(57)【要約】【課題】  車室外に配置された車室外熱交換器の熱交換効率を向上させた車両用空気調和装置を提供する。【解決手段】  本発明は、車両駆動手段（ＥＮＧ）を冷却するクーラントの熱を外気に放出する放熱手段（Ｒ）を備えた車両に搭載される車両用空気調和装置（１）である。車両用空気調和装置は、圧縮機（２）と、放熱手段に対して外気の流れの下流側に配置された第１車室外熱交換器（８）と、放熱手段に対して外気の流れの上流側に配置された第２車室外熱交換器（１０）と、熱媒体の圧力を減圧する減圧手段（１４）と、車室内と連通するように配置された車室内熱交換器（１６）と、気液分離器（１８）と、を有することを特徴としている。【選択図】      図１
2005289095.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両駆動手段を冷却するクーラントの熱を外気に放出する放熱手段を備えた車両に搭載される車両用空気調和装置であって、
熱媒体を圧縮する圧縮機と、
上記車両の車室外に、上記放熱手段に対して上記外気の流れの下流側に配置され、上記圧縮機で圧縮された熱媒体と外気の間で熱交換する第１車室外熱交換器と、
上記車両の車室外に、上記放熱手段に対して上記外気の流れの上流側に配置され、上記第１車室外熱交換器によって熱交換された熱媒体と外気の間でさらに熱交換する第２車室外熱交換器と、
この第２車室外熱交換器によって熱交換された熱媒体の圧力を減圧する減圧手段と、
上記車両の車室内の熱を上記減圧手段で減圧された熱媒体に吸収させる、車室内と連通するように配置された車室内熱交換器と、
この車室内熱交換器で熱交換された熱媒体を気相と液相に分離して気相の熱媒体を上記圧縮機に流出させる気液分離器と、を有することを特徴とする車両用空気調和装置。
【請求項２】
車両駆動手段を冷却するクーラントの熱を外気に放出する放熱手段を備えた車両に搭載される車両用空気調和装置であって、
熱媒体を圧縮する圧縮機と、
上記車両の車室外に、上記放熱手段に対して上記外気の流れの下流側に配置され、熱媒体と外気の間で熱交換する第１車室外熱交換器と、
上記車両の車室外に、上記放熱手段に対して上記外気の流れの上流側に配置され、熱媒体と外気の間で熱交換する第２車室外熱交換器と、
熱媒体の圧力を減圧する減圧手段と、
上記車両の車室内の空気と熱媒体との間で熱交換する、車室内と連通するように配置された車室内熱交換器と、
熱媒体を気相と液相に分離して気相の熱媒体を上記圧縮機に流出させる気液分離器と、を有し、
冷房運転時においては、上記圧縮機で圧縮された熱媒体が、上記第１車室外熱交換器及び上記第２車室外熱交換器で順次熱を放出し、熱を放出した熱媒体が上記減圧手段で減圧され、減圧された熱媒体が上記車室内熱交換器で熱を吸収し、熱を吸収した熱媒体が気液分離器で液相の熱媒体を除去されて上記圧縮機に戻り、
暖房運転時においては、上記圧縮機で圧縮された熱媒体が、上記車室内熱交換器で熱を放出し、熱を放出した熱媒体が上記減圧手段で減圧され、減圧された熱媒体が上記第１車室外熱交換器で熱を吸収し、熱を吸収した熱媒体が気液分離器で液相の熱媒体を除去されて上記圧縮機に戻るように熱媒体の流れが切り換えられることを特徴とする車両用空気調和装置。
【請求項３】
上記第１車室外熱交換器は、上記放熱手段と熱的に結合されている請求項１又は２に記載の車両用空気調和装置。
【請求項４】
上記第１車室外熱交換器は、そのフィンが上記放熱手段のフィンと一体に形成されている請求項３記載の車両用空気調和装置。
【請求項５】
上記第１車室外熱交換器は、その熱媒体を流すチューブが、上記放熱手段のクーラントを流すチューブと一体に形成されている請求項３記載の車両用空気調和装置。
【請求項６】
さらに、上記第１車室外熱交換器の着霜を検出する着霜検出手段と、この着霜検出手段の検出結果に基づいてクーラントの流れを制御する制御手段と、を有し、上記制御手段は着霜が検出されると上記放熱手段にクーラントを流す請求項１乃至５の何れか１項に記載の車両用空気調和装置。
【請求項７】
上記制御手段は、上記車両駆動手段の停止後に上記放熱手段にクーラントを流す請求項６記載の車両用空気調和装置。
【請求項８】
車両駆動手段を冷却するクーラントの熱を外気に放出する１パス型の放熱手段を備えた車両に搭載される車両用空気調和装置であって、
熱媒体を圧縮する圧縮機と、
上記車両の車室外に、上記放熱手段に対して上記外気の流れの上流側に配置され、熱媒体と外気の間で熱交換する、１パス型の車室外熱交換器と、
熱媒体の圧力を減圧する減圧手段と、
上記車両の車室内の空気と熱媒体との間で熱交換する、車室内と連通するように配置された車室内熱交換器と、
熱媒体を気相と液相に分離して気相の熱媒体を上記圧縮機に流出させる気液分離器と、を有し、
上記車室外熱交換器の中を流れる熱媒体の流れの方向が、上記放熱手段の中を流れるクーラントの流れの方向と同一であることを特徴とする車両用空気調和装置。
【請求項９】
上記熱媒体が、超臨界流体である請求項１乃至８の何れか１項に記載の車両用空気調和装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両用空気調和装置に係り、特に、車両駆動手段を冷却するクーラントの熱を外気に放出する放熱手段を備えた車両に搭載される車両用空気調和装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特開２０００−３０１９３５号公報（特許文献１）には、ヒートポンプ式車両用空気調和装置が記載されている。この空気調和装置は、空気調和装置の熱媒体と外気との間で熱交換を行う車室外熱交換器を２つ備え、それらの間にエンジンを冷却するクーラントの熱を外気に放出するラジエータが配置されている。この空気調和装置では、空気調和装置の冷房運転時においては、ラジエータに対して外気の流れの上流側に配置された車室外熱交換器に熱媒体を流して熱交換を行い、暖房運転時においては、外気の流れの下流側に配置された車室外熱交換器に熱媒体を流して熱交換を行っている。これにより、冷房運転時においては、温度の低い外気と熱媒体との間で熱交換することができ、暖房運転時においては、ラジエータから熱を吸収して暖められた外気と熱媒体との間で熱交換することができるので、車室外熱交換器における熱交換効率を高めることができる。
一方、特開２０００−１１１２７４号公報（特許文献２）には、熱媒体の分流状態を最適にすることにより熱交換効率を高めた熱交換器が記載されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−３０１９３５号公報
【特許文献２】特開２０００−１１１２７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載されたヒートポンプ式車両用空気調和装置では、上述したように、冷房運転時と暖房運転時において使用する車室外熱交換器を切り換えることによって熱交換効率を向上させている。しかしながら、冷暖房運転時とも片方の車室外熱交換器が使用されないため、熱交換器にかかるコストが嵩む割りに熱交換効率が向上しないという問題がある。
また、特許文献２に記載された熱交換器は、熱交換器単体で熱交換効率を高めることを試みているが、車両用空気調和装置においては、車室外に配置された熱交換器は、エンジンを冷却するためのラジエータに隣接して配置されるので、ラジエータとの関係を考慮することなく熱交換器の熱交換効率を十分に向上させることが難しいという問題がある。
【０００５】
従って、本発明は、車室外に配置された車室外熱交換器の熱交換効率を向上させた車両用空気調和装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成するために、本発明の第１の発明は、車両駆動手段を冷却するクーラントの熱を外気に放出する放熱手段を備えた車両に搭載される車両用空気調和装置であって、熱媒体を圧縮する圧縮機と、車両の車室外に、放熱手段に対して外気の流れの下流側に配置され、圧縮機で圧縮された熱媒体と外気の間で熱交換する第１車室外熱交換器と、車両の車室外に、放熱手段に対して外気の流れの上流側に配置され、第１車室外熱交換器によって熱交換された熱媒体と外気の間でさらに熱交換する第２車室外熱交換器と、この第２車室外熱交換器によって熱交換された熱媒体の圧力を減圧する減圧手段と、車両の車室内の熱を減圧手段で減圧された熱媒体に吸収させる、車室内と連通するように配置された車室内熱交換器と、この車室内熱交換器で熱交換された熱媒体を気相と液相に分離して気相の熱媒体を圧縮機に流出させる気液分離器と、を有することを特徴としている。
【０００７】
このように構成された本発明においては、放熱手段を冷却する外気は、まず、最も上流側にある第２車室外熱交換器で熱交換を行い、次に、中間にある放熱手段と熱交換を行い、最後に最も下流側にある第１車室外熱交換器で熱交換を行う。これにより、外気と、第１車室外熱交換器、第２車室外熱交換器、及び放熱手段との間の温度差を、夫々、大きくすることができる
このように構成された本発明によれば、外気と、各車室外熱交換器及び放熱手段の温度差が大きく維持されるので、熱交換効率を高めることができる。
【０００８】
また、本発明の第２の発明は、車両駆動手段を冷却するクーラントの熱を外気に放出する放熱手段を備えた車両に搭載される車両用空気調和装置であって、熱媒体を圧縮する圧縮機と、車両の車室外に、放熱手段に対して外気の流れの下流側に配置され、熱媒体と外気の間で熱交換する第１車室外熱交換器と、車両の車室外に、放熱手段に対して外気の流れの上流側に配置され、熱媒体と外気の間で熱交換する第２車室外熱交換器と、熱媒体の圧力を減圧する減圧手段と、車両の車室内の空気と熱媒体との間で熱交換する、車室内と連通するように配置された車室内熱交換器と、熱媒体を気相と液相に分離して気相の熱媒体を圧縮機に流出させる気液分離器と、を有し、冷房運転時においては、圧縮機で圧縮された熱媒体が、第１車室外熱交換器及び第２車室外熱交換器で順次熱を放出し、熱を放出した熱媒体が減圧手段で減圧され、減圧された熱媒体が車室内熱交換器で熱を吸収し、熱を吸収した熱媒体が気液分離器で液相の熱媒体を除去されて圧縮機に戻り、暖房運転時においては、圧縮機で圧縮された熱媒体が、車室内熱交換器で熱を放出し、熱を放出した熱媒体が減圧手段で減圧され、減圧された熱媒体が第１車室外熱交換器で熱を吸収し、熱を吸収した熱媒体が気液分離器で液相の熱媒体を除去されて圧縮機に戻るように熱媒体の流れが切り換えられることを特徴としている。
【０００９】
このように構成された本発明においては、冷房運転時には、外気は、まず、最も温度が低い熱媒体が流れる第２車室外熱交換器と熱交換を行い、次に、第２車室外熱交換器を流れる熱媒体よりも温度が高いクーラントが流れる放熱手段と熱交換を行い、最後に最も温度が高い熱媒体が流れる第１車室外熱交換器と熱交換を行う。このため、外気は、第２車室外熱交換器と熱交換して暖められた後でも下流にある放熱手段よりも温度が低く、放熱手段で熱交換して更に暖められた後も更に下流にある第１車室外熱交換器よりも温度が低くなる。また、暖房運転時においては、第２車室外熱交換器には熱媒体が流れないので、外気は、まず、放熱手段と熱交換を行って暖められ、次に、暖められた外気が、温度の低い第１車室外熱交換器と熱交換を行って熱媒体に熱を付与する。
このように構成された本発明によれば、外気と各車室外熱交換器及び放熱手段との間の温度差が大きくなるので、熱交換効率を高くすることができる。
【００１０】
本発明の第１の発明及び第２の発明において、好ましくは、第１車室外熱交換器は、放熱手段と熱的に結合されている。
このように構成された本発明の第１の発明及び第２の発明においては、第１車室外熱交換器と放熱手段との間で、熱伝導により熱が直接移動する。
このように構成された本発明の第２の発明によれば、冷房運転時には、放熱手段により第１車室外熱交換器を冷却することができ、暖房運転時には、放熱手段により第１車室外熱交換器を加熱することができるので、車両用空気調和装置の冷暖房効率を向上させることができる。
【００１１】
また、本発明の第１の発明及び第２の発明において、好ましくは、第１車室外熱交換器は、そのフィンが放熱手段のフィンと一体に形成されている。
好ましくは、第１車室外熱交換器は、その熱媒体を流すチューブが、放熱手段のクーラントを流すチューブと一体に形成されている。
【００１２】
また、本発明は、好ましくは、さらに、第１車室外熱交換器の着霜を検出する着霜検出手段と、この着霜検出手段の検出結果に基づいてクーラントの流れを制御する制御手段と、を有し、制御手段は着霜が検出されると放熱手段にクーラントを流す。
このように構成された本発明によれば、第１車室外熱交換器に付着した霜を、車両駆動手段を冷却したクーラントの熱で融解させることができる。
【００１３】
本発明において、好ましくは、制御手段は、車両駆動手段の停止後に放熱手段にクーラントを流す。
このように構成された本発明によれば、車両駆動手段の停止後にクーラントに残った廃熱を、第１車室外熱交換器の除霜に利用することができる。
【００１４】
また、本発明の第３の発明は、車両駆動手段を冷却するクーラントの熱を外気に放出する１パス型の放熱手段を備えた車両に搭載される車両用空気調和装置であって、熱媒体を圧縮する圧縮機と、車両の車室外に、放熱手段に対して外気の流れの上流側に配置され、熱媒体と外気の間で熱交換する、１パス型の車室外熱交換器と、熱媒体の圧力を減圧する減圧手段と、車両の車室内の空気と熱媒体との間で熱交換する、車室内と連通するように配置された車室内熱交換器と、熱媒体を気相と液相に分離して気相の熱媒体を圧縮機に流出させる気液分離器と、を有し、車室外熱交換器の中を流れる熱媒体の流れの方向が、放熱手段の中を流れるクーラントの流れの方向と同一であることを特徴としている。
【００１５】
このように構成された本発明においては、外気は、まず、上流側にある車室外熱交換器と熱交換を行い、次に、下流にある放熱手段と熱交換を行う。また、放熱手段、車室外熱交換器とも１パス型であるため、それらの中を流れるクーラント及び熱媒体は一方向に流れ、放熱手段及び車室外熱交換器の温度分布は単調に変化する。冷房運転時においては、車室外熱交換器の温度は、熱媒体の流入口付近で最も高く、流出口に向かって次第に低くなるように分布している。また、放熱手段の温度もクーラントの流入口付近で最も高く、流出口に向かって次第に低くなるように分布している。従って、車室外熱交換器の最も温度が高い部分を通過して最も温度が高くなった外気は、放熱手段の最も温度が高い部分を通り、車室外熱交換器の最も温度が低い部分を通過してあまり温度が高くなっていない外気は、放熱手段の最も温度が低い部分を通るので、放熱手段全体に亘って外気との温度差を大きくすることができる。このため、放熱手段における放熱効率を高くすることができる。
本発明において、好ましくは、使用する熱媒体は、超臨界流体である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の車両用空気調和装置によれば、車室外に配置された車室外熱交換器の熱交換効率を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
次に、添付図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。
まず、図１乃至５を参照して、本発明の第１実施形態の車両用空気調和装置を説明する。図１は、本発明の第１実施形態の車両用空気調和装置の回路を示す図である。図２は本実施形態の車両用空気調和装置に使用される熱交換器の斜視図であり、図３は図２のIII−III線に沿った部分断面図である。また、図４は、本実施形態の車両用空気調和装置の作用を示すＰ−ｈ線図である。図５は、本実施形態の車両用空気調和装置の熱交換器の上面図である。
【００１８】
図１に破線で示すように、本発明の第１実施形態の車両用空気調和装置１を搭載する車両には、車両駆動手段であるエンジンＥＮＧを冷却、及び、車室内の暖房に使用されるエンジンＥＮＧ冷却回路が備えられている。このエンジンＥＮＧ冷却回路では、エンジンＥＮＧを冷却したクーラントは、サーモスタットＴを介して放熱手段であるラジエータＲに入り、外気に熱を放出してエンジンＥＮＧに戻る。また、エンジンＥＮＧを冷却したクーラントは、暖房運転時においては、サーモスタットＴを介して車室内のヒータコアＨに入り、車室内の空気に熱を放出してエンジンＥＮＧに戻る。冷房運転時においては、サーモスタットＴは、クーラントをヒータコアＨに流入させない。
【００１９】
一方、本発明の第１実施形態の車両用空気調和装置１は、熱媒体を圧縮する圧縮機２と、圧縮機２で圧縮された熱媒体に含まれるオイルを分離するオイルセパレータ４と、冷房運転時、暖房運転時の回路を切り換える四方弁６と、熱媒体と外気の間で熱交換をする第１車室外熱交換器８と、この第１車室外熱交換器８で熱交換した熱媒体と外気の間でさらに熱交換をする第２車室外熱交換器１０と、逆止弁１２と、冷房運転時において熱媒体の流路を絞り減圧する減圧手段である第１電子膨張弁１４と、熱媒体と車室内の空気の間で熱交換をする車室内熱交換器１６と、流入した熱媒体を気相と液相に分離し、気相の熱媒体を流出させる気液分離機１８と、を有する。また、車両用空気調和装置１は、暖房運転時において、熱媒体の流路を絞り減圧する減圧手段である第２電子膨張弁２０と、第１車室外熱交換器８の着霜を検出する着霜検出手段２２と、この着霜検出手段２２の検出結果に基づいてラジエータＲへのクーラントの流れを制御する制御手段であるコントローラ２４と、を有する。なお、本実施形態では熱媒体として超臨界流体であるＣＯ2を使用している。
【００２０】
圧縮機２は、気液分離機１８から流出した気相の熱媒体を圧縮して圧力を増大させ、熱媒体をオイルセパレータ４に送り込むように構成されている。オイルセパレータ４は、圧縮機２から送り込まれた熱媒体に含まれるオイルを分離し、圧縮機２へ戻し、オイルを除去した熱媒体を四方弁６へ流出させるように構成されている。四方弁６は、４つの流出入口６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄを有し、冷房運転時は流出入口６ａと６ｄ、６ｂと６ｃが夫々連通し、暖房運転時は流出入口６ａと６ｂ、６ｃと６ｄが夫々連通するように切り換えられる。従って、本実施形態の車両用空気調和装置１では四方弁６を切り換えることによって、熱媒体は、冷房時においては、圧縮機２→オイルセパレータ４→第１車室外熱交換器８→第２車室外熱交換器１０→逆止弁１２→第１電子膨張弁１４→車室内熱交換器１６→気液分離機１８→圧縮機２の順に流れ、暖房時においては、圧縮機２→車室内熱交換器１６→第１電子膨張弁１４（開放）→第２電子膨張弁２０→第１車室外熱交換器８→気液分離機１８→圧縮機２の順に流れる。
【００２１】
図２は、第１車室外熱交換器８、ラジエータＲ、及び第２車室外熱交換器１０の配置を示す斜視図であり、図３は、図２のIII−III線に沿った部分断面図である。図２に示すように、第１車室外熱交換器８、ラジエータＲ、及び第２車室外熱交換器１０は、車室外に、夫々隣接して配置されている。車両の前方から後方に向かって流れる外気は、第２車室外熱交換器１０、ラジエータＲ、第１車室外熱交換器８の順に流れて夫々熱交換を行う。第１車室外熱交換器８は、四方弁６を出た熱媒体が流入する第１車室外熱交換器流入口８ａと、熱媒体が流出する第１車室外熱交換器流出口８ｂと、熱媒体が中を流れるチューブ８ｃと、チューブ８ｃと外気との間で熱交換を行うためのフィン８ｄとを有する。同様に、第２車室外熱交換器１０は、第１車室外熱交換器流出口８ｂを出た熱媒体が流入する第２車室外熱交換器流入口１０ａと、熱媒体が流出する第２車室外熱交換器流出口１０ｂと、チューブ１０ｃと、フィン１０ｄと、を有する。ラジエータＲは、エンジンＥＮＧを冷却したクーラントが流入するラジエータ流入口Ｒａと、クーラントが流出するラジエータ流出口Ｒｂと、クーラントが中を流れるチューブＲｃと、を有する。チューブＲｃの熱を外気に放出するためのフィンは、図３に示すように、第１車室外熱交換器８のフィン８ｄと一体に形成され、これにより、第１車室外熱交換器８とラジエータＲは熱的に結合される。
【００２２】
図２に示すように、第１車室外熱交換器流入口８ａとラジエータ流入口Ｒａ、及び、第１車室外熱交換器流出口８ｂとラジエータ流出口Ｒｂは、夫々同じ側にある。従って、第１車室外熱交換器流入口８ａから流入した熱媒体、ラジエータ流入口Ｒａから流入したクーラントは、１パスで夫々同じ方向に、図２において左から右に流れる。また、第２車室外熱交換器流入口１０ａは、第１車室外熱交換器流出口８ｂと同じ側にあり、第１車室外熱交換器流出口８ｂから流出して第２車室外熱交換器流入口１０ａに入った熱媒体は、第２車室外熱交換器１０の中を１パスで、図２において右から左に流れる。
【００２３】
逆止弁１２は、第２車室外熱交換器流出口１０ｂに接続されており、暖房運転時に熱媒体が第２車室外熱交換器流出口１０ｂから第２車室外熱交換器１０の中に流入するのを防止している。
第１電子膨張弁１４は、熱媒体の流路を絞ることによって熱媒体の流れの下流側の圧力を低下させる。第１電子膨張弁１４は、冷房運転時には、逆止弁１２を通過した熱媒体の圧力を低下させることによって車室内熱交換器１６に流出する熱媒体の温度を下げ、暖房運転時には開放され、減圧を行わない。
【００２４】
車室内熱交換器１６は、隣接するブロワーＦによって生起された気流を受けて車室内の空気と熱媒体との間で熱交換を行うことができるように、車室内に連通するように配置されている。車室内熱交換器１６は、冷房運転時には、第１電子膨張弁１４によって膨張されて温度が低下した熱媒体が流入し車室内の空気から熱を吸収する。また、車室内熱交換器１６は、暖房運転時には、圧縮機２によって圧縮されて温度が上昇した熱媒体が流入し車室内の空気に熱を放出する。
【００２５】
気液分離機１８は、冷房運転時には車室内熱交換器１６によって熱交換された熱媒体を、暖房運転時には第１車室外熱交換器８によって熱交換された熱媒体を受け入れて、熱媒体を気相と液相に分離し、気相の熱媒体を圧縮機２に流出させる。
第２電子膨張弁２０は、熱媒体の流路を絞ることによって熱媒体の流れの下流側の圧力を低下させる。第２電子膨張弁２０は、冷房運転時には、熱媒体が流入しないように閉鎖され、暖房運転時には、車室内熱交換器１６から第１電子膨張弁１４を経て流入した熱媒体の圧力を低下させ、第１車室外熱交換器８に流出する熱媒体の温度を下げる。
【００２６】
着霜検出手段２２は、第１車室外熱交換器８に取付けられており、第１車室外熱交換器８に着霜があるか否かを検出する。
コントローラ２４は、着霜検出手段２２からの信号を受け、着霜が検出された場合には、ラジエータＲにクーラントが流れるように、サーモスタットＴを切り換えるように構成されている。コントローラ２４は、着霜検出手段２２から入力された電気信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器（図示せず）、変換されたデジタル信号に基づいて適正な指令信号を生成するＣＰＵ（図示せず）、ＣＰＵを作動させるプログラムを記憶したＲＯＭ（図示せず）、及び計算結果のデジタル信号をアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換器（図示せず）等によって構成することができる。
【００２７】
次に、図４及び図５を参照して、本発明の第１実施形態の車両用空気調和装置１の作用を説明する。まず、車両用空気調和装置１が冷房運転を行う場合の作用を説明する。冷房運転を行う場合には、四方弁６を、流出入口６ａと６ｄ、６ｂと６ｃが夫々連通するように切り換える。
車両用空気調和装置１を作動させると圧縮機２が回転し、図４の点Ａの状態の熱媒体が圧縮機２に吸入される。圧縮機２によって圧縮された熱媒体は、圧力Ｐが上昇し、超臨界状態である点Ｂの状態になる。また、この際、圧縮機２によって熱媒体に加えられたエネルギーの一部は熱媒体の内部エネルギーとなるので、エンタルピｈも上昇する。圧縮機２によって圧縮された熱媒体は、オイルセパレータ４を経て流出入口６ａから四方弁６に流入し、流出入口６ｄから流出する。四方弁６を通った熱媒体は、第１車室外熱交換器流入口８ａから第１車室外熱交換器８に流入し外気に熱を奪われることによってエンタルピｈが減少し、点Ｃ１の状態になる。第１車室外熱交換器８によって熱交換された熱媒体は、第１車室外熱交換器流出口８ｂから流出し、第２車室外熱交換器流入口１０ａを通って第２車室外熱交換器１０に流入する。第２車室外熱交換器１０で熱交換を行った熱媒体は更にエンタルピｈが減少し、点Ｃの状態になる。
【００２８】
図５に示すように、第１車室外熱交換器流入口８ａから第１車室外熱交換器８に流入する熱媒体の温度は約１３０゜Ｃ程度である。この熱媒体は超臨界状態であるため、第１車室外熱交換器８の中を通って外気に熱を奪われると次第に温度が低下し、約８０゜Ｃで第１車室外熱交換器流出口８ｂから流出する。さらに、第１車室外熱交換器８を経て第２車室外熱交換器流入口１０ａから第２車室外熱交換器１０に流入した熱媒体も依然として超臨界状態であるため、第２車室外熱交換器１０内で外気に熱を奪われることによって温度が低下し、約５０゜Ｃで第２車室外熱交換器流出口１０から流出する。
【００２９】
一方、エンジンＥＮＧの定常運転状態においては、エンジンＥＮＧを冷却したクーラントは、約９５゜Ｃ程度でラジエータ流入口ＲａからラジエータＲに流入する。ここで、エンジンＥＮＧを冷却するクーラントは常に液体であり、相変化を伴わないため、外気に奪われた熱量に比例してクーラントの温度も低下する。外気に熱を奪われることによって温度が低下したクーラントは、約８５゜Ｃでラジエータ流出口Ｒｂから流出する。
【００３０】
車両前方から流入した外気は、まず、最も温度の低い第２車室外熱交換器１０に入り、第２車室外熱交換器１０の中を流れる熱媒体との間で熱交換が行われる。第２車室外熱交換器１０で熱交換を行い温度が上昇した外気は、次に、ラジエータＲに流入する。ラジエータＲ内を流れるクーラントの温度は、第２車室外熱交換器１０において暖められた外気よりも温度が高いので、クーラントの熱は外気に奪われて、クーラントの温度が低下する。ラジエータＲによって更に暖められた外気は、次に、最も温度が高い第１車室外熱交換器８に入る。第１車室外熱交換器８の中を流れる熱媒体は高温であるため、第１車室外熱交換器８に入る外気は、ラジエータＲによって暖められた後も依然として第１車室外熱交換器８の温度よりも低く、第１車室外熱交換器８の中を流れる熱媒体の熱が外気に奪われる。
【００３１】
また、第１車室外熱交換器８及びラジエータＲは、１パスで構成されているため、中を流れる熱媒体及びクーラントは、流入口から流出口に向って一方向に流れる。このため、ラジエータＲの最も温度が高いラジエータ流入口Ｒａ付近を通った外気は、第１車室外熱交換器８の最も温度が高い第１車室外熱交換器流入口８ａ付近を通り、ラジエータＲの最も温度が低いラジエータ流出口Ｒｂ付近を通った外気は、第１車室外熱交換器８の最も温度が低い第１車室外熱交換器流出口８ｂ付近を通る。従って、ラジエータＲの最も温度が高い部分を通過して温度が大きく上昇した外気は第１車室外熱交換器８の最も温度が高い部分を通り、ラジエータＲの最も温度が低い部分を通過して温度があまり上昇しなかった外気は第１車室外熱交換器８の最も温度が低い部分を通ることになる。これにより、ラジエータＲを通過した外気と第１車室外熱交換器８との間の温度差が、第１車室外熱交換器８全体に亘って大きくなるので、第１車室外熱交換器８において、熱交換が効果的に行われる。
【００３２】
第２車室外熱交換器１０で熱交換を行ってエンタルピｈが減少し、点Ｃの状態になった熱媒体は、逆止弁１２を経て、第１電子膨張弁１４を通過することによって減圧され気液２相の点Ｄの状態になり、温度が低下する。なお、冷房運転時においては、第２電子膨張弁２０は閉鎖されているので、逆止弁１２を通過した熱媒体が、第１車室外熱交換器８に逆流することはない。第１電子膨張弁１４を通過して温度が低下した熱媒体は、車室内熱交換器１６に入り、車室内の空気から熱を吸収する。これにより、車室内の空気は冷却され、車室内熱交換器１６内を流れる熱媒体は気化しながら、エンタルピｈが増大して点Ａの気相状態となる。点Ａの気相状態となった熱媒体は、流出入口６ｂから四方弁６に流入し、流出入口６ｃから流出する。四方弁６を通った熱媒体は、気液分離機１８に入り、液相の成分が除去される。気液分離機１８で液相の成分が除去された熱媒体は、圧縮機２に戻り１回のサイクルが完了する。
【００３３】
次に、車両用空気調和装置１が暖房運転を行う場合の作用を説明する。暖房運転を行う場合には、四方弁６を、流出入口６ａと６ｂ、６ｃと６ｄが夫々連通するように切り換える。車両用空気調和装置１を作動させると圧縮機２が回転し、図４の点Ａの状態の熱媒体が圧縮機２に吸入される。圧縮機２によって圧縮された熱媒体は、圧力Ｐ、エンタルピｈが上昇し、超臨界状態である点Ｂの状態になる。圧縮機２によって圧縮された熱媒体は、流出入口６ａから四方弁６に流入し、流出入口６ｂから流出する。四方弁６を通過した熱媒体は、車室内熱交換器１６に流入し車室内の空気に熱を放出することによってエンタルピｈが減少し、点Ｃの状態になる。これにより、車室内の空気が暖められる。このとき、熱媒体は超臨界状態にあるため熱媒体の相変化はなく、熱媒体が熱を放出するにつれて熱媒体の温度は低下する。
【００３４】
車室内熱交換器１６によって熱交換された熱媒体は第１電子膨張弁１４に流入する。第１電子膨張弁１４は、暖房運転時には開放されているので、第１電子膨張弁１４を通過した熱媒体の圧力は変化せず、点Ｃの状態の熱媒体が第２電子膨張弁２０にそのまま流入する。なお、熱媒体が流れる管路は第２電子膨張弁２０に入る直前で２本に分岐しているが、もう一方の管路には逆止弁１２が接続されているので、熱媒体はすべて第２電子膨張弁２０に流入する。第２電子膨張弁２０に流入した熱媒体は減圧されて気液２相の点Ｄの状態になり、温度が低下する。第２電子膨張弁２０を通過して温度が低下した熱媒体は、第１車室外熱交換器８に入り、外気から熱を吸収する。これにより、第１車室外熱交換器８内を流れる熱媒体は気化しながら、エンタルピｈが増大して点Ｅの気相状態となる。また、第１車室外熱交換器８の上流側には、ラジエータＲが配置されているので、第１車室外熱交換器８を通る外気の温度は、ラジエータＲからの熱を受けて上昇している。このため、第１車室外熱交換器８の中を流れる熱媒体の温度と、外気の温度の温度差が大きくなるので、第１車室外熱交換器８における熱交換量が増大する。さらに、第１車室外熱交換器８は、ラジエータＲとフィン８ｄを共有しているので、ラジエータＲの熱が、フィン８ｄを介して直接第１車室外熱交換器８に伝導する。このため、第１車室外熱交換器８の中を流れる熱媒体は、より多くの熱を吸収する。点Ｅの気相状態となった熱媒体は、流出入口６ｄから四方弁６に流入し、流出入口６ｃから流出する。四方弁６を通過した熱媒体は、気液分離機１８に入り、液相の成分が除去され、点Ａの状態に戻って１回のサイクルが完了する。
【００３５】
一方、暖房運転時においては、サーモスタットＴが、エンジンＥＮＧを冷却したクーラントをヒーターコアＨに循環させる。エンジンＥＮＧを冷却したクーラントは、サーモスタットＴを経てヒータコアＨに流入する。ブロワーＦによって生起された気流は、車室内熱交換器１６を通って暖められ、更に、車室内熱交換器１６の下流側に配置されたヒータコアＨによって暖められて車室内に流入して、車室内を暖房する。また、ヒータコアＨにおける熱交換を行わない場合には、ヒータコアＨに取付けられたダンパーＨ１を閉じ、気流がヒータコアＨ内を通過しないようにする。ヒータコアＨを通過したクーラントは、エンジンＥＮＧに戻ってエンジンＥＮＧを冷却する。エンジンＥＮＧ始動後、時間経過に伴って、クーラントが所定の温度まで上昇すると、サーモスタットＴは、クーラントをラジエータＲにも循環させクーラントの温度を下げる。
【００３６】
また、暖房運転中に、着霜検出手段２２が第１車室外熱交換器８に霜がついたことを検出すると、着霜検出手段２２はコントローラ２４に信号を送る。コントローラ２４は、着霜検出手段２２からの信号を受けると、サーモスタットＴに信号を送り、サーモスタットＴがラジエータＲに強制的にクーラントを送るように制御する。一般に、エンジンＥＮＧ始動直後においても、クーラントの温度は着霜している第１車室外熱交換器８の温度よりも高いので、第１車室外熱交換器８は、ラジエータＲを介してクーラントの熱により暖められる。図３に示すように、第１車室外熱交換器８とラジエータＲはフィン８ｄを共有しているので、クーラントの熱はラジエータＲのチューブＲｃ、フィン８ｄを介して直接第１車室外熱交換器８に伝導される。これにより、第１車室外熱交換器８のチューブ８ｃ又はフィン８ｄに付着した霜が融解する。また、好ましくは、コントローラ２４は、第１車室外熱交換器８の温度が所定温度以下の場合に、エンジンＥＮＧ停止後の所定時間、クーラントがラジエータＲを循環するように、サーモスタットＴを制御する。これにより、エンジンＥＮＧ停止後にクーラントに残った廃熱が、第１車室外熱交換器８の除霜、又は第１車室外熱交換器８の着霜の予防に利用される。
【００３７】
本発明の第１実施形態の車両用空気調和装置１によれば、冷房運転時において、外気が、第２車室外熱交換器１０、ラジエータＲ、第１車室外熱交換器８を、温度の低い順に通過するので、第１、第２熱交換器及びラジエータＲにおいて効果的に熱交換を行うことができる。また、本実施形態の車両用空気調和装置１によれば、第１車室外熱交換器８及びラジエータＲが共に１パス型であり、熱媒体及びクーラントが同一方向に流れるので、ラジエータＲの下流側に位置する第１車室外熱交換器８の全体に亘って、外気と第１車室外熱交換器８の温度差を維持することができる。これにより、第１車室外熱交換器８における熱交換効率を高めることができる。さらに、第１車室外熱交換器８とラジエータＲがフィン８ｄを共有しているので、暖房運転時においては、第１車室外熱交換器８はラジエータＲの熱を熱伝導により直接吸収することができ、冷房運転時においては、第１車室外熱交換器８はラジエータＲに熱伝導により熱を直接放出することができる。
【００３８】
上述した実施形態においては、第１車室外熱交換器８とラジエータＲは、フィンを共有していたが、第１車室外熱交換器８とラジエータＲを別々に構成しても良い。或いは、変形例として、第１車室外熱交換器とラジエータＲを、図６のように構成することもできる。図６に示すように、変形例の第１車室外熱交換器２６は、そのチューブ２６ａがラジエータＲと一体に形成されており、チューブ２６ａに形成された多数の穴のうちの約半分の中には熱媒体が流れ、残りの約半分の中にはクーラントが流れる。また、第１車室外熱交換器２６のフィン２６ｂと、ラジエータＲのフィンＲｃは、別々に備えられている。或いは、別の変形例として、チューブ、フィン共に一体に形成することができる（図示せず）。
【００３９】
さらに、別の変形例として、図７に分解斜視図で示すように、ラジエータＲと、第１車室外熱交換器２８と、これらの中に気流を流すためのファンＦ１を備えたファンシュラウドＦ２をモジュール化したＣＲＦＭ（Condenser, Radiator Fan Module）を使用することもできる。
【００４０】
次に、図８を参照して、本発明の第２実施形態を説明する。本発明の第２実施形態の車両用空気調和装置は、第１及び第２内部熱交換器を有する点が第１実施形態とは異なる。従って、第１実施形態と同様の構成要素には同一の参照番号を付し、第１実施形態と異なる点のみを説明する。
図８に破線で示すように、本発明の第２実施形態の車両用空気調和装置３０を搭載する車両には、サーモスタットＴ、ラジエータＲ、ヒータコアＨを有するエンジンＥＮＧ冷却回路が備えられている。
【００４１】
一方、本発明の第２実施形態の車両用空気調和装置３０は、熱媒体を圧縮する圧縮機２と、オイルセパレータ４と、オイルセパレータ４を出た熱媒体とクーラントの間で熱交換をする第１内部熱交換器３２と、冷房運転時、暖房運転時の回路を切り換える第１三方弁３４と、第１車室外熱交換器８と、第２車室外熱交換器１０と、逆止弁１２と、第１電子膨張弁１４と、車室内熱交換器１６と、冷房運転時、暖房運転時の回路を切り換える第２三方弁３８と、気液分離機１８と、を有する。また、車両用空気調和装置３０は、逆止弁１２を出た熱媒体と気液分離機１８から流出した熱媒体との間で熱交換を行う第２内部熱交換器３６を有する。さらに、車両用空気調和装置３０は、暖房運転時において、熱媒体の流路を絞り減圧する減圧手段である第２電子膨張弁２０を有する。
【００４２】
第１三方弁３４は、３つの流出入口３４ａ、３４ｂ、３４ｃを有し、冷房運転時においては流出入口３４ａと３４ｂが連通し、暖房運転時においては流出入口３４ａと３４ｃが連通するように構成されている。同様に、第２三方弁３８は、３つの流出入口３８ａ、３８ｂ、３８ｃを有し、冷房運転時においては流出入口３８ａと３８ｂが連通し、暖房運転時においては流出入口３８ａと３８ｃが連通するように構成されている。従って、本実施形態の車両用空気調和装置３０では第１、第２三方弁３４、３８を切り換えることによって、熱媒体は、冷房運転時においては、圧縮機２→オイルセパレータ４→第１内部熱交換器３２→第１車室外熱交換器８→第２車室外熱交換器１０→逆止弁１２→第２内部熱交換器３６→第１電子膨張弁１４→車室内熱交換器１６→気液分離機１８→第２内部熱交換器３６→圧縮機２の順に流れ、暖房運転時においては、圧縮機２→第１内部熱交換器３２→車室内熱交換器１６→第１電子膨張弁１４（開放）→第２内部熱交換器３６→第２電子膨張弁２０→第１車室外熱交換器８→気液分離機１８→第２内部熱交換器３６→圧縮機２の順に流れる。
【００４３】
第１内部熱交換器３２は、オイルセパレータ４でオイルを分離された熱媒体と、エンジンＥＮＧを冷却したクーラントとの間で熱交換を行うように構成されている。オイルセパレータ４を出た高圧の熱媒体は、クーラントよりも温度が高いので、熱媒体の熱がクーラントに吸収されて熱媒体の温度は低下し、クーラントの温度が上昇する。
【００４４】
第２内部熱交換器３６は、逆止弁１２と第１電子膨張弁１４の間を流れる熱媒体と、気液分離機１８と圧縮機２の間を流れる熱媒体の間で熱交換を行うように配置されている。本実施形態においては、冷房時、暖房時とも、気液分離機１８と圧縮機２の間を流れる熱媒体よりも逆止弁１２と第１電子膨張弁１４の間を流れる熱媒体の方が温度が高いので、熱は、気液分離機１８と圧縮機２の間を流れる熱媒体の方へ移動する。また、第２内部熱交換器３６における熱交換量は、気液分離機１８と圧縮機２の間を流れる熱媒体と逆止弁１２と第１電子膨張弁１４の間を流れる熱媒体の温度差に比例するので、各熱媒体の温度差が小さいほど少なくなる。
【００４５】
次に、本発明の第２実施形態の車両用空気調和装置３０の作用を説明する。まず、車両用空気調和装置３０が冷房運転を行う場合の作用を説明する。冷房運転を行う場合には、第１三方弁３４を流出入口３４ａと３４ｂ、第２三方弁３８を流出入口３８ａと３８ｂが夫々連通するように切り換える。車両用空気調和装置３０を作動させると圧縮機２が回転し、熱媒体が圧縮機２に吸入される。圧縮機２によって圧縮された熱媒体は、圧力Ｐ、エンタルピｈが上昇し、超臨界状態になる。圧縮機２によって圧縮された熱媒体は、オイルセパレータ４を通過して第１内部熱交換器３２に入る。第１内部熱交換器３２に流入した冷媒は熱が奪われエンタルピｈが減少する。次いで、熱媒体は、流出入口３４ａから三方弁３４に流入し、流出入口３４ｂから流出する。三方弁３４を通った熱媒体は、第１車室外熱交換器８、第２車室外熱交換器１０を通過して外気に熱を奪われる。
【００４６】
第２車室外熱交換器１０によって熱交換された熱媒体は、逆止弁１２を通過して第２内部熱交換器３６に流入する。第２内部熱交換器３６の他方の側を流れる熱媒体は逆止弁１２から流入した熱媒体よりも温度が低いので、逆止弁１２から第２内部熱交換器３６に流入した熱媒体は、熱を奪われエンタルピｈが減少する。第２内部熱交換器３６によって熱交換された熱媒体は、第１電子膨張弁１４を通過することによって減圧され気液２相の状態になり、温度が低下する。第１電子膨張弁１４を通過して温度が低下した熱媒体は、車室内熱交換器１６に入り、車室内の空気から熱を吸収する。これにより、車室内の空気は冷却され、車室内熱交換器１６内を流れる熱媒体は気化しながら、エンタルピｈが増大する。車室内熱交換器１６を出た熱媒体は、流出入口３８ｂから三方弁３８に流入し、流出入口３８ａから流出する。三方弁３８を通った熱媒体は、気液分離機１８に入り、液相の成分が除去される。気液分離機１８で液相の成分が除去された熱媒体は、第２内部熱交換器３６に流入する。前述のように、気液分離機１８から第２内部熱交換器３６に流入した熱媒体は、逆止弁１２から第２内部熱交換器３６に流入した熱媒体よりも温度が低いので、熱媒体は、熱を吸収してエンタルピｈが増大し、もとの状態に戻り１回のサイクルが完了する。
【００４７】
次に、車両用空気調和装置３０が暖房運転を行う場合の作用を説明する。暖房運転を行う場合には、第１三方弁３４を流出入口３４ａと３４ｃ、第２三方弁３８を流出入口３８ｃと３８ａが夫々連通するように切り換える。車両用空気調和装置３０を作動させると圧縮機２が回転し、熱媒体が圧縮機２に吸入される。圧縮機２によって圧縮された熱媒体は、圧力Ｐ、エンタルピｈが上昇し、超臨界状態になる。圧縮機２によって圧縮された熱媒体は、オイルセパレータ４を経て第１内部熱交換器３２に流入する。第１内部熱交換器３２に流入した熱媒体は、第１内部熱交換器３２に流入するクーラントよりも温度が高いので、熱媒体の熱がクーラントに吸収され、クーラントの温度が上昇する。第１内部熱交換器３２を通過した熱媒体は、流出入口３４ａから第１三方弁３４に流入し、流出入口３４ｃから流出する。第１三方弁３４を通過した熱媒体は、車室内熱交換器１６に流入し車室内の空気に熱を放出することによってエンタルピｈが減少する。これにより、車室内の空気が暖められる。このとき、熱媒体は超臨界状態にあるため熱媒体の相変化はなく、熱媒体が熱を放出するにつれて熱媒体の温度は低下する。
【００４８】
車室内熱交換器１６によって熱交換された熱媒体は第１電子膨張弁１４に流入する。暖房運転時において第１電子膨張弁１４は開放されているので、第１電子膨張弁１４を通過した熱媒体の圧力は変化せず、熱媒体は第２内部熱交換器３６にそのまま流入する。第２内部熱交換器３６の他方の側を流れる熱媒体は、第１電子膨張弁１４から流入した熱媒体よりも温度が低いので、第２内部熱交換器３６に流入した熱媒体は、熱を奪われエンタルピｈが減少する。第２内部熱交換器３６によって熱交換された熱媒体は、第２電子膨張弁２０を通過することによって減圧され気液２相の状態になり、温度が低下する。なお、第２内部熱交換器３６を出た後、熱媒体が流れる管路は２本に分岐しているが、他方の管路には逆止弁１２が接続されているので、第２内部熱交換器３６を出た熱媒体はすべて第２電子膨張弁２０に流入する。第２電子膨張弁２０を通過して温度が低下した熱媒体は、第１車室外熱交換器８に入り、外気から熱を吸収する。これにより、第１車室外熱交換器８内を流れる熱媒体は気化しながら、エンタルピｈが増大して気相状態となる。気相状態となった熱媒体は、流出入口３８ｃから第２三方弁３８に流入し、流出入口３８ａから流出する。なお、第１車室外熱交換器８を出た直後に、熱媒体が流れる管路は２本に分岐しているが、第１三方弁３４は、流出入口３４ａと３４ｃが連通する状態に設定されているため、第１車室外熱交換器８を出た熱媒体はすべて第２三方弁３８に流入する。第２三方弁３８を通過した熱媒体は、気液分離機１８に入り、液相の成分が除去される。気液分離機１８で液相の成分が除去された熱媒体は、第２内部熱交換器３６に流入する。前述のように、気液分離機１８から第２内部熱交換器３６に流入した熱媒体は、第１電子膨張弁１４から第２内部熱交換器３６に流入した熱媒体よりも温度が低いので、熱媒体は、熱を吸収してエンタルピｈが増大して、もとの状態に戻り１回のサイクルが完了する。
【００４９】
本発明の第２実施形態の車両用空気調和装置３０によれば、第１内部熱交換器３２でクーラントを加熱することにより、ヒータコアＨにおける暖房能力を向上させることができる。また、本実施形態の車両用空気調和装置３０によれば、第２内部熱交換器３６で熱交換を行うことにより、冷房能力、暖房能力を向上させることができる。
【００５０】
次に、図９を参照して、本発明の第３実施形態を説明する。本発明の第３実施形態の車両用空気調和装置は、車室外熱交換器が１つである点が、第１実施形態とは異なる。従って、第１実施形態と同様の構成要素には同一の参照番号を付し、第１実施形態と異なる点のみを説明する。
【００５１】
図９に破線で示すように、本発明の第３実施形態の車両用空気調和装置４０を搭載する車両には、車両駆動手段であるエンジンＥＮＧの冷却、及び車室内の暖房に使用されるエンジンＥＮＧ冷却回路が備えられている。
一方、本発明の第３実施形態の車両用空気調和装置４０は、圧縮機２と、オイルセパレータ４と、四方弁６と、熱媒体と外気の間で熱交換をする第１車室外熱交換器４２と、第１電子膨張弁１４と、第２電子膨張弁２０と、車室内熱交換器１６と、気液分離機１８と、を有する。なお、本実施形態では熱媒体として超臨界流体であるＣＯ2を使用している。
【００５２】
四方弁６は、４つの流出入口６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄを有し、冷房運転時は流出入口６ａと６ｄ、６ｂと６ｃが夫々連通し、暖房運転時は流出入口６ａと６ｂ、６ｃと６ｄが夫々連通するように切り換えられる。従って、本実施形態の車両用空気調和装置４０では四方弁６を切り換えることによって、熱媒体は、冷房時においては、圧縮機２→オイルセパレータ４→第１車室外熱交換器４２→第２電子膨張弁２０（開放）→第１電子膨張弁１４→車室内熱交換器１６→気液分離機１８→圧縮機２の順に流れ、暖房時においては、圧縮機２→車室内熱交換器１６→第１電子膨張弁１４（開放）→第２電子膨張弁２０→第１車室外熱交換器４２→気液分離機１８→圧縮機２の順に流れる。
【００５３】
図９に示すように、第１車室外熱交換器４２、及びラジエータＲは、車室外に、夫々隣接して配置されている。車両の前方から後方に向かって流れる外気は、第１車室外熱交換器４２、ラジエータＲの順に流れて夫々熱交換を行う。本実施形態においては、図９に示すように、第１車室外熱交換器４２の入口とラジエータＲの入口、及び、第１車室外熱交換器４２の出口とラジエータＲの出口は、夫々同じ側にある。第１車室外熱交換器４２に流入した熱媒体、ラジエータＲに流入したクーラントは、１パスで夫々同じ方向に流れる。
【００５４】
次に、本発明の第３実施形態の車両用空気調和装置４０の作用を説明する。まず、車両用空気調和装置４０が冷房運転を行う場合の作用を説明する。冷房運転を行う場合には、四方弁６を、流出入口６ａと６ｄ、６ｂと６ｃが夫々連通するように切り換える。
車両用空気調和装置４０を作動させると圧縮機２が回転し、熱媒体が圧縮機２に吸入される。圧縮機２によって圧縮された熱媒体は、オイルセパレータ４を経て流出入口６ａから四方弁６に流入し、流出入口６ｄから流出する。四方弁６を通った熱媒体は、第１車室外熱交換器４２に流入し外気に熱を奪われることによってエンタルピｈが減少する。
【００５５】
第１車室外熱交換器４２に流入する熱媒体の温度は約１３０゜Ｃ程度である。この熱媒体は超臨界状態であるため、第１車室外熱交換器４２の中を通って外気に熱を奪われると次第に温度が低下し、約５０゜Ｃで第１車室外熱交換器４２の出口から流出する。一方、エンジンＥＮＧの定常運転状態においては、エンジンＥＮＧを冷却したクーラントは、約９５゜Ｃ程度でラジエータＲに流入する。ここで、エンジンＥＮＧを冷却するクーラントは常に液体であり、相変化を伴わないため、外気に奪われた熱量に比例してクーラントの温度も低下する。外気に熱を奪われることによって温度が低下したクーラントは、約８５゜ＣでラジエータＲから流出する。
【００５６】
車両前方から流入した外気は、まず、第１車室外熱交換器４２に入り、第１車室外熱交換器４２の中を流れる熱媒体との間で熱交換が行われる。第１車室外熱交換器４２で熱交換を行い温度が上昇した外気は、次に、ラジエータＲに流入する。ラジエータＲ内を流れるクーラントの温度は、第１車室外熱交換器４２において暖められた外気よりも温度が高いので、クーラントの熱は外気に奪われて、クーラントの温度が低下する。
【００５７】
また、第１車室外熱交換器４２及びラジエータＲは、１パスで構成されているため、中を流れる熱媒体及びクーラントは、流入口から流出口に向って一方向に流れる。このため、第１車室外熱交換器４２の最も温度が高い流入口付近を通った外気は、ラジエータＲの最も温度が高い入口付近を通り、第１車室外熱交換器４２の最も温度が低い出口付近を通った外気は、ラジエータＲの最も温度が低い出口付近を通る。従って、第１車室外熱交換器４２の最も温度が高い部分を通過して温度が大きく上昇した外気はラジエータＲの最も温度が高い部分を通り、第１車室外熱交換器４２の最も温度が低い部分を通過して温度があまり上昇しなかった外気はラジエータＲの最も温度が低い部分を通ることになる。これにより、第１車室外熱交換器４２を通過した外気とラジエータＲとの間の温度差を、ラジエータＲ全体に亘って大きくすることができるので、ラジエータＲにおける放熱が効果的に行われる。
【００５８】
第１車室外熱交換器４２で熱交換を行ってエンタルピｈが減少した熱媒体は、開放された第２電子膨張弁２０を経て、第１電子膨張弁１４を通過することによって減圧され気液２相の状態になり、温度が低下する。第１電子膨張弁１４を通過して温度が低下した熱媒体は、車室内熱交換器１６に入り、車室内の空気から熱を吸収する。これにより、車室内の空気は冷却され、車室内熱交換器１６内を流れる熱媒体は気化しながら、エンタルピｈが増大して気相状態となる。気相状態の熱媒体は、流出入口６ｂから四方弁６に流入し、流出入口６ｃから流出する。四方弁６を通った熱媒体は、気液分離機１８に入り、液相の成分が除去される。気液分離機１８で液相の成分が除去された熱媒体は、圧縮機２に戻り１回のサイクルが完了する。
本発明の第３実施形態の車両用空気調和装置４０の暖房運転時における作用は、第１実施形態とほぼ同様であるので説明を省略する。
【００５９】
本発明の第３実施形態の車両用空気調和装置４０によれば、第１車室外熱交換器４２、ラジエータＲとも１パス型の熱交換器を使用し、それらの中を流れる熱媒体及びクーラントが同一の方向に流れるので、第１車室外熱交換器４２から熱を吸収した後の外気とラジエータＲとの間でも、効果的に熱交換を行うことができる。本実施形態の車両用空気調和装置は、熱の出入りに伴って相変化を生じることがなく、熱交換器内で大きく熱媒体の温度が変化する超臨界状態の熱媒体を使用した場合に特に有利である。
【００６０】
以上、本発明の実施形態を説明したが、上述した実施形態に種々の変更を加えることができる。特に、上述した実施形態では、本発明の車両用空気調和装置を車両駆動手段としてエンジンを使用した車両に搭載し、放熱手段がエンジンの熱を排出するためのラジエータである場合について説明したが、放熱手段は任意の熱源とすることができる。例えば、本発明の車両用空気調和装置を、車両駆動手段としてモータを使用した電気自動車に搭載した場合には、放熱手段は、モータの熱を排出するための放熱器とすることができる。また、上述した実施形態では、冷暖房両用の車両用空気調和装置を説明したが、車両用空気調和装置を冷房専用又は暖房専用の空気調和装置として構成することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の第１実施形態の車両用空気調和装置の回路を示す図である。
【図２】本発明の第１実施形態の車両用空気調和装置に使用される熱交換器の斜視図である。
【図３】図２のIII−III線に沿った部分断面図である。
【図４】本発明の第１実施形態の車両用空気調和装置の作用を示すＰ−ｈ線図である。
【図５】本発明の第１実施形態の車両用空気調和装置の熱交換器の上面図である。
【図６】本発明の第１実施形態の車両用空気調和装置の熱交換器の変形例を示す部分断面図である。
【図７】本発明の第１実施形態の車両用空気調和装置の熱交換器の別の変形例を示す斜視図である。
【図８】本発明の第２実施形態の車両用空気調和装置の回路を示す図である。
【図９】本発明の第２実施形態の車両用空気調和装置の回路を示す図である。
【符号の説明】
【００６２】
ＥＮＧ  エンジン
Ｆ      ブロワー
Ｈ      ヒータコア
Ｒ      ラジエータ
Ｔ      サーモスタット
１      本発明の第１実施形態の車両用空気調和装置
２      圧縮機
４      オイルセパレータ
６      四方弁
８      第１車室外熱交換器
１０    第２車室外熱交換器
１２    逆止弁
１４    第１電子膨張弁
１６    車室内熱交換器
１８    気液分離機
２０    第２電子膨張弁
２２    着霜検出手段
２４    コントローラ
３０    本発明の第２実施形態の車両用空気調和装置
３２    第１内部熱交換器
３４    第１三方弁
３６    第２内部熱交換器
３８    第２三方弁
４０    本発明の第３実施形態の車両用空気調和装置
４２    第１車室外熱交換器
【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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