(57)【要約】【課題】ヒートポンプによって暖房を行う車両用空調装置において、暖房運転の再開時に速やかにヒートポンプの高い暖房能力を発揮させることのできる車両用空調装置を提供すること。【解決手段】この車両用空調装置は、冷媒を圧縮する圧縮器２１と、車室内へ送られる空気と圧縮器２１により圧縮された冷媒との間で熱を交換する熱交換器１５と、内部に液体を流して圧縮器２１から放出される熱を液体に吸収させる吸熱部２３と、内部に液体を流して通過する空気に液体の熱を放出させる放熱部１４と、吸熱部２３と放熱部１４との間で液体を循環させる循環手段２４，２５と、を具備し、熱交換器１５は、空気を車室内へ送る送風路に配置され、放熱部１４は、送風路の熱交換器１５より上流に配置される構成を採る。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒を圧縮する圧縮器と、
車室内へ送られる空気と前記圧縮器により圧縮された前記冷媒との間で熱を交換する熱交換器と、
内部に液体を流して前記圧縮器から放出される熱を前記液体に吸収させる吸熱部と、
内部に前記液体を流して通過する空気に前記液体の熱を放出させる放熱部と、
前記吸熱部と前記放熱部との間で前記液体を循環させる循環手段と、
を具備し、
前記熱交換器は、空気を車室内へ送る送風路に配置され、
前記放熱部は、前記送風路の前記熱交換器より上流に配置されている、
車両用空調装置。
【請求項２】
電気自動車またはハイブリッド電気自動車に搭載される、
請求項１記載の車両用空調装置。
【請求項３】
前記循環手段は、前記圧縮器および前記熱交換器を含むヒートポンプの停止時に前記液体の循環を停止させ、前記ヒートポンプが再始動したときに前記液体を循環させる、
請求項１記載の車両用空調装置。
【請求項４】
前記放熱部は、前記送風路の上流側で前記熱交換器に隣接して配置される、
請求項１記載の車両用空調装置。
【請求項５】
車室内の空気調節を行うヒートポンプに含まれる圧縮器と、
内部に液体を流して前記圧縮器から放出される熱を前記液体に吸収させる吸熱部と、
内部に前記液体を流して通過する空気に前記液体の熱を放出させる放熱部と、
前記吸熱部と前記放熱部との間で前記液体を循環させる循環手段と、
を具備し、
前記放熱部は、空気を車室内へ送る送風路に配置されている、
車両用空調装置。
【請求項６】
前記吸熱部は、
前記圧縮器の周囲に固定されて前記液体を流す配管と、
前記配管と前記圧縮器の周囲を覆う断熱材と、
を具備する、
請求項１又は５に記載の車両用空調装置。
【請求項７】
前記断熱材には蓄熱材が含まれる、
請求項６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、車両に搭載されて車室内の空気調節を行う車両用空調装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃式エンジンのみで駆動する自動車（ICEV：Internal Combustion Engine Vehicle）では、エンジンで大きな熱が発生するため、この熱を取り込むことで車室内の暖房を十分に行うことができる。一方、電気自動車（ＥＶ：Electric Vehicle）では、エンジンのように大きな熱を発生する機構がない。また、ハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ：Hybrid Electric Vehicle）では、エンジンの作動が特定の状況に制限される場合があり、そのため、エンジンから十分な熱を取り込めない期間が生じる。よって、近年では、電気自動車またはハイブリッド電気自動車に搭載される車両用空調装置として、ヒートポンプを用いて車室内の暖房を行う構成が検討されている。
【０００３】
また、本願発明に関連する技術として、特許文献１、２には、車載冷凍サイクルにおいてアイドリングエンジン停車時等に蓄冷した熱エネルギーを利用して、空調空気の冷却を行う技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１１３９０４号公報
【特許文献２】特開２００９−２２９０１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ヒートポンプを利用した空調装置では、暖房運転の開始時に暖房能力が速やかに上がらず、温かい空気が供給されるまでに比較的に長い時間を要するという課題がある。これは、主として外気の影響で冷媒が冷えていると、冷媒のガス圧の低下により、圧縮器において大きな圧力で冷媒を圧縮することができず、冷媒の温度および圧力を速やかに上昇させることができないためである。一旦、冷媒の温度が上がって冷媒のガス圧が高くなれば、圧縮器において大きな圧力で冷媒を圧縮できるようになり、ヒートポンプの高い暖房能力が発揮される。
【０００６】
このような暖房能力の一時的な低下は、ヒートポンプが長く停止していた場合にのみ生じるものではなく、ヒートポンプの運転を一旦停止して、暫くして運転を再開する場合にも同様に生じる。ヒートポンプの運転が停止すると、圧縮器による冷媒の圧縮が解除されて、外気温度等の影響で冷媒の圧力が一気に低下してしまう。そして、外気温が低いときには冷媒の温度がそのまま低下してしまう。
【０００７】
ここで、例えば、車両の搭乗者が、車両と空調装置の運転とを一旦停止して、少しの期間（２０分〜１時間程度）だけ車両から離れ、その後、車両に戻って暖房運転を再起動させた場合を想定する。ヒートポンプを利用した従来の暖房装置では、このように一旦空調装置を停止させただけでも、その後に再起動させたときに、温かい空気が供給されるまで比較的に長い時間がかかるという課題が発生する。
【０００８】
また、上記特許文献１、２に開示される冷却に関する技術を、暖房の技術に転用したとしても、ヒートポンプの運転開始時における一時的な暖房能力の低下を補うことは難しい。
【０００９】
本発明の目的は、ヒートポンプによって暖房を行う車両用空調装置において、暖房運転の再開時に速やかにヒートポンプの高い暖房能力を発揮させることのできる車両用空調装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一態様に係る車両用空調装置は、冷媒を圧縮する圧縮器と、車室内へ送られる空気と前記圧縮器により圧縮された前記冷媒との間で熱を交換する熱交換器と、内部に液体を流して前記圧縮器から放出される熱を前記液体に吸収させる吸熱部と、内部に前記液体を流して通過する空気に前記液体の熱を放出させる放熱部と、前記吸熱部と前記放熱部との間で前記液体を循環させる循環手段と、を具備し、前記熱交換器は、空気を車室内へ送る送風路に配置され、前記放熱部は、前記送風路の前記熱交換器より上流に配置されている構成を採る。
【００１１】
本発明の一態様に係る車両用空調装置は、車室内の空気調節を行うヒートポンプに含まれる圧縮器と、内部に液体を流して前記圧縮器から放出される熱を前記液体に吸収させる吸熱部と、内部に前記液体を流して通過する空気に前記液体の熱を放出させる放熱部と、前記吸熱部と前記放熱部との間で前記液体を循環させる循環手段と、を具備し、前記放熱部は、空気を車室内へ送る送風路に配置されている構成を採る。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、暖房運転の再開時に、圧縮器の熱を利用してヒートポンプの冷媒の温度を上げることができる。よって、ヒートポンプの暖房能力を速やかに高めることができて、車室内を速やかに暖房することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施の形態の車両用空調装置の風路構成を示す図
【図２】実施の形態の車両用空調装置の冷媒および冷却水の回路構成を示す模式図
【図３】コンプレッサーおよび放熱器の周辺を示す構成図
【図４】コンプレッサーおよび吸熱器の構成を示す斜視図
【図５】吸熱器の構成を示す斜視図
【図６】冷却水ポンプの作動と停止のタイミングを示す図表
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の各実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００１５】
［構成の説明］
図１は、本発明の実施の形態の車両用空調装置の風路構成を示す図である。図２は、実施の形態の車両空調装置の冷媒および冷却水の回路構成を示す模式図である。
【００１６】
本発明の実施の形態の車両用空調装置は、図１および図２に示すように、送風路１１と、ファン１２と、エバポレータ１３と、放熱器１４と、室内熱交換器１５と、導入ドア１６と、冷暖切替ドア１７と、室外熱交換器１８と、室外ファン１９と、膨張弁２０と、コンプレッサー２１と、四方弁２２と、吸熱器２３と、冷却水配管２４と、冷却水ポンプ（循環手段に相当）２５とを備えている。
【００１７】
これらの構成のうち、室内熱交換器１５、膨張弁２０、室外熱交換器１８、コンプレッサー２１および四方弁２２等が、循環する冷媒を圧縮および膨張させて低温部から高温部へ熱を移動させるヒートポンプを構成する。これら各部の詳細は続いて説明する。
【００１８】
送風路１１は、導入口から導入された空気を車室内へ送る流路である。導入口には、外気または外気と内気とが混合された空気が導入される。導入口には導入ドア１６が設けられ、導入ドア１６の開閉により送風量が調整される。送風路１１の風路内には、ファン１２、エバポレータ１３、放熱器１４、室内熱交換器１５および冷暖切替ドア１７が配置されている。
【００１９】
ファン１２は、送風路１１内に静圧を与えて、送風路１１に風を流す。
【００２０】
エバポレータ１３は、作動時に冷たい冷媒が流されて、通過する空気の冷却および除湿を行う。このエバポレータ１３は、図２に示すヒートポンプの冷媒回路に接続されて、冷媒の経路を切り替えることで冷たい冷媒が流れる状態と、冷媒が流れない状態とに切り替えられる構成としてもよい。エバポレータ１３は、冷房運転時に、冷たい冷媒を流して空気を冷却する。また、エバポレータ１３は、暖房運転時に、冷媒の流れが停止されて何も作用しないか、或いは、少しの冷えた冷媒が流れて、空気を除湿する。
【００２１】
放熱器１４は、内部に温められた冷却水（例えば、ＬＬＣ（Long Life Coolant））を流して、通過する空気と冷却水との間で熱を交換する。
【００２２】
室内熱交換器１５は、ヒートポンプの暖房運転時に、内部に温められた冷媒を流して、通過する空気と冷媒との間で熱を交換するコンデンサーである。室内熱交換器１５は、ヒートポンプの暖房運転時に車室内へ送られる空気を温める。
【００２３】
冷暖切替ドア１７は、送風路１１を流れる空気を放熱器１４および室内熱交換器１５を通過させるか否かを切り替えるドアである。暖房運転時には、送風路１１の放熱器１４側を開とし、放熱器１４を迂回する側を閉とする。冷房運転時には、この逆に切り替えられる。
【００２４】
室外熱交換器１８は、ヒートポンプの暖房運転時に、内部に冷やされた冷媒を流して、通過する空気と冷媒との間で熱を交換する。室外熱交換器１８は、ヒートポンプの暖房運転時に、室外ファン１９により車室外で外気等から熱を取り込むように作用する。
【００２５】
膨張弁２０は、圧縮された冷媒を膨張させて冷媒を低温にする弁である。
【００２６】
コンプレッサー２１は、電気的に或いはエンジンの動力を導いて駆動し、冷媒を圧縮して冷媒を高温かつ高圧にする。コンプレッサー２１は、駆動時に、ジュール熱および摩擦熱などによって発熱する。
【００２７】
四方弁２２は、ヒートポンプの冷媒の流れの向きを切り替える弁である。冷媒の流れの向きを切り替えることで、暖房時に室外熱交換器１８に高温および高圧の冷媒を流し、冷房時に室外熱交換器１８に低温および低圧の冷媒を流すことができる。
【００２８】
吸熱器２３は、コンプレッサー２１で発生した熱を吸収して内部を流れる冷却水を温める。吸熱器２３は、吸収した熱を蓄熱する機能も有している。吸熱器２３の詳細は後述する。
【００２９】
冷却水配管２４および冷却水ポンプ２５は、吸熱器２３と放熱器１４との間で冷却水を循環させる構成である。
【００３０】
図３は、コンプレッサーおよび放熱器の周辺を示す構成図、図４は、コンプレッサーおよび吸熱器の構成を示す斜視図、図５は、吸熱器の構成を示す斜視図である。
【００３１】
図３に示すように、放熱器１４は、一般的なラジエーターと同様の構成である。特に制限されないが、放熱器１４は、内部に２つの配管２４の一方から供給されて他方から排出する冷却水を流す配管がめぐらされ、この配管に高い熱伝導性を有する状態で複数のフィン１４ａが接続されて構成されている。
【００３２】
吸熱器２３は、図３〜図５に示すように、マット状の断熱材２３ａと、熱伝導性の高い配管２３ｂとを備えている。断熱材２３ａは、断熱性の高い部材が外側を覆い、内側に蓄熱性を有する部材が含まれる。配管２３ｂは、コンプレッサー２１の周囲に熱伝導性の高い状態で固定され、その周囲を断熱材２３ａが覆っている。
【００３３】
或いは、配管２３ｂおよび断熱材２３ａは柔軟な材質により構成されるとともに、配管２３ｂは断熱材２３ａの内側となる面の近傍に固定されて、断熱材２３ａと配管２３ｂとが一体的に構成されていてもよい。この構成により、断熱材２３ａと配管２３ｂとを一体的にコンプレッサー２１の周囲に固定することができる。
【００３４】
なお、図４に示すように、吸熱器２３において冷却水を流す配管２４と、コンプレッサー２１の冷媒が流れる配管口２１ａ，２１ｂとは独立したものであり、両者は交わることはない。
【００３５】
［動作の説明］
次に、上記のように構成される本実施の形態の車両用空調装置の動作について説明する。
【００３６】
図６は、冷却水ポンプ（Ｗ／Ｐ：Water Pump）の作動および停止のタイミングを示す図表である。
【００３７】
冷却水ポンプ２５は、暖房運転時に作動して冷却水を循環させる。一方、冷却水ポンプ２５は、車両のキーオフ時には、ヒートポンプとともに停止される。また、冷却水ポンプ２５は、冷房運転時には停止のままにされる。
【００３８】
＜暖房運転−運転停止−暖房運転再開の動作＞
暖房運転時には、各部は次のように動作する。すなわち、図１に示すように、導入ドア１６は開き、ファン１２は駆動し、冷暖切替ドア１７は放熱器１４側が開くように切り替えられる。
【００３９】
また、図２に示すように、コンプレッサー２１が駆動して、高温且つ高圧にされた冷媒が室内熱交換器１５を流れ、膨張弁２０により低温且つ低圧にされた冷媒が室外熱交換器１８を流れる。また、室外ファン１９が駆動して、室外熱交換器１８で熱交換が行われる。なお、エバポレータ１３には、冷媒が流されないか、或いは、除湿用に少しの冷媒が流される。
【００４０】
さらに、先に述べたように、冷却水ポンプ２５が駆動して、吸熱器２３と放熱器１４との間で冷却水が循環される。
【００４１】
これらの動作により、コンプレッサー２１で発生した熱が吸熱器２３を介して放熱器１４へ伝えられ、放熱器１４の温度が上昇する。さらに、室内熱交換器１５は圧縮された冷媒により高い温度になる。そして、導入口から導入された空気は、送風路１１内で、先ず、放熱器１４を通過して温められ、さらに、室内熱交換器１５を通過してより温められる。そして、温められた空気が車室内へ供給される。
【００４２】
続いて、搭乗者が車両をキーオフにして、暖房運転を停止したとする。この場合、コンプレッサー２１の駆動が解除されることで、ヒートポンプを流れる冷媒は全体が減圧される。そして、冷えた外気により時間の経過に伴って比較的速く冷えていく。
【００４３】
また、暖房運転の停止により、ファン１２が停止して送風路１１の空気も停止する。
【００４４】
さらに、キーオフの操作により、冷却水ポンプ２５が停止して、コンプレッサー２１の余熱が吸熱器２３に蓄熱される。
【００４５】
次いで、暖房運転の停止から例えば、２０分から１時間程度の時間を開けて、搭乗者が車両をキーオンにして、暖房運転を再開したとする。これらの操作により、ファン１２、室外ファン１９、コンプレッサー２１および冷却水ポンプ２５が作動する。
【００４６】
このとき、冷媒は低温でガス圧が低くなっているが、圧縮元であるコンプレッサー２１は吸熱器２３の断熱材２３ａおよびその中の蓄熱材により断熱および保温された状態にある。よって、コンプレッサー２１の内部の温度は、下がりにくくなっており、そのため、起動時にコンプレッサー２１内に冷えた液冷媒が溜まることが回避される。よって、液圧縮起動による信頼性低下や異音発生等が抑えられ、コンプレッサー２１はスムーズに起動可能となる。
【００４７】
一方、キーオンの操作により、冷却水ポンプ２５が作動することで、吸熱器２３で蓄熱されていた熱が放熱器１４へ移動する。また、この段階においてコンプレッサー２１で発生した熱が放熱器１４へ移動する。そして、送風路１１内で放熱器１４を通過した温められた空気が、まださほど温かくなっていない室内熱交換器１５を通過して、室内熱交換器１５に熱を与える。この作用によって、冷媒が温まり、ヒートポンプ内の冷媒が一定のガス圧まで上昇する期間を短くすることができる。
【００４８】
冷媒のガス圧が上昇すると、コンプレッサー２１は冷媒を高い圧力で圧縮することができるようになり、冷媒の温度を一気に上昇させることができる。それにより、暖房再開から短い期間でヒートポンプの高い暖房能力が回復し、温かい空気を車室内へ供給することができる。
【００４９】
＜冷房運転＞
冷房運転時には、エバポレータ１３に低温の冷媒が流される。また、冷却水ポンプ２５が停止され、冷暖切替ドア１７が放熱器１４側の流路が閉まるように切り替えられる。また、コンプレッサー２１が断熱材２３ａの中の蓄熱材等により保温されているため、コンプレッサー２１の起動時にコンプレッサー２１内に冷えた液冷媒が溜まりにくくなっている。よって、液圧縮起動による信頼性低下や異音発生等が抑えられ、冷房運転においてもコンプレッサー２１はスムーズに起動機能となる。
【００５０】
よって、吸熱器２３および放熱器１４は車室内へ送られる空気に何ら作用せず、エバポレータ１３により冷やされた空気が車室内へ送られる。
【００５１】
以上のように、この実施の形態の車両用空調装置によれば、暖房運転の再開時に、コンプレッサー２１の熱を利用してヒートポンプの冷媒の温度を上けることができる。よって、ヒートポンプの暖房能力を速やかに高めて、車室内を速やかに暖房することができる。
【００５２】
以上、本発明の実施の形態について説明した。
【００５３】
なお、上記実施の形態では、四方弁を含むヒートポンプの構成を例にとって説明したが、ヒートポンプの構成は特に制限されるものでなく、四方弁を含まずに冷房運転と暖房運転とで冷媒が常に一定方向に流れる構成を採用することもできる。この場合、ヒートポンプに備わる高圧且つ高温の冷媒が流れる第１の熱交換器と、低圧且つ低温の冷媒が流れる第２の熱交換器とは、室内熱交換器と室外熱交換器という位置づけにではなく、選択的に何れかの熱交換器を通過した空気が車室内に導かれる構成となる。このような構成においても、高圧且つ高温の冷媒が流される第１熱交換器の上流側に放熱器を設置することで、上記実施の形態と同様の作用を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明は、電気自動車またはハイブリッド電気自動車に搭載される空調装置に有用に適用できる。
【符号の説明】
【００５５】
１１  送風路
１２  ファン
１４  放熱器
１５  室内熱交換器
１７  冷暖切替ドア
２１  コンプレッサー
２３  吸熱器
２４  冷却水配管
２５  冷却水ポンプ
【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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