(57)【要約】【課題】排気される車内空気の熱を利用して暖房効率を向上させ、熱源の不足しがちな車両においても良好な暖房性能を維持できるようにする。【解決手段】冷媒を圧縮する圧縮機１０１、圧縮後の冷媒を外気と熱交換器させる室外熱交換器１０２、圧縮後の冷媒を他の熱交換媒体と熱交換させる媒体間熱交換器１０３、凝縮後の冷媒を減圧する減圧手段１０４、減圧後の冷媒を車内へ吹き出される空気と熱交換させる蒸発器１０５、減圧後の冷媒を車内から排出される空気と熱交換させる排気熱交換器１０６、前記他の熱交換媒体を車内へ吹き出される空気と熱交換させるヒータ用放熱器１０７、所定の条件に基づいて冷媒の循環経路を変更する冷媒バイパス手段１１０，１１１を具備して構成される【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒を圧縮する圧縮機、
圧縮後の冷媒を外気と熱交換器させる室外熱交換器、
圧縮後の冷媒を他の熱交換媒体と熱交換させる媒体間熱交換器、
冷媒を減圧する減圧手段、
減圧後の冷媒を車内へ吹き出される空気と熱交換させる蒸発器、
減圧後の冷媒を車内から排出される空気と熱交換させる排気熱交換器、
前記他の熱交換媒体を車内へ吹き出される空気と熱交換させるヒータ用放熱器、
所定の条件に基づいて冷媒の循環経路を変更する冷媒バイパス手段、
を具備して構成される車両用空調装置。
【請求項２】
前記冷媒バイパス手段は、暖房時において、前記圧縮機→前記媒体間熱交換器→前記減圧手段→前記排気熱交換器→前記圧縮機からなる循環経路を構成す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】
前記他の熱交換媒体は、エンジンを冷却するための冷却水であ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】
冷媒が循環する冷媒循環サイクルと、エンジンを冷却するための冷却水が循環する冷却水循環サイクルとを利用する車両用空調装置であって、
冷媒を圧縮する圧縮機、
圧縮後の冷媒を外気と熱交換させる室外熱交換器、
冷媒を減圧する減圧手段、
減圧後の冷媒を車内へ吹き出される空気と熱交換させる蒸発器、
前記冷却水を車内へ吹き出される空気中で放熱させるヒータ用放熱器、
通風方向上流端が車外及び車内に連通すると共に下流端が車内と連通し、前記蒸発器及び前記ヒータ用放熱器が内部に設置される吸気ダクト、
通風方向上流端が少なくとも車内と連通すると共に下流端が車外と連通する排気ダクト、
前記排気ダクト内に設置され、前記冷媒と該排気ダクト内の空気とを熱交換させる排気熱交換器、
前記冷媒と前記冷却水とを熱交換させる媒体間熱交換器、
前記冷媒循環サイクルにおいて、所定の条件に基づいて前記冷媒の流通経路を変更させる冷媒バイパス手段、
前記冷却水循環サイクルにおいて、所定の条件に基づいて前記冷却水の流通経路を変更させる冷却水バイパス手段、
を具備することを特徴とする車両用空調装置。
【請求項５】
前記冷媒バイパス手段は、
暖房時おいて、前記排気熱交換器に減圧後の冷媒を流入させ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】
前記冷媒バイパス手段は、
冷房時において、前記排気熱交換器に減圧前の冷媒を流入させることを特徴とする請求項４又は５記載の車両用空調装置。
【請求項７】
前記冷媒循環サイクルは、
前記圧縮機と前記室外熱交換器との間に前記媒体間熱交換器が配置され、
前記室外熱交換器と前記排気熱交換器との間に第１の減圧手段が配置、
前記排気熱交換器と前記蒸発器との間に第２の減圧手段が配置され、
前記室外熱交換器をバイパスさせる第１の冷媒バイパス手段、
前記第１の減圧手段をバイパスさせる第２の冷媒バイパス手段、
前記第２の減圧手段及び前記蒸発器をバイパスさせる第３の冷媒バイパス手段、
を具備して構成され、
前記冷却水循環サイクルは、
前記エンジン、
前記冷却水を冷却させるラジエータ、
前記冷却水を流動させるポンプ、
前記ヒータ用放熱器、
前記媒体間熱交換器、
を具備して構成されることを特徴とする請求項４〜６のいずれか１つに記載の車両用空調装置。
【請求項８】
暖房要求があり、且つ前記冷却水の熱量が不足し、且つ除湿要求がない場合には、
前記冷媒循環サイクルにおいて、前記第１の冷媒バイパス手段により前記室外熱交換器をバイパスさせると共に、前記第３の冷媒バイパス手段により前記第２の減圧手段及び前記蒸発器をバイパスさせ、
前記冷却水循環サイクルにおいて、前記冷却水バイパス手段により、前記媒体間熱交換器、前記ヒータ用放熱器、前記ポンプからなる回路を構成することを特徴とする請求項７記載の車両用空調装置。
【請求項９】
暖房要求があり、且つ前記冷却水の熱量が充足し、且つ除湿要求がない場合には、
前記冷媒循環サイクルにおいて、前記圧縮機を停止し、
前記冷却水循環サイクルにおいて、前記冷却水バイパス手段により、前記媒体間熱交換器をバイパスする回路を構成することを特徴とする請求項７又は８記載の車両用空調装置。
【請求項１０】
冷房要求がある場合、
前記冷媒循環サイクルにおいて、前記第２の冷媒バイパス手段により、前記第１の減圧手段をバイパスさせることを特徴とする請求項７〜９のいずれか１つに記載の車両用空調装置。
【請求項１１】
暖房及び除湿要求があり、且つ前記冷却水の熱量が不足している場合には、
前記冷媒循環サイクルにおいて、前記第１の冷媒バイパス手段により前記室外熱交換器をバイパスさせ、
前記冷却水循環サイクルにおいて、前記冷却水バイパス手段により、前記媒体間熱交換器、前記ヒータ用放熱器、前記ポンプからなる回路を構成することを特徴とする請求項７〜１０のいずれか１つに記載の車両用空調装置。
【請求項１２】
暖房及び除湿要求があり、且つ前記冷却水の熱量が充足している場合には、
前記冷媒循環サイクルにおいて、前記第２の冷媒バイパス手段により、前記第１の減圧手段をバイパスさせ、
前記冷却水循環サイクルにおいて、前記冷却水バイパス手段により、前記媒体間熱交換器をバイパスする回路を構成することを特徴とする請求項７〜１１のいずれか１つに記載の車両用空調装置。
【請求項１３】
前記エンジン及び電動モータを走行用駆動源とする車両において用いられることを特徴とする請求項８〜１２のいずれか１つに記載の車両用空調装置。
【請求項１４】
前記冷却水が設定された温度以下となった場合には、
前記冷媒循環サイクルにおいて、前記圧縮機を駆動させ、
前記冷却水循環サイクルにおいて、前記ラジエータをバイパスすると共に前記媒体間熱交換器を含む回路を構成することを特徴とする請求項１３記載の車両用空調装置。
【請求項１５】
前記冷媒がＣＯ2であり、
前記冷媒循環サイクルにおいて、前記排気熱交換器の出口側の冷媒と前記圧縮機の入口側の冷媒とを熱交換させる内部熱交換器を具備することを特徴とする請求項４〜１４のいずれか１つに記載の車両用空調装置。
【請求項１６】
冷媒を圧縮する圧縮機、
圧縮後の冷媒を外気と熱交換させる室外熱交換器、
圧縮後の冷媒を車内へ吹き出される空気と熱交換させるヒータ用熱交換器、
冷媒を減圧する減圧手段、
減圧後の冷媒を車内へ吹き出される空気と熱交換させる蒸発器、
減圧後の冷媒を車内から排出される空気と熱交換させる排気熱交換器、
所定の条件に基づいて冷媒の循環経路を変更する冷媒バイパス手段、
を具備して構成される車両用空調装置。
【請求項１７】
前記冷媒バイパス手段は、暖房時において、前記圧縮機→前記ヒータ用熱交換器→前記減圧手段→前記排気熱交換器→前記圧縮機からなる循環経路を構成することを特徴とする請求項１６記載の車両用空調装置。
【請求項１８】
前記冷媒バイパス手段は、除湿暖房時において、前記圧縮機→前記ヒータ用熱交換器→前記減圧手段→前記蒸発器→前記圧縮機からなる循環経路を構成することを特徴とする請求項１６又は１７記載の車両用空調装置。
【請求項１９】
冷媒が循環する冷媒循環サイクルを利用する車両用空調装置であって、
冷媒を圧縮する圧縮機、
圧縮後の冷媒を外気と熱交換させる室外熱交換器、
圧縮後の冷媒を車内へ吹き出される空気と熱交換させるヒータ用熱交換器、
冷媒を減圧する減圧手段、
減圧後の冷媒を車内へ吹き出される空気と熱交換させる蒸発器、
通風方向上流端が車外及び車内に連通すると共に下流端が車内と連通し、前記蒸発器及び前記ヒータ用熱交換器が内部に設置される吸気ダクト、
通風方向上流端が少なくとも車内と連通すると共に下流端が車外と連通する排気ダクト、
前記排気ダクト内に設置され、前記冷媒と該排気ダクト内の空気とを熱交換させる排気熱交換器、
所定の条件に基づいて冷媒の流通経路を変更させる冷媒バイパス手段を具備して構成される車両用空調装置。
【請求項２０】
前記冷媒バイパス手段は、
暖房時おいて、前記排気熱交換器に減圧後の冷媒を流入させることを特徴とする請求項１９記載の車両用空調装置。
【請求項２１】
前記冷媒バイパス手段は、
冷房時において、前記排気熱交換器に減圧前の冷媒を流入させることを特徴とする請求項１９又は２０記載の車両用空調装置。
【請求項２２】
前記冷媒循環サイクルは、
前記圧縮機と前記室外熱交換器との間に前記ヒータ用熱交換器が配置され、
前記ヒータ用熱交換器と前記室外熱交換器との間に第３の減圧手段が配置され、
前記排気熱交換器と前記蒸発器との間に第４の減圧手段が配置され、
前記第３の減圧手段をバイパスさせる第４の冷媒バイパス手段、
前記室外熱交換器をバイパスさせる第５の冷媒バイパス手段、
前記第４の減圧手段及び前記蒸発器をバイパスさせる第６の冷媒バイパス手段、
を具備することを特徴とする請求項１９〜２１のいずれか１つに記載の車両用空調装置。
【請求項２３】
暖房要求があり、且つ除湿要求がない場合には、
前記第５の冷媒バイパス手段により前記室外熱交換器をバイパスさせると共に、前記第６の冷媒バイパス手段により前記第４の減圧手段及び前記蒸発器をバイパスさせることを特徴とする請求項２２記載の車両用空調装置。
【請求項２４】
暖房及び除湿要求である場合には、
前記第５の冷媒バイパス手段により前記室外熱交換器をバイパスさせることを特徴とする請求項２２又は２３記載の車両用空調装置。
【請求項２５】
冷房要求がある場合には、
前記第４の冷媒バイパス手段により前記第３の減圧手段をバイパスさせることを特徴とする請求項２２〜２４のいずれか１つに記載の車両用空調装置。
【請求項２６】
電動モータを走行用駆動源とする車両において用いられることを特徴とする請求項１９〜２５のいずれか１つに記載の車両用空調装置。
【請求項２７】
前記冷媒がＣＯ2であり、
前記冷媒循環サイクルにおいて、前記排気熱交換器の出口側の冷媒と前記圧縮機の入口側の冷媒とを熱交換させる内部熱交換器を具備することを特徴とする請求項１９〜２６のいずれか１つに記載の車両用空調装置。
【請求項２８】
前記排気ダクトの上流端は、車内及び車外と連通し、
前記吸気ダクトへ流入する空気の内外気比率を変化させる吸入側内外気切換手段、
前記排気ダクトへ流入する空気の内外気比率を変化させる排気側内外気切換手段、
を具備し、
前記排気側内外気切換手段は、前記吸入側内外気切換手段により前記吸入ダクトに外気が流入されている場合には前記排気ダクト内に内気が流入するように、また前記吸入側内外気切換手段により前記吸入ダクトに内気のみが流入されている場合には前記排気ダクト内に外気が流入するように制御されることを特徴とする請求項４〜１５，１９〜２７のいずれか１つに記載の車両用空調装置。
【請求項２９】
前記排気ダクトには、空気の流通を促進させる送風機が内設され、
前記送風機は、前記排気側内外気切換手段により前記排気ダクト内に外気が流入されている場合に駆動することを特徴とする請求項２８記載の車両用空調装置。
【請求項３０】
前記排気熱交換器の結露又は着霜を防止する結露防止手段を具備することを特徴とする請求項１〜２９のいずれ１つに記載の車両用空調装置。
【請求項３１】
前記結露防止手段は、
前記排気熱交換器周辺の空気の露点温度を推定する露点温度推定手段、
前記排気熱交換器の温度を前記推定された露点温度よりも高温に維持する排気熱交換器温度調節手段、
を具備することを特徴とする請求項３０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、自動車等に搭載される空調装置に関し、特に走行用駆動源としてエンジンと電動モータの両方を用いる自動車（ハイブリッド車）、停車時にエンジンを停止させる自動車（アイドリングストップ車）、電動モータのみを用いる自動車（電気自動車、燃料電池車等）において好適に用いられる技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
空調装置における暖気及び冷気の生成には、従来からヒートポンプサイクルが利用されている。このヒートポンプサイクルは、室内熱交換器及び室外熱交換器へ冷媒が流入する順序を暖房時と冷房時とで切り換えるものであり、暖房時においては、車内（車室内）への吹出空気と熱交換する室内熱交換器を凝縮器とし、外気と熱交換する室外熱交換器を蒸発器として機能させる。
【０００３】
また、エンジンのみを走行用駆動源とする自動車に搭載される一般的な空調装置においては、冷暖房時を問わず室外熱交換器を凝縮器、室内熱交換器を蒸発器として機能させると共に、蒸発器の通風方向下流側にエンジンの冷却水を放熱させる放熱器を配置し、これら蒸発器と放熱器とを通過する空気の割合をエアミックスドア等により調節することにより、所望の温度の吹出空気を生成させている。
【０００４】
車両用の暖房装置の従来技術として、次のようなものが開示されている。この暖房装置は、エンジン冷却水を熱源とする放熱器と、エンジンを駆動源としエンジン、放熱器、ラジエータとの間で冷却水を循環させるエンジン駆動ウォータポンプと、冷却水が所定温度より低い場合にラジエータをバイパスさせるバイパス流路と、電動モータを駆動源としエンジン、放熱器、ラジエータとの間で冷却水を循環させる電動ウォータポンプと、冷却水が所定温度より低い場合に冷却水がラジエータをバイパスする流れを許容すると共に電動ウォータポンプにより冷却水がエンジンと放熱器との間を循環する際に放熱器の流出口より流出した冷却水がバイパス流路を経て放熱器の流入口に流入するのを抑止する逆止弁とを有するものである（特許文献１参照）。これにより、エンジン停止後も継続して行われる暖房運転に際して放熱器で熱交換された冷却水は必ずエンジン内に設けられる冷却水路を通過するので、エンジンの余熱を効率よく利用して暖房を行うことができるとされている。
【０００５】
また、他の従来技術として、室内熱交換器の通風方向下流側にエンジンの冷却水を放熱させる放熱器を配置すると共に、車内空気の排出口に吸熱用の排気熱交換器を配置する空調装置であって、暖房時において、室内熱交換器を暖房補助の熱交換器として用いる構成が開示されており（特許文献２参照）、これにより排気される車内空気の熱を利用して暖房性能を向上させることができるとされている。
【特許文献１】特開２０００−７１７４９号公報
【特許文献２】特開平６−１３５２２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記したように、エンジンの冷却水を熱源とする放熱器を備える空調装置においては、室外熱交換器を常に凝縮器として機能させるため着霜の心配はないが、近年生産が急がれているハイブリッド車、電気自動車、アイドリングストップ車等にこの構成を適用する場合、放熱器の熱源の不足が問題となる。ハイブリッド車及びアイドリングストップ車においては、エンジンのみを走行用駆動源とする通常の自動車に比べて、ノロノロ運転、信号待ち、ストップアンドゴー時はエンジン負荷が少なく、冷却水の温度が上昇し難く、要求される暖房に対して十分な熱量を確保することができなくなる場合がある。特にハイブリッド車においては、エンジンの効率が良いため通常のエンジン走行車より低い排気量のものを使用する場合があるので、更に十分な熱量を確保することができないことが多い。また、外気導入時、車内空気熱をそのまま外気へ放出するので、換気損失が生じるため空調装置の効率が低下し、燃費が増加する（冷房、暖房共に）。また、エンジン内の冷却水を暖房に使用してしまうと、冷却水の温度が低下し、エンジンを再起動した時に、排気ガスが増加する場合がある。これは、ハイブリッド車本来の目的である排気ガスの低下を損なうため問題となる。更に、電気自動車にあっては、この冷却水自体が存在しないため、他の熱源を確保したり生成させたりする機構が必要となる。更にまた、ヒートポンプサイクルを用いた空調装置においては、暖房時に室外熱交換器を蒸発器として機能させるため、外気温度や湿度等の条件により室外熱交換器に着霜が発生し、暖房機能が損なわれる場合があった。
【０００７】
また、上記特許文献１に開示される発明によっても、上記したようなハイブリッド車、アイドリングストップ車、特に電気自動車における熱源の不足は解消しきれず、これらの車両に搭載される空調装置の性能を良好に維持することは困難であった。また、上記特許文献２に開示される発明には、凝縮水が付着した蒸発器をそのまま暖房時に補助用ヒータとして機能させることにより、凝縮水が蒸発してフロントガラス等を曇らせてしまい、また暖房時に蒸発器を機能させることができないことにより、除湿暖房ができなくなる等の不具合がある。
【０００８】
そこで、本発明は、排気される車内空気の熱を利用することにより、暖房効率を向上させ、熱源の不足しがちな車両においても良好な暖房性能を維持し、また冷房性能においても改善を図り、更にエンジン再起動時における排気ガスの増加を防止し、また空調使用時の快適性を確保することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明にかかる車両用空調装置は、図１に示すように、冷媒を圧縮する圧縮機１０１、圧縮後の冷媒を外気と熱交換させる室外熱交換器１０２、圧縮後の冷媒を他の熱交換媒体と熱交換させる媒体間熱交換器１０３、冷媒を減圧する減圧手段１０４、減圧後の冷媒を車内へ吹き出される空気と熱交換させる蒸発器１０５、減圧後の冷媒を車内から排出される空気と熱交換させる排気熱交換器１０６、前記他の熱交換媒体を車内へ吹き出される空気と熱交換させるヒータ用放熱器１０７、所定の条件に基づいて冷媒の循環経路を変更する冷媒バイパス手段１１０，１１１を具備して構成されるものである（請求項１）。
【００１０】
この構成によれば、排気される車内空気の熱を利用して暖房効率を向上させ、熱源の不足しがちな車両においても良好な暖房性能を維持することができる。冷媒バイパス手段は、空調運転モードや気象条件等に基づいて、サイクルに接続される機器を冷媒が通過する順序を変更させる機構（分岐管、各種弁、各種センサ、制御用コンピュータ等により構成されるもの）である。また、上記特許文献２記載の構成のように、蒸発器を補助用の放熱器として利用することがないので、冷房から暖房に切り換えた時に凝縮水の蒸発によりフロントガラス等が曇ることはなく、快適性を維持することができ、また暖房時にも蒸発器を機能させることができるので、除湿暖房が可能となる。
【００１１】
また、上記請求項１記載の構成において、図２に示すように、前記冷媒バイパス手段１１０，１１１は、暖房時において、前記圧縮機１０１→前記媒体間熱交換器１０３→前記減圧手段１０４→前記排気熱交換器１０６→前記圧縮機１０１からなる循環経路を構成するものであることが好ましい（請求項２）。
【００１２】
これにより、媒体間熱交換器１０３が凝縮器として機能し、この媒体間熱交換器１０３において冷媒の熱が他の熱交換媒体に伝導し、他の熱交換媒体の熱がヒータ用放熱器１０７によって放熱される。また、排気熱交換器１０６が蒸発器として機能することにより、外気よりも高温の車内空気から吸熱することができるので、ＣＯＰを向上させることができる。
【００１３】
また、上記請求項１又は２記載の構成において、前記他の熱交換媒体は、エンジンを冷却するための冷却水であることが好ましい（請求項３）。また、エンジン冷却水の他に、モータ、インバータ、バッテリ、燃料電池等の冷却媒体を利用することもできる。
【００１４】
また、本発明にかかる車両用空調装置は、冷媒が循環する冷媒循環サイクルと、エンジンを冷却するための冷却水が循環する冷却水循環サイクルとを利用する車両用空調装置であって、冷媒を圧縮する圧縮機、圧縮後の冷媒を外気と熱交換させる室外熱交換器、凝縮後の冷媒を減圧する減圧手段、減圧後の冷媒を車内へ吹き出される空気と熱交換させる蒸発器、前記冷却水を車内へ吹き出される空気中で放熱させるヒータ用放熱器、通風方向上流端が車外及び車内に連通すると共に下流端が車内と連通し、前記蒸発器及び前記ヒータ用放熱器が内部に設置される吸気ダクト、通風方向上流端が少なくとも車内と連通すると共に下流端が車外と連通する排気ダクト、前記排気ダクト内に設置され、前記冷媒と該排気ダクト内の空気とを熱交換させる排気熱交換器、前記冷媒と前記冷却水とを熱交換させる媒体間熱交換器、前記冷媒循環サイクルにおいて、所定の条件に基づいて前記冷媒の流通経路を変更させる冷媒バイパス手段、前記冷却水循環サイクルにおいて、所定の条件に基づいて前記冷却水の流通経路を変更させる冷却水バイパス手段を具備して構成されるものである（請求項４）。
【００１５】
この構成は、冷媒循環サイクル、冷却水循環サイクルの両方を有する車両において用いられ、主にハイブリッド車、アイドリングストップ車等のエンジン発熱量が通常のエンジン走行車に比べて低い車両に適用されて好ましいものであり（通常のエンジン走行車においても適用可能）、冷媒循環サイクルには、少なくとも圧縮機、室外熱交換器、減圧手段、蒸発器、及び排気熱交換機が接続され、冷却水循環サイクル（通常、エンジン、ラジエータ等を含んで構成されるもの）には、ヒータ用放熱器が接続される。排気熱交換器は、排気ダクト内の空気中で冷媒を吸熱（蒸発）又は放熱（凝縮、過冷却）させるものであり、減圧後の冷媒が流入された時には蒸発器として機能し、減圧前の冷媒が流入された時にはサブクールを発生させる熱交換器として機能する。そして、空調運転モードや気象条件等に基づいて、冷媒バイパス手段及び冷却水バイパス手段により冷媒及び冷却水の循環経路を適宜変更させることにより、車外に排出される車内（車室内）の空気の熱エネルギー（ポテンシャル）を、暖房、冷房等の効率向上のために有効に利用することが可能となる。
【００１６】
通常、車内空気は、既に稼働している暖房・冷房等の作用により、冬季には外気よりも高温であり、夏季には外気よりも低温であるため、冬季の暖房時においては、外気中で冷媒の吸熱をさせるよりも、排気される車内空気中でさせる方が効率が良いと共に着霜を防止することができ、また夏季の冷房時においては、外気中で冷媒を放熱させるよりも、排気される車内空気中でさせる方が効率が良い。従って、冷媒バイパス手段及び冷却水バイパス手段により、以下に示す様々な空調運転モード、気象条件等に基づいて、冷媒及び冷却水の流通経路を適宜切り換えることで、熱源の不足しがちなハイブリッド車、アイドリングストップ車等においても十分な暖房効果を得ることができると共に、冷房時においてもＣＯＰを向上させることができる。
【００１７】
上記請求項４記載の構成において、前記冷媒バイパス手段は、暖房時おいて、前記排気熱交換器に減圧後の冷媒を流入させるものであることが好ましい（請求項５）。
【００１８】
これにより、暖房時には、排気熱交換器が蒸発器として機能する。即ち、減圧後の冷媒が、外気よりも高温である排気ダクト内の空気から吸熱する。これにより、着霜を防止することができると共に、外気から吸熱する場合よりもＣＯＰを向上させることができる。
【００１９】
また、上記請求項４又は５記載の構成において、前記冷媒バイパス手段は、冷房時において、前記排気熱交換器に減圧前の冷媒を流入させるものであることが好ましい（請求項６）。
【００２０】
これにより、冷房時には、排気熱交換器がサブクール生成用の熱交換器として機能する。即ち、減圧前の冷媒が、外気よりも低温である排気ダクト内の空気により過冷却される。これにより、ＣＯＰを向上させることができる。
【００２１】
また、上記請求項４〜６の具体的構成としては、次のようなものが好ましい。図６に示すように、前記冷媒循環サイクル２は、前記圧縮機１０と前記室外熱交換器１２との間に前記媒体間熱交換器１１が配置され、前記室外熱交換器１２と前記排気熱交換器１５との間に第１の減圧手段１４が配置され、前記排気熱交換器１５と前記蒸発器１７との間に第２の減圧手段１６が配置され、前記室外熱交換器１２をバイパスさせる第１の冷媒バイパス手段２０、前記第１の減圧手段１４をバイパスさせる第２の冷媒バイパス手段２１、前記第２の減圧手段１６及び前記蒸発器１７をバイパスさせる第３の冷媒バイパス手段２２を具備して構成され、前記冷却水循環サイクル３は、前記エンジン３０、前記冷却水を冷却させるラジエータ３２、前記冷却水を流動させるポンプ３１ａ，３１ｂ、前記ヒータ用放熱器３３、前記媒体間熱交換器１１を具備して構成されることが好ましい（請求項７）。尚、冷却水循環サイクル３において、冷却水バイパス手段は、三方弁３４ａ〜ｆ、逆止弁３５、開閉弁３６ａ，３６ｂ、配管、制御用コンピュータ等により構成されるものである。
【００２２】
これにより、空調の運転モード、気象条件等に基づいて冷媒バイパス手段、冷却水バイパス手段を適宜切り換えることにより、サイクルを効率的な状態に維持することができる。例えば、ヒータ用放熱器３３の熱源としての冷却水の熱量が暖房要求に対して不足している場合には、冷媒及び冷却水の両方を媒体間熱交換器１１に流入させることにより、圧縮機１０から圧送された高温高圧の冷媒の熱を冷却水に伝導させることができ、これにより暖房機能を良好に維持することができる。また、暖房要求時に、減圧後の冷媒を排気熱交換器１５に流入させることにより（図７参照）、該排気熱交換器１５を蒸発器として機能させることができると共に、冷房要求時に、減圧前の冷媒を排気熱交換器１５に流入させることにより（図１７参照）、冷媒にサブクールを与えることができる。
【００２３】
以下（請求項８〜１２）に、上記請求項７記載の構成における、前記冷媒バイパス手段及び前記冷却水バイパス手段の有効な制御を挙げる。
【００２４】
暖房要求があり、且つ前記冷却水の熱量が不足し、且つ除湿要求がない場合（図７参照）には、前記冷媒循環サイクル２において、前記第１の冷媒バイパス手段２０により前記室外熱交換器１２をバイパスさせると共に、前記第３の冷媒バイパス手段２２により前記第２の減圧手段１６及び前記蒸発器１７をバイパスさせ、前記冷却水循環サイクル３において、前記冷却水バイパス手段により、前記媒体間熱交換器１１、前記ヒータ用放熱器３３、前記ポンプ３１ｂからなる回路を構成することが好ましい（請求項８）。
【００２５】
例えば、渋滞によるノロノロ運転、信号待ちによる停止時間が長い時、ストップアンドゴーが多い時等には、エンジンの負荷や作動が少なく、冷却水温度がなかなか上昇し難くなり、暖房機能が確保できない。このような時、上記によれば、冷媒循環サイクル２において、冷媒は圧縮機１０→媒体間熱交換器１１→第１の減圧手段１４→排気熱交換器１５→圧縮機１０の順に流れる。これにより、排気熱交換器１５が蒸発器として機能するので、着霜の防止及びＣＯＰの向上が実現される。また、媒体間熱交換器１１において、冷媒の熱により冷却水が温められるので、冷却水の不足している熱量を補うことができる。
【００２６】
また、暖房要求があり、且つ前記冷却水の熱量が充足し、且つ除湿要求がない場合（図９参照）には、前記冷媒循環サイクル２において、前記圧縮機１０を停止し、前記冷却水循環サイクル３において、前記冷却水バイパス手段により、前記媒体間熱交換器１１をバイパスする回路を構成することが好ましい（請求項９）。
【００２７】
この時、冷媒循環サイクル２の機能は停止する。このような場合には、冷媒から冷却水に熱を与える必要はなく、また吹出空気を乾燥させるために蒸発器１７を機能させる必要もない。従って、圧縮機１０を停止させ、無駄なエネルギー消費を省くことが好ましい。
【００２８】
また、冷房要求がある場合（図１４，１６参照）、前記冷媒循環サイクル２において、前記第２の冷媒バイパス手段２１により、前記第１の減圧手段１４をバイパスさせることが好ましい（請求項１０）。
【００２９】
この時、冷媒循環サイクル２において、冷媒は、圧縮機１０→媒体間熱交換器１１→室外熱交換器１２→排気熱交換器１５→第２の減圧手段１６→蒸発器１７→圧縮機１０の順に流れる。これにより、排気熱交換器１５がサブクールを与える熱交換器として機能する。これにより、ＣＯＰを向上させることができる。
【００３０】
また、暖房及び除湿要求があり、且つ前記冷却水の熱量が不足している場合（図１１参照）には、前記冷媒循環サイクル２において、前記第１の冷媒バイパス手段２０により前記室外熱交換器１２をバイパスさせ、前記冷却水循環サイクル３において、前記冷却水バイパス手段により、前記媒体間熱交換器１１、前記ヒータ用放熱器３３、前記ポンプ３１ｂを含む回路を構成することが好ましい（請求項１１）。
【００３１】
この時、冷媒循環サイクル２において、冷媒は、圧縮機１０→媒体間熱交換器１１→第１の減圧手段１４→排気熱交換器１５→第２の減圧手段１６→蒸発器１７→圧縮機１０の順に流れる。これにより、排気熱交換器１５が第１の蒸発器として、また通常の蒸発器１７が第２の蒸発器として機能するので、着霜及び結露の防止及びＣＯＰの向上を実現することができると共に、吸気ダクト４内の吹出空気の除湿が可能となる。また、冷却水の不足した熱量を冷媒から補うことができる。
【００３２】
また、暖房及び除湿要求があり、且つ前記冷却水の熱量が充足している場合（図１３参照）には、前記冷媒循環サイクル２において、前記第２の冷媒バイパス２１手段により、前記第１の減圧手段１４をバイパスさせ、前記冷却水循環サイクル３において、前記冷却水バイパス手段により、前記媒体間熱交換器１１をバイパスする回路を構成することが好ましい（請求項１２）。
【００３３】
この時、冷媒循環サイクル２において、冷媒は、圧縮機１０→媒体間熱交換器１１→室外熱交換器１２→排気熱交換器１５→第２の減圧手段１６→蒸発器１７→圧縮機１０の順に流れる。ここで、車室内温度が冷媒の温度より低い場合は、排気ダクト５内に設けられたエアミックスドア５５を開けて排気熱交換器１５によりサブクールを与える。これにより、蒸発器１７での除湿作用が大きくなる。また、車室内温度より冷媒の温度が低い時は、冷媒を過熱してしまうので、エアミックスドア５５を閉じることが好ましい。
【００３４】
また、上記請求項４〜１２記載の構成は、冷却水の温度が不足しがちなハイブリッド車、即ち前記エンジン及び電動モータを走行用駆動源とする車両において好適に用いることができる（請求項１３）。また、ハイブリッド車に限らず、公知のアイドルストップ車等のエンジン停止状態が多い自動車全般に有効である。
【００３５】
また、上記請求項１３記載の構成において、前記冷却水が設定された温度以下となった場合には、前記冷媒循環サイクルにおいて、前記圧縮機を駆動させ、前記冷却水循環サイクルにおいて、前記ラジエータをバイパスすると共に前記媒体間熱交換器を含む回路を構成することが好ましい（請求項１４）。
【００３６】
冷却水温度が低くなると、エンジンの再起動時等に排気ガス量が増加するが、上記構成のように、排気ガスが増加する時の冷却水の最低温度を設定しておき、この温度以下となった場合に、媒体間熱交換器において温めることにより、排気ガスの増加等の不具合を防止することができる。
【００３７】
また、上記請求項４〜１４記載の構成において、前記冷媒がＣＯ2である場合には、図３３に示すように、前記冷媒循環サイクル２において、前記排気熱交換器１５の出口側の冷媒と前記圧縮機１０の入口側の冷媒とを熱交換させる内部熱交換器３９を具備することが好ましい（請求項１５）。これにより、更にＣＯＰを向上させることができる。
【００３８】
また、本発明にかかる車両用空調装置は、図３４に示すように、冷媒を圧縮する圧縮機２０１、圧縮後の冷媒を外気と熱交換させる室外熱交換器２０２、圧縮後の冷媒を車内へ吹き出される空気と熱交換させるヒータ用熱交換器２０３、冷媒を減圧する減圧手段２０４、減圧後の冷媒を車内へ吹き出される空気と熱交換させる蒸発器２０５、減圧後の冷媒を車内から排出される空気と熱交換させる排気熱交換器２０６、所定の条件に基づいて冷媒の循環経路を変更する冷媒バイパス手段２１０，２１１を具備して構成されるものである（請求項１６）。
【００３９】
これにより、エンジン冷却水等の他の熱交換媒体を用いることなく、排気される車内空気の熱エネルギーを暖房性能の向上に利用することができる。
【００４０】
また、上記請求項１６記載の構成において、前記冷媒バイパス手段は、暖房時において、図３５に示すように、前記圧縮機２０１→前記ヒータ用熱交換器２０３→前記減圧手段２０４→前記排気熱交換器２０６→前記圧縮機２０１からなる循環経路を構成することが好ましい（請求項１７）。
【００４１】
これにより、排気熱交換器２０６が蒸発器として機能し、外気よりも高温の車内空気から吸熱することができるので、暖房性能を向上させることができる。
【００４２】
また、上記請求項１６又は１７記載の構成において、前記冷媒バイパス手段は、除湿暖房時において、図３６に示すように、前記圧縮機２０１→前記ヒータ用熱交換器２０３→前記減圧手段２０４→前記蒸発器２０５→前記圧縮機２０１からなる循環経路を構成することが好ましい（請求項１８）。
【００４３】
これにより、ヒータ用熱交換器２０３と、除湿作用を有する蒸発器２０５とを同時に機能させることができるため、上記特許文献２記載の構成では不可能であった除湿暖房が可能となる。
【００４４】
また、本発明にかかる車両用空調装置は、冷媒が循環する冷媒循環サイクルを利用する車両用空調装置であって、冷媒を圧縮する圧縮機、圧縮後の冷媒を外気と熱交換させる室外熱交換器、圧縮後の冷媒を車内へ吹き出される空気と熱交換させるヒータ用熱交換器、冷媒を減圧する減圧手段、減圧後の冷媒を車内へ吹き出される空気と熱交換させる蒸発器、通風方向上流端が車外及び車内に連通すると共に下流端が車内と連通し、前記蒸発器及び前記ヒータ用熱交換器が内部に設置される吸気ダクト、通風方向上流端が少なくとも車内と連通すると共に下流端が車外と連通する排気ダクト、前記排気ダクト内に設置され、前記冷媒と該排気ダクト内の空気とを熱交換させる排気熱交換器、所定の条件に基づいて冷媒の流通経路を変更させる冷媒バイパス手段を具備して構成されるものである（請求項１９）。
【００４５】
この構成は、冷却水循環サイクルを有しない車両、即ち電動モータのみを用いる電気自動車、燃料電池車等において特に好適に用いられるものであり（通常のエンジン走行車、ハイブリッド車等においても適用可能）、上記請求項４〜１８記載の構成と同様に、排気熱交換機は、排気ダクト内の空気中で冷媒を吸熱（蒸発）又は放熱（凝縮、過冷却）させるものであり、減圧後の冷媒が流入された時には蒸発器として機能し、減圧前の冷媒が流入された時にはサブクールを発生させる熱交換器として機能する。そして、空調運転モード、気象条件等に基づいて冷媒バイパス手段により冷媒の循環経路を適宜変更させることにより、車外に排出される車内（車室内）の空気の熱エネルギー（ポテンシャル）を、暖房、冷房等の効率向上のために有効に利用することが可能となる。
【００４６】
上記請求項１９記載の構成において、前記冷媒バイパス手段は、暖房時おいて、前記排気熱交換器に減圧後の冷媒を流入させるものであることが好ましく（請求項２０）、また冷房時において、前記排気熱交換器に減圧前の冷媒を流入させるものであることが好ましい（請求項２１）。
【００４７】
これにより、暖房時には、排気熱交換器が蒸発器として機能するので、着霜及び結露を防止することができると共に、外気から吸熱する場合よりもＣＯＰを向上させることができる。また、冷房時には、排気熱交換器がサブクール生成用の熱交換器として機能するので、ＣＯＰを向上させることができる。
【００４８】
また、上記請求項１９〜２１の具体的構成としては、次のようなものが好ましい。図３９に示すように、前記冷媒循環サイクル７１において、前記圧縮機５５と前記室外熱交換器５８との間に、前記ヒータ用熱交換器５６が配置され、前記ヒータ用熱交換器５６と前記室外熱交換器５８との間に、第３の減圧手段５７が配置され、前記排気熱交換器５９と前記蒸発器６１との間に、第４の減圧手段６０が配置され、前記第３の減圧手段５７をバイパスさせる第４の冷媒バイパス手段６５、前記室外熱交換器５８をバイパスさせる第５の冷媒バイパス手段６６、前記第４の減圧手段６０及び前記蒸発器６１をバイパスさせる第６の冷媒バイパス手段６７を具備するものである（請求項２２）。
【００４９】
この構成によれば、圧縮機５５から吐出された高温高圧の冷媒をそのままヒータ用熱交換器５６に流すと共に、冷媒バイパス手段６５，６６，６７により適宜冷媒の流通経路を変更することにより、様々な状況に応じて好適な制御が可能となる。
【００５０】
以下（請求項２３〜２６）に、上記請求項２２記載の構成において有効な制御を挙げる。
【００５１】
暖房要求があり、且つ除湿要求がない場合（図４０参照）には、前記第５の冷媒バイパス手段６６により前記室外熱交換器５８をバイパスさせると共に、前記第６の冷媒バイパス手段６７により前記第４の減圧手段６０及び前記蒸発器６１をバイパスさせることが好ましい（請求項２３）。
【００５２】
この時、冷媒は、圧縮機５５→ヒータ用熱交換器５６→第３の減圧手段５７→排気熱交換器５９→圧縮機５５の順に流れる。これにより、排気熱交換器５９が蒸発器として機能し、冷媒は排気ダクト５２内の暖かい空気から吸熱するため、外気から吸熱する場合よりもＣＯＰが向上し、また着霜及び結露防止の効果が得られる。
【００５３】
また、暖房及び除湿要求である場合（図４２参照）には、前記第５の冷媒バイパス手段６６により前記室外熱交換器５８をバイパスさせることが好ましい（請求項２４）。
【００５４】
この時、冷媒は、圧縮機５５→ヒータ用熱交換器５６→第３の減圧手段５７→排気熱交換器５９→第４の減圧手段６０→蒸発器６１→圧縮機５５の順に流れる。これにより、排気熱交換器５９が第１の蒸発器、吸気ダクト４内に配置される蒸発器６１が第２の蒸発器として機能するので、着霜及び結露の防止及びＣＯＰの向上が実現され、吸気ダクト４内の吹出空気を除湿することが可能となる。
【００５５】
また、冷房要求がある場合（図４４参照）には、前記第４の冷媒バイパス手段６５により前記第３の減圧手段５７をバイパスさせることが好ましい（請求項２５）。
【００５６】
この時、冷媒は、圧縮機５５→ヒータ用熱交換器５６→室外熱交換器５８→排気熱交換器５９→第４の減圧手段６０→蒸発器６１→圧縮機５５の順に流れる。これにより、排気熱交換器５９がサブクールを与える熱交換器として機能する。これにより、ＣＯＰを向上させることができる。
【００５７】
また、上記請求項１９〜２５のいずれか１つに記載の構成においては、電動モータを走行用駆動源とする車両において用いられることが好ましい（請求項２６）。
【００５８】
また、上記請求項１９〜２６のいずれか１つに記載の構成においては、前記冷媒がＣＯ2であり、前記冷媒循環サイクルにおいて、前記排気熱交換器の出口側の冷媒と前記圧縮機の入口側の冷媒とを熱交換させる内部熱交換器を具備することが好ましい（請求項２７）。
【００５９】
また、上記請求項４〜１５，１９〜２７のいずれか１つに記載の構成において、前記排気ダクトの上流端は、車内及び車外と連通し、前記吸気ダクトへ流入する空気の内外気比率を変化させる吸入側内外気切換手段、前記排気ダクトへ流入する空気の内外気比率を変化させる排気側内外気切換手段を具備し、前記排気側内外気切換手段は、前記吸入側内外気切換手段により前記吸入ダクトに外気が流入されている場合には前記排気ダクト内に内気が流入するように、また前記吸入側内外気切換手段により前記吸入ダクトに内気のみが流入されている場合には前記排気ダクト内に外気が流入するように制御されることが好ましい（請求項２８）。
【００６０】
この構成によれば、内気循環モードを選択した時には、前記排気ダクトに外気が流通するので、内気が排出されてしまうことはない。
【００６１】
また、上記請求項２８記載の構成において、前記排気ダクトには、空気の流通を促進させる送風機が内設され、前記送風機は、前記排気側内外気切換手段により前記排気ダクト内に外気が流入されている場合に駆動することが好ましい（請求項２９）。
【００６２】
この構成によれば、排気ダクト内で外気が流通している時にその流通が促進され、前記排気熱交換器における熱交換を促進させることができる。従来の一般的な自動車においては、室外熱交換器は車体の前方から受ける風により熱交換され、車速が上がるほどその風量が増加する構造となっているが、実際には、室外熱交換器の後方にはラジエータ等の機器が配置されているため、車速が上がっても風量はそれほど増加しない。本構成によれば、車速にかかわらず、十分な風量を確保することができる。
【００６３】
また、上記請求項１〜２９のいずれか１つに記載の構成において、前記排気熱交換器の結露を防止する結露防止手段を具備することが好ましい（請求項３０）。
【００６４】
排気熱交換器の結露（着霜を含む）を防止することによって、この排気熱交換器における吸熱又は放熱作用を良好に維持することができるので、暖房、冷房等の性能向上をより確実に図ることができる。
【００６５】
また、上記請求項３０記載の構成において、前記結露防止手段は、前記排気熱交換器周辺の空気の露点温度を推定する露点温度推定手段、前記排気熱交換器の温度を前記推定された露点温度よりも高温に維持する排気熱交換器温度調節手段を具備することが好ましい（請求項３１）。露点温度を推定する方法としては、乗員数、車内への外気導入量等をパラメータとして計算することが好ましい。
【発明の効果】
【００６６】
上記のように、本発明によれば、従来排気されていた車内空気の持つ熱エネルギー（ポテンシャル）が冷媒の吸熱又は放熱作用のために有効に利用され、暖房、冷房等の空調性能を向上させることができる。また、エンジンを備える車両において、冬季等にエンジン冷却水温度が上がらない時は、空調装置を起動させることにより、エンジン冷却水を加熱することができる。これにより、冷却水温度を設定以上の温度に保つことができ、エンジン再起動時の排気ガスの増加を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６７】
以下、添付した図面を参照して本発明の実施例を説明する。
【実施例１】
【００６８】
図１に示す本実施例に係る車両用空調装置１００は、冷媒を圧縮する圧縮機１０１、圧縮後の冷媒を外気と熱交換させる室外熱交換器１０２、圧縮後の冷媒をエンジンの冷却水と熱交換させる媒体間熱交換器１０３、凝縮後の冷媒を減圧する減圧手段１０４、減圧後の冷媒を車内へ吹き出される空気と熱交換させる蒸発器１０５、減圧後の冷媒を車内から排出される空気と熱交換させる排気熱交換器１０６、前記冷却水を車内へ吹き出される空気と熱交換させるヒータ用放熱器１０７、冷媒バイパス手段としての三方弁１１０，１１１、逆止弁１１２を有して構成される。
【００６９】
図２は、暖房時におけるサイクルの状態を示している。この時、三方弁１１０，１１１の切換えにより、圧縮機１０１→媒体間熱交換器１０３→減圧手段１０４→排気熱交換器１０６→圧縮機１０１からなる冷媒の循環回路が形成され、冷媒は媒体間熱交換器１０３で凝縮し、排気熱交換器１０６で蒸発する。冷却水は媒体間熱交換器１０３で冷媒熱により温められ、ヒータ用放熱器１０７において車内へ吹き出される空気中で放熱し、これにより暖房が可能となる。この構成により、冷媒は排気熱交換器１０６において車内から車外へ排気される空気から吸熱するので、車外の冷たい空気から吸熱するよりも効率がよくなり、暖房性能が向上する。
【００７０】
また、暖房時であって冷却水温度が所定値以上である場合には、サイクルの運転を停止することが好ましい。暖房の熱源として冷媒熱を利用する必要がないためである。
【００７１】
図３は、冷房時におけるサイクルの状態を示している。この時、圧縮機１０１→室外熱交換器１０２→減圧手段１０４→蒸発器１０５→圧縮機１０１からなる冷媒の循環回路が形成され、冷媒は熱交換器１０２で凝縮し、蒸発器１０５で蒸発する。
【００７２】
図４は、除湿暖房時におけるサイクルの状態を示している。この時、圧縮機１０１→媒体間熱交換器１０３→減圧手段１０４→蒸発器１０５からなる冷媒の循環回路が形成され、冷媒は媒体間熱交換器１０３で凝縮し、蒸発器１０５で蒸発する。これにより、暖房作用を奏するヒータ用放熱器１０７と、除湿作用を奏する蒸発器１０５とを同時に機能させることができる。また、冷却水温度が所定値以上である場合には、冷房時におけるサイクルにすることが好ましい。尚、上記図１〜４においては、冷却水を冷却するラジエータ、冷却水を流動させるポンプ等の記載が省略されている。
【００７３】
また、圧縮機１０１は、排気熱交換器１０６に結露又は着霜が発生しないように制御される。図５（ａ）に示すように、各種パラメータを検出又は入力し（ステップ１５０）、これらのパラメータに基づいて、排気熱交換器１０６の目標蒸発温度Ｔeを演算し（ステップ１５１）、この温度Ｔeに基づいて、圧縮機１０１の吐出量を変化させる制御信号Ｓを演算し（ステップ１５２）、この信号Ｓを圧縮機１０１に出力する（ステップ１５３）。そして、排気熱交換器１０６の表面温度が前記目標蒸発器温度Ｔe以下にならないように（短時間の場合を除く）、圧縮機１０１を制御することにより、排気熱交換器１０６の結露又は着霜を防止することができる。尚、前記ステップ１５０のパラメータとしては、外気温度、乗員数、外気導入量等が好適である。図５（ｂ）は、種々の状況を想定し、乗員数、外気導入量等を変化させて得られた実験値であり、それぞれの状況において排気熱交換器１０６に結露等を生じさせない下限温度（露点温度）を求めたデータマップである。このようなデータマップを前記目標蒸発温度Ｔeの演算時（ステップ１５１）に利用することが好ましい。また、湿度センサや露点センサにより、排気熱交換器１０６の入口空気（車内空気）の露点を検出し、これを排気熱交換器１０６の目標蒸発器温度Ｔeとしてもよい。
【実施例２】
【００７４】
図６〜図３３に示す本実施例に係る車両用空調装置１は、エンジン及び電動モータを走行用駆動源とする自動車（ハイブリッド車）において用いられるものであり、冷媒循環サイクル２、冷却水循環サイクル３、吸気ダクト４、排気ダクト５を有して構成されている。
【００７５】
冷媒循環サイクル２は、熱交換媒体としての冷媒を図中矢印の方向に圧送する圧縮機１０、以下冷媒循環方向上流側から順に、蓄熱タンク（請求項中「媒体間熱交換器」）１１、室外熱交換器１２、逆止弁１３、第１の減圧手段１４、排気熱交換器１５、第２の減圧手段１６、蒸発器１７、アキュムレータ１８が配管接続され、室外熱交換器１２をバイパスさせる第１の冷媒バイパス手段２０、第１の減圧手段１４をバイパスさせる第２の冷媒バイパス手段２１、第２の減圧手段１６及び蒸発器１７をバイパスさせる第３の冷媒バイパス手段２２を具備している。これら冷媒バイパス手段２０，２１，２２は、電磁式開閉弁及び配管からなり、これら開閉弁は所定のＥＣＵにより制御される。
【００７６】
冷却水循環サイクル３は、エンジン３０を冷却するための熱交換媒体である冷却水が循環するサイクルであり、エンジン３０、メカポンプ３１ａ、電動ポンプ３１ｂ、ラジエータ３２、ヒータ用放熱器３３、三方弁３４ａ,３４ｂ，３４ｃ，３４ｄ，３４ｅ，３４ｆ、逆止弁３５、開閉弁３６ａ，３６ｂが配管接続されて構成されている。三方弁３４ａ〜３４ｆ、逆止弁３５、電磁式開閉弁３６ａ，３６ｂ、配管、及びこれらを制御するＥＣＵにより、複数のパターンの回路を構成する冷却水バイパス手段が構成され、この冷媒バイパス手段は、冷却水の温度を検出するセンサ３７ａ，３７ｂ，３７ｄ、空調装置の運転モード等に基づいて制御される。また、３７ｃは極寒時に使用される補助電気暖房器としてのＰＣＴヒータである。
【００７７】
吸気ダクト４は、その通風方向上流端に車外と連通する開口部４０及び車内と連通する開口部４１、下流端に車内と連通する開口部４２が形成され、この上流端部には、開口部４０及び４１の開度を調節する吸気側内外気切換手段４３が配置されており、この吸気ダクト４内を車内へ吹き出される吹出空気が流通する。また、この吸気ダクト４の内部には、送風機４４、蒸発器１７、ヒータ用放熱器３３が通風方向上流側から順に配置され、更に蒸発器１７及びヒータ用放熱器３３への通風量を調節するエアミックスドア４５ａ，４５ｂが配置されている。
【００７８】
排気ダクト５は、その通風方向上流端に車内と連通する開口部５０及び車外と連通する開口部５１、下流端に車外と連通する開口部５２が形成され、この上流端部には、開口部５０及び５１の開度を調節する排気側内外気切換手段５３が配置されている。この排気ダクト５は、主に車内の空気を車外に排出するためのものであるが、本実施例においては、吸気側内外気切換手段４３により吸入ダクト４に内気のみが流入されている場合（内気循環時）には、排気ダクト５内に外気が流入するように制御される。また、排気ダクト５の内部には、送風機５４、排気熱交換器１５が通風方向上流側から順に配置され、この排気熱交換器１５への通風量を調節するためのエアミックスドア５５が配置されている。
【００７９】
図７に示すのは、上記構成の車両用空調装置１において、暖房要求があり、且つ冷却水の熱量が不足しており、且つ除湿要求がなく、且つ外気導入時における状態である。この時の例として、エンジン３０の作動が少ない時、つまり渋滞によるノロノロ運転、長い信号待ち、ストップアンドゴー等の状況が挙げられ、このような状況においては、冷却水温度が上昇しにくくなるため、暖房に必要な熱量が不足する。暖房要求、除湿要求、冷却水の熱量、また後に説明する冷房要求は、空調の設定温度、車内温度、外気温度、湿度、冷却水温度等に基づくＥＣＵによる演算結果、及びこれらに基づいて出力される制御信号、また利用者による操作を表すものである。本実施例においては、冷却水の温度が冷媒の凝縮温度より低くなった時に、冷却水の熱量が不足していると判定される。この時、冷媒循環サイクル２において、第１の冷媒バイパス手段２０により室外熱交換器１２がバイパスされると共に、第３の冷媒バイパス手段２２により第２の減圧手段１６及び蒸発器１７がバイパスされる。また、冷却水循環サイクル３において、冷却水バイパス手段（三方弁３４ａ〜３４ｆ、逆止弁３５、開閉弁３６ａ，３６ｂ等）により、エンジン３０、メカポンプ３１ａからなる回路３ａと、蓄熱タンク１１、ヒータ用放熱器３３、電動ポンプ３１ｂからなる回路３ｂとが構成される。
【００８０】
また、吸気ダクト４内において、吸気側内外気切換手段４１により車外と連通する開口部４０が開放し、エアミックスドア４５ａが閉状態（隣接する機器への通風量が最も少なくなる状態）、エアミックスドア４５ｂが開状態（隣接する機器への通風量が最も多くなる状態）となる。また、排気ダクト５内において、排気側内外気切換手段５１により車内と連通する開口部５０が開放し、送風機５４が停止し、エアミックスドア５５が開状態となる。尚、吸気ダクト４内の送風機４４は空調装置の作動時には常に駆動する。
【００８１】
上記構成により、冷媒循環サイクル２において、圧縮機１０から圧送された高温高圧の冷媒は、蓄熱タンク１１内で低温の冷却水と熱交換された後第１の減圧手段１４により減圧され、排気熱交換器１５において蒸発し、アキュムレータ１８において気液分離されて圧縮機１０に戻る。また、冷却水循環サイクル３において、回路３ａを循環する冷却水は、所定温度に達するまでラジエータ３２へ流入することなく循環され、回路３ｂを循環する冷却水は、蓄熱タンク１１において冷媒の熱を吸収した後、ヒータ用放熱器３３に流入し、吸気ダクト４内の吹出空気に放熱する。
【００８２】
このように本構成においては、排気熱交換器１５が蒸発器として機能し、冷媒が排気ダクト５内を流れる暖かい車内空気から吸熱するため、着霜する心配はなく、また外気から吸熱する場合よりもＣＯＰが向上する。また、蓄熱タンク１１において冷媒により冷却水が加熱されるので、冷却水の不足している熱量を補うことができる。
【００８３】
図８に示すのは、暖房要求があり、且つ冷却水の熱量が不足しており、且つ除湿要求がなく、且つ内気循環時（図７に係る状態と内気循環である点のみ相違する場合）である。この時、吸気側内外気切換手段４３により開口部４１が開放すると共に、排気側内外気切換手段５３により開口部５１が開放し、排気ダクト５内の送風機５４が作動する。その他の構成及び作用は、図７と同様である。このように、排気ダクト５内に外気を流通させる時には、送風機５４を作動させることにより、排気熱交換器１５に大量の空気を供給し熱交換が良好に行われるようにする。
【００８４】
図９に示すのは、暖房要求があり、且つ冷却水の熱量が充足しており、且つ除湿要求がなく、且つ外気導入時である。この時、冷媒循環サイクル２の圧縮機１０が停止し、冷却水循環サイクル３において、エンジン３０、メカポンプ３１ａ、ラジエータ３２からなる回路３１ｃと、エンジン３０、メカポンプ３１ａ、ヒータ用放熱器３３、電動ポンプ３１ｂからなる回路３１ｄとが構成される。
【００８５】
このように、冷却水に十分な熱量があり、且つ除湿が不要である場合には、吹出空気の温度調節を放熱器３３側のエアミックスドア４５ｂのみによって行えば足り、これにより圧縮機１０を駆動するための動力を省くことができる。
【００８６】
図１０に示すのは、暖房要求があり、且つ冷却水の熱量が充足しており、且つ除湿要求がなく、且つ内気循環時（図９に係る状態と内気循環である点のみ相違する場合）である。この時、吸気側内外気切換手段４３により開口部４１が開放すると共に、排気側内外気切換手段５３により開口部５１が開放する。その他の構成及び作用は、図９と同様である。
【００８７】
図１１に示すのは、暖房要求があり、且つ冷却水の熱量が不足しており、且つ除湿要求があり、且つ外気導入時（図７に係る状態と除湿要求がある点のみ相違する場合）である。この時、冷媒循環サイクル２において、第１の冷媒バイパス手段２０により室外熱交換器１２がバイパスされる。また、吸気ダクト４内において、エアミックスドア４５ａが半開状態となる。その他の構成及び作用は、図７と同様である。
【００８８】
上記構成によれば、蓄熱タンク１１において熱交換された冷媒は、第１の減圧手段１４により減圧され、排気熱交換器１５において蒸発し、更に第２の減圧手段１６により減圧され、蒸発器１７において蒸発する。このように、排気熱交換器１５及び蒸発器１７が共に蒸発器として作用するので、吹出空気を蒸発器１７により除湿することができる。
【００８９】
図１２に示すのは、暖房要求があり、且つ冷却水の熱量が不足しており、且つ除湿要求があり、且つ内気循環時（図１１に係る状態と内気循環である点のみ相違する場合）である。この時、吸気側内外気切換手段４３により開口部４１が開放すると共に、排気側内外気切換手段５３により開口部５１が開放し、排気ダクト５内の送風機５４が作動する。その他の構成及び作用は、図１１と同様である。
【００９０】
図１３に示すのは、暖房要求があり、且つ冷却水の熱量が充足しており、且つ除湿要求があり、且つ外気導入時である。この時、冷媒循環サイクル２において、圧縮機１０が駆動し、第２のバイパス手段２１により第１の減圧手段１４がバイパスされる。また、吸気ダクト４内において、エアミックスドア４５ａが開状態となる。また、排気ダクト５内において、エアミックスドア５５が閉状態となり、送風機５４が停止する。その他の構成及び作用は、図９の場合と同様である。
【００９１】
この構成により、冷媒循環サイクル２において、圧縮機１０から圧送された冷媒は、蓄熱タンク１１を通過し、室外熱交換器１２、排気熱交換器１５において凝縮し、第２の減圧手段１６により減圧され、蒸発器１７において蒸発する。これにより、蒸発器１７による除湿と冷却水の熱による加熱を行うことができるので、除湿暖房が可能となる。
【００９２】
図１４に示すのは、暖房要求があり、且つ冷却水の熱量が充足しており、且つ除湿要求があり、且つ内気循環時（図１３に係る状態と内気循環である点のみ相違する場合）である。この時、吸気ダクト４内において吸気側内外気切換手段４３により開口部４１が開放すると共に、排気ダクト５内において排気側内外気切換手段５３により開口部５１が開放する。その他の構成及び作用は、図１３の場合と同様である。
【００９３】
図１５に示すのは、冷房及び除湿要求があり、且つ外気導入時である。この時、吸入ダクト４内において、エアミックスドア４５ａが開状態、エアミックスドア４５ｂが半開状態となる。また、排気ダクト５内において、エアミックスドア５５が開状態となる。その他の構成及び作用は、図１３の場合と同様である。
【００９４】
図１６に示すのは、冷房及び除湿要求があり、且つ内気循環時における状態である（図１５に係る状態と内気循環である点のみ相違する場合）である。この時、吸入ダクト４内において吸気側内外気切換手段４３により開口部４１が開放する。また、排気ダクト内において排気側内外気切換手段により開口部５１が開放し、送風機５４が駆動する。その他の構成及び作用は、図１６と同様である。
【００９５】
図１７に示すのは、冷房要求があり、且つ外気導入時である。この時、冷媒循環サイクル２において、第２のバイパス手段２１により第１の減圧手段１４がバイパスされる。また、冷却水循環サイクル３において、エンジン３０、メカポンプ３１ａ、ラジエータ３２から構成される回路３ｃが構成される。また、吸気ダクト４内において、エアミックスドア４５ａが開状態となり、エアミックスドア４５ｂが閉状態となる。これにより、冷媒は室外熱交換器１２により熱交換された後、排気熱交換器１５に流入し、排気ダクト５内の空気、即ち車内の冷やされた空気により更に冷却されることによって、サブクールが与えられる。これにより、ＣＯＰを向上させることができる。
【００９６】
図１８に示すのは、冷房要求があり、且つ内気循環時（図１７に係る状態と内気循環である点のみ相違する場合）における状態である。この時、吸入ダクト４内において、吸気側内外気切換手段４３により開口部４１が開放する。また、排気ダクト５内において、排気側内外気切換手段５３により開口部５１が開放し、送風機５４が作動し、エアミックスドア５５が開状態となる。この構成によれば、通常のエアコンシステムの凝縮器とは違い、排気熱交換器１５への風量、風速を車速に関係なく制御できるので、サブクール性能が高くなりＣＯＰが向上する。その他の構成及び作用は、図１７と同様であり、また図１７と同様に、エンジンは作動、停止状態のどちらでもよい。
【００９７】
以上、図６〜図１８に示した構成は、エンジン３０の駆動時である。
【００９８】
図１９に示すのは、エンジンが停止しており（モータのみによる走行時、停車に伴うアイドルストップ時）、且つ暖房要求があり、且つ冷却水の熱量が不足しており、且つ除湿要求がなく、且つ外気導入時における状態である。この時、冷媒循環サイクル２において、第１のバイパス手段２０により室外熱交換器１２がバイパスされると共に、第３のバイパス手段２２により第２の減圧手段１６及び蒸発器１７がバイパスされる。また、冷却水循環サイクル３において、電動ポンプ３１ｂ、蓄熱タンク１１、ヒータ用放熱器３３からなる回路３ｅが構成される。また、吸気ダクト４内において、吸気側内外気切換手段４３により開口部４０が開放し、エアミックスドア４５ａが閉状態となり、エアミックスドア４５ｂが開状態となる。また、排気ダクト５内において、排気側内外気切換手段５３により開口部５０が開放し、送風機５４が停止し、エアミックスドア５５が開状態となる。
【００９９】
本構成によれば、冷媒循環サイクル２において、冷媒は蓄熱タンク１１により熱交換し、第１の減圧手段１４により減圧され、排気熱交換器１５により蒸発し、圧縮機１０に戻る。これにより、蓄熱タンク１１において冷媒の熱が冷却水へと伝導されるので、エンジン停止に伴う冷却水の熱量不足を補うことができる。また、排気熱交換器１５が蒸発器として機能するので、着霜が生じない。更に、冷却水の熱を暖房に使用しないので、エンジン３０内の冷却水温度が過度に下がることがなく、エンジン３０の再起動時における排気ガスの低減を図ることができる。
【０１００】
図２０に示すのは、エンジンが停止しており（アイドルストップ時等）、且つ暖房要求があり、且つ冷却水の熱量が不足しており、且つ除湿要求がなく、且つ内気循環時（図１９に係る状態と内気循環である点のみ相違する場合）における状態である。この時、吸気ダクト４内において、吸気側内外気切換手段４３により開口部４１が開放する。また、排気ダクト５内において、排気側内外切換手段５３により開口部５１が開放し、送風機５４が作動する。その他の構成は、上記図１９と同様である。
【０１０１】
図２１に示すのは、エンジンが停止しており、且つ暖房要求があり、且つ冷却水の熱量が充足しており、且つ除湿要求がなく、且つ外気導入時における状態である。この時、冷媒循環サイクル２において、圧縮機１０の駆動が停止する。また、冷却水循環サイクル３において、電動ポンプ３１ｂ、ラジエータ３２、ヒータ用放熱器３３からなる回路３ｆが構成される。その他の構成は、上記図１９と同様である。
【０１０２】
本構成のように、冷却水に十分な熱量がある場合には、圧縮機１０を停止させることにより、無駄な電力消費を省くことができる。
【０１０３】
図２２に示すのは、エンジンが停止しており、且つ暖房要求があり、且つ冷却水の熱量が充足しており、且つ除湿要求がなく、且つ内気循環時（図２１に係る状態と内気循環である点のみ相違する場合）における状態である。この時、吸気ダクト４内において、内気側内外気切換手段４３により開口部４１が開放する。また、排気ダクト５内において、排気側内外気切換手段５３により開口部５０が閉鎖し、送風機５４が停止する。
【０１０４】
排気ダクト５内へ車内空気が排出されないように車内と連通する開口部５０を閉鎖する結果、車外と連津する開口部５１が開放し、この排気ダクト５内に外気が流通することとなるが、ここでは冷媒循環サイクル２が停止しており排気熱交換器１５での熱交換を行う必要がないため、送風機５４を作動させない。
【０１０５】
図２３に示すのは、エンジンが停止しており、且つ暖房要求があり、且つ冷却水の熱量が不足しており、且つ除湿要求があり、且つ外気導入時における状態である。この時、冷却水循環サイクル３において、電動ポンプ３ｂ、蓄熱タンク１１、ヒータ用放熱器３３からなる回路３ｅを構成する。その他の構成は、上記図１１と同様である。
【０１０６】
本構成においては、エンジン３０の停止に伴いメカポンプ３１ａが停止し、また上述した図１１の場合と同様に、排気熱交換器１５及び蒸発器１７の両方が蒸発器として機能する。
【０１０７】
図２４に示すのは、エンジンが停止しており、且つ暖房要求があり、且つ冷却水の熱量が不足しており、且つ除湿要求があり、且つ内気循環時（図２３に係る状態と内気循環である点のみ相違する場合）における状態である。この時、吸気ダクト４内において、内気側内外気切換手段４３により開口部４１が開放する。また、排気ダクト５内において、外気側内外気切換手段５３により開口部５３が開放し、送風機５４が作動する。その他の構成及び作用は、上記図２３と同様である。
【０１０８】
図２５に示すのは、エンジンが停止しており、且つ暖房要求があり、且つ冷却水の熱量が充足しており、且つ除湿要求があり、且つ外気導入時における状態である。この時、冷却水循環サイクル３において、電動ポンプ３１ｂ、ラジエータ３２、放熱器３３からなる回路３ｆが構成される。その他の構成は、上記図１４と同様である。
【０１０９】
図２６に示すのは、エンジンが停止しており、且つ暖房要求があり、且つ冷却水の熱量が充足しており、且つ除湿要求があり、且つ内気循環時（図２５に係る状態と内気循環である点のみ相違する場合）における状態である。この時、吸気ダクト４内において、吸気側内外気切換手段４３により開口部４１が開放する。また、排気ダクト５内において、排気側内外気切換手段５３により開口部５１が開放し、送風機５４が作動する。その他の構成は、上記図２５と同様である。
【０１１０】
図２７に示すのは、エンジンが停止しており（アイドルストップ時等）、且つ冷房要求があり、且つ除湿要求があり、且つ外気導入における状態である。この時、冷却水循環サイクル３において、電動ポンプ３１ｂ、ラジエータ３２、ヒータ用放熱器３３からなる回路３ｆが構成される。その他の構成は、上記図１５と同様である。
【０１１１】
図２８に示すのは、エンジンが停止しており（アイドルストップ時等）、且つ冷房要求があり、且つ除湿要求があり、且つ内気循環（図２７に係る状態と内気循環である点のみ相違する場合）における状態である。この時、吸気ダクト４内において、吸気側内外気切換手段４３により開口部４１が開放する。また、排気ダクト５内において、排気側内外気切換手段５３により開口部５１が開放し、送風機５４が作動する。その他の構成は、上記図２７と同様である。
【０１１２】
図２９に示すのは、エンジンが停止しており、且つ冷房要求があり、且つ外気循環時における状態である。この時、冷却水循環サイクル３において、エンジン３０の停止に伴いメカポンプ３１ａが停止すると共に、電動ポンプ３１ｂも停止させる。その他の構成は、上記図１７と同様である。
【０１１３】
図３０に示すのは、エンジンが停止しており（アイドルストップ時等）、且つ冷房要求があり、且つ内気循環時（図２９に係る状態とエンジンが停止している点のみ相違する場合）における状態である。この時、吸気ダクト４内において、吸気側内外気切換手段４３により開口部４１が開放する。また、排気ダクト５内において、排気側内外気切換手段５３により開口部５１が開放し、送風機５４が作動する。その他の構成は、上記図２９と同様である。
【０１１４】
図３１に示すのは、エンジンが停止しており、且つ暖房要求があり、且つ外気導入、且つ設定された冷却水の設定温度以下の場合である。即ち、エンジン３０の停止状態が長時間継続した後の再起動時等において、冷却水温度が過度に低下していることにより、エンジン３０からの排気ガスの増加が予想される場合等を想定している。冷却水の最低温度は、排気ガスの増加量が許容範囲を超えないように設定される値である。
【０１１５】
この時、冷媒循環サイクル２において、第１のバイパス手段２０により室外熱交換器１２がバイパスされ、第３のバイパス手段２２により第２の減圧手段１６及び蒸発器１７がバイパスされる。また、冷却水循環サイクル３において、メカポンプ３１ａ、エンジン３０、蓄熱タンク１１、ヒータ用放熱器３３、及び、蓄熱タンク１１下流側と第２のポンプ３１ｂ上流側とをつなぎ逆止弁３５及び開閉弁３６ｂが配置されヒータ用放熱器３３をバイパスさせる流路３９とからなる回路３ｇが構成される。また、吸気ダクト４内において、吸気側内外気切換手段４３により開口部４０を開放し、エアミックスドア４５ａが閉状態となり、エアミックスドア４５ｂが開状態となる。また、排気ダクト５内において、排気側内外気切換手段５３により開口部５０が開放し、送風機５４が停止し、エアミックスドア５５が開状態となる。
【０１１６】
本構成によれば、冷却水循環サイクル３において、エンジン３０から流出した冷却水は、蓄熱タンク１１において高温高圧の冷媒から熱を吸収し、ヒータ用放熱器３３へ流入して吸気ダクト４内の吹出空気に放熱すると共に流路３９を通り電動ポンプ３１ｂに送られ、再びエンジン３０へ流入する。これにより、エンジン３０内の冷却水温が高くなるので、エンジン３０が再起動する際の排気ガスの増加を防止できる。また、流路３９を開放することにより、全ての冷却水がヒータ用放熱器３３へ流入することがないため、冷却水温度が上昇しやすくなる。本構成は、冷却水温度が低下しやすいハイブリッド車やアイドルストップ車において、効果的に機能する。尚、吸気ダクト４及び排気ダクト５内の作用は、上述の通りである。
【０１１７】
図３２に示すのは、エンジンが停止しており、且つ暖房要求があり、且つ内気循環、且つ設定された冷却水の設定温度以下（図３１に係る状態と内気循環である点のみ相違する場合）における状態である。この時、吸気ダクト４内において、吸気側内外気切換手段４３により開口部４１が開放する。また、排気ダクト５内において、排気側内外気切換手段５３により開口部５１が開放し、送風機５４が作動する。その他の構成は、上記図３１の場合と同様である。
【実施例３】
【０１１８】
図３３に示す本実施例に係る車両用空調装置３８は、上記実施例２において、冷媒としてＣＯ2を用いた場合であり、排気熱交換器１５の出口側と圧縮機１０の入口側の冷媒を熱交換させる内部熱交換器３９を具備するものである。これにより、冷媒としてＣＯ2を用いた場合に、ＣＯＰを向上させることができる。また、上記した実施例２と同様の制御を適用することができる。
【実施例４】
【０１１９】
図３４に示す本実施例に係る車両用空調装置２００は、冷媒を圧縮する圧縮機２０１、圧縮後の冷媒を外気と熱交換させる室外熱交換器２０２、圧縮後の冷媒を車内へ吹き出される空気と熱交換させるヒータ用熱交換器２０３、凝縮後の冷媒を減圧する減圧手段２０４、減圧後の冷媒を車内へ吹き出される空気と熱交換させる蒸発器２０５、減圧後の冷媒を車内から排出される空気と熱交換させる排気熱交換器２０６、冷媒バイパス手段としての三方弁２１０，２１１、逆止弁２１２を有して構成される。
【０１２０】
図３５は、暖房時の状態を示している。この時、三方弁２１０，２１１の切換えにより、圧縮機２０１→ヒータ用熱交換器２０３→減圧手段２０４→排気熱交換器２０６→圧縮機２０１からなる冷媒の循環回路が形成され、冷媒はヒータ用熱交換器２０３で放熱し、排気熱交換器２０６で吸熱する。この構成により、冷媒は排気熱交換器２０６において車内から車外へ排出される空気から吸熱するので、車外の冷たい空気から吸熱するよりも効率がよくなり、暖房性能が向上する。
【０１２１】
図３６は、冷房時の状態を示している。この時、圧縮機２０１→室外熱交換器２０２→減圧手段２０４→蒸発器２０５→圧縮機２０１からなる冷媒の循環回路が形成され、冷媒は室外熱交換器２０２で凝縮し、蒸発器２０５で蒸発する。
【０１２２】
図３７は、除湿暖房時の状態を示している。この時、圧縮機２０１→ヒータ用熱交換器２０３→減圧手段２０４→蒸発器２０５からなる冷媒の循環回路が形成され、冷媒はヒータ用熱交換器２０３で凝縮し、蒸発器２０５で蒸発する。これにより、暖房作用を奏するヒータ用熱交換器２０３と、除湿作用を奏する蒸発器２０５とを同時に機能させることができる。
【０１２３】
また、図３８（ａ）に示すように、前記三方弁２１１の替りに２つの開閉弁２１３，２１４、更に図３８（ｂ）に示すように、前記三方弁２１０の替りに２つの開閉弁２１５，２１６を用いることによっても、冷媒バイパス手段を構成することができる。また、図３８（ｃ）に示すように、蒸発器２０５及び排気熱交換器２０６にそれぞれ専用の減圧手段２０４ａ，２０４ｂを設けても良い（このことは上記実施例１においても適用可能である）。また、図中、高圧側又は／且つ低圧側に設けられる気液分離用又は／且つ余剰冷媒を溜めるための容器、既存の温水ヒータ等が省略されている。
【実施例５】
【０１２４】
図３９〜図４７に示す本実施例に係る車両用空調装置７０は、電動モータを走行用駆動源とする自動車（電気自動車、燃料電池車等）において用いられるものであり、冷媒循環サイクル７１、吸気ダクト４、排気ダクト５を有して構成される。
【０１２５】
冷媒循環サイクル７１は、冷媒としてＣＯ2が用いられ、圧縮機５５、ヒータ用熱交換器５６、第３の減圧手段５７、室外熱交換器５８、排気熱交換器５９、第４の減圧手段６０、蒸発器６１、アキュムレータ６２、内部熱交換器６３が配管接続されると共に、第３の減圧手段５７をバイパスさせる第４のバイパス手段６５、室外熱交換器５８をバイパスさせる第５のバイパス手段６６、第４の減圧手段６０及び蒸発器６１をバイパスさせる第６のバイパス手段６７を具備して構成されている。
【０１２６】
ヒータ用熱交換器５６は、圧縮機５５から圧送された高温高圧の冷媒が流入され、この冷媒と吸気ダクト４内を流通する吹出空気とを熱交換させるものである。内部熱交換器６３は、排気熱交換器５９の出口側と圧縮機１０の入口側の冷媒を熱交換させるものである。第３〜６のバイパス手段６５，６６，６７は、上記実施例２と同様に電磁式開閉弁及び配管により構成されるものである。
【０１２７】
吸気ダクト４は、上記実施例１と同様の構成を有し、その内部に吸気側内外気切換手段４３、送風機４４、蒸発器６１、ヒータ用熱交換器５６、エアミックスドア４５ａ，４５ｂが配置され、その上流端に車外と連通する開口部４０及び車内と連通する開口部４１、下流端に車内と連通する開口部４２が形成されている。排気ダクト５は、その内部に排気側内外気切換手段５３、送風機５４、排気熱交換器５９が配置され、その上流端に車内と連通する開口部５０及び車外と連通する開口部５１、下流端に車外と連通する開口部５２が形成されている。
【０１２８】
図４０に示すのは、上記構成の車両用空調装置７０において、暖房要求があり、且つ除湿要求がなく、且つ外気導入時における状態である。この時、冷媒循環サイクル７１において、第２のバイパス手段６６により室外熱交換器５８がバイパスされ、第３のバイパス手段６７により第４の減圧手段６０及び蒸発器６１がバイパスされる。また、吸気ダクト４内において、吸気側内外気切換手段４１は車外と連通する開口部４０を開放すると共に車内と連通する開口部４１を小さい開度で開放し、エアミックスドア４５ａが閉状態となり、エアミックスドア４５ｂが開状態となる。また、排気ダクト５内において、排気側内外気切換手段５１は車内と連通する開口部５０を開放し、送風機５４が停止する。
【０１２９】
これにより、排気熱交換器５９が蒸発器として機能するので、着霜又は結露することはなく、外気から吸熱する場合よりもＣＯＰを向上させることができる。
【０１３０】
図４１に示すのは、暖房要求があり、且つ除湿要求がなく、且つ内気循環時（図４０に係る状態と内気循環である点のみ相違する場合）における状態である。この時、吸気ダクト４内において、吸気側内外気切換手段４３により開口部４１が開放する。また、排気ダクト５内において、排気側内外気切換手段５３により開口部５１が開放し、送風機５４が作動する。その他の構成は、上記図４０と同様である。これにより、排気熱交換器５９への通風量が増加し、熱交換が促進される。
【０１３１】
図４２に示すのは、暖房要求があり、且つ除湿要求があり、且つ外気導入時（図４０に係る状態とは除湿要求がある点のみ相違する場合）における状態である。この時、第２のバイパス手段６６により室外熱交換器５８がバイパスされる。また、吸気ダクト４内において、エアミックスドア４５ａが半開状態となる。その他の構成は、上記図４０と同様である。
【０１３２】
これにより、排気熱交換器５９及び蒸発器６１の両方が蒸発器として機能し、また吹出空気が蒸発器６１を通過することにより、除湿がなされる。
【０１３３】
図４３に示すのは、暖房要求があり、且つ除湿要求があり、且つ内気循環時（図４２に係る状態とは内気循環である点のみ相違する場合）における状態である。この時、吸気ダクト４内において、吸気側内外気切換手段４３により開口部４１が開放する。また、排気ダクト５内において、排気側内外気切換手段５３により開口部５１が開放し、送風機５４が作動する。その他の構成は、上記図４２と同様である。
【０１３４】
図４４に示すのは、冷房要求があり、且つ除湿要求があり、且つ外気導入時（図４２に係る状態とは冷房要求がある点のみ相違する場合）における状態である。この時、冷媒循環サイクル７１において、第１のバイパス手段６５により第４の減圧手段５７がバイパスされる。また、吸気ダクト４内において、吸気側内外気切換手段４１は車外と連通する開口部４０を開放すると共に車内と連通する開口部４１を小さい開度で開放し、エアミックスドア４５ａが開状態となり、エアミックスドア４５ｂが半開状態となる。また、排気ダクト５内において、排気側内外気切換手段５１は車内と連通する開口部５０を開放し、送風機５４が停止する。
【０１３５】
これにより、排気熱交換器５９には凝縮後減圧前の冷媒が流入し、排気熱交換器５９は冷媒にサブクールを与える働きをするので、ＣＯＰを向上させることができる。また、この時排気ダクト５内には既に冷やされた車内空気が流通しているので、得られるサブクールは大きくなる。
【０１３６】
図４５に示すのは、冷房要求があり、且つ除湿要求があり、且つ内気循環（図４４に係る状態とは内気循環である点のみ相違する場合）における状態である。この時、吸気ダクト４内において、吸気側内外気切換手段４３により開口部４１が開放する。また、排気ダクト５内において、排気側内外気切換手段５３により開口部５１が開放し、送風機５４が作動する。その他の構成は、上記図４４と同様である。
【０１３７】
図４６に示すのは、冷房要求があり、且つ外気導入（図４６に係る状態とは除湿要求がない点のみ相違する場合）における状態である。この時、吸気ダクト４内において、エアミックスドア４５ｂが閉状態となる。その他の構成は、上記図４６と同様である。
【０１３８】
図４７に示すのは、冷房要求があり、且つ内気循環（図４６に係る状態とは内気循環である点のみ相違する場合）における状態である。この時、吸気ダクト４内において、吸気側内外気切換手段４３により開口部４１が開放する。また、排気ダクト５内において、排気側内外気切換手段５３により開口部５１が開放し、送風機５４が作動する。その他の構成は、上記図４６と同様である。
【産業上の利用可能性】
【０１３９】
以上のように、本発明によれば、従来排気されていた車内空気の持つ熱エネルギー（ポテンシャル）を冷媒による吸熱又は冷媒からの放熱作用のために有効に利用することによって着霜を防止し、ＣＯＰを向上させ、また暖房時における熱源の確保を確実に行うことができるので、特に熱源の不足しがちなハイブリッド車、アイドルストップ車、電気自動車、燃料電池車等において信頼性の高い空調装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１４０】
【図１】実施例１に係る車両用空調装置の構成を示す図である。
【図２】実施例１における暖房時のサイクル構成を示す図である。
【図３】実施例１における冷房時のサイクル構成を示す図である。
【図４】実施例１における除湿暖房時のサイクル構成を示す図である。
【図５】実施例１において、（ａ）は排気熱交換器の結露又は着霜を防止するための制御を示すフローチャートであり、（ｂ）は各種状況において排気熱交換器に結露等を生じさせない下限温度（露点温度）を求めたデータマップである。
【図６】実施例２に係る車両用空調装置の基本構成を示す図である。
【図７】実施例２の構成において、暖房要求があり、且つ冷却水の熱量が不足し、且つ除湿要求がなく、且つ外気導入時のサイクル構成を示す図である。
【図８】実施例２の構成において、暖房要求があり、且つ冷却水の熱量が不足し、且つ除湿要求がなく、且つ内気循環時のサイクル構成を示す図である。
【図９】実施例２の構成において、暖房要求があり、且つ冷却水の熱量が充足し、且つ除湿要求がなく、且つ外気導入時のサイクル構成を示す図である。
【図１０】実施例２の構成において、暖房要求があり、且つ冷却水の熱量が充足し、且つ除湿要求がなく、且つ内気循環時のサイクル構成を示す図である。
【図１１】実施例２の構成において、暖房要求があり、且つ冷却水の熱量が不足し、且つ除湿要求があり、且つ外気導入時のサイクル構成を示す図である。
【図１２】実施例２の構成において、暖房要求があり、且つ冷却水の熱量が不足し、且つ除湿要求があり、且つ内気循環時のサイクル構成を示す図である。
【図１３】実施例２の構成において、暖房要求があり、且つ冷却水の熱量が充足し、且つ除湿要求があり、且つ外気導入時のサイクル構成を示す図である。
【図１４】実施例２の構成において、暖房要求があり、且つ冷却水の熱量が充足し、且つ除湿要求があり、且つ内気循環時のサイクル構成を示す図である。
【図１５】実施例２の構成において、冷房要求があり、且つ除湿要求があり、且つ外気導入時のサイクル構成を示す図である。
【図１６】実施例２の構成において、冷房要求があり、且つ除湿要求があり、且つ内気循環時のサイクル構成を示す図である。
【図１７】実施例２の構成において、冷房要求があり、且つ外気導入時のサイクル構成を示す図である。
【図１８】実施例２の構成において、冷房要求があり、且つ内気循環時のサイクル構成を示す図である。
【図１９】実施例２の構成において、エンジン停止、且つ暖房要求があり、且つ冷却水の熱量が不足し、且つ除湿要求がなく、且つ外気導入時のサイクル構成を示す図である。
【図２０】実施例２の構成において、エンジン停止、且つ暖房要求があり、且つ冷却水の熱量が不足し、且つ除湿要求がなく、且つ内気循環時のサイクル構成を示す図である。
【図２１】実施例２の構成において、エンジン停止、且つ暖房要求があり、且つ冷却水の熱量が充足し、且つ除湿要求がなく、且つ外気導入時のサイクル構成を示す図である。
【図２２】実施例２の構成において、エンジン停止、且つ暖房要求があり、且つ冷却水の熱量が不足し、且つ除湿要求がなく、且つ内気循環時のサイクル構成を示す図である。
【図２３】実施例２の構成において、エンジン停止、且つ暖房要求があり、且つ冷却水の熱量が不足し、且つ除湿要求があり、且つ外気導入時のサイクル構成を示す図である。
【図２４】実施例２の構成において、エンジン停止、且つ暖房要求があり、且つ冷却水の熱量が不足し、且つ除湿要求があり、且つ内気循環時のサイクル構成を示す図である。
【図２５】実施例２の構成において、エンジン停止、且つ暖房要求があり、且つ冷却水の熱量が充足し、且つ除湿要求があり、且つ外気導入時のサイクル構成を示す図である。
【図２６】実施例２の構成において、エンジン停止、且つ暖房要求があり、且つ冷却水の熱量が充足し、且つ除湿要求があり、且つ内気循環時のサイクル構成を示す図である。
【図２７】実施例２の構成において、エンジン停止、且つ冷房要求があり、且つ冷却水の熱量が充足し、且つ除湿要求があり、且つ外気導入時のサイクル構成を示す図である。
【図２８】実施例２の構成において、エンジン停止、且つ冷房要求があり、且つ冷却水の熱量が充足し、且つ除湿要求があり、且つ内気循環時のサイクル構成を示す図である。
【図２９】実施例２の構成において、エンジン停止、且つ冷房要求があり、且つ外気導入時のサイクル構成を示す図である。
【図３０】実施例２の構成において、エンジン停止、且つ冷房要求があり、且つ内気循環時のサイクル構成を示す図である。
【図３１】実施例２の構成において、エンジン駆動、且つ暖房要求があり、且つ外気導入、且つ設定された冷却水の最低温度以下の時のサイクル構成を示す図である。
【図３２】実施例２の構成において、エンジン駆動、且つ暖房要求があり、且つ外気導入、且つ設定された冷却水の最低温度以下時の時のサイクル構成を示す図である。
【図３３】実施例３に係る車両用空調装置の基本構成を示す図である。
【図３４】実施例４に係る車両用空調装置の構成を示す図である。
【図３５】実施例４における暖房時のサイクル構成を示す図である。
【図３６】実施例４における冷房時のサイクル構成を示す図である。
【図３７】実施例４における除湿暖房時のサイクル構成を示す図である。
【図３８】（ａ）及び（ｂ）は、実施例４において冷媒バイパス手段のバリエーションを示す図であり、（ｃ）は、実施例４において減圧手段のバリエーションを示す図である。
【図３９】実施例５に係る車両用空調装置の基本構成を示す図である。
【図４０】実施例５の構成において、暖房要求があり、且つ除湿要求がなく、且つ外気導入時のサイクル構成を示す図である。
【図４１】実施例５の構成において、暖房要求があり、且つ除湿要求がなく、且つ内気循環時のサイクル構成を示す図である。
【図４２】実施例５の構成において、暖房要求があり、且つ除湿要求があり、且つ外気導入時のサイクル構成を示す図である。
【図４３】実施例５の構成において、暖房要求があり、且つ除湿要求があり、且つ内気循環時のサイクル構成を示す図である。
【図４４】実施例５の構成において、冷房要求があり、且つ除湿要求があり、且つ外気導入時のサイクル構成を示す図である。
【図４５】実施例５の構成において、冷房要求があり、且つ除湿要求があり、且つ内気循環時のサイクル構成を示す図である。
【図４６】実施例５の構成において、冷房要求があり、且つ外気導入時のサイクル構成を示す図である。
【図４７】実施例５の構成において、冷房要求があり、且つ内気導入時のサイクル構成を示す図である。
【符号の説明】
【０１４１】
１，３８，７０，１００，２００  車両用空調装置
２，７１  冷媒循環サイクル
３  冷却水循環サイクル
４  吸気ダクト
５  排気ダクト
１０，５５，１０１，２０１  圧縮機
１１，１０３  媒体間熱交換器（蓄熱タンク）
１２，１０２，２０２  室外熱交換器
１４  第１の減圧手段
１５，５９，１０６，２０６  排気熱交換器
１６  第２の減圧手段
１７，６１，１０２，２０２  蒸発器
２０  第１の冷媒バイパス手段
２１  第２の冷媒バイパス手段
２２  第３の冷媒バイパス手段
３０  エンジン
３１ａ  メカポンプ
３１ｂ  電動ポンプ
３２  ラジエータ
３３，１０７  ヒータ用放熱器
５６，２０３  ヒータ用熱交換器
３４ａ〜３４ｆ  三方弁（冷却水バイパス手段）
３５  逆止弁（冷却水バイパス手段）
３６ａ，３６ｂ  開閉弁（冷却水バイパス手段）
３９，６３  内部熱交換器
４３  吸気側内外気切換手段
５３  排気側内外気切換手段
４４，５４  送風機
５７  第３の減圧手段
６０  第４の減圧手段
６５  第４の冷媒バイパス手段
６６  第５の冷媒バイパス手段
６７  第６の冷媒バイパス手段
１０４，２０４  減圧手段
１１０，１１１，２１０，２１１，２１３〜２１６  冷媒バイパス手段
【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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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