(57)【要約】【課題】限られたスペースにおいても部品の設置スペースの確保が容易となり、省スペース化の要請にも応じることができ、配管作業も簡略化することができ、さらに部品のレイアウトも容易に行うこと。【解決手段】車両用空調装置１は、車両の室内に送られる空気を加熱するヒーターコア３１とエンジン４０との間を冷却液が循環する冷却液回路３と、冷媒が循環する冷媒回路２と、を備え、ヒーターコア３１とエンジン４０との間において冷却液回路３と冷媒回路２とは少なくとも一部の区間において多重管１１，１２により形成されており、多重管１１，１２の内管により仕切られた異なる領域に冷媒および冷却液がそれぞれ流れて熱交換を行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両の室内に送られる空気を加熱するヒーターコアと前記車両の発熱部品との間を冷却液が循環する冷却液回路と、
冷媒が循環する冷媒回路と、
を備え、
前記ヒーターコアと前記発熱部品との間において前記冷却液回路と前記冷媒回路とは少なくとも一部の区間において多重管により形成されており、
前記多重管の内部の伝熱管により仕切られた異なる領域に前記冷媒および前記冷却液がそれぞれ流れて熱交換を行う
車両用空調装置。
【請求項２】
前記少なくとも一部の区間は、前記冷却液が前記ヒーターコアに向かう区間であり、コンプレッサにより圧縮された前記冷媒は、前記多重管において前記冷却液との間で熱交換を行って凝縮する請求項１に記載の車両用空調装置。
【請求項３】
前記少なくとも一部の区間は、前記冷却液が前記発熱部品に向かう区間であり、前記冷媒は、前記多重管において前記冷媒よりも温度が高い冷却液との間で熱交換を行って蒸発する請求項１に記載の車両用空調装置。
【請求項４】
前記冷却液は、前記冷媒の外側を流れる請求項２に記載の車両用空調装置。
【請求項５】
前記冷却液は、前記冷媒の内側を流れる請求項３に記載の車両用空調装置。
【請求項６】
前記少なくとも一部の区間は、前記冷却液が前記ヒーターコアに向かう区間であり、コンプレッサにより圧縮された前記冷媒が、前記多重管において前記冷却液との間で熱交換を行って凝縮し、さらに前記熱交換の後、前記多重管において前記冷却液との間で熱交換を行って蒸発する請求項１に記載の車両用空調装置。
【請求項７】
前記冷却液は、前記コンプレッサにより圧縮された冷媒の外側を流れ、前記熱交換の後、前記冷却液との間で熱交換を行う冷媒は、前記冷却液の外側を流れる請求項６に記載の車両用空調装置。
【請求項８】
前記冷媒を圧縮するコンプレッサと、
前記冷媒と車両の室内に送られる空気との間で熱交換を行うエバポレータと、
前記冷媒を放熱させ、該冷媒を凝縮させるコンデンサと、
前記冷媒回路のうち、前記コンプレッサ、前記エバポレータ、前記コンデンサを含む冷媒回路に冷媒が流れる状態と、前記コンプレッサ、前記多重管を含む冷媒回路に冷媒が流れる状態とに切り替え可能な切替手段と、
を具備する請求項１〜７のいずれか１項に記載の車両用空調装置。
【請求項９】
前記エバポレータから前記コンプレッサに冷媒を流す通路に配置された逆止弁をさらに具備する請求項８に記載の車両用空調装置。
【請求項１０】
前記コンデンサにおいて凝縮した冷媒を膨張させて前記エバポレータに吐出する膨張部をさらに具備する請求項８または９に記載の車両用空調装置。
【請求項１１】
前記切替手段は、前記コンプレッサの吐出口側に、前記コンプレッサ、前記エバポレータ、前記コンデンサを含む冷媒回路への冷媒の流れを遮断する第１開閉弁と、前記コンプレッサ、前記多重管を含む冷媒回路への冷媒の流れを遮断する第２開閉弁とを有する請求項８〜１０のいずれか１項に記載の車両用空調装置。
【請求項１２】
前記切替手段は、前記コンプレッサの吐出口側に三方弁を有する請求項８〜１０のいずれか１項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する。
【背景技術】
【０００２】
従来、車両用空調装置として、暖房時にエンジン冷却水の熱を利用して車室内を暖房する温水式ヒータの構成を基本としつつ、ヒートポンプによりエンジン冷却水をさらに加熱することで、暖房性能を向上させる技術が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。
【０００３】
この車両用空調装置は、ヒーターコアへ流入するエンジン冷却水を、コンデンサによって高温高圧の冷媒と熱交換させて加熱し、ヒーターコアから流出したエンジン冷却水を、エバポレータによって低温低圧の冷媒と熱交換させて冷却し、エンジンに送出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−７６８３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、ヒートポンプを利用した従来の車両用空調装置では、コンデンサとエバポレータの２つの熱交換器が必要であり、熱交換器はその構造上、相当の容積を備えた部品であるため、限られたエンジンルームに設置するに際し、設置スペースの確保が難しいという問題があった。
【０００６】
また、エンジンルームにおいて、２つの熱交換器、および、エンジンを含む各部品間を結ぶ冷媒配管や冷却液配管を取り回す必要があるため、部品のレイアウトが難しくなるばかりでなく、他の部品の設置スペースが制限される虞もあった。
【０００７】
本発明の目的は、限られたスペースにおいても部品の設置スペースの確保が容易となり、省スペース化の要請にも応じることができ、配管作業も簡略化することができ、さらに部品のレイアウトも容易に行うことが可能な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】
【０００８】
本発明の一態様に係る車両用空調装置は、車両の室内に送られる空気を加熱するヒーターコアと車両の発熱部品との間を冷却液が循環する冷却液回路と、冷媒が循環する冷媒回路と、を備え、ヒーターコアと発熱部品との間において冷却液回路と冷媒回路とは少なくとも一部の区間において多重管により形成されており、多重管の内部の伝熱管により仕切られた異なる領域に冷媒および冷却液がそれぞれ流れて熱交換を行う。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、限られたスペースにおける部品の設置スペースの確保が容易となり、省スペース化の要請にも応じることができ、配管作業も簡略化することができ、さらに部品のレイアウトも容易に行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態１の車両用空調装置を示す構成図
【図２】本発明の実施の形態１の車両用空調装置の第１二重管を拡大して示す斜視図
【図３】本発明の実施の形態１の車両用空調装置の第２二重管を拡大して示す斜視図
【図４】本発明の実施の形態１の車両用空調装置の暖房時における動作を説明する図
【図５】本発明の実施の形態１の車両用空調装置の冷房時における動作を説明する図
【図６】本発明の実施の形態２の車両用空調装置を示す構成図
【図７】本発明の実施の形態２の車両用空調装置の三重管を拡大して示す斜視図
【図８】本発明の実施の形態２の車両用空調装置の暖房時における動作を説明する図
【図９】本発明の実施の形態２の車両用空調装置の冷房時における動作を説明する図
【図１０】本発明の実施の形態３の多重管を拡大して示す斜視図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
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。
【００１２】
［実施の形態１］
図１は、本発明の実施の形態１の車両用空調装置を示す構成図である。本発明の実施の形態１に係る車両用空調装置１は、車両の発熱部品に相当するエンジン（内燃機関）４０を備えた車両に搭載され、車室内の空気調整を行う装置である。車両用空調装置１は、エンジンルーム内に配置されている。
【００１３】
本発明の実施の形態１の車両用空調装置１は、コンプレッサ１０、室外コンデンサ２０、ヒーターコア３１、エバポレータ３２、エンジン４０、開閉弁５１，５２、膨張弁５３，５４、逆止弁５５と、これらの間で冷媒を流す冷媒配管からなる冷媒回路２、および、冷却液を流す冷却液配管からなる冷却液回路３等を具備する。
【００１４】
冷媒回路２のうち、コンプレッサ１０、ヒーターコア３１の間を環状に結ぶ冷媒配管は、暖房用の冷媒回路２Ａをなし（図１の実線の矢印を参照）、また、コンプレッサ１０、室外コンデンサ２０、エバポレータ３２の間を環状に結ぶ冷媒配管は、冷房用の冷媒回路２Ｂをなしている（図１の点線の矢印を参照）。ここで暖房用の冷媒回路２Ａは、ヒーターコア３１を通過した後の低圧の冷媒が通る第１冷媒回路２Ａ１と、コンプレッサ１０から吐出された高圧の冷媒が通る第２冷媒回路２Ａ２とに区分けされる。
【００１５】
なお、暖房用の冷媒回路２Ａは、必ずしもヒーターコア３１やエンジン４０を経由させる必要はない。実施の形態１では、環状に延びる冷媒回路２Ａを、ヒーターコア３１とエンジン４０を境として別々の二重管とするため、ヒーターコア３１やエンジン４０を経由させているが、ヒーターコア３１やエンジン４０の手前で迂回するように配管してもよい。
【００１６】
冷却液回路３の冷却液配管は、エンジン４０、および、ヒーターコア３１の間を環状に結ぶように構成されている（図１の一点鎖線の矢印を参照）。ここで冷却液回路３は、ヒーターコア３１から送出された冷却液をエンジン４０へ導入させる第１冷却液回路３Ａと、エンジン４０から送出された冷却液をヒーターコア３１に導く第２冷却液回路３Ｂと、に区分けされる。
【００１７】
ここで、第１冷媒回路２Ａ１、および、第１冷却液回路３Ａは、図２に示されるように、少なくとも一部の区間で伝熱管である内管と外管とを有する二重管（以下、第１二重管１１と呼ぶ。）により構成される。そして、上記区間では、二重管の内管により第１冷却液回路３Ａが構成され、内管の外側と外管により第１冷媒回路２Ａ１が構成される。
【００１８】
これにより、上記区間において冷媒と冷却液との間で熱交換がなされ、冷媒が蒸発する。ここで、第１冷媒回路２Ａ１が第１冷却液回路３Ａを囲むように形成されるので、冷却液の熱を冷媒に効果的に伝えることができる。
【００１９】
第２冷媒回路２Ａ２、および、第２冷却液回路３Ｂも、図３に示されるように、少なくとも一部の区間で伝熱管である内管と外管とを有する二重管（以下、第２二重管１２と呼ぶ。）により構成される。そして、上記区間では、二重管の内管により第２冷媒回路２Ａ２が構成され、内管の外側と外管により第２冷却液回路３Ｂが構成される。
【００２０】
これにより、上記区間において冷媒と冷却液との間で熱交換がなされ、冷媒が凝縮する。ここで、第２冷却液回路３Ｂが第２冷媒回路２Ａ２を囲むように形成されるので、冷媒の熱を冷却液に効果的に伝えることができる。
【００２１】
また、エンジン４０は、エンジン冷却部（図示せず）を備えている。エンジン冷却部は、例えば、エンジン４０の周囲に冷却液を流すウォータジャケットと、ウォータジャケットに冷却液を流すポンプとを具備し、ウォータジャケットに流れる冷却液へエンジン４０から排熱を放出させる。ポンプは、例えば、エンジン４０の動力により回転する。
【００２２】
エンジン４０（のエンジン冷却部）の冷却液の導入口は、第１冷却液回路３Ａの終端側に連通されている。また、エンジン４０（のエンジン冷却部）の冷却液の送出口は、第２冷却液回路３Ｂの始端側に連通されている。なお、エンジン冷却部には、エンジン４０の排熱量が多くなった場合に、熱を外気に放出するラジエータが備わっていてもよい。
【００２３】
冷却液は、例えば、ＬＬＣ（Long Life Coolant）等の不凍液であり、熱を輸送するための液体である。冷却液回路３における冷却液の移送には、エンジン冷却部が備えるポンプを用いることができる。これにより、装置のコストの低減および装置の設置スペースの縮小を図ることができる。冷却液の移送能力を高めるために、冷却液回路３の他の個所にポンプをさらに追加してもよい。
【００２４】
コンプレッサ１０は、エンジンの動力または電気により駆動して、吸入した冷媒を圧縮し、高温高圧の冷媒を吐出する装置である。コンプレッサ１０で圧縮された冷媒は、コンプレッサ１０の吐出口より冷媒配管を通ってヒーターコア３１または室外コンデンサ２０のいずれかに送られる。ヒーターコア３１またはエバポレータ３２から流出する低温低圧の冷媒は、コンプレッサ１０の吸入口から吸入される。
【００２５】
コンプレッサ１０の吐出口から延びる冷媒配管は、暖房用の冷媒回路２Ａのうちヒーターコア３１の冷媒導入口に至る第２冷媒回路２Ａ２の配管と、冷房用の冷媒回路２Ｂを通り室外コンデンサ２０の冷媒導入口に至る配管とに分岐する分岐部を有し、当該分岐部に至るコンプレッサ１０の吐出口からの配管は、暖房用と冷房用とで共通のものとなっている。また、上記分岐部と室外コンデンサ２０の冷媒導入口との間の配管には、冷媒の流れを遮断可能な第１開閉弁５１が配置されている。一方、上記分岐部とヒーターコア３１の冷媒導入口との間の配管には、冷媒の流れを遮断可能な第２開閉弁５２が配置されている。
【００２６】
第１開閉弁５１および第２開閉弁５２は、例えば、電気的な制御により開閉を切り替える弁であり、閉じたときに冷媒の流れを遮断する。例えば、第１開閉弁５１および第２開閉弁５２として、電磁弁の一種であるパイロット式弁が用いられる。パイロット式弁は、小孔を開閉させることで流体の流れを制御し、それによって生じる流体の圧力差を利用して弁体を作動させる弁である。第１開閉弁５１、第２開閉弁５２を配置する冷媒配管の個所は、冷媒が流れる方向は常に一定であるため、パイロット式弁を採用することができる。パイロット式弁の場合、冷媒の圧力が高くても問題なく作動させることができる。
【００２７】
第１開閉弁５１および第２開閉弁５２の開閉の切り替え制御により、コンプレッサ１０から吐出された高温高圧の冷媒が、室外コンデンサ２０を含む冷房用の冷媒回路２Ｂに送出されるか、または、ヒーターコア３１に至る第２冷媒回路２Ａ２に送出されるのかが選択される。また、第１開閉弁５１および第２開閉弁５２の代わりに三方弁を用いることとしてもよい。
【００２８】
なお、前述の第２二重管１２は、暖房時にサブコンデンサとして機能し、コンプレッサ１０から吐出された高温高圧の冷媒と冷却液との間で熱交換を行う。第２二重管１２の内管で構成される第２冷媒回路２Ａ２には、暖房時にコンプレッサ１０から高温高圧の冷媒が送られて、高温高圧の冷媒から冷却液へ熱を放出させ、高温高圧の冷媒が凝縮する。第２冷媒回路２Ａ２の冷媒導入口となる端部は、コンプレッサ１０の吐出口に連通しており、第２冷媒回路２Ａ２のもう一方の端部は、第１冷媒回路２Ａ１に連通する。
【００２９】
第２二重管１２の内管の外側と外管で構成される第２冷却液回路３Ｂには、エンジン４０の排熱を吸収した後の温まった冷却液が送られて、内管の内側を流れる高温高圧の冷媒から熱を吸収する。第２冷却液回路３Ｂの始端側は、エンジン４０のエンジン冷却部の冷却液の送出口に連通されており、第２冷却液回路３Ｂの配管は、その始端側に近い位置から第２冷媒回路２Ａ２を構成する内管の外周を囲むように形成されている。一方、第２冷却液回路３Ｂの終端側は、ヒーターコア３１の冷却液の導入口に連通している。
【００３０】
また、第１二重管１１は、暖房時にサブエバポレータとして機能し、ヒーターコア３１を通過後に低圧となった冷媒と冷却液との間で熱交換を行う。第１二重管１１の内管で構成される第１冷却液回路３Ａには、ヒーターコア３１を通った後の冷媒よりも温度が高い冷却液が送られて、冷却液から冷媒へ熱を放出させ、ヒーターコア３１を通過後に低圧となった冷媒を蒸発させる。第１冷却液回路３Ａの始端側は、ヒーターコア３１の冷却液の送出口に連通しており、第１冷却液回路３Ａの終端側は第２冷却液回路３Ｂに連通している。
【００３１】
第１二重管１１の内管の外側と外管で構成される第１冷媒回路２Ａ１には、ヒーターコア３１を通過した低圧の冷媒が送られて、内管の内側を流れる温かい冷却液から熱を吸収して蒸発する。また、第１冷媒回路２Ａ１の始端側は、ヒーターコア３１から延びているが、この始端側に、冷媒を低圧とするための膨張弁５３が配置される。
【００３２】
この膨張弁５３は、高圧の冷媒を膨張させ、低圧の冷媒をエンジン４０へ送るものである。例えば、このような膨張弁５３として、ヒーターコア３１から送出される冷媒の温度により、吐出する冷媒量を自動的に調整する機能を有する温度式膨張弁（ＴＸＶ：Thermal Expansion Valve）が用いられる。
【００３３】
ここで、第１冷媒回路２Ａ１は、その始端側から第１冷却液配管３Ａを構成する内管の外周を囲むように形成されている。そして、第１冷媒回路２Ａ１の終端側は、エンジン４０付近（第１冷却液回路３Ａの終端側）を経由してからコンプレッサ１０の冷媒の導入口に連通している。
【００３４】
室外コンデンサ２０は、高温高圧の冷媒を流す内部通路と、空気を流す内部通路とを有し、例えば、エンジンルーム内の車両の先頭付近に配置され、冷媒と外気との間で熱交換を行う。室外コンデンサ２０には、冷房時に、コンプレッサ１０から吐出された高温高圧の冷媒が流されて、冷媒から外気へ熱を排出させる。室外コンデンサ２０には、例えば、ファンにより外気が吹き付けられる。なお、室外コンデンサ２０の冷媒の送出側にはさらにリザーバタンクを設けてもよい。
【００３５】
また、ヒーターコア３１と、エバポレータ３２とは、ＨＶＡＣ（Heating, Ventilation, and Air Conditioning）の吸気通路内に配置される。なお、図示を省略したが、ＨＶＡＣには、吸気を流すファン等が設けられている。
【００３６】
ヒーターコア３１は、冷却液と空気との間で熱交換を行う機器であり、車室内へ空気を供給するＨＶＡＣの吸気通路内に配置される。ヒーターコア３１には、加熱された冷却液が供給され、暖房時に車室内へ送られる吸気（車室内に送られる空気）に熱を放出する。ヒーターコア３１は、吸気通路内にあるドアの開度により通過する空気の量を調整可能になっている。
【００３７】
エバポレータ３２は、低温低圧の冷媒と空気との間で熱交換を行う機器であり、例えば、ＨＶＡＣの吸気通路内に配置される。エバポレータ３２には、冷房時に低温低圧の冷媒が流され、車室内へ供給される吸気（車室内に送られる空気）を冷却する。エバポレータ３２の手前には、膨張弁５４が配置されている。
【００３８】
膨張弁５４は、冷媒を膨張させて、低圧の冷媒をエバポレータ３２に吐出する。膨張弁５４は、エバポレータ３２の上流側に配置されている。膨張弁５４は、例えば、エバポレータ３２から送出される冷媒の温度により吐出する冷媒量を自動的に調整する温度式膨張弁（ＴＸＶ）であってもよい。
【００３９】
エバポレータ３２からコンプレッサ１０へ至る冷媒回路の途中には、逆止弁５５が配置されている。逆止弁５５は、室外コンデンサ２０およびエバポレータ３２に冷媒が流れない暖房時に、冷媒の逆流を防ぐ弁である。暖房時でも外気が低いと、室外コンデンサ２０およびエバポレータ３２における冷媒圧力が低くなることがある。この圧力低下があると、第１二重管１１および第２二重管１２に流れている冷媒が、エバポレータ３２側に逆流してしまい、ヒートポンプサイクルの効率が低下してしまう。逆止弁５５があることで、このような不都合を回避することができる。
【００４０】
また、車両用空調装置１は、制御系の構成として、コンプレッサ１０の駆動、ＨＶＡＣの各動作部分の駆動、各開閉弁５１，５２の開閉の流路の切替、冷却液を動力で移送するポンプ等をそれぞれ制御するための制御部を備えている（図示省略）。制御部は、例えば、マイクロコンピュータ、Ｉ／Ｏ、制御プログラムを格納したプログラムメモリ、作業用のメモリ等を備え、マイクロコンピュータが制御プログラムに従って所定の自動制御を行う装置である。制御部は、一つのユニットとして構成されてもよく、複数に分散して構成されてもよい。
【００４１】
次に、車両用空調装置１の動作について説明する。車両用空調装置１は、温水式の暖房モード、ヒートポンプ式の暖房モード、および、冷房モード等、いくつかの動作モードを切り替えて動作する。このうち温水式の暖房モードは、ヒートポンプを作動させずに車室内を暖房するモードである。ヒートポンプ式の暖房モードは、ヒートポンプの作用により車室内を暖房するモードである。冷房モードは、ヒートポンプの作用により車室内を冷房するモードである。以下では、暖房モード、および、冷房モードを代表例として順に説明する。
【００４２】
［暖房モード］
図４は、ヒートポンプ式の暖房モードにおける動作を説明する図である。暖房モードでは、第１開閉弁５１が閉じ、第２開閉弁５２が開いた状態に切り替えられる。また、ヒーターコア３１にあるドアは開かれる（例えば全開）。
【００４３】
暖房モードでは、コンプレッサ１０から吐出された冷媒は、暖房用の冷媒回路２Ａを通って、第２冷媒回路２Ａ２、ヒーターコア３１、膨張弁５３、および、第１冷媒回路２Ａ１を順に巡り、コンプレッサ１０に戻るように循環する。
【００４４】
コンプレッサ１０により圧縮された冷媒は、第２二重管１２の内管で構成される第２冷媒回路２Ａ２を流れ、冷却液は、第２二重管１２の内管の外側と外管で構成される第２冷却液回路３Ｂを流れる。よって、高温高圧の冷媒は、第２冷媒回路２Ａ２を流れつつ、外側の冷却液に放熱して凝縮する。ここで、冷却液よりも冷媒が内側を流れるため、冷媒の熱が外気に逃げることなく、冷媒から冷却液に効果的に熱を伝えることができる。
【００４５】
そして、凝縮した冷媒は、ヒーターコア３１ないし膨張弁５３により膨張して低温低圧の冷媒となる。低温低圧の冷媒は、第１二重管１１の内管の外側と外管で構成される第１冷媒回路２Ａ１を流れ、冷却液は、第１二重管１１の内管で構成される第１冷却液回路３Ａを流れる。よって、低温低圧の冷媒は、第１冷媒回路２Ａ１を流れつつ、内側の冷却液から熱を吸収して蒸発する。ここで、冷媒よりも冷却液の方が内側を流れるため、第２二重管１２の場合と同様に、冷却液の熱が外気に逃げることなく、冷却液から冷媒に効果的に熱を伝えることができる。蒸発した低圧の冷媒は、コンプレッサ１０に吸引されて再び圧縮される。
【００４６】
一方、冷却液は、冷却液回路３にて、エンジン４０、第２冷却液回路３Ｂ、ヒーターコア３１、および、第１冷却液回路３Ａを順に通るように循環する。ここで、エンジン４０にて排熱を吸収した冷却液は、さらに、第２二重管１２で加熱されてヒーターコア３１に送られる。高温になった冷却液は、ヒーターコア３１で車室内へ送られる吸気を十分に加熱することができる。
【００４７】
ヒーターコア３１を通過した冷却液は、外気より温度が高いため、前述したように第１二重管１１にて冷媒に放熱を行って冷媒を蒸発させることができる。また、第１二重管１１にて冷却された冷却液は、エンジン４０へ送られてエンジン４０を十分に冷却することができる。
【００４８】
このような暖房時の動作により、車室内の十分な暖房を行うことができる。
【００４９】
［冷房モード］
図５は、冷房モードにおける動作を説明する図である。冷房モードでは、第１開閉弁５１が開き、第２開閉弁５２が閉じた状態となる。また、ヒーターコア３１にあるドアは全閉される。
【００５０】
冷房モードでは、コンプレッサ１０から吐出された冷媒は、冷房用の冷媒回路２Ｂにて、室外コンデンサ２０、膨張弁５４、および、エバポレータ３２を順に通って、コンプレッサ１０に戻るように循環する。
【００５１】
コンプレッサ１０により圧縮された冷媒は、室外コンデンサ２０にて空気へ放熱して凝縮する。凝縮した冷媒は、膨張弁５４により膨張して低温低圧の冷媒となり、エバポレータ３２へ送られる。低温低圧の冷媒は、エバポレータ３２にて蒸発して、車室内へ送られる吸気を冷却する。蒸発した低圧の冷媒は、コンプレッサ１０に吸引されて圧縮される。
【００５２】
冷却液の流れは、前述した暖房モードの場合と同じであり、冷却液回路３にて、冷却液は、エンジン４０、第２冷却液回路３Ｂ、ヒーターコア３１、および、第１冷却液回路３Ａを順に通るように循環する。ここで冷却液は、第２冷却液回路３Ｂ、ヒーターコア３１、および、第１冷却液回路３Ａを順に通過するとき、冷媒または空気との間でほとんど熱交換しない。冷却液の放熱は、主にエンジン４０にあるエンジン冷却部のラジエータで行われる。
【００５３】
エンジン４０は非常に高温になるので、外気温が高くても、ラジエータによる放熱により冷却がなされる。ここで、ラジエータ側に冷却液を多く流し、ヒーターコア３１側の流れを少なくする構成を採用することとしてもよい。
【００５４】
このような動作により、車室内の十分な冷房を行うことができる。
【００５５】
以上のように、本実施の形態１の車両用空調装置１は、エンジン４０の冷却液をヒーターコア３１に流して暖房に利用する温水式ヒータの構成と、ヒートポンプの低温低圧の冷媒を利用して冷房を行うヒートポンプ式冷房装置の構成とを、基本構成として併せ持つ。そして、この基本構成に、ヒートポンプにより冷却液をさらに加熱する補助暖房機能が追加された構成となっている。このような構成により、エンジン４０が低温なときでも、ヒートポンプの作用により、少ないエネルギーで速やかに車室内の暖房を行うことが可能となる。
【００５６】
すなわち、本実施の形態１の車両用空調装置１によれば、従来の車両で採用されているような温水式ヒータ、並びに、ヒートポンプ式冷房装置の構成を基本としつつ、冷房時と暖房時とで共通のコンプレッサ１０および冷媒を利用することにより、低コストに暖房性能を向上することができ、且つ、従来の構成から設置スペースの増加分を少なくできる。
【００５７】
しかも、本実施の形態１の車両用空調装置１によれば、ヒートポンプの２つの熱交換器に関して、蒸発器の機能を第１二重管１１で実現し、凝縮器の機能を第２二重管１２で実現することにより、部品点数が削減されるだけでなく、部品の設置スペースの確保が容易となり、省スペース化の要請にも応じることができる。しかも、配管の取り回しの自由度が上がり、配管作業も簡略化することができ、さらに部品のレイアウトも容易に行うことができる。
【００５８】
［実施の形態２］
上記実施の形態１では、車両用空調装置１は、第１二重管１１、および、第２二重管１２を用いて熱交換を行うこととしたが、これに限定されず、三重管以上の多重管を用いて熱交換を行うこととしてもよい。
【００５９】
図６は、本発明の実施の形態２の車両用空調装置を示す構成図である。ここで、上記実施の形態１と同種の構成には同一符号を付して重複した説明を省略する。
【００６０】
本発明の実施の形態２の車両用空調装置１ａは、上記実施の形態１と基本的な構成は共通する。しかし、２つの二重管に相当する構成は、一つの三重管として構成されている。
【００６１】
図６において、低圧側の冷媒が通る第１冷媒回路２Ａ１、高圧側の冷媒が通る第２冷媒回路２Ａ２、および、冷却液をヒーターコア３１へ導入する第２冷却液回路３Ｂは、一つの三重管１３により形成されている。
【００６２】
すなわち、図７に示すように、三重管１３のうち最も内側の伝熱管である内管は第２冷媒回路２Ａ２を構成し、この内管の内側をコンプレッサ１０により吐出された高圧の冷媒が流れる。また、内管の外側と内管の外周を囲む伝熱管である中管は第２冷却液回路３Ｂを構成し、この中管と内管の間をエンジン４０から吐出された冷却液が流れる。さらに、中管の外側と中管の外周を囲む最も外側の外管は第１冷媒回路２Ａ１を構成し、この外管と中管の間をヒーターコア３１から流出した低圧の冷媒が流れる。
【００６３】
第２冷媒回路２Ａ２、および、第２冷却液回路３Ｂが、暖房時に冷媒を凝縮させるサブコンデンサ（凝縮器）として機能し、第２冷却液回路３Ｂ、および、第１冷媒回路２Ａ１が、暖房時に冷媒を蒸発させるサブエバポレータ（蒸発器）として機能する。このように２つの熱交換器の機能が一つの三重管１３で実現され、前述の車両用空調装置１と同様に、車両用空調装置１ａでも三重管１３によって冷却液を加熱のみならず冷却することが可能である。
【００６４】
具体的には、図８において、第１開閉弁５１を閉じ、第２開閉弁５２を開くことにより、車両用空調装置１ａの運転モードが暖房モードに切り替えられる。暖房モードでは、コンプレッサ１０から吐出された高温高圧の冷媒は、三重管１３の内管により構成される第２冷媒回路２Ａ２を流れ、冷却液は内管の外側と中管により構成される第２冷却液回路３Ｂを流れ、膨張した低温低圧の冷媒は、中管の外側と外管により構成される第１冷媒回路２Ａ１を流れる。
【００６５】
このとき、第２冷媒回路２Ａ２を流れる冷媒と第２冷却液回路３Ｂを流れる冷却液との間の熱交換では、内側の高温高圧の冷媒は外側の冷却液に放熱して凝縮する。また、第２冷却液回路３Ｂを流れる冷却液と第１冷媒回路２Ａ１を流れる冷媒との間の熱交換では、外側の冷媒は内側の冷却液から熱を吸収して蒸発する。なお、ヒーターコア３１から流出する冷却液は、三重管１３とは別に設けられた第１冷却液回路３Ａを通ってエンジン４０に送られる。
【００６６】
また、図８において、第１開閉弁５１を開き、第２開閉弁５２を閉じることにより、車両用空調装置１ａの運転モードが冷房モードに切り替えられる。冷房モードでは、コンプレッサ１０から吐出された冷媒は、三重管１３を通ることなく、冷房用の冷媒回路２Ｂを通って循環することになる。なお、冷却液回路３を循環する冷却液の流れは、暖房モードの場合と同様となるが、三重管１３を通過するとき、冷却液と冷媒との間でほとんど熱交換がなされることはない。冷却液の放熱は、主にエンジン４０にあるエンジン冷却部のラジエータで行われる。
【００６７】
［実施の形態３］
なお、上記実施の形態１，２においては、多重管を構成する各管の中心軸が一致するよう配置されているが、各管の中心軸は一致しなくともよい。また、一つの外管内に複数の内管が並列に設けられる構成であってもかまわない。
【００６８】
図１０は、本発明の実施の形態３に係る多重管１４を示す斜視図である。この多重管１４は、第１冷媒回路２Ａ１を構成する外管の内側に、第１冷却液回路３Ａを構成する４つの内管を並列に設けたものである。または、多重管１４は、第２冷却液回路３Ｂを構成する外管の内側に、第２冷媒回路２Ａ２を構成する４つの内管を並列に設けたものである。このように様々に形態の多重管を採用することができる。
【００６９】
以上、本発明の実施の形態を図面によって説明してきたが、具体的な構成はこれらの実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における構成の変更や追加があっても本発明に含まれる。例えば、上記実施の形態では、車両の発熱部品としてエンジン４０を例にとって説明したが、他にも、電気自動車における走行用の電気モータ、走行用の電力を供給する二次電池等、様々な加熱部品を採用してもよい。
【００７０】
また、 第１冷媒回路２Ａ１、および、第１冷却液回路３Ａは、それぞれ長さ方向の全長に亘り二重管として形成される必要はなく、少なくとも一部の区間だけを二重管としてもよい。同様に、第２冷媒回路２Ａ２、および、第２冷却液回路３Ｂも、それぞれ長さ方向の全長に亘り二重管として形成される必要はなく、少なくとも一部の区間だけを二重管としてもよい。三重管１３についても同様であり、少なくとも一部の区間だけを三重管としてもよい。
【００７１】
さらに、車両用空調装置は、ヒートポンプサイクルを利用することとしたが、ホットガスサイクルを利用することとしてもよい。この場合、 第１冷媒回路２Ａ１、および、第１冷却液回路３Ａは、多重管として構成されず、車両用空調装置においてエバポレータとして機能する構成が省かれる。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
本発明は、エンジン車、電気自動車、或いは、ＨＥＶ車等、各種車両に搭載される車両用空調装置に利用できる。
【符号の説明】
【００７３】
１，１ａ  車両用空調装置
２  冷媒回路
２Ａ  暖房用の冷媒回路
２Ａ１  第１冷媒回路
２Ａ２  第２冷媒回路
２Ｂ  冷房用の冷媒回路
３  冷却液回路
３Ａ  第１冷却液回路
３Ｂ  第２冷却液回路
１０  コンプレッサ
１１  第１二重管
１２  第２二重管
１３  三重管
１４  多重管
２０  室外コンデンサ
３１  ヒーターコア
３２  エバポレータ
４０  エンジン
５１  第１開閉弁
５２  第２開閉弁
５３，５４  膨張弁
５５  逆止弁
【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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【図１０】
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