(57)【要約】  この車両用空調装置は、第１水冷媒熱交換器と、第２水冷媒熱交換器と、ヒーターコアと、第２水冷媒熱交換器から送出された冷媒を膨張して第１水冷媒熱交換器へ送る膨張手段と、車両の発熱部品から送出された冷却液を複数の冷却用通路へ分配する分配手段と、複数の冷却用通路から導入された冷却液を合流させ発熱部品へ送出する合流手段とを具備し、第１水冷媒熱交換器は、分配手段で分配された第１冷却用通路から冷却液を導入し、合流手段へ導入される第２冷却用通路へ冷却液を送出し、第２水冷媒熱交換器は、分配手段で分配された第３冷却用通路から冷却液を導入し、ヒーターコアへ冷却液を送出し、ヒーターコアは、第２水冷媒熱交換器が送出した冷却液を導入し、合流手段へ導入される第４冷却用通路へ冷却液を送出する、構成を採る。  上記により、分配手段と合流手段とを備え、冷却液を第１水冷媒熱交換器と、第２水冷媒熱交換器とを並列に経由させるため、流水抵抗を少なくすることができる。
2015011919.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
低温低圧の冷媒と熱輸送用の冷却液との間で熱交換させて冷媒を気化させる第１水冷媒熱交換器と、
高温高圧の冷媒と前記冷却液との間で熱交換させて冷媒を凝縮させる第２水冷媒熱交換器と、
コンプレッサが吐出した高温高圧の冷媒の熱を利用して車室内を暖房するヒーターコアと、
車両の発熱部品から送出された前記冷却液を複数の冷却用通路へ分配する分配手段と、
複数の冷却用通路から導入された前記冷却液を合流させ前記発熱部品へ送出する合流手段と、
を具備し、
前記第１水冷媒熱交換器は、前記分配手段で分配された第１冷却用通路から前記冷却液を導入し、前記合流手段へ導入される第２冷却用通路へ前記冷却液を送出し、且つ、前記コンプレッサへ冷媒を送出し、
前記第２水冷媒熱交換器は、前記分配手段で分配された第３冷却用通路から前記冷却液を導入し、前記ヒーターコアへ前記冷却液を送出し、且つ、前記コンプレッサから前記高温高圧の冷媒を導入し、
前記ヒーターコアは、前記第２水冷媒熱交換器が送出した前記冷却液を導入し、前記合流手段へ導入される第４冷却用通路へ前記冷却液を送出する、
車両用空調装置。
【請求項２】
前記第１冷却用通路と、前記第３冷却用通路とは通路の配管径が異なる、
請求項１記載の車両用空調装置。
【請求項３】
前記第３冷却用通路に、前記分配手段で分配された前記冷却液を、前記第２水冷媒熱交換器の前記冷却液の導入口、および、前記第２水冷媒熱交換器が送出した前記冷却液の通路、のいずれか一方へ送出する三方弁を具備した、
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】
前記第１冷却用通路および前記第３冷却用通路の少なくとも一方に、前記冷却液の流量を調整する開閉手段を具備した、
請求項１〜請求項３の何れか一項に記載の車両用空調装置。
【請求項５】
前記第２水冷媒熱交換器から送出された冷媒が、冷媒を用いて車室内への送風を冷却するエバポレータ側へ送られる状態と、前記エバポレータ側へ送られない状態とに切り換え可能な第１切換手段と、
前記第２水冷媒熱交換器から送出された冷媒が、前記第１水冷媒熱交換器へ送られる状態と、前記第１水冷媒熱交換器へ送られない状態とに切り換え可能な第２切換手段と、
を更に具備した、
請求項１〜請求項４の何れか一項に記載の車両用空調装置。
【請求項６】
高温高圧の冷媒から外気へ放熱させ冷媒を凝縮させるコンデンサをさらに具備し、
前記第１切換手段および前記第２切換手段は、
前記第２水冷媒熱交換器、前記コンデンサ、前記エバポレータ、および、前記コンプレッサを含む循環経路に冷媒が流れ、且つ、前記第１水冷媒熱交換器へ冷媒が流れない冷房モードの状態と、
前記第２水冷媒熱交換器、前記第１水冷媒熱交換器、および、前記コンプレッサを含む循環経路に冷媒が流れるヒートポンプ式暖房モードの状態と、
に少なくとも切り換え可能である、
請求項５記載の車両用空調装置。
【請求項７】
前記エバポレータから前記コンプレッサへ冷媒を流す通路に配置された逆止弁をさらに具備する、
請求項５または請求項６に記載の車両用空調装置。
【請求項８】
前記第２水冷媒熱交換器から送出された冷媒を膨張して前記第１水冷媒熱交換器へ送る第１膨張手段と、
前記コンデンサにより凝縮されたれた冷媒を低温低圧に膨張して前記エバポレータへ吐出する第２膨張手段と、
をさらに具備する、
請求項５〜請求項７の何れか一項に記載の車両用空調装置。
【請求項９】
低温低圧の冷媒と車室内へ送られる吸気との間で熱交換を行うエバポレータと、
高温高圧の冷媒から外気へ放熱させ冷媒を凝縮させるコンデンサと、
前記コンプレッサ、前記第２水冷媒熱交換器、および、前記第１水冷媒熱交換器を含む冷媒回路に冷媒が流れる状態と、前記コンプレッサ、前記コンデンサ、および、前記エバポレータを含む冷媒回路に冷媒が流れる状態とに切換え可能な第３切換手段と、
を更に具備し、
前記第２水冷媒熱交換器から前記第１水冷媒熱交換器へ至る冷媒通路と、前記コンデンサから前記エバポレータへ至る冷媒通路とは異なる冷媒通路である、
請求項１〜請求項４の何れか一項に記載の車両用空調装置。
【請求項１０】
前記第３切換手段は、
ヒートポンプ式暖房モード時に、前記コンプレッサ、前記第２水冷媒熱交換器、および、前記第１水冷媒熱交換器を含む冷媒回路に冷媒が流れる状態へ切り換え、
冷房モード時に、前記コンプレッサ、前記コンデンサ、および、前記エバポレータを含む冷媒回路に冷媒が流れる状態へ切り換える、
請求項９記載の車両用空調装置。
【請求項１１】
前記エバポレータから前記コンプレッサへ冷媒を流す通路に配置された逆止弁をさらに具備する、
請求項９または請求項１０に記載の車両用空調装置。
【請求項１２】
前記第２水冷媒熱交換器から送出された冷媒を膨張して前記第１水冷媒熱交換器へ送る第３膨張手段と、
前記コンデンサにより凝縮されたれた冷媒を低温低圧に膨張して前記エバポレータへ吐出する第２膨張手段と、
をさらに具備する、
請求項９〜請求項１１の何れか一項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、車両用空調装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、車両用の暖房装置としては、高温になったエンジン冷却水の熱を利用して車室内を暖房する温水式ヒータが多く採用されている。また、従来の車両用の冷房装置としては、車室内へ送られる空気をヒートポンプの低温冷媒により冷却するヒートポンプ式の冷房装置が一般に採用されている。【０００３】
特許文献１には、既存の温水式ヒータを基本としつつ、ヒートポンプを利用して、温水式ヒータの冷却水を加熱する構成を付加することで、既存のものより暖房性能を向上することのできる車両用の空調装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−７６８３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の車両用の空調装置は、エンジンを冷却する冷却水が、コンデンサ、ヒーターコア、エバポレータをこの順に直列に経由し、再びエンジンへ導入される構成であった。従来の車両用空調装置は、冷却水が複数の構成要素を直列に経由する構成であるため流水抵抗が大きくなってしまうという問題があった。この結果、冷却水を循環させるためのポンプの能力を高くする必要があった。【０００６】
本発明の目的は、流水抵抗を少なくできる車両用空調装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様に係る車両用空調装置は、低温低圧の冷媒と熱輸送用の冷却液との間で熱交換させて冷媒を気化させる第１水冷媒熱交換器と、高温高圧の冷媒と前記冷却液との間で熱交換させて冷媒を凝縮させる第２水冷媒熱交換器と、コンプレッサが吐出した高温高圧の冷媒の熱を利用して車室内を暖房するヒーターコアと、前記第２水冷媒熱交換器から送出された冷媒を膨張して前記第１水冷媒熱交換器へ送る膨張手段と、車両の発熱部品から送出された前記冷却液を複数の冷却用通路へ分配する分配手段と、複数の冷却用通路から導入された前記冷却液を合流させ前記発熱部品へ送出する合流手段と、を具備し、前記第１水冷媒熱交換器は、前記分配手段で分配された第１冷却用通路から前記冷却液を導入し、前記合流手段へ導入される第２冷却用通路へ前記冷却液を送出し、且つ、前記コンプレッサへ冷媒を送出し、前記第２水冷媒熱交換器は、前記分配手段で分配された第３冷却用通路から前記冷却液を導入し、前記ヒーターコアへ前記冷却液を送出し、且つ、前記コンプレッサから前記高温高圧の冷媒を導入し、前記ヒーターコアは、前記第２水冷媒熱交換器が送出した前記冷却液を導入し、前記合流手段へ導入される第４冷却用通路へ前記冷却液を送出する、構成を採る。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、分配手段と合流手段とを備えることで、冷却液を第１水冷媒熱交換器と、第２水冷媒熱交換器とを並列に経由させるため、流水抵抗を少なくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態の車両用空調装置を示す構成図
【図２】ヒートポンプ式暖房モードの動作を説明する図
【図３】冷房モードの動作を説明する図
【図４】本発明の実施の形態の車両用空調装置の変形例を示す構成図
【図５】本発明の実施の形態の車両用空調装置の変形例を示す構成図
【図６】本発明の実施の形態の車両用空調装置の変形例を示す構成図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の各実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００１１】
図１は、本発明の実施の形態の車両用空調装置を示す構成図である。
【００１２】
本発明の実施形態の車両用空調装置１は、発熱部品としてのエンジン（内燃機関）を有する車両に搭載されて、車室内の空気調整を行う装置である。
【００１３】
実施形態の車両用空調装置１は、構成ユニット１０、コンプレッサ（圧縮機）３８、エンジン冷却部４０、ヒーターコア４４、エバポレータ４８、膨張弁３７、室外コンデンサ３９、逆止弁１５、および、これらの間を結ぶ冷却液の配管および冷媒配管等を具備する。ヒーターコア４４と、エバポレータ４８とは、ＨＶＡＣ（Heating, Ventilation, and Air Conditioning）７０の吸気通路内に配置される。ＨＶＡＣ７０には、吸気を流すファンＦ１が設けられている。
【００１４】
コンプレッサ３８は、エンジンの動力または電気により駆動して、吸入した冷媒を高温高圧に圧縮して吐出する。圧縮された冷媒は、構成ユニット１０へ送られる。低圧の冷媒は、構成ユニット１０の第１水冷媒熱交換器１１、又は、エバポレータ４８から、合流管を介してコンプレッサ３８へ吸入される。
【００１５】
エンジン冷却部４０は、エンジンの周囲に冷却液を流すウォータジャケットと、ウォータジャケットに冷却液を流すポンプとを具備し、ウォータジャケットに流れる冷却液へエンジンから熱を放出させる。ポンプは、例えば、エンジンの動力により回転する。エンジン冷却部４０には、エンジンの排熱の量が多くなった場合に、熱を外気に放出するラジエータが備わっていてもよい。エンジン冷却部４０の冷却液の通路は、構成ユニット１０を通ってヒーターコア４４と連通されている。
【００１６】
冷却液は、例えばＬＬＣ（Long Life Coolant）などの不凍液であり、熱を輸送するための液体である。
【００１７】
冷却液を移送する構成は、エンジン冷却部４０のポンプのみとすることもできる。これにより、装置のコストの低減および装置の設置スペースの縮小を図ることができる。冷却液の移送能力を高めるために、冷却液配管の他の箇所にポンプを追加してもよい。
【００１８】
ヒーターコア４４は、冷却液と空気との間で熱交換を行う機器であり、車室内へ空気を供給するＨＶＡＣ７０の吸気通路内に配置される。ヒーターコア４４には、加熱された冷却液が供給され、暖房運転時に車室内へ送られる吸気（車室内への送風）に熱を放出する。ヒーターコア４４は、ドア４４ａの開度により通過する空気の量を調整可能になっている。ドア４４ａは、電気的な制御で開閉可能である。ドア４４ａは、ミックスドアとも呼ばれる。
【００１９】
エバポレータ４８は、低温低圧の冷媒と、空気との間で熱交換を行う機器であり、ＨＶＡＣ７０の吸気通路内に配置される。エバポレータ４８には、冷房運転時または除湿運転時に低温低圧の冷媒が流され、車室内へ供給される吸気（車室内への送風）を冷却する。
【００２０】
膨張弁３７は、高圧の冷媒を低温低圧に膨張して、エバポレータ４８に吐出する。膨張弁３７は、エバポレータ４８に近接して配置されている。膨張弁３７は、エバポレータ４８から送出される冷媒の温度により吐出する冷媒量を自動的に調整する機能を有してもよい。
【００２１】
室外コンデンサ３９は、冷媒を流す通路と、空気を流す通路とを有し、例えばエンジンルーム内の車両の先頭付近に配置されて、冷媒と外気との間で熱交換を行う。室外コンデンサ３９には、冷房モードおよび除湿モードのときに、高温高圧の冷媒が流されて、冷媒から外気へ熱を排出させる。室外コンデンサ３９には、例えば、ファンにより外気が吹き付けられる。室外コンデンサ３９の冷媒の送出側にはリザーバタンク３９ａを設けてもよい。
【００２２】
構成ユニット１０は、単体で工場生産される一体化された構成であり、車両の組み立て工程において、車両用空調装置１の他の構成と配管接続される。構成ユニット１０は、１個の筐体に各構成要素が収容されて一体化されていてもよいし、各構成要素が接合されることで一体化されていてもよい。
【００２３】
構成ユニット１０には、第１水冷媒熱交換器１１と、第２水冷媒熱交換器１２と、開閉弁（第１切換手段に相当）１３と、電磁弁付き膨張弁（第２切換え手段、開閉機能付き膨張弁に相当）１４とが含まれる。
【００２４】
第１水冷媒熱交換器１１（蒸発器）は、低温低圧の冷媒を流す通路と、冷却液を流す通路とを有し、冷媒と冷却液との間で熱交換を行う。第１水冷媒熱交換器１１には、所定の運転モードのときに、電磁弁付き膨張弁１４から低温低圧の冷媒が吐出されて、冷却液から低温低圧冷媒へ熱を移動させる。これにより、第１水冷媒熱交換器１１は低温低圧の冷媒を気化させる。
【００２５】
エンジン冷却部４０から送出された冷却液は、複数の冷却用通路へ分配する分配配管１８を介して、第１水冷媒熱交換器１１および第２水冷媒熱交換器１２へ導入される。また、第１水冷媒熱交換器１１およびヒーターコア４４から導出された冷却液は、合流配管１９を介してエンジン冷却部４０へ導入される。
【００２６】
第１水冷媒熱交換器１１は、分配配管１８で分配された冷却用通路（第１冷却用通路）から冷却液を導入する。すなわち、第１水冷媒熱交換器１１の冷却液の導入口は第１冷却用通路と接続される。また、第１水冷媒熱交換器１１は、合流配管１９へ導入される冷却用通路（第２冷却用通路）へ冷却液を送出する。また、第１水冷媒熱交換器１１の冷媒の導入口は、配管を介して電磁弁付き膨張弁１４に連通され、冷媒の送出口は、コンプレッサ３８の吸入口へ合流する配管に連通されている。
【００２７】
第２水冷媒熱交換器１２（凝縮器）は、高温高圧の冷媒を流す通路と、冷却液を流す通路とを有し、冷媒と冷却液との間で熱交換を行う。第２水冷媒熱交換器１２は、分配配管１８で分配された冷却用通路（第３冷却用通路）から冷却液を導入する。すなわち、第２水冷媒熱交換器１２の冷却液の導入口は第３冷却用通路と接続される。また、第２水冷媒熱交換器１２は、ヒーターコア４４へ冷却液を送出する。すなわち、第２水冷媒熱交換器１２の冷却液の導出口は、ヒーターコア４４の導入口と接続する。
【００２８】
第２水冷媒熱交換器１２の冷媒の導入口は、配管を介してコンプレッサ３８の吐出口へ連通され、冷媒の送出口は、分岐配管を介して開閉弁１３と電磁弁付き膨張弁１４に連通されている。第２水冷媒熱交換器１２には、冷却水の温度が低い運転モードのときに、コンプレッサ３８から高温高圧の冷媒が送られて、高温高圧冷媒から冷却液へ熱を放出させる。冷却水の温度が低いとき、第２水冷媒熱交換器１２は、高温高圧の冷媒を凝縮させる。
【００２９】
ヒーターコア４４は、第２水冷媒熱交換器１２が送出した冷却液を導入する。また、ヒーターコア４４は、合流配管１９へ導入される冷却用通路（第４冷却用通路）へ冷却液を送出する。すなわち、ヒーターコア４４の導出口は、第４冷却用通路と接続する。
【００３０】
開閉弁１３は、例えば電気的な制御により、冷媒配管の開閉を切り替える弁である。開閉弁１３は、例えば電磁弁である。
【００３１】
電磁弁付き膨張弁１４は、例えば電気的な制御により、冷媒配管の開閉を切り替えられるとともに、開としたときに膨張弁として機能する弁である。電磁弁付き膨張弁１４は、膨張弁として機能する際、第１水冷媒熱交換器１１の冷媒送出口の冷媒温度に基づき、自動的に冷媒流量を調整する温度式膨張弁（ＴＸＶ：thermal expansion valve）であって
もよい。
【００３２】
逆止弁１５は、コンプレッサ３８とエバポレータ４８との間に設けられ、室外コンデンサ３９およびエバポレータ４８に冷媒が流されない運転モードのときに、冷媒の逆流を防ぐ弁である。ここで、開閉弁１３が閉じられて、第１水冷媒熱交換器１１と第２水冷媒熱交換器１２とを通る冷媒回路に冷媒が流される運転モードを考察する。この運転モードでは、開閉弁１３が閉じられていることで、室外コンデンサ３９とエバポレータ４８とを通る冷媒回路は遮断される。しかしながら、この場合でも、外気が低いと、室外コンデンサ３９およびエバポレータ４８における冷媒圧力が低くなることがある。そして、この圧力低下があると、第１水冷媒熱交換器１１および第２水冷媒熱交換器１２の冷媒回路に流れている冷媒が、エバポレータ４８側の冷媒回路へ逆流してしまう。この結果、第１水冷媒熱交換器１１と第２水冷媒熱交換器１２とを通る冷媒回路の冷媒量が最適な範囲から逸脱してしまい、このヒートポンプサイクルの効率が低下してしまう。しかしながら、逆止弁１５があることで、このような不都合を回避することができる。
【００３３】
次に、車両用空調装置１の動作について説明する。
【００３４】
車両用空調装置１では、温水式暖房モード、ヒートポンプ式暖房モード、温調モード、および、冷房モードなど、いくつかの動作モードに切り換えられて動作する。温水式暖房モードは、ヒートポンプを作動させずに車室内を暖房するモードである。ヒートポンプ式暖房モードは、ヒートポンプを作動させて車室内を暖房するモードである。冷房モードはヒートポンプの作用により車室内を冷房するモードである。また、低温冷媒による空気の冷却および除湿と高温の冷却液による空気の加熱とを適宜合わせて空気の温度および湿度の調整を行う温調モードも選択できる。以下では、ヒートポンプ式暖房モードおよび冷房モードを代表例として説明する。
【００３５】
［ヒートポンプ式の暖房モード］
図２は、ヒートポンプ式暖房モードの動作を説明する図である。
【００３６】
ヒートポンプ式暖房モードでは、図２に示すように、開閉弁１３が閉、電磁弁付き膨張弁１４が開（温度式膨張弁動作）に切り換えられる。また、ヒーターコア４４のドア４４ａは開かれる（例えば全開）。
【００３７】
さらに、コンプレッサ３８が作動することで、冷媒は、第２水冷媒熱交換器１２、電磁弁付き膨張弁１４、第１水冷媒熱交換器１１、および、コンプレッサ３８を、この順で循環的に流れる。
【００３８】
ここで、コンプレッサ３８により圧縮された高温高圧冷媒は、第２水冷媒熱交換器１２にて冷却液へ放熱して凝縮する。凝縮された冷媒は、電磁弁付き膨張弁１４により膨張されて低温低圧冷媒となり、第１水冷媒熱交換器１１に送られる。低温低圧冷媒は、第１水冷媒熱交換器１１にて冷却液から熱を吸収して気化する。気化した低圧冷媒は、コンプレッサ３８に吸引されて圧縮される。
【００３９】
冷却液は、エンジン冷却部４０、分配配管１８、第２水冷媒熱交換器１２、ヒーターコア４４を、この順で循環的に流れ、合流配管１９を経由してエンジン冷却部４０へ戻る。
【００４０】
ここで、エンジン冷却部４０でエンジンから熱を吸収した冷却液は、さらに第２水冷媒熱交換器１２で加熱されてヒーターコア４４に送られる。高温になった冷却液は、ヒーターコア４４で車室内へ送られる吸気を十分に加熱することができる。
【００４１】
また、冷却液は、エンジン冷却部４０、分配配管１８、第１水冷媒熱交換器１１を、この順で循環的に流れ、合流配管１９を経由してエンジン冷却部４０へ戻る。第１水冷媒熱交換器１１は冷媒に放熱を行って冷媒を気化させる。第１水冷媒熱交換器１１にて冷却された冷却液は、エンジン冷却部４０へ送られてエンジンを十分に冷却することができる。
【００４２】
このような動作により、車室内の十分な暖房を行うことができる。
【００４３】
［冷房モード］
図３は、冷房モードの動作を説明する図である。
【００４４】
冷房モードでは、図３に示すように、開閉弁１３が開、電磁弁付き膨張弁１４が閉に切り換えられる。また、ヒーターコア４４のドア４４ａは、全閉される。
【００４５】
さらに、コンプレッサ３８が作動することで、冷媒は、第２水冷媒熱交換器１２、室外コンデンサ３９、膨張弁３７、エバポレータ４８、および、コンプレッサ３８を、この順で循環的に流れる。
【００４６】
冷却液は、第１水冷媒熱交換器１１にて冷却されないため、比較的に温度は高くなる。冷却液の放熱は、主に、エンジン冷却部４０のラジエータで行われる。エンジンは非常に高温になるので、外気温が高くても、ラジエータによる放熱により適宜な冷却を行うことができる。ここで、冷却液を流す構成は、ラジエータ側に冷却液を多く流して、ヒーターコア４４側の流れを低下させてもよい。
【００４７】
このように第２水冷媒熱交換器１２の冷却液の温度は高くなるため、第２水冷媒熱交換器１２おいて高温高圧冷媒の放熱量は大きくないが、高温高圧冷媒は続いて室外コンデンサ３９へ送られて、空気に放熱を行うことで凝縮する。
【００４８】
凝縮された冷媒は、エバポレータ４８側へ送られて、先ず、膨張弁３７により膨張されて低温低圧冷媒となり、エバポレータ４８にて車室内への送風を冷却する。この熱交換により冷媒は気化する。気化した低圧冷媒は、コンプレッサ３８に吸引されて圧縮される。
【００４９】
第２水冷媒熱交換器１２、ヒーターコア４４、および、第１水冷媒熱交換器１１を流れる冷却液は、高温となるが、ヒーターコア４４のドア４４ａの開度の調整により、車室内へ送られる吸気への放熱量は小さく調整される。
【００５０】
このような動作により、車室内の十分な冷房を行うことができる。
【００５１】
以上のように、本実施の形態の車両用空調装置１は、分配配管１８と合流配管１９とを備えることで、冷却液を第１水冷媒熱交換器１１と、第２水冷媒熱交換器１２およびヒーターコア４４と、を並列に経由させる。このような構成により、流水抵抗を少なくすることができる。この結果、エンジン冷却部４０が備えるエンジン冷却液を流すポンプの能力を低く設定することが可能となる。
【００５２】
また、本実施の形態の車両用空調装置１は、エンジン冷却液をヒーターコア４４に流して暖房に利用する温水式ヒータの構成と、ヒートポンプの低温低圧冷媒を利用して冷房を行うヒートポンプ冷房装置の構成とを、基本構成としてあわせ持つ。そして、この基本構成に構成ユニット１０が追加されて、ヒートポンプを利用した車室内の暖房が可能な構成となっている。このような構成により、エンジンが低温なときでも、ヒートポンプの作用により、少ないエネルギーで速やかに車室内の暖房を行うことが可能となる。
【００５３】
すなわち、本実施の形態によれば、従来の車両で採用されているような温水式ヒータ、並びに、従来の車両で採用されているようなヒートポンプ式冷房装置の構成を基本としつつ、冷房時と暖房時とで共通のコンプレッサおよび冷媒を利用して暖房性能を向上することができる。
【００５４】
一般に、外気温が高く、ヒートポンプの作用により車室内の冷房が必要なときには、コンプレッサ３８により圧縮された高温高圧冷媒と、冷却液との熱的な接触は避けるよう検討される。しかしながら、本実施の形態では、第２水冷媒熱交換器１２において冷却液の温度は既に高くなることから、両者の熱的な接触は大きな影響を及ぼさないことに着眼した。そして、冷房運転時でも、第２水冷媒熱交換器１２への冷却液および冷媒の流れを迂回させることをせず、迂回させる構成を省くことで、配管構成の単純化、車両用空調装置１の部品点数の削減および製造コストの低減が図られている。
【００５５】
［変形例］
図４は、本発明の実施の形態の車両用空調装置の変形例を示す構成図である。
【００５６】
この変形例は、図１の実施の形態に、２点の変更を加えたものである。図１と同様の構成は、同一符号を付して詳細な説明を省略する。
【００５７】
変形例の車両用空調装置１Ａは、１点目の変更として、第２水冷媒熱交換器１２と第１水冷媒熱交換器１１との間の冷媒通路に配置されたリキッドタンク１７を有している。具体的には、第２水冷媒熱交換器１２の冷媒出口側における冷媒通路の分岐部と、第１水冷媒熱交換器１１の冷媒入口側の膨張弁（１４ｂ）との間に、リキッドタンク１７を設けている。
【００５８】
なお、リキッドタンク１７は、第２水冷媒熱交換器１２の冷媒出口と、電磁弁付き膨張弁１４ｂの膨張弁との間であれば、いずれの位置に設けられてもよい。リキッドタンク１７は、第２水冷媒熱交換器１２と一体的な構成としてもよい。
【００５９】
リキッドタンク１７によれば、冷房運転時と暖房運転時とで冷媒サイクルを循環する最適な冷媒量が異なるが、この冷媒量の差異をリキッドタンク１７により吸収することが可能となる。
【００６０】
変形例の車両用空調装置１Ａは、２点目の変更として、電磁弁付き膨張弁１４ｂの膨張弁として、一定量で絞られた冷媒通路（例えばオリフィス）に冷媒を通して冷媒を膨張させる構成（オリフィス付き電磁弁と呼ばれる）が採用されている。
【００６１】
さらに、変形例の車両用空調装置１Ａは、一定量で絞られた冷媒通路により冷媒を膨張させる構成に対応させて、第１水冷媒熱交換器１１とコンプレッサ３８との間の冷媒通路に配置されたアキュムレータ１６を有している。一定の絞り通路に冷媒を通して冷媒を膨張させる構成では、第１水冷媒熱交換器１１を通過した冷媒が十分に気化されない場合があるため、アキュムレータ１６により、気相の冷媒を分離してコンプレッサ３８へ送るようにしたものである。
【００６２】
変形例の車両用空調装置１Ａにおいても、上述と同様のサイクルで、車室内の冷房および暖房等を行うことできる。
【００６３】
なお、車両用空調装置の変形例としては、１点目の変更点のみを適用した構成、又は、２点目の変更点のみを適用した構成を採用してもよい。
【００６４】
［変形例］
図５は、本発明の実施の形態の車両用空調装置の変形例を示す構成図である。
【００６５】
この変形例は、図１の実施の形態に、２点の変更を加えたものである。冷媒の経路は省略している。図１と同様の構成は、同一符号を付して詳細な説明を省略する。
【００６６】
変形例の車両用空調装置１Ｂは、１点目の変更として、分配配管１８で分配された第２水冷媒熱交換器１２へ導入される第３冷却用通路に、三方弁２１を設けている。
【００６７】
三方弁２１は、分配配管１８で分配された冷却液を、第２水冷媒熱交換器１２の冷却液の導入口、および、第２水冷媒熱交換器１２が送出した冷却液の通路のいずれか一方へ送出する機能を有する。
【００６８】
また、変形例の車両用空調装置１Ｂは、２点目の変更として、分配配管１８で分配された第１水冷媒熱交換器１１へ導入される第１冷却用通路に、冷却液の流量を調整する開閉弁２０を設けている。
【００６９】
開閉弁２０を設けることで、以下の効果を奏する。開閉弁２０の開度を調整することで、第１冷却用通路を通過するエンジン冷却液の流量を調整できる。この結果、第１冷却用通路と、第３冷却用通路とのエンジン冷却液の流量の比率が調整可能となる。
【００７０】
このように流量の比率が調整可能となることで、外気温の変化などに応じた最適なサイクル形成を維持できるため空調性能向上が可能となる。
【００７１】
また、冷媒の圧力が高いときに流量の比率が調整可能となることで、第１水冷媒熱交換器１１へ導入するエンジン冷却液の流量を少なくするように調整することで、第１水冷媒熱交換器１１を通過するエンジン冷却液の温度が低下するため、コンプレッサ３８の冷媒の吸入圧力が下がる。これによりコンプレッサ３８の冷媒の吐出圧力が低減できるので、コンプレッサ３８を断続運転させる必要がなくなる。この結果、乗員の快適性が向上するという効果を奏する。
【００７２】
さらに、また流量の比率が調整可能となることで、第１水冷媒熱交換器１１および第２水冷媒熱交換器１２を同サイズの熱交換器で構成することが可能となり、製造コストの低減が可能となる。
【００７３】
なぜなら、第２水冷媒熱交換器１２は、第１水冷媒熱交換器１１よりも多く熱の授受が必要であり、かつ冷媒の飽和圧力の上限から温度差をとれないため、第２水冷媒熱交換器１２を大きくする必要がある。しかしながら、また流量の比率が調整することで、同サイズの熱交換器でも安定したサイクルが形成できる。
【００７４】
なお、第１水冷媒熱交換器１１へ導入される第１冷却用通路に開閉弁２０を設けると記載したが、第１冷却用通路および第２水冷媒熱交換器１２へ導入される第３冷却用通路の少なくとも一方に開閉弁２０を設けることができ、いずれも上記効果と同様の効果を得ることができる。
【００７５】
また、開閉弁２０を設ける替わりに、第１冷却用通路と、第３冷却用通路との通路の配管径が異ならせることで、冷却液の流量の比率を調整することも可能である。この構成においても、上記開閉弁２０を設けた際と同様の効果を得ることができる。
【００７６】
また、開閉弁２０を設ける替わりに、第２冷却用通路と、第４冷却用通路との通路の配管径が異ならせることで、冷却液の流量の比率を調整することも可能である。この構成においても、上記開閉弁２０を設けた際と同様の効果を得ることができる。
【００７７】
また、三方弁２１、および、開閉弁２０を設けることで、以下の効果を奏する。
【００７８】
分配配管１８で分配されたエンジン冷却液を、第２水冷媒熱交換器１２が送出した冷却液の通路へ送出するよう三方弁２１を設定し、かつ、開閉弁２０を閉状態とすることで、エンジン冷却液が第２水冷媒熱交換器１２を経由しない。エンジン冷却液は、ヒーターコア４４に直接導入され、ヒートポンプを用いない暖房が可能となる。
【００７９】
［変形例］
図６は、本発明の実施の形態の車両用空調装置の変形例を示す構成図である。
【００８０】
この変形例は、図１の実施の形態に、冷媒経路の変更を加えたものである。図１と同様の構成は、同一符号を付して詳細な説明を省略する。
【００８１】
図１においては、第２水冷媒熱交換器１２の冷媒の導入口が、配管を介してコンプレッサ３８の吐出口へ連通され、第２水冷媒熱交換器１２の冷媒の送出口は、分岐配管を介して開閉弁１３と電磁弁付き膨張弁１４に連通されていた。これに対し、変形例の車両用空調装置１Ｃは、コンプレッサ３８の吐出口は分岐配管を介して開閉弁２２と、開閉弁２３とに連通される。第２水冷媒熱交換器１２の冷媒の導入口は、開閉弁２２を介してコンプレッサ３８の吐出口と連通する。第２水冷媒熱交換器１２の冷媒の送出口は、膨張弁２４を介して第１水冷媒熱交換器１１の冷媒の導入口と連通する。第１水冷媒熱交換器１１の冷媒の送出口は、コンプレッサ３８の吸入口へ合流する配管に連通されている。
【００８２】
また、コンプレッサ３８の吐出口は分岐配管および開閉弁２３をこの順で介して、室外コンデンサ３９の冷媒の導入口と連通する。このように、第２水冷媒熱交換器１２から第１水冷媒熱交換器１１へ至る冷媒通路と、室外コンデンサ３９からエバポレータ４８へ至る冷媒通路とは異なる冷媒通路となっている。
【００８３】
ヒートポンプ式暖房モードでは、図６に示すように、開閉弁２２が開、開閉弁２３が閉に切り換えられる。また、ヒーターコア４４のドア４４ａは開かれる（例えば全開）。
【００８４】
さらに、コンプレッサ３８が作動することで、コンプレッサ３８の吐出冷媒は、第２水冷媒熱交換器１２、膨張弁２４、第１水冷媒熱交換器１１、および、コンプレッサ３８を、この順で循環的に流れる。
【００８５】
冷房モードでは、開閉弁２２が閉、開閉弁２３が開に切り換えられる。また、ヒーターコア４４のドア４４ａは、全閉される。
【００８６】
さらに、コンプレッサ３８が作動することで、コンプレッサ３８の吐出冷媒は、室外コンデンサ３９、膨張弁３７、エバポレータ４８、および、コンプレッサ３８を、この順で循環的に流れる。
【００８７】
図６のような構成とすることで、以下の効果を奏する。第２水冷媒熱交換器１２から第１水冷媒熱交換器１１へ至る冷媒通路と、室外コンデンサ３９からエバポレータ４８へ至る冷媒通路とが異なるので、冷媒通路を、複数の動作モード（例えば冷房モードとヒートポンプ式暖房モード）に合うように、複数の動作モードで異ならせてチューニングすることができる。また、変形例の車両用空調装置１Ｃによれば、第１水冷媒熱交換器１１の前で冷媒を膨張させる膨張弁２４と、エバポレータ４８の前で冷媒を膨張させる膨張弁３７とを有しているので、膨張弁を、複数の動作モードに合うように、複数の動作モードで異ならせてチューニングすることができる。
【００８８】
本変形例では、冷房モードでは空気と冷媒とを熱交換させ、ヒートポンプ式暖房モードでは冷却液と冷媒とを熱交換させるが、複数の動作モードに合せてチューニングができることから、各動作モードに特化した動作性能を発揮させることが可能となる。また、動作モードをスムースに切り換えることが可能となる。また、第２水冷媒熱交換器１２から第１水冷媒熱交換器１１へ至る冷媒通路と、室外コンデンサ３９からエバポレータ４８へ至る冷媒通路との一部が共通だと、動作モードの切り替え時に、室外コンデンサ３９に冷媒が貯まって回収困難となり、冷媒量が不安定になるという課題が考えられる。しかし、本変形例の車両用空調装置１Ｃでは、このような課題が生じ難い。
【００８９】
なお、図４、図５、図６で説明した変形例は相互に組合せ可能である。以上、本発明の各実施の形態について説明した。
【００９０】
なお、上記実施の形態では、第２切換手段として電磁弁付き膨張弁１４，１４ｂを採用した構成を例にとって説明した。しかし、第２切換手段としては、電磁開閉弁および膨張弁を別個に設けて配管接続した構成を採用してもよい。また、上記実施の形態では、開閉弁１３を構成ユニット１０に設けた構成を例にとって説明したが、開閉弁１３は構成ユニット１０の外に設けてもよい。
【００９１】
また、上記実施の形態では、第１切換手段および第２切換手段として、開閉弁１３と、電磁弁付き膨張弁１４とを採用した構成を例にとって説明した。しかし、開閉弁１３および電磁弁付き膨張弁１４の電磁弁の機能は、第２水冷媒熱交換器１２の冷媒送出口から、室外コンデンサ３９側と第１水冷媒熱交換器１１側とに分岐する冷媒配管の分岐部に配置された三方弁で実現することも可能である。
【００９２】
また、上記実施の形態では、車両の加熱部品としてエンジンを例にとって説明した。しかしながら、車両の加熱部品は、電気自動車における走行用の電気モータ、走行用の電力を供給する二次電池など、様々な加熱部品を採用してもよい。
【００９３】
２０１３年７月２６日出願の特願２０１３−１５５１８１の日本出願に含まれる明細書、図面および要約書の開示内容は、すべて本願に援用される。
【産業上の利用可能性】
【００９４】
本発明は、エンジン車、電気自動車、或いは、ＨＥＶ車など各種車両に搭載される車両用空調装置に利用できる。
【符号の説明】
【００９５】
１，１Ａ，１Ｂ、１Ｃ  車両用空調装置
１０  構成ユニット
１１  第１水冷媒熱交換器
１２  第２水冷媒熱交換器
１３  開閉弁（第１切換手段）
１４，１４ｂ  電磁弁付き膨張弁（第２切換手段、開閉機能付き膨張弁、第１膨張手段）
１５  逆止弁
１６  アキュムレータ
１７  リキッドタンク
１８  分配配管（分配手段）
１９  合流配管（合流手段）
２０  開閉弁（開閉手段）
２１  三方弁
２２  開閉弁（第３切換手段）
２３  開閉弁（第３切換手段）
２４  膨張弁（第３膨張手段）
３７  膨張弁（第２膨張手段）
３８  コンプレッサ
３９  室外コンデンサ（コンデンサ）
４０  エンジン冷却部
４４  ヒーターコア
４４ａ  ドア
４８  エバポレータ
７０  ＨＶＡＣ
【図１】
2015011919.tif 000003
【図２】
2015011919.tif 000004
【図３】
2015011919.tif 000005
【図４】
2015011919.tif 000006
【図５】
2015011919.tif 000007
【図６】
2015011919.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成28年1月15日(2016.1.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
本発明の一態様に係る車両用空調装置は、低温低圧の冷媒と熱輸送用の冷却液との間で熱交換させて冷媒を気化させる第１水冷媒熱交換器と、高温高圧の冷媒と前記冷却液との間で熱交換させて冷媒を凝縮させる第２水冷媒熱交換器と、コンプレッサが吐出した高温高圧の冷媒の熱を利用して車室内を暖房するヒーターコアと、車両の発熱部品から送出された前記冷却液を複数の冷却用通路へ分配する分配手段と、複数の冷却用通路から導入された前記冷却液を合流させ前記発熱部品へ送出する合流手段と、を具備し、前記第１水冷媒熱交換器は、前記分配手段で分配された第１冷却用通路から前記冷却液を導入し、前記合流手段へ導入される第２冷却用通路へ前記冷却液を送出し、且つ、前記コンプレッサへ冷媒を送出し、前記第２水冷媒熱交換器は、前記分配手段で分配された第３冷却用通路から前記冷却液を導入し、前記ヒーターコアへ前記冷却液を送出し、且つ、前記コンプレッサから前記高温高圧の冷媒を導入し、前記ヒーターコアは、前記第２水冷媒熱交換器が送出した前記冷却液を導入し、前記合流手段へ導入される第４冷却用通路へ前記冷却液を送出する、構成を採る。
【国際調査報告】
2015011919.tif 000009
2015011919.tif 000010
2015011919.tif 000011
2015011919.tif 000012