冷却液へ放熱して凝縮する。凝縮された冷媒は、膨張弁１６により膨張されて低温低圧冷媒となり、第１水冷媒熱交換器１１に送られる。低温低圧冷媒は、第１水冷媒熱交換器１１にて冷却液から熱を吸収して気化する。気化した低圧冷媒は、コンプレッサ３８に吸引されて圧縮される。
【００５６】
冷却液は、エンジン冷却部４０、第２水冷媒熱交換器１２、ヒーターコア４４、および、第１水冷媒熱交換器１１を、この順で循環的に流れる。
【００５７】
ここで、エンジン冷却部４０でエンジンから熱を吸収した冷却液は、さらに第２水冷媒熱交換器１２で加熱されてヒーターコア４４に送られる。高温になった冷却液は、ヒーターコア４４で車室内へ送られる吸気を十分に加熱することができる。
【００５８】
ヒーターコア４４を通過した冷却液は、外気より温度が高く、第１水冷媒熱交換器１１にて冷媒に放熱を行って冷媒を気化させることができる。第１水冷媒熱交換器１１にて冷却された冷却液は、エンジン冷却部４０へ送られてエンジンを十分に冷却することができる。
【００５９】
このような動作により、車室内の十分な暖房を行うことができる。
【００６０】
［冷房モード］
図４は、冷房モードの動作を説明する図である。
【００６１】
冷房モードでは、図４に示すように、第１開閉弁１３が開、第２開閉弁１４が閉に切り換えられる。また、ヒーターコア４４のドア４４ａは、全閉される。
【００６２】
冷房モードでは、さらに、コンプレッサ３８が作動することで、冷媒は、室外コンデンサ３９、膨張弁３７、エバポレータ４８、および、コンプレッサ３８を、この順で循環的に流れる。
【００６３】
コンプレッサ３８により圧縮された高温高圧冷媒は、室外コンデンサ３９にて空気へ放熱して凝縮する。凝縮された冷媒は、膨張弁３７により膨張されて低温低圧冷媒となり、エバポレータ４８へ送られる。低温低圧冷媒は、エバポレータ４８にて、車室内へ送られる吸気を冷却して気化する。気化した低圧冷媒は、コンプレッサ３８に吸引されて圧縮される。
【００６４】
冷却液は、エンジン冷却部４０、第２水冷媒熱交換器１２、ヒーターコア４４、および、第１水冷媒熱交換器１１を流れる。冷却液は、第１水冷媒熱交換器１１、第２水冷媒熱交換器１２、および、ヒーターコア４４を通過する際、冷媒又は空気との間でほとんど熱交換されない。冷却液の放熱は、主に、エンジン冷却部４０のラジエータで行われる。エンジンは非常に高温になるので、外気温が高くても、ラジエータによる放熱により適宜な冷却を行うことができる。ここで、冷却液を流す構成は、ラジエータ側に冷却液を多く流して、ヒーターコア４４側の流れを低下させてもよい。
【００６５】
このような動作により、車室内の十分な冷房を行うことができる。
【００６６】
以上のように、本実施の形態の車両用空調装置１は、エンジン冷却液をヒーターコア４４に流して暖房に利用する温水式ヒータの構成と、ヒートポンプの低温低圧冷媒を利用して冷房を行うヒートポンプ冷房装置の構成とを、基本構成としてあわせ持つ。そして、この基本構成に構成ユニット１０が追加されて、ヒートポンプを利用した車室内の暖房が可能な構成となっている。このような構成により、エンジンが低温なときでも、ヒートポンプの作用により、少ないエネルギーで速やかに車室内の暖房を行うことが可能となる。
【００６７】
すなわち、本実施の形態の車両用空調装置１によれば、従来の車両で採用されているような温水式ヒータおよびヒートポンプ式冷房装置の構成を基本としつつ、冷房時と暖房時とで共通のコンプレッサおよび冷媒を利用して暖房性能を向上することができる。
【００６８】
また、従来の車両で採用されているような車両用空調装置を基本としつつ、ヒートポンプ式暖房機能を付加する場合、なんら工夫がないと、空調装置の制御系の構成を全体的に作り変える必要が生じる。しかし、本実施の形態の車両用空調装置１は、ＨＶＡＣ７０およびコンプレッサ３８の制御を行う空調自動制御部５１と、構成ユニット１０の動作部（第１開閉弁１３および第２開閉弁１４）の制御を行うヒートポンプ暖房制御部５２とが、別体に構成されている。その上で、空調自動制御部５１とヒートポンプ暖房制御部５２とが通信可能に接続されている。これにより、従前の車両で採用されているようなヒートポンプ式冷房装置の制御系の構成を基本としつつ、構成ユニット１０のヒートポンプ暖房制御部５２の付加的な制御によって、車両用空調装置１の動作モードをヒートポンプ式暖房モードへ切り換え、且つ、ヒートポンプ式暖房モードの運転を制御することが可能になっている。
【００６９】
また、本実施の形態の車両用空調装置１によれば、第２水冷媒熱交換器１２から第１水冷媒熱交換器１１へ至る冷媒通路と、室外コンデンサ３９からエバポレータ４８へ至る冷媒通路とが異なるので、冷媒通路を、複数の動作モード（例えば冷房モードと暖房モード）に合うように、複数の動作モードで異ならせてチューニングすることができる。また、本実施の形態の車両用空調装置１によれば、第１水冷媒熱交換器１１の前で冷媒を膨張させる膨張弁１６と、エバポレータ４８の前で冷媒を膨張させる膨張弁３７とを有しているので、膨張弁を、複数の動作モードに合うように、複数の動作モードで異ならせてチューニングすることができる。本実施の形態では、冷房モードでは空気と冷媒とを熱交換させ、暖房モードでは冷却液と冷媒とを熱交換させるが、複数の動作モードに合せてチューニングができることから、各動作モードに特化した動作性能を発揮させることが可能となる。また、動作モードをスムースに切り換えることが可能となる。また、第２水冷媒熱交換器１２から第１水冷媒熱交換器１１へ至る冷媒通路と、室外コンデンサ３９からエバポレータ４８へ至る冷媒通路との一部が共通だと、動作モードの切り替え時に、室外コンデンサ３９に冷媒が貯まって回収困難となり、冷媒量が不安定になるという課題が考えられる。しかし、本実施の形態の車両用空調装置１では、このような課題が生じ難い。
【００７０】
以上、本発明の各実施の形態について説明した。
【００７１】
なお、上記実施の形態では、冷媒の流れを切り換える切換手段として、第１開閉弁１３と第２開閉弁１４とを用いた構成を例にとって説明した。しかし、切換手段は、図５の三方弁１７から構成してもよい。
【００７２】
図５は、本発明の実施の形態の車両用空調装置の変形例を示す構成図である。
【００７３】
三方弁１７は、コンプレッサ３８の吐出口からの冷媒通路が、第２水冷媒熱交換器１２の冷媒導入側と室外コンデンサ３９の冷媒導入側とへ分岐する部位に配置されている。三方弁１７は、電気的な制御により、コンプレッサ３８の吐出口から導入された冷媒の流れを、一方の側と他方の側とに切り換え可能な弁である。
【００７４】
三方弁１７は、構成ユニット１０に含まれて、構成ユニット１０の他の構成と一体化された構成としてもよい。
【００７５】
なお、上記実施の形態では、第１開閉弁１３と第２開閉弁１４とが構成ユニット１０に含まれる構成を例にとって説明した。しかしながら、第１開閉弁１３と第２開閉弁１４との一方または両方は、構成ユニット１０の外に個別に設けてもよい。
【００７６】
また、上記実施の形態では、空調自動制御部５１とヒートポンプ暖房制御部５２とに、様々な信号および情報が入力される構成を例にとって説明した。しかしながら、これらの信号および情報は、発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜省略または変更することができる。
【００７７】
また、上記実施の形態では、空調自動制御部５１とヒートポンプ暖房制御部５２とを別体に構成して、互いに通信可能に接続した構成を例にとって説明した。しかしながら、ヒートポンプ暖房制御部５２の機能を、空調自動制御部５１に追加し、ヒートポンプ暖房制御部５２を省略する構成を採用することもできる。すなわち、コンプレッサ３８の起動制御ならびに第１開閉弁１３および第２開閉弁１４の切換制御を１つの空調制御部が行う構成を採用してもよい。
【００７８】
また、上記実施の形態では、車両の加熱部品としてエンジンを例にとって説明した。しかしながら、車両の加熱部品は、電気自動車における走行用の電気モータ、走行用の電力を供給する二次電池など、様々な加熱部品を採用してもよい。
【００７９】
２０１３年７月２５日出願の特願２０１３−１５５０２１の日本出願に含まれる明細書、図面および要約書の開示内容は、すべて本願に援用される。
【産業上の利用可能性】
【００８０】
本発明は、エンジン車、電気自動車、或いは、ＨＥＶ車など各種車両に搭載される車両用空調装置に利用できる。
【符号の説明】
【００８１】
１  車両用空調装置
１０  構成ユニット
１１  第１水冷媒熱交換器
１２  第２水冷媒熱交換器
１３  第１開閉弁（切換手段）
１４  第２開閉弁（切換手段）
１５  逆止弁
１６、３７  膨張弁
１７  三方弁
３７  膨張弁
３８  コンプレッサ
３９  室外コンデンサ
４０  エンジン冷却部
４４  ヒーターコア
４４ａ  ドア
４８  エバポレータ
５１  空調自動制御部
５２  ヒートポンプ暖房制御部
５５  ヒートポンプ暖房スイッチ
７０  ＨＶＡＣ
７１  ＨＶＡＣ制御部
ＣＮ１  コネクタ
【図１】
0005866699.tif 000002
【図２】
0005866699.tif 000003
【図３】
0005866699.tif 000004
【図４】
0005866699.tif 000005
【図５】
0005866699.tif 000006