(57)【要約】【課題】除湿暖房運転時において、外気温が高くなる中熱負荷時においても除湿能力を確保することが可能な車両用空調装置を提供する。【解決手段】車両用空調装置は、圧縮機６、第１の熱交換器２、第１の膨張装置７と第１の開閉弁８とを並列接続した第１の冷媒制御部９、車室外熱交換器４、第２の膨張装置１２と第２の開閉弁１１とを直列接続した第２の冷媒制御部１３、及び第２の熱交換器３を少なくともこの順でループ状に接続し、第１の熱交換器２と第１の冷媒制御部９との間の冷媒流路と第２の冷媒制御部１３と第２の熱交換器３との間の冷媒流路とを、第３の膨張装置１５と第３の開閉弁１４とを直列接続した第３の冷媒制御部１６を有する第１のバイパス流路２１にて接続し、車室外熱交換器４と第２の冷媒制御部１３との間の冷媒流路と第２の熱交換器３と圧縮機６との間の冷媒流路とを、第４の開閉弁１７にて開閉される第２のバイパス流路２２にて接続する。【選択図】  図１
2013035130.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機と、空調ユニット内に配置されてダンパにより通風量が調整される第１の熱交換器と、前記空調ユニット内に配置されて前記第１の熱交換器よりも前記空調ユニット内の空気流れ方向上流側に配置された第２の熱交換器と、外気と熱交換が可能な車室外熱交換器と、冷媒流路を絞ることが可能な第１の冷媒制御部と、冷媒流路を絞ること及び閉じることが可能な第２の冷媒制御部と、冷媒流路を絞ること及び閉じることが可能な第３の冷媒制御部と、冷媒流路を閉じることが可能な第４の冷媒制御部と、を有し、  前記圧縮機、前記第１の熱交換器、前記第１の冷媒制御部、前記車室外熱交換器、前記第２の冷媒制御部、及び前記第２の熱交換器を少なくともこの順でループ状に接続し、  前記第１の熱交換器と前記第１の冷媒制御部との間の冷媒流路と前記第２の冷媒制御部と前記第２の熱交換器との間の冷媒流路とを、前記第３の冷媒制御部を備えた第１のバイパス流路にて接続し、  前記車室外熱交換器と前記第２の冷媒制御部との間の冷媒流路と前記第２の熱交換器と前記圧縮機との間の冷媒流路とを、前記第４の冷媒制御部を備えた第２のバイパス流路にて接続したことを特徴とする車両用空調装置。
【請求項２】
除湿暖房運転モードにおいて、熱負荷が所定値を超えていないと判定された場合に、前記第１の冷媒制御部で冷媒流路を絞り、前記第２の冷媒制御部で冷媒流路を閉じ、前記第３の冷媒制御部で冷媒流路を絞り、前記第４の冷媒制御部で冷媒流路を閉じないで、前記圧縮機から吐出した冷媒を、前記第１の熱交換器、前記第１の冷媒制御部、前記車室外熱交換器、前記第４の冷媒制御部、及び前記圧縮機の順で冷媒を循環させると共に、前記第１の熱交換器、前記第３の冷媒制御部、前記第２の熱交換器、及び前記圧縮機の順で冷媒を循環させ、  前記熱負荷が所定の値を超えていると判定された場合に、前記第１の冷媒制御部で冷媒流路を絞り、前記第２の冷媒制御部で冷媒流路を絞り、前記第３の冷媒制御部で冷媒流路を絞り、前記第４の冷媒制御部で冷媒流路を閉じて、前記圧縮機から吐出した冷媒を、前記第１の熱交換器、前記第１の冷媒制御部、前記車室外熱交換器、前記第２の冷媒制御部、前記第２の熱交換器、及び前記圧縮機の順で冷媒を循環させると共に、前記第１の熱交換器、前記第３の冷媒制御部、前記第２の熱交換器、及び前記圧縮機の順で冷媒を循環させることを特徴とする請求項１記載の車両用空調装置。
【請求項３】
前記第１の冷媒制御部、前記第２の冷媒制御部、及び前記第３の冷媒制御部のそれぞれの絞り部分の断面積をＡ，Ｂ，Ｃとすると、各断面積は、除湿暖房運転モードにおいて、  熱負荷が所定値を超えていないと判定された場合には、  Ａ≦Ｃ  の関係となるように、  熱負荷が所定値を超えていると判定された場合には、  Ａ≦Ｃ＜Ｂ  の関係となるように、制御もしくは設定されていることを特徴とする請求項１又は２記載の車両用空調装置。
【請求項４】
前記第１の冷媒制御部は第１の膨張装置と第１の開閉弁とを並列的に接続してなり、前記第２の冷媒制御部は第２の膨張装置と第２の開閉弁とを直列的に接続してなり、前記第３の冷媒制御部は第３の膨張装置と第３の開閉弁とを直列的に接続してなり、前記第４の冷媒制御部は第４の開閉弁よりなることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の車両用空調装置。
【請求項５】
前記第１の膨張装置、前記第２の膨張装置、及び前記第３の膨張装置は、固定オリフィスであることを特徴とする請求項４記載の車両用空調装置。
【請求項６】
前記第３の膨張装置は、可変式膨張弁であることを特徴とする請求項４記載の車両用空調装置。
【請求項７】
前記第２の開閉弁と前記第４の開閉弁とを１つの三方弁で置き換えたことを特徴とする請求項４乃至６のいずれかに記載の車両用空調装置。
【請求項８】
前記第１の冷媒制御部は、冷媒流路を絞ること及び絞らないことが可能な可変式膨張弁によりなることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の車両用空調装置。
【請求項９】
前記第２の冷媒制御部および／または前記第３の冷媒制御部は、冷媒流路を絞ること及び閉じることが可能な可変式膨張弁によりなることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の車両用空調装置。
【請求項１０】
前記空調ユニット内に配置されてダンパにより通風量が調整されると共に液体状熱媒体が内部を循環する第３の熱交換器と、前記液体状熱媒体を圧送するポンプと、前記液体状熱媒体と前記圧縮機から吐出した冷媒とを熱交換させる第４の熱交換器とを配管接続して構成された温水サイクルを備え、  前記第１の熱交換器を前記温水サイクルに置き換えたことを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の車両用空調装置。
【請求項１１】
前記圧縮機の吸入側の冷媒と前記第１の熱交換器の流出側の冷媒とを熱交換させる内部熱交換器を更に設けたことを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の車両用空調装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  この発明は、除湿暖房の機能を有する車両用空調装置に関し、特に、除湿暖房運転時における除湿能力を熱負荷の変動に拘わらず確保することが可能な車両用空調装置に関する。
【背景技術】
【０００２】  従来、除湿暖房機能を有する車両用空調装置として、下記する特許文献１（特開平６−３４１７３２号）に示される構成が公知となっている。  これは、図８に示されるように、空調ユニット１内にダンパ５で通風量が調整される第１の熱交換器２と、この第１の熱交換器２より上流側に配置された第２の熱交換器３とを備え、圧縮機６と、第１の熱交換器２と、第１の膨張装置７と、空調ユニット外に配置された車室外熱交換器４と、開閉弁Ｖ２と、第２の膨張装置４１と、第２の熱交換器３と、アキュムレータ１０とをこの順で配管接続して閉ループを形成し、第１の膨張装置７の流入側と流出側との間、第１の熱交換器２の流出側と第２の膨張装置４１の流入側との間、及び車室外熱交換器４の流出側と圧縮機６の吸入側（アキュムレータ１０の流入側）との間にそれぞれ開閉弁Ｖ１、Ｖ３，Ｖ４にて開閉される通路を設け、各開閉弁Ｖ１〜Ｖ４の開閉とダンパ５の開度を制御することで、運転モードを冷房運転モード、暖房運転モード、及び除湿暖房運転モードに切り換えることができるようにしたものである。【０００３】  具体的には、冷房運転モードにおいては、Ｖ１を開、Ｖ２を開、Ｖ３を閉、Ｖ４を閉とし、第１の熱交換器２の通風量を無くして第２の熱交換器を通過した空気の全てを第１の熱交換器２をバイパスさせるようダンパ５をフルクール位置に設定し、圧縮機６で圧縮された冷媒を第１の熱交換器２を通過させた後に車室外熱交換器４で放熱させ、第２の膨張装置４１により減圧して第２の熱交換器３で吸熱させ、しかる後にアキュムレータ１０を介して圧縮機６に戻すようにしている。【０００４】  また、暖房運転モードにおいては、Ｖ１を閉、Ｖ２を閉、Ｖ３を閉、Ｖ４を開とし、第２の熱交換器３を通過した空気の全てを第１の熱交換器２に通過させるようダンパ５をフルホット位置に設定し、圧縮機６で圧縮された冷媒を第１の熱交換器２で放熱させ、その後、第１の膨張装置７で減圧して車室外熱交換器４で吸熱させ、しかる後にアキュムレータ１０を介して圧縮機６に戻すようにしている。【０００５】  さらに、除湿暖房運転モードにおいては、Ｖ１を閉、Ｖ２を閉、Ｖ３を開、Ｖ４を開とし、ダンパの位置をフルホット位置又は中間位置とし、図９に示されるように、圧縮機６で圧縮された冷媒を第１の熱交換器２で放熱させ、その後、冷媒の一部を第２の膨張装置４１で減圧して第２の熱交換器３で吸熱させ、また、残りの冷媒を第１の膨張装置７で減圧して車室外熱交換器４で吸熱させ、しかる後にアキュムレータ１０を介して圧縮機６へ戻すようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平６−３４１７３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】  しかしながら、上述の技術においては、除湿暖房運転モードでの除湿能力が外気の温度に応じて変動し、外気温が１５〜２５℃となる中熱負荷時においては、外気温が低い低熱負荷時（５〜１５℃）に比べて除湿能力が低下するという不具合が懸念される。【０００８】  即ち、外気温が低い低熱負荷時においては、第１の熱交換器２でのみ放熱され、また、第１の熱交換器２で放熱された冷媒は、その全てが第２の膨張装置４１で減圧されて第２の熱交換器３で吸熱されるわけではないため、第１の熱交換器２による放熱量を確保しつつ第２の熱交換器３の凍結を防止できる利点はあるが、外気温が比較的高くなる中熱負荷時においては、車室外熱交換器４での吸熱量が多くなるため、この車室外熱交換器の流出側と直結している圧縮機６の吸入側（アキュムレータ１０の流入側）において冷媒圧力が上昇し、その結果、第２の熱交換器３での蒸発圧力が上昇してここでの吸熱量が減少し、第２の熱交換器３において十分な除湿能力を確保できなくなる不都合が懸念される。【０００９】  本発明は、係る事情に鑑みてなされたものであり、除湿暖房運転時において、外気温が高くなる中熱負荷時においても除湿能力を確保することが可能な車両用空調装置を提供することを主たる課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】  上記課題を解決するために、本発明に係る車両用空調装置は、圧縮機と、空調ユニット内に配置されてダンパにより通風量が調整される第１の熱交換器と、前記空調ユニット内に配置されて前記第１の熱交換器よりも前記空調ユニット内の空気流れ方向上流側に配置された第２の熱交換器と、外気と熱交換が可能な車室外熱交換器と、冷媒流路を絞ることが可能な第１の冷媒制御部と、冷媒流路を絞ること及び閉じることが可能な第２の冷媒制御部と、冷媒流路を絞ること及び閉じることが可能な第３の冷媒制御部と、冷媒流路を閉じることが可能な第４の冷媒制御部と、を有し、前記圧縮機、前記第１の熱交換器、前記第１の冷媒制御部、前記車室外熱交換器、前記第２の冷媒制御部、及び前記第２の熱交換器を少なくともこの順でループ状に接続し、前記第１の熱交換器と前記第１の冷媒制御部との間の冷媒流路と前記第２の冷媒制御部と前記第２の熱交換器との間の冷媒流路とを、前記第３の冷媒制御部を備えた第１のバイパス流路にて接続し、前記車室外熱交換器と前記第２の冷媒制御部との間の冷媒流路と前記第２の熱交換器と前記圧縮機との間の冷媒流路とを、前記第４の冷媒制御部を備えた第２のバイパス流路にて接続したことを特徴としている（請求項１）。【００１１】  このような構成においては、車室外熱交換器を吸熱器として使用するための冷媒流路を絞ることが可能な第１の冷媒制御部と、車室外熱交換器を放熱器として使用しつつ第２の熱交換器を吸熱器として使用するための冷媒流路を絞ることが可能な第２の冷媒制御部と、除湿暖房運転時に利用する冷媒流路を絞ることが可能な第３の冷媒制御部とを設けると共に、第２、第４の冷媒制御部ではそれぞれ冷媒流路を閉じることが可能であるので、車室外熱交換器を通過した冷媒の流れ方を切り換えることで、第２の熱交換器の蒸発圧力の上昇を適切に抑えて外気温が比較的高くなる中熱負荷時においても除湿能力を確保することが可能となる。【００１２】  即ち、除湿暖房運転モードにおいて、熱負荷が所定値を超えていないと判定された場合に、前記第１の制御部で冷媒流路を絞り、前記第２の冷媒制御部で冷媒流路を閉じ、前記第３の冷媒制御部で冷媒流路を絞り、前記第４の冷媒制御部で冷媒流路を閉じないで、前記圧縮機から吐出した冷媒を、前記第１の熱交換器、前記第１の冷媒制御部、前記車室外熱交換器、前記第４の冷媒制御部、及び前記圧縮機の順で冷媒を循環させると共に、前記第１の熱交換器、前記第３の冷媒制御部、前記第２の熱交換器、及び前記圧縮機の順で冷媒を循環させ、  前記熱負荷が所定値を超えていると判定された場合に、前記第１の冷媒制御部で冷媒流路を絞り、前記第２の冷媒制御部で冷媒流路を絞り、前記第３の冷媒制御部で冷媒流路を絞り、前記第４の冷媒制御部で冷媒流路を閉じて、前記圧縮機から吐出した冷媒を、前記第１の熱交換器、前記第１の冷媒制御部、前記車室外熱交換器、前記第２の冷媒制御部、前記第２の熱交換器、及び前記圧縮機の順で冷媒を循環させると共に、前記第１の熱交換器、前記第３の冷媒制御部、前記第２の熱交換器、及び前記圧縮機の順で冷媒を循環させるとよい（請求項２）。【００１３】  このような構成によれば、外気温が比較的低い低熱負荷��には、圧縮機および第１の熱交換器に対して、車室外熱交換器を経由する吸熱経路と第２の熱交換器を経由する吸熱経路とを並列的に形成することで、第２の熱交換器で空気を除湿し、第１の熱交換器で空気を加熱する従来と同様の機能を持たせることが可能となり、また、外気温が比較的高くなる中熱負荷時には、車室外熱交換器から流出した冷媒を圧縮機の吸入側に直接戻したのでは圧縮機の吸入側の圧力が上昇し、延いては第２の熱交換器の蒸発圧力が上昇するので、車室外熱交換器を通過した冷媒を第２の冷媒制御部で再び断熱膨張し、この断熱膨張された冷媒を第３の冷媒制御部で断熱膨張された冷媒と共に第２の熱交換器で吸熱させるようにすることで、第２の熱交換器の蒸発圧力が車室外熱交換器の出口側圧力に影響されることがなくなり、外気温が比較的高くなる中熱負荷時においても、除湿能力を確保することが可能となる。【００１４】  さらに、このような構成とすることで、外気温が比較的高い中熱負荷状態から比較的低い低熱負荷状態へと変化し、熱負荷が所定値を超えている条件から超えていない条件へと変化すると、熱負荷が所定値を超えていないと判定されるから、前述したような熱負荷が所定値を超えていると判定された場合の冷媒の循環状態から、熱負荷が所定値を超えていないと判定された場合の冷媒の循環状態へと変更することができる。【００１５】  即ち、外気の熱負荷が低くなっても熱負荷が所定値を超えていると判定された場合の冷媒の循環状態を継続してしまうと、暖房性能の発揮がより求められる環境であるにも関わらず、せっかく車室外熱交換器４で吸熱した冷媒が第２の冷媒制御部で断熱膨張され、第２の熱交換器で再び吸熱するにせよ送風される空気の熱負荷が低いので多くの吸熱量は得られず、温度や圧力が比較的低い状態で冷媒が圧縮機６に戻されることになるから、圧縮機６から吐出される冷媒の温度上昇につながらず、暖房能力を十分確保できないおそれがあったが、このような構成とすることで、外気温が低負荷時には車室外熱交換器で吸熱した冷媒を断熱膨張せずに圧縮機６に戻すことができるので、外気温が比較的高い中熱負荷時から比較的低い低熱負荷時へと変化しても、暖房能力を確保することが可能となる。【００１６】  ここで、第１の冷媒制御部、第２の冷媒制御部、及び第３の冷媒制御部のそれぞれの絞り部分の断面積をＡ，Ｂ，Ｃとすると、各段面積は、除湿暖房運転モードにおいて、熱負荷が所定値を超えていないと判定された場合にはＡ≦Ｃの関係となるように、熱負荷が所定値を超えていると判定された場合にはＡ≦Ｃ＜Ｂの関係となるように、制御もしくは設定されていることが望ましい（請求項３）。【００１７】  これは、第１の冷媒制御部での冷媒流路の絞りは、暖房能力を確保する観点から絞り具合が決定されるため、即ち第１の熱交換器の冷媒温度を高くするため、第１の冷媒制御部では冷媒流路の断面積を相対的に小さめに絞って第１の熱交換器の冷媒圧力を高く維持することが好ましく、  また第２の冷媒制御部での冷媒流路の絞りは、冷房能力を確保する観点から絞り具合が決定されるため、即ち第２の熱交換器での吸熱量を得るため、第２の冷媒制御部では冷媒流路の断面積を相対的に大きめに絞って適切な冷媒���環量を確保することが好ましく、  第３の冷媒制御部は、除湿暖房能力を確保する観点から絞り具合が決定されるため、即ち第１の熱交換器の暖房能力を確保する要請がある一方、第２の熱交換器の冷房能力も得るために一定の冷媒流量を確保する要請もあることから、第１の冷媒制御部の冷媒流路の断面積と同等以上であり、且つ、第２の冷媒制御部の冷媒流路の断面積よりも小さくしておくことが望ましいためである。  そして、熱負荷が所定値を超えていないと判定された場合には、第２の冷媒制御部には冷媒が流れないので、第１の冷媒制御部で制御もしくは設定される冷媒流路の断面積と、第３の冷媒制御部で制御もしくは設定される冷媒流路の断面積との大小関係を規定し、熱負荷が所定値を超えていると判定された場合には、第２の冷媒制御部にも冷媒が流れるので、第２の冷媒制御部で制御もしくは設定される冷媒流路の断面積についても、大小関係を規定することが望ましい。【００１８】  ここで、前記第１の冷媒制御部は第１の膨張装置と第１の開閉弁とを並列的に接続してなり、前記第２の冷媒制御部は第２の膨張装置と第２の開閉弁とを直列的に接続してなり、前記第３の冷媒制御部は第３の膨張装置と第３の開閉弁とを直列的に接続してなり、前記第４の冷媒制御部は第４の開閉弁よりなるよう構成してもよい（請求項４）。膨張機能を持つ膨張装置と開閉機能を持つ開閉弁とに構成を分けることで、車両用空調装置を安価な部品で構成することができる。【００１９】  そして、上述した第１の膨張装置、第２の膨張装置、第３の膨張装置は、固定オリフィスで構成（請求項５）してもよいが、第３の膨張装置は、外気条件に対して設定条件を可変できるように可変式膨張弁で構成（請求項６）するようにしてもよい。第１、第２、第３すべての膨張装置を固定オリフィスで構成した場合、膨張弁の開度を制御する膨張弁に比べて構成が簡素であり、コストをより低減することができる。また、第３の膨張装置を可変式膨張弁で構成した場合、外気の熱負荷条件に応じて第１のパイパス流路の冷媒流量を変更でき、除湿暖房能力の制御性を向上できる。【００２０】  また、上述の構成において、第２の開閉弁と第４の開閉弁は、一方が閉であるとき他方が開となるので、１つの三方弁で置き換えるようにしてもよい（請求項７）。部品点数を削減できる。【００２１】  また、第１の冷媒制御部を、冷媒流路を絞ること及び絞らないことが可能な可変式膨張弁とし（請求項８）、第２の冷媒制御部および／または第３の冷媒制御部を、冷媒流路を絞ること及び閉じることが可能な可変式膨張弁としてもよい（請求項９）。冷媒制御部の部品点数を削減するとともに、冷媒流路の絞りを制御することで、よりきめ細かく空調制御を行うことができる。  【００２２】  さらに、上述の構成においては、空調ユニット内に配された第１の熱交換器に冷媒を循環させる構成であるが、空調ユニット内に配置されてダンパにより通風量が調整されると共に液体状熱媒体が内部を循環する第３の熱交換器と、前記液体状熱媒体を圧送するポンプと、前記液体状熱媒体と前記圧縮機から吐出した冷媒とを熱交換させる第４の熱交換器とを配管接続して構成された温水サイクルを設け、前記第１の熱交換器を前記温水サイクルで置き換えるようにしてもよい（請求項１０）。このような構成によれば、既存の温水ヒータユニットを利用して、上述した構成を実現することが可能となり、内燃機関を備えた車両に搭載され、温水サイクルにより暖房を行う従来の空調ユニットを利用することが可能となる。【００２３】  さらに、上述の構成においては、前記圧縮機の吸入側の冷媒と前記第１の熱交換器の流出側の冷媒とを熱交換させる内部熱交換器を設けるようにしてもよい（請求項１１）。第１の熱交換器の放熱量を増大させることができる。
【発明の効果】
【００２４】  以上述べたように、本発明によれば、車室外熱交換器を吸熱器として用いて暖房運転を行う場合に冷媒流路を絞ることが可能な第１の冷媒制御部と、車室外熱交換器を放熱器として用いると共に第２の熱交換器を吸熱器として用いて冷房運転を行う場合に冷媒流路を絞ることが可能な第２の冷媒制御部と、除湿暖房運転を行う場合に冷媒流路を絞ることが可能な第３の冷媒制御部とを設けると共に、車室外熱交換器を通過した冷媒の流れ方を切り換えることで、第２の熱交換器の除湿能力を調整可能としたので、除湿暖房運転時において、外気温が低熱負荷時から中熱負荷時へと変動しても除湿能力を確保することが可能な車両用空調装置を得ることが可能となる。  即ち、外気負荷が高くなってきた場合には、車室外熱交換器で吸熱した後の冷媒を第２の冷媒制御部でさらに減圧して第２の熱交換器に流入させるようにすることで、車室外熱交換器の蒸発圧力が第２の熱交換器に伝搬しないようにすることが可能となり、これにより第２の熱交換器の蒸発圧力の上昇を抑え、除湿能力を確保することが可能となる。  さらには、車室外熱交換器を通過した冷媒の流れ方を切り換えることで、除湿暖房運転時において、外気温が中熱負荷時から低熱負荷時へと変動しても暖房能力を確保することが可能な車両用空調装置を得ることが可能となる。  即ち、外気負荷が低くなってきた場合には、車室外熱交換器で吸熱した後の冷媒を第２の冷媒制御部で断熱膨張することなく圧縮機に戻すようにすることで、車室外熱交換器で吸熱したエネルギーを圧縮機を介して第１の熱交換器に供給でき、暖房能力を確保することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】図１は、本発明に係る車両用空調装置を表し、図１（ａ）はその全体構成図であり、図１（ｂ）は、運転モードと開閉弁及びダンパの状態を示す表である。
【図２】図２は、本発明に係る車両用空調装置の冷房運転モード時における冷媒の流れを説明する図である。
【図３】図３は、本発明に係る車両用空調装置の暖房運転モード時における冷媒の流れを説明する図である。
【図４】図４は、本発明に係る車両用空調装置の除湿暖房運転モード時における冷媒の流れを説明する図であり、（ａ）は外気負荷が低い低熱負荷時（外気温：５〜１５℃）での除湿暖房運転モードを示し、（ｂ）は外気負荷が比較的高い中熱負荷時（外気温：１５〜２５℃）での除湿暖房運転モードを示す。
【図５】図５は、本発明に係る車両用空調装置の変形例（第２の開閉弁と第４の開閉弁とを１つの三方弁で置き換えた例）を示す図であり、図５（ａ）はその全体構成図であり、図５（ｂ）は、運転モードと各弁及びダンパの状態を示す表である。
【図６】図６は、図１（ａ）で示す車両用空調装置の第１の熱交換器を、温水を流通させる第３の熱交換器と温水と冷媒とを熱交換する第４の熱交換器を含む温水サイクルで置き換えた例を示す図である。
【図７】図７は、図１（ａ）で示す車両用空調装置の圧縮機流入側の冷媒と第１の熱交換器の流出側との冷媒とを熱交換する内部熱交換器を付加した構成例を示す図である。
【図８】図８は、従来の車両用空調装置を表し、図８（ａ）はその全体構成図であり、図８（ｂ）は、運転モードと開閉弁及びダンパの状態を示す表である。
【図９】図９は、従来の車両用空調装置において、除湿暖房運転モード時の冷媒の流れを説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】  以下、本発明に係る車両用空調装置の実施例を図面により説明する。  図１において、この発明に係る車両用空調装置が示され、車両用空調装置は、例えば自動車に搭載されるもので、空調ユニット１内に配置された第１及び第２の熱交換器２，３と、空調ユニット１外に配置され、外気と熱交換可能な車室外熱交換器４とを備えている。
【００２７】  空調ユニット１の最上流側には図示しない内外気切換装置が設けられ、内気入口と外気入口とがインテークドアによって選択的に開口されるようになっている。この空調ユニット１に選択的に導入される内気または外気は、送風機２０の回転により吸引され、第１及び第２の熱交換器２，３に送られ、ここで熱交換されて所望の吹き出し口から車室内に供給されるようになっている。
【００２８】  第１の熱交換器２は、第２の熱交換器３よりも空調ユニット内の空気流れ方向下流側に配置されており、この第１の熱交換器２の空気流れ方向上流側には、ダンパ５が設けられている。ダンパ５は、第１の熱交換器２の通過風量が最大となる位置（フルホット位置：開度１００％）から最小となる位置（フルクール位置：開度０％）まで可変できるようになっており、開度を調整することにより、第１の熱交換器２を通過する空気とバイパスする空気との割合を調整できるようになっている。
【００２９】  第１の熱交換器２の流入側２ａは、圧縮機６の吐出側Ａに接続され、第１の熱交換器２の流出側２ｂは、第１の膨張装置（Ｏ−１）７と第１の開閉弁（Ｖ−１）８が並列的に接続されて構成される第１の冷媒制御部９の流入側９ａに接続されている。また、第２の熱交換器３の流出側３ｂは、アキュムレータ１０を介して圧縮機６の吸入側Ｂに接続されている。
【００３０】  前記第１の冷媒制御部９の流出側９ｂは、車室外熱交換器４の流入側４ａに接続され、この車室外熱交換器４の流出側４ｂは、第２の開閉弁（Ｖ−２）１１と第２の膨張装置（Ｏ−２）１２とが直列的に接続されて構成された第２の冷媒制御部１３を介して第２の熱交換器３の流入側３ａに接続されている。したがって、圧縮機６、第１の熱交換器２、第１の冷媒制御部９、車室外熱交換器４、第２の冷媒制御部１３、第２の熱交換器３、アキュムレータ１０、圧縮機６の順でループ状に接続された冷媒循環サイクルが形成されている。  なお、第２の開閉弁（Ｖ−２）１１と膨張装置（Ｏ−２）１２とは直列的に接続されていればよく、どちらを冷媒流れ方向の上流側に配置するか（下流側に配置するか）は制限されない。
【００３１】  また、第１の熱交換器２の流出側２ｂと第１の冷媒制御部９の流入側９ａとの間の冷媒流路と、第２の冷媒制御部１３の流出側１３ｂと第２の熱交換器３の流入側３ａとの間の冷媒流路とが、第３の開閉弁（Ｖ−３）１４と第３の膨張装置（Ｏ−３）１５とからなる第３の冷媒制御部１６を有する第１のパイパス流路２１によって接続され、車室外熱交換器４の流出側４ｂと第２の冷媒制御部１３の流入側１３ａとの間の冷媒流路と第２の熱交換器３の流出側３ｂと圧縮機６の吸入側Ｂとの間（アキュムレータ１０の流入側１０ａとの間）の冷媒流路とが、第４の開閉弁（Ｖ−４）１７にて開閉される第２のパイパス流路２２によって接続されている。ここでも、第３の開閉弁（Ｖ−３）１４と第３の膨張装置（Ｏ−３）１５とは直列的に接続されていればよく、どちらを冷媒流れ方向の上流側に配置するか（下流側に配置するか）は制限されない。なお、開閉弁（Ｖ−４）１７は、第４の冷媒制御部として配置される。
【００３２】  尚、上述の構成例において、第１乃至第３の膨張装置７，１２，１５は、固定オリフィスによって構成されており、第１の膨張装置７の絞り部分の通路断面は、暖房能力を高める観点からできるだけ絞り気味に設定され、第２の膨張装置１２の絞り部分の通路断面は、冷房能力を確保する観点、即ち、冷媒を減圧しつつも冷媒供給量を多くする観点から相対的に大きく設定され、第３の膨張装置１５の絞り部分の通路断面は、除湿能力を確保すると共に暖房能力もある程度確保する必要から、第１膨張装置７の通路断面と同等かそれよりも大きく設定され、且つ、第２の膨張装置１２の通路断面よりも小さく設定されることが好ましい。即ち、第１の膨張装置７、第２の膨張装置１２、及び第３の膨張装置１５のそれぞれの絞り部分の通路断面積をＡ，Ｂ，Ｃとすると、Ａ≦Ｃ＜Ｂの関係に設定されている。
【００３３】  ここで、仮にＣ＜Ａの関係であると、第３の膨張装置１５が設けられる第１のパイパス流路２１を通過する冷媒の割合が小さくなりすぎて、冷媒循環量の大部分が車室外熱交換器４を通過することになるから、図４（ａ）のように低熱負荷時に除湿暖房運転を行っても、第２の熱交換器を流通する冷媒が少ないので、除湿能力が不足するおそれがある。また、仮にＢ＜Ｃの関係にあると、第３の膨張装置１５が設けられる第１のパイパス流路２１を通過する冷媒の割合が大きくなりすぎて、冷媒循環量の大部分が車室外熱交換器４を経由しないことになるから、図４（ａ）のように低熱負荷時の除湿暖房運転を行っても、車室外熱交換器での吸熱量が少ないので、第１の熱交換器での放熱量が不足するおそれがあるうえ、図４（ａ）（ｂ）いずれのような除湿暖房運転を行っても、第２の熱交換器を流通する冷媒量が多いので凍結する不具合につながるおそれもある。なお、仮にＢ＝Ｃの関係にあっても、Ｂ＜Ｃの関係にある場合と同様な態様となる。即ち、Ｂ＝Ｃの場合には第２の膨張装置と第３の膨張装置の通路抵抗はほぼ同等であるものの、除湿暖房モードの場合で見ると、図４から判るように第２の膨張装置の上流には車室外熱交換器と第１の膨張装置が存在し、それぞれ通路抵抗となるために、結局第１のパイパス流路の通路抵抗が相対的に低いこととなって通過する冷媒の割合が多くなる。
【００３４】  上記開閉弁８，１１，１４，１７の開閉、及びダンパ５の開度は、コントロールユニット２３からの制御信号で制御されるようになっている。このコントロールユニット２３は、Ａ／Ｄ変換器やマルチプレクサ等を含む入力回路、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＣＰＵ等を含む演算処理回路、駆動回路等を含む出力回路を備えたそれ自体公知のもので、外気温を検出する外気温度センサ２４からの外気温信号や運転モードを設定する各種信号が入力され、これらの信号を予め定められた所定のプログラムに沿って処理するようになっている。
【００３５】  特に、除湿暖房運転モードに設定された場合においては、外気温度により除湿暖房の態様が切り替えられるようになっており、外気温度が５〜１５℃の範囲であれば（外気負荷が低い低熱負荷時であれば）、後述する低熱負荷用の除湿暖房運転モードに設定され、外気温度が１５〜２５℃の範囲であれば（外気負荷が比較的高い中熱負荷時であれば）、後述する中熱負荷用の除湿暖房運転モードに設定される。
【００３６】  次に、コントロールユニット２３による制御動作のうち、開閉弁８，１１，１４，１７とダンパ５の具体的制御動作例を運転モード毎に説明する。
【００３７】  先ず、運転モードが冷房運転モードに設定される場合には、コントロールユニット２３は、図２にも示されるように、第１及び第２の開閉弁８，１１を開、第１及び第４の開閉弁１４，１７を閉とし、またダンパ５をフルクール位置（開度０％の位置）に設定する。すると、圧縮機６の吐出側Ａから吐出された圧縮冷媒は、第１の熱交換器２を通過する空気が無いことからここで放熱することなく通過し、第１の開閉弁８を介して車室外熱交換器４に入り、ここで放熱（凝縮液化）された後に第２の開閉弁１１を介して第２の膨張装置１２に至り、この第２の膨張装置１２で減圧されて第２の熱交換器３に入り、ここで吸熱（蒸発気化）された後にアキュムレータ１０を介して圧縮機６に戻される。このため、空調ユニット１の上流から送られてきた空気は、第２の熱交換器３で冷却され、第１の熱交換器２をバイパスしてそのまま冷風として車室内に供給される。
【００３８】  運転モードが暖房運転モードに設定される場合には、図３にも示されるように、コントロールユニット２３は、第１及び第２の開閉弁８，１１を閉、第３の開閉弁１４を閉、第４の開閉弁１７を開とし、またダンパ５をフルホット位置（開度１００％の位置）に設定する。すると、圧縮機６の吐出側Ａから吐出された圧縮冷媒は、第１の熱交換器２で放熱（凝縮液化）し、第１の膨張装置７で減圧されて車室外熱交換器４に至り、ここで吸熱（蒸発気化）された後に第４の開閉弁１７を通って、アキュムレータ１０を介して圧縮機６に戻される。このため、空調ユニット１の上流から送られてきた空気は、第２の熱交換器３を通過するものの熱交換されず、第１の熱交換器２に全て導かれて加熱され、温風として車室内に供給される。
【００３９】  運転モードが除湿暖房運転モードに設定される場合において、外気温が５〜１５℃である場合には、図４（ａ）に示されるように、低熱負荷用の除湿暖房運転モードに設定され、コントロールユニット２３は、第１及び第２の開閉弁８，１１を閉、第１及び第４の開閉弁１４，１７を開とし、またダンパ５の開度をフルホット位置か任意の中間位置に設定する。このため、圧縮機６の吐出側Ａから吐出された圧縮冷媒は、第１の熱交換器２で放熱（凝縮液化）され、第１の膨張装置７で減圧されて車室外熱交換器４に至り、ここで吸熱（蒸発気化）された後に第４の開閉弁１７を通って、アキュムレータ１０を介して圧縮機６に戻される。それと同時に、第１の熱交換器２を通過した冷媒は、第３の膨張装置１５で減圧されて第２の熱交換器３に至り、ここで吸熱（蒸発気化）された後にアキュムレータ１０を介して圧縮機６に戻される。このため、空調ユニット１の上流から送られてきた空気は、第２の熱交換器３によって除湿され、第１の熱交換器２を通過する際に加熱されて、乾燥した温風として車室内に供給される。
【００４０】  また、運転モードが除湿暖房運転モードに設定される場合において、外気温が１５〜２５℃である場合には、図４（ｂ）に示されるように、中熱負荷用の除湿暖房運転モードに設定され、コントロールユニット２３は、第１の開閉弁８を閉、第２の開閉弁１１を開、第３の開閉弁１４を開、第４の開閉弁１７を閉とし、またダンパ５の開度をフルホット位置か任意の中間位置に設定する。すると、圧縮機６の吐出側Ａから吐出された圧縮冷媒は、第１の熱交換器２で放熱（凝縮液化）され、第１の膨張装置７で減圧されて車室外熱交換器４に至り、ここで吸熱（蒸発気化）された後に第２の開閉弁１１を通って第２の膨張装置１２で減圧され、第２の熱交換器３に供給される。そして、この第２の熱交換器３で吸熱した後にアキュムレータ１０を介して圧縮機６に戻される。それと同時に、第１の熱交換器２を通過した冷媒は、第３の膨張装置１５で減圧されて第２の熱交換器３に入り、ここで吸熱（蒸発気化）された後にアキュムレータ１０を介して圧縮機６に戻される。このため、空調ユニット１の上流から送られてきた空気は、第２の熱交換器３によって除湿され、第１の熱交換器２を通過する際に加熱されて、乾燥した温風として車室内に供給される。
【００４１】  しかも、中熱負荷時においては、車室外熱交換器４を通過した冷媒の蒸発圧力が高くなっているが、この車室外熱交換器４を通過した冷媒は、アキュムレータ１０に直接導かれることがないため、第２の熱交換器３の蒸発圧力が車室外熱交換器４の蒸発圧力の伝搬によって高められることはなく、また、第２の膨張装置１２を介して減圧された後に第３の膨張装置１５を介して断熱膨張された冷媒と共に第２の熱交換器３に導かれるので、第２の熱交換器３での吸熱能力も高めることが可能となり、十分な除湿能力を確保することが可能となる。
【００４２】  尚、上述したサイクル構成に対して、第２の開閉弁（Ｖ−２）１１と第４の開閉弁（Ｖ−４）１７とは、選択的に開状態が形成されることから、図５に示されるように、これらをまとめて、１つの三方弁２５によって構成するようにしてもよい。
【００４３】  また、上述の構成においては、第１乃至第３の膨張装置７，１２，１５を固定オリフィスによって構成した例について述べたが、第１の膨張装置７と第２の膨張装置１２は暖房能力および冷房能力を決定する観点からほぼ一義的に絞り部分の通路断面が決定されるものの、除湿暖房運転においては、除湿能力と暖房能力との割合を微調整するために第３の膨張装置１５を可変式膨張弁で置き換えてもよい。
【００４４】  このような構成とすれば、暖房能力を確保したい低熱負荷時の除湿暖房運転時において、可変式膨張弁の絞りを絞り気味に設定することで、第１の熱交換器２の放熱量を高めて暖房能力を高めることが可能となり、また、除湿能力を確保したい中熱負荷時の除湿暖房運転時において、可変式膨張弁の絞りを開き気味に設定することで、第１のパイパス流路を通過する冷媒、即ち車室外熱交換器を通過せずに車室外の空気から吸熱していない冷媒の循環量を増やし、第２の熱交換器３の除湿能力を高めることが可能となる。  また、このような可変式膨張弁の導入により、低熱負荷時や中熱負荷時のそれぞれの除湿暖房運転において、除湿能力と暖房能力との比率を微調整することが可能となる。即ち、低熱負荷時において、外気温が一層低い極低熱負荷時においては、可変式膨張弁の絞りを絞り気味に設定して暖房能力を一層高め、それ以外の低熱負荷時には、可変式膨張弁の絞りを相対的に開き気味に設定して暖房能力を相対的に低くするようにし、また、中熱負荷時においても、熱負荷が比較的に低い中低熱負荷時には、可変式膨張弁の絞りを幾分絞り気味とし、熱負荷が中低熱負荷時と比べて幾分高い中高熱負荷時には、可変式膨張弁の絞りを幾分開き気味とする制御を行うことが可能となる。
【００４５】  尚、上述の構成においては、第１の熱交換器２に圧縮機６から吐出された冷媒を供給するサイクル構成を採用しているので、従来より用いられていた温水式の熱交換器をそのまま用いることはできないが、既設の温水式の熱交換器を用いる場合には、図６に示される構成を採用してもよい。
【００４６】  即ち、作動流体として水やクーラントといった周知の液体状熱媒体が用いられ、液体状熱媒体と空気とを熱交換する第３の熱交換器２６と、液体状熱媒体を圧送するポンプ２７と、液体状熱媒体を加熱する水ヒータ２８と、液体状熱媒体と前記圧縮機６から吐出した冷媒とを熱交換させる第４の熱交換器２９とを順次配管接続して構成された温水サイクル３０を設け、空調ユニット１内に、前記第１の熱交換器２に代えて第３の熱交換器２６を配置し、この第３の熱交換器２６をダンパ５で通風量が調整される構成とし、圧縮機６の吐出側と前記第１のパイパス流路２１が接続する部位との間に第４の熱交換器２９を介在させ、この第４の熱交換器２９によって圧縮機６から吐出した冷媒と温水サイクル３０の液体状熱媒体とを熱交換し、その液体状熱媒体を第３の熱交換器２６によって空調ユニット１の上流から送られてくる空気と熱交換するようにしてもよい。
【００４７】  このような構成によれば、熱負荷によって切り替えられる除湿暖房運転モードを備えた上述した車両用空調装置を既設の温水式熱交換器を用いて構築することが可能となる。
【００４８】  さらに、上述した構成において、第１の熱交換器２の放熱能力を高めるために、図７に示されるように、圧縮機６の吸入側（例えば、アキュムレータ１０の流出側１０ａ）の冷媒と第１の熱交換器２の吐出側の冷媒とを熱交換させる内部熱交換器（ＩＨＸ）３１を更に設けるようにしてもよい。  即ち、圧縮機６に流入する冷媒を内部熱交換器３１の低圧側通路３１ａを通過させ（低圧側通路３１ａの流入側をアキュムレータの流出側１０ａに接続し、低圧側通路３１ａの流出側を圧縮機６の吸入側Ｂに接続し）、第１の熱交換器２から流出した冷媒を内部熱交換器３１の高圧側通路３１ｂを通過させる（高圧側通路３１ｂを第１の熱交換器２の流出側であって第１のパイパス流路２１が接続する部位よりも冷媒流れ方向上流の部分に介在させる）構成としてもよい。  また、内部熱交換器３１で熱交換させるか否かを選択できるようにするために、高圧側通路３１ｂまたは低圧側通路３１ａをバイパスする第３のパイパス流路３２を設け（この例では、高圧側通路３１ｂをバイパスする通路を設け）、この第３のパイパス流路３２を三方弁３３により、高圧側通路３１ｂと切換え可能としてもよい。  このような構成とすれば、内部熱交換器３１により第１の熱交換器２の放熱量を増大させることが可能となり、また、三方弁３３を切換え制御することにより、第１の熱交換器２の放熱能力を調整することや、圧縮機６に流入する冷媒の圧力が高くなりすぎて圧縮機の駆動動力が過多になるのを防止すること、圧縮機６で圧縮される冷媒の圧力が高くなりすぎて圧縮機６が故障するのを防止することが可能となる。
【００４９】  以上、発明を実施するための形態を説明してきたが、本発明の目的を逸脱しない範囲で適宜変更できることはもちろんである。例えば、除湿暖房運転モードに設定された場合に外気温度を指標として低熱負荷時なのか中熱負荷時なのかを判定することを述べたが、これに変えて、第２の熱交換器に直接、または下流に冷却温度検出手段を設けるとともに所定冷却温度を設定し、この冷却温度検知手段で検知された温度が所定冷却温度を越えているか否かにより判定してもよい。また、第１の熱交換器に直接、または下流に加熱温度検知手段を設けるとともに所定加熱温度を設定し、この加熱温度検知手段で検知された温度が所定加熱温度を超えているか否かにより判定してもよい。さらには、外気の負荷が低熱負荷時から中熱負荷時に上昇する過程では冷却温度検知手段と所定冷却温度とから冷媒の流れ方を切換えるか判定し、中熱負荷時から低熱負荷時へ下降する過程では加熱温度検知手段と所定加熱温度とから冷媒の流れ方を切り換えるか判定してもよい。このようにすれば、除湿暖房運転モードにおいて外気負荷がどのように変動しても、除湿能力および暖房能力の不足を確実に防止することができる。
【００５０】  また、第１の冷媒制御部、第２の冷媒制御部、第３の冷媒制御部はそれぞれ膨張装置と開閉弁とを備えているところ、いずれか、あるいはすべての冷媒制御部を、可変式膨張弁に集約してもよい。可変式膨張弁であっても、第１の冷媒制御部では冷媒を断熱膨張するのかしないかの選択を、第２及び第３の冷媒制御部では冷媒を断熱膨張するのか冷媒の流れを止めるかの選択をすることができる。そして、部品点数を削減できるので、当該車両用空調装置の生産性や、車両配置時の自由度を向上することができる。さらに可変式膨張弁とすることで、よりきめ細かな空調制御を行うことができる。  例えば冷房運転モードにあっては、第２の冷媒制御部にて絞り具合を制御することで、第２の熱交換器３の流出側３ｂの冷媒が一定の過熱度（スーパーヒート）を持つように冷媒の流量を調整し、第２の熱交換器３の温度を一定化させて、冷風の温度を安定化することができる。暖房運転モードにあっては、第１の冷媒制御部にて絞り具合を制御することで、第１の熱交換器の冷媒圧力の調整を通じて温風の温度を適宜変化させ、これをダンパ５による第１の熱交換器２を通過する空気とバイパスする空気との割合の調整に加えることで、暖房量の制御性を向上することができる。
【符号の説明】
【００５１】  １  空調ユニット  ２  第１の熱交換器  ３  第２の熱交換器  ４  車室外熱交換器  ５  ダンパ  ６  圧縮機  ７  第１の膨張装置  ８  第１の開閉弁  ９  第１の冷媒制御部  １０  アキュムレータ  １１  第２の開閉弁  １２  第２の膨張装置  １３  第２の冷媒制御部  １４  第３の開閉弁  １５  第３の膨張装置  １６  第３の冷媒制御部  １７  第４の開閉弁（第４の冷媒制御部）  ２１  第１のパイパス流路  ２２  第２のパイパス流路  ２５  三方弁  ２６  第３の熱交換器  ２７  ポンプ  ２９  第４の熱交換器  ３０  温水サイクル  ３１  内部熱交換器
【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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【国際調査報告】
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