(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車室内に配置した室内熱交換器と、エンジンルーム内に配置した室外熱交換器と、これらの室内熱交換器及び室外熱交換器を接続するとともに冷媒を封入した冷媒通路と、この冷媒通路内の冷媒蒸気を圧縮する圧縮機とを備え、前記冷媒の流れる方向を切換えることで車室内の暖房及び冷房を行う車両用ヒートポンプ式空調装置において、
前記室外熱交換器は、エンジンルーム内のエンジン前方に配置するとともに冷房時に放熱器として作動する第１室外熱交換器と、エンジンルーム内のエンジンの近傍に配置するとともにエンジンの熱を利用して暖房時に吸熱器として作動する第２室外熱交換器との２基で構成し、
前記第２室外熱交換器は、エンジンで暖められた空気を導入するファンを備えることを特徴とする請求項１記載の車両用ヒートポンプ式空調装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、外気温が低くしかも車速が高い場合でも、暖房能力を高め、車室内を効果的に暖房する車両用ヒートポンプ式空調装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両用ヒートポンプ式空調装置としては、例えば、特開昭６０−７６４１４号公報「車両用空調装置」が知られている。
同公報の第１図を以下の図８で説明する。なお、符号は振直した。
【０００３】
図８は従来のヒートポンプ式空調装置の説明図であり、空調装置は、サブエンジン１０１により駆動されるコンプレッサ１０２と、暖房時にコンプレッサ１０２から四方弁１０３を介して流れた高温高圧の冷媒ガスから放熱及び凝縮させるための室内側熱交換器１０４と、この室内側熱交換器１０４にレシーバ１０５を介して接続した暖房用膨張弁１０６と、この暖房用膨張弁１０６で絞られて膨張した冷媒ガスを蒸発させ吸熱するための室外側熱交換器１０７とからなり、冷媒ガスは室外側熱交換器１０７から四方弁１０３を介してコンプレッサ１０２に戻る。
【０００４】
また、サブエンジン１０１は、その駆動軸にギヤユニット１１１を介してラジエータ用ファン１１２を取付けたものであり、ギヤユニット１１１のギヤの噛み合いを変更することにより、ラジエータ用ファン１１２の回転方向を正方向、逆方向に切換える。即ち、外気温が低くて暖房能力が不足する場合には、通常、空気が矢印Ａの方向に流れるのをギヤユニット１１１でラジエータ用ファン１１２の回転方向を切換えて空気を矢印Ｂの方向へ流すことで、エンジン回りで暖められた空気を室外側熱交換器１０７へ導き、この室外側熱交換器１０７で効果的に吸熱できるようにする。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記空調装置では、車両が高速で走行する場合には、ラジエータ用ファン１１２による矢印Ｂの向きの空気の流れが走行風によって打ち消され、エンジン回りの暖められた空気を室外側熱交換器１０７に供給することができなくなり、吸熱が効果的に行われなくなって、暖房能力が低下する。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、車両用ヒートポンプ式空調装置を改良することで、外気温が低くしかも車速が高い場合でも、暖房能力を高め、車室内を効果的に暖房することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１は、車室内に配置した室内熱交換器と、エンジンルーム内に配置した室外熱交換器と、これらの室内熱交換器及び室外熱交換器を接続するとともに冷媒を封入した冷媒通路と、この冷媒通路内の冷媒蒸気を圧縮する圧縮機とを備え、冷媒の流れる方向を切換えることで車室内の暖房及び冷房を行う車両用ヒートポンプ式空調装置において、室外熱交換器を、エンジンルーム内のエンジン前方に配置するとともに冷房時に放熱器として作動する第１室外熱交換器と、エンジンルーム内のエンジンの近傍に配置するとともにエンジンの熱を利用して暖房時に吸熱器として作動する第２室外熱交換器との２基で構成し、第２室外熱交換器は、エンジンで暖められた空気を導入するファンを備えることを特徴とする。
【０００８】
エンジンの熱を利用して暖房時に第２室外熱交換器を吸熱器として作動させるため、外気温が低くしかも高速で走行している場合でも、第２室外熱交換器に着霜するのを防止することができる。従って、エンジン廃熱を効率良く吸収することができ、暖房能力を高めて室内を効果的に暖房することができる。また、冷房についても、第１室外熱交換器にて従来と同様に行うことができる。
【０００９】
更に、第２室外熱交換器は、エンジンで暖められた空気を導入するファンを備えることで、エンジンルーム内の暖まった空気をファンで第２室外熱交換器へ強制的に導くことができ、エンジンルーム内の第２室外熱交換器の設置場所の自由度を増すことができ、また、暖房効果を高めることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。
図１は本発明に係るヒートポンプ式空調装置の系統図であり、ヒートポンプ式空調装置１０（以下、単に「空調装置１０」と記す。）は、エンジンルーム内におけるエンジン１１の前方に配置した第１室外熱交換器１２と、同じくエンジンルーム内におけるエンジン１１の後方に配置した第２室外熱交換器１３と、第１室外熱交換器１２には直接に接続するとともに第２室外熱交換器１３には一方向弁１４を介して接続した４方弁１５と、車室内に配置し且つ一端を４方弁１５に接続するとともに他端を第１室外熱交換器１２に一方向弁１６及び電磁弁１７を介して接続し更に第２室外熱交換器１３には膨張弁１８及び電磁弁１７を介して接続した室内熱交換器２１と、冷媒の吐出側及び吸入側を共に４方弁１５に接続したコンプレッサ（圧縮機）２２とからなり、上記各構成部材を冷媒通路１０Ａ〜１０Ｈ、１０Ｊで接続し、冷媒を循環させる。上記の空調装置１０では、熱を低熱源から高熱源へ汲み上げるため、ヒートポンプ式と呼ばれる。
【００１１】
ここで、１０Ｋは冷媒通路１０Ａ，１０Ｇ，１０Ｈの接続部、１０Ｌは冷媒通路１０Ｅ，１０Ｆ，１０Ｊの接続部、２３は４方弁１５に付属するパイロット弁である。
上記した第１室外熱交換器１２と第２室外熱交換器１３とは、室外熱交換器２４を構成するものである。
【００１２】
第１室外熱交換器１２は、車室内を冷房するときに、内部を通過する高温高圧の冷媒ガスから放熱させて冷却し、液化させる、即ち、コンデンサ（凝縮器）として作動するものである。
【００１３】
第２室外熱交換器１３は、車室内を暖房するときに、吸熱することで内部を通過する冷媒ガスを気化させ膨張させる、即ち、エバポレータ（蒸発器）として作動するものである。
【００１４】
４方弁１５は、パイロット弁２３により冷媒ガスの流路を変更することによって、暖房と冷房とを切換えるものである。詳細は後述する。
電磁弁１７は、冷媒の流路を絞ることで膨張弁の役目をする、又は流路を全開にすることで膨張弁の機能を停止させるものであり、車室内を暖房するときには全開とし、車室内を冷房するときには膨張弁として第１室外熱交換器１２を通過した液状の冷媒を膨張させて低温低圧の霧状の冷媒にして室内熱交換器２１に供給する。
【００１５】
膨張弁１８は、車室内を暖房するときに、室内熱交換器２１を通過した液状の冷媒を膨張させて低温低圧の霧状の冷媒にして第２室外熱交換器１３に供給する。
【００１６】
室内熱交換器２１は、車室内を暖房するときに、内部を通過する高温高圧の冷媒ガスから放熱させて冷却し、液化させる、即ち、コンデンサとして作動し、車室内を冷房するときに、吸熱する（車室内を冷却する。）ことで内部を通過する冷媒ガスを気化させ膨張させる、即ち、エバポレータとして作動するものである。
コンプレッサ２２は、冷媒ガスを圧縮し、高温高圧の状態にするものである。
【００１７】
図２は本発明に係る空調装置を搭載した車両の側面図であり、エンジンルーム３１内にエンジン１１を配置し、このエンジン１１の前方にラジエータ３２及びラジエータ３２用のファン３３を配置し、更に、ラジエータ３２の前方に第１室外熱交換器１２を配置し、エンジン１１の後方に第２室外熱交換器１３及びこの第２室外熱交換器１３用のファン３４を配置し、第１室外熱交換器１２の一端にコンプレッサ２２を介して室内側空調ユニット３６内に設けた室内熱交換器２１の一端を接続するとともに、第１室外熱交換器１２の他端に膨張弁１８を介して室内熱交換器２１の他端を接続し、室内熱交換器２１の前方にファン３７を配置し、第１室外熱交換器１２に並列に第２室外熱交換器１３を接続し、エンジン１１の冷却水通路３８，４１とラジエータ３２とを冷却水配管４２，４３で接続し、冷却水通路３８，４１と室内側空調ユニット３６に設けた暖房用熱交換器４４とを暖房用配管４５，４６で接続したことを示す。
【００１８】
ここで、４８は暖房用配管４５に介設したウォータバルブ、５１は室内側空調ユニット３６内に設けたエアミックスダンパー、５２〜５４は室内側空調ユニット３６の車室５６側に設けた吹出口、５７はエンジンルーム３１と車室５６とを隔てる隔壁である。
【００１９】
以上に述べた空調装置１０の作用を次に説明する。
図３は本発明に係る空調装置の暖房時の作用を示す作用図である。
コンプレッサ２２を作動させると、矢印で示すように、コンプレッサ２２から４方弁１５を介して室内熱交換器２１へ高温高圧のガス状の冷媒が流れ、室内熱交換器２１から放熱する。これにより、車室内の暖房を行うことができる。
【００２０】
そして、ガス状の冷媒は温度が低下して液化し、この後、全開となった電磁弁１７を通過し、次に膨張弁１８を通過する際に膨張して圧力及び温度が低下して霧状の冷媒となり、第２室外熱交換器１３を通過する。このとき、冷媒は外気、即ち、エンジン１１で暖められた空気から吸熱して気化する。
第２室外熱交換器１３を通過したガス状の冷媒は、一方向弁１４及び４方弁１５を介してコンプレッサ２２に戻り、上記したサイクルを繰り返えす。
【００２１】
図４は本発明に係る空調装置の冷房時の作用を示す作用図である。
コンプレッサ２２を作動させると、矢印で示すように、コンプレッサ２２から４方弁１５を介して第１室外熱交換器１２に高温高圧のガス状の冷媒が流れ、第１室外熱交換器１２から放熱する。
【００２２】
第１室外熱交換器１２を通過したガス状の冷媒は温度が低下して液化し、この後、一方向弁１６を通過し、更に、流路を絞ることで膨張弁の役目をする電磁弁１７を通過する。このとき、液状の冷媒は膨張して圧力及び温度が低下して霧状の冷媒となって室内熱交換器２１を通過する。このとき、冷媒は車室内の空気から吸熱して気化する。これにより、車室内の空気を冷却し、車室内の冷房を行うことができる。この後、ガス状の冷媒は、４方弁１５を介してコンプレッサ２２に戻り、上記したサイクルを繰り返えす。
【００２３】
図５（ａ），（ｂ）は本発明に係る空調装置の４方弁の作用を示す作用図であり、（ａ）は暖房時、（ｂ）は冷房時の作用を示す。
（ａ）において、４方弁１５は、弁ケース６１と、この弁ケース６１内に移動可能に挿入した弁本体６２とからなる。
【００２４】
弁ケース６１は、冷媒を吸入する吸入口６４と、冷媒を吐出又は通過させる第１通口６５、第２通口６６及び第３通口６７と、弁本体６２を移動させるための負圧を作用させる第１吸引口７１及び第２吸引口７２とを備える。
【００２５】
第２通口６６は、パイロット弁２３に第１管路７４で接続した部分である。
第１吸引口７１及び第２吸引口７２は、それぞれ第２管路７５、第３管路７６でパイロット弁２３に接続した部分である。
【００２６】
弁本体６２は、常時、吸入口６４に臨むように長手方向に延ばして形成した第１共通溝７８と、この第１共通溝７８の各端部から長手方向に直交するように開けた第１横孔８１及び第２横孔８２と、これらの第１横孔８１及び第２横孔８２から弁本体６２の端面に貫通させた第１貫通孔８３及び第２貫通孔８４と、第１通口６５と第２通口６６とに臨む又は第２通口６６と第３通口６７とに選択的に臨む第２共通溝８５とを備える。
【００２７】
パイロット弁２３は、シリンダ８７と、このシリンダ８７内に移動可能に挿入したプランジャ８８と、このプランジャ８８を移動させるためにシリンダ８７の一端部に取付けたソレノイド９１と、プランジャ８８をソレノイド９１から離れる方向へ弾性力を発生させる第１スプリング９２と、プランジャ８８をソレノイド９１へ近づく方向へ弾性力を発生させる第２スプリング９３とからなる。
【００２８】
シリンダ８７は、側面に順に第１ポート９５、第２ポート９６及び第３ポート９７を備え、第１ポート９５は第２管路７５に接続し、第２ポート９６は第１管路７４に接続し、第３ポート９７は第３管路７６に接続する。
プランジャ８８は、先端近傍の部分を小径に形成することで、上記した第１ポート９５〜第３ポート９７での冷媒の流路を切換える部材であり、第１ポート９５を開閉する第１テーパ部９８と、第３ポート９７を開閉する第２テーパ部９９とを備える。
【００２９】
以上に述べたパイロット弁２３の作用を次に説明する。
ソレノイド９１に通電すると、プランジャ８８が白抜き矢印で示すようにソレノイド９１側に吸引され、プランジャ８８の第２テーパ部９９が第３ポート９７を閉じる。これにより、第１ポート９５と第２ポート９６とが連通する。
【００３０】
このとき、第２通口６６には冷媒が流れているため、この冷媒の流れによって第１管路７４内は負圧になり、破線で記した矢印の向きに冷媒が流れる、即ち、冷媒は弁ケース６１の第１吸引口７１から第２管路７５を通り、第１ポート９５、第２ポート９６を介して第１管路７４を通って第２通口６６に流れるため、弁本体６２は第１吸引口７１側に吸引されて移動する。
【００３１】
この結果、吸入口６４と第３通口６７とが連通するとともに、第１通口６５と第２通口６６とが連通するため、図３に示したように、冷媒がコンプレッサ２２から室内熱交換器２１へ流れるとともに、第２室外熱交換器１３からコンプレッサ２２へ流れて、車室内の暖房を行うことができる。
【００３２】
（ｂ）において、ソレノイド９１への通電を止めると、プランジャ８８は、第１スプリング９２の弾性力によって白抜き矢印で示すようにソレノイド９１から離れる向きに移動し、第１テーパ部９８が第１ポート９５を閉じる。これにより、第２ポート９６と第３ポート９７とが連通する。
【００３３】
このとき、第２通口６６には冷媒が流れているため、この冷媒の流れによって第１管路７４内は負圧になり、破線で記した矢印の向きに冷媒が流れる、即ち、冷媒は弁ケース６１の第２吸引口７２から第３管路７６を通り、第３ポート９７、第２ポート９６を介して第１管路７４を通って第２通口６６に流れるため、弁本体６２は第２吸引口７２側に吸引されて移動する。
【００３４】
この結果、吸入口６４と第１通口６５とが連通するとともに、第２通口６６と第３通口６７とが連通するため、図４に示したように、冷媒が、コンプレッサ２２から第１室外熱交換器１２へ流れるとともに、室内熱交換器２１からコンプレッサ２２へ流れて、車室内の冷房を行うことができる。
【００３５】
図６（ａ）〜（ｆ）は本発明に係る第２室外熱交換器及びファンのエンジンルーム内における配置例を示す側面図である。
（ａ）はエンジン１１の後方に第２室外熱交換器１３を配置し、この第２室外熱交換器１３の後方に、エンジン１１で暖められた空気を第２室外熱交換器１３に導入するファン３４を配置した状態を示す。（この状態は図２に示した状態である。なお、白抜き矢印はエンジン１１で暖められた空気の流れる方向を示す。以下同じ。）
【００３６】
（ｂ）はエンジン１１の上方に第２室外熱交換器１３を配置し、この第２室外熱交換器１３の上方にファン３４を配置した状態を示す。
（ｃ）はエンジン１１の後方斜め上方に第２室外熱交換器１３を配置し、この第２室外熱交換器１３の後方斜め上方にファン３４を配置した状態を示す。
（ｄ）はエンジン１１の上方に第２室外熱交換器１３を配置し、この第２室外熱交換器１３の下方にファン３４を配置した状態を示す。
【００３７】
（ｅ）はエンジン１１の下方に第２室外熱交換器１３を配置し、この第２室外熱交換器１３の下方にファン３４を配置した状態を示す。
（ｆ）はエンジン１１の後方斜め下方に第２室外熱交換器１３を配置し、この第２室外熱交換器１３の後方斜め下方にファン３４を配置した状態を示す。
【００３８】
図７は本発明に係る第２室外熱交換器及びファンのエンジンルーム内における他の配置例を示す図であり、（ａ）〜（ｃ）は平面図、（ｄ），（ｅ）は正面図である。
（ａ）はエンジン１１の右方斜め後方に第２室外熱交換器１３を配置し、この第２室外熱交換器１３の右方斜め後方にファン３４を配置した状態を示す。
【００３９】
（ｂ）はエンジン１１の右方に第２室外熱交換器１３を配置し、この第２室外熱交換器１３の右方にファン３４を配置した状態を示す。
（ｃ）はエンジン１１の右方斜め後方で且つ斜め上方を向けて第２室外熱交換器１３を配置し、この第２室外熱交換器１３の右方斜め後方で且つ斜め上方を向けてファン３４を配置した状態を示す。
【００４０】
（ｄ）はエンジン１１の右方斜め上方に第２室外熱交換器１３を配置し、この第２室外熱交換器１３の右方斜め上方にファン３４を配置した状態を示す。
（ｅ）はエンジン１１の右方斜め下方に第２室外熱交換器１３を配置し、この第２室外熱交換器１３の右方斜め下方にファン３４を配置した状態を示す。
【００４１】
上記した（ａ）〜（ｅ）の実施の形態の他に、（ａ）〜（ｅ）に示した車体中心線（車幅方向の中心線である。）ＣＬ１，ＣＬ２に対して、（ａ）〜（ｅ）の第２室外熱交換器１３及びファン３４と対称な位置にあるものも本実施の形態に含む。
【００４２】
以上の図１及び図２で説明したように、本発明は第１に、車室５６内に配置した室内熱交換器２１と、エンジンルーム３１内に配置した室外熱交換器２４と、これら室内熱交換器２１及び室外熱交換器２４を接続するとともに冷媒を封入した冷媒通路１０Ａ〜１０Ｈ，１０Ｊと、これらの冷媒通路１０Ａ〜１０Ｈ，１０Ｊ内の冷媒蒸気を圧縮するコンプレッサ２２とを備え、冷媒の流れる方向を切換えることで車室５６内の暖房及び冷房を行う車両用ヒートポンプ式空調装置１０において、室外熱交換器２４を、エンジンルーム３１内のエンジン１１の前方に配置するとともに冷房時に放熱器として作動する第１室外熱交換器１２と、エンジンルーム３１内のエンジン１１の近傍に配置するとともにエンジン１１の熱を利用して暖房時に吸熱器として作動する第２室外熱交換器１３との２基で構成したことを特徴とする。
【００４３】
エンジン１１の熱を利用して暖房時に第２室外熱交換器１３を吸熱器として作動させるため、外気温が低くしかも高速で走行している場合でも、第２室外熱交換器１３に着霜するのを防止することができる。従って、エンジン廃熱を効率良く吸収することができ、暖房能力を高めて車室５６内を効果的に暖房することができる。また、冷房についても、第１室外熱交換器１２にて従来と同様に行うことができる。
【００４４】
本発明は第２に、第２室外熱交換器１３に、エンジンルーム３１内の空気を導入するファン３４を備えることを特徴とする。
エンジンルーム３１内の暖まった空気をファン３４で第２室外熱交換器１３へ強制的に導くことができ、第２室外熱交換器１３をエンジンルーム３１内の各位置に自由に配置することができて、エンジンルーム３１内の第２室外熱交換器１３の設置場所の自由度を増すことができ、また、暖房効果をも高めることができる。
【００４５】
尚、本発明の実施の形態では、図６（ａ）〜（ｆ）及び図７（ａ）〜（ｅ）において、第２室外熱交換器１３及びファン３４の配置例を示したが、これに限らず、図６の（ｄ）以外の配置例及び図７（ａ）〜（ｅ）の配置例では、図６（ｄ）に示したように、ファン３４をエンジン１１と第２室外熱交換器１３との間に配置してもよい。
【００４６】
【発明の効果】
本発明は上記構成により次の効果を発揮する。
請求項１の車両用ヒートポンプ式空調装置は、室外熱交換器を、エンジンルーム内のエンジン前方に配置するとともに冷房時に放熱器として作動する第１室外熱交換器と、エンジンルーム内のエンジンの近傍に配置するとともにエンジンの熱を利用して暖房時に吸熱器として作動する第２室外熱交換器との２基で構成し、第２室外熱交換器は、エンジンで暖められた空気を導入するファンを備えるので、エンジンの熱を利用して暖房時に第２室外熱交換器を吸熱器として作動させるため、外気温が低くしかも高速で走行している場合でも、第２室外熱交換器に着霜するのを防止することができる。従って、エンジン廃熱を効率良く吸収することができ、暖房能力を高めて室内を効果的に暖房することができる。また、冷房についても、第１室外熱交換器にて従来と同様に行うことができる。
【００４７】
更に、第２室外熱交換器は、エンジンで暖められた空気を導入するファンを備えるので、エンジンルーム内の暖まった空気をファンで第２室外熱交換器へ強制的に導くことができて、エンジンルーム内の第２室外熱交換器の設置場所の自由度を増すことができ、また、暖房効果を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るヒートポンプ式空調装置の系統図
【図２】本発明に係る空調装置を搭載した車両の側面図
【図３】本発明に係る空調装置の暖房時の作用を示す作用図
【図４】本発明に係る空調装置の冷房時の作用を示す作用図
【図５】本発明に係る空調装置の４方弁の作用を示す作用図
【図６】本発明に係る第２室外熱交換器及びファンのエンジンルーム内における配置例を示す側面図
【図７】本発明に係る第２室外熱交換器及びファンのエンジンルーム内における別の配置例を示す図
【図８】従来のヒートポンプ式空調装置の説明図
【符号の説明】
１０…ヒートポンプ式空調装置、１０Ａ〜１０Ｈ，１０Ｊ…冷媒通路、１１…エンジン、１２…第１室外熱交換器、１３…第２室外熱交換器、２１…室内熱交換器、２２…圧縮機（コンプレッサ）、２４…室外熱交換器、３１…エンジンルーム、３４…ファン、５６…車室。
【図１】
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【図２】
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【図３】
0003990593.tif 000004
【図４】
0003990593.tif 000005
【図５】
0003990593.tif 000006
【図６】
0003990593.tif 000007
【図７】
0003990593.tif 000008
【図８】
0003990593.tif 000009