(57)【要約】【課題】蓄冷媒体と空調風との熱交換を行う放冷器を新たに追加することなく、空調装置における冷媒の冷熱を利用してエンジン冷却水を使用している加熱器に放冷、放熱可能なエネルギーを蓄え、それによって制動力の空調への有効利用やアイドリングストップ時の冷房能力の確保、アイドリング時の空調消費動力の低減等を行うことが可能な車両用空調装置を提供する。【解決手段】車室内吹き出し空気を冷却する冷却器と、該冷却器を冷却する冷媒を圧縮する圧縮機を備えた冷媒循環経路と、エンジン冷却水が循環される加熱器とを有する車両用空調装置において、加熱器内を循環するエンジン冷却水と、冷却器を循環する冷媒との間で熱交換を行うようにした車両用空調装置。【選択図】　図１
2004142551.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車室内吹き出し空気を冷却する冷却器と、該冷却器を冷却する冷媒を圧縮する圧縮機を備えた冷媒循環経路と、エンジン冷却水が循環される加熱器とを有する車両用空調装置において、前記加熱器内を循環するエンジン冷却水と、前記冷却器を循環する冷媒との間で熱交換を行うようにしたことを特徴とする車両用空調装置。
【請求項２】
前記加熱器内に、または加熱器に出入りするエンジン冷却水の循環経路上に、冷媒とエンジン冷却水との間で熱交換を行う手段としての冷却水熱交換器を備えている、請求項１の車両用空調装置。
【請求項３】
前記加熱器の入口部と出口部を導通し、エンジン冷却水を加熱器内において蓄冷または蓄熱媒体として循環可能とする媒体循環経路を有し、該媒体循環経路上に媒体を循環させるポンプが設けられている、請求項１または２の車両用空調装置。
【請求項４】
前記冷媒循環経路に、前記冷却水熱交換器に冷媒を循環させる経路とバイパスさせる経路が設けられており、かつ、前記冷却水熱交換器への冷媒の循環とバイパスとを切り換える冷媒流路切換手段が設けられている、請求項２または３の車両用空調装置。
【請求項５】
前記圧縮機により圧縮された高温高圧の冷媒を、前記冷却器へ流入させることを可能とし、寒冷期において冷却器を加熱手段として用いることが可能なヒートポンプシステムを備えており、前記加熱器内を循環するエンジン冷却水と前記冷媒との間で熱交換を行って加熱器側に蓄熱し、アイドルストップ時等において暖房の熱源不足が生じた際に、蓄熱したエネルギーを放熱可能に構成した、請求項１〜４のいずれかに記載の車両用空調装置。
【請求項６】
車両が減速状態であるか否かを判定または検知する減速判断手段を備えており、減速時には前記ポンプを作動させ、冷却水と冷媒との熱交換量を増大させ、蓄冷または蓄熱を行う、請求項３〜５のいずれかに記載の車両用空調装置。
【請求項７】
車両がアイドリング状態またはアイドリングストップ状態であることを判定または検知するアイドリング判断手段を備えており、アイドリング時またはアイドリングストップ時には前記ポンプを作動させ、前記加熱器から放冷または放熱を行う、請求項３〜６のいずれかに記載の車両用空調装置。
【請求項８】
エンジンにより温められた冷却水が加熱器へ流入しないよう、その流路を遮断する冷却水遮断機構を備え、冷却器通過後の空気を加熱する必要のない最大冷房時には、冷却水遮断機構により流路を遮断して、加熱器内の冷却水に冷熱を蓄える、請求項１〜７のいずれかに記載の車両用空調装置。
【請求項９】
前記冷媒流路切換手段による切り換えを、通常の冷凍サイクルにおいては、最大冷房運転時のみ冷媒を前記冷却水熱交換器へ流入させ、ヒートポンプサイクルにおいては、冷却水熱交換器内の温度が所定値以下の時、常に冷媒を冷却水熱交換器へ流入させ、これら以外の場合は、冷却水熱交換器へ冷媒を流入させないように制御する、請求項４〜８のいずれかに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し、とくに、車両が適当な状態にあるときに空調装置内における冷熱エネルギーを蓄えておき、それを要求に応じて回生することが可能で、それによって省動力化を達成できるようにした車両用空調装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、車両の低燃費化が進むにつれ、車両用空調装置における省動力化の要求が高まっている。また、ハイブリッド車両や電動車両では、アイドル時にエンジンストップを行うため、これに対応できる車両用空調装置が求められている。これらの要求に対して、別途蓄冷媒体の循環系を設け、走行時に蓄冷媒体へ冷熱を蓄冷しておき、アイドルストップ時は冷房用の冷熱を蓄冷エネルギーで補う技術が知られている。また、蒸発器からの冷風により、下流側に設けられたヒータコアを冷却して蓄冷し、蓄冷エネルギーを適宜放冷するようにした技術も知られている（たとえば、特許文献１）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−１７５０号公報（特許請求の範囲）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記の別途蓄冷媒体の循環系を設ける方法では、蓄冷媒体と空調風との熱交換を行う放冷器が必要となり、現行のエアコンユニットよりも、体積と重量が増大してしまうという問題がある。また、上記特許文献１に記載の方法では、蒸発器からの冷風を利用して蓄冷するだけなので、蓄冷可能なエネルギー量が小さく、実用性に乏しいという問題がある。
【０００５】
そこで本発明の課題は、上記のような問題点に着目し、蓄冷媒体と空調風との熱交換を行う放冷器を新たに追加することなく、空調装置における冷媒の冷熱を利用してエンジン冷却水を使用している加熱器に放冷、放熱可能なエネルギーを蓄え、それによって制動力の空調への有効利用やアイドリングストップ時の冷房能力の確保、アイドリング時の空調消費動力の低減等を行うことが可能な車両用空調装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明に係る車両用空調装置は、車室内吹き出し空気を冷却する冷却器と、該冷却器を冷却する冷媒を圧縮する圧縮機を備えた冷媒循環経路と、エンジン冷却水が循環される加熱器とを有する車両用空調装置において、前記加熱器内を循環するエンジン冷却水と、前記冷却器を循環する冷媒との間で熱交換を行うようにしたことを特徴とするものからなる。すなわち、冷却器からの冷風を利用するのではなく、冷媒循環経路における冷媒を利用して蓄冷、蓄熱を行うようにしたものである。
【０００７】
この車両用空調装置においては、前記加熱器内に、または加熱器に出入りするエンジン冷却水の循環経路上に、冷媒とエンジン冷却水との間で熱交換を行う手段としての冷却水熱交換器を備えることができる。また、前記加熱器の入口部と出口部を導通し、エンジン冷却水を加熱器内において蓄冷または蓄熱媒体として循環可能とする媒体循環経路を有し、該媒体循環経路上に媒体を循環させるポンプが設けられた構成とすることもできる。
【０００８】
また、前記冷媒循環経路には、前記冷却水熱交換器に冷媒を循環させる経路とバイパスさせる経路を設けることができ、かつ、前記冷却水熱交換器への冷媒の循環とバイパスとを切り換える冷媒流路切換手段を設けることができる。これによって、必要に応じて冷媒循環経路の冷媒を冷却水熱交換器に循環させて蓄冷、蓄熱を行うことができ、必要のない場合には、冷却水熱交換器に冷媒が循環しないようにすることができる。
【０００９】
また、本発明に係る車両用空調装置は、前記圧縮機により圧縮された高温高圧の冷媒を、前記冷却器へ流入させることを可能とし、寒冷期において冷却器を加熱手段として用いることが可能なヒートポンプシステムを備えており、前記加熱器内を循環するエンジン冷却水と前記冷媒との間で熱交換を行って加熱器側に蓄熱し、アイドルストップ時等において暖房の熱源不足が生じた際に、蓄熱したエネルギーを放熱可能に構成することができる。
【００１０】
また、本発明に係る車両用空調装置は、車両が減速状態であるか否かを判定または検知する減速判断手段を備えており、減速時には前記ポンプを作動させ、冷却水と冷媒との熱交換量を増大させ、蓄冷または蓄熱を行うように構成することができる。
【００１１】
また、本発明に係る車両用空調装置は、車両がアイドリング状態またはアイドリングストップ状態であることを判定または検知するアイドリング判断手段を備えており、アイドリング時またはアイドリングストップ時には前記ポンプを作動させ、前記加熱器から放冷または放熱を行うように構成することができる。
【００１２】
また、本発明に係る車両用空調装置は、エンジンにより温められた冷却水が加熱器へ流入しないよう、その流路を遮断する冷却水遮断機構を備え、冷却器通過後の空気を加熱する必要のない最大冷房時には、冷却水遮断機構により流路を遮断して、加熱器内の冷却水に冷熱を蓄えるように構成することができる。
【００１３】
さらに、本発明に係る車両用空調装置では、前記冷媒流路切換手段による切り換えを、通常の冷凍サイクルにおいては、最大冷房運転時のみ冷媒を前記冷却水熱交換器へ流入させ、ヒートポンプサイクルにおいては、冷却水熱交換器内の温度が所定値以下の時、常に冷媒を冷却水熱交換器へ流入させ、これら以外の場合は、冷却水熱交換器へ冷媒を流入させないように制御することができる。
【００１４】
上記のような本発明に係る車両用空調装置においては、エンジン冷却水を使用する加熱器内に、冷媒循環経路における冷媒を利用して蓄冷、蓄熱が行われるので、大きなエネルギー量を迅速に蓄えることが可能になり、それを必要に応じて加熱器から放冷、放熱することが可能になるので、蓄冷媒体と空調風との熱交換を行う放冷器を新たに追加する必要のない簡素な構造にて、空調装置における冷媒自身の冷熱を利用して効率のよい蓄冷、蓄熱を行うことができる。この蓄冷、蓄熱により、車両における制動力の空調への有効利用や、アイドリングストップ時の冷房能力の確保、アイドリング時の空調消費動力の低減等が、実用的なレベルで可能となる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の望ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
図１および図２は、本発明の一実施態様に係る車両用空調装置を示している。この車両用空調装置には、車室内吹き出し空気を冷却する冷却器６（冷媒の蒸発器）が設けられており、冷却器６には冷却回路としての冷媒循環経路１の冷媒が循環されて冷却器６が冷却される。冷媒循環経路１には、冷媒を圧縮する圧縮機２と、凝縮器３、受液器４、および膨張弁等からなる絞り機構５が設けられている。通風ダクト１４（空調ユニット）の入口側には送風機１５が設けられており、吸入された空気が、冷却器６、その下流側に配置された加熱器８を通過された後、温調された空気として、開閉あるいは開度調節されたＤＥＦ、ＶＥＮＴ、ＦＯＯＴ等の吹き出し口から車室内に吹き出される。加熱器８の直前にはエアミックスダンパ１６が設けられており、加熱器８の通過風とバイパス風の割合がエアミックスダンパ１６の開度によって制御できるようになっている。冷却器６の出口側には、冷却器出口空気温度センサ２１が設けられている。
【００１６】
加熱器８には、図２に示すように、冷却水循環経路１１を介してエンジン冷却水が循環できるようになっており、入口側に設けられたウォータバルブ７により供給量を制御できるようになっている。また、冷却水循環経路１１の加熱器８への入口側には、開閉弁からなる第１遮断機構１２が、出口側には第２遮断機構１３が設けられており、エンジン側から加熱器８への冷却水の循環を遮断できるようになっている。
【００１７】
加熱器８には、本実施態様ではその出口側に、冷却水熱交換器２５が、加熱器８と一体的に設けられており、所定量の冷却水を貯留できるようになっている。加熱器８の入口部と出口部とにわたって、本実施態様では、加熱器８の入口部と出口側に設けられた冷却水熱交換器２５とにわたって、これらを導通し、エンジン冷却水を蓄冷または蓄熱媒体として循環可能とする媒体循環経路１０が設けられている。この媒体循環経路１０上には、媒体を循環させるポンプ９が設けられている。
【００１８】
本発明では、加熱器８内を循環するエンジン冷却水と、冷却器６を循環する冷媒との間で熱交換を行うことが可能に構成される。本実施態様では、図１および図２の両方を参照するに、冷却水熱交換器２５内に冷媒循環経路１が延設され、冷却水熱交換器２５内にて冷媒と冷却水との間で熱交換を行うことが可能になっている。また、冷媒循環経路１には、冷却水熱交換器２５をバイパスさせる冷媒バイパス経路１７も設けられている。冷却水熱交換器２５内への冷媒の循環と、冷媒バイパス経路１７への冷媒の循環とは、開閉弁または絞り弁からなる第３遮断機構１８および第４遮断機構１９によって構成される冷媒流路切換手段により切り換えられる。冷却水熱交換器２５内に冷媒を循環させることにより、冷却水熱交換器２５を循環される冷却水を、冷媒が有するエネルギーにより冷却または加熱することが可能になり、蓄冷または蓄熱が可能となる。冷却水熱交換器２５内には温度センサ２２が設けられており、蓄冷または蓄熱温度を検出できるようになっている。
【００１９】
なお、上記実施態様では、冷却水熱交換器２５を加熱器８と一体的構成したが、図３に示すように、通風ダクト１４外に、加熱器８とは別体構成で設け、より冷却器６に近い位置に配置してもよい。
【００２０】
上記のように構成された車両用空調装置においては、蓄冷時には、第１遮断機構１２、第２遮断機構１３を遮断することにより、冷却水へ冷熱を蓄えることができる。このとき、図１に示したように冷却器６通過後の冷媒を冷却水熱交換器２５に導入してもよく、図３に示したように絞り機構５通過直後の冷媒を導入してもよい。冷却水と冷媒との間で熱交換が行われ、冷却水熱交換器２５内の冷却水が冷却される。
【００２１】
最大冷房時には、第３遮断機構１８を開、第４遮断機構１９を閉とし、冷却水熱交換器２５に冷媒を導入する。最大冷房時以外で、加熱器８へエンジンを冷却した温水が導入される条件においては、第３遮断機構１８を閉、第４遮断機構１９を開とし、冷却水熱交換器２５内には冷媒を導入しない。これにより、蓄冷時以外において、冷媒が冷却水により温められてしまうのを防ぐことができる。
【００２２】
媒体循環経路１０には、蓄冷媒体としてのエンジン冷却水を循環させることができる。第１遮断機構１２と第２遮断機構１３を遮断することにより、エンジン側からの温水（エンジン冷却水）を遮断して、加熱器８と媒体循環経路１０において冷却水を循環させることにより、蓄冷、放冷（または蓄熱、放熱）を可能とする。
【００２３】
減速時には、ポンプ９を作動させることにより、冷却水熱交換器２５内の冷媒と冷却水との熱交換量を増大させることができる。さらに、圧縮機２の稼動率、または吐出容積を大として、車両の制動力を利用して冷却水を冷却することもできる。
【００２４】
アイドリングストップ時等において冷却器６の冷房能力が低下した際は、ポンプ９を作動させることにより冷却水熱交換器２５内の冷熱を放冷することができる。アイドリングストップを行わない車両においては、アイドリング時に圧縮機２の稼動率、または吐出容量を小として、圧縮機消費動力を低減し、ポンプを作動させて冷熱を放冷することができる。
【００２５】
蓄冷媒体である冷却水の温度を検知する温度センサ２２の温度が、あらかじめ定めた所定値よりも高い場合は、放冷運転から通常運転（圧縮機稼動率大、または圧縮機容量大）へ切り換える。また、アイドリングストップ時であればエンジンを作動させて、冷房能力の確保を行うことができる。
【００２６】
また、本発明は、ヒートポンプシステムへも適用できる。つまり、冷却器６を加熱手段として用いるヒートポンプシステムに適用してもよい。この場合、蓄熱、放熱を行うことができる。その際、温度センサ２２の温度が、あらかじめ定めた所定値より低い場合は、常に冷媒を冷却水熱交換器２５へ流入させることが好ましい。
【００２７】
ヒートポンプシステムにおいては、図１に示したように、圧縮機２と冷却器６とを連結する冷媒循環経路１の途中に冷却水熱交換器２５を設置するとよい。もし図３のように冷却器６と膨張弁５（絞り機構）とを連結する冷媒循環経路の途中に冷却水熱交換器を設置してしまうと、冷却器６において凝縮液化した冷媒が再び加熱されて、再度ガス化してしまう恐れがあるため、ヒートポンプシステムにおいては好ましくない。
【００２８】
このように、冷媒循環経路の冷媒と加熱器側の冷却水との間で熱交換を行って蓄冷、蓄熱を行うことにより、大きな冷熱エネルギーを蓄えることが可能になり、それを必要に応じて放冷、放熱させることにより、加熱器を有効に利用して効率のよい空調制御を行うことができ、省動力化をはかることができる。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る車両用空調装置によれば、冷媒循環経路の冷媒を用いて効果的にエンジン冷却水への蓄冷、蓄熱を行うことが可能になり、アイドルストップ時等に冷房の冷熱源または暖房の熱源が不足した際において、エンジン冷却水へ蓄えられた熱エネルギーを、放冷または放熱し、空調用熱源の不足を補うことが可能となる。また、熱エネルギーを効率よく有効利用できることから、空調制御全体として省動力化をはかることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施態様に係る車両用空調装置の機器系統図である。
【図２】図１の加熱器周りの概略配管系統図である。
【図３】本発明の別の実施態様に係る車両用空調装置の機器系統図である。
【符号の説明】
１　冷媒循環経路
２　圧縮機
３　凝縮器
４　受液器
５　絞り機構
６　冷却器
７　ウォータバルブ
８　加熱器
９　ポンプ
１０　媒体循環経路
１１　冷却水循環経路
１２　第１遮断機構
１３　第２遮断機構
１４　通風ダクト（空調ユニット）
１５　送風機
１６　エアミックスダンパ
１７　冷媒バイパス経路
１８　第３遮断機構
１９　第４遮断機構
２０　空調制御装置
２１　冷却器出口空気温度センサ
２２　温度センサ
２５　冷却水熱交換器
【図１】
2004142551.tif 000003
【図２】
2004142551.tif 000004
【図３】
2004142551.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成14年10月24日(2002.10.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項５】
前記圧縮機により圧縮された高温高圧の冷媒を、前記冷却器へ流入させることを可能とし、冷却器を加熱手段として用いることが可能なヒートポンプシステムを備えており、前記加熱器内を循環するエンジン冷却水と前記冷媒との間で熱交換を行って加熱器側に蓄熱し、アイドルストップ時等において暖房の熱源不足が生じた際に、蓄熱したエネルギーを放熱可能に構成した、請求項１〜４のいずれかに記載の車両用空調装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
また、本発明に係る車両用空調装置は、前記圧縮機により圧縮された高温高圧の冷媒を、前記冷却器へ流入させることを可能とし、冷却器を加熱手段として用いることが可能なヒートポンプシステムを備えており、前記加熱器内を循環するエンジン冷却水と前記冷媒との間で熱交換を行って加熱器側に蓄熱し、アイドルストップ時等において暖房の熱源不足が生じた際に、蓄熱したエネルギーを放熱可能に構成することができる。