(57)【要約】      （修正有）【課題】冷媒ガスを用いた蒸気圧縮式冷凍サイクルの暖房性能を補うＰＴＣヒータを補助的に用い、効率が良くて吹出温度バラツキが小さい車両用空調装置を提供する。【解決手段】圧縮機で圧縮した高温上記冷媒を室内コンデンサに循環させた熱源と、ＰＴＣヒータ１４ａを有した車両用空調装置で、室内コンデンサは、冷媒が循環する複数のチューブと空気が流通可能な複数のフィンとが交互に積層されたコア部と、チューブの長さ方向両端に連結され冷媒をチューブに分流合流させる一対のタンクと、いずれかのタンクにタンクの長手方向一端側に変位した位置に冷媒出口４６を有し、補助熱源は、放熱用熱交換器のコア部をチューブに直交する方向に二等分したうちの冷媒出口に対応しないコア側Ｃａでかつ風流れ上流側に配置されている。【選択図】図３
2011218908.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車室内に送風される空気が流れるダクト中に放熱用熱交換器が配置され、圧縮機で圧縮した高温上記冷媒を前記放熱用熱交換器に循環させた熱源と、電気による補助熱源を有した車両用空調装置で、  前記放熱用熱交換器は、  冷媒が循環する複数のチューブと空気が流通可能な複数のフィンとが交互に積層されたコア部と、前記チューブの長さ方向両端に連結され冷媒をチューブに分流合流させる一対のタンクと、いずれかの前記タンクに前記タンクの長手方向一端側に変位した位置に冷媒出口を有し、  前記補助熱源は、前記放熱用熱交換器の前記コア部を前記チューブに直交する方向に二等分したうちの前記冷媒出口に対応しないコア側でかつ風流れ上流側に配置されたことを特徴とする車両用空調装置
【請求項２】
第二の補助熱源が、前記放熱用熱交換器の風流れ下流側に配置された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】
前記放熱用熱交換器は、前記コア部と前記一対のタンクを有した風流れ上流側熱交換器と風流れ下流側熱交換器とからなり、冷媒が前記風流れ下流側熱交換器から風流れ上流側熱交換器へと直列に流通するよう構成され、前記冷媒出口は前記風流れ上流側熱交換器の冷媒流れ最下流のタンク部にある出口であることを特徴とする請求項２に記載の車両用空調装置。
【請求項４】
前記放熱用熱交換器の前記風流れ上流側熱交換器の冷媒入り口は、前記放熱用熱交換器の前記コア部を前記チューブに直交する方向に二分したうちの前記冷媒出口に対応しないコア側に配置されたことを特徴とする請求項３に記載の車両用空調装置。
【請求項５】
前記風流れ上流側熱交換器と前記風流れ下流側熱交換器は、ともに一方のタンクから他方のタンクに連通したチューブの冷媒流れが一方向流れのコアからなり、前記風流れ下流側熱交換器と前記風流れ上流側熱交換器のチューブ冷媒流れ方向が対抗するように構成され、前記風流れ下流側熱交換器の冷媒入口は前記風流れ上流側熱交換器の前記冷媒出口に対応しないコア側に配置され、前記風流れ下流側熱交換器の冷媒出口は前記風流れ上流側熱交換器の前記冷媒出口に対応するコア側に配置されたことを特徴とする請求項５に記載の車両用空調装置
【請求項６】
前記第二の補助熱源が、放熱用熱交換器の風流れ上流側に配置された前記補助熱源よりも大型であることを特徴とする請求項２乃至５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、冷媒ガスを用いた蒸気圧縮式冷凍サイクルにおいて暖房性能を補うためにＰＴＣヒータなどを補助的に用いる車両用空調装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両用空調装置では、エンジンの冷却水を利用した温水式ヒータが長い間用いられてきたが、省エネルギーや環境保全を考慮して車両の駆動にモータを用いる車両が増え駆動系の排熱が小さく暖房熱源が不足する様になってきた為、その解決策として蒸気圧縮式冷凍サイクルを基本にさらに補助熱源としてＰＴＣ（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）ヒータを用いることが提案されている。（特許文献１）これによると蒸気圧縮サイクルの冷媒を流通させ暖房用の放熱器として作用する送風ダクト内の熱交換器（第１コンデンサ（４））の風流れ上流側に補助熱源を配置することで、サイクルバランスがより高圧になり、熱交換器に流れる冷媒温度が上昇し室内に吹出される空調風も上昇し、起動時の暖房性能が向上する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】実開平７−５８２５号公報（図１）
【特許文献２】特開２００５−３５３８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、補助熱源により冷媒を加熱した場合、補助熱源を暖房用の熱交換器の前面で覆うと、暖房性能が低下してしまうケースがあることが判明した。これは、本来暖房用の熱交換器で冷媒を冷却し凝縮させ膨張弁、蒸発器へと冷媒が送出されるが加熱後の冷媒出口の冷媒温度が必要以上に上昇してしまうとサイクルバランスが崩れ、冷媒循環が少なくなってしまい必要な暖房性能が得られなくなる為である。  
【０００５】
そこで本願は、冷媒ガスを用いた蒸気圧縮式冷凍サイクルの暖房性能を補うＰＴＣヒータを補助的に用い、効率が良くて吹出温度バラツキが小さい車両用空調装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１の発明は、車室内に送風される空気が流れるダクト中に放熱用熱交換器が配置され、圧縮機で圧縮した高温上記冷媒を放熱用熱交換器に循環させた熱源と、電気による補助熱源を有した車両用空調装置で、放熱用熱交換器は、冷媒が循環する複数のチューブと空気が流通可能な複数のフィンとが交互に積層されたコア部と、チューブの長さ方向両端に連結され冷媒をチューブに分流合流させる一対のタンクと、いずれかのタンクにタンクの長手方向一端側に変位した位置に冷媒出口を有し、補助熱源は、放熱用熱交換器のコア部をチューブに直交する方向に二等分したうちの冷媒出口に対応しないコア側でかつ風流れ上流側に配置されたことを特徴としている。  
【０００７】
請求項２の発明は、請求項１に記載の車両用空調装置であって、第二の補助熱源が、前記放熱用熱交換器の風流れ下流側に配置されたことを特徴としている。  
【０００８】
請求項３の発明は、請求項２に記載の車両用空調装置であって、放熱用熱交換器は、コア部と一対のタンクを有した風流れ上流側熱交換器と風流れ下流側熱交換器とからなり、冷媒が風流れ下流側熱交換器から風流れ上流側熱交換器へと直列に流通するよう構成され、冷媒出口は風流れ上流側熱交換器の冷媒流れ最下流のタンク部にある出口であることを特徴としている。  
【０００９】
請求項４の発明は、請求項３に記載の車両用空調装置であって、放熱用熱交換器の前記風流れ上流側熱交換器の冷媒入り口は、放熱用熱交換器のコア部をチューブに直交する方向に二分したうちの冷媒出口に対応しないコア側に配置されたことを特徴としている。  
【００１０】
請求項５の発明は、請求項５に記載の車両用空調装置であって、風流れ上流側熱交換器と風流れ下流側熱交換器は、ともに一方のタンクから他方のタンクに連通したチューブの冷媒流れが一方向流れのコアからなり、風流れ下流側熱交換器と風流れ上流側熱交換器のチューブ冷媒流れ方向が対抗するように構成され、風流れ下流側熱交換器の冷媒入口は風流れ上流側熱交換器の冷媒出口に対応しないコア側に配置され、風流れ下流側熱交換器の冷媒出口は風流れ上流側熱交換器の冷媒出口に対応するコア側に配置されたことを特徴としている。  
【００１１】
請求項６の発明は、請求項２乃至５に記載の車両用空調装置であって、第二の補助熱源が、放熱用熱交換器の風流れ上流側に配置された補助熱源よりも大型であることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１の発明によれば、放熱用熱交換器を二等分した内の冷媒出口に対応していないコア側で、風流れ下流側に位置するように補助熱源を配置したので、補助熱源により過熱されない冷媒が冷媒出口に到達できサイクルバランスが崩れることなく暖房運転が効率的に行える。  
【００１３】
請求項２の発明によれば、放熱用熱交換器の二等分した内の両方に補助熱源が配置される為請求項１の効率的運転に加え、補助熱源によりさらに暖房性向上を図ることができる。  
【００１４】
請求項３の発明によれば、請求項１，２の効果に加え、車室内の空調装置の配置スペースに制限があるなか、大型の放熱用熱交換器が搭載でき暖房性能向上を図ることができる。  
【００１５】
請求項４，５の発明によれば、請求項１，２，３，の効果に加え、大型の放熱用熱交換器を搭載しつつ放熱用熱交換器の冷媒流れが適正になり暖房性能向上を図ることができる。  
【００１６】
請求項６の発明によれば、風下側補助熱源を大型化したことで、冷媒への影響を与えずに補助熱源によりさらに暖房性向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の車両用空調装置の第１実施形態を示し、車両用空調装置の概略構成を表す。
【図２】本発明の車両用空調装置の第１実施形態を示し、放熱用熱交換器の概略構成を表す。
【図３】本発明の車両用空調装置の第１実施形態を示し、放熱用熱交換器と補助熱源の配置を表す。
【図４】本発明の車両用空調装置の第２実施形態を示し、放熱用熱交換器の構成および補助熱源の配置を表す。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。  
【００１９】
（第１実施形態）  図１〜図３は本発明の第１実施形態を示し、図１は車両用空調装置の概略構成を示し、図２は放熱用熱交換器の概略構成、図３は放熱用熱交換器と補助熱源の配置を表す。  
【００２０】
図１に示すように、車両用空調装置は、蒸気圧縮式冷凍サイクル２を備えている。上記圧縮式冷凍サイクル２は、ガス状の冷媒を圧縮する圧縮機３と、冷媒と車室内に送り出す空気との間で熱交換する室内コンデンサ４と、冷媒と車室外の空気との間で熱交換する室外コンデンサ６と冷媒を減圧する絞り手段である膨張弁８と、冷媒と車室内に送り出す空気との間で熱交換し空気を冷却するエバポレータ９と、余剰冷媒を貯液可能な気液分離機７、１０とを備え冷媒配管１１によって接続されている。  
【００２１】
また、蒸気圧縮式サイクル２には室内コンデンサ４を経由した冷媒を室外コンデンサ６に通すか、室外コンデンサ６に通さずバイパス路１２に通すかを切り替える流路切替弁５を備えている。  
【００２２】
圧縮機３は、電力により回転可能なモータと圧縮部からなり外部信号により回転数が調整され冷媒を吐出する。  
【００２３】
室内コンデンサ４は、圧縮機から吐出された高温冷媒を室内に送り出す空気と熱交換させる。  
【００２４】
室外コンデンサ６は、冷媒流れ上流側から冷媒を車室外空気により冷却し液化させる第１コンデンサと第１コンデンサから流出した液冷媒に含まれるガスを分離し液冷媒を優先流出させる気液分離器７と気液分離器から流出した液冷媒を車室外空気により更に冷却する過冷却器である第２コンデンサとからなる。  
【００２５】
膨張弁８は、冷媒を減圧する絞り弁でエバポレータ９出口の冷媒温度に応じてエバポレータ９出口の冷媒過熱度が所定に維持される様に弁開度を調整する。  
【００２６】
エバポレータ９は、膨張弁８で減圧された冷媒と室内に送り出す空気と熱交換させ冷媒の蒸発熱で空気を冷却させる。  
【００２７】
室内コンデンサ４及びエバポレータ９は、送風装置を備えた送風ダクトである室内ユニット内部にエバポレータ９が風流れ上流側になるよう配置され、内外気切替え装置を経由し車室内空気もしくは車室外空気のいずれもしくは両方の空気と熱交換する。  
【００２８】
室内ユニットは、エバポレータの空気流れ下流にミックスドアが設けられ室内コンデンサ４を通るものとバイパスするものに分配され、その後で合流の後、デフロスタ、フット、ベントなどの吹出口から車室内に送り出し車室内を空調する。  
【００２９】
蒸気圧縮式冷凍サイクル１は、室外コンデンサ６を通すか、室外コンデンサ６を通さずバイパス路１２を通すか、切替可能な流路切替弁５を有している。  
【００３０】
冷房を優先させたい時は流路切替弁５により室外コンデンサ４を経由するようにする。  
【００３１】
これにより圧縮機３で圧縮された冷媒は室内コンデンサ４を経由した後室外コンデンサ６に送られる。冷房時には室内に送り出す空気を加熱する要求は少ない為室内コンデンサ４による冷媒冷却量は少ないもののその後室外コンデンサ４で十分に冷却される為膨張弁８エバポレータ９に送られる冷媒も増え冷房能力が向上する。  
【００３２】
これに対し暖房を優先させたい時は流路切替弁５によりバイパス路１２を経由するようにする。すると冷媒は室外コンデンサ４をバイパスするため冷媒が冷却されすぎずサイクルがより高温で作動するため室内コンデンサの放熱量を得やすい。  
【００３３】
次に図２，３を用いて室内コンデンサの構造を説明する。  
【００３４】
室内コンデンサ４は、冷媒が循環する複数のチューブ４２と空気が通過する放熱フィン４１とが交互にかつ冷媒チューブ４２が平行になるよう複数積層されているコア部Ｃと、冷媒チューブ４２の両端部に接続される一対のタンク４３により構成されている。一方のタンクは冷媒入口４５を有する入口側タンク４３ａで、他方のタンクは冷媒出口４６を有する出口側タンク４３ｂである。  
【００３５】
冷媒出口４６は出口側タンク４３ｂの長さ方向の一端側に変位（Ｌｏ）し、冷媒入口４５も入口側タンク４３ａの長さ方向の一端側に変位している。さらに冷媒入口と冷媒出口とコア部は、放熱フィン４１と冷媒チューブ４２からなるコア部Ｃを通風方向から見て冷媒チューブに直交する方向に二等分し、冷媒出口が配置される側のコア部を冷媒出口に対応するコアＣｂとした時、冷媒入口はもう一方のコア（冷媒出口に対応しないコア）Ｃａ側に配置されている。  
【００３６】
補助熱源であるＰＴＣヒータは、発熱体であるＰＴＣ素子(図示せず)が放熱体（図示せず）に接触してなり空気を通過させると素子の発熱が空気と熱交換するものである。  
【００３７】
第１のＰＴＣヒータ（第一の補助熱源）は、室内コンデンサ４の冷媒出口に対応しないコアＣａ側でかつ風流れ上流側に配置されている。そして、第２のＰＴＣヒータ（第二の補助熱源）は第１のＰＴＣヒータよりも大型で室内コンデンサ４の風流れ下流側でコア部の中央に配置されている。  
【００３８】
冷媒入口４５から流入した冷媒は、入口側タンク４３ａ内で分流し複数のチューブ４２を経由して出口側タ
ンク４３ｂに至り合流した後に冷媒出口から流出する。チューブ４２を通過する際に冷媒の熱は、放熱フィンに送風される空気と熱交換され暖房に利用される。  
【００３９】
暖房の初期においては、圧縮機で圧縮された冷媒が高温になりきっておらず十分な暖房能力を得られない。そこでＰＴＣヒータに通電して補助熱源として作動させる。  
【００４０】
第１のＰＴＣヒータ（第一の補助熱源）１４ａは室内コンデンサ４の冷媒出口に対応しないコアＣａ側でかつ風流れ上流側に配置されている為、送風空気は通電により第１のＰＴＣヒータ１４ａから加熱され室内コンデンサを通過する際に放熱フィン４１冷媒チューブ４２を介して冷媒を加熱したのちコンデンサ４から下流側へと送風される。また加熱された冷媒Ｒａは出口側タンク４３ａの冷媒出口４５へと向かう。  
【００４１】
第２のＰＴＣヒータ（第２の補助熱源）１４ｂは室内コンデンサ４の風流れ下流側に配置されている為、通電しても室内コンデンサ４を流れる冷媒を加熱する度合いは小さく、室内コンデンサを通過した空気を加熱する。室内コンデンサを通過する際空気に熱を奪われた冷媒Ｒｂは出口側タンク４３ａの冷媒出口４５へと向かう。  
【００４２】
そして室内コンデンサ４の冷媒出口に対応していないコアＣａ側で第１のＰＴＣヒータ１４ａにより加熱された冷媒Ｒａと、室内コンデンサ４の冷媒出口に対応するコアＣｂ側で冷却された冷媒Ｒｂとが混合し冷媒温度が高くなりすぎない状態で室内コンデンサ４から流出する。  
【００４３】
これにより、補助熱源の加熱で冷媒を昇温昇圧し送風空気も加熱することができ、加熱後の冷媒出口の冷媒温度が必要以上に上昇してサイクルバランスが崩れたり冷媒循環が少なくなることが防止できる。  
【００４４】
冷媒圧力が十分に上昇した後は、ＰＴＣヒータへの通電を停止すればよい。  
【００４５】
（第２実施形態）  図４は本発明の第２実施形態を示し、放熱用熱交換器と補助熱源の配置を表す。  
【００４６】
図４に示すように、放熱用熱交換器の構成が異なるが、補助熱源は第１実施形態のものと構成は変わらないため説明は省略する。  
【００４７】
第２実施形態では放熱用熱交換器である室内コンデンサ４が、風流れ下流側熱交換器である第１コンデンサ４ａと風流れ上流側熱交換器である第２コンデンサ４ｂにより構成され風流れ方向に直列に配置されている。  
【００４８】
第１および第２コンデンサ４ａ、４ｂはそれぞれ第１実施形態の室内コンデンサ４と同様な構成である。つまり、冷媒が循環する複数のチューブ４２と空気が通過する放熱フィン４１とが交互にかつ冷媒チューブ４２が平行になるよう複数積層されているコア部Ｃと、冷媒チューブ４２の両端部に接続される一対のタンク４３により構成されている。一方のタンクは冷媒入口４５を有する入口側タンク４３ａで、他方のタンクは冷媒出口４６を有する出口側タンク４３ｂである。  
【００４９】
冷媒出口４６はそれぞれの出口側タンク４３ｂの長さ方向の一端側に変位し、冷媒入口４５もそれぞれの入口側タンク４３ａの長さ方向の一端側に変位している。さらに冷媒入口と冷媒出口とコア部は、放熱フィン４１と冷媒チューブ４２からなるコア部Ｃを通風方向から見て冷媒チューブに直交する方向に二等分し、冷媒出口が配置される側のコア部を冷媒出口に対応するコア（冷媒出口側コア）Ｃｂとした時、もう一方のコアＣａ側に冷媒入口が配置される様になっている（冷媒入口側コア）。  
【００５０】
冷媒配管から第１コンデンサ４ａ（冷媒入口４５→入口側タンク４３ａ→コアＣ→出口側タンク４３ｂ→冷媒出口４６）→連通管４７→第２コンデンサ４ｂ（冷媒入口４５→入口側タンク４３ａ→コアＣ→出口側タンク４３ｂ→冷媒出口４６）→冷媒配管へと直列に連結され、第１コンデンサ４ａの入口側タンク４３ａと第２コンデンサ４ｂの出口側タンク４３ｂが隣り合い、第１コンデンサ４ａの出口側タンク４３ｂと第２コンデンサ４ｂの入口側タンク４３ａが隣り合う様に配置されている為、隣り合うコアＣ部の冷媒が対抗する流れとなっている。  
【００５１】
さらに第１コンデンサ４ａと第２コンデンサ４ｂの冷媒出口側コアＣｂが隣り合う様に配置されている。  
【００５２】
第１のＰＴＣヒータ１４ａは、第１コンデンサ４ａと第２コンデンサ４ｂの冷媒入口側コアＣａ側でかつ風流れ上流側に配置されている。そして、第２のＰＴＣヒータ（第二の補助熱源）は第１のＰＴＣヒータよりも大型で第１コンデンサ４ａの風流れ下流側でコア部の中央に配置されている。したがって第１のＰＴＣヒータ側の送風は、第１のＰＴＣヒータ→第２コンデンサ４ｂの冷媒入口側コアＣａ→第１コンデンサ４ａの冷媒入口側コアＣａを通過し、第１のＰＴＣヒータの無い部位の送風は、第２コンデンサ４ｂの冷媒出口側コアＣｂ→第１コンデンサ４ａの冷媒出口側コアＣｂを通過し、その後第２のＰＴＣヒータを通過する。風下側の第２のＰＴＣヒータを大型化したことで、冷媒への影響を与えずに補助熱源によりさらに暖房性向上を図ることができる。第１のＰＴＣヒータ（第一の補助熱源）１４ａと第２コンデンサ４ｂの配置関係は、第１実施形態と同じ。したがって第２コンデンサ４ｂの冷媒出口に対応していないコアＣａ側で第１のＰＴＣヒータ１４ａにより加熱された冷媒Ｒａと、室内コンデンサ４の冷媒出口に対応するコアＣｂ側で冷却された冷媒Ｒｂとが混合し冷媒温度が高くなりすぎない状態で第２コンデンサ４ｂから流出するという同じ作用効果が得られる。本実施形態ではさらに、第１および第２コンデンサ４ａ、４ｂの隣り合うコアＣ部の冷媒が対抗する流れとなっている為、ＰＴＣヒータを通電しないときの送風の温度分布が均一となる為空調装置からの吹出温度も均一になりやすく快適が得やすい。  
【００５３】
必要に応じて、実施形態は変形できる。夫々の実施形態では第１、第２のＰＴＣヒータを設けているが、第１ＰＴＣヒータのみでも良い。また、室内コンデンサ通過風の風速に偏りがある場合第２のＰＴＣヒータを熱交換器下流でかつ通過風の風速が早い部位に偏在させてもよい。  また二つのＰＴＣヒータを個別に通電停止可能に設けても良い。たとえば、第１、第２ＰＴＣヒータ（第一の補助熱源、第二の補助熱源）に通電の上室内コンデンサに冷媒を循環させた作動モードと、室内コンデンサに冷媒を循環させた作動モードと、第２ＰＴＣヒータ（第二の補助熱源）のみ通電させる作動モードを切り替え可能にすると、無駄なく暖房可能となる。
【符号の説明】
【００５４】
１  車両用空調装置２  蒸気圧縮式冷凍サイクル３  圧縮機４  室内コンデンサ（放熱用熱交換器）４ａ  第１コンデンサ（風流れ下流側熱交換器）４ｂ  第２コンデンサ（風流れ上流側熱交換器）５  流路切替弁６  室外コンデンサ6ａ  室外コンデンサ凝縮部６ｂ  室外コンデンサ過冷却部７  気液分離器８  膨張弁９  エバポレータ１０  気液分離器１１  冷媒配管１２  バイパス路１３  逆止弁１４  ＰＴＣヒータ（補助熱源）１４ａ  第１ＰＴＣヒータ（第一の補助熱源）１４ｂ  第２ＰＴＣヒータ（第二の補助熱源）２０  室内ユニット（ダクト）２１  送風装置２２  内外気切り替え装置４１  放熱フィン（フィン）４２  冷媒チューブ（チューブ）４３  タンク部４３ａ  入口側タンク４３ｂ  出口側タンク４５  冷媒入口４６  冷媒出口４７  連通管（連通部）Ｃ  コア部Ｃａ  冷媒入口側コア部（冷媒出口に対応しないコア）Ｃｂ  冷媒出口側コア部（冷媒出口に対応するコア）Ｒａ（冷媒入口側コア部の流通冷媒）Ｒｂ（冷媒出口側コア部の流通冷媒）Ｌｏ  冷媒出口のコア部積層方向中心からのオフセット（長手方向一端側に変位する変位量）
【図１】
2011218908.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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