(57)【要約】【課題】コンプレッサから吐出された冷媒をエンジン等の車両駆動用動力源の冷却水と熱交換させる水冷媒熱交換器を設けた車両用空調装置において、暖房効率を向上する。【解決手段】コンプレッサ１から吐出された冷媒をガスクーラ２に導く流路１６又はガスクーラ２を回避させる流路１０のいずれかに選択的に導入するバルブ１７と、冷房時にはコンプレッサ１から吐出された冷媒がガスクーラ２に導かれ、暖房時にはコンプレッサ１から吐出された冷媒がガスクーラ２を回避するようにバルブ１７を制御する制御手段１８とを具備する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒を圧縮するコンプレッサ（１）、コンプレッサ（１）により圧縮された冷媒を外気と熱交換させる室外側冷媒熱交換器（２）、室外側冷媒熱交換器（２）で熱交換した冷媒を膨張させる膨張手段（３）、及び膨張手段（３）で膨張した冷媒を車室内に供給される空調風と熱交換させる室内側冷媒熱交換器（４）が配管を介して連通接続された冷媒サイクルと、
車両駆動用動力源（１２）の冷却水を車室内に供給される空気と熱交換させる室内側冷却水熱交換器（８）と、
コンプレッサ（１）と室外側冷媒熱交換器（２）の間に設けられ、コンプレッサ（１）から吐出された冷媒を車両駆動用動力源（１２）の冷却水と熱交換させる水冷媒熱交換器（１１）と、
コンプレッサ（１）から吐出された冷媒を室外側冷媒熱交換器（２）に導く流路（１６）又は室外側冷媒熱交換器（２）を回避させる流路（１０）のいずれかに選択的に導入する流路切換手段（１７）と、
冷房時にはコンプレッサ（１）から吐出された冷媒が室外側冷媒熱交換器（２）に導かれ、暖房時にはコンプレッサ（１）から吐出された冷媒が室外側冷媒熱交換器（２）を回避するように流路切換手段（１７）を制御する制御手段（１８）と、
を具備することを特徴とする車両用空調装置。
【請求項２】
流路（１６）がコンプレッサ（１）から吐出された冷媒を水冷媒熱交換器（１１）を回避させて室外側冷媒熱交換器（２）に導くように構成されたことを特徴とする請求項１記載の車両用空調装置。
【請求項３】
車両駆動用動力源（１２）がエンジンであることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の車両用空調装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は車両用空調装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、車両用空調装置においては、コンプレッサにより圧縮された冷媒を室外側冷媒熱交換器を介して外気に放熱するようにしているが、室外側冷媒熱交換器に対する風速が少ない車両停止時においては放熱性能が著しく低下する。
【０００３】
そこで、本願出願人は、先に、室外側冷媒熱交換器の放熱効果が低い場合でも充分な冷房性能が得られる冷媒サイクルを提案した（特願２００１−２１２２７４号）。この冷媒サイクルでは、コンプレッサと室外側冷媒熱交換器の間に高温、高圧の冷媒をエンジン冷却水等と熱交換させる水冷媒熱交換器を設けており、これによって冷媒サイクルの効率が向上するため、室外側冷媒熱交換器の放熱効果が低い場合でも蒸発器における冷房性能を確保することができる。
【０００４】
また、エンジンは、始動時には比較的低温であるため、エンジン内の潤滑油の温度が低く、エンジンの摺動部の摩擦が大きくなってエンジンの効率が低下するが、上記冷媒サイクルでは、高温の冷媒によりエンジン冷却水が加熱され、上記摩擦が早期に低減するため、エンジンの暖機時間を短くし、燃費を改善することができる。
【０００５】
さらに、エンジン冷却水が加熱されることにより、エンジン冷却水を車室内に供給される空調風と熱交換させる室内側冷却水熱交換器からの発熱量が増加するため、エンジンが十分に暖まっていない暖房初期時において室温を速やかに昇温させることができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このように、上記冷媒サイクルを用いた車両用空調装置では、暖房初期時における即暖性は得られるものの、暖房時においても冷媒が室外側冷媒熱交換器を介して外気に放熱するようになっており、暖房効率の点で不利である。
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みて創案されたものであり、その目的は、コンプレッサから吐出された冷媒を車両駆動用動力源の冷却水と熱交換させる水冷媒熱交換器を具備した車両用空調装置において、暖房効率を向上することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、
冷媒を圧縮するコンプレッサ１、コンプレッサ１により圧縮された冷媒を外気と熱交換させる室外側冷媒熱交換器２、室外側冷媒熱交換器２で熱交換した冷媒を膨張させる膨張手段３、及び膨張手段３で膨張した冷媒を車室内に供給される空調風と熱交換させる室内側冷媒熱交換器４が配管を介して連通接続された冷媒サイクルと、
車両駆動用動力源１２の冷却水を車室内に供給される空気と熱交換させる室内側冷却水熱交換器８と、
コンプレッサ１と室外側冷媒熱交換器２の間に設けられ、コンプレッサ１から吐出された冷媒を車両駆動用動力源１２の冷却水と熱交換させる水冷媒熱交換器１１と、
コンプレッサ１から吐出された冷媒を室外側冷媒熱交換器２に導く流路１６又は室外側冷媒熱交換器２を回避させてる流路１０のいずれかに選択的に導入する流路切換手段１７と、
冷房時にはコンプレッサ１から吐出された冷媒が室外側冷媒熱交換器２に導かれ、暖房時にはコンプレッサ１から吐出された冷媒が室外側冷媒熱交換器２を回避するように流路切換手段１７を制御する制御手段１８と、
を具備することを特徴とする車両用空調装置である。
【０００９】
また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の車両用空調装置において、流路１６がコンプレッサ１から吐出された冷媒を水冷媒熱交換器１１を回避させて室外側冷媒熱交換器２に導くように構成されたことを特徴としている。
【００１０】
また、請求項３記載の発明は、請求項１又は請求項２記載の車両用空調装置において、車両駆動用動力源１２がエンジンであることを特徴としている。
【００１１】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、暖房時には、コンプレッサ１から吐出された冷媒が室外側冷媒熱交換器２を回避することにより、冷媒の熱が室外に放熱されることがないため、効率の良い暖房が可能となる。
【００１２】
請求項２記載の発明によれば、冷房時にはコンプレッサ１から吐出された冷媒が水冷媒熱交換器１１に導かれないため、冷却水が昇温せず、車両駆動用動力源の損傷等の不具合の発生を防止することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明の一実施形態である車両用空調装置の概略構成図である。
【００１４】
この車両用空調装置は、冷媒を圧縮するコンプレッサ１と、コンプレッサ１により圧縮された冷媒を外気と熱交換させる室外側冷媒熱交換器としてのガスクーラ２と、ガスクーラ２で熱交換した冷媒を断熱膨張させる膨張手段としての圧力制御弁３と、圧力制御弁３で膨張した冷媒を車室内に供給される空調風と熱交換させる室内側冷媒熱交換器としてのエバポレータ４と、エバポレータ４から流出した冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離するアキュムレータ５とが冷媒配管を介してこの順序で連通接続されており、冷媒サイクルを構成している。
【００１５】
コンプレッサ１は、エンジン又はモータ等から駆動力を得て気相状態の二酸化冷媒を圧縮し、高温、高圧となった冷媒をガスクーラ２に向けて吐出する。本例のコンプレッサとしては特に限定されず、冷媒サイクル内の冷媒状態に基づいて冷媒の吐出量及び吐出圧を内部的に自動制御する容量可変式コンプレッサ、冷媒サイクル内の冷媒状態を検出して冷媒の吐出量及び吐出圧を外部的に自動制御する容量可変式コンプレッサ、定量の吐出量及び吐出圧のコンプレッサであって回転数制御機能を有するコンプレッサ等々、種々のコンプレッサを用いることができる。
【００１６】
ガスクーラ２は、コンプレッサ１で圧縮された高温、高圧の二酸化炭素冷媒を外気等との間で熱交換して冷却するものであり、この熱交換を促進するため、あるいは停車中においても熱交換できるようにクーリングファン６が付加されている。また、ガスクーラ２は、その内部の二酸化炭素冷媒を外気温度に極力近くなるまで放熱させるために、例えば車両の前面に配置されている。
【００１７】
圧力制御弁３は、高圧の二酸化炭素冷媒を減圧孔を通過させることで減圧するものである。なお、圧力制御弁３は、二酸化炭素冷媒を減圧すると共に、ガスクーラ２の出口側の圧力を制御する機能も兼ね備えており、この圧力制御弁３で減圧された二酸化炭素冷媒は、気液二相状態となってエバポレータ４に流入する。本例の圧力制御弁３としては、特に限定されず、電気的信号により減圧孔の開閉デューティ比を制御するもの（例えば、特願２０００−２０６７８０号に開示された減圧弁）等々を用いることができる。
【００１８】
エバポレータ４は、車室内に吹き出す空気を冷却するためのもので、例えば車載された空調ユニットのケーシングに内蔵され、ファン７により取り込まれた車室外空気又は車室内空気がエバポレータ４を通過することによりこの取入空気が冷却され、図外の吹出口を介して車室内の所望の位置に吹き出される。すなわち、圧力制御弁３から流出した気液二相状態の二酸化炭素冷媒は、エバポレータ４内で蒸発する際に取入空気から蒸発潜熱を奪うことでこれを冷却する。
【００１９】
なお、この空調ユニットのエバポレータ４の下流には、室内側冷却水熱交換器としてのヒータコア８が設けられ、このヒータコア８には配管を介してエンジン冷却水が循環している。ヒータコア８の前面にはエアミックスドア９が回動可能に設けられており、取入空気を加熱するときはエアミックスドア９が矢印方向に回動し、取入空気を加熱しないときはエアミックスドア９が逆方向に回動する。
【００２０】
アキュムレータ５は、エバポレータ４を通過した二酸化炭素冷媒を、気相状態の冷媒と液相状態の冷媒とに分離して、気相状態の冷媒のみをコンプレッサ１へ送ると共に液相状態の冷媒を一時的に貯えるものである。
【００２１】
コンプレッサ１とエバポレータ４の間には、コンプレッサ１から吐出された冷媒をガスクーラ２を回避させて圧力制御弁３に導く流路１０が冷媒配管によって形成されており、その途中には、コンプレッサ１により圧縮された冷媒をエンジン冷却水と熱交換させる水冷媒熱交換器１１が設けられている。
【００２２】
この水冷媒熱交換器１１には配管を介してエンジン冷却水が循環している。すなわち、エンジン１２、水冷媒熱交換器１１、ヒータコア８、及びウォーターポンプ１３が配管を介してこの順序で接続され、エンジン冷却水の循環サイクルを構成している。
【００２３】
また、これとは別に、ラジエータ１４にエンジン冷却水を供給する系統が設けられている。すなわち、エンジン１２、ラジエータ１４、サーモスタット１５、ウォーターポンプ１３が配管を介してこの順序で接続されており、エンジン冷却水は、ラジエータ１４でエンジンの冷却に適温とされる温度まで冷却された後、エンジン１２に戻されるようになっている。サーモスタット１５は、エンジン１２に流入する冷却水の水温を検知する検知手段としての機能を有している。
【００２４】
また、コンプレッサ１から吐出された冷媒を、水冷媒熱交換器１１を回避させてガスクーラ２に導く流路１６と、ガスクーラ２を回避させて圧力制御弁３に導く流路１０との分岐点には、冷媒をこれらの流路１６、１０のいずれかに選択的に導入する流路切換手段としてのバルブ１７が設けられている。
【００２５】
なお、１８は制御手段で、マイクロコンピュータにより構成され、ＲＯＭに格納されたプログラムに基づいてこの車両用空調装置全体の制御を司る。制御手段１８は、バルブ１７を、冷房時にはコンプレッサ１から吐出された冷媒が破線で示すようにガスクーラ２に導かれ、暖房時にはコンプレッサ１から吐出された冷媒が実線で示すように水冷媒熱交換器１１に導かれるようにバルブ１７を制御する。
【００２６】
このように構成された車両用空調装置では、暖房時において、コンプレッサ１から吐出された高温の冷媒の熱がエンジン冷却水に放熱されるため、エンジン１２が十分に暖まっていない暖房初期時においてもヒータコア８による放熱量が大きく、車室内が速やかに昇温する。また、暖房時に冷媒がガスクーラ２を回避し、冷媒の熱が外気に放熱されないので、効率の良い暖房を行うことができる。
【００２７】
また、冷房時にはコンプレッサ１から吐出された冷媒が水冷媒熱交換器１１に流入しないため、エンジン冷却水の温度が上昇せず、エンジンの摺動部分の焼け付き等の不具合が生じるのを防ぐことができる。
【００２８】
この車両用空調装置では、エンジン冷却水を温めるようにしていることで、以下のような効果も得られる。
【００２９】
第１に、既存の室内側エアコンユニットを改造することなく高い暖房性能を得ることができる。すなわち、空気を直接暖めることにより暖房性能を向上しようとする場合には、サブコンデンサあるいはサブガスクーラを設けるか、エバポレータ４をコンデンサとして用いることができるように高耐圧仕様にする必要があるが、いずれの必要もないからである。
【００３０】
第２に、コンプレッサ１から吐出された冷媒の熱をエンジン冷却水に放熱することで、エンジンの燃費が良くなる。
【００３１】
第３に、エンジン冷却水の水温が高いため、外気から熱を汲み上げるヒートポンプとして用いた場合に熱交換器に付着した氷を溶かすヒータとして機能させることができる。
【００３２】
なお、本実施形態では、水冷媒熱交換器が、コンプレッサから吐出された冷媒をエンジン冷却水と熱交換させるものである場合について説明したが、冷媒をエンジン以外の車両駆動用動力源（例えば燃料電池のスタック）の冷却水と熱交換させるものであってもよい。
【００３３】
なお、車両駆動用動力源が燃料電池のスタックの場合には、冷却水が加熱されることで燃料電池スタックが速やかに昇温するため、燃料電池内の触媒が作用する温度域に速やかに到達し、車両が早期に走行可能な状態となるという利点が得られる。
【００３４】
その他にも、本発明の要旨を逸脱しない範囲で上述した実施形態に種々の変形を施すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態である車両用空調装置の概略構成図である。
【符号の説明】
１  コンプレッサ
２  ガスクーラ（室外側冷媒熱交換器）
３  圧力制御弁（膨張手段）
４  エバポレータ（室内側冷媒熱交換器）
８  ヒータコア（室内側冷却水熱交換器）
１１  水冷媒熱交換器
１７  バルブ（流路切換手段）
１８  制御手段
【図１】
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