(57)【要約】【課題】加熱されたラジエータ水からの廃熱エネルギーを有効に利用することができるカーエアコン用熱交換器を提供する。【解決手段】カーエアコン用熱交換器は、圧縮機（電動コンプレッサ）１０を備えた冷媒回路を構成する。冷媒回路中を流れる冷媒と、ラジエータ水と、冷却風とを相互に熱交換可能に構成する。内側通路（内管５２）と外側通路（内管５２と外管５３との間）からなる二重管５１を設ける。二重管５１に交熱的にフィン５４を取り付ける。【選択図】      図１
2004278948.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機を備えて冷媒回路が構成されるカーエアコン用の熱交換器であって、
前記冷媒回路中を流れる冷媒と、ラジエータ水と、冷却風とを相互に熱交換可能としたことを特徴とするカーエアコン用熱交換器。
【請求項２】
内側通路と外側通路からなる二重管と、該二重管に交熱的に取り付けられたフィンとから構成されていることを特徴とする請求項１のカーエアコン用熱交換器。
【請求項３】
外管と、該外管内に配設された内管と、前記外管に交熱的に取り付けられたフィンとから構成されていることを特徴とする請求項１のカーエアコン用熱交換器。
【請求項４】
マイクロチューブと、該マイクロチューブに交熱的に取り付けられた配管及びフィンとから構成されていることを特徴とする請求項１のカーエアコン用熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧縮機を備えて冷媒回路が構成されるカーエアコン用の熱交換器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より一般的な自動車に用いられているカーエアコンは、エンジン（内燃機関）にてカーエアコンを構成する圧縮機が駆動されていた（エンジン駆動圧縮機）。この圧縮機から吐出され、車室外熱交換器に流入した高温のガス冷媒は、車室外送風機により車室外の空気と熱交換されて放熱し、凝縮液化された後、膨張弁を介して車室内に設けられた車室内熱交換器に流入する。液冷媒はそこで蒸発し、周囲から熱を吸収することによって冷却作用を発揮する。この車室内熱交換器は、車室内送風機にて循環される車室内の空気と熱交換し、車室内を冷却して空調を行う。そして、車室内熱交換器から出た冷媒は圧縮機に戻るサイクルを繰り返すものであった（特許文献１参照）。
【０００３】
該カーエアコンが搭載された自動車はエンジン駆動で走行している。エンジンは、始動すると加熱されるため冷却しなくてはならない。そこでエンジンを冷却するために冷却水回路が設けられ、この冷却水回路に循環ポンプとラジエータとを設けている。そして、冷却水にエンジンの熱を一旦蓄えて循環ポンプによりラジエータに循環させ、室外送風機でラジエータに空気を送風している。これにより、エンジンで加熱されて冷却水に蓄えられた熱を廃熱してラジエータ水を所定の温度に維持すると共に、エンジンの温度を所定の温度に維持していた。また、車室内の暖房時は冷却水を室内熱交換器に循環させ、室内送風機にて室内熱交換器を送風することにより車室内を暖房していた。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−３４０４９５号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、カーエアコンが取り付けられた車室内の冷房時は勿論のこと暖房時でも、エンジンで加熱された冷却水が予め設定された所定の温度を超えると、室外送風機でラジエータに送風して冷却水の熱を廃熱していた。このため、エンジンで加熱された冷却水の熱エネルギーが無駄になってしまう問題があった。
【０００６】
本発明は、係る従来技術の課題を解決するために成されたものであり、加熱されたラジエータ水からの廃熱エネルギーを有効に利用することができるカーエアコン用熱交換器を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明のカーエアコン用熱交換器は、圧縮機を備えて冷媒回路が構成されるものであって、冷媒回路中を流れる冷媒と、ラジエータ水と、冷却風とを相互に熱交換可能としたことを特徴とする。
【０００８】
請求項２の発明のカーエアコン用熱交換器は、上記に於いて、内側通路と外側通路からなる二重管と、この二重管に交熱的に取り付けられたフィンとから構成されていることを特徴とする。
【０００９】
請求項３の発明のカーエアコン用熱交換器は、請求項１に加えて、外管と、この外管内に配設された内管と、外管に交熱的に取り付けられたフィンとから構成されていることを特徴とする。
【００１０】
請求項４の発明のカーエアコン用熱交換器は、請求項１に加えて、マイクロチューブと、このマイクロチューブに交熱的に取り付けられた配管及びフィンとから構成されていることを特徴とする。
【００１１】
本発明によれば、カーエアコンが取り付けられた車室内の暖房時に、エンジンからの廃熱エネルギーを本発明の熱交換器により冷媒回路で回収して、車室内の暖房に利用することができる。該熱交換器内を流通するカーエアコンの冷媒を、エンジンを冷却するラジエータ水を廃熱で加熱しているので、熱交換器が着霜してしまうのを未然に抑えることができる。これにより、熱交換器の除霜運転が不要となるので、例えば従来のように熱交換器の除霜運転に格別な熱エネルギーを利用する必要がなくなる。
【００１２】
また、エンジン駆動車でハイブリッド車や燃料電池車のように、ラジエータ水が蓄えた廃熱エネルギーをエンジン停止後の始動時に冷媒回路で汲み上げて暖房に利用することができる。また、車室内の冷房時には熱交換器の熱エネルギーをラジエータ水に放出することが可能となる。従って、エンジンからの廃熱エネルギーを有効に利用することができるようになるものである。
【００１３】
特に、燃料電池自動車の場合には、燃料電池を起動する際に熱が必要となるが、圧縮機を運転して本発明の熱交換器の冷媒の熱を燃料電池を起動する際放熱させることで、冷媒回路から燃料電池起動時に必要な熱エネルギーを供給することが可能となる。従って、ラジエータ水の廃熱エネルギーを燃料電池起動時や車室内の暖房、及び、熱交換器の除霜運転時に利用することが可能となり、総じて、エネルギーの大幅な効率アップを図ることができるようになるものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
次に、図面に基づき本発明の実施形態を詳述する。図１は本発明のカーエアコン用熱交換器を備えたカーエアコンの暖房時の冷媒回路図、図２は本発明のカーエアコン用熱交換器近傍の模式図、図３は本発明のカーエアコン用熱交換器の一部拡大縦断面図をそれぞれ示している。本発明は、少なくともエンジン駆動自動車又はハイブリッド自動車等に適用可能であり、以下の実施例ではエンジン駆動自動車を例に説明する。
【００１５】
図１において、１はハイブリッド自動車（以降自動車と称す）で、この自動車１にはエンジン２と、カーエアコン用の熱交換器（以降２重管型熱交換器と称す）５０とが搭載されている。２重管型熱交換器５０は、所謂プレートフィン型の熱交換器で、自動車１の人が乗車しない車室外に取り付けられて使用するもので、ロータリーコンプレッサ等にて構成された圧縮機として二酸化炭素（ＣＯ２）を冷媒として使用する内部中間圧型多段圧縮式の電動のコンプレッサ（以降電動コンプレッサと称す）１０が設けられている。該電動コンプレッサ１０には図示しないモータが設けられており、このモータは、自動車１に車載されたバッテリにて回転し電動コンプレッサ１０を駆動する。
【００１６】
そして、電動コンプレッサ１０の吐出側の配管１０Ａは、電磁弁１１を介してマイクロチューブ型の室内熱交換器１３（暖房用）に接続され、室内熱交換器１３の出口側の配管１３Ａは、減圧装置としての第１の膨張弁１４に接続されている。第１の膨張弁１４の出口側の配管１４Ａは、逆止弁１６に接続され、逆止弁１６の出口側の配管１６Ａは、２重管型熱交換器５０に設けられた配管（後述する内管５２）に接続されている（図２）。尚、逆止弁１６は冷媒を室内熱交換器１３側から２重管型熱交換器５０側へ流通させ、２重管型熱交換器５０側から室内熱交換器１３側へ流通するのを阻止する。
【００１７】
２重管型熱交換器５０に設けられた内管５２の出口側の配管５０Ａは、マイクロチューブ型の室外熱交換器９に接続され、室外熱交換器９の出口側の配管９Ａは第２の膨張弁３３を介して室内熱交換器としてのマイクロチューブ型の冷却器３４に接続されている。そして、冷却器３４の出口側は電磁弁３５に接続され、電磁弁３５の出口側の配管３５Ａは、アキュムレータ３２に接続されている。アキュムレータ３２の出口側は、電動コンプレッサ１０の吸込側に接続されて環状のカーエアコンの冷媒回路を構成している。
【００１８】
また、室外熱交換器９の出口側の配管９Ａは、分岐してバイパス電磁弁３１に接続され、バイパス電磁弁３１の出口側は、電磁弁３５の出口側の配管３５Ａに接続されている。尚、室内熱交換器１３は、電動コンプレッサ１０から出た高温のガス冷媒と車室内の空気とを熱交換して車室内の暖房を行うものである。
【００１９】
室内熱交換器１３の出口側の配管１３Ａは分岐しバイパス電磁弁１５を介して第１の膨張弁１４の出口側の配管１４Ａに接続されており、この第１の膨張弁１４とバイパス電磁弁１５とは並列に設けられている。また、前記、電動コンプレッサ１０の吐出側の配管１０Ａは、分岐して電磁弁１７、逆止弁１８を介して前記逆止弁１６の出口側の配管１６Ａに接続されている。尚、逆止弁１６は室内熱交換器１３側から冷媒を２重管型熱交換器５０側へ流通させ、２重管型熱交換器５０側から室内熱交換器１３側へ流通するのを阻止する。
【００２０】
尚、２重管型熱交換器５０、電動コンプレッサ１０、室外熱交換器９及び後述するエンジン２の冷却水回路に設けられたラジエータ４１は、前述同様人が乗車しない車室外に設置され、室外熱交換器９はラジエータ４１よりも自動車１の進行方向前方に立設されている。また、室内熱交換器１３及び冷却器３４は、人が乗車する車室内に設置されている。そして、室内熱交換器１３と冷却器３４とは併設されると共に、冷却器３４側に図示しない車室内送風機が設けられ、当該車室内送風機はそれら室内熱交換器１３と冷却器３４で熱交換した熱を車室内に循環させて車室内の空調を行う。
【００２１】
一方、エンジン２が始動するとエンジン２は加熱されるため、冷却しなくてはならない、そこでエンジン２は従来より冷却水（以降ラジエータ水と称す）を循環させて冷却している。即ち、エンジン２を冷却するためのラジエータ水の出口側に循環ポンプ４０が設けられており、この循環ポンプ４０の出口側の配管４０Ａは、プレートフィン型のラジエータ４１に接続されている。ラジエータ４１の出口側の配管４１Ａは前記２重管型熱交換器５０に設けられた後述する外管５３に接続されて２重管型熱交換器５０の配管内を通り出口側の配管２Ａからエンジン２に戻る環状の、エンジン２の冷却水回路を構成している。
【００２２】
循環ポンプ４０の出口側の配管４０Ａは、分岐しバイパス電磁弁４２を介してラジエータ４１の出口側の配管４１Ａに接続されると共に、ラジエータ４１の出口側の配管４１Ａは、分岐しバイパス電磁弁４３を介して２重管型熱交換器５０の出口側の配管２Ａに接続されている。即ち、バイパス電磁弁４２は、ラジエータ４１と並列に、バイパス電磁弁４３は、２重管型熱交換器５０と並列に設けられている。
【００２３】
また、ラジエータ４１は、前記室外熱交換器９と並列に設置されると共に、２重管型熱交換器５０は、室外熱交換器９の後方上側（この場合、ラジエータ４１の上側となる）に並列に設置される。また、室外熱交換器９及び２重管型熱交換器５０には、それら室外熱交換器９及び２重管型熱交換器５０の熱を放熱するための図示しない車室外送風機がそれぞれ設けられている。
【００２４】
ここで、２重管型熱交換器５０は、蛇行して設けられた配管（以降二重管５１と称す）に所定の間隔を存して交熱的に複数の放熱フィン（プレートフィン）５４が設けられている（図３）。二重管５１は、外管５３内に内管５２が設けられた配管で、内部中空の内管５２（本発明の内側通路に相当）と、この内管５２と所定の間隔を存して外側を覆う外管５３とから構成されており、外管５３は複数のフィン５４に予め設けられた挿通孔（図示せず）に圧入されることにより交熱的に取り付けられている。該フィン５４は外管５３に直交して取り付けられると共に、各フィン５４は所定の間隔を存して外管５３に取り付けられている。そして、各フィン５４の間に車室外送風機から空気が送風（図中黒矢印方向）される。
【００２５】
そして、前記エンジン２を冷却するラジエータ水を、内管５２と外管５３との間（本発明の外側通路に相当）を二重管５１の一側から他側方向（図３実線矢印方向）に向かって流通させ、電動コンプレッサ１０から吐出された高温の冷媒を、内管５２内を二重管５１の他側から一側方向（図３点線矢印方向）に向かって流通させる。即ち、内管５２内を流通する冷媒と、内管５２と外管５３との間を流通するラジエータ水とを二重管５１内を相互に逆方向に流通させている。これにより、熱交換効率の向上を図っている。尚、室外熱交換器９、室内熱交換器１３、冷却器３４及びラジエータ４１は従来より周知の熱交換器或いは冷却器であるため、詳細な説明を省略する。
【００２６】
以上の構成で次にカーエアコンの動作を説明する。尚、最初に自動車１の車室内の暖房運転例を図１を参照して説明する。また、カーエアコンの冷媒回路内の冷媒は、地球環境にやさしく可燃性及び毒性等を考慮して自然冷媒であるＣＯ２（二酸化炭素）が使用されるものとし、車室内の暖房運転時には冷媒回路に設けられた電磁弁１１とパイパス電磁弁３１及びエンジン２の冷却水回路に設けられたバイパス電磁弁４２は開き、冷媒回路に設けられたバイパス電磁弁１５、電磁弁１７、３５及びエンジン２の冷却水回路に設けられたバイパス電磁弁４３は閉じているものとする。
【００２７】
まず、自動車１のエンジン２が始動され、カーエアコンも駆動されてラジエータ水の温度が予め設定された所定の温度以上に上昇すると、ラジエータ水は循環ポンプ４０によってエンジン２の冷却水回路内を循環する。詳しくは、ラジエータ水は循環ポンプ４０から出てバイパス電磁弁４２を通り２重管型熱交換器５０の配管内（二重管５１の外管５３と内管５２との間）に流入する。
【００２８】
２重管型熱交換器５０の配管内に流入したラジエータ水は、そこで内管５２内の冷媒と熱交換した後、エンジン２に戻りエンジン２を冷却する循環を繰り返す（このときの冷媒の流れを図中実線矢印で示している）。尚、バイパス電磁弁４２は閉じていないが、並列に設けられたラジエータ４１内はラジエータ水の流通抵抗があるためラジエータ水は殆どバイパス電磁弁４２側を流通するので、２重管型熱交換器５０の配管内での冷媒とラジエータ水との熱交換には殆ど支障は生じない。
【００２９】
また、自動車１に車載されたバッテリにてモータが回転し電動コンプレッサ１０が駆動運転されると、電動コンプレッサ１０から吐出されて電磁弁１１を通り室内熱交換器１３に流入した高温のガス冷媒は、車室内送風機により車室内の空気と熱交換する。これによって車室内の暖房が行われる。そして、車室内の空気と熱交換して放熱された冷媒は、第１の膨張弁１４で絞られた後、２重管型熱交換器５０の配管内（二重管５１の内管５２内）に流入する。
【００３０】
２重管型熱交換器５０の配管内に流入した冷媒はそこで蒸発して周囲から熱を吸収する。即ち、冷媒は内管５２内を流通する過程で内管５２と外管５３との間を流通するラジエータ水から熱エネルギーを吸収して加熱される。そして、２重管型熱交換器５０の配管内から出た冷媒は、室外熱交換器９に流入しそこで外気で更に加熱されて気化した後、バイパス電磁弁３１を通りアキュムレータ３２で気液分離された後、冷媒ガスだけが電動コンプレッサ１０に吸い込まれる（このときの冷媒の流れを図中点線矢印で示している）。
【００３１】
即ち、２重管型熱交換器５０の配管内では、エンジン２で加熱されてラジエータ水に蓄えられた廃熱で、第１の膨張弁１４で絞られ減圧されて蒸発し冷却された冷媒を加熱している。そして、加熱された冷媒を電動コンプレッサ１０で圧縮して更に加熱した熱エネルギーを室外熱交換器９に流入させているので、エンジン２で加熱された廃熱エネルギーを車室内の暖房として有効に利用することができる。２重管型熱交換器５０内では冷却された冷媒でラジエータ水を冷却することができる。
【００３２】
次に、自動車１の車室内の冷房運転例を図４を参照して説明する。尚、カーエアコンの冷媒回路及びエンジン２の冷却水回路は図１同様に構成されているものとする。また、車室内の冷房運転時には、冷媒回路に設けられた電磁弁１７、３５は開き、冷媒回路に設けられた電磁弁１１とパイパス電磁弁３１及びエンジン２の冷却水回路に設けられたバイパス電磁弁４２、４３は閉じているものとする。
【００３３】
そして、前述同様自動車１のエンジン２が始動され、カーエアコンが駆動されてラジエータ水の温度がエンジン２の廃熱により予め設定された所定の温度以上に上昇すると、ラジエータ水は循環ポンプ４０から配管４０Ａ、ラジエータ４１内で冷却された後、２重管型熱交換器５０の配管内（二重管５１の外管５３と内管５２との間）に流入する。２重管型熱交換器５０に流入したラジエータ水は、そこで内管５２内の冷媒と熱交換した後、エンジン２に戻りエンジン２を冷却する循環を繰り返す（このときの冷媒の流れを図中実線矢印で示している）。
【００３４】
また、自動車１に車載されたバッテリにてモータが回転し電動コンプレッサ１０が駆動運転されると、電動コンプレッサ１０から吐出された高温の冷媒は電磁弁１７を通り２重管型熱交換器５０の配管内（二重管５１の内管５２内）に流入する。２重管型熱交換器５０の配管内に流入した冷媒は、内管５２内を流通する過程で内管５２と外管５３との間を流通するラジエータ水と熱交換し放熱した後、室外熱交換器９内に流入し更に冷却される。
【００３５】
室外熱交換器９内に流入し冷却された冷媒は、第２の膨張弁３３で絞られた後、冷却器３４に流入し、そこで蒸発して周囲から熱を吸収することによって冷却作用を発揮する。この冷却器３４は、車室内送風機にて循環される車室内の空気と熱交換し、車室内を冷却した後、電磁弁３５を通りアキュムレータ３２で気液分離された後、冷媒ガスだけが電動コンプレッサ１０に吸い込まれる（このときの冷媒の流れを図中点線矢印で示している）。
【００３６】
前記２重管型熱交換器５０及び室外熱交換器９は、車室外送風機にて車室外の空気で冷却され、２重管型熱交換器５０の配管内では高温の冷媒とラジエータ水とが熱交換し、室外熱交換器９内の冷媒と併設されたラジエータ４１内のラジエータ水は室外送風機にて室外熱交換器９側から車室外の空気で冷却される。この場合、２重管型熱交換器５０に流入する以前約＋１００℃〜＋１５０℃あった冷媒温度は、室外熱交換器９を出たところで外気温近くまで冷却される。
【００３７】
即ち、２重管型熱交換器５０の配管内では、電動コンプレッサ１０から吐出された高温の冷媒はラジエータ水と熱交換して車室外に放熱される。放熱された冷媒は更に室外熱交換器９にて車室外に放熱されて冷却され第２の膨張弁３３で絞られた後、冷却器３４に流入し、そこで蒸発して周囲から熱を吸収することによって冷却作用を発揮し車室内を冷房するようにしているので、電動コンプレッサ１０から吐出された高温の冷媒を効果的に放熱することができる。
【００３８】
次に、自動車１の車室内の除湿運転例を図５を参照して説明する。尚、カーエアコンの冷媒回路及びエンジン２の冷却水回路は図１同様に構成されているものとする。また、車室内の除湿運転時には、冷媒回路に設けられた電磁弁１１、３５、バイパス電磁弁１５、及び、エンジン２の冷却水回路に設けられたバイパス電磁弁４３は開き、冷媒回路に設けられた電磁弁１７とバイパス電磁弁３１、及び、エンジン２の冷却水回路に設けられたバイパス電磁弁４２は閉じているものとする。
【００３９】
そして、前述同様自動車１のエンジン２が始動され、カーエアコンが駆動されて加熱されたラジエータ水の温度が予め設定された所定の温度以上に上昇すると、ラジエータ水は循環ポンプ４０からラジエータ４１内に流入しそこで放熱され所定の温度以下に冷却された後、バイパス電磁弁４３を通りエンジン２に戻る循環を繰り返す（このときのラジエータ水の流れを図中実線矢印で示している）。尚、２重管型熱交換器５０の配管内ではラジエータ水の流通抵抗があるため殆どのラジエータ水はバイパス電磁弁４３側を流通するので、２重管型熱交換器５０の配管内での冷媒とラジエータ水との熱交換には殆ど支障は生じない。
【００４０】
また、自動車１に車載されたバッテリにてモータが回転し電動コンプレッサ１０が駆動運転されると、電動コンプレッサ１０から吐出された高温の冷媒は電磁弁１１を通り室内熱交換器１３内に流入する。室内熱交換器１３内に流入した高温のガス冷媒は、車室内送風機により室内熱交換器１３を通過する空気と熱交換し放熱する。放熱した冷媒はバイパス電磁弁１５を通り２重管型熱交換器５０の配管内（二重管５１の内管５２内）に流入する。
【００４１】
２重管型熱交換器５０はラジエータ水の流れがバイパス電磁弁４３にてバイパスされているため、この場合は働かない。
【００４２】
そして、室外熱交換器９内で所定の温度以下まで冷却された冷媒は、凝縮液化し第２の膨張弁３３で絞られた後、冷却器３４に流入し、そこで蒸発して周囲から熱を吸収することによって冷却作用を発揮する。このとき、車室内送風機にて循環する車室内の空気は冷却器３４を通過する過程で冷却され、これによって水分が取り除かれて除湿される。
【００４３】
そして、冷却器３４を出た冷媒は、アキュムレータ３２で気液分離された後、冷媒ガスだけが電動コンプレッサ１０に吸い込まれる（このときの冷媒の流れを図中点線矢印で示している）。即ち、所定の車室内温度の空気は車室内送風機にて冷却器３４で冷却されて除湿された後、室内熱交換器１３で暖められて元の車室内温度に戻る。これにより、車室内は冷房及び暖房されることなく除湿だけが行われる。
【００４４】
即ち、自動車１の車室内の暖房時には、エンジン２からの廃熱エネルギーを、蛇行した二重管５１を備えた２重管型熱交換器５０によりカーエアコンの冷媒回路で回収し、室内熱交換器１３で車室内に放熱しているので、車室内の暖房にラジエータ水の廃熱エネルギーを効果的に利用することが可能となる。また、車室内の冷房時には、２重管型熱交換器５０で電動のコンプレッサ１０で圧縮された高温、高圧の冷媒（ＣＯ２）の熱をラジエータ水に放熱することができるので、冷房能力を一層向上させることができる。
【００４５】
次に、図６には他の実施例の熱交換器（２重管型熱交換器５０）を用いたカーエアコンの冷媒回路を示している。この場合、カーエアコンの冷媒回路には車室内の冷却を行う冷却器３４が設けられ、ラジエータ４１の冷却水回路には車室内の暖房を行う室内熱交換器４５が設けられている。即ち、電動コンプレッサ１０の吐出側の配管１０Ａは、２重管型熱交換器５０（二重管５１の内管５２）に接続され、２重管型熱交換器５０の出口側は第３の膨張弁２０を介して室外熱交換器９に接続されている。
【００４６】
室外熱交換器９の出口側の配管９Ａは、第２の膨張弁３３を介して室内熱交換器としてのプレートフィン型の冷却器３４に接続されている。そして、冷却器３４の出口側は電磁弁３５に接続され、電磁弁３５の出口側の配管３５Ａは、アキュムレータ３２に接続されている。アキュムレータ３２の出口側は、電動コンプレッサ１０の吸込側に接続されて環状のカーエアコンの冷媒回路を構成している。
【００４７】
また、室外熱交換器９の出口側の配管９Ａは、分岐してバイパス電磁弁３１に接続され、バイパス電磁弁３１の出口側は、電磁弁３５の出口側の配管３５Ａに接続されている。即ち、バイパス電磁弁３１は、室外熱交換器９と並列に接続されている。そして、前述同様２重管型熱交換器５０、電動コンプレッサ１０、室外熱交換器９及び後述するエンジン２の冷却水回路に設けられたラジエータ４１は人が乗車しない車室外に設置され、室外熱交換器９はラジエータ４１よりも自動車１の進行方向前方よりも自動車１の進行方向前方に立設されている。
【００４８】
一方、エンジン２は前述同様冷却水により冷却される。即ち、エンジン２を冷却するための冷却水の出口側に循環ポンプ４０が設けられ、この循環ポンプ４０の出口側の配管４０Ａは前記２重管型熱交換器５０の配管（外管５３）に接続されている。２重管型熱交換器５０の配管（外管５３）の出口側の配管５３Ａはラジエータ４１に接続され、ラジエータ４１の出口側は電磁弁４４に接続されている。
【００４９】
電磁弁４４の出口側の配管４４Ａはプレートフィン型の室内熱交換器４５（暖房用）に接続され、室内熱交換器４５の出口側の配管４５Ａがエンジン２に接続される環状のエンジン２の冷却水回路を構成している。また、２重管型熱交換器５０（外管５３）の出口側の配管５３Ａは分岐してバイパス電磁弁４６に接続され、バイパス電磁弁４６の出口側は電磁弁４４の出口側の配管４４Ａに接続されている。即ち、バイパス電磁弁４６は、ラジエータ４１と並列に設けられている。
【００５０】
そして、エンジン２の冷却水回路のバイパス電磁弁４６が開き、電磁弁４４が閉じている場合は、ラジエータ水は、２重管型熱交換器５０の配管内を通りラジエータ４１をバイパスして室内熱交換器４５内に流入すると共に、バイパス電磁弁４６が閉じ、電磁弁４４が開いている場合は、ラジエータ水は、２重管型熱交換器５０からラジエータ４１内を通り室内熱交換器４５内に流入する。
【００５１】
また、電磁弁４４の出口側の配管４４Ａは分岐してバイパス電磁弁４７に接続され、バイパス電磁弁４７は室内熱交換器４５の出口側の配管４５Ａに接続されている。即ち、バイパス電磁弁４７は、室内熱交換器４５と並列に設けられている。そして、バイパス電磁弁４７が開いている場合、ラジエータ水は２重管型熱交換器５０或いはラジエータ４１を通り室内熱交換器４５をバイパスしてエンジン２に戻ると共に、バイパス電磁弁４７が閉じている場合、ラジエータ水は２重管型熱交換器５０或いはラジエータ４１を通り、更に室内熱交換器４５内を通りエンジン２に戻る。
【００５２】
また、前述同様室内熱交換器４５及び冷却器３４は、人が乗車する車室内に設置されている。そして、室内熱交換器４５と冷却器３４とは併設されると共に、冷却器３４側に図示しない車室内送風機が設けられ、当該車室内送風機はそれら室内熱交換器４５と冷却器３４で熱交換した熱を車室内に循環させる。また、２重管型熱交換器５０の配管内では冷媒とラジエータ水を前述の如く逆方向に流通させている。他前述同様に構成されている。
【００５３】
以上の構成で次にカーエアコンの動作を説明する。尚、最初に自動車１の車室内の暖房運転例を説明する。この場合もカーエアコンの冷媒回路内の冷媒は、地球環境にやさしく可燃性及び毒性等を考慮して自然冷媒であるＣＯ２（二酸化炭素）が使用されるものとし、車室内の暖房運転時には、冷媒回路に設けられたバイパス電磁弁３１及びエンジン２の冷却水回路に設けられたバイパス電磁弁４６は開き、冷媒回路に設けられた電磁弁３５及びエンジン２の冷却水回路に設けられた電磁弁４４、バイパス電磁弁４７は閉じているものとする。
【００５４】
まず、自動車１のエンジン２が始動され、カーエアコンが駆動されて加熱されたラジエータ水の温度が予め設定された所定の温度以上に上昇すると、ラジエータ水は循環ポンプ４０によってエンジン２の冷却水回路を循環する。即ち、所定の温度に加熱されたラジエータ水は循環ポンプ４０から出て出口側の配管４０Ａから２重管型熱交換器５０の配管内（二重管５１の外管５３と内管５２との間）に流入する。２重管型熱交換器５０に流入したラジエータ水は、そこで内管５２内の冷媒と熱交換して更に加熱された後、出口側の配管５３Ａで分岐してバイパス電磁弁４６を通り室内熱交換器４５内に流入する。
【００５５】
室内熱交換器４５に流入したラジエータ水は、そこで車室内送風機により車室内の空気と熱交換して放熱し、これによって車室内の暖房が行われる。そして、車室内の空気と熱交換して放熱し、これによって冷却されたラジエータ水は、室内熱交換器４５出て出口側の配管４５Ａからエンジン２に戻りエンジン２を冷却する循環を繰り返す（このときのラジエータ水の流れを図中実線矢印で示している）。
【００５６】
また、自動車１に車載されたバッテリにてモータが回転し電動コンプレッサ１０が駆動運転されると、電動コンプレッサ１０から吐出された高温の冷媒は、吐出側の配管１０Ａから２重管型熱交換器５０の配管内（二重管５１の内管５２内）に流入する。２重管型熱交換器５０の配管内に流入した高温の冷媒は、内管５２内を流通する過程で内管５２と外管５３との間を流通するラジエータ水と熱交換して冷却される。このとき、冷媒と熱交換したラジエータ水は更に加熱されるので、室内熱交換器４５で車室内の暖房を効果的に行うことができる。
【００５７】
そして、２重管型熱交換器５０の配管内で冷却された冷媒は２重管型熱交換器５０を出て第３の膨張弁２０で絞られた後、室外熱交換器９に流入し蒸発する。そして、室外送風機にて室外熱交換器９は空気と熱交換して車室外に熱を放熱する。放熱した冷媒は配管９Ａからバイパス電磁弁３１を通りアキュムレータ３２で気液分離された後、冷媒ガスだけが電動コンプレッサ１０に吸い込まれる（このときの冷媒の流れを図中点線矢印で示している）。
【００５８】
即ち、２重管型熱交換器５０の配管内では、電動コンプレッサ１０から吐出された高温冷媒の廃熱エネルギーでエンジン２の冷却水回路内のラジエータ水を加熱し、この加熱されたラジエータ水を室内熱交換器４５に流入させて、車室内を暖房するようにしているので、電動コンプレッサ１０から吐出された高温冷媒の熱エネルギーを車室内の暖房として利用することができる。特に、エンジン２でラジエータ水が加熱されないエンジン２始動時などに、車室内の暖房に有効である。また、ＨＥＶなどのエンジンの廃熱が少ないものの暖房やエンジンストップ時に有効である。
【００５９】
次に、自動車１の車室内の冷房運転例を図７を参照して説明する。尚、カーエアコンの冷媒回路及びエンジン２の冷却水回路は図６同様に構成されているものとする。また、車室内の冷房運転時には、カーエアコンの冷媒回路に設けられた電磁弁３５及びエンジン２の冷却水回路に設けられたバイパス電磁弁４４、４７は開き、カーエアコンの冷媒回路に設けられたパイパス電磁弁３１及びエンジン２の冷却水回路に設けられたバイパス電磁弁４６は閉じているものとする。また、エンジン２の冷却水回路に設けられたバイパス電磁弁４７が開いた状態で配管４４Ａは室内熱交換器４５に連通しているが、室内熱交換器４５内ではラジエータ水の抵抗が大きく、ラジエータ水の殆どはバイパス電磁弁４７側を流通することになるので、冷却器３４での車室内の冷房運転には支障が生じない。
【００６０】
そして、前述同様自動車１のエンジン２が始動され、カーエアコンが駆動されて加熱されたラジエータ水の温度が予め設定された所定の温度以上に上昇すると、ラジエータ水は循環ポンプ４０から２重管型熱交換器５０の配管内（二重管５１の外管５３と内管５２との間）に流入する。２重管型熱交換器５０に流入したラジエータ水は、そこで内管５２内の冷媒と熱交換して温度上昇した後ラジエータ４１に流入する。即ち、ラジエータ水は２重管型熱交換器５０で温度上昇するが、ラジエータ４１に流入したときラジエータ水は車室外送風機にて車室外の空気で所定の温度以下に冷却される。そして、ラジエータ４１を出たラジエータ水は、バイパス電磁弁４７を通りエンジン２に戻ってエンジン２を冷却する循環を繰り返す（このときの冷媒の流れを図中実線矢印で示している）。
【００６１】
また、自動車１に車載されたバッテリにてモータが回転し電動コンプレッサ１０が駆動運転されると、電動コンプレッサ１０から吐出された高温の冷媒は、２重管型熱交換器５０の配管内（二重管５１の内管５２内）に流入する。２重管型熱交換器５０の配管内に流入した冷媒は、内管５２内を流通する過程で内管５２と外管５３との間を流通するラジエータ水と熱交換して放熱する。放熱した冷媒は２重管型熱交換器５０を出て第３の膨張弁２０で絞られた後、室外熱交換器９に流入し、そこで蒸発して周囲の空気の熱を吸収する。
【００６２】
そして、室外熱交換器９を出た冷媒は、第２の膨張弁３３で絞られた後、冷却器３４に流入する。冷却器３４に流入した冷媒は、そこで蒸発して周囲から熱を吸収することによって冷却作用を発揮する。係る、冷却器３４内の冷媒は、車室内送風機にて循環される車室内の空気と熱交換し、車室内を冷却した後、電磁弁３５を通りアキュムレータ３２で気液分離された後、冷媒ガスだけが電動コンプレッサ１０に吸い込まれる（このときの冷媒の流れを図中点線矢印で示している）。
【００６３】
即ち、２重管型熱交換器５０の配管内では、電動コンプレッサ１０から吐出された高温の冷媒とラジエータ水とが熱交換して冷媒の熱は車室外に放熱される。放熱された冷媒は更に室外熱交換器９にて放熱されて冷却され第２の膨張弁３３で絞られた後、冷却器３４に流入し、そこで蒸発して周囲から熱を吸収して車室内を冷房するようにしているので、電動コンプレッサ１０から吐出された高温の冷媒を効果的に放熱することができる。
【００６４】
次に、自動車１の車室内の除湿運転例を図８を参照して説明する。尚、カーエアコンの冷媒回路及びエンジンの冷却水回路は図６同様に構成されているものとする。また、車室内の除湿運転時には、冷媒回路に設けられた電磁弁３５及びエンジン２の冷却水回路に設けられた電磁弁４４は開き、冷媒回路に設けられたバイパス電磁弁３１及びエンジン２の冷却水回路に設けられたバイパス電磁弁４６、バイパス電磁弁４７は閉じているものとする。
【００６５】
そして、前述同様自動車１のエンジン２が始動され、カーエアコンが駆動されて加熱されたラジエータ水の温度が予め設定された所定の温度以上に上昇すると、ラジエータ水は循環ポンプ４０から２重管型熱交換器５０の配管内（二重管５１の外管５３と内管５２との間）に流入する。２重管型熱交換器５０に流入したラジエータ水は、そこで内管５２内の冷媒と熱交換して温度上昇した後ラジエータ４１に流入する。即ち、ラジエータ水は２重管型熱交換器５０で温度上昇するが、ラジエータ４１に流入したときラジエータ水は車室外送風機にて車室外の空気で所定の温度以下に冷却される。
【００６６】
そして、ラジエータ４１を出たラジエータ水は、電磁弁４４から配管４４Ａを通り室内熱交換器４５に流入する。室内熱交換器４５に流入したラジエータ水は、そこで車室内送風機により車室内の空気と熱交換して放熱し、これによって車室内の暖房が行われる。そして、車室内の空気と熱交換して放熱し、これによって冷却されたラジエータ水は、室内熱交換器４５を出て出口側の配管４５Ａからエンジン２に戻りエンジン２を冷却する循環を繰り返す（このときのラジエータ水の流れを図中実線矢印で示している）。
【００６７】
また、自動車１に車載されたバッテリにてモータが回転し電動コンプレッサ１０が駆動運転されると、電動コンプレッサ１０から吐出された高温の冷媒は、２重管型熱交換器５０の配管内（二重管５１の内管５２内）に流入する。２重管型熱交換器５０の配管内に流入した冷媒は、内管５２内を流通する過程で内管５２と外管５３との間を流通するラジエータ水と熱交換して放熱する。放熱した冷媒は２重管型熱交換器５０を出て第３の膨張弁２０で絞られた後、室外熱交換器９に流入し、そこで蒸発して周囲の空気の熱を吸収し冷却する。この場合、車室外送風機にて冷却された室外熱交換器９が送風されその空気でラジエータ４１が冷却されるのでラジエータ水を好適に冷却することができる。
【００６８】
そして、室外熱交換器９を出た冷媒は、第２の膨張弁３３で絞られた後、冷却器３４に流入し、そこで蒸発して周囲から熱を吸収することによって冷却作用を発揮する。このとき、車室内送風機にて循環する車室内の空気は冷却器３４を通過する過程で冷却され、これによって水分が取り除かれて除湿される。そして、冷媒は冷却器３４を出て電磁弁３５、配管３５Ａを通りアキュムレータ３２で気液分離された後、冷媒ガスだけが電動コンプレッサ１０に吸い込まれる（このときの冷媒の流れを図中点線矢印で示している）。この場合、所定の車室内温度の空気は車室内送風機にて冷却器３４で冷却されて除湿された後、室内熱交換器４５で暖められて元の車室内温度に戻る。これにより、車室内は所定の温度を保持した状態で除湿だけを行うことができる。
【００６９】
このように、自動車１の車室内の暖房時に、エンジン２からの廃熱エネルギーを蛇行した二重管５１を備えた２重管型熱交換器５０によりカーエアコンの冷媒回路で回収することにより、当該エンジン２の廃熱エネルギーを効果的に車室内の暖房に利用することが可能となる。また、２重管型熱交換器５０の配管内を流通する冷媒を、エンジン２を冷却するラジエータ水の廃熱エネルギーで加熱しているので、２重管型熱交換器５０に着霜が発生するなどの不都合を未然に抑えることができる。
【００７０】
これにより、２重管型熱交換器５０の除霜運転が不要となるので、従来のように２重管型熱交換器５０の除霜運転に格別な熱エネルギーを利用する必要がなくなる。特に、ＣＯ２を冷媒とした電動コンプレッサ１０において、エンジン２で加熱されてラジエータ水に蓄えられた廃熱エネルギーを、従来のようにラジエータ４１で放熱して車室外に廃熱しなくても、２重管型熱交換器５０の配管内に流通させることでカーエアコンの冷媒回路で汲み上げることができ高効率、及び、除霜運転が不要となる。
【００７１】
また、車室内の冷房時はＣＯ２の高圧、高温の熱をラジエータ水に放熱するようにしているので、冷媒回路の廃熱エネルギーを効果的に放熱することが可能となる。また、２重管型熱交換器５０はラジエータ水の廃熱エネルギーを空気中に放熱する働きをさせることができるので、カーエアコンの停止時には２重管型熱交換器５０を通常のエンジン２の冷却水回路のラジエータ４１として使用することで、２重管型熱交換器５０を有効に利用することが可能となる。
【００７２】
次に、図９には本発明のカーエアコン用の熱交換器５０に用いられる他の配管を示している。この場合、配管は外管６０とこの外管６０内に配設された内管６１とから構成されており、内管６１は内部中空型の複数（この場合、３本）の細い配管（以降細管６１Ａと称す）にて構成され、外管６０と各細管６１Ａとの間は所定の間隔を存して設けられている。そして、外管６０と各細管６１Ａとの間はエンジン２の冷却水回路に連通すると共に、各細管６１Ａ内はカーエアコンの冷媒回路に連通している。即ち、前述の２重管型熱交換器５０に、外管６０内に複数の細管６１Ａにて構成された内管６１から成る二重管５１を設けている。外管６０には前述の二重管５１同様、所定の間隔を存して複数の放熱フィン５４（図９では図示せず）が交熱的に設けられている。他は前述同様に構成されている。尚、複数の細管６１Ａを３本としたが、細管６１Ａは３本に限らず、１本、２本或いは３本以上でも差し支えない。
【００７３】
そして、エンジン２を冷却するラジエータ水を、細管６１Ａと外管６０との間を二重管５１の一側から他側方向に向かって流通させ、電動コンプレッサ１０から吐出された高温の冷媒を、各細管６１Ａ内を二重管５１の他側から一側方向に向かって流通させる。即ち、各細管６１Ａ内を流通する冷媒と、各細管６１Ａと外管６０との間を流通するラジエータ水とを相互に逆方向に流通させる。このように、外管６０内に複数の細管６１Ａにて構成される内管６１を設けているので、ラジエータ水と冷媒との熱交換効率を一層向上させることができる。
【００７４】
次に、図１０には本発明のカーエアコン用の熱交換器５０に用いられる他の配管を示している。この場合、配管は内部中空の水管６２と、内部に複数の細孔６３Ａが設けられたマイクロチューブ６３とから構成されている。該水管６２及びマイクロチューブ６３は、例えば、アルミニウムなどの金属にて構成され、断面略楕円形（若しくは長円形。この場合、断面長手方向の寸法約１５ｍｍ、断面幅寸法約２ｍｍ）の扁平チューブで、水管６２とマイクロチューブ６３とを相互に密着して熱交換性能を向上させている。即ち、配管は水管６２とマイクロチューブ６３とを交熱的に取り付けている。
【００７５】
該水管６２とマイクロチューブ６３には二重管５１同様、所定の間隔を存して複数の放熱フィン５４（図１０では図示せず）が交熱的に設けられている。そして、水管６２内部はエンジン２の冷却水回路に連通すると共に、マイクロチューブ６３の各細孔６３Ａ内はカーエアコンの冷媒回路に連通している。他は前述同様に構成されている。尚、水管６２とマイクロチューブ６３は、断面略楕円形の一側側面を直線に形成して密着させ、水管６２とマイクロチューブ６３の熱交換性能を更に向上させても良い。
【００７６】
そして、エンジン２を冷却するラジエータ水を、配管（水管６２）の一側から他側方向に向かって流通させ、電動コンプレッサ１０から吐出された高温の冷媒を、配管（マイクロチューブ６３の各細孔６３Ａ）の他側から一側方向に向かって流通させる。即ち、マイクロチューブ６３の各細孔６３Ａ内を流通する冷媒と、水管６２内を流通するラジエータ水とを相互に逆方向に流通させる。このように、複数の細孔６３Ａを備えたマイクロチューブ６３と、水管６２とを交熱的に設けているので、ラジエータ水と冷媒との熱交換効率を更に向上させることができる。
【００７７】
次に、図１１には本発明のカーエアコン用の熱交換器５０に用いられる更に他の配管を示している。この場合、配管は内部に複数の細孔６４Ａ、６４Ａ（径が大きい）と細孔６４Ｂ（径が小さい）・・が設けられたマイクロチューブ６４から構成されている。該マイクロチューブ６４は、例えば、アルミニウムなどの金属にて構成され、断面略楕円形（若しくは長円形。この場合、断面長手方向の寸法約１５ｍｍ、断面幅寸法約２ｍｍ）の扁平チューブである。
【００７８】
該マイクロチューブ６４には二重管５１同様、所定の間隔を存して複数の放熱フィン５４（図１１では図示せず）が交熱的に設けられている。そして、細孔６４Ａはエンジン２の冷却水回路に連通すると共に、細孔６４Ｂはカーエアコンの冷媒回路に連通している。他は前述同様に構成されている。
【００７９】
そして、エンジン２を冷却するラジエータ水を、細孔６４Ａ、６４Ａの一側から他側方向に向かって流通させ、電動コンプレッサ１０から吐出された高温の冷媒を、細孔６４Ｂ・・の他側から一側方向に向かって流通させる。即ち、マイクロチューブ６４の細孔６４Ｂ・・内を流通する冷媒と、細孔６４Ａ、６４Ａ内を流通するラジエータ水とを相互に逆方向に流通させ、マイクロチューブ６４の壁を介して熱交換させる。これにより、ラジエータ水と冷媒とを効率的に熱交換させることができる。
【００８０】
尚、実施例ではカーエアコン用熱交換器をエンジン２を搭載した自動車１に使用したが、カーエアコン用熱交換器はエンジン２を搭載した自動車１に限らず、ハイブリッドカー（ＨＥＶ）、燃料電池自動車（ＦＣＥＶ）、電気自動車（ＥＶ）などに用いても差し支えない。この場合、ラジエータ水が蓄えたエンジン２或いは電池の廃熱エネルギーを、エンジン２停止後の始動時に冷媒回路で汲み上げて暖房に利用することができる。従って、エンジンからの廃熱エネルギーを有効に利用することができる。
【００８１】
【発明の効果】
以上詳述した如く本発明によれば、カーエアコンが取り付けられた車室内の暖房時に、エンジンからの廃熱エネルギーを本発明の熱交換器により冷媒回路で回収して、車室内の暖房に利用することができる。該熱交換器内を流通するカーエアコンの冷媒を、エンジンを冷却するラジエータ水の廃熱で加熱しているので、熱交換器が着霜してしまうのを未然に抑えることができる。これにより、熱交換器の除霜運転が不要となるので、例えば従来のように熱交換器の除霜運転に格別な熱エネルギーを利用する必要がなくなる。
【００８２】
また、エンジン駆動車でハイブリッド車や燃料電池車のように、ラジエータ水が蓄えた廃熱エネルギーをエンジン停止後の始動時に冷媒回路で汲み上げて暖房に利用することができる。また、車室内の冷房時には熱交換器の熱エネルギーをラジエータ水に放出することが可能となる。従って、エンジンからの廃熱エネルギーを有効に利用することができるようになるものである。
【００８３】
特に、燃料電池自動車の場合には、燃料電池を起動する際に熱が必要となるが、圧縮機を運転して本発明の熱交換器の冷媒の熱を燃料電池を起動する際放熱させることで、冷媒回路から燃料電池起動時に必要な熱エネルギーを供給することが可能となる。従って、ラジエータ水の廃熱エネルギーを燃料電池起動時や車室内の暖房、及び、熱交換器の除霜運転時に利用することが可能となり、総じて、エネルギーの大幅な効率アップを図ることができるようになるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のカーエアコン用熱交換器を備えたカーエアコンの暖房時の冷媒回路図である。
【図２】本発明のカーエアコン用熱交換器近傍の模式図である。
【図３】本発明のカーエアコン用熱交換器の一部拡大縦断面図である。
【図４】本発明のカーエアコン用熱交換器を備えたカーエアコンの冷房時の冷媒回路図である。
【図５】本発明のカーエアコン用熱交換器を備えたカーエアコンの除湿時の冷媒回路図である。
【図６】もう一つのカーエアコン用熱交換器を備えたカーエアコンの暖房時の冷媒回路図である。
【図７】もう一つのカーエアコン用熱交換器を備えたカーエアコンの冷房時の冷媒回路図である。
【図８】もう一つのカーエアコン用熱交換器を備えたカーエアコンの除湿時の冷媒回路図である。
【図９】カーエアコン用熱交換器を構成する他の配管の斜視図である。
【図１０】カーエアコン用熱交換器を構成するもう一つの配管の斜視図である。
【図１１】カーエアコン用熱交換器を構成する更にもう一つの配管の斜視図である。
【符号の説明】
１  自動車
２  エンジン
９  室外熱交換器
１０  電動コンプレッサ（圧縮機）
１３  室内熱交換器
１４  第１の膨張弁
３３  第２の膨張弁
３４  凝縮器
４０  循環ポンプ
４１  ラジエータ
４２  バイパス電磁弁
４３  バイパス電磁弁
４５  室内熱交換器
５０  ２重管型熱交換器（カーエアコン用熱交換器）
５１  二重管
５２  内管
５３  外管
５４  フィン
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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