ヒートポンプ式車両用空調装置
【課題】原形の冷房サイクルと圧力条件が同一となる回路部分、機器等を共用化し、最小限の暖房用回路および機器を追加するだけで、低コストでかつ搭載性に優れた信頼性の高いヒートポンプ式車両用空調装置を提供すること。
【解決手段】原形の冷房用の冷凍サイクル１６に対して、電動圧縮機９の吐出回路に接続され、ＨＶＡＣユニット２の車内蒸発器７の下流側に配設された車内凝縮器８と、車外凝縮器８の入口側に設けられた切替え手段１７を介してレシーバ１１に接続される第１暖房用回路１８と、レシーバ１１の出口側と電動圧縮機９の吸入側との間に接続され、第２膨張弁２０および車外蒸発器２１が設けられた第２暖房用回路２３とが具備され、電動圧縮機９、車内凝縮器８、切替え手段１７、第１暖房用回路１８、レシーバ１１、第２膨張弁２０および車外蒸発器２１を備えた第２暖房用回路２３により暖房用ヒートポンプサイクル２４が構成可能とされている。
【解決手段】原形の冷房用の冷凍サイクル１６に対して、電動圧縮機９の吐出回路に接続され、ＨＶＡＣユニット２の車内蒸発器７の下流側に配設された車内凝縮器８と、車外凝縮器８の入口側に設けられた切替え手段１７を介してレシーバ１１に接続される第１暖房用回路１８と、レシーバ１１の出口側と電動圧縮機９の吸入側との間に接続され、第２膨張弁２０および車外蒸発器２１が設けられた第２暖房用回路２３とが具備され、電動圧縮機９、車内凝縮器８、切替え手段１７、第１暖房用回路１８、レシーバ１１、第２膨張弁２０および車外蒸発器２１を備えた第２暖房用回路２３により暖房用ヒートポンプサイクル２４が構成可能とされている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気自動車等の空調に適用されるヒートポンプ式車両用空調装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電気自動車やハイブリッド車等に適用される車両用空調装置では、エンジン冷却水などの燃焼排熱を利用した暖房運転を行うことができない。また、エンジンに代わる走行用モータやバッテリ等からの排熱を利用することは可能であるが、排熱量が少ないため、排熱のみを熱源とした暖房システムは成立しない。一方、電気ヒータを用いた暖房システムが考えられるが、バッテリ容量に対して暖房消費電力が大きいことから、車両の走行距離が著しく低下してしまうという問題が発生する。
【０００３】
そこで、電気自動車等に適用する車両用空調装置として、電動圧縮機を備えたヒートポンプ方式の車両用空調装置が考えられているが、暖房時、冷媒回路を切替えて凝縮器を蒸発器、蒸発器を凝縮器として機能させるリバース方式のヒートポンプの場合、冷媒回路を構成する配管類や蒸発器、凝縮器等の熱交換器等を冷房運転および暖房運転の異なる圧力条件下で共用できるようにしなければならず、現行のエンジン駆動方式の車両に適用されている車両用空調装置を大幅に変更しなければならなかった。
【０００４】
一方、ＨＶＡＣユニット（Ｈｅａｔｉｎｇ Ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ ａｎｄ Ａｉｒ Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｕｎｉｔ）内に設けられる車内蒸発器に、現行システムの蒸発器を用いながらヒートポンプ暖房を可能とした車両用空調装置の一例として、特許文献１に示されたものが知られている。これは、現行の冷房用の冷凍サイクルを備えた車両用空調装置におけるＨＶＡＣユニット内の車内蒸発器の下流側に車内凝縮器を設け、該車内凝縮器を圧縮機の吐出回路中に接続するとともに、その出口側に三方弁を設けてレシーバを接続し、該レシーバからＨＶＡＣユニット内の車内蒸発器の上流側に設けられた過冷却器および膨張弁を経た冷媒を、暖房時に蒸発器として機能する車外凝縮器に導き、その出口側から圧縮機の吸入側に循環させる暖房用回路を追加設置した構成とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−２３５６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に示されるものでは、車外凝縮器およびそれに接続される冷媒配管類を凝縮機能と蒸発機能を兼ね備えた熱交換器および高低圧共用の配管類としなければならず、現行システムからの変更幅が大きくならざるを得ない。また、車室内に設置されるＨＶＡＣユニット側に、車内凝縮器の他にレシーバおよび過冷却器を設けなければならないため、ＨＶＡＣユニットの大型化は避けられず、従って、設置スペースの確保が難しくなり、車両への搭載性が悪化する等の課題があった。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、現行の車両用空調装置の冷房サイクルと圧力条件が略同一となる回路部分および機器類を共用化し、圧力条件が異なる最小限の暖房用回路および機器を追加するだけで、低コストでかつ搭載性に優れた電気自動車やハイブリッド車等に好適に適用できる信頼性の高いヒートポンプ式車両用空調装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記した課題を解決するために、本発明のヒートポンプ式車両用空調装置は、以下の手段を採用する。
すなわち、本発明に係るヒートポンプ式車両用空調装置は、電動圧縮機、車外凝縮器、レシーバ、第１膨張弁、ＨＶＡＣユニット内に設けられている車内蒸発器がこの順に接続されている冷房用の冷凍サイクルと、前記電動圧縮機の吐出回路に接続され、前記ＨＶＡＣユニット内の前記車内蒸発器の下流側に配設されている車内凝縮器と、前記車外凝縮器の入口側に設けられている切替え手段を介して前記レシーバに接続される第１暖房用回路と、前記レシーバの出口側と前記電動圧縮機の吸入側との間に接続され、第２膨張弁および車外蒸発器が設けられている第２暖房用回路と、を備え、前記電動圧縮機、前記車内凝縮器、前記切替え手段、前記第１暖房用回路、前記レシーバ、前記第２膨張弁および前記車外蒸発器を備えた前記第２暖房用回路によって暖房用ヒートポンプサイクルが構成可能とされていることを特徴とする。
【０００９】
本発明によれば、電動圧縮機、車外凝縮器、レシーバ、第１膨張弁およびＨＶＡＣユニット内に設けられている車内蒸発器等からなる冷房用の冷凍サイクルに対して、電動圧縮機の吐出回路に接続され、ＨＶＡＣユニット内の車内蒸発器の下流側に配設されている車内凝縮器と、車外凝縮器の入口側に設けられている切替え手段を介してレシーバに接続される第１暖房用回路と、レシーバの出口側と電動圧縮機の吸入側との間に接続され、第２膨張弁および車外蒸発器が設けられている第２暖房用回路とが具備され、電動圧縮機、車内凝縮器、切替え手段、第１暖房用回路、レシーバ、第２膨張弁および車内蒸発器を備えた第２暖房用回路により暖房用ヒートポンプサイクルが構成可能とされているため、原形となる冷房用の冷凍サイクルの吐出回路に車内凝縮器、車外凝縮器の入口側とレシーバとの間に第１暖房用回路、レシーバの出口側と電動圧縮機の吸入側との間に第２膨張弁および車外蒸発器を備えた第２暖房用回路等の最小限の暖房用回路および機器を接続することによって、圧力条件が同一となる回路部分および機器類を共用化して暖房用ヒートポンプサイクルを構成することができる。従って、冷暖房双方の運転に耐え得る仕様の回路を新たに開発することなく、エンジン駆動方式の車両に用いられている現行の車両用空調装置の冷房サイクルと圧力条件が同一となる回路部分および機器類をそのまま共用化し、圧力条件が異なる最小限の暖房用回路および機器を追加するだけで、低コストでありかつ搭載性に優れた電気自動車やハイブリッド車等に好適に適用できる信頼性の高いヒートポンプ式車両用空調装置を提供することができる。
【００１０】
さらに、本発明のヒートポンプ式車両用空調装置は、上記のヒートポンプ式車両用空調装置において、前記車外蒸発器が、前記車外凝縮器用の車外ファンの通風路中に、前記車外凝縮器と互いに平行に設置されていることを特徴とする。
【００１１】
本発明によれば、車外蒸発器が、車外凝縮器用の車外ファンの通風路中に、車外凝縮器と互いに平行に設置されているため、冷房用の車外凝縮器に外気を通風する車外ファンにより、暖房サイクル用に設けられる車外蒸発器に対して外気を通風し、外気から吸熱してヒートポンプ暖房を行うことができる。従って、車外ファンを共用化して部品点数を抑制することができ、ヒートポンプ式車両用空調装置の構成の簡素化、コンパクト化および低コスト化を図ることができる。
【００１２】
さらに、本発明のヒートポンプ式車両用空調装置は、上述のいずれかのヒートポンプ式車両用空調装置において、前記レシーバが、該レシーバに接続される前記車外凝縮器からの冷媒回路および前記第１暖房用回路の冷媒流入口に、それぞれ逆止弁が組み込まれている逆止弁付きレシーバとされていることを特徴とする。
【００１３】
本発明によれば、レシーバが、該レシーバに接続される車外凝縮器からの冷媒回路および第１暖房用回路の冷媒流入口に、それぞれ逆止弁が組み込まれている逆止弁付きレシーバとされているため、運転モードにより使われない冷房または暖房用の冷媒回路をレシーバの冷媒流入口に組み込まれている逆止弁を介して遮断することができる。従って、レシーバおよび逆止弁を個別に冷媒回路中に設けたものに比べ、フランジ等の接続部品が不要となり、冷媒回路の簡素化、低コスト化を図ることができる。
【００１４】
さらに、本発明のヒートポンプ式車両用空調装置は、上述のいずれかのヒートポンプ式車両用空調装置において、前記第１膨張弁および前記第２膨張弁が、それぞれ温度式自動膨張弁とされており、その入口側にそれぞれ第１電磁弁および第２電磁弁が設けられていることを特徴とする。
【００１５】
本発明によれば、第１膨張弁および第２膨張弁が、それぞれ温度式自動膨張弁とされており、その入口側にそれぞれ第１電磁弁および第２電磁弁が設けられているため、膨張弁を従来から使用されている温度式自動膨張弁とすることにより、膨張弁の開度を制御する制御系を不要とすることができるとともに、運転モードに応じて使われない冷媒回路を第１電磁弁および第２電磁弁で全閉状態とすることにより、該回路等に対する冷媒の溜まりを防止することができる。従って、膨張弁として安価で信頼性の高い温度式自動膨張弁を使うことができるとともに、電磁弁により休止回路を確実に全閉状態として冷媒の溜まり込み等を防止することができる。
【００１６】
さらに、本発明のヒートポンプ式車両用空調装置は、上述のいずれかのヒートポンプ式車両用空調装置において、前記第１膨張弁および前記第２膨張弁が、それぞれ電子膨張弁とされていることを特徴とする。
【００１７】
本発明によれば、第１膨張弁および第２膨張弁が、それぞれ電子膨張弁とされているため、運転モードに応じて使われない冷房または暖房用の冷媒回路を、該回路中に設けられている電子膨張弁を全閉状態とすることにより、冷房時に休止される車外蒸発器、暖房時に休止される車内蒸発器等への冷媒の溜まりを防止することができる。従って、上記休止回路を全閉状態とする電磁弁等を設ける必要がなく、冷媒回路の簡素化、低コスト化を図ることができる。
【００１８】
さらに、本発明のヒートポンプ式車両用空調装置は、上述のいずれかのヒートポンプ式車両用空調装置において、前記車外蒸発器および前記車内蒸発器と前記電動圧縮機の吸入側との間を接続する第２暖房用回路および冷媒回路中に、それぞれ逆止弁が設けられていることを特徴とする。
【００１９】
本発明によれば、車外蒸発器および車内蒸発器と電動圧縮機の吸入側との間を接続する第２暖房用回路および冷媒回路中に、それぞれ逆止弁が設けられているため、運転モードに応じて休止される車外蒸発器または車内蒸発器と電動圧縮機の吸入側との間を逆止弁により遮断することができる。従って、休止中の車外蒸発器または車内蒸発器を確実に機能停止させることができる。
【００２０】
さらに、本発明のヒートポンプ式車両用空調装置は、上述のいずれかのヒートポンプ式車両用空調装置において、前記ＨＶＡＣユニット内に、暖房用の補助電気ヒータが設けられていることを特徴とする。
【００２１】
本発明によれば、ＨＶＡＣユニット内に、暖房用の補助電気ヒータが設けられているため、低外気温時や暖房立ち上がり時あるいは窓曇り時等々の暖房能力が不足気味となる状況下において、ヒートポンプ暖房運転と同時に一時的に補助電気ヒータを動作させることによって吹出し空気温度を上昇させ、暖房能力の不足を補うことができる。従って、必要な最大暖房能力を十分に確保することができるとともに、電気ヒータを主熱源として暖房運転するものに比べ、補助電気ヒータの利用率を下げることで高効率運転ができ、暖房消費電力の増大による車両走行距離の低下等を抑制することができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によると、原形となる冷房用の冷凍サイクルの吐出回路に車内凝縮器、車外凝縮器の入口側とレシーバとの間に第１暖房用回路、レシーバの出口側と電動圧縮機の吸入側との間に第２膨張弁および車外蒸発器を備えた第２暖房用回路等の最小限の暖房用回路および機器を接続することによって、圧力条件が同一となる回路部分および機器類を共用化して暖房用ヒートポンプサイクルを構成することができるため、冷暖房双方の運転に耐え得る仕様の回路を新たに開発することなく、エンジン駆動方式の車両に用いられている現行の車両用空調装置の冷房サイクルと圧力条件が同一となる回路部分および機器類をそのまま共用化し、圧力条件が異なる最小限の暖房用回路および機器を追加するだけで、低コストでありかつ搭載性に優れた電気自動車やハイブリッド車等に好適に適用できる信頼性の高いヒートポンプ式車両用空調装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一実施形態に係るヒートポンプ式車両用空調装置の冷媒回路図である。
【図２】図１に示すヒートポンプ式車両用空調装置に組み込まれるレシーバの縦断面図（Ａ）とその平面図（Ｂ）および図（Ｂ）のａ−ａ断面相当図（Ｃ）である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下に、本発明の一実施形態について、図１および図２を参照して説明する。
図１には、本発明の一実施形態に係るヒートポンプ式車両用空調装置の冷媒回路図が示され、図２には、それに組み込まれるレシーバの構成図が示されている。本実施形態のヒートポンプ式車両用空調装置１は、ＨＶＡＣユニット（Ｈｅａｔｉｎｇ Ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ ａｎｄ Ａｉｒ Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｕｎｉｔ）２と、冷暖房可能なヒートポンプサイクル３とを備えている。
【００２５】
ＨＶＡＣユニット２は、車室内からの内気または外気のいずれかを切替え導入し、下流側に圧送するブロア４と、ブロア４に連なる空気流路５中に上流側から下流側にかけて順次配設されている補助電気ヒータ（例えば、ＰＴＣヒータ）６と、車内蒸発器７と、車内凝縮器８とを備えている。このＨＶＡＣユニット２は、一般に車室内前方のインストルメントパネル内に設置されており、補助電気ヒータ６、車内蒸発器７および車内凝縮器８によって温調された空気流を、車室内に向けて開口されている複数の吹出し口から選択的に車室内へと吹出し、車室内を設定温度に空調できるように構成されている。
【００２６】
なお、ＨＶＡＣユニット２内に設置されている車内凝縮器８に対しては、通風を遮蔽可能なダンパ（図示省略）が設けられており、冷房モード時には、車内蒸発器７により冷却された冷風を、車内凝縮器８をバイパスして車室内へと吹出し、除湿モード時には、車内蒸発器７により冷却された冷風を、車内凝縮器８で再熱して車室内へと吹出すことができるように構成されている。
【００２７】
冷暖房可能なヒートポンプサイクル３は、冷媒を圧縮する電動圧縮機９と、車外凝縮器１０と、レシーバ１１と、第１電磁弁１２および第１膨張弁１３と、車内蒸発器７と、逆止弁１４とがこの順に冷媒配管１５を介して接続されている閉サイクルの冷房用の冷凍サイクル（冷媒回路）１６を備えている。この冷房用の冷凍サイクル１６は、エンジン駆動方式の車両に適用されている現行の車両用空調装置と同様のものである。
【００２８】
上記ヒートポンプサイクル３には、更に電動圧縮機９からの吐出配管（吐出回路）１５ＡにＨＶＡＣユニット２内に設置されている車内凝縮器８が接続されている。また、車外凝縮器１０の入口側冷媒配管１５Ｂに三方切替え弁（切替え手段）１７が設けられ、この三方切替え弁１７を介してレシーバ１１に車内凝縮器８で凝縮された冷媒を導く第１暖房用回路１８が接続されている。さらに、レシーバ１１の出口配管１５Ｄと電動圧縮機９への吸入配管１５Ｅとの間に、第２電磁弁１９、第２膨張弁２０、車外蒸発器２１および逆止弁２２が順次設けられた第２暖房用回路２３が接続されている。
【００２９】
これによって、電動圧縮機９と、ＨＶＡＣユニット２内に設置されている車内凝縮器８と、三方切替え弁１７と、第１暖房用回路１８と、レシーバ１１と、第２電磁弁１９、第２膨張弁２０、車外蒸発器２１および逆止弁２２が設けられている第２暖房用回路２３とがこの順に冷媒配管１５を介して接続される閉サイクルの暖房用のヒートポンプサイクル（冷媒回路）２４が構成可能とされている。
【００３０】
上記のヒートポンプサイクル３において、暖房用のヒートポンプサイクル２４を構成している車外蒸発器２１は、冷房用の冷凍サイクル１６を構成している車内凝縮器８に対して、外気を通風する車外ファン２５の通風路中に、車内凝縮器８に互いに平行に設置されており、車外ファン２５を共用化している。なお、本実施形態では、車内凝縮器８の下流側に車外蒸発器２１が設置されているが、逆であってもよい。
【００３１】
また、本実施形態のレシーバ１１は、図２に示されるように、車内凝縮器８からの冷媒配管１５Ｃおよび第１暖房用回路１８が接続される２つの冷媒流入口２６，２７にそれぞれ逆止弁２８，２９が一体的に組み込まれた逆止弁付きレシーバ１１とされている。該逆止弁付きレシーバ１１は、底を有する筒状の本体３０と、該本体３０の一端開口部に溶接された蓋体３１と、該蓋体３１に一端が接続され、他端が本体３０の底部付近まで延長された冷媒流出管３２と、本体３０内の上方部に設置された上下一対のフィルタ３３，３４間に乾燥剤３５を充填することにより構成されたドライヤ３６とから構成されたドライヤ内蔵の逆止弁付きレシーバ１１とされている。
【００３２】
蓋体３１には、上記の如く、冷媒配管１５Ｃおよび第１暖房用回路１８が接続される２つの冷媒流入口２６，２７と冷媒流出管３２が接続されている冷媒流出口３７とが設けられている。該冷媒流入口２６，２7および冷媒流出口３７には、各々冷媒配管を接続するためのフィッテング部３８，３９，４０が設けられ、該フィッテング部３８，３９，４０を介して冷媒配管１５Ｃ，１５Ｄおよび第１暖房用回路１８が接続されている。また、冷媒流入口２６，２７内には、逆止弁２８，２９が止め輪およびストッパ４１，４２を介して組み込まれている。
【００３３】
なお、本実施形態では、第１膨張弁１３および第２膨張弁２０として、温度式自動膨張弁が使用されており、それぞれの入口側に第１電磁弁１２および第２電磁弁１９が設けられた構成とされている。しかし、これらの第１電磁弁１２および第１膨張弁１３、第２電磁弁１９および第２膨張弁２０に代えて、電子膨張弁をそれぞれ１個ずつ設置した構成としてもよい。
【００３４】
斯くして、本実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
上記ヒートポンプ式車両用空調装置１において、冷房運転時、電動圧縮機９で圧縮された冷媒は、吐出配管１５Ａにより車内凝縮器８、三方切替え弁１７を経由して車外凝縮器１０に循環され、車外ファン２５に通風される外気と熱交換されて凝縮液化される。この液冷媒は、冷媒配管１５Ｃ、逆止弁２８を経てレシーバ１１内に導入され、ここで、いったん貯留された後、冷媒配管１５Ｄ、第１電磁弁１２を経て第１膨張弁１３に導かれ、減圧されて気液二相状態となり、車内蒸発器７に供給される。
【００３５】
車内蒸発器７でブロア４から送風されてくる内気または外気と熱交換されて蒸発ガス化された冷媒は、逆止弁１４を経て電動圧縮機９に吸入され、再圧縮される。以下、同様のサイクルを繰り返すことになるが、この冷房サイクルは、エンジン駆動方式の車両に用いられている現行の車両用空調装置の冷房サイクルと何ら変わるものではなく、そのまま共用化することができる。車内蒸発器７で冷媒との熱交換されることにより冷却された内気または外気は、車室内に吹出され、車室内の冷房に供されることになる。
【００３６】
なお、冷房運転時、車内凝縮器８への通風は、ダンパによって遮蔽され、車内蒸発器７で冷却された冷風がそのまま車室内へと吹出されるようになっているため、車内凝縮器８において冷媒は殆んど凝縮されることなく、車外凝縮器１０に循環され、車外凝縮器１０で外気と熱交換されることにより凝縮液化されることになる。
また、上記冷房サイクルで運転しながら、車内凝縮器８の入口に設けられているダンパを開くことにより、車内蒸発器７で冷却された冷風を車内凝縮器８に通風して再熱することができ、これによって、再熱除湿運転を行うことができる。
【００３７】
一方、暖房運転時、電動圧縮機９で圧縮された冷媒は、吐出配管１５Ａにより車内凝縮器８に導入され、ここで、ブロア４から送風されてくる内気または外気と熱交換されて放熱される。これによって、加熱された空気は、車室内に吹出され、車室内の暖房に供されることになる。放熱して凝縮液化された冷媒は、三方切替え弁１７により第１暖房用回路１８に導かれ、逆止弁２９を経てレシーバ１１内に導入される。ここで、いったん貯留された冷媒は、冷媒配管１５Ｄを経て第２暖房用回路２３に導かれ、第２電磁弁１９を経て第２膨張弁２０を通過する過程で減圧されることにより気液二相状態となり、車外蒸発器２１に供給される。
【００３８】
この冷媒は、車外蒸発器２１で車外ファン２５により通風される外気と熱交換され、外気から吸熱して蒸発ガス化された後、逆止弁２２を経て電動圧縮機９に吸入され、再圧縮される。以下、同様のサイクルを繰り返し、この暖房用のヒートポンプサイクル２４によって、ヒートポンプ暖房が行なわれることになる。
【００３９】
このように、原形となる冷房用の冷凍サイクル１６の吐出配管（吐出回路）１５Ａに車内凝縮器８、車外凝縮器１０の入口側に設けられた三方切替え弁１７とレシーバ１１との間に第１暖房用回路１８、レシーバ１１の出口側と電動圧縮機９の吸入側との間に第２膨張弁２０、および車外蒸発器２１が設けられた第２暖房用回路２３等の最小限の暖房用回路および機器を接続することによって、圧力条件が同一となる回路部分および機器類を共用化して暖房用ヒートポンプサイクルを構成することができる。
【００４０】
このため、冷暖房双方の運転に耐え得る仕様の回路を新たに開発することなく、エンジン駆動方式の車両に用いられている現行の車両用空調装置の冷房サイクルと圧力条件が略同一となる回路部分および機器類をそのまま共用化し、圧力条件が異なる最小限の暖房用回路および機器を追加するだけで、低コストでありかつ搭載性に優れた電気自動車やハイブリッド車等に好適に適用できる信頼性の高いヒートポンプ式車両用空調装置１を提供することができる。
【００４１】
また、車外蒸発器２１は、車外凝縮器１０に外気を通風する車外ファン２５の通風路中に車外凝縮器１０と互いに平行に設置されており、暖房時、車外ファン２５によって外気が通風され、この外気からの吸熱によりヒートポンプ暖房が行われるようになっている。このため、車外ファン２５を共用化して部品点数を抑制することができ、ヒートポンプ式車両用空調装置１の構成の簡素化、コンパクト化および低コスト化を図ることができる。
【００４２】
また、レシーバ１１が、冷媒流入口２６，２７に逆止弁２８，２９が一体的に組み込まれた逆止弁付きレシーバとされている。これによって、運転モードに応じて使用しない冷房用の冷凍サイクル１６または暖房用のヒートポンプサイクル２４を、レシーバ１１の冷媒流入口２６，２７に組み込まれている逆止弁２８，２９により遮断することができる。このため、レシーバ１１および逆止弁２８，２９を個別に冷媒回路中に設けたシステムに比べ、フランジ等の接続部品が不要となり、冷媒回路の簡素化、低コスト化を図ることができる。なお、本実施形態では、レシーバ１１をドライヤ３６付きとしているが、必ずしもドライヤ３６付きである必要はなく、ドライヤ無しでもよいことはもちろんである。
【００４３】
さらに、本実施形態においては、第１膨張弁１３および第２膨張弁２０をそれぞれ温度式自動膨張弁とし、その入口側に第１電磁弁１２および第２電磁弁１９を設けた構成としている。このため、冷房時は車内蒸発器７、暖房時は車外蒸発器７で蒸発される冷媒の蒸発器出口での過熱度が一定となるように自動制御することができ、従って、冷媒圧力検出手段および冷媒温度検出手段を必要とする電子膨張弁を使用したものに比べ、制御系を簡素化し、低コスト化することができるとともに、信頼性を向上することができる。
【００４４】
また、運転モードに応じて使われない冷媒回路を第１膨張弁１３および第２膨張弁２０の入口側に設けた第１電磁弁１２および第２電磁弁１９で閉じることができるようになっている。従って、休止される回路を確実に全閉状態として冷媒の溜まり込み等を防止することができる。
【００４５】
しかし、本実施形態においては、上記にもかかわらず、これらの第１電磁弁１２および第１膨張弁１３、第２電磁弁１９および第２膨張弁２０を、それぞれ電子膨張弁を１個ずつ設置した構成により代替してもよい。これによると、休止される回路中に設けられている電子膨張弁を全閉状態とすることにより、冷房時に休止される車外蒸発器２１、暖房時に休止される車内蒸発器７等への冷媒の溜まりを防止することができ、従って、休止回路を全閉状態とする電磁弁等の設置を省略し、冷媒回路の簡素化、低コスト化を図ることができる。
【００４６】
また、本実施形態では、車外蒸発器２１および車内蒸発器７と電動圧縮機９の吸入側との間を接続する第２暖房用回路２３および冷媒回路１５Ｅに、それぞれ逆止弁２２，１２を設けている。このため、運転モードに応じて休止される車外蒸発器２１または車内蒸発器７と電動圧縮機９の吸入側との間を逆止弁２２，１２により遮断することができ、従って、休止中の車外蒸発器２１または車内蒸発器７を確実に機能停止させることができる。
【００４７】
さらに、本実施形態によっては、ＨＶＡＣユニット２内に、ＰＴＣヒータ等により構成される暖房用の補助電気ヒータ６を設置している。これにより、低外気温時や暖房立ち上がり時あるいは窓曇り時等々の暖房能力が不足気味となる状況下においては、ヒートポンプ暖房運転と同時に一時的に補助電気ヒータ６を動作させることによって吹出し空気温度を上昇させ、暖房能力の不足を補うことができる。このため、必要最大暖房能力を増大することができるとともに、電気ヒータを主熱源として暖房運転するものに比べ、補助電気ヒータ６の利用率を低下して高効率運転ができ、暖房消費電力の増大による車両走行距離の低下等を抑制することができる。
【００４８】
なお、本発明は、上記実施形態にかかる発明に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、適宜変形が可能である。例えば、ＨＶＡＣユニット２は、車内蒸発器７の下流側に温調用のエアミックスダンパが設けられているエアミックス方式のＨＶＡＣとしてもよい。また、三方切替え弁１７は、２個の電磁弁で代替してもよいし、四方切替え弁によって代替してもよい。
【００４９】
さらに、上記実施形態では、第１膨張弁１３および第２膨張弁２０の入口側に第１電磁弁１２および第２電磁弁１９を設けた構成としているが、これらの第１電磁弁１２と第１膨張弁１３および第２電磁弁１９と第２膨張弁２０は、各々を一体化した電磁開閉弁付き温度式自動膨張弁としてもよいことはもちろんである。また、車外蒸発器２１は、車両走行用モータやインバータ、バッテリ等から排出される熱から吸熱できるように、その放熱用ラジエータと関連つけて配設してもよい。
【符号の説明】
【００５０】
１ ヒートポンプ式車両用空調装置
２ ＨＶＡＣユニット
３ ヒートポンプサイクル
６ 補助電気ヒータ
７ 車内蒸発器
８ 車内凝縮器
９ 電動圧縮機
１０ 車外凝縮器
１１ レシーバ（逆止弁付きレシーバ）
１２ 第１電磁弁
１３ 第１膨張弁（温度式自動膨張弁）
１４ 逆止弁
１５ 冷媒配管
１５Ａ 吐出回路（吐出配管）
１６ 冷房用冷凍サイクル
１７ 三方切替え弁（切替え手段）
１８ 第１暖房用回路
１９ 第２電磁弁
２０ 第２膨張弁（温度式自動膨張弁）
２１ 車外蒸発器
２２ 逆止弁
２３ 第２暖房用回路
２４ 暖房用ヒートポンプサイクル
２５ 車外ファン
２６，２７ 冷媒流入口
２８，２９ 逆止弁
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気自動車等の空調に適用されるヒートポンプ式車両用空調装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電気自動車やハイブリッド車等に適用される車両用空調装置では、エンジン冷却水などの燃焼排熱を利用した暖房運転を行うことができない。また、エンジンに代わる走行用モータやバッテリ等からの排熱を利用することは可能であるが、排熱量が少ないため、排熱のみを熱源とした暖房システムは成立しない。一方、電気ヒータを用いた暖房システムが考えられるが、バッテリ容量に対して暖房消費電力が大きいことから、車両の走行距離が著しく低下してしまうという問題が発生する。
【０００３】
そこで、電気自動車等に適用する車両用空調装置として、電動圧縮機を備えたヒートポンプ方式の車両用空調装置が考えられているが、暖房時、冷媒回路を切替えて凝縮器を蒸発器、蒸発器を凝縮器として機能させるリバース方式のヒートポンプの場合、冷媒回路を構成する配管類や蒸発器、凝縮器等の熱交換器等を冷房運転および暖房運転の異なる圧力条件下で共用できるようにしなければならず、現行のエンジン駆動方式の車両に適用されている車両用空調装置を大幅に変更しなければならなかった。
【０００４】
一方、ＨＶＡＣユニット（Ｈｅａｔｉｎｇ Ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ ａｎｄ Ａｉｒ Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｕｎｉｔ）内に設けられる車内蒸発器に、現行システムの蒸発器を用いながらヒートポンプ暖房を可能とした車両用空調装置の一例として、特許文献１に示されたものが知られている。これは、現行の冷房用の冷凍サイクルを備えた車両用空調装置におけるＨＶＡＣユニット内の車内蒸発器の下流側に車内凝縮器を設け、該車内凝縮器を圧縮機の吐出回路中に接続するとともに、その出口側に三方弁を設けてレシーバを接続し、該レシーバからＨＶＡＣユニット内の車内蒸発器の上流側に設けられた過冷却器および膨張弁を経た冷媒を、暖房時に蒸発器として機能する車外凝縮器に導き、その出口側から圧縮機の吸入側に循環させる暖房用回路を追加設置した構成とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−２３５６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に示されるものでは、車外凝縮器およびそれに接続される冷媒配管類を凝縮機能と蒸発機能を兼ね備えた熱交換器および高低圧共用の配管類としなければならず、現行システムからの変更幅が大きくならざるを得ない。また、車室内に設置されるＨＶＡＣユニット側に、車内凝縮器の他にレシーバおよび過冷却器を設けなければならないため、ＨＶＡＣユニットの大型化は避けられず、従って、設置スペースの確保が難しくなり、車両への搭載性が悪化する等の課題があった。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、現行の車両用空調装置の冷房サイクルと圧力条件が略同一となる回路部分および機器類を共用化し、圧力条件が異なる最小限の暖房用回路および機器を追加するだけで、低コストでかつ搭載性に優れた電気自動車やハイブリッド車等に好適に適用できる信頼性の高いヒートポンプ式車両用空調装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記した課題を解決するために、本発明のヒートポンプ式車両用空調装置は、以下の手段を採用する。
すなわち、本発明に係るヒートポンプ式車両用空調装置は、電動圧縮機、車外凝縮器、レシーバ、第１膨張弁、ＨＶＡＣユニット内に設けられている車内蒸発器がこの順に接続されている冷房用の冷凍サイクルと、前記電動圧縮機の吐出回路に接続され、前記ＨＶＡＣユニット内の前記車内蒸発器の下流側に配設されている車内凝縮器と、前記車外凝縮器の入口側に設けられている切替え手段を介して前記レシーバに接続される第１暖房用回路と、前記レシーバの出口側と前記電動圧縮機の吸入側との間に接続され、第２膨張弁および車外蒸発器が設けられている第２暖房用回路と、を備え、前記電動圧縮機、前記車内凝縮器、前記切替え手段、前記第１暖房用回路、前記レシーバ、前記第２膨張弁および前記車外蒸発器を備えた前記第２暖房用回路によって暖房用ヒートポンプサイクルが構成可能とされていることを特徴とする。
【０００９】
本発明によれば、電動圧縮機、車外凝縮器、レシーバ、第１膨張弁およびＨＶＡＣユニット内に設けられている車内蒸発器等からなる冷房用の冷凍サイクルに対して、電動圧縮機の吐出回路に接続され、ＨＶＡＣユニット内の車内蒸発器の下流側に配設されている車内凝縮器と、車外凝縮器の入口側に設けられている切替え手段を介してレシーバに接続される第１暖房用回路と、レシーバの出口側と電動圧縮機の吸入側との間に接続され、第２膨張弁および車外蒸発器が設けられている第２暖房用回路とが具備され、電動圧縮機、車内凝縮器、切替え手段、第１暖房用回路、レシーバ、第２膨張弁および車内蒸発器を備えた第２暖房用回路により暖房用ヒートポンプサイクルが構成可能とされているため、原形となる冷房用の冷凍サイクルの吐出回路に車内凝縮器、車外凝縮器の入口側とレシーバとの間に第１暖房用回路、レシーバの出口側と電動圧縮機の吸入側との間に第２膨張弁および車外蒸発器を備えた第２暖房用回路等の最小限の暖房用回路および機器を接続することによって、圧力条件が同一となる回路部分および機器類を共用化して暖房用ヒートポンプサイクルを構成することができる。従って、冷暖房双方の運転に耐え得る仕様の回路を新たに開発することなく、エンジン駆動方式の車両に用いられている現行の車両用空調装置の冷房サイクルと圧力条件が同一となる回路部分および機器類をそのまま共用化し、圧力条件が異なる最小限の暖房用回路および機器を追加するだけで、低コストでありかつ搭載性に優れた電気自動車やハイブリッド車等に好適に適用できる信頼性の高いヒートポンプ式車両用空調装置を提供することができる。
【００１０】
さらに、本発明のヒートポンプ式車両用空調装置は、上記のヒートポンプ式車両用空調装置において、前記車外蒸発器が、前記車外凝縮器用の車外ファンの通風路中に、前記車外凝縮器と互いに平行に設置されていることを特徴とする。
【００１１】
本発明によれば、車外蒸発器が、車外凝縮器用の車外ファンの通風路中に、車外凝縮器と互いに平行に設置されているため、冷房用の車外凝縮器に外気を通風する車外ファンにより、暖房サイクル用に設けられる車外蒸発器に対して外気を通風し、外気から吸熱してヒートポンプ暖房を行うことができる。従って、車外ファンを共用化して部品点数を抑制することができ、ヒートポンプ式車両用空調装置の構成の簡素化、コンパクト化および低コスト化を図ることができる。
【００１２】
さらに、本発明のヒートポンプ式車両用空調装置は、上述のいずれかのヒートポンプ式車両用空調装置において、前記レシーバが、該レシーバに接続される前記車外凝縮器からの冷媒回路および前記第１暖房用回路の冷媒流入口に、それぞれ逆止弁が組み込まれている逆止弁付きレシーバとされていることを特徴とする。
【００１３】
本発明によれば、レシーバが、該レシーバに接続される車外凝縮器からの冷媒回路および第１暖房用回路の冷媒流入口に、それぞれ逆止弁が組み込まれている逆止弁付きレシーバとされているため、運転モードにより使われない冷房または暖房用の冷媒回路をレシーバの冷媒流入口に組み込まれている逆止弁を介して遮断することができる。従って、レシーバおよび逆止弁を個別に冷媒回路中に設けたものに比べ、フランジ等の接続部品が不要となり、冷媒回路の簡素化、低コスト化を図ることができる。
【００１４】
さらに、本発明のヒートポンプ式車両用空調装置は、上述のいずれかのヒートポンプ式車両用空調装置において、前記第１膨張弁および前記第２膨張弁が、それぞれ温度式自動膨張弁とされており、その入口側にそれぞれ第１電磁弁および第２電磁弁が設けられていることを特徴とする。
【００１５】
本発明によれば、第１膨張弁および第２膨張弁が、それぞれ温度式自動膨張弁とされており、その入口側にそれぞれ第１電磁弁および第２電磁弁が設けられているため、膨張弁を従来から使用されている温度式自動膨張弁とすることにより、膨張弁の開度を制御する制御系を不要とすることができるとともに、運転モードに応じて使われない冷媒回路を第１電磁弁および第２電磁弁で全閉状態とすることにより、該回路等に対する冷媒の溜まりを防止することができる。従って、膨張弁として安価で信頼性の高い温度式自動膨張弁を使うことができるとともに、電磁弁により休止回路を確実に全閉状態として冷媒の溜まり込み等を防止することができる。
【００１６】
さらに、本発明のヒートポンプ式車両用空調装置は、上述のいずれかのヒートポンプ式車両用空調装置において、前記第１膨張弁および前記第２膨張弁が、それぞれ電子膨張弁とされていることを特徴とする。
【００１７】
本発明によれば、第１膨張弁および第２膨張弁が、それぞれ電子膨張弁とされているため、運転モードに応じて使われない冷房または暖房用の冷媒回路を、該回路中に設けられている電子膨張弁を全閉状態とすることにより、冷房時に休止される車外蒸発器、暖房時に休止される車内蒸発器等への冷媒の溜まりを防止することができる。従って、上記休止回路を全閉状態とする電磁弁等を設ける必要がなく、冷媒回路の簡素化、低コスト化を図ることができる。
【００１８】
さらに、本発明のヒートポンプ式車両用空調装置は、上述のいずれかのヒートポンプ式車両用空調装置において、前記車外蒸発器および前記車内蒸発器と前記電動圧縮機の吸入側との間を接続する第２暖房用回路および冷媒回路中に、それぞれ逆止弁が設けられていることを特徴とする。
【００１９】
本発明によれば、車外蒸発器および車内蒸発器と電動圧縮機の吸入側との間を接続する第２暖房用回路および冷媒回路中に、それぞれ逆止弁が設けられているため、運転モードに応じて休止される車外蒸発器または車内蒸発器と電動圧縮機の吸入側との間を逆止弁により遮断することができる。従って、休止中の車外蒸発器または車内蒸発器を確実に機能停止させることができる。
【００２０】
さらに、本発明のヒートポンプ式車両用空調装置は、上述のいずれかのヒートポンプ式車両用空調装置において、前記ＨＶＡＣユニット内に、暖房用の補助電気ヒータが設けられていることを特徴とする。
【００２１】
本発明によれば、ＨＶＡＣユニット内に、暖房用の補助電気ヒータが設けられているため、低外気温時や暖房立ち上がり時あるいは窓曇り時等々の暖房能力が不足気味となる状況下において、ヒートポンプ暖房運転と同時に一時的に補助電気ヒータを動作させることによって吹出し空気温度を上昇させ、暖房能力の不足を補うことができる。従って、必要な最大暖房能力を十分に確保することができるとともに、電気ヒータを主熱源として暖房運転するものに比べ、補助電気ヒータの利用率を下げることで高効率運転ができ、暖房消費電力の増大による車両走行距離の低下等を抑制することができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によると、原形となる冷房用の冷凍サイクルの吐出回路に車内凝縮器、車外凝縮器の入口側とレシーバとの間に第１暖房用回路、レシーバの出口側と電動圧縮機の吸入側との間に第２膨張弁および車外蒸発器を備えた第２暖房用回路等の最小限の暖房用回路および機器を接続することによって、圧力条件が同一となる回路部分および機器類を共用化して暖房用ヒートポンプサイクルを構成することができるため、冷暖房双方の運転に耐え得る仕様の回路を新たに開発することなく、エンジン駆動方式の車両に用いられている現行の車両用空調装置の冷房サイクルと圧力条件が同一となる回路部分および機器類をそのまま共用化し、圧力条件が異なる最小限の暖房用回路および機器を追加するだけで、低コストでありかつ搭載性に優れた電気自動車やハイブリッド車等に好適に適用できる信頼性の高いヒートポンプ式車両用空調装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一実施形態に係るヒートポンプ式車両用空調装置の冷媒回路図である。
【図２】図１に示すヒートポンプ式車両用空調装置に組み込まれるレシーバの縦断面図（Ａ）とその平面図（Ｂ）および図（Ｂ）のａ−ａ断面相当図（Ｃ）である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下に、本発明の一実施形態について、図１および図２を参照して説明する。
図１には、本発明の一実施形態に係るヒートポンプ式車両用空調装置の冷媒回路図が示され、図２には、それに組み込まれるレシーバの構成図が示されている。本実施形態のヒートポンプ式車両用空調装置１は、ＨＶＡＣユニット（Ｈｅａｔｉｎｇ Ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ ａｎｄ Ａｉｒ Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｕｎｉｔ）２と、冷暖房可能なヒートポンプサイクル３とを備えている。
【００２５】
ＨＶＡＣユニット２は、車室内からの内気または外気のいずれかを切替え導入し、下流側に圧送するブロア４と、ブロア４に連なる空気流路５中に上流側から下流側にかけて順次配設されている補助電気ヒータ（例えば、ＰＴＣヒータ）６と、車内蒸発器７と、車内凝縮器８とを備えている。このＨＶＡＣユニット２は、一般に車室内前方のインストルメントパネル内に設置されており、補助電気ヒータ６、車内蒸発器７および車内凝縮器８によって温調された空気流を、車室内に向けて開口されている複数の吹出し口から選択的に車室内へと吹出し、車室内を設定温度に空調できるように構成されている。
【００２６】
なお、ＨＶＡＣユニット２内に設置されている車内凝縮器８に対しては、通風を遮蔽可能なダンパ（図示省略）が設けられており、冷房モード時には、車内蒸発器７により冷却された冷風を、車内凝縮器８をバイパスして車室内へと吹出し、除湿モード時には、車内蒸発器７により冷却された冷風を、車内凝縮器８で再熱して車室内へと吹出すことができるように構成されている。
【００２７】
冷暖房可能なヒートポンプサイクル３は、冷媒を圧縮する電動圧縮機９と、車外凝縮器１０と、レシーバ１１と、第１電磁弁１２および第１膨張弁１３と、車内蒸発器７と、逆止弁１４とがこの順に冷媒配管１５を介して接続されている閉サイクルの冷房用の冷凍サイクル（冷媒回路）１６を備えている。この冷房用の冷凍サイクル１６は、エンジン駆動方式の車両に適用されている現行の車両用空調装置と同様のものである。
【００２８】
上記ヒートポンプサイクル３には、更に電動圧縮機９からの吐出配管（吐出回路）１５ＡにＨＶＡＣユニット２内に設置されている車内凝縮器８が接続されている。また、車外凝縮器１０の入口側冷媒配管１５Ｂに三方切替え弁（切替え手段）１７が設けられ、この三方切替え弁１７を介してレシーバ１１に車内凝縮器８で凝縮された冷媒を導く第１暖房用回路１８が接続されている。さらに、レシーバ１１の出口配管１５Ｄと電動圧縮機９への吸入配管１５Ｅとの間に、第２電磁弁１９、第２膨張弁２０、車外蒸発器２１および逆止弁２２が順次設けられた第２暖房用回路２３が接続されている。
【００２９】
これによって、電動圧縮機９と、ＨＶＡＣユニット２内に設置されている車内凝縮器８と、三方切替え弁１７と、第１暖房用回路１８と、レシーバ１１と、第２電磁弁１９、第２膨張弁２０、車外蒸発器２１および逆止弁２２が設けられている第２暖房用回路２３とがこの順に冷媒配管１５を介して接続される閉サイクルの暖房用のヒートポンプサイクル（冷媒回路）２４が構成可能とされている。
【００３０】
上記のヒートポンプサイクル３において、暖房用のヒートポンプサイクル２４を構成している車外蒸発器２１は、冷房用の冷凍サイクル１６を構成している車内凝縮器８に対して、外気を通風する車外ファン２５の通風路中に、車内凝縮器８に互いに平行に設置されており、車外ファン２５を共用化している。なお、本実施形態では、車内凝縮器８の下流側に車外蒸発器２１が設置されているが、逆であってもよい。
【００３１】
また、本実施形態のレシーバ１１は、図２に示されるように、車内凝縮器８からの冷媒配管１５Ｃおよび第１暖房用回路１８が接続される２つの冷媒流入口２６，２７にそれぞれ逆止弁２８，２９が一体的に組み込まれた逆止弁付きレシーバ１１とされている。該逆止弁付きレシーバ１１は、底を有する筒状の本体３０と、該本体３０の一端開口部に溶接された蓋体３１と、該蓋体３１に一端が接続され、他端が本体３０の底部付近まで延長された冷媒流出管３２と、本体３０内の上方部に設置された上下一対のフィルタ３３，３４間に乾燥剤３５を充填することにより構成されたドライヤ３６とから構成されたドライヤ内蔵の逆止弁付きレシーバ１１とされている。
【００３２】
蓋体３１には、上記の如く、冷媒配管１５Ｃおよび第１暖房用回路１８が接続される２つの冷媒流入口２６，２７と冷媒流出管３２が接続されている冷媒流出口３７とが設けられている。該冷媒流入口２６，２7および冷媒流出口３７には、各々冷媒配管を接続するためのフィッテング部３８，３９，４０が設けられ、該フィッテング部３８，３９，４０を介して冷媒配管１５Ｃ，１５Ｄおよび第１暖房用回路１８が接続されている。また、冷媒流入口２６，２７内には、逆止弁２８，２９が止め輪およびストッパ４１，４２を介して組み込まれている。
【００３３】
なお、本実施形態では、第１膨張弁１３および第２膨張弁２０として、温度式自動膨張弁が使用されており、それぞれの入口側に第１電磁弁１２および第２電磁弁１９が設けられた構成とされている。しかし、これらの第１電磁弁１２および第１膨張弁１３、第２電磁弁１９および第２膨張弁２０に代えて、電子膨張弁をそれぞれ１個ずつ設置した構成としてもよい。
【００３４】
斯くして、本実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
上記ヒートポンプ式車両用空調装置１において、冷房運転時、電動圧縮機９で圧縮された冷媒は、吐出配管１５Ａにより車内凝縮器８、三方切替え弁１７を経由して車外凝縮器１０に循環され、車外ファン２５に通風される外気と熱交換されて凝縮液化される。この液冷媒は、冷媒配管１５Ｃ、逆止弁２８を経てレシーバ１１内に導入され、ここで、いったん貯留された後、冷媒配管１５Ｄ、第１電磁弁１２を経て第１膨張弁１３に導かれ、減圧されて気液二相状態となり、車内蒸発器７に供給される。
【００３５】
車内蒸発器７でブロア４から送風されてくる内気または外気と熱交換されて蒸発ガス化された冷媒は、逆止弁１４を経て電動圧縮機９に吸入され、再圧縮される。以下、同様のサイクルを繰り返すことになるが、この冷房サイクルは、エンジン駆動方式の車両に用いられている現行の車両用空調装置の冷房サイクルと何ら変わるものではなく、そのまま共用化することができる。車内蒸発器７で冷媒との熱交換されることにより冷却された内気または外気は、車室内に吹出され、車室内の冷房に供されることになる。
【００３６】
なお、冷房運転時、車内凝縮器８への通風は、ダンパによって遮蔽され、車内蒸発器７で冷却された冷風がそのまま車室内へと吹出されるようになっているため、車内凝縮器８において冷媒は殆んど凝縮されることなく、車外凝縮器１０に循環され、車外凝縮器１０で外気と熱交換されることにより凝縮液化されることになる。
また、上記冷房サイクルで運転しながら、車内凝縮器８の入口に設けられているダンパを開くことにより、車内蒸発器７で冷却された冷風を車内凝縮器８に通風して再熱することができ、これによって、再熱除湿運転を行うことができる。
【００３７】
一方、暖房運転時、電動圧縮機９で圧縮された冷媒は、吐出配管１５Ａにより車内凝縮器８に導入され、ここで、ブロア４から送風されてくる内気または外気と熱交換されて放熱される。これによって、加熱された空気は、車室内に吹出され、車室内の暖房に供されることになる。放熱して凝縮液化された冷媒は、三方切替え弁１７により第１暖房用回路１８に導かれ、逆止弁２９を経てレシーバ１１内に導入される。ここで、いったん貯留された冷媒は、冷媒配管１５Ｄを経て第２暖房用回路２３に導かれ、第２電磁弁１９を経て第２膨張弁２０を通過する過程で減圧されることにより気液二相状態となり、車外蒸発器２１に供給される。
【００３８】
この冷媒は、車外蒸発器２１で車外ファン２５により通風される外気と熱交換され、外気から吸熱して蒸発ガス化された後、逆止弁２２を経て電動圧縮機９に吸入され、再圧縮される。以下、同様のサイクルを繰り返し、この暖房用のヒートポンプサイクル２４によって、ヒートポンプ暖房が行なわれることになる。
【００３９】
このように、原形となる冷房用の冷凍サイクル１６の吐出配管（吐出回路）１５Ａに車内凝縮器８、車外凝縮器１０の入口側に設けられた三方切替え弁１７とレシーバ１１との間に第１暖房用回路１８、レシーバ１１の出口側と電動圧縮機９の吸入側との間に第２膨張弁２０、および車外蒸発器２１が設けられた第２暖房用回路２３等の最小限の暖房用回路および機器を接続することによって、圧力条件が同一となる回路部分および機器類を共用化して暖房用ヒートポンプサイクルを構成することができる。
【００４０】
このため、冷暖房双方の運転に耐え得る仕様の回路を新たに開発することなく、エンジン駆動方式の車両に用いられている現行の車両用空調装置の冷房サイクルと圧力条件が略同一となる回路部分および機器類をそのまま共用化し、圧力条件が異なる最小限の暖房用回路および機器を追加するだけで、低コストでありかつ搭載性に優れた電気自動車やハイブリッド車等に好適に適用できる信頼性の高いヒートポンプ式車両用空調装置１を提供することができる。
【００４１】
また、車外蒸発器２１は、車外凝縮器１０に外気を通風する車外ファン２５の通風路中に車外凝縮器１０と互いに平行に設置されており、暖房時、車外ファン２５によって外気が通風され、この外気からの吸熱によりヒートポンプ暖房が行われるようになっている。このため、車外ファン２５を共用化して部品点数を抑制することができ、ヒートポンプ式車両用空調装置１の構成の簡素化、コンパクト化および低コスト化を図ることができる。
【００４２】
また、レシーバ１１が、冷媒流入口２６，２７に逆止弁２８，２９が一体的に組み込まれた逆止弁付きレシーバとされている。これによって、運転モードに応じて使用しない冷房用の冷凍サイクル１６または暖房用のヒートポンプサイクル２４を、レシーバ１１の冷媒流入口２６，２７に組み込まれている逆止弁２８，２９により遮断することができる。このため、レシーバ１１および逆止弁２８，２９を個別に冷媒回路中に設けたシステムに比べ、フランジ等の接続部品が不要となり、冷媒回路の簡素化、低コスト化を図ることができる。なお、本実施形態では、レシーバ１１をドライヤ３６付きとしているが、必ずしもドライヤ３６付きである必要はなく、ドライヤ無しでもよいことはもちろんである。
【００４３】
さらに、本実施形態においては、第１膨張弁１３および第２膨張弁２０をそれぞれ温度式自動膨張弁とし、その入口側に第１電磁弁１２および第２電磁弁１９を設けた構成としている。このため、冷房時は車内蒸発器７、暖房時は車外蒸発器７で蒸発される冷媒の蒸発器出口での過熱度が一定となるように自動制御することができ、従って、冷媒圧力検出手段および冷媒温度検出手段を必要とする電子膨張弁を使用したものに比べ、制御系を簡素化し、低コスト化することができるとともに、信頼性を向上することができる。
【００４４】
また、運転モードに応じて使われない冷媒回路を第１膨張弁１３および第２膨張弁２０の入口側に設けた第１電磁弁１２および第２電磁弁１９で閉じることができるようになっている。従って、休止される回路を確実に全閉状態として冷媒の溜まり込み等を防止することができる。
【００４５】
しかし、本実施形態においては、上記にもかかわらず、これらの第１電磁弁１２および第１膨張弁１３、第２電磁弁１９および第２膨張弁２０を、それぞれ電子膨張弁を１個ずつ設置した構成により代替してもよい。これによると、休止される回路中に設けられている電子膨張弁を全閉状態とすることにより、冷房時に休止される車外蒸発器２１、暖房時に休止される車内蒸発器７等への冷媒の溜まりを防止することができ、従って、休止回路を全閉状態とする電磁弁等の設置を省略し、冷媒回路の簡素化、低コスト化を図ることができる。
【００４６】
また、本実施形態では、車外蒸発器２１および車内蒸発器７と電動圧縮機９の吸入側との間を接続する第２暖房用回路２３および冷媒回路１５Ｅに、それぞれ逆止弁２２，１２を設けている。このため、運転モードに応じて休止される車外蒸発器２１または車内蒸発器７と電動圧縮機９の吸入側との間を逆止弁２２，１２により遮断することができ、従って、休止中の車外蒸発器２１または車内蒸発器７を確実に機能停止させることができる。
【００４７】
さらに、本実施形態によっては、ＨＶＡＣユニット２内に、ＰＴＣヒータ等により構成される暖房用の補助電気ヒータ６を設置している。これにより、低外気温時や暖房立ち上がり時あるいは窓曇り時等々の暖房能力が不足気味となる状況下においては、ヒートポンプ暖房運転と同時に一時的に補助電気ヒータ６を動作させることによって吹出し空気温度を上昇させ、暖房能力の不足を補うことができる。このため、必要最大暖房能力を増大することができるとともに、電気ヒータを主熱源として暖房運転するものに比べ、補助電気ヒータ６の利用率を低下して高効率運転ができ、暖房消費電力の増大による車両走行距離の低下等を抑制することができる。
【００４８】
なお、本発明は、上記実施形態にかかる発明に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、適宜変形が可能である。例えば、ＨＶＡＣユニット２は、車内蒸発器７の下流側に温調用のエアミックスダンパが設けられているエアミックス方式のＨＶＡＣとしてもよい。また、三方切替え弁１７は、２個の電磁弁で代替してもよいし、四方切替え弁によって代替してもよい。
【００４９】
さらに、上記実施形態では、第１膨張弁１３および第２膨張弁２０の入口側に第１電磁弁１２および第２電磁弁１９を設けた構成としているが、これらの第１電磁弁１２と第１膨張弁１３および第２電磁弁１９と第２膨張弁２０は、各々を一体化した電磁開閉弁付き温度式自動膨張弁としてもよいことはもちろんである。また、車外蒸発器２１は、車両走行用モータやインバータ、バッテリ等から排出される熱から吸熱できるように、その放熱用ラジエータと関連つけて配設してもよい。
【符号の説明】
【００５０】
１ ヒートポンプ式車両用空調装置
２ ＨＶＡＣユニット
３ ヒートポンプサイクル
６ 補助電気ヒータ
７ 車内蒸発器
８ 車内凝縮器
９ 電動圧縮機
１０ 車外凝縮器
１１ レシーバ（逆止弁付きレシーバ）
１２ 第１電磁弁
１３ 第１膨張弁（温度式自動膨張弁）
１４ 逆止弁
１５ 冷媒配管
１５Ａ 吐出回路（吐出配管）
１６ 冷房用冷凍サイクル
１７ 三方切替え弁（切替え手段）
１８ 第１暖房用回路
１９ 第２電磁弁
２０ 第２膨張弁（温度式自動膨張弁）
２１ 車外蒸発器
２２ 逆止弁
２３ 第２暖房用回路
２４ 暖房用ヒートポンプサイクル
２５ 車外ファン
２６，２７ 冷媒流入口
２８，２９ 逆止弁
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動圧縮機、車外凝縮器、レシーバ、第１膨張弁、ＨＶＡＣユニット内に設けられている車内蒸発器がこの順に接続されている冷房用の冷凍サイクルと、
前記電動圧縮機の吐出回路に接続され、前記ＨＶＡＣユニット内の前記車内蒸発器の下流側に配設されている車内凝縮器と、
前記車外凝縮器の入口側に設けられている切替え手段を介して前記レシーバに接続される第１暖房用回路と、
前記レシーバの出口側と前記電動圧縮機の吸入側との間に接続され、第２膨張弁および車外蒸発器が設けられている第２暖房用回路と、を備え、
前記電動圧縮機、前記車内凝縮器、前記切替え手段、前記第１暖房用回路、前記レシーバ、前記第２膨張弁および前記車外蒸発器を備えた前記第２暖房用回路によって暖房用ヒートポンプサイクルが構成可能とされていることを特徴とするヒートポンプ式車両用空調装置。
【請求項２】
前記車外蒸発器が、前記車外凝縮器用の車外ファンの通風路中に、前記車外凝縮器と互いに平行に設置されていることを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプ式車両用空調装置。
【請求項３】
前記レシーバが、該レシーバに接続される前記車外凝縮器からの冷媒回路および前記第１暖房用回路の冷媒流入口に、それぞれ逆止弁が組み込まれている逆止弁付きレシーバとされていることを特徴とする請求項１または２に記載のヒートポンプ式車両用空調装置。
【請求項４】
前記第１膨張弁および前記第２膨張弁が、それぞれ温度式自動膨張弁とされており、その入口側にそれぞれ第１電磁弁および第２電磁弁が設けられていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のヒートポンプ式車両用空調装置。
【請求項５】
前記第１膨張弁および前記第２膨張弁が、それぞれ電子膨張弁とされていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のヒートポンプ式車両用空調装置。
【請求項６】
前記車外蒸発器および前記車内蒸発器と前記電動圧縮機の吸入側との間を接続する第２暖房用回路および冷媒回路中に、それぞれ逆止弁が設けられていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載のヒートポンプ式車両用空調装置。
【請求項７】
前記ＨＶＡＣユニット内に、暖房用の補助電気ヒータが設けられていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載のヒートポンプ式車両用空調装置。
【請求項１】
電動圧縮機、車外凝縮器、レシーバ、第１膨張弁、ＨＶＡＣユニット内に設けられている車内蒸発器がこの順に接続されている冷房用の冷凍サイクルと、
前記電動圧縮機の吐出回路に接続され、前記ＨＶＡＣユニット内の前記車内蒸発器の下流側に配設されている車内凝縮器と、
前記車外凝縮器の入口側に設けられている切替え手段を介して前記レシーバに接続される第１暖房用回路と、
前記レシーバの出口側と前記電動圧縮機の吸入側との間に接続され、第２膨張弁および車外蒸発器が設けられている第２暖房用回路と、を備え、
前記電動圧縮機、前記車内凝縮器、前記切替え手段、前記第１暖房用回路、前記レシーバ、前記第２膨張弁および前記車外蒸発器を備えた前記第２暖房用回路によって暖房用ヒートポンプサイクルが構成可能とされていることを特徴とするヒートポンプ式車両用空調装置。
【請求項２】
前記車外蒸発器が、前記車外凝縮器用の車外ファンの通風路中に、前記車外凝縮器と互いに平行に設置されていることを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプ式車両用空調装置。
【請求項３】
前記レシーバが、該レシーバに接続される前記車外凝縮器からの冷媒回路および前記第１暖房用回路の冷媒流入口に、それぞれ逆止弁が組み込まれている逆止弁付きレシーバとされていることを特徴とする請求項１または２に記載のヒートポンプ式車両用空調装置。
【請求項４】
前記第１膨張弁および前記第２膨張弁が、それぞれ温度式自動膨張弁とされており、その入口側にそれぞれ第１電磁弁および第２電磁弁が設けられていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のヒートポンプ式車両用空調装置。
【請求項５】
前記第１膨張弁および前記第２膨張弁が、それぞれ電子膨張弁とされていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のヒートポンプ式車両用空調装置。
【請求項６】
前記車外蒸発器および前記車内蒸発器と前記電動圧縮機の吸入側との間を接続する第２暖房用回路および冷媒回路中に、それぞれ逆止弁が設けられていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載のヒートポンプ式車両用空調装置。
【請求項７】
前記ＨＶＡＣユニット内に、暖房用の補助電気ヒータが設けられていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載のヒートポンプ式車両用空調装置。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１２−９６６３４（Ｐ２０１２−９６６３４Ａ）
【公開日】平成２４年５月２４日（２０１２．５．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２４５２２０（Ｐ２０１０−２４５２２０）
【出願日】平成２２年１１月１日（２０１０．１１．１）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年５月２４日（２０１２．５．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月１日（２０１０．１１．１）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
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