(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンプレッサ（１）、コンデンサ（２）、減圧装置（３、８）、高温側エバポレータ（４）、低温側エバポレータ（６）から構成されて、高温側と低温側の２つの蒸発温度を生成する冷凍サイクルと、
前記高温側エバポレータ（４）、前記低温側エバポレータ（６）、及び、加熱用熱交換器（９）が配置されて、乗員用吹出口（ＦＡＣＥ、ＦＯＯＴ）から乗員側に吹出空気を吹き出すとともに、デフ吹出口（ＤＥＦ）から車両前面窓ガラス内側面に向けて吹出空気を吹き出す空調ユニット（２０）と、を具備し、
前記デフ吹出口（ＤＥＦ）から吹出す吹出空気を、前記低温側エバポレータ（６）で除湿し、
前記空調ユニット（２０）に、空気流路切替のためのドアを設け、前記デフ吹出口（ＤＥＦ）から吹出す吹出空気は、前記高温側エバポレータ（４）を通過した後、前記低温側エバポレータ（６）を通過することを特徴とする車両用空調装置。
【請求項２】
コンプレッサ（１）、コンデンサ（２）、減圧装置（３、８）、高温側エバポレータ（４）、低温側エバポレータ（６）から構成されて、高温側と低温側の２つの蒸発温度を生成する冷凍サイクルと、
前記高温側エバポレータ（４）、前記低温側エバポレータ（６）、及び、加熱用熱交換器（９）が配置されて、乗員用吹出口（ＦＡＣＥ、ＦＯＯＴ）から乗員側に吹出空気を吹き出すとともに、デフ吹出口（ＤＥＦ）から車両前面窓ガラス内側面に向けて吹出空気を吹き出す空調ユニット（２０）と、を具備し、
前記デフ吹出口（ＤＥＦ）から吹出す吹出空気を、前記低温側エバポレータ（６）で除湿し
前記空調ユニット（２０）に、空気流路切替のためのドアを設け、前記デフ吹出口（ＤＥＦ）から吹出す吹出空気は、前記高温側エバポレータ（４）を通過せずに、前記低温側エバポレータ（６）のみを通過させたことを特徴とする車両用空調装置。
【請求項３】
前記高温側エバポレータ（４）においても除湿したことを特徴とする請求項１又は２に記載の車両用空調装置。
【請求項４】
前記冷凍サイクルが、前記コンプレッサ（１）、前記コンデンサ（２）、前記コンデンサ（２）からの冷媒を速度エネルギーに変換して減圧膨張させるエジェクタ（３）、前記高温側エバポレータ（４）、前記コンプレッサ（１）の順に配置されて冷媒が循環する主冷媒回路と、
前記コンデンサ（２）と前記エジェクタ（３）の間の分岐点で前記主冷媒回路から分岐して、第２減圧装置（８）、前記低温側エバポレータ（６）の順に経由して前記エジェクタ（３）の吸引側に気相冷媒を吸引させて、前記主冷媒回路に合流するバイパス回路と、を具備することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の車両用空調装置。
【請求項５】
前記主冷媒回路には、前記分岐点と前記エジェクタ（３）の間に、さらに第１減圧装置（５）が挿入されたことを特徴とする請求項４に記載の車両用空調装置。
【請求項６】
前記空調ユニット（２０）が、１つのユニットとして構成されたことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の車両用空調装置。
【請求項７】
前記冷凍サイクルが、前記コンプレッサ（１）、前記コンデンサ（２）、前記コンデンサ（２）からの冷媒を速度エネルギーに変換して減圧膨張させるエジェクタ（３）、前記高温側エバポレータ（４）、気液分離器（９）、前記コンプレッサ（１）の順に配置されて冷媒が循環する主冷媒回路と、
前記気液分離器（９）で分離した液相冷媒を、第２減圧装置（８’）、前記低温側エバポレータ（６）の順に経由して前記エジェクタ（３）の吸引側に気相冷媒を吸引させて、前記主冷媒回路に合流するバイパス回路と、を具備することを特徴とする請求項１又は２に記載の車両用空調装置。
【請求項８】
前記主冷媒回路には、前記コンデンサ（２）と前記エジェクタ（３）の間に、さらに第１減圧装置（５）が挿入されたことを特徴とする請求項７に記載の車両用空調装置。
【請求項９】
前記高温側エバポレータ（４）と前記エジェクタ（３）が一体化されたことを特徴とする請求項４又は７に記載の車両用空調装置。
【請求項１０】
前記高温側エバポレータ（４）と前記第１減圧装置（５）が一体化されたことを特徴とする請求項５又は８に記載の車両用空調装置。
【請求項１１】
前記低温側エバポレータ（６）と前記第２減圧装置（８）が一体化されたことを特徴とする請求項４又は７に記載の車両用空調装置。
【請求項１２】
前記高温側エバポレータ（４）と前記低温側エバポレータ（６）が一体化されたことを特徴とする請求項４又は７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、高温側と低温側の２つの蒸発温度を生成する冷凍サイクルを利用した車両用空調装置（カーエアコン）に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に見られるように、家庭用ルームエアコンにおいて、２つの熱交換器を、顕熱（空気の湿度を下げるために必要な熱量）熱交換器と、潜熱（温度を下げるために必要な熱量）熱交換器とに使い分けて、室内温度と湿度を調整可能にした空気調和機が知られている。
一方、家庭用のエアコンとは異なり、一般的な車両用の空調装置は、図１のような冷凍サイクルを使用して、車室内に空調ユニット（ＨＶＡＣ）２０を備えている。空調ユニット２０は、車室内最前部の計器盤（インストルメントパネル）の内側に配置されて、その外殻を形成する空調ケース内に、送風機１９、エバポレータ、エアミックスドア１２、ヒータコア９を収容したものである。図１の冷凍サイクルは、コンプレッサ１、コンデンサ２、絞り機構（第１減圧装置）５、エバポレータ４から構成されている。
【０００３】
図２に示す従来技術では、空調ユニット２０において、空調ケース内の送風空気流れ最上流側には、内気（車室内空気）、外気（車室外空気）をそれぞれ導入させる内外気切替ドア１１が設けられている。エバポレータ４の空気流れ下流側には、ヒータコア９に向う空気を流す加熱用通路と、そのバイパス通路の２つの空気通路が仕切壁によって形成され、エアミックスドア１２によって風量割合を制御している。さらに、それらの空気通路の下流側には、混合空間を経た後、車室内へ温度調整された空気を吹き出す吹出口が、それぞれ配置されている。車室内への吹出空気の吹出口としては、車室内の乗員の上半身に向けて吹出空気を吹き出すフェイス吹出口（ＦＡＣＥ吹出口）、乗員の足元に向けて吹出空気を吹き出すフット吹出口（ＦＯＯＴ吹出口）、および、車両前面窓ガラス内側面に向けて吹出空気を吹き出すデフロスタ吹出口（ＤＥＦ吹出口）が設けられている。ＦＡＣＥ吹出口、ＦＯＯＴ吹出口、および、ＤＥＦ吹出口には、それぞれ、ドア１４、１５、１３が設置されている。
【０００４】
このようなカーエアコンにおいては、車両の安全な走行のため、窓曇りを防止し良好な視界を確保する必要があって、除湿が重要な機能の一つとなっている。このため、図１に示すような冷凍サイクルを用いて、空調ユニット２０のエバポレータ４を、車室内の乗員にとっての快適性に必要な低圧よりも、低い蒸発圧力まで下げ、ヒータコア９で吸い込んだ空気を除湿してからリヒートすることで、必要温度に調整された低湿度の空気を作り出している。しかし、このような従来のカーエアコンにおいては、図３に例示するような低い蒸発温度を作ることで、コンプレッサの吸入圧力が低下し圧縮比が増大することで消費動力が大きくなるとともに、乗員側に吹き出す空気が過度に低湿度となることで、車室内空間が乾燥し、乗員の快適性を損なうことがあることが問題となっていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第４６１７９５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記問題に鑑み、２つの異なる蒸発温度を作り出す冷凍サイクルを用いて、各温度の冷媒を高温側（温調用）・低温側（除湿用）のエバポレータに流入させることで、乗員に必要な空気温度と窓の除湿に必要な空気温度とを同時生成できるようにした車両用空調装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、請求項１の発明は、コンプレッサ（１）、コンデンサ（２）、減圧装置（３、８）、高温側エバポレータ（４）、低温側エバポレータ（６）から構成されて、高温側と低温側の２つの蒸発温度を生成する冷凍サイクルと、前記高温側エバポレータ（４）、前記低温側エバポレータ（６）、及び、加熱用熱交換器（９）が配置されて、乗員用吹出口（ＦＡＣＥ、ＦＯＯＴ）から乗員側に吹出空気を吹き出すとともに、デフ吹出口（ＤＥＦ）から車両前面窓ガラス内側面に向けて吹出空気を吹き出す空調ユニット（２０）と、を具備し、前記デフ吹出口（ＤＥＦ）から吹出す吹出空気を、前記低温側エバポレータ（６）で除湿し、前記空調ユニット（２０）に、空気流路切替のためのドアを設け、前記デフ吹出口（ＤＥＦ）から吹出す吹出空気は、前記高温側エバポレータ（４）を通過した後、前記低温側エバポレータ（６）を通過することを特徴とする車両用空調装置である。
請求項２の発明は、コンプレッサ（１）、コンデンサ（２）、減圧装置（３、８）、高温側エバポレータ（４）、低温側エバポレータ（６）から構成されて、高温側と低温側の２つの蒸発温度を生成する冷凍サイクルと、前記高温側エバポレータ（４）、前記低温側エバポレータ（６）、及び、加熱用熱交換器（９）が配置されて、乗員用吹出口（ＦＡＣＥ、ＦＯＯＴ）から乗員側に吹出空気を吹き出すとともに、デフ吹出口（ＤＥＦ）から車両前面窓ガラス内側面に向けて吹出空気を吹き出す空調ユニット（２０）と、を具備し、前記デフ吹出口（ＤＥＦ）から吹出す吹出空気を、前記低温側エバポレータ（６）で除湿し前記空調ユニット（２０）に、空気流路切替のためのドアを設け、前記デフ吹出口（ＤＥＦ）から吹出す吹出空気は、前記高温側エバポレータ（４）を通過せずに、前記低温側エバポレータ（６）のみを通過させたことを特徴とする車両用空調装置である。
【０００８】
なお、上記に付した符号は、後述する実施形態に記載の具体的実施態様との対応関係を示す一例である。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】従来技術の冷凍サイクルの一例である。
【図２】従来技術の空調ユニットの一例である。
【図３】図２の空調ユニットの外気温度に対するエバポレータ出口温度の制御の一例である。
【図４】２つの蒸発温度を形成できる冷凍サイクルの一例である。
【図５】２つの蒸発温度を形成できる冷凍サイクルを空調ユニットに適用した場合における、外気温度に対する各エバポレータ出口温度の制御の一例である。
【図６】本発明の第１実施形態の説明図である。
【図７】本発明の第２実施形態の説明図である。
【図８】本発明の第２実施形態を適用した空調ユニットである。
【図９】本発明の第３実施形態の説明図である。
【図１０】本発明の第３実施形態を適用した空調ユニットである。
【図１１】一形態の説明図である。
【図１２】２つの蒸発温度を形成できる冷凍サイクルの他の一例である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態を説明する。各実施態様について、同一構成の部分には、同一の符号を付してその説明を省略する。従来技術に対する各実施態様の同一構成の部分には、同様に同一の符号を付してその説明を省略する。
（第１実施形態）
本実施形態では、図５に例示的に示すような高温側と低温側の２つの蒸発温度を生成する冷凍サイクルを利用して、過剰な除湿をなくし、車室内の快適性維持と省エネルギー化を両立できるカーエアコンを実現するものである。高温側と低温側の２つの蒸発温度を生成する冷凍サイクルとして、本実施形態では、次に述べるエジェクタサイクルを使用しているが、これに限定されるものではない。高温側と低温側の２つの蒸発温度を生成する冷凍サイクルであれば使用できるものである。
【００１１】
ここで、エジェクタサイクルとは、図４、図１２（後述）のエジェクタ３などに見られるように、ノズル３１から冷媒を略等エントロピで減圧し高速で噴射させたときに、冷媒吸引口３ｂから吸引した気相冷媒とを混合させるエジェクタを使用して、冷媒を膨張させるときのエネルギー損失を低減した冷凍サイクルのことである。その原理については、藤原健一監修カーエアコン研究会編「カーエアコン」（東京電機大学出版局、２１２〜２１５頁）や、特開２００５−２６５２２３号公報、特開２００４−４４９０６号公報などに一例が説明されている。なお、本発明に適用できるエジェクタサイクルは、これらの例示に限定されるものではない。
【００１２】
本実施形態で使用されるエジェクタサイクルは、図４に示すような、次のようなものである。主冷媒回路は、コンプレッサ１、コンデンサ２、コンデンサ２からの冷媒を速度エネルギーに変換して減圧膨張させるエジェクタ３、高温側室内エバポレータ４の順に配置されている。バイパス回路は、主冷媒回路から経路Ｒ２に分岐する。その後、経路Ｒ２は、第２減圧装置８、低温側室内エバポレータ６の順に経由して、低温側室内エバポレータ６で吸熱して蒸発する。そして、蒸発した気相冷媒はエジェクタ３の冷媒吸入部３ｂから、気相冷媒を吸引されて、主冷媒回路に合流する。ここで、主冷媒回路において、第１減圧装置５が、コンデンサ２とエジェクタ３との間に挿入された場合であっても良い。第１減圧装置５、第２減圧装置８、エジェクタ３は、いずれも、本発明の減圧装置に該当する。
【００１３】
コンデンサ２からの冷媒は、主冷媒回路の経路Ｒ１で、冷媒流入口３ａからエジェクタ３に流入する。この冷媒は、ノズル３１で高速度となって噴出口から噴出し、ノズル３１から噴射する高い速度の冷媒流の巻き込み作用により、冷媒吸入部３ｂから低温側室内エバポレータ６にて蒸発した気相冷媒を吸引する。ノズル３１から噴出した冷媒と吸引された冷媒とは、混合部３２で混合されてディフューザ部３３に流入する。この時、冷媒の速度エネルギーが圧力エネルギーに変換されるため、冷媒の圧力が上昇する。エジェクタ３から流出した冷媒は、高温側室内エバポレータ４に流入する。一方、経路Ｒ２で低温側室内エバポレータ６へ冷媒が供給される。
【００１４】
このようなエジェクタサイクルには、エジェクタ３の昇圧作用を活用したコンプレッサ吸入圧力の上昇により、圧縮仕事が低減するという特徴を有している。さらに、エジェクタサイクルは、高温側と低温側の２つの蒸発温度を生成する冷凍サイクルであるので、温調用エバポレータ４、除湿用エバポレータ６においてそれぞれに適した蒸発温度が作り出せることができる。すなわち、乗員側、デフ側それぞれに、適した温度・湿度の空気を吹出すことができるのである。エジェクタサイクルに限らず、２つの異なる蒸発温度を作り出す冷凍サイクルであれば、各温度の冷媒を高温側（温調用）・低温側（除湿用）のエバポレータに流入させることで、乗員に必要な空気温湿度と窓の除湿に必要な空気温湿度とを同時生成することができる。
【００１５】
従来技術のエバポレータの制御と本実施形態の制御とを、図３、５の例示を参照して、エネルギー効率の違いについて説明する。図３の従来技術の場合には、温調用エバポレータ４を、車室内の乗員にとっての快適性に必要な低圧よりも低い蒸発圧力まで下げ、ヒータコアで吸い込んだ空気を除湿してからリヒートして、必要温度を作り出している。これに対して、本実施形態のエバポレータの制御では、窓曇りを防止し良好な視界を確保するために、図３とほぼ同様な温度に制御する除湿用エバポレータ６を設置する。一方、車室内の乗員用には、温調用エバポレータ４を設置して、これを図５に示すように高めに設定する。
【００１６】
図６を参照して、例示的に風量を挙げてエネルギー効率の違いをみると、図６の左の従来技術では、乗員の温度調整の場合もデフ（窓曇り防止用）用の場合も、全風量３００ｍ3／ｈが、図３の制御のエバポレータを通過する。従来のカーエアコンでは全風量を除湿しており、全体の低圧（蒸発圧力）を下げる必要があるため、エネルギー効率が悪化していた。
これに対して、図６の右の本実施形態では、デフに必要な６０ｍ3／ｈだけが、低温の除湿用エバポレータ６を通過し、残りの２４０ｍ3／ｈについては図５の高温側の制御をすればよいことから、本実施形態の小風量に限定して低温にするエバポレータの制御で、省エネルギー効果を得ることができるのである。
【００１７】
すなわち、乗員側への風は、高温側エバ（温調用エバポレータ４）を通り冷却された後、必要に応じてヒータコア９を通って吹出す。一方デフ側への風は、高温側エバポレータ（温調用エバポレータ４）を通り冷却された後、さらに低温側エバポレータ（除湿用エバポレータ６）を通り除湿された後に必要に応じてヒータコア１０を通って吹出す。なお、エンジン冷却水によるヒータコア９，１０の代わりに、ヒートポンプサイクルの加熱用の熱交換器であっても良い。この点及びヒータコアを必要に応じて設置する点は、他の実施形態においても同様である。
このようにして、温調用エバポレータ、除湿用エバポレータのそれぞれに適した蒸発温度が作り出せることで、乗員側・デフ側それぞれに適した温度・湿度の空気を吹出すことのでき、省動力と乗員の快適性を両立させることができる。
【００１８】
以上述べたように、本実施形態においては、次のような効果を得ることができる。
エジェクタ昇圧作用を活用したコンプレッサ吸入圧力の上昇により、圧縮仕事が低減するので、コンプレッサ省動力化が図れる。乗員側吹出空気の湿度維持（過度な除湿の抑制）により、喉などの乾燥を防ぎ、肌のうるおいが保てる快適空間を創出することができ、車室内の快適性向上させることができる。過度な蒸発温度低下を抑制できるため、設定温度に対する必要加熱量が減少し、ヒータコアでのリヒート量を低減させることができる。除湿空気を分けて、デフ吹出しに必要な風量のみを除湿することで、除湿エバ冷媒流量を減らして昇圧量（温度差）を確保することができる。すなわち、エジェクタの流量比（全体流量に対する吸引流量の比）が小さくなり、昇圧仕事の対象となる吸引冷媒量を減らせるため、通常のエジェクタの使い方よりも高い昇圧効果を発揮させることができる。
【００１９】
次に、ＨＶＡＣの中に、温調用エバ・除湿用エバの２つのエバポレータを配置した具体的実施形態について述べる。もちろん、ＨＶＡＣには様々な形態が変形可能であり、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。従来技術の図２のＨＶＡＣに対する各実施態様の同一構成の部分には、同様に同一の符号を付してその説明を省略する。
（第２実施形態）
図７、８を参照すると、第２実施形態は、空調ユニット２０が、１つのユニットとして構成され、ＨＶＡＣの中に温調用と除湿用の２つのエバポレータを配置するとともに、空調ユニット２０に、空気流路切替のためのドア１３等を設け、デフ吹出口ＤＥＦから吹出す吹出空気は、高温側の温調用エバポレータ４を通過した後、低温側の除湿用エバポレータ６を通過させるように構成したものである。１６はエアミックスドアであり、１０はヒータコアである。これらは、必要に応じて設置される。本実施形態より、除湿用エバポレータの必要能力を低減し、除湿側ユニット部を小型化することができる他、吸引流量を低減することでエジェクタの昇圧量を増大することができる。そして、除湿機能を切り分けたシステムが実現でき、省動力と乗員の快適性を両立させることができる。
【００２０】
（第３実施形態）
また、第３実施形態は、図９、１０を参照すると、空調ユニット２０に、空気流路切替のためのドア１７を設け、デフ吹出口から吹出す吹出空気は、温調用エバポレータ４を通過せずに、除湿用エバポレータ６のみを通過させるように構成したものである。デフ側の風は、温調用エバポレータ４を通さずに除湿用エバポレータ６、ヒータコア１０を通す。なお、ヒータコア９の一部がヒータコア１０となるように通路構成を工夫しても良い。本実施形態は、除湿用エバポレータ６の能力が比較的大きく確保できるシステムの場合に適用可能である。本実施形態においても、第２実施形態と同様な効果を得ることができる。
【００２１】
その他の形態として、図１１に示すように、除湿側ユニットを独立させた場合の形態である。すなわち、空調ユニット２０が、独立した２つのユニットとして構成され、一方のユニットには、温調用エバポレータ４、エアミッククドア、ヒータコアが配置され、乗員用吹出口（ＦＡＣＥ、ＦＯＯＴ）から乗員側に吹出空気を吹き出すとともに、一方のユニットは、除湿用エバポレータ６、エアミッククドア、ヒータコアが配置され、デフ吹出口（ＤＥＦ）から車両前面窓ガラス内側面に向けて吹出空気を吹き出す。
【００２２】
図１２に示す別のエジェクタサイクルを本発明に利用しても良い。この別のエジェクタサイクルでは、冷凍サイクルが、コンプレッサ１、コンデンサ２、コンデンサ２からの冷媒を速度エネルギーに変換して減圧膨張させるエジェクタ３、温調用エバポレータ４、気液分離器９、コンプレッサ１の順に配置されて冷媒が循環する主冷媒回路と、気液分離器９で分離した液相冷媒を、第２減圧装置８’、除湿用エバポレータ６の順に経由してエジェクタ３の吸引側に気相冷媒を吸引させて、主冷媒回路に合流するバイパス回路を具備している。主冷媒回路には、コンデンサ２とエジェクタ３の間に、さらに、中間圧力まで減圧する第１減圧装置５を挿入しても良い。エジェクタサイクルとしては、図４、１２に限らず、その他のものを適用しても良い。
【００２３】
図４、１２のいずれの場合においても、エジェクタ３を温調用エバポレータ４と一体化しても良く、第１減圧装置５を温調用エバポレータ４、第２減圧装置８、８’を除湿用エバポレータ６と一体化しても良い。さらに、温調用エバポレータ４と除湿用エバポレータ６を一体化しても良い。
【符号の説明】
【００２４】
１    コンプレッサ
２    コンデンサ
４    温調用エバポレータ
６    除湿用エバポレータ
【図１】
0005835111.tif 000002
【図２】
0005835111.tif 000003
【図３】
0005835111.tif 000004
【図４】
0005835111.tif 000005
【図５】
0005835111.tif 000006
【図６】
0005835111.tif 000007
【図７】
0005835111.tif 000008
【図８】
0005835111.tif 000009
【図９】
0005835111.tif 000010
【図１０】
0005835111.tif 000011
【図１１】
0005835111.tif 000012
【図１２】
0005835111.tif 000013