(57)【要約】【課題】  ヒータコアの能力を損なわずに暖房能力を向上でき、かつ窓の曇りと騒音増加とを防止できる車両用空調装置を提供することを目的とする。【解決手段】  エンジン７によって駆動される圧縮機９と、圧縮機９の吐出側に接続される室外熱交換器１１と、圧縮機９の吸入側に接続される室内熱交換器１７と、を有する冷房回路３と、エンジン７の冷却水を加熱源とするヒータコア２１と、を備える車両用空調装置１において、冷房回路３の圧縮機９の吐出側と吸入側とを連結するバイパス回路２７を設け、バイパス回路２７には、エンジン７とヒータコア２１とを連結する冷却水回路１９との間で熱交換するクーラント熱交換器３１と、冷媒を減圧する絞り３３と、が設けられていることを特徴とする。【選択図】      図１
2006021730.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンによって駆動される冷媒圧縮機と、
該冷媒圧縮機の吐出側に接続される室外熱交換器と、
前記冷媒圧縮機の吸入側に接続される室内熱交換器と、を有する冷房回路と、
前記エンジンの冷却水を加熱源とするヒータコアと、を備える車両用空調装置において、
前記冷房回路の前記冷媒圧縮機の吐出側と吸入側とを連結するバイパス回路を設け、
該バイパス回路には、前記エンジンと前記ヒータコアとを連結する冷却水回路との間で熱交換する熱交換器と、冷媒を減圧する絞りと、が設けられていることを特徴とする車両用空調装置。
【請求項２】
前記バイパス回路には、前記絞りおよび前記熱交換器よりも前記冷媒圧縮機の吸入側にアキュムレータが設けられていることを特徴とする請求項１に記載の車両用空調装置。
【請求項３】
前記熱交換器は、前記冷却水回路における前記ヒータコアへの流入側に配置されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の車両用空調装置。
【請求項４】
前記絞りは、前記熱交換器と前記アキュムレータとの間に設けられていることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の車両用空調装置。
【請求項５】
前記バイパス回路には、前記アキュムレータより前記冷媒圧縮機の吸入側に、該吸入側からの冷媒流入を阻止する逆止弁が設けられていることを特徴とする請求項２から請求項４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】
本発明は、例えばエンジン起動時および外気温度が極低温の場合等におけるエンジン冷却水による暖房では暖房能力が不十分である場合に、圧縮機からのホットガスを補助加熱源とする車両用空調装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
このような車両用空調装置には、例えば特許文献１に示されるものがある。
この車両用空調装置の暖房に関連する部分を図３に示している。車両用空調装置１０１には、車両を駆動するエンジン１０３と、冷却水配管１０５を回流するエンジン冷却水により加熱されるヒータコア１０７と、エンジン１０３により駆動される圧縮機１０９と、図示しない冷房回路により圧縮機１０９の吸入側に接続された室内熱交換器１１１とが備えられている。
【０００３】
冷房回路には、そのバイパスとして圧縮機１０９と室内熱交換器１１１を接続するバイパス回路１１３が設けられている。室内熱交換器１１１とヒータコア１０７とは、通風ダクト１１５内でヒータコアが室内側になるように直列に配列されている。暖房時には、ヒータコア１０７にエンジン冷却水が供給され、冷房時には、室内熱交換器１１１に冷媒が供給され、通風ダクト１１５内を図示しないファンにより矢印１１９の方向に流れる空気を暖めあるいは冷やして室内に供給している。
【０００４】
そして、例えばエンジン始動時等におけるエンジン冷却水が十分に温まっていない場合の暖房時には、圧縮機１０９を運転して、そのホットガスをバイパス回路に流し、減圧装置１１７を経由して室内熱交換器１１１に流し、室内熱交換器１１１にて放熱させるようになっている。このようにして、室内熱交換器１１１による放熱量がヒータコア１０７による放熱量に加えられるので、暖房能力が向上されるものである。
【０００５】
【特許文献１】特許第３２３７１８７号公報（段落［０００８］〜［００２３］，及び図１）
【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、特許文献１に示されるものは、室内熱交換器１１１がヒータコア１０７の空気流れ方向（矢印１１９）上流側にあるので、室内熱交換器で暖められた空気がヒータコア１０７に流入することになる。このため、ヒータコア１０７の入口空気温度が上昇するので、ヒータコア１０７での熱交換量が減少して、暖房能力の向上が不十分となるという問題があった。
また、室内熱交換器１１１が空気に対して冷却装置としてあるいは加熱装置として機能するので、冷却装置として機能した場合に室内熱交換器１１１の表面に凝縮した凝縮水が、暖房運転になり室内熱交換器１１１に流入するホットガスにより急激に加熱されることにより蒸発し、車室内の窓を曇らせるという問題があった。
さらに、室内熱交換器１１１を大容量のホットガスが流動するので、騒音が大きいという問題があった。
【０００７】
本発明は、上記問題点に鑑み、ヒータコアの能力を損なわずに暖房能力を向上でき、かつ窓の曇りと騒音増加とを防止できる車両用空調装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
すなわち、本発明にかかる車両用空調装置は、エンジンによって駆動される冷媒圧縮機と、該冷媒圧縮機の吐出側に接続される室外熱交換器と、前記冷媒圧縮機の吸入側に接続される室内熱交換器と、を有する冷房回路と、前記エンジンの冷却水を加熱源とするヒータコアと、を備える車両用空調装置において、前記冷房回路の前記冷媒圧縮機の吐出側と吸入側とを連結するバイパス回路を設け、該バイパス回路には、前記エンジンと前記ヒータコアとを連結する冷却水回路との間で熱交換する熱交換器と、冷媒を減圧する絞りと、が設けられていることを特徴とする。
【０００９】
本発明によれば、エンジン冷却水のみを用いたヒータコアによる暖房では暖房能力が不足している場合に、エンジンで圧縮機を駆動して、そのホットガスをバイパス回路に流入させる。この流入されたホットガスは、熱交換器で冷却水回路を流れる冷却水に熱量を供給して冷却水温度を上昇させる。この冷却水温度が上昇した冷却水がヒータコアに流入されるので、ヒータコアでの熱供給量が増加し、暖房能力を向上できる。
また、このホットガスはバイパス回路を通過し、室内熱交換器を通過しないので、室内熱交換器は暖房運転を行わないことになる。このため、ホットガスを利用して補助暖房を行う場合でも、室内熱交換器は通常空気流路の下流側にあるヒータコアへ流入される空気を加温することがないので、ヒータコアでの熱交換量を低減させず、その能力を十分に引き出すことができる。
【００１０】
さらに、このように、室内熱交換器は暖房運転を行わないので、ホットガスにより急激に加熱されることはない。したがって、冷房運転時に室内熱交換器の外部に凝縮した水がホットガスで急激に加熱されることにより蒸発して室内に送られ、窓を曇らせることを防止できる。また、室内熱交換器には大量で高速なホットガスが通過しないので、騒音の発生を抑制することができる。
なお、圧縮機へはガス冷媒を流入させる必要があるため、バイパス回路あるいはバイパス回路の下流側の冷房回路にはアキュムレータを設置するのが好適である。
【００１１】
また、本発明にかかる車両用空調装置では、前記バイパス回路には、前記絞りおよび前記熱交換器よりも前記冷媒圧縮機の吸入側にアキュムレータが設けられていることを特徴とする。
【００１２】
このように、バイパス回路には、絞りおよび熱交換器よりも冷媒圧縮機の吸入側にアキュムレータが設けられているので、冷房回路中にはアキュムレータを設置する必要がない。このため、冷房運転中には、冷房回路にこのアキュムレータが存在しない分だけ吸入圧損が減少するので、その分だけ冷房性能を向上させることができる。
【００１３】
また、本発明にかかる車両用空調装置では、前記熱交換器は、前記冷却水回路における前記ヒータコアへの流入側に配置されていることを特徴とする。
【００１４】
このように、熱交換器は、冷却水回路におけるヒータコアへの流入側に配置されているので、エンジンからの冷却水は熱交換器でホットガスにより暖められた直後にヒータコアへ流入されることになる。したがって、ホットガスの熱量を有効にヒータコアで利用できるので、ヒータコアでの暖房能力を向上させることができる。
【００１５】
また、本発明にかかる車両用空調装置では、前記絞りは、前記熱交換器と前記アキュムレータとの間に設けられていることを特徴とする。
【００１６】
このように、絞りは、熱交換器とアキュムレータとの間に設けられているので、圧縮機からのホットガスは、まず熱交換器で冷却水に熱量を付与し、その後絞りにより減圧されることになる。このため、ホットガスの温度が高い状態で冷却水へ熱量が供給されるので、冷却水の温度がエンジン排熱によって上昇し、ホットガスの温度よりも高温となってしまい、ホットガスから冷却水への熱の流れが行われなくなるまでの時間余裕ができ、補助加熱源として機能を長時間に亘り維持することができる。
また、熱交換器には絞りで減圧された高速流体が流れないので、騒音が発生することを防止できる。
【００１７】
また、本発明にかかる車両用空調装置では、前記バイパス回路には、前記アキュムレータより前記冷媒圧縮機の吸入側に、該吸入側からの冷媒流入を阻止する逆止弁が設けられていることを特徴とする。
【００１８】
このように、バイパス回路には、アキュムレータより冷媒圧縮機の吸入側に、吸入側からの冷媒流入を阻止する逆止弁が設けられているので、冷房運転時において冷媒はバイパス回路に流入することがない。このため、冷房回路を流れる冷媒量が維持されるので、冷房性能の低下を防止できる。また、冷媒とともに潤滑油が流入し、閉回路であるバイパスに滞留することにより、冷房回路に存在する潤滑油が減少して圧縮機の潤滑不足となることを防止できる。
【発明の効果】
【００１９】
請求項１に記載の発明によれば、ホットガスはバイパス回路を通過し、室内熱交換器を通過しないので、空気流路の下流側にあるヒータコアへ流入される空気を加温することがなく、ヒータコアでの熱交換量を低減させず、その能力を十分に引き出すことができる。
また、室内熱交換器は暖房運転を行わないので、冷房運転時に室内熱交換器の外部に凝縮した水がホットガスで急激に加熱されることにより蒸発して室内に送られ、窓を曇らせることを防止できる。
さらに、室内熱交換器には大量で高速なホットガスが通過しないので、騒音の発生を抑制することができる。
【００２０】
請求項２に記載の発明によれば、バイパス回路には、絞りおよび熱交換器よりも冷媒圧縮機の吸入側にアキュムレータが設けられているので、冷房性能を向上させることができる。
【００２１】
請求項３に記載の発明によれば、熱交換器は、冷却水回路におけるヒータコアへの流入側に配置されているので、ヒータコアでの暖房能力を向上させることができる。
【００２２】
請求項４に記載の発明によれば、絞りは、熱交換器とアキュムレータとの間に設けられているので、補助加熱源として機能を長時間に亘り維持することができる。
また、熱交換器には絞りで減圧された高速流体が流れないので、騒音が発生することを防止できる。
【００２３】
請求項５に記載の発明によれば、バイパス回路には、アキュムレータより冷媒圧縮機の吸入側に、吸入側からの冷媒流入を阻止する逆止弁が設けられているので、冷房運転時における冷房性能の低下および圧縮機の潤滑不足を防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の一実施形態について、図１および図２を用いて説明する。
図１は、本実施形態にかかる車両用空調装置１の全体概略構成を示すブロック図である。
車両用空調装置１には、冷房運転を行う冷房回路３と、暖房運転を行う暖房回路５とが備えられている。
【００２５】
冷房回路３には、図示しないクラッチを介してエンジン７によって駆動される圧縮機（冷媒圧縮機）９と、圧縮機９の吐出側に接続され、圧縮機９からの高温高圧のガス状冷媒（ホットガス）を凝縮させて液状冷媒とする室外熱交換器１１と、室外熱交換器１１の出口側に設けられ、液状冷媒を貯留し、液状冷媒のみを下流側に供給するレシーバ１３と、液状冷媒を減圧して低温低圧のガス冷媒とする膨張弁１５と、ガス状冷媒と室内へ送風される空気との間で熱交換する室内熱交換器１７とが備えられている。
室内熱交換器１７の出口側は、圧縮機９の吸入側に接続されている。
膨張弁１５は、温度作動式であり、室内熱交換器１７の出口におけるガス状冷媒の過熱度が所定値に維持されるように冷媒流量が調整されるものである。
【００２６】
暖房回路５には、エンジン冷却水を循環させる冷却水回路１９と、エンジン冷却水と車室内の空気とを熱交換させるヒータコア２１とが備えられている。
冷却水回路１９は、エンジンの発熱により温められたエンジン冷却水を図示しないポンプにより循環させるものであり、その循環量は図示しない流量調節弁により調整されるように構成されている。
冷房回路３の室内熱交換器１７と暖房回路５のヒータコア２１とは、図示しない送風ファンにより車室側へ送風される空気の送風方向２５に沿ってヒータコア２１が下流側になるように通風ダクト２３内に直列に配置されている。
【００２７】
冷房回路３には、圧縮機９の吐出側に位置する位置Ａと、圧縮機９の吸入側に位置する位置Ｂとを結ぶバイパス回路２７が備えられている。位置Ａには、圧縮機９からのホットガスを冷房回路３へ送るか、あるいはバイパス回路２７へ送るかを切り替える切替弁２９が備えられている。
バイパス回路２７には、冷媒流れ方向に沿って切替弁２９から順に、クーラント熱交換器（熱交換器）３１と、絞り３３と、アキュムレータ３５と、逆止弁３７とが設けられている。
【００２８】
クーラント熱交換器３１は、バイパス回路を流れるホットガスと冷却水回路１９で供給されるエンジン冷却水との間で熱交換するものである。
暖房回路５において、クーラント熱交換器３１は、冷却水回路１９におけるエンジン冷却水がヒータコア２１へ流入する側に配置されている。クーラント熱交換器３１では、エンジン冷却水の温度が低い場合にバイパス回路２７を流れるホットガスから、冷却水回路１９を流れるエンジン冷却水へ熱量が移転される。この時、場合によりホットガスの一部が凝縮することもある。
【００２９】
絞り３３は、ホットガスを減圧するもので、状況により液・ガス混合の冷媒となる。
アキュムレータ３５は、冷媒の気液を分離して液状冷媒を溜め、ガス状冷媒を圧縮機９側へ供給するものであり、ホットガス回路であるバイパス回路２７を使用する場合、余剰冷媒を溜める機能を行うものである。
逆止弁３７は、位置Ｂにおいて、冷房回路３からバイパス回路２７への冷媒流れを阻止するものである。
【００３０】
以上説明した本実施形態にかかる車両用空調装置１の作用について説明する。
冷房運転について説明する。まず、図示しないクラッチを接続し圧縮機９をエンジン７により駆動する。圧縮機９からのホットガスは、切替弁２９を通り、室外熱交換器１１へ流入し、図示しないファンからの送風により冷却されて凝縮され液状冷媒とされる。そして、この液状冷媒はレシーバ１３で気液分離され、液状冷媒のみ膨張弁１５へ送られる。
液状冷媒は、膨張弁１５により減圧膨張され、低温低圧の霧状の冷媒にされる。この冷媒が室内熱交換器１７で蒸発され、その蒸発潜熱により通風ダクト２３内を通過する空気から熱を奪い、冷たい空気として車室内に送られる。この時、空気中に含まれる水蒸気も冷やされ凝縮するので、室内熱交換器１７の周囲には凝縮した水分が溜まることになる。
室内熱交換器１７で蒸発されたガス状冷媒は、圧縮機９の吸入側に吸入され、再度圧縮されてホットガスとして供給される。
【００３１】
次に、暖房運転について説明する。図示しない流量調節弁を開放してエンジン冷却水が冷却水回路１９を流下可能とする。そして、図示しないポンプを駆動し、エンジンの発熱により温められたエンジン冷却水を冷却水回路１９に循環させる。この循環される暖かいエンジン冷却水が、ヒータコア２１を通過することにより通風ダクト２３内を通過する空気と接触し、空気はエンジン冷却水から放熱されて暖かい空気にされ車室内に送られる。
【００３２】
例えば、エンジン７始動時あるいは外気温度が非常に低い時等で、エンジン冷却水のみを用いたヒータコア２１による暖房では暖房能力が不足している場合には、圧縮機９からのホットガスを補助過熱源として活用する。すなわち、図示しないクラッチを接続してエンジン７により圧縮機９を駆動する。圧縮機からのホットガスを切替弁２９からバイパス回路２７に流入させる。この流入されたホットガスは、クーラント熱交換器３１で冷却水回路１９を流れるエンジン冷却水に熱量を供給して冷却水温度を上昇させる。この冷却水温度が上昇された冷却水が、ヒータコアに流入されるので、ヒータコアでの熱供給量が増加し、暖房能力を向上できる。
【００３３】
また、この補助暖房時、圧縮機９からのホットガスはバイパス回路２７を通過し、室内熱交換器１７はバイパスされて通過しない。このため、ホットガスを利用して補助暖房を行う場合でも、室内熱交換器１７は空気流路の下流側にあるヒータコア２１へ流入される空気を加温することがないので、ヒータコア２１での熱交換量を低減させず、その能力を十分に引き出すことができる。
以下、本実施形態による車両用空調装置１における消費動力に対する暖房能力増加量を図２により説明する。図３に示す従来の車両用空調装置１を比較対象として説明する。
【００３４】
表１は、本実施形態にかかる車両用空調装置１における暖房能力増加量を圧縮機９の消費動力毎に計算したものである。なお、エンジン冷却水の流量は１２リットル／分、通風ダクトの送風量（Ｖａ）は２５０m３／ｈ、ヒータコア２１の性能Ｃminεは７０W／℃で計算した。
圧縮機９の消費動力としては、５００Ｗ、１０００Ｗ、１５００Ｗ、２０００Ｗおよび２５００Ｗの５点を選択した。そして、成績係数COP（Coefficient  of  Performance）は０．８として暖房能力を計算した。
【００３５】
ヒータコア２１に入る空気温度Ｔａは、室内熱交換器１７が暖房運転されていないので、補助暖房運転しても変化はない。すなわち、空気温度Ｔａの増加ΔＴａは０である。一方、ヒータコア２１に入るエンジン冷却水の温度Ｔｗは、圧縮機９を駆動することによりエンジン７の負荷が増大し、エンジン７で発生する熱が冷却水に伝達されるので増加する。このエンジン冷却水Ｔｗの増加ΔＴｗは、圧縮機９の消費動力に応じて変化する。
ヒータコア能力増加量は、Ｃminε×（ΔＴｗ−ΔＴａ）で算出している。全暖房能力増加量は、冷却水回路１９での配管放熱量を考慮して、ヒータコア能力増加量＋暖房能力×０．８で計算している。
このようにして計算した結果を表１に示している。
【００３６】
【表１】
2006021730.tif 000003
【００３７】
表２は、図３に示す従来の車両用空調装置１０１における暖房能力増加量を表１と同様に計算したものである。
図３のものは、室内熱交換器１１１が暖房運転されるので、ヒータコア１０７に入る空気が圧縮機１０９の動力に応じた量だけ加温されている。そのため、空気温度Ｔａの増加ΔＴａが、圧縮機１０９の消費動力に応じて変化する。
一方、全暖房能力増加量は、室内熱交換器１１１とヒータコア１０７とが直列に配置されそれぞれ直に空気を加熱するので、ヒータコア能力増加量＋暖房能力で計算している。
これ以外は、表１と同様である。
【００３８】
【表２】
2006021730.tif 000004
【００３９】
図２は、表１および表２の全暖房能力増加量を圧縮機の消費動力に対してプロットしたものである。これを見てわかるように、本実施形態にかかる車両用空調装置１の暖房能力は、従来のものに比べて格段に向上している。
【００４０】
室内熱交換器１７は暖房運転を行わないので、ホットガスにより急激に加熱されることはない。したがって、冷房運転時に室内熱交換器１７の外部に凝縮した水がホットガスで急激に加熱されることにより蒸発して室内に送られ、窓を曇らせることを防止できる。
また、室内熱交換器１７には暖房運転時のような大量で高速なホットガスが通過しないので、騒音の発生を抑制することができる。
【００４１】
クーラント熱交換器３１で放熱されたホットガスは、絞り３３で減圧され、容積が増加されてアキュムレータ３５に流入される。
このため、ホットガスの温度が高い状態で冷却水へ熱量が供給されるので、冷却水の温度がエンジン７排熱によって上昇し、ホットガスの温度よりも高温となってしまい、ホットガスから冷却水への熱の流れが行われなくなるまでの時間余裕ができ、補助加熱源として機能を長時間に亘り維持することができる。
また、クーラント熱交換器３１には絞りで減圧された高速流体が流れないので、騒音が発生することを防止できる。
なお、クーラント熱交換器３１はエンジン室に配置するのが好適である。このようにすると、エンジン室と車室とを仕切るトウボードが遮音壁を構成するので、車室内の騒音をさらに低減できる。
【００４２】
アキュムレータ３５に流入した余剰冷媒はアキュムレータ３５に溜められ、ガス状冷媒が逆止弁３７を通って、冷房回路３を経て圧縮機９の吸入側に吸入される。
このように、冷房回路３中にはアキュムレータ３５を設置していないので、冷房運転中には、冷房回路３にこのアキュムレータ３５が存在しない分だけ吸入圧損が減少する。したがって、吸入圧損が減少する分だけ冷房性能を向上させることができる。
【００４３】
クーラント熱交換器３１は、冷却水回路１９におけるヒータコア２１への流入側に配置されているので、エンジン７からの冷却水はクーラント熱交換器３１でホットガスにより暖められた直後にヒータコア２１へ流入されることになる。したがって、ホットガスの熱量を有効にヒータコア２１で利用できるので、ヒータコア２１での暖房能力を向上させることができる。
【００４４】
また、バイパス回路２７には、アキュムレータ３５より圧縮機９の吸入側に、冷房回路３側からの冷媒流入を阻止する逆止弁３７が設けられているので、冷房運転時において冷媒はバイパス回路２７に流入することがない。このため、冷房運転時に冷房回路３を流れる冷媒量が維持されるので、冷房性能の低下を防止できる。さらに、冷媒とともに潤滑油が流入し、閉回路であるバイパス回路２７に滞留することにより、冷房回路３に存在する潤滑油が減少して圧縮機９の潤滑不足となることを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の一実施形態に係る車両用空調装置の全体概略構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る車両用空調装置の暖房能力増加の状態を示す図である。
【図３】従来の車両用空調装置の暖房関係部分を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００４６】
１  車両用空調装置
３  冷房回路
５  暖房回路
７  エンジン
９  圧縮機
１７  室内熱交換器
１９  冷却水回路
２１  ヒータコア
２７  バイパス回路
３１  クーラント熱交換器
３３  絞り
３５  アキュムレータ
３７  逆止弁
【図１】
2006021730.tif 000005
【図２】
2006021730.tif 000006
【図３】
2006021730.tif 000007