(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
１次冷媒を循環させる１次冷媒回路と、２次冷媒を循環させる２次冷媒回路とを有し、前記１次冷媒回路は、１次冷媒を圧縮する圧縮機と、圧縮された冷媒を凝縮する凝縮器と、凝縮された冷媒を減圧・膨張させる減圧・膨張手段と、減圧・膨張された１次冷媒と前記２次冷媒との間で熱交換が可能な１次冷媒／２次冷媒熱交換器を有し、前記２次冷媒回路中に、２次冷媒と車室内空気との間で熱交換が可能な２次冷媒／車室内空気熱交換器と、２次冷媒を循環させる循環ポンプを有する車両用空調装置において、前記２次冷媒回路中に、２次冷媒を一旦貯留可能な２次冷媒タンクを設け、該２次冷媒タンクに関し、２次冷媒が前記２次冷媒タンク内を停留しつつ通過して流れる第一の２次冷媒経路と、該第一の２次冷媒経路とは別に、２次冷媒が前記２次冷媒タンク内に流入した直後にタンクより排出される第二の２次冷媒経路の二つの２次冷媒経路を構成し、かつ、前記二つの２次冷媒経路のいずれかを選択可能な経路切替手段を設け、前記２次冷媒タンクに関する第一、第二の２次冷媒経路が、タンク入口側に設けられたタンク内まで延びる二つの冷媒配管と、タンク出口側に設けられ前記二つの冷媒配管のうち一方の冷媒配管のタンク内開口端に対面するタンク内開口端を有しタンク内まで延びる一つの冷媒配管とを用いて構成されており、前記経路切替手段が、前記２次冷媒回路内において、２次冷媒タンクに対して２次冷媒の流れ方向上流側に配置されていることを特徴とする車両用空調装置。
【請求項２】
前記一つの冷媒配管のタンク内開口端の開口面積が、対面する前記一方の冷媒配管のタンク内開口端の開口面積よりも大きい、請求項１に記載の車両用空調装置。
【請求項３】
前記２次冷媒タンクおよび経路切替手段が、前記２次冷媒回路内において、循環ポンプに対して２次冷媒の流れ方向上流側に配置されている、請求項１または２に記載の車両用空調装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両用空調装置に関し、とくに、圧縮機で圧縮した１次冷媒を循環させる１次冷媒回路と、２次冷媒を循環させて車室内の空調を行う２次冷媒回路とを有する車両用空調装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両用空調装置の主な目的は、車室内をできるだけ速やかに快適な温度にまで調整することであるが、オゾン層の保護や地球温暖化防止などの環境負荷の低減に配慮することや、環境負荷低減の工夫をほどこす際に安定した性能を維持することも同様に重要である。車両用空調装置において環境負荷を低減させる方法としては、近年、自然系冷媒（たとえば、ＣＯ２やプロパンガスなど）や代替フロン（たとえば、ＨＦＣ−１５２ａなど）を使用して車室内の冷房を行うための発明がいくつか提案されている。たとえば、特許文献１には、可燃性冷媒であるプロパンガスやＨＦＣ−１５２ａを安全に使用するために、自然系冷媒や代替フロンを冷媒として使用する冷媒回路を１次冷媒回路として、１次冷媒とは別の２次冷媒を循環させる２次冷媒回路を設け、熱交換器によって１次冷媒回路で得られた冷凍能力を２次冷媒回路の冷凍能力に変換し、車室内の冷房を２次冷媒回路によって間接的に行う方法が示されている。上記文献に例示されている車両用空調装置では、２次冷媒を循環させる手段として２次冷媒回路内に循環ポンプが配置された構造を採用しており、具体例として２次冷媒にブライン（不凍液）を使用した場合の実施形態が説明されている。
【０００３】
上述のような２次冷媒回路を有する空調装置を車両用空調装置として利用する場合、自然系冷媒や代替フロンを１次冷媒として使用することで環境負荷の低減を図るだけでなく、アイドリング停止時にも２次冷媒を循環させて車室内を冷房することにより、車室内の快適さを維持することが可能である。２次冷媒回路をこのようにアイドリング停止時にも使用する場合、２次冷媒回路の熱容量が多いほどアイドリング停止時の冷房性能が向上するが、一方で、２次冷媒回路の熱容量が多くなりすぎると２次冷媒温度が低下しにくくなり、空調起動時の冷房性能が悪化してしまうという問題も発生する。
【０００４】
また、上述のような２次冷媒回路を有する空調装置を自動車に搭載する場合、空調装置の設置に利用できるスペースが限られているため、２次冷媒回路の熱容量を増加させることが難しいという問題がある。たとえば、特許文献２では、ブライン式空調装置において２次冷媒タンクと、複数の２次冷媒経路と、その切替手段とを配置して同様の問題の解決を試みているが、必要な部品点数が多く必ずしも上記課題が解決できているわけではない。
【特許文献１】特開２００７−１０２２７号公報
【特許文献２】特開２００６−３６１７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで本発明の課題は、２次冷媒回路を有する車両用空調装置において、空調起動時の冷房性能を従来と同様の水準で維持し、かつ、部品点数の増加を抑制しつつ、２次冷媒回路の熱容量を増大させてアイドリング停止時等の冷房性能を向上させることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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、１次冷媒を循環させる１次冷媒回路と、２次冷媒を循環させる２次冷媒回路とを有し、前記１次冷媒回路は、１次冷媒を圧縮する圧縮機と、圧縮された冷媒を凝縮する凝縮器と、凝縮された冷媒を減圧・膨張させる減圧・膨張手段と、減圧・膨張された１次冷媒と前記２次冷媒との間で熱交換が可能な１次冷媒／２次冷媒熱交換器を有し、前記２次冷媒回路中に、２次冷媒と車室内空気との間で熱交換が可能な２次冷媒／車室内空気熱交換器と、２次冷媒を循環させる循環ポンプを有する車両用空調装置において、前記２次冷媒回路中に、２次冷媒を一旦貯留可能な２次冷媒タンクを設け、該２次冷媒タンクに関し、２次冷媒が前記２次冷媒タンク内を停留しつつ通過して流れる第一の２次冷媒経路と、該第一の２次冷媒経路とは別に、２次冷媒が前記２次冷媒タンク内に流入した直後にタンクより排出される第二の２次冷媒経路の二つの２次冷媒経路を構成し、かつ、前記二つの２次冷媒経路のいずれかを選択可能な経路切替手段を設け、前記２次冷媒タンクに関する第一、第二の２次冷媒経路が、タンク入口側に設けられたタンク内まで延びる二つの冷媒配管と、タンク出口側に設けられ前記二つの冷媒配管のうち一方の冷媒配管のタンク内開口端に対面するタンク内開口端を有しタンク内まで延びる一つの冷媒配管とを用いて構成されており、前記経路切替手段が、前記２次冷媒回路内において、２次冷媒タンクに対して２次冷媒の流れ方向上流側に配置されていることを特徴とするものからなる。
【０００７】
このような車両用空調装置においては、２次冷媒回路中に２次冷媒を一旦貯留可能な２次冷媒タンクを設けたので、２次冷媒回路における２次冷媒の総量を従来回路と比べて増加させることができ、２次冷媒回路の熱容量を大幅に増大させることが可能となる。また、本発明に係る車両用空調装置は、２次冷媒が前記２次冷媒タンク内を停留しつつ通過して流れる第一の２次冷媒経路と、該第一の２次冷媒経路とは別に、２次冷媒が前記２次冷媒タンク内に流入した直後にタンクより排出される第二の２次冷媒経路の二つの２次冷媒経路を構成し、かつ、前記二つの２次冷媒経路のいずれかを選択可能な経路切替手段が設けられているので、状況に応じて２次冷媒経路を切り替えることにより、空調起動時には車室内冷房性能の迅速な立ち上がりを従来通りの水準に維持しつつ、アイドリング停止時には２次冷媒回路の熱容量増加の利点を生かして従来よりも高い車室内冷房性能を発揮することが可能である。すなわち、空調起動時には、前記第二の２次冷媒経路を使用することによって２次冷媒が２次冷媒タンク内に流入した直後にタンクより排出されるため、実質的に２次冷媒回路内を流動している２次冷媒の流量は従来の２次冷媒回路とほぼ同様となり、従来通りの車室内冷房性能を発揮でき、所定性能への立ち上がりも迅速に行うことができる。そして、例えば車室内が適度に冷却された時点で２次冷媒経路を第一の２次冷媒経路へと切り替えることにより、２次冷媒が２次冷媒タンク内を停留しつつタンク内を通過して流れるようになり、２次冷媒タンク内の冷媒を含めて２次冷媒全体を冷却しつつ車室内冷房を行うことが可能である。さらに、アイドリング停止時等には前記第一の２次冷媒経路を使用することによって、２次冷媒タンクを含めた２次冷媒回路全体の大きな熱容量を利用して車室内を冷却することができるため、従来の２次冷媒回路を有する車両用空調装置よりも効率良くかつ持続的な車室内冷房性能を発揮することが可能である。
【０００８】
本発明における第一、第二の２次冷媒経路は、タンク入口側に設けられたタンク内まで延びる二つの冷媒配管と、タンク出口側に設けられ前記二つの冷媒配管のうち一方の冷媒配管のタンク内開口端に対面するタンク内開口端を有しタンク内まで延びる一つの冷媒配管とを用いて構成する。２次冷媒経路をこのような簡素な構造にすることにより、部品点数の増加や工数の増加を抑制し、車両への搭載性を向上させることができる。
【０００９】
また、本発明における経路切替手段の２次冷媒回路内における配置は、２次冷媒タンクに対して２次冷媒の流れ方向上流側に配置する。この場合、２次冷媒タンクへの冷媒流入経路を、経路切替手段によって容易に切り替えることが可能になる。
【００１０】
さらに、本発明における２次冷媒タンクおよび経路切替手段の２次冷媒回路内における配置は、とくに限定されるものではないが、２次冷媒回路内において、循環ポンプに対して２次冷媒の流れ方向上流側に配置されていることが好ましい。２次冷媒タンクおよび経路切替手段が循環ポンプに対して２次冷媒の流れ方向上流側に配置されていることにより、循環ポンプに供給される２次冷媒の圧力が安定化し、循環ポンプにおけるキャビテーションの発生を抑制して循環ポンプの効率低下や振動の発生を未然に防ぐことができる。
【発明の効果】
【００１１】
このように、本発明に係る車両用空調装置によれば、１次冷媒を循環させる１次冷媒回路と、２次冷媒を循環させる２次冷媒回路とを有し、１次冷媒回路は、１次冷媒を圧縮する圧縮機と、圧縮された冷媒を凝縮する凝縮器と、凝縮された冷媒を減圧・膨張させる減圧・膨張手段と、減圧・膨張された１次冷媒と２次冷媒との間で熱交換が可能な１次冷媒／２次冷媒熱交換器を有し、２次冷媒回路中に、２次冷媒と車室内空気との間で熱交換が可能な２次冷媒／車室内空気熱交換器と、２次冷媒を循環させる循環ポンプを有する車両用空調装置において、２次冷媒回路中に、２次冷媒を一旦貯留可能な２次冷媒タンクを設け、該２次冷媒タンクに関し、２次冷媒が２次冷媒タンク内を停留しつつ通過して流れる第一の２次冷媒経路と、該第一の２次冷媒経路とは別に、２次冷媒が２次冷媒タンク内に流入した直後にタンクより排出される第二の２次冷媒経路の二つの２次冷媒経路を構成し、かつ、前記二つの２次冷媒経路のいずれかを選択可能な経路切替手段を設けたので、空調装置の使用状況に応じて２次冷媒経路を切り替えることが可能となり、空調起動時の車室内冷房性能を従来通りの水準に維持しつつ、アイドリング停止時においては従来よりも効率良く持続的な車室内冷房性能を発揮することができる。そして、２次冷媒タンクに関する第一、第二の２次冷媒経路が、タンク入口側に設けられたタンク内まで延びる二つの冷媒配管と、タンク出口側に設けられ二つの冷媒配管のうち一方の冷媒配管のタンク内開口端に対面するタンク内開口端を有しタンク内まで延びる一つの冷媒配管とを用いて構成されている構造とすることで、構造の簡素化、部品点数の低減をはかることができ、本発明による効果を、より容易に、かつ安価に得ることが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下に、本発明の望ましい実施の形態を、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施態様に係る車両用空調装置の概略構成図を示しており、とくに、２次冷媒経路の経路切替手段を２次冷媒タンクに対して２次冷媒の流れ方向上流側に配置し、かつ、２次冷媒タンクおよび経路切替手段を循環ポンプに対して２次冷媒の流れ方向上流側に配置し、経路切替手段に二方切替弁を使用した場合の構成を示している。図１に示す構成において、１は１次冷媒回路を示しており、１次冷媒回路１は、冷媒を吸入する圧縮機２、圧縮された冷媒を凝縮する凝縮器３、凝縮された冷媒を減圧・膨張させる減圧・膨張手段としての膨張弁４、１次冷媒と該１次冷媒とは別の２次冷媒との間で熱交換が可能な１次冷媒／２次冷媒熱交換器１０を備えている。一方、１１は２次冷媒回路を示しており、該２次冷媒回路１１内には、２次冷媒と車室内空気との間で熱交換が可能な２次冷媒／車室内空気熱交換器１２、２次冷媒経路の経路切替手段としての切替弁１３、２次冷媒が前記２次冷媒タンク内を停留しつつ通過して流れる第一の２次冷媒経路１４、該第一の２次冷媒経路とは別に、２次冷媒が前記２次冷媒タンク内に流入した直後にタンクより排出される第二の２次冷媒経路１５との選択可能な二つの２次冷媒経路、２次冷媒が流入、流出され、２次冷媒を一旦貯留可能な２次冷媒タンク１６、２次冷媒の循環を行う循環ポンプ１７、および前述の１次冷媒／２次冷媒熱交換器１０が、２次冷媒の循環方向にこの順に設けられている。図１における１次冷媒回路１中、２次冷媒回路１１中の矢印は各冷媒の流れ方向を示している。２次冷媒としては、例えば水やブライン等を使用できる。
【００１３】
図１に示す車両用空調装置においては、車室内空気の冷却は２次冷媒／車室内空気熱交換器１２によって以下のようにして行われる。まず、膨張弁４によって減圧・膨張された１次冷媒と２次冷媒との熱交換が１次冷媒／２次冷媒熱交換器１０で行われ、２次冷媒が冷却される。冷却された２次冷媒は、２次冷媒回路１１中で循環ポンプ１７によって２次冷媒回路１１内を循環され、２次冷媒／車室内空気熱交換器１２にて、車室内空気との間で熱交換が行われ、車室内空気が冷却される。
【００１４】
そして、図１に示す車両用空調装置において、２次冷媒経路の経路切替は切替弁１３によって以下のようにして行われる。例えば、まず、空調起動時においては、２次冷媒が２次冷媒タンク１６内に流入した直後にタンク１６より排出される第二の２次冷媒経路１５を経由するよう、切替弁１３が２次冷媒経路を切り替える。これによって、２次冷媒タンク１６に滞留している２次冷媒の大部分は２次冷媒回路１１内を流動せず、２次冷媒回路１１内を流動する２次冷媒の流量は実質的に従来の２次冷媒回路とほぼ同様であるから、２次冷媒回路１１は従来通りの車室内冷房性能を発揮することができる。このような急速冷却モードは、空調起動時だけでなく、空調装置を長時間停止し２次冷媒温度が上昇してしまっている状態においても有用である。
【００１５】
一方、車室内が適度に冷却された時点では、切替弁１３によって２次冷媒経路を第一の２次冷媒経路１４へと切り替えることにより、２次冷媒が２次冷媒タンク１６内を停留しつつ通過して流れるようになり、２次冷媒タンク１６内の冷媒を含む回路内全体の２次冷媒を冷却しつつ車室内冷房を行うことができる。さらに、アイドリング停止時等にも、切替弁１３により２次冷媒経路を第一の２次冷媒経路１４へと切り替えることで、２次冷媒タンク１６内の冷媒を含む２次冷媒回路１１全体を使用でき、従来よりも大きな熱容量で車室内冷却を行うことができ、２次冷媒タンクを有していない従来の車両用空調装置よりも持続的に車室を冷却することが可能である。
【００１６】
図２は、本発明の一実施態様における２次冷媒タンクおよび２次冷媒経路の一例を示しており、とくに、第一、第二の２次冷媒経路が、タンク入口側の一方に設けられたタンク内まで延びる二つの冷媒配管と、タンク出口側の他方に設けられ前記二つの冷媒配管のうち一方の冷媒配管のタンク内開口端に対面するタンク内開口端を有する一つの冷媒配管とを用いて構成されている場合の概略構成を示している。図２に示す構成において、２次冷媒タンク１６には、タンク出口側に設けられた出口配管２０と、タンク入口側に設けられタンク内開口端が他のいずれの配管のタンク内開口端とも対面していない第一の入口配管２１と、第一の入口配管２１とは別のタンク入口側に設けられ出口配管２０のタンク内開口端に対面するタンク内開口端を有する第二の入口配管２２が設けられている。２次冷媒が第一の入口配管２１から出口配管２０へと流れる場合、その経路は２次冷媒が２次冷媒タンク１６内を停留しつつ通過して流れる前述の第一の２次冷媒経路を構成し、２次冷媒が第二の入口配管２２から出口配管２０へと流れる場合は、２次冷媒が２次冷媒タンク１６内に流入した直後にタンクより排出される前述の第二の２次冷媒経路を構成する。図１と同様に、図２における２次冷媒回路１１中の矢印は冷媒の流れ方向を示している。
【００１７】
図２（Ａ）に示すように２次冷媒が第一の入口配管２１から出口配管２０へと流れる場合、２次冷媒は２次冷媒タンク１６内を停留しつつ通過して流れることにより前述の第一の２次冷媒経路を構成する。このとき、２次冷媒回路１１における２次冷媒の流量は２次冷媒タンク１６内容量を含めたものとなり、２次冷媒回路１１全体の熱容量が増加するため、２次冷媒回路１１による冷却性能持続時間が増加するが、一方で、全２次冷媒の冷却に要する時間も増大する。この経路は、車室内が適度に冷却されており急速な冷却を必要としない場合や、アイドリング停止時等に２次冷媒の循環によって車室内を冷却する場合に有用である。
【００１８】
一方、図２（Ｂ）に示すように２次冷媒が第二の入口配管２２から出口配管２０へと流れる場合、２次冷媒は２次冷媒タンク１６内に流入した直後にタンクより排出され、前述の第二の２次冷媒経路を構成する。このとき、２次冷媒タンク１６内に滞留している２次冷媒の大部分は２次冷媒回路内を流動せず、２次冷媒回路における２次冷媒の流量は実質的に従来の２次冷媒回路とほぼ同様となり、２次冷媒回路１１は従来通りの車室内冷房性能を発揮することができる。この経路は、空調起動時や、空調装置を長時間停止した場合など、２次冷媒温度が上昇している状態で車室内を急速に冷却する必要がある場合に有用である。
【産業上の利用可能性】
【００１９】
本発明に係る車両用空調装置はあらゆる種類の車両に適用可能であり、とくに、冷媒として自然系冷媒や代替フロンを使用する車両用空調装置に好適なものである。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【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の装置における、２次冷媒タンクおよび２次冷媒経路の概略構成図である。
【符号の説明】
【００２１】
１  １次冷媒回路
２  圧縮機
３  凝縮器
４  膨張弁
１０  １次冷媒／２次冷媒熱交換器
１１  ２次冷媒回路
１２  ２次冷媒／車室内空気熱交換器
１３  切替弁
１４  第一の２次冷媒経路
１５  第二の２次冷媒経路
１６  ２次冷媒タンク
１７  循環ポンプ
２０  出口配管
２１  第一の入口配管
２２  第二の入口配管
【図１】
0005235515.tif 000002
【図２】
0005235515.tif 000003