(57)【要約】【課題】ハイブリッド車などは、エンジンが常時動作しているとは限らず、車内暖房に利用するエンジン排熱が不足する場合がある。このような場合でも、エンジン冷却用の冷却水の熱を利用しつつ、十分な暖房を行える自動車用空気調和装置を提供することを目的とする。【解決手段】エンジン冷却水をヒータコアに流す水循環経路と、冷凍サイクルとを備え、ヒータコア９に接続された配管及び圧縮機１と車室内熱交換器４との間の配管に設けられ、冷却水と冷媒との間で熱交換を行う水冷媒熱交換器７を設け、冷却水温度を加温して、余った熱を車室内熱交換器４で利用することで、排熱を利用しつつ暖房を行うことができる。【選択図】図１
2004042758.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動用排熱源と配管で接続され、ポンプによって駆動用排熱源からの冷却水を導入する空調用ダクト内に設けられたヒータコアと、冷媒を圧縮する圧縮機と、圧縮機に接続された車室外熱交換器と、車室外熱交換器に接続された第１膨張手段と、この第１膨張手段及び前記圧縮機に接続され、前記空調用ダクト内に設けられた車室内熱交換器とを備えた自動車用空気調和装置において、前記ヒータコアに接続された配管及び前記圧縮機と前記車室内熱交換器との間の配管に設けられ、前記冷却水と前記冷媒との間で熱交換を行う水冷媒熱交換器と、この水冷媒熱交換器と前記圧縮機との間の配管に設けられ、冷媒の循環方向を切替える四方弁とを備えた自動車用空気調和装置。
【請求項２】
駆動用排熱源と配管で接続され、ポンプによって駆動用排熱源からの冷却水を導入する空調用ダクト内に設けられたヒータコアと、冷媒を圧縮する圧縮機と、圧縮機に接続された車室外熱交換器と、車室外熱交換器に接続された第１膨張手段と、この第１膨張手段及び前記圧縮機に接続され、前記空調用ダクト内に設けられた車室内熱交換器とを備えた自動車用空気調和装置において、前記ヒータコアに接続された配管及び前記圧縮機と前記車室内熱交換器との間の配管に設けられ、前記冷却水と前記冷媒との間で熱交換を行う水冷媒熱交換器と、この水冷媒熱交換器と前記圧縮機との間の配管に設けられ、冷媒の循環方向を切替える四方弁と、前記駆動用排熱源を迂回するバイパス流路とを備えた自動車用空気調和装置。
【請求項３】
駆動用排熱源と配管で接続され、ポンプによって駆動用排熱源からの冷却水を導入する空調用ダクト内に設けられたヒータコアと、冷媒を圧縮する圧縮機と、圧縮機に接続された車室外熱交換器と、車室外熱交換器に接続された第１膨張手段と、この第１膨張手段及び前記圧縮機に接続され、前記空調用ダクト内に設けられた車室内熱交換器とを備えた自動車用空気調和装置において、前記ヒータコアに接続された配管及び前記圧縮機と前記車室内熱交換器との間の配管に設けられ、前記冷却水と前記冷媒との間で熱交換を行う水冷媒熱交換器と、この水冷媒熱交換器と前記圧縮機との間の配管に設けられ、冷媒の循環方向を切替える四方弁と、前記駆動用排熱源を迂回するバイパス流路と、前記駆動用排熱源からの冷却水の温度が前記圧縮機から吐出された冷媒の温度より低いときこのバイパス流路を開く制御機能とを備えた自動車用空気調和装置。
【請求項４】
駆動用排熱源と配管で接続され、ポンプによって駆動用排熱源からの冷却水を導入する空調用ダクト内に設けられたヒータコアと、冷媒を圧縮する圧縮機と、圧縮機に接続された車室外熱交換器と、車室外熱交換器に接続された第１膨張手段と、この第１膨張手段及び前記圧縮機に接続され、前記空調用ダクト内に設けられた車室内熱交換器とを備えた自動車用空気調和装置において、前記ヒータコアに接続された配管及び前記圧縮機と前記車室内熱交換器との間の配管に設けられ、前記冷却水と前記冷媒との間で熱交換を行う水冷媒熱交換器と、この水冷媒熱交換器と前記圧縮機との間の配管に設けられ、冷媒の循環方向を切替える四方弁と、前記駆動用排熱源を迂回するバイパス流路と、前記水冷媒熱交換器と前記車室内熱交換器との間の配管に設けられた第２膨張手段とを備えた自動車用空気調和装置。
【請求項５】
駆動用排熱源と配管で接続され、ポンプによって駆動用排熱源からの冷却水を導入する空調用ダクト内に設けられたヒータコアと、冷媒を圧縮する圧縮機と、圧縮機に接続された車室外熱交換器と、車室外熱交換器に接続された第１膨張手段と、この第１膨張手段及び前記圧縮機に接続され、前記空調用ダクト内に設けられた車室内熱交換器とを備えた自動車用空気調和装置において、前記ヒータコアに接続された配管及び前記圧縮機と前記車室内熱交換器との間の配管に設けられ、前記冷却水と前記冷媒との間で熱交換を行う水冷媒熱交換器と、この水冷媒熱交換器と前記圧縮機との間の配管に設けられ、冷媒の循環方向を切替える四方弁と、前記駆動用排熱源を迂回するバイパス流路と、前記水冷媒熱交換器と前記車室内熱交換器との間の配管に設けられた第２膨張手段と、前記水冷媒熱交換器を迂回するバイパス流路とを備えた自動車用空気調和装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
自動車の空調装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車の走行用駆動源であるエンジンと走行用のモータを併せ持ち、走行状態に応じてこれらの駆動源のどちらかもしくは組み合わせて走行することができるハイブリッド車が市場に投入されつつある。このようなハイブリッド車の室内暖房は、従来のガソリン車やディーゼル車と同様、エンジンを冷却するための循環水を空調用ダクト内に設けたヒータコアに分岐循環させることで、ダクトを流れる車内空調用空気と熱交換させることで行っている。また、除湿暖房は、同じダクト内に設けられたエバポレータに低温低圧の冷媒を供給し、車内空調用空気をこの空気の露点温度以下まで冷却することで除湿し、その後上記ヒータコア内を流れる循環水と熱交換させて再熱する。
【０００３】
しかしながら、ハイブリッド車は渋滞走行時や始動時にはほとんどエンジンを駆動させないので、暖房を賄えるだけのエンジン排熱を確保することができない。さらに、走行用モータの電源としてのバッテリならびに駆動制御のためのインバータの技術進歩により、今後はますます走行用モータに依存したシステムとなってエンジン排熱が減る傾向にあるため、安定した暖房が難しくなる傾向にある。
【０００４】
エンジンを搭載しない電気自動車はエンジン排熱が皆無であるので、上記ハイブリッド車よりも暖房を行うことが難しい。この点を解決したものとして特開平１０−３２９５３６号公報に記載された技術が知られている。すなわち、トランクルーム内に開閉可能な外気導入口と外気排出口を開設し、このトランクルーム内に電動コンプレッサとメインコンデンサを配設する。暖房時は，トランクルーム内に外気が導入されないようにし、かつ電動コンプレッサの排熱によりトランクルームは外気よりも温度が高くなる。そして、電動コンプレッサ、メインコンデンサ、車室内側の第２コンデンサの順に冷媒を循環させることで、第１コンデンサによる放熱を少なくすることで、暖房効率を高めている。また、この文献には、エバポレータをダクト内空気の冷却除湿に用い、その後流側に設けたサブコンデンサで再熱することによって除湿暖房することが記載されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ハイブリッド車は多少なりともエンジン排熱が見込まれる。上記従来技術は、このように、駆動系の排熱（ハイブリッド車の場合はエンジン排熱、電気自動車の場合は、例えば燃料電池の排熱を言う、これらエンジンや燃料電池を駆動系排熱源と以下称する）に適用した場合については、考えられていない。従来のエンジン車は、エンジン冷却系を構成するラジエターとエンジンを配管で接続しポンプにて冷却水を循環させる経路と、車室内に設けられたヒータコアにエンジンによって温められた冷却水を流すことで車室内を暖める経路とを備えている。
【０００６】
また、冷凍サイクルは、冷房専用サイクルで、圧縮機から吐出されたガス冷媒を車室外に設けられたコンデンサで凝縮させ、凝縮した冷媒を膨張弁で減圧させ、車室内に設けられたエバポレータで蒸発させることで車室内空気を冷却し、エバポレータを出た冷媒は再び圧縮機に戻るというものであった。なお、圧縮機は、エンジンの回転を利用した開放型のものが用いられている。
【０００７】
このような冷却水循環経路と冷凍サイクルを備えた従来のエンジン車における車室内空調は次のように行われる。まず、暖房は、エンジンと云う豊富な熱源を利用するため、ヒータコアに冷却水を循環させることで行われる。冷房は、ヒータコアへの冷却水の循環を停止し、冷凍サイクルを動作させることで行われる。さらに、車室内の空気を除湿する除湿運転は、車室内の温度を低下させないように、ヒータコアに冷却水を循環させると共に、冷凍サイクルを動作させることで、エバポレータにより車室内空気から水分を除き、ヒータコアでその空気を再加熱することで行われる。
【０００８】
このように従来のエンジン車は、運転中は常に豊富な熱源となるエンジンが存在するので、暖房や除湿運転を自在に行うことができる。しかし、ハイブリッド車や燃料電池車は、エンジンや燃料電池が常に高温状態であるとは限らず、熱が不足となる状況が考えられる。このように熱が不足すると良好に暖房が行われなくなることや、除湿運転時に温度が低下してしまうといった問題がある。
【０００９】
一方、バッテリ駆動される電気自動車は、熱源がないので冷凍サイクルによる冷房、暖房除湿を行う。ところが、ハイブリッド車等は、安定しないながらも熱源が存在するので、これを利用したい。
【００１０】
本発明の第１の目的は、駆動系の排熱が見込まれる自動車において、駆動系排熱源の熱を利用しつつ良好に車室内を暖房する自動車用空気調和装置を提供することにある。
【００１１】
また本発明の第２の目的は、駆動系の排熱が見込まれる自動車において、温度の低下を抑えつつ車室内の空気を除湿することが可能な自動車用空気調和装置を提供することにある。
【００１２】
また本発明の第３の目的は、駆動系の排熱が見込まれる自動車において、駆動系排熱源の熱を利用しつつ良好に車室内を暖房する機能を有すると共に、冷房運転を良好に行うことができる自動車用空気調和装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記第１の目的は、駆動用排熱源と配管で接続され、ポンプによって駆動用排熱源からの冷却水を導入する空調用ダクト内に設けられたヒータコアと、冷媒を圧縮する圧縮機と、圧縮機に接続された車室外熱交換器と、車室外熱交換器に接続された第１膨張手段と、この第１膨張手段及び前記圧縮機に接続され、前記空調用ダクト内に設けられた車室内熱交換器とを備えた自動車用空気調和装置において、前記ヒータコアに接続された配管及び前記圧縮機と前記車室内熱交換器との間の配管に設けられ、前記冷却水と前記冷媒との間で熱交換を行う水冷媒熱交換器と、この水冷媒熱交換器と前記圧縮機との間の配管に設けられ、冷媒の循環方向を切替える四方弁とを備えることによって達成される。
【００１４】
また、上記第１の目的は、駆動用排熱源と配管で接続され、ポンプによって駆動用排熱源からの冷却水を導入する空調用ダクト内に設けられたヒータコアと、冷媒を圧縮する圧縮機と、圧縮機に接続された車室外熱交換器と、車室外熱交換器に接続された第１膨張手段と、この第１膨張手段及び前記圧縮機に接続され、前記空調用ダクト内に設けられた車室内熱交換器とを備えた自動車用空気調和装置において、前記ヒータコアに接続された配管及び前記圧縮機と前記車室内熱交換器との間の配管に設けられ、前記冷却水と前記冷媒との間で熱交換を行う水冷媒熱交換器と、この水冷媒熱交換器と前記圧縮機との間の配管に設けられ、冷媒の循環方向を切替える四方弁と、前記駆動用排熱源を迂回するバイパス流路とを備えることによって達成される。
【００１５】
また、上記第１の目的は、駆動用排熱源と配管で接続され、ポンプによって駆動用排熱源からの冷却水を導入する空調用ダクト内に設けられたヒータコアと、冷媒を圧縮する圧縮機と、圧縮機に接続された車室外熱交換器と、車室外熱交換器に接続された第１膨張手段と、この第１膨張手段及び前記圧縮機に接続され、前記空調用ダクト内に設けられた車室内熱交換器とを備えた自動車用空気調和装置において、前記ヒータコアに接続された配管及び前記圧縮機と前記車室内熱交換器との間の配管に設けられ、前記冷却水と前記冷媒との間で熱交換を行う水冷媒熱交換器と、この水冷媒熱交換器と前記圧縮機との間の配管に設けられ、冷媒の循環方向を切替える四方弁と、前記駆動用排熱源を迂回するバイパス流路と、前記駆動用排熱源からの冷却水の温度が前記圧縮機から吐出された冷媒の温度より低いときこのバイパス流路を開く制御機能とを備えることによって達成される。
【００１６】
上記第２の目的は、駆動用排熱源と配管で接続され、ポンプによって駆動用排熱源からの冷却水を導入する空調用ダクト内に設けられたヒータコアと、冷媒を圧縮する圧縮機と、圧縮機に接続された車室外熱交換器と、車室外熱交換器に接続された第１膨張手段と、この第１膨張手段及び前記圧縮機に接続され、前記空調用ダクト内に設けられた車室内熱交換器とを備えた自動車用空気調和装置において、前記ヒータコアに接続された配管及び前記圧縮機と前記車室内熱交換器との間の配管に設けられ、前記冷却水と前記冷媒との間で熱交換を行う水冷媒熱交換器と、この水冷媒熱交換器と前記圧縮機との間の配管に設けられ、冷媒の循環方向を切替える四方弁と、前記駆動用排熱源を迂回するバイパス流路と、前記水冷媒熱交換器と前記車室内熱交換器との間の配管に設けられた第２膨張手段とを備えることによって達成される。
【００１７】
上記第３の目的は、駆動用排熱源と配管で接続され、ポンプによって駆動用排熱源からの冷却水を導入する空調用ダクト内に設けられたヒータコアと、冷媒を圧縮する圧縮機と、圧縮機に接続された車室外熱交換器と、車室外熱交換器に接続された第１膨張手段と、この第１膨張手段及び前記圧縮機に接続され、前記空調用ダクト内に設けられた車室内熱交換器とを備えた自動車用空気調和装置において、前記ヒータコアに接続された配管及び前記圧縮機と前記車室内熱交換器との間の配管に設けられ、前記冷却水と前記冷媒との間で熱交換を行う水冷媒熱交換器と、この水冷媒熱交換器と前記圧縮機との間の配管に設けられ、冷媒の循環方向を切替える四方弁と、前記駆動用排熱源を迂回するバイパス流路と、前記水冷媒熱交換器と前記車室内熱交換器との間の配管に設けられた第２膨張手段と、前記水冷媒熱交換器を迂回するバイパス流路とを備えることによって達成される。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の一実施例である車両空気調和装置の基本構成図である。本実施例において、まず冷媒側のサイクルは圧縮機１、四方弁２、水−冷媒熱交換器７およびこれをバイパスするための冷媒バイパス流路８、第２膨脹弁６、空調用ダクト１４内に設けた車室内熱交換器５、第１膨脹弁４、車室外熱交換器３から主に構成されている。
【００１９】
またエンジン１２を冷却するための循環水流路は、元々ハイブリッド車に備わった設備で、エンジン１２を冷却する水回路は、次のように構成されている。ポンプ１１から押し出された循環水は、エンジン１２を介してラジエター１３に達し、ここで車外の空気と熱交換することで冷却されて再びエンジン１２に戻る。そして、車内を暖房したいときは、サーモスタットハウジングによりラジエター１３とヒータコア９とに分配される。すなわち、ポンプ１１によって押し出された循環水は、エンジン１２を介してサーモスタットハウジングに至る。ここで、循環水は分配されて一方がラジエター１３へ、他方が後述する水−冷媒熱交換器７を介してヒータコア９に到達し、ここで車室内の空気と熱交換する。このヒータコア９を出た循環水は、ポンプ１１の上流に設置されたサーモスタットハウジングにてラジエター１３から戻ってきた循環水と合流して再びポンプ１１に戻る。
【００２０】
以上説明した冷凍サイクル及びエンジン冷却用水循環回路のうち、圧縮機１、車室内熱交換器５、第１膨張弁４、車室外熱交換器３、ポンプ１１、ラジエター１３及びヒータコア９は、従来のハイブリッド車に備えられていた設備である。
【００２１】
本実施例では、ハイブリッド車であればエンジン、電気自動車であれば燃料電池のような排熱を伴うが始動時などに必要な温度を得ることができない駆動系を有する自動車の新たな空気調和装置を、特に従来の設計を大幅に変更せずに提供するため、従来の開放型圧縮機を密閉型電動圧縮機１とし、エンジン１２排熱をともなった循環水１６を空調用ダクト１４内に設けたヒータコア９まで送る流路内途中に上記水−冷媒熱交換器７を設け、さらにエンジン１２内を流れずに回避できる水バイパス流路１０を設けた。いずれの部品も水循環回路や冷凍サイクルの配管途中に設けることができるので、従来の自動車の設計を大幅に変更することがない。以下、種々の空調時の動作について詳細に説明する。
【００２２】
まず、冷房時の運転について簡単に説明する。冷房時はヒータコア９を使用せず、ヒートポンプ式空気調和装置のみを運転する。空調用ダクト１４内を流れる車内導入空気１５は、車室内熱交換器５を通ってヒータコア９を通らずに車内に送られる。さらに冷媒が水−冷媒熱交換器７を通過しないように冷媒バイパス流路８を開いておく。
【００２３】
圧縮機１からの高温高圧の配管内部の冷媒１７は四方弁２を通して車室外熱交換器３に至り、外気と熱交換することで冷却される。さらに車室内熱交換器５前の第１膨脹弁４にて車室内導入空気１５を冷却できるまで冷媒１７を膨張させて、車室内熱交換器５にて車室内導入空気１５と熱交換させることで冷媒は蒸発する。その後、冷媒バイパス流路８を通って圧縮機１の吸込口へと戻る。水−冷媒熱交換器７を冷媒が通過すると蒸発した冷媒が凝縮してしまう恐れがあるからである。この冷媒バイパス流路８を設けたため、後述する目的で設けた水−冷媒熱交換器７の弊害を上記のように防止することができる。このとき第２膨脹弁６は全開とする。これにより、空調用ダクト１４を流れて車室内へと導入される空気を、車室内熱交換器５にて冷却することができ、車室内冷房できる。
【００２４】
次に、エンジン１２排熱のあるときの除湿を説明する。上記冷房運転時と同様にサイクルを運転し、車室内熱交換器５にて車室内導入空気１５を冷却する。この冷却温度は導入空気の露点以下とする。その後、ヒータコア９に流れるように第１ダンパ１８を調節して、車室内導入空気１５を再熱することによって除湿する。このときヒータコア９には、エンジン１２排熱により高温となった循環水１６を循環させておく。
【００２５】
さらに排熱があるときの暖房運転を説明する。エンジン１２の排熱を伴った高温の循環水１６をヒータコア９に導き、このヒータコア９にて車室内導入空気１５を暖めて車室内を暖房する。このときヒートポンプ式空気調和装置は、圧縮機１の運転を停止させ、必要に応じて膨脹弁等を全閉にしておく。
【００２６】
以上のように排熱がある場合の冷房、除湿、暖房運転では、水−冷媒熱交換器７を使用せず、見かけ上、従来の車に備えられた空調装置と同様の運転を行うこととなる。
【００２７】
次にエンジン１２の排熱が不足した場合の各運転について説明する。主に運転開始時などの除湿を伴わない暖房運転は、圧縮機１からの高温高圧の冷媒１７を四方弁２を介して冷媒バイパス流路８に導き、車室内熱交換器５に流入させる。この場合も、冷房と同様、冷媒が水−冷媒熱交換器７を通過すると排熱が不足している状態であるので、折角圧縮機１によって暖められた冷媒温度が低下してしまうからである。このとき第２膨脹弁６は全開とする。車室内熱交換器５にて冷却された冷媒を第１膨脹弁４にて外気温度で蒸発できるまで膨脹させて、車室外熱交換器３に送る。車室外熱交換器３で蒸発した冷媒１７は、四方弁２を介して圧縮機１の吸込側に戻される。これによって空調用ダクト１４を流れる車室内導入空気１５は車室内熱交換器５を通過する際に加熱されるので、車室内をヒートポンプ暖房できる。
【００２８】
その後車内が十分暖まってきた場合には、車室内熱交換器５を通過する際の冷媒１７の交換熱量も少なくてすむ。このときには冷媒バイパス流路８を通過させていた冷媒１７の一部もしくは全てを水−冷媒熱交換器７に流入させて、冷媒１７のもつ熱量の一部を循環水１６を加熱するのに利用する。このときの空調用ダクト１４内を流れる車室内導入空気１５は、車室内熱交換器５を通過させた後、ヒータコア９を通さずに車室内へ流入させる。
【００２９】
このときエンジン１２が稼動していない場合には、循環水１６は、水用バイパス流路１０を通して、エンジン１２を通さずに水−冷媒熱交換器７、ヒータコア９に導入する循環経路となる。
【００３０】
またエンジン１２の排熱が不足気味であるが、暖かく暖房に利用したい場合について説明する。通常のエンジン車は、エンジンからの冷却水温度が８０℃位になるように調節されており、この温度の冷却水で十分車室内の暖房を行うことができる。しかし、ハイブリッド車の場合、停止中やモータ走行しているときは、必ずしもこのような高温の冷却水が得られるとは限らず、例えば４０℃位になってしまう場合もあり得る。この冷却水の温度は、このまま空気と熱交換させて車室内に導入すると少し肌寒く感じる温度である。
【００３１】
そこで、本実施例ではこの熱をさらに循環水１７を昇温させることで、車室内導入空気１５を高温とすることとした。圧縮機１から吐出された高温高圧の冷媒１７を四方弁２を介して水−冷媒熱交換器７に流入させ、循環水１７と熱交換させる。さらに余った熱を車室内熱交換器５にて車内導入空気１５と熱交換させる。このときの空調用ダクト１４を流れる車室内導入空気１５は、まず、車室内熱交換器５にて暖められた後、さらにヒータコア９にて加熱されて高温となり、車内暖房に利用される。
【００３２】
このとき、エンジン１２を迂回する水用バイパス流路１０は開いておいて、エンジン１２に冷却水が流入しないようにする。これは、水−冷媒熱交換器７によって、冷媒の熱を奪うことで昇温した冷却水の熱をエンジン１２に与えないためである。エンジン１２内の冷却水の温度を検知する温度センサと、圧縮機１が吐出した冷媒温度を検知する圧縮機出口温度センサとを設けておき、エンジン１２内の冷却水温度が圧縮機出口温度を上回ったことで、水用バイパス流路１０を閉じ、その後、エンジン１２内の冷却水温度が上昇するようであれば、冷凍サイクルを停止して、ヒータコア９のみの暖房運転に切替える。
【００３３】
次にエンジン１２の排熱が不足して循環水１７をある程度温めつつ、除湿暖房をおこなう場合について説明する。エンジン車のように、排熱が十分ある場合は、冷凍サイクルによる冷房運転と、ヒータコア９による暖房運転を併用すれば除湿運転が可能である。特に、冬場は車室内に湿気がこもり、窓ガラスが曇ってしまい、視界を悪化させるので自動車としては必要な運転である。
【００３４】
圧縮機１から吐出された高温高圧の冷媒１７は、四方弁２を介して水−冷媒熱交換器７に導入され、循環水１７と熱交換（冷却）される。その後、空気を除湿できる温度まで第２膨脹弁６にて冷媒１７を膨脹させ、車室内熱交換器５を蒸発器として作用させて車室内導入空気１５を除湿する。その後の冷媒１７は車室外熱交換器３、四方弁２を介して圧縮機１の吸込側に戻される。また車室内熱交換器５にて冷却除湿された車室内導入空気１５は、ヒータコア９で再熱加熱される。もし、車室内熱交換器５にて冷媒１７を蒸発させきれない場合は、さらに車室外熱交換器３にて外気と熱交換させて蒸発させる。このとき必要に応じて第１膨脹弁４にて外気と熱交換できる温度まで膨脹させる。また除湿量が多く、水−冷媒熱交換器７にて冷媒１７を十分に凝縮しきれない程循環水温度が上昇してしまった場合には、循環水１７の一部をラジエター１３にて外気に放熱させて対応することができるが、冷凍サイクルを通常の冷房運転（圧縮機１→四方弁２→車室外熱交換器３→第１膨脹弁４→車室内熱交換器５→冷媒バイパス流路８→四方弁２→圧縮機１）に切り替えて運転を行っても差し支えない。
【００３５】
また夏場の除湿運転の場合などでエンジン１２排熱がなく、循環水温度がラジエター１３にて外気と熱交換させるだけでも冷媒１７を十分凝縮できる温度に保つことができれば、冷凍サイクルは上記通常冷房運転でも差し支えない。
【００３６】
以上の運転をエンジン排熱ありとなしで大別して、冷凍サイクルの凝縮器、蒸発器に用いる熱交換器についてまとめると図２のようになる。
【００３７】
図３は、本発明に用いられる水−冷媒熱交換器７の一実施例を示した基本構成図である。本実施例は、循環水の出入口２１、２２の設けられた熱交換容器２３内部に冷媒１７を流す蛇腹状に折り曲げられた複数の伝熱管２４が収められており、仕切り板２５が、これら伝熱管２４と直角に且つその一端と熱交換容器２３内壁との間に循環水１６がスムーズに流れる隙間を生じるように複数枚設置された構成となっている。この仕切り板２５と熱交換容器２３内壁との隙間と、仕切り板間で形成される流路によって、熱交換容器２３内を循環水１７が蛇行して流れる。このような構成とすることにより、熱交換容器２３内での循環水１６側の流速を上げることができ、循環水１６側の熱伝達率を高く保つことができる。また伝熱管２４群と仕切り板２５との接合を強化し両者間の熱抵抗を小さくして、仕切り板２５にフィンの役割を持たせても何ら差し支えない。
【００３８】
また図４は、本実施例に用いられる水−冷媒熱交換器７の他の実施例を示した基本構成図である。本実施例は、内部に冷媒１７を流す蛇腹に折り曲げられた一連の伝熱管２４で形作られる略平面にプレート２６を接合し、さらにこのプレート２６に循環水１６を通すための流通孔２７を多数個設けた伝熱ユニット２８を、熱交換容器２３内に複数個収めた構成となっている。図５には、この伝熱ユニット２８の斜視図を示す。図に示したごとく流通孔２７は、隣り合う伝熱ユニット２８どうしで、循環水１６の流れ方向で同一軸上とせずにずれた構成とすることによって、伝熱ユニット間で循環水１６の滞留部をなくし、且つ循環水１６に乱れを生じさせ、伝熱性を向上させることが望ましい。以上のような構成とすることにより、水−冷媒間の伝熱面積を増やすことができて伝熱性を向上させることができるとともに、この伝熱ユニット２８の枚数を増やすことによって熱交換量の調整が容易となるため、車のサイズにあわせた設計変更を容易とすることができる。
【００３９】
図６は、本発明に用いられる水−冷媒熱交換器７の他の実施例を示した基本構成図である。本実施例は、内部に冷媒を流す伝熱管２４を複数回スプリング状に巻き、これを循環水１６を流す熱交換用チューブ２９内に収めた構成となっている。スプリング状の巻径はすべて一様とする必要はなく、循環水１６の乱れや混合を促進させるために、いくつかの巻径を組み合わせたほうが好ましい。また熱交換用チューブ２９の外壁を必要に応じて断熱材（図示せず）を巻くなどの断熱処理を施す。このような構成とすることにより、もし熱交換量を増大させる場合には、熱交換用チューブ２９の本数を増やし、これら熱交換用チューブ２９を並列に接続するなどの対処が容易となる。さらにはチューブタイプなので、あまり設置場所の制約を受けないレイアウトが可能となる。しかしながら、図３〜図６で示した水−冷媒熱交換器７の実施例は一例であり、これらに限定されるものではないことは言うまでもない。
【００４０】
図７は本発明の車両空気調和装置の他の実施例を示す基本構成図である。本実施例では、図１に示す冷凍サイクルの四方弁２と車室外熱交換器３の間と、第１膨脹弁４と車室外熱交換器３の間に第２の四方弁３０を設け、この第２の四方弁３０で作られるループ内に車室外熱交換器３を２個、第３膨脹弁３１を挟んで直列に設けた構成となっている。このような構成とすることにより、排熱の不足した暖房運転時には、まず第１膨脹弁４で膨脹した冷媒１７を第２の四方弁３０を介して第１車室外熱交換器３ａに導入させて蒸発させる。第３膨脹弁３１は全開にしておき第２車室外熱交換器３ｂを通過後、四方弁２を介して圧縮機１の吸込側に戻される。このとき必要に応じて第２車室外熱交換器３ｂを回避できる第２車室外熱交換器バイパス流路３２を設けておいても何ら差し支えない。もし、外気が低温の場合、冷媒１７を第１車室外熱交換器３ａにて蒸発させるためにそれよりも低い温度となるように膨脹させるが、この温度が０℃よりも低い場合は、第１車室外熱交換器３ａの表面及びフィン間に霜がつき、通風が妨げられ、熱交換が困難となる。そのような場合は、第１膨脹弁４を絞らず、そのまま第１車室外熱交換器３ａに冷媒１７を流入させ、第１車室外熱交換器を冷媒過冷却器として利用し、第１車室外熱交換器３ａを温め霜をとる。その後流側の第３膨脹弁３１を絞り、第２車室外熱交換器３ｂにて冷媒１７を蒸発させる。その後、第２車室外熱交換器３ｂに着霜してきた場合は、第２の四方弁３０を切り替えて全開の第１膨脹弁４を通過した冷媒１７を第２車室外熱交換器３ｂに導き、同様に霜をとる。その後流側となる第３膨脹弁３１を絞り、除霜できた第１車室外熱交換器３ａを再び蒸発器として利用する。以上のように暖房運転時に蒸発器となる車室外熱交換器３を除霜するための暖房停止期間がなくなるため、みかけ上連続運転が可能となり、より快適性を増すことができる。
【００４１】
図８は、本発明の車両空気調和装置の他の実施例を示した基本構成図である。本実施例では図１に示した四方弁２と水−冷媒熱交換器７間と、第１膨脹弁４と車室内熱交換器５間に第２の四方弁３０を設けた構成となっている。
【００４２】
排熱のない暖房時は、まず四方弁２と第２の四方弁３０を介して、車室内熱交換器５に圧縮機１からの高温高圧の冷媒１７を流入させ、車室内導入空気１５を加熱した後、全開となった第２膨脹弁６を通って水−冷媒熱交換器７にて余った熱で循環水１６を加熱させる。第２の四方弁３０を介して第１膨脹弁４により低温低圧となった冷媒１７は、車室外熱交換器３に導入され、外気と熱交換して蒸発し四方弁２を介して圧縮機１の吸込側に戻されるサイクルとなる。その後、車室内が暖まり、内気循環されて空調用ダクト１４内を流れる車室内導入空気１５も温まってきて加熱量が少なくてすむ運転状態となった場合は、第２の四方弁３０を切り替えて、圧縮機１からの高温高圧の冷媒１７をまずは水−冷媒熱交換器７に送り、循環水１６を温めた後に全開の膨脹弁を通過後、車室内熱交換器５に送る。車室内熱交換器５において余った熱を用いて車室内導入空気１５を加熱した後の冷媒は、今までと同様、車室外熱交換器３で蒸発して圧縮機１の吸込み側に戻される。このような構成とすることにより、排熱の無い暖房時でも循環水１６をより短時間のうちに効率よく加熱できるため、この加熱された循環水１６をヒータコア９にて暖房に使うのみならず、別に設けたシート暖房用コア（図示せず）や床暖房コア（図示せず）に導入させ、乗員のいるところのみを、より効率よく暖房することにも利用できる。
【００４３】
なおこの発明で使用される冷媒は、実用温度範囲で凝縮圧と蒸発圧が臨界点以下となるフロン系冷媒はもちろんのこと、凝縮圧が臨界点より大きくなるＣＯ２などの自然系冷媒でも成り立つことは明らかである。またエンジンと駆動用モータを有するハイブリッド車に限らず、単にエンジン排熱の少ない車に対しても、本発明が原理的に適用できることは、上記の説明で明らかである。
【００４４】
以上、本実施例によれば、四方弁を有するヒートポンプ式エアコンの四方弁一端と、空調用ダクト内に設けてあるエバポレータとの冷媒流路内に、水−冷媒熱交換器及びそれをバイパスできる冷媒バイパス流路と、膨脹弁を設ける。さらにエンジン排熱をともなった循環水を空調用ダクト内に設けたヒータコアに流入する手前の流路内に、上記水−冷媒熱交換器の水側流路を接続した構成とする。また循環水ポンプを含む循環水流路には、エンジン内を流れずに回避する水バイパス流路を設けておく。
【００４５】
エンジン排熱が不足した場合には、圧縮機１からの高温高圧の冷媒を水−冷媒熱交換器７に送り循環水を加熱する。膨脹弁６は全開にしておき、余った熱をヒータコア流入前の空気の予熱に用いる。また除湿暖房時は、水−冷媒熱交換器後の膨脹弁６を除湿できる温度となるように絞り、空調用ダクトを流れる車室内導入空気１５をまずエバポレータにて除湿し、その後のヒータコアで再熱する。冷媒がエバポレータにて蒸発しきれなかった場合は、膨脹弁４を冷媒の温度が外気よりも低くなるように絞り、車室外熱交換器３にて蒸発させる。
【００４６】
このような構成とすることにより、従来の車に付設してある空調用ダクトを大幅に形状変更させずに、エンジン排熱を暖房に有効利用しつつ、エンジン排熱が不足したときでも安定して暖房及び除湿暖房機能を維持できる空気調和装置を提供することができる。
【００４７】
【発明の効果】
本発明によれば、駆動系の排熱が見込まれる自動車において、駆動系排熱源の熱を利用しつつ良好に車室内を暖房する自動車用空気調和装置を提供することができる。
【００４８】
また本発明によれば、駆動系の排熱が見込まれる自動車において、温度の低下を抑えつつ車室内の空気を除湿することが可能な自動車用空気調和装置を提供することができる。
【００４９】
また本発明によれば、駆動系の排熱が見込まれる自動車において、駆動系排熱源の熱を利用しつつ良好に車室内を暖房する機能を有すると共に、冷房運転を良好に行うことができる自動車用空気調和装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を示す基本構成図である。
【図２】本発明におけるヒートポンプ式空気調和装置の運転別における熱交換器選別図である。
【図３】本発明に用いる水−冷媒熱交換器の一実施例を示す基本構成図である。
【図４】本発明に用いる水−冷媒熱交換器の他の実施例を示す基本構成図である。
【図５】図４に示す水−冷媒熱交換器に用いられる伝熱ユニットの斜視図である。
【図６】本発明に用いる水−冷媒熱交換器の他の実施例を示す基本構成図である。
【図７】本発明の他の実施例を示す基本構成図である。
【図８】本発明の他の実施例を示す基本構成図である。
【符号の説明】
１…圧縮機、２…四方弁、３…車室外熱交換器、４…第１膨脹弁、５…車室内熱交換器、６…第２膨脹弁、７…水−冷媒熱交換器、８…冷媒バイパス流路、９…ヒータコア、１０…水用バイパス流路、１１…ポンプ、１２…エンジン、１３…ラジエター、１４…空調用ダクト、１５…車内導入空気、１６…循環水、１７…冷媒、１８…第１ダンパ、１９…第２ダンパ、２０…第３ダンパ、２１…循環水入口、２２…循環水出口、２３…熱交換容器、２４…伝熱管、２５…仕切り板、２６…プレート、２７…流通孔、２８…伝熱ユニット、２９…熱交換チューブ。
【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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