(57)【要約】【課題】ヒートポンプ式冷房装置を用いて暖房と冷房を行うシステムにあって、ヒートポンプ式冷房装置の構成を簡略化する。【解決手段】第１循環経路１を有するヒートポンプ式冷房装置Ａと、第２循環経路８を有する暖房用循環装置Ｂとを備え、第１循環経路１中の水冷コンデンサ３は、第２循環経路８内に配置されて第１の冷媒の熱を第２の冷媒へ放熱し、第２循環経路８には、放熱器１０側と放熱器バイパス流路１３に流路を切り換える流路切換弁１４を設け、暖房運転時は、流路切換弁１４によって第２の冷媒を放熱器バイパス流路１３へと流し、ヒータコア１２で加熱された空気を空調風として車室内へ導入し、冷房運転時は、流路切換弁１４によって第２の冷媒を放熱器１０へと流し、エバポレータ６で冷却された空気を空調風として車室内へ導入する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の冷媒が循環する第１循環経路（１）を有するヒートポンプ式冷房装置（Ａ）と、前記第１循環経路（１）とは別に、第２の冷媒が循環する第２循環経路（８）を有する暖房用循環装置（Ｂ）とを備え、
前記ヒートポンプ式冷房装置（Ａ）の前記第１循環経路（１）には、第１の冷媒を圧縮するコンプレッサ（２）と、前記第２循環経路（８）内に配置され、第１の冷媒の熱を第２の冷媒へ放熱させるコンデンサ（３）と、第１の冷媒を膨張させる膨張手段（５）と、前記膨張手段（５）で膨張された第１の冷媒と空気との間で熱交換させて空気を冷却するエバポレータ（６）とが設けられ、
前記暖房用循環装置（Ｂ）の前記第２循環経路（８）には、第２の冷媒を循環させるポンプ（９）と、第２の冷媒と空気との間で熱交換させて空気を加熱するヒータコア（１２）と、第２の冷媒の熱を放熱させる放熱器（１０）とが設けられ、第２の冷媒は流体で、顕熱変化によって熱交換を行うものであり、
前記放熱器（１０）は車室外空気に放熱し、
前記エバポレータ（６）及び前記ヒータコア（１２）は、ファン（２１）によって送風を車室内に導入できる空調ダクト（２０）内に配置され、前記空調ダクト（２０）内の通過空気を空調風として車室内に導入することを特徴とする車両用空調システム。
【請求項２】
請求項１に記載の車両用空調システムであって、
前記放熱器（１０）をバイパスする放熱器バイパス流路（１３）と、第２の冷媒を前記放熱器（１０）又は前記放熱器バイパス流路（１３）へと流すように流路を切り換える流路切換弁（１４）とが設けられたことを特徴とする車両用空調システム。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の車両用空調システムであって、
前記ヒータコア（１２）をバイパスするヒータコアバイパス流路（５０）と、第２の冷媒を前記ヒータコア（１２）又は前記ヒータコアバイパス流路（５０）へと流すように流路を切り換える流路切換弁（５１）とが設けられたことを特徴とする車両用空調システム。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の車両用空調システムであって、
前記第２循環経路（８）中に、第２の冷媒を加熱するヒータ（１１）が設けられたことを特徴とする車両用空調システム。
【請求項５】
請求項４に記載の車両用空調システムであって、
前記コンデンサ（３）は、第２循環流路（８）内で、前記ヒータ（１１）の上流でかつ前記放熱器（１０）の下流に設けられていることを特徴とする車両用空調システム。
【請求項６】
請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の車両用空調システムであって、
前記エバポレータ（６）で冷却された空調風の少なくとも一部を車室外に排出する排出手段（２６）が設けられたことを特徴とする車両用空調システム。
【請求項７】
請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の車両用空調システムであって、
前記エバポレータ（６）と前記ヒータコア（１２）とは前記空調ダクト（２０）内で並列に設けられ、
前記エバポレータ（６）側へ流れる空調風と前記ヒータコア（１２）側へ流れる空調風とを分離する分離手段（２２）と、
前記エバポレータ（６）において冷却された空調風と前記ヒータコア（１２）において加熱された空調風とを所定の割合で混合させる混合手段（２５）とを備えることを特徴とする車両用空調システム。
【請求項８】
請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の車両用空調システムであって、
前記ファン（２１）は、前記エバポレータ（６）側へ空調風を送風する第１のファン（３０）と、前記ヒータコア（１２）側へ空調風を送風する第２のファン（３１）とによって構成されることを特徴とする車両用空調システム。
【請求項９】
請求項８に記載の車両用空調システムであって、
前記第１のファン（３０）によって送風される空調風及び前記第２のファン（３１）によって送風される空調風のうち、前記エバポレータ（６）側へ流れる空調風と前記ヒータコア（１２）側へ流れる空調風との割合を変更可能な配風手段（３２）を備えることを特徴とする車両用空調システム。
【請求項１０】
請求項１〜請求項９のいずれか１項に記載の車両用空調システムであって、
第１の冷媒は、二酸化炭素であることを特徴とする車両用空調システム。
【請求項１１】
請求項２〜請求項１０のいずれか１項に記載の車両用空調システムであって、
暖房運転時は、前記流路切換弁（１４）の切り換えによって第２の冷媒を前記放熱器バイパス流路（１３）へと流し、前記ヒータコア（１２）において加熱された空気を空調風として車室内へ導入し、
冷房運転時は、前記流路切換弁（１４）の切り換えによって第２の冷媒を前記放熱器（１０）へと流し、前記エバポレータ（６）において冷却された空気を空調風として車室内へ導入することを特徴とする車両用空調システム。
【請求項１２】
請求項３〜請求項１１のいずれか１項に記載の車両用空調システムであって、
暖房運転時は、前記流路切換弁（５１）を切り換えによって第２の冷媒をヒータコア（１２）へと流し、
冷房運転時は、前記流路切換弁（５１）を切り換えによって第２の冷媒をヒータコアバイパス流路（１３）へと流すことを特徴とする車両用空調システム。
【請求項１３】
請求項１２に記載の車両用空調システムであって、
前記ポンプ（９）は、前記放熱器（１０）の出口側で、且つ、前記放熱器バイパス流路（１３）との合流点と、前記コンデンサ（３）の位置との間に設けられたことを特徴とする車両用空調システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、暖房と冷房を行うことができる車両用空調システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の従来の車両用空調システムとしては、特許文献１（第４実施形態等）に開示されたものがある。この車両用空調システムは、第１の冷媒が循環する第１循環流路を有するヒートポンプ式冷房装置と、第２の冷媒が循環する第２循環流路を有する暖房用循環装置とを備えている。
【０００３】
ヒートポンプ式冷房装置の第１循環流路中には、コンプレッサと内部熱交換部の放熱部と室内用熱交換器と膨脹弁と室外用熱交換器とが設けられている。室内熱交換器は、車室に開口する空調ダクト内に配置されている。第１循環流路は、種々のバイパス経路と第１冷媒の経路を切り換えるための多数の切換弁を有する。
【０００４】
暖房運転時にあっては、内部熱交換部と室内用熱交換器が第１の冷媒に放熱させるコンデンサとして機能し、室外用熱交換器が第１の冷媒に吸熱させるエバポレータとして機能し、冷房運転時にあっては、室外用熱交換器が第１の冷媒に放熱させるコンデンサとして機能し、室内用熱交換器が第１の冷媒に吸熱させるエバポレータとして機能するように経路が切り換えられる。
【０００５】
暖房用循環装置の第２循環流路には、第２の冷媒を循環させるポンプと内部熱交換部の受熱部とヒータコアが設けられている。ヒータコアは、車室に開口する空調ダクト内に配置されている。
【０００６】
暖房運転時には、ヒートポンプ式冷房装置の室内用熱交換器とヒータコアを熱源とし、冷房運転時にはヒートポンプ式冷房装置の室内用熱交換器を冷却源として車室内を暖房し、又、冷房する。
【特許文献１】特開２００２−９８４３０号公報（図１、図９）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、前記従来例のようにヒートポンプ式冷房装置を暖房用と冷房用の併用とすると、第１の冷媒の流路を切り換えるために、多数のバイパス流路及び切換弁などが必要となるため、ヒートポンプ式冷房装置の構成が複雑になるという問題がある。
【０００８】
また、前記従来公報の図１には、第１の冷媒が循環する第１循環流路を有するヒートポンプ式暖房装置と、第２の冷媒が循環する第２循環流路を有する暖房用給湯水循環装置とを備えたシステムが開示されている。ヒートポンプ式暖房装置の第１循環流路中には、コンプレッサと内部熱交換部の放熱部と高圧側熱交換器と膨張弁と低圧側熱交換器とが設けられている。暖房用給湯水循環装置の第２循環流路中には、ポンプと内部熱交換部の受熱部と暖房用ヒータとが設けられている。このシステムは、ヒートポンプ式暖房装置で得られる熱を高圧側熱交換器を介して、又は、暖房用給湯水循環装置を介して利用するものであり、第１の冷媒の流路を切り換えする必要がないため構成が簡単である。しかし、このシステムでは、冷房を行うことができない。又、このシステムは、家庭用の暖房システムであり、車両用ではない。
【０００９】
そこで、本発明は、ヒートポンプ式冷房装置を用いて暖房と冷房を行うシステムにあって、ヒートポンプ式冷房装置の構成を簡略化できると共に空調システム全体としても簡単な構成である車両用空調システム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】
【００１０】
上記目的を達成する請求項１の発明は、第１の冷媒が循環する第１循環経路を有するヒートポンプ式冷房装置と、第１循環経路とは別に、第２の冷媒が循環する第２循環経路を有する暖房用循環装置とを備え、ヒートポンプ式冷房装置の第１循環経路には、第１の冷媒を圧縮するコンプレッサと、第２循環経路内に配置され、第１の冷媒の熱を第２の冷媒へ放熱させるコンデンサと、第１の冷媒を膨張させる膨張手段と、膨張手段で膨張された第１の冷媒と空気との間で熱交換させて空気を冷却するエバポレータとが設けられ、暖房用循環装置の第２循環経路には、第２の冷媒を循環させるポンプと、第２の冷媒と空気との間で熱交換させて空気を加熱するヒータコアと、第２の冷媒の熱を放熱させる放熱器とが設けられ、第２の冷媒は流体で、顕熱変化によって熱交換を行うものであり、放熱器は車室外空気に放熱し、エバポレータ及びヒータコアは、ファンによって送風を車室内に導入できる空調ダクト内に配置され、空調ダクト内の通過空気を空調風として車室内に導入することを特徴とする。
【００１１】
請求項２の発明は、請求項１に記載の車両用空調システムであって、放熱器をバイパスする放熱器バイパス流路と、第２の冷媒を放熱器又は放熱器バイパス流路へと流すように流路を切り換える流路切換弁とが設けられたことを特徴とする。
【００１２】
請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載の車両用空調システムであって、ヒータコアをバイパスするヒータコアバイパス流路と、第２の冷媒をヒータコア又はヒータコアバイパス流路へと流すように流路を切り換える流路切換弁とが設けられたことを特徴とする。
【００１３】
請求項４の発明は、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の車両用空調システムであって、第２循環経路中に、第２の冷媒を加熱するヒータが設けられたことを特徴とする。
【００１４】
請求項５の発明は、請求項４に記載の車両用空調システムであって、コンデンサは、第２循環流路内で、ヒータの上流でかつ放熱器の下流に設けられていることを特徴とする。
【００１５】
請求項６の発明は、請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の車両用空調システムであって、エバポレータで冷却された空調風の少なくとも一部を車室外に排出する排出手段が設けられたことを特徴とする。
【００１６】
請求項７の発明は、請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の車両用空調システムであって、エバポレータとヒータコアとは空調ダクト内で並列に設けられ、エバポレータ側へ流れる空調風とヒータコア側へ流れる空調風とを分離する分離手段と、エバポレータにおいて冷却された空調風とヒータコアにおいて加熱された空調風とを所定の割合で混合させる混合手段とを備えることを特徴とする。
【００１７】
請求項８の発明は、請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の車両用空調システムであって、ファンは、エバポレータ側へ空調風を送風する第１のファンと、ヒータコア側へ空調風を送風する第２のファンとによって構成されることを特徴とする。
【００１８】
請求項９の発明は、請求項８に記載の車両用空調システムであって、第１のファンによって送風される空調風及び第２のファンによって送風される空調風のうち、エバポレータ側へ流れる空調風とヒータコア側へ流れる空調風との割合を変更可能な配風手段を備えることを特徴とする。
【００１９】
請求項１０の発明は、請求項１〜請求項９のいずれか１項に記載の車両用空調システムであって、第１の冷媒は、二酸化炭素であることを特徴とする。
【００２０】
請求項１１の発明は、請求項２〜請求項１０のいずれか１項に記載の車両用空調システムであって、暖房運転時は、流路切換弁の切り換えによって第２の冷媒を放熱器バイパス流路へと流し、ヒータコアにおいて加熱された空気を空調風として車室内へ導入し、冷房運転時は、流路切換弁の切り換えによって第２の冷媒を放熱器へと流し、エバポレータにおいて冷却された空気を空調風として車室内へ導入することを特徴とする。
【００２１】
請求項１２の発明は、請求項３〜請求項１１のいずれか１項に記載の車両用空調システムであって、暖房運転時は、流路切換弁を切り換えによって第２の冷媒をヒータコアへと流し、冷房運転時は、流路切換弁を切り換えによって第２の冷媒をヒータコアバイパス流路へと流すことを特徴とする。
【００２２】
請求項１３の発明は、請求項１２に記載の車両用空調システムであって、ポンプは、放熱器の出口側で、且つ、放熱器バイパス流路との合流点と、コンデンサの位置との間に設けられたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
請求項１の発明によれば、ヒートポンプ式冷房装置の第１の冷媒は、暖房運転と冷房運転に係わらず第１循環経路を一定の経路で循環させれば良いため、ヒートポンプ式冷房装置の構成が簡単で良い。又、暖房用循環装置もコンデンサから熱を受ける第２の冷媒をヒータコアと放熱器を通る経路で循環させる構成であれば良い。そして、コンデンサから受けた熱を放熱器で車室外空気に放熱したり、コンデンサから受けた熱をヒータコアから車室内に放熱したりすることにより、冷房と暖房を兼用できる。以上より、ヒートポンプ式冷房装置を用いて暖房と冷房を行うシステムにあって、ヒートポンプ式冷房装置の構成を簡略化できると共に空調システム全体としても簡単な構成で済む。
【００２４】
また、第２循環経路の冷媒が液体で相変化せずに顕熱変化するものであるため、熱伝達効率が良くより小型化が図れる。
【００２５】
請求項２の発明によれば、放熱器を通過させるか否かの経路変更が行えるため、暖房性能の悪化を防止できる。
【００２６】
請求項３の発明によれば、ヒータコアを通過させるか否かの経路変更が行えるため、冷房性能の悪化を防止できる。
【００２７】
請求項４の発明によれば、暖房運転時はヒートポンプ式冷房装置において生じた熱とヒータによって発生させた熱とを併用して空調風を加熱するため、エンジンなどの大きな熱源を持たない車両において、外気温が極低温状態であっても十分な暖房性能を発揮することができる。
【００２８】
請求項５の発明によれば、コンデンサはヒータの上流に設けられるので、表面温度がヒータより低いコンデンサがヒータより先に第２の冷媒と熱交換を行うこととなり、コンデンサと第２の冷媒との温度差を極力大きくとることができ、コンデンサにおける熱交換効率を向上させることができる。
【００２９】
請求項６の発明によれば、エバポレータにおいて冷却された空調風の少なくとも一部を車室外へと排出する排出手段を備えるので、暖房運転時にあって、低温の空調風がヒータコアによって加熱された高温の空調風と混ざることを防止して暖房性能をさらに向上させることができる。
【００３０】
請求項７の発明によれば、エバポレータとヒータコアとは空調ダクト内で並列に設けられ、エバポレータ側へ流れる空調風とヒータコア側へ流れる空調風とを分離する分離手段と、エバポレータにおいて冷却された空調風とヒータコアにおいて加熱された空調風とを所定の割合で混合させる混合手段とを備えるので、搭乗者の設定温度や外気温に基づいて空調風の吹き出し温度を所望の温度に設定することができる。
【００３１】
請求項８の発明によれば、ファンは、エバポレータ側へ空調風を送風する第１のファンと、ヒータコア側へ空調風を送風する第２のファンとによって構成されるので、２つのファンの出力を制御することで、暖房性能及び冷房性能を制御することができる。
【００３２】
請求項９の発明によれば、第１のファンによって送風される空調風及び第２のファンによって送風される空調風のうち、エバポレータ側へ流れる空調風とヒータコア側へ流れる空調風との混合割合を変更可能な配風手段を備えるので、車室内へ吹き込まれる温風又は冷風の風量を調整することができ、暖房性能及び冷房性能をより細かく制御することができる。また、配風手段によってエバポレータ側の流路又はヒータコア側の流路を完全に閉塞してファンを並列運転させることで、最大風量を増大させることができる。
【００３３】
請求項１０の発明によれば、第１の冷媒は二酸化炭素であるので、極低温状態でも飽和圧力が高く、その分冷媒の流量をより確実に確保することができる。
【００３４】
請求項１１の発明によれば、暖房用循環装置の第２の冷媒を暖房運転と冷房運転によって放熱器を通過させるか否かの経路変更を行えば良いため、比較的構成が簡単である。ヒートポンプ式冷房装置を用いて暖房と冷房を行うシステムにあって、ヒートポンプ式冷房装置の構成を簡略化できると共に空調システム全体としても簡単な構成で済む。
【００３５】
請求項１２の発明によれば、冷房運転時にあっては、ヒータコアで第２の冷媒が放熱するのを回避できるため、エバポレータを通過した空調風がヒータコア内を通過するような構造であってもエバポレータにおいて冷却された空調風がリヒートされることがない。
【００３６】
請求項１３の発明によれば、暖房運転時に、流路切換弁の故障等によって第２の冷媒がヒータコアバイパス流路を通って流れた場合にも、放熱器バイパス流路を流れ、その流通過程で温度が低下された第２の冷媒をポンプが吸い込むことになるため、ヒータで加熱された直後の第２の冷媒をポンプが吸い込むことを防止でき、ポンプの信頼性・耐久性が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００３８】
（第１実施形態）
図１は本実施形態における車両用空調システムのシステム構成図である。本実施形態の車両用空調システムは、ヒートポンプ式冷房装置Ａと暖房用循環装置Ｂとを組み合わせたものである。
【００３９】
ヒートポンプ式冷房装置Ａは、第１の冷媒としての二酸化炭素が封入された第１循環経路１を有し、この第１循環経路１中に、コンプレッサ２，コンデンサである水冷コンデンサ３、内部熱交換器４，膨張手段である膨張弁５、エバポレータ６及びアキュームレータ７を順に備えて構成される。
【００４０】
コンプレッサ２は、吸入した比較的低温低圧の第１の冷媒を圧縮して高温高圧の冷媒として吐出する。
【００４１】
水冷コンデンサ３は、下記する第２循環経路８中の機器収容室１５内に配置されており、コンプレッサ２から圧送された第１の冷媒を第２の冷媒によって冷却する。すなわち、水冷コンデンサ３において第１の冷媒と第２の冷媒との間で熱交換が行われ、第２の冷媒は第１の冷媒によって加熱される。
【００４２】
内部熱交換器４は、水冷コンデンサ３から送出された第１の冷媒とアキュームレータ７から送出されたより冷温の第１の冷媒との間で熱交換させ、水冷コンデンサ３から送出された第１の冷媒はさらに冷却される。
【００４３】
膨張弁５は、内部熱交換器４を通過した第１の冷媒を膨張（減圧）させて低温低圧のガスとしてエバポレータ６へと送出する。
【００４４】
エバポレータ６は、膨張弁５から送出された第１の冷媒とエバポレータ６と通過する空気とを熱交換させ、エバポレータ６を通過する空気は第１の冷媒によって冷却される。
【００４５】
アキュームレータ７は、エバポレータ６から送出された第１の冷媒を気液分離して気相状態の第１の冷媒のみを内部熱交換器４へと送出し、液相状態の第１の冷媒を一時的に貯留する。
【００４６】
暖房用循環装置Ｂは、第２の冷媒としての水や不凍液などの液体が封入された第２循環経路８を有し、この第２循環経路８中に、ポンプ９、放熱器１０、機器収容室１５及びヒータコア１２が順に設けられている。機器収容室１５は、第２循環経路８よりも大きな断面積を有するスペースであり、この内部に上記した水冷コンデンサ３と共にヒータである電気ヒータ１１が収納されている。
【００４７】
ポンプ９は、第２の冷媒を第２循環経路８内に循環させるため、吸入した第２の冷媒を加圧して圧送する。ポンプ９で圧送された液体の冷媒は、相変化することなく液相のまま第２循環経路８内を循環し、熱交換により顕熱変化する。
【００４８】
放熱器１０は、第２の冷媒の熱を外気に放熱させるものであり、電動ファンや走行風によって外気が吹き付けられ、第２の冷媒と外気との間で熱交換が行われる。
【００４９】
電気ヒータ１１は、水冷コンデンサ３の下流側に設けられ、通電することで発熱して第２の冷媒を加熱する。
【００５０】
ヒータコア１２は、第２の冷媒とヒータコア１２を通過する空気とを熱交換させることで、ヒータコア１２を通過する空気を加熱する。
【００５１】
第２循環経路８には、放熱器１０をバイパスする放熱器バイパス流路１３が設けられ、放熱器バイパス流路１３の上流側に設けられた流路切換弁１４を切り換えることで、第２の冷媒の流れを放熱器１０側又は放熱器バイパス流路１３側へと切り換えることができる。
【００５２】
次に、本実施形態における車両用空調システムの暖房運転時及び冷房運転時における動作について説明する。
【００５３】
暖房運転時及び冷房運転時においてともにヒートポンプ式冷房装置Ａは作動しており、第１の冷媒が第１循環経路１を一定の経路で循環し、水冷コンデンサ３を流れる高温の第１の冷媒によって第２の冷媒は加熱される。
【００５４】
暖房運転時は、水冷コンデンサ３によって加熱されて高温となった第２の冷媒がヒータコア１２を流れることでヒータコア１２を通過する空気が加熱され、車室内に温風を取り入れることができる。また、ヒータコア１２で放熱した第２の冷媒からのさらなる放熱を防止するために、流路切換弁１４を切り換えて第２の冷媒を放熱器バイパス流路１３側へ流す。これにより第２の冷媒は放熱器１０において放熱することなく、再度水冷コンデンサ３によって加熱される。
【００５５】
この暖房運転時にあって、電気ヒータ１１をオンすれば、水冷コンデンサ３によって加熱された第２の冷媒が更に加熱されるため、強力な暖房性能が得られる。なお、エバポレータ６を通過する空気は冷却されるので、車室内には流入せずエンジンルームなどに排出する。
【００５６】
冷房運転時は、電気ヒータ１１をオフにするとともに、流路切換弁１４を切り換えて第２の冷媒を放熱器１０側へ流す。これにより、水冷コンデンサ３において吸熱した第２の冷媒を放熱器１０において放熱させることができる。
【００５７】
つまり、ヒートポンプ式冷房装置Ａを作動させることで冷房運転すると共に水冷コンデンサ３によって第２の冷媒を加熱し、空調システムとしてヒータコア１２による熱が必要なときにはヒータコア１２を通過した温風を車室内に取り入れ、空調システムとして第２の冷媒の熱が不要なときには放熱器１０で放熱するように流路切換弁１４を切り換えれば良い。そして、効率的に最大能力の暖房を行うときには、流路切換弁１４で第２の冷媒を放熱器１０に流通させず、放熱器バイパス流路１３に流通させるようにすれば良い。
【００５８】
次に、本実施形態における車両用空調システムの空調ダクト２０の構成について図２、図３を用いて説明する。図２、図３は空調ダクト２０の構成を示す概略構成図であり、図２は暖房運転時、図３は冷房運転時の構成を示す。
【００５９】
空調ダクト２０にはブロアファン２１が設けられ、内気又は外気を取り込んで空調ダクト２０から車室内へと送風する。空調ダクト２０内の一部は、分離手段である仕切板２２によって平行する２つの流路２３，２４に分離され、一方の流路２３にはエバポレータ６、他方の流路２４にはヒータコア１２が互いに並列に設けられている。これにより、空調ダクト２０に吸入された空調風のうち流路２３へ流れる空調風はエバポレータ６によって冷却され、流路２４へ流れる空調風はヒータコア１２によって加熱される。
【００６０】
混合手段であるミックスドア２５は、仕切板２２の下流端に設けられている。ミックスドア２５は、エバポレータ６側の流路２３又はヒータコア側の流路２４を閉塞可能な弁である。空調ダクト２０の側面の一部には、空調ダクト２０と車室外、例えばエンジンルームとを連通させるバイパスドア２６が設けられ、ミックスドア２５がエバポレータ６側の流路２３を閉塞するとき、バイパスドア２６が開いてエバポレータ６によって冷却された空調風を車室外へ排出させる。空調ダクト２０の下流端には空調ダクト２０と車室内とを連通させる配風手段である複数のモードドア２７が設けられ、開放するモードドア２７の組み合わせを変えることで空調風を車室内の所望の位置へ送風することができる。
【００６１】
次に、空調ダクト２０の暖房運転時及び冷房運転時における動作について説明する。
【００６２】
図２に示すように暖房運転時は、ミックスドア２５によってエバポレータ６側の流路２３が閉塞され、バイパスドア２６を開放することで、エバポレータ６を通過した冷温の空調風を車室外へと排出する。さらに、モードドア２７の少なくとも１つを開放させてヒータコア１２を通過した高温の空調風を車室内に送風する。
【００６３】
図３に示すように冷房運転時は、ミックスドア２５によってヒータコア１２側の流路２４が閉塞される。さらに、バイパスドア２６は閉塞され、モードドア２７の少なくとも１つを開放させてエバポレータ６を通過した低温の空調風を車室内に送風する。
【００６４】
また、暖房運転時及び冷房運転時において、ミックスドア２５の開度を調節することでエバポレータ６を通過した低温の空調風とヒータコア１２を通過した高温の空調風との混合割合を変えて、空調風の車室内への吹き出し温度を調節することができる。
【００６５】
以上、本実施形態では、ヒートポンプ式冷房装置Ａの第１の冷媒は、暖房運転と冷房運転に係わらず第１循環経路１を一定の経路で循環させれば良いため、ヒートポンプ式冷房装置Ａの構成が簡単で良い。又、暖房用循環装置Ｂも水冷コンデンサ３から熱を受ける第２の冷媒をヒータコア１２と放熱器１０を通る経路で循環させる構成とすれば良い。そして、本実施形態のように、水冷コンデンサ３から受けた熱を放熱器１０で車室外空気に放熱したり、水冷コンデンサ３から受けた熱をヒータコア１２から車室内に放熱したりすることにより、冷房と暖房を兼用できる。以上より、ヒートポンプ式冷房装置Ａを用いて暖房と冷房を行うシステムにあって、ヒートポンプ式冷房装置Ａの構成を簡略化できると共に空調システム全体としても簡単な構成で済む。
【００６６】
また、第２循環経路８の冷媒が液体で相変化せずに顕熱変化するものであるため、熱伝達効率が良くより小型化が図れる。
【００６７】
本実施形態では、第２循環経路８には、放熱器１０をバイパスする放熱器バイパス流路１３と、第２の冷媒を放熱器１０又は放熱器バイパス流路１３へと流すように流路を切り換える流路切換弁１４とが設けられている。従って、放熱器１０を通過させるか否かの経路変更が行えるため、暖房性能の悪化を防止できる。
【００６８】
本実施形態では、暖房運転時はヒートポンプ式冷房装置Ａにおいて生じた熱と電気ヒータ１１によって発生させた熱とを併用して空調風を加熱することができるため、エンジンなどの大きな熱源を持たない車両において、外気温が極低温状態であっても十分な暖房性能を発揮することができる。
【００６９】
本実施形態では、コンデンサ３は水冷式であるため、空冷式に比べて熱伝達効率が高いためにコンパクト化でき、第１の冷媒の通路抵抗を減少させることができる。よって、通路抵抗が減少した分だけコンプレッサ２の所要動力が小さくなり、コンプレッサ２の駆動力を省力化できるとともにコンプレッサ２を小型化することができる。
【００７０】
さらに、水冷コンデンサ３は電気ヒータ１１の上流側に配置されるので、表面温度が電気ヒータ１１より低い水冷コンデンサ３が電気ヒータ１１より先に第２の冷媒と熱交換を行うこととなり、水冷コンデンサ３と第２の冷媒との温度差を極力大きくとることができ、水冷コンデンサ３における熱交換効率を向上させることができる。
【００７１】
さらに、暖房運転時、ミックスドア２５によってエバポレータ６側の流路２３を閉塞してバイパスドア２６を開放することでエバポレータ６を通過した空調風を空調ダクト２０から車室外へと排出するので、低温の空調風がヒータコア１２によって加熱された高温の空調風と混ざることを防止して暖房性能をさらに向上させることができる。
【００７２】
さらに、エバポレータ６において冷却された空調風とヒータコア１２において加熱された空調風とをミックスドア２５の開度を変えることで所定の割合で混合させるので、搭乗者の設定温度や外気に基づいて空調風の吹き出し温度を所望の温度に設定することができる。
【００７３】
さらに、第１の冷媒として二酸化炭素を使用するので、極低温状態でも飽和圧力が高く、その分第１の冷媒の流量をより確実に確保することができる。
【００７４】
（第２実施形態）
本実施形態では車両空調システムのうち、ヒートポンプ式冷房装置Ａと暖房用循環装置Ｂとからなる構成は第１実施形態と同一であり、空調ダクト２０の構成が異なる。図４、図５は空調ダクト２０の構成を示す概略構成図であり、図４は暖房運転時、図５は冷房運転時の構成を示す。
【００７５】
本実施形態の空調ダクト２０にはブロアファン３０，３１が２つ並列に設けられ、一方のブロアファン３０はエバポレータ６側の流路２３、他方のブロアファン３１はヒータコア１２側の流路２４に送風しやすいように設けられる。また、仕切板２２の上流端には、配風ドア３２が設けられ、配風ドア３２の角度を変えることで一方のブロアファン３０からの風量と他方のブロアファン３１からの風量との配風比率を変更することができる。
【００７６】
図４に示すように暖房運転時は、ミックスドア２５によってエバポレータ６側の流路２３が閉塞され、バイパスドア２６を開放することで、エバポレータ６を通過した冷温の空調風を車室外へと排出する。さらに、モードドア２７の少なくとも１つを開放させてヒータコア１２を通過した高温の空調風を車室内に送風する。
【００７７】
図５に示すように冷房運転時は、ミックスドア２５によってヒータコア１２側の流路２４が閉塞される。さらに、バイパスドア２６は閉塞され、モードドア２７の少なくとも１つを開放させてエバポレータ６を通過した低温の空調風を車室内に送風する。
【００７８】
また、配風ドア３２の角度を変えてエバポレータ６側の流路２３又はヒータコア１２側の流路２４への配風比率を変化させることで、車室内へ吹き込まれる温風又は冷風の風量を調整することができる。例えばフルクール時には、図５に示すように配風ドア３２によってヒータコア１２側の流路２４を完全に閉塞することで、ブロアファン３０，３１の風量全てをエバポレータ６側へ送風して車室内へ吹き出すことができる。
【００７９】
また、２つのブロアファン３０，３１の出力を制御することで、エバポレータ６側からの冷風及びヒータコア１２側からの温風の風量を制御することができ、これによっても車室内への吹き出し温度を調節して暖房性能及び冷房性能を制御することができる。
【００８０】
本実施形態では、空調ダクト２０内にブロアファン３０，３１を２つ設け、一方のブロアファン３０はエバポレータ６側に送風し、他方のブロアファン３１はヒータコア１２側に送風するので、２つのブロアファン３０，３１の出力を制御することで、暖房性能及び冷房性能を制御することができる。
【００８１】
さらに、配風ドア３２の角度を変えてエバポレータ６側の流路２３又はヒータコア１２側の流路２４への配風比率を変化させるので、車室内へ吹き込まれる温風又は冷風の風量を調整することができ、暖房性能及び冷房性能をより細かく制御することができる。また、配風ドア３２によってエバポレータ６側の流路２３又はヒータコア１２側の流路２４を完全に閉塞してブロアファン３０，３１を並列運転させることで、最大風量を増大させることができる。
【００８２】
（第３実施形態）
図６は第３実施形態における車両用空調システムのシステム構成図である。図６に示すように、この第３実施形態と前記第１実施形態とを比較するに、膨張弁５とエバポレータ６との間に流路切換弁４２が設けられている。この流路切換弁４２によって第１の冷媒をモータ４０やインバータ４１を経由してからエバポレータ６に戻すことができるようになっている。
【００８３】
他の構成は、前記第１実施形態と同様であるため、同一構成箇所には同一符号を付してその説明を省略する。
【００８４】
流路切換弁４２を用いて、暖房運転時には膨張弁５を通過した第１の冷媒をモータ４０やインバータ４１を経由してからエバポレータ６へ送るように流路を切り換える。これにより、第２の冷媒をモータ４０やインバータ４１において発生した熱によっても加熱することができるので、暖房能力をさらに向上させることができる。
【００８５】
（第４実施形態）
図７は第４実施形態における車両用空調システムのシステム構成図である。図７に示すように、この第４実施形態では、第２循環経路８中に、ヒータコア１２をバイパスするヒータコアバイパス流路５０と、第２の冷媒をヒータコア１２又はヒータコアバイパス流路５０へと流すように流路を切り換える流路切換弁５１とが設けられている。そして、暖房運転時には、流路切換弁５１の切り換えによって第２の冷媒をヒータコア１２へと流し、冷房運転時には、流路切換弁５１の切り換えによって第２の冷媒をヒータコアバイパス流路５０へと流すよう制御される。
【００８６】
また、ポンプ９は、放熱器１０の出口側で、且つ、放熱器バイパス流路１３との合流点ａと、水冷コンデンサ３が配置された位置との間に設けられている。
【００８７】
他の構成は、前記第１実施形態と同様であるため、同一構成箇所には同一符号を付してその説明を省略する。
【００８８】
第４実施形態では、冷房運転時にあっては、ヒータコア１２で第２の冷媒が放熱するのを回避できるため、エバポレータ６を通過した空調風がヒータコア１２内を通過するような構造であってもエバポレータ６において冷却された空調風がリヒートされることがない。
【００８９】
第４実施形態では、暖房運転時に、流路切換弁５１の故障等によって第２の冷媒がヒータコアバイパス流路５０を通って流れた場合にも、放熱器バイパス流路１３を流れ、その流通過程で温度が低下された第２の冷媒をポンプ９が吸い込むことになるため、電気ヒータ１１で加熱された直後の高温の第２の冷媒をポンプ９が吸い込みことを防止できるため、ポンプ９の信頼性・耐久性が向上する。
【００９０】
なお、ポンプ９は、水冷コンデンサ３と電気ヒータ１１との間の位置に設けても良い。
【００９１】
（その他）
前記各実施形態では、ヒータとして電気ヒータ１１を使用しているが、燃焼ヒータなどを用いても同様の作用・効果を得ることができる。
【００９２】
前記各実施形態では、第１の冷媒として二酸化炭素を、第２の冷媒として水や不凍液などの液体をそれぞれ使用しているが、これら以外を冷媒として使用しても良いことはもちろんである。
【００９３】
前記各実施形態では、空調ダクト２０内のエバポレータ６及びヒータコア１２が並列に配置されているが、除湿暖房の効果をあげるためにエバポレータ６を上流側とした直列配列にしても良い。また、図示されていないが、ブロアファン２１，３０，３１への導入空気は車室内、車室外から適宜導入可能にしたもので、エバポレータ６を通過し冷却された空気をエンジンルームなどに排出する場合は、排出に見合った車外からの空気導入をすることが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【００９４】
【図１】第１実施形態における車両用空調システムのシステム構成図である。
【図２】第１実施形態における暖房運転時の空調ダクトの構成を示す構成図である。
【図３】第１実施形態における冷房運転時の空調ダクトの構成を示す構成図である。
【図４】第２実施形態における暖房運転時の空調ダクトの構成を示す構成図である。
【図５】第２実施形態における冷房運転時の空調ダクトの構成を示す構成図である。
【図６】第３実施形態における車両用空調システムのシステム構成図である。
【図７】第４実施形態における車両用空調システムのシステム構成図である。
【符号の説明】
【００９５】
Ａ  ヒートポンプ式冷房装置
Ｂ  暖房用循環装置
１  第１循環経路
２  コンプレッサ
３  水冷コンデンサ（コンデンサ）
５  膨張弁（膨張手段）
６  エバポレータ
８  第２循環経路
９  ポンプ
１０  放熱器
１１  電気ヒータ（ヒータ）
１２  ヒータコア
１３  放熱器バイパス流路
１４  流路切換弁
２０  空調ダクト
２１  ブロアファン
２２  仕切板（分離手段）
２３，２４  流路
２５  ミックスドア（混合手段）
２６  バイパスドア（排出手段）
２７  モードドア
３０，３１  ブロアファン
３２  配風ドア（配風手段）
４２  流路切換弁
５０  ヒータコアバイパス流路
５１  流路切換弁
【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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